CN106898540A - 半导体制造方法与半导体层 - Google Patents

Abstract

一种半导体制造方法与半导体层在此揭露，其中半导体层包含第一结晶部分与第二结晶部分。第一结晶部分由熔融态或半熔融态的第一部分结晶形成，第二结晶部分由熔融态或半熔融态的第二部分结晶形成。第一结晶部分相邻或部分重叠第二结晶部分。第一部分是透过闪光灯与第一光罩以第一能量照射而变为熔融态或半熔融态。第二部分是透过闪光灯、闪光灯与第一光罩或者闪光灯与第二光罩，以第二能量照射而变为熔融态或半熔融态。本发明可利用闪光灯搭配光罩照射而达成较大面积的结晶之外，结晶的品质亦较佳。此外，本发明亦可达到同一材料的半导体层的不同部分具有不同的结晶特性，以提高实验元件电路的多样性。

Description

半导体制造方法与半导体层

技术领域

本发明是关于一种制造技术，且特别是关于一种半导体制造方法与半导体层。

背景技术

为了结晶化半导体，一般而言考虑到基板的内受温度，准分子激光退火(Excimer Laser Annealing，ELA)的制程是目前较常采用的技术。然而，线扫描(Linear scanning)的准分子激光退火受限于激光光点的尺寸而无法一次处理大面积的区域，并且由于每一个激光光点的功率不稳定，造成均匀性不佳而容易产生斑(Mura)的问题。因此，产能与基板的面积难以提高，生产成本居高不下之外，结晶品质与晶粒尺寸亦不理想。

发明内容

为了提高用于制作半导体元件的结晶部分的结晶品质与晶粒尺寸，本发明是提供一种半导体层，其包含第一结晶部分与第二结晶部分。第一结晶部分由熔融态(Fusion)或半熔融态(Semi-fusion)的第一部分结晶形成，第二结晶部分由熔融态或半熔融态的第二部分结晶形成。第一结晶部分相邻或部分重叠第二结晶部分。第一部分是透过闪光灯(Flash lamp)与第一光罩以第一能量照射而变为熔融态或半熔融态。第二部分是透过闪光灯、闪光灯与第一光罩或者闪光灯与第二光罩，以第二能量照射而变为熔融态或半熔融态。

于本发明的一实施例中，其中第一结晶部分包含侧向结晶部分，侧向结晶部分从第一部分以外的邻近部分开始结晶形成。

于本发明的一实施例中，其中第二结晶部分包含侧向结晶部分，侧向结晶部分从第二部分以外的邻近部分开始结晶形成。

于本发明的一实施例中，其中第二部分是透过闪光灯以及第一光罩与半导体层之间的相对位置变化，以第二能量照射而变为熔融态或半熔融态。

于本发明的一实施例中，其中第一结晶部分或第二结晶部分包含微结晶(Micro crystal)部分。

本发明的另一方面是提供一种半导体制造方法，包含以下步骤。利用闪光灯与第一光罩，以第一能量照射一半导体层的一第一部分，使第一部分变为熔融态或半熔融态；结晶化第一部分以形成第一结晶部分；利用闪光灯、闪光灯与第一光罩或者闪光灯与第二光罩，以第二能量照射半导体层的第二部分，使第二部分变为熔融态或半熔融态；结晶化第二部分以形成第二结晶部分。

于本发明的一实施例中，其中结晶化第一部分以形成第一结晶部分包含：从第一部分以外的邻近部分开始结晶化第一部分，其中第一结晶部分包含侧向结晶部分。

于本发明的一实施例中，其中结晶化第二部分以形成第二结晶部分包含：从第二部分以外的邻近部分开始结晶化第二部分，其中第二结晶部分包含侧向结晶部分。

于本发明的一实施例中，其中利用闪光灯与第一光罩，以第二能量照射半导体层的第二部分包含：透过第一光罩与半导体层之间的相对位置变化，利用闪光灯以第二能量照射该半导体层的第二部分。

于本发明的一实施例中，其中第一结晶部分或第二结晶部分包含微结晶部分。

综上所述，本发明除了可利用闪光灯搭配光罩照射而达成较大面积的结晶之外，结晶的品质亦较佳。具体而言，本发明的半导体层结晶部分(例如第一结晶部分、第二结晶部分)内的晶粒的尺寸较大(例如微米(μm)等级)与较为一致的排列方式(例如侧向结晶)，亦减少晶粒边界的数量。此外，本发明亦可达到同一材料的半导体层的不同部分具有不同的结晶特性，例如侧向结晶、微结晶或是非结晶特性，以提高实验元件电路的多样性。

以下将以实施方式对上述的说明作详细的描述，并对本发明的技术方案提供更进一步的解释。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1A是说明本发明一实施例的半导体层的截面示意图；

图1B是说明本发明一实施例的半导体层的截面示意图；

图1C是说明本发明一实施例的半导体层的截面示意图；

图1D是说明本发明一实施例的半导体层的截面示意图；

图1E是说明本发明一实施例的半导体层的截面示意图；

图2是说明本发明一实施例的半导体层的上视示意图；以及

图3是说明本发明一实施例的半导体制造方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照附图及以下所述的各种实施例。但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围；步骤的描述亦非用以限制其执行的顺序，任何由重新组合，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。

于实施方式与申请专利范围中，除非内文中对于冠词有所特别限定，否则“一”与“该”可泛指单一个或复数个。将进一步理解的是，本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”及相似词汇，指明其所记载的特征、区域、整数、步骤、操作、元件与/或组件，但不排除其所述或额外的其一个或多个其它特征、区域、整数、步骤、操作、元件、组件，与/或其中的群组。

关于本文中所使用的“约”、“大约”或“大致约”一般通常是指数值的误差或范围约百分之二十以内，较好地是约百分之十以内，而更佳地则是约百分之五以内。文中若无明确说明，其所提及的数值皆视作为近似值，即如“约”、“大约”或“大致约”所表示的误差或范围。

此外，相对词汇，如“下”或“底部”与“上”或“顶部”，用来描述文中在附图中所示的一元件与另一元件的关系。相对词汇是用来描述装置在附图中所描述之外的不同方位是可以被理解的。例如，如果一附图中的装置被翻转，元件将会被描述原为位于其它元件的“下”侧将被定向为位于其他元件的“上”侧。例示性的词汇“下”，根据附图的特定方位可以包含“下”和“上”两种方位。

为了说明结晶化过程，请参考图1A～图1E，其是说明本发明一实施例的半导体层100的截面示意图。如图1A所示，半导体层100形成于基板170上。于一实施例中，图1A的半导体层100为非结晶态(Amorphous)。由于第一光罩150的不透光(Opaque)区域152的阻挡，所以闪光灯(Flash lamp)160仅可照射到部分的半导体层100。于一实施例中，此时闪光灯160以第一能量照射半导体层100。

如图1B所示，半导体层100的第一部分110受到闪光灯160照射，因为吸收闪光灯160光线的第一能量而变为熔融(Fusion)态或半熔融(Semi-fusion)态。未受到闪光灯160照射的半导体层100第二部分120则未发生改变，而维持原先状态(例如非结晶态)。

如图1C所示，闪光灯160停止照射，熔融态或半熔融态的第一部分110从邻近部分(例如第二部分120)开始结晶化(如图1C的虚线箭头所示)，以形成第一结晶部分130。于一实施例中，第一结晶部分130具有侧向结晶(Lateral crystallization)特性。

如图1D所示，将图1A的第一光罩150更换为第二光罩180以进行闪光灯160的第二次照射。第二光罩180的不透光区域182相异于第一光罩150的不透光区域152，本实施例的第二光罩180的不透光区域182与第一光罩150的不透光区域152是例如设计为相对互补的区域，因此闪光灯160可透过第二光罩180的不透光区域182的阻挡而照射半导体层100的不同部分。于一实施例中，此时闪光灯160以第二能量照射半导体层100，其中第二能量与上述第一能量可相同或不同，以调整半导体结晶的迁移率(Mobility)。

于本实施例中，半导体层100的第二部分120受到闪光灯160照射，因为吸收闪光灯160的第二能量而变为熔融态或半熔融态。于第二次照射过程中，未受到闪光灯160照射的半导体层100第一结晶部分130则未发生改变，而维持原先状态(例如结晶态)。

如图1E所示，闪光灯160停止照射，熔融态或半熔融态的第二部分120从邻近部分(例如第一结晶部分130)开始结晶化(如图1E的虚线箭头所示)，以形成第二结晶部分140。于一实施例中，第二结晶部分140具有侧向结晶特性。如上述，闪光灯160第二能量的照射能量可相同或不同于第一能量，因此形成的第一结晶部分130的迁移率与第二结晶部分140的迁移率相同或相异。举例而言，若第一能量与第二能量相同，则第一结晶部分130的迁移率与第二结晶部分140的迁移率相同。若第一能量与第二能量不同，则第一结晶部分130的迁移率与第二结晶部分140的迁移率相异。

于另一实施例中，图1D～图1E的闪光灯160第二次照射过程亦可继续使用第一光罩150，并且移动第一光罩150或者移动基板170以产生第一光罩150与半导体层100的相对位置变化，进而使闪光灯160照射到不同于图1B中第一部分110的区域，以在半导体层100的不同部分形成结晶。

于另一实施例中，图1D～图1E的闪光灯160第二次照射过程亦可使用全面透光的光罩或者移除第一光罩150，闪光灯160使用较弱的能量(例如相较于第一能量、第二能量弱的能量)照射半导体层100。此时半导体层100并不会变为熔融态或者半熔融态，而是重新排列晶格。如此一来，半导体层100可具有较佳的迁移率。

于一实施例中，半导体层100透过闪光灯160的两次照射与结晶化过程即可达成待结晶区域的完全结晶。

如此一来，相较于准分子激光退火(Excimer Laser Annealing，ELA)，本发明除了可利用闪光灯160搭配光罩照射而达成较大面积的结晶之外，结晶的品质亦较佳。具体而言，本发明的半导体层100结晶部分(例如第一结晶部分130、第二结晶部分140)内的晶粒(Crystal grain)的尺寸较大(例如微米(μm)等级)与较为一致的排列方式(例如侧向结晶)，亦减少晶粒边界(Grainboundary)的数量。此外，本发明亦可达到同一材料的半导体层100的不同部分具有不同的结晶特性，例如侧向结晶、微结晶或是非结晶特性，以提高实验元件电路的多样性。

于闪光灯160的照射面积大于半导体层100的待结晶区域的情况下，可透过更换光罩(例如第一光罩150、第二光罩180)、位移光罩或位移基板170(亦即位移半导体层100)以及闪光灯160的两次照射，而达成完全侧向结晶的目的。于另一实施例中，透过光罩的不同设计，半导体层100于闪光灯160照射之后具有非结晶态且/或微结晶(Micro crystal)态的特定区域。

另一方面，如图2所示，于闪光灯160的照射面积小于半导体层200的待结晶区域210的情况下，以闪光灯160的照射区域作为最大单位，将待结晶区域210划分为区域212、214、216、……等第一小区，并使用第一光罩150搭配闪光灯160进行半导体层200的照射。上述任一第一小区可与其他第一小区重叠(例如区域214、216)，并且允许某一第一小区(例如区域212)与其他第一小区均无重叠。接着，同样以闪光灯160的照射区域作为最大单位，将待结晶区域210划分为区域222、224、226、……等第二小区，并使用第二光罩180搭配闪光灯160进行半导体层200的照射。上述任一第二小区可与其他第二小区重叠(例如区域224、226)，并且允许某一第二小区(例如区域222)与其他第二小区均无重叠。于一实施例中，区域222、224、226、……等第二小区可以是与区域212、214、216、……等第一小区相同或相异的区域。于一实施例中，区域222、224、226、……等第二小区的联集(亦即所有第二小区的总合区域)可以与区域212、214、216、……等第一小区的联集相同或相异。依此类推，视实际需求，亦可使用第三张以上的光罩，或者划分待结晶区域210为第三组小区并进行第三次以上的照光，以达成待结晶区域210完全结晶的目的。

实作上，前述第一光罩150、第二光罩180可以是光罩、光栅或其他适合的遮光设备。上述光罩的设计可以是穿透式或反射式。上述光罩可以是半导体或面板产业所称的光罩或是与其概念相当的光罩，亦可以是具有特定图案的不透光或反光的装置(或结构)。光罩的开口区形状可以是条状、三角形、四边形或任意多边形，并可依据待结晶区域210的材料与基板的热传导的差异进行调整。

于一实施例中，为了形成较佳结晶区域，上述开口区的中心到任何一边的最短垂直距离须大于1微米(μm)，并且不大于100微米(亦即1微米(μm)＜最短垂直距离≦100微米(μm))。于另一实施例中，开口区可大于或小于较佳结晶区域，使得半导体层200在结晶化过程中产生微结晶状态的结晶(例如微晶硅)。于一实施例中，光罩的开口区可以具有不同尺寸大小与形状，使得结晶区域(例如侧向结晶区域)具有不同结晶方向与晶粒大小。

举例而言，半导体层100是由闪光灯160、遮光设备与试品平台构成的设备制作而成，并且平行于试品平台的平面定义为XY平面。遮光设备设置于闪光灯160至试品平台的光路上，以阻挡部分光线照射到试品平台上的基板170与半导体层100，并且遮光设备对于光路上的光线而言，至少具有50％的开口率。于一实施例中，遮光设备或试品平台当中至少有一者可以沿着X方向、Y方向或XY方向移动。于一实施例中，在闪光灯160到试品平台的光路可设置穿透式或反射式的透镜以聚焦光线或者将光线转为平行光。于一实施例中，在闪光灯160到试品平台的光路设置穿透式或反射式的透镜以聚焦光线，遮光设备或试品平台可以沿着垂直于XY平面的方向移动。如此一来，无须利用传统的光罩系统，亦可透过上述设备稳定地制作出全面性结晶的半导体图样，有效地降低生产成本。

于一实施例中，本发明的半导体层100亦可以利用闪光灯160进行结晶的设备，并搭配利用准分子激光(Excimer laser)、绿光激光(Green laser)、或其他以光束形式进行结晶化的设备，以达到半导体层100全面性结晶的目的。如此一来，可与激光结晶的制程整合，而进一步改善并提升产能与元件特性。

图3是说明本发明一实施例的半导体制造方法300流程图。半导体制造方法300具有多个步骤S302～S308，其可应用于如图1A～图1E、图2所述的半导体层100、200。然熟悉本案的技艺者应了解到，在本实施例中所提及的步骤，除特别叙明其顺序者外，均可依实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行。具体实作方式如前揭示，此处不再重复叙述。

于步骤S302，利用闪光灯与第一光罩，以第一能量照射半导体层的第一部分，使第一部分变为熔融态或半熔融态。

于步骤S304，结晶化第一部分以形成第一结晶部分。

于步骤S306，利用闪光灯、闪光灯与第一光罩或者闪光灯与第二光罩，以第二能量照射半导体层的第二部分，使第二部分变为熔融态或半熔融态。

于步骤S308，结晶化第二部分以形成第二结晶部分。

本发明得以透过上述实施例，除了可利用闪光灯搭配光罩照射而达成较大面积的结晶之外，结晶的品质亦较佳。具体而言，本发明的半导体层100结晶部分(例如第一结晶部分130、第二结晶部分140)内的晶粒的尺寸较大(例如微米(μm)等级)与较为一致的排列方式(例如侧向结晶)，亦减少晶粒边界的数量。此外，本发明亦可达到同一材料的半导体层100的不同部分具有不同的结晶特性，例如侧向结晶、微结晶或是非结晶特性，以提高实验元件电路的多样性。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种半导体制造方法，其特征在于，包含：

利用一闪光灯与一第一光罩，以一第一能量照射一半导体层的一第一部分，使该第一部分变为一熔融态或一半熔融态；

结晶化该第一部分以形成一第一结晶部分；

利用该闪光灯、该闪光灯与该第一光罩或者该闪光灯与一第二光罩，以一第二能量照射该半导体层的一第二部分，使该第二部分变为该熔融态或该半熔融态；以及

结晶化该第二部分以形成一第二结晶部分。

2.根据权利要求1所述的半导体制造方法，其特征在于，结晶化该第一部分以形成该第一结晶部分包含：

从该第一部分以外的一邻近部分开始结晶化该第一部分，其中该第一结晶部分包含一侧向结晶部分。

3.根据权利要求1所述的半导体制造方法，其特征在于，结晶化该第二部分以形成该第二结晶部分包含：

从该第二部分以外的一邻近部分开始结晶化该第二部分，其中该第二结晶部分包含一侧向结晶部分。

4.根据权利要求1所述的半导体制造方法，其特征在于，利用该闪光灯与该第一光罩，以该第二能量照射该半导体层的该第二部分包含：

透过该第一光罩与该半导体层之间的相对位置变化，利用该闪光灯以该第二能量照射该半导体层的该第二部分。

5.根据权利要求1所述的半导体制造方法，其特征在于，该第一结晶部分或该第二结晶部分包含一微结晶部分。

6.一种半导体层，其特征在于，包含：

一第一结晶部分，由一熔融态或一半熔融态的一第一部分结晶形成；以及

一第二结晶部分，由该熔融态或该半熔融态的一第二部分结晶形成；

其中该第一结晶部分相邻或部分重叠该第二结晶部分，该第一部分是透过一闪光灯与一第一光罩以一第一能量照射而变为该熔融态或该半熔融态，该第二部分是透过该闪光灯、该闪光灯与该第一光罩或者该闪光灯与一第二光罩，以一第二能量照射而变为该熔融态或该半熔融态。

7.根据权利要求6所述的半导体层，其特征在于，该第一结晶部分包含一侧向结晶部分，该侧向结晶部分从该第一部分以外的一邻近部分开始结晶形成。

8.根据权利要求6所述的半导体层，其特征在于，该第二结晶部分包含一侧向结晶部分，该侧向结晶部分从该第二部分以外的一邻近部分开始结晶形成。

9.根据权利要求6所述的半导体层，其特征在于，该第二部分是透过该闪光灯以及该第一光罩与该半导体层之间的相对位置变化，以该第二能量照射而变为该熔融态或该半熔融态。

10.根据权利要求6所述的半导体层，其特征在于，该第一结晶部分或该第二结晶部分包含一微结晶部分。