[发明专利]结晶化的方法

说明书

技术领域

本文所述的实施方式涉及半导体元件的制造。更具体地，本文所述的实施方式涉及形成能量、存储器、逻辑或光子元件的晶体半导体层。

背景技术

晶体半导体材料越来越多地被用于逻辑、存储器、能量与光子元件的各种应用。一般而言，大晶粒结晶材料（例如微晶与单晶材料）具有比较小晶粒或非晶材料更低的光阻系数、热阻系数与电阻系数。非晶材料一般在比对应的结晶材料更低的温度下熔化，一般具有较低的导电率，且一般具有较差的透光性和光吸收性。

许多方法被普遍用以产生晶体元件，包含各种外延（epitaxy）、退火与沉积的形式。所有这些工艺的一个共同点是时间。较慢的工艺需要更多的时间来使原子沉积或使原子从其位置移动以在固体基质（solid matrix）中找出最低的能量位置。

随着电子元件的尺寸继续减小，晶体半导体所需的电气性质变得更引人注目。特别是，摩尔定律（Moore’s Law）的未来发展驱动了垂直集成单片3D元件的发展，例如得益于大尺寸结晶化与重新结晶化的闪存（flash memory）与动态随机存取存储器（DRAM）。此外，随着传导构件的尺寸（dimension）减小，这些构件的电阻系数变为制造者的一个问题，且构成这些传导构件的金属与合金的结晶结构变成研发的积极领域。因此，在该领域中存在对用于半导体处理的高容量（high-volume）、具成本效益（cost-effective）的材料结晶化方法的需求。

发明内容

本文所述的实施方式提供了处理具有非晶半导体层或小晶体半导体层的基板以在基板中形成大晶体的方法。识别所述基板的处理区，并使用对所述处理区传送脉冲能量的逐步熔化工艺来熔化处理区。接着使用对所述区域传送脉冲能量的逐步结晶化工艺来使处理区重新结晶化。在逐步结晶化工艺中所传送的脉冲能量被选择以随着熔化材料的凝固而使小晶体转变为大晶体。

附图说明

为使本发明的上述特征能够被详细理解，参照实施方式而对前面简要概况的本发明进行更具体说明，其中部分实施方式在附图中示出。然应注意，附图仅描述本发明的典型实施方式，因此不应被视为对本发明范围的限制，因为本发明也允许其他的等效实施方式。

图1是概要描述了根据至少一个实施方式的方法的流程图。

图2是根据至少一个实施方式的设备的示意图。

为助于理解，已尽可能在各图中使用相同的参考标记来表示相同的元件。应理解，若无特定说明，在一个实施方式中描述的元件可有利地使用于其他实施方式中。

具体实施方式

图1是概括说明了根据至少一个实施方式的方法100的流程图。图1的方法可用以增加半导体材料的结晶度或结晶晶粒大小。本文所述方法中可使用的半导体材料包含元素半导体（例如硅与锗）、元素半导体的组合（例如硅-锗的各种组合形式Si_xGe_y）以及例如III/V族半导体与II/VI族半导体的化合物半导体。可得益于本文所述方法的化合物半导体的实例包含但不限于，CIGS材料、砷化镓、砷化铟镓、磷化铟、锑化铟、砷化铟铝镓、磷化镓、碲化锌、氮化镓/铝/铟、碳化硅以及其他类似组合。

上述任一材料的基板被设置于能量装置中，该能量装置可操作以对基板传送脉冲激光能量或其他类型的脉冲能量，例如闪光灯（flash lamp）或电子束能量。在步骤102，基板被暴露于脉冲激光能量，以熔化基板的第一处理区。在一些情形中，单个脉冲的激光能量可能已足够，但在其他情况中可能传送两个或更多个脉冲。在使用单个脉冲来熔化该处理区的情况中，可增加基板的周围温度以减小该处理区快速加热所产生的热应力。升温的周围环境一般低于约500℃，例如低于约400℃，例如介于约100℃至约400℃之间。在某些实施方式中，周围温度可为室温或室温以下。

脉冲激光能量的特性（例如流量(fluence)与时长(duration)）被选择以熔化处理区。一般而言，为熔化处理区而传送的能量含量（energy content）刚好低于侵蚀（ablate）基板表面的能量量。在一个实施方式中，来自倍频（frequency-doubled）Nd:YAG激光器的两个532nm激光脉冲（每个脉冲的流量约为0.45J/cm²，时长约为26nsec并且间隔时长约31nsec）可用于熔化硅基板的一部分。在某些情况中，可使用一个脉冲序列来熔化处理区。