[发明专利]利用粒子束的薄膜材料处理方法

说明书

相关申请案

本申请案与2008年11月12日申请的共同待决的申请案第12/269,327号“Particle Beam Assisted Modification of Thin Film Materials”以及2008年11月12日申请的共同待决的申请案第12/269,344号“Particle Beam AssistedModification of Thin Film Materials”相关，其全文并入以作为参考。

技术领域

本发明涉及一种处理基板的系统与技术，且尤其涉及一种形成基板结晶相(substrate crystalline phase)的系统与技术。

背景技术

目前普遍采用的新兴技术，如平板显示器(flat panel display，FPD)与太阳能电池(solar cell)，皆取决于在低成本基板上制造电子元件的能力。在制造FPD时，典型的低成本FPD的像素(pixel)由薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)来转换(switch)，此薄膜晶体管一般可以在配置于惰性玻璃基板上的薄的非晶硅薄膜(50nm厚)上制造。然而，改良的FPD需要较佳效能的像素TFT，且其有利于直接在面板上制造高效能控制电子元件(high performance controlelectronics)。一个优点为可以排除面板与外部控制电路之间的昂贵的以及潜在不可靠的连接。

目前的FPD包含一层硅，此硅层经由低温沉积制程而配置于显示器的玻璃面板上，此低温沉积制程例如为溅镀(sputtering)制程、蒸镀(evaporation)制程、等离子体增益型化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)制程或低压化学气相沉积(low pressure chemical vapor deposition，LPCVD)制程。这些低温制程是符合需求的，诸如当用来制造FPD的面板倾向于非晶(amorphous)与具有约600℃的玻璃转换温度(glass transitiontemperature)时。若在600℃以上制造，面板可能具有不均匀或不平坦的结构或表面。存在较高温度容忍度的玻璃面板，如石英(quartz)或蓝宝石(sapphire)面板。然而，这些玻璃的高成本却使其利用受到了阻碍。此外，若价格便宜，则可以使成本降低，因此可使用较低温度容忍度玻璃或塑胶面板。

然而，低温沉积制程无法产生理想的硅薄膜。一般熟知，固态硅具有三个常见的相：非晶相、多晶相与单晶相。若硅在低温时沉积，则所沉积的硅薄膜倾向于非晶相。与多晶硅薄膜或单晶硅薄膜相比，基于非晶硅薄膜的薄膜晶体管的通道可能具有较低的移动率(mobility)。

为了得到多晶硅层或单晶硅层，可以进一步处理面板，以将非晶硅薄膜转换为多晶硅薄膜或单晶硅薄膜。为了得到具有多晶硅薄膜的面板，可以对面板进行准分子雷射退火(excimer laser annealing，ELA)制程。ELA制程的一个例子揭示于美国专利第5,766,989号。为了得到具有较大结晶(crystal)面板，可以对面板进行如连续侧向固化(sequential lateral solidification，SLS)的制程。SLS制程的一个例子揭示于美国专利第6,322,625号。虽然ELA制程与SLS制程可以产生具有单晶硅薄膜或多晶硅薄膜的面板，但是上述制程并非不具有缺点。举例来说，使用于上述二个制程的准分子雷射运作时花费较高，因而产生昂贵的TFT。此外，对于非晶硅转变为结晶硅来说，工作周期(duty cycle)可能并非是最佳的。另外，准分子雷射可能在传输的能量中具有脉间变化(pulse-to-pulse variation)与空间不均匀性(spatial non-uniformity)，其可能对制程一致性产生影响。也可能具有脉内不均匀性(intra-pulse non-uniformity)，其例如是由光束(beam)的自我干涉(self-interference)所导致。此种脉间或脉内的不均匀性可能产生具有不均匀结晶的硅薄膜。

因此，对有效降低成本以及提高产量的低温基板上的高品质结晶材料来说，新的粒子处理方法与设备是需要的。

发明内容