專利名稱：薄膜的線掃描順序橫向固化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜材料的處理，尤其涉及利用線束激光照射由非晶 或多晶薄膜形成晶體薄膜。具體地說，本公開涉及用于處理薄膜以獲 得位于薄膜中的薄膜晶體管的基本上均勻的性能的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
近些年來，研究了用于將非晶或多晶半導(dǎo)體膜晶化或者改善其結(jié) 晶度的各種技術(shù)。這些技術(shù)用于許多裝置例如圖像傳感器和有源矩陣 液晶顯示(AM-LCD)裝置的制造中。在合適的基板上制造薄膜晶體管 (TFT)的規(guī)則的陣列，每個(gè)晶體管被用作像素控制器。
晶體半導(dǎo)體膜例如硅膜提供用于液晶顯示的像素。這種膜向來通 過受激準(zhǔn)分子激光器的照射進(jìn)行處理，然后在受激準(zhǔn)分子激光退火 (ELA)處理中被晶化。描述了其它用于處理在液晶顯示器和有機(jī)發(fā)光 二極管(OLED)顯示器中使用的半導(dǎo)體薄膜的較為有利的方法和系統(tǒng) 例如順序橫向固化(SLS)技術(shù)。SLS是一種可以在包括不耐熱的基 板例如玻璃和塑料的基板上生成晶體膜的脈沖激光晶化處理。
SLS使用受控的激光脈沖來熔融基板上的非晶或多晶薄膜的區(qū)
域。膜的熔融區(qū)域然后被橫向晶化成為定向固化的橫向柱形微結(jié)構(gòu)或 者位置受控的大的單晶區(qū)域。 一般地說，熔融/晶化處理利用大量的激 光脈沖在大的薄膜的表面上被順序地重復(fù)。然后使用在基板上的被處 理過的薄膜或者生產(chǎn)顯示器，或者甚至被分割而生產(chǎn)多個(gè)顯示器。
不過，常規(guī)的ELA和SLS技術(shù)受到激光脈沖從一次發(fā)射到下一 次發(fā)射的改變的限制。用于熔融膜的區(qū)域的每個(gè)激光脈沖一般具有和 用于熔融膜的其它區(qū)域的其它激光脈沖不同的能量通量。這可能引起 在顯示器的區(qū)域上被再晶化的膜的區(qū)域內(nèi)略微不同的性能。例如，在 薄膜的相鄰區(qū)域的順序照射期間，第一區(qū)域被具有第一能量通量的第 一激光脈沖照射，第二區(qū)域被具有和第 一激光脈沖至少略微不同的第 二能量通量的第二激光脈沖照射，第三區(qū)域被具有和第一、第二激光 脈沖至少略微不同的第三能量通量的第三激光脈沖照射。由于照射相 鄰區(qū)域的順序束脈沖的不同的通量，半導(dǎo)體膜的被照射的和被晶化的 第一、第二和第三區(qū)域的最終的能量密度至少在某種程度上互不相同。
用于熔融薄膜的區(qū)域的激光脈沖的通量和/或能量密度的不同可 能引起晶化區(qū)域的質(zhì)量和性能的不同。當(dāng)隨后在這種被不同的能量通 量和/或能量密度的激光束脈沖照射和晶化的區(qū)域內(nèi)制造薄膜晶體管 (TFT)器件時(shí)，可以檢測到性能的差異。這可以由在顯示器的相鄰 像素上提供的相同的顏色可能看來互不相同來證明。薄膜的相鄰區(qū)域 的非均勻照射的另一個(gè)結(jié)果是，在由這種薄膜生產(chǎn)的顯示器中這些區(qū) 域中的一個(gè)區(qū)域的像素到下一個(gè)相鄰區(qū)域中的像素之間的轉(zhuǎn)變是可 見的。這是由于在兩個(gè)相鄰區(qū)域中能量密度互不相同，使得在區(qū)域的 邊界上在區(qū)域之間的過渡相互之間具有差異。

發(fā)明內(nèi)容
在一種處理中半導(dǎo)體膜基板被晶化，所述處理減少相鄰的束脈沖 的不同的能量通量和能量密度對(duì)半導(dǎo)體膜的相鄰區(qū)域的影響。減少的 影響提供可用于LCD和OLED顯示器的薄膜，其具有較大的均勻性，
并在從相鄰的晶化區(qū)域轉(zhuǎn)變時(shí)具有減小的銳度。
在一方面， 一種用于制造多晶膜的方法包括a、提供其上配置 有薄膜的基板，所述膜能夠由激光引起熔融；b、產(chǎn)生一個(gè)激光脈沖 序列，所述激光脈沖具有足以在被照射區(qū)域貫穿薄膜的厚度使薄膜熔 融的通量，每個(gè)脈沖形成具有長度和寬度的線束，所述寬度足以實(shí)質(zhì) 上阻止在由所述激光脈沖照射的薄膜的部分內(nèi)固體的核化；c、用第
一激光脈沖照射所述膜的第一區(qū)域以形成第一熔融區(qū)，所述第一熔融 區(qū)的寬度呈現(xiàn)沿其長度的改變，從而限定最大寬度(Wmax)和最小寬 度(W^)，其中W咖x小于約2xWmin，并且第一熔融區(qū)在冷卻時(shí)被 晶化以形成一個(gè)或多個(gè)橫向生長的晶體；d、沿著橫向生長方向?qū)⑺?述薄膜橫向移動(dòng)大于W,的約一半而小于W^的距離；以及e、用 第二激光脈沖照射薄膜的第二區(qū)域以形成具有大致與第一熔融區(qū)的 形狀相同的形狀的第二熔融區(qū)，其中第二熔融區(qū)在冷卻時(shí)被晶化以形 成一個(gè)或多個(gè)橫向生長的晶體，該晶體是第一區(qū)中的一個(gè)或多個(gè)晶體 的延長物。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，"足以實(shí)質(zhì)上阻止核化"的寬度小 于或等于在照射條件下薄膜的特征橫向生長長度的約兩倍。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，Wm^小于約7微米，或者小于約10微 米。熔融區(qū)的寬度沿其長度的改變大于10%,或者沿其長度的改變高 達(dá)50%。熔融區(qū)的長度在約10毫米到約1000毫米的范圍內(nèi)。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，熔融區(qū)具有大約和基板的寬度或長度一 樣大的長度。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，熔融區(qū)具有至少和基板的寬度 或長度的一半那樣大的長度。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，步驟d和e被重復(fù)足夠的重復(fù)次數(shù)，以 便利用 一次掃描沿基板的整個(gè)寬度或長度使膜晶化。
在另一方面， 一種用于制備多晶膜的方法包括a、提供其上配 置有薄膜的基板，所述膜能夠由激光引起熔融；b、產(chǎn)生一個(gè)激光脈 沖序列，所述激光脈沖具有足以在被照射區(qū)域貫穿薄膜的厚度使薄膜 熔融的通量，每個(gè)脈沖形成具有預(yù)定長度和寬度的線束；c、用第一 激光脈沖照射所述膜的第一區(qū)域以形成第一熔融區(qū)，其中所述第一熔 融區(qū)相對(duì)于基板的邊沿成角度地被定位，并且所述膜的第一熔融區(qū)在
冷卻時(shí)被晶化以形成一個(gè)或多個(gè)橫向生長的晶體；d、沿與基板的邊 沿大致平行的方向?qū)⑺霰∧M向移動(dòng)一個(gè)距離，選擇該距離使得在 第一激光脈沖和第二激光脈沖之間具有重疊；e、用第二激光脈沖照 射所述膜的第二區(qū)域，從而形成具有大致與第一熔融區(qū)的形狀相同的 形狀的第二熔融區(qū)，其中第二熔融區(qū)和第一區(qū)的橫向生長的晶體的一 部分重疊，并且所述膜的第二熔融區(qū)在冷卻時(shí)被晶化以形成一個(gè)或多 個(gè)橫向生長的晶體，該晶體是第一區(qū)中的一個(gè)或多個(gè)晶體的延長物。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述角度在約1~5度或者約1~20度 的范圍內(nèi)。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，熔融區(qū)相對(duì)于要用于有源矩陣顯示器的 像素的列的位置成角度地被定位。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，橫向生長的晶體相對(duì)于基板的邊沿成角 度地取向。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，選擇激光脈沖的寬度以防止由激光脈沖 照射的薄膜的一部分中的固體的核化。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括周期地中斷橫向生長的 晶體的橫向生長，并開始新的一組橫向生長晶體的生長。晶體的橫向
生長每隔約10~200個(gè)激光脈沖被中斷，或者每隔所述膜的橫向再定 位的約20~400微米被中斷。
在另一方面， 一種用于制備多晶膜的方法包括a、提供其上配 置有薄膜的基板，所述膜能夠由激光引起熔融；b、產(chǎn)生一個(gè)激光脈 沖序列，每個(gè)脈沖形成具有預(yù)定長度和寬度的線束并具有足以貫穿被 照射區(qū)域內(nèi)的膜厚度使膜熔融的通量；c、用多個(gè)激光脈沖照射膜的 第一部分，其中在每個(gè)激光脈沖之后，被照射的膜被晶化而形成一個(gè) 或多個(gè)橫向生長的晶體，并且在每個(gè)激光脈沖之后，所述膜沿橫向晶 體生長的方向橫向移動(dòng)第一距離，從而形成第一晶體區(qū)；以及d、不
中斷沿著橫向晶體生長的方向的膜的移動(dòng)，用多個(gè)激光脈沖照射所述 膜的第二部分，其中在每個(gè)激光脈沖之后，被照射的膜被晶化而形成
一個(gè)或多個(gè)橫向生長的晶體，并且在每個(gè)激光脈沖之后，所述膜沿橫 向晶體生長的方向橫向移動(dòng)第二距離，從而形成第二晶體區(qū)，其中所 述笫一距離和所述第二距離不同。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述膜跨過基板的區(qū)域在移動(dòng)第一平移 距離和移動(dòng)第二平移距離之間交替?；蛘呒す獾闹貜?fù)率或者樣品的平 移速度可被改變，以實(shí)現(xiàn)第一和第二平移距離。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，選擇第一距離使得提供橫向生長的晶體 的列，該晶體具有位置受控的晶粒邊界，該邊界中斷橫向晶體生長， 并且基本上垂直于橫向生長的方向。每個(gè)激光脈沖形成一個(gè)熔融區(qū)， 并且第一距離大于熔融區(qū)寬度的一半而小于熔融區(qū)的寬度。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，熔融區(qū)的寬度呈現(xiàn)沿其長度的改變，借 以限定最大寬度(Wmax)和最小寬度(Wmin)，并且第一距離大于Wmax的 約一半而小于Wmin。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，選擇第二距離，使得提供基本上沿膜移 動(dòng)的方向延伸的橫向生長晶體。每個(gè)激光脈沖形成一個(gè)熔融區(qū)，并且 第二距離小于熔融區(qū)寬度的一半。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)激光脈沖形成一個(gè)熔融區(qū)，并且第 一距離大于熔融區(qū)寬度的一半并小于熔融區(qū)的寬度，第二距離大于熔 融區(qū)寬度的一半并小于熔融區(qū)的寬度。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，選擇第一距離，使得提供適用于像素 TFT的溝道區(qū)的第一組預(yù)定晶體特性，和/或選擇第二距離，使得提
供適用于集成TFT的溝道區(qū)的預(yù)定的晶體特性，和/或第二部分足夠
寬，以便容納兩個(gè)相鄰的顯示的一對(duì)集成區(qū)。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述線束通過使激光脈沖聚焦成所需尺 度的形狀而被形成，和/或使用圓柱形光學(xué)器件使激光脈沖聚焦成線 束，和/或使用從包括掩模、狹縫或直邊的組中選擇的整形裝置形成所 述線束。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，使用從包括掩模、狹縫或直邊的組中選 擇的整形裝置形成所述線束，掩模限定線束的寬度和長度，或者狹縫
限定線束的寬度，線束的長度由至少一個(gè)光學(xué)元件來限定，或者直邊 限定整形激光束的寬度。整形裝置可以具有呈非直線特征的長度，和 /或所述非直線特征是鋸齒狀。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，線束具有大于50的長寬比，或者高達(dá) 2xl()S的長寬比。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，熔融區(qū)具有小于約5微米的寬度，或者 小于約IO微米的寬度，和/或熔融區(qū)的長度在約10毫米到約1000毫 米的范圍內(nèi)。
在另一方面，一種用于制備用于有源矩陣顯示器的半導(dǎo)體膜的系 統(tǒng)包括激光源，用于提供脈沖頻率大于約4 kHz、平均功率大于300W 的激光脈沖；激光光學(xué)裝置，用于把所述激光束整形成為線束，經(jīng)過 整形的激光束沿著線束的長度具有基本上均勻的通量；用于支撐樣品 的平臺(tái)，其能夠沿著至少一個(gè)方向平移；以及用于存儲(chǔ)一組指令的存 儲(chǔ)器，所述指令包括
a、 用第一激光脈沖照射所述膜的第一區(qū)域以形成第一熔融區(qū)， 所述第 一熔融區(qū)的寬度呈現(xiàn)沿其長度的改變，從而限定最大寬度Wmax
和最小寬度Wmin,其中第一熔融區(qū)在冷卻時(shí)被晶化以形成一個(gè)或多個(gè)
橫向生長的晶體；
b、 沿著橫向生長方向?qū)⑺霰∧M向移動(dòng)大于約Wm^的一半
而小于Wmin的距離；以及
c、 利用第二激光脈沖照射所述膜的第二區(qū)域以形成具有大致與
第一熔融區(qū)的形狀相同的形狀的第二熔融區(qū)，其中第二熔融區(qū)在冷卻 時(shí)被晶化以形成一個(gè)或多個(gè)橫向生長的晶體，該晶體是第一區(qū)中的一 個(gè)或多個(gè)晶體的延長物，其中所述激光光學(xué)裝置被選擇以提供小于
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，線束相對(duì)于要用于TFT的列的位置成
角度地被定位，或者線束相對(duì)于基板的邊沿成角度地被定位。 在另一方面，一種用于制備用于有源矩陣顯示器的半導(dǎo)體膜的系
統(tǒng)包括激光源，用于提供脈沖頻率大于約4kHz、平均功率大于100W
的激光脈沖；激光光學(xué)裝置，用于把所述激光束整形成為線束，經(jīng)過 整形的激光束沿著線束的長度具有大致均勻的通量；用于支撐樣品的 平臺(tái)，其能夠沿著至少一個(gè)方向平移；以及用于存儲(chǔ)一組指令的存儲(chǔ) 器，所述指令包括
a、 用多個(gè)激光脈沖照射所述膜的第一部分，其中在每個(gè)激光脈 沖之后，被照射的膜被晶化而形成一個(gè)或多個(gè)橫向生長的晶體，并且 在每個(gè)激光脈沖之后，所述膜沿橫向晶體生長的方向橫向移動(dòng)第一距 離，從而形成第一晶體區(qū)；以及
b、 不中斷沿著橫向晶體生長的方向的膜的移動(dòng)，用多個(gè)激光脈 沖照射所述膜的第二部分，其中在每個(gè)激光脈沖之后，被照射的膜被 晶化而形成一個(gè)或多個(gè)橫向生長的晶體，并且在每個(gè)激光脈沖之后， 所述膜沿橫向晶體生長的方向橫向移動(dòng)第二距離，從而形成第二晶體 區(qū)，其中所述笫一距離和所述第二距離不同。


下面參照

本發(fā)明，這些附圖只用于說明的目的，并不用 于限制本發(fā)明。
圖1表示按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例用于產(chǎn)生定向晶體的 線束順序橫向固化的步驟；
圖2表示按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例用于產(chǎn)生定向晶體的 線束順序橫向固化的步驟；
圖3表示按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例用于產(chǎn)生定向晶體的 線束順序橫向固化的步驟；
圖4A-4D表示按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例用于產(chǎn)生均勻的 晶體的線束順序橫向固化的步驟；
圖5示意地表示其寬度沿其長度改變的線束脈沖；
圖6A-6C表示按照常規(guī)的順序橫向固化處理過沖一個(gè)所需的步 長的線束順序橫向固化；
圖7A、 7B表示按照常規(guī)的順序橫向固化處理欠沖一個(gè)所需的步
長的線束順序橫向固化；
圖8A、 8B表示按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)一個(gè)所需的 步長的線束順序橫向固化；
圖9示意地表示按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例使用兩個(gè)或多 個(gè)脈沖來脈動(dòng)平移距離的脈動(dòng)的線束激光晶化處理；
圖IOA、 10B示意地表示按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例相對(duì)于 基板一個(gè)角度進(jìn)行的脈動(dòng)的線束激光晶化處理；
圖11示意地表示在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中使用的激光系 統(tǒng)；以及
圖12是常規(guī)的AM-OLED的截面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明披露了一種使用脈沖的、窄的、細(xì)長的激光束進(jìn)行的薄膜 晶化處理。跟隨激光引起的熔融的膜的區(qū)域的晶化與激光脈沖的特性 有關(guān)。具體地說，在晶化的區(qū)域內(nèi)晶體晶粒的質(zhì)量、尺寸和形狀由熔 融該區(qū)域的激光脈沖的能量、空間分布和/或時(shí)間分布確定。描述了用 于顯示裝置中的多晶基板的各種照射方案。
在用于生產(chǎn)晶體半導(dǎo)體膜的SLS系統(tǒng)中的脈沖不均勻性可能是
例如，在給定的激光脈沖中，空間能量密度分布(例如照射的均勻性)、 時(shí)間強(qiáng)度分布(例如脈沖持續(xù)時(shí)間和/或時(shí)間形狀)、和/或成像(例 如場彎曲與變形)可以改變。此外，在激光通量中，在脈沖到脈沖之 間存在波動(dòng)，因而引起順序的激光脈沖的能量密度的改變。在脈沖之 間或在脈沖內(nèi)的這些值的漸變可以導(dǎo)致所獲得的薄膜的晶化區(qū)域的 一個(gè)或多個(gè)特性的漸變，例如在晶化的半導(dǎo)體薄膜的微結(jié)構(gòu)中。這可 以引起在晶化的膜上制備的TFT器件的特性的漸變，因而引起在相 鄰像素之間亮度的漸變。此外，當(dāng)由于激光束能量的脈沖間的波動(dòng)而 使得利用具有和照射一組像素不同的照射特性的激光脈沖處理另一 組像素時(shí)，可以觀察到像素亮度的突變。
脈沖激光系統(tǒng)以及使用長的、窄的激光束的半導(dǎo)體薄膜晶化處理 可以控制激光脈沖中的至少一些不均勻性的源和成像，從而在晶化薄
膜上制備的TFT器件中觀察不到伴隨的不均勻性。在半導(dǎo)體膜質(zhì)量 中的缺陷或偏差影響TFT器件的質(zhì)量，控制這些薄膜缺陷的性質(zhì)和 位置可以減少其對(duì)最終的TFT器件的影響。
一種例如可以從日本JSW得到的常規(guī)的SLS系統(tǒng)使用二維(2D) 投射系統(tǒng)產(chǎn)生矩形激光脈沖，典型的短軸尺寸為0.5~2.0 mm,長軸 尺寸為15 ~ 30 mm。因?yàn)檫@些尺寸不能按照SLS處理——SLS要求至 少一個(gè)尺寸是橫向晶粒生長的數(shù)量級(jí)，例如2~5微米——激光束被 遮蔽以提供多個(gè)較小尺寸的小激光束。短軸的強(qiáng)度等中的絕對(duì)的改變 小于沿著長軸的改變。此外，沿短軸方向具有顯著的重疊例如約50 %的重疊，其有助于將一些不均勻性平均掉。因而，在短邊的不均勻 性對(duì)像素亮度的差異沒有大的貢獻(xiàn)。不過，沿長軸的不均勻性更加突 出，并且更加有害。長軸可以小于顯示器的尺寸，因而不可避免地在 一個(gè)掃描到另一個(gè)掃描之間發(fā)生像素亮度的突變。此外，沿長軸的不 均勻性可以達(dá)到肉眼能夠非常清晰可見的程度(例如1厘米內(nèi)10 %的 亮度改變)。雖然眼睛適度地容忍隨機(jī)的像素到像素的偏差，也容忍 非常大規(guī)模的幾十厘米(10s of cm)以及像素到像素的漸變，但是不能 容忍顯示器的區(qū)域之間的突變或者小規(guī)模的幾毫米至幾厘米(mms to cms)的緩慢波動(dòng)。
線束SLS處理使用一維(1D)投射系統(tǒng)以產(chǎn)生長的、大的長寬比 的激光束， 一般長度為1~100厘米量級(jí)，例如"線束"。長寬比的范 圍可以是約50或更大，例如100、或500、或1000、或2000、或10000、 或者高達(dá)約2xl0S或更高，例如。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，寬度是 W曲和W鵬的平均寬度。在一些線束SLS的實(shí)施例中，激光束在其 尾部邊沿的長度可能不能被很好地限定。例如，能量可能波動(dòng)，在長 度的遠(yuǎn)端緩慢降低。這里所述的線束的長度是沿著激光束的長度具有 基本上均勻的能量密度，例如在平均能量密度或通量的5%以內(nèi)的線 束的長度?；蛘?，該長度是具有足以進(jìn)行所述的熔融和固化步驟的能 量密度的線束的長度。
由大的長寬比(長的)的照射圖案照射的薄膜可被制成能夠提供
均勻的像素間亮度的TFT,這是因?yàn)橐淮螔呙杩蓪⒆銐虼蟮挠糜谡麄€(gè) 顯示的區(qū)域晶華。束的長度最好至少約是一個(gè)顯示器例如液晶顯示器 或OLED顯示器的尺寸，或者多個(gè)顯示器的尺寸，或者最好約是用于 制造多個(gè)顯示器的基板的尺寸。這是有用的，因?yàn)槠錅p少或消除在薄 膜的被照射區(qū)域之間出現(xiàn)的任何邊界。在給定的液晶顯示器或OLED 顯示器內(nèi)， 一般看不出當(dāng)需要對(duì)膜掃描多次時(shí)可能出現(xiàn)的任何接縫現(xiàn) 象。束的長度可以適合于制備用于蜂窩電話顯示器的基板，例如用于 蜂窩電話大約為2英寸對(duì)角線，用于便攜式顯示器的范圍達(dá)到10~16 英寸對(duì)角線(長寬比為2: 3、 3: 4或其它的通常的比例)。
當(dāng)涉及具有固有的光束不均勻性的激光束時(shí)，利用長而窄的激光 束進(jìn)行晶化具有優(yōu)勢。例如，在給定的激光脈沖內(nèi)沿著長軸的任何不 均勻性本質(zhì)上是平緩的，在比肉眼可檢測到的距離大得多的距離上將 是不明顯的。借助于使長軸的長度遠(yuǎn)大于像素的尺寸，甚至大于制造 的液晶顯示器或OLED顯示器的尺寸，在給定的制備的顯示器中，在 激光掃描的邊沿的突變可以變得不明顯。
利用長而窄的激光束進(jìn)行晶化還能夠減小沿短軸的任何不均勻 性的影響，因?yàn)樵陲@示器中的每個(gè)單個(gè)的TFT器件處于可以利用至 少幾個(gè)脈沖被晶化的區(qū)域內(nèi)。換句話說，沿短軸不均勻性的規(guī)模小于 一個(gè)TFT器件的規(guī)模，因而不會(huì)引起像素亮度的差異。此外，以和 在常規(guī)的2DSLS系統(tǒng)中相同的方式，脈沖間的波動(dòng)的影響較小。
參照?qǐng)D1到圖3，說明使用線束進(jìn)行薄膜的SLS處理的方法的例 子。圖l表示在"定向的"晶化之前半導(dǎo)體膜例如非晶硅膜的區(qū)域140、 以及在矩形區(qū)域160內(nèi)照射的激光脈沖。該激光脈沖熔融區(qū)域160內(nèi) 的膜。熔融的區(qū)域的寬度被稱為熔融區(qū)寬度(MZW)。應(yīng)當(dāng)注意，圖l 中的激光照射區(qū)域160未按比例示出，并且區(qū)域的長度比寬度大得多， 如線145、 145，所示。這使得能夠照射膜的非常長的區(qū)域，其可以等 于或大于可以由薄膜生產(chǎn)的顯示器的長度。在一些實(shí)施例中，激光照
射區(qū)域的長度實(shí)際上跨過幾個(gè)裝置或者甚至跨過基板的寬度或長度。
使用合適的激光源和光學(xué)裝置，能夠產(chǎn)生1000 mm長的激光束，例如 第五代(Gen 5)基板的尺寸，或者甚至更長。與此相比，在先前的 SLS技術(shù)中，被照射的膜的區(qū)域?yàn)轱@示器的單個(gè)的TFT器件的數(shù)量 級(jí)甚至更小。 一般地說，激光束的寬度足夠窄，使得激光照射的通量 足夠高，以便完全熔融被照射的區(qū)域。在一些實(shí)施例中，激光束的寬 度足夠窄，以避免在熔融的區(qū)域中隨后生成的晶體中的晶核形成。激 光照射的圖案，例如由激光脈沖限定的圖像使用這里說明的技術(shù)被在 空間上整形。例如，該脈沖可以由掩?；颡M縫整形?；蛘?，可以使用 聚焦光學(xué)裝置對(duì)脈沖整形。
在激光照射之后，在區(qū)域160的固態(tài)的邊界，熔融的薄膜開始晶 化，并繼續(xù)向內(nèi)朝向中心線180晶化，從而形成晶體例如晶體181。 晶體生長的距離，也稱為特征橫向生長長度(特征"LGL")，是膜的 成分、膜的厚度、基板的溫度、激光脈沖的特性、緩沖層材料，如果 有的話，以及掩模的構(gòu)造等的函數(shù)，并可被定義為只由在過度冷卻的 液體中的固體的晶核的發(fā)生來限制生長時(shí)發(fā)生的LGL。例如，50納 米厚的硅膜的典型的特征橫向生長長度大約為1~5微米或約2.5微 米。當(dāng)生長受其它的橫向生長的前端限制時(shí)，如此處所述的情況，其 中兩個(gè)前端接近中心線180, LGL可能小于特征LGL。在這種情況 下，LGL—般大約是熔融區(qū)的寬度的一半。
橫向晶化引起所需的結(jié)晶方向的伸長的晶體的晶粒邊界的"位置 受控的生長"。這里所指的位置受控的生長被定義為使用特定的束照 射步驟進(jìn)行的晶粒和晶界的受控制的位置。
在區(qū)域160被照射并隨后被橫向晶化之后，可以使硅膜沿著晶體 生長的方向前進(jìn)一個(gè)距離，該距離小于橫向晶體生長的長度，例如不 大于橫向生長長度的90%。然后，將隨后的激光脈沖導(dǎo)向硅膜的新的 區(qū)域。為了制造"定向的"晶體，例如具有沿著特定軸線明顯延伸的晶 體，隨后的脈沖最好實(shí)質(zhì)上與已被晶化的區(qū)域重疊。借助于把膜向前 推進(jìn)一個(gè)小的距離，由以前的激光脈沖產(chǎn)生的晶體作為種子晶體，用
于相鄰材料的隨后的晶化。通過重復(fù)使膜推進(jìn)小的步長的處理，并在 每一步利用激光脈沖照射膜，使得沿著膜相對(duì)于激光脈沖移動(dòng)的方向 跨過橫向地生長晶體。
圖2表示在重復(fù)幾次使膜移動(dòng)并用激光脈沖照射之后膜的區(qū)域 140?？梢郧宄乜闯觯粠讉€(gè)脈沖照射的區(qū)域120已經(jīng)形成細(xì)長的 晶體，它們沿著基本上垂直于照射圖案的長度的方向生長?；旧洗?直指的是由晶體邊界130形成的線的大部分可以延伸而和虛線的中心 線180相交。
圖3表示在晶化幾乎完成之后膜的區(qū)域140。晶體沿著膜相對(duì)于 照射區(qū)域移動(dòng)的方向連續(xù)地生長，從而形成多晶區(qū)域。膜最好相對(duì)于 照射區(qū)域例如區(qū)域160連續(xù)地前進(jìn)基本上相等的距離。連續(xù)地重復(fù)膜 的移動(dòng)和照射，直到照射區(qū)域達(dá)到膜的多晶硅區(qū)域的邊沿。
借助于利用許多激光脈沖照射一個(gè)區(qū)域，即在激光脈沖之間薄膜 有小的平移距離，可以生產(chǎn)具有被高度延長的、低缺陷密度的晶粒的 膜。這種晶粒結(jié)構(gòu)被稱為"定向的"，因?yàn)榫ЯＲ郧宄杀娴姆较虮欢?向。關(guān)于其它細(xì)節(jié)，可參見美國專利第6322625號(hào)，該專利的全部內(nèi) 容通過引用被包括在本說明中。
按照上述的使用大長寬比的脈沖順序橫向固化的方法，使用多個(gè) 脈沖利用跨過基板的 一次橫向掃描便可使整個(gè)樣品的區(qū)域晶化。不 過，晶粒的連續(xù)延伸可能通過晶粒的加寬而產(chǎn)生局部化的紋理。晶粒 的加寬作為在某些結(jié)晶方位之間重復(fù)的橫向生長的結(jié)果而發(fā)生。加寬 的晶粒本身開始產(chǎn)生許多缺陷，這些缺陷的類型(例如小角度晶界、 雙邊界或隨機(jī)的大角度晶界)和密度可能和沿生長方向的結(jié)晶取向有 關(guān)。因而每個(gè)晶粒分解成具有可比的特性的晶粒的"族"。這些晶粒族 可以非常寬，例如寬于10微米或者甚至寬于50微米，與樣品的構(gòu)造 以及晶化條件有關(guān)。因?yàn)門FT的性能取決于晶粒的結(jié)晶取向(例如 通過作為表面取向的函數(shù)的界面缺陷密度的改變)以及晶粒的缺陷密 度，這種局部化的紋理結(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致TFT性能的大的差異。因而， 需要不時(shí)地或者在從區(qū)域到區(qū)域之間中斷晶粒的生長，以避免局部化
的紋理的形成和缺陷密度的相關(guān)的區(qū)域差異。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，晶體結(jié)構(gòu)還可以通過中斷脈沖序列從而 故意中斷沿掃描方向的橫向生長。因而，按照一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，在 基板表面上的激光照射投射被遮蔽，因而不發(fā)生熔融和隨后的晶化。 這在膜中產(chǎn)生間歇的垂直的晶界，從而產(chǎn)生新的一組種子并開始生長 的"新鮮"的一組晶粒。晶粒生長的中斷可以防止晶粒族的過量的加寬
或者甚至局部化的紋理，由于這種紋理可能對(duì)TFT的性能具有不同 的影響，并因而對(duì)像素亮度具有不同影響，因而是不希望的。在一個(gè) 或多個(gè)實(shí)施例中，大約每10~200或者10~100個(gè)#_沖，或者以大約 20~400微米或者20~ 200微米重復(fù)的距離中斷橫向晶體生長。可以 通過定期地改變激光束的方向使其離開基板表面，或者通過在一個(gè)或 幾個(gè)脈沖寬度內(nèi)在激光路徑中設(shè)置激光束遮擋裝置來中斷橫向晶體 生長。這些垂直的晶界的位置是已知的，并且通過處理被仔細(xì)地控制。 可以這樣設(shè)計(jì)像素和顯示器的處理過程以避免這些區(qū)域。
這里稱為"均勻晶粒順序橫向固化"或者"均勻SLS"的另一種照 射規(guī)程用于制備均勻的晶體膜，其特征在于重復(fù)被橫向伸長的晶體的 列。這種晶化規(guī)程涉及把膜向前推進(jìn)一個(gè)大于橫向生長長度的量，例 如&LGL，其中5是脈沖之間的平移距離，并且小于橫向生長長度的 兩倍，即，S<2LGL。下面參照?qǐng)D4A-4C說明均勻的晶體生長。
參見圖4A，利用窄的例如小于橫向生長長度的兩倍、以及被拉 長的例如大于10 mm直到或大于1000 mm并具有足以使膜完全熔融 的能量密度的激光束脈沖在膜上進(jìn)行第一照射。結(jié)果，暴露于激光束 下的膜(圖4A的區(qū)域400)被完全熔融，然后被晶化。在這種情況 下，晶粒從未被照射的區(qū)域與熔融的區(qū)域之間的界面橫向生長。通過 選擇激光束的寬度，使得熔融的區(qū)域的寬度小于特征LGL的約兩倍， 從固態(tài)/熔融的界面生長的晶粒在熔融區(qū)域的中心附近例如中心線 405彼此相遇，并且停止橫向生長。在熔融物的溫度下降到足以引起 核化之前，兩個(gè)熔融物的鋒面(front)在中心線405附近相遇。
參見圖4B,在位移至少大于LGL并小于至多兩倍LGL的預(yù)定
距離S之后，利用第二激光束脈沖照射基板的第二區(qū)域400，。基板的 位移S和激光束脈沖的所需的重疊的程度有關(guān)。隨著基板的位移增大， 重疊程度變小。有利的和優(yōu)選的是，激光束的重疊程度小于LGL的 約90%，并大于LGL的約10。/。。重疊區(qū)域由括號(hào)430和虛線435表 示。暴露于第二激光束照射的膜區(qū)域400，被完全熔融和晶化。在這種 情況下，由第一照射脈沖生長的晶粒作為由第二照射脈沖生長的晶粒 的橫向生長的晶化種子'。圖4C表示具有橫向延伸超過橫向生長長度 的晶體的區(qū)域440。這樣，由兩個(gè)激光束照射平均形成一列伸長的晶 體。因?yàn)閮蓚€(gè)照射脈沖都是用于形成所述一列橫向延伸的晶體所需的 照射脈沖，這個(gè)處理也叫做"兩次曝光(two shot)，，處理。繼續(xù)在基 板上進(jìn)行照射，從而生成多列橫向延伸的晶體。圖4D表示在多次照 射之后基板的微結(jié)構(gòu)，并示出了幾列橫向延伸的晶體440。
這樣，在均勻SLS中，膜被少量的例如2個(gè)脈沖照射并熔融， 所述脈沖以比"定向，，膜更加受限的程度沿橫向重疊。在熔融的區(qū)域內(nèi) 形成的晶體優(yōu)選沿橫向生長，并具有相似的取向，并在膜的特定照射 區(qū)域內(nèi)在邊界彼此相遇。照射圖案的寬度最好這樣選擇，使得晶體生 長而不發(fā)生核化。在這種情況下，晶粒不被顯著地拉長，不過，它們 的尺寸和取向是均勻的。關(guān)于進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，可以參見美國專利第 6573531號(hào)，該專利的全部內(nèi)容通過引用被包括在本說明中。
一般地說，在晶化期間不需要膜本身移動(dòng)，可以使激光束或者用 于限定激光束的形狀的掩模在膜上掃描來代替照射的區(qū)域和膜的相 對(duì)移動(dòng)。不過，相對(duì)于激光束移動(dòng)膜可以提供在每個(gè)隨后的照射事件 期間激光束的改善的均勻性。
與其中熔融區(qū)的寬度沿其長度相對(duì)地不變的常規(guī)的2D投射的 SLS不同，在1D投射的線束激光脈沖中具有光束變形的附加的無余 量的源。在線掃描SLS處理中熔融區(qū)的寬度可以沿著照射區(qū)域的長度 發(fā)生顯著的改變。熔融區(qū)的寬度的改變歸因于若干個(gè)因素，例如聚焦 深度的限制、激光束輪廓的邊沿模糊、脈沖間能量密度的差異、樣品 內(nèi)的厚度差異、基板的厚度差異、臺(tái)面的不平坦性、光學(xué)元件中折射
的非均勻性、反射光學(xué)元件中的缺陷、與理想的高斯短軸和禮帽狀
(Top-Hat)長軸原始光束輪廓的強(qiáng)度差異等。由于沿長度方向光束 的高的長寬比，這些效果沿著照射區(qū)域的長度變得更為明顯。即使在 使用掩模幫助光束整形并提供銳的能量密度分布的那些情況下，也可 以觀察到與目標(biāo)寬度的偏差。寬度的差異可以十分顯著，沿著長度的 ±10%的寬度差異是通常的，曾經(jīng)報(bào)告過高達(dá)±50%的差異。
這被示意地表示在圖5中，該圖表示在用線束激光脈沖照射之后 膜的熔融區(qū)500的平面/頂視圖。為了說明的目的，沿著長度寬度的差 異被夸大了 。熔融區(qū)域包括表示光束脈寬的差異的長邊510和510，。 在其最寬點(diǎn)，熔融區(qū)域具有寬度Wmax。在其最窄點(diǎn)，熔融區(qū)域具有 寬度W^。在晶化期間，晶體從長邊510、 510，朝向虛擬的中心線520 橫向生長。使用中心線作為測量點(diǎn)是因?yàn)閺娜廴趨^(qū)域的相對(duì)的邊橫向 生長的晶體一般大約在中心線相遇。最終的橫向生長的晶體可能具有
明顯不同的長度，例如范圍從對(duì)應(yīng)于Wmax的約一半的LGLmax到對(duì)應(yīng) 于Wmin的約一半的LGL^的長度。
在這種光束變形的條件下，常規(guī)的步長距離——大于平均橫向生 長長度(LGLavg)并小于平均橫向生長長度的兩倍(2LGLavg)——
可能不能提供均勻的晶粒結(jié)構(gòu)。這可以參照?qǐng)D6A和6B進(jìn)行說明。在 圖6A中，示出了橫向晶化區(qū)域600，其表示出了沿著長度的熔融區(qū) 寬度的變形。晶粒橫向生長，直到它們在中心線610相遇，于是形成 不同晶粒長度的橫向生長的晶體。晶體620具有最大的晶粒長度 LGLmax，如圖6A所示。晶體630具有最小的晶粒長度LGLmin，也如 圖6A所示。如果樣品移動(dòng)一個(gè)例如大于LGL^而小于LGL^的兩 倍的距離，則第二激光脈沖可能不會(huì)完全和區(qū)域600的橫向生長的晶 體重疊。薄膜的一些區(qū)域未被照射，形成非晶的或低質(zhì)量的晶體材料 的島670。
圖6B表示第二照射區(qū)域600，，其與第一區(qū)域間隔一個(gè)大于 LGL^小于LGUvg的兩倍的距離。兩個(gè)照射區(qū)域之間的重疊由括號(hào) 650以及虛線640表示。區(qū)域670未由第一脈沖或第二脈沖照射。在
橫向固化時(shí)，如圖6C所示，形成具有橫向延伸超過橫向生長長度的 晶體的區(qū)域660，不過，在660內(nèi)留下非晶的或多晶的烏670。如果 TFT器件位于包括非晶區(qū)域670的區(qū)域部分660上方，則該TFT的 性能受到不利影響。因而，在確定用于兩次膝光處理的步進(jìn)距離時(shí)應(yīng) 當(dāng)考慮光束寬度的變形。除去一個(gè)熔融區(qū)域的寬度改變之外，脈沖間 的差異，例如聚焦或能量密度的差異，將引起熔融區(qū)域中寬度的差異。 因而，由于脈沖間的差異，LGI^n和LGL自x實(shí)際上可能更小或者更 大，這個(gè)增加的范圍也可以考慮進(jìn)去。
上面的例子說明了其中第二激光脈沖"過沖(overshoot)，，晶化 區(qū)域600從而產(chǎn)生未被照射的區(qū)域670的情況。當(dāng)步進(jìn)距離太小并且 第二脈沖"欠沖(undershoot)"晶化區(qū)域700使得在一些位置不能實(shí) 現(xiàn)兩次曝光處理時(shí)，則出現(xiàn)第二激光脈沖對(duì)準(zhǔn)不良的另一個(gè)例子。如 圖7A所示，激光脈沖700，沿著區(qū)域700的整個(gè)長度未跨過中心線710。 重疊的區(qū)域由括號(hào)705和虛線710表示。在第二激光脈沖700，未通過 中心線710的那些部分，發(fā)生定向的晶化(不均勻的晶化)。在第二 激光脈沖600，通過中心線710的那些部分，如兩步處理所需要的，形 成均勻的晶化。圖7B表示最終的晶化晶粒結(jié)構(gòu)。
為了避免在激光照射處理中的這些缺陷并按照本發(fā)明的一個(gè)或 多個(gè)實(shí)施例，樣品被步進(jìn)一個(gè)距離S，其大于Wmax的一約半而小于約 Wmin，即，Wmax<S<2Wmin。如上所述，最終的橫向生長的晶體將不同。 LGLmax是在照射和橫向晶化之后區(qū)域內(nèi)的最長的橫向晶粒長度，其
相當(dāng)于Wmax的一半。類似地，LGLmin是在照射和橫向晶化之后在區(qū) 域中的最短的橫向晶粒長度，其相當(dāng)于Wn^。通過用這種方式限定步 進(jìn)距離，具有從一次照射操作到下一次照射操作的完全的重疊，避免 了未被照射的基板的島。通過要求S大于W咖x的一半，使得確保第二
激光脈沖跨過橫向晶化區(qū)域的中心線(因而避免了上面參照?qǐng)D7A-B
所述的問題)，并且從而確保只發(fā)生均勻的晶粒。通過要求s小于wmin， 避免了過步進(jìn)和產(chǎn)生非晶材料的島的照射中的間隙(如上面參照?qǐng)D
6A-6C所述)。
這示于圖8A和8B中，其中選擇平移距離S,使得提供在第一和 第二激光照射脈沖之間的最優(yōu)重疊。在圖8A中，晶體815和818從 沿其長度具有寬度的改變的熔融區(qū)800橫向生長，因而產(chǎn)生可變長度 的晶體。晶體820具有最大晶粒長度LGLmax，如圖8A所示；晶體 830具有最小晶粒長度LGLmin，這也示于圖8A中。樣品被移動(dòng)一個(gè)
大于LGL^x而小于LGLmin的兩倍的距離(也就是大于\￥ ^的一半
而小于Wmin)。在第一和第二位置之間的重疊由括號(hào)840和虛線850 表示。暴露于第二激光束照射的薄膜區(qū)域860被熔融和晶化。在這種 情況下，由第一照射脈沖生成的晶粒作為沿激光脈沖的整個(gè)長度橫向 生長的晶化種子。圖8B表示區(qū)域870，其具有沿橫向延伸超過橫向 生長長度的晶體(并且都具有基本上相似的長度)。因而，由兩個(gè)激 光束照射平均地形成均勻的LGL的延長的晶體的列，避免了過沖和 欠沖或步進(jìn)距離。
對(duì)于特定的一組激光條件和基板特性，LGL自x和LGLn^是特定
晶化條件的函數(shù)。LGL自x和LGLmin的具體值通過實(shí)驗(yàn)確定，其中進(jìn)
行樣品的受控的照射并測量改變的橫向生長長度，例如通過以大的放 大倍數(shù)檢查最終的晶體?；蛘撸梢允褂么_定處理變量對(duì)晶化的影響 的處理模型合理地估計(jì)光束寬度的改變(以及對(duì)應(yīng)的橫向生長長度的 改變)。處理變量例如在膜厚可變性之內(nèi)的膜厚、聚焦深度的限制、 脈沖間能量密度的改變等可被輸入到模型中，該模型理解和規(guī)定單個(gè) 的和/或集中的因素如何起作用來影響晶化處理。適用于這個(gè)目的的模
型在以前已經(jīng)描述過。見Robert S. Sposili, Doctoral Dissertation,
Chapter 8:"Mathematical Model of the SLS process", Columbia University, 2001。
雖然光束寬度的改變對(duì)于均勻的晶粒生長具有特別顯著的影響， 但是可以考慮這個(gè)改變來設(shè)計(jì)關(guān)于定向的線束SLS的SLS處理。因 而，在定向的SLS處理中的步進(jìn)距離應(yīng)當(dāng)小于LGLmin。因?yàn)樵诙ㄏ?晶粒生長中的步進(jìn)距離一般較小，這個(gè)要求可以由大多數(shù)處理規(guī)程滿 足。
在本發(fā)明的另一方面，當(dāng)激光在基板上掃描時(shí)改變脈沖間的平移 距離，以便在膜的不同的區(qū)域獲得選擇的晶化特征。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)
施例中，對(duì)膜進(jìn)行線束SLS晶化，其中膜的至少兩個(gè)區(qū)域以不同的脈 沖間的平移距離被平移。
例如，對(duì)膜的第一區(qū)域進(jìn)行線束SLS晶化，同時(shí)使膜以一個(gè)速 度移動(dòng)以提供足以產(chǎn)生均勻的晶體晶粒結(jié)構(gòu)脈沖間的平移距離，例 如，LGLmax<5<2LGLmin，并對(duì)膜的第二區(qū)域進(jìn)行線束SLS晶化，同 時(shí)使膜以一個(gè)速度移動(dòng)以提供足以產(chǎn)生定向的晶體晶粒結(jié)構(gòu)的脈沖 間的平移距離，例如，S<LGLmin。脈沖間的平移距離的改變在對(duì)正被 晶化的基板或基板的一部分的一次掃描期間發(fā)生。
借助于另一個(gè)例子，對(duì)膜的第一區(qū)域進(jìn)行線束SLS晶化，同時(shí) 使膜以 一 個(gè)速度移動(dòng)以提供足以產(chǎn)生定向的晶體晶粒結(jié)構(gòu)的第 一 脈 沖間的平移距離，并對(duì)膜的第二區(qū)域進(jìn)行線束SLS晶化，同時(shí)使膜以 一個(gè)速度移動(dòng)以提供足以產(chǎn)生定向的晶體晶粒結(jié)構(gòu)的第二脈沖間的 平移距離，其中第一和第二脈沖間的平移距離不同。激光的重復(fù)率一 般是恒定的?；蛘?，基板的速度是恒定的，而激光的重復(fù)率被改變， 以便在膜的兩個(gè)區(qū)域中改變脈沖間的平移距離。
這個(gè)過程示于圖9。膜樣品900被線束激光脈沖910照射，同時(shí) 膜在該線束激光脈沖下沿著箭頭920所示的方向移動(dòng)。樣品能夠以不 同的速率移動(dòng)，使得脈沖間的平移距離可被改變。在其它實(shí)施例中， 通過改變激光脈沖的頻率來改變脈沖間的平移距離。當(dāng)膜樣品卯0的 部分930在激光線束下移動(dòng)時(shí)，例如膜以第一速度移動(dòng)，從而提供適 合于獲得均勻的晶體生長的脈沖間的平移距離。當(dāng)膜樣品900的部分 940在激光線束下移動(dòng)時(shí)，例如膜以第二速度移動(dòng)，從而提供適合于 獲得定向晶體生長的脈沖間的平移距離。用這種方式，可以在對(duì)膜的 一部分的一次脈沖激光線束掃描期間形成具有不同晶體結(jié)構(gòu)的區(qū)域。 所述部分可以是膜樣品的整個(gè)長度(L)，或者是整個(gè)長度的一部分，例 如L/2、 L/4等。
以前已經(jīng)觀察到，膜的特性例如硅膜中的電子遷移率，隨在平移
距離小于橫向生長長度的定向SLS方式中平移距離S的增加而變差。 用類似方式，膜特性在定向生長的和均勻生長的晶體之間是不同的。 定向生長的晶體一般具有優(yōu)良的膜特性，不過，這以減少材料的產(chǎn)量 為代價(jià)。借助于在激光對(duì)選擇的基板的區(qū)域進(jìn)行掃描時(shí)改變脈沖間的 平移距離，可以使資源(例如激光能量)最大化，并且通過利用能夠 提供所需的膜特性的最大平移距離照射每個(gè)區(qū)域來增加產(chǎn)量。這些不 同的晶體區(qū)域的位置是已知的，并且由處理進(jìn)行仔細(xì)的控制。像素和 顯示處理可被這樣設(shè)計(jì)，使得把這些器件置于合適的晶體區(qū)域中。
另一方面，通過選擇地預(yù)處理膜區(qū)域而得到所需的膜特性可以獲 得具有不同膜特性的膜區(qū)域。膜的質(zhì)量通過使用誘發(fā)晶體結(jié)構(gòu)和晶粒 尺寸放大處理來預(yù)晶化基板的區(qū)域而被控制。隨后利用SLS例如均勻 的SLS處理而預(yù)晶化的基板來獲得不同的晶體特性的區(qū)域。
具有紋理的薄膜含有在至少一個(gè)方向主要具有相同的結(jié)晶方向 的晶粒。不過，它們隨機(jī)地位于表面上，并且沒有特定的尺寸(微結(jié) 構(gòu))。更具體地說，如果在多晶薄膜內(nèi)大部分晶體的一個(gè)結(jié)晶軸線擇 優(yōu)地指向給定的方向，則這種紋理是單軸的紋理。對(duì)于這里描述的實(shí) 施例，單軸紋理的擇優(yōu)的方向是和晶體的表面正交的方向。因而，這 里使用的"紋理，，指的是晶粒的單軸表面紋理。紋理的程度根據(jù)特定的 應(yīng)用而不同。結(jié)晶取向是<111>方向，或者在另一個(gè)實(shí)施例中是<100> 方向，或者在另一個(gè)實(shí)施例中結(jié)晶取向包括<110>方向。在另一個(gè)實(shí) 施例中，膜的不同的區(qū)域包括不同的結(jié)晶方向。
不過，晶體取向的不同可以導(dǎo)致器件行為的不同。通過控制在 SLS處理中生長的晶粒的取向可以改善均勻性。因?yàn)樵诒惶幚淼膮^(qū)域 內(nèi)所有晶粒具有相同的結(jié)晶取向，位于該區(qū)域內(nèi)的器件的TFT的均 勻性被改善。這些器件選擇地位于所選方向的區(qū)域內(nèi)。例如，較高的 紋理程度最好用于驅(qū)動(dòng)電路中使用的薄膜晶體管(TFT),這與和開關(guān) 電路中使用的TFT相反。
為了提供具有不同晶體形態(tài)和不同的膜特性的區(qū)域，可以處理膜 的選擇的區(qū)域，使得在膜的區(qū)域中引入選擇的紋理和大的晶粒尺寸。
許多誘發(fā)紋理的方法導(dǎo)致大的晶粒尺寸。具有特定取向的晶粒以其它 的晶粒為代價(jià)地生長，借以減少晶粒的數(shù)量并增加它們的平均尺寸。
常規(guī)的用于獲得前體紋理膜的方法包括區(qū)域熔融再結(jié)晶(ZMR)、固相 再結(jié)晶、直接淀積技術(shù)(化學(xué)汽相淀積(CVD)、濺射、蒸鍍)、表面 能驅(qū)動(dòng)的二次晶粒生長(SEDSGG)以及脈沖激光晶化(SLS、多脈沖 ELA)法?？梢栽O(shè)想，也可以用類似方式使用其它的誘發(fā)紋理的方法來 產(chǎn)生具有紋理的前體。
如在共同未決的共同擁有的美國專利申請(qǐng)?zhí)枮?0/994205、名稱 為"Systems And Methods For Creating Crystallographic-Orientation Controlled Poly-Silicon Films，，的美國專利申請(qǐng)中所討論的，可以首先 通過利用確定的紋理形成技術(shù)在膜中形成所需的紋理，然后通過使用 選擇的SLS晶化處理產(chǎn)生所需的晶體微結(jié)構(gòu)來獲得晶化薄膜的取向， 該專利申請(qǐng)的全部內(nèi)容通過引用被包括在本說明中。
顯示器由圖像元素(像素)的點(diǎn)陣(或矩陣)構(gòu)成。數(shù)千個(gè)或數(shù) 百萬個(gè)像素一起在顯示器上形成圖像。薄膜晶體管(TFT)作為開關(guān)分 別用于使每個(gè)像素"導(dǎo)通，，(亮)或"截止，，(暗)。TFT是有源元件， 它們在顯示器上呈矩陣排列。當(dāng)前，這種有源矩陣需要和外部驅(qū)動(dòng)電 路連接。當(dāng)前的研發(fā)致力于把TFT的驅(qū)動(dòng)電路集成在同一個(gè)半導(dǎo)體 膜上。驅(qū)動(dòng)器電路一般具有更嚴(yán)格的性能要求，例如比像素TFT高 的電子遷移率、低的泄漏電流和閾值電壓。通過改變線束SLS處理中 的平移距離來改變硅膜的晶粒結(jié)構(gòu)的能力將允許研發(fā)者制作用于特 定的集成和顯示器應(yīng)用的多晶硅膜。
在另 一方面，晶化的角度從基板例如顯示器板的邊沿略微偏移。 當(dāng)線掃描激光脈沖和顯示器板的邊沿對(duì)準(zhǔn)時(shí)，可能導(dǎo)致同樣亮的像素 的列的機(jī)會(huì)，盡管脈沖間的波動(dòng)會(huì)得到平衡。在這種情況下，可能需 要略微偏移掃描的方向，以便形成傾斜的微結(jié)構(gòu)。傾斜被這樣選擇， 使得使用相同的激光脈沖序列被晶化的TFT區(qū)域被分隔開。在一個(gè) 或多個(gè)實(shí)施例中，使用一個(gè)小的傾斜角度例如大約1~5度或大約1~ 20度。
圖10A示意地表示用于以一定角度實(shí)現(xiàn)表面晶化的激光器和樣 品的布置。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，脈沖激光線束1000相對(duì)于基板
ioio以角度e被整形。選擇線束的長度Ln,使得覆蓋膜樣品的選擇的
部分x。線束長度和膜樣品部分之間的關(guān)系是I^COS0-X。樣品沿箭頭
1020所示的方向移動(dòng)。圖IOB示出了一種示例的晶粒。
在均勻晶粒結(jié)構(gòu)中使用傾斜的晶粒邊界是有利的。雖然均勻的晶 化提供晶粒邊界的位置控制和周期性的均勻晶粒結(jié)構(gòu)，但周期性只沿 晶粒的長度尺寸被控制。不過，在短的晶粒邊界之間的間距不能被控 制。可能希望相對(duì)于均勻晶化膜的長度尺寸的晶粒邊界以一個(gè)傾斜的 角度在硅基板上設(shè)置TFT 。見US 2005/0034653 、名稱為 "Polycrystalline TFT Uniformity Through Microstructure Misalignment"的美國專利申請(qǐng)，該專利申請(qǐng)通過引用被包括在本說明 中。雖然這可以通過使TFT傾斜來實(shí)現(xiàn)，但是TFT的制造規(guī)程使得 這樣作是困難的。按照一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，提供相對(duì)于基板邊沿呈一 個(gè)角度的周期性均勻晶粒結(jié)構(gòu)。此時(shí)TFT便可以利用常規(guī)的方法被 制造。
故意使晶體取向傾斜對(duì)于定向取向的晶體也有好處。雖然定向取 向的多晶膜沒有垂直于晶粒生長方向的重復(fù)的長晶界，如在均勻的多 晶材料中看到的那樣，但是膜可以呈現(xiàn)膜特性的周期性的改變，沿膜 厚度所述改變最明顯。SLS晶化引起膜厚度的波動(dòng)或周期性改變，因 而在膜的區(qū)域上產(chǎn)生高的和低的區(qū)域。器件特性是膜厚度、表面形態(tài)、 例如由于當(dāng)其被凸起地或凹進(jìn)地彎曲時(shí)柵電介質(zhì)上(因而半導(dǎo)體膜 內(nèi))的電場的改變、以及由表面的形態(tài)引起的柵電介質(zhì)的厚度改變(例 如在柵電介質(zhì)膜淀積期間，在平坦的區(qū)域比傾斜的區(qū)域上可以獲得更 好的覆蓋)的函數(shù)。以相對(duì)于基板的邊沿并相對(duì)于可在薄膜內(nèi)制造的 任何TFT器件傾斜一個(gè)角度使定向的晶粒取向用于在厚度大和厚度 小的區(qū)域上橋接每個(gè)TFT器件，從而最終平衡任何性能的差異。在 定向的SLS中傾斜工程也是避免多個(gè)相鄰像素的TFT落在同一個(gè)"晶 粒族，，中的方法。當(dāng)晶體相對(duì)于像素TFT陣列呈對(duì)角線生長時(shí)，可以
i人為晶粒族只和幾個(gè)TFT中的一個(gè)的TFT溝道相交。
圖11示出了使用高長寬比脈沖的線束晶化系統(tǒng)200。該系統(tǒng)包 括激光脈沖源202，例如在308 nm(XeCl)或248 urn 或351 nm下工作。 一系列的反射鏡206、 208和210把激光束導(dǎo)向樣品臺(tái)212，該樣品臺(tái) 沿x和z (以及可選的y)方向能夠達(dá)到亞微米精度。該系統(tǒng)還包括 用于控制激光束的空間輪廓的狹縫220，以及用于讀出狹縫220的反 射的能量密度計(jì)216?？梢允褂谜诠馄?28以在當(dāng)沒有樣品時(shí)或者不 需要照射時(shí)遮擋激光束。樣品230可被設(shè)置在樣品臺(tái)212上以供處理。 激光誘發(fā)的晶化一般借助于具有足夠高以便使膜熔融的能量密 度或通量的、使用至少能夠部分地被膜吸收的能量的波長的激光照射 來完成。雖然膜可以由易于熔融和晶化的任何材料制成，但硅是用于 顯示器的優(yōu)選材料。在一個(gè)實(shí)施例中，由激光脈沖源202產(chǎn)生的激光 脈沖具有在50~ 200 Mj/脈沖的能量和約4000 Hz或更高的脈沖重復(fù) 率。目前可以從Cymer， Inc. San Diego, California得到的受激準(zhǔn)分子 激光器可以達(dá)到這個(gè)輸出。雖然說明了受激準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)理 解，也可以使用能夠提供至少部分地能被所需的膜吸收的激光能量的 其它源。例如，激光源可以是任何常規(guī)的激光源，包括但不限于受 激準(zhǔn)分子激光、連續(xù)波激光和固態(tài)激光。可以由另一種已知的源產(chǎn)生 照射束脈沖，或者可以使用適用于熔融半導(dǎo)體的短能量脈沖。這種已 知的源可以是脈沖固態(tài)激光、斬波連續(xù)波激光、脈沖電子束和脈沖離 子束等。
該系統(tǒng)可選擇地包括脈沖持續(xù)時(shí)間擴(kuò)展器214，用于控制激光脈 沖的時(shí)間分布。可以使用可選的反射鏡204把激光束引向擴(kuò)展器214， 在這種情況下可以除去反射鏡206。因?yàn)榫w生長可能和用于照射膜 的激光脈沖的持續(xù)時(shí)間有關(guān)，可以使用脈沖持續(xù)時(shí)間擴(kuò)展器214延長 每個(gè)激光脈沖的持續(xù)時(shí)間，以達(dá)到所需的脈沖持續(xù)時(shí)間。用于延長脈 沖持續(xù)時(shí)間的方法是已知的。
可以使用狹縫220控制激光束的空間分布。具體地說，用于使激 光束具有高長寬比的輪廓。來自源202的激光束例如可以具有高斯分
布。狹縫220使激光束的一個(gè)空間維度大大變窄。例如，在狹縫220 以前，激光束的寬度可能在IO到15毫米之間，長度在10到30毫米 之間。狹縫的寬度可以大大小于激光束的上述寬度，例如約300微米 寬，其產(chǎn)生具有約300微米的短軸和不由狹縫改變的長軸的激光脈沖。 狹縫220是一種用于由相對(duì)寬的光束產(chǎn)生窄的光束的簡單方法，還具 有提供"禮帽狀，，空間輪廓的優(yōu)點(diǎn)，其具有跨短軸的相對(duì)均勻的能量密 度。在另一個(gè)實(shí)施例中，代替使用狹縫220，可以使用非常短的焦距 的透鏡把激光束的一個(gè)維度緊密地聚焦在硅膜上。還可以把光束聚焦 到狹縫220上；或者更一般地，使用光學(xué)元件(例如簡單的圓柱透鏡) 把來自激光源202的激光束的短軸變窄，從而在通過狹縫220時(shí)損失 較小的能量，又能達(dá)到一定程度的銳化。
然后使用兩個(gè)熔凝石英圓柱透鏡220、 222修改激光束。第一透 鏡220是負(fù)焦距透鏡，其擴(kuò)展光束的長軸的尺寸，該光束的輪廓是相 對(duì)均勻的，或者沿長軸的長度具有不明顯的漸變。第二透鏡222是用 于減小短軸的尺寸的正焦距透鏡。投射光學(xué)裝置至少沿短的維度減少 激光束的尺寸，這增加了當(dāng)激光束照射膜時(shí)的激光脈沖的通量。投射 光學(xué)裝置可以是多個(gè)光學(xué)元件的系統(tǒng)，其例如以10 30x的因數(shù)至少 沿短的維度減少激光束的尺寸。投射光學(xué)裝置還可以用于校正激光脈 沖的空間像差例如球面像差。 一般地說，使用狹縫220、透鏡220、 透鏡222和投射光學(xué)裝置的組合來確保利用具有足夠高以便使膜熔融 的能量密度、均勻性和沿著長軸足夠長的長度的每個(gè)激光脈沖照射 膜，從而減小或消除膜晶化的差異。這樣，300微米寬的激光束例如 被減小到10微米寬。還可以設(shè)想更窄的寬度。還可以在短軸上使用 均化器。
在一些實(shí)施例中，線掃描晶化系統(tǒng)200可以包括可變衰減器和/ 或均化器，其可用于改善沿著激光束的長軸的空間均勻性?？勺兯p 器可以具有能夠調(diào)節(jié)產(chǎn)生的激光束脈沖的能量密度的動(dòng)態(tài)范圍。均化 器可以包括能夠產(chǎn)生具有均勻的能量密度分布的激光束脈沖的一對(duì) 或兩對(duì)透鏡陣列(兩個(gè)透鏡陣列用于每個(gè)激光束軸線)。
這種線掃描晶化系統(tǒng)被配置用于產(chǎn)生長而窄的激光束，在一些實(shí)
施例中，激光束的尺寸例如在短軸上約4~15微米，在長軸上約50~ 100微米，在其它一些實(shí)施例中，在長軸上為幾十厘米或高達(dá)1米。 一般地說，光束的長寬比足夠高，使得被照射的區(qū)域可被認(rèn)為是一條 "線"。長寬比例如可以在約50到高達(dá)約lxl()S或更高的范圍內(nèi)。在一 個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，短軸的寬度不超過橫向固化的晶體的特征橫向生 長長度的兩倍的寬度，從而在兩個(gè)橫向生長的區(qū)域之間不會(huì)形成核化 的多晶硅。這對(duì)于"均勻"晶體的生長是有用的，并對(duì)于總體上改善晶 體質(zhì)量是有用的。激光束的長軸的所需的長度可以由基板的尺寸決 定，長軸可以沿著基板的、或者要制造的顯示器的(或者其倍數(shù))、 或者顯示器中的一個(gè)TFT器件的、或者在顯示器周邊上的TFT電路 (例如包括驅(qū)動(dòng)器)或者換句話說沿著集成區(qū)域延伸的整個(gè)長度。實(shí) 際上，激光束的長度也可以由組合的兩個(gè)相鄰顯示器的集成區(qū)域的尺 寸決定。用這種方式，整個(gè)薄膜(或驅(qū)動(dòng)電路)可以優(yōu)選地借助于一 次通過線束被晶化。沿著光束的長度的能量密度或或通量以及均勻性 最好是均勻的，例如沿著其整個(gè)長度的改變不大于5%。在其它實(shí)施 例中，沿著覆蓋所關(guān)注的長度的激光束的長度的能量密度是足夠低的 值，使得由一個(gè)或一系列重疊脈沖不會(huì)引起凝聚(agglomeration)。 所述凝聚是由局部的高能量密度引起的，其可以導(dǎo)致膜的破壞。
在一些實(shí)施例中，該處理使用高頻、高功率的脈沖激光源。高功 率的激光提供每個(gè)脈沖的足夠的能量，從而提供在被照射的區(qū)域的長 度上的足夠的能量密度，使得該脈沖可以熔融該區(qū)域內(nèi)的膜。較高的 頻率允許膜能夠以可以在工業(yè)上實(shí)際使用的速率相對(duì)于被照射區(qū)域 -故掃描或平移。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，激光源的脈沖頻率可以大于 大約1 kHz或者高達(dá)約9 kHz。在其它實(shí)施例中，激光源的脈沖頻率 可以高達(dá)100 kHz或更高，這是可以通過固態(tài)激光器能夠?qū)崿F(xiàn)的范圍。
所述的系統(tǒng)可用于產(chǎn)生例如"定向的"和/或"均勻的"晶體膜。利 用高重復(fù)的激光可以獲得高的產(chǎn)量，例如利用產(chǎn)生1米x6微米尺寸的 激光線束的系統(tǒng)中的、光效率為30%的4 kHz、 600W的激光，導(dǎo)致
750 mJ/cii^的能量密度。所得的線束可以用下述的速率晶化薄膜當(dāng) 步進(jìn)1 2微米以形成"定向的"晶體硅薄膜時(shí)速率為40~80 cm2/s，當(dāng) 步進(jìn)4~5微米以形成"均勻的"晶體硅薄膜時(shí)速率為160 ~ 200 cmVs。 激光源具有低的發(fā)散性，這意味著其容易聚焦成小的光點(diǎn)。例如， 激光源能夠聚焦為約100微米，甚至更小到IO微米。較小的焦點(diǎn)尺 寸能夠提高系統(tǒng)的效率，這是因?yàn)闄M向生長長度而不是光束的寬度決 定步進(jìn)大小。因?yàn)樵谝恍?yīng)用中使用l微米的平移步進(jìn)尺寸，更細(xì)的 聚焦顯然是有好處的。寬的光束引起每單位面積脈沖的增加，從而例 如通過增加的表面粗糙度或者引入來自環(huán)境或來自緩沖材料的雜質(zhì)
而引起材料的相應(yīng)的劣化。
該系統(tǒng)可以包括用于提供緊密地聚焦的激光束以便減小激光束 的短軸的尺寸的光學(xué)裝置。 一般地說，不需要利用狹縫或掩模以遮掩 光束來獲得適用于本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的長軸照射圖案。不 過，可以使用掩?；颡M縫獲得所需的輪廓的光束圖案。具體地說，掩 ?；颡M縫幫助產(chǎn)生不同于高斯分布的禮帽狀空間分布，使得跨過光束 的能量密度更均勻。"禮帽狀"分布對(duì)于橫向生長是優(yōu)選的，因?yàn)?較 銳的，，圖像導(dǎo)致具有更陡的邊沿的被更好限定了的熔池，因而可以立 即進(jìn)行橫向生長。在高斯分布的情況下，熔融區(qū)域可能相當(dāng)寬，可能 只局部熔融被照射區(qū)域的一部分，這可以減慢晶體的橫向生長。此外， 當(dāng)使用高斯分布時(shí)，脈沖間能量密度的波動(dòng)可能導(dǎo)致熔融區(qū)域的寬度 的差異，這可能引起脈沖間重疊的差異，引起橫向生長的晶粒中的不 均勻。此外，在頂帽分布的情況下，熱量在熔融的區(qū)域內(nèi)均勻地分布， 因此可以使各處得到最大的熱量，以便延遲冷卻過程，借以增加橫向 生長。在高斯光束的情況下，只能在照射區(qū)域的中心獲得最大熱量， 結(jié)果，總體上存留的熱量較小。
示例的掩模包括具有合適的狹縫間隔例如長度和寬度的狹縫。這 種掩?？梢杂墒⒒逯圃?，并且包括金屬的或者電介質(zhì)的涂層，該 涂層利用常規(guī)的技術(shù)被刻蝕，以形成具有任何形狀或尺寸的特征的掩 模。選擇掩模特征的長度使得適應(yīng)于要在基板表面上制造的器件的尺
寸。根據(jù)被照射的膜的所需的特征，掩模的寬度也可以不同。在一些 實(shí)施例中，其被選擇為足夠小，以避免在熔融區(qū)內(nèi)的小的晶粒核化， 而又要足夠大，以使得每個(gè)激光脈沖的橫向晶體生長最大。掩模特征 的所需的尺寸還和系統(tǒng)中的其它光學(xué)元件的特征有關(guān)。僅僅作為例
子，掩模特征可以在樣品上產(chǎn)生長軸約為10到100厘米、短軸約為2~ 10微米或者約4 ~ 6微米的光束圖像。
一種接近掩模，例如不透明的直邊，可用于改善激光束的輪廓。 直邊減小激光束的寬度，使激光束的輪廓變陡，這兩者都有助于改善 熔融和晶粒的橫向生長。掩?；颡M縫特征的邊沿可以是粗糙的即不光 滑的。掩?；蚪咏谀５倪呇仄x理想的直線。邊沿的粗糙性例如可 以是鋸齒或鋸齒狀的圖案，圖案的頻度大約為3微米到50微米或更 大。邊沿粗糙的效果是使得照射圖案形成波動(dòng)的非平坦的熔融界面。 當(dāng)鋒面不是平坦的時(shí)，位于負(fù)曲率區(qū)域附近的晶粒當(dāng)晶粒邊界發(fā)散時(shí) 趨于生長得較寬。相反，位于正曲率區(qū)域附近的晶粒將收斂并被消滅。 這種曲率的效果是沿著橫向生長的方向形成更加平行的晶粒。平行的 晶粒的寬度可以由邊沿粗糙度的周期性確定。
已經(jīng)研發(fā)了使用有機(jī)發(fā)光元件的顯示裝置，其可以在上述的晶體 膜上被制造。這里所述的方法可以提供具有沿著顯示裝置的長度的改 變小于約5%的半導(dǎo)體晶粒結(jié)構(gòu)的晶體膜。在一種典型的有源矩陣有 機(jī)發(fā)光二極管(AM-OLED)顯示器中，有機(jī)發(fā)光層被夾在兩個(gè)電極之 間，通過激勵(lì)有機(jī)分子把電能轉(zhuǎn)換成光。其中像素由有機(jī)發(fā)光元件構(gòu) 成的顯示裝置是自發(fā)光的，和液晶顯示器不同，不需要獨(dú)立的光源作 為背光。發(fā)光裝置具有大的發(fā)光面積和高的亮度。因此，AM-OLED 顯示器提供具有減小的重量和厚度的顯示裝置。
圖12是使用有機(jī)發(fā)光元件的常規(guī)的有源矩陣顯示器的橫截面示 意圖?；?00是透光的。有機(jī)發(fā)光元件313包括像素電極303、有 機(jī)化合物層304、以及對(duì)置電極305。有機(jī)發(fā)光元件的像素電極通過 接觸孔的內(nèi)壁和層間絕緣膜302的頂面接觸，所述接觸孔的內(nèi)壁刺穿 層間絕緣膜到達(dá)控制電路301。像素電極還和控制電路的頂部接觸。
控制電路301至少由TFT構(gòu)成，可以包括一個(gè)開關(guān)TFT和一個(gè)電流 控制TFT。兩個(gè)TFT的結(jié)構(gòu)是最簡單的結(jié)構(gòu)，不過可以使用更復(fù)雜 的電路。開關(guān)TFT按照驅(qū)動(dòng)電路的輸出在導(dǎo)通和不導(dǎo)通之間切換。 電流控制TFT按照驅(qū)動(dòng)電路的輸出對(duì)像素電極303施加電壓，從而 在對(duì)置電極和像素電極之間流過電流。由有機(jī)化合物層304發(fā)出的光 的強(qiáng)度取決于在像素電極和相對(duì)電極之間流動(dòng)的電流的量。
在AM-OLED中的像素控制電路以和AM-LCD中的像素控制電 路不同的方式工作。在AM-LCD像素控制電路中，TFT作為簡單的 開關(guān)器件工作，其根據(jù)數(shù)據(jù)打開或關(guān)閉像素，因而只需要均勻的閾值 電壓以獲得可靠的操作。與此相比，在AM-OLED中的像素TFT實(shí) 際上為發(fā)光而提供電流。因此，需要栽流子遷移率的高度的均勻性。 因此，實(shí)際上，和AM-LCD相比，在AM-OLED中的像素亮度對(duì)TFT 中的半導(dǎo)體晶體的微結(jié)構(gòu)更加敏感。在OLED應(yīng)用中優(yōu)選地使用約4 %的晶粒尺寸均勻性，而LCD應(yīng)用的晶粒尺寸均勻性約為10%。
雖然已經(jīng)示出并說明了本發(fā)明的一些例子，顯然，對(duì)于本領(lǐng)域的 技術(shù)人員，不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍，可以作出許 多改變和改型。因而，本發(fā)明只由所附的權(quán)利要求及其等效物限定。
權(quán)利要求
1.一種用于制備多晶膜的方法，該方法包括以下步驟a、提供其上配置有薄膜的基板，所述膜能夠由激光引起熔融；b、產(chǎn)生一個(gè)激光脈沖序列，所述激光脈沖具有足以在被照射區(qū)域貫穿薄膜的厚度使薄膜熔融的通量，每個(gè)脈沖形成具有長度和寬度的線束，所述寬度足以實(shí)質(zhì)上阻止在由所述激光脈沖照射的薄膜的部分內(nèi)固體的核化；c、用第一激光脈沖照射所述膜的第一區(qū)域以形成第一熔融區(qū)，所述第一熔融區(qū)的寬度呈現(xiàn)沿其長度的改變，從而限定最大寬度Wmax和最小寬度Wmin，其中Wmax小于約2×Wmin，并且第一熔融區(qū)在冷卻時(shí)被晶化以形成一個(gè)或多個(gè)橫向生長的晶體；d、沿著橫向生長方向?qū)⑺霰∧M向移動(dòng)大于Wmax的約一半而小于Wmin的距離；以及e、用第二激光脈沖照射薄膜的第二區(qū)域以形成具有大致與第一熔融區(qū)的形狀相同的形狀的第二熔融區(qū)，其中第二熔融區(qū)在冷卻時(shí)被晶化以形成一個(gè)或多個(gè)橫向生長的晶體，該晶體是第一區(qū)中的一個(gè)或多個(gè)晶體的延長物。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中線束具有至少為50的長寬比， 所述寬度是Wmin和Wmax的平均。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中線束具有高達(dá)2xl05的長寬比。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中W則x小于約7微米。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中熔融區(qū)的寬度在W^和Wmax 之間改變大于10%。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中熔融區(qū)的寬度在Wmin和Wmax 之間改變高達(dá)50%。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟d和e被重復(fù)足夠的重復(fù) 次數(shù)，以便在一次掃描中跨基板的整個(gè)寬度使薄膜晶化。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中熔融區(qū)的長度與基板的寬度大致相同。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中熔融區(qū)的長度與基板的長度大 致相同。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中熔融區(qū)的長度至少為基板的 寬度的一半。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中熔融區(qū)的長度至少為基板的 長度的一半。
12. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟d和e被重復(fù)足夠的重 復(fù)次數(shù)，以便在一次掃描中沿著基板的長度和寬度使薄膜晶化。
13. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中步驟d和e被重復(fù)足夠的重 復(fù)次數(shù)，以便在一次掃描中沿著基板的長度和寬度使薄膜晶化。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中熔融區(qū)的長度約是基板邊沿 的尺寸或其一部分、例如基板尺寸的一半或三分之一的尺寸。
15. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中熔融區(qū)的長度約是一個(gè)或多 個(gè)裝置例如顯示器的尺寸或該裝置一部分、例如顯示器的集成區(qū)域的 尺寸。
16. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過把激光脈沖聚焦成為所 需尺寸的形狀來形成線束。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中使用圓柱形光學(xué)裝置把激光 脈沖聚焦成線束。
18. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中使用從包括掩模、狹縫或直 邊的組中選擇的整形裝置進(jìn)一步整形線束。
19. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用從包括掩模、狹縫或直 邊的組中選擇的整形裝置形成線束。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中掩模限定線束的寬度和長度。
21. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中狹縫限定線束的寬度，線束 的長度由至少一個(gè)光學(xué)元件限定。
22. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中整形裝置具有包括非直線特 征的長度。
23. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中非直線特征是鋸齒形。
24. —種用于制備多晶膜的方法，所述方法包括以下步驟a、 提供其上配置有薄膜的基板，所述膜能夠由激光引起熔融；b、 產(chǎn)生一個(gè)激光脈沖序列，所述激光脈沖具有足以在被照射區(qū) 域貫穿薄膜的厚度使薄膜熔融的通量，每個(gè)脈沖形成具有預(yù)定長度和 寬度的線束；c、 用第一激光脈沖照射所述膜的第一區(qū)域以形成第一熔融區(qū)， 其中所述第一熔融區(qū)相對(duì)于基板的邊沿成角度地被定位，并且所述膜 的第一熔融區(qū)在冷卻時(shí)被晶化以形成一個(gè)或多個(gè)橫向生長的晶體；d、 沿與基板的邊沿大致平行的方向?qū)⑺霰∧M向移動(dòng)一個(gè)距 離，選擇該距離使得在第一激光脈沖和第二激光脈沖之間具有重疊；e、 用第二激光脈沖照射所述膜的第二區(qū)域，從而形成具有大致 與第一熔融區(qū)的形狀相同的形狀的第二熔融區(qū)，其中第二熔融區(qū)和第 一區(qū)的橫向生長的晶體的一部分重疊，并且所述膜的第二熔融區(qū)在冷 卻時(shí)被晶化以形成一個(gè)或多個(gè)橫向生長的晶體，該晶體是第 一區(qū)中的 一個(gè)或多個(gè)晶體的延長物。
25. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中熔融區(qū)相對(duì)于要用于有源矩 陣顯示器中的像素的列的位置成角度地被定位。
26. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中橫向生長的晶體相對(duì)于基板 的邊沿成角度地取向。
27. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述角度的范圍約為1~20度。
28. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述角度的范圍約為1~5度。
29. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中選擇激光脈沖的寬度以防止 由激光脈沖照射的薄膜的一部分中的固體的核化。
30. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述膜被移動(dòng)一個(gè)距離，該 距離大于熔融區(qū)的寬度的一半除以光束的長度與基板的邊沿之間的 夾角的余弦。
31. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述膜被移動(dòng)一個(gè)距離，該 距離小于熔融區(qū)的寬度的一半除以光束的長度與基板的邊沿之間的 夾角的余弦。
32. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中線束具有大于50的長寬比。
33. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中線束具有高達(dá)2xl05的長寬比。
34. 如權(quán)利要求24所述的方法，其中平移距離小于熔融區(qū)寬度的 一半以實(shí)現(xiàn)長的平行晶粒的生長，還包括周期地中斷橫向生長的晶體 的橫向生長，并開始新的一組橫向生長晶體的生長。
35. 如權(quán)利要求33所述的方法，其中晶體的橫向生長每隔約10 ~ 200個(gè)激光脈沖被中斷。
36. 如權(quán)利要求33所述的方法，其中晶體的橫向生長每隔所述膜 的橫向再定位的約20~400微米被中斷。
37. —種用于制備多晶膜的方法，該方法包括以下步驟a、 提供其上配置有薄膜的基板，所述膜能夠由激光引起熔融；b、 產(chǎn)生一個(gè)激光脈沖序列，每個(gè)脈沖形成具有預(yù)定長度和寬度 的線束并具有足以貫穿被照射區(qū)域內(nèi)的膜厚度使膜熔融的通量；c、 用多個(gè)激光脈沖照射膜的第一部分，其中在每個(gè)激光脈沖之 后，被照射的膜被晶化而形成一個(gè)或多個(gè)橫向生長的晶體，并且在每 個(gè)激光脈沖之后，所述膜沿橫向晶體生長的方向橫向移動(dòng)第一距離， 從而形成第一晶體區(qū)；以及d、 不中斷沿著橫向晶體生長的方向的膜的移動(dòng)，用多個(gè)激光脈 沖照射所述膜的第二部分，其中在每個(gè)激光脈沖之后，被照射的膜被 晶化而形成一個(gè)或多個(gè)橫向生長的晶體，并且在每個(gè)激光脈沖之后， 所述膜沿橫向晶體生長的方向橫向移動(dòng)第二距離，從而形成第二晶體 區(qū)，其中所述第一距離和所述第二距離不同。
38. 如權(quán)利要求37所述的方法，還包括重復(fù)步驟c和d —次或多次。
39. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中第一和第二距離通過在恒定 的激光脈沖率下改變膜的速度來實(shí)現(xiàn)。
40. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中線束的預(yù)定寬度被選擇以避 免在由照射圖案照射的膜的區(qū)域中發(fā)生核化。
41. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中選擇第一距離以提供橫向生 長的晶體的列，該晶體具有位置受控的晶界，該晶界中斷橫向晶體生 長，并且大致垂直于橫向生長的方向。
42. 如權(quán)利要求41所述的方法，其中每個(gè)激光脈沖形成熔融區(qū)， 并且第一距離大于該熔融區(qū)寬度的一半而小于熔融區(qū)的寬度。
43. 如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述熔融區(qū)的寬度呈現(xiàn)沿其 長度的改變，從而限定最大寬度W則x和最小寬度Wmin，并且第一距 離大于Wmax的約一半而小于Wmin。
44. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中選擇第二距離以提供大致沿 所述膜的移動(dòng)的方向延伸的橫向生長晶體。
45. 如權(quán)利要求44所述的方法，其中每個(gè)激光脈沖形成熔融區(qū)， 并且第二距離小于該熔融區(qū)寬度的一半。
46. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中每個(gè)激光脈沖形成熔融區(qū)， 并且第一距離大于該熔融區(qū)寬度的一半而小于該熔融區(qū)的寬度，第二 距離大于該熔融區(qū)寬度的一半而小于該熔融區(qū)的寬度。
47. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中選擇第 一距離以提供適合于 像素TFT的溝道區(qū)的第一組預(yù)定晶體特性。
48. 如權(quán)利要求47所述的方法，其中選擇第二距離以提供適合于 集成TFT的溝道區(qū)的第二組預(yù)定晶體特性。
49. 如權(quán)利要求48所述的方法，其中第二部分足夠?qū)捯员闳菁{兩 個(gè)相鄰顯示器的一對(duì)集成區(qū)域。
50. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中熔融區(qū)具有小于約7微米的寬度。
51. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中熔融區(qū)具有小于約10微米 的寬度。
52. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中熔融區(qū)的長度在約10毫米 到約1000毫米的范圍內(nèi)。
53. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中線束線束的長寬比至少為105。
54. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中通過把激光脈沖聚焦成一個(gè)或多個(gè)所需尺寸的形狀來形成線束。
55. 如權(quán)利要求54所述的方法，其中使用圓柱形光學(xué)裝置將激光 脈沖聚焦成線束。
56. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中使用從包括掩模、狹縫或直 邊的組中選擇的整形裝置形成所述線束。
57. 如權(quán)利要求56所述的方法，其中掩模限定照射圖案的寬度和長度。
58. 如權(quán)利要求56所述的方法，其中狹縫限定照射圖案的寬度， 照射圖案的長度由至少一個(gè)光學(xué)元件來限定。
59. 如權(quán)利要求54所述的方法，其中直邊限定經(jīng)過整形的線束的寬度。
60. 如權(quán)利要求54所述的方法，其中整形裝置具有呈非直線特征 的長度。
61. 如權(quán)利要求57所述的方法，其中所述非直線特征呈鋸齒狀。
62. 如權(quán)利要求58所述的方法，其中晶體的橫向生長每隔約10 ~ 200個(gè)激光脈沖^t中斷。
63. 如權(quán)利要求62所述的方法，其中晶體的橫向生長每隔所述膜 的橫向再定位的約20~400微米被中斷。
64. 如權(quán)利要求62所述的方法，其中周期地中斷橫向生長通過遮 斷激光束的一個(gè)或多個(gè)脈沖來實(shí)現(xiàn)。
65. 如權(quán)利要求62所述的方法，其中周期地中斷橫向生長通過關(guān) 斷激光器來實(shí)現(xiàn)。
66. 如權(quán)利要求62所述的方法，其中周期地中斷橫向生長通過重 新定向激光器來實(shí)現(xiàn)。
67. —種用于制備用于有源矩陣顯示器的半導(dǎo)體膜的系統(tǒng)，該系 統(tǒng)包括激光源，用于提供脈沖頻率大于約4 kHz、平均功率大于300W 的激光脈沖；激光光學(xué)裝置，用于把所述激光束整形成為線束，經(jīng)過整形的激 光束沿著線束的長度具有基本上均勻的通量；用于支撐樣品的平臺(tái)，其能夠沿著至少一個(gè)方向平移；以及 用于存儲(chǔ)一組指令的存儲(chǔ)器，所述指令包括a、 用第一激光脈沖照射所述膜的第一區(qū)域以形成第一熔融區(qū)， 所述第一熔融區(qū)的寬度呈現(xiàn)沿其長度的改變，從而限定最大寬度Wmax 和最小寬度W^，其中第一熔融區(qū)在冷卻時(shí)被晶化以形成一個(gè)或多個(gè) 橫向生長的晶體；b、 沿著橫向生長方向?qū)⑺霰∧M向移動(dòng)大于約W自x的一半而小于Wmin的距離；以及c、 利用第二激光脈沖照射所述膜的第二區(qū)域以形成具有大致與 第一熔融區(qū)的形狀相同的形狀的第二熔融區(qū)，其中第二熔融區(qū)在冷卻 時(shí)被晶化以形成一個(gè)或多個(gè)橫向生長的晶體，該晶體是第一區(qū)中的一 個(gè)或多個(gè)晶體的延長物，其中所述激光光學(xué)裝置被選擇以提供小于2xWmin的Wmax。
68. 如權(quán)利要求67所述的系統(tǒng)，其中線束相對(duì)于要用于TFT的 列的位置成角度地被定位。
69. 如權(quán)利要求67所述的系統(tǒng)，其中線束相對(duì)于基板的邊沿成角 度地被定位。
70. 如權(quán)利要求67所述的系統(tǒng)，其中激光器是固態(tài)激光器。
71. 如權(quán)利要求67所述的系統(tǒng)，其中激光器是受激準(zhǔn)分子激光器。
72. —種用于處理基板上的膜的方法，所述方法包括以下步驟 提供具有紋理結(jié)構(gòu)的膜，包括具有主要沿一個(gè)方向的結(jié)晶方向的晶粒，所述紋理結(jié)構(gòu)位于所述膜的選擇的區(qū)域內(nèi)；以及使用順序橫向固化晶化法產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)，用于提供沿所述結(jié)晶方向取向的所述晶粒的位置受控的生長，其中獲得了具有位置受控的晶體 結(jié)構(gòu)和位置受控的紋理結(jié)構(gòu)取向的薄膜。
73. 如權(quán)利要求72所述的方法，其中在所述膜的兩個(gè)或更多個(gè)區(qū) 域中具有兩個(gè)或更多個(gè)不同的紋理結(jié)構(gòu)。
74. 如權(quán)利要求72所述的方法，其中表面紋理結(jié)構(gòu)包括(111)取向。
75. 如權(quán)利要求72所述的方法，其中表面紋理結(jié)構(gòu)包括(100)取向。
76. —種用于制備用于有源矩陣顯示器的半導(dǎo)體膜的系統(tǒng)，該系 統(tǒng)包括激光源，用于提供脈沖頻率大于約4 kHz、平均功率大于100W 的激光脈沖；激光光學(xué)裝置，用于把所述激光束整形成為線束，經(jīng)過整形的激 光束沿著線束的長度具有大致均勻的通量；用于支撐樣品的平臺(tái)，其能夠沿著至少一個(gè)方向平移；以及 用于存儲(chǔ)一組指令的存儲(chǔ)器，所述指令包括a、 用多個(gè)激光脈沖照射所述膜的第一部分，其中在每個(gè)激光脈 沖之后，被照射的膜被晶化而形成一個(gè)或多個(gè)橫向生長的晶體，并且 在每個(gè)激光脈沖之后，所述膜沿橫向晶體生長的方向橫向移動(dòng)第一距 離，從而形成第一晶體區(qū)；以及b、 不中斷沿著橫向晶體生長的方向的膜的移動(dòng)，用多個(gè)激光脈 沖照射所述膜的第二部分，其中在每個(gè)激光脈沖之后，被照射的膜被 晶化而形成一個(gè)或多個(gè)橫向生長的晶體，并且在每個(gè)激光脈沖之后， 所述膜沿橫向晶體生長的方向橫向移動(dòng)第二距離，從而形成第二晶體 區(qū)，其中所述第一距離和所述第二距離不同。
全文摘要
一種多晶膜，其由以下步驟制造a.提供其上配置有薄膜的基板，所述膜能夠由激光引起熔融；b.產(chǎn)生一個(gè)激光脈沖序列，所述激光脈沖具有足以在被照射區(qū)域貫穿薄膜的厚度使薄膜熔融的通量，每個(gè)脈沖形成具有長度和寬度的線束，所述寬度足以實(shí)質(zhì)上阻止在由所述激光脈沖照射的薄膜的部分內(nèi)固體的核化；c.用第一激光脈沖照射所述膜的第一區(qū)域以形成第一熔融區(qū)，所述第一熔融區(qū)的寬度呈現(xiàn)沿其長度的改變，從而限定最大寬度(W_max)和最小寬度(W_min)，其中W_max小于約2×W_min，并且第一熔融區(qū)在冷卻時(shí)被晶化以形成一個(gè)或多個(gè)橫向生長的晶體；d.沿著橫向生長方向?qū)⑺霰∧M向移動(dòng)大于W_max的約一半而小于W_min的距離；以及e.用第二激光脈沖照射薄膜的第二區(qū)域以形成具有大致與第一熔融區(qū)的形狀相同的形狀的第二熔融區(qū)，其中第二熔融區(qū)在冷卻時(shí)被晶化以形成一個(gè)或多個(gè)橫向生長的晶體，該晶體是第一區(qū)中的一個(gè)或多個(gè)晶體的延長物。
文檔編號(hào)C30B13/00GK101184871SQ200680018677
公開日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2006年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月6日
發(fā)明者保羅·C·萬德維爾特, 詹姆斯·S·艾姆 申請(qǐng)人:紐約市哥倫比亞大學(xué)理事會(huì)