[发明专利]处理靶材料的方法

说明书

公开了一种处理靶材料的方法。在一种布置中，用辐射束照射多层结构。多层结构至少包括包含靶材料的靶层和不包含靶材料的附加层。附加层是金属的。在多层结构的照射期间，靶层通过附加层被照射。能量从辐射束到靶层以及到附加层的传递使得在靶层中引起热诱导变化。热诱导的变化包括以下一种或多种：靶材料中的晶体生长，靶材料中的载流子迁移率增加，靶材料中的化学稳定性增加以及靶材料中电性能的均匀性增加。

本发明涉及处理靶材料以引起靶材料的热诱导变化，例如晶体生长或改善的均匀性。本发明特别涉及在诸如显示器的电子设备的制造过程中处理半导体材料，但是也适用于其它材料。

已知处理金属或半导体材料以促进晶体生长并由此改善电性能。例如，由于材料变得更接近于完美规则的单晶，因此增加微晶的尺寸通常会增加载流子迁移率(从而降低电阻率)。用于驱动晶体生长的技术需要提供能量以通过原子扩散来驱动原子的重新定位和/或成核先前不存在的晶相。此类技术可能还需要在处理过程中保持其它属性，例如透明度(例如在显示器或PV应用的情况下)。

多晶硅(Polycrystalline silicon,poly-Si)在大面积电子设备中用作薄膜晶体管中的有源层和/或掺杂层。多晶硅可以例如用于诸如LCD或AMOLED的显示器的TFT中。TFT由源极、漏极和栅极组成。当集成在显示设备上时，多晶硅栅极材料必须具有高导电性。另一个应用是在光伏(photovoltaic,PV)电池中，其中需要高度结晶、高度透明的层以有效地提取光生电荷。

可以通过非晶硅(a-Si)的固相结晶形成多晶硅，其中基板(例如玻璃)可以支撑所涉及的相对较高的温度(至少300℃)。对于其它基板，例如在柔性屏幕上制造数字显示器可能需要的塑料基板，或者在要结晶的a-Si附近存在其它温度敏感组件的地方，需要不同的技术。

一种最近开发的方法是激光结晶，其使用短的高强度UV激光脉冲将a-Si加热到硅的熔点以上，而不会熔融或损坏基板和/或任何周围的温度敏感组件。此过程合并了称为超横向生长(super lateral growth,SLG)和顺序横向凝固(sequential lateralsolidification,SLS)的过程。激光脉冲被材料吸收，从而通过从非晶态固体加热到熔融状态，然后快速冷却以形成多晶材料，导致相位变化。必须仔细控制激光脉冲的持续时间和热影响区的大小。必须显著提高非晶态材料的温度，以使晶畴成核。例如，据报道“本体”结晶温度600至800℃的范围内，a-Si具有约11.95kJ/mol的结晶焓。SLG和SLS是经过优化的过程，可产生这种局部温度并在快速冷却时建立定向晶体。通过控制熔融硅的冷却，可以形成具有可控制的微晶尺寸范围的poly-Si。

多年来，准分子激光源已用于改善poly-Si材料的结晶度(或将a-Si转换为poly-Si)。激光在紫外线下在308nm处工作，以便将能量耦合到硅中，硅在可见波长下是透明的。使用了长线光束(例如750mm×0.030mm)。长线光束是为了确保大面积的显示器(电视、公共屏幕等)可以以最高的速度覆盖“第10代”(G10)片材(2880mm×3130mm)。准分子激光器的重复频率较低(300-600Hz)，有效地实现每个位置通常需要20个激光脉冲的重结晶。这限制了处理速度。光束的均匀性也需要保持较高水平，以确保每个晶体管都进行相同程度的退火。整个典型的G10面板中可能散布着大约10亿个TFT晶体管。

可以包括保温层，以辅助基于准分子的激光诱导的结晶过程。这种保温层包括电介质材料，例如硅的氧化物和氮化物。它们沉积在将要结晶的非晶层附近。保温层的厚度通常约为一微米或更大。在激光诱导的结晶过程的整个过程中，保温层都保持附着在材料上。可以使用用作保温层的图案化介电层来优先辅助激光诱导的结晶过程，其中介电层与要结晶的层直接相邻。使用电介质层是因为认为在这种情况下金属层会抑制结晶过程。

已经提出了使用在10kHz下工作的多模绿色激光器的替代技术，作为准分子激光器的低成本替代方案，但这些技术尚未在业界得到广泛采用。