TW200406927A - Method of forming semiconductor thin-film and laser apparatus used therefore - Google Patents

Method of forming semiconductor thin-film and laser apparatus used therefore Download PDF

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Description

200406927 玖、發明說明： 1^1#明所屬之枝術領域 本發明係關於一種形成半導體薄膜之方法及所使用之雷 射裝置。更特別地，本發明係關於一種可應用到所謂多晶 矽薄膜電晶體（TFTS)之製造的半導體薄膜之形成方法，其 中所需要的對齊記號被形成在薄膜中，以及一種可執行此 方法之雷射裝置。 c )先前枝術 近年來，許多改良的多晶矽薄膜電晶體（TFT S )已被積極 地發展以做爲形成在玻璃板上之積體電路的電子元件。爲 了形成多晶砍薄膜電晶體之多晶砂（poly-Si)薄膜（隨後僅 稱爲薄膜（f i 1 m ))，所謂的「激生分子雷射退火方法」已廣 泛地被使用。在此方法中，一個非晶矽（a - S i )被形成在玻 璃板之表面，並且隨後激生分子雷射以短時間選擇地照射 到a - S i薄膜之所需要部分，因而由於熱及在大氣中冷卻後 之再結晶化而熔解部分中之非晶矽薄膜。因此，a - S i薄膜 被雷射光照射之部分被選擇地轉變成多晶矽區域，換言之 ，多晶矽區域被選擇地形成於a - S 1薄膜中。 一種已市販且可應用到上述「激生分子雷射退火方法」 之習知激生分子雷射具有約3 00公厘X 0 . 4公厘之線性孔， 並且被設計可在物體或標的上產生具有線性點之雷射光束 。在操作時，光束或點沿著標的之表面在線性點之寬度方 向上以數十微米之節距掃瞄。 但是，當習知之激生分子雷射裝置使用上述「激生分子 -6- 200406927 雷射退火方法」而用來形成多晶矽薄膜電晶體（poly-Sl TFT s ) 時’已知的問題爲形成於被照射部上之多晶矽薄膜電晶體 所獲得的特性多半爲非均勻。此係因爲照射之雷射光束對 被照射邰周圍之a - s i薄膜的熱效應，與同一被照射部之中 間部者不同，因而該周圍中之微觀構造與該中間部者不同 。此問題揭示在諾拉氏等（T.Nohda)所撰於1992年12月發 刊之「Technical Report of IEICE(SDM92-112)」第 53-58 頁中名稱爲「使用激生分子雷射退火方法改進多晶矽薄膜
上述問題可使用2001年3月2日所公告的日本專利 N 〇 · 3 1 6 3 9 3中所揭示的改良雷射退火方法而解決。在此方法 中，TFTs被集中在雷射光束的照射區域中，其中可獲得雷 射光束的均勻能量密度（即，照射強度）。此可排除上述使 用掃瞄雷射光束之習知雷射退火方法中之雷射光束的熱效 應差。以脈衝形式之雷射光束不掃瞄地被照射到整個區域 上二或多次。 以日本專利No . 3 1 6 3 9 3中所揭示的改良方法時，照射範 圍之區域或大小係視脈衝雷射光束之能量而變化。最近， 改良的雷射光源已基於此目的而發展成，其可產生高能量 密度之雷射光束脈衝，其可使相當於攜帶式電話之液晶板 面的尺寸之約40公厘X 50公厘之區域被完全地照射。 在上述日本專利No. 3 1 6 3 69 3中所揭示的改良雷射退火方 法中，將雷射裝置之照射範圍與形成的多晶矽薄膜電晶體 之TFT區域對準係很重要。爲了達成此對準，通常在玻璃 -7- 200406927 板上形成對準記號，並且設置視訊攝影機以閱讀或辨識雷 射裝置上之記號。此技術例如爲揭示在1 99 6年3月19曰 公告之日本未審查專利公告No.8-71780中。 但是，若視訊攝影機額外地設置在雷射裝置之時，會產 生雷射裝置之構造複雜，同時增加裝置之尺寸的問題。尤 其，液晶之矩形玻璃板尺寸現在變成約1米X 1米。因此， 若記號閱讀或記號辨識室設置在沿著退火室之習知雷射裝 置上時，裝置之所佔表面空間（即佔據空間）會顯著地擴大 。再者，爲了將雷射裝置之照射範圍與玻璃板之每一個TFT 區域對準，雷射裝置之可動平台不僅必須沿著X及γ軸做 直線移動，而且必須在X - Y面上轉動做（9補償。同時，該 平台必須構成可微調。若如此的話，結果該平台構造會複 雜化，雷射裝置之製造成本會提高，並且操作速率會降低 〇 並且，若視訊攝影機被設置在習知雷射裝置上且對準記 號被形成於玻璃板上時，閱讀或辨識玻璃板上之對準記號 所需時間，以及裝置與玻璃板之間對準所需時間最爲重要 。因此，會有雷射退火過程之產出降低的問題。 另外，爲了在玻璃板上形成對準記號，必須使用形成光 罩圖形用之平版印刷法及選擇地腐蝕使用光罩圖形的記號 之材料之腐蝕方法。故，會產生一個在玻璃板上製造TFT s 之需要製程總數目增加的問題。 爲了解決上述問題，在雷射退火方法中形成的對準記號 的提議有效。在此提議中，一個a - S 1薄膜選擇地以雷射光 -8 - 200406927 束暫時地熔解，並且在大氣中冷卻，因而使a _ s 1薄膜之照 射部分結晶化而產生多晶矽區域。因爲一個a-Si薄膜及多 晶矽薄膜在光學常數上彼此不同，對準記號可做成具有結 晶化（即多晶砂）區域或多數個區域以及非結晶化（即a _ S i ) 區域或多數個區域。 但是，TFT s之雷射光束直徑爲公分級之大小，而所謂分 段器（其被使用在隨後之平版印刷法）之對準記號的大小爲 微米（// m )級之大小。因此，爲了形成所需要高精確之對準 記號，完成在1 0公分級之比較大尺寸之光學元件（其係用 φ 來產生公分級之雷射光束直徑所需）的精度必須在1 〇奈米 或更小（其爲形成微米級大小之雷射光束直徑所需）。在此 情況下，雷射裝置所需之光學系統的製造成本與應用到形 成公分級大小的雷射光束直徑之一般光學系統比較時會極. 度地提高。 並且，設置一個可將雷射光束直徑從公分級大小改變微 米級大小的機構並不實際。因此，當形成對準記號時，微 米級大小的雷射光束直徑必須以適當的光罩產生。但是在 ® 此情況下，有必須使用高解析度光罩的問題。並且，若平 台的高度精度、玻璃板的厚度精度、及/或玻璃板的表面粗 度精度由於雷射光束之焦距長度之淺度而不是很高之時， 不可能獲得所需要的對準記號。 f三）發明內容 從而，本發明之一個目的在提供一種製造半導體薄膜之 方法，其可在雷射退火過程中形成一個對準記號，以及執 -9- 200406927 行此方法所使用之雷射裝置。 本發明之另一個目的在提供一種製造半導體薄膜之方法 ，其可在低成本及高產量下形成半導體薄膜，其可以獲得 一個具良好均勻度之退火半導體區域，以及可執行此方法 所使用之雷射裝置。 本發明之更另一個目的在提供一種雷射裝置，其被構成 爲具有狹窄的佔有空間及高的處理能力，可在低成本下製 造，並且在高的可用度因素下操作。 上述及其他未具體提到的目的可由下列說明而爲熟於此 @ 技術者所淸楚了解。 依照本發明之第1實施形態，提供有形成半導體薄膜的 方法，‘其包括·· 照射第1雷射光束到半導體薄膜以形成第1被照射區域 •’及 照射第2雷射光束到半導體薄膜而不與第1被照射區域 重疊，因而形成第2被照射區域及一個非照射區域； 其中第2雷射光束被照射到薄膜上而與第1雷射光束同 ® 軸； 並且，對準記號係使用第2被照射區域與非照射區域之 間的光學常數差而形成。 以本發明之第1實施形態的方法時，第1雷射光束被照 射到半導體薄膜以形成第1被照射區域。第2雷射光束被 照射到薄膜上而不與第1被照射區域重疊，因而形成第2 被照射區域及一個非照射區域。一個對準記號係使用第2 -10- 200406927 被照射區域與非照射區域之間的光學常數差而形成。因此 ，對準記號可在雷射退火過程中被形成於半導體薄膜上。 並且，因爲對準記號可在雷射退火過程中被形成於半導 體薄膜上，因而在雷射退火過程之前形成一個對準記號之 程序在雷射退火過程中並不需要。故，半導體薄膜可在低 成本及高產量下形成。 並且，因爲第1被照射區域係由照射第1雷射光束到薄 膜而形成，一個退火半導體區域或數個區域可由第1被照 射區域形成。因而，可以獲得一個具有良好均勻性之退火 半導體區域或數個區域。 依照本發明之第2實施形態，提供有形成半導體薄膜的 另一個方法，除了第2雷射光束被照射成與第1被照射區 域重疊之外，其與第1實施形態的方法相同。 第2實施形態之方法包括有： 照射第1雷射光束到半導體薄膜以形成第1被照射區域 :及 照射第2雷射光束到半導體薄膜而與第1被照射區域重 疊，因而形成第2被照射區域； 其中第2雷射光束被照射到薄膜上而與第1雷射光束同 軸； 並且，對準記號係使用第1被照射區域與第2被照射區 域之間或第2被照射區域與剩餘非照射區域之間的光學常 數差而形成。 以本發明之第2實施形態的方法時，第1雷射光束被照 -1 1 - 200406927 射到半導體薄膜以形成第1被照射區域。第2雷射光束被 照射到薄膜上而與第1被照射區域重疊，因而形成第2被 照射區域。一個對準記號係使用第1被照射區域與第2被 照射區域之間或第2被照射區域與剩餘非照射區域之間的 光學常數差而形成。因此’對準記號可在雷射退火過程中 被形成於半導體薄膜上。 並且，因爲對準記號可在雷射退火過程中被形成於半導 體薄膜上，因而在雷射退火過程之前形成一個對準記號之 程序在雷射退火過程中並不需要，並且同時，不需要在雷 射退火過程中辨識或閱讀對準記號的過程。故，半導體薄 膜可在低成本及高產量下形成。 並且，.因爲第1被照射區域係由照射第1雷射光束到薄 膜而形成，一個退火半導體區域或數個區域可由第1被照 射區域形成。因而，可以獲得一個具有良好均勻性之退火 半導體區域或數個區域。 半導體薄膜不一定包含有非照射區域。當薄膜包含有非 照射區域時，對準記號係使用第1被照射區域與第2被照 射區域之間或第2被照射區域與剩餘非照射區域之間的光 學常數差而形成。當並未包含有非照射區域時，對準記號 係使用第1被照射區域與第2被照射區域之間的光學常數 差而形成。 依照本發明之第3實施形態，提供有形成半導體薄膜的 又另一個方法，除了第1雷射光束被照射到整個半導體薄 膜以形成第1被照射區域，以及對準記號係使用第丨被照 - 1 2 - 200406927 射區域與第2被照射區域之間的光學常數差而形成之外， 其與第2實施形態的方法相同。 第3實施形態之方法包括有： 照射第1雷射光束到整個半導體薄膜以形成第1被照射 區域，及 照射第2雷射光束到半導體薄膜而與第1被照射區域重 疊，因而形成第2被照射區域； 其中第2雷射光束被照射到薄膜上而與第1雷射光束同 軸； ❿ 並且，對準記號係使用第1被照射區域與第2被照射區 域之間的光學常數差而形成。 以本發明之第3實施形態的方法時，第1雷射光束被照 射到整個半導體薄膜以形成第1被照射區域。第.2雷射光 束被照射到薄膜上而與第1被照射區域重疊，因而形成第2 被照射區域。一個對準記號係使用第1被照射區域與第2 被照射區域之間的光學常數差而形成。因此，對準記號可 在雷射退火過程中被形成於半導體薄膜上。 ® 並且，因爲對準記號可在雷射退火過程中被形成於半導 體薄膜上，因而在雷射退火過程之前形成一個對準記號之 程序在雷射退火過程中並不需要，並且同時，不需要在雷 射退火過程中辨識或閱讀對準記號的過程。故，半導體薄 膜可在低成本及高產量下形成。 並且’因爲弟1被照射區域係由照射第1雷射光束到整 個薄膜而形成，一個退火半導體區域或數個區域可由第1 -13- 200406927 被照射區域形成。因而，可以獲得一個具有良好均勻性之 退火半導體區域或數個區域。 在本發明之第1，第2及第3實施形態之方法的較佳實施 例中，第2雷射光束被控制成使第2被照射區域爲實心。 在本發明之第1，第2及第3實施形態之方法的另一較佳 實施例中，第2雷射光束被控制成使第2被照射區域由於 消融作用而爲中空。 在本發明之第1，第2及第3實施形態之方法的又另一較 佳實施例中，第1被照射區域用來做爲至少一個退火半導 體區域，其中可形成TFTs之主動區域。 在本發明之第1 ,第2及第3實施形態之方法的另一較佳 實施例中，半.導體薄膜係以a-Si (非晶矽）製成。 在本發明之第1 ,第2及第3實施形態之方法的更另一較 佳實施例中，半導體薄膜係以ρο 1 y - S i (多晶矽）製成。 在本發明之第1，第2及第3實施形態之方法的更另一較 佳實施例中，一個激生分子雷射被使用來產生第1雷射光 束。 依照本發明之第4實施形態設置有一種雷射裝置，其包 括有： 一個可置放標的物用的可動平台； 一個用來產生第1雷射光束用之第1雷射光束產生器； 第1雷射光束由第1光學系統所構成，其被照射到在平 台上做爲標的物之半導體薄膜； 一個用來產生第2雷射光束用之第2雷射光束產生器； 一 1 4 一 200406927 第2雷射光束由第2光學系統所構成，其被照射到薄膜 上而與第1雷射光束同軸。 以本發明之第4實施形態的裝置，其設置有一個用來產 生第1雷射光束用之第1雷射光束產生器，及一個用來產 生第2雷射光束用之第2雷射光束產生器。第丨雷射光束 由第1光學系統所構成，其被照射到在平台上做爲標的物 之半導體薄g吴。弟2雷射光束由第2光學系統所構成，其 與第1雷射光束同軸地而被照射到薄膜上。 因而，第1被照射區域可以使用第1雷射光束而形成在 Φ 置於可動平台上之半導體薄膜中。第2被照射區域可以使 用第2雷射光束而被形成在同一薄膜上，而可與第1被照 射區域重疊或不重疊。一個對準記’號係使用第2被照射區 域與非照射區域之間，或第1被照射區域與·第2被照射區 域之間，或第2被照射區域與非照射區域之間的光學常數 差而形成。 從而，即使在裝置中未設置有用來閱讀或辨識一個對準 記號及附屬之專用室的視訊攝影機，且裝置之平台並未構 β 成使其可做位置之微調時，在雷射退火過程中一個對準記 號可被形成在做爲標的物之半導體薄膜上。另外，雷射裝 置可被構成具有狹窄的佔有空間及較高的處理能力，可在 低成本下製造，並且在較高的可用度因素下操作。 並且，因爲在雷射退火過程中對準記號可被形成在做爲 標的物之半導體薄膜上，使薄膜可以低成本及高產量之下 被形成，而可獲得具有良好均勻性之退火半導體區域。 200406927 中，第 1 :相同。 施例中， : 0 實施例中 雷射光束 之間移動 件在第2 件在第1 汽於第1A 裝置200 1 0 2被形 膜103被 習知的電 矽底層薄 !：有50奈 在本發明之第4實施形態之裝置的較佳實施例 雷射光束產生器及第2雷射光束產生器彼此尺寸1 在本發明之第4實施形態之裝置的另一較佳實 一個激生分子雷射被使用做爲第1雷射光束產生器 在本發明之第4實施形態之裝置的更另一較佳 ，第2雷射光束之第2光學系統包含有可在第1 光路徑之第1位置與同一光路徑外側的第2位置 的光學元件。 最好，當第1雷射光束被照射到標的物時，元 位置中。當第2雷射光束被照射到標的物時，元 位置中。 (四）實施方式 下面將參照附圖詳細地說明本發明之較佳實施例 第1實施例 本發明之第1實施例形成半導體薄膜之方法顯5 至1C圖中。在此方法中，使用第2圖所示之雷射 〇 首先如第1 A圖所示，二氧化矽（S 1 02 )底層薄膜 成在玻璃板1 〇 1之主表面上。隨後，一個a - S i薄 形成於二氧化矽底層薄膜1 02上。這些步驟係由 漿強化之化學蒸氣澱積（PECVD)法所執行。二氧化 膜102具有100奈米之厚度，而a-Si薄膜1031 米之厚度。此階段的狀態被顯示於第1 B圖中。
其次，上面形成有薄膜102及103之玻璃板101在5 00 °C 200406927 下接受脫氫過程作用1 〇分鐘。在此脫氫過程完成後’具有 薄膜102及103之玻璃板101被移動到雷射裝置200之內 側。裝置200具有下列構造。 如第2圖所示，雷射裝置200包括有做爲第1光源用之 氯化氙（XeCl)激生分子脈衝雷射211 (脈衝輸出：15】，波長 :308奈米），一個光學系統212用來將來自於雷射211之 光束引導到標的物，以一個雙頻鈸：釔鋁石榴石雷射（Nd:YAG) 脈衝雷射2 1 4 (波長：5 3 2奈米）做爲第2光源，一個光學系 統2 1 5用來將來自於雷射2 1 4之光束引導到標的物，以及 一個在水平面中（如X-Y平面）之可動平台216。 雷射裝置200被構成可操作成所謂「分段器」，換言之 ，平台216可以分段-且重複方式在水平面中移動，而雷射 光束每次照射時選擇地照射到置於平台2 1 6上標的物（即具 有薄膜1 〇 2及1 0 3之玻璃板1 0 1 )的所需地區·。例如，裝置 2 0◦可由加入Nd : YAG脈衝雷射214及光學系統21 5到習知 之分段器構造中而容易地達成。 激生分子脈衝雷射211產生一個沿著光路徑221移動之 光束。光路徑2 2 1水平地從雷射2 1 1延伸，並且被光學系 統2 1 2之鏡子2 1 2 a向下朝平台2 1 6折彎。光學系統2 1 2之 接物透鏡212b被用來將雷射211之光束聚焦而朝向平台216 上之標的物。
Nd:YAG脈衝雷射214產生一個沿著光路徑222移動之光 束。光路徑222水平地從雷射214延伸，並且被光學系統215 之鏡子21 5a向上折彎。隨後，光路徑22 2被光學系統21 5 200406927 之鏡子2 1 5 b水平地折彎。因而使光路徑2 2 2與光路徑2 2 1 在此水平部分同軸。然後，光路徑22 2再度被光學系統212 之鏡子212a向下折彎，並且因而光路徑22 2亦與光路徑221 在此垂直部分同軸。光學系統2 1 2之接物透鏡2 1 2 b及光學 系統2 1 5之接物透鏡2 1 5 c被用來將雷射2 1 4之光束聚焦而 朝向平台2 1 6上之標的物。 鏡子2 1 5 b可在光路徑2 2 1之第1位置與光路徑2 2 1外側 的第2位置之間移動。同樣地，透鏡2 1 5 c可在光路徑22 1 之第1位置與光路徑2 2 1外側的第2位置之間移動。當來 自於激生分子脈衝雷射2 1 1之光束被照射到平台2 1 6上之 標的物時，鏡子2 1 5 b及透鏡2 1 5 c各位於其第二位置上， 如第2圖所示。當來自Nd : YAG脈衝雷射214之光束被照 射到平台216上之標的物時，鏡子215b及透鏡215c各位 於其第1位置上，如第3圖所示。 使用具有上述構造之雷射裝置200時，TFTs之多晶矽區 域104及對準記號之多晶矽區域105以下列方式被形成在 玻璃板101上之a-Si薄膜103中。 如第1B圖所示，形成有Si02薄膜102及a-Si薄膜103 之玻璃板1 0 1被置於平台2 1 6上而做爲標的物。另一方面 ，從激生分子脈衝雷射2 1 1放射之光束利用光學系統2 1 2 而在a-Si薄膜103被形成一個41公厘X 58公厘之矩形點 ，同時該光束之能量密度被控制成在a-Si薄膜1〇3爲480 mJ / cm2。隨後，如此控制之激生分子脈衝雷射光束選擇地 以分段-且-重複方式之脈衝形式而照射到a - S i薄膜1 〇 3之 200406927 特定區域。該光束之照射在每個區域中被重複五次（即五次 發光）。因而，矩形之照射區域1 〇 4被形成在a - S 1薄膜1 0 3 中，如第1 C圖所示。此時，a - S i薄膜1 0 3之區域1 04被 轉變成形成TFTs之多晶矽區域。多晶矽區域1 04規則地沿 著X及Y軸配置。 激生分子脈衝雷射光束之41公厘X 5 8公厘之矩形點尺寸 被選擇而製造2 . 4型具有內建驅動器電路之液晶面板。故 ，若玻璃板101具有550公厘X 650公厘之尺寸時，可獲得 1 20個此型之面板。此意即激生分子脈衝雷射光束之照射操 作重複地在同一玻璃板1 0 1上之1 20個不同位置上進行。 激生分子脈衝雷射光束之能量密度曲線在其周圍具有非 均勻部分，其雷射能量密度並不均勻。此曲線之非均勻部 分具有約〇 . 3公厘之寬度。 相鄰液晶面板之間的間隔被設定爲1 . 5公厘。·（相鄰多晶 矽區域1 04之間的間隔小於1 . 5公厘）。這是考慮液晶面板 之密封構件之寬度，切斷邊緣等等而決定。因爲平台216 可以0.05公厘或更小之精度移動，若該光束對玻璃板101 的定位在以分段-且-重複操作中被良好地控制的話，激生 分子脈衝雷射光束之非均勻部分可確實地位於液晶面板之 間的間隙中。一般使用於平版印刷術之分段器的對準精度 爲0 . 5 /i m或更小，其與雷射裝置200者比較時係十分地高 〇 隨後，從雙頻Nd : YAG脈衝雷射214(波長5 3 2奈米）放射 之光束被用來在a - S i薄膜1 03上形成對準記號之多晶矽區 200406927 域1 0 5。如上所解釋，Nd : YAG雷射光束在照射到標的物（即 a - S i薄膜1 0 3 )之前被光學系統2 1 5控制成與激生分子雷射 光束同軸。Nd : YAG脈衝雷射214僅用來形成對準記號。當 激生分子脈衝雷射21 1被用來形成TFTs之多晶矽區域1 04 時，光學系統215之可動鏡子21 5b及透鏡215c位於激生 分子脈衝雷射2 1 1之光路徑2 2 1外側，使光路徑2 2 1到達 平台216上之標的物。另一方面，當Nd : YAG脈衝雷射214 被用來形成對準記號之多晶矽區域1 0 5時，光學系統2 1 5 之可動鏡子215b及透鏡215c位於激生分子脈衝雷射211 之光路徑221上，因而阻塞光路徑221。取代性地，Nd:YAG 雷射214之光路徑222到達平台216上之標的物而與光路 徑221同軸。
Nd:YAG雷射光束之圓形光束直徑在其輸出埠爲100//m。 該雷射光束之圓形點尺寸被控制成在標的物上爲1 0 // m。該 光束並未做成任何光束形狀。該雷射光束之能量密度曲線 爲高斯曲線。該光束之能量密度被控制成1 5 0 m J / c m2。隨後 ，如此控制之Nd : YAG雷射光束以分段-且重複的方式而以 脈衝形成被選擇地照射到a - S 1薄膜1 0 3之特定區域上。該 光束之照射在每個區域僅重複一次（即單次發光）。因而， 點狀照射區域1 0 5被形成在a - S i薄膜1 0 3上，如第1 C圖 所示。此時，a - S i薄膜1 0 3之區域1 0 5變成多晶矽區域。 多晶矽區域1 0 5規則地沿著X及Y軸配置而不與多晶矽區 域1 〇 4重疊。 在第1C圖中，爲簡化起見，8個多晶矽區域1 〇4配置在 -20- 200406927 a-Si薄膜103之中間部分，並且6個多晶矽區域105配置 在中間部分之兩側。但是實際上，TFTs之區域104的總數 目爲1 20，而區域1 04配置成陣列狀。同樣地，多晶矽區域 1 05的總數目與實際的總數目不同。並且’每個區域1 〇5以 黑色顯示於第1C圖中；但是實際上，Nd : YAG雷射光束重複 地照射到薄膜1 0 3上，而在每個區域1 〇 5中沿著X軸形成3 列之多數個點以及沿著Y軸形成3排。 因爲Nd:YAG雷射光束照射成與激生分子雷射光束同軸， 每個光束之位置精度被包含於平台216之操作及位置精度 中。若Nd :YAG雷射光束照射成不與激生分子雷射光束同軸 時，這兩個光束之間的角度誤差會加入到平台216之位置 誤差中，並且因而會使整個定位誤差增加。 除了使用Nd ·· YAG雷射2 1 4用來做出對準記號之外，亦可 使用任何其他雷射、如氬（A r )氣雷射及二氧化碳雷射。但 是，對308奈米之波長用的抗反射塗層被塗抹到光學系統 212之各個光學元件上。因而，考慮a-Si薄膜103之吸收 係數及雷射裝置200之使用效率時，最好使Nd :YAG雷射214 之波長儘可能靠近308奈米。 因爲激生分子雷射昂貴，因而使用比較不貴的Nd : YAG雷 射用來在此形成對準記號。雖然N d : Y A G雷射2 1 4爲脈衝化 雷射，其亦可爲一個連續波（CW )雷射。並且，一個四頻之 Nd:YAG雷射（波長266奈米）亦可用來取代雙頻之Nd:YAG雷 射。但是在此情況時，雷射裝置2 0 〇具有較小的功率及較 高的成本。 -2 1- 200406927 在製出對準記號用之光學系統215中，Nd:YAG雷射光束 可形成有擴散器，然後記號可以習知光罩影像法而用形成 的光束形成之。但是在此情況時，會有雷射光束之使用效 率降低之缺點。故，若平台2 1 6之操作效率充分地高之時 ’最好記號僅以照射未成形的光束到a - S 1薄膜1 0 3所產生 的點而形成。 經由上述過程步驟，TFTs之多晶矽區域1〇4以及對準記 號之多晶矽區域1 0 5規則地形成在a - S i薄膜1 〇 3上，如第 1 C圖所示。隨後，光阻劑被塗在a - S i薄膜1 〇 3上，然後玻 璃板1 0 1被轉移到做光學平板印刷之分段器（未顯示）。隨 後，曝光用光束在平台以階段-且-重複之方式以放光之形 成而被重複地照射到玻璃板1 0 1上之光阻劑，因而在光阻 上形成島狀圖型。島狀圖型被用來使各個多晶矽區域104 做成圖型，以形成TFT s之多晶矽島狀圖型主動區域。在此 曝光過程中，平台可以很正確地定位，因爲多晶矽區域1 〇 5 用來做爲對準記號以將曝光光束與多晶矽區域1 04對準。 每個記號或區域105被其餘之a-Si薄膜10 3.所圍住，在該 處多晶矽區域1 0 5之光學常數與a - S :薄膜1 0 3者大不相同 。故，閱讀或辨識記號1 0 5沒有問題，換言之，區域1 〇 5 做爲對準記號之用。 隨後，形成有圖型化光阻之玻璃板1 〇 1受到製造低溫多 晶砂薄膜電晶體之一般過程順序之作用。具體上’ 一個用 來形成多晶矽島用之乾飩過程係使用圖型化光阻做爲光 罩而執行，然後形成閘介電薄膜的過程，一個形成閘電極 -22- 200406927 的過程，一個在多晶矽島中掺雜（doping)之過程，將導入 ‘ 之ί参雜劑退火的過程，形成源極及汲極的過程，及等等依 序地被執行。依此方式，多晶矽薄膜電晶體被形成在玻璃 板1 0 1上。 使用本發明之第1實施例形成半導體薄膜之方法，激生 分子雷射光束被照射到a - S i薄膜1 0 3而形成照射區域1 〇4 ° Nd :YAG雷射光束被照射到薄膜1〇3上而不與照射區域1〇4 重疊，因而形成照射區域1 05及其餘之非照射區域。一個 對準記號係使用每個照射區域1 〇 5與其餘之非照射區域（即 φ a - S i薄膜1 03 )之間的光學常數差而形成。故，對準記號可 在雷射退火過程中被形成在a-Si薄膜103上。 並且，因爲對準記號可在雷射退火過程中被形成在a-Si 薄膜103上，因而在雷射退火過程之前形成對準記號之過 程並不需要，同時閱讀或辨識對準記號之過程在雷射退火 過程中並不需要。故，配置有多晶矽區域104及105之a-Si 薄膜103可在低成本及高產量之下形成。 並且，因爲照射區域或多晶矽區域1 04係利用照射激生 ® 分子雷射光束到薄膜103上而形成，退火後之半導體（即多 晶矽）區域係由多晶矽區域1 04所形成。因而，可獲得具有 良好均勻性之所要的退火半導體區域。 依照本發明人之試驗，以第1實施例的方法所形成的多 晶矽對準記號1 0 5，由於其光學常數差異而可毫無問題地與 其a-Si周圍區域分別出來。故，已證實本發明之優點可在 第1實施例中獲得。 -23- 200406927 第2實施例
形成本發明第2實施例之半導體薄膜之方法顯示於第4A 至4C圖中。在此方法中，使用第2圖中顯示的雷射裝置200 〇 首先，如第4A圖所示，二氧化矽底層薄膜202被形成在 玻璃板201之主表面上。隨後，一個a-Si薄膜203(厚度爲 50奈米）被形成於二氧化矽底層薄膜202上。這些步驟係由 與第1實施例中使用的相同方法所執行。此階段的狀態被 顯示於第4 A圖中。 其次，上面形成有薄膜202及203之玻璃板201在58(TC 下接受退火過程作用15小時，因而將整個a-Si薄膜203 轉換成固態成長多晶矽薄膜20 3A。 隨後，有薄膜202及203A之玻璃板201被移動到第1實 施例中使用的雷射裝置200之內側。激生分子雷射2 1 1所 放射的光束利用光學系統212而在多晶矽薄膜20 3A被形成 一個36公厘X 51公厘之矩形點，並且同時該光束之能量密 度被控制成5 50 m〗/ cm2。隨後，如此控制之激生分子脈衝 雷射光束選擇地以分段-及-重複方式之脈衝形式而照射到 多晶矽薄膜2 0 3 A之特定區域。該光束之照射在每個區域中 被重複3次（即3次發光）。因而，矩形之照射區域2 0 4由 於再結晶而被形成在多晶矽薄膜20 3中，如第4C圖所示。 此時，如此形成之區域204係規則地沿著X及Y軸配置。 激生分子脈衝雷射光束之3 6公厘X 5 1公厘的矩形點尺寸 被選擇而製造2 . 1型具有內建驅動器電路之液晶面板。 - 2 4 - 200406927 隨後，從雙頻Nd :YAG脈衝雷射214放射之光束被用來在 多晶矽薄膜203A上形成對準記號之多晶矽區域20 5。如上 所解釋，Nd : YAG雷射光束在照射到標的物（即多晶矽薄膜 203A)之前被光學系統215控制成與激生分子雷射光束同軸 。該光束之能量密度被控制成400 /cm2。隨後，如此控 制之NchYAG雷射光束以分段-且-重複的方式而以脈衝形成 被選擇地照射到多晶矽薄膜2 0 3 A之特定區域上。該光束之 照射在每個區域重複3 0次（即3 0次發光）。因而，點狀照 射區域20 5被形成在多晶矽薄膜20 3A上，如第4C圖所示 。多晶矽區域2 0 5規則地沿著X及Y軸配置而不與多晶矽 區域2 0 4重疊。 由於Nd : YAG雷射光束重複地照射到多晶矽薄膜203A，薄 膜203A之照射部分由於消蝕而選擇地被移除。因而，與第 1實施例不同者，對準記號係由薄膜20 3A之中空區域205 所產生。在第1實施例中，照射區域1 〇 5係實心因爲其等 未由消蝕所移除。與第1實施例相同，對準記號可由薄膜1 〇 3 之中空照射區域1 0 5所產生。 使用本發明之第2實施例形成半導體薄膜之方法，對準 記號係由中空區域2 05與其餘之多晶矽薄膜20 3A之間的光 學常數差而形成。故，可獲得與第1實施例相同的優點。 依照本發明人之試驗’以第2實施例的方法所形成的中 空對準記號20 5，由於其光學常數差異而可毫無問題地與其 多晶砂製成之周圍區域分別出來。故，已證實本發明之優 點亦可在第2貫施例中獲得。 -25- 200406927 第3實施例 形成本發明第3實施例之半導體薄膜之方法顯示於第5A 至5C圖中。在此方法中，使用第2圖中顯示的雷射裝置200 。第3實施例之方法除了對準記號用之多晶矽區域位於對 應之TFT s用之多晶矽區域之外，均與第2實施例相同。 具體上，首先，如第5A圖所示，二氧化矽底層薄膜302 ( 厚度爲100奈米）被形成在玻璃板301之主表面上，並且隨 後，一個a-Si薄膜303(厚度爲50奈米）被形成於二氧化石夕 底層薄膜202上。其次，上面形成有薄膜302及303之玻 璃板3 0 1在5 8 0 °C下受到退火過程作用1 5小時，因而將整 個a-Si薄膜3 0 3轉換成固態成長多晶矽薄膜3 0 3A。隨後， 有薄膜3 0 2及3 0 3 A之玻璃板.3 0 1被移動到第1實施例中使 用的雷射裝置200之內側。 激生分子雷射2 1 1所放射的光束選擇地以分段-及-重複 方式之脈衝形式而照射到多晶矽薄膜3 0 3A之特定區域上。 該光束之照射在每個區域中被重複3次（即3次發光）。因 而，矩形之照射區域3 04被形成在多晶矽薄膜3 0 3中，如 第5C圖所示。此多晶矽區域3 04係規則地沿著X及Y軸配 置。 隨後，從雙頻Nd : YAG脈衝雷射214放射之光束以分段-及-重複方式之脈衝形式而照射在多晶矽薄膜3 0 3上。該光 束之照射在每個區域重複3 0次（即3 0次發光）。因而，點 狀照射區域3 05被形成在對應之多晶矽區域304A上，如第 5 C圖所示。每個多晶矽區域3 0 5位於（即重疊於）多晶矽區 200406927 域3 04A之對應之一個中，在此處區域3 0 5之邊緣與區域304 之邊緣對齊。 由於Nd: YAG雷射光束重複地照射到多晶矽薄膜3 0 3A，薄 膜3 0 3A之照射部分由於消蝕而選擇地被移除。因而，與第 2實施例者相同，對準記號係由薄膜3 0 3A之中空區域305 所產生。 使用本發明之第3實施例形成半導體薄膜之方法時，每 個多晶矽區域3 0 5位於（即重疊於）多晶矽區域304之對應 之一個中，在此處區域3 0 5之邊緣與區域304之邊緣對齊 β 。對準記號係由中空區域3 0 5與對應之多晶矽區域3 04之 間，及/或中空區域305與多晶矽薄膜30 3Α之其餘的非照 射區域之間的光學常數差而形成。故可獲得與第1實施例。 之相同優點。 與第1實施例相同者，對準記號可使用薄膜3 0 3 Α之實心 照射區域3 0 5而產生。每個區域3 0 5可局部地與對應區域3 0 4 重疊’在其中區域3 05與薄膜30 3A之其餘的非照射區域重 疊。 依照本發明人之試驗，以第3實施例的方法所形成的對 準記號’由於其光學常數差異而可毫無問題地與其周圍區 域分別出來。故，已證實本發明之優點亦可在第3實施例 中獲得。 弟4貫施例 形成本發明第4實施例之半導體薄膜之方法顯示於第6A 至6C圖中。在此方法中，使用第2圖中顯示的雷射裝置2〇〇 - 27- 200406927 首先，如第6A圖所示，二氧化砂底層薄膜402(厚度爲100 奈米）被形成在玻璃板401之主表面上。隨後，一個a-Si 薄膜403 (厚度爲50奈米）被形成於二氧化矽底層薄膜402 上。這些步驟係由與第1實施例中使用的相同方法所執行 。此階段的狀態被顯示於第6A圖中。 其次，上面形成有薄膜402及403之玻璃板401被移動 到第1實施例中使用的雷射裝置200之內側。從激生分子 雷射21 1所放射的光束在a-Si薄膜403上形成一個與使用 於第1實施例中相同之矩形點，並且同時該光束之能量密 度被控制成與第1實施例爲相同値。隨後，此激生.分子脈 衝雷射光束選擇地以分段-及-重複方式之衝形式而照射 到a-Si薄膜40 3之特定區域上。該光束之照射在每個區域 中被重複3次（即3次發光）。因而，矩形之照射區域404a 由於結晶化而被形成在a-Si薄膜403中，如第6B圖所示 。如此形成之多晶矽區域404a係規則地沿著X及Y軸配置 〇 與第1實施例不同者，矩形照射區域404a爲緊密地配置 在整個薄膜40 3之上。因而這些多晶矽區域404a構成蓋住 玻璃板401整個表面之單一多晶矽區域或層404a。 隨後，從雙頻Nd:YAG脈衝雷射214放射之光束被用來在 多晶矽層404上形成對準記號之多晶矽區域40 5。因而區域 405被形成與多晶矽層404 (即多晶矽區域404a )重疊。如上 所解釋，Nd:YAG雷射光束在照射到標的物（即多晶矽層404 ) 200406927 之前被光學系統2 1 5控制成與激生分子雷射光束同軸。該 光束之能量密度被控制成與第1實施例者相同値。此Nd : YAG 雷射光束以分段-且-重複的方式選擇地照射到多晶矽層404 之特定區域上。該光束之照射在每個區域重複3 0次（即3 0 次發光）。因而，矩形之照射區域40 5被形成在多晶矽層404 中，如第6C圖所示。此多晶矽區域40 5係規則地沿著X及 Y軸配置。 使用本發明之第4實施例形成半導體薄膜之方法，對準 記號係由實心多晶矽區域4 0 5與其餘之多晶矽層4 0 4 (即多 ® 晶矽區域404a)之間的光學常數差而形成。故，可獲得與第 1實施例相同的優點。 與第2實施例相同者，對準記號亦可由該第4實施例中 之中空照射區域40 5而產生。 依照本發明人之試驗，以第4實施例的方法所形成的實 心對準記號405，由於其光學常數差異而可毫無問題地與其 多晶砂製成之周圍區域分別出來。故，已證實本發明之優 點亦可在第4實施例中獲得。 ® 其他實施例 想虽然爾’本發明並不限於上述貫施例。任何變更可應 用到實施例中。例如，雖然a - S i薄膜被使用在上述第1到 第4實施例中做爲標的薄膜，任何其他半導體材料亦可使 用於此目的。不用說，對準記號之照射區域之計劃形狀亦 可視需要而選擇地變化。 雖然本發明之較佳形式已在此敘述。但是需了解在不違 - 2 9 - 200406927 離本發明之精神下，熟於此技術者可做修改。本發明之範 圍僅由下列申請專利範圍而決定。 (五）圖式簡單說明 爲了使本發明立即實現效果，在此將參照附圖而說明。 第1 A至1 C圖係個別顯示本發明之第1實施例形成半導 體薄膜之方法的過程步驟之槪略、局部立體圖。 第2圖係顯示本發明之第1實施例的雷射裝置之光學元 件佈置之槪圖，其中從氯化氙（XeCl )激生分子雷射之光束 被照射到平台上之a-Si薄膜。 第3圖係顯示本發明之第1實施例的雷射裝置之光學元 件佈置之槪圖，其中從銨：釔鋁石榴石雷射之光束被照射 到平台上之a - S i薄膜。 第4A至4C圖係個別顯示形成本發明第2實施例之半導 體薄膜之方法的過程步驟之槪略、局部立體圖。 ： 第5 A至5 C圖係個別顯示形成本發明第3實施例之半導 體薄膜之方法的過程步驟之槪略、局部立體圖。 第6 A至6 C圖係個別顯示形成本發明第4實施例之半導體 薄膜之方法的過程步驟之槪略、局部立體圖。 元件符號說明 1 0 1,20 1,3 0 1 玻璃板 1 02,202,3 02 二氧化矽底層薄膜 1 03 ,203,3 0 3 a-Si 簿膜 104, 105, 204, 205,304, 305 多晶矽區域 200 雷射裝置 200406927 20 3A 多晶矽薄膜 21 1 氯化氙激生分子脈衝雷射 212，21 5 光學系統 212a 鏡子 212b 接物透鏡 214 鈸：釔鋁石榴石脈衝雷射 215c 接物透鏡 21 5a , 21 5b 鏡子 216 可動平台 22 1 , 22 2 光路徑 305 多晶矽區域 403 a - S i薄膜 404 多晶矽層 404 a 多晶矽區域 405 中空照射區域

Claims (1)

  1. 200406927 拾、申請專利範圍· 1. 一種半導體薄膜之形成方法’其包括有： 照射第1雷射光束到半導體薄膜以形成第1被照射區 域；及 照射第2雷射光束到半導體薄膜而不與第1被照射區 域重疊，因而形成第2被照射區域及一個非照射區域； 其特徵爲：第2雷射光束被照射到薄膜上而與第1雷 射光束同軸；並且 對準記號係使用第2被照射區域與非照射區域之間的 光學常數差而形成。 2 ·如申請專利範圍第1項所記載之形成方法，其中第2雷 射光束被控制成使第2被照射區域爲實心。 3 ·如申請專利範圍第1項所記載之形成方法，.其中第2雷 射光束被控制成使第2被照射區域由於消蝕作用而成爲 中空。 4 ·如申請專利範圍第1項所記載之形成方法，其中第1被 照射區域做爲一個退火半導體區域之用，在其中形成有 一個TFT(薄膜電晶體）之主動區域。 5 .如申請專利範圍第1項所記載之形成方法，其中半導體 薄膜係由a - S i (非晶矽）所製成。 6 .如申請專利範圍第1項所記載之形成方法，其中半導體 薄膜係由poly-Si (多晶矽）所製成。 7 .如申請專利範圍第1項所記載之形成方法，其中一個激 生分子雷射被用來產生第1被照射區域。 200406927 8.—種半導體薄膜之形成方法，其包括有： 照射第1雷射光束到半導體薄膜以形成第1被照射區 域；及 照射第2雷射光束到半導體薄膜而與第1被照射區域 重疊，因而形成第2被照射區域； 其特徵爲：第2雷射光束被照射到薄膜上而與第1雷 射光束同軸；並且 對準記號係使用第1被照射區域與第2被照射區域之 間、或第2被照射區域與其餘非照射區域之間的光學常 # 數差而形成。 9 ·如申請專利範圍第8項所記載之形成方法，其中第2雷 射光束被控制成使第2被照射區域爲實心。 1 〇 ·如申請專利範圍第8項所記載之形成方法，其中第2雷 射光束被控制成使第2被照射區域由於消蝕作用而成爲 中空。 1 1 .如申請專利範圍第8項所記載之形成方法，其中第丨被 照射區域做爲一個退火半導體區域之用，在其中形成有 ® 一個TFT之主動區域。 1 2 .如申請專利範圍第8項所記載之形成方法，其中半導體 薄膜係由a - S i (非晶矽）所製成。 1 3 ·如申請專利範圍第8項所記載之形成方法，其中半導體 薄膜係由ρ ο 1 y - S i (多晶砂）所製成。 1 4 ·如申請專利範圍第8項所記載之形成方法，其中一個激 生分子雷射被用來產生第1被照射區域。 -33- 200406927 i 5 · —種半導體薄膜之形成方法，其包括有： 照射第1雷射光束到整個半導體薄膜以形成第1被照 射區域；及 照射第2雷射光束到半導體薄膜而與第1被照射區域 重疊，因而形成第2被照射區域； 其特徵爲：第2雷射光束被照射到薄膜上而與第1雷 射光束同軸；並且 對準記號係使用第1被照射區域與第2被照射區域之 間的光學常數差而形成。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項所記載之形成方法，其中第2雷 射光束被控制成使第2被照射區域爲實心。 1 7 .如申請專利範圍第1 5項所記載之形成方法，其中第2雷 射光束被控制成使第2被照射區域由於消蝕作用而成爲 中空0 ，‘' 1 8 ·如申請專利範圍第1 5項所記載之形成方法，其中第1被 照射區域做爲一個退火半導體區域之用，在其中形成有 一個TFT(薄膜電晶體）之主動區域。 1 9 ·如申請專利範圍第1 5項所記載之形成方法，其中半導體 薄膜係由a - S i (非晶矽）所製成。 20 ·如申請專利範圍第1 5項所記載之形成方法，其中半導體 薄膜係由ρ ο 1 y - S i (多晶砍）所製成。 2 1 ·如申請專利範圍第1 5項所記載之形成方法，其中一個激 生分子雷射被用來產生第1被照射區域。 22. —種雷射裝置，其特徵在於包括有： -34- 200406927 一個可置放標的物用的可動平台； 一個用來產生第1雷射光束用之第1雷射光束產生器 第1雷射光束由第1光學系統所構成’其被照射到在 平台上做爲標的物之半導體薄膜； 一個用來產生第2雷射光束用之第2雷射光束產生器 第2雷射.光束由第2光學系統所構成，其被照射到薄 膜上而與第1雷射光束同軸。 23 .如申請專利範圍第22項所記載之雷射裝置，其中第1雷 射光束產生器及第2雷射光束產生器彼此尺寸不相同。 24 ·如申請專利範圍第22項所記載之雷射裝置，其中一個激 生分子雷射被用來產生第1被照射區域。 2 5 ·如申請專利範圍第2 2項所記載之雷射裝置，其中第2雷 射光束之第2光學系統包含有可在第1雷射光束光路徑 之第1位置與同一光路徑外側的第2位置之間移動的光 學元件。 26.如申請專利範圍第25項所記載之雷射裝置，其中當第i 雷射光束被照射到標的物時，元件在第2位置中；當第 2雷射光束被照射到標的物時，元件在第1位置中。
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