TW461113B - Process of crystallizing semiconductor thin film and laser irradiation system - Google Patents

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Masafumi Kunii
Makoto Takatoku
Michio Mano
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Description

yi p 1 1 1 2 _ ^ 案號 89106887_年月日__ 五、發明說明（1) 發明背景 本發明係關於使半導體薄膜結晶之方法，用於進行結晶 化方法之雷射輻射系統，利用此方法及系統製造之薄膜電 晶體，及使用薄膜電晶體之顯示。 薄膜電晶體被廣泛使用作為液晶顯示及有機EL顯示之開 關裝置。尤其，包含由多晶矽製成之活性層之薄膜電晶體 的優點在於不僅可在相同基材上提供開關裝置及周邊驅動 電路。並且多晶矽薄膜電晶體有可將其做得精細，以可提 高像素（p i X e 1 )結構之開度比（〇 p e n i n g r a t i 〇 )的優點。因 此，多晶矽薄膜電晶體受到注意作為用於高鮮明度顯示之 裝置。近年來積極地研究利用在6 0 0 °C以下進行之低溫方（ 法製造多晶矽薄膜電晶體之技術。採用所謂的低溫方法可 無需使用昂貴的耐熱基材，因而有助於降低成本及放大顯 示。尤其，愈來愈需要將不僅供像素用之開關裝置及周邊 驅動電路，並且將以中央處理單元（CPU)為代表之高度功 能裝置包裝於相同基材上。為滿足此一需求，希望發展出 一種形成具有與單晶矽薄膜類似高品質之多晶矽薄膜的技 術。 根據相關技藝的低溫方法，使形成為長尺寸形狀或線性 形狀的準分子雷射（excimer laser)光束或電子束掃描， 而照射先前經沈積非晶形矽之基材的表面，以將非晶形ψ-轉變成多晶矽。或者，使基材整體照射經形成為具有大i 積之矩形形狀的準分子雷射光束，以將非晶形矽轉變成多 晶矽。使基材照射高能光束諸如雷射光束或電子束可僅使 基材上之非晶形矽快速加熱及熔融，而不會對基材造成損
62603.ptc 第6頁 461113 _案號89106887_年月日__ 五、發明說明（2) 害。在後續的冷卻步驟發生矽的結晶，而導致具有甚大晶 粒尺寸之多晶體的聚集。然而，已被使用之能束的脈衝持 續時間非常短，其短至2 ◦ - 2 0 0毫微秒（n s )。結果，由於非 晶形矽於經熔融後使其再固化所需之時間非常短，因此熔 融矽實際上快速地冷卻並轉變成多晶矽。由於熔融矽的快 速冷卻，因而晶核的發生頻率變得較高。結果，如此製得 之多晶矽的晶粒尺寸變得較小。使用具有小晶粒尺寸之多 晶矽作為活性層之薄膜電晶體的移動率（m 〇 b i 1 i t y )對Ν -溝 道型MOS電晶體小至約8 0平方公分/伏特秒。 因此，為將具有高功能的電路與像素之開關裝置一起包 裝於相同基材上，必需顯著改良薄膜電晶體之性能。為滿： 足此一需求，已提出一種在於約4 0 0 °C下加熱基材之狀態 中利用雷射光束照射基材之技術。經由預先加熱基材，於 雷射照射後之再結晶速率（冷卻速率）變低，因而使晶粒大 小增加。然而，根據此技術，在使用玻璃基材之情況中， 加熱溫度之上限由於玻璃基材之熱限制而變為約4 5 0 °C， 此溫度甚低於矽之熔點，即1 4 0 0 °C。結果，甚至經由採用 預熱基材之方法，多晶矽亦會於雷射照射後快速地冷卻， 因此很難製得具有類似於單晶矽之大晶粒尺寸的多晶矽。 形成具有大晶粒尺寸之多晶矽的另一種方法揭示於，例 如，日本專利公開No. He i 7 - 2 9 7 1 2 5，其中將催化劑金廣 引入矽薄膜中，以使矽晶體在特定的晶體方向中成長。 而，此方法基本上需要特徵在於在550 °C以上之溫度下進 行退火的固體成長方法，因此，此方法與低溫方法的配合 差。此外，由於催化劑金屬會殘留於石夕薄膜中，因此需要
62603.pt c 第7頁 46 11 13 _案號89106887_年月日___ 五'發明說明（3) 提供利用吸氣劑吸氣而移除金屬成份的額外步驟。 發明總結 本發明之一目的在於提供一種以高出料量在大面積上簡 單地形成具有與單晶矽類似之結晶度之矽薄膜的方法。 為達成以上目的，根據本發明之第一態樣，提供一種經 由利用雷射光束照射先前形成於基材上之半導體薄膜，而 使半導體薄膜結晶之方法，其包括： 將基材之表面分成多個分割區域，及將雷射光束成形以 調整雷射光束之照射區域，使得一個分割區域經一劑雷射 光束整體照射之準備步驟； 邊利用雷射光束照射一個分割區域，邊光學調變雷射龙 束之強度，使得將循環的明暗圖型投射於照射區域上，及 於移動圖型後照射相同的分割區域至少一次，使得圖型於 移動後之明亮及黑暗部分不與圖型於移動前之明亮及黑暗 部分重疊之結晶步驟；及 將雷射光束之照射區域移至下一分割區域，及.對此分割 區域重複結·晶步驟之掃描步驟。 結晶步驟以包括利用對應於明暗圖型之溫度梯度控制結 晶之方向，及於將圖型移動在利用一劑雷射照射之結晶距 離内之距離後，再次照射相同分割區域之步驟較佳。此 外，結晶步驟以在於2 0 0 °C以上之溫度下加熱基材之狀態/ 中進行較佳。 k 根據本發明之第二態樣，提供一種經由利用雷射光束照 射先前形成於基材上之半導體薄膜，而使半導體薄膜結晶 之雷射輕射系統’其包括·
62603.ptc 第8頁 4 6Π 13 案號89106887 年月日 修正 一 型 及之疊 割 成經 圖 ，後重：分 束域 暗 域動分此 光區 明 區移部對 射割 的 割於暗 並 雷分 環 分型黑 ， 將個 循 個圖及 域 ,一 將 一得亮 區 時得 得 中使明 割 域使 使 其，之 分 區，.，， 射域前 一 割域置度·，照區動 下 分區裝強置束割移 至 個射形之裝光分於 移 多照成束學射的型 域 成之之光光雷同圖 區 分束射射之之相與 射 面光照雷上變射不及照 表射體變域調照分·，之 之雷整調區學後部置束 4)材整束學射光型暗裝光 ^(基調光光照經圖黑描射 5將以射於於用動及掃雷 Μ當，雷用射利移亮主將 形劑 投 於明之 ί，束於 小 缝光插包 ·，甚 狹射安 其 及極有 :微雷係 ， ；電具 的使置 體 膜閘或 型或裝 晶 薄之碎 圖·，學 電 緣上形 暗中光 膜 絕膜晶 明徑此 薄 閘薄非 環路， 種 的體成 。循光罩 一 上導形 置出之光 供 面半上 裝繪束移 提 表於材 描描光相。， 一疊基 掃上射之佳樣 之堆在 副其雷型較態 膜而由 之在於圖中三 薄膜經 驟括插暗徑第 .，體薄係 步包安明路之 膜導緣膜 晶以係環光明 薄半絕薄 結置置循之發 體於閘體 複裝裝成束本 導疊由導 重學學形光據 半堆經半 域光光射射根：一 一 一此 區 此繞雷 括
62603.ptc 第9頁 f 4 6 1 1 1 3 _案號89106887_年月日__ 五、發明說明（5) 半導體薄膜之結晶係經由將基材之表面分成多個分割區 域，及將雷射光束成形以調整雷射光束之照射區域，使得 一個分割區域經一劑雷射光束整體照射；邊利用雷射光束 照射一個分割區域，邊光學調變雷射光束之強度，使得將 循環的明暗圖型投射於照射區域上，及於移動圖型後照射 相同的分割區域至少一次，使得圖型於移動後之明亮及黑 暗部分不與圖型於移動前之明亮及黑暗部分重疊；及將雷 射光束之照射區域移至下一分割區域，並對此分割區域重 複結晶_而進行。 根據本發明之第四態樣，提供一種顯示，其包括： 利用置於其間之特定間隙而彼此結合的一對基材；及 （ 固定於基材之間之間隙中的電光學材料； 形成於其中一個基材上之反電極；及 形成於另一基材上之像素電極及用於驅動像素電極之薄 膜電晶體，各薄膜電蟲體包括半導體薄膜及經由閘絕緣薄 膜而堆疊於半導體薄膜之一表面上之閘電極； 其中此半導體薄膜係經由在另一基材上形成非晶形矽或 具有甚小晶粒尺寸之多晶矽，及利用雷射光束照射此非晶 形矽或具有甚小晶粒尺寸之多晶矽，以使非晶形矽或具有 甚小晶粒尺寸之多晶碎結晶成為具有甚大晶粒尺寸之多晶 矽而製得；及 / 半導體薄膜之結晶係經由將基材之表面分成多個分割^ 域，及將雷射光束成形以調整雷射光束之照射區域，使得 一個分割區域經一劑雷射光束整體照射；邊利用雷射光束 照射一個分割區域，邊光學調變雷射光束之強度，使得將
62603.ptc 第10頁 46 11 13 _案號 89106887_年月日_ί±^-_ 五、發明說明（6) 循環的明暗圖型投射於照射區域上，及於移動圖型後照射 相同的分割區域至少一次，使得圖型於移動後之明亮及黑 暗部分不與圖型於移動前之明亮及黑暗部分重疊；及將雷 射光束之照射區域移至下一分割區域，並對此分割區域重 複結晶而進行。 根據本發明之第五態樣，提供一種有機EL顯示，其包 括： 形成於一基材上之包含由有機EL材料製成之發亮部分的 像素電極及用於驅動像素電極之薄膜電晶體，各薄膜電晶 體包括半導體薄膜及經由閘絕緣薄膜而堆疊於半導體薄膜 之一表面上之閘電極； ( 其中此半·導體薄膜係經由.在基材上形成非晶形砍或具有 甚小晶粒尺寸之多晶矽，及利用雷射光束照射此非晶形矽 或具有甚小晶粒尺寸之多晶矽，以使非晶形矽或具有甚小 晶粒尺寸之多晶砍結晶成為具有甚大晶粒尺寸之多晶碎而 製得；及 半導體薄膜之結晶係經由將基材之表面分成多個分割區 域，及將雷射光束成形以調整雷射光束之照射區域，使得 一個分割區域經一劑雷射光束整體照射；邊利用雷射光束 照射一個分割區域，邊光學調變雷射光束之強度，使得將 循環的明暗圖型投射於照射區域上，及於移動圖型後照_ 相同的分割區域至少一次，使得圖型於移動後之明亮及，i 暗部分不與圖型於移動前之明亮及黑暗部分重疊；及將雷 射光束之照射區域移至下一分割區域，並對此分割區域重 複結晶而進行。
62603.ptc 第11頁 461113 _案號89106887_年月日__ 五、發明說明（7) 根據本發明，將基材之表面分割成矩陣圖型，以界定多 個矩形分割區域，及相應地將雷射光束成形為矩形形狀， 使得一個分割區域可經一劑雷射光束整體照射。光學調變 雷射光束之強度，使得將循環的明暗圖型投射於經成形為 矩形形狀之照射區域上，及利用一劑雷射光束照射一個分 割區域。經由利用對應於明暗圖型之溫度梯度而控制結晶 之方向。接著於移動圖型後，再次利用一劑雷射光束照射 相同的分割區域，使得圖型於移動後之明亮及黑暗部分不 與圖型於移動前之明亮及黑暗部分重疊。在此情況中，經 由於使圖型移動在利用一劑雷射照射之結晶距離内之距離 之後進行結晶，可製得更均勻的晶體。將以上的結晶步驟 重複數次，及當圖型經移動圖型之一個循環的明亮或黑暗 部分時，將雷射光束的照射區域自起始分割區域移至下一 分割區域，及對此分割區域重複結晶步驟。如此可使大面 積的半導體薄膜有效地結晶。 圖示簡單說明 圖1係顯示本發明之結晶方法的透視圖； 圖2 A至2 D係各顯示用於本發明之結晶方法之循環明暗圖 型之例子的示意圖； 圖3係顯示本發明之雷射輻射系統之方塊圖；
圖4 A及4 B係各顯示用於說明本發明之結晶方法之結晶f 驟的圖； V 圖5 A至5 D係顯示用於說明根據本發明之薄膜電晶體之製 造方法之第一具體實例之連續製造步驟的圖； 圖6 A至6 C係顯示用於說明根據本發明之薄膜電晶體之製
62603.ptc 第12頁 461113 _案號 89106887_年月日__ 五、發明說明（8) 造方法之第二具體實例之連續製造步驟的圖； 圖7係顯示其中封裝根據本發明而製造之薄膜電晶體之 顯示之一例子的概略透視圖； 圖8係顯示本發明之雷射輻射系統之另一例子的概略方 塊圖； 圖9 A及9 B係各顯示用於說明本發明之結晶方法之另一例 子之結晶步驟的圖； 圖1 0係說明組裝於本發明之雷射輻射系統中之相移光罩 之圖；及 圖11係說明相移光罩之操作狀態之圖。 較佳具體實例說明： ( 以下將參照圖示詳細說明本發明之具體實例。 圖1係顯示根據本發明之結晶方法之一具體'實例的概略 透視圖。根據本發明之結晶方法，使先前形成於典型上由 玻璃製成之基材0上之半導體薄膜4結晶如下：換言之，使 半導體薄膜4照射雷射光束5 0，使得使一旦經照射雷射光 束5 0而熔融之半導體:，諸如矽，在冷卻步驟結晶。更明確 言之，在準備步驟中，將基材0之表面分割成矩陣圖型， 以界定多個分割區域1 2，及將雷射光束5 0成形，以將雷射 光束5 0之照射區域1 3調整成為矩形形狀，使得一個矩形分 割區域1 2經一劑雷射光束5 0整體照射。因此，照射區域1/ 之形狀與分割區域1 2之形狀相符合。在接下來的結晶步I 中，使位於基材0之左上側的起始分割區域1 2照射雷射光 束5 0。此時，光學調變雷射光束5 0之強度，使得將循環的 明暗圖 '型投射於照射區域1 3上。接著於將圖型以使圖型於
62603.ptc 第13頁 46 11 13 _案號 89106887_年月日_魅_ 五、發明說明（9) 移動後之明亮及黑暗部分不與圖型於移動前之明亮及黑暗 部分重疊之方式移動之後，再次使相同的分割照射區域1 2 照射雷射光束5 0至少一次。圖型之移動方向係以箭頭 「a」指示。之後將雷射光束5 0之照射區域1 3移至位在起 始分割區域1 2之右側的下一個分割區域1 2，並對此分割區 域1 2重複結晶步驟。掃描步驟之移動方向係以箭頭（b)指 示。在結晶步驟中，利用對應於明暗圖型之溫度梯度控制 結晶之方向，及將圖型移動在利用一劑雷射照射之結晶距 離内之距離，並利用雷射光束照射相同的分割區域1 2。之 後重複此一結晶步驟。經由於在基材0經加熱至2 0 0 °C以上 之溫度之狀態中進行結晶步驟，可得到更均勻的結晶狀（ 態。 根據本發明，將基材0之表面分割成矩陣圖型，以界定 多個矩形分割區域1 2，及將雷射光束5 0成形為矩形形狀， 使得一個分割區域1 2 '可經一劑雷射光束5 0整體照射。光學 調變雷射光束5 0之強度，使得將循環的明暗圖型投射於經 成形為矩形形狀之照射區域1 3上，及利用一劑雷射光束5 0 照射其中一個分割區域1 2。經由利用對應於明暗圖型之溫 度梯度而控制結晶之方向。接著於移動圖型後，再次利用 一劑雷射光束照射相同的分割區域1 2，使得圖型於移動後 之明亮及黑暗部分不與圖型於移動前之明亮及黑暗部分重 疊。在此情況中，經由於使圖型移動在利用一劑雷射照Ir 之結晶距離内之距離之後進行結晶，可得到更均勻的晶 體。將以上步驟重複數次，及當圖型經移動圖型之一個循 環的明’亮或黑暗部分時，將雷射光束5 0之照射區域1 3自起
62603.ptc 第14頁 ^461113 _案號89106887_年月日__ 五'發明說明（10) 始分割區域1 2移至下一分割區域1 2，及對此分割區域1 2重 複結晶步驟。如此可使大面積的半導體薄膜4有效地結· 晶。 在圖1所示之例子中，經由使圖型在方向（a )中逐步移動 (例如，每次之距離為1微米）以使起始的矩形分割區域1 2 結晶，在方向（b )中將照射區域1 3大量移動至下一分割區 域1 2，及對此分割區域1 2重複以上步驟，而使在基材0上 之半導體薄膜4之整個表面結晶。在此情況中，矩形分割 區域1 2具有6 1毫米X 7 3毫米之尺寸，及將對應於分割區域 1 2之矩形雷射照射區域1 3的整個面積覆蓋明暗圖型。在各 黑暗部分之寬度為1微米，在相鄰黑暗部分之間的間隔為$ 微米，雷射光束5 0之位移量為0 . 7 5微米，及利用一劑雷射 照射之結晶距離（橫向晶體成長距離）為1微米的情況中， 矩形分割區域1 2之整個面積藉由5 - 7劑雷射照射而均勻地 結晶。在矩形分割區域1 2具有6 1毫米X 7 3毫米之尺寸及玻 '璃基材0具有6 0 0毫米X 7 2 0毫米之尺寸的情況中，使在相 鄰分割區域之間之光束的重疊寬度為1毫米，則當將雷射 振盪頻率設 於1 0赫茲（Η z )時，使在基材0上之整個半導體薄膜結晶所 需之總劑數成為5 0 0 - 7 0 0劑。結果，各基材所需之供結晶 用的定位時間成為約5 0 - 7 0秒，其對於作為供大量生產用， 之出料量足夠快速。 v 經由在雷射結晶步驟中在2 0 0 °C以上之溫度下加熱玻璃 基材，以在4 0 0 °C至6 5 0 °C之範圍内較佳，可使半導體薄膜 4之熔融矽當固化時的冷卻速率變低。如此可有效抑制晶
62603.ptc 第15頁 6 1113 _案號89106887_年月日_魅_ 五、發明說明（11) 核之發生頻率，因此而可製得具有較低瑕疵密度之由矽晶 體製成的半導體薄膜。基材〇可利用電阻加熱，或使用X e 弧燈或齒素燈之燈加熱而加熱。 圖2 A至2 D係各顯示包括循環設置之明亮及黑暗部分之循 環明暗圖型之例子的概略平面圖。圖2 A顯示直線的明暗圖 型。本發明所使用之圖型並不受限於此，而係可為圖2 B所 示之波紋狹缝圖型，圖2C所示之山形圖型，或圖2D所示之 格柵圖型。基本要求為基材可經具有以一維或二維形態循 環設置之明亮及黑暗部分之圖型的雷射光束照射。 以下將參照圖3說明根據本發明之利用雷射光束整體照 射大面積之雷射系統的一例子。此一系統適用於進行本破 明之結晶方法。在圖3，元件編號5 1係指示一大輸出準分 子雷射光源；5 2係將雷射光束成形為矩形形狀之狹缝；5 3 係光束均化器；5 4係聚光器透鏡；5 5係微狹缝；5 6係成像 透鏡；57係反射鏡；友58係其上安裝基材0之XY -平台。將 用於加熱基材之燈61安裝於XY -平台58中。預先將由Si製 成之半導體薄膜4形成於基材0上。基本上經構造成經由利 用 雷射光束5 0照射先前形成於基材0上之半導體薄膜4，而使 半導體薄膜4結晶之本發明的雷射輻射系統包括成形裝 置、光學裝置、主掃描裝置、及副掃描裝置。成形裝置包 括光束成形狹缝5 2及光束均化器5 3。當將基材0之表面分 割成多個分割區域時，光束成形裝置將雷射光束5 0成形， 以調整雷射光束5 0之照射區域，使得一個分割區域經一劑 雷射光> 5 0整體照射。使用包括聚光器透鏡5 4、微狹縫
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Zl 6 1 1 1 3案號 89106887 __年 月_a_修正____ 五、發明說明（丨2) 55、成像透鏡56、及反射鏡57之光學裝置於光學調變雷射 光束5 0之強度’使得將循環的明暗圖型投射於雷射光束5 0 之照射區域上。主掃描裝置包括XY-平台58。於利用經光 學調變之雷射光束50照射安裝於χγ-平台58上之基材0之表-面上的一個分割區域之後，利用主掃描裝置移動圖型，使 得圖型於移動後之明亮及黑暗部分不與圖型於移動前之明 亮及黑暗部分重疊，及再利用雷射光束5 0照射相同的分割' 區域。副掃描裝置亦包括χγ-平台5 8。利用副掃描裝置使 雷射光束5 0之照射區域移至下一分割區域，並對此分割區 域重複結晶步驟。在此具體實例中，光學裝置包括在其上 描繪出循環明暗圖型的微狹縫55，及此微狹缝5 5係安插於 雷射光束50之光路控中《應注意可將微狹鏠55設置於基材 0之正上方。 微狹縫5 5係經由在透明基礎元件，諸如玻璃板上，' 條紋彼此隔開約1至1 5.微米之間隔之方式，形成各夏以使 2微米寬度之遮光薄膜的條紋而製得，其中此遮光=^1至 型上係由具有良好耐熱性之耐火金屬諸*Μ〇或讲=賤典 將狹縫之寬度及間隔各設定成使投射於基材〇上 复成。 明亮及黑暗部分的相對寬度和間隔幾乎等於利用〜圖型之 照射之晶體的橫向成長距離或為其之數倍以下。2 _雷射 分子雷射光源51所發出之雷射光束5〇具有3〇8亳由準 長，及在1 0 0至2 0 0毫微秒之範圍内之—劑的脈1米之歧 間。經由使微狹缝5 5之圖型聚焦於玻璃基材◦上 '續時（ 形矽所製成的半導體薄膜4上，及在以上條件下由砟晶 雷射光束50照射半導體薄膜4，在經雷射光束 j用脈衝 — ‘展射之明
461113 修正 曰 89106887 五、發明說明（13) 免部分的石夕έδϊ校^ ^ ^ ^ ^ 而在作為遮光部分之黑暗部分的石夕則 ^ , , _ ,t 在此 狀恕中’晶體成長藉由一劑雷射而在 ^ : ；&二5石夕至’溶融石夕在一側進行約〇 . 3至1 . 5微米之距 具W Μ Ϊ、&由使微狹縫5 5相對於基材0移動較橫向晶體成 二褲产^之距離’並根據相同方式重複雷射劑，可使晶體 繼繽在4頁向中成長。 一 f 4Α及4Β係各顯示根據本發明之方法之晶體成長狀態的 不思圖。參照圖4 A，當半導體薄膜4經由微狹缝5 5而照射 ，射，束5 0時’只有對應於微狹缝55之未遮光部分之在半 導體薄膜4上的明亮部分6 2經由雷射照射而熔融，及同時 在橫向中自對應於微狹縫5 5之經遮光部分的黑暗部分6 3矣 遮光部分進行晶體成長。接著如圖4 B所示’當微狹縫5 5在 晶體成長方向中移動較橫向晶體成長距離短之距離△ S ’ 及使半導體薄膜4再度照射一劑雷射時，矩形雷射照射區 域之整個表面皆經結晶。根據此結晶方法，可製得在晶體 成長方向中沒有晶粒邊界之非常高品質的結晶矽薄膜。 圖5A至5D顯示說明根據本發明之典型上用於LCD之薄膜 電晶體之製造方法之第一具體實例的連續製造步驟。根據 此具體實例製得之多晶矽薄膜電晶體的移動率對N-溝道型 係在270至350平方公分/伏特秒之範圍内，及對P -溝道型 係在1 6 0至2 5 0平方公分/伏特秒之範圍内’其顯著高於才艮 據相關技藝方法所製得之多晶矽薄膜電晶體的移動率。也 外，將以N -溝道型薄膜電晶體之製造方法為例而進行以下 說明，然而，可僅經由改變作為摻雜劑之不純物的種類’ 而以類）以方式將此具體實例應用至P _溝道型薄膜電晶體。
62603,ptc 第18頁 修正 曰 五、發明說明（14) 在此將說明具有底 照圖5 A，將由’a 1、甲結構之薄膜電晶體的製造方法。參 金製成的金屬薄犋a、M〇、W、Cr、Cu、或任一金屬之合 至3 0 0毫微米之厚户由坡璃製成的絕緣基材0上形成至1 〇 0 參照圖5B，在閉& ’並成型為閘電極i。 例中，閘絕緣薄^息極1上形成閘絕緣薄膜《在此具體實 薄膜3 ( S i 〇2 )之雙層;有閉氮化物薄膜2 ( s i Nx ) /閘氧化物 及氣體之混合^ ^構、。閑氮化物薄膜2係使用s丨&氣體 形成。此外，可以 為源氣體，利用電漿CVD(PCVD)方法 法。閘氮化物薄膜壓fVD或低壓CVD方法取代電漿CVD方 化物薄膜2上將閉氧j經=成至5 0毫微米之厚度。在閘氮 度。接著在閘氧化—物薄膜3形成至約2 0 0毫微米之厚（ 薄膜4連續形成至薄膜3上將由非晶形矽製成的半導體' 層結構之閘絕緣薄，腹微米至80.毫微米之厚度。具有雙 膜形成室中不改蠻直办非晶形半導體薄膜4係在相同的薄 成係利用電漿CVD太、：jT條件而連續形成。如以上的薄膜形 的去氫退火，以使白人進則使所產生之結構進行所謂 出。去氫退火係晶形半導體薄膜4内之氫釋放 時。 ’、氮軋申在4 0 0至4 5 0 °c之溫度下進行玉小 昭射非t:？本發明之結晶方法，Μ用雷射光束5 0 用、ί Ϊ ; H : ί缚膜4而使非晶形半導體薄膜4結晶。使. 刀”光束作為雷射光束50。將基材〇之表面分点ί 夕個分割區域’及將雷射光束5〇成形，以調整雷射 〇 =照射區域’使得一個分割區域經一劑雷射光束5〇整體照 射。使起始分割區域在此一條件下照射雷射光束5 〇。此’'、、
62603.ptc 第19頁 461113 _案號89106887_年月曰__ 五、發明說明（15) 時，利用微狹缝5 5光學調變雷射光束5 0之強度，使得將循 環的明暗圖型投射於照射區域上。接著移動圖型，使得圖 型於移動後之明亮及黑暗部分不與圖型於移動前之明亮及 黑暗部分重疊，及利用雷射光束5 0照射相同的分割區域。 以此方式使半導體薄膜4上之起始分割區域結晶。將雷射 光束5 0之照射區域自起始分割區域移至下一分割區域，及 對新的分割區域重複結晶步驟。 接下來，如圖5 C所示，為控制薄膜電晶體之臨限電壓 V th，視需要對在先前步驟中結晶之多晶半導體薄膜5進行 離子植入。在此具體實例中，在1 0仟電子伏特（K e V )下以 約5x10" /平方公分至4x1 012 /平方公分之劑量將B +之離 植入多晶半導體薄膜5中。利用電漿CVD方法將由Si02製成 之止停薄膜.（stopper film)6在多晶半導體薄膜5上形成至 約1 0 0毫微米至3 0 0毫微米之厚度。在此具體實例中，利用 電漿使矽烷氣體SH4及氧氣分解以沈積Si 02。利用背面曝光 技術，將由S i 02製成之止停薄膜6以對準閘電極1之方式成 型為特定形狀。將位在止停薄膜6正下方之一部分的多晶 半導體薄膜5保護成為溝道區域6 4。如前所述，溝道區域 6 4先前經由為控制薄膜電晶體之臨限電壓V t h而進行之離 子植入而摻雜相當低劑量的B+離子。利用止停薄膜6作為 光罩將不純物（例如，P+)之離子植入半導體薄膜5中，而/ 在溝道區域6 4之兩側形成L D D區域6 7。此時將劑量設於、 5x1 012 /平方公分至1 xl 013 /平方公分之範圍内，及將加速 電壓設於10仟電子伏特。形成具有覆蓋止停薄膜6及在其 兩側上之LDD區域67之圖型的光阻劑，並使用光阻劑作為
62603.ptc 第20頁 3 4 6 1 五、發明說明（16) 光罩，利用離子雨（i〇n shower )摻雜方法大量摻雜不純物 (例/如’ P+)之離子，而形成源區域6 5及汲區域6 6。在不純 物係經由場加速摻雜而無質量分離之此離子雨摻雜方法 中’不純物係在1 〇仟電子伏特之加速電壓下以約1 X 1 〇15 / 平方公分之劑量摻雜。雖然未示於圖中，但在形成P -溝道 型溥膜電晶’體之情況中，將N _溝道型薄膜電晶體之區域覆 蓋光阻劑’且可以約丨χ丨〇ls /平方公分之劑量摻雜自P+離 子改變成B+離子之不純物。應注意不純物可經由使用質量 分離型離子植入裝置而摻雜。之後利用RTA (快速熱退 火）6 0使摻雜於多晶半導體薄膜5中之不純物活化。RT A通 常可以EL A (準分子雷射退火）取代。接著將半導體薄膜5 4: 止停薄膜6同時成型，以對各隔離區域分離薄膜電晶體。 最後，如圖5 D所示，在整個表面上將由S i 02所製成之中 間層絕緣薄膜7形成至約1 〇 〇至2 〇 〇毫微米之厚度。利用電 襞CVD方法在中間層絶緣薄膜7上將由siNx製成之鈍化薄膜 (罩膜）8形成至約2 〇 〇至4 0 0毫微米之厚度。然後使所產生 之結構在氮氣或形成氣體環境、或在真空環境中在3 5 〇 t 至4 5 0 C之溫度下加熱1小時’以使包含於中間層絕緣薄膜 1中之氫原子在半導體薄膜5中擴散。之後形成到達半導體 薄膜5之觸孔’並利用濺鍍以可填充孔洞之方式將由μ 〇或 Α1製成之金屬薄膜形成至1〇〇至2〇〇毫微米之厚度，並成麥 成特定形狀以形成互連電極9。然後將由丙烯酸系樹脂製(ν 成之平面化層1 〇塗布至約1微米之厚度，並形成到達半導 體薄膜5之觸孔。接著利用濺鍍在平面化層1 〇上形成由丨τ 〇 或1X0製成之透明導電性薄膜，並將其成型成特定形狀以
62603.ptc 第21頁 46 t ί 13 _案號89106887_年月日__ 五、發明說明（17) 形成像素電極Π。之後在有機EL顯示之情況中’可利用濺 鍍或類似方式沈積有機E L材料。 圖6 A至6 C係說明根據本發明之典型上用於L C D之薄膜電 晶體之製造方法之第二具體實例的連續製造步驟。根據此 具體實例製得之多晶矽薄膜電晶體的移動率對N -溝道型係 在3 2 0至4 3 0平方公分/伏特秒之範圍内，及對P _溝道型係 在1 6 0至2 2 0平方公分/伏特秒之範圍内，其顯著高於根據 相關技藝方法所製得之多晶矽薄膜電晶體的移動率。此 外，此具體實例與第一具體實例之不同處在於在此具體實 例中係製造具有頂部閘結構之薄膜電晶體。首先，如圖6 A 所示，利用電漿C V D方法在絕緣基材0上連續形成構成缓種( 層的雙下層薄膜6a及6b。由Si Nx製成之在第一層的下層薄 膜6 a亦係形成至1 0 0毫微米至2 0 0毫微米之厚度，及由S i 02 製成之在第二層的下層薄膜6 b係形成至1 0 0毫微米至2 0 0毫 微米之厚度。利用電毁CVD方法或LPCVD方法，在由Si02製 成之下層薄膜6 b上將由非晶形矽製成之半導體薄膜4形成 至約3 0毫微米至8 0毫微米之厚度。如由非晶形矽製成之半 導體薄膜4係利用電漿C V D方法形成，則使所產生之結構在 氮氣中在自4 0 0 °C至4 5 0 °C之溫度範圍内退火約1小時，以 除去薄膜中之氫。若需要，可進行用於控制臨限電壓V t h 之前述的離子植入。在此情況中，在.約10仟電子伏特之力口.. 速電壓下以約5 X 1 011 /平方公分至4 X 1 012 /平方公分之劑k 將B+之離子植入半導體薄膜5中。 接下來，使非晶形半導體薄膜4根據本發明之結晶方法 結晶。將基材0之表面分成多個分割區域，及將雷射光束
62603.ptc 第22頁 4 611 13 年 修正 月 曰 案號 89106887 五、發明說明（18) 5 0成形’以調整雷射光束5 〇之照射區域，使得—個分割區 ^經=劑雷射光束50整體照射。使起始分割區域在此一條 异ΐ ^射雷射光束5 〇。此時’利用微狹縫5 5光學調變雷射 上。接^強度’使得將循環的明暗圖型投射於照射區域 不與圖1矛多動^型’使'得圖型於移動後之明亮及黑暗部分 束5 0 ^ ^於移動前之明亮及黑暗部分重疊’及利用雷射光 起始$ ^ ^同的分割區域。以此方式使半導體薄膜4上之 區ϋ °彳區域結晶。將雷射光束5 0之照射區域自起始分割 參昭下一分割區域’及對此分割區域重複結晶步驟。 _ : ^圖6 Β ’將經轉變成多晶矽之半導體薄膜5成型為島 irrVrL用電聚CVD方法、常壓CVD方法、低壓CVD:方法、（ 成之f έ万法、或濺鍍方法，在半導體薄膜5上將由Si 〇2製 之^間絕緣薄膜3形成至1 〇毫微米至4 〇 〇毫微米之厚度，以 碎、/卡較佳。將由A1、T i、Mo、W、Ta、經摻雜多晶 =—金屬之合金製成的金屬薄膜在閘絕緣薄膜3上 4 / 毫微米至800毫微米之厚度，並成型成特定形狀 而形成pq /取開電極1。使用閘電極1作為光罩，利用離子植入方 ’使用質量分離，將P+之離子植入半導體薄膜5之整個表 面上’而形成L D D區域6 7。將劑量設於6 X 1 〇12 /平方公分至 s γ 1 η13 / /平方公分之範圍内，及將加速電壓設於90仟電子 伏，。使位在閘電極1正下方之溝道區域6 4受保護，並利. 用離子植入保留為經摻雜Β+之離子，以控制臨限電壓 Vth。於利用離子植入形成LDD區域67之後，以可覆蓋閘電 極1及其相鄰區域之方式形成防蝕圖型，並利用無質量分 離型的離子雨掺雜方法使用防蝕圊塑作為光罩，大量摻雜
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第23頁 46 1113 _案號 89106887_年月日__ 五、發明說明（19) P+之離子，而形成源區域65及汲區域66。在此離子雨摻雜 方法中，將劑量設於約1 X 1 015 /平方公分，及將加速電壓 設於9 0仟電子伏特，及使用經氫稀釋之2 0 % P H3氣體作為 摻雜氣體。在形成CMOS電路之情況中，於形成供P-溝道薄 膜電晶體用之防蝕圖型之後，可經由使用包括5%-20% B2 H6 / H2氣體混合物之摻雜氣體，在9 0仟電子伏特之加速電 壓下，以自約1 X 1 015 /平方公分至3 X 1 015 /平方公分之劑量 範圍植入B+之離子。應注意源區域6 5及汲區域6 6可經由使 用質量分離型的離子植入裝置而部成。之後利用，例如” 使用與在第一具體實例中所使甩之紅外燈之相同的RT A 6 0，使植入半導體薄膜5中之摻雜劑活化。 （ 最後，如圖6 C所示，以可覆蓋閘電極1之方式形成由P S G 所製成的中間層絕緣薄膜7。利用電漿C V D方法在中間層絕 緣薄膜7上將由S i Nx製成之鈍化薄膜（罩膜）8形成至約2 0 0 毫微米至4 0 0毫微米之厚度。然後使所產生之結構在氮氣 環境中在3 5 0 °C下加熱約1小時，以使包含於中間層絕緣薄 膜7中之氫原子在半導體薄膜5中擴散。之後形成到達半導 體薄膜5之觸孔，並利用濺鍍以可填充孔洞之方式將由 Al-Si製成之金屬薄膜形成於鈍化薄膜8上，並將其成型成 特定形狀以形成互連電極9。然後將由丙烯酸系樹脂製成 之平面化層1 0塗布至約1微米之厚度，並形成到達半導體-薄膜5之觸孔。接著利用激鍍在平面化層10上形成由IT0敦 I X0製成之透明導電性薄膜，並將其成型成特定形狀以形 成像素電極11。之後在有機E L顯示之情況中，可利用濺鍍 或類似 '方式沈積有機E L材料。
62603.pt c 第24頁 4 6 1113 五、發明說明（20) _________ 在圖6A至6C所示之第二具體實例中， 係以與說明於圖5A至5D所示之第一具體=晶形半導體薄膜 結晶。然而，製造具有頂部閘結構之二例中之相同方式 實例與製造具有底部閘結構之薄膜電晶電晶體之此具體 的不同處在於非晶形半導體薄膜係在开I 之第一具體實例 結晶。結果，根據此具體實例，由於由址閘電極之圖型前 材的收縮容許度較在第一具體實例中大坡璃製成之絕緣基 輸出的雷射輻射系統進行結晶。 因而可使用較大 圖7顯示使用根據第一或第二具體 體之主動矩陣型顯示之一例子，參照 ’造之薄膜電晶 括一對絕緣基材丨01及i 0 2，及固定ϋ ’此顯示具有包 1 〇 3的面板結構。液晶材料被廣泛使間之電光學材料（ 1〇3。將像素陣列部分1〇4及驅動電乍為電光學材料 ，緣基材1 0 1上。將自薄膜電晶體製。分整體形成於下方 ίίίΞί電路105友水平驅動電路t e Λ動電路部分分 子1 〇的上端形成待連接至外部端子ί絕緣基材1 〇ι 3電路1。6。在像素陣列連驅動電路105及水平 1閘聯絡線1〇9及在攔中1 =沾上形成在列t由Mo製成 聯絡線109與信號聯絡 成的信號聯絡線110。在閘 像素電極1 1 i及用於驅之間的交點形成由IT0製成的 對於各薄獏電晶體i丨2 ϋ電極1 1 1之薄膜電晶體U 2、 1 0 9 ;將汲區域連接至將閑電極連接至相對的閘聯絡線 接至相對的信號聯故的像素電極111 ;及將源區域連 驅動電路1 〇 5，及脾U °將各閘聯絡線1 〇 9連接至垂直 :各信號聯絡線1 1 〇連接至水平驅動電路
461113 _案號89106887_年月日__ 五、發明說明（21) 1 ◦ 6。用於交換驅動像素電極1 1 1之薄膜電晶體1 1 2及包含 於垂直驅動電路1 0 5和水平驅動電路1 0 6中之薄膜電晶體係 根據本發明而製造。此一薄膜電晶體具有較根據相關技藝 方法所製得者高的移動率。結果，可整體形成各具有較高 性能的驅動電路以及處理電路。 接下來將參照圖8說明本發明之雷射輻射系統的另一具 體實例。在圖8，元件編號5 1係指示一大輸出準分子雷射 光源；5 2係將雷射光束成形為矩形形狀之狹缝；5 3係光束 均化器；5 4係聚光器透鏡；5 5 a係相移光罩；及5 7係反射 鏡。預先將半導體薄膜4形成於待處理的基材0上。將相移 光罩5 5a以靠近基材0的方式設置於基材◦之表面側上。將( 加熱燈5 9以靠近基材0的方式設置於基材0之背面上。雷射 光束5 0自雷射光源5 1經由相移光罩5 5 a發射至基材0，而使 半導體薄膜4結晶。將參照圖9 A及9 B而說明具體的結晶方 法。 在參照圖9而說明結晶方法之前，將先說明相移光罩的 原理。如圖1 0所示，相移光罩係經構造成為具有階梯部分 的石英。在石英之階梯部分的邊界發生雷射光束5 0的繞射 及干涉，因而使雷射光束5 0之強度產生循環的空間分佈。 在圖1 0所示之例子中，在作為邊界之階梯部分X = 0的右側 及左側產生1 8 0。的相差。一般而言，為經由在透明基礎元 件上形成折射率「η」之透明介質而產生1 8 0°的相差，透^ 明介質之厚度「t」係由方程式t =人/ 2 ( η - 1 )所決定，其中 λ為雷射光束之波長。使石英基礎元件之折射率為1.46， 由於XeCl準分子雷射光束之波長為308毫微米，因而可經
62603.ptc 第26頁 4 6 11 13 _案號89106887_年月日__ 五、發明說明（22) 由蝕刻形成3 3 4 . 8毫微米之階梯部分，而產生1 8 0°之相 差。在利用PECVD或LPCVD形成SiNx薄膜作為透明介質之情 況中，使Si化薄膜之折射率為2.0，可在石英基礎元件上 將S i Nx薄膜形成至1 54毫微米之厚度，隨後再經蝕刻而形 成1 5 4毫微米之階梯部分。通過具有1 8 0°相差之相移光罩 5 5 a之雷射光束5 0的強度展現圖1 0所示之循環的強弱圖 型。 循環相移光罩5 5 a係經由循環重複以上的階梯部分而形 成，如圖1 1所示。關於圖1 1所示之相移光罩5 5 a，將相移 條紋之寬度及條紋間之距離各設為3微米。使在由矽製成 之半導體薄膜4與相移光罩5 5 a之間的距離為「d」，則隨（ 「d」變得愈大，繞射程度亦變得愈大，因而雷射光束之 強度的調變循環變得愈長。將「d」之值設於0 . 0 5至3 . 0毫 米之範圍内較佳。相差並不一定要設於1. 8 0°，而係可設於 可產生雷射光束之強弱圖型的值下。當使用波長3 0 8毫微 米之X e C 1準分子雷射光束時，一劑雷射光束之脈衝持續時 間係在2 0至2 0 0毫微秒之範圍内。當將具有以上形態之湘 移光罩5 5 a安插於雷射光源與由非晶形矽製成之半導體薄 膜4之間，並使半導體薄膜4照射脈衝雷射光束時，通過循 環相移光罩5 5 a之雷射光束產生繞射及干涉，因而產生雷 射光束之強度的循環強弱圖型。半導體薄膜4在經雷射光 束強烈照射的部分完全熔融，及在經雷射光束5 0微弱照‘ 之部分與其之間產生一溫度梯度。在此一狀態中，橫向晶 體成長藉由一劑雷射照射而自固態矽至經完全熔融的矽在 一側進行約0 . 3至3 . 5微米之距離。使相移光罩5 5 a移動較
62603.ptc 第27頁 461113 _案號 89106887_年月日_iMz___ 五、發明說明（23) 橫向晶體成長距離短之距離，並利用一劑雷射光束再次照 射相同的照射區域。經由重複此一雷射照射步驟，晶體持 系買在照射區域中在橫向成長。 圖9 A及9 B係各顯示晶體成長狀態之示意圖。參照圖9 A， 只有在經雷射光束強烈照射之明亮部分的矽經熔融，及自 經雷射光束微弱照射之黑暗部分的固態矽至熔融矽進行橫 向晶體成長。參照圖9 B，使具有循環設置之階梯部分的相 移光罩55a在晶體成長方向中移動等於或短於橫向晶體成 長距離之距離△S，並使相同的照射區域再次照射一劑雷 射光束。經由重複此一雷射照射步驟，而使在雷射光束之 矩形照射區域之整個表面上的矽結晶。根據本發明之結曰Y 方法，可製得在晶體成長方向中沒有晶粒邊界之非常高品 質的結晶矽薄膜。 已經說明之圖1係以立體圖形展示圖9 A及9 B所示之步驟 的圖。參照圖1 ，經由使圖型在方向（a )中移動各約1微米 之距離以使起始分割區域1 2結晶，使雷射光束5 0之照射區 域在方向（b)中移動，並重複以上步驟，可使在基材0上之 半導體薄膜4的整個表面結晶。在此情況中，矩形光束之 尺寸為61毫米x73毫米，且矩形雷射光束50之全部的截面 積經前述的循環相移光罩覆蓋。在使用此一循環相光罩之 情況中，利用一劑雷射照射之結晶距離「r」係經由將 _ 「利用一劑之橫向成長距離」乘以「相移圖型之條紋數ί 而得。在此具體實例中，相移圖型之一循環的條紋為6微 米，因此，在矩形光束中包含10，166個條紋。由於晶體成 長對各 '雷射照射進行約1微米，因而如使圖型在次要的軸
62603.ptc 第28頁 461113 _案號891Q6887_年月日__ 五、發明說明（24) 向移動，則一分割區域1 2之整個表面可藉由六劑雷射照射 而結晶。以下將說明使在基材0上之整個半導體薄膜結晶 之出料量的計算。在矩形光束具有61毫米x73毫米之尺寸 及玻璃基材0具有6 0 0毫米X 7 2 0毫米之尺寸的情況中，使在 方向（b)中彼此鄰接之矩形光束的重疊寬度為1毫米，則當 將雷射振盪頻率設於1 0赫茲時，使在基材上之整個半導體 薄膜結晶所需之總劑數成為約6 0 0劑。因此，各基材所需 之供結晶用的定位時間成為約6 0秒，其對於作為供大量生 產用之出料量足夠快速。此外，循環相移光罩之圖型並不 受限於直線狹缝圖型，而係可為如圖2 B至2 D所示之波紋狹 縫圖型、山形圖型、或格栅圖型。如前所述，根據此具ff 實例，結晶係經由使用相移光罩使雷射光束產生繞射，以 形成循環的明暗圖型而進行。由於在此具體實例中之相移 光罩係利用雷射光束之繞射，因而雷射光束之損耗變得較 在使用微狹縫之情況中小，因而改良能量的可用性。此 外，由於此具體實例係僅經由將相移光罩安插於光路徑中 而構造，因而_光學系統的形態相當簡單。 如前所述，根據本發明，可製得無法利用簡單的多劑雷 射光束製得之具有與單晶類似之結晶度之高品質的矽薄 膜。根據本發明所製得之多晶薄膜電晶體的移動率在第一 具體實例中對於NMOS係在2 7 0至3 5 0平方公分/伏特秒之範 圍内，及對PMOS係在1 60至2 5 0平方公分/伏特秒之範圍（ 内；及在第二具體實例中對於NMOS係在320至430平方公分 /伏特秒之範圍内，及對P Μ 0 S係在1 6 0至2 2 0平方公分/伏 特秒之 '範圍内。經由將本發明之多晶矽薄膜電晶體應用至
62603.ptc 第29頁 4 6 11 13 案號89106887_年月日__ 五、發明說明（25) 顯示裝置諸如液晶顯示或EL，可在周邊電路中形成高度功 能的操作裝置。此對於實現面板上系統 (system-on-panel)有效。尤其，根據使用利用雷射光束 之繞射之相移光罩的具體實例，雷射光束之損耗變得較在 使用微狹缝之情況中小，因而改良能量的可用性，此外， 由於此具體實例係僅經由將相移光罩安插於光路徑中而構 造，因而光學系統的形態相當簡單。 雖然已使用特定術語說明本發明之較佳具體實例’但此 等說明係僅供說明用途用，應明瞭可不脫離以下申請專利 範圍之精神及範圍而進行變化及修改。 圖式元件符號表 0 基材 1 閘電極 2 閘氮化物薄膜 3 閘氧化物薄膜 4 半導體薄膜 5 多晶半導體薄膜 6 止停薄膜 6 a 下層薄膜 6 b 下層薄膜
7 中間絕緣層薄膜 I 8 鈍化薄膜（罩膜） 9 互連電極 10 平面化層
62603.ptc 第30頁 4 6 11 13 _案號89106887_年月日_ 五、發明說明（26) 11 像 素 電 極 12 分 割 區 域 13 昭 射 區 域 50 雷 射 光 束 5 1 大 輸 出 準 分 子雷射光源 52 光 束 成 形 狹 缝 53 光 束 均 化 器 54 聚 光 器 透 鏡 55 微 狹 縫 5 5a 循 環 相 移 光 罩 56 成 像 透 鏡 57 反 射 鏡 58 XY -平台 60 快 速 執 退 火 (RTA) 6 1 加 敎 燈 62 明 亮 部 分 63 里 暗 部 分 64 溝 道 區 域 65 源 區 域 66 汲 區 域 67 LDD區域 10 1 絕 緣 基 材 102 絕 緣 基 材 103 電 光 學 材 料 104 像 素 陣 列 部 分
62603.ptc 第31頁 461113 案號 89106887 曰 修正 五、發明說明（27) 1 0 5 垂直驅動電路 1 0 6 水平驅動電路 1 07 端子 1 0 8 聯絡線 1 0 9 閘聯絡線 1 1 0 信號聯絡線 1 1 1 像素電極 1 1 2 薄膜電晶體
62603.ptc 第32頁

Claims (1)

  1. 461113 _案號89106887_年月日__ 六、申請專利範圍 1 · 一種使半導體薄膜結晶之方法，該方法利用雷射光束 照射先前形成於基材上之半導體薄膜，而使半導體薄膜結 晶，包括下列步驟： 將基材之表面分成多個分割區域，及將雷射光束成形 以調整雷射光束之照射區域，使得一個分割區域經一劑雷 射光束整體照射之準備步驟； 邊利用雷射光束照射一個分割區域，邊光學調變雷射 光束之強度，使得將循環的明暗圖型投射於照射區域上， 及在移動圖型後照射相同的分割區域至少一次，使得圖型 於移動後之明亮及黑暗部分不與圖型於移動前之明亮及黑 暗部分重疊之結晶步驟；及 ( 將雷射光束之照射區域移至下一分割區域，及對此分 割區域重複該結晶步驟之掃描步驟。 2.如申請專利範圍第1項之方法，其中該結晶步驟包括 利用對應於明暗圖型乏溫度梯度控制結晶之方向，及於使 圖型移動在利用一劑雷射照射之結晶距離内之距離之後， 再次照射相同分割區域之步驟。 3 .如申請專利範圍第1項之方法，其中該結晶步驟係在 於2 0 0 °C以上之溫度下加熱基材之狀態中進行。 4 .如申請專利範圍第1項之方法，其中該結晶步驟係經 由使用使雷射光束繞射形成循環明暗圖型之相移光罩而進 行。 （ 5. —種雷射輻射系統，該系統利用雷射光束照射先前形 成於基材上之半導體薄膜’而使半導體薄膜結晶'包括.
    62603.ptc 第34頁 46 11 13 _案號89106887_年月日__ 六、申請專利範圍 當將基材之表面分成多個分割區域時，將雷射光束成形， 以調整雷射光束之照射區域，使得一個分割區域經一劑雷 射光束整體照射之成形裝置； 光學調變雷射光束之強度，使得將循環的明暗圖型投 射於照射區域上之光學裝置； 利用經光學調變之雷射光束照射一個分割區域，及於 移動圖型後照射相同的分割區域，使得圖型於移動後之明 亮及黑暗部分不與圖型於移動前之明亮及黑暗部分重疊之 主掃描裝置；及 將雷射光束之照射區域移至下一分割區域，並對此分 割區域重複該結晶步驟之副掃描裝置。 ( 6 .如申請專利範圍第5項之雷射輻射系統，其中該光學 裝置包括在其上描繪出循環明暗圖型之微狹缝，該光學裝 置係安插於雷射光束之光路徑中。 7.如申請專利範圍第5項之雷射輻射系統，其中該光學 裝置包括使雷射光束繞射形成循環明暗圖型之相移光罩， 該光學裝置係安插於雷射光束之光路徑中。 8 .如申請專利範圍第5項之雷射輻射系統，其更包括： 用於在200 °C以上之溫度下加熱基材之裝置； 其中該半導體薄膜係在加熱狀態中經照射雷射光束而 結晶0 , / 9 · 一種薄膜電晶體，包括： v 一半導體薄膜； 一堆疊於該半導體薄膜之一表面上的閘絕緣薄膜；及
    62603.ptc 第35頁 461113 _案號89106887_年月日__ 六、申請專利範圍 一經由該閘絕緣薄膜而堆疊於該半導體薄膜上之閘電 極； 該半導體薄膜係經由在基材上形成非晶形矽或具有甚 小晶粒尺寸之多晶矽，及利用雷射光束照射此非晶形矽或 具有甚小晶粒尺寸之多晶梦，以使非晶形碎或具有甚小晶 粒尺寸之多晶矽結晶成為具有甚大晶粒尺寸之多晶矽而製 得；及 該半導體薄膜之結晶係經由將基材之表面分成多個分 割區域，及將雷射光束成形以調整雷射光束之照射區域， 使得一個分割區域經一劑雷射光束整體照射；邊利用雷射 光束照射一個分割區域，邊光學調變雷射光束之強度，使( 得將循環的明暗圖型投射於照射區域上，及於移動圖型後 照射相同的分割區域至少一次，使得圖型於移動後之明亮 及黑暗部分不與圖型於移動前之明亮及黑暗部分重疊；及 將雷射光束之照射區域移至下一分割區域，並對此分割區 域重複結晶而進行。 1 0 .如申請專利範圍第9項之薄膜電晶體，其中該半導體 薄膜係經由利用對應於明暗圖型之溫度梯度控制結晶之方 向，及於使圖型移動在利用一劑雷射照射之結晶距離内之 距離之後，再次照射相同分割區域而結晶。 1 1.如申請專利範圍第9項之薄膜電晶體，其中該半導體 薄膜係在於2 0 0 °C以上之溫度下加熱基材之狀態中結晶。（ 1 2.如申請專利範圍第9項之薄膜電晶體，其中該半導體 薄膜係經由使用使雷射光束繞射形成循環明暗圖型之相移
    62603.ptc 第36頁 461113 _案號89106887_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 光罩而結晶。 13. —種顯示器，包括： 一對利用置於其間之特定間隙而彼此結合的基材； 一固定於該基材之間之間隙中的電光學材料； 多個形成於該基材之其中一者之上的反電極；及 形成於該基材之另一者之上之像素電極及用於驅動該 像素電極之薄膜電.晶體，各該薄膜電晶體包括半導體薄膜 及經由閘絕緣薄膜而堆疊於該半導體薄膜之一表面上之閘 電極； 其中.該半導體薄膜係經由在.另一基材上形成非晶形珍 或具有甚小晶粒尺寸之多晶矽，及利用雷射光束照射此非:: 晶形矽或具有甚小晶粒尺寸之多晶矽，以使非晶形矽或具 有甚小晶.粒尺寸之多.晶碎結晶成為具有甚大晶粒尺寸之多 晶矽而製得；及 該半導體薄膜之結晶係經由將另一基材之表面分成多 個分割區域，及將雷射光束成形以調整雷射光束之照射區 域，使得一個分割區域經一劑雷射光束整體照射；邊利用 雷射光束照射一個分割區域，邊光學調變雷射光束之強 度，使得將循環的明暗圖型投射於照射區域上，及於移動 圖型後照射相同的分割區域至少一次，使得圖型於移動後 之明亮及黑暗部分不與圖型於移動前之明亮及黑暗部分重 疊；及將雷射光束之照射區域移至下一分割區域，並對』 分割區域重複結晶而進行。 1 4.如申請專利範圍第1 3項之顯示器，其中該半導體薄
    62603.ptc 第37頁 4 6 11 13 _案號89106887_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 膜係經由利用對應於明暗圖型之溫度梯度控制結晶之方 向，及於使圖型移動在利用一劑雷射照射之結晶距離内之 距離之後，再次照射相同分割區域而結晶。 1 5.如申請專利範圍第1 3項之顯示器，其中該半導體薄 膜係在於2 0 0 °C以上之溫度下加熱基材之狀態中結晶。 1 6.如申請專利範圍第1 3項之顯示器，其中該半導體薄 膜係經由使用使雷射光束繞射形成循環明暗圖型之相移光 罩而結晶。 1 7 . —種有機E L顯示器，包括： 形成於一基材上之包含由有機EL材料製成之發亮部分 的像素電極及用於驅動該像素電極之薄膜電晶體，各該薄: 膜電晶體包括半導體薄膜及經由閘絕緣薄膜而堆疊於該半 導體薄膜之一表面上之閘電極； 其中該半導體薄膜係經由在基材上形成非晶形矽或具 有甚小晶粒尺寸之多晶矽，及利用雷射光束照射此非晶形 矽或具有甚小晶粒尺寸之多晶矽，以使非晶形矽或具有甚 小晶粒尺寸之多晶碎結晶成為具有甚大晶粒尺寸之多晶碎 而製得；及 該半導體薄膜之結晶係經由將基材之表面分成多個分 割區域，及將雷射光束成形以調整雷射光束之照射區域， 使得一個分割區域經一劑雷射光束整體照射；邊利用雷射 光束照射一個分割區域，邊光學調變雷射光束之強度，^ 得將循環的明暗圖型投射於照射區域上，及於移動圖型後 照射相同的分割區域至少一次，使得圖型於移動後之明亮
    62603.ptc 第38頁 4 6 1113 _案號89106887_年月日_魅_ 六、申請專利範圍 及黑暗部分不與圖型於移動前之明亮及黑暗部分重疊；及 將雷射光束之照射區域移至下一分割區域，並對此分割區 域重複結晶而進行。 1 8.如申請專利範圍第1 7項之有機E L顯示器，其中該半 導體薄膜係經由利用對應於明暗圖型之溫度梯度控制結晶 之方向，及於使圖型移動在利用一劑雷射照射之結晶距離 内之距離後，再次照射相同分割區域而結晶。 1 9.如申請專利範圍第1 7項之有機EL顯示器，其中該半 導體薄膜係在於2 0 0 °C以上之溫度下加熱基材之狀態中結 晶。 2 0 .如申請專利範圍第1 7項之有機EL顯示器，其中該半（ 導體薄膜係經由使用使雷射光束繞射形成循環明暗圖型之 相移光罩而結晶。
    62603.ptc 第39頁
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