專利名稱：具有多種照射圖形的單步半導體處理系統(tǒng)和方法
本申請要求于2002年8月19日提交的相關申請的交叉參考，申請?zhí)枮镹o.60/404,447的美國專利申請為優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種半導體工藝方法，更具體地，涉及形成適合于制造薄膜晶體管(“TFT”)器件形態(tài)的半導體材料。
平板顯示器和其它顯示單元用作視覺圖像界面，用于普通和普遍存在的電子器件和應用，例如計算機、圖像傳感器和電視裝置。例如，由置于玻璃或塑料襯底上的液晶薄膜和半導體材料制造顯示器。每一個顯示器在液晶層中由圖像元件(像素)的陣列(或矩陣)組成。成千上萬的這些像素一起構(gòu)成顯示器上的圖像。在半導體材料層中制造的TFT器件用做開關以單獨地“接通”(亮)或“斷開”(暗)每一個像素。用于制造TFT的半導體材料，傳統(tǒng)地是非晶硅或多晶硅薄膜。考慮到所使用的低熔化溫度的襯底材料(例如，玻璃或塑料)，通過物理或化學工藝以相對低的沉積溫度將這些膜沉積在襯底上。相對低的沉積溫度降低了沉積的硅薄膜的結(jié)晶性并使它們成為非晶或多晶。
不幸地，在硅薄膜中制造的TFT的器件特性一般不希望與硅薄膜的非結(jié)晶性成比例的降低。好的結(jié)晶質(zhì)量的硅薄膜期望應用于工業(yè)TFT器件。在低溫下沉積在襯底上的硅薄膜的結(jié)晶性可通過激光退火有效的提升。例如，Maegawa等人的美國專利5,766,989描述了應用受激準分子激光退火(“ELA”)將在低溫下沉積的非晶硅薄膜處理成用于LCD的多晶硅薄膜。但是，傳統(tǒng)的ELA工藝由于退火的薄膜的晶粒尺寸沒有工業(yè)應用足夠的均一性，所以至少部分上不能完全滿意。在退火薄膜中的晶粒尺寸的非均一性與在ELA工藝中掃描薄膜使用的激光光束的光束形狀有關。
Im等人的美國專利6,573,531和6,322,625下文中，分別為“‘531專利”和“‘625專利”)，在此整體引入二者作為參考，描述激光退火設備和提高的用于產(chǎn)生大晶粒多晶硅或單晶硅結(jié)構(gòu)的工藝。在這些專利中描述的激光退火工藝包括通過激光照射熔化的薄膜的目標部分控制的再固化。薄膜可以是金屬或半導體材料(例如，硅)。調(diào)制入射到硅薄膜上的一組激光脈沖的流量來控制硅薄膜目標部分熔化的范圍。然后，在入射的激光波束脈沖之間，通過目標硅薄膜的輕微物理傳送使目標部分的位置移位來促使外延側(cè)向固化。該所謂的側(cè)向固化工藝有利地傳遞初始熔化的目標部分的晶體結(jié)構(gòu)到大尺寸的晶粒。用于加工的設備包括受激準分子激光器、光束流量調(diào)制器、光束聚焦透鏡、圖形掩模和用于在激光光束照射之間或期間用來移動目標薄膜的電動傳送平臺(參見例如，‘531專利圖1，在此復制)。
現(xiàn)在考慮進一步提高半導體薄膜的激光退火工藝的方式，并且具體是用于薄膜的再結(jié)晶。將注意力直接指向設備和工藝技術(shù)，例如，在生產(chǎn)平板顯示器中通過既提高退火工藝又增加設備產(chǎn)量的應用。
發(fā)明概要本發(fā)明提供了再結(jié)晶非晶或多晶半導體薄膜的系統(tǒng)和方法，來提高它們的結(jié)晶質(zhì)量并由此使得它們更適合于器件應用。設計系統(tǒng)和工藝使得可以快速處理大表面區(qū)域的半導體薄膜。
半導體薄膜的目標區(qū)域可計劃給全部或部分半導體器件結(jié)構(gòu)。例如，目標區(qū)域可計劃用于半導體器件的有源區(qū)域。目標區(qū)域通過激光光束照射處理來使它們再結(jié)晶。使目標區(qū)域暴露到具有足夠密度或流量的激光光束來熔化目標區(qū)域中的半導體材料?？墒褂脝尾郊す夤馐毓猓敿す夤馐鴱哪繕藚^(qū)域關閉或移開時使熔化的半導體材料再結(jié)晶。
半導體薄膜表面上的區(qū)域中的大量的目標區(qū)域可通過使用圖形化的激光照射同時處理?？梢哉归_投影掩模合適地圖形化激光光束。掩模將激光光束分為許多的波束，該波束入射在半導體薄膜表面區(qū)域中的相應數(shù)量的目標區(qū)域上。每一個波束具有足夠的流量來熔化(波束)入射在其上的目標區(qū)域中的半導體材料。波束的面積可考慮到目標區(qū)域所希望的尺寸和可有效再結(jié)晶的半導體材料的量而選擇。典型的波束面積和相應的目標區(qū)域的面積可大約0.5微米級或更小微米。
用于圖形化激光光束照射的示例性掩模具有大許多彼此平行的長方形狹縫。使用該掩模，入射激光光束可分為多個平行的波束。相應于這些波束的目標區(qū)域被分配到相似的平行圖形中的表面區(qū)域中。另一示例性掩模具有許多設置在一組平行的長方形圖形中的長方形狹縫和直角狹縫。例如，狹縫沿著正方形的兩邊成對地排列。使用該掩模，合成的照射波束和相應的目標區(qū)域還分配在相似的長方形圖形中(例如，一組平行且直角的目標區(qū)域中)。
激光光束可掃描或步進穿過半導體薄膜表面來連續(xù)地處理只有重復圖形的目標區(qū)域表面的所有區(qū)域。相反地，出于相同的目的半導體薄膜可相對于固定方向的激光光束移動。在發(fā)明的一個實施例中，使用電動線性傳送平臺相對于在線性X-Y路徑上的光束移動半導體薄膜，使得半導體薄膜的所有表面區(qū)域可暴露于激光光束照射。在處理期間平臺能連續(xù)移動跨過半導體薄膜的寬度或能從一個區(qū)域步進到另一個區(qū)域。對于一些器件應用，在一個區(qū)域中的目標區(qū)域可鄰接下一區(qū)域中的目標區(qū)域使得延伸條的半導體材料能被再結(jié)晶。鄰接目標區(qū)域的再結(jié)晶可有利于熔化的目標區(qū)域順序地側(cè)向固化。對于其它的器件應用，目標區(qū)域可幾何地與鄰近的區(qū)域中的目標區(qū)域隔開。
目標區(qū)域照射的激光波束脈沖的產(chǎn)生可與線性傳送平臺的運動同步，使得激光光束能入射到幾何精確的指定的目標區(qū)域上。產(chǎn)生激光脈沖的時機可標為支撐半導體薄膜的傳送平臺的位置。標記可響應其指出平臺位置的實際時間的位置傳感器出現(xiàn)，或以薄膜半導體上面的幾何柵格的計算的坐標為基礎。


本發(fā)明的進一步特征、性質(zhì)和多種優(yōu)點在下面優(yōu)選實施例的詳細描述和附圖中將更清楚，其中相同的參考符號始終代表相同的元件，其中圖1是用來再結(jié)晶半導體薄膜的激光退火的半導體工藝系統(tǒng)的方框圖和示意圖；圖2是薄膜硅工件樣品的上分解圖；圖3a和3b是基于本發(fā)明原理的掩模樣品的上視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明原理使用圖3a的掩模進行處理的圖2中的薄膜硅工件一部分的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明原理使用圖3b的掩模進行處理的圖示范性處理了的薄膜硅工件的示意圖；和圖6是說明根據(jù)本發(fā)明的原理使用幾何圖形的坐標來觸發(fā)入射在薄膜硅工件上的輻射脈沖的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了通過激光退火使半導體薄膜再結(jié)晶的工藝和系統(tǒng)來。再結(jié)晶半導體薄膜的工藝包括激光束一次照射到半導體薄膜工件的區(qū)域。系統(tǒng)將激光束引到半導體薄膜上的區(qū)域或點。入射的激光束具有足夠的密度或流量來熔化激光束入射到的半導體薄膜區(qū)域或點上的目標部分。目標入射區(qū)域或部分熔化之后，激光束移動或步進到半導體薄膜上的另一個區(qū)域或點。當入射的激光束移開時熔化了的半導體材料再結(jié)晶。激光束在半導體薄膜上的點上的停留時間可能足夠的小，使得整個半導體薄膜工件再結(jié)晶可以快速高生產(chǎn)率的完成。
為使得在此描述的發(fā)明能被完全理解，在上下文中的硅薄膜的激光退火在后面的說明中提出。退火后的硅薄膜可被有意的用于示范性TFT器件應用中。然而將明白本發(fā)明相同地可用于其它類型的材料和或其它類型的器件應用。
在此，參考圖1-6來描述本發(fā)明的實施例。在此薄膜硅工件(參見例如，工件170，圖2和4-6)用做說明性的工件。例如，工件170可以是使用在平板顯示器中沉積在玻璃或塑料襯底上的非晶或隨機晶粒的多晶硅薄膜。例如，硅薄膜的厚度可以是大約100埃到大于5000埃的范圍內(nèi)。而且，在圖1中所示的激光退火設備1000的上下文中描述了本發(fā)明，其通過在此結(jié)合作為參考的專利‘531中公開。使用該設備僅僅用于說明的目的來描述本發(fā)明的工藝，基于對本發(fā)明原理的理解可用于其它任何可利用的照射設備或系統(tǒng)。
設備1000包括能產(chǎn)生能量輻射束的輻射源110、用來定形和引導輻射束到工件表面的合適的光學組件120-163和在處理過程中支撐工件170電動平臺移動部件180。輻射源110可以是任何適當?shù)妮椛湓?，其可產(chǎn)生具有足夠密度的輻射能量的連續(xù)或脈沖束來熔化工件170的半導體薄膜的入射區(qū)域或部分。例如，輻射源110可適用于固態(tài)或其它類型的激光、電子束或離子束源。對于許多的半導體再結(jié)晶應用，由輻射源110產(chǎn)生的輻射光束可具有約10mJ/cm2到1J/cm2范圍的密度(例如，500mJ/cm2)。適當?shù)墓鈱W和/或電子器件可被用來調(diào)制或脈動通過輻射源110產(chǎn)生的輻射光束。例如，在約10到200納秒范圍中的脈沖周期(FWHM)，在約10Hz到200Hz的范圍中的脈沖重復率，適于硅薄膜工件170的激光退火。例如，用于硅薄膜工件170激光退火的合適輻射源110可是商用XeCl受激準分子激光器(例如，3201 West Commercial Blvd.Ft.Lauderdale，F(xiàn)L33309USA的美國Lambda Physik公司出售的LPX-315I型受激準分子激光器)。
合適的光學器件120-163可用于調(diào)制、校準或聚焦通過激光器110產(chǎn)生的照射到工件170上的輻射束。具體地，能量密度調(diào)制器120可用于激光束脈沖計數(shù)和/或調(diào)制它們的流量。例如，調(diào)制器120可以是商用可控制的光束能量密度調(diào)制器(例如，美國Lambda Physik公司出售的MicroLas雙板可變衰減器<two-plate variable-attenuator>)。用來定形激光束的其它光學組件(例如，控制鏡140、143、147、160和162、擴展和校準透鏡141和142、均化器144聚光透鏡145、場鏡148、目鏡161、可控制快門152、多元件物鏡163)，例如，也可以是其他任何合適的由美國Lambda Physik公司或其它公司出售的商用光學組件。
合適的光學組件120-163用于成形和引導輻射光束的可包括掩模系統(tǒng)150。掩模系統(tǒng)150可為投影掩模系統(tǒng)，用來圖形化入射的放射線(149)使得最大限度的入射到工件170上的輻射光束(164)為幾何成形或構(gòu)圖。
加工過程中工件170上的平臺裝置180可以是能夠在一個或多個方向上移動的任何合適的電動平臺移動裝置。能夠高的傳送速度的傳送平臺有利于在此描述的高生產(chǎn)量的一次工藝。平臺裝置180可被支撐在合適的支撐結(jié)構(gòu)上以從震動中與薄膜硅工件170隔離。例如，支持結(jié)構(gòu)可以是包括傳統(tǒng)光具座例如安裝在震動隔離和自動調(diào)平系統(tǒng)191、192、193和194上的花崗石塊光具座190。
計算機100可連接到激光器110、調(diào)制器120、平臺裝置180和其它可控制組件的設備1000上。計算機100可用于控制入射激光束脈沖和平臺裝置180相對移動的定時和流量。編程計算機100在X、Y和Z方向上控制移動平臺裝置傳送平臺180。例如，響應于計算機100的指令，工件170可在X-Y平面內(nèi)和在Z方向上移動超過預定距離。在操作中，根據(jù)用于工件170預先編程的一次再結(jié)晶的工藝方法，在一次激光退火的合適時間工件170相對于入射激光束164的位置可被連續(xù)調(diào)整或間斷性的重置。工件170的移動與激光器110產(chǎn)生的輻射光束脈沖的時機選擇同步或同等。
在設備1000中，平臺裝置180的運動使工件170和輻射光束(164)彼此平移。在此描述的工藝中，當平臺180被移動時，輻射光束(164)固定在一個位置和方向中。光學組件的可選擇的配置或安排可用于沿著定義的路徑相對彼此移動輻射光束164和工件170。例如，當平臺180固定在一個位置時，計算機控制光束控制鏡可用于偏轉(zhuǎn)輻射光束164。通過如此的光束偏轉(zhuǎn)，能夠完全或部分省去機械投影掩模(例如，掩模系統(tǒng)150)的使用和代替電子或光學光束引導機械以快步掃描或步進工件170的選擇部分。
例如，使用設備1000，可利用如下工藝實現(xiàn)熔化的半導體材料順序的側(cè)向固化，工藝包括如專利‘531中描述的受激準分子激光脈沖之間增加的運動或平臺180的位置移動。平臺180的移動小，使得由連續(xù)脈沖熔化的部分硅薄膜相互最接近。兩個熔化部分的近似性允許第一部分再結(jié)晶和擴散其晶體結(jié)構(gòu)到通過下一脈沖熔化的相鄰部分中。
在此描述的一次再結(jié)晶工藝中，通過移動平臺裝置180，設備1000可用于激光束掃描或步進穿過半導體薄膜的表面。激光束在激光光束脈沖入射的區(qū)域或點上具有足夠的密度或流量來熔化目標區(qū)域。為了加工整個工件170，平臺裝置180可移動預定的距離，來引起激光束沿著穿過半導體薄膜175/工件170的路徑移動。圖2也示意性的顯示了路徑230、255等，該路徑在它移動穿過工件170表面時通過入射輻射光束164跟蹤。
路徑數(shù)和它們的幾何方向可通過激光束的截面面積和被加工的工件170的應用電路或設備要求的目標區(qū)域來確定。因此，半導體薄膜175/工件170的表面可被分配在產(chǎn)生計算機100的處理方法或另外的設備1000的控制操作的幾何陣列區(qū)域中。圖2顯示了工件170上的半導體薄膜175表面示例性的幾何分配。在示于圖2的示例性的幾何分配中，表面分為每個具有寬度W的許多行(例如，205，206，207，等)?？煽紤]入射輻射光束164的截面寬度來選擇行的寬度W。每一行包含一個或多個區(qū)域。如說明性的數(shù)字示例，工件170在X和Y方向可分別為大約30cms和40cms。例如，每一行205、206、207等可具有在Y方向上大約1/2厘米的寬度W。例如，該值W可對應大約相同大小的激光束寬度。因而，工件170的表面在X方向可以分為每個具有長度大約30cms的八十(80)個行。每一行包括結(jié)合長度等于30cms(未示出)的一個或多個區(qū)域。
每一行的坐標可存儲在計算機100中通過工藝方法來使用。例如，計算機100可使用存儲坐標，以在處理過程中來計算平臺180的方向、時序和移動距離。例如，坐標也可用來記錄激光器110開啟的時間，使得在平臺180移動時照射半導體薄膜175分配的區(qū)域。
當硅薄膜175被照射時，工件170可在線性方向上傳送，使得半導體薄膜175的線性條暴露給熔化密度或流量的輻射光束?？膳渲仆ㄟ^輻射光束追蹤的傳送路徑，使得薄膜硅175整個表面的預期部分通過暴露給激光光束而依次處理。例如，可配制傳送路徑使得激光束依次橫穿行205、206、207，等。在圖2中，一開始將輻射光束定向在接近行205左端附近的210’反面的點220上。例如，路徑230表示，當平臺180在X負方向上移動時通過行205的輻射光束的中心追蹤的傳送路徑。
平臺180的運動可進行一系列的步驟，間斷的停-和-進的方式或連續(xù)的無停頓的直到輻射光束的中心引入到行205右端附近的點240上。路徑段225和235分別表示延伸出工件170的邊緣210’和210”到點220和240的路徑230的延長。這些段可能需要使平臺裝置180適應在路徑230末端加速或減速和/或在平臺180在另一方向移動重新初始化平臺180的位置。例如，平臺180可從點240在Y的負方向上移動，使得輻射光束的中心追蹤路徑245到在行206右端的點247準備處理行206中的硅材料。從點247相似于沿著行205中路徑230的方式(但在反方向)，平臺180在X方向上移動使得輻射光束中心沿著在行206中照射薄膜硅材料的路徑255移動。繼續(xù)移動直到輻射光束的中心入射到鄰近行206左端的點265上。路徑延伸260和250分別表示延伸過邊210’和210”到點247和265的路徑255的段。進一步在Y方向上平臺180的線性移動沿著路徑270到下一行207的點272移動入射輻射光束的中心。然后，可通過在X負方向上沿著路徑275且進一步朝向工件170的相對側(cè)210”移臺180來處理在行207中的薄膜硅材料。以對行205、206和207描述的方式使平臺180在X和Y方向上連續(xù)運動，可處理或照射薄膜硅175表面上的所有行。應當明白，上述的具體的方向或路徑順序僅僅作為說明的目的，也可適當?shù)厥褂闷渌较蚧蝽樞颉?br> 在設備1000的操作中，硅薄膜175可以通過利用掩模系統(tǒng)150定義幾何外形的光束脈沖164來照射。掩模系統(tǒng)150可包括合適的用于此目的的投影掩模。掩模系統(tǒng)150可使單一入射輻射光束(例如光束149)入射到其上來掩飾到幾何圖形中的多個波束中。波束照射到薄膜硅工件上的區(qū)域中的目標區(qū)域的相應幾何圖形上?？蛇x擇每個波束有足夠充分的密度來引起貫穿它們的(膜)厚度照射的薄膜硅部分完全熔化。
投影掩模可由合適的材料形成，其阻擋照射通道穿過光束149不希望的截面區(qū)域但允許通道通過期望的區(qū)域。示例性的投影掩?？删哂杏删匦螚l或其它合適的阻擋/非阻擋幾何圖形，其可隨機或按幾何圖形排列。例如，條可以如圖3a所示的平行圖形、或如圖3b所示的平行和直角混合的圖形、或任何其它合適的圖形放置。
參考圖3a，示例性掩模300A包括具有多個開口或透明狹縫301、302、303等的光束阻擋部分310。光束阻擋部分310避免入射光束149入射部分的通道穿過掩模300A。相反，開口或透明狹縫301、302、303等，允許入射光束149入射部分的通道穿過掩模300。因此，離開掩模300A的輻射束164具有和多個開口或透明狹縫301、302、303等的平行圖形相對應的幾何圖形的截面。從而，當定位在掩模系統(tǒng)150中時，可使用掩模300A來圖形化入射到半導體薄膜175上的輻射束164作為平行的矩形波束的收集。波束照射半導體薄膜175表面上的區(qū)域中的矩形目標區(qū)域的對應圖形。在提高通過波束熔化的薄膜硅區(qū)域的再結(jié)晶或橫向固化的角度選擇波束的面積。例如，可選擇波束的邊長使得鄰近區(qū)域中的相應的目標區(qū)域相鄰接。波束的大小和波束中間分開的距離可通過大小合適的選擇和透明狹縫301、302、303等的間隔來選擇。例如，具有微米或較大線尺寸的開口或透明狹縫301、302、303等，產(chǎn)生具有在多種條件下適合硅薄膜再結(jié)晶工藝的面積的激光照射波束。
圖3b示出另一具有與掩模300A不同的圖形的示例性掩模300B。例如，在掩模300B中，許多開口或透明狹縫351、352、361、362等可沿著正方形的兩邊成對排列。該掩模300B也可用在掩模系統(tǒng)150中來圖形化入射在半導體薄膜175上的輻射束164。例如，輻射束164可圖形化作為按正方形圖形排列的波束的收集。在可提高通過波束熔化的薄膜硅表面區(qū)域再結(jié)晶或橫向固化的角度上選擇波束的面積。具有約0.5微米線性尺寸開口或透明狹縫351、352、361、362等可產(chǎn)生具有合適面積的用于薄膜硅區(qū)域再結(jié)晶的激光照射波束。
應當明白，在圖3a和3b中所示的具體掩模圖形是示例性的?？墒褂萌魏纹渌线m的掩模圖形，例如包括專利‘625中描述的人字形圖形。考慮到TFT期望的布置或打算再結(jié)晶化薄膜硅材料半導體產(chǎn)品中其它電路或器件元件的來選擇特定的掩模圖形。
例如圖4表示，用圖3a中的掩模300A(掩模300A可在示于圖3a中水平方向旋轉(zhuǎn)約90度)處理了的工件170的部分。顯示的該部分對應一行，例如，工件170的行205(圖2)。處理了的工件170的行205包括再結(jié)晶的多晶硅線性區(qū)域或條401、402等。每一個線性條是通過照射由對應的狹縫301、302等形成的輻射束的結(jié)果。在穿過行205的線性條中再結(jié)晶的硅的連續(xù)延伸，例如是在激光束曝光下(圖2)沿著路徑230的平臺180的連續(xù)運動的結(jié)果。條401、402可具有對應于具有在中心碰撞液體/固體生長面的一次曝光產(chǎn)生長位置控制晶粒邊界的微結(jié)構(gòu)。可選地，在方向性的固化過程中，連續(xù)區(qū)域是平臺180沿著路徑230接近的距離步進運動的結(jié)果，其充分的交疊允許連續(xù)再結(jié)晶的硅條形成。在該可選擇工藝中，再結(jié)晶材料的微結(jié)構(gòu)可具有平行于掃描方向的長晶粒。再結(jié)晶的多晶硅(例如，條401、402等)可具有一般均勻的結(jié)構(gòu)，其適合于布置一個或多個TFT器件的活性區(qū)域。相似地，圖5示出了使用圖3b中掩模300B的示例性結(jié)果。示例性處理的工件170包括再結(jié)晶多晶硅條501、502等。再結(jié)晶多晶硅條501、502等象條401、402那樣具有均勻的晶體結(jié)構(gòu)，適合于TFT器件的活性區(qū)域的布置。一般彼此成直角顯示的條501和502可對應于利用直角掩模狹縫(例如，圖3b狹縫351，361)形成的照射波束。條501和502(對比于條401和402的延伸長度)明顯的幾何定向和物理間隔，例如可以是在工件170處理過程中暴露給激光照射的物理間隔的結(jié)果。在處理過程中，可通過平臺180的步進運動(例如，沿著圖2路徑230)獲得間隔的照射曝光。另外或可選擇地，平臺180和激光光束160彼此以固定速度移動或掃描時，平臺180沿路徑230在適當?shù)臅r間和位置通過觸發(fā)激光器110產(chǎn)生照射脈沖獲得間隔曝光。
計算機100可用于當平臺180運動時在合適的時間和位置時控制觸發(fā)激光器110。計算機100可根據(jù)預先編程的工藝方法完成，例如，包括工件加工中幾何設計信息。圖6顯示了用于計算機100來觸發(fā)激光器110的示例性的設計圖形600。圖形600可以是覆蓋薄膜硅175/工件170的幾何柵格。例如，柵格可以是具有坐標(x1，x2，...等)和(y1，y2，...等)的長方形x-y柵格。通過設計柵格的間隔可以是規(guī)則的或不規(guī)則的。在工藝方法中，圖形600可按照物理基準的標記(例如，在薄膜硅工件上)布置或可以是數(shù)學的結(jié)構(gòu)。當平臺180在柵格坐標(xi，yi)處時，記算機100可觸發(fā)激光器110。例如，計算機100動作響應配置來感應平臺180的位置的傳統(tǒng)的位置傳感器或指示器。可選地，計算機100可以計算的說明觸發(fā)激光器110，該計算的次數(shù)自例如平臺初始位置和從初始平臺位置平臺移動的速度和方向的參數(shù)計算。計算機100也可有利地用于指示激光器110來發(fā)出變化率的輻射脈沖，勝于通常的勻速。例如，脈沖產(chǎn)生變化率可有利地適應平臺180速度的改變，如在路徑230末端等的加速或減速。
應當明白，前述僅是示例性的本發(fā)明的原理，并且在不脫離本發(fā)明的范圍與精神的前提下本領域技術(shù)人員可做多種修飾，其僅僅通過下面的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種提高半導體薄膜結(jié)晶質(zhì)量的再結(jié)晶方法，包括下述步驟(a)利用一輻射束脈沖照射半導體薄膜表面的第一區(qū)域，其中所述輻射束首先被圖形化成一波束圖形中的至少一個波束，其中每個波束入射到第一區(qū)域中的目標區(qū)域上，每個波束具有足夠的流量來熔化其所入射的目標區(qū)域中的半導體材料，并且在所述目標區(qū)域中熔化的半導體材料當它不再暴露于所述入射波束時再結(jié)晶；并且(b)相對于所述輻射束，連續(xù)地平移半導體薄膜，使得以與步驟(a)相同的方式照射半導體薄膜表面的下一個區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述波束具有微米級的截面面積。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括利用一掩模從所述輻射束脈沖圖形化得到所述波束的步驟。
4.如權(quán)利要求3的方法，其特征在于，所述掩模包括阻擋部分，用于阻擋入射在其上的輻射從中通過；布置成一圖形的多個狹縫，所述狹縫允許入射在它們上的輻射從中通過，并且所述狹縫在所述圖形中設置為彼此基本平行。
5.如權(quán)利要求3的方法，其特征在于，所述掩模包括阻擋部分，用于阻擋入射在其上的輻射從中通過；布置成一圖形的多個狹縫，所述狹縫允許入射在它們上的輻射從中通過，并且所述狹縫在所述圖形中沿著長方形的兩邊成對布置。
6.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，進一步包括如下步驟在一移動平臺上支撐所述半導體薄膜，并且相對于所述輻射束平移半導體薄膜的所述步驟包括沿著一線形路徑將所述可移動平臺移到下一個區(qū)域。
7.如權(quán)利要求6的方法，其特征在于，所述半導體薄膜包括行區(qū)域，并且所述方法進一步包括下述步驟沿著所述線形路徑，移動所述可移動平臺穿過半導體薄膜表面上的第一行區(qū)域。
8.如權(quán)利要求7的方法，其特征在于，所述可移動平臺不停頓地通過所述第一行區(qū)域連續(xù)移動。
9.如權(quán)利要求7的方法，其特征在于，所述可移動平臺在一區(qū)域處停頓，然后移到一鄰近的區(qū)域。
10.如權(quán)利要求7的方法，其特征在于，進一步包括下述步驟沿著線形路徑，移動所述可移動平臺穿過連續(xù)的行區(qū)域，直到處理了半導體薄膜的整個表面。
11.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述第一區(qū)域中的至少一個目標區(qū)域與下一個區(qū)域中的相應目標區(qū)域相連，使得在照射第一和下一個區(qū)域之后，形成一延伸的條或再結(jié)晶的半導體材料。
12.一種提高半導體薄膜結(jié)晶質(zhì)量的再結(jié)晶方法，包括下述步驟(a)使用激光產(chǎn)生一輻射束脈沖；(b)利用所述輻射束脈沖照射半導體薄膜表面的第一區(qū)域，其中所述輻射束首先被圖形化成一波束圖形中的至少一個波束，每個波束入射到第一區(qū)域中的一個目標區(qū)域上，每個波束具有足夠的流量來熔化其所述入射的目標區(qū)域中的半導體材料，并且所述目標區(qū)域中熔化的半導體材料當它不再暴露于所述入射波束時再結(jié)晶；并且(c)在利用所述輻射束脈沖照射了半導體薄膜表面的第一區(qū)域之后，相對于所述輻射束平移半導體薄膜，使得以步驟(a)和(b)的方式照射半導體薄膜表面的下一個區(qū)域。
13.如權(quán)利要求12的方法，其特征在于，根據(jù)薄膜半導體區(qū)域相對于輻射束的位置，觸發(fā)所述激光器，以產(chǎn)生所述輻射束脈沖。
14.如權(quán)利要求12的方法，其特征在于，進一步包括在一可移動平臺上支撐所述半導體薄膜，并且相對于所述輻射束平移半導體薄膜的所述步驟包括移動所述可移動平臺，并且根據(jù)所述可移動平臺的位置，觸發(fā)所述激光器，以產(chǎn)生所述輻射束脈沖。
15.如權(quán)利要求14的方法，其特征在于，通過位置傳感器感測所述可移動平臺的位置。
16.如權(quán)利要求14的方法，其特征在于，根據(jù)所述可移動平臺的初始位置，計算所述可移動臺的位置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高生產(chǎn)量系統(tǒng)和在低溫下沉積到襯底上的薄膜半導體的再結(jié)晶工藝。用激光光束照射薄膜半導體工件來熔化和再結(jié)晶暴露在激光光束的表面目標區(qū)域。使用圖形掩模，使激光光束成形為一個或多個波束。掩模圖形具有合適的尺寸和方向來圖形化激光光束照射，使得由波束對準的區(qū)域具有傳導到半導體再結(jié)晶的尺寸和方向。在高速條件下工件沿著相對應激光光束的線性路徑機械地平移來處理工件的表面。位置靈敏的觸發(fā)激光可被用于產(chǎn)生激光脈沖，來熔化和再結(jié)晶電動平臺上平移的工件時精確地位于工件表面上的半導體材料。
文檔編號H01L21/20GK1757093SQ03819047
公開日2006年4月5日 申請日期2003年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月19日
發(fā)明者J·S·艾姆 申請人:紐約市哥倫比亞大學托管會