TW200414280A - Semiconductor device, annealing method, annealing apparatus and display apparatus - Google Patents

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TW200414280A
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laser
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Masayuki Jyumonji
Masakiyo Matsumura
Yoshinobu Kimura
Mikihiko Nishitani
Masato Hiramatsu
Yukio Taniguchi
Fumiki Nakano
Hiroyuki Ogawa
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Adv Lcd Tech Dev Ct Co Ltd
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Description

200414280 五、發明說明（l) 發明背景 本發明係關於在多晶半導體膜（Ρ Ο 1 y c r y s t a 1 1 i n e semiconductor thin film)之表面層部份上製造場效電晶 體之方法，製造場效電晶體用之多晶半導體薄膜，以及製 造電子裝置用之半導體裝置，例如液晶顯示裝置以及資訊 處理裝置’其中具有該場效電晶體設置於其中。本發明也 關於一種退火方法，一種製造該半導體裝置之退火裝置， 以及使用該半導體裝置之顯示裝置。 做為液晶顯示器（LCD)之顯示系統，使用藉由開啟每 一像素而執行顯示之主動陣列系統。為開啟在主動陣列系 統中的個別像素，大部份使用一種場效電晶體，非晶矽薄 膜電晶體（以下稱為” a —SiTFT")。 液晶顯示器已經隨著朝向達成以下技術目的的角度而 电展及研九·（i)改善正確度，（ii)增加孔徑比（aperture ratio) ’（iii)降低重量，以及（iv)降低成本。為達成這 些目的’場效電晶體，亦即多晶矽薄膜電晶體（以下 稱1' poly-SiTFTn )近來已經取代a-SiTFT而受到注 意。poly-SiTFT具有比a —SiTFT高二級大小的載子場效移 動率。因此’由"poly —SiTFT形成的裝置在尺寸上可被降 低且電陸可被積體化。所以，驅動電路及算術電路可被形 成於液晶顯示器上。 此種poly-SiTFT係由準分子雷射（excimer laser)結 晶方法所製造，其被詳細說明於1 9 9 9年，Nikkei Micr〇
第11頁 200414280 五、發明說明（2)
Device ’Supplemental Editi〇n(Nikkei BP.， Ltd.1998, pp 132 -139)的"Flat panel display1'中。 現在參照第1 A圖至第1 D圖，將解釋一種由習知準分子 雷射結晶製造poly-Si TFT之方法。首先，一下方層保護膜 102(例如Si02膜，SiN膜，以及SiN/Si〇2薄片膜）以及一非 晶石夕薄膜1 〇 3被連續沉積於玻璃基板5之上。隨後如第1 B圖 所示，當此非晶矽薄膜1 〇 3被以具有由光學系統形成之方 形或矩形的準分子雷射5 〇照射時（例如XeC 1，KrF )，非晶 石夕薄膜1 0 3的非晶矽結構在極短的5 〇至1 〇 0時間週期内經由 炼化/固化步驟被改變為多晶矽結構。當準分子雷射5 〇在 基板上於箭頭1 〇 5的方向，區域性地以及快速地加熱及冷 卻地掃描時，如第1 C圖所示形成一多晶矽薄膜1 〇 6。 使用第1 C圖所示之多晶矽薄膜丨〇 6，第1 D圖所示之薄 膜電晶體被製造。在多晶矽薄膜地丨〇6上形成Si〇2閘極隔離 膜107。此外，一雜質元件被摻雜至多晶矽薄膜106之預定 區域内，形成一源極及汲極區域1〇9, 1〇8。一通道區域1〇6 位於源極區域丨09與汲極區域1〇8之間。一閘極電極丨形 ^ =間隔離層膜107之上；一保護膜ηι被形成；且隨後形 源極電極11 2以及一汲極電極丨丨3。當電壓被施加 =y-slTFT之閘極電極110時，在區 108之間流動的電流受到控制。 ，、/及極£域 通常，在主動陣列控制之下 需要，但不需要亘右托古从必 馮維持電荷而 續而要/、有極问的私動率（場效移動率）。♦梦， 必須提供低的關狀能雷、、ώ r^ 田然， 1關狀心％机（静您電流）。為降關狀態電流，
200414280 五、發明說明（3) 需要增加丁？丁 e — ^ ^ , 的通逞長度以免降低像素的孔徑比，藉由降 一〆| ^域端部之電場強度，因此像素TFT變得相當大。 ,^ , 方面’使用在驅動電路及算術電路中的TFT需要 杜向速操作。^ 人顧慮的門％ 一個高的移動性，但關狀態電流是令 效率地2到^尤其是，高速操作可藉由降低通道長度有 動電路及筲τ此，TFT的通道長度被降低。因此，在驅 '^術電路中使用的TFT的尺寸變小。 嗯軏Λ以上所述’一個像素所需的TFT的特性及尺汁丨v η 以藉由實質上相所有這些m都被希望可 曰 、貝上相同的步驟被形成在同一 疋’無法獲得由并辦外丁 板上。如果不 又件由積體化不同形態TFT於一 个 ▼來的經濟需求。 日日頌示器中所 成-：：☆以上所述之習知的雷射退火方法具有彳 ^ 個具有均勻晶體之多晶矽薄膜 、有一個僅形 的TF丁以習知方、去祧带成 、 喊。如果不同尺十 及（U)不可避免地發生。 乂下的問題（i) ⑴較大的TFT具有大數目的通道區 ?匕’電壓的變化變低（關狀態電,曰曰粒邊界。 低速執行。 _ 疋，此操作在 因…(11)小的TFT具有小數目的通到區娛中的曰4 =此，操作可在高速進行；但是，電壓的傲曰曰粒邊界。 怒電流高）。 又化變大（關狀 如以上所述，在習知方法中， 不可能形成多種不同尺
第13頁 200414280
寸及特性的TFT在相同的基板上 發明綜合說明 本發明之目 有不小於二種型 同基板上，因此 寸之通道區域中 (N a )。本發明也 法，退火裝置以 本發明之半 置中之不小於二 體層。 一種包括具 裝置使用一種直 做為一 分佈在 流過電 相 外，此 本 預 準 並準備 通道區域 ± 5%之内 晶體之電 對於電晶 裝置可具 發明之退 先設定相 備一雷射 一基板以 的在於提供一種能夠直接或不 怨之不同平均直徑之晶粒之半 晶粒的直徑受到控制以便具有 跨越電流方向之相同平均數目 關於提供一種製造此半導體裝 及顯示裝置。 導體裝置包括具有相同基板上 種型態之不同平均晶粒直徑之 有不少於二種型態之場效電晶 接或不直接形成於該基板上之 ’其中’相對於電晶體之Na/L ’其中L為電晶體之閘極長度： 方向的晶粒邊界之平均數目 體之Na/L比例之頻率分佈在土 有基板上之驅動電晶體用之一 火方法包括步驟： 對於雷射光強度及強度分佈之 源與一照射區域之間的波束外 及一波束測量部以便可交替地 不同TFTS尺 的晶粒邊界 置之退火方 之半導體裳 晶粒之半導 體之半導體 一半導體層 比例之頻率 而N a為跨越 2%之内。 電路層。 目標值； 形調變部 載入及不 此
第14頁 200414280 五、發明說明（5) 入該照射區域内； 放置該波束外形測量部於該照射區域内，從該光源發 射雷射光，藉由該波束外形調變部調變該雷射光之強度以 及該強度的分佈，以及藉由該波束外形測量部測量該雷射 光於該照射區域上之強度及入射以及該強度的分佈； 基於該測量結果調整該波束外形調變部之參數，因此 該測量結果匹配該目標值； 放置該基板於該照射區域内因使該基板之入射表面係 位於該照射區域内，藉此使該基板與該波束外形調變部對 準； 以該波束外形調變部調變之雷射光照射該基板，當該 測量結果匹配該目標時；以及 重覆對準步驟以及雷射照射步驟以形成具有不小於二 種不同直徑之晶粒的半導體基板。 本發明之退火裝置包括： 一雷射源； 一波束外形調變部設置於該雷射源與一照射部之間， 用以調變雷射光之強度及該強度之分佈； 一波束外形測量部用以測量該照射部之入射表面之雷 射光之強度以及該強度之分佈； 用以預先設定相對於該雷射光之強度的目標值以及該 強度之分佈之裝置；以及 一控制部用以控制該波束外形調變部之參數，因此由 該波束外形測量部測量之結果匹配以上設定的目標值。
第15頁 200414280 五、發明說明（6) 該波束外形測量部較好設置於做為基板之相同平面 中 0 該波束外形調變部使用具有相位偏移器之做為空間強 度調變光學元件之影像形成光學系統。 依據本發明之退火方法包括： 設定並儲存一目標波束外形於一記憶裝置中，從該記 憶裝置取出該目標波束外形並參考因此被取出之該目標波 束外形設定一退火波束，並以該雷射光照射一非單一結晶 半導體層。 依據本發明之退火裝置之特徵在於一目標波束外形被 設定並儲存於一記憶裝置中，該目標波束外形從該記憶裝 置被取出，一退火波束外形參照因此被取出之目標波束外 形而被設定，並以該雷射光照射一非單一結晶半導體層。 依據本發明之顯示裝置包括一對基板以一預定的間隙 互相連接以及一電氣化學物質被維持於該基板内，一記數 電極形成於一該基板之上，具有形成於另一基板上之電極 之一像素，一結晶半導體薄膜電連接於該像素電極，一驅 動像素用之像素驅動電路，以及一半導體薄膜形成於像素 驅動電路上。 每一結晶半導體薄膜被形成： (a)插入一空間強度調變光學元件於一雷射源與一波 束外形測量部之間； 控制該波束測量部之一入射表面與該空間強度調變光學元 件之間之一間隙d 1於5 0 0 // m或更少；
第16頁 200414280 五、發明說明（7) 測量由該空間強度調變光學元件調變之雷射光強度並獨立 地地應用至該波束外形測量部之入射表面，該強度分佈以 及該間隙d ; (b)插入該空間強度調變光學元件於具有一非單一結 晶半導體薄膜之一基板與該雷射源之間，控制該基板之一 入射表面之該空間強度調變光學之間之間隙d 1在5 0 0 " m或 更少，以由該空間強度調變光學元件調變之雷射光照射該 基板之該入射表面，並測量該雷射光之強度，該強度之分 佈以及該間隙d 1，當該半導體薄膜之側向結晶確定藉由該 被調變之雷射光之照射進行時； (c )設定對應步驟（b)中之步驟（a)中的測量結果做為 雷射光強度的目標值，強度的分佈以及間隙d 1 ; (d)控制雷射光的強度，強度的分佈以及間隙d 1，因 此與目標值匹配，並且在控制情況下以由該空間調變強度 光學元件調變之雷射光照射該基板之入射表面；以及 (e )藉由重覆以上所述之步驟（b)至（d)形成具有不小 於2種型態之不同平均直徑之晶粒之一半導體層於相同基 板内。 如以上所述，藉由重覆雷射光的平均強度的測量（雷 射能量）以及強度的分佈（波束外形），缝隙排列以及對 準，以及雷射照射，形成具有不小於2種型態之不同平均 直徑之晶粒之一半導體層於相同基板内。 說明的是，此測量，對準以及照射不需要每次重覆。 取代的是，所有測量首先被執行，測量的結果被儲存，對
第17頁 200414280 五、發明說明（8) 準所需的操作數量被儲存，對準所需之操作的數量基於被 取出的測量結果而被獲得，此對準及照射可為每一結晶區 域而被同時執行。 本發明係關於所謂的相鄰系統，包括放置一相位偏移 器於基板附近之一預定部份上並照射具有預定強度之雷射 光。此相鄰系統可可與一投影系統結合使用，其中相位偏 移器被設置於接近遠離一基板之雷射源之一位置。 說明書中所使用的「波束外形」一詞係指入射在結晶 用之非晶半導體層上之光線的二維強度分佈。注意的是外 形（波束外形）的波束強度可能是低的，因為波束外形被正 規化。 說明書中所使用的「雷射能量」一詞係指示雷射光的 能量強度單位，其係藉由隨時間累積每單位區域能量而獲 得。詳細地說，「雷射能量」一詞係在雷射源或是在照射 區域所測量的平均強度。 說明書中所使用的「相位偏移器」一詞係關於調變例 如雷射光至分散光用之空間強度調變光元件，因此其強度 隨空間變化。此處所使用的「相位偏移器」一詞係準分子 雷射結晶方法中數用的空間強度調變光元件，但與半導體 裝置之光學微影製程之曝光步驟中所使用的「相位偏移罩 幕」不同。 發明詳細說明
第18頁 200414280 五、發明說明（9) 本發明較佳實施例將參照所附圖式而被解釋。 (第一實施例） 第2圖表示本實施例之雷射結晶裝置1 〇，其具有一投 射型態雷射退火裝置，具有一衰減器2以及波束外形調變 器3接近一雷射源1。一鏡$被設置於波束外形調變器3之下 游做為反射雷射光5 〇以將其施加至一設置在雷射光軸5 0 a 之目標端點上之一基板5之上。 在一可移動之台7之上，基板5以及波束外形6被相鄰 設置。它們藉由移動台了獨立地在X，γ，Z方向移動並與從光 源導出之光線對準。 移動台7通常具有三階7 1，7 2及7 3，例如如同第6圖所 示。為詳細解釋，X台7 1可移動地被支樓在一線性引導件 上（未示出） 。在X台71，Y台72可移動地被支撐。此外在 Y台72，z台73可移動地被支撐。基板係設置於z台73之 上。此外，也可加上一驅動機構，以及用以使Z台73相對 於Z軸旋轉之旋轉—㊀旋轉台（未示出）。此可移動的台7具 有用以加熱基板5至預定溫度之加熱器7 a。 在2台73之主體上，右及左滑動件74a，74b被設置為沿 線性引導件（未示出）滑動。互相面對之二滑動件74a及74b 之表面是傾斜的因此滑動件由下向上逐漸變細。在二滑動 件74a； 74b之間提供一上—下台76以便沿傾斜的表面移動。 換句話說，此上下台76的傾斜表面與滑動件74a及74b二者
第19頁 200414280 五、發明說明（ίο) 之表面匹配。基板5被設置於上下台π之 74b之側部分別連接至球螺絲75a及75b之 滑動件74a及 絲75a及75b之其它端點被連接至由精確電、應端點。球螺 進馬達或飼服馬達所形成之-上下驅動:構^達—’例如步 動軸。提供容量感測器78 (在上下台76上 之紅轉驅 台76之上表面的準位。當從感測器78傳送」j便偵測上下 至一控制器8日夺，控制器控制±下驅動機構~ 2 ^測訊號 球螺絲75a及75b二者，藉此上下移動該上下=運作以紋轉 式中，滴板6可精確地與來自雷射源的光線對H。在此方 第3圖表示波束外形描繪儀6之光學系統、 此其光轴匹配雷射源50a之軸。此波走外^、、上’其被設置因 於對準機構80之上，其可與移動台7同步在χ γ曰儀匕被。又置 動。順帶一提的是，對準機構80可被形成Ζ方向中移 〜战於移動台7之 上。 此移動機構80具有1，丫，2台81，82及83。此)（么可#動 地被支撐在一線性引導件上（未示出）。在\台81:\^82 係可移動地被支撑。在Υ台82上，ζ台83係可移動地被i 撐。另外在Z台8 3之上係波束外形描繪儀6之支撑台6 6。z 台83之上表面的準位藉由一感測器（未示出）偵測:z台83 的高度hz由個人電腦8基於高度偵測訊號而控制。 在 一一 J 口 Γ iiij ——奶 鏡65被設置在上端。此物鏡65被設置在鄰近一穿透發光板 6 1之一背後表面。光波導管6 4之另一端光學式地連接至一 支撐台66具影一光波導管64。水平設置之光波導管64 側向上彎折一個直角。一鏡6 2被設置於彎折部而一物
200414280 五、發明說明（11) CCD照像機63。 § $外線準分子雷射5 〇由波束外形描繪儀6之發光板 」接收％·，其破轉換為可見光，其在鏡片6 2被反射並由 /相機63接收。在此方式中，波束外形描 量雷射光的強度以及波束外形。 測 此外’個人電腦8被設置以控制衰減器2，波束外彤喟 台7、。波束外形描繪儀6被連接至 _ ^ 口此被當成一控制系統之該衰減器2，外形 二欠二ιΛ及移動台7個別地連接至其輸出端。由CCD照相 ’ j取的的圖片被傳輸至個人電腦8並於其中處理。 雷射源1具有發射248nm波長之KrF準分子雷射兩斜么 統(雷射振盈器）。此雷射系統能夠發射雷 、，田射糸 足以溶解基板5。上之非晶補。3之能量，沿二5:具有 =器2具有藉由控制介電多層膜塗佈遽 ^學地調變雷射光強度（大小）之功能並具有—感^度 以及一控制系統（未示出）。在此實施例之梦詈、 雷射光50從光源】發射並由衰減器 ^ 中， 度的能量。但是，雷射源】本身具有雷射能、/調 =強 §Γ細地說，一控制電路14，一光偵測器15，一光% =埴 益16 ’ α及一比較器"被言史置在光源！中 电專一換 從雷射振盪裝置之真空容器U發射之雷射1弟5 ;所不。 =測並被光/電轉換器16轉換為電子訊糾，“較 …基於比較的結果，此控制電路;在 口饋方式中控制一功率源13以調整將被施加 ：二
第21頁 200414280 五、發明說明（12) 盪裝置之電極1 2 a及1 2 b之電流。如果光源1如以上所述地 形成’衰減器2可不被使用。 此波束外形調變器3具有用以調變雷射光之強度空間 分佈之功能並具有相位偏移器3丨以及影像形成光學系統 3 2。依據本實施例裝置丨〇，投射系統被使用，其中相位偏 移器3 1被設置於接近雷射源1並遠離基板5。 如第4圖所示，影像形成光學系統3 2由一均質器3 2 a (homogenizer)，一第一聚光透鏡32b，一第二聚光透鏡 3 2 c，一罩幕3 2 d，一相位偏移器3 1以及一遠心 (telecentric)型態縮小透鏡32e，其沿雷射光軸51a從光 源側連續設置。 均貝為3 2 a具有荨化由光源1發射之雷射光束的功能。 第一聚光透鏡32b，其與第二聚光透鏡32c耦合，聚集來自 均貝為3 2 a之等化的雷射波束。在從第二聚集透鏡3 2 c發射 至光束的光學路徑中，罩幕32d被設置，其中斷無效的雷 射光束。縮小透鏡32e具有縮小範圍在丨/2 — 1/20之間的影 像尺寸的功能並與形成於基板5之上的隔離蓋膜3 〇 5人。 ^目位偏移器31設置於罩幕32(1之接近的相鄰區域/以 便覆盍罩幕3 2 d的開孔。說明的是相位偏移哭3丨具有一對 準機構，其具有一感測器，一驅動器以及一1空制系统，用 以交換罩幕32d並與光軸對齊。如猶後所㉛，相位偏移哭 31與罩幕32d之間的距離可由稍後描述的對準控制器正確 此相位偏移器31之對準機構將參照第7圖及第8圖說
200414280 五、發明說明（13) 明。此相位偏移器31可移動地由支撐器9〇支撐。 所，，支，器90具有互相連接之同心外環“以及内環μ口。 外壞91可移動地由X驅動機構93 驅 = 好的間距在)（及γ方向移動。 再μ又棕以便以 内環92具有複數停止件92a用以支撐相位 如弟8圖所不。相位偏移器31安裝於内 擔直周圚。，ι：卜允ί班丄 丑了止件92a支 95a:95b及95c之；的=95a’95bA95c支樓。樞軸 圖中僅表示-者广。，制4ΪΠ a之棒(為方變起見 夺工制為8基於從谷量咸哭' r去-山、， 之位置偵測訊號控制每— 里饮^ (未不出）傳送 準相位偏移器3盘χ_γ ♦ 午 α 、移動量藉此對 在此方式中、，相二色“冉為相位偏移器的表面對準）。 統32對準。此處所使器31精確地與影像形成光學系 義為相位偏移器與罩幕的高度（間隙d)被定 本發明ί 曰將明非晶石夕薄膜之特定區域藉由 首先’衰減器的倍率被 後，外形描緣儀6被允,可破;^在i/igg(步驟⑴。隨 ⑵。外形描繪儀6之=.進入照射區域之位置（步驟 地與光源之光轴5() =由對準機構7及8G的使用大約 由對準機構7及80正確。外形描繪儀6的光輛藉 接著，相位偏移哭乂先源之光轴5〇a對準（步驟S4)。 以設定相位偏移哭31 : ¥错由對準機構90與罩幕32d對齊 值。在此方式 ^罩幂32d之間的間隙32d於一預定 二’一调變光學系統被準備（步驟S5 )。 200414280
在雷射結晶步驟中，首先，此移動台7水平移動以帶 動雷射源1的光軸5 〇 a之頂部指向外形描繪儀6之發光板f 6 1。雷射光被施加至發光板6丨且波束外形的強度被測量 (步驟S6 )。此時，想要的波束外形參照相位偏移器3 1 =形 狀以及相位偏移器與半導體基板5之間的距離，雷射光的y 強度分佈以及雷射光的角度分佈而被決定。此影像形成光 學系統2包括光學部，例如透鏡。雷射光被施加至基板5而 基板5被支撐在影像形成光學系統3 2之焦距之外。基於在 此日守使用的罩幕圖案以及失焦的數量，逆向頂點圖案的波 束形狀及寬度受到控制。此頂點圖案的寬度與失焦數量的 平方根成比例增加。在此方式中，一波束外形被測量（ 驟S6)。 施加至基板表面之一預定點的一束光線由包括穿過光 轴5 0 a之中央波束之分離的波束組成。相對於中央波束之 一特定波束的角度由相對於罩幕32(1上之中央波束之特定 波束的角度而被決定，其係由均質器32a之幾何形狀而決 定，藉由遠心型態透鏡326之倍率。 相位偏移器3 1具有預定階梯部3 1 a，其促使菲涅耳繞 射（Fresnel di f fracti〇n)個別地分離波束。因為個別波 束之繞射圖案在基板表面上重疊，基板表面上的光強度分 佈不僅由相位偏移器3丨之參數（間隙d，相位差θ )決定，而 且由分，入射於相位偏移器31之角度（ε )以及波束之間的干 擾而決疋/相位偏移器3丨可選擇地在〇與疋之間偏移穿過罩 幕3 2d沿光軸5〇a之相位。在波束外形被測量之後，外形描
第24頁 200414280 五、發明說明（15) --- 繪儀6從照射區域被移動（步驟S7)且基板台被導入照射區 域中（步驟S8)。藉由使用對準機構7及80，基板5入射表面 大約與光源的光軸5〇a對準（步驟S9)。接著，基板5的^射 表面藉由對準機構7及80精確地與光源的光軸5〇a對準（步' 驟S 1 0 )。當基板5以此方式與光學系統3 2對準時，基板5被 設置在縮小透鏡3 2 e之影像形成位置。 其次，衰減器2的角度被調整因此測量的強度以及波 束外形分別與預設的目標匹配。詳細地說，衰減&器的初始 倍率（1 / 1 0 0 )從1 〇 〇改變至i，等於真實影像的尺寸（步驟 S 1 1 )。 在移動台7水平移動以帶動光軸5 0a指向半導體基板5 之預定晶體區域上之後，基板5被以具有預定強度及波束 外形之雷射照射。詳言之，非晶矽膜3〇3被以具有第i〇a圖 所示之波束外形之脈衝雷射光照射，並被退火以形成第 10^圖所^之小晶粒^ (步驟S12)。雷射光5〇，其能量首先 由凋整衰減2之介電多層膜塗佈濾波器之角度而被光學 地1W改，藉由二對小透鏡（放置於义軸及γ軸）形成之均質器 3 2 刀離為散射的波束。每次拍攝3 〇奈秒。因此分離的個 別政射的波束藉由聚光透鏡32b被聚集至罩幕32d的中心。 因為個別波束被輕微地散射，罩幕32d的整個表面可被昭 射。所有從分割的微發射區域發射的光波束被施加至罩幕 上之所有點。因此，即使雷射發射表面的光強度依據 田于电射表面之平面上的點而有輕微變化，罩幕3 2 d之光 強度變得不均勻。 200414280 五、發明說明（16) ' 牙過罩幕3 2 d之個別區域的波束的中央軸光波束，換 句話說，穿過設置在均質器32a之中央的透鏡3 2b，32c之散 射波束’藉由設置在罩幕圖案附近的凸透鏡32c被形成為 平行波束，穿過遠心型態的縮小透鏡32e，並垂直進入基 板5之内。 當非晶石夕膜3 0 3被照射具有第丨〇c圖所示之波術外形之 脈波雷射波束照射並退火時，第1〇D圖所示之大晶粒^被 形成（步驟S12)。在此方式中’此大晶粒⑴皮形成於石夕膜 之預定區域。 、 移動台7之位置可藉由在預定間隔於χ_γ平面上一步 地將之移動而被改變。退火被重覆而逐漸地在此方式中改 變照射區域以執行大區域之結晶（步觀3)。f過罩幕⑽ :相同點的光波束被聚集至基板表面之一單一點。詳細地 說’在基板表面上形成具有均勻強度之罩幕32d之 像：此處所使用的符號X及γ係指χ軸及”由，而參考符號z 表不相對水平面的垂直轴。 雷身:光的強度可以藉由半導體功率儀分別被測量 者疋’紫外線準分子雷射可以直接施加至CCD 63。 發光板61被設置在與半導體基板5相同的平面，戍是 在垂直地設置在平行半導體基柘ill ^ ^ A% 被垂直地設置在平行半導體旯=之平面上。：發光板61 # 丁 |板5之不同水平時， △ 被上下私動以放置發光板6 I在與板導體基板5相同的水平 上0 在此方式巾’施加至基板表面上的雷射的胚束外形可
第26頁 2ϋϋ41428ϋ 、發明說明（17) 在真實照射時間之 CCD 63上形成的况下被測量。 的掃描線切割（在光* ^像是個人電腦8的輸入並且由預定 的強度以及波束外形其基埏上取樣）以測量強度。此雷射光 接著，藉由比^土於影像訊號之強度分佈而被測量。 減器2的操作3數量可量的強度與預設的目標強度，衰 式傳送操作訊號至該」、、、^。衰減器2的角度藉由以回饋方 度達到目標強度為2农減器2而受到控制，直到被測量強 另一方面，摔由th I、 形，波束外形調^器31被測量波束外形與預定的目標外 相位偏移器3 1的位 乂及移動台之之操作數量被決定。 送操作訊號至》皮*外幵^ = 7之高度11 ^回饋方式傳 直到被測量的波走々k / U° ’交為3以及移動台7而受到控制， 決定之前照射之目標波束外形為止。 驟S14)當步驟S14的/或牛疋否應該是最後一個或不是（步 退火步驟被執行。相二步驟為否」的時候，步驟川的 「是」，其^ 也，當步驟s 1 4的決定結果為 藉由重覆測量，ί Ϊ 精此結束結晶處理。 成具有不同&日£ β θ 4以及照射’於通道區域内同時形 粒但具二是羯’詳細地說，由不同尺寸晶 形成之晶體區域”目(Na)之跨越電流方向之晶粒邊界所 所有首：：：照射可能不需要交替執行。相反地， 後，對準;獲得對準所需的操作數量。之 …、射了在母一結晶區域同時被執行。 200414280 五、發明說明（18) 範例 做為本發明之一實施例，具有相同特性但不同尺寸的 TFT-A(小尺寸TFT)以及TFT_B(大尺寸TFT)被準備如下。 首先，一基板如第1 1 A圖所示被準備。在一隔離基板5 (由例如康寧1 7 3 7玻璃，熔解的石英，藍寶石，塑膠聚硫 亞氨所形成）之表面上，3 0 0nm厚之隔離膜3 0 2被形成。該 隔離保護膜3 0 2可以是藉由電漿化學汽相沉積，使用例 如，正矽酸乙脂（TEOS)，SiN/Si02黏膜，氧化鋁或雲母， 形成之S i 02膜。在保護膜3 0 2上，一非結晶半導體膜3 〇 3 (lOOnm厚），例如Si 〇2膜，藉由電漿化學汽相沉積使用正石夕 酸乙脂（TE0S)及〇2而被形成。在形成膜之後，這些薄膜go? 及303以及305藉由在600 C於鼠氣之下被加熱一小時而受 到去氫處理。 在下一步驟’雷射結晶藉由使用第2圖所示的裳置而 被執行。做為雷射源1 ’使用藉由脈波振盪之一高能量雷 射發射光線’例如K r F準分子雷射。 從雷射源1發射的雷射光穿過衰減器2且一波束外形調 變器3能夠調變功率及波束外形。因此，功率及波束外形 被調變。之後，此雷射光穿過一光學元件，例如鏡片4， 並到達具有半導體基板5没置於其上之移動台7。在移動台 7上，能夠測量波束外形並可能被當成功率儀使用之一波 束外形描繪儀6被架設。鏈結至個人電腦8以設定移動台7 之高度hz以及光學參數（衰減器2的角度以及相位偏移器31 的位置等等）之外形描繪儀6能夠調變功率以及一波束外形
第28頁 200414280 五、發明說明（19) 以便給予一較佳的波束外形。 斤第10A圖所示之波束外型A被用以形成小晶粒區域rl， 而第10C圖所示之波束外形B係用以形成大晶粒區域“。波 束外形A及B的情況在系統下耦合個人電腦8而被設定。 當具有波束外形A或B之雷射光50被施加至非晶石夕膜 3 0 3之上時，具有想要尺寸晶栗之多晶矽晶膜被形成。當 波束外形A之雷射光被施加至一選擇的區域rl時小晶粒尺 寸晶體在被選擇區域rl中形成，如第1〇B圖所示。同時， 當波束外形B之雷射光被施加至被選擇區域[2時，大晶粒 尺寸晶體在被選擇區域r2中形成，如第1〇D圖所示。在此 方式2，不同尺寸的結晶區域可在相同基板上被形成。 第11 B圖所示之薄膜電晶體以此方式形成。 跨越TFT通道區域之電流方向之平均數目Na之晶粒被 評估如下。 ^為清楚區分TFT主動層的邊緣，4個位置被標示以雷射 ，記Mb，如第1 2 A圖所示。接著，如第丨丨B圖所示，此源極 電極312，汲極電極313，閘極電極3 0 9以及中間隔璃膜314 以例如氯化氫酸或氟化氫酸，之酸而被移除，以曝露TFT 之主動層，多晶矽層3 0 6。接著，此TFT形成區域被曝露至 包^HF:K2Cr03(〇· 15 m〇l/l>2: 1之混合溶液中30秒。這稱 $「Secco #刻」。在此方式中，晶粒邊界清楚地被區 分二蝕刻表面以水被清洗，乾燥，並在掃描電子顯微鏡下 被觀察。做為影像觀察裝置，可使用表面粗糙測試器或内 部原子力顯微鏡。
200414280 五、發明說明（20) 跨越通道區域中之電流的晶粒數目被計算如下。二標 記位置Mb之間的源極區域以及二標記區域.之間的汲極區 域每一者被分為1 0等分以給予互相平行的直線。跨越晶粒 邊界之之直線的數目被計算並平均以獲得晶粒邊界的數 目。 因為晶粒的尺寸係由波束外形控制，晶粒邊界在較小 晶粒尺寸晶體區域r 1内比在大晶粒尺寸晶體區域r 2中密 集。 TFT-A之閘極長度被設定在2 // m而TFT-B之閘極長度被 設定在4 //m。TFT-A及TFT-B之寬度被設定在2//m。 為獲得具有相同性能的TFT，第i〇A圖及第i〇c圖所示 之外形A及B被預先決定。如第1 3 C圖所示，想要的外形係 基於台高度hz及每1 //m之晶粒邊界數目之間的關係而由hz 值決定。更詳細地說，假設相位偏移器的高度d為〇 ( d = 0//m)，TFT-A1所需之波束外形A的強度在hz = 30/zm為500 mJ/cm2 (情況1)，TFT-B1所需之波束外形B的強度在hz = 20 為 7 0 0 mJ/cm2(情況 2)。 在h況1及2中’基板（非晶石夕膜）中的複數區域被以 具有弟1 0 A圖及第1 0 C圖之波束外形A及B的雷射照射以結晶 化該非晶石夕膜。 由這些方法所形成之此結晶化的區域依據TFT-A1及 T F T - B 1而被形成圖案並執行以下步驟。 如第11 B圖所示，閘極電極3 0 9 (高度摻雜鱗的多晶 矽，W，TiW，WS“或MoSid被形成於閘極隔離膜之上。藉由
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及汲極= j 0 9做為罩目植入離子以形成源極區域311以 的P+型:。^。+更詳細地說，在N—型TFT植人1015 cm—2等級 被植入。 P型的TFT情況中，1〇15 cnr2等級的BF2+離子 ^日士 * = <於5 0 0 C至600 °C在電子爐中執行退火約一 二(iV二立氮做為載體氣體以活化雜質。此外，在 314被幵/丁分一鐘的快速熱退火（RTA)。最後，中間隔離膜 / 觸孔被形且隨後源極及汲極電極3 1 2，3 1 3 ==用AL，W或祕N做為源 (評估測試） 卜二Λ估所獲得之TFT〇，選擇基板(3 5 0關“。〇_ 交二個點。更詳細地說，評估4個角落點以及二對角線的 A1區域中’2/Zm寬度⑷及長度（U)的薄膜電曰曰 (月;F : 1 )以及2㈣寬度⑷及“出長度⑽的薄膜電^ ;曰 付之TFT-B1與TFT-A1相同的特性。 心 ，外’ Na/L的比例，其中Na為跨越通道區域中電 遣；，扪十岣數目，而為閘極長度，被決定如 下。為區別特性已被決定之TFT之多晶石夕層， 以及上層結構被移除。5。"…0”之區域藉由；二b 顯微鏡被評估。Na/L的t匕例，其中Na為每一被測量；二电子
200414280 L、發明說明（22) (TFT-A 1及TFT-B1 )跨越通道區域3 0 6中電流方向之晶粒邊 界的平均數目，而L為閘極長度，位於土 5 %頻率分佈的範圍 内（標準偏移；從一中間值落入中間值之土 5%範圍内的平 均差異）。 於本發明中所形成之TFTs的特性被測量時，TFT-A1及 TF丁〜B1具有相同的性能（電子移動性：2 5 0 cm2 V/sec.)， 即使它們在尺寸上是不同的。 當最適合的高度d在波束外形決定的時間被決定，而 在情況1及2之下改變相位偏移器31的高度d，TFT-A1的高 度d為5 //m，而丁FT-B1高度為1 。 在這些情況中，TFT-A1及TFT-B1被製造出來。Na/L的 $例，其中Na為每一被測量TFTs(TFT —A1及TFT一B1)跨越通 =區域中電流方向之晶粒邊界的平均數目，而L為閘極長 二，位於土 2%頻率分佈的範圍内（標準偏移；從一中間值 洛入中間值之± 2〇/〇範圍内的平均差異）。 TFT 明中所形成之^。的特性被測量時’TFT-八丨及 陬被：在’將解釋如前述實施例中所獲得之薄膜電晶體與 &破應用於主動陣列型能：仟^寻胰冤曰曰體貝 弟2 2圖ί丁、使用潯膜電晶體之一主 頌不裝置1 2 0具有一面板纟士槿 車列i d ί、、員不衣置 122以及一電化學物質1231 ’拄、已括—對隔離基板121及 12- ^^ 1 "0 1 ^f 饭便用在車父低的隔離基板1 2 1
第32頁 200414280 五、發明說明（23) 上，一像素陣列部1 24以及一驅動電路被合併地形成。此 驅動電路部被分割為一垂直驅動電路丨25以及一水平驅動 =路126。驅動電路125及126的每一者具有依據被發明製 ^出薄膜電晶體TFT-AU表示於第ub圖及第1〇B圖）。 一在隔離基板121及第22圖的上側之上形成連接至外部 疋件之端點1 2 7。這些端點1 2 7也經由線丨2 9連接至垂直驅 動電路125及水平驅動電路126。在像素陣列部124中，閘 2連線129及訊號線130被形成為行及列。在二連線元件之 ==交叉點形成一像素電極131及驅動像素電極i3i用之薄 t晶體尸2。此薄膜電晶體132對應依據本發明製造之 電極131弟11B圖及第UD圖）並藉由開啟開關而驅動一像素 pi搞、鱼使用之177132之閘極電極3〇9被連接至對應的 甲°連、、泉29，汲極區域3 0 5被連接至對應的像素電極 而源極區域3 1 〇被連接至對應的訊號線1 3 0。此外， 接ί Υ ί 1 2 9被連接至垂直驅動電路1 2 5而訊號線1 3 0被連 接至水平驅動電路1 2 6。 驅^動i路丁FT_A1中，臨界電壓的變化與習知poly_ 電塵的變化低，且因此關閉狀態（off — shte) 二，=:m-A1展現與f知？〇1厂Sim相同的載體移動率 亚且可以稭由開啟一開關而在高速操作。 #方^面，像素TFT 132(TFT — B1)具有大於 f 知？〇17一 之載肢移動率。高速操作也可被達成。TFT 132 (TFT B1 )具有與習知p〇iy —SiTFT相同的臨界電壓並且以低
第33頁 200414280 五、發明說明（24) 的關閉狀態電流操作 (苐一貫施例） 使用該益ί :例，將解釋最佳型態之雷射退火裝置及 及波束之在雷射退火裝置10Α中’-衰減器2以 至被支撐於-可了二7處。此光轴經過—鏡片4，並前進 變器3之相位偏移器口^上的半導體基板。波束外形調 體基板之入射表面之處？ /又置在接近可移動台7之上的半導 在雷射退火裝置1〇Α 基板5被設置為互相接波束外形描繪儀e及半導體 此外，電腦8為ίΐ;:固定在可移動台7之上。 連接至電腦8的輪入端以二衰广置。波束外形描緣儀6 而可移動台7之控制系統〔=减态2，波束外形調變器3， 立控制這些元件2，3及7的功处接至電腦8的輸出端電腦8獨 衰減裔2藉由控制介+夕 地調變光強度（光能量）並甩勺夕/塗佈濾波器之角度而光學 制下之控制單元（未示出）感測益'，馬達及電腦8控 f」uence)」-詞係表示雷射能！”量(laser 早位區域在時間上的累旦里崔度的衡量標準且藉由每 波束外形調變器3調：里數置而獲得。 辑射光的空間強度分佈並包括 弟34頁 五、發明說明（25) 相位偏移哭3 1 LV L _ 丨以及均質光學系統32。 光線以產/ &擇地在0與疋之間偏移穿過罩幕32d之 使用逆轉的頂c有农小光強度之逆向頂點圖案。 晶體中心的位置：體基板5上的非晶半導體膜之 藉由從晶體中心橫；ί:先Ϊ:化之區域，可受到控制。 胺麥而夕 Μ 七、向成長一晶體（橫向成長，其為沿著一 腰表由之二維忐I、 , ,, ,s ^ ΛΑ長），在預定的位上形成一大直徑晶粒。 道鰣1「 來外化基於相位偏移器之外形，以及從半 V體暴板5之相位低梦您> στ_ w ...λα 偏私為之距離，以及雷射光的角度分佈 (⑽射先^的入射角度）而被設定。 =為、光系統32由一光學部，例如透鏡，組成。此半導 月:=反5被放置在均質光學系統32之離焦位置並且以雷射 光照射。逆轉圖案的外形及寬度被罩幕圖案以及從焦距的 距離所控制。 逆轉頂點圖案的寬度W隨間隙d 1的平方根成正比增 加’其中d 1為相位偏移器3丨與半導體基板5之間的間隙。 也就是說W = k X d1/2(k為係數）。 波束外形描繪儀6於藉由螢光板6丨接收紫外線準分子 雷射時轉換紫外線準分子雷射為一可見光。在此方式中， 雷射波束的強度及波束外形同時被測量。測量系統的光強 度可能不會被限制，只要其足以測量一波束外形。 雷射光的強度可以藉由使用半導體功率儀而被分別測 量。或者是，紫外線準分子雷射可直接由CCD 6 3接收。 金光板61被放置在與半導體基板5相同的平面或在與
200414280 五、發明說明（26) 半導體基板5平行的平面。當螢光板61在不同的水平垂直 地，没置在平行半導體基板5之處，移動台7向上及 動營光板61至與半導體基板5相同準位之位置。在此方^ 中，施加在基板表面上的雷射可在真實照射時^ 況下被測量。 j相I j f月 希望螢光板61被放置在與半導體基板5之光學上相同 的位置。在該時，螢光板6 1具有一移動機構用以沿入射帝 射之光軸移動。當螢光板6丨被移動時，此移動台7 、田 妾光板6 1之移動量而被上下移動。
在C C D 6 3上形成的影像被輸入電腦8並且由預定的掃 描線被切成薄片（在一柵攔基礎上被取樣）。雷射光的強τ度 及波束外形基於影像訊號之強度分佈而被測量。 X 其次，藉由比較測量的強度與預設的目標強度，衰減 器2的操作數量可被決定。衰減器2的角度藉由以回饋^方 式傳送一操作訊號至衰減器2而被控制，直到一被測量強 度達到目標強度為止。 、 或者是，藉由比較被測量波束外形與一預設目標波束 外形’波束外形調變器3以及移動台7之操作數量被決定。 相位偏移器3 i之位置以及移動台7之高度藉由以回饋的方 ，傳达操作訊號至波束外形調變器3以及移動台7而被控 制，^到—被測量強度達到目標強度為止。在此實施例 中 隹射光的強度，雷射光分佈以及間隙d 1以回饋的方式 被控制。但是，本發明並不受限於此實施例。相反地，雷 射光的強度’雷射光分佈以及間隙d丨被儲存在記憶體中做
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這些值可以分別被叫$ 到雷射照射，且TFT通道 為目標值。當需要雷射照射時， 在此方式中，可以以高重製性達 之結晶可被固定執行。 私動台7可在二維空間被移動，也就是向前及向後， 二:及向右，向上及向下移動。為在平面（in—Plane)及光 二相對，提供-感測器，衰減器以及控制系統(未示 出）〇 預設目標強度」一詞是在稱後提及之證實測試（參 見弟1A圖至第18c圖）之雷射強度（雷射能量）或強度分佈 、波束外形A卜其確定非晶半導體薄膜被結晶，晶粒側向 成長，以及結晶膜不被熱收縮損壞。 芩照第20圖’退火裝置的光學系統將更詳細地被解 此退火裝置1 0A係用來以強度及波束外形已被修正之 雷射照射由堆疊下方層保護_2，非晶梦賴3以及蓋膜 305所形成的樣本。非晶矽膜3〇3係將被結晶之目標。下方 保護膜3 0 2及蓋膜3 0 5係Si02隔離膜。 一光源’一KrF準分子雷射裝置丨，發射波長為248㈣ 之一長雷射波束。此雷射波束5 〇首先由衰減器2修正。更 詳細地說，雷射能量藉由控制介電多層膜塗佈濾波器的角 度而被光學地調整。之後，此雷射波束5〇藉由包括χ及¥方 向中的二小透鏡對之均質器32a而被分離為散射的波束。 說明的是，一次照射脈波為30奈秒。因此被分離之個別散 射波束之中心軸波束藉由聚光透鏡3 2 b (凸面透鏡#丨）被聚
第37頁 200414280 五、發明說明（28) 集至罩幕32d之中心。 因為個別波束被輕微散射，罩幕3 2d之整個表面可被 照射。所有從被分割之微發射區域發射的光線被施加至罩 幕32d上的所有點。因此即使雷射發射表面的光強度依據 雷射發射表面之平面中的點而輕微變化，罩幕32d的光強 度變得均勻。穿過罩幕32d之個別區域之波數的中央軸光 波束，換具化說，穿過放置於均質器32a之中央的透鏡對 之散射光波束，藉由設置在罩幕圖案附近的聚集透鏡3 2c 被形成為平行波束。穿過遠心（telecentric)型態縮小透 鏡3 2e，亚垂直進入設置在具有加熱器7&之移動台了之上之 此移動台7可在X v 7击丄+ i< 動台7的滑動而被Ξ射並Z改轴二向/厂移動。如果基板藉由移 火，可以使基板的大射巴亚 置的波束被聚集晶：穿過罩細之相同位 32d之縮小的影像可^表早一點。換句話說，罩幕 ,,^ . , V ^ γM均句的強度被形成在基板表面上。 明it至基板 5 0 a之中心波束之坡 2 ΐ nr:相對於罩幕似上之中心波束之特定波 心型態透鏡…之故大率:3=何形狀 ,設置於距該樣本5〇〇 # m距離之相位偏移器31具 梯部31a ’其產生個別波束之菲；圼耳⑽咖/)繞射。“ 200414280 五、發明說明（29) 個別波束之繞射圖案重疊在基板上，基板表面之光強度的 分佈不僅由相位偏移器3丨之參數（間隙d，相位差㊀）決定， 而且也由入射在相位偏移器31上之擴散光之角度（^ )以及波 束之間的干擾而定。 本實施例中所使用夕*代αο 足用之本發明之退火裝置如上所述地被 建置。在雷射結晶步驟中，+ 、 首先口 7被水平移動以乘載雷 射源1之光軸5 0 a的端點此a、+ + , & ^..、M日向波束外形描繪儀6之螢光板 6 1，隨後雷射光被施加$故g 1 土从# 加至板61以測量雷射波束的強度以及 波束外形。 其次，衰減器2的角声，； u >紅 ,又 相位偏移器31的位置，可移 動台的咼度互相對準以便被測旦 的目標值匹配。 、J 1的強度及波束外形與預設 接著，可移動台7水平務t、 板5之預定的結晶化區域。此n ::便使光軸指向半導體基 具有預定強度及波束外形皮設定灿。之後施加 田射光。 藉由重覆測量，對準以及昭 道區域中之具有不同結晶區域：^苴:以同時形成具有通 所形成但具有相同平均數目uc 2 =兩由不同尺寸晶粒 緣之結晶區域之TFT基板。 5包流方向之晶粒邊 此測量，對準以及照射可不必要地 — 之的是’所又的測量首先被執行以獲得尉=。取而代 量。之後’此對準及照射可為备壯日儿所而之操作數 行。 母-結曰曰化區域同時被執 (驗證測試）
200414280 五、發明說明（30) 择太，在芩照第14A-18C圖’被調變之雷射光的特性從— t二表面上之波束外形之測量結果而被定義。真實的& = …該時，真實的結果及結晶化薄；的 型H周查。此外，重要電路強度值被揭露。
Μ光==二使用平行光時藉由-隔離的相位偏移 ^ 士 為180 ) 一維的正規化菲淫耳（Fresnel)达射R :立偏移器與波形描繪儀之間的距離(等於相位偏：圖 杏”土板之間的間隙dl )被設定為i i 〇 #爪。
圖之繞射圖案之一維波束外形之 圖係弟i4A C(細線)指示由t腦模擬獲得 σ σ :的特J生線 面，特性《(粗線)指示在波束描喻儀==一方 之、准波束外形。真實的測量結果（特性綾^入 里 了論上的結果(特性線c)，包括高頻振盪：）：：地 最小強度接近0的事實代表準呈：^尤其疋’ 致性。希望波束外型描纏所產生的；= : 小大約1級。在第1 4A圖及第丨4R图權，日 日日粒直偟 平面交互耦合之相位偏 θ又仵的功率是0. 4 。由 像表示於第1 5Α圖及第丨^ ^ > 、之正規化菲涅耳繞射影 為5"m。第15A圖係電疒糨上^之=方形柵格之側邊長度 .t ^. ^ ^ ^ s Λ ； j Λ i ° /15 Β«^ ^ ^ 案（細線）内而非主要柵闰此里的真貫影像。栅格圖 取。證明了外形描給·儀:回木粗線）内的二維微圖案被捉 1儀有效地被使用在評估二維圖案。
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第40頁 200414280 五、發明說明（31) 第1 6A圖係表示由一均質器形成之多重波束之外平 水平軸指示距離雷射光軸5〇a的距離，而垂 / ° 結晶化之麥數或標準。當這些指數被平均時，一數值、斤乂 於1·〇。在第16Α圖，1.0的強度指數對應〇 2 J/cm2之二^ 強度，其進一步被乘上〇· 95係數，導致重要的光強度田、 〇 . 1 9 J / c m2，於該處發生結晶化。 在圖中，特性線E (細線）指示模擬結果，而特性 (粗線）指示真實測量結果。真實測量與模擬結果配合 好，了因限制的波束數目所致之高空間頻率合成之外。 第16B圖表示在低平均光強度情況下之模膜結晶化之 恶。此樣本具有3 0 0 nm蓋膜/ 2 0 0 —題厚& —&膜/ 曰0=厚81〇2膜/在5 0 0基板溫度下結晶化的Si結構。 夕曰曰化的部份（亮部份）對應表現上高強度的位置。對應愛 少曰cm (強度指數：〇 · 9 5 )之下的位置極為匹配。發生 ί:: ;!要的光強度大約是〇.19 "⑶2，其為進行不均 5執的數值。基於藉由施加具有高平均強度之光 〇 48 Τ/ 7驗，發現開始側面結晶之重要的光強度值為 T’/rmV。’而發生膜破裂之重要的光強度值為0. 90 米。士外’發現晶體可以藉由一單一照射成長約7微 在弟1 7 A圖，水平^ _ 亩舳- 卞袖指示從雷射光軸a的距離（// m )而垂 直軸才曰不正規化的雷射強度指數（無單位）。第ιτΑ圖指示
200414280 五、發明說明（32) 表示結晶S i與雷射此畺之間關係的特性曲線，藉此表示結 晶矽是否側向成長’且側向成長的結晶膜是否因為過度的 收縮力而被破壞。圖中的特性線p是側向成長的重要 線。S i晶體是線ρ以上區域中的測向成長，因此在線以下 的區域不是側向成長。特性曲線q是結晶膜破裂之重要 線。此S i結晶膜係藉由線上方區域中的過度的收縮所破 壞，因此在線下方的區域未被破壞。藉由以係數乘上特性 線P與Q之指數而獲得之射能量轉換值大約分別是〇. 5 J/cm2與0.9 J/cm2。特性線r，其係位於特性線ρ與Q二者之 間所夾持之區域内’代表結晶膜穩定地及側向成長而不需 要膜的破裂。 .第17B圖係侧向成長期間Si薄膜之SEM影像。侧向成長 的Si晶體從光轴50a觀察至其另一側達到1〇 。但是，在 從光軸50a之外10 之外的區域中，因為雷射強度大幅地 又化，在圖中觀察到破裂膜的碎片（散射的白方塊）。在雷 射光軸50a附近，此膜維持在非結晶狀態，因為雷射能量 的強度是不足的，因此沒有觀察到侧命成長。 使用前述的結果，可以獲得能夠成長具有高密度之大 晶粒（平均直徑：5微米）之光學系統。在實驗中獲得之光 強度分佈及膜型態表示於第l8A-l8c圖。第18A圖之垂直軸 示正規雷射強度（無單位），其為結晶狀態之評量標準參 。T數的平均近似1 · 0。圖的特性線G表示模擬結果，而 旦代表真正出現在雷射外形描繪儀之螢光板表面上 之外形影像的結果。在第18A圖，當#直軸的最大值〇.6被
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第42頁 200414280 五、發明說明（33) 乘上一平均雷射能量0 · 7 J / cm2，可獲得重要的光強度（於 該強度獲得側向結晶）〇· 43J/cm2。另一方面，當最大值1. 3 被乘上係數0.70J/cm2，可獲得重要的光強度0.91J/cm2， 於該光強度發生膜破裂。 第18B圖係表示雷射照射區域（>0· 7 mJ/cm2)中之重覆 影像圖形之SEM影像（ 0.24 X 0.24 _)。第18C圖表示第18 圖之部份放大的SEM影像（2 0 // m X 2 0 // m)。從這些地方，可 以發現S i晶粒從雷射光軸5 0 a至其另一侧至5 # m之側向及穩 定成長。因此，大晶粒均勻地以高密度形成於整個照射區 域之上（0.24mm X 0.24mm)。 準分子雷射之天性藉由一高解析度波束外形描繪儀分 析。因此，在一樣本表面上之光強度分佈可被設計。不同 的樣本為重要的光強度而被評估。基於這些結果的整體力 析’可以設計能夠成長具有高密度（大充電速率）之大晶/粒 之光系統。因此被設計之光學系統由實驗確認。 以上所述的實施例，本發明退火裝置及退火方法被應 用至一結晶裝置。本發明可被應用至任何步驟，例如在雜 貝携1雜之後執行之退火步驟。 貫施例 做為本發明之實例，具有相同特性但不同尺寸之TFT一 A2(小尺寸TFT)及TFT-B2(大尺寸TFT)被形成如下。 首先，準備如第11圖所示之基板。在隔離基板5上之 表面上（由例如，康寧（Corning) 1 73 7玻璃，熔解石英’
第43頁 200414280 五、發明說明（34) 藍寶石，塑膠或聚硫氬氨）形成300nm厚之薄膜3〇2。第一 薄膜3 0 2可以是S%膜，其係藉由使用，例如TE〇s以及〇2， S 1 N/S i 〇2薄片膜，氧化銘或雲母，之電漿化學氣相沉積而 形成。在第一薄膜3 0 2之表面上形成一第二薄膜，即 由電聚化學氣相沉積由非a ς · +、Q r r丄 如⑽㈣厚）。在非= t4slGe形成之非晶半導體膜 之Si〇2做為閘極隔離 —虹膜3〇3之上形成另一lOOnm厚 及〇2形成。之後，這此广，，電漿化學氣相沉積使用TE0S 小時而被執行除氫處理溥膜藉由在6 0 0 °c之氫環境下加熱1 在下一步驟，雷射結曰装山土 進行。做為雷射源！， 曰曰# 9使用第19圖所示之裝置而 射光，例如KrF準分子雷射藉由脈波振盪之高能量雷射發 從雷射源1發射的帝 率以及波束外形之波束田外^^光分別穿過衰減器2以及調變功 外形被調變。因此被調繳=:、又态3。因此，功率及波束 設置於其上之移動台7°。\ 射光到達具有半導體基板5 射半導體基板5而被勃 田、、、、σ晶藉由以調變之雷射光昭 之波束外形描纷儀:執以移動台上設置測量二t形' 與個人電腦8耦合使用以p1成功率儀使用。波束外形 率及波束外形用之光學表 ^動台7之高度z以及調變功 31之位置，以及間隙d等V，減器2之角度，相位偏移器 第1 0A圖所示之波二便給予較佳之波束外形。 而第圖所曬波束外柳係开用A係用以形成小晶粒區域rl， 束外形Α及Β的情況在與個人恭=形成大晶粒區域r2。波 兒U耦合的系統中被設定。 200414280 五、發明說明（35) 照 I定 射的波 {文為依據波束外形A或波束外形B之結晶的結果 想要尺寸的晶粒的多晶S i。當結晶藉由波束外形A 。具有 照f而被執行時，小晶粒區域rl被形成於第1 0B圖^雷射 預定區域内。另一方面，當結晶藉由波束外形B之兩不之 射而執行日^，大晶粒區域r 2被形成於第1 〇 d圖所示’射 區域内。不同的結晶區域可以藉由以此方式改^ 束外形而被形成。 田 通道區域中跨越電流方向之晶粒邊界的平 以下被評估。 数目N a如 西為β處地分辨T F T之主動層的邊緣，4個區域被標示雷 射I。己M b如第1 2 A圖所示。接著，如第1 1 b圖所示，閘極 =，彳9 ’、以及中間隔離膜314以’例如氯化氫酸或氟化氫 齩r S文而被移除以曝露多晶。層3〇6做&TFT的主動層（通 道區域)。接墓 ，. 者通運區域3 0 6以Secco蝕刻溶液，其為包 含 H h : K2 C r 0 = ? · 1 夕、、曰人丄 ,, 曰 Ζ · 1之此合液，受到溼蝕刻30秒。在此方式 :iji 2被清楚地區別。此蝕刻表面以水被清洗’乾 以使用表φ ί 被觀察。做為影像觀察裝置， 以使用表面叔糙測量裝 跨越通道區祕^ 次原子力顯微鏡。 如下。__ t^ 06中之電流的晶粒邊界的數目被計算 丄=:ΓΓ;間的'源極區域以及二標記一^ 相平行的直線。妗越曰:皮分副為1 〇個相等部份，以給T f 晶粒邊界數目。5曰日；&邊界之直線的數目被平均以獲知 因為晶教的尺子总 寸係由波束外形控制，晶粒邊界在小晶
第45頁 200414280 五、發明說明（36) 粒尺寸結晶區域r 1被設定為比大晶粒尺寸結晶區域Γ 2密 集。 TFT-A2之閘極長度是，而TFT-B2之閘極長度Lb為 4 //m。為獲得具有相同能力之TFT，第i〇A圖及第10C圖所示 之波束外形A與B事先被決定。 如第2 1圖所示，想要的外形係藉由基於台的高度z與 每1 // m之晶粒邊界數目之間的關係而改變間隙dl的值而被 決定。在此例中，TFT-A2所需之波束外形是間隙(1 = 3〇() 以及雷射強度0 · 5 5 J / c m2。T F T ~ B 2所需之波束外形是間隙 d=100//m以及雷射強度0.66 J/cm2。 在這些情況下，基板上的複數區域藉由施加具有第 10A圖及第10C圖所示之波束外形a及b而被結晶。 由這些方法形成之結晶區域被形成適合T F τ _ a 1及T F T -B 1之尺寸的圖形並進行以下步驟。 如第11 B圖所不，在閘極隔離膜上，閘極電極3 〇 9藉由 使用，例如高度磷摻雜之多晶矽，w，τ丨w，ws ^，或 M0S“，而形成。離子閘極電極3〇9做為罩幕而被植入以形 成源極區域3 1 1及沒極區域3 1 〇。詳細地說，在n型τ ρ T型態 中，1015 cnr2 P+的離子被植入。在p型丁FT型態中，1〇15 ^ cm_2 bf-2的離子被植入。之後，在電子爐中約^⑽它至 6 0 0 °C溫度下執行退火約1個小時，藉由使用氮做為活化雜 質的載體。此外，在7 0 0 °C執行快速熱退火i分鐘。最後， 在中間隔離層膜3 1 4被形成之後，形成一接觸孔，且隨後 源極及汲極區域312,313被形成。可以使用八1，1或八1/了“
第46頁 200414280 五、發明說明（37) 做為源極及汲極區域3 1 2，3 1 3的材祠_。 在評估所獲得的T F T s時，在義〗「 選擇5個點。詳細地說，4個角落％ 〇mm X 40 0 mm)上 評估。 各4从及2對角線交又點被 在此區域中，2//m寬（d)及Λ A?)以一褚宗FI莹妯桕占TPT壯;（La)之電晶體（TFT-A 2 )以預疋圖案被升y成。T F T特性在5個κ 、 量。在TFT-Α2及TFT-Β2獲得相同的特性。‘.、、、母—點被測 此外，Na/L的比例被決定如下，請a為 3。6中跨越電流方向之晶粒邊界之平均數目， 二 度。為區別特性已經被決定之TFT的多晶Si層，肠標1^長 上層結構被移除。50, X 50㈣之視角的區域藉 微鏡被評估。因此，TFT-A2及TFT-B2中每一者之Na/L白田顯 例，其中Na為通道區域3 〇 6中跨越電流方向之晶粒邊界的比 平均數目，而L為閘極長度，在頻率分佈± 5%之内（或= 偏移）。 4 準 當本發明所形成之TFTs的特性被評估時，TFT —A1及 TFT-B1具有相同的性能（電子移動率·· “ο cm2/sec)，即 它們的尺寸不同。 使 如表一所示，S i晶粒穩定且側向地在〇. 6至1. 3 (J/cm2 )的雷射能量範圍中成長。當基板溫度為3 〇 〇它時， S i晶粒_定且側向地在〇 · 5至1 · 2 ( J / c m2)的雷射能量範圍中 成長。當基板溫度為5 〇 〇 t時，S i晶粒穩定且侧向地在〇 4 至1 · 1 ( J / c m2)的雷射能量範圍中成長。 如果這些結果被合併，發現雷射能量必須在0 · 6至〇 9
第47頁 200414280 五、發明說明（38) (J / c m2)範圍内以獲得S i晶體膜穩定且側向成長。換句話 說，調變的光強度的頂點及底限是受到限制的。 表一 基板溫度/臨界値(】/cm2) 500°C 結晶 0.1 至 0.2 側面成長 0.5 至 0.4 膜破裂 1·1 至 0·9 依據本發明，可以在相同基板中形成具有預定晶粒尺 寸之不同結區域，對具有預定性能之不同尺寸的各種 丁FTs。 依據本發明，因為S i晶體膜細側向且穩定地成長而不 會使膜斷裂，可以提供具有固定臨界值（臨界值的變化低） 之高速運作之TFT。 依據本發明，不僅可以適用於結化非晶半導體之薄膜 質地以及非單晶半導體用之準分子雷射結晶方法，而且可 適用於活化摻雜於半導體層内之雜質用之雷射退火方法。
第48頁 200414280 圖式簡單說明 第1A-1C圖係習知退火方法 第1D圖係習知半導體固。 第2圖係本發退火裝置整心:構構/面圖。 之圖示。 籌投射型態雷射退火裝置 第3圖係退火裝置之光學 第4圖係第2圖之退火 0立收圖。 第5圖係具有週邊結V;置件之二系， =系具有週邊結構元件之方塊；：：：!、之電路圖。 剖面圖。 〈丞板台之對準機構 第7圖係相位偏移器之對 则係相位偏移器之對準機夂：：圖。 第9圖係本發明退火方法之流程圖。伤之放大剖面圖。 第10A圖表示波束外形A〇 回 第1 0B圖係以具有波束外形A之雷射 晶體區域之圖示。 …、射所形成之小晶粒之 第1 0 C圖表示波束外形B。 第1 0D圖係以具有波束外形B之雷射昭 體區域之圖示。 …、射所形成之大粒子晶 第11 A圖係說明本發明退火方法之剖面 第1 2A圖係TFT主動層上之雷射標記之圖㈤示。 第1 3圖係母1 // m晶粒邊界（平均值n ) : 、 的關係特性曲線。 7值^)數目與台高度hz之間 第1 4A圖係表示波束外形描繪儀發光區 形之掃描電子顯微鏡（SEM)相片。^ 2上之一維波束外
I 第49頁 5» 200414280
ί Ξ係二維波束外形之電腦模擬影像。 圖係表示波束外形描繪儀發 =之掃描電子顯微鏡（SEM)相片[ 二、准波束外 第1 6 Α圖係波束外形之特性曲一 以及真實結果。 其中表不晶體模擬結果 第圖係雷射照射區域之 第17A圖係表示側面成長/薄膜阳1列及結/日Si· =EM相片。 曲線圖。 、崎衣及雷射能量之間的關係 第17B圖係側向成長期間s 第18A圖係矣一 4 土 ^ 得膜之SEM相片。 以^^表不波束外形之特性線。 大的SEM相片、T弟圖中所不之部份放大的SEM相片之放 第1 9圖係本發明另一退火爿士 整個結構之圖示。、火衣置（相鄰型態雷射退火裝置）置 第2 0圖係里右真一 ，光學視圖之剖方塊圖之第19圖之退火裝置 ===1曲：晶粒邊界(平均值Na)數目與間隙"之 弟22圖係本發明顯示裝置之立體圖。 元件符號說明： 2 衰減器 相位偏移器） 雷射源（光源） 31 波束外形調變
弟50頁 200414280 圖式簡單說明 4、I 62 鏡（片） 5 基板 6 外形描繪儀 7 移動台 7a 加熱器 8 控制器（個人電腦 9 上下驅動機構 10 雷射結晶裝置 1 0A 雷射退火裝置 11 真空容器 12a 、1 2 b 電極 13 功率源 14 控制電路 15 光彳貞測器（感測； 16 光/電轉換器 17 比較器 31 相位偏移器 31a 階梯部 32 影像形成光學系統 32a 均質器 32b 、32c 第一聚光透鏡 32d 罩幕 32e 遠心型態縮小透鏡 50 雷射波束 5 0a 、5 1 a 雷射光軸 61 發光板（螢光板） 63 CCD照像機 64 光波導管 65 物鏡 66 支撐台 71、 • 72 、 73 ' 8卜 82 、 83 階（ 台） 74a 、74b 右及左滑動件 75a 、7 5 b 球螺絲 76 上下台 78 容量感測器 80 對準機構（移動機構） 90 支撐器 91 同心外環 92 内環 92a 停止件 93 X驅動機構 94 Y驅動機構 95a 、9 5 b、9 5 c 樞軸 96a 滾筒 102 保護膜 103 非晶矽薄膜 105 箭頭
第51頁 200414280
第52頁 圖式簡單說明 106 多晶矽薄膜（通道 區域） 107 閘隔離層膜（S 1〇2 閘極隔 離膜） 108 、3 1 0 汲極區域 109 、3 1 1 源極區域 110 閘極電極 111 保護膜 112 、3 1 2 源極電極 113 、3 1 3 没極電極 120 顯示裝置 121 、1 2 2 隔離基板 123 電化學物質 124 像素陣列部 125 垂直驅動電路 126 水平驅動電路 127 端點 129 閘極連線 130 訊號線 131 像素電極 132 薄膜電晶體 302 保護膜（隔離膜： 303 非晶^夕膜 305 隔離蓋膜 306 多晶矽層 309 閘極電極 314 隔離膜 C、 D特性線（細線） W 寬度 dl 間隙 r 1 /J、晶粒區域 r2 大晶粒區域 a 雷射光軸 P 線 Q 特性曲線 Mb 雷射標記 A、 B 波束外形 SI 電子訊號 S2 臨界訊號

Claims (1)

  1. 200414280 六、申請專利範圍 1. 一種半導體裝置，具有包括一相同基板上於一半導體裝 置電路内不小於二種型態之不同平均晶粒直徑之晶粒之一 半導體層。 2. —種半導體裝置，包括使用直接或非直接形成於基板上 之一半導體層做為一通道區域之不小於二種型態之場效電 晶體，其中，相對於該電晶體之N a / L比例之頻率分佈落在 ± 5 %之内，其中L為電晶體閘極長度，而N a為跨越流經電晶 體之電流方向之晶粒邊界之平均數目。 3. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中相對於該電晶體之 Na/L比例之頻率分佈落在± 2%之内。 4. 如申請專利範圍第2項之裝置，更包括一電路層位於該 基板上用以驅動該電晶體。 5. —種退火方法，包括步驟： 預先設定相對於雷射光強度及強度分佈之目標值； 準備一雷射源與一照射區域之間之一波束外形調變部 並準備一基板以及一波束外形測量部以便交替地載入及卸 載至該照射區域中； 放置該波束外形測量部於該照射區域中，從該雷射源 發射雷射光，藉由該波束外形調變部調變該雷射光之強度 及該強度之分佈，以及藉由該波束外形測量部測量該雷射 光之強度以及該照射區域上之入射以及該強度之分佈； 基於該測量的結果調整該波束外形調變部之參數，使 得該測量結果匹配該等目標值； 放置該基板於該照射區域中，使得該基板之入射表面
    第53頁 200414280 六、申請專利範圍 被放置於該照射區域中，藉此對準該基板與該波束外形調 變部； 當該測量結果匹配該等目標時，以由該波束外形調變 部調變之雷射光照射該基板；及 重覆該對準步驟及該雷射照射步驟以形成具有不小於 二種型態之不同直徑之晶粒之半導體基板。 6. —種退火裝置，包括： 一雷射源； 一波束外形調變部設置於該雷射源與一照射區域之 間，用以調變該雷射光強度及強度之分佈； 一波束外形測量部用以測量該照射區域之一入射表面 之雷射光強度以及該強度之分佈； 用以預先設定相對該雷射光強度及該強度分佈之目標 值之裝置；以及 一控制部，用以控制該波束外形調變部之參數，使得 由該波束外形測量部測量之結果與以上所設定之目標值匹 酉己σ 7. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中該波束外形測量部 係設置在與該基板相同之平面中。 8. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中該波束外形調變部 使用具有做為一空間強度調變光學元件之一相位偏移器之 影像形成光學系統。 9. 一種退火方法，包括： 設定並儲存一目標波束外形於一記憶裝置中，從該記
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    第55頁 200414280 六、申請專利範圍 板之入射表面’並測s該雷射光之強度’該強度之分佈以 及該間隙d 1 ，當確定該半導體薄膜之側向結晶藉由該調變 之雷射光之照射進行時； (c )設定對應步驟（b )中之步驟（a )中之測量結果做為 該雷射光強度之目標值，該強度之分佈以及該間隙d 1 ; (d)控制該雷射光之強度，該強度之分佈以及該間隙 d 1以便與該目標值匹配，並於該控制情況之下以由該空間 強度調變光學元件調變之雷射光照射該基板之入射表面； 以及 (e )藉由重覆以上所述之步驟（b )至（d )形成在相同基 板中具有不小於二種型態之不同平均直徑之晶粒之一半導 體層。 14. 如申請專利範圍第1 3項之方法，其中步驟（c )之該目 標值被儲存且步驟（d)至（e )係基於該目標值藉由每次該基 板被以雷射光照射時叫出該目標值而執行。 15. 如申請專利範圍第1 3項之方法，其中該雷射光強度， 該強度之分佈以及步驟（b )之間隙d 1被設定，因此該半導 體薄膜被結晶化，且被穩定及側向成長而不損害成長的 膜。 16. 如申請專利範圍第1 3項之方法，其中在步驟（b )，基 板溫度被測量，基板溫度與雷射光強度以及側面成長之間 的關係被捕捉，且基板在步驟（d )中基於該關係而被加 執 ° 1 7. —種非單晶半導體層之退火裝置，藉由以雷射光照射
    第56頁 200414280 六、申請專利範圍 該單晶半導體，其中退火係藉由從一記憶裝置中叫出該雷 射光之一波束外形並使用該波束外形做為退火用之一目標 波束外形而被執行。 1 8.如申請專利範圍第1 7項之裝置，其中從該記憶裝置叫 出之該波束外形是由實驗獲得之最佳雷射光。 1 9.如申請專利範圍第1 7項之裝置，其中從該記憶裝置叫 出之該波束外形係於一退火步驟中所使用之波束外形，並 被儲存於該記憶裝置中，並藉由將其叫出而使用於下一退 火步驟。 20.如申請專利範圍第1 7項之裝置，其中從該記憶裝置叫 出之該波束外形被顯示於一顯示螢幕上。 2 1.如申請專利範圍第1 3項之裝置，其中在步驟（a )，一螢 光板被設置於該波束外形測量部之入射表面上，且測量係 藉由放置該螢光板於與該基板入射表面相同之準位上而執 行。 2 2 .如申請專利範圍第1 3項之裝置，其中在步驟（a )，（ b) 及（d)，具有用以繞射雷射光之階梯部之一相位偏移器被 當成空間強度調變光學元件使用，且該相位偏移器被設計 使得一雷射光軸穿過該階梯部。 2 3. —種用以退火一非單晶半導體薄膜之裝置，包括： 一雷射源， 一安裝台，用以安裝具有該非單晶半導體薄膜之基板 於其上； 一空間強度調變光學元件用以調變來自該雷射源之雷
    第57頁 200414280 六、申請專利範圍 射光； 一波束外形測量部，具有一入射表面，來自該雷射源 之雷射光進入其中並穿過該空間強度調變光學元件，以進 入該基板之入射表面相同的方式，用以測量施加在該入射 表面之雷射光強度及該強度之分佈， 對準裝置，用以相對移動於該安裝台上之該基板或該 波束外形測量部以及該空間強度調變光學元件，並調整該 基板之該入射表面或該波束外形測量部之該入射表面與該 空間強度調變光學元件之間的間隙d 1於5 0 0 // m或更少；以 及 一裝置，用以允許波束外形測量部測量雷射光強度以 及強度分佈，當確定非單晶半導體薄膜藉由該空間強度調 變光學元件調變之雷射光照射而被結晶化及側向成長時； 測量間隙dl，設定該測量結果為該雷射光強度，該強度之 分佈以及該間隙d 1之該目標值，並控制該波束外形測量部 及該對準裝置之操作，使得該波束外形測量部之該強度及 該強度分佈與該等目標值匹配。 24. 如申請專利範圍第23項之裝置，其中該測量係由設置 該波束外形測量部而執行，因此該波束外形測量部之入射 表面被設置在實質上與該基板之入射表面相同的平面上。 2 5.如申請專利範圍第2 3項之裝置，其中該波束外形測量 部具有一螢光板設置於與該基板之入射表面相同的平面上 用以測量該雷射光之強度及該強度之分佈。 2 6. 如申請專利範圍第2 3項之裝置，其中該相位偏移器具
    第58頁 200414280 六、申請專利範圍 有用以繞射雷射光之被當成空間強度調變光學元件使用之 一階梯部，且該相位偏移器被設置使得該雷射之該光軸穿 過該階梯部。 2 7. —種驅動一顯示裝置之一像素及一像素驅動電路之薄 膜電晶體，包括： (a) 插入一空間調變光學元件於一雷射源與一波束外 形測量部之間； 控制該該波束外形測量部之一入射表面與該空間強度 調變光學元件之間之間隙dl於5 0 0 /zm或更少； 測量由該空間強度調變光學元件調變之雷射光之強度 並獨立地施加至該波束外形測量部之入射表面，該強度分 佈及該間隙d ; (b) 插入該空間強度調變光學元件於具有非單晶半導 體薄膜之一基板與該雷射源之間，控制該基板之一入射表 面與該空間強度調變光學元件之間之間隙dl於5 0 0 // m或更 少，以由該空間強度調變光學元件調變之雷射光照射該基 板之入射表面，並測量該雷射光之強度，該強度之分佈以 及該間隙dl，當確定該半導體薄膜之側向結晶化係藉由該 調變之雷射光之照射進行時； (c )設定對應步驟（b )中之步驟（a )中之測量結果做為 該雷射光強度，該強度之分佈以及該間隙dl之目標值； (d)控制該雷射光之強度，該強度之分佈以及該間隙 d 1以便與該目標值匹配，並於該控制情況之下以由該空間 強度調變光學元件調變之雷射光照射該基板之入射表面；
    第59頁 200414280 六、申請專利範圍 以及 (e )藉由重覆以上所述之步驟（b )至（d )形成在相同基 板中具有不小於二種型態之不同平均直徑之晶粒之一晶體 半導體層。 2 8. —種顯示裝置，包括一對基板具有位於其間之一預定 間隙以及一光電物質被維持於該間隙内，一計數電極形成 於該對基板之一者之上，一像素具有形成於另一基板上之 一電極；一晶體半導體薄膜電連接於該像素電極，一相素 驅動電路用以驅動該像素，以及一晶體半導體薄膜被形成 於該像素驅動電路上， 每一該晶體半導體薄膜係由以下步驟形成： (a) 插入一空間調變光學元件於一雷射源與一波束外 形測量部之間； 控制該該波束外形測量部之一入射表面與該空間強度 調變光學元件之間之間隙d 1於5 0 0 // m或更少； 測量由該空間強度調變光學元件調變之雷射光之強度 並獨立地施加至該波束外形測量部之入射表面，該強度分 佈及該間隙d ; (b) 插入該空間強度調變光學元件於具有非單晶半導 體薄膜之一基板與該雷射源之間，控制該基板之一射入表 面與該空間強度調變光學元件之間之間隙d 1於5 0 0 // m或更 少，以由該空間強度調變光學元件調變之雷射光照射該基 板之入射表面，並測量該雷射光之強度，該強度之分佈以 及該間隙d 1 ’當確定該半導體薄膜之側向結晶化係藉由該
    第60頁 200414280 六、申請專利範圍 調變之雷射光之照射進行時； (c )設定對應步驟（b )中之步驟（a )中之測量結果做為 該雷射光強度，該強度之分佈以及該間隙d 1之目標值； (d)控制該雷射光之強度，該強度之分佈以及該間隙 d 1以便與該目標值匹配，並於該控制情況之下以由該空間 強度調變光學元件調變之雷射光照射該基板之入射表面； 以及 (e )藉由重覆以上所述之步驟（b )至（d )形成在相同基 板中具有不小於二種型態之不同平均直徑之晶粒之一晶體 半導體層。
    第61頁
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