TWI528418B - 在半導體應用上的結晶處理 - Google Patents

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Description

在半導體應用上的結晶處理
此述的實施例關於半導體元件的製造。更詳言之，此述的實施例關於形成用於能量、記憶體、邏輯或光激性元件的結晶半導體層。
光伏能量的生成在2007年是最快速成長的能量來源。在2008，已裝設的光伏容量增加大約2/3達到約15 GW。根據一些估計，光伏電力的全球市場在2008與2013之間將以32%的複合年均成長率成長，達到超過22 GW，同時所裝設的容量以每年20-30%以上的平均速率成長，可能在2013年達到35 GW。可用的太陽能能源估計為120,000 TW，使用少於0.013%的該等可用能源即可取代石化燃料以及核能作為電力來源。2005年總全球能量消耗為16 TW，其低於入射至地球的可獲得之太陽能的0.02%。
在具有如此多潛能的情況下，世界上許多國家與公司競逐增加光伏電力生成的效能以及降低其成本。在一般的太陽能電池中，半導體材料暴露至太陽光以移動電子。半導體材料的一些部份以富含電子的元素摻雜，而其他部份是以 空乏電子的元素摻雜，以提供驅動力給移動的電子使之朝電流收集器流動。電子從電流收集器流出至外部電路，以提供電力。
半導體材料的晶體結構影響電池的光吸收特徵與將光轉成電力的效能。在非晶形的半導體材料中，極少筆直的路徑供電子行進，故電子移動率較低，而需要使電子移動的能量較高。非晶矽材料因此具有較大的帶隙，並且吸收波長比由結晶矽材料所吸收的光短的光。微晶材料或奈米晶形材料具有一些晶體結構，其平均而言產生較高的電子移動率以及較低的帶隙。多晶與單晶材料具有更高的移動率以及較低的帶隙。
雖期望包括具有不同形態的吸收劑以捕捉更多入射光譜，然僅需少量的例如非晶形材料提供吸收度上的成效。太多的非晶形材料造成較低的效能，這是因為電子行進通過非晶形材料較緩慢，當其行動時會失去能量。因他們失去能量，故他們變得易受Shockley-Read-Hall復合，從導電帶落回至原子的價區，與電洞(或局部的電子空乏區)復合，並且失去使其移動的所吸收的太陽能。
為了減少此效應，因此期望使太陽能電池中多晶形與微晶形的形態最大化。然而，這一般是有問題的，因為生產多晶與單晶材料是緩慢的，這是由於需要生長晶體之故。較緩慢的生產速率需要大量投資以用於給定的生產容量，而提高的生產有效的太陽能電池與太陽能板的成本。
生產多晶與微晶材料亦實用於某些記憶體應用，諸 如3D記憶體，以及實用於各種半導體元件的垂直單片整合，諸如光激性元件。
因此，需要一種有效地且高速率製造多晶與微晶半導體相的方法。
此述的實施例提供一種重新組織固體材料的結構的方法，其透過將該固體材料暴露至能量的多個脈衝以漸進地熔融該固體材料、形成熔融的材料、且再結晶該熔融材料而達成。
其他實施例提供一種形成太陽能電池的方法，其包含透過使用空間上均勻雷射光之多個脈衝漸進熔融及再結晶該太陽能電池的一主動層，而在該主動層中形成多個大型晶域(domain)。
其他實施例提供一種形成記憶體元件的方法，其包含於一基材上形成一第一導電層；透過一製程於該基材上形成一多晶或單晶半導體層，該製程包含：沉積一半導體層於該基材上、透過將該半導體層暴露至能量的多個脈衝而漸進地熔融該半導體層、形成一熔融半導體層、以及再結晶該熔融半導體層；以及於該基材上形成一第二導電層。
其他實施例提供一種形成一光激性元件的方法，其包含：形成一複合半導體層於一陶瓷基材上；以及結晶該複合半導體層，其透過以下步驟：朝該複合半導體層導引能量的多個脈衝、漸進地熔融該複合半導體層以形成一熔融層、以及結晶該熔融層而形成一結晶複合半導體層。
100‧‧‧方法
102-108‧‧‧操作
120、1201、1202、120N‧‧‧脈衝
121‧‧‧累積能量曲線
200‧‧‧設備
201‧‧‧腔室
202‧‧‧基材支撐件
204‧‧‧能量源
206‧‧‧光學組件
208‧‧‧反射器
210‧‧‧定位器
212‧‧‧光學管柱
214‧‧‧校正器
216‧‧‧光學單元
218‧‧‧電磁能量束
220‧‧‧串列
222‧‧‧處理區
224‧‧‧發射器
226‧‧‧控制器
300‧‧‧方法
302‧‧‧操作
303‧‧‧元件基材
304-314‧‧‧操作
320‧‧‧第一p-i-n接面
330‧‧‧第二p-i-n接面
350‧‧‧基材
352‧‧‧保護層
354‧‧‧強度增強層
356‧‧‧導電層
358‧‧‧電力生成區域
360‧‧‧n型半導體層
362‧‧‧i型半導體層
364‧‧‧p型半導體層
366‧‧‧電力生成區域
368‧‧‧n型半導體層
370‧‧‧i型半導體層
372‧‧‧p型半導體層
374‧‧‧導電層
376‧‧‧保護層
400‧‧‧處理站
401‧‧‧腔室
402‧‧‧壁
404‧‧‧底部
406‧‧‧製程空間
408‧‧‧閥
409‧‧‧真空泵
410‧‧‧噴頭
411‧‧‧孔洞
412‧‧‧背襯板
414‧‧‧懸吊件
416‧‧‧中央支撐件
420‧‧‧氣體源
422‧‧‧RF功率源
424‧‧‧遠端電漿源
430‧‧‧基材支撐件
431‧‧‧接地帶
432‧‧‧基材接收表面
433‧‧‧遮蔽框
434‧‧‧桿幹
436‧‧‧舉升系統
438‧‧‧舉升銷
439‧‧‧加熱/冷卻元件
450‧‧‧主要傳送器
455‧‧‧處理站
458‧‧‧傳送器
460‧‧‧負載鎖定腔室
470‧‧‧傳送腔室
472‧‧‧真空機器人
481-487‧‧‧處理站
490‧‧‧系統
500‧‧‧方法
502-508‧‧‧操作
550‧‧‧結晶光伏元件
551‧‧‧結晶基材
552‧‧‧摻雜層
553‧‧‧接觸部份
554‧‧‧抗反射層
555‧‧‧一般圖案化的電觸點
556‧‧‧表面
601‧‧‧第一脈衝類型
6021‧‧‧第二脈衝類型
602N‧‧‧脈衝
6031‧‧‧第三脈衝類型
603N‧‧‧脈衝
700‧‧‧元件
702、706‧‧‧功能層
704‧‧‧結晶半導體層
參考某些繪製在附圖的實施例，可得到前文簡要總結的本發明之更特別描述，如此，可詳細瞭解之前陳述的本發明的特色。然而應注意，附圖只繪示本發明的典型實施例，因本發明允許其他同等有效的實施例，故不將該等圖式視為其範圍之限制。
第1A圖是流程圖，其總結根據一個實施例的方法。
第1B圖概略繪示根據此述一實施例的能量脈衝。
第2圖是根據另一實施例的設備之概略剖面視圖。
第3A圖是一流程圖，其總結根據另一實施例的方法。
第3B圖是根據另一實施例的薄膜太陽能電池之概略剖面視圖。
第4A圖是根據另一實施例的處理系統的平面圖。
第4B圖是根據另一實施例的處理腔室之概略剖面視圖。
第5A圖是總結根據另一實施例的方法的流程圖。
第5B圖是根據另一實施例的結晶太陽能電池的概略剖面視圖。
第6圖概略繪示根據此述另一實施例的能量脈衝。
第7圖是根據另一實施例的元件概略剖面視圖。
為清楚起見，如可應用，使用同一元件符號指定各圖中共通的同一元件。應考量到一個實施例的元件可有利地用於其他實施例而無須特別記敘。
此述的實施例大體上提供用於形成太陽能電池、記憶體元件以及光激性元件(諸如發光二極體(LED))的設備及方法。第1A圖流程圖，其總結根據一個實施例的方法100。方法100大體上實用於快速形成結晶半導體層於基材上。方法100可用在結晶或薄膜太陽能電池製造製程，以製作具有結晶半導體相的高效能太陽能電池、記憶體元件、邏輯元件以及光激性元件。在102，半導體層形成於基材上。基材可用於薄膜太陽能電池元件，其中該基材是具有透明導電塗層的玻璃基材，該塗層形成配置於基材一個表面上的電接觸層。大體上，對於薄膜太陽能電池而言，透明(或幾近透明)的基材產生最高的太陽光吸收，而因此改善太陽能電池的功率輸出。用於形成上述元件之一者的半導體材料可包含元素(諸如矽、鍺、或其他元素型半導體)或複合半導體(諸如矽鍺、CIGS材料、或三/五族半導體)。半導體材料可額外以p型摻質(諸如硼)摻雜，或者以n型摻質(諸如磷)摻雜，以形成富含電子或空乏電子的層。半導體材料可具有包括非晶形、多晶形、微晶形、及大晶粒之微晶形之晶體形態。在一些實施例中，半導體材料可形成太陽能電池或太陽能板的主動層。
可使用任何方便的製程形成半導體材料於基材上。在多數實施例中，使用氣相沉積製程(諸如有/無電漿輔助的物理氣相沉積或化學氣相沉積)。在一個特別的實施例中，使用電漿輔助化學氣相沉積法從氣體混合物沉積非晶形矽 層，該氣體混合物包含矽源(諸如矽烷)、氫氣以及視情況任選的惰氣(諸如氬或氦)。諸如硼烷、二硼烷、膦、胂之類的摻質源可添加至氣體混合物以沉積摻雜的矽層。在一個用於形成本質型矽層於太陽能電池元件中的示範性實施例中，以介於約1 sccm/L至約10 sccm/L之間的流率提供矽烷至處理腔室(已針對腔室的處理體積(以公升計)常態化該流率)，而氫對矽烷的體積比約20：1以下。RF功率可以介於15 mW/cm2至約200 mW/cm2之間的功率層級(已針對受處理的基材之表面積(平方公分計)常態化)在介於約1 Torr至約4 Torr之間的壓力下施加至氣體混合物，例如透過將RF源耦接氣體分配器。可形成半導體材料至高達約1 μm的厚度。
在104，半導體層暴露至電磁輻射脈衝。複數個處理區大體上是於基材上界定並且依序暴露至脈衝。在一個實施例中，脈衝可為雷射光脈衝，每一脈衝具有介於約200 nm至約1200 nm之間的波長，例如約1064 nm，其如由頻率加倍Nd：YAG雷射所傳遞者。亦可使用其他波長，例如紅外線、紫外線及其他可見光波長。也可使用其他類型的輻射，諸如微波輻射。該等脈衝可透過一個以上的電磁輻射源傳遞，且可傳遞通過光學或電磁組件，以塑形或以其他方式修飾選定的脈衝特徵。
在106，透過以電磁輻射的脈衝處理，半導體層漸進地熔融。每一電磁輻射(例如雷射光)的脈衝可具有足夠能量以熔融一部分其所沖射的基材。例如，每一脈衝可傳遞介於約0.3 J/cm2至約1.0 J/cm2之間的能量。單一脈衝衝擊基 材表面，將其大部分能量以熱型式傳送進入基材。衝擊表面的第一脈衝衝擊固體材料，將其加熱至其熔點或熔點之上的溫度，而熔融該受衝擊的表面區域。取決於由第一脈衝所傳遞的能量，表面區域可熔融至介於約60 Å至約600 Å之間的深度，留下一層熔融材料於表面上。次一個抵達表面的脈衝衝擊熔融材料，傳遞熱能，該熱能傳播通過該熔融材料進入下伏的固體材料，熔融更多固體材料。以此方式，連續的電磁輻射脈衝可以每一連續脈衝形成移動通過半導體層的熔融前沿(melt front)。
第1B圖是均勻電磁輻射脈衝1201-120N之陣列範例的概略視圖，該等脈衝被一個以上的電磁輻射裝置傳遞至基材表面，該等裝置如下文論述的一個以上的發射器224。應注意到在每一脈衝(例如脈衝1201、1202…120N)內傳遞的能量的量可隨時間函數變化，因此每一脈衝的輪廓(例如對時間的能量)可依需要變化，以改善能量至熔融材料的傳遞。例如，脈衝1201的形狀不需以高斯式塑形(Gaussian shaped)(如第1B圖所示)，且可設以在脈衝的起始處或脈衝的結束處傳遞更多能量(例如三角形)。
每一脈衝可具有與其之前的脈衝相同量的能量，或者一個或多個脈衝可含有不同量的能量。例如，第一脈衝可具有較後續脈衝低量的能量(如第1B圖所示)，因為第一脈衝不需要傳播通過熔融材料層以抵達固態相。在一些實施例中，複數個傳遞到半導體層之區域的脈衝可包含第一部份及第二部份，其中第一部份的每一脈衝具有不同能量，而第二 部份的每一脈衝具有相同的能量。如前文所述，第一部份可包含僅有一個脈衝，其能量有別於第二部份脈衝。另一實施例中，第一部份可具有多重脈衝，每一者具有較先前脈衝更多的能量，使得第一部份的每一脈衝比上一者傳遞更多能量。
在一個實施例中，每一脈衝具有介於約1 nsec至約50 nsec之間的歷時(duration)，諸如介於約20 nsec至約30 nsec之間。在另一實施例中，每一脈衝傳遞介於約107 W/cm2至約109 W/cm2之間的功率。該脈衝可由休止歷時分隔，其可經選擇以使得由每一脈衝傳遞的能量之一部分在半導體層內消散。一個實施例中，休止歷時(rest duration)經選擇以使得脈衝在足夠熱量從熔融材料傳導離開而再凍結25%的熔融材料之前衝擊半導體層表面。在另一實施例中，每一脈衝生成溫度波，其一部份傳播通過液體與固體之間的相界，一部分往回反射通過液相，而休止歷時經選擇使得第二脈衝在來自一稍前的第一脈衝的反射之溫度波抵達表面之前衝擊表面。在一個實施例中，脈衝在時間上重疊，使得來自第二脈衝的輻射強度在來自稍前的第一脈衝衰減至零之前抵達表面。重疊因子可界定成來自第二脈衝的輻射強度開始衝擊表面的時間點處衝擊表面的第一脈衝的百分比峰值強度。在一個實施例中，該等脈衝可具有介於約0%至約50%之間的重疊因子，例如介於約10%到約40%之間，例如約25%。
繪示於第1B圖的脈衝在時間上重疊，可在許多實施例中施行。第一脈衝1201具有傳遞至基材表面的能量之峰值強度IP1。當基材表面處的能量強度從峰值強度IP1下降，來 自第二脈衝1202的能量在時間tO於來自第一脈衝的能量已經消退之前開始衝擊基材表面。在時間tO，來自第一脈衝的能量強度為IO。因此，如上文所界定，首兩個脈衝的重疊因子是100×(IO/IP1)。來自第一與第二脈衝1201及1202的加成效應之入射在基材表面上的累積的能量因而達成非零的最小值Imin，如累積能量曲線121所示。
在一些脈衝在時間上重疊的實施例中，每一脈衝可延伸熔融前沿約60 Å至約600 Å之間，同時該熔融前沿可在休止歷時退到約30 Å至約100 Å之間，因熱量從液相傳導進入固相。每一脈衝的脈衝數目、強度與歷時，以及脈衝的重疊因子相互取決於待熔融的材料厚度、處理環境的周圍壓力、待熔融的材料之晶體結構、以及待熔融的材料之組成。
脈衝的非均勻性可界定為在處理區中的每一點處的輻射強度與整體處理區上平均強度的平均百分偏差。未被任何光學元件改變的雷射光點在本質上在時間上於任何一點處具有高斯強度分佈。應注意到，表面上雷射光點的高斯強度分佈不應與脈衝的高斯能量時間輪廓混淆，如前文所述。該二輪廓為獨立的，強度分佈是在時間上於單一點決定或在一段歷程平均而得，而能量時間輪廓表示在時間上傳遞到基材上一點的能量，或於基材上平均而得。對於未受改變的雷射光點，倘若處理區界定成接收來自時間上任一給定點處的高斯點的至少5%的峰值強度之所有點，然後在時間上任一點處遍及該處理區的平均強度將會是約45%的峰值強度，而高斯點的非均勻性將為約80%。
在一個實施例中，電磁輻射的每一脈衝在基材的處理區上空間性均勻分佈或均勻地分佈。每一脈衝可具有低於約5%的非均勻性，例如低於約3%，或介於約1%至約2.5%之間。在一個實施例中，每一處理區可具有矩形的形狀，而在一些實施例中，每一處理區可具有方形的形狀。在一個特殊實施例中，每一處理區是大約每側為2 cm之方形，而每一雷射脈衝以低於約2.5%的非均勻性分佈於該4 cm2的處理區上。在這樣的實施例中，處理區的表面被每一脈衝熔融至非常均勻的深度。
在一個實施例中，電磁能量的重疊脈衝之串列形成連續振幅調變的電磁能量束，其中振幅調變的頻率是關於脈衝數目與歷時及用於將脈衝形成為能量串列的光學管柱之特徵。脈衝額外的振幅調變能量束可進一步均質化，以達成期望的空間均勻性，如前文所述。
在108，半導體層的熔融部份再結晶，以形成結晶層，諸如多晶(polycrystalline)層、複晶(multicrystalline)層、或單晶層。熔融部份開始在固液界面與半導體層其他部份凍結。因為結晶材料比非晶形材料傳導熱優良，且具有大型晶粒的結晶材料比具有小型晶粒的結晶材料優良，如類似於針對電子遷移率前述之理由，漸增地，更多熱量由相鄰的結晶域(crystalline domain)傳導移出，造成靠近具有結晶域的相邊界處較早凍結。當凍結發生，原子排列對準固體域(solid domain)的晶體結構，當其凍結時通過液相傳播相鄰的晶體結構。以此方式，每一再結晶的多晶或單晶處理區播植(seed) 下一處理區的再結晶。
在一個實施例中，熔融部份的再結晶可在再結晶的操作期間透過傳遞能量脈衝而獲得在方向上的助益。因為表面區域可能失去熱量比熔融層的內部區域快(由於熱的輻射及或傳導至周圍環境之故)，當再結晶推進時，能量脈衝可傳遞至基材，以使表面區域免於在內部區域之前凍結。再結晶期間傳遞的脈衝可具有與熔融期間傳遞的脈衝不同的輪廓，以避免再熔融該層。例如可傳遞每一具有歷時DN的N個脈衝以熔融該層，而在再結晶期間可傳遞每一具有歷時DM的M個脈衝，其中DN>DM。類似地，在每一脈衝中傳遞的能量的量值或瞬間強度可較低，及/或脈衝頻率可較低。透過控制熔融與再結晶製程，再結晶層的晶粒尺寸可受控制。在一個實施例中，處理製程用於再結晶矽層，使得受處理的層之晶粒尺寸大於約1微米，且較佳為大於約1000微米。咸信透過減少做為載子重組位點的晶粒邊界表面積，再結晶層中較大的晶粒尺寸會改善載子的壽命以及所形成的太陽能元件的效能。
在一個實施例中，形成半導體層於基材上之前，結晶種可建立在基材上。熔融退火可始於接觸結晶種的處理區以啟動晶體生長製程。透過調整電磁能量傳遞位置，隨後可進行處理，以形成橫跨基材的相鄰處理區而再結晶整層。以此方式，半導體相可轉化成結晶形態，其比透過從氣相沉積晶體相更快速。在一個範例中，已發現在用於非晶矽層的2.2 m×2.6 m的PECVD沉積腔室中的沉積速率約為650 Å/min， 而相同腔室中微晶矽膜的沉積速率約為360 Å/min。因此，形成用在串列接面(tandem junction)太陽能電池之底單元中的1.5微米的微晶矽層比使用氣相沉積製程的非晶矽層要花上額外的52分鐘。因此，只要熔融退火裝置(例如第4A圖中的元件符號455)能夠於相同於或大於通過生產系統490(第4A圖)的太陽能電池處理量的速率處理完整的基材表面，則能夠使用此述的製程增加生產線處理量。
第2圖是根據另一實施例的設備200之概略剖面視圖。設備200可用於形成此述的元件及層。該設備大體上包含腔室201，其中配置有基材支撐件202。電磁能量源204配置在腔室中，或者另一實施例中，其可配置在腔室外側並且透過腔室壁中的窗將電磁能量傳遞到腔室。電磁輻射源204將一個以上的電磁能量束218(例如雷射束或微波輻射)從一個以上的發射器224導向光學組件206。光學組件206(其可為電磁組件)將一個以上的電磁能量束形成成電磁能量串列220，導引能量串列220朝向校正器(rectifier)214。校正器214將能量串列220導向基材支撐件202的處理區222，或配置於其上的基材的處理區。在一個範例中，設備200設以在約一分鐘內退火2.2 m×2.6 m的元件(例如，5.72 m2/min)，或一小時60個基材。
光學組件206包含可移動反射器208(其可為鏡子)以及對準該反射器208的光學管柱212。反射器208裝設在定位器210上，在第2圖的實施例中，該定位器210旋轉以朝選定的位置導引反射光束。在其他實施例中，反射器可平移 而非旋轉，或可又平移又旋轉。光學管柱212將來自能量源204由反射器208反射的能量脈衝形成及塑型為期望的能量串列220，以處理基材支撐件202上的基材。可用做形成及塑型脈衝的光學管柱212的光學管柱描述於另案待審的美國專利申請案11/888,433號(2007年7月31日提出申請，且於2009年2月5日公開為美國專利申請公開號2009/0032511)，其在此併入做為參考。
校正器214包含複數個光學單元216，用於導引能量串列220朝向處理區222。能量串列220入射於光學單元216的一個部份上，其將能量串列220的傳播方向改變至實質上垂直於基材支撐件202與處理區222的方向。假設配置在基材支撐件202上的基材是平坦的，能量串列220亦離開校正器214以實質上垂直基材的方向行進。
光學單元216可為透鏡、稜柱、反射體或其他用於改變傳播輻射之方向的工具。連續的處理區222是由來自能量源204的電磁能量脈衝處理，這是透過移動光學組件206使得反射器208導引能量串列220至連續的光學單元216而達成。
一個實施例中，校正器214可為在基材支撐件202上延伸的光學單元216的二維陣列。在此實施例中，光學組件206可被致動，透過將能量串列220朝期望位置上方的光學單元216反射，而將能量串列220導引至基材支撐件202的任何處理區222。在另一實施例中，校正器214可為光學單元216線，其尺寸大於或等於基材支撐件之尺寸。光學單元 線216可定位在基材的一部份上方，而能量串列216掃描遍及光學單元216以多次(若需要)處理位在校正器214下方的基材之數個部份，且隨後光學單元216線可移動而覆蓋相鄰列的處理區，漸進式依列處理整個基材。
第2圖的能量源顯示四個個別的束生成器，因為在一些實施例中，脈衝串列中的個別脈衝可能重疊。多個束或脈衝生成器可用於生成重疊的脈衝。一些實施例中，透過使用適當光學件，亦可使來自單一脈衝生成器的脈衝重疊。使用一個或多個脈衝生成器取決於給定的實施例所需的能量串列的正確的特徵。
能量源204、光學組件206、與校正器214的相互依存的功能可由控制器226主宰。普遍而言，控制器可耦接能量源204整體，或耦接能量源204的個別能量生成器，且可控制對能量源的功率傳遞，或者是來自能量生成器的能量輸出，或該二者。如需要，控制器226亦可耦接用於移動光學構件206的致動器(圖中未示)，以及用於移動校正器214的致動器(圖中未示)。
第3A圖是一流程圖，其總結根據另一實施例的方法。第3A圖的方法300用於形成垂直積集的單塊結晶半導體結構，諸如薄膜太陽能電池。類似的方法可用於形成垂直積集的單塊結晶半導體材料，諸如於記憶體元件與光激性元件中所見者。
在302，光轉換單元形成於基材上，其可為非晶形、微晶形或多晶形。光轉換單元可包含p-i-n接面，其由受摻雜 的半導體形成，諸如矽、鍺、CIGS半導體或前述者之組合。
在304，透過使用氣相沉積製程(諸如物理或化學氣相沉積，其可為電漿增強型)沉積半導體材料，而形成p型半導體層於基材上，其中該氣相包含半導體源與摻質源。p型半導體層可為非晶形、微晶形或多晶形。
在306，使用雷射脈衝將p型層熔融且再結晶。脈衝串列(或脈衝組)是透過在光學上添加雷射脈衝以及均質化所得的脈衝串列而形成，以形成空間上均質的可變功率電磁能量束。每一脈衝串列的功率(或每單位時間的能量)之變化是經設計以傳遞電磁能量給p型層，其變化以漸進熔融p型層。當從脈衝或脈衝組入射在p型層的能量速率超越透過p型層之熱量擴散的速率時，輻照部份的局部溫度升高至大於材料熔融點的一點，p型層中形成熔融區域。倘若脈衝能量減少，接近固相與熔融相之間的界面的能量輸入速率可能會降至熱量從熔融相擴散進入固相的速率之下，而一部分的熔融區域可能再度固化。
能量束的振幅-時間函數之準確細節主宰局部強度極小值期間再凍結發生的程度，且可用於選擇執行的熔融模式。例如，在一個實施例中，能量束可經設計以推進該熔融前沿約500 Å及再凍結約10 Å。在另一實施例中，熔融前沿可由每一局部最大值推進約500 Å，而每一局部最小值容許再凍結約400 Å。來自一個或多個脈衝的每一連續的能量最大值可被設計成將熔融前沿推進更深入該層達約60 Å至約600 Å之間，直到該層實質上熔融為止。
在熔融/再結晶製程中，複數處理區界定於p型層上，而每一區依序受處理以將p型層轉化成結晶材料。每一區在其最接近的相鄰者之後受到處理，以提供處理區邊緣處的結晶界面，而在熔融操作後刺激晶體生長。在一個實施例中，每一處理區暴露至複數個重疊的電磁能量脈衝，其可形成為輻射的能量調變束。對於每一處理區的均勻處理而言，束能量是在橫跨於該區在空間上均勻分佈，如前文所述。
在一個實施例中，p型層靠近下伏層的一部份可保持未熔融，以減少不同類型摻質的擴散及/或混合。例如，倘若p型層形成於下伏的光轉換單元中的非晶形n型層上，可期望避免熔融高達約100 Å的p型層，而避免p型摻質與n型摻質在界面處的混合或擴散。甚至使用p型層與下伏的光轉換單元之間的緩衝層，留下薄的p型緩衝層未熔融也是實用的。
在一個實施例中，形成操作302的光轉換單元與操作304的p型層間的結晶材料之薄層可為實用的。低於約50 Å厚的結晶材料(諸如多晶形或單晶形的矽或其他半導體)層用於協助凍結熔融材料期間促進p型層的晶體結構的生長。結晶材料層可為連續或不連續，且可透過沉積或透過局部再結晶製程形成。在局部再結晶製程中，例如透過暴露至諸如雷射之類的電磁能量光點束，結晶材料可形成尖點(point)或圓點(dot)、線、或週期性的表面結構。
透過調變能量束可助於再結晶p型層，其是藉由減少脈衝頻率、脈衝輪廓或藉由使用較長波長的光達成。因此， 藉由減少與控制能量輸入的速率，而於再結晶進行於固體-熔融界面時維持p型層表面於熔融狀態。因此，可完成漸進的再結晶製程，其中結晶從熔融材料靠近熔融材料表面下方的一層的位置進行。此漸進式再結晶透過促進有序的、方向性的晶體形成，而可強化較大晶體晶粒形成。
在308，使用類似於用於形成p型層的製程(除了摻質源外)將i型半導體層(其可為非晶形、微晶形或多晶形)形成於基材上。透過在類似於操作306之製程中的熔融與再結晶而在310將i型層轉化成結晶層。最後，n型半導體層形成於312，並且在314轉化成結晶形式而完成該方法。
方法300中形成的層厚度可高達約50微米厚，如特定實施例所需。在太陽能電池的實施例中，層將大體上低於約2.5微米厚，且在一些情況中，可薄如約100 Å至約500 Å。前文所述的熔融/再結晶製程可用於形成電力生成區域如太陽能電池的塊體，又如獨立的結晶太陽能電池或在串接薄膜單元中的薄非晶形單元。
第3B圖是根據第3A圖的方法300所形成的基材350之概略剖面視圖。基材350包含介於兩個導電層374與356、保護層376與352之間的兩個電力生成區域358、366，以及強度增強層354。每一電力生成區域358與366包含p型半導體層372、364、i型半導體層370、362、以及n型半導體層368、360。電力生成區域層358、366大體上具有不同的晶體形態，以助於吸收橫跨一寬廣波長光譜的光。在一個實施例中，層360、370、372為非晶形，而層362、364與368 為微晶形、多晶形、複晶形或單晶形。可透過根據第3A圖之方法300沉積非晶形層隨後再結晶每一層而形成結晶層。
在一個實施例中，n型半導體層360是非晶形層，以提供氧阻障性質。另一實施例中，p型半導體層372與i型半導體層每一者為非晶形以收集較短的波長的光。在替代性實施例中，n型半導體層368是非晶形，同時n型半導體層360為結晶，以助於收集廣泛光譜的光。
第4A圖是根據另一實施例用於處理基材的製造系統490的平面視圖。系統490包含基材傳送器450、458與處理站400、455的集合，其可用於形成薄膜光伏元件。在第4A圖的實施例中，兩組處理站400(每一者可為沉積站)匹配兩個饋送傳送器458，其從主要傳送器450收集基材以供處理，並且將處理過的基材送回主要傳送器450以傳遞至下一處理階段。第4A圖的實施例經設置使得處理站400為沉積站，而處理站455為熱處理站，且在處理站400處理之後，基材傳遞到處理站455以供熱處理。每一處理站455可為用於執行前文與第1A圖及第2圖所述的結晶操作的處理腔室。每一處理站400可用於形成p-i-n接面於基材上以用於薄膜光伏元件，如前文與第3圖所述。每一處理站400包含傳送腔室470，其耦接負載鎖定腔室460以及製程腔室481-487。負載鎖定腔室460使得基材傳送於系統外的周圍環境與傳送腔室470及製程腔室481-487內的真空環境之間。負載鎖定腔室包括一個或多個區域，其可在包納一個或多個基材時抽空。當基材從周圍環境進入時，以泵抽取降壓負載鎖定腔室460，並且在將 基材從處理站400傳遞到周圍環境期間通氣。傳送腔室470具有至少一個配置於其中的真空機器人472，其適於在負載鎖定腔室460與製程腔室481-487之間傳送基材。雖在第4A圖的處理站400中顯示七個製程腔室，然每一處理站400可具有任何適當數目的製程腔室。
在處理站400的一個實施例中，製程腔室481-487的一者設以沉積太陽能電池元件的第一p-i-n接面320或第二p-i-n接面330的p型矽層，製程腔室481-487的另一者設以沉積第一或第二p-i-n接面的本質型矽層，而製程腔室481-487的另一者設以沉積第一或第二的n型矽層。雖具有三類腔室製程(即p型製程、i型製程、及n型製程)的製程組態可具有一些污染控制的優點，然其大體上比具有兩種腔室製程(即p型製程與i/n型製程)的製程組態具有較低的基材處理量，且當一個或多個處理腔室被拉下做維修時，大體上無法維持期望的處理量。
第4B圖是處理腔室的一個實施例的概略剖面視圖，諸如PECVD腔室401，於其中可沉積一個或多個太陽能電池之薄膜。在一個實施例中，腔室401大體上包括界定製程空間406的壁402、底部404與噴頭410、以及基材支撐件430。可透過閥408存取製程空間，使得基材可傳送進出PECVD腔室401。基材支撐件430包括基材接收表面432，以支撐基材，並且包括耦接舉升系統436的桿幹434，以抬升和降下基材支撐件430。遮蔽框(shadow frame)433可視情況放置在元件基材303(可以具有一層或多層形成於其上，例如 導電層356)的周邊之上。舉升銷438可移動式配置成通過基材支撐件430，以將基材移動至基材接收表面432及從基材接收表面432移出。基材支撐件430亦可包括加熱及/或冷卻元件439，以將基材支撐件維持在期望溫度。基材支撐件430亦可包括接地帶431，以提供基材支撐件430周邊的RF接地。接地帶的範例揭露於在2000年2月15日頒發給Law等人的美國專利6,024,044號以及在2006年12月20日Park等人提出申請的美國專利申請案11/613,934號，其二者以全文併入做為參考，其全文與在此揭露者並無不一致之處。
噴頭410透過懸吊件414耦接背襯板412於其週邊。噴頭410亦可透過一個或多個中央支撐件416耦接背襯板，以助於防止弛垂及/或控制噴頭410的筆直度/彎曲度。氣體源420耦接背襯板412以通過背襯板412及噴頭410中的複數孔洞411提供氣體至基材接收表面432。真空泵409耦接PECVD腔室401以將製程空間406控制在期望壓力。RF功率源422耦接背襯板412及/或耦接噴頭410以提供RF功率給噴頭410，使得電場在噴頭與基材支撐件之間生成，如此電漿可由噴頭410與基材支撐件430之間的氣體生成。可使用各種RF頻率，諸如介於約0.3 MHz至約200 MHz之間的頻率。在一個實施例中，於13.56 MHz提供RF功率源。噴頭的範例揭露於2002年11月12日頒發給White等人的美國專利6,477,980、Choi等人申請、於2006年11月17日公開的美國專利公開號2005/0251990、及Keller等人申請、於2006年3月23日公開的美國專利公開號2006/0060138，其在此併入做 為參考，其全文與在此揭露者並無不一致之處。
亦可將遠端電漿源424(諸如感應式耦合遠端電漿源)耦接於氣體源與背襯板之間。在處理基材之間，可提供清潔氣體至遠端電漿源424，如此遠端電漿生成並且被提供以清潔腔室部件。清潔氣體可進一步由RF功率源422激發而供至噴頭。適合的清潔氣體包括(但不限於)NF3、F2及SF6。遠端電漿源的範例揭露於1998年8月4日頒發給Shang等人的美國專利5,788,778號，其在此併入做為參考，其全文與在此揭露者並無不一致之處。
第5A圖是總結根據另一實施例的方法500的流程圖。方法500用於形成結晶光伏元件550。第5B圖是結晶光伏元件550一部分的概略剖面視圖，其具有結晶基材551與摻雜層552。在502，提供基材以建構光伏元件。基材將大體上具有接觸部份553，其配置於結晶基材551的表面上。接觸部份553導電，且大體上是由金屬形成。結晶基材551大體上是諸如矽、矽鍺、CIGS或三/五族複合半導體之類的半導體材料。摻雜矽基材可為單晶形(例如Si<100>或Si<111>)、微晶形、複晶形、多晶形、應變、或非晶形。
摻雜層552大體上是以p型或n型摻質所摻雜的半導體層，以創造電子過剩或空乏。半導體材料可為任何大體上用於製作結晶太陽能電池的半導體，諸如矽、鍺、矽鍺合金、CIGS或三/五族複合半導體，且可透過任何便利的製程形成，諸如具有或不具有電漿強化的物理或化學氣相沉積。在n型層中，供體類型的原子在基材形成製程期間被摻雜至結晶 半導體基材內。適合的供體原子範例包括(但不限於)磷(P)、砷(As)、銻(Sb)。在p型層中，受體類型原子(諸如硼(B)或鋁(Al))可在基材形成製程期間被摻雜進入結晶矽基材。基材一般是約100微米至約400微米厚。
在504，受摻雜的半導體層552形成於基材上。受摻雜的半導體層的摻質類型大體上與基材上的摻雜層相反。因此，倘若基材551的特徵是p型摻雜層，則形成n型摻雜層，反之亦然。p型層與n型層在兩層之間的界面附近形成p-n接面區域。用於受摻雜的半導體層的半導體材料可與基材的半導體層相同或不同。在一個實施例中，基材的摻雜層與形成於其上的受摻雜的半導體層二者皆為受摻雜的矽層。受摻雜的半導體層可透過任何便利的製程形成，諸如具有或不具有電漿強化的物理或化學氣相沉積。在一個實施例中，受摻雜的半導體層是透過在類似第4B圖所描述的設備中以電漿強化化學氣相沉積而形成。受摻雜的半導體層將大體上少於約50微米厚，且在許多實施例中其約2微米厚或低於2微米厚，且可為非晶形、微晶形或多晶形。
在506，使用類似於在前文中與第1A圖描述的熱製程、使用類似於前文所論及的設備200的處理裝置結晶受摻雜的半導體層。在一個實施例中，複數個處理區界定於受摻雜的半導體層上，且每一處理區暴露至脈衝電磁能量，以漸進式熔融處理區並且隨後結晶該熔融部份。脈衝可為雷射或微波脈衝，且大體上均質化以產生橫跨處理區的均勻的輻射空間強度。每一脈衝的瞬間強度、輪廓及歷時受到界定，以 移動熔融前沿使之不完全(partway)通過受摻雜的半導體層。例如，如前文所述，每一脈衝可移動熔融前沿約60 Å至約600 Å深入受摻雜的半導體層。亦如前文所述，脈衝可重疊或由休止歷時分隔。
所傳遞的脈衝數目經選擇以達到終點，其可為受摻雜的半導體層與下伏層之間的界面，或一些鄰近該界面處。抵達終點後，使用下伏的晶體結構及相鄰的結晶處理區的晶體結構做為晶種材料，熔融區域得以結晶。透過移動電磁能量或基材(或二者)依序處理該等處理區，使得每一處理區跟隨其緊鄰的相鄰者而受處理。
在508，一般圖案化的電觸點555形成在處理層552(配置在基材551上)的表面556上，以完成光伏電池。抗反射層554亦可形成於表面556上，以減少元件表面的光反射。以此方式，可形成結晶光伏元件無須仰賴比較慢的製程從氣相沉積結晶層。
在一些實施例中，熔融終點可界定在離界面一些距離，以避免p型摻質與n型摻質的混植。在特徵為p型層相當接近或甚至接觸n型層的實施例中，熔融終點可界定在離這些層之間的界面約20 Å(或低於20 Å)處。薄的未熔融層留在結晶層之間，作為緩衝以防止摻質混植。在一個實施例中，緩衝層亦可透過將次熔融脈衝導引通過熔融相進入緩衝層而結晶。倘若在熔融相開始結晶前傳遞，則複數個電磁能量脈衝可受導引朝熔融相表面，且可傳播穿過熔融相到緩衝層，每一傳遞足夠能量到緩衝層的脈衝引發漸增的緩衝層原 子性結構重新組織成結晶結構，而不致熔融緩衝層且不引發大幅度的摻質遷移。
在一個實施例中，處理程序可傳遞到半導體層(其可為非晶形、微晶形、或多晶形)，以熔融及結晶該層而無處理層和基材中的下伏結晶層之間的原子大幅度遷移。第一組電磁輻射的一個或多個脈衝傳遞到受摻雜的半導體層552的表面556，而開始熔融製程。第一組的每一脈衝將具有足以熔融部份表面的能量，且可具有與第一組的其餘脈衝相同的能量含量，或可具有不同的能量含量。第一組脈衝形成熔融相，在熔融相與固相之間的界面處具有熔融前沿。
第二組的一個或多個脈衝傳遞至半導體層以將熔融前沿推進通過半導體層到終點。第二組的每一脈衝具有足以傳播通過熔融相的能量含量並且傳遞足夠的能量到固相以熔融一部份固相，因而推進熔融前沿。由第二組脈衝所傳遞的功率大體上高於第一組脈衝所傳遞者。為了避免半導體層與下伏結晶層之間的原子遷移，熔融終點界定在離半導體層與下伏結晶層之間的界面一短距離處。該熔融終點與界面之間的區域可為緩衝層。
在第二組脈衝傳遞後，熔融前沿抵達終點，而第三組一個或多個脈衝傳遞至半導體層以結晶該緩衝層而不至於使之熔融。第三組的每一脈衝具有足以傳播通過熔融相的能量且其傳遞能量至緩衝層足以漸增式結晶緩衝層中的原子而不致使之熔融且不致使半導體層與下伏結晶層之間的原子實質上遷移。在傳遞第三組脈衝後，熔融相結晶，熔融相的晶 體結構從緩衝層與下伏結晶層的晶體結構發展。
如前文所述第一組與第二組的脈衝可重疊，或者可由休止歷時分隔，重疊或分隔的程度選以使得下一能量脈衝到達前熔融相部份再凍結。第三組脈衝可類似地重疊或被分隔，但由於第三組脈衝是被設計成避免熔融，故第三組脈衝的歷時、強度與頻率將大體上經選擇以使得每一脈衝之後下一脈衝到達前緩衝層回到周圍能量狀態。因此第三組脈衝可傳遞低於第二組脈衝的功率層級，且可低於第一組脈衝的功率層級。
第6圖概略繪示根據另一實施例的能量脈衝。在一個實施例中，具有不同強度的多重能量脈衝可用於使用熔融/再結晶製程而結晶形成結晶層上的半導體層，同時減少兩層之間原子的遷移。在一個範例中，具有個別強度I1、I2、及I3的脈衝601、602與603傳遞到半導體層。在一個範例中，如第6圖所示，一個或多個脈衝(諸如脈衝6021到602N及6031到603N)可包含一組脈衝。在一個實施例中，第一脈衝類型601的強度I1低於第二脈衝類型602的強度I2。如前文所述，第一組類型601衝擊半導體層並且液化其一部份。第二組脈衝類型602衝擊半導體的液相表面，傳播通過液相，並且衝擊下伏的固相，而熔融一部分的下伏固相且推進熔融前沿通過半導體層到終點。第三組脈衝類型603具有低於脈衝類型601及602的強度I3，且傳播通過液相而傳遞能量到緩衝層，漸增式再結晶該緩衝層而無熔融，因此減少原子從緩衝層遷移到下伏的結晶半導體層的機會。在第6圖的實施例中，第 二脈衝類型的N個脈衝示為在時間上重疊。第三脈衝類型603的M個脈衝可在時間上重疊，或可由周圍能量的週期分隔。
在一個實施例中，厚度1.5微米的非晶矽層(其與下伏的結晶層接觸)是使用脈衝雷射處理而結晶。非晶矽層分成數個處理區，且每一處理區經受一系列的來自1064 nm雷射的脈衝，該脈衝系列包含歷時10 ns傳遞0.35 J/cm2的一個脈衝；之後是10個脈衝，每一者有10 ns的歷時，每一者傳遞0.5 J/cm2，且每一者與脈衝在各側重疊25%；之後是5個脈衝，每一者具10 ns歷時，每一者傳遞0.3 J/cm2，且每一者被10 ns的休止歷時分隔。前文所述的脈衝式雷射處理將會結晶非晶矽層，同時減少兩層之間原子的遷移。
在另一態樣中，其他類型的元件可受惠於如此處所述的快速結晶半導體形成製程。第7圖是根據另一實施例的元件700之概略剖面視圖。元件700大體上包含在兩個功能層702與706之間的結晶半導體層704，其可具有多晶形或單晶形的形態。功能層702與706可各為金屬層(例如電極)、介電層(諸如金屬氧化物層)或半導體層。
一個實施例中，元件700可為記憶體元件，其中功能層702與706為金屬層，而結晶半導體層704為記憶體單元。可以類似用於前文所述之光伏元件的半導體層之方法形成記憶體單元。半導體層是透過物理或化學氣相沉積形成，並且根據前文與第1A、3A及5A圖所述之熔融/再結晶製程結晶。半導體層可以p型摻質(諸如硼、鋁、鎵及銦)摻雜及以n型摻質(諸如磷及砷)摻雜，其可用於形成p-n或p-i-n 接面。半導體材料可為任何適合用於記憶體應用的元素型或複合半導體材料，諸如四族半導體、三/五族(13/15族)半導體，或二/六族(12/16族)半導體。一些示範性半導體包括(但不限於)矽、鍺、矽鍺、CIGS材料、鎵的氮化物或磷化物、鋁、及銦、硫化物、硒化物、或碲化物、或鋅、鎘、及汞等。結晶種層可在形成非晶形半導體層前沉積，以助益再結晶製程。結晶種層可透過任何適合用於形成結晶層的製程形成，諸如氣相磊晶或化學氣相沉積。
一些實施例中，複數個離散的電荷儲存粒子可嵌在結晶層中。離散的電荷儲存粒子可改善能夠固定在記憶體單元中的電荷密度。離散的電荷儲存粒子(其可為金屬原子或原子團簇)可透過任何適合的沉積製程(諸如PVD或CVD)沉積在兩個結晶層之間，或可透過離子束或電漿浸漬離子佈植而受到佈植。在沉積製程中，第一半導體層形成於基材上，離散的電荷儲存粒子沉積在第一半導體層上，而第二半導體層形成於離散的電荷儲存粒子層上。第一與第二半導體層可各為非晶形、微晶形或多晶形。整體結構隨後透過前文所述之脈衝式能量熔融製程再結晶。
在另一實施例中，元件700可為光激性元件，諸如發光二極體(LED)。在LED實施例中，功能層702大體上是介電基材(諸如藍寶石)，其提供元件主動部份的結構支撐。功能層702亦可包括緩衝層或過渡層(形成於功能層702表面上)以助功能層702與待形成於其上的結晶半導體層704之間的相容性。結晶半導體層704大體上是三族氮化物半導 體，諸如氮化鎵、氮化鋁、氮化銦或前述者之混合物。功能層702的表面可因此受處理，以形成氮化鋁或鋁、鎵、及銦的氮化物之混合物的薄層，做為緩衝層或過渡層。
LED實施例中的結晶半導體層704大體上是三族氮化物層，且可包含氮化鎵、氮化鋁與氮化銦。結晶半導體層704包含多重量子井材料，諸如氮化銦鎵，為主動成份。結晶半導體層704亦大體上包含未摻雜的氮化物層(諸如氮化鎵)以及n形摻雜氮化物層，其亦可為以前文所述之該等n形摻質所摻雜的氮化鎵。
LED實施例中的功能層706大體上是p型摻雜的三族氮化物層，諸如氮化鎵或氮化鋁鎵層，其以p型摻質摻雜。
LED元件中的層大體上是透過化學氣相沉積製程及/或氫化物氣相磊晶(HVPE)製程形成，其中三族金屬(諸如鎵、銦或鋁)暴露至鹵素源(諸如氯化氫)以形成三族金屬鹵化物，其進而與諸如氨之類的氮源混合，而形成三族氮化物材料，其為此技術中已知。由此製程沉積的層可使用前文與第1A、3A及5A圖所述之脈衝式能量熔融結晶製程結晶成多晶或單晶形態。
應注意到，在所有形成多層半導體元件的例子中，可使用此述的脈衝式能量熔融結晶製程使所有元件中的半導體層結晶，或僅有選擇的層可結晶。在一個實施例中，元件中所有半導體層可形成為具有非晶形、微晶形、或多晶形形態，且隨後所有層使用單一漸進式脈衝能量熔融/再結晶製程再結晶。在另一實施例中，選以結晶的個別層可在形成後續 層前經受脈衝式能量熔融/再結晶製程。咸信一次結晶或再結晶一層的製程可有效地用以個別處理各層而不至大幅影響結晶結構或相鄰層的組成，這是由於脈衝式能量熔融結晶製程期間傳遞的能量的短歷時與受控制的傳遞之故。使用此類方法，具有高效能結晶半導體成份與多晶或單晶形態的元件可在成本經濟、高處理量的製程中製作。
前述者是導向本發明的實施例，其他與進一步的本發明實施例可在不背離本發明之基本範疇的情況下設計。
100‧‧‧方法
102-108‧‧‧操作

Claims (11)

  1. 一種處理基材之方法，包括以下步驟：標識(identify)一第一處理區；透過將該第一處理區的一表面暴露至一第一雷射脈衝，而形成該第一處理區的一熔融區域；將該第一處理區暴露至複數個雷射脈衝，同時再結晶該處理區的該熔融區域，其中該複數個雷射脈衝的每一脈衝熔融一再結晶區域的一部分；標識與該第一處理區相鄰的一第二處理區；以及對該第二處理區重覆該形成熔融區域之步驟與該再結晶該熔融區域之步驟。
  2. 如請求項1所述之方法，其中形成每一處理區之熔融區域之步驟進一步包含以下步驟：將每一處理區之該表面暴露至一第二雷射脈衝。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該第一雷射脈衝與該第二雷射脈衝之間的歷時(duration)少於該熔融區域之一部分再凍結所必須的時間。
  4. 如請求項2所述之方法，其中該第一雷射脈衝與該第二雷射脈衝具有相同的歷時與強度。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該複數個雷射脈衝的每一脈 衝具有與該第一雷射脈衝相同的歷時與強度。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該複數個雷射脈衝的每一脈衝具有與該第一雷射脈衝不同的歷時或強度。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該第二處理區與該第一處理區共用一邊界。
  8. 一種處理基材之方法，包含以下步驟：標識該基材的一處理區；傳遞複數個第一雷射脈衝至該處理區，其中該複數個第一雷射脈衝的每一脈衝熔融該處理區的一部分，且該複數個第一雷射脈衝的每一脈衝之間的歷時少於該處理區的該熔融部分凍結的時間；以及傳遞複數個第二雷射脈衝至該基材之該處理區，其中該複數個第二雷射脈衝的每一脈衝熔融該處理區的一部分，且該複數個第二雷射脈衝的每一脈衝之間的歷時超過該處理區的該熔融部分凍結的時間。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該複數個第一雷射脈衝的每一脈衝與相鄰脈衝重疊。
  10. 如請求項8所述之方法，其中該複數個第一雷射脈衝的每一脈衝與該複數個第一雷射脈衝的相鄰脈衝之間的歷時相 同，且其中該複數個第二雷射脈衝的每一脈衝與該複數個第二雷射脈衝的相鄰脈衝之間的歷時相同。
  11. 如請求項8所述之方法，其中該複數個第一雷射脈衝的每一脈衝的強度與該複數個第二雷射脈衝的每一脈衝的強度相同。
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Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080121343A1 (en) 2003-12-31 2008-05-29 Microfabrica Inc. Electrochemical Fabrication Methods Incorporating Dielectric Materials and/or Using Dielectric Substrates
TWI459444B (zh) 2009-11-30 2014-11-01 Applied Materials Inc 在半導體應用上的結晶處理
US8466046B2 (en) * 2011-03-01 2013-06-18 Infineon Technologies Ag Method for fabricating a porous semiconductor body region
US9196753B2 (en) 2011-04-19 2015-11-24 Micron Technology, Inc. Select devices including a semiconductive stack having a semiconductive material
TW201310551A (zh) * 2011-07-29 2013-03-01 Applied Materials Inc 熱處理基材的方法
TWI590309B (zh) * 2011-09-01 2017-07-01 應用材料股份有限公司 結晶化的方法
TW201324818A (zh) * 2011-10-21 2013-06-16 Applied Materials Inc 製造矽異質接面太陽能電池之方法與設備
US20130125983A1 (en) * 2011-11-18 2013-05-23 Integrated Photovoltaic, Inc. Imprinted Dielectric Structures
US11133390B2 (en) * 2013-03-15 2021-09-28 The Boeing Company Low temperature, thin film crystallization method and products prepared therefrom
JP2014239182A (ja) * 2013-06-10 2014-12-18 東京エレクトロン株式会社 微細構造形成方法、半導体デバイスの製造方法、及びｃｍｏｓの形成方法
US9722105B2 (en) * 2014-03-28 2017-08-01 Sunpower Corporation Conversion of metal seed layer for buffer material
JP2018022712A (ja) * 2014-12-10 2018-02-08 東京エレクトロン株式会社 微細構造形成方法、半導体デバイスの製造方法、及びｃｍｏｓの形成方法
CN106298451A (zh) * 2016-08-18 2017-01-04 昆山国显光电有限公司 激光晶化方法及装置
CN107785454A (zh) * 2016-08-25 2018-03-09 西藏民族大学 基于Ge/Si虚衬底的GeSn光电探测器及其制备方法
CN107785451A (zh) * 2016-08-25 2018-03-09 西藏民族大学 基于Ge/Si虚衬底的Ge PIN光电探测器及其制备方法
CN107785408A (zh) * 2016-08-25 2018-03-09 西安电子科技大学 Ge/Si虚衬底材料及其制备方法
CN107785238B (zh) * 2016-08-25 2020-07-24 西安电子科技大学 InGaAs材料、基于InGaAs材料作为沟道的MOS器件及其制备方法
CN108269874A (zh) * 2016-12-30 2018-07-10 西安科锐盛创新科技有限公司 GaInP2/GaAs/Ge三结太阳能电池的制备方法
CN108269876A (zh) * 2016-12-30 2018-07-10 西安科锐盛创新科技有限公司 InGaAs/Ge双结太阳能电池及其制备方法
CN108269881A (zh) * 2016-12-30 2018-07-10 西安科锐盛创新科技有限公司 激光辅助晶化Ge/Si衬底GaAs单结太阳能电池及其制备工艺
CN108269880A (zh) * 2016-12-30 2018-07-10 西安科锐盛创新科技有限公司 激光辅助晶化Ge/Si衬底上Ge/GaAs双结太阳能电池及其制作方法
CN108269879A (zh) * 2016-12-30 2018-07-10 西安科锐盛创新科技有限公司 Ge/Si衬底的GaInP/GaAs/Ge三结太阳能电池及其制备方法
CN108269875A (zh) * 2016-12-30 2018-07-10 西安科锐盛创新科技有限公司 具有LRC-Ge/Si衬底的GaAs/AlGaAs双结太阳能电池及其制备方法
CN107332622A (zh) * 2017-05-17 2017-11-07 西安科锐盛创新科技有限公司 Led光发射机
CN107170858A (zh) * 2017-05-17 2017-09-15 厦门科锐捷半导体科技有限公司 横向结构led及其制备方法
CN107170859A (zh) * 2017-05-17 2017-09-15 厦门科锐捷半导体科技有限公司 基于横向结构发光二极管
CN107275453A (zh) * 2017-05-17 2017-10-20 西安科锐盛创新科技有限公司 脊状发光二极管
CN107275458A (zh) * 2017-05-17 2017-10-20 西安科锐盛创新科技有限公司 基于台阶结构的发光二极管
CN107221582A (zh) * 2017-05-17 2017-09-29 厦门科锐捷半导体科技有限公司 一种发光二极管及其制备方法
CN107346992A (zh) * 2017-05-17 2017-11-14 西安科锐盛创新科技有限公司 一种光发射机以及光纤通信系统
CN107123712B (zh) * 2017-05-17 2019-06-28 湛江通用电气有限公司 一种红外led及其制备方法
CN107123711B (zh) * 2017-05-17 2019-02-26 深圳市长方集团股份有限公司 一种脊状led及其制备方法
CN107046086A (zh) * 2017-05-17 2017-08-15 厦门科锐捷半导体科技有限公司 发光二极管
CN107611003A (zh) * 2017-08-11 2018-01-19 西安科锐盛创新科技有限公司 基于LRC的直接带隙GeSn互补型TFET器件及其制备方法
CN107564958A (zh) * 2017-08-11 2018-01-09 西安科锐盛创新科技有限公司 基于LRC的GeSn隧穿场效应晶体管及其制备方法
CN107658339A (zh) * 2017-08-11 2018-02-02 西安科锐盛创新科技有限公司 基于LRC的直接带隙GeSnP型TFET器件及其制备方法
TWI737004B (zh) * 2018-12-03 2021-08-21 日商住友重機械工業股份有限公司 退火裝置及退火方法
CN112216603A (zh) * 2019-07-10 2021-01-12 创能动力科技有限公司 用于晶片的激光处理方法及半导体装置

Family Cites Families (64)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4234358A (en) * 1979-04-05 1980-11-18 Western Electric Company, Inc. Patterned epitaxial regrowth using overlapping pulsed irradiation
US5753542A (en) * 1985-08-02 1998-05-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for crystallizing semiconductor material without exposing it to air
US5210766A (en) * 1990-12-27 1993-05-11 Xerox Corporation Laser crystallized cladding layers for improved amorphous silicon light-emitting diodes and radiation sensors
JPH065537A (ja) * 1992-06-22 1994-01-14 Casio Comput Co Ltd 半導体層のアニール方法
JPH06232069A (ja) * 1993-02-04 1994-08-19 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置の作製方法
TW272319B (zh) * 1993-12-20 1996-03-11 Sharp Kk
US5456763A (en) * 1994-03-29 1995-10-10 The Regents Of The University Of California Solar cells utilizing pulsed-energy crystallized microcrystalline/polycrystalline silicon
JPH0864526A (ja) * 1994-08-24 1996-03-08 Sony Corp 光照射による材料の改質方法および半導体装置の製造方法
JP3388042B2 (ja) * 1994-11-18 2003-03-17 三菱電機株式会社 レーザアニーリング方法
US6599790B1 (en) * 1996-02-15 2003-07-29 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd Laser-irradiation method and laser-irradiation device
US6455359B1 (en) * 1997-02-13 2002-09-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser-irradiation method and laser-irradiation device
US6582996B1 (en) * 1998-07-13 2003-06-24 Fujitsu Limited Semiconductor thin film forming method
US6255148B1 (en) * 1998-07-13 2001-07-03 Fujitsu Limited Polycrystal thin film forming method and forming system
GB9819338D0 (en) * 1998-09-04 1998-10-28 Philips Electronics Nv Laser crystallisation of thin films
JP2001023918A (ja) * 1999-07-08 2001-01-26 Nec Corp 半導体薄膜形成装置
JP3422290B2 (ja) * 1999-07-22 2003-06-30 日本電気株式会社 半導体薄膜の製造方法
JP2001319891A (ja) * 2000-05-10 2001-11-16 Nec Corp 薄膜処理方法及び薄膜処理装置
US6451631B1 (en) * 2000-08-10 2002-09-17 Hitachi America, Ltd. Thin film crystal growth by laser annealing
EP1354341A1 (en) * 2001-04-19 2003-10-22 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Method for single-scan, continuous motion sequential lateral solidification
US6645454B2 (en) * 2001-06-28 2003-11-11 Sharp Laboratories Of America, Inc. System and method for regulating lateral growth in laser irradiated silicon films
JP2002198313A (ja) * 2001-09-14 2002-07-12 Nec Corp 半導体薄膜の形成方法、パルスレーザ照射装置、および半導体装置
JP2003109912A (ja) * 2001-10-01 2003-04-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザアニール装置
US6812491B2 (en) * 2002-03-22 2004-11-02 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor memory cell and semiconductor memory device
US7023500B2 (en) * 2002-06-05 2006-04-04 Hitachi, Ltd. Display device with active-matrix transistor having silicon film modified by selective laser irradiation
DE10230696B4 (de) * 2002-07-08 2005-09-22 Infineon Technologies Ag Verfahren zur Herstellung eines Kurzkanal-Feldeffekttransistors
JP4873858B2 (ja) * 2002-08-19 2012-02-08 ザ トラスティーズ オブ コロンビア ユニヴァーシティ イン ザ シティ オブ ニューヨーク エッジ領域を最小にするために基板のフィルム領域のレーザ結晶化処理方法及び装置並びにそのようなフィルム領域の構造
JP3859148B2 (ja) 2002-10-31 2006-12-20 信越半導体株式会社 Ｚｎ系半導体発光素子の製造方法
US7309616B2 (en) * 2003-03-13 2007-12-18 Unity Semiconductor Corporation Laser annealing of complex metal oxides (CMO) memory materials for non-volatile memory integrated circuits
JP4727135B2 (ja) * 2003-05-26 2011-07-20 富士フイルム株式会社 レーザアニール装置
TWI235496B (en) * 2003-07-04 2005-07-01 Toppoly Optoelectronics Corp Crystallization method of polysilicon layer
KR100531416B1 (ko) * 2003-09-17 2005-11-29 엘지.필립스 엘시디 주식회사 Ｓｌｓ 장비 및 이를 이용한 실리콘 결정화 방법
TWI372463B (en) * 2003-12-02 2012-09-11 Semiconductor Energy Lab Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method for manufacturing semiconductor device
KR100568298B1 (ko) * 2004-03-30 2006-04-05 삼성전기주식회사 외부양자효율이 개선된 질화물 반도체 및 그 제조방법
DE102004036220B4 (de) * 2004-07-26 2009-04-02 Jürgen H. Werner Verfahren zur Laserdotierung von Festkörpern mit einem linienfokussierten Laserstrahl
JP2006086447A (ja) * 2004-09-17 2006-03-30 Sharp Corp 半導体薄膜の製造方法および半導体薄膜の製造装置
JP2006135232A (ja) * 2004-11-09 2006-05-25 Sharp Corp 半導体デバイスの製造方法と製造装置
KR101212378B1 (ko) * 2004-11-18 2012-12-13 더 트러스티이스 오브 콜롬비아 유니버시티 인 더 시티 오브 뉴욕 결정 방위 제어형 폴리실리콘막을 생성하기 위한 장치 및 방법
JP3977379B2 (ja) * 2005-03-29 2007-09-19 株式会社日本製鋼所 薄膜材料の結晶化方法及びその装置
US8221544B2 (en) * 2005-04-06 2012-07-17 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Line scan sequential lateral solidification of thin films
US7507648B2 (en) * 2005-06-30 2009-03-24 Ramesh Kakkad Methods of fabricating crystalline silicon film and thin film transistors
CN101288155A (zh) * 2005-08-16 2008-10-15 纽约市哥伦比亚大学事事会 高生产率的薄膜结晶过程
JP5519150B2 (ja) * 2005-08-16 2014-06-11 ザ トラスティーズ オブ コロンビア ユニヴァーシティ イン ザ シティ オブ ニューヨーク 高周波レーザを用いた薄膜の均一な逐次的横方向結晶化のためのシステム及び方法
WO2008091242A2 (en) * 2005-12-21 2008-07-31 Uva Patent Foundation Systems and methods of laser texturing and crystallization of material surfaces
KR100681262B1 (ko) * 2006-01-24 2007-02-09 삼성전자주식회사 스택형 반도체 장치의 제조 방법
JP5099576B2 (ja) * 2006-02-23 2012-12-19 株式会社Ｉｈｉ 化合物半導体の活性化方法及び装置
US20070221640A1 (en) * 2006-03-08 2007-09-27 Dean Jennings Apparatus for thermal processing structures formed on a substrate
JP2007281421A (ja) * 2006-03-13 2007-10-25 Sony Corp 半導体薄膜の結晶化方法
JP2007281420A (ja) * 2006-03-13 2007-10-25 Sony Corp 半導体薄膜の結晶化方法
US7579654B2 (en) * 2006-05-31 2009-08-25 Corning Incorporated Semiconductor on insulator structure made using radiation annealing
JP5084185B2 (ja) * 2006-06-23 2012-11-28 住友重機械工業株式会社 半導体薄膜の製造方法
TWI330389B (en) * 2006-10-27 2010-09-11 Chimei Innolux Corp A method of manufacturing low temperature polysilicon film
JP5177994B2 (ja) * 2006-11-02 2013-04-10 住友重機械工業株式会社 温度計測装置、及び温度算出方法
JP2008124149A (ja) * 2006-11-09 2008-05-29 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd 光学装置および結晶化装置
KR100818285B1 (ko) * 2006-11-17 2008-04-01 삼성전자주식회사 단결정 실리콘 로드 제조방법
JP5003277B2 (ja) 2007-05-18 2012-08-15 ソニー株式会社 薄膜の結晶化方法、薄膜半導体装置の製造方法、電子機器の製造方法、および表示装置の製造方法
DE102007025942A1 (de) * 2007-06-04 2008-12-11 Coherent Gmbh Verfahren zur selektiven thermischen Oberflächenbehandlung eines Flächensubstrates
WO2009042784A1 (en) * 2007-09-25 2009-04-02 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Methods of producing high uniformity in thin film transistor devices fabricated on laterally crystallized thin films
US20090124065A1 (en) * 2007-11-13 2009-05-14 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Particle beam assisted modification of thin film materials
US8012861B2 (en) * 2007-11-21 2011-09-06 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for preparing epitaxially textured polycrystalline films
US7842583B2 (en) * 2007-12-27 2010-11-30 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor substrate and method for manufacturing semiconductor device
US7902051B2 (en) * 2008-01-07 2011-03-08 International Business Machines Corporation Method for fabrication of single crystal diodes for resistive memories
DE102008045533B4 (de) * 2008-09-03 2016-03-03 Innovavent Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Ändern der Struktur einer Halbleiterschicht
JP2013510443A (ja) * 2009-11-03 2013-03-21 ザ トラスティーズ オブ コロンビア ユニヴァーシティ イン ザ シティ オブ ニューヨーク 非周期的なパルスによる部分的溶解膜処理のシステムおよび方法
TWI459444B (zh) * 2009-11-30 2014-11-01 Applied Materials Inc 在半導體應用上的結晶處理

Also Published As

Publication number Publication date
US9290858B2 (en) 2016-03-22
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US20140150712A1 (en) 2014-06-05
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US20130143417A1 (en) 2013-06-06
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US8906725B2 (en) 2014-12-09
WO2011066310A3 (en) 2011-08-18
WO2011066310A2 (en) 2011-06-03

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