MXPA02002332A - Metodos para producir semiconductores de pelicula delgada policristalina de granulos grandes uniformes y de ubicacion de limite de granulos manipulada empleando una solidificacion lateral secuencial. - Google Patents

Metodos para producir semiconductores de pelicula delgada policristalina de granulos grandes uniformes y de ubicacion de limite de granulos manipulada empleando una solidificacion lateral secuencial.

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Abstract

Estan descritos los metodos para procesar una muestra de pelicula delgada de silicio amorfo en una pelicula delgada de silicio policristalino. En un arreglo preferido, un metodo incluye los pasos de generar una secuencia de pulsaciones laser de excimero, modular controlablemente cada pulsacion laser de excimero en la secuencia de una afluencia predeterminada, homogeneizar cada pulsacion laser modulada en la secuencia en un plano predeterminado, enmascarar partes de cada pulsacion laser de flujo controlado homogeneizado en la secuencia con un patron de dos dimensiones de hendiduras para generar una secuencia de pulsaciones de flujo controlado de rayitos con patron de linea, cada hendidura en el patron de hendiduras siendo suficientemente estrecha para evitar la induccion de una nucleacion significante en la region de una muestra de pelicula delgada de silicio irradiada por un rayito que corresponde a la hendidura, irradiar una muestra de pelicula delgada de silicio amorfo con la secuencia de rayitos con patron de hendidura de flujo controlado para efectuar el fundido de partes de la misma que corresponden a cada pulsacion de rayito con patron de flujo controlado en la secuencia de pulsaciones de rayitos con patron.

Description

MÉTODOS PARA PRODUCIR SEMICONDUCTORES DE PELÍCULA DELGADA POLICRISTALINA DE GRANULOS GRANDES UNIFORMES Y DE UBICACIÓN DE LÍMITE DE GRANULOS MANIPULADA EMPLEANDO UNA SOLIDIFICACIÓN LATERAL SECUENCIAL DESCRIPCIÓN Antecedentes de la Invención Campo de la invención La presente invención se refiera a técnicas para el procesamiento de semiconductores y más particularmente al procesamiento de semiconductores el cual puede llevarse a cabo a bajas temperaturas.
II. Descripción del arte relacionado.
En el campo del procesamiento de semiconductores, ha habido varios intentos para usar láseres para convertir las películas delgadas de silicio amorfo en películas policristalinas. Por ejemplo, en James Im y otros, las "Películas Si Cristalinas para Exhibidores de Cristal Liquido de Matriz Activa Integrados", 11 MRS Boletín 39 (1996), está presentada una visión de la tecnología de templado láser de láser excimero convencional. En tale sistema, un rayo láser de ? ^ a. í. í? A?. excimero está conformado en un rayo largo el cual es típicamente de hasta 30 centímetros de largo y de 500 micrómetros o mayor en ancho. El rayo conformado es explorado sobre una muestra de silicio amorfo para facilitar el derretido del mismo y la formación de silicio policristalino con la resolidificación de la muestra.
El uso de la tecnología de templado láser de excimero convencional para generar silicio policristalino es problemático por varias razones. Primero, el silicio policristalino generado en el proceso es tipicamente de granulos pequeños, de una microestructura al azar, y tiene tamaños de granulos no uniformes, resultando por tanto en dispositivos pobres y no uniformes y por tanto, en un rendimiento de fabricación bajo. En segundo lugar, a fin de obtener niveles de funcionamiento aceptables, la producción de fabricación para producir el silicio policristalino debe mantenerse baja. También, el proceso generalmente requiere una atmósfera controlada y el precalentamiento de la muestra de silicio amorfo, lo que lleva a una reducción en las tasas de producción. Por tanto, existe una necesidad en este campo para generar un silicio policristalino de calidad superior a tasas de producción mayores. Existe en forma similar una necesidad de técnicas de fabricación las cuales generen películas delgadas de silicio policristalino uniformemente miocroestructuradas más grandes para usarse en la fabricación de dispositivos de calidad superior tal como los exhibidores de panel plano.
SÍNTESIS DE LA INVENCIÓN Un objeto de la presente invención es el de proporcionar técnicas para producir semiconductores de película delgada policristalina de grano grande uniforme y de ubicación de limite de grano controlada empleando el proceso de solidificación lateral en secuencia.
Un objeto adicional de la presente invención es el de formar un silicio policristalino de ubicación de limite de grano manipulada y de granulos grandes sobre esencialmente la muestra semiconductora completa.
Aún otro objeto de la presente invención es el de proporcionar técnicas para la fabricación de dispositivos semiconductores útiles para fabricar exhibidores y otros productos en donde la orientación predominante de los limites de granulos de semiconductor pueden ser alineados o desalineados controlablemente con respecto a la dirección de flujo actual del dispositivo.
A fin de lograr éstos objetivos asi como otros que serán evidentes con referencia a la siguiente descripción, la presente invención proporciona métodos para procesar una muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio policristalino. En un arreglo preferido, un método incluye los pasos de generar una secuencia de pulsaciones láser de excimero, modulando controlablemente cada pulsación láser de excimero en la secuencia de un flujo predeterminado, homogenizar cada pulsación láser modulada en la secuencia en un plano predeterminado, enmascarar partes de cada pulsación láser controlada de flujo homogenizado en la secuencia con un patrón de dos dimensiones de hendiduras para generar una secuencia de pulsaciones de flujo controlado de los rayitos con patrón de linea, cada ranura en el patrón de hendiduras siendo suficientemente estrecho para evitar la inducción de una nucleación significante en la región de una muestra de película delgada de silicio irradiada por un rayito que corresponde a la hendidura, irradiar una muestra de película delgada de silicio amorfo con la secuencia de los rayitos con patrón de hendidura de flujo controlado para efectuar el derretido de partes de la misma que corresponden a la pulsación de rayito con patrón controlado de flujo en la secuencia de pulsaciones de los rayitos con patrón, y trasladar secuencialmente y en forma controlable una posición relativa de la muestra con respecto a cada una de las pulsaciones controladas de flujo de los rayitos con patrón de hendidura para procesar por tanto la muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio único o policristalino.
En un arreglo preferido, el paso enmascarador incluye las partes de enmascarado de cada pulsación láser de flujo controlado homogenizado en dicha secuencia con un patrón de dos dimensiones de hendiduras rectas esencialmente paralelas A? espaciadas por una distancia predeterminada y que se extienden linealmente paralelas a una dirección de dicho plano de homogenización para generar una secuencia de pulsaciones de flujo controlado de rayitos con patrón de hendidura. Ventajosamente, el traslado proporciona un traslado secuencial controlablemente de la posición relativa de la muestra en una dirección perpendicular a cada pulsación de flujo controlado de rayitos con patrón de hendiduras sobre esencialmente la distancia de espaciamiento de hendidura predeterminada, para por tanto procesar la muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio policristalina teniendo cristales controlados direccionalmente de granulos grandes.
En un arreglo especialmente preferido, el paso de enmascaramiento comprende las partes enmascaradoras de cada pulsación láser controlada de flujo homogenizado en la secuencia con un patrón de dos dimensiones de hendiduras rectas esencialmente paralelas de un ancho predeterminado, esapaciadas por una distancia predeterminada siendo menor que el ancho predeterminado de separación y que se extienden linealmente paralelas a una dirección de plano de la homogenización para generar una secuencia de pulsaciones de flujo controlado de rayitos con patrón de hendidura. En éste arreglo, el paso de traslación comprende el trasladar por una distancia menos que el ancho predeterminado la posición relativa de la muestra en una dirección perpendicular a cada pulsación de flujo controlado de los rayitos con patrón para por tanto procesar la muestra de -Sá.i.A película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio policristalino que tiene cristales controlados direccionalmente de granulos grandes usando sólo dos pulsaciones láser. En una incorporación de ejemplo, el ancho predeterminado es de aproximadamente de 4 micrómetros, la distancia espaciadora predeterminada es de aproximadamente de 2 micrómetros, y la distancia de traslado es de aproximadamente de 3 micrómetros.
En un arreglo preferido alterno, el paso de enmascaramiento comprende las partes de enmascaramiento de cada pulsación láser de flujo controlado homogenizada en la secuencia con un patrón de dos dimensiones de hendiduras rectas esencialmente paralelas espaciadas por una distancia predeterminada y que se extienden linealmente a un ángulo de 45 grados con respecto a una dirección del plano de homogenización para generar una secuencia de pulsaciones de flujo controlado de rayitos con patrón de hendidura. En éste arreglo, el paso de traslación proporciona la traslación en secuencia controlablemente de la posición relativa de la muestra en una dirección paralela a una dirección del plano de homogenización sobre esencialmente la distancia de hendidura predeterminada, para por tanto procesar la muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio policristalino que tiene granulos grandes, cristales controlados direccionalmente que están desorientados con respecto al eje XY de la película de silicio delgada.
En aún otro arreglo preferido, el paso de enmascaramiento comprende el enmascarar partes de cada pulsación láser de flujo controlado homogenizada en la secuencia con un patrón de dos dimensiones de hendiduras rectas intersectantes, un primer grupo de hendiduras rectas estando espaciado por una separación primera predeterminada y que se extienden linealmente a un ángulo de esencialmente 45 grados con respecto a una primera dirección del plano de homogenización, y un segundo grupo de hendiduras rectas estando espaciado por una segunda distancia predeterminada y que se extiende linealmente a un ángulo de esencialmente 45 grados con respecto a una segunda dirección del plano de homogenización e intersectando el primer grupo a esencialmente un ángulo de 90 grados, para generar una secuencia de pulsaciones de flujo controlado de rayitos con patrón de hendidura. El paso de traslación correspondiente proporciona la traslación controlablemente y en secuencia de la posición relativa de la muestra en una dirección paralela a la primera dirección del plano de homogenización sobre esencialmente la primera distancia espaciadora de hendidura predeterminada, para por tanto procesar la muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio policristalino que tiene cristales de forma de diamante grandes.
En aún otro arreglo alterno, el paso enmascarador comprende partes enmascaradoras de cada pulsación láser de flujo controlado homogenizada en la secuencia con un patrón de dos dimensiones de hendiduras en forma de sierra espaciadas por una distancia predeterminada y que se extienden generalmente paralelas a una dirección del plano de homogenización para generar una secuencia de pulsaciones de flujo controlado de los rayitos con patrón de hendidura. En éste arreglo, el paso de traslación proporciona la traslación secuenciablemente y controlablemente de la posición relativa de la muestra en una dirección perpendicular a cada pulsación de flujo controlado de rayitos con patrón de hendiduras sobre esencialmente la distancia espaciadora de hendidura predeterminada, para procesar por tanto la muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio policristalino que tiene cristales hexagonales grandes.
En un arreglo modificado, una técnica alterna para procesar una muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio policristalino usando un patrón de puntos se proporciona. La técnica incluye el generar una secuencia de pulsaciones láser de excimero, homogenizar cada pulsación láser en la secuencia en un plano predeterminado, enmascarar partes de cada pulsación láser homogenizada en la secuencia cuando un patrón de dos dimensiones de puntos opacos esencialmente para generar una secuencia de pulsaciones de rayitos de patrón de punto, irradiar una muestra de película delgada de silicio amorfo con la secuencia de los rayitos de patrón de puntos para efectuar el fundido de partes de los mismos que corresponden a cada pulsación de rayito con patrón de puntos en la secuencia de pulsaciones de rayitos con patrón, y trasladar secuencialmente en forma controlable la muestra en relación a cada una de las pulsaciones de rayitos con patrón de puntos mediante el alternar una dirección de traslación en dos ejes perpendiculares y en una distancia menor que la distancia 5 creciente lateral para la muestra, para procesar por tanto la muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio policristalino.
Los dibujos acompañantes los cuales son 10 incorporados y constituyen parte de la descripción, ilustran una incorporación preferida de la invención y sirven para explicar los principios de dicha invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS 15 La Figura 1 es un diagrama funcional de un sistema para llevar a cabo el proceso de solidificación lateral para implementar un proceso preferido de la presente invención; 20 La Figura 2a es un diagrama ilustrativo que muestra una máscara que tiene un patrón punteado; La Figura 2b es un diagrama ilustrativo de una película de silicio cristalizado resultando del uso de la 25 máscara mostrada en la Figura 2a en el sistema de la figura 1; La Figura 3a es un diagrama ilustrativo que muestra una máscara que tiene un patrón chevron; La Figura 3b es un diagrama ilustrativo de una película de silicio cristalizado que resulta del uso de la máscara mostrada en la figura 3a en el sistema de la figura 1; La Figura 4a es un diagrama ilustrativo que muestra una máscara que tiene un patrón de linea; La Figura 4b es un diagrama ilustrativo de una película de silicio cristalizado que resulta del uso de la máscara mostrada en la figura 3a en el sistema de la figura 1; La Figura 5a es un diagrama ilustrativo que muestra las áreas irradiadas de una muestra de silicio usando una máscara que tiene un patrón de linea; La Figura 5b es un diagrama ilustrativo que muestra las áreas irradiadas de una muestra de silicio usando una máscara que tiene un patrón de linea después de la irradiación inicial y después de que ha ocurrido una traslación de muestra; La Figura 5c es un diagrama ilustrativo que muestra una película de silicio cristalizado después de que ha ocurrido una segunda irradiación; La Figura 6a es un diagrama ilustrativo que muestra una máscara que tiene un patrón de linea diagonal; La Figura 6b es un diagrama ilustrativo de una película de silicio cristalizado que resulta del uso de la máscara mostrada en la figura 6a en el sistema de la figura 1; La Figura 7a es un diagrama ilustrativo que muestra una máscara que tiene un patrón de sierra; La Figura 7b es un diagrama ilustrativo de una película de silicio cristalizado que resulta del uso de la máscara mostrada en la figura 7a en el sistema de la figura 1; La Figura 8a es un diagrama ilustrativo que muestra una máscara que tiene un patrón de linea diagonal que cruza; La Figura 8b es un diagrama ilustrativo de una película de silicio cristalizado que resulta del uso de la máscara mostrada en la figura 8a en el sistema de la figura 1; La Figura 9a es un diagrama ilustrativo que muestra una máscara que tiene un patrón de puntos; La Figura 9b es un diagrama de instrucciones que ilustra la traslación de máscara usando la máscara de la figura 9a; La Figura 9c es un diagrama ilustrativo de una película de silicio cristalizado que resulta del uso de la máscara mostrada en la figura 9a en el sistema de la figura 1 usando el esquema de traslación de máscara mostrado en la figura 9b; La Figura 9d es un diagrama ilustrativo de una película de silicio cristalizado alterno que resulta del uso de la máscara mostrada en la figura 9a en el sistema de la figura 1 usando el esquema de traslación de máscara mostrado en la figura 9b; y La Figura 10 es un diagrama de flujo que ilustra los pasos implementados en el sistema de la figura 1.
DESCRIPCIÓN DE LAS INCORPORACIONES PREFERIDAS La presente invención proporciona técnicas para producir semiconductores de película delgada policristalina de grano de ubicación de limite controlado y de grano grande uniforme empleando el proceso de solidificación lateral en secuencia. A fin de entender completamente aquellas técnicas, el proceso de solidificación lateral secuencial debe ser primero apreciado.
El proceso de solidificación lateral secuencial es una técnica para producir estructuras de silicio de granulos grandes a través de una traslación unidireccional a escala pequeña de una muestra de silicio entre las pulsaciones secuenciales emitidas por un láser excimero. Al ser cada pulsación absorbida por la muestra, se hace que un área pequeña de la muestra se derrita completamente y se resolidifique lateralmente en una región cristal producida por las pulsaciones precedentes de un juego de pulsaciones.
Un proceso de solidificación lateral secuencial particularmente ventajoso y un aparato para llevar a cabo el proceso están descritos en la solicitud de patente copendiente intitulada "Sistemas y Métodos para Usar la Solidificación Lateral Secuencial para Producir Películas Delgadas de Silicio Único o Policristalino a Bajas Temperaturas", presentada el conjuntamente con la presente solicitud y cedida al cesionario común, cuya descripción se incorpora aqui por referencia. Aún cuando la descripción anterior se hace con referencia a las técnicas particulares descritas en nuestra solicitud de patente copendiente, deberá entenderse el que otras técnicas de solidificación lateral secuenciales pueden fácilmente ser adaptadas para usarse en la presente invención.
Con referencia a la Figura 1, nuestra solicitud de patente copendiente describe como una incorporación preferida un sistema que incluye un láser de excimero 110, un modulador de ; tja á..! .._ .:^ Lí, ...¿, y¿Jií¡rk,lLÁ-Á densidad de energia 120 para cambiar rápidamente la densidad de energia del rayo láser 111, una atenuador de rayo y un obturador 130, las ópticas 140, 141, 142 y 143, el homogenizador de rayo 144, el sistema de lentes 145, 146, 148, el sistema enmascarador 150, el sistema de lentes 161, 162, m 163, la pulsación láser de incidente 164, la muestra de película de silicio delgada 170, la fase de traslación de muestra 180, el bloque de granito 190, el sistema de soporte 191, 192, 193, 194, 195, 196, y una computadora de administración 100. La traslación en la dirección X e Y de la muestra de silicio 170 puede efectuarse por cualquier movimiento de una máscara 710 dentro del sistema enmascarador 150 o por el movimiento de la fase de traslación de muestra 180 bajo la dirección de la computadora 100.
Como se describió en detalle adicional en nuestra solicitud copendiente, una muestra de película delgada de silicio amorfo es procesada en una película delgada de silicio único o policristalino mediante el generar una pluralidad de pulsaciones láser de excimero de un flujo predeterminado, modular controlablemente el flujo de las pulsaciones láser de excimero, homogenizar las pulsaciones láser moduladas en un plano predeterminado, enmascarar las partes de las pulsaciones láser moduladas y homogenizadas en rayitos con patrón, irradiar una muestra de película delgada de silicio amorfo con los rayitos con patrón para efectuar el derretido de partes de la misma que corresponden a los rayitos, y trasladar controlablemente la muestra con respecto a los rayitos con -. & ,„. A*L ,, :,. *.*Al...y..- „. «-^fcaa» J ¿At ik? M patrón y con respecto a la modulación controlada para por tanto procesar la muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio único o policristalino mediante la traslación en secuencia de la muestra en relación a los rayitos con patrón y la irradiación de la muestra con los rayitos con patrón de un flujo variable en lugares secuenciales correspondientes sobre la misma. Las siguientes incorporaciones de la presente invención serán ahora descritas con referencia a la técnica de procesamiento anterior.
Refiriéndonos a las figuras 2a y b, se describirá ahora una primera incorporación de la presente invención. La figura 2a ilustra una máscara 210 que incorpora un patrón de hendiduras 220. La máscara 210 es fabricada preferidamente de un sustrato de cuarzo e incluye ya sea un recubrimiento metálico o dieléctrico el cual está decapado por técnicas convencionales para formar un patrón de máscara, tal como aquel que se muestra en la figura 2a. Cada hendidura 220 es de un ancho 230 el cual es escogido de acuerdo con la dimensión necesaria del dispositivo que será fabricado sobre la muestra 170 en la ubicación particular que corresponde a la hendidura 220. Por ejemplo, las hendiduras 220 deben ser aproximadamente de 25 micrómetros a través para fabricar un dispositivo semiconductor de 25 micrómetros, o en el caso de un dispositivo de partes múltiples, un canal en un dispositivo, en la muestra 170. El ancho 240 de la hendidura 220 es preferiblemente de entre aproximadamente dos y cinco micrómetros a fin de ser suficientemente pequeños para evitar la nucleación en la muestra 170 y suficientemente grandes para maximizar el crecimiento de cristal lateral para cada pulsación de excimero. Deberá entenderse que aún cuando la figura 2a ilustra un patrón regular de hendiduras 220, cualquier patrón de hendiduras puede ser utilizado de acuerdo con las microestructuras deseadas que van a ser fabricadas sobre la película 170.
De acuerdo con la presente invención, la muestra 170 es trasladada con respecto a las pulsaciones láser 164 ya sea por el movimiento del sistema enmascarador 150 o la fase de traslación de muestra 180, a fin de crecer regiones de cristal en la muestra 170. Cuando la muestra 170 es trasladada en la dirección Y y la máscara 210 es usada en el sistema enmascarador 150, es producida una muestra procesada 150 que tiene regiones cristalizadas 260 como se muestra en la figura 2b. El ancho 270 de cada región cristalizada será aproximadamente igual al ancho 230 en la máscara 210. La longitud 280 de cada región será aproximadamente igual a la distancia de traslación Y efectuada por el movimiento del sistema enmascarador 150 o la fase de traslación 180, y como con el ancho, deberá escogerse de acuerdo con las características del dispositivo final. Cada región cristal 260 consistirá de polisilicio con granulos controlados direccionalmente y largos.
Refiriéndonos enseguida a las figuras 3a y b, se describirá ahora una segunda incorporación de la presente invención. La figura 3a ilustra una máscara 310 que incorpora un patrón de chevrones 320. El ancho 320 de cada chevron lateral determinará el tamaño de la región de cristal única final que va ser formada en la muestra 170. Cuando la muestra 170 es trasladada en la dirección Y y la máscara 310 es usada en el sistema enmascarador 150, es producida una muestra procesada 350 que tiene regiones cristalizadas 360 como se mostró en la figura 3b. Cada región cristal 360 consistirá de una región cristal única de forma de diamante 370 y de dos regiones de silicio policristalino controlado direccionalmente de granulos largos 380 en las colas de cada chevron.
Aún cuando las incorporaciones descritas con referencia a las figuras 2 y 3 son ventajosas para generar dispositivos espacialmente separados sobre la muestra de silicio 170, por lo menos algo de la muestra de silicio 170 no es utilizada en el semiconductor final. A fin de facilitar una configuración más flexible de dispositivos que pueda ser desarrollada sobre la muestra del semiconductor 170, se describirán ahora las siguientes incorporaciones preferidas.
Refiriéndonos a las figuras 4a y b, una tercera incorporación de la presente invención será ahora descrita. La figura 4a ilustra una máscara 410 que incorpora un patrón de hendiduras 410. Cada hendidura 410 debe extenderse tanto a través de la máscara como lo permita el rayo láser homogenizado 149 incidente sobre la máscara, y debe tener un ancho 440 que es suficientemente estrecho para evitar que tenga lugar cualquier nucleación en la región irradiada de la muestra 170. El ancho 440 dependerá de un número de factores, incluyendo la densidad de energia de la pulsación láser incidente, la duración de la pulsación láser incidente, el grosor de la muestra de película delgada de silicio, y la temperatura y conductividad del sustrato de silicio. Por ejemplo, la hendidura no debe ser de más de 2 micrómetros de ancho cuando una película de 500 angstroms va ser irradiada a la temperatura ambiente con la pulsación láser de 30 ns y teniendo una densidad de energia que excede ligeramente el umbral de derretido completo de la muestra .
Cuando la muestra 170 es trasladada en la dirección Y y la máscara 410 es usada en el sistema enmascarador 150, es producida una muestra procesada 450 que tiene regiones cristalizadas 460, como se mostró en la figura 4b. Cada región cristal 460 consistirá de cristales direccionalmente controlados de granulos grandes 470. Dependiendo de la periodicidad 421 de las hendiduras enmascaradoras 420 en la muestra 410, la longitud de los granulos 470 será más larga o más corta. A fin de evitar que las regiones de silicio amorfo se dejen sobre la muestra 170, la distancia de traslación Y debe ser por lo menos tan larga como la distancia 421 entre las lineas de máscara, y se prefiere que la traslación sea de por lo menos de 1 miera mayor que la distancia 421 para eliminar los cristales pequeños que inevitablemete se forman en la fase inicial de una estructura policristalina direccionalmente controlada.
Una técnica especialmente preferida que usa una máscara que tiene un patrón de lineas se describirá ahora. Usando una máscara como se muestra en la figura 4a en donde las lineas de máscara empacadas cercanamente 420 teniendo un ancho 440 de 4 micrómetros están cada una espaciadas 2 micrómetros de separación, la muestra 170 es irradiada con una pulsación láser. Como se mostró en la figura 5a, la pulsación láser de retirar las regiones 510, 511 y 512 sobre la muestra, en donde cada región derretida es de aproximadamente de 4 micrómetros de ancho 520 y está espaciada aproximadamente por dos micrómetros de separación 521. Esta primera pulsación láser inducirá la formación de crecimiento de cristal en las regiones irradiadas 510, 511 y 512, empezando desde los limites de fundido 530 y continuando adentro de la región fundida, de manera que se forma el silicio policristalino 540 en las regiones irradiadas, como se muestra en la figura 5b.
A fin de eliminar los numerosos cristales iniciales pequeños 541 que se forman en los limites del fundido 530, la muestra 170 es trasladada tres micrómetros en la dirección Y y de nuevo se irradia con una pulsación láser de excimero único. Las segundas regiones de irradiación 551, 552, 553 hacen que el silicio amorfo restante 542 y las regiones cristal iniciales 543 del silicio policristalino 540 se fundan, mientras que se deja que permanezca la sección central 545 del fc-fr^ifaAaia ata silicio policristalino. Como se mostró en la figura 5c, la estructura cristal la cual forma la sección central 545 crece hacia fuera con la solidificación de las regiones fundidas 542, 542 de manera que es formado el dispositivo de silicio policristalino de granulos grandes direccionalmente controlado sobre la muestra 170.
Refiriéndonos ahora a las figuras 6a y 6b, se describirá una cuarta incorporación de la presente invención. La figura 6a ilustra una máscara 610 que incorpora un patrón de lineas diagonales 520. Cuando la muestra 170 es trasladada en la dirección Y y la máscara 610 es usada en el sistema enmascarador 150, se produce una muestra procesada 650 teniendo las regiones cristalizadas 660, como se mostró en la figura 6b. Cada región cristal 660 consistirá de cristales controlados direccionalmente de granulos grandes 670.
Como con la incorporación descrita arriba con respecto a las figuras 4a y b, la distancia de traslación dependerá de la longitud de cristal deseada. También, el proceso descrito con referencia a la figura 5a-c será fácilmente empleado usando una máscara como se mostró en la figura 6a, teniendo lineas de cuatro micrómetros de ancho 620 que están cada una espaciadas por dos micrómetros. Esta incorporación es especialmente ventajosa en la fabricación de exhibidores u otros dispositivos que están orientados con respecto al eje XY, ya que la estructura policristalina no es ortogonal a ese eje y por tanto, tal desempeño de dispositivo será independiente de las coordinadas X o Y.
Refiriéndonos después a las figuras 7a y b, se describirá ahora una quinta incorporación de la presente invención. La figura 7a ilustra una máscara 710 que incorpora patrones de onda de sierra descentrados 720 y 721. Cuando la muestra 170 es trasladada en la dirección Y y la máscara 710 es usada en el sistema de enmascaramiento 150, es producida una muestra procesada 750 teniendo las regiones cristalizadas 760, como se mostró en la figura 7b. Cada región de cristal 760 consistirá de una hilera de cristales rectangulares-hexagonales 770. Si la distancia de traslación es ligeramente mayor que la periodicidad del patrón de sierra, los cristales serán hexágonos. Esta incorporación es benéfica en la generación de granulos de silicio más grandes y puede aumentar el funcionamiento del dispositivo.
Refiriéndonos después a las figuras 8a y b, se describirá ahora una sexta incorporación de la presente invención. La figura 8a ilustra una máscara 810 que incorpora un patrón transversal diagonal 821 y 822. Cuando la muestra 170 es trasladada en la dirección Y y la máscara 810 es usada en el sistema de enmascaramiento 150, es producida una muestra procesada 850 teniendo las regiones cristalizadas 860, como se muestra en la figura 8b. Cada región de cristal 860 consistirá de una hilera de cristales de forma de diamante 870. Si la distancia de traslación es ligeramente mayor que la periodicidad del patrón, los cristales serán cuadrados. Esta incorporación también es benéfica en la generación de granulos de silicio más grandes y puede aumentar el desempeño del dispositivo.
Refiriéndonos enseguida a las figuras 9a-d, una séptima incorporación de la presente invención será ahora descrita. La figura 9a ilustra una máscara 910 que incorpora un patrón de puntos de polca 920. La máscara de puntos de polca 910 es una máscara invertida, en donde los puntos de polca 920 corresponden a las regiones enmascaradas y el resto de la máscara 921 es transparente. A fin de fabricar cristales de silicio grandes el patrón de puntos de polca puede ser trasladado secuencialmente alrededor de los puntos sobre la muestra 170 en donde tales cristales son deseados. Por ejemplo, como se mostró en la figura 9b, la máscara de puntos de polca puede ser trasladada 931 a una distancia corta en la dirección Y positiva después de una primera pulsación láser, una distancia corta en la dirección X positiva 932 después de una segunda pulsación láser, y una distancia corta en la dirección Y negativa 933 después de una tercera pulsación láser para inducir la formación de cristales grandes. Si la distancia de separación entre los puntos de polca es mayor de dos veces la distancia de crecimiento lateral, una estructura cristalina 950 en donde los cristales 960 separados por regiones de silicio policristalino de granulados pequeños 961 es generada, como se mostró en la figura 9c. Si la distancia -jaAfcfc, .*.- -.jate»*-*- J*n*.*jtJuÍ de separación es menor o igual a dos veces la distancia de crecimiento lateral como para evitar la nucleación, una estructura cristalina 970 en donde los cristales 980 son generados, como se muestra en la figura 9d.
Refiriéndonos ahora a la figura 10, los pasos ejecutados por la computadora 100 para controlar el proceso de crecimiento cristal implementado con respecto a la figura 9 se describirá. La figura 10 es un diagrama de flujo que ilustra los pasos básicos implementados en el sistema de la figura 1. Los varios electrónicos del sistema mostrados en la figura 1 son inicializados 1000 por la computadora para iniciar el proceso. Una muestra de película de silicio delgada es entonces cargada sobre la fase de traslación de muestras 1005. Deberá notarse que tal carga puede ser ya sea implementada manualmente o roboticamente bajo el control de la computadora 100. Después, la fase de traslación de muestra es movida a una posición inicial 1015 la cual puede incluir una alineación con respecto a las características de referencia sobre la muestra. Los varios componentes ópticos del sistema son enfocados 1020 si es necesario. El láser es entonces estabilizado 1025 a un nivel de energia deseado y una tasa de reputación, como se requiera para derretir completamente la muestra de silicio de acuerdo con el procesamiento particular que se va a llevar a cabo. Si es necesario, la atenuación de las pulsaciones láser es ajustada finamente 1030. atoa Después, el obturador es abierto 1035 para exponer la muestra a una pulsación única de irradiación y por tanto, a un proceso de solidificación lateral secuencial. La muestra es trasladada en las direcciones X o Y 1040 en una cantidad menor que la distancia de crecimiento superlateral . El obturador es de nuevo abierto 1045 para exponer la muestra a una pulsación única de radiación, y la muestra es de nuevo trasladada en las direcciones X o Y 1050 en una cantidad menor que la distancia de crecimiento superlateral. Des de luego, si la muestra fue movida en la dirección X en el paso 1040, la muestra debe moverse en la dirección Y en el paso 1050 a fin de crear un punto de polca. La muestra es entonces irradiada con una tercera pulsación láser 1055. El proceso de traslación de muestra y de radiación 1050 y 1055 puede ser repetido 1060 para crecer la región de puntos de polca con 4 o más pulsaciones láser.
Después, si otras áreas sobre la muestra se han designado para cristalización, la muestra es colocada de nuevo 1065, 1066 y el proceso de cristalización es repetido sobre la nueva área. Si no se han designado nuevas áreas para cristalización, el láser es apagado 1070, el aparato es entonces apagado 1075 y el proceso es completado 1080. Desde luego, si el procesamiento de muestras adicionales es deseado o si la presente invención es utilizada para proceso de carga, pueden ser repetidos los pasos 1005, 1010 y 1035-1065 sobre cada muestra.
Lo anterior meramente ilustra los principios de la invención. Varias modificaciones y alteraciones a las incorporaciones descritas serán evidentes para aquellos expertos en el arte en vista de las enseñanzas dadas aqui. Por ejemplo, la muestra de película de silicio 170 puede ser reemplazada con una muestra que tiene islas de pre-patrón de película de silicio. También la máscara con patrón de linea puede ser usada para crecer el silicio policristalino usando dos pulsaciones láser como se explicó con referencia a las figuras 5a-c y después se giró 90 grados y se usó de nuevo en el mismo proceso para generar un arreglo de silicio de cristal único de forma cuadrada. Se apreciará por tanto por aquellos expertos en el arte que serán capaces de diseñar numerosos sistemas y métodos los cuales, aún cuando no se muestran o describen explícitamente aqui, involucran los principios de la invención y están por tanto dentro del espíritu y alcance de la invención. f . ,*—_.-» ,.- »,ai..

Claims (14)

R E I V I N D I C A C I O N E S
1. Un método para procesar una muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio policristalino, que comprende los pasos de: (a) generar una secuencia de pulsaciones láser de excimero; (b) modular controlablemente cada pulsación de láser de excimero en dicha secuencia a un flujo predeterminado; (c) homogeneizar cada pulsación láser modulada en dicha secuencia en un plano predeterminado; (d) enmascarar partes de cada pulsación láser controlada de flujo homogeneizado en dicha secuencia con un patrón de dos dimensiones de hendiduras para generar una secuencia de pulsaciones controladas de flujo de rayitos con patrón de linea, cada hendidura en dicho patrón de hendiduras siendo suficientemente estrecha para evitar la inducción de una nucleación significante en la región de una muestra de película delgada de silicio irradiada por un rayito que corresponde a dicha hendidura; (e) irradiar una muestra de película delgada de silicio amorfo con dicha secuencia de rayitos con patrón de hendidura de flujo controlado para efectuar el fundido de partes de la misma que corresponden a cada pulsación de rayito con patrón de flujo controlado en dicha secuencia de pulsaciones de rayitos con patrón; y (f) trasladar secuencial y controlablemente una posición relativa de dicha muestra con respecto a cada uno de dicha pulsación controlada de efluencia de los rayitos con patrón de hendidura para por tanto procesar dicha muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio único o policristalino.
2. El método tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque el paso de enmascaramiento comprende enmascarar partes de cada afluencia homogeneizada de pulsación láser controlada en dicha secuencia con un patrón de dos dimensiones de hendiduras rectas esencialmente paralelas espaciadas por una distancia predeterminada separadas y linealmente extendiéndose paralelas a una dirección de dicho plano de homogeneización para generar una secuencia de pulsaciones de flujo controlado de los rayitos con patrón de hendidura.
3. El método tal y como se reivindica en la cláusula 2, caracterizado porque dicho paso de traslación comprende el trasladar secuencial y controlablemente dicha posición relativa de dicha muestra en una dirección perpendicular a cada pulsación de flujo controlada de los rayitos con patrón de hendidura sobre esencialmente dicha distancia de espaciamiento de hendidura predeterminada, para por tanto procesar dicha muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio policristalina que tiene los cristales controlados direccionalmente y de granulos grandes .
4. El método tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque: (a) dicho paso enmascarador comprende el enmascarar partes de cada pulsación láser de flujo controlado homogeneizada en dicha secuencia con un patrón de dos dimensiones de hendiduras rectas esencialmente paralelas de un ancho predeterminado, espaciadas por una distancia predeterminada siendo menor que dicho ancho predeterminado, y que se extiende linealmente paralelas a una dirección de dicho plano de homogeneización para generar una secuencia de pulsaciones de flujo controlado de rayitos con patrón de hendidura; y (b) dicho paso de traslación comprende el traslado por una distancia menor que dicho ancho predeterminado de dicha posición relativa de dicha muestra en una dirección perpendicular a cada pulsación de flujo controlado de los rayitos con patrón de hendidura, para por tanto procesar dicha muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio policristalino que tiene cristales controlados direccionalmente de granulos grandes usando dos pulsaciones láser.
5. El método tal y como se reivindica en la cláusula 4, caracterizado porque dicho ancho predeterminado es de aproximadamente de 4 micrómetros, dicha distancia de espaciamiento predeterminada es de aproximadamente 2 micrómetros, y dicha distancia de traslación es de aproximadamente de 3 micrómetros.
6. El método tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque dicho paso de enmascaramiento comprende el enmascarar partes de cada pulsación láser de flujo controlado homogeneizada en dicha secuencia con un patrón de dos dimensiones de hendiduras rectas esencialmente paralelas espaciadas por una distancia predeterminada y que se extienden linealmente a un ángulo de esencialmente 45 grados con respecto a una dirección de dicho plano de homogeneización para generar una secuencia de pulsaciones de flujo controlado de los rayitos con patrón de hendidura.
7. El método tal y como se reivindica en la cláusula 6, caracterizado porque dicho paso de traslación comprende el trasladar secuencial y controlablemente dicha posición relativa de dicha muestra en dicha dirección paralela a una dirección de dicho plano de homogeneización sobre esencialmente dicha distancia de hendidura predeterminada para procesar por tanto dicha muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio policristalino que tiene cristales direccionalmente controlados de granulos grandes que están desorientados con respecto al eje XY de la película de silicio delgada.
8. El método tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque: (a) dicho paso de enmascaramiento comprende el enmascarar partes de cada pulsación láser de flujo controlado homogeneizada en dicha secuencia con un patrón de dos dimensiones de hendiduras rectas esencialmente paralelas de un ancho predeterminado, dicha distancia predeterminada siendo menor que dicho ancho predeterminado, y que se extiende linealmente a un ángulo de esencialmente 45 grados con respecto a una dirección de dicho plano de homogeneización para generar una secuencia de pulsaciones de flujo controlado de los rayitos con patrón de hendidura; y (b) dicho paso de traslación comprende el traslado por una distancia menor que dicho ancho predeterminado de dicha posición relativa de dicha muestra en una dirección paralela a una dirección de dicho plano de homogeneización, para por tanto procesar dicha muestra de película delgada de ?¡LiL ?^?i*->?-*r?a**?*?^^^?^^ iflÉKt ii ii i m ii *>*t? y*»~-?¿eat*,. silicio amorfo en una película delgada de silicio policristalino que tiene cristales direccionalmente controlados de granulos grandes que están desorientados con respecto al eje XY de la película delgada de silicio usando dos pulsaciones láser.
9. El método tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque dicho ancho predeterminado es de aproximadamente de 4 micrómetros, dicha distancia de espaciamiento predeterminada es de aproximadamente de 2 micrómetros, y dicha distancia de traslación es de aproximadamente de 3 micrómetros.
10. El método tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque dicho paso de enmascaramiento comprende enmascarar partes de cada pulsación láser de flujo controlado homogeneizado en dicha secuencia con un patrón de dos dimensiones de hendiduras rectas intersectantes, un primer grupo de hendiduras rectas estando espaciado por una primera separación predeterminada y que se extienden linealmente a un ángulo de esencialmente de 45 grados con respecto a una primera dirección de dicho plano de homogeneización, y un segundo grupo de hendiduras rectas estando espaciado por una segunda distancia predeterminada y que se extienden linealmente a un ángulo de esencialmente de 45 grados con respecto a una segunda dirección de dicho plano de homogeneización y que intersectan dicho primer grupo a un ángulo de esencialmente de 90 grados, Í ifí r itiri rfii rrfciiriir i *'~- -^ tJfc-aftf"* para generar una secuencia de pulsaciones de flujo controlado de dichos rayitos con patrón de hendidura.
11. El método tal y como se reivindica en la cláusula 10, caracterizado porque dicho paso de traslación comprende el traslado secuencial y controlablemente de dicha posición relativa de dicha muestra en una dirección paralela a dicha primera dirección de dicho plano de homogeneización sobre esencialmente dicha primera distancia de espaciamiento de hendidura predeterminada, para procesar por tanto dicha muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio policristalino que tiene cristales de forma de diamante grandes.
12. El método tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque el paso de enmascaramiento comprende el enmascarar partes de cada pulsación láser de flujo controlado homogeneizada en dicha secuencia con un patrón de dos dimensiones de hendiduras de forma de sierra espaciadas a una distancia predeterminada de separación y que se extienden generalmente paralelas a una dirección de dicho plano de homogeneización para generar una secuencia de pulsaciones de flujo controlado de los rayitos con patrón de hendidura.
13. El método tal y como se reivindica en la cláusula 12, caracterizado porque dicho paso de traslación comprende el trasladar secuencial y controlablemente dicha posición relativa de dicha muestra en una dirección perpendicular a cada pulsación de flujo controlado de dichos rayitos con patrón sobre esencialmente dicha distancia espaciadora de hendidura predeterminada, para por tanto procesar dicha muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio policristalino que tiene cristales hexagonales grandes.
14. Un método para procesar una muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio policristalino que comprende los pasos de: (a) generar una secuencia de pulsaciones láser de excimero; (b) homogeneizar cada pulsación láser en dicha secuencia en un plano predeterminado; (c) enmascarar partes de cada pulsación láser homogeneizada en dicha secuencia con un patrón de dos dimensiones de puntos esencialmente opacos para generar una secuencia de pulsaciones de rayitos con patrón puntos; (d) irradiar una muestra de película delgada de silicio amorfo con dicha secuencia de rayitos con patrón de puntos para efectuar el derretido de partes de la misma que corresponden a cada pulsación de rayito con patrón de puntos en dicha secuencia de pulsaciones de rayitos con patrón; y (e) trasladar secuencial y controlablement"®*^ dicha muestra relativa de cada pulsación de rayitos con patrón de puntos mediante el alternar una dirección de traslación en dos ejes perpendicular y en una distancia menor que la distancia de crecimiento superlateral para dicha muestra, para por tanto procesar dicha muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio policristalino. R E S U M E N Están descritos los métodos para procesar una muestra de película delgada de silicio amorfo en una película delgada de silicio policristalino. En un arreglo preferido, un método incluye los pasos de generar una secuencia de pulsaciones láser de excimero, modular controlablemente cada pulsación láser de excimero en la secuencia de una afluencia predeterminada, homogeneizar cada pulsación láser modulada en la secuencia en un plano predeterminado, enmascarar partes de cada pulsación láser de flu?o controlado homogeneizado en la secuencia con un patrón de dos dimensiones de hendiduras para generar una secuencia de pulsaciones de flujo controlado de rayitos con patrón de linea, cada hendidura en el patrón de hendiduras siendo suficientemente estrecha para evitar la inducción de una nucleación significante en la región de una muestra de película delgada de silicio irradiada por un rayito que corresponde a la hendidura, irradiar una muestra de película delgada de silicio amorfo con la secuencia de rayitos con patrón de hendidura de flujo controlado para efectuar el fundido de partes de la misma que corresponden a cada pulsación de rayito con patrón de flujo controlado en la secuencia de pulsaciones de rayitos con patrón.
MXPA02002332A 1999-09-03 2000-08-29 Metodos para producir semiconductores de pelicula delgada policristalina de granulos grandes uniformes y de ubicacion de limite de granulos manipulada empleando una solidificacion lateral secuencial. MXPA02002332A (es)

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