TW317643B - - Google Patents

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Description

經濟部中央標準局員工消费合作社印製 3J7643 A7 ______B7_ 五、發明説明（i ) 發明背景 1.發明領域 本發明大體上係關於半導體裝置，且特別關於具有半 導體薄膜作爲其主動屠之半導髖裝置及其製造方法。發明 也關於具有由結晶矽膜製成的主動層。 2 .習知技藝 近年來，隨著半導體裝置的速度及成本等優點之增進 ，半導體薄膜電晶體（TFT)變得更加廣泛地用於電子 零件或元件，特別是厚度減少之顯示裝置及數位積體電路 (1C)套件之製造中。隨著這些電子成件需要更高的 包裝密度、更髙的速度、及較低的功率消耗，TF T的性 能及可靠度變得更加重要•某些習知的T F T當形成於具 有介電表面之基底上時會帶有矽薄膜，此種膜之厚度典型 上爲數+至數佰奈米（nm)置測厚度。 一典型的T F T結構包含界定於分開的源極區與汲極 區之間的主動區，用以選擇性地於其中形成通道區•主動 區，亦即*通道形成區及其相關的源極/汲極接面區於決 定 TFT的整體性能時係扮演重要角色·這可說是由於 經通道而從源極至汲極之電流路徑的電阻，一亦即次要載 子的遷移率-能嚴格地反映T F T的整體電特性。 傳統上，一般係使用非晶矽膜作爲構成T F T主動層 之半導體薄膜。這些非晶矽膜係由電漿化學氣相沈積（ CVD)及低壓熱CVD技術所製造的。 本紙張尺度適用中國困家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------「裝-- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 ^ -4 - 經濟部中央楝準局貝工消費合作社印製 A7 _B7_- 五、發明説明（2 ) 不幸地，使用此種非晶矽膜會遭遇到一問題，在需要 T F T呈現較高操作速度之情形下，非晶矽膜由於其先天 上降低之電荷載子遷移率而不能跟上此種趨勢。爲達此目 的，將需要具有增加結晶之矽薄膜（此後稱爲「結晶矽膜 j ) · 一實例係具有週邊電路之主動矩陣型或被動型之液晶 顯示（L CD )裝置，週邊電路需要驅動均併有T F T之 圖像元素或「像素」之驅動器電路、用於處理要被顯示的 影像或視頻訊號之控制器電路、用以儲存數種資訊之資料 儲存電路、及其它* 控制器及儲存電路於性能上等同於使用已知單晶矽晶 園之稹體電路（1C)，是特別需要的。因此，在使用形 成於基底上之薄膜半導體而集成這些電路的情形下，將嚴 格地需要在基底上製造結晶性與單晶材料相同的結晶矽膜 〇 舉例而言，於基底上形成此種結晶矽膜之一習知方法 ，已揭示於讓予本受讓人之公告之未審査日本專利申請（ ?111?六）號6-232059。在此習知技藝中，使 用選定的一金屬元素或複數個金靥元素以利於或加速矽晶 體生長，該矽晶髏生長係於5 5 0 °C溫度下接受熱處理四 小時。根據此點，所產生的結晶矽膜會提供強化的結晶度 *類似的方法也揭示於PUJ PA號6 — 244 1 0 3。 « 不幸地，即使將上述技術應用於T F T主動層之製造 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐> . -5 - (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部中央樣準局員工消费合作社印製 3ί7643 at _Β7___ 五、發明説明（3 ) ，用於處理器電路或記億體電路之最終T F T，在晶性上 仍然不足•由於半導體製造商於商業上需要無休止地改進 TFT主動層，所以，使用上述習知技藝以埠供TFT主 動餍，將因其結晶性改進之先天限制而無法跟上嚴格的要 求。 特別的是，爲取得具有同於單晶材料之優好結晶性的 結晶矽膜，則應要求無晶粒邊界實質地存在於其中。這是 因爲此晶體邊界之存在係不利地作爲擾亂相鄰晶粒之間的 電子移動或前進之能fi障壁。 配合圖1 Ο A至1 OF，將使用上述技術之晶體生長 機構的製程劃分成四步驟，而加以分析。 參考圖1 0A *矽氧化物膜1 1會形成於基底的表面 上作爲緩衡層•非晶矽膜1 3會形成於矽氧化物膜1 1之 上。氧化物1 1於其表面下具有形狀1 2，該形狀係導因 於先天上的表面粗糙及/或污染物的存在而形成的。此處 ，僅爲說明之用，將表面形狀1 2描述成區域凸出。非晶 矽膜13具有數滴含有加速或方便結晶之金屬元素之鍍著 溶液，然後以足以均勻地及徑向橫過膜1 3上表面之方式 離心地旋轉鍍著溶液之面形旋轉速度旋轉·如圖1 0 A所 示，因而沈稹鍍著層1 4以覆蓋非晶矽膜1 3的上表面。 鍍著層1 4可能含有保留於其中的的鎳（N i )。 圈1 0A的結構會被加熱至從5 0 0至70 0 °C之溫 度，以使非晶矽膜1 3結晶。因此，金靥元素傾向於如圖 1 0 B之箭頭所示，在非晶矽膜1 3內，內部地等向擴散 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. -訂 % 經濟部中央揉準局員工消費合作社印装 A7 _ ._B7_ 五、發明説明（4 ) 。，最後抵達膜11、13之間的介面•此爲用於分析之 指定四步驟的第一步驟· 如圖10 (C)所示，此內部擴散之結果，金屬元素 會行經膜1 1、1 3之間的介面，在表面形狀1 2的區域 凸出上分離•此爲第二步驟。此分離係因金素元素本質上 傾向需要穩定的能置核心（c i t e )而產生的，在此情 形下，表面凸出1 2會作爲此分離核心。 此時，作爲分離核心之表面凸出1 2會含有允許晶核 發生於其中之增加濃度的一或數個金屬元素。我們的研究 顯示，在金屬元索爲鎳之情形下，當其澳度等於或大於每 立方公分1 X 1 0 原子時，會產生晶核。蟲體生長會以 晶核作爲起始點或「種子」而發生。如圖1 0 D之數字 1 5所示，此種生長會以實質地垂直於矽膜表面之垂直結 晶方式開始•此爲第三步騄· 圖1 0D之垂直晶體生長區1 5係當上推含於其中的 高度凝結金屬元時，進行結晶；因此，這些元素會被強迫 以增加的濃度留在覆蓋非晶矽膜1 3的表面中。這將導致 垂直生長區15會比膜13餘留面保留較高的金羼元素濃 度· 然後，如圖1 OE所示，在平行於具有個別介面1 6 於非晶矽膜13與作爲結晶種子的個別垂直生長區15之 間的基底表面之特定方向上（如箭頭所示），開始生長晶 體。這將導致晶體1 7之橫向生長，此爲第四步驟。如圖 1 Ο E所示，每一横向生長1 7係爲具有晶體寬度實質等 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) 一~~ -7 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) _裝_ 訂 317S43 A7 _B7_ 五、發明説明（5 ) ' 於非晶矽膜13厚度之柱狀及/或針狀晶體之混合· 横向晶髖1 7會以平行基底表面之方向生長，以致於 在相鄰垂直晶體生長區1 5所分隔之一非晶矽區中，橫向 生長的相對晶體1 7會更加接近。如圖1 0 F所示，當這 些相對的橫向長成晶體17在其前部互相接觸時，晶體生 長會終止，而於其間提供對應的晶體長成邊界1 8 ·所產 生的具有此邊界18之橫向晶髖長成區19會呈現相當正 常或良好對齊之結晶· 習知技藝方法於結晶時所面對的一缺失係於膜表面上 存有或形成一些分離核心以增加晶核密度，此將接著非期 望地使個別晶粒擾亂鄰近晶體之生長。此將導致晶粒直徑 減少。換言之，在使用如同習知技藝之晶體生長設計而形 成結晶矽膜以作爲T F T主動層之情形下，所產生的膜必 然含有晶髖邊界於其中•道對於取得等同於單晶半導體材 料之改進結晶性而言係嚴重的障礙· 假使減少此晶核的發生頻率，則晶體邊界直徑會因而 增加。但是，即使是此情形，晶核的位置控制力會難以維 經濟部中央揉準局負工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 持或幾乎不可能維持* 一般而言，分離核心p真正區域會 視這些金屬元素的區定位於何處而定。根據習知技藝，諸 如圖1 2 (A)之區域表面突出1 2之分離核心會以任意 位置出現在膜表面上•此意指難以或不可能良好地控制分 離核心的確定位置。除此之外，本發明人表示任何根據上 述習知技藝方法所製造的結晶矽膜必須於其中含有結晶製 程期間使用的金屬元素，此會使使用此形成的半導體膜作 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（2丨0><297公釐） A7 _____B7 _ 五、發明説明（6 ) 爲其主動層或類似者之半導體裝置的穩定度及再現性惡化 發明概述 因此，本發明的目的係提供新且改良的方法，可避免 習知技藝所面對之問題。 發明的另一目的係提供可以避免習知技藝問題的改良 半導體裝置與其形成方法· 發明的又另一目的係提供能提供增強性能及可靠度而 無須利用單晶半導體晶圓之半導體裝置· 發明的又另一目的係於具有介電表面上形成具有等同 於單晶材料之結晶性單域區。 發明的進一步目的係提供半導體裝置，其具有覆蓋帶 有介電表面之基底的主動層並由晶性等同於單晶材料之單 域區所製成· 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印聚 (請先聞讀背面之注$項再填寫本頁) 爲取得上述目的，根據本發明的一觀點，半導體薄膜 會形成於表面具有絕緣膜之基底上，並包括包含眾多實質 地平行基底表面之柱狀及/或針狀晶體於其中的單域區。 在該薄膜之下的絕緣膜使特別界定之表面形狀以所要的輪 廊圖型被製造。 根據發明的另一觀點，表面具有絕緣膜的基底上之半 導體薄膜包括包含眾多柱狀或針狀晶體而實質地排除晶粒 存於其中之單域區。在半導體薄膜之下的絕緣膜使其表面 以所要的圖型之特定形狀製造之。構成單域區之半導體薄 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0><297公釐） —一"—
經濟部中央搮準局負工消費合作社印製 V Α7 Β7 五、發明説明（7 ) 膜於其中含有小心地決定爲小於或等於5原子百梦比濃度 之氫及鹵索·鹵素係選自氯、溴及氟所組成的族群· 根據發明的又另一觀點，半導體裝置唯一地利用單域 區形成其主動層•在此情形下，基本上在單域區內不存有 .. _ 晶粒邊界。 根據發明的進一步觀黏，提供一方法，於表面上具有 絕緣膜之基底上形成半導髖薄膜，該方法包括下述步驊： 藉由濺射技術而於基底絕緣膜上形成氧化物膜、將該氧化 物膜圄型化以便於其上提供表面形狀之所要圓型、藉由低 壓化學氣相沈稹於氧化矽膜上形成非晶矽膜、在氧化矽膜 與非晶矽膜之至少一者上保留用於便於及加速結晶之金靥 元素、執行第一熱處理以將非晶矽膜本質地改樊成結晶矽 膜、在含有鹵索之氣氛中執行第二熱處理，藉以在使結晶 矽膜因第二處理而改變成單域區時於結晶矽膜上形成含有 鹵素之熱氧化物膜、及除去熱氧化物膜•因而製成之單域 區會作爲半導體裝置之主動層· 此處應提及，「單域區」一詞係在慮及此區結晶性增 強至足以被實質地視爲單晶下，用以指稱使用發明之半導 體薄膜製造方法所形成的横向生長晶體區。單域區之主要 特性係其整個區域中未發現晶粒邊界*且因而抑制或消除 在其它情形會因轉變及中間層缺陷存在而發生之任何晶格 缺陷或錯位。另一特性係單域區會避免包含不利於半導體 裝置的基本特性之任何金靥特性· 也應提及，晶粒邊界之不存在也意指即使少數晶粒邊 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0犬297公釐） ~ 請 先 聞 背 之 注 意 事 項 % 寫 本 頁 裝 訂 -10 - A7 _B7_ 五、發明説明（8 ) 界存在時，這些邊界依然保持電氣無作用β關於此種電氣 無作用晶粒邊界，據稱有{111}晶粒邊界、（111 }中間層缺陷、{221}雙生晶髏晶粒邊界、及{ 2 2 1 }對絞雙生晶髖邊界（R. Simokava and Y.
Hayas hi.Jpn. J. Appl. Phys., 27(1987) at pp. 751 to 758) · 本發明人亦慮及含於單域區中的晶粒邊界以增加的機 率維持成電氣無作用晶粒邊界。換言之，即使於其中觀察 到一些邊界，亦爲不再反射或干擾其中的電荷載子移動之 電氣無作用區。在此情形下1這些邊界對內部電流流動而 言係電氣「透明」的。 根據本發明之此單域區的製造擁有獨特觀念，藉由增 加個別晶粒的直徑而精確地控制晶核之區域，藉以減少其 中之任何可能的晶粒數。 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明之主要方法係使非晶矽膜之下的絕緣或介電膜 之表面極度地平滑*爲達此目的，緩衝餍會設於非晶矽膜 之下。緩衝層係藉由濺射技術，使用人造石英作爲靶而形 成的氧化矽膜*所使用的人造石英靶之成份表顯示於圖 1 8中，以供參考•因此而形成的氧化矽膜會呈現增強的 密度及增加的平滑度，發生於習知技藝中的分離核心不會 出現於其上。 發明的另一重要觀念係使形成於其上的氧化矽膜圖型 _ ..— — - — — - * ——— - — * 也成所要的輪廓圖型之特定表面形狀，其在表面中包含$ |或·換言之，刻意形成之用於加速或便於結晶之某 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 - 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 A7 __B7_ 五、發明説明（9 ) 金屬元素的分離核心將能良好地控制可能發生於膜表面上 的晶核之真正區域•這將可在任何所需區域形成任何所需 尺寸的生長晶體，因而對半導體製造者提供巨大頁獻· 使用低壓化學氣相沈稹（CVD)技術以便在基底上 形成非晶矽膜也是本發明的重要特點•相較於使用電漿 CVD技術而形成的非晶矽膜，這些由低壓CVD方法所 形成者會提供下述有利特性：氫含量少、膜品質更加稠密 、及自然晶核的發生率較小•自然晶核發生率的減少將導 .... — —" 致晶核面的控制力準確度增加· 發明的進一步重要觀念係處理是在含有鹵素之特定 氣氛中執行，因此可製造單域區•這是根據本發明人爲尋 找適當手段以使因此形成而具有相當大尺寸晶粒之晶體改 變成單晶或等同物（更精確而言，改變成單域區）所作之 資驗及分析而取得的。 從如附圖所示之下述之發明較佳實施之特別說明中， 發明之這些及其它目的和優點會更加清楚· 圖式簡述 圓1 A至1 F及2 A至2 C係以剖面圖形說明根據發 明之一實施例形成具有單域區之半導體薄膜的一些主要步 驟。 圖3 A至3 C係用以說明根據發明的原則之半導體裝 置中的横向晶體生長區。 圄4 A至4 E係以剖面圖形說明根據發明的另一實施 (請先s讀背面之注意事項再填寫本頁)
-12 - A7 B7 ^17643 五、發明説明（10) 例之具有單域主動層的半導髏裝置形成之一些主要步驟。 圖5係顯示薄膜電晶髖（TFT)。 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖6係顯示氣化鎳的蒸氣壓力與溫度之關係。 圖7係顯示含於結晶矽膜中的氯濃度分佈。 圓8係說明習知半導體上絕緣器（SO I )結構所面 臨之問題。 圖9係顯示根據發明的又一實施例之單域區的平面結 構。 圖1 0A至1 OF係以剖面圖說明根據一：習知方法之 具有結晶的半導體薄膜形成之一些主要步驟。 圖1 1係透視圖，說明根據發明又一實施例具有形成 於單域區中的多重圚型化i F T主動層之液晶顯示（
L C D )基底· 圖1 2 A至1 14A-14B係以剖面圖說明 根據發明的又一實施1之半導體裝置形成的一些主要步驟 〇 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印裝 圖1 5A—1 5D係以剖面圖說明根據發明的又一實 施例之半導體裝置形成的一些主要步驟。 圖1 6A及1 7A分別顯示動態鼸機存取記億髗（ DRAM)及靜態RAM (SRAM)等二者之記憶體陣 列的一胞區，而圖1 6 B及1 7 B係顯示先前圖形之每一 胞的剖面。 圖1 8係一表，顯示人造石英耙的成份比例。 圖1 9 A至1 9 D係以剖面圖說明根據發明的又一實 表紙張尺度適用中國國家標準（€奶）八4規格（210><297公釐> -13 - A7 __B7____ 五、發明説明（n) 施例之半導髖裝置形成的一些主要步驟· 圖2 Ο A至2 0 F係顯示較佳地應用發明之半導體裝 置之數個範例電子裝置。 發明詳述 實施例1 將參考圇1 A至1 F，完全說明對發明而言非常重要 的「單域」區之製造方法。見圖1A，此係具有絕緣或介 電表面之基底1 0 1之圓示說明（未依比例繪製）。基底 1 0 1係由諸如石英、矽或類似物等具有強化抗熱性之材 料所製成。如同所示，藉由濺射技術，以人造石英.爲靶， 於基底101上形成氧化矽膜102。氧化矽膜102於 其上表面上呈現增加的平坦度及平滑度：舉例而言，膜 1 0 2之任何可能的表面形狀爲3奈米（n m)或更小之 髙度及1 0奈米或更大之宽度•即使使用原子力顯微鏡（ A FM)置測，此表面也難以或幾乎不可能以視覺辨識。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在形成相當平坦的氧化矽膜1 0 2之後，然後所造成 的結構會接受圖型化處理，藉以上表面上肩
意地形成具有長方形或方形輪廓之微小島圖型。如圄1 A —一.* —··.· — ·〜’ ' 所示，此島爲突出103·此表面島103或可爲膜 1 0 2的表面中之對應輪廓的凹壁。較佳地，島1 0 3會 被形成以致於其髙度爲覆蓋非晶矽4厚度的一半， 該島10 3係藉由化學氣相沈稹（CVD)、濺射或低壓 CVD技術而形成爲1 0至75 nm之預定厚度：較佳的 本紙&尺度遑用中國國家標準（〇奶>八4规格（210';<297公釐） 317643 A7 ___B7_ 五、發明説明（12) 是1 5至45nm。當使用低壓CVD技術時，可使用乙 矽烷（S i 2Ηβ)或丙矽烷（S i 3Ηβ)作爲膜形成氣體 •小心地將膜1 0 4之厚度設定在預定範園內以便能製造 半導體裝置，該半導體裝置使用稍後形成的結晶矽膜作爲 其主動層而降低其關閉電流。 必須注意，使用低壓CVD方法所形成的非晶矽膜 1 0 4會於稍後的結晶步驟期間釋、持較少的自然H曼丰 4。「自然晶核發生率」一詞係指晶核比率，藉由熱能置 之應用而不使非晶矽膜1 0 4受到用以加速或便於結晶之 諸如鎳（N i )的某金屬元素之影響或干擾，則晶核可能 發生。此自然晶核發生率之降低對於完成具有增加直徑的 放大晶粒而言是需要的•此爲個別晶體之間的相互干擾減 少之結果（亦即，導因於橫向地生長成彼此更加接近的相 鄰晶體之接觸或「碰撞」而結束晶體生長之辦率降低。） 也應提及，在非晶矽膜1 0 4形成期間，必須很小心 以維護矽氧化物膜1 0 2曝露表面上的清潔度。如同導論 - -----------------^....—------------------------------------一 經濟部中央標準局貝工消费合作社印聚 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 部份中關於習技藝之說明所示，假使污染出現於膜表面上 時，則這些污染將不利地作爲提供不需要的晶核生長之開 始點或「種子」之結晶加速器金素元素之分離核心。 在非晶矽膜1 0 4形成之後，在氧氣氛下以紫外光（ υν)照射所產生的結構，於膜1 〇 4上形成超薄氧化物 膜（未顯示）。此氧化物膜係用以改善導入所選的金屬元 素於其中之溶液的潤濕•然後*含有作爲結晶加速器的某 '一丨丨 _ 一 金靥元素於其中之數滴溶液會以預定濃度被g供於曝露膜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） Α7 Β7 3ί7643 五、發明説明（13) 表面上，形成液體膜（未顯示）·此處所使用的金屬元素 -___ 一 可爲鐵（Fe)、鈷（Co)、鎳（Ni)、釕（Ru) 、铑（Rh)、鈀（Pd)、餓（Os)、銥（Ir)、 鉑（Pt)、銅（Cu)、或金、或其組合•在此情形下 ，如同稍後之說明般，由於N i對於所要的單域區之製造 可觀地呈現較佳效果，所以建議使用鎳。此處須注意，在 慮及稍後之熱處理期間之餘留雜質的機率，使用硝酸鎳溶 —---— 液是較佳的而非醋酸鎳溶液，此乃因後者先天上含有碳於 其中，而碳會因碳化而不需要地繼績存在於後述之熱處理 所形成的熱氧化物膜內· 然後，以足以使鍍著溶液離心地旋轉成均勻地且徑向 地橫過非晶矽膜1 0 4之園形旋轉速度，旋轉圖1 A之結 構•鎳鍍著溶液10 5因而置成覆羞膜1 0 4的上表面， 且於兩者之間具有超薄氧化物膜（未顯示）。非常重要地 ，會於非晶矽膜1 0 4的上表面上界定表面突出10 6。 突出1 0 6基本上會與下層島1 0 3自我對齊且在輪廓上 與其實質相同，該下層島1 0 3係正好位於設在膜1 0 2 、104之間的表面突出106之下· 在旋轉塗敷製程期間，由於在圖1 A的結構之上表面 上有表面[ JlAJf.在，所以，Ni鑛著溶液會傾向於 藉奥表面張力而附著於突出1 0 6之側壁，於表面上延著 ..... ... —........-........ ................................ —................ 該側壁而提供區域性增加的濃度。在稍後結晶步驟期間， 此點利於加速所要的晶體生長，亦即，平行於基底表面之 橫向結晶。 &張从適用中國國家標準.（CNS ) ( 210X297公釐) 一 ' ---------q裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 -16 - A7 _B7 _ 五、發明説明（14) 雖然所示之實施例於非晶矽膜1 0 4上執行溶液之旋 轉鍍著，但也可在形成非晶矽膜1 0 4之前，於氧化矽緩 衝屠1 0 2之上執行相同的旋轉鍍著•又是另一種可能， 假使適當的話，也可針對膜1 〇 2、1 0 3等二者執行此 溶液鍍著。 然後，在不作動的氣氛下，於4 5 0 °C溫度，將_ —.— " —— 1 A之結構加熱一小時以去除氫•之後，在從5 0 0 °C至 〜w-^Τέ·" II. 一 一- I Ιί· II I- 1 I ι·ι< 丨" 700 °0,較佳的是從5^5 0 °C 之預定溫度範 豳下，將結構進一步加熱j至8小時以便。此後，將 此稱爲「第一熱處理j 。 非晶矽膜1 0 4之結晶如下所述•在第一步驟時，非 晶矽膜104中的鎳會被熱活化以如圖1 B之箭頭所示在 膜104內等向地向下擴散* 然後，在第二步驟時，鎳會嘗試在氧化矽緩衝層 1 0 2與非晶矽膜1 0 4之間的介面處移動而朝向島1 0 3分離。此可如圖1 C所示，以島1 0 3之刻意形成的突 出輪廓作爲分離核心。 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 接著，如圖1 D所示，會於分離核心島1 0 3之週圔 處產生晶核。當島1 0 3週邊處的鎳濃度變成等於或大於 ---—· 每立方公分1 X 1 0 2°時，此情形會發生。此晶核之產生 將允許晶體生長或結晶在實質垂直於矽膜表面之特別方向 上進行。此爲結晶之第三步驟。因而形成之垂直晶體生長 區1 0 7會於其中含有如上述之增加濃度的鎳。 關於結晶之第四步驟，横向晶體生長會於實質平行矽 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公羡) -17 - A7 317643 _B7 _ 五、發明説明（15) ‘(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 膜表面之方向與作爲晶體生長種子之垂直生長區1 0 7 — 起發生。如圖1 E所示，橫向晶髖生長區1 0 8會於區 1 0 7的相對側處逐漸地形成。道些橫向生長區1 0 8係 眾多基本上方向相同或相互對齊之柱狀及/或針狀晶體區 段之混合或組合，因而相較於垂直生長區1 0 7會呈現較 優的結晶。 在第四步驟期間，所形成的分離核心區域的控制將能 生長具有增加直徑之放大晶粒而不使個別晶粒受到殘餘的 、相鄰的晶粒之不必要影響及干擾。只要設if參數被適當 地選擇成分離核心能被精確地控制在匾域中*則此點接著 會允許在任何所需區域形成任何所需尺寸之所欲晶體。此 處須注意，晶粒之尺寸如何放大係視熱處理在適當界定的 溫度下執行多久而定。在考慮亦允許晶體生長之稍後單結 晶製程期間漆加地執行之高溫熱處理下*也可決定晶粒尺 寸· 圖1 E之橫向晶髖生長的結果，結晶矽膜1 0 9會形 成於氧化矽緩衝層1 0 2之上。此處必須注意，所說明之 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 製造技術在主要觀念上與目前可資利用之延跡磊晶（ .-111 1 丨 graphoepitaxy)技術不同處如下：延跡嘉晶係提供規律 性予下層基礎鍍膜之表面形狀，以便藉由使用其先天本質 而使結晶矽膜之分佈對齊，該先天本質係指在覆蓋非晶矽 膜的結晶期間，最穩定的表面會出現在所欲之表面區域處 ;相反地，實現本發明之製造方法之特徵爲藉由改變鍍膜 ——— '«— ^^ ___ 的表面形狀而使表里_||.差It化，以提供便於分n結晶 _ .. _. 一 ** . . . _ - . - 本紙張尺度適用中國國家標準（ CNS > A4規格（210X297公釐） -18 - A7 ^^7643 B7 五、發明説明（16) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 器金屬元素（此處爲鎳）之特定區。結果，所說明之實施 例與GRAPHO之主要差異在於表面形狀改變的主要 理由係要形成晶核。 圖3A係說明結晶矽膜1 〇 9之平面視圖，其中數字 3 0 1代表結晶第三步驟所形成的垂直晶體生長區（在圄 1D中爲107)。在說明實施例中，由於微小方形島圖 型之形成，所以此區3 0 1會呈現方形•數字3 0 2係代 表第四步驟所形成之橫向晶體生長區（在圖1 F中爲 109) ·橫向生長區3 0 2會與作爲種子或晶核之位於 中央的垂直生長區3 0 1—起生長：在本實施例中，由於 種子區3 0 1可被視爲尖梢點，所以，所造成的平面形狀 如園3 A所示，整體上與六邊形相似。此種形狀之一可能 理由如下所述。如同習於此技藝者所熟知一般，具有（ 經濟部t央梂準局貝工消費合作社印聚 1 1 1 )平面所圍繞的晶核之矽的晶體生長將造成以六邊 形生長之晶粒。另一方面，由本發明人所示，在使用鎳作 爲一結晶加速器金靥元索之情形下，在結晶期間，鎳金羼 矽化物會形成於逮側端且每一柱狀或針狀晶體的側部。已 知此種鎳金靥矽化物具有對應（111)平面之其穩定平 面*在慮及這些事實下，圍繞垂直生長種子區3 0 1之平 面主要由（1 1 1)平面所構成，該（1 1 1)平面係鎳 金属矽化物之穗定表面•結果’將可見在假設區3 0 1爲 點之下，當以區3 0 1作爲啓動點而進行晶體生長時’圖 3 A之橫向生長區3 0 2具有六邊形。 如圖3 A所示，六邊形橫向生長0 2會被分割成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -19 - 3l^643 A7 B7 五、發明説明（17) 六副區A至F，每一副區可被視爲單一晶粒。這是因爲會 在副區A至F中的相鄰者彼此接觸之某些區上發生諸如滑 動缺陷之錯位· 如同圖3 B放大顯示，横向生長副區A至F的一部份 係由眾多微小柱狀或針狀晶體之混合所構成。·巨觀而言， 此種晶體之高密度或「叢集」可允許每一副區整體上看起 來像單一晶粒·須注意，這些柱狀或針狀晶體之個別者係 單域區，該單域區係未包含或出現任何晶粒邊界並因而被 視爲單晶。也須注意，由於在生長個別晶髖時將諸如鎳之 雜質從內部排除，所以可於每一晶體表面上形成金靥矽化 物，接著會在圖3 B中的晶體邊界3 0 3處造成鎳分離。 因此，圓3 B之晶體狀態會保持僅爲多重單域區之集合： 雖然此狀態呈現較佳的晶性，但是圖3A之副區A至F中 的個別者要被單一單域區填滿，尙無法取得。 爲完全取得進步性貢獻，應需要漆加特別製程以改進 圖3 B之橫向生長區3 0 2的結晶。此後將此製程稱爲「 單結晶」，並將參考圖2A至2C說明之•特別的是，可 藉由此後稱爲「第二熱處理」之含有鹵素的氧化氣氛下之 熱處理，取得單結晶· 包含結晶矽膜1 0 9之圖1 F的結構會接受進一步（ 第二）熱處理，以致於曝露的結晶矽膜1 0 9會在從 7_0 0至1 100°C之髙溫下被加熱1至24小時。較佳 ....._____ ________ — 地，膜109會在800至1000 °C被加熱6至12小 時·非常重要地，此處所使甩的氣氛在圖2 A之步驟中會 本纸張尺度適用t國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） "~ (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 -20 - 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 A7 __B7_ 五、發明説明（18) 設計成含有鹵素於其中。在本實施例中，在含有3%濃度 比（體稹密度）HC1於其中之選定氧氣氛下，於950 --------- °(：執行第二熱處理6小時。此處須注意*由於氮化物氣體 可減緩任何氧化物膜的形成速率，所以，建議在氣氛中進 一步含有氮化物氣體以取得充份吸氣效果*也須注意，雖 然在本寅施例中以HC1氣體作爲導入材料而選擇C1作 爲鹵素，但是也可使用其它種類氣體•其實施例爲HF、 N F a ' Η B r ' 0：12、？2及/或81：2。鹵素氫氧化 物或有機物質（碳氫氧化物）係其它可能的資施例β 在圖2 Α步驟之第二熱製程期間，被加熱的結晶矽膜 1 0 9中的鎳會因氯作用而被吸收，並因被吸收於覆蓋熱 ........ __一·. —，·---------—•一 氧化物膜1 1 0內而被除去及/或被釋放至大因此， ...... · 幾乎所有被包含的N i會從膜1 0 9移除，而提供如圖 ___ _______—-----· — 2 B所示之由熱氧化物膜1 1 〇所覆盖的無鎳結晶矽膜 * I I I ! m 一 . . 一··.〜.·_ - 111· 在園2 B的吸氣步驟期間移除的鎳（N i )會於結晶 期間由於朝向晶髖邊界推出的結果而被分離（見圖3 B之 304)。因此可認爲鎳以鎳金屬矽化物出現在晶體邊界 。鎳金靥矽化物會分離爲氯化鎳，結果造成矽在晶粒邊界 處與鎳原子分離或切離之後，出現一些不成對的矽耦合臂 。幸運地，數個矽原子的不成對耦合臂會於9 5 0 °C之第 二熱處理期間被強迫與其它的矽原子不成對耦合臂互相復 合。假使尙有任何不成對的臂，則會由也含於結晶矽膜 1 1 1中的氫及鹵索的不成對臂所填充。因此，膜1 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）""""' -21 - ---------^1裝— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 订 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印製 3l^643 at B7 五、發明説明（19) 會含有5原子百分比（a t%)或更低之氫S鹵素。些將 確保邊界會因此復合的矽原子而以增強的配對特性，彼此 接合，而排除或去除其中之任何邊界。此外，由於第二熱 處理之結果，柱狀及針狀晶體內的變遷、位錯或任何其它 可能的中間靥缺陷幾乎完全消失*而強化其結晶性。 將參考圖3 B及3 C，更加完整地說明結晶性的改進 ，以便比較•藉由加熱蹰3 B所示之橫向晶體生長匾的晶 髖結構，則含於其中的鎳會經由氯的吸氣作用而從膜移離 。當完成此步驟時，矽與鎳原子之間的耦合或結合會切斷 ，形成不成對臂，然後這些不成對耦合臂會於熱處理期間 與鄰近矽原子之不成對臂復合，以提供如圖3 C所示的晶 體結構。 圖3 C的結構具有如虛線3 0 4所代表的數個接合介 面•圖3 B之晶體邊界3 0 3由於熱處理而被分離，結果 形成這些介面3 0 4，然後這些介面會復合。每圖3 A的 晶體區段A至F中的每一區段中，其中的柱狀或針狀晶體 會以較佳的配對或對齊而一起復合，提供幾乎完美地免於 包含任何晶體邊界之圓3 C的狀態。這將確保圖3 A之副 區a至f中的每一副區m霞i.界且不复蒉复鎳之雜芦 原子，且該每一區段會作爲去除任何可能晶體缺陷存於其 一 ,丨-一 中之單域區。我們使用二次離子質譜儀（s I MS )分析 之實驗顯示單域蓝之鎳濃度會被減少一至三級數。 回至圖2 C，在完成鎳吸氣製程之後，然後去除作爲 吸氣核心之圖2B的熱氧化物膜1 1 0。膜1 1 0之去除 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------">1裝— (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 、tr
-V -22 - 打7643 at B7 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（20) 係用以防止鎳原子再擴散至結晶矽膜111內•以此方式 ，可取得具有如同所示之鎳濃度降低的結晶矽膜1 1 1 · 藉由執行鹵氣氛下之熱處理，而使此區中的鎳被移除至或 降低至目標濃度，該目檫濃度係低至足以確保即使有任何 餘留的鎳原子也不再干擾包含τ F T之所欲半導體的製造 ——舉例而言，lxl 018原子/ cm3;更佳地，lx 1 01β原子/cm3·接著，這將導至結晶性改進至單域 區之晶體結構等同於單結晶材料· 發明的一特徴係如此形成之單域區僅作爲包含T F T 之半導體裝置的主動層·圖1 1係顯示半導體結構’其係 用於具有TFT之主動矩陣液晶顯示（LCD)，每一該 T F T均具有由本發明之單域區所構成的主動靥。如同所 示，結構包含基底2 1，該基底2 1具有絕緣或介電表面 ，該表面上有以列及檷方式配置的圖型化T F T主動靥 2 4陣列。在基底2 1的相對側邊緣處之二條狀加長表面 區2 2係垂直晶體生長區所處之某些區。虛線2 1係說明 由於橫向生長之相互衝突而於此形成的線性晶粒邊界之軌 跡•由於此邊界2 3在完成圖型化主動層2 4.之製造後會 成功地消失，所以此處使用虛線。 如圖1 1所示，主動層2 4之陣列係中心地形成於基 底2 1的上表面上，而避免包含垂直生長區出現區域2 2 及邊界2 3的軌跡。雖然說明係關於所示之L C D結構的 部份，但是上述對於數目爲1 〇0級數之設於基底2 1上 的T F T主動屠之其餘主動屠而言亦是靥實的。 本紙張尺度逋用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 -23 - A7 B7 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印製 五、 發明説明 ( 21) 1 1 I 實 施例 2 1 1 1 | 圖 4 A 至 4 E 係 顯 示 使用實 施例 1的 單 域 之 Τ F Τ 結 請 1 1 構 的 製 造 方 法 〇 雖 然 此 處 將配合 上 閘 T F Τ 結構 說 明 本 實 先 聞 1 I 讀 1 I 施例 但是發 明 不 侷 限於 此•對 習 於 此技 藝 者 而 言 f 將 可 背 面 之 1 輕 易 地 認 知 圖 4 A 至 4 F 的方法 也 可應用 於 具 有高 抗 熱性 注 意 事 1 1 閘 電 極 之底 閘 T F T 〇 * 項 P 1 如 圖 4 A 所 示 .t 矽 氧 化物膜 4 0 2及 厂 僞 單 結 晶 J 單 寫 本 頁 裝 I 域矽膜 4 0 3 依 此 次序 叠 層於石英 基 底4 0 1 之 表 面 上 0 1 1 I 須 注 意 9 可 使 用 圈 1 A 一 1 F及 2 A -2 C 所 示 之 方 法 > 1 1 I 製 造 膜 4 0 2 4 0 3 0 矽膜3 0 3 於其 中 具 有 如 上 所述 1 1 圖 訂 之 單 域 區 0 藉 由 圖 4 A 所 示之圖 型 化 技術 將 膜 4 0 3 型 1 化 P 此 圖 型 化 膜 4 0 3 將於稍後作 爲 T F Τ 結構之 主 動 層 1 1 1 在 圖 4 A 之結構 中 藉由電 漿 C D V 技 術 » 沈 積 另 4 1 1 矽 氧 化 物 膜 4 0 4 至 預 定 厚度， 舉 例 而言 1 5 0 η m 9 1 I 此 膜 4 0 4 稍 後 將 作 爲 丁 F T之 閘 絕 緣膜 0 膜 4 0 4 或 可 1 ! I 由 矽 氧 化物 / 氮 化 物 或氮 化矽所 製 成 。然 後 藉 由 濺 射 1 於 膜 4 0 4 上 沈 積 5 0 0 n m厚 的 銘 膜4 0 5 0 膜 4 0 5 1 1 會 覆 蓋 膜 4 0 4 並 將 作 爲 TFT 之 閘 電極 〇 膜 4 0 5 含 有 1 1 0 • 2 重 量 百 分比 ( W t % )之 钪 雜 質·β 膜 4 0 5 也 可 由 1 1 諸 如 鉅 、 鉬 等 其 它 導 電 材 料所製 成 〇 1 I 然 後 1 圖 4 A 之 結 構會接受典 型 上爲 1 0 η m 厚 的 陽 1 I 極 膜 ( 未 顯 示 ) 形 成 9 以 覆蓋鋁 膜 4 0 5 〇 此 形 成 製 程 會 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公瘦） -24 - 奶643 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 A7 _ B7_五、發明説明（22) 使用以氨水中和之乙基乙二酵作爲電解液。將結構置於電 解液中，膜1 0 4作爲陽極而鉑層（未顯示）爲陰極，執 行陽極氧化。在此步驟中如此形成之陽極氧化物膜會夠密 集而能改進與稍後形成於其上的光阻掩罩之接觸或黏著特 性。 如圓4 B所示*鋁膜4 0 5會被圓型化，以在氧化矽 膜404上形成島406·鋁島406將作爲TFT閘電 極之基層。雖然圓4 B中省略說明，但是，用於圖4A之 圈型化膜4 0 5的掩罩層尙未被除去並因而在此階段繼縝 存在· 圖4 B之結構會以島4 0 6作爲陽極，再度接受陽極 氧化製程•此處之電解液係爲3%草酸之含水溶液。在此 步驟，由於上述光阻掩罩（未顯示）之存在，所以陽極氧 化僅會在島4 0 6之側壁處進行。如圈4 C所示，這將導 致陽極氧化物膜4 0 7僅在島4 0 6的相對側壁處形成。 這些側壁膜4 0 7本質上係多孔的且能均勻地生長成涵蓋 數微米的增加距離·多孔側壁膜有7 0 0 nm的量測厚度 •在形成膜4 0 7之後，除去光阻掩罩。再度執行陽極氧 化製程，以形成覆盖島4 0 9之薄、稠密的陽極氧化物膜 4 0 8。此製程在條件上類似於上述陽極氧化。須注意， 在此步驟中，在慮及所使用的電解液會嘗試進入或浸入多 孔陽極氧化物膜4 0 7之事實下，形成陽極氧化物膜 408。將膜408之厚度增加至1 50nm或更大將可 在選定的雜質離子注入其中之稍後步驟中，形成所需的補 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4规格（2l〇X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 叫 裝· 訂 -25 - 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印製 A7 _B7_ 五、發明説明（23) 償閘區。此濃密膜4 0 8將能在稍後步驟中抑制或消除 TF T閘極（如同稍後由數字4 0 9標示）表面上小丘之 發生· 在薄的澳密陽極氧化物膜4 0 8形成之後，藉由離子 佈植而將所選定的導電性型雜質（此處爲用於製造N通道 TFT(NTFT)之P型導電性）摻入或注入下層已圖 型化之矽膜4 0 3，藉以形成如圓4 C所示之分開的重度 摻雜區410、411，其將作爲TFT結構之源極及汲 極· 使用草酸、磷酸及硝酸混合之選定蝕刻劑，選擇性地 蝕刻多孔陽極氧化物膜4 0 7 ·之後，P型雜質會再度被 注入結果之結構•此離子注入之髦荷劑置典型上爲小於在 膜4 0 3中形成源極及汲極區4 1 0、4 1 1‘之劑量。因 而在膜40 3中界定分開的輕度摻雜區4 12、4 1 3， 如同圖4D所示，它們會與重度摻雜源極及汲極區4 1 0 、4 1 1的內部邊緣相接觸，並允許區4 1 2、4 1 3之 間的中間區4 1 4與覆蓋閘極島4 0 9自我對齊。中間區 414係作爲TFT結構之通道菡。 在雜質注入之後，藉由雷射光、紅外線或紫外光（ UV)之照射，對圖4D之結構執行退火處理。以此方式 ，可取得稱爲「輕度摻雜（LDD)」結構之基本的基礎 TFT結構，其具有源極區410、輕度摻雜區（LDD 區）412、413、通道區414、及汲極區41 1。 在此階段，建議在3 0 0至3 5 0 °C之溫度下執行電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（2.10 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
-26 - 經濟部中央標準局貝工消费合作社印掣 3!7643 A7 __B7__ 五、發明説明（24) 漿氫化處理一小時•此製程係以諸如5 a t% ( 1 X 1021原子/cm3或更少），較佳地爲lxl〇i5至1 X 1 021原子/cm 3或更少之預定濃度，將氫摻入主動 層403。摻雜的氫可以中和及除去主動膜403中的矽 原子之未成對耦合臂或主動餍與閘絕緣膜之間的介面位準 〇 接著，如BB4E所示，沈積介電膜4 1 5作爲圖4D 的結構上之中間層絕緣層•膜4 1 5係由氧化矽、氮化矽 、矽氧化物/氮化物、樹脂或其任何多層組合。由於將先 前步驟中摻雜的氫消除或排離至裝置結構的外部之能力， 所以使用氮化矽是較佳的•然後，將中間層絕緣膜4 15 圚型化，以界定作爲所需電連接之用的接點之開口》接著 ，沈稹金靥厝416、417以便以金靥填充這些接點孔 ，以提供T F T之源極及汲極電極。在TFT作爲主動矩 陣L C D中的圖素電晶髖之情形時，則無須用於施加m位 至閘電極4 0 9之任何引出或墊電極；或者，在TF T用 於週邊驅動器電路的情形下，則與閘4 0 9電氣地相關之 引出或墊電極須要同時形成•之後，藉由執行氫氣氛下的 3 5 0 °C熱處理，而使所造成的結構接受氫化。因而完成 如圖4E所示之TFT結構》 因此而製造的T F T歸構可提供足以取得所需的高速 切換操作之優良場效載子遷移率。這是導因於其主動層完 全包括單域區。由於使鎳化合物無法分離進入其中而在通 道區與汲極接點處不存有實質的晶粒邊界，所以，也可強 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂 -27 - s17643 A7 ___B7_ 五、發明説明（25) 化可靠度· 實施例3 將說明如同先前於實施例1中所述之用於形成單域區 之含有鹵素氣氛下的熱氧化製程之顯著優黏。 參見圚6，此圓形係顯示氯化鎳（N i C 12)的蒸 氣壓相對於溫度之關係•如同所示，由於Ni C1 2係昇 華材料，所以，在圖2C之單域結晶矽膜111中的鎳一 旦被氣吸收時即呈現昇華本質•所造成的氯化鎳化合物將 藉由外擴至空氣或由其覆蓋熱氧化物膜吸收，而從結晶矽 膜釋放。此點將有利於成功地將鎳從矽膜移除。 將參考圖5，說明圖4E之TFT結構的電特性，圖 5係顯示TFT的閘電壓（Vg)相對於汲極電流（I d )之關係。在此圖中，顯示二Vg_Id特性曲線：一曲 線5 0 1係根據發明之圖4 E的TFT之曲線，另一爲無 熱處理及氮化物退火步驊下製造的標準T F T之曲線 5 0 2 · 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 比較二電晶體特性5 0 1、5 0 2，可發現流入本發 明之T F T的開啓電流會比標準T F T高出二至四個級數 •開啓電流係指如圖5所示在施加0至5伏特的閘極電壓 下T F T導通時，嘗試流通之汲極電流。 也可從圖5之圖形發現，圖4E之TFT在副臨界特 性上比標準TFT大。此處所使用之「副臨界」特性係代 表T F T切換操作之銳度的量測：如同習於此技藝者能輕 本紙伕尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 五、發明説明（26) 易瞭解的，當TFT從關閉切換至開啓狀態時的Id-V g之上升角度愈尖銳則副臨界特性愈佳。 須進一步注意，當檫準T F T的副臨界特性保持在約 3 5 OmV/十時，本發明之副臨界特性可低至約1 〇 〇 mV/十·這說明發明之T F T也可強化切換特性。關於 作爲評估T F T操作速度之參數的場效載子遷移率，標準 TFT爲8 0至10 0cm2/Vs，而本發明可大至 180至200cm 2/ Vs •這意指後者因而能以髙速 操作。從上述可知，由資驗顯示，本發明之TFT結構能 大幅地改進電特性。 實施例4 如同配合圖4E之TFT結構所述之下述說明，我們 的實驗顯示使用氣作爲金屬元素的吸收作用之顯著優點。 經濟部t央標準局負工消费合作社印装 ---------裝— (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 參見圖7，其係以圓形表示實驗結果，檫示使用 S I MS分析所置測之結晶矽膜延著延其輪廊的濃度分布 •此處須注意，關於接近膜表面位置之某區的量測資料， 由於來自可能的表面不規則及其中所吸收的殘餘物之影響 危害的存在，所以有點不具意義*如同圚7之圖形所示， 在或靠近結晶矽膜與其覆蓋熱氧化物膜之間的介面處，有 很多氯存在。此點可能是由於在熱處理開始時被收吸於結 晶矽膜表面中的氯會與被吸收的鎳一起外擴散至熱氧化物 膜。也可以認爲，在熱氧化物膜形成之前位於結晶矽膜表 面之被稱爲「懸垂鍵」之一些未成對耦合臂會被那些氯所 本紙張尺度適用中國國家棣準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 317643 at B7 五、發明説明（27 ) 終結* 資施例5 在單晶位於矽基底上且氧化矽膜位於其間之T F T-S 0 I結構的一特徵係能成功地抑制或消除任何在所造成 的單域結晶主動層中可影響或干擾諸如叢集密度、介面位 準、固定電荷、穿透轉移等晶髏特性之不良參數要素•更 特別的是，當由於半導體技術近來發展之結果而使S 0 I 結構之功率消耗加強地減少時，其仍然遭遇問題。參見圖 8。此圖係總結一典型S Ο I結構中影響結晶性之數個可 能因素：起因於晶體結構之矽膜中的介面位準及固定電荷 ;及金屬污染和硼澳度--這些係導因於外部影響。藉由 本發明之製造方法，可以使這些因素的不良影響降至最小 或消除，本發明之製造方法特別包含在含鹵素之氣氛中加 _ -______ 熱結晶矽膜，藉以同時一次執行矽膜的單結^及金靥元素 --- - — I _ --------- 〜 之吸收。吸收製程之執行會移除其中任何可能的金屬污染 。這主要是由於鹵素之作用，其可能二級地用以增加脫離 經濟部中央標準局貝工消費合作社印袋 鎳原子之矽元素的未成對耦合臂。藉熱退火製程之單結晶 可使諸如叢集密度的不規則性、介面位準、固定電荷、穿 透轉移及其它等任何較劣的因素被抑制或消除，而提供優 點。關於圖8所示之沈稹或沈澱係金屬矽化物基材料，這 些材料可藉由齒素之吸收作用而移除。假使這些材料係氧 化物材料時，則這些材料將因熱處理期間由於擴散之氧再 分離而消失· . 本紙张尺度通用中國國家標準（CNS >八4祕（210X297公簸) ' -30 - A7 __B7 _ 五、發明説明（28) 實施例6 圖9 A係顯示圖1 A的氧化矽緩衝層1 〇 2上的表面 突出1 0 3形成之一可能修改，其中突出1 〇 3係由加長 的長方形溝槽所取代，但是此也可爲對應平面形狀之加長 突出。以類似於圓1 A至1 F所示之資施例的方式，取得 生長的結果晶粒。 如圖9所示，橫向晶體生長面9 0 2係與作爲晶核或 種子之垂直生長區9 0 2 —起形成•區9 0 2與圖3 A之 區3 0 2之差異在於種子爲線性形狀而非尖梢點形狀。由 於此差異，所以横向生長區9 0 2如圖9所示呈現加長的 六方形平面形狀。如同所示，真正地生長於石英基底上的 此區9 0 2會次分割成A至Η等八個區段，以致於延著種 子9 0 1的長度Υ之區段A— C、F — Η的相對組在面稹 上係可忽略地小於延著宽度X的種子9 0 1的相對側上之 其餘二區段D及Ε ·這是由於垂直生長的種子9 0 1之長 度Υ在長度上足夠大於其寬度X· 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印袋 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 此配置的一優點係當圓9的這些區段D、Ε被單結晶 時，相對應的結果單域區之面稹會增加•使用這些加大的 單域區以形成T F Τ主動層，將可使多重主動層被界定在 具有相同及均勻結晶度的一單域區內。 實施例7 圖1 2Α至1 4D係顯示互補式金靥氧化物半導體（ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4说格（210Χ297公嫠) -31 - A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 五、 發明説明 〔 29) 1 | C Μ 0 S >電晶體之製造方法 ，其係利用實施例2的 1 I T F T 形成 製 程 1 但 是本 發 明 並 非 唯 一 地 侷 限 於 此 0 1 1 1 如 圖1 2 A 所 示 I 製備 石 英 基 底 3 1 使 用 先 前 參 考 請 1 1 1 圖 1 A -2 C 所述 之 製程 t 於 其 上 沈 稹 氧 化矽 膜 3 2 0 膜 先 閲 讀 1 1 3 2 具 有一 表 面 » 使 用 同 於 先 前所述 之 技術在 該 表 面 上 形 背 Λ 之 1 1 沈 稹 單 域結 晶 矽 膜 0 然 後 f 將 此 矽 膜 圖 型 化 以 界 定 分 m 的 注 意 事 1 1 單 域 主 動厝 3 3 3 4 0 3 3 係 用 於 N 通 道 T F T ( 項 再 填 1 N Τ F T ) 之 主 動層 f 3 4 係 用 於 Ρ 通 道 T F T ( 寫 本 頁 装 I P Τ F T ) 之 主 動 m 0 爲 簡 化 說 明 » 僅說 明 二 電 晶 體 實 1 1 I 際 上 1 當發 明 應 用 於 實 務 上 時 可 藉 由 微 電 子 製 造 技術 而 1 1 I 於 單 一 晶片 基 底 上 形 成 數 佰 萬 個 P 及 N 通道 T· F T 1 1 在 訂 形成 單 域 主 動 層 3 3 3 4 之後 9 接 著 藉 由 電 漿 1 C V D 技術 沈 稹 覆 蓋 閘 絕緣 膜 3 5 至 諸 如 5 0 至 3 0 0 1 1 η m 較佳 地 爲 1 0 0 至 1 5 0 η m 之 預 定厚度 〇 膜 3 5 1 1 可 由 氧 化矽 矽 氧 化物 / 氮 化 物 、 氮 化矽 或 其 它 可 資 利 用 1 之 介 電 材料所 製 成 〇 因 而 取得 圖 1 2 A 之 結 構 0 1 I 然 後， 如 圖 1 2 6 所 示 藉 由 濺 射或 電 子 束 沈 積 技 術 1 1 1 將 導 電體 3 6 沈 稹 於 圖 1 2 A 之 結 構 上 0 膜 3 6 可 由 鋁 1 1 製 成 且 稍後 作 爲 T F T 之 閘 極 0 膜 3 6 於 其 中 含有 0 • 2 1 1 重 量 百 分比 ( W t % ) 的 钪 > 以 消 除 小 丘 或 鬚 狀 之 發 生 〇 1 1 這 些 稱 爲刺 狀 或 針 狀 突 出 9 係 由 鋁 的 不 正 常 晶 體 生 長 所 產 1 | 生 的 9 此突 狀 之 存 在 將 不 利 地 引 起 相 鄰 導 線 之 間 或 疊 層 晶 1 I 片 導 線 之間 的 短 路及 串 擾 0 膜 3 6 也 可 由 包 含 钽 之 陽 極 氧 1 1 | 化 金 靥 材料所 製 成 〇 1 1 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -32 - 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 3^643 A7 Β7 五、發明説明（30) 在圖1 2 B之步驟中，藉由膜3 6爲陽極之電解液中 的陽極氧化製程，將薄的濃密膜3 7形成於鋁膜3 6之上 •此處之電解液係氨中和含有3 %二羥基丁二酸之乙基乙 二醇溶液。使用此陽極氧化將可形成具有強化密度之均勻 氧化物膜且厚度可受控於外加於其上之電壓調整。此處測 得膜3 7之厚度爲1 0 nm，且膜3 7可改進或強化稍後 形成於其上的光阻掩罩之黏著特性。 接著，如圓12C所示，具有掩軍區段38、39之 已圖型化的光感光阻層會形成於圖1 2 B的結構上。藉由 光阻掩罩3 8、3 9，下靥鋁膜3 6及陽極氧化氧化物膜 3 7會遭受圖型化製程以取得具有對應的圖型化膜區段 40、41之圔12C的結構。然後，此結構會接受以膜 4 0、4 1作爲陽極電極之陽極氧化製程*在此製程期間 ，僅會於每一膜4 0、4 1之側壁處選擇性地進行陽極氧 化•這是由於濃密膜3 7及掩罩區段3 8、3 9的叠層存 在於膜40、41之上表面上。結果*多孔氣化物膜42 、43會於膜40、41的側壁上生長至數微米厚。舉例 而言，此陽極氧化的進行距離- -亦即，側壁氧化物膜 42、43的厚度——爲700nm。陽極氧化距離將決 定稍後要被形成的輕度摻雜區之長度。我們的寶驗顯示膜 42、43的厚度較佳地落在600至800nm的範圍 內•如同所示，在此階段，圔1 2 D的結構係具有閘電極 1、2。 在光阻掩罩3 8、3 9被移除之後，圖1 2D的結構 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） ν (請先聞讀背面之注$項再填寫本頁) 裝- 訂 -33 - A7 B7 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印31 五、 發明説明（31: 1 I 會再度 遭受使用 類 似電解液 之 陽 極氧化 。在此 製程期 間 9 1 I 溶 液會嘗試進入 及 填充多孔 側 壁 氧化 物 膜4 2 、4 3 之 內 1 1 I 部 。如 圖1 2 E 所 示，濃密 側 壁 氧化物 4 4 4 5 因 而 形 請 1 1 1 成 。這 些氧化物 4 4、4 5 典 型 上爲 5 0至 4 0 0 η m 厚 先 閱 讀 1 1 • 藉由 外部施加 電 壓之調整 1 可控制 此 厚度 • 先前形 成 的 背 Λ 之 1 濃 密等 化物3 7 之任何殘餘部 份 會與 氧 化物 4 4、 4 5 變 注 意 拿 1 | 成 —體 項 1 在 圖1 2 E 的 步篇[中， 所 造 成的 結 構會 於 其整 個 表 面 寫 本 頁 裝 I 上 被摻雜諸如磷之 N型雜質 • 電 荷劑 量 可高 至 2 X 1 0 1 4 1 1 I 至 5 X 1 0 15 c m _2 ;較佳 地 是 ，劑 量 在1 至 2 X 1 0 15 1 1 1 C m -2 •可使用 習 知的電漿或離子佈植技術 0 結果 » 如 圓 1 1 會 訂 1 2 E 所示，重 度摻雜區4 6 — 4 9 被界 定 於單 域 主 動 1 層 3 3 、3 4中 0 -對4 6 4 7會 與 其具 有 側壁 氧 化物 1 1 4 2之 對應閘極 1 自我對齊 另 一對 4 8 - 4 9會 與 具 有 1 1 側 壁氧 化物4 3 之 閘極2自 我 對 齊。 4 4 之 後，使用 選 定的鋁混 合 酸 之蝕 刻 劑， 除 去側 壁 氧 化 1 I 物膜4 2、4 3 0 此時，正 好位於氧 化物4 2 、4, 3 之 下 1 1 I 的 主動 區，由於 禁 止任何離 子 摻 入其 內 ，所 以 基本 上 維 持 1 1 純本質 之特貧。 1 1 在 除去氧化 物 4 2、4 3 之 後， 選 擇性 地 形成 光 阻 掩 1 1 罩 層5 0，以覆 蓋 在右手邊表 面 區域 9 如圖 1 3 A 所 示 » 1 | 會 於此 形成P T F T ·圖1 3 A 之結 構 的左 手邊表 面 區 域 1 I 會 如同 所示保持 曝 露。 1 1 | 然 後，如圖 1 3 B所示 • 以 相較 於 圖1 2 E之 步 驟 而 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨OX297公釐） -34 - 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印製 A7 _ B7_ 五、發明説明（32) 言爲相當低劑量之P型雜質摻雜於結構，舉例而言，劑量 爲 lxlO13 至 5xl014cm_2;較佳地，3X1013 至1 X 1 〇14cm-2。此雜質摻雜的結果爲，分開的輕度 摻雜區5 2、5 4會被界定於單域主動層3 3之選定部份 ，該部份係位於現在已除去的側壁氧化物4 2之下。如同 所示，這些區域52、54會與閘極1自我對齊。重度摻 雜區5 1、5 5會以區5 1與區5 2接觭而區5 5與區 5 4接觸之方式，也被界定於主動層3 3的外部區域。這 些外部重度摻雜區5 1、55會分別作爲NTFT的源極 及汲極。內部輕度摻雜區5 2、5 4會橫向地位於與閘極 1自我對齊的本質通道形成區5 3之相對端。位於通道區 5 3與汲極區5 5之間的一區5 4會作爲稱爲「輕度摻雜 汲極（L D D )」區· 在圖1 3 B中應注意，由於雜質摻雜期間覆蓋閘極1 的表面之薄氧化物4 4的存在會使離子無法注入其中之事 實，所以，非摻雜區（未顯示）會存在於通道5 3與輕度 摻雜區52、54之間。此非摻雜區於寬度上等於氧化物 4 4之厚度，且在本發明有關之領域中一般稱爲「補償閘 」區。偏移閘區基本上是本質的不會有雜質摻雜於其中； 但是，在無閘電壓下，它們對於通道之形成並無貢獻且因 而作爲電阻元件，其可減弱內部電場強度以抑制或消除材 料品質劣化而增加T F T的淨生命。 此處須注意*在補償寬度減少的情形下，最終的補償 區將不再呈現此功能。尙未完全建立其上之任何定量分析 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） " (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 -35 - 3l7643 A7 __B7_ 五、發明説明（33) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注^^項再填寫本頁) 如圖1 3C所示，在NTFT形成之後，光阻5 0會 被除去，然後沈稹另一圖型化光阻層5 6，以覆蓋顯示之 右側處的NTF Τ。以此光阻5 6作爲掩罩’將諸如硼（ Β)之Ρ型雜質摻入圖13C的結構中。電荷劑量爲2χ 1 〇14至 1 X 1 Oiecm_2;較佳地，1 至 2 X 1 Ο15 c m-2,但是假使適當的話，也可與圖1 2 Ε的步驟1 2 E之劑量相同。摻雜區5 7、6 1因而被界定於單域主動 靥3 4之相對側。當這些區含有N型及P型雜質等二者時 ，這些區基本上會作爲與要被耦合至晶片導線之相關墊電 極以電氣方式連接之接點墊。換言之，不似左側N T F T 結構一般，PTFT功能上會區別區57、6 1與其源極 及汲極區。關於此點，可從PTFT的源極及汲極係由分 別與其對應閘極2自我對齊之其它摻雜區5 8、6 0所構 成。這些區58、60係藉由僅將B離子注入基本上爲本 質特性之區域中而被界定的。因此，並無任何其它離子存 在於此，而可便於雜質濃度之控制，其接著可取得晶格配 對特性良好之P I接面，而減少在其它情形下因離子注入 而發生之晶體不規則。注意，假使在某些情形下有所需要 時，可藉由使用覆蓋閘2的表面之氧化物膜4 5而依然可 形成補償閘區：但是，在慮犮我們的實驗顯示P T F T相 較於N T F T而言會難以惡化之事實，所以所說明之結構 並未具有此補償區。 _以此方式，如圖1 3 C所示，源極及汲極區5 8、 ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -36 - A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 B7 五、發明説明（34) 6 0會形成於PTFT的單域主動層3 4中。位於源極與 汲極5 8、6 0之間的中間非摻雜區會界定逋道形成區· 在主動層3 4的相對側部份之摻雜區5 7、6 1會作爲用 以提供電流予源極5 8或從汲極6 0分送電流之接點墊· 在除去光阻56之後，如圇1 3D所示，然後所造成 的結構會曝照於雷射光之下，以活化摻雜離子及使摻雜區 退火。執行電射照射而減少N T F T的源極及汲極區對 5 1、55與PTFT的另一對源極及汲極區58、60 之間的結晶度差異•它們之間缺乏清楚的結晶度差異，係 起因於源極與汲極區5 8、6 0在圔1 3 C的步驟之離子 注入期間，未遭受顯著的損害。因此，雷射退火會修復二 T F T之摻雜源極及汲極區以確保P及N通道T F T於電 晶體特性上彼此類似或相同。 接著，如圖1 4A所示，藉由電漿或熱CVD技術， 於圖1 3D的結構之整個表面上沈稹4 0 0 nm厚的中間 層介電膜6 2。膜6 2可由氧化矽、矽氧化物/氮化物、 氮化矽、或其任何組合之多靥方式所製成· 最後，如圖1 4 B所示，會於中間層膜6 2中界定數 個所需的開口以作爲接點孔。然後，選擇性地形成圖型化 的導電膜6 3 - 6 6以填充接點孔而作爲P及N通道 T F T的源極及汲極。也會形成晶片導線圖型，以允許 NTFT的汲極6 4被電氣地耦合至PTFT的汲極6 6 而允許其絕緣閘極1、2相連接。因而取得 CMO S T F T結構，其可應用於先進的高速/高精度顯 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注項再填寫本頁) -裝· -,ΤΓ -37 - 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 A7 ___B7_ 五、發明説明（35) 示面板，包含主動矩陣LCD、主動矩陣電照明（EL) 裝置、及其它。 所說明的T F T製造方法之一顯著重要性係在圓 12E、13B及13C的步驟中，單域主動厝33、 3 4會由圖型化之後稍後作爲閘絕緣膜之氧化矽膜3 5而 完全地被覆蓋於表面上。針對氧化物3 5所覆蓋之主動層 3 3、3 4而執行之離子摻雜會利於減少主動層表面上的 不規則性及殘餘污染發生的風險*此點對於增加最終 T F T之產能及可靠度而言有巨大貢獻· 實施例8 應注意，也可於諸如矽晶園之半導體基底上，製造如 圖2 C所示之單域結晶矽膜1 1 1。在此情形下，需要在 基底的上表面上沈積額外的介電膜。爲達此目的，可使用 目前可資利用的熱氧化物膜•因此，在典型上從7 0 0至 1 3 0 0°C範圍的溫度下執行預定時間週期長度之熱處理 ，時間長度會隨目檫厚度而變化。在燃燒〇2、〇2 — H20、H2〇、〇2—H2之選擇氣氛下執行熱氧化製程。 近來半導體技術之進步已顯示氧化也可在內含諸如HC1 、（：1 2或類似物之選定鹵素的氣氛中進行。由於在矽晶 圖上形成數種型式的半導體元件之延伸能力•所以矽晶圓 對於近來的半導體微製造技術而言係一關鍵。於此半導體 晶圖上形成單域矽膜會進一步擴展結合目前可資利用的矽 晶圓製造技術之本發明的應用能力。__ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A*»規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •"S装· ,ίτ -38 - A7 ____B7_ 五、發明説明（36) 現在轉至圖1 5A至1 5B，顯示根據發明之又一實 施例的單域結晶矽膜之製造方法，其係用以形成T F T結 構，此結構具有位於製造的矽晶圃上所形成的積體電路（ IC)之上的此膜· 在圖1 5 A中，顯示使用已知製造技術所製造的 MOSFET IC裝置（未依尺寸繪製）。此1C具有 矽基底71，該矽基底具有上表面，在該上表面上會延著 典型上形成於熱氧化物膜中的相關元件分離介電層72、 73，形成MOSFET«MOSFET具有在基底71 表面中的分開源極及汲極區7 4、7 5 *這些係經由將選 定的導電性型雜質摻入基底71之注入步驟及其後績擴散 步驟而被製造的。如同已知，在基*底7 1爲P導電性型時 ，會選擇諸如磷之N型雜質作爲注入之用；假使基底71 爲N型，則諸如硼（B )之P型雜質會被摻入其內。 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印製 (請先《讀背面之注意事項再填寫本頁) MO S F E T也具有界定於基底表面中的源極7 4與汲極 7 5之間的通道形成區7 6，及覆蓋於通道7 6之上的絕 緣閘極7 7。閘極7 7可由多晶矽所製成。藉由夾於閘 7 7與基底7 1之間的閘絕緣膜而使它們電絕緣。此膜係 在用於形成源極7 4及汲極7 5之離子注入之後的擴散步 驟期間以厚度控制形成的熱氧化物膜之殘餘部份。閘7 7 會由氧化矽膜7 8所覆蓋，以便與基底7 1上的源極電極 79、汲極電極80或其它相鄰元件電絕緣。 如圖1 5 B所示，中間層介電膜8 1會沈積於圖1 5 A的MOSFET—IC結構上•膜81可由氧化矽、氮 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 3^7643 A7 __B7_ 五、發明説明（37) 化矽或其它所製成。接點孔會被界定於膜8 1中的選定區 。然後，形成圖型化導電接線層8 2以作爲晶片導線，而 允許汲極電極8 0與I C的任何所瘠部份相互電連接· 圖1 3 B的結構接著會接受使用已知的化學/機械磨 光（CMP)技術之表面磨光製程，取得圖1 5C所示之 表面平坦化I C結構•如同所示，由於此表面磨光處理， 所以所造成的中間餍介電靥8 3會呈現任何無須的導線
8 2的突出被移除之平坦、滑順上表面8 4。在圇1 3 C 中，數字8 5係用以代表導線8 2之平坦部份，於其上會 形成晶片導線8 6以連接汲極電極8 0 ·建議源極電極 7 9、汲極電極8 0及導線8 6由小心選定的抗熱材料所 製成，該抗熱材料能承受髙達1 1 0 0°C之熱施加。此係 慮及單域結晶主動層形成期間的熱施加。 接著，如圖1 5D所示，中間層介電膜8 7會被沈稹 於圈1 5C的結構之整個表面上。作爲TFT.主動層之單 域結晶矽膜會形成於此膜8 7之上》此主動層之形成原則 上類似於圖1 A - 2 C所示。更特別的是，圖型化單域結 晶矽主動層8 8會形成於膜8 7之上》沈積閘絕緣膜8 9 以覆盖膜87及主動層88。然後，形成閘電極90，絕 緣地覆蓋主動層8 8之通道區。接著，將選定的導電性型 之所選雜質摻入主動層8 8。 在雜質注入之後，絕緣器9 1會選擇性地形成於閘電 極9 0的相對側壁上。此側壁絕緣器9 1之形成步驟包含 沈稹厚度大於閘9 0且覆盏其整個表面之氧化矽膜（未顯 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐> ： — -40 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部中央標準局貝工消費合作社印衷 A7 _B7 _ 五、發明説明（38) 示）*並執行異向性乾蝕刻以除去此絕緣膜之選定部份， 藉以使絕緣器如同所示僅存於閘9 0之相對側壁上· 執行進一步雜質注入*以便在主動層8 8中界定重度 摻雜源極及汲極區，並允許側壁絕緣器9 1所遮蔽的某些 部份維持輕度摻雜S。然後，使用熱處理及/或雷射照射 ，執行雜質活化製程。之後，由氧化矽或氮化矽所製成的 介幫膜會被沈積以作爲中間層絕緣層。此層會接受蝕刻製 程，以便於其中形成接點孔。最後，形成源極及汲極電極 9 3，以經由接點孔而提供主動厝中的源極與汲極之電連 接· 圖1 5 A至1 5 D所示之實施例的顯著優點係爹層或 「三維（3D)」結構TFT可被製於目前可取得的I C 裝置之上•特別的是，根據B115D之3D Μ 0 S -IC/TFT的結構，上T FT可呈現超強化的電晶髖 作動，該作動在速度及可靠度上等於製造於諸如矽晶圓或 基底71之單結晶基板上的下標準MOSIC。此點有利 於提供IC裝置增加的稹體度或包裝密度而不須降低它們 固有的功效· 實施例1 0 圖1 4 A及1 4 B係顯示具體化本發明之動態隨機存 取記憶體（DRAM)裝置，其係使用發明之TFT結構 • DRAM包含一電容器/一電晶體記憶胞_列，其中之 —顯示於圈1 6 A中。如同所示，記憶胞包含資料傳送電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨OX297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)
T 裝· -訂 -41 - A7 __B7_ 五、發明説明（39) 晶體1 6 0 3，該電晶體1 6 0 3具有耦合至平行字線之 一對應者的閘、耦合至對應位元線1 6 0 2之源極、及汲 極·電晶體1 6 0 3具有如先前所述之單域結晶矽膜所製 成的主動層·胞也包含相關的資料儲存電容器1 6 0 4， 該電容器具有耦合至TF T 1 6 0 3的一電極，及耦合至 諸如接地等固定電位之另一電極。在圓1 6 A之D RAM 胞中，在施加選定電位之電壓訊號至字元線1 6 0 1時， 此電位會被施加至閘而使TFT1 6 0 3導通•這將允許 資料訊號從位元線1 6 0 2經由TFT 1 6 0 3而傳送至 電容器1 6 0 4 *使得對應的電荷載子累積或集合於其中 以便寫入資料*在讀取操作期間，被儲存的載子會經由 TFT1603而傅送至位元線1602。 參見圖1 6B，其顯示圖1 6A之DRAM胞的剖面 視圖。如同所示，石英或矽基底1 6 0 5具有上表面*氧 化矽膜1 6 0 6會形成於該上表面上。在使用矽基底的情 形下，可使用稱爲半導體上絕緣器（SO I )之結構。膜 1 6 0 6可爲熱氧化物層。形成於膜1 6 0 6上的係具有 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印製 (請先閱讀背面之注f項再填寫本頁) 根據本發明之原理的單域結晶矽主動厝1 6 0 7之TFT 〇 如同圖1 6 B明顯可見，主動層1 6 0 7係由覆蓋閘 絕緣膜1 6 0 8所覆蓋，於覆蓋閘絕緣膜上配置有絕緣閘 電極1609。中間層絕緣膜1610會叠層於膜 1 608之上，覆蓋閘1609 <·膜1610具有接點孔 ，經由該接點孔，源極電極1 6 1 1會以類似於前述資施 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） ~ -42 - A7 A7 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 _._B7_ 五、發明説明（40) 例之方式電氣地耦合至主動層1 6 0 7中的源極區。源極 電極1 6 0 1也會耦合至圖1 6 B的對應位元線1 6 0 2 *另一導電餍1 6 1 2也會位於中間靥絕緣膜1 6 1 0之 上作爲圖1 6 B之資料儲存電容器1 6 0 4的一電極，其 會界定其與主動層1 6 0 7中的TFT下餍汲極區之間的 預定電容。源極電極1611、電容器電極1610及位 元線1 6 0 2會一次形成。絕緣層1 6 1 3會覆蓋胞的整 個上表面作爲保護層* 圖1 6A及1 6B所顯示的實施例之顯著特性係可抑 制漏電流。此可說由於TFT1 6 0 3會Μ用以形成低 成本/高稹體度一電容器/一電晶體D RAM胞中的 S 0 I結構，使接面面稹最小，因而增加資料儲存可靠度 〇 另一優點係由於SO I - DRAM胞結構會允許儲存 電容降低而不降低可靠度及性能，因而取得低壓操作。 實施例1 1 圖1 7A及1 7 B係顯示也具體化本發明之靜態隨機 存取記憶體（S RAM)裝置，其使用發明之TF T結構 • SRAM包含NMOS或CMO S記憶胞陣列，如圖 1 6所示，每一記億胞均具有雙穩定正反（F/F )電路 。SRAM胞會視電源繼續施加時F/F電路是否開啓或 關閉，而靜態地儲存邏辑「0」或「1」等二進位的一位 元資料•如圖1 7A所示，胞係位於字線1 7 0 1與一對 Λ張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ^裝. 訂 -43 - 咐643 Α7 _Β7_ 五、發明説明（41) 位元線1 7 Ο 2之間的交接處，並包含交互耦合的驅動器 電晶體1 7 0 4所構成的F/F電路及相關的高阻抗負載 元件1703。一對負載1703及電晶髖1704會經 由具有耦合至字線1 7 0 1之閘的存取電晶體1 7 0 5而 於共同節點與一位元線1 7 0 2交接；另一對負載及電晶 體會經由類似的存取電晶體1 7 0 5而連接至其它位元線 1 7 0 2。 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 圖1 7 Β係顯示用於SRAM胞中的TFT之剖面視 圖。基底1706可由石英或矽所製成。氧化矽膜 1 7 0 7係位於基底1 7 0 6之上以作爲主要鍍著層， TFT的單域結晶矽主動層1 708會形成於該鍍著曆上 。主動層1708會由閘絕緣膜1709所覆蓋，於該閘 絕緣膜1709上會形成圖型化的閘電極1710。覆蓋 中間靥介電膜171 1具有接點孔，經由該接點孔，源極 及汲極電極1 7 1 2、1 7 1 3會電氣地耦合至以上述方 式界定之主動層1 7 0 8中的源極及汲極區。源極及汲極 竃極1712、1713會與位元線170 2 —起被製造 。中間層介電膜1 7 1 4及多晶膜1 7 1 5會依此次序叠 層。後者膜1715會作爲圖17A之髙電阻負載元件 1 7 0 3 ·整個多層結構會由選定的介電材料所製成之保 護膜1 7 1 6所覆蓋。根據此配置，SRAM胞由於使用 具有製造於SO I基底結構上之單域主動層1 7 0 8之 T F T，所以能呈現具有高可靠度及最小化的安裝力之高 速操作。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） -44 - 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 ____B7_ 五、發明説明（42) 實施例1 2 發明之又一實施例係關於圔4 E所示之半導體裝置（ 實施例2)與圈14B的CMOS結構（實施例7)之結 合，以提供主動矩陣L CD裝置，該主動矩陣L C D裝置 具有整合於單一晶片基底上的主動陣列T F T.圖素之列及 檷陣列與相關驅動器電路。更特別的是，圚素陣列會利用 至少一T F T以用於這些圔素之一個別者*驅動器電路會 配置於基底表面的週邊而圓繞T F T圖素陣列•使用功效 上等同於單結晶MO S F E T之圖4 E的T F T結構作爲 此圖素TFT，而圖14B之CMOSFET作爲驅動器 TFT。 此主動陣列L C D裝置之顯著優點係圖素電晶體中的 關閉電流可被減少或最小化•此點之理由如下：由於 T F T主動層係由如上所述之單域結晶矽膜所構成，所以 不再存有任何晶粒邊界，在其它情形下，晶粒邊界會產生 電流通道*經由該通道，關閉電流能以增加的優先權輕易 流通•接著，這將增加個別腦素電極處之訊號電荷的包封 之保持力。 本實施例之另一優點係藉由使用圖14B之 CMO S F E T結構而增強CMO S F E T驅動器電路之 性能並增強PMO S F ET與NMO S F E T之間的電晶 體特性之相等性。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)
-45 - A7 __B7_ __ 五、發明説明（43) 實施例1 3 可如下述般修改園4A - 4 E中所示之製造方法的閘 絕緣膜之形成•在製造圖2 C之單域結晶矽膜1 1 1之後 ，藉由選擇性地僅使用單域區，形成T F T主動層。藉由 諸如CVD或PVD技術之氣相方法，沈積含有矽爲主成 份之介電薄膜（此處爲氧化矽）至2 0至1 5 0 nm，較 佳地爲8 0 n m之預定厚度。在慮及最後所需之介電抵抗 特性下，會適當地設計此氧化矽之厚度•氧化矽可由包含 氧矽氧化物/氮化物、氮化矽等其它等效材料所取代。 在完成氧化矽膜之後，所造成的結構會再度在含鹵素 氣氛下被加熱•往後此加熱會被稱爲「第三熱處理」。第 三熱處理於條件上類似於圖1 A - 2C的實施例中所執行 的第二熱處理。 經濟部中央標準局工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在此第三熱處理期間，留在主動靥內之諸如鎳的金屬 元素之含置會被進一步減少，因而改進單域區之結晶度。 在此製程期間，熱氧化反應會進行至主動層與氧化矽膜之 間的介面，而形成2 0 nm厚之熱氧化物膜。在此情形下 ，將建議主動層之最後厚度落在2 0至3 0 nm之範圍內 。此點利於減少或最小化關閉電流之數量。 在完成第三熱處理之後，所造成的結構會在氮化物氣 體氣氛下接受9 5 0 °C之又一熱處理一小時，以修復熱氧 化物及氧化矽膜之任何可能的熱傷害，以改進膜品質。此 外，由於含有鹵素氣氛之熱處理的結果，鹵素會以增加的 濃度存在於接近主動層與覆蓋閘絕緣膜之間的介面處。根 民張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -46 - A7 初643 _B7_ 五、發明説明（44) 據我們的S IMS資驗顯示，鹵素濃度在lxlO19至1 X 1 0 2°原子/ c m 3範圔·形成於主動層與氧化矽之間 的介面處之熱氧化物膜會用以構成閘絕緣膜與氧化矽膜· 在熱氧化物膜形成期間，任何缺陪位準與晶格間矽原子會 減少，而強化主動層與閘絕緣膜之間的最終介面狀態•如 同配合圖1 A至2 C之說明，主動層於其上表面上提供最 大的平坦度：因此，熱氧化反應會正常地進行，使得閘絕 緣膜厚度均勻·這將改進介面狀態並強化閘絕緣膜的抵抗 力或崩溃電壓特性· 本實施例之優點係諸如鎳之金屬元素的含量會於主動 層減少並使得主動層與其覆蓋閘絕緣膜之間的介面狀態優 良。這將能提供半導髖裝置增強的電特性及可靠度。選擇 性地，圖1 A - 2 C所示之實施例的第二熱處理及本實施 例之第三熱處理可同行執行。第一熱處理執行之前的圖1 F之結晶矽膜1 〇 9會被圖型化，以形成主動靥，然後， 該主動層會接受本實施例之指定製程。 實施例1 4 使用圖4 E所示的半導體裝置與圖1 4 B之CMO S 結構的結合之主動矩陣L C D的一可能實修改，如下所述 。本實施例係實施例2的修改，目標在於改進主動餍與閘 絕緣膜之間的介面狀態。 在製造圖2 C的單域結晶矽膜1 1 1之後，藉由選擇 性地僅使用單域®而形成主動層•藉由諸如C VD或 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 訂 經濟部十央標準局黃工消費合作社印製 -47 - 3!7643 A7 B7 五、發明説明（45) P VD技術之氣相方法於主動層上沈稹氧化破膜至2 0至 150nm的預定厚度· (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 在完成氧化矽膜之後，所造成的結構會在5 0 0至 7 00 °C (較佳地爲640至650 °C)。對於所要之熱 氧化，溫度範圍會被定爲接近下限溫度•熱處理會在僅含 氧或鹵素之某氣份下執行•或者，可使用含有濕氣蒸氣之 濕氣氛*執行熱處理0.5至2小時，以形成熱氧化物膜 至目檫厚度，舉例而言，數奈米：典型上爲1至9 nm · 此熱氧化物的生長當其厚度變成相等時即完成。 本方法之優點係可藉由減少或移除極性介面處或接近 極性介面處之殘餘固定電荷或缺陷位準，而於主動靥與閘 絕緣膜之間取得良好的推論狀態。藉由僅熱氧化主動層的 上表面區之有限淺區，可取得此缺陷之減少或缺乏，其中 該淺區係1至3 nm深度或厚度。換言之，根據本資施例 ，藉由特別地形成厚度有限的非常薄之熱氧化物膜，完成 優良的介面狀態。此處之氧化會使主動餍變薄1至3 nm *而於其上形成2至6 nm厚的新熱氧化物膜•關於取得 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 此良好介面之能力的一可能解釋係不需要的殘留固定電荷 及/或晶體缺陷傾向於唯一地集中於上述明定之主動層的 淺表面區，其濃度落在以介面爲中心涵蓋主動層及具有閘 絕緣膜之1至3 nm的窄範圔內；因此，藉由移除並以熱 氧化物取代淺表面區，則幾乎能完全避免包含此缺陷。 本發法之另一優點係半導體裝置的製造功效（亦即總 工作量）可因其所使用的熱氧化製程可在相對較低的溫度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) ~ -48 - 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印製 A7 __B7_ ·_ 五、發明説明（46) 下執行因而減少所使用的設備之負擔，而取得改進。 實施例1 5 現在轉至圖1 9 A至1 9 D，顯示根據發明之又一實 施例的T F T製造製程，其使用多晶矽膜作爲製造T F T 之閘電極· 在圖1 9 A中，製備可由玻璃製成的絕緣基底 1901。玻璃基底1901具有上表面，於該上表面上 依序地形成主鍍著膜1 9 0 2、圖型化單域結晶主動層 1903、閘絕緣膜1904、及圖型化閘電極1905 »使用配合圖1 A- 2 C之上述中的實施例製程，製造主 動層1903。閘1905係由多晶矽所製成。 然後，以離子佈植技術將圖1 9 A的結構摻雜雜質， 以致於分開的摻雜區1906、1907會以如圖19B 所示與覆蓋閘1 9 0 5自我對齊之方式被界定在主動層 1903中。然後，藉由低壓CVD、電漿CVD或濺射 技術，於所造成的結構上沈積氮化矽膜1 9 0 8至0 . 5 至1 4111厚·膜1 9 0 8也可由氧化矽所製成》 然後，圖1 9 B的結構會接受回蝕刻製程以選擇性地 蝕刻覆蓋膜1 9 0 8，以使其僅有部份如圖1 9 C所示般 存在於閘1 9 0 5的相對側壁上。此處以數字1 9 0 9檩 示這些側壁絕緣器•在蝕刻期間，閘絕緣膜1 9 0 4也會 被蝕刻除去，且其非掩罩下的某些部份之大部份會被移 除，此大部份係由閘電極1 9 0 5及側壁絕緣器1 9 0 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) Γ 裝- -49 -
3l764S 經濟部中央揉準局負工消费合作社印製 A7 B7__五、發明説明（47) 所構成。 接著，再度以雜子離子摻雜將選定的雜質摻雜於囫 1 9 C的結構。此處之電荷劑置髙於雜子離子佈植的先前 步驟之劑量。在第二離子佈植期間，正好在側壁絕緣器 1909之下的某些區1910、191 1會因無雜質植 入其中，所以雜質澳度保持不變。主動層1 9 0 3的其餘 曝霣區1 9 1 2、1 9 1 3會進一步被摻雜雜質離子以增 加其中的摻雜離子之濃度•經由第一及第二離子佈植步驟 ’主動層1 9 0 3會具有重度摻雜源極及汲極區1 9 1 2 、1 9 1 3與及正好位於側壁絕緣器1 9 0 9之下的輕度 摻雜LDD區1910、191 1。主動層190 3也具 有非摻雜的中間區1 9 1 4，其正好位於閘1 9 0 5之下 且將在所造成的TF T中作爲通道形成區。 於圖1 9 C的結構上形成3 0 nm厚的鈦膜（未顯示 )，以使其以化學方式與矽膜反應。在鈦膜被移除之後， 所造成的結構會由燈退火技術加熱以便如圖Γ 9 D所示* 在源極1 9 1 2、汲極1 9 1 3及閘1 9 0 5的曝露表面 區上形成鈦金靥矽化物膜1 9 1 5 — 1 9 1 7。鈦膜可由 钽、鎢及鉬膜中的任何一者所取代•然後，沈稹5 0 0 nm厚的氧化矽膜1 9 1 8作爲中間層絕緣器；接著，用 於電連接源極1 9 1 2、汲極1 9 1 3及閘1 9 0 5之數 種型式的適當圖型化晶片導線1 9 1 9 一 1 9 2 1會被形 成，因而完成圖19D所示之TFT結構。 本方法之優點係由於T F T與晶片導線之間的電連接 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公羞—j (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) Γ 裝. 訂 -50 - 經濟部中央樣準局貝工消費合作社印製 A7 __B7___ 五、發明説明（48) 會由鈦金屬矽化物膜1 9 1 5 - 1 9 1 7所製成，而取得 良好的歐姆接觸· 實施例1 6 前述具體化本發明之任一T F T可廣泛^應用至多種 半導體裝置，多種半導贐裝置包含諸如主動陣列L C D、 E L或E C裝置之光電顯示面板；諸如DRAM、 SRAM、VRAM、SDRAM、ROM、PROM、 EEPROM、快閃 EEPROM、NANA/NOR E E PROM或類似者；及任何可用於諸如電視攝影機、 頭戴式顯示模組、汽車導航系統、前或後投影顯示單元、 家用攝影機、個人電腦等先進電子裝置或系統之任何類似 裝置。 參考圓2 0 A，其說明行動電腦•此電腦大約由主體 2001、調校器2002、顯示單元2003、控制切
換開關2004、及顯示單元2005。本發明之TFT 可應用至組合於顯示單元2 0 0 5與主體中之I C。 圖2 0 B係顯示頭戴式顯示器。此顯示器一般係由主 體2101、顯示單元2102、及帶區2103所構成 。顯示單元2 1 0 2包含一對相當小尺寸的顯示面板。如 圖2 0 C所示，係汽車導航裝置。如同所示，此裝置包含 主體2201、顯示單元2202、控制切換開關 2203、及天線2204·本發明之半導體裝置可應用 於顯示單元2 2 0 1及內部中作爲內建電子所用之I C » 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公瘦) (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 -51 - ^^7643 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 五、發明説明（49) 顯示單元2 2 0 2可用於其上之道路圖影像視ft指示的監 視器；因此，在解析度的允許範圍內是相當強力的。 如圖2 0 D所示，係攜帶式或手持式行動電話，其具 有主體2301、音頻输出區2302、音頻輸入區 2303、顯示單元2304、控制切換開關2305、 及天線2 3 0 6 ·本發明之半導體裝置可應用於在顯示單 元2301與內建電子中所用的1C。 如圈2 0 E所示，係視頻攝影機，其包含主體 2401、顛示單元2402、音頻输出區2403、控 制切換開關2404、電池包封2405、及面像接收器 2 4 0 6。發明之半導體裝置可應用至顯示單元2 4 0 2 及內建電子所使用的1C· 圖20F係顯示前投影裝置，其係由主體250 1、 光源2502、反射式顯示單元2503、光學系統 2504(包含習知的分光器、光學偏振器等等）、及相 關螢幕2505。螢幕2505係大尺寸，可適用於會議 及學術研討會之顯示；因此須要高解析度之顯示單元 2 5 0 3。 發明之半導體裝置也可應用至非上述所述之任何型式 的光電模組或裝置，包含後投影系統、諸如手提終端等攜 帶式電子式智慧型工具。如同上述所明示，本發明能提供 增加之應用性，幾乎涵蓋所有目前可利用的電子顯示系統 〇 已述明，本發明可藉由特意地形成作爲用於晶髖生長 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) ' -52 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) :装· 訂 3ί7β43 Α7 Β7 五、發明説明（50) 之晶核或種子之核心並於含有鹵素的氣氛中執行熱處理而 形成或製造具有強化的邊界尺寸控制力之加大單域區。根 據此配置，可以在具有介電表面的基底上形成所要的單域 區*這些區在晶體結構上與單晶材料實質相同•接著，藉 由使用具有結晶度等同於單晶之結晶矽膜，可取得諸如 T F Τ之半導體裝置的較佳主動層•這將能構成強化性能 等同於使用單晶晶圓所製造的IC之性能的半導體電路· 對於習於此技藝者而言，在瞭解參考較佳實施例而特別地 顯示及說明之本發明之後，可在不背離發明精神及範圔下 ，實現形狀及細節上的前述及其它改變· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印袋 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格（210Χ297公釐） -53 -

Claims (1)

  1. 奶643 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 六、申請專利範圍 · 1種半導體薄膜，位於形成於基底上的絕緣膜之 上，該薄膜包括： 單域區，於其中包含實質平行該基底的眾多柱狀或針 狀晶體；及 該絕緣膜，在該薄膜之下且具有凸出或凹陷之圖樣· 2.如申請專利範園第1項之半導體薄膜，其中該單 域區實質地避免含有晶粒邊界於其中· 3 .—種半導體薄膜，位於形成於基底上的絕緣膜之 上*該薄膜包括： 單域區，包含實質地平行於該基底的表面之眾多柱狀 或針狀晶體，其中該單域區實質上未具有晶粒邊界於其中 :及 該絕緣膜，在該薄膜之下且具有突出或凹陷之圚樣* 4 . 一種由製造方法所形成之半導體薄膜，該方法包 括卞述步驟： 藉由濺射技術，於具有介電表面的基底上形成氧化矽 膜； 圖型化該氧化矽膜以便於其上提供表面配置； 以低壓化學氣相沈稹，在該氧化矽膜上衫成非晶矽膜 » 在該氧化矽膜與該非晶矽膜之至少一者中，保留用於 方便結晶之金屬元索； 執行第一熱處埋，以便將該非晶矽膜改變成結晶矽膜 --------1裝— (請先聞讀背面之注$項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -54 - t、申請專利範圍 在含有鹵素的氣氛中執行第二熱處理，以便在該結晶 矽膜上形成含有鹵索的熱氧化膜並同時允許該結晶矽膜在 狀態上變成單域區；及 移除該热氧化膜· 5 · —種半導髖薄膜，位於形成於基底上的絕緣膜之 上•該薄膜包括： 單域區，包含實質地平行於該基底的表面之眾多柱狀 或針狀晶體，其中該單域區實質上未具有晶粒邊界於其中 :及 該絕緣膜，在該薄膜之下且具有突出或cq陷之圓樣； 其中該單域區含有5 a t %或的氫或鹵素，該鹵 素係選自氯、溴及氟所組成的族 6 .如申請專利範圍第導^薄膜，其中該鹵 素在接近該半導體薄膜之表面處具濃度。’ 7 .如申請專利範圔第1至的^ 一項之半導體 薄膜，其中該單域區之厚度爲1 5 米 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 8 .如申請專利範圍第1至半導體薄膜，其中 氫係以每立方公分1 X 1 01S至1 X 1 021原子包含於構 成該岸域區丨之該半導體薄膜中 9.如申請專利範圍第1至5項的任一項之半導體薄 膜*其中該單域區包含在該表面配置上的垂直‘晶體生長區 *及實質地平行矽膜表面以該垂直生長區作爲啓始材料而 生長晶體的橫向晶體生區，且其中該垂直晶體生長面在金 屬元素含1：上大於該横向晶體生長區· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -55 - 317643 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範園 1 0 . —種形成半導B薄膜的方法，包括下述步騾： 藉由濺射技術，於基底上形成氧化矽膜；‘ 圖型化該氧化矽膜以便在其表面上提供突出或凹陷之 ; 膜； 藉由低壓化學氣相沈稹，於該氧化矽膜上形成非晶矽 面 之 注 項 在該氧化矽膜與該非晶矽膜之至少一者中，保留用於 方便結晶之金屬元索； 執行第一熱處埋，以便將該非晶矽膜轉變成結晶矽膜 在含有鹵素的氣氛中執行第二熱處理，藉以在該結晶 矽膜上形成含有鹵索的熱氧化物膜並使該結晶矽膜因第二 熱處理而變成單域區；及 移除該熱氧化膜· 1 1 .如申請專利範圈第1 〇項之方法，其中在保留 用於方便結晶之金屬元素的步驟期間，該金屬元素會受表 面張力之強迫而以增加的澳度集合在該突出或凹陷之週邊 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 1 2 .如申請專利範圏第1 0項之方法，其中由該第 一熱處理所形成的結晶矽膜含有實質地平行該基底之眾多 柱狀或針狀晶體· 13.如申請專利範園第10項之方法，其中形成該 氧化矽膜之步驟會使用以人工石英爲靶之濺射技術。 1 4 ,如申請專利範園第1 0之方法，其中用於方便 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） A8 B8 C8 _ D8 六、申請專利範圍 結晶之金屬元素係選gfil(Fe)、鈷（，Co)、鎳（ Ni)、釕（Ru)、鍺（Rh)、鈀（Pa)、餓（ 〇s)、銥（Ir)、鉑（Pt)、銅（Cu)及金（ A u )所構成的族群中之至少一個· 1 5 ·如申請專利範圔第10項之方法，其中含有鹵 索之氣氛係具有一或眾多漆加氣體之氧氣，且其中該氣體 係選自 HC1、HF、HBr、Cl2、NF3、F2& B r 2所構成的族群* 1 6 .如申請專利範圍第1 0項之方法，其中該第一 熱處理係在5 0 0至7 0 0 °C下執行而該第二熱處理係在 700至11001下執行。 17.—種半導髖裝置，包括： 基底，於其表面上具有絕緣膜； 半導體薄膜的主動靥，在該基底的表面上； 具有單域區之該薄膜，於該單域區中包含資質地平行 基底表面之眾多柱狀或針狀晶體；及 該絕緣膜，在該主動層之下並具有突出或凹陷圓f。 1 8 .如申請專利範圍第1 7項之裝置，其中該主動 層基本上不含任何晶粒邊界。 19. 一種半導體裝置，包括： 基底，於其表面上具有絕緣膜； 半導體薄膜的主動層，位於該基底之表面上； 具有單域區之該薄膜，於該單域區中包含實質地平行 基底表面之眾多柱狀或針狀晶體； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' — -57 - 請先《讀背面之注意事項ί填 窝本頁) 裝· 訂 經濟部中央梂準局負工消費合作社印装 A8 B8 C8 D8 3!76豸3 六、申請專利範圍 該絕緣膜*在該主動層之下並具有突出或凹陷圖樣’ 其中該單域區實質上未具有晶粒邊界· 2 0 . —種半導體裝置，具有實質地由單域蓝構成之 主動層，該裝置係由下述方法所製造，該方法包括下列步 驟： 藉由濺射技術，於表面具有絕緣膜的基底上形成氧化 矽膜； 圖型化該氧化矽膜，以便在其上提供所要的表面配置 之輪廓圈型； 藉由低躔化學氣相沈稹*於該氧化矽膜之上形成非晶 矽膜： 在該氧化矽膜與該非晶矽膜之至少一者中，保留用於 加速結晶之金屬元索； 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 執行第一熱處理以便將該非晶矽膜改變成結晶矽膜； 在含有鹵索的氣氛中執行第二熱處理·以便加熱該結 晶矽膜，藉以在該結晶矽膜之上形成含有鹵素之熱氧化物 膜，強迫該結晶矽膜因第二熱處理而改變成單域區；及 移除該熱氧化物膜· 2 1 . —種半導體裝置·具有半導體薄膜所形成之主 動層，該裝置係由下述方法所製造，該方法包括下列步驟 藉由濺射技術，於表面具有絕緣膜的基底上形成氧化 矽膜； 圖型化該氧化矽膜，以便在其上提供所要的表面配置 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) ~~ -58 - A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 之輪廓圓型； 藉由低壓化學氣相沈稹，於該氧化矽膜之上形成非晶 矽膜； 在該氧化矽膜與該非晶矽膜之至少一者中，保留用於 便利結晶之金屬元索； 執行熱處理以便將該非晶矽膜改變成結晶矽膜： 圓型化該結晶矽膜以提供主動靥； 藉由氣相生長技術，形成位於該主動層之上且含有矽 作爲主成份之介電膜； 藉由含有鹵素的氣氛下之熱處理*在該主動層與該介 電膜之間的介面處形成熱氧化物膜，並使用吸氣技術將便 利結晶之金屬元素從該主動靥移去而強迫該主動層改變成 單域區；及 在氮化物氣氛下執行熱處理以修復該介電膜與該熱氧 化物膜。 2 2 . —種半導體裝置，包括： 基底，於其表面上具有絕緣膜； 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 主動層，由該絕緣膜上的半導髖薄膜所形成； 該薄膜，具有單域區，該單域區中包含實質地平行基 底表面之眾多柱狀或針狀晶體，且基本上可避免晶體邊界 之存在； 該絕緣膜，在該主動層之下並具有突出或凹陷之圖樣 :及 該主動層，於其中含有小於或等於五原子百分比之預 i紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4说格（210X297公釐）-59 - 六、申請專利範圍 定澳度之氣及鹵索*鹵素係選自氯、溴及氟所組成的族群 一2 3 .如申請專利範圔第2 0項之裝置，其中該鹵素 在接近該半導髏薄膜的表面處具有增加的濃度· 2 4 .如申請專利範園第17至2 2項之任一項的裝 置，其中該主動層的量測厚度爲1 5至4 5奈米。 2 5 .如申請專利範圓第1 7至2 2項之任一項的裝 置，其中氫元索係以毎立方公分1 X 1 015至1 X 1 021 原子包含於該主動餍中· 26 . —種半導髏裝置，包括： 矽基底： 稹體電路，位於該基底之上； 隊' 絕緣膜，在該電路之下； 腦‘备 在該絕緣膜之上的半導體薄膜之主動胃 該半導體薄膜具有單域區，該單域實質地平行 該基底之眾多柱狀或針狀晶體：及 該絕緣膜，在該主動層之下並具有凸出或凹陷之圖樣 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印策 2 7 .如申請專利範圍第2 6項之裝置，其中該主動 層中含有小於或等於五原子百分比之預定濃度之氫及鹵素 ，鹵素係選自氯、溴及氟所組成的族群。 2 8 . —種形成半導體裝置的方法，包括下列步驟： 藉由濺射技術，於基底上形成氧化矽膜； 圖型化該氧化矽膜，以提供突出或凹陷之圃樣； 本紙張尺度適用中國囷家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -60 - A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 藉由，低壓化學氣相沈積，於該氧化矽膜之上形成非晶 矽膜； 在該氧化矽膜與該非晶矽膜之至少一者中，保留用於 便利結晶之金屬元素； 執行第一熱處理以便將該非晶矽膜改樊成結晶矽膜； 及 在含有鹵素的氣氛中執行第二熱處理，藉以在該結晶 矽膜之上形成含有鹵索之熱氧化物膜，而使該結晶矽膜改 變成單域區· 2 9 . —種形成半導髖裝置的方法，包括下列步驟： 藉由濺射，於基底上形成氧化矽膜； 圖型化該氧化矽膜，以界定突出或凹陷之圓樣； 藉由低壓化學氣相沈積，於該氧化矽膜之上形成非晶 矽膜； 在該氧化矽膜與該非晶矽膜之至少一者中，保留用於 便利結晶之金屬元素； 圖型化該結晶矽膜以形成主動層： 藉由氣相生長技術，形成位於該主動層之上且含有矽 作爲主成份之介電膜： 藉由含有鹵素的氣氛下之熱處理，在該主動層與該介 電膜之間的介面處形成熱氧化物膜，並使用吸氣技術將金 屬元素從該主動層移去藉以強迫該主動層改變成單域面； 及 在氮化物氣氛下執行熱處理以修復該介電膜與該熱氧 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐）~ -61 - (請先閲讀背面之注意事項C填」 窝本頁) 裝- 訂 經濟部中央梂準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 經濟部中央#準局員工消費合作社印装 t、申請專利範圍 化物膜· 3 0 .如申請專利範園第2 8或2 9項之任一項之方 法’其中在保留用於方便結晶之金羼元素的步驟期間，該 金羼元索會受表面張力之強迫而以增加的澳度集合在該表 面配置之週ϋ。 3 1 .如申請專利範圔第2 8或2 9項之任一項之方 法’其中該結晶矽膜係由實質地平行該基底之眾多柱狀或 j . . 針狀晶體所形成· 3 2 .如申請專利範園第2 8或2 9項之任一項之方 法’其中形成該氧化矽膜之步驟係使用以人造石英爲靶之 猫射技術。 3 3 .如申請專利範園第2 8或2 9項之任一項之方 法，其中用於方便結晶之金屬元素係選自鐵（F e )、鈷 (Co)、鎳（Ni)、釕（Ru)、鍺（Rh)、鈀 (P a )、餓（0 s )、銥（I r )、鉑（P t )、銅（ C u )及金（A ii )所構成的族群中之至少一個或數個· 3 4 .如申請專利範圏第2 8或2 9項乏任一項之方 法，其中含有鹵鹵素之氣氛係具有一或眾多漆加氣體之氧 氣，且其中該氣體元素係選自HC 1 、HF、HB r、 C 1 2 ' N F a ' F 2及B r 2所組成的族群。 3 5.如申請專利範國第2 8項之方法，‘其中該第一 熱處理係在5 0 0至7 0 0 °C下執行而該第二熱處理係在 700至1100t下執行。 請 先 閲 之 注 裝 訂 本紙張尺度適用中國國家揲準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -62 -
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