TW293949B - - Google Patents

Description

經濟部中央橾準局貝工消費合作社印裝 2^3949 A7 ______B7 五、發明説明（1 ) 詳細說明： 發明背景： 本發明係關於一種半導體裝e，使用例如提供在玻璃 基體之絕緣基體上的TFT (薄膜電晶體），及其製造方 法。特別是，本發明係關於一種半導體裝置，可使用於主 動矩陣型式的液晶顯示裝置，及其製造方法。 包含絕緣基體（例如玻璃基體）上之TFT的半導體 裝ff，包括主動矩陣型式的液晶顯示裝置，及使用TFT 用於驅動像素之影像感測器。通常，薄膜矽半導體可以粗 分爲兩種型式：一種爲非晶矽半導體（a_S i ):另一 種爲結晶矽半導體。在低溫下以汽相處理及藉由大量製造 ，可以非常容易地製造非晶矽半導體。因此，通常在上述 的裝置之TFT中大部份是使用非晶矽半導體。然而，欲 得到高速操作，已强烈地需要建立一種方法，用於製造使 用結晶矽半導體之TFT，因爲關於物理特性例如導電率 ，非晶矽半導體仍然比結晶矽半導體差。習知的結晶半導 體包括：多晶矽、微晶矽、部份地包含結晶成份之非晶矽 、及半非晶矽。半非晶矽可表現出介於結晶矽與非晶矽間 的中間狀態。 上述所列舉的結晶矽半導體之薄膜，可以藉由以下之 習知方法加以製造： (1 ) 一方法，其包含在膜沈積之步驟中直接沈稹一 結晶膜： (2 ) —方法，其包含沈稹一非晶矽膜，然後照射雷 本乡氏張尺度適用中國國家揲準（CNS ) A4規格（210X297公釐) ] ' I.---------$------1T------i ** (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 203949 A7 B7__ 五、發明説明（2 ) 射光朿至此膜，以藉由雷射光束之能置而得到一結晶半導 體；及 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) (3 ) —方法，其包含沈積一非晶矽膜，然後施加熱 能以結晶此膜而得到一結晶半導體。 關於上述第一個方法，在技術上很難在基體之整個表 面上形成一均勻的膜，具有理想的半導體特性，因爲結晶 與膜沈稹同時進行。此外，在此情形中欲得到由大晶粒不 可避免地會需要厚膜方法。然而，此方法是不經濟的，因 爲由於膜沈積步驟的存在，其需要6 0 0 °C或甚至更高的 溫度，所以排除了使用低價的玻璃基體。 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 第二個方法利用熔化及固化處理中的結晶現象。於是 ，雖然所得到的膜之晶粒尺寸非常小，其晶粒界面最好加 以處理，以提供高品質的結晶矽膜。然而，關於使用目前 最常用的雷射（亦即激光雷射）之方法，會發現有許多問 題必須加以克服。首先，考慮雷射光束在一次只能照射很 小的區域，此方法仍然會有只能提供低產置之缺點。此外 ，欲覆蓋一均勻的膜於大面積的基體之整個表面，雷射並 不夠穩定。於是，只能說此方法期待著更進一步改良的技 術。 考慮應用於大面積薄膜之沈積而言，第三個方法係優 於上述第一及第二個方法。然而，其於結晶期間亦需要在 6 0 0 °C或更高溫度的熱處理。此方法亦排除了使用低廉 的玻璃基體，且另一方面會造成低產置。於是，需要克服 降低膜沈積溫度及於短的周期時間內結晶一膜之限制問題 本紙張尺度通用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐) 7~~一 A7 203349 _B7_ 五、發明説明（3 ) 。此外，此方法是根據固相結晶現象。因此，晶粒係平行 於基體成長，偶而會提供具有大到數微米之直徑的大晶粒 。然而，另一方面，晶粒成長並且彼此撞擊而形成邊界。 所形成的晶粒邊界爲降低TFT之移動率的主要原因，因 爲這些晶粒邊界會作用爲載子之陷阱能階（trap level) Ο 欲克服上述的許多問題，在日本專利申請案號碼5 一 218156 (其於1995年3月3曰以公告號7 — 5 8 3 3 8公開）中，提出一種製造薄膜的結晶矽之方法 。此方法能夠使用低的結晶溫度同時亦能短時間處理，且 可使晶粒邊界之影響降至最小。 在上述方法中，例如鎳（N i )之雜質金屬元素摻入 於非晶矽膜中，以提供結晶之晶核。藉由如此加入—雜質 金靥元素，在結晶之起始周期中的核晶作用之速率，及在 後級的結晶中之晶核成長的速率可以大幅地增加，以提供 一膜具有非常高的結晶度，藉著在5 8 0 °C或更低的溫度 ，持績約4個小時之熱處理。在此方法中之晶核成長及核 晶作用的機構並不是非常明瞭的，然而，假設雜質金靥元 素作用爲晶核，以在較早級中產生晶核，然後作爲—觸媒 以加速結晶成長。 藉由選擇性地提供雜質金屬元素於一部份的基體上， 可以在相同的基體上選擇性地形成結晶矽膜及非晶矽膜。 藉由進一步繼績熱處理，晶粒成長從結晶部份以側面方向 (亦即與基體之表面平行的方向）延伸，其中金屬雜質係 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 裝 訂 線 ·» (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . 經濟部中央橾隼局員工消費合作社印製 2Q3949 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 五、 發明説明 ( 4 ) 1 I 選 擇 性 地 併 入 於 沒 有 直 接 加 入 金 靥 之 相 鄰 區 域 中 〇 於 側 面 1 1 方 向 上 發 生 結 晶 長 之 此 部 份 在 下 文 中 簡 稱 爲 ” 側 向 成 1 長 部 份 0 在 側 向 成 長 部 份 中 9 發 現 針 狀 或柱 形 結 晶 係 平 1 1 在 結 上 請 I 行 於 基 體 而 以 結 晶 成 長 之 方 向 延 伸 0 晶 成 長 之 方 向 先 閱 1 I 並 沒 有 發 現 晶 粒 邊 界 0 於 是 9 藉 由 將 Τ F Τ 之 通 道 面 與 側 讀 背 1 | 向 成 長 部 份 單 獨 排 列 在 — 起 9 可 以 實 現 高 特 性 的 Τ F T 〇 之 注 意 1 I 例 如 能 以 圖 5 ( A ) 及 5 ( Β ) 所 示 的 方 式 來製 造 事 項 再 1 t I I T F T 之 通 道 部 份 0 圚 5 ( A ) 及 5 ( Β ) 各 爲 使 用 側 向 寫 本 .裝 I 成 長 部 份 之 T F T 的 平 面 圖 〇 製 造 方 法 包 含 沈 積 —* 罩 膜 > 頁 1 1 此 罩 膜 在 形 成 於 基 體 之 整 個 表 面 上 的 非 晶 矽 之 薄 膜 的 表 面 1 1 上 含 有 二 氧 化 矽 膜 或 類 似 物 > 且 在 罩 膜 中 打 開 一 窗 5 0 0 1 1 用 於 摻 入 雜 質 之 後 9 將 雜 質金 靥 元 素 摻 入 於 非 晶 矽 之 薄 膜 订 | 〇 藉 由 施 加 約 5 5 0 °c 之 熱 處 理 持 續 約 4 個 小 時 9 可 加 入 1 I 雜 質 之 域 5 0 0 會 歷 經 結 晶 9 而 餘 留 下 非 結 晶 狀 態 的 其 1 1 I 它 部 份 0 藉 由 進 — 步 繼 績 熱 處 理 約 8 個 小 時 9 可 加 入 雜 質 1 1 之 丨品 域 5 0 0 以 側 面 方 向 5 0 1 向 外 成 長 9 以 提 供 一 側 向 線 1 成 長 部 份 5 0 2 0 藉 由 使 用 側 向 成 長 部 份 5 0 2 可 以 製 造 « 1 1 一 T F T 〇 藉 由 在 側 向 成 長 部 份 5 0 2 中 提 供 一 源 liSi Ί 5 0 3 一 通 道 1ST 5 0 4 及 — 汲 5 0 5 排 列 成 如 圖 5 ( I A ) 所 示 9 載 子 之 移 動 方 向 能 與 結 晶 成 長 5 0 1 之 方 向 對 1 I 齊 0 因 此 9 可 以 實 現 一 高 移 動 率 的 Τ F Τ 在 載 子 之 移 動 1 1 的 方 向 上 沒 有 晶 粒 邊 界 0 1 1 此 外 * 關 於 圖 5 ( B ) 所 示 之 排 列 的 側 向 成 長 部 份 1 1 1 藉 由 提 供 — 源 面 5 0 3 、 — 通 道 區 5 0 4 及 一 汲 Τ3Ε* 5 0 5 1 1 本紙张尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210 X 297公釐） 經濟部中央橾準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（5 ) ，可以製造具有高ΟΝ/OFF比之TFT。亦即，可以 從提供至汲區之《端部份的《埸集中區域，消除晶粒邊界 部份，且在汲區之前端部份的晶粒邊界陷阱的密度亦可以 減小。當TFT爲關閉操作時，發現此晶粒邊界陷阱爲增 加漏電流的原因。 在日本專利申請案號碼5 — 2 1 8 1 5 6中所提出的 技術，不僅能夠形成一高性能TFT，亦可以在相同的基 體上製造不同型式的TFT。 雖然，揭示於上述日本專利申請案號碼5 -2 1 8 1 5 6的技術是非常有效的，但是其仍會發生許多 問題。 應用此一技術會需要一段夠長的距離以用於側向成長 ，例如需足以覆蓋至少TFT之通道區。因爲在側向成長 之後所餘留的區域作爲非晶矽膜，如果發生側向成長，只 有不充分且側向地成長之結晶矽膜及非晶矽膜仍然混合於 通道1S中，而會大幅地損害TF T之特性。此外，即使藉 由側向成長結晶矽而形成通道，如果對應源或汲區之所謂 的接觸區域會餘留而成爲非晶矽膜，在接觸區中之髦阻會 增加，使得無法實現非常高的TFT特性。 在日本專利申請案號碼5 — 2 1 8 1 5 6所掲示的方 法中，由電漿幫助的CVD (在下文稱爲”電漿CVD” )所沈稹的非晶矽（a -S i )膜係被使用作爲一開始膜 ，用於側向成長的結晶矽膜。電漿CVD方法最近應用於 a — S丨的TFT之方法，因爲其可適於在低溫下之a - 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） I--------^------,-ιτ------i (請先閲讀背面之注意事項再填寫本1) A7 B7 2GSS49 五、發明説明（6 ) S i膜的大纛製造。然而，有鑑於其可應用於結晶矽膜之 開始膜的製造，.a — S i膜以非常高的速率產生晶核。因 此，很難從a _S i膜藉由在原始固相成長方法中作用結 晶，不加入任何雜質金屬元素而得到高品質的結晶矽膜。 在加入雜質金屬元素的情形中，如揭示於曰本專利申 請案號碼5 — 2 1 8 1 5 6中的技術所述，直接加入雜質 金屬元素的面域之結晶，只依所加入的金屬元素之澳度而 定，與開始a _S i膜之型式無關。然而，在側向成長部 份中，發現在側向成長的方向中之a — S i膜的晶核形成 速率是一値得考慮的問題。亦即，當須使用以電漿CVD 方法所沈稹的a — S i膜作爲開始膜，以製造側向成長的 結晶矽膜，側向成長會受到一般結晶成長所阻礙，此一般 結晶成長係從a _S i區中的自然產生之晶核開始發生。 因此，側向成長不會發生超過一段夠長的距離，以側向成 長的結晶矽膜來覆蓋TFT之通道區。 此外，在藉由固相結晶之習知歩驟所得到的結晶矽 TFT中，在執行光石印術的步驟（矽膜上之裝置的隔離 )之前，於最高的溫度下來作用固相結晶之步驟。然而， 依據揭示於日本專利申請案號碼5-2 1 8 1 5 6的技術 ，在使用側向成長部份之T F T中，在結晶步驟之前，必 須先作用光石印術的步驟（罩膜之穿孔，以藉由穿孔而將 雜質金屬元素加入於非晶矽膜中）。 最常用的7 0 5 9玻璃（康寧公司之產品）在5 9 3 °C下會發生變形。因此，無法在沒有變形下，承受習知的 本紙張尺度遗用中國國家橾率（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐）_ 〇 _ '^1 I H 裝 I I 訂 I I I I i 線 * - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印裝 經濟部中央標準局員工消費合作杜印裝 A7 B7 五、發明説明（7 ) 固相結晶方法，因爲此方法使用6 0 0 °C或更高的溫度。 特別是，在今日的液晶顯示裝置中需要更大的顯示。這些 裝置會嚴重地損害實現使用更大的玻璃基體。如果光石印 術的步驟在施加熱結晶的步驟之前，必須作用在此大面稹 的玻璃基體上，於熱結晶的步驟期間所發生於玻璃基體中 的縮小及變形，會損害在後來的里對準步驟之精確度，偶 而會使製造難以實施。 亦即，依據掲示於上述日本專利申請案號碼5 — 2 1 8 1 5 6中的技術，參照圖6 ，雖然在某些裝置中可 以得到一段夠長的距離用於側向結晶成長，以覆蓋TFT 之通道區，但是發現在某些裝置中，由於在熱結晶的步驟 之後，會發生因基體之縮水而造成的不對準，所以在側向 成長部份5 0 2中無法形成一通道區5 0 4。此外，在藉 由使用側向成長部份5 0 2而提供通道區5 0 4’的情形中 ，源/汲區5 0 3 / 5 0 4保持在非晶矽膜的狀態，由於 側向成長發生不足的長度。 特別是，康寧7 0 5 9玻璃在受到5 8 0 °C之溫度的 熱處理持續1 6個小時，會以2 0 0 — 4 0 0 p p m縮小 。在1 0 OmmX 1 0 Omm的面稹之四方形基髋中，發 現絕對縮小是在2 0至4 〇ym的範圍內。於是，藉由延 伸側向成長的距離至4 0 // m或更長的長度，可以得到玻 璃基體之縮小的邊限。然後，在側向成長部份中，可以製 造TFT之通道區。然而，在面積爲5 0 0mmX5 0 0 mm的四方形基體中，絕對的縮小量會落在1 〇 〇至

本紙張尺度逋用中國國家橾隼（CNS)A4規格（210X297公釐）_ 1Q (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) r 經濟部t央橾隼局貝工消費合作杜印«. A7 ___B7 五、發明説明（8 ) 2 〇 0 的範園內。可以瞭解由習知的電漿CVD方法 所得到的a — S丨，不再能應用作爲開始膜，如果對於側 向成長而言需要很長的縮小邊限。於是，可以瞭解即使藉 由揭示於日本專利申請案號碼5-2 1 8 1 5 6的技術能 部份地得到高性能的TFT，實際上很難均勻地形成高 性能的T F T在大面稹的基體上能表現相同的特性。 此外，從作用側向結晶成長之目的來看，使結晶於單 一的方向成長，發現當使用由電漿CVD方法所製造的a - S i膜作爲開始膜時，很難得到具有一維成長結晶之高 品質的結晶矽膜。這是歸因於結晶成長之方向的分支，其 由於晶核之影響而發生，此晶核在結晶成長的期間會固有 地產生。 當在約6 0 0 °C的溫度以持績數十個小時之時間來作 用一熱處理，以得到側向成長之較長的距離時，此現象是 特別不同的。亦即，藉著在由電漿CVD所得到的a — S i膜中，增加側向成長之長度，此電漿CVD具有高速 率的核晶作用，在結晶成長的方向之前面，發現會產生許 多分支。因此，在這些情形中並無法得到所要的高品質結 晶矽膜。 由於如上所述的a _S i區域中之晶核，及摻入於a 一 S i膜中的雜質例如氧、碳、氮及其它的金靥元素的出 現，在結晶成長之方向上於側向成長部份中會發生分支。 氧是特別有問題的，如果以高於某一固定含量之量摻入氧 ，由氧氣群（oxygen clusters)所產生的缺陷會阻礙結 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨()X 297公釐）_ 11 _ I ^ 裝 訂 線 * - {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央榡準局員工消费合作社印裝 A 7 B7 五、發明説明（9 ) 晶成長。亦即，在a _S i膜內之餘留的氧會阻礙側向成 長而感應分支。印 J· Appl. Phys.,6 8 ( 1 9 9 0 ) p . 1 0 2 9所述，由電漿CVD方法所沈積的膜，含 有氧的澳度約爲3 X 1 0 19cm· 3或更高，以及碳與氮其 董分別爲3 X 1 〇 18cm·3或更高及1 X 1 〇 i8cni-3或 更高。 此外，在使用電漿CVD方法的情形中，包含於電極 中之金屬元素，於其沈積期間被膜所取出。於是，與由其 它的熱CVD方法所沈積的膜比較，在此膜中的雜質金屬 元素的含纛變得非常髙。於是，可以瞭解如果使用由電漿 C V D方法所沈稹的膜，作爲側向成長的結晶矽膜之開始 膜，從其雜質含量的觀點來看，發生分支的可能性較高。 因此，可以瞭解由電漿CVD所沈積的膜，會導致低品質 的結晶矽膜，其含有高濃度的結晶缺陷。 發明節要： 有鑑於上述的情形，本發明之目的在於形成半導體裝 置以解決上述問題。依據本發明，用於沈積啓始材料亦即 非晶矽膜之條件及方法被最佳化，以大幅地增加側向成長 部份之距離。於是，可以藉由充分地增加側向成長的距離 而消除T F T中之不穩定性。藉由增加側向成長部份之罩 對準中的邊限，可以簡化TFT之製造方法，以消除玻璃 基體縮小之影響，且藉由減少分支及結晶成長的方向上之 結晶缺陷，可以大幅地改善側向成長部份之結晶度。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（ 210X297公嫠）_ π (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -58 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（10 ) 硏究在啓始非晶矽膜中的側向成長部份之距離的相依 性。使用兩種型式的非晶矽膜，亦即由電漿CVD所沈積 的一種型式，及藉由減壓CVD所沈稹的一種型式。此外 ，對於由減壓CVD所沈積的膜，藉由改變溫度及膜沈積 速率而執行實驗。其結果表示於圖7、8、9中。在圖7 所示的圖形中之曲線，表示使用由電漿CVD所沈稹的a _S i膜作爲啓始膜，在5 8 0 °C之溫度藉由側向成長結 晶而得到的資料。在圖7中，橫座標代表加熱之期間，而 縱座標則代表側向成長部份，從加入金屬元素之1S域的邊 限之距離。 由曲線之梯度所表示的側向成長部份中之成長速率是 視加熱溫度而定，若溫度越高則成長速率會越高。由圖7 可以瞭解，側向成長部份之距離以固定的速率隨著加熱時 間之消逝而線性地增加，直至得到距離之固定數値。須注 意側向成長部份之距離，並不會隨著加熱時間之增加而無 限地增加，側向成長的距離會飽和於某一極限。 圖8指出在5 8 0 °C之加熱溫度所成長的側向成長部 份之距離的極限，與藉由減壓CVD所沈積之啓始a — S i膜的溫度之間的關係。作爲參考，在相同的條件下， 對於由電漿 C V D所沈積的a — S i膜，所得到的側向 成長之最大距離表示於圖8中的縱座標（以虛線來表示） 。圖9指出側向成長的最大距離，與在4 8 0 °C作用減壓 CVD的情形之a — S i膜的膜沈積速率之間的關係。加 熱溫度設定在5 8 0 °C。從圚8及圖9 ，可以看出側向成 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X 297公釐）.- II I I 裝 I I I訂 線 * * (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2dZd4d A7 _B7 _ 五、發明説明（11) 長部份的距離之極限，視膜沈稹之條件及啓始非晶矽膜之 型式而定而有所不同，且側向成長之極限距離可以藉由使 啓始膜之型式及膜沈積條件的最佳化而增加。 由於根據自然核晶作用之固相結晶現象，側向成長之 距離會受到限制，此自然核晶作用係發生於非晶矽膜的區 域中，而非加入金屬元素雜質的區域中。亦即，從加入金 屬元素之低溫結晶的區域開始之側向成長的進行期間，在 其它的非晶矽膜中發生自然核晶作用，以引起側向成長結 晶區域與在自然核晶作用之後經歷結晶的區域之間的振盪 。因此，藉由撞擊而停止側向成長。於是，藉由降低在啓 始非晶矽膜之自然核晶作用的速率，並藉由抑制在加入金 屬元素雜質以外的面域之固相結晶的發生，可以增加側向 成長面域之距離的極限。 經濟部中央搮準局貝工消費合作社印聚 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 自然核晶作用之速率爲非晶矽膜之內在値，視膜沈積 之條件及方法而定而大幅地改變。在由電漿C V D所得到 的膜中，發現雜質元素例如碳、氮、特別是氧，會以混合 的狀態及非常大的量出現。於是，這些雜質作用爲引起自 然核晶作用之外在因素。此外，由於在4 0 0 °C或更低的 溫度沈積這些膜4大量的氫被膜所取出。於是，在作用熱 結晶時，氫被驅動落下以產生懸掛鍵於其中，並在懸掛鍵 之周圍變形。結果產生自然晶核。考慮雜質，由減壓 CVD所沈稹的膜之品質，優於由電漿CVD所得到的膜 之品質，且因爲在減壓CVD的情形中是以4 0 〇°C或更 高的溫度沈積，氫澳度逮低於由電漿C V D所得到的膜之 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS)A4規格（2丨0乂 297公釐）_ . 經濟部中央操準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（12) 氫濃度。然而，在約5 0 0 °C或更高的溫度所沈積之非晶 矽膜，含有多晶成份以非常大的量混合於其中。然而，即 使是在5 0 0 °C或更低的溫度來沈稹膜的情形中，如果膜 是以低的沈稹速率形成，具有非常弱的鍵結强度之矽原子 被氫所還原，只留下具有非常高的鍵結强度之矽原子。然 後，導致所得到的膜含有高品質的微晶成份。 當使用側向成長結晶矽膜用於TFT之通道部份，例 如於約5 0 OmmX 5 0 Omm之大面積方形玻璃基體中 ，如前所述，需要2 0 0 a m之側向成長距離作爲縮小邊 限（shrinkage margin)。參照依據上述實驗所得到的圖 8至9 ，發現由減壓CVD所形成之a — Si膜，適於作 爲此一長距離的側向成長之啓始材料。此外，在4 8 0 °C 或更低的溫度及以1 0埃/每分鐘之膜沈積速率，可以得 到更好的膜。藉由使用在最佳條件下沈稹的a_S i膜， 成核速率可以被抑制至2 X 1 0 18cm_3s 〃或更低。最 好是藉著使用在4 6 0 °C或更低的溫度且以2 5埃/每分 鐘或更高之膜沈稹速率沈積的a_S i膜，可以進一步抑 制成核速率爲1 X 1 0 8c m-3s ―1或更低，且可以得到 2 5 〇Am或更長的側向成長距離。然而，使用由 S i nH2n-2(其中η爲2或更大）所表示的更高級數之 矽烷基的氣體，不可避免地會滿足上述條件。使用甲矽烷 (S i Η4 )無法滿足上述的膜沈積條件。於是，藉著使 用在上述的特定條件下以減壓CVD所沈稹的a - S ί膜 作爲啓始材料，可以達成側向成長超過2 0 0 # m之距離 1111111 I 1111 訂 I 線 • - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） 15 22S949 A7 B7 五、發明説明（13 ) 0 欲增加側向疼長部份之結晶度，不可避免地會減小慘 入於a — S i膜中的雜質特別是氧的濃度。一般已知如果 單獨地摻入，氧原子本身不會形成一缺點而且會消失，但 是由含有數個原子之氧氣團會產生微小缺點。在矽的多晶 膜中，發現氣原子會分離於晶粒邊界部份。而且在側向成 長部份中，發現氧原子會在對準於一方向之針狀結晶的晶 粒邊界中分離。在側向成長部份中，由單獨的氧氣團所形 成的缺點會產生分支之問題。於是，藉著在結晶之前控制 a — Si膜之氧澳度爲5X1 018cm—3或更低，可以 完全消除由於微小缺點所發生在結晶方向之分支，其在 2 0 0 um之側向成長的距離中產生氧氣團。 經濟部中央棣準局員工消費合作社印敦 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 兩種方法可用於抑制由減壓CVD所製造的a — S i 膜中之氧澳度，亦即一種方法爲在沈積a -S i膜之前增 加眞空度，藉以減小裝B內之殘留的氧之濃度，及另一種 方法爲在導入先質氣腾（precursor gas)之前，先導入 氫或例如氦之惰性氣體。以前一種方法在a _S i膜中欲 達成5 X 1 0 18cm-3或更低的氧澳度，需要具有壓力爲 8X1 0'3Pa或更低的高眞空度。使用此兩種方法，可 以更有效地減小a — S i膜之氧濃度。 於是，依據本發明如上所述，藉著以使用側向成長部 份來製造TFT，不僅可以克服關於在基體中之縮小的問 題，亦可以得到一高品質的含有結晶之側向成長結晶矽膜 ，其結晶成長方向對準於單一方向上。此外，可以達到改 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -10 - A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印¾ 五、 發明説明 ( 14 ) 1 | 良 的 TFT特性及均勻度 ，因爲本發明允許許多的 1 1 T F T 可 製 造 於 單 一 的 側 向 成 長 部 份 中 0 1 在製 造 使 用 結 晶 矽 膜 成 長 於平 行 基 體 之 表 面 的 方 向 之 1 T F T 時 9 藉 著 使 用 由 減 壓 C V D 所 製 造 的 a — S i 膜 作 請 先 閱 1 I 爲 啓 始 材 料 > 可 以 增 加 成 長 之 距 離 0 結 果 9 可 以 得 到 具 有 讀 背 it 1 1 | 改 良 及 穩 定 的 特 性 之 T F T 9 以 便 利 Τ F T 之 製 造 的 處 理 之 注 1 1 步 驟 0 意 事 項 1 再 1 | 此 外 9 藉 著 在 4 8 0 °c 或 更 低 之 膜 沈 積 溫 度 及 以 1 0 填 % 本 1 -裝 I 埃 / 每 分 鐘 或 更 高 的 膜 沈 稹 速 率 以 減 壓 C V D 來 沈 稹 a 頁 1 1 — S i 膜 5 而 控 制 在 a — S i 膜 中 的 結 晶 成 核 作 用 之 速 率 1 I 至 2 X 1 0 8 c m " 3 s - 1或更低 ，可以延伸側向成長之距 1 | 離 至 2 0 0 U m 或 更 長 〇 如 此 使 得 可 以 在 單 一 的 側 向 成 長 1 訂 | 部 份 中 製 造 許 多 的 T F T 0 在 上 述 的 條 件 下 作 用 膜 沈 稹 時 1 1 9 不 可 避 免 地 需 使 用 由 S i η Η 2 η 2 (其中η爲2或更大 1 1 ) 表 示 之 更 高 級 數 的 矽 烷 基 之 氣 體 〇 1 1 此 外 y 藉 著 在 沈 稹 a 一 S i 膜 之 前 9 達 到 8 X 1 0 -3 線 I P a 或 更 的 眞 空 度 > 及 藉 著 在 膜 沈 稹 之 前 導 入 — 惰 性 氣 體 I > 隨 後 導 入 用 於 膜 沈 稹 之 氣 體 > 可 以 將 a — S i 膜 內 之 氧 1 | 濃 度 降 低 至 5 X 1 0 1 8 C m -3 或 更 低 9 且 可 以 抑 制 在 結 晶 1 成 長 之 方 向 上 的 分 支 9 其 由 於 氧 氣 團 而 發 生 於 側 向 結 晶 成 1 長 的 域 中 Ο 於 是 9 藉 著 減 小 在 啓 始 a — S 1 膜 中 的 氧 澳 1 1 度 ， 及 藉 著 降 低 白 然 成 核 作 用 之 速 率 y 可 以 得 到 — 側 向 成 1 | 長 部 份 矽 膜 在 品 質 上 有 所 改 進 〇 然 後 藉 著 使 用 側 向 成 長 之 1 I 矽 膜 來 製 造 一 T F T 9 可 以 實 現 — 種 半 導 體 裝 置 * 包 含 具 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標隼（〇^)八4規格（2丨0/ 297公釐）_17 A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 五、 發明説明 ( 15 1 I 有 高 性 能 T F T 之 基 髏 9 此 T F T 在 其 整 個 表 面 上 提 供 有 1 1 穩 定 的 特 性 0 1 此 外 藉 著 排 列 源 與 汲 區 於 沿 著 結 晶 成 長 方 向 之 方 向 1 > 可 以 得 到 一 種 T F T 9 此 T F T 具 有 載 子 而 載 子 之 移 動 請 先 閱 1 I 較 不 受 晶 粒 邊 界 所 影 響 9 亦即 此 T F T 具 有高 的 移 動 率 0 讀 背 面 1 1 I 而 且 藉 著 排 列 源 與 汲 面 於 垂 直 於 結 晶 成 長 方 向 的 方 向 > 可 之 注 意 1 1 以 從 發 生 電 場 集 中 之 汲 極 邊 緣 的 域 消 除 在 載 子 移 動 方 項 1 再 1 I 向 上 的 連 續 晶 粒 邊 界 部 份 0 填 窝 本 1 -裝 頁 1 I 圖 形 之簡 要 敘述 • 1 1 I 圖 1 爲 依 據 本 發 明 之 第 — 個 實 施 例 的 半 導 體 裝 置 之 平 1 I 面 圖 1 訂 1 圖 2 ( A ) 至 2 ( D ) 爲 剖 面 圖 9 指 出 依 據 本 發 明 之 1 1 第 — 個 實 施 例 的 製 造 方 法 1 1 圖 3 爲 依 據 本 發 明 之 第 二 個 實 施 例 的 半 導 體 裝 置 之 平 1 | 面 圖 線 I 圖 4 ( A ) 至 4 ( D ) 爲 剖 面 圖 9 指 出 依 據 本 發 明 之 I 第 二 個 實 施 例 的 製 造 方 法 1 圖 5 ( A ) 至 5 ( B ) 各 爲 平 面 圖 指 出 結 晶 成 長 方 1 1 向 與 T F T 之 間 的 關 係 ： 1 1 圖 6 爲 平 面 ΓΒΙ 圆 9 指 出 側 向 成 長 面 域 與 半 導 髖 膜 中 的 裝 1 1 置 形 成 區 域 之 間 的 關 係 * 1 | 圖 7 爲 — 圖 形 9 指 出 成 長 距 離 與 加 熱 期 間 的 相 依 性 » 1 I 圖 8 爲 — 圖 形 > 指 出 最 大 側 向 成 長 距 離 與 沈 稹 溫 度 之 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2!0X297公釐）_ 18 經濟部中夹標準局—工消費合作社印製 293949 A7 . _B7 五、發明説明（16) 間的關係：及 圖9爲一圊形，指出最大側向成長距離與沈稹速率之 間的關係。 較佳實施例之詳細敘述： 參照以下之非限定的較佳實施例，將進一步詳細地敘 述本發明。 例子1 依據本發明之一個實施例，本例子提供一種方法用於 製造一電路，適合使用於液晶顯示裝置之驅動器電路等等 ，具有一CMOS造形包含NTFT及PTFT排列成互 補的構造。本例子包含在一絕緣基體（例如玻璃基體）上 形成CMOS構造之TFT。使用平行於基體之方向成長 的結晶矽膜，作爲構成TFT之半導體膜，使得於TFT 之操作期間，載子移動之方向可平行於結晶成長之方向。

圖1指出應用本發明之電路的平面圇，其包含 NTFT及 PTFT互補地排列。圖2 (A)至2 (D )指出半導體裝置之製造步驟。藉由濺射在一玻璃基體 1 0 1上形成由矽的氧化物製成的2 0 0 0埃厚之底膜 1 〇 2。然後，以减MCVD，使用由S inH2n-2(其 中η爲2或更大）表示的更高級數之矽烷基的氣體，在其 上沈稹5 0 0至1 5 0 0埃厚之非晶矽膜，例如_1 0 0 0 埃厚之本質（I型式）的非晶矽（a — S i )膜。氣體之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) ~ -------^--^------1T------.^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部中央標準局員工消f合作社印敦 五、 發明説明 ( 17) 1 低 溫 反 應 度 隨 著 η 增 加 而 增 加 ♦ 因 此 膜 沈 稹 速 率 亦 增 加 0 1 I 妖 而 9 具 有 高 η 之 玻 璃 是 非 常 昂 贵 的 而 且 並 不 實 用 〇 在 本 1 1 I 例 子 中 9 係 使 用 最 常 用 的 較 高 級 數 之 矽 焼 基 的 氣 體 9 例 如 1 | 乙 矽 焼 ( S * 1 2 Η 6 ) > 用 於 膜 沈 積 〇 此 外 ♦ 雖 然 藉 著 在 請 先 閱 讀 背 1 4 8 0 °c 或 更 低 的 膜 沈 稹 溫度 贅 且 以 1 0 埃 / 每 分 鐘 或 更 1 1 高 的 膜 沈 稹 速 率 來 沈 積 膜 可 得 到 本 發 明 所 要 之 效 果 ♦ 藉 面 之 注 1 1 著 在 4 6 0 °c 或 更 低 的 膜 沈 積 溫 度 ， 且 以 2 5 埃 / 毎 分 鐘 意 事 項 1 或 更 高 的 膜 沈 積 速 率 > 可 以 得 到 更 良 好 的 效 果 0 考 慮 使 用 填 1 在 本 例 中 寫 本 裝 S 1 2H 6 > 子 特 定 地 使 用 4 5 0 °C 之 膜 沈 積 溫 度 頁 1 1 及 3 5 埃 / 每 分 鐘 之 速率作 爲 最 佳條件 0 1 1 然 後 藉 著 使 用 例 如 矽 氧 化 物 膜 或 矽 氮 化 物 膜 9 而 形 成 1 1 一 罩 1 0 4 0 藉 著 使 用 罩 1 0 4 ， 以 縫 隙 的 形 式 來 暴 露 a 1 訂 — S i 膜 0 亦 即 ί 從 上 側 來 觀 察 圖 2 ( A ) 所 示 的 狀 態 時 1 | ， 發 現 a — S 膜 1 0 3 以 縫 隙 1 0 0 之 形 式 暴 露 9 而 其 1 | 餘 的 部 份 則 保 持 被 罩 住 0 1 1 I 在 提 供 上 述 的 覃 1 0 4 之 後 ， 藉 由 濺 射 而 沈 稹 厚 度 爲 1 線 5 至 2 0 0 埃 之 鎳 矽 化 物 ( 以 化 學 式 N i S 1 X 來 表 示 9 1 其 中 X 爲 大 於 0 • 4 而 小 於 2 1 5 ) ， 例 如 厚 度 爲 2 0 埃 1 1 之 鎳 矽 化 物 膜 0 然 後 著 由 移 離 里 1 0 4 9 在 部 份 的 iiS~ 域 I 1 0 0 上 選 擇 性 地 形 成 厚 膜 的 鎳 矽 化 物 0 亦 即 ， 以 — 微 量 1 I ( t r a c e a m 〇 u η t ) 選擇性地將鎳加入至部份的區域 1 1 I 1 0 0 0 在 減 壓 的 氫 氣 下 或 者 在 惰 性 氣 體 1 大 氣 壓 下 9 於 I 1 1 5 5 0 °c 持 續 1 6 個 小 時 來 退 火 厚 膜 的 鎳 矽 化 物 0 1 1 參 照 圖 1 與 2 ( B ) 9 矽 膜 1 0 3 在 區 域 1 0 0 中 在 1 1 1 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS)A4現格（210:<297公飨）-20 - 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（18 ) 垂直於基體1 〇 1之方向進行結晶，在面域1 〇 〇上選擇 性沈積一鎳矽化物膜。在面域1 0 0的周園，以箭頭 1 0 5來表示，結晶從面域1 0 0於側面方向成長（亦即 與基體平行的方向）°然後，如在後來的步探所明顯指出 ，在結晶成長之方向上形成源與汲區。發生在與基髏平行 的結晶成長之距離約爲1 〇 0 #m。 上述步驟的結果，藉由結晶非晶矽膜，可以得到一結 晶矽膜1 0 3。隨後藉著作用隔離及從不需要的部份移離 結晶矽膜1 0 3，可以形成裝置區域。藉著設定TFT之 活性層（亦即源與汲區，一部份形成有通道形成區）的長 度於3 Ο μ m內，藉由以結晶矽膜來形成活性層，可以得 到7 0 的邊限。考慮在熱處理之後的玻璃基髏之縮小 ，此邊限具有很大的差異。如果使用3 0 cm之方形玻璃 基體或更大的基體，在整個基體上於側向成長部份中，可 形成TFT之通道區。此外，因爲藉著延伸退火之期間而 使側向成長部份之距離增加，如果使用面稹較大的玻璃基 體，可以消除基體縮小之影響。 隨後，藉由濺射而沈積1 0 0 0埃厚之矽氧化物膜 1 0 6作爲閘絕緣膜。在氬對氧之混合比的範圍爲0至 0 . 5，例如0 . 1或更低，於氧與氬與混合氣氛中，作 用此濺方法，而保持基體之溫度在2 00至4 0 〇°C的範 圍內例如3 5 0 °C，並使用矽氧化物作爲靶。然後，藉由 濺射而沈稹包含0 . 1至2 %的矽之鋁膜，至厚度爲 4 0 0 0至8 0 0 0埃的範園，例如6 0 0 0埃之厚度。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（；：丨0〆297公釐）-2 1 - I--------^.------1T------0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部中央標準局男工消費合作社印t 五 、發明説明（ 19 ) 1 I 隨後成型 所得到 的鋁 膜 以 形 成 閘 極 1 0 7 與 1 0 9 1 1 〇 然後，藉著 陽極氧 化所 得 到 的 鋁 電 極 之 表 面 t 在 電 極 之 1 表 面上形成氧 化物厝 1 0 8 與 1 1 0 〇 在 含 有 1 至 5 % 的 1 1 酒 石酸之乙二 醇溶液 中進 行 陽 極 氧 化 0 所 得 到 的 氧 化 物 層 請 先 Μ 1 I 1 0 8 與 1 1 0之厚 度爲 2 0 0 埃 0 因 爲 視 氧 化 物 層 ii 背 1 1 1 0 8 與 1 1 0而定 ，在 後 來 的 離 子 摻 雜 步 驟 中 9 形 成 偏 之 注 1 I 意 I 移 閘®，所以 藉由上 述的 陽 極 氧 化 步 驟 可 以 決 定 偏 移 閘 區 事 項 1 | 再 1 I 之 長度。 填 寫 本 I .裝 I 然後，藉 由離子 摻雜 使 用 閘 極 1 0 7 與 周 園 氧 化 物 頁 1 I 層 1 0 8，以 及閘極 10 9 與 周 圜 氧 化 物 層 1 1 0 作 爲 簞 1 I > 可將雜質摻 入於活 性區 域 中 〇 使 用 磷 化 氳 ( P Η 3 ) 及 1 1 I 乙 硼烷（B 2 Η 6 ) 作爲 摻 雜 氣 體 〇 雜 質 之 劑 量 是 在 1 X 1 訂 1 0 15至 8 X 1 0 15 5 c m -2 的 範 園 內 〇 特 別 是 使 用 磷 化 1 1 氫 作爲接雜氣 髗，以 6 0 至 9 0 k V 的 加 速 電 壓 9 例 如 1 1 8 0 k V之電 壓，用 2 X 1 0 1 5 C m -2 之 劑 量 來摻 入 磷 化 1 | 氣 。當使用乙 硼烷時 ，藉 由 施 加 4 0 至 8 0 k V 之 加 速 亀 線 | 壓 ，例如6 5 k V之 電壓 9 以 例 如 5 X 1 0 1 5 C m -2 之 劑 1 1 量 來摻入硼。 閘極1 0 7 與 1 0 9 及 周 圍 氧 化 物 層 1 0 8 1 I 與 1 1 0作用 爲罩， 以提 供 雜 質 非 摻 雜 區 1 1 2 與 1 1 5 1 ， 其後來作用 爲通道 區。 藉 著 以 — 光 阻 來 覆 蓋 其 它 的 TS 域 1 1 9 能以元素來 選擇性 地摻 雜 這 些 TSF 域 0 於 是 得 到 N 型 雜 質 1 | 面 域1 1 4與 1 1 6 用於 N — T F T 9 以 及 P 型 雜 質 域 1 I 1 1 1 與 1 1 3用於 P - T F T 0 1 1 1 然後藉著 照射一 雷射 光 束 如 圖 2 ( C ) 所 示 y 來 退 火 1 1 1 本紙张尺度丨t用中國國家標準（CNS) A4規格（210X 297公釐）_ 22 - 293949 A7 B7 經濟部中央橾準局員工消費合作、社印S. 五 發明説明 ( 20 ) 之 長 及 1 | 半 導 體 層 0 在 本 發 明 中 使 用 於 2 4 8 η m 波 2 0 ! | η S e C 之 脈 衝 宽 度 操 作 之 K r F 激 光 雷 射 〇 然 而 t 在 此 1 方 法 中 所使 用 的 雷 射 之 型 式 並 不 限 於 此 > 亦 可 以 使 用 任 何 1 1 1 其 它 型 式 的 雷 射 0 以 每 處 2 至 1 0 射 束 9 例 如 每 處 2 射 束 請 先 Μ 1 I 9 以 2 0 0 至 4 0 0 m J / C m 2 9 例 如 2 5 0 m J / 讀 背 1 1 C m 2 的 能 置 密 度 > 來 照 射 雷 射 光 束 0 藉 著 以 約 2 0 0 至 之 注 在 1 1 4 5 0 °c 之 範 圍 的 溫 度 來 加 熱 基 體 9 可 以 進 — 步 提 昇 雷 射 % 事 項 1 再 1 I 退 火 之 效 果 0 因 爲 被 退 火 的 區 域 預 先 含 有 鎳 原 子 擴 散 於 其 填 寫 本 1 .裝 中 > 藉 著 照 射 — 雷 射 光 束 可 在 其 中 簡 單 地 進 行 再 結 晶 〇 藉 頁 '—^ 1 I 著 照 射 雷 射光 東 可 以 使 雜 質 TSF 1 1 1 奥 1 1 3 以 及 雜 質 1 1 I 區 1 1 4 與 1 1 6 活 性 化 此 雜 質 區 1 1 1 與 1 1 3 係 摻 1 1 I 雜 以 施 加 P 型 導 電 率 之 雜 質 9 而 此 雜 質 區 1 1 4 與 1 1 6 1 訂 係 摻 雜 以 施 加 N 型 導 電 率 之 雜 質 0 1 1 然 後 9 如 圖 2 ( D ) 所 示 以 電 漿 幫 助 的 C V D 來 形 1 1 成 一 6 0 0 0 埃 厚 的 矽 氧 化 物 膜 1 1 8 作 爲 內 層 介 質 0 藉 1 I 著 形 成 接 觸 孔 於 其 中 可 使 用 金 屬 材料 例 如 多 層 膜 的 鈦 氮 線 I 化 物 鋁 ， 而 提 供 具 有 用 於 T F T 之 相 互 連 接 1 1 7 1 1 1 2 0 、 1 1 9 的 電 極 0 B- 敢 後 » 藉 著 在 3 5 0 °c 之 溫 度 於 1 1 a t m 的 氫 氣 壓 力 下 持 績 3 0 分 鐘 而 退 火 基 體 9 可 得 到 1 包 含 互 補 地 排 列 的 Τ F T 之 半 導 體 電 路 0 1 在 圖 2 ( A ) 至 2 ( D ) 所 示 的 構 成 中 T F T 與 選 1 1 擇 性 地 摻 入 鎳 的 區 域 之 間 的 位 置 關 係 是 參 照 圖 1 而 加 以 敘 1 I 述 0 參 照 圖 1 1 — 微 董 的 鎳 係 選 擇 性 地 加 入 於 面 域 1 0 0 1 1 I 中 f 藉 著 熱 退 火 ί 結 晶 成 長 發 生 於 側 面 方 向 ( 相 對 於 紙 之 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4現格（2 10X297公釐）-23 - 經濟部中央標隼局負工消費合作社印製 A7 ____B7_ 五、發明説明（2l ) 右側與左側的方向），在圖形中以箭頭105來表示。在 本發明中，使用一特定的a - S i膜其自然成核作用的速 率被抑制，以不僅大幅地增加側向成長之方向，而且亦改 良側向成長部份之結晶度。於是，藉由使用簡單的方法， 可以在大面積的基體之整個表面上，形成由矽製成的高品 質側向成長結晶膜。然後，在作用側向結晶成長的區域中 ，形成源與汲區111與113以及通道形成區112作 爲P—TFT，而形成源/汲面114與116以及通道 形成區1 1 5作爲N — TFT。可以得到一特別高的移動 率，因爲由於載子在源與汲區之間的移動之方向，對應結 晶成長的方向1 0 5，所以載子可以移動而不會橫越晶粒 邊界。 所得到的甯路包含PTFT與NTFT互補地排列， 然而，亦可以依據上述之方法步驟，藉著同時形成兩個 TFT而製造兩個獨立的TFT，並在中央將它們分開。 例子2 本例子是關於製造TFT之方法，其可提供液晶顯示 裝置之像素開關元件。在液晶顯示裝置之像素電極元件中 ，從保持寫入信號（充電）的觏點來看，於TFT之 Ο F F狀態期間，需要減小漏電流。本例子特別是關於在 一絕緣基體（例如玻璃基體）上形成NTFT之情形’及 使用包含結晶平行於基體成長之結晶矽膜，作爲構成 TF T之半導體膜。考慮此種構成，可以設定載子移動的 本紙悵尺度適用中國國家標準（〔奶）/\4規格（21〇>< 297公釐）-24- I I I— I I裝 —訂— I 線 f請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部中央標準局貞工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（22 ) 方向，垂直於在結晶膜中之結晶成長的方向。 圖3圖形地指出構成一像素開關元件之NTFT的平 面圓，其中應用了本發明。與上述情形類似，製造之步驟 是依序如圖4 (A)至4 (D)之剖面圖所示而進行。 藉由濺射在一玻璃基體3 0 1上，形成由矽氧化物所 製成的2 0 0 0埃厚之底膜3 0 2。然後，以減壓CVD ，於其上沈稹5 0 0至1 5 0 0埃厚的非晶矽膜，例如 8 〇 〇埃厚的本質（I型式）非晶矽（a_S i )膜 3 0 3。在本例子中，使用乙矽烷（S i2H6)在4 6 0 °C之膜沈積溫度，及以2 5埃/每分鐘之膜沈稹速率來作 用沈積。 然後藉著使用例如矽氧化物膜或矽氮化物膜而形成罩 3 0 4。藉由使用罩3 0 4 ，使a — S i膜泰露成縫隙的 形式。亦即，從上側來觀察圖4 ( A )所示的狀態時，發 現a _S i膜在圖片之背側或表面側上是以縫隙的形式被 暴露，而其它的部份則仍然被罩住。以線A — A ’來切割 圖3之構造所得到的剖面係對應圖4 ( C )或4 ( D )所 示的構造。在圖4 (C)與4 (D)中，源與汲區標示爲 數字3 0 8與3 1 0，而通道區則以數字3 0 9來表示。 在提供上述軍3 0 4之後，鎳鹽例如醋酸鎳或二氮化 三鎳之水溶液施加於基體之整個表面上，並藉由旋轉器而 均勻地乾燥。在這裡所使用的水溶液最好是包含鎳的濃度 爲5 0至2 0 0 ppm，特別最好是包含鎳的濃度爲 1 0 Oppm。在區域3 0 0中，從溶液中析出之N i離 本紙張尺度適用中國國家標準（（：!^)六4規格（；110'乂 297公釐）-25- 裝 訂 線 ♦ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2Q3849 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 五、發明説明（23 ) 子被带入與a — S i膜接觸，而以一微量來選擇性地加入 鎳。藉著在減壓的氫氣中（特別是氫氣的分壓在0 · 1至 1 a tm的範圍）或在1 a tm的惰性氣體的氣氛下，於 5 5 0 °C的溫度持績1 6個小時來使此構造退火。 參照圖3，以一微量來加入鎳之區域3 0 〇 ，在垂直 於基體3 0 1的方向進行結晶。在區域3 0 〇的周圍，如 箭頭3 0 5所示，結晶從Μ域3 0 0而以側面方向（亦即 與基體平行的方向）成長。然後，如圖3所明顯指出，連 接源與汲區之線横越結晶成長之方向3 0 5。考慮所成長 的結晶，平行於基體而發生的結晶成長之距離約爲1 〇 0 μ τη ° 上述步驟的結果，藉由使非晶矽膜結晶，可以得到一 結晶矽膜3 0 3。然後，在移離軍3 0 4之後，藉著作用 隔離並從不需要的部份來移離結晶矽膜3 0 3，隨後可形 成元件區域。藉著設定TFT之活性層（亦即源與汲區、 及通道區）的寬度於3 0 "m內，可以得到7 〇 "m之邊 限用於罩對準。考慮在熱處理之後的玻璃基體之縮小’此 邊限有很大的差異。在使用3 0 cm的方形玻璃基體或更 大的基體之情形，TFT之通道區可以形成於整個基體上 的側向成長部份中。此外，因爲藉著延伸退火之期間而增 加側向成長部份之距離，在使用面稹較大的玻璃基體之情 形中，可以消除基體縮小的影響。 隨後，以大氣壓CVD來沈稹1 0 0 0埃厚的矽氧化 物膜3 0 6作爲閘絕綠膜。最好藉著將基體之溫度保持在 本纸張尺度適用中國國家標準（匚~$)八4规格（210/297公釐）_26- ； 束 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消资合作社印製 Λ7 ______B7 五、發明説明（24 ) 約4 0 〇°C而作用濺射方法。然而，欲改良閘絕緣膜本身 的容稹特性，及結晶矽膜與閘絕緣膜中的晶粒邊界特性， 最好在情性氣體的氣氛下以約5 5 0 °C之溫度來作用退火 。然後，藉著濺射而沈積含有0 .1至2%的矽之鋁膜， 其厚度在4 0 0 0至8 0 0 0埃的範圍，例如6 0 0 0埃 之厚度。 隨後成型所得到鋁膜，以形成一閘絕緣膜3 0 7。然 後，在使用閘極3 0 7作爲一罩而藉由離子摻雜將雜質植 入於活性區域中之後，可以得到由閘極3 0 7所軍住的區 域3 0 9，不含有雜質植入於其中，作爲在後來的TFT 中之通道區。植入以雜質的區域，在後來的步驟中可作用 爲TFT的源區3 0 8與汲區3 1 0。 如圓4 ( C )所示，藉著退火特別是藉著照射一雷射 光束，使離子植入的雜質被活性化。因爲預先退火的區域 ，含有鎳原子擴散於其中，所以藉著照射一雷射光速可在 其中簡單地進行再結晶。藉著照射一雷射光束，可以使慘 雜以雜質的雜質區3 0 8與3 1 0活性化。 然後，如圇4 (D)所示，以電漿幫助的CVD來形 成6 0 0 0埃厚的砂氧化物膜3 1 1作爲內曆介質，且隨 後形成一I TO電極3 1 2以提供一像素電極。藉著形成 接觸孔於內層介質膜3 1 1中，藉由使用金屬材料例如多 層膜的鈦氮化物及鋁，可以提供具有用於TFT之相互連 接3 1 3與3 1 4的電極。最後在1 a tm的JE力之氫氣 氛下，於3 5 0 °C的溫度持績3 0分鏟的退火，而得到— 本紙伕尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4说格（2丨()人297公釐）_ 27 _ ' ---------批衣------ΐτ------^ (諳先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部中央標準局員工消#合作社印製

五 、發明説明 ( 25 ) I ! 完 整 的 Τ F Τ 〇 參 照 圖 3 9 依 據 圖 4 ( A ) 至 4 ( D ) 所 I I 形 成 的 Ν Τ F Τ 9 包 含 載 子 以 垂 直 於 結 晶 之 方 向 3 0 5 的 I 方 向 9 而 移 動 於 源 與 汲 3 0 8 與 3 1 0 之 間 0 於 是 I I 必 須 藉 著 横越 許 多 晶 粒 邊 界 而 使載 子 移 動 0 此 外 在 此 請 先 閲 I I 一 情 形 中 > 發 現 在 載 子 栘 動 的 方 向 上 9 晶 粒 邊 界 是 不 連 嫌 讀 背 I I 的 0 因 爲 相 信 〇 F F 電 流 是 歸 因 於 載 子 之 出 現 這 些 載 子 I | 意 I 沿 著 晶 粒 邊 界 而 移 動 9 可 以 減 小 沿 著 晶 粒 邊 界 移 動 的 載 子 事 項 I 再 I I 之 數 巨 0 於 是 可 以 達 成 低 的 〇 F F 電 流 〇 填 寫 本 I ‘裝 此 外 在 上 述 的 她 稱 成 中 9 載 子 必 須 移 動 橫 越 晶 粒 邊 界 頁 I I 0 因 此 9 源 與 汲 面 之 間 的 電 阻 會 增 加 以 降 低 〇 N 電 流 及 I I 0 F F 電 流 0 然 而 因 爲 可 以 使 〇 F F 電 流 之 絕 對 値 變 成 I I I 最 小 ， 所 以 可 以 改 良 用 於 保 持 電 荷 之 像 素 電 極 ( 對 應 圇 4 I 訂 ( D ) 中 所 示 的 I Τ 0 霉 極 ) 的 功 能 0 於 是 9 如 果 達 成 所 I I 需 的 〇 Ν / 〇 F F 比 9 可 以 實 現 具 有 低 的 〇 F F 電 流 之 薄 I I 膜 電 晶 體 0 於 是 J 因 爲 能 以 兩 個 原 因 而 使 上 述 的 T F Τ 中 I | 之 〇 F F 電 流 減 至 最 小 9 參 照 圖 3 以 及 圖 4 ( A ) 至 4 ( 線 I D ) 之 構 成 ， 其 包 含 具 有 低 的 〇 F F 電 流 之 T F T 對 於 I I 改 善 像 素 中 之 保 持 電 荷 的 功 能 而 言 特 別 有 效 〇 I Ί 例 子 3 I 本 例 子 是 關 於 一 種 製 造 Τ F Τ 之 方 法 藉 著 使 用 減 小 I I 氧 漢 度 之 方 式 連 同 例 子 2 所 述 的 方 法 〇 首 先 參 照 圚 4 ( A I I ) 9 在 玻 璃 基 體 3 0 1 上 形 成 由 氧 化 物 所 製 成 的 底 膜 I I 3 0 2 之 後 9 藉 由 減 壓 C V D 而 於 其 上 沈 稹 5 0 0 至 I I I 本紙悵尺度適用中國國家標準（CNS)A4ML格（210X2W公釐28 - A7 B7 經濟部中央標準扃員工消費合作.杜印製 五 、發明説明 ( 26 ) 1 I 1 5 0 0 埃 厚 的 非 晶 矽 膜 > 例 如 8 0 0 埃 厚 的 本 質 ( I 型 ! 1 式 ) 非 晶 矽 ( a 一 S 1 ) 膜 3 0 3 0 在 沈 稹 之 前 9 首 先 將 1 膜 沈 積 室 抽 成 眞 空 » 直 到 達 到 眞 空 度 爲 8 X 1 0 -3 P a 或 1 I 請 1 更 小 9 最 好 是 2 X 1 0 -3 P a 或 更 小 9 然 後 惰 性 氣 體 例 如 先 閱 1 I 氦 氣 被 導 入 於 此 室 中 0 在 此 情 形 中 $ 以 約 1 0 P a 的 壓 力 讀 背 1 | 來 導 入 氦氣 5 持 績 直 到 足 以 用 氦 氣 來取 代 室 中 之 殘 留 的 氣 之 注 意 1 1 1 氣 > 特 別 是 持 續 約 1 0 分 鐘 0 然 後 逐 漸 降 低 氦 氣 之 流 率 事 項 1 再 1 I > 以 將 氣 氛 轉 移 成 氣 體 的 S i 2 Η 6 〇 於 是 9 在 4 6 0 °c 之 填 窝 本 1 •裝 | 溫 度 以 2 5 埃 / 每 分 鐘 之 膜 沈 積 速 率 來 沈 積 此 膜 0 發 現 所 頁 •w» 1 1 沈 稹 之 a — S i 膜 含 有 濃 度 爲 5 X 1 0 1 8 C m -3 或 更 小 的 1 1 氧 9 且 藉 著 進 一 步 減 小 L P C V D 裝 置 之 漏 出 可 以 達 成 1 I 1 X 1 0 1 8 C m -3 或 更 小 的 低 氧 濃 度 0 1 訂 I 然 後 藉 著 使 用 例 如 矽 氧 化 物 膜 或 矽 氮 化 物 膜 9 而 形 成 1 1 1 — 罩 3 0 4 0 藉 由 使 用 罩 3 0 4 9 以 縫 隙 的 形 式 暴 露 a — 1 1 S 1 膜 3 0 3 9 以 選 擇 性 地 用 一 微 置 將 鎳 加 入 至 部 份 1 I 3 0 0 0 線 I 然 後 在 惰 性 氣 體 之 氣 氛 下 5 於 約 5 5 0 °c 的 溫 度 持 續 I 1 6 個 小 時 來使 所 得 到 的 構 造 退 火 ♦ 以 結 晶 非 晶 矽 膜 0 藉 1 1 •1 由 與 例 子 2 相 同 的 方 法 步 驟 9 可 以 得 到 —► 完 整 的 T F T 〇 1 1 在 上 述 的 個 例 子 中 > 在 非 晶 矽 膜 1 0 3 與 3 0 3 之 1 1 表 面 上 1 藉 著 選 擇 性 地 形 成 — 薄 膜 的 鎳 ( 然 而 ， 因 爲 其 是 1 1 非 常 地 薄 f 所 以 很 難 觀 察 到 ) 而 導 入 鎳 y 允 許 可 白 其 上 成 1 1 長 結 晶 0 另 — 方 面 於 沈 積 非 晶 矽 膜 1 0 3 與 3 0 3 之 前 1 | y 以 — 微 量 來 將 鎳 加 入 至 底 膜 1 0 2 與 3 0 2 的 表 面 0 亦 1 1 木紙張又度適用中國國家標準< CNS ) A4規格（210X 297公釐） 經濟部中央標準局負工消费合作社印敦 2咖49 A7 _ B7 五、發明説明（27 ) 即，允許結晶從非晶矽膜之上側或下側而成長。此外，亦 可以藉由離子摻雜而加入鎳，使得鎳離子可以被選擇性地 植入於非晶矽膜中。此一情形的優點在於鎳元素之濃度可 以精確地控制。除了沈積一薄膜的鎳之外，亦可以使用一 鎳電極，藉由電漿處理而加入一微量的鎳。此外，不只是 鎳，鈷、鈀、鉑亦可以提供類似的效果。 參照上述的三個例子，已詳細地敘述本發明。然而， 本發明並不限於此，可以根據本發明之技術理念而做成許 多不同的修改。本發明可應用於例如一接觸影像感測器、 具有嵌入驅動器之熱頭、光學寫入裝置及具有嵌入驅動器 與有機E L (電發光）元件的顯示裝置作爲發光元件、三 維I C等等。藉由利用本發明之構成，可以實現高性能的 元件，在速度、解析功能等等有所改善。本發明並不限於 前面所述的MO S電晶體，而是亦可以廣泛地應用於使用 結晶半導體之半導體方法，包括雙極電晶體及穩定感應電 晶體。在利用結晶成長於與基體平行的方向，使用結晶半 導體膜而製造半導體裝置的方法中，本發明之方法可以使 側向成長部份之距離變得更長，藉著依據減壓CVD而製 造啓始非晶矽膜，且藉著經由使膜沈積條件最佳化而進一 步減小膜之氧濃度。因此，使用側向成長的矽膜，可允許 半導體裝置之更簡單的製造，而且亦可以允許使用具有較 大面稹的玻璃基體。可由本發明所得到的側向成長矽膜， 能夠從進一步減小自然成核速率及雜質氧所造成的缺點澳 度而得到。於是，因爲幾乎是以一維而完全地排列結晶成 本紙張尺度適中國國家標隼（CNS ) Λ4規格（2丨Ο X 297公釐） 裝 I I訂__ I I線 - « (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) B7 五、發明説明（28 ) 長之方向，可以得到髙品質的側向成長結晶矽。藉著使用 側向成長的結晶矽膜，而進一步製造—薄膜電晶體，可以 實現半導體裝置，包含能夠I»定操作之高性能的薄膜電晶 體。 本發明亦能形成一種構造’適於高速操作之裝置’藉 著以—方式來製造薄膜電晶雅，使得結晶成長之方向與載 子之移動的方向平行。在需要低0F F電流的裝置中’以 一種構成來製造薄膜電晶體’使得結晶成長之方向是與載 子之移動的方向垂直。因此，亦可以製造許多的薄膜，各 視其使用的用途而有不同的特性。 雖然參照特定的實施例’已詳細地敍述本發明’對熟 於此技藝的人仕而言，可在不偏離本發明之範園與精神下 ，做成許多不同的改變及修改。 —l·--------社衣丨| * (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 本紙張尺度通用中國囤家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）· 31

Claims (1)

1. 經濟部中夫梯举局貝工消費合作社印装 Α8 Β8 C8 D8 __ 六、申請專利範圍 1 . 一種薄膜電晶體，具有由一種方法而形成的結晶 矽膜，此方法包'含以下步驟：藉由L P CVD而在一基體 上形成非晶矽膜；選擇性地將一金屬元素導入於一部份的 該矽膜中：加熱該矽膜，使得結晶從該部份的矽膜成長至 周圍區域，其方向平行於該基體之表面，該結晶矽膜是利 用該周圍區域· 2.如申請專利範圍第1項之薄膜電晶體，其中電晶 體的載子流動之方向，大致與該結晶之結晶成長的方向平 行。 3 .如申請專利範圍第1項之薄膜電晶體，其中電晶 體的載子流動之方向，大致與該結晶之結晶成長的方向垂 直。 4 .如申請專利範圍第1項之薄膜電晶體，其中該非 晶矽膜的結晶成核作用之速率爲2 X 1 或 更小。 5 ·如申請專利範園第2項之薄膜電晶體，其中該非 晶矽膜的結晶成核作用之速率爲2 X 1 (Mcm-as-1或 更小。 6 .如申請專利範園第3項之薄膜電晶體，其中該非 晶矽膜的結晶成核作用之速率爲2 X 1 08cm -3 s-1或 更小。 7如申請專利範圍第1項之薄膜電晶體，其中該非 晶矽膜中所含的氧之澳度爲5 X 1 018cm _3。 8 .如申請專利範圈第2項之薄膜電晶體，其中該非 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4规格（210X297公釐）_ „ _~" ---------^------tr------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央#準局員工消费合作社印裝 A8 B8 C8 D8 ~、申請專利範園 晶矽膜中所含的氧之澳度爲5 x 1 018cm_3。 9 .如申請·專利範圍第3項之薄膜零晶體，其中該非 晶矽膜中所含的氧之濃度爲5 X 1 018cm_3。 1 0 .如申請專利範圍第1項之薄膜電晶體，其中該 金屬元素至少爲一選自含有Ni ' Co、Pd、Pt之族 群。 1 1 .如申請專利範圍第2項之薄膜電晶體，其中該 金靥元素至少爲一選自含有Ni 、Co、Pd、P t之族 群。 1 2 .如申請專利範圍第3項之薄膜電晶體，其中該 金屬元素至少爲一選自含有Ni 、Co、Pd、Pt之族 群。 1 3 .—種製造薄膜電晶體的方法，包含以下步驟： 以L P C VD在基體上形成一非晶矽膜： 以一金屬元素來提供一選定部份的該非晶矽膜； 加熱提供有該金靥元素之該非晶矽膜以結晶該膜，其 中在與該選定的部份相鄰之該矽膜的一區域中，結晶成長 於與該基體的表面平行之方向： 藉由利用結晶平行於基體的表面而成長之矽膜的該區 域，而形成薄膜電晶體。 1 4 .如申請專利範圍第1 3項之方法，其中排列該 薄膜電晶體，使得該電晶體之載子的流動方向，大致平行 於該結晶之結晶成長方向。 1 5 .如申請專利範圍第1 3項之方法，其中排列該 ---------^------,ΤΓ------.^- *· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4规格（ 210X297公釐} _ 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印策 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 薄膜電晶體，使得該電晶體之載子的流動方向，大致垂直 於該結晶之結晶戒長方向》 1 6 ·如申請專利範圍第1 3項之方法，其中以 L P CVD在4 8 0°C或更低的溫度，來形成該非晶矽膜 1 7 .如申請專利範圍第1 4項之方法，其中以 L P CVD在4 8 0 °C或更低的溫度，來形成該非晶矽膜 〇 1 8 .如申請專利範園第1 5項之方法，其中以 L P C VD在4 8 0°C或更低的溫度，來形成該非晶矽膜 〇 1 9 .如申請專利範圍第1 3項之方法，其中以1 0 埃/每分鐘或更高的沈積速率來形成該非晶矽膜。 2 0 .如申請專利範圔第1 4項之方法，其中以1 0 埃/每分鐘或更高的沈稹速率來形成該非晶矽膜。 2 1 .如申請專利範圍第1 5項之方法，其中以1 0 埃/每分鐘或更髙的沈積速率來形成該非晶矽膜· 2 2 .如申請專利範圍第1 3項之方法，其中用於形 成該非晶矽膜之先質氣體，包含由公式S i nH2n + 2( n 22)所表示的矽烷。 2 3 .如申請專利範圍第1 4項之方法，其中用於形 成該非晶矽膜之先質氣體，包含由公式S i „Η2η + 2( η 22)所表示的矽烷》 2 4 .如申請專利範圍第1 5項之方法，其中用於形 本紙浪尺度遑用中國國家橾準（CNS> Α4現格（210Χ297公釐> _ 34 _ --------^_丨^------tr------A (請先閲讀背面之注^^項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消费合作社印裝 A8 B8 C8 _______ D8 _____ 六、申請專利範圍 成該非晶矽膜之先質氣體，包含由公式S i ηΗ2η + 2( η 2 2 )所表示的.砂烷β 2 5 .如申請專利範圔第1 3項之方法，進一步包含 一步驟：在形成該非晶矽於其中之前，將反應室抽成真空 ’直到壓力爲8 X l〇-3P a或更低。 2 6 .如申請專利範圍第1 4項之方法，進一步包含 一步驟：在形成該非晶矽於其中之前，將反應室抽成真空 ’直到壓力爲8xl 0~3Pa或更低。 2 7 ·如申請專利範圍第1 5項之方法，進一步包含 —步驟：在形成該非晶矽於其中之前，將反應室抽成真空 ’直到壓力爲8 X 1 0_3P a或更低。 2 8 ·如申請專利範圔第1 3項之方法，進一步包含 一步驟：將惰性氣體導入一室中，然後導入矽烷氣體，接 著在該室中形成該非晶矽膜。 2 9 .如申請專利範圍第1 4項之方法，進一步包含 一步驟：將惰性氣體導入一室中，然後導入矽烷氣體，接 著在該室中形成該非晶矽膜。 3 0 .如申請專利範圍第1 5項之方法，進一步包含 一步驟：將惰性氣體導入一室中，然後導入矽烷氣體，接 著在該室中形成該非晶矽膜。 3 1 如申請專利範圍第1 3項之方法，其中該金n 元素是選自含有N i 、Co、Pd、P t之族群。 3 2 .如申請專利範圍第1 4項之方法，其中該金屬 元素是選自含有Ni 、<：〇、？（1、？1之族群· 本紙張尺度逍用中國國家標準（cns)a4規格（2丨〇><297公釐> _ 35 _" ' 裝— 訂 I 線 (請先聞讀背面之注$項再填寫本頁) 經濟部中央橾準局®c工消费合作社印袈 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 3 3 .如申請專利範圍第1 5項之方法，其中該金饜 元素是選自含有N i、Co、Pd、Pt之族群。 I-------7—^------、1Τ------.^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -36 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉