480590 A7 __B7 五、發明説明（I ) 發明之領域 請 先 閲 讀 背 之 注 意 事 項 再 本發明係關於一種半導體薄層轉換用之裝置，更特別是 關於一種使用雷射成晶法（一個方法，其中澱積在基材上 之非結晶半導體材料以雷射照射而成晶）之半導體薄層轉 換用之裝置。 先前技術說明 設在玻璃基材等之場效應薄膜電晶體（TFT s )至少已被廣 泛地使用，例如做爲顯示器，感測器，及印表裝置之驅動 元件。形成此種TFT之代表性技術包括氫還原法非結晶矽 TFT技術，以及多結晶矽TFT技術。 訂
-L 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在前者之方法中，準備過程之最高溫度約爲30(TC，並 且載流子游動率約爲1公分2 / V s e c。此方法被使用在主動 性陣列（AM-)液晶顯示器（LCDs )中之每一個畫素之切換電 晶體的生產中。AM-LCD之每一個畫素有一個驅動TFT，並 且每一.個畫素之驅動TFT是由顯示器區域之周邊積體電路 (形成在單晶矽基材上之I C ; LS I )所驅動。因爲一個切換 TFT被裝設在每一個畫素上，與被動性陣列LCD比較，其 中一個液晶驅動電氣信號從周邊驅動器電路被送出，AM-LCD之特徵在減少串音（cross talk)等，並且實現良好的 影像品質。 另一方面，後者之方法使用一種，例如石英基材，並且 使用一種與LSI相似，高達約l〇〇〇t的高溫程序，可提供 載流子遷移率約爲30到100公分27 Vs ec。此種由此方法 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 480590 A7 ______B7 五、發明説明（> ) 應用在液晶顯示器而達成高載流子遷移率，使得用來驅動 每一個畫素之畫素TFT以及一個周邊驅動電路部份可同時 地被形成在單一玻璃基材上。此可導致生產製程成本之減 少，以及LCD尺寸之減少的優點。亦即，在先前技術的方 法中，欲使TFT經由接頭連接或是電線焊接而連接到周邊 驅動電路，是很難以應付由於LCD尺寸之減少及解析度增 加，所造成的AM-LCD基材與周邊驅動器積體電路之間的 連接節距減少。上述之多結晶矽TFT技術具有尺寸減少之 優點，但是在另一方面，當高溫程序被使用時，在前者之 程序中可使用的具有低軟化點之便宜玻璃沒有辦法被有 利地使用。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 故，爲解決上述問題，必須降低多結晶矽TFT程序之溫 度。此已導致以應用一種雷射成晶法在低溫下，多結晶矽 層之形成方法之熱烈硏究及發展。例如，日本專利公報 No.l 1 8443 / 1 995中公開一種方法，其中短波長脈衝之雷射 光束被施加，使設在一個非結晶基材上之薄層非結晶矽被 形成結晶，並且此結晶化之薄層被施加到薄膜電晶體上。 依照此方法，非結晶矽可在不提高整個基材之溫度下，被 結晶化。故，半導體元件或半導體積體電路可以有利地在 一個大面積之基材，如液晶顯示器，以及如玻璃之便宜基 材上製備。如上述公報中所述，但是，以短波長脈衝之雷 射光束將非結晶矽薄層被形成結晶，必須要有50到500 毫焦耳/公分2之照射強度。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇><297公釐） 480590 A7 B7 五、發明説明（S ) 另一方面’目前一般可用的脈衝雷射裝置中，其最大光 發射約爲1焦耳/脈衝，並且以簡單的轉換，每一個單一 雷射光束可照射之面積約可以小到2至20公分2。故，例 如一個雷射光束必須被照射到至少87到8 70個站上，才 能使具有47 X 37公分2之整個基材被雷射光束所結晶化 。當基材尺寸增加，例如到1平方公尺時，雷射光束之照 射站必須增加。再者，有一種嘗試，是使用一種線性光束 (長度100到3 00公厘，寬度約1到〇.1公厘）照射到基材 上，並且光束沿著寬度方向被掃瞄，使光束掃瞄方向從兩 個軸（X軸及y軸）改變成一個軸（x軸）。 一般，雷射成晶是由脈衝雷射照射裝置而達成，其構造 顯示於第1 4圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第1 4圖是習知ELA裝置之例圖。如圖中所示，從脈衝雷 射光束源1401進給之雷射光束經由一群光學裝置，如鏡 子1 402，1 403，1 405及使均勻化空間強度用的光束均勻器 1 404所形成的光學路徑1406，而到達玻璃基材1 408上之 矽薄層1 4 0 7。一般，因爲一個照射面積範圍小於玻璃基材 ，雷射光束是將玻璃基材1 408在x-y檯1 409上移動而可 被照射在任何所須之站上。一種用來取代X - y擡1 409的 構造亦可被使用，其中一群光學裝置被移動，或者該群光 學裝置與擡結合而使用。 具有長度爲等於基材一邊之尺寸之線性光束照射型式被 採用，並且當使一個y檯及其上放置的基材被移動時，此 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 480590 A7 B7 五、發明説明（咨） 光束亦可被施加。在此情況下，檯的移動以及脈衝光束之 供給，是依照下列程序而被執行。 1 )在植以一^個已知速率移動時’问時地使脈衝雷射光束 以一個已知頻率下被振盪並且被進給。 2)(在停止後，以一個階段進行檯的移動）+ (以一個 脈衝使脈衝雷射光束進給）被反復進行。 第1 5圖是一個顯示傳統照射方法之圖，其中光束照射型 式爲矩形。通常，因爲照射面積範圍1 502小於玻璃基材 ，雷射光束是將玻璃基材1 50 1在X - y檯上移動而可被照 射在基材之任何所須之站上。一種用來取代X - y檯的構造 亦可被使用，其中一群光學裝置之移動（例如，方向X)， 與檯之移動（方向y)結合。結晶化區域1 503是由採用這種 方法而連續地形成。在此情況下，檯的移動以及脈衝光束 之供給，是依照下列程序而被執行。 3 )在檯以一個已知速率移動時，同時地使脈衝雷射光束 以一個已知頻率下被振盪並且被進給。 4 )(在停止後，以一個階段進行檯的移動）+ (以不少 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於一個脈衝之下使脈衝雷射光束進給）被反復進行。 在使用線性光束或矩形光束之雷射結晶化之中，用來移 動基材檯之裝置被使用。 在某些情形下，雷射光束照射是在真空狀態或高純度氣 體環境之真空室中進行。入需要的話，如第1 4圖所示， 可採用一個系統，其中一個設有矽薄層且含有基材之玻璃 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 480590 A7 ____B7_ 五、發明説明（彳） 匣1 4 1 0 ’以及一個攜帶基材之機構1 4 1 1被裝設，並且基 材之取出及容納是由機械在匣與檯之間進行。採用上述方 法時，玻璃基材僅被置於xy檯上，並且任何用來將基材 固定且夾在檯上之特殊裝置至今並未被採用。 但是，爲了增強雷射光束之利用效率，必須使雷射光束 僅照射到一個所要區域，而避免雷射光束被照射到不需要 雷射光束照射的部份（例如，裝置切割時所造出之切割邊 緣），因而減少雷射光束照射站之數目，並且增強雷射光 束之利用效率。關於此點，裝置準備區域必須符合於雷射 光束照射區域，並且檯上基材之意外移動必須被防止。特 •別地’當檯有一個座標系統，並且照射站根據此座標系統 控制時，意外移動必須被防止。再者，在半導體薄層形成 時，或基材加熱時，玻璃基材之偏移會造成失焦（de focus) 。故，從校正偏移之觀點來看，基材必須緊密地與檯接觸 〇 【發明之扼要說明】 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 故，本發明之一個目的，在解決先前技術之上述問題， 並且提供一種裝置用來轉換半導體薄層，其中它可施加一 個雷射光束僅到所須之區域上，並且防止檯與基材之間的 意外移動。 爲了達成上述目的，依照本發明，一種用來轉換半導體 薄層用的裝置，包括有： 一個密閉容器，包含有一個基材承裝部，用來承裝一個 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 480590 A7 B7 五、發明説明（石） 上面形成有非結晶半導體薄層之基材，以及一個用來引入 雷射光束用之窗口； 雷射光束照射裝置，裝在密閉容器外側，並且將雷射光 束經由窗口而照射，以用來熱熔解非結晶半導體薄層； 夾住裝置，用來將基材固定且夾住在基材承裝部上；以 及 壓力控制裝置，在以雷射光束照射時，用來調節進給到 密閉容器之氣體的流量，以控制密閉容器中氣體環境之壓 力，使壓力可在熱熔解非結晶半導體薄層溫度所對應之蒸 氣壓力之上。 本發明包括下列較佳實施例。 具體上，夾住裝置可爲真空吸附裝置。 夾住裝置可爲靜電吸附裝置。 基材可爲玻璃基材，並且非結晶半導體薄層可爲非結晶 石夕薄層。 裝置可另外包括有：用來導入氮氣或惰性氣體到密閉容 器中之裝置；以及用來導入氧氣到密閉容器中的裝置。 此裝置可被使用在場效應薄膜電晶體之生產中。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 場效應薄膜電晶體可被使用做爲主動性陣列液晶顯示器 用之驅動元件。 由於上述構造，本發明可防止基材之意外移動，並且可 緊密地控制照射站。故，雷射光束照射站可被減少，並且 雷射光束之利用效率可被增強。特別地，在檯有一個座標 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 480590 五、發明說明（7 ) 系統’並且照射站根據此座標系統控制時，意外移動之 防止效果很大。再者，即使玻璃基材在半導體薄層形成 或基材加熱時，基材可保持固定在檯上。故，偏移之校正 成爲可能。此可達成防止雷射光束之失焦（defocusing)。 【圖面之簡單說明】 本發明將參照附圖而更詳細地說明之，其中： 第1圖是顯示本發明較佳實施例之裝置的橫剖面圖； 第2圖A、B是顯示本發明較佳實施例之裝置的橫剖面圖； 第3圖是顯示本發明較佳實施例之立體圖； 第4圖是基材之排列機構的側視圖； 第5A到5C圖是顯示光罩圖型與排列符號之間得關係 之解釋圖； ' 第6圖是顯示主要操作（！）及（2)之計時圖； 第7圖是顯示本發明較佳實施例（一個用來轉換半導體 薄層用的裝置）之側視圖； 第8圖是顯示本發明較佳實施例（一個用來轉換半導體 薄層用的裝置）之俯視圖； 第9圖是顯示第8圖中所示之電漿化學氣相澱積室C2 之不意側視圖； 第10圖（a>〜(e)、（fl>、（f2)、（gl)、（g2)是顯示TFT生產程序之 橫剖面圖； 第1 1圖A、B是本發明較佳實施例之計時圖； 第1 2圖是顯示本發明較佳實施例（以雷射光束處理）之 流程圖；
五、發明說明（8 ) 第1 3圖是顯示本發明較佳實施例（以雷射光束處理）之 流程圖； 第1 4圖是傳統ELA裝置之解釋圖；以及 第15圖A、B是顯示習知照射方法的解釋圖，其中雷 射光束之照射形式爲矩形。 < 【本發明較佳實施例之詳細說明】 Φ發明一個較佳實施例將參照附圖說明之。 #雷射結晶化程序中，除了使用之半導體材料之外， 金屬雜質之含入必須被防止。如其他使用在半導體裝置 生產程序一樣，例如化學氣相澱積法（CVD)中，雷射結 晶化程序必須使用一個真空容器，其中抽真空必須可高 達超過10到5托爾（1托爾=1 / 7.5 0062 χΙΟ·3大氣壓力； 同樣亦將適用到隨後）。在CVD程序中，在容器已被抽 真空到高真空水準之後，被控制在約1 〇 ·4到1 〇 _1托爾之 原材料氣體，載流氣體等被導入，並且使用熱或電漿做 爲氣體分解手段而形成反應半成品，以形成所須之層在 基材上。另一方面，在雷射結晶化程序中，因爲不須要 意圖地使用任何反應氣體，此程序已在超過1 〇到5托 爾之高真空度，或是在控制到約丨〇 ·4到1 〇· 1托爾的惰 性氣體環境中被執行。但是，在大量生產中雷射結晶 化程序之使用，會產生下列問題。具體上，對半導體 材料之雷射光束照射將半導體材料加熱，並且產生半 導體材料之溫度上升，並且使半導體材料之原子被蒸 發，並且澱積在雷射導入窗口上。.結果，雷射光 -10- 480590 A7 B7 五、發明説明（彳） 束之傳遞被降低，並且照射強度隨時間做很不利的變化。 爲了克服此問題，依照此較佳實施.例，將導入室中之惰 性氣體的壓力設定在大氣壓力左右時，可防止半導體材料 被澱積在雷射導入窗口上。再者，由於基材與擡之間的摩 擦小於基材在高度真空環境中之情形，使基材在檯上之意 外移動很可能發生之故，基材由預定夾住裝置而被固定並 且被夾在檯上。大氣壓力左右的高度真空環境之使用，使 真空吸附裝置（真空夾具等）可做爲夾住裝置。當然夾住裝 置並不限制於真空吸附裝置，並且可爲其他裝置，例如靜 電吸附裝置。 半導體材料之蒸發壓力左右之壓力，必須被用來衡量具 有惰性氣體等大氣壓力附近之高壓的氣體環境。這是因爲 半導體材料氣體密度在半導體材料表面大約至少減半，並 且在雷射導入窗口附近會進一步降低。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第1圖是顯示本發明較佳實施例之裝置的橫剖面圖。如 圖中所示，從雷射光束源供給之雷射光束101通過一群裝 學裝置，如光束均勻器及鏡子，並且被進給到光罩1 02。 通過光罩102之光束103由形成在光罩102中之開口圖形 而成爲所要之光束形式.，並且通過一個投影透鏡（圖未顯 示）以及窗口 104 ;並且被投射到基材107之表面上。在雷 射光束照射被轉換到曝光區域1 0 5時，較早時被澱積在基 材1 07上之非結晶半導體薄層，亦即未曝光區域1 06，被 熔解並且被再結晶化，以做爲結晶化薄層。基材1 07由夾 -1 1 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 480590 A7 B7 五、發明説明（iC) 住裝置109而固定及夾住在檯11〇上。在包括有上述裝置 之真空容器中，氣體環境之壓力是由一個壓力控制裝置 1 1 2所控制，並且真空容器經由一個門閥1 〇8而被連接到 一個具有基材攜帶裝置之真空容器1 1 1中。亦即，壓力控 制裝置1 1 2在雷射光束照射時，控制容器內之環境壓力， 使壓力不低於已被雷射光束照射而熔融之半導體材料溫 度所對應之蒸氣壓力。 第2圖是顯示本發明較佳實施例之裝置的橫剖面圖。如 圖中所示，基材2 0 1由一個用來垂直移動基材用的機構2 0 7 之銷上的基材攜帶裝置（圖中未顯示）所移動，並且承住。 檯202裝設有一個檯部（引導部）203用來槪略地使基材 201及銷通過口 204定位。一個用來使基材固定用的吸附 口 205被連接到一個吸附抽真空管線206。在基材攜帶裝 置退回之後，爲了隔開氣體環境並且導入氣體，使基材201 置於檯202上而關閉門閥，用來使基材垂直移動的機構亦 幾乎同時地下降。在此時，一個吸附機構被作用，而使基 材201被固定且夾在檯202上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第3圖是顯示本發明較佳實施例之立體圖。從一個第1 激發雷射EL 1及第2激發雷射EL2供給之脈衝紫外線光束 通過鏡子opt3,opt3’及透鏡opt4，並且被引導至均句器 〇 p t 2 0 ’。在此情形下，光束強度形狀被調整，使所須的同 質性’例如平面中分佈± 5 %在光罩〇 p t 2 1中可被達成。 對於從激發雷射供給的原來光束，因爲強度形狀及所有能 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 480590 A7 B7 五、發明説明（1丨） 量有時候每一個脈衝均不同’最好裝設一個機構’它可進 一步地依照特殊分佈及脈衝對脈衝之變化’而使光罩上之 強度被同質化。通常以使用蒼蠅眼透鏡或圓柱形透鏡之均 勻器來做爲均勻器Opt20’° 由光罩形成之光束圖形通過一個去磁化投影曝光系統 opt 23’，及一個雷射光束導入窗口 W0，被施加到裝設在真 空室C0中之基材subO上。基材subO被承裝在基材檯SO 上，並且基材subO之移動（在圖中沿X或y方向移動）， 使一個所須之區域，例如一個圖型轉移區域exO被曝光到 光束圖型。在第3圖中，顯示有去磁化投影曝光系統。在 某些情況下，可使用一種系統用來進行磁化或放大投影。 再者，可使用一種方法，其中光罩被裝設在一個光罩檯（ 未顯示），並且雷射光束以移動光罩的方式，被施加到其 基材之所須站上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其次將說明，在所要之條件下，必須用來施加一個所須 之雷射光束圖型到基材上之機構的實施例。因爲光軸之調 整必須要微細得控制，將說明一個方法，其中已被調整一 次之光軸被固定，並且在此狀態下，基材之位置被調整。 基材之照射面相對於光軸之位置，聚焦（Z)方向之位置及 相封於光軸之垂直位置必須被校正。故，在圖中，在0xy 傾側校正方向，0 X Z傾側校正方向，0 y z傾側校正方向 ，X曝光區域移動方向，Y曝光區域移動方向，及2；聚焦 方向之中，相對於光軸之垂直位置，是由調整0 xy傾側校 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210X297公釐） 480590 A7 B7 五、發明説明（t>) 正方向，0 X Z傾側校正方向，0 y Z傾側校正方向而校正 。再者，基材照射面由調整Z聚焦方向而被定位並且被控 制，以被置於一個按照光學系統之聚焦深度的位置上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 弟4圖是上述g周整機構及基材排列之側視圖。一*個光罩 opt 21，去磁化投影曝光系統opt 23’，及雷射光束導入窗 口 W0相對於一個曝光軸L0定位，如第4圖所示。裝設在 真空室C0中之基材subO，被置於裝有基材吸附機構，及 基材ΧΥΖ0 xy 0 χζθ yz檯SO’之加熱器H0上。雖然使用一 個真空室，實際上雷射光束照射最好在惰性氣體，氫氣， 氧氣，氮氣，或者抽真空後以置換所造成之氣體環境中進 行。氣體環境中之壓力亦可爲大氣壓力左右之壓力。裝有 基材吸附機構之加熱器的使用，使約爲室溫到400°C之溫 度可被選擇，以做爲基材在雷射光束照射而被加熱時之條 件。當氣體環境中之壓力成爲大氣壓力左右之壓力時，基 材可由真空夾住作用而被吸附。故，即使基材檯在室中移 動時，基材之意外移動可被避免，並且即使已被承載之基 材有某些扭曲或偏移時，基材仍可被固定在基材檯上。除 外’基材由於加熱而扭曲或偏移導致焦點深度違離正常之 情形亦可被減到最小。 雷射干涉儀i 1，i 2經由長度測量窗口 W - i及長度測量鏡 op t - i而進行基材之排列，及基材沿Z方向位置之測定。 在排列中，基材上之排列記號可使用一個軸外顯微鏡m〇 ’一個顯微鏡光源Lm，以及一個顯微鏡之元件op t - m來測 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 480590 A7 B7 五、發明説明（|多） 量，並且所須之曝光位置可由雷射干涉系統之基材位置訊 息來測量。在第2圖中，軸外之方法被顯示。亦可使用一 種通過透1¾方法’或者通過光罩方法（亦可稱爲reticle me t hod )。再者，在線性座標從多個測量點由最小平方法 被確定之後’可採用裝置來使測量中造成的測量誤差被平 衡。 第5A到5C圖是顯示光罩圖型與排列記號之間得關係之 解釋圖。使用在曝光中之光罩包括有一個光罩mskU—部 份未曝光）以及一個光罩ms k2(—部份被曝光）。例如，當 一個激發雷射被用來做爲光源時，一層用來吸收或反射紫 外線的金屬，如鋁，鉻，或鎢，或介電之多層，在由微影 成像術以及鈾刻形成圖型之後，被形成在可透過紫外光之 石英基材上。矽層依照光罩上之所要圖型（如第5A圖中之 白色部份所示）而被曝光，並且已曝光之矽部份502被形 成在未曝光矽部份501之中，如第5B圖所示。在此時.， 若須要的話，排列調整被執行成爲，使光罩上之記號m rk 1 是以光罩上之記號mrk2標示，接著被曝光。在此情形下 ，僅矽薄層之預定站可被曝光。 使用上述矽薄層之薄膜電晶體形成程序中，第一步驟中 ，曝光程序需要定位（即，當排列記號沒有預先被形成）， 與矽薄層之曝光之步驟同時地使光罩ms k3之曝光，可使 用非結晶矽U - S i )與結晶化矽之間的光學色差而形成一 個排列記號。故，在根據此記號之後面步驟中的微影成像 -1 5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再本頁)
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480590 A7 B7 五、發明説明（V) 術等，可加入一個電晶體、或所須之機構或是功能、到已 曝光及轉換之所要區域中。在曝光步驟之後，氧化矽層被 形成在矽薄層上，並且在其所要區域中之矽層以触刻被除 去。此狀態被顯示在第5C圖中。除去矽之部份503是一 個疊積之矽層及氧化矽層以蝕刻被除去之區域。氧化矽層 504,505被堆疊在未曝光矽部份501及已曝光之矽部份 5 02上。因而，一個矽層覆蓋有氧化層之島狀構造可被建 立’以形成一個受到元件分離及隨後步驟排列所須之記號 形成的薄膜電晶體之通道/源-汲區域。 第6圖是顯示主要操作（1 )及（2 )之計時圖。在控制例（1 ) 中，基材由操作基材檯而被移到所要之曝光位置上。其次 ，聚焦操作及排列操作被執行，以精確地調整曝光位置。 在此時，例如調整被進行以落入所要之設定誤差精度範圍 (例如，約0 · 1到1 00 // m)。在此操作已被完成時，光被照 射到基材上。當一連串這些操作已被完成時，基材被移到 下一個曝光區域。在完成基材上所要站之照射之後，基材 被更換，接著由一個在待處理之第二基材上，進行預定系 列之處理。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在控制例（2)中，基材由操作基材檯而被移到所要之曝光 位置上。其次，聚焦操作及排列操作被執行，以精確地諷 整曝光位置。在此時，例如調整被進行以落入所要之設定 誤差精度範圍（例如，約0 . 1到1 0 0 μ m)。在此操作已被完 成時’光罩檯之操作被啓動。爲了避免在啓動時移動步驟 -1 6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 480590 A7 B7 五、發明説明（丨Γ) 程度之變化，使雷射光束之照射在基材，晚於光罩檯操作 之被啓動。當然，因爲雷射光束由於檯之移動，而被照射 到距離排列位置很遠之站上，由此造成的偏移程度必須事 先考量進去。可以採用一個方法，其中當光源的操作，比 光照射報基材更早時，並且光源的輸出強度已被增強，快 門等被打開以進行光對基材的照射。特別地，習知上，當 使用一個方法，其中激發雷射被用來做爲光源，並且振盪 及停止周程笨反覆進行，在初期階段的數十個脈衝特別不 穩定。當避免這些不穩定之雷射脈衝用來照射時，可採用 一個方法，其中光束依照光罩檯之操作而被切斷。當一連 串這些操作已被完成時，基材被移到下一個曝光區域。在 完成基材上所要站之照射之後，基材被更換，接著由一個 在待處理之第二基材上，進行預定系列之處理。. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第7圖是顯示本發明較佳實施例（一個用來轉換半導體 薄層用的裝置）之側視圖。此用來轉換半導體薄層之裝置 包括有電漿CVD室C2，一個雷射照射室C5，以及一個基 材攜帶室C7。依照此較佳實施例，基材可在真空室，或在 惰性氣體，氫氣，氧氣，或者其他氣體環境，並且在高度 真空，減壓，或經由門閥GV2,GV5施加壓力而不與裝置外 側之氣體環境接觸。在雷射照射室中，基材經由夾住機構 而被裝設在一個基材檯S 5上，它可被加熱到約4 0 0。(：。在 電漿CVD室中，基材被裝設在一個基材夾具S2上，它可 被加熱到約4 0 0 °C。在此實施例中’顯示在圖中之狀態爲 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 五、發明説明（4) ，玻璃基材subO及形成在其上之矽薄層701，被導入雷射 照射室，並且在雷射光束照射時，矽薄層被轉換成結晶化 矽薄層702，並且然後被帶入電漿CVD室中。 關於被導入雷射照射室之雷射光束，從一個第1激發雷 射ELI及第2激發雷射EL2供給之光束，通過第一光束線 L1及第二光束線L2,並且然後通過一個雷射合成光學裝 置optl，一個鏡子optll，一個傳遞鏡子optl2，一個雷 射照射用之光學裝置〇pt2, 一個均勻器Opt20, 一個固定 在光罩檯〇pt22上之光罩opt21，及用來投影之光學裝置 opt 23，以及一個雷射光束導入窗口 W1，並且然後到達基 材之表面。在此兩個激發雷射被顯示在圖中。可裝設一或 多個所要之光源。雷射並不限於激發雷射，亦可爲脈衝雷 射，如二氧化碳雷射或YAG雷射。再者，雷射亦可·經由CW 光源，例如氬氣雷射，及一個高速快門之使用而被供給到 脈衝上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 另一方面，在電漿CVD室中，電漿形成區域D2形成有一 個射頻（RF)電極D1及電漿限制區域電極D3在一個距離基 材被放置之區域有一段距離。例如，使用一種氣體啓動裝 置D4之氧氣及氦氣及矽烷氣體可被供給到電漿形成區域 中，以在基材上形成氧化矽層。 第8圖是顯不本發明較佳實施例（一個用來轉換半導體 薄層用的裝置）之俯視圖。一個裝載/卸載室C1，一個電發 CVD室C2，一個基材加熱室C3，一個氫氣電漿處理室C4 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐了 480590 A7 B7 五、發明説明（/?) ，一個雷射照射室C5，一個基材攜帶室C7，彼此經由門 閥GV1到GV6而連接。從第一光束線L1及第二光束線L2 供給的雷射光束，通過一個雷射合成光學裝置〇 p t 1，一個 雷射照射用之光學裝置〇 p t 2，以及一個雷射光束導入窗口 W1，並且然後到達基材之表面。在處理室及攜帶室中，氣 體導入裝置gsl到gS7及抽真空裝置ventl到vent7被連 接，並且所要之氣體種類，程序壓力之設定，以及抽真空 及真空度之調整被進行。如圖中之虛線所示，待處理之基 材sub2,sub6被置於一個平面上。 第9圖是顯示第8圖中所示之電漿化學氣相澱積室C2 之示意側視圖。電力從一個高頻電源RF1(高頻爲13.56MHz 以上適合）被供應到一個高頻電極RF2。電漿被形成在具有 氣體供給孔之電極RF3與高頻電極之間。反應中形成的自 由基通過具有氣體供給孔之電極，並且被導入基材被放置 之區域基材被放置之區域。一個平坦形氣體導入裝置RF4 可使不同的被導入而不暴露到電漿中，並且薄層經由氣相 反應而被形成在基材s ub2上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 基材夾具S2被設計成，例如可由電熱器進行加熱從室溫 到約50(TC。如第9圖所示，抽真空裝置vent2，氣體導 入裝置g s 2，一個氧氣管線g s 2 1，氦氣管線g s 22，氫氣管 線g s 2 3，砂院氣體管線g s 2 4，氦氣管線g s 2 5，及氬氣管 線gs 26之使用，使氧自由基可與矽烷氣體反應，而形成 氧化矽層。此層在基材溫度300°C，壓力0 . 1托爾，RF電 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 480590 A7 ___ —_B7 五、發明説明（icP ) 力100W’砂烷氣體流量爲lOsccm，氧氣流量爲400sccm ’並且氨氣流量爲400 sc cm之條件下形成，且充分顯示了 氧化砂層有良好的性質，即一個具有電荷密度爲 (5xl0uCnT2)之固定氧化層被形成。 再者’增加氧氣對矽烷氣體之流量比率會形成較佳之氧 化物層之形成。電漿CVD室之形式並不限於上述平面平行 板RF電漿CVD裝置，並且亦可使用不用電漿的方法，如 真空CVD或大氣CVD，以及使用微波或電子迴旋共振（ECR) 效應之電漿CVD。 當如第9圖所示之電漿CVD裝置被用在氧化矽層以外之 薄層的形成時，下列之啓動材料可被用來做爲必要之氣體 系列。具體上，在形成氮化矽（Si 3N4)層時，氮氣或氨氣， (氬氣做爲載流氣體），矽烷氣體（S i Η ·4)(氬氣做爲載流氣體 )等可被使用。在矽之薄層形成時，啓動氣體，如氫氣及 石夕院氣體之結合，或氫氣（氬氣做爲載流氣體）與四氟化5夕 烷（S i F4)(氬氣做爲載流氣體）之結合，可被使用。再者， 矽薄層之氫電漿處理，或者使用氫電漿之氧化矽層亦可， 雖然它不是一個薄膜形成程序。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第1 0圖是顯示TFT生產程序之橫剖面圖。一個實施例將 被說明，其中一個排列記號預先被形成，並且雷射光束照 射是依照排列記號而進行。 (a)基材蓋層T1及矽之薄層T2在玻璃基材subO上以該順 序被形成，玻璃基材subO上之有機物質’金屬’微粒 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 480590 A7 B7 五、發明説明（ff) 等以淸洗被除去。在基材蓋層T1之形成中，一個1 // m 厚之氧化矽層，從矽烷氣體及氧氣做爲啓動氣體，以 低壓化學氣相澱積法（LPCVD)在450°C下被形成。LPCVD 之使用，使基材夾住區域被移除，並且可使一個在基 材整個外表面上之蓋（圖中未顯示）被形成。或者如第8 圖所示，可使用例如使用TE0S (四乙基矽烷）及氧氣做 爲啓動氣體之電漿CVD，使用TEOS及臭氧做爲啓動氣 體之大氣CVD，及電漿CVD。可做爲基材蓋層之材料， 是一種含在基材材料（如，具鹼金屬濃度被最小化之玻 璃，或者表面被磨光之石英或玻璃）中，可防止對半導 體裝置有害之雜質被擴散之材料。 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 一個75毫微米厚之矽薄層，以使用乙矽烷（Si 2H6)做 爲啓動氣體，以低壓化學氣相澱積法（LPCVD)在50(TC 下被形成。在此情形下，因爲含在層中之氫原子濃度 不超過1原子％，故可防止在雷射光束照射步驟中，氫 之演變所造成的層粗化。或者，具有低氫原子濃度之 矽薄層，可在調整基材溫度，氫氣對矽烷氣體之流量 比率，氫氣對四氟化矽烷氣體之流量比率等，由第7 圖所示之電漿CVD法，或寬廣地擴散電漿CVD所形成 。圖型化是由微影成像術及触刻而進行，以在基材上 形成排列記號T9。其次，一個記號保護層T1 0被形成 ，以用來保護排列記號T9，接著矽薄層T2被形成。 (b )步驟（a )中所裝設的基材通過淸洗以移除有機物質，金 -21 -本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 480590 A7 ___B7 五、發明説明（W) 屬，微粒，表面氧化物層等之步驟，然後被導入本發 明形成薄層之裝置中。雷射光束L1被施加以轉換在所 要區域中之矽薄層Τ2成爲結晶化矽薄層Τ2’。雷射結 晶化是在具有達99.9999%之高純度氮氣環境下，以不 超過700托爾之壓力而進行。在完成雷射光束照射時 ，氧氣被導入。在以雷射光束曝光時，基材以吸附而 被固定在基材檯上，並且基材在其所要區域上，以依 照排列記號而被曝光。隨後，下一步驟之排列可依照 上一次提供之排列記號而進行，並且一個排列記號可 由將結晶化之薄層加以圖型化而形成。 (c)在氣體排出後，已受到上述步驟所作用之基材，通過 一個基材攜帶室，並且然後被帶到電漿CVD室。一個 10毫微米厚之矽氧化層，以矽烷氣體，氯氣，·及氧氣 做爲啓動氣體，在基材溫度爲3 50°C 之下被澱積而做 爲第一閘絕緣層T3。隨後，氫電漿處理及加熱退火依 照需要而被進行。直到此階段，處理焉由裝置所進行 ，依照本較佳實施例而形成一個薄層。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (d )其次，矽薄層及矽氧化層所堆疊之島是由微影成像術 及蝕刻所形成。在此時，蝕刻條件最好爲，使矽氧化 層之蝕刻速率高於矽薄層之蝕刻速率。如第1 〇圖所示 ’圖型形成階狀或楔狀之橫剖面，可防止閘漏，並且 可使薄膜電晶體具有高可靠度。 (e )其次，在執行淸洗以除去有機物質，金屬，微粒等之 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐） A7 _B7 五、發明説明（Μ) 後，第二閘絕緣層Τ4被形成以將島蓋住。在此情形下 ，一個30毫微米厚之矽氧化層，以矽烷氣體及氧氣做 爲啓動氣體，在溫度爲350°C 之下使用LPCVD法被形 成。亦可使用’例如使用TEOS (四乙基矽烷）及氧氣做 爲啓動氣體之電漿CVD，使用TEOS及臭氧做爲啓動氣 體之大氣CVD，及如第8圖所示之電漿CVD。 其次，一個80毫微米厚之n +砂氧化層，及一個11〇 毫微米厚之矽化鎢被形成做閘極。η·矽層最好爲以電 漿C V D或L Ρ C V D法形成之結晶化隣入（d 〇 p e d )矽層。 隨後，微影成像術及蝕刻被進行，以形成一個圖型化 閘電極T5。隨後，後面將敘述之兩個步驟（Π或f2) 中之任何一個可依照待生產之電晶體構造而被使用。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (Π)，其次（f2)，雜質導入區域T6，T6’以使用閘做 爲光罩而被形成。在CMOS電路中，微影成像術被結合 使用而分別地形成須要η +區域之η -通道TFT，以及須 要P+區域之P-通道TFT。被植入之雜質的質量分離方 法沒有被執行，如離子 入，離子植入，電漿 入， 及雷射入可被採用。在lit時，依照施加或雜質導入 方法，如（f 1 )，（ f 2 )中所示，當使矽氧化層留在表面 上或者從表面上移除矽氧化層時，一種雜質被導入。 (g 1 )，（ g 2 )層間分離絕緣層T 7，T 7 ’被澱積，並且接 觸孔被裝設，接著以微影成像術及蝕刻法使金屬被澱 積，並且金屬接線T8被形成。可被平坦化之TEOS氧 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 480590 A7 B7 五、發明説明（/) 請 先 閲 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 化層，矽基塗層，或有機塗層可被用來做爲層間分離 絕緣層。接觸孔接觸孔可由微影成像術及蝕刻法形成 。如鋁或銅之低電阻金屬，及如鎢或鉬之高熔點金屬 可被施加到金屬接線。具有高性能及高可靠度之薄膜 電晶體可經由上述步驟而形成。 第1 1圖顯示本發明較佳實施例之計時圖。 訂 第1 2及1 3圖是顯示雷射處理之流程圖。如第1 1 ( A )及 12圖所示，基材被導入一個令人滿意之抽真空雷射處理室 中。一個閘閥被乖乖關閉，並且進入基材攜帶室（或其他 處理室，如負荷上鎖室，矽薄層形成室）之氣流被停止。 然後氮氣（或惰性氣體，如氬，氫，或包括上述氣體之混 合氣體）被導入。在此時，最好壓力被控制在已知之氮氣 壓力而不停止抽真空操作。當壓力在抽真空停止或氣體導 入（圖未顯示）之後，已到達某一個壓力時，亦可關閉氣體 導入閥。在此，基材以吸附而被固定。具有基材在其上之 檯被移動到一個預定位置上，並且若須要的話，在基材之 加熱器之壓力及溫度到達預定狀態（圖未顯示）之後，開始 以雷射光束照射基材。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 使基材檯或照射光束被移動，而使所要區域被雷射光束 照射之後，氧氣被導入。當經由基材檯之移動或裝在真空 裝置中之光學快門機構之使用而防止雷射光束被施加到 已處理基材之有效區域上時，雷射光束被施加到雷射光束 導入窗口。雷射光束被施加到雷射光束導入窗口，氧氣之 -24 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 480590 A7 B7 五、發明説明（W) 供給，以及氮氣之供給爲同時地’或者接連地停止，並且 位移增加。基材之吸附被釋放’並且抽真空被進行直到雷 射處理室已到達預定範圍爲止。然後連到基材攜帶室之閘 閥被打開，以退出基材。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 另一方面，亦可使用下列實施例。如第1 1 ( B )及1 3圖所 示，基材被導入一個令人滿意之抽真空雷射處理室中。一 個閘閥被乖乖關閉，並且進入基材攜帶室（或其他處理室 ，如負荷上鎖室，矽薄層形成室）之氣流被停止。然後氮 氣（或惰性氣體，如氬，氫，或包括上述氣體之混合氣體） 被導入。此處之基材是以吸附而被固定。具有基材在其上 之檯被移動到一個預定位置上，並且若須要的話，在基材 之加熱器之壓力及溫度到達預定狀態（圖未顯示）之後，開 始以雷射光束照射基材。使基材檯或照射光束被移動，而 使所要區域被雷射光束照射（再結晶化）之後，氮氣之供給 被停止，氧氣被導入。基材攜帶室是在早先前由氧氣環境 而被控制在預定壓力上，並且一旦雷射光束照射室中之壓 力到達預定壓力時，閘閥被打開以排出基材。一旦基材之 移載完成時，雷射光束被施加到雷射光束導入窗口。雷射 光束對導入窗口之施加，氧氣之供給，以及氮氣之供給爲 同時地，或者接連地停止，並且位移增加。 在上述之較佳實施例中，對構成混合氣體之被導入氧氣 ，或惰性氣體，氮氣，氫氣等而言，使使用從一個氣體純 化裝置或氣缸供給之局純度氣體，使每一種氣體，單獨觀 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 480590 A7 ____ B7 五、發明説明（4) 看時’其純度爲99 · 9999%。在雷射結晶化之後，隨即導入 局純度氧氣到真空裝置，會導致一個表面上具有低雜質濃 度之自動氧化層之形成，並且此可防止雜質黏著在雷射光 束照射室，基材攜帶室，薄膜形成室等之矽表面上。矽薄 層之表面在雷射結晶化之後，是處於非常活性的狀態，並 且即使在真空裝置中，雜質很容易黏著到表面上，除非氣 體環境被緊密控制。在此情形下，雜質黏著到裝置內壁之 含入可以有利地被減少，雖然單一程序爲基礎之效率，比 使用如自由基或離子之活性強的氣體之情形差。故，裝置 之操作率由於其淸洗或維護而降低之事可被防止，並且整 體生產效率可成功地增強。再者，因爲存在於矽氧化層及 矽氧化層介面中之碳可被減少，本發明裝置及生產程序之 使用，可達成具有低的峰電流之薄膜電晶體的生產。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 從上述明顯可知，轉換非結晶半導體薄層之裝置包括有 :一個密閉容器，包含有一個基材承裝部，用來承裝一個 上面形成有非結晶半導體薄層之基材，以及一個用來引入 雷射光束用之窗口；雷射光束照射裝置，裝在密閉容器外 側，並且將雷射光束經由窗口而照射，以用來熱熔解非結 晶半導體薄層；夾住裝置，用來將基材固定且夾住在基材 承裝部上；壓力控制裝置，在以雷射光束照射時，用來調 節進給到密閉容器之氣體的流量，以控制密閉容器中氣體 環境之壓力，使壓力可在熱熔解非結晶半導體薄層溫度所 對應之蒸氣壓力之上。 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 480590 A7 B7 五、發明説明（\Γ) 由於上述構造，本發明可防止基材之意外移動，並且可 緊密地控制照射站。故，雷射光束照射站可被減少，並且 雷射光束之利用效率可被增強。特別地，在檯有一個座標 系統，並且照射站根據此座標系統控制時，意外移動之防 止效果很大。再者，即使玻璃基材在半導體薄層形成或基 材加熱時，基材可保持固定在檯上。故，偏移之校正成爲 可能。此可達成防止雷射光束之失焦（defocusing)。 本發明已參照較佳實施例詳細地說明，但是須了解，在 本發明申請專利範圍所定義的範圍內，可達成許多的變化 及修改。 雖然本發明爲了完成並淸楚地公開，而以具體實施例敘 述，所附之申請專利範圍並非受限，而是被解釋爲可包括 熟於此技術者所知，在涵蓋在此所述教示中之所有具體化 修改及另外之構造。 元件符號對照表 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ELI 第1激發雷射 EL2 第2激發雷射 op t 3，op t 3， 鏡子 o p t 4 透鏡 op t 20 ’ 均勻器 op t 2 1 光罩 opt 23， 基材去磁化投影曝光系統 WO 雷射光束導入窗口 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 480590 A7 B7 基材 真空室 基材檯 圖型轉移區域 基材 ΧΥΖ0 xy0 xz0 yz 檯 長度測量窗口 長度測量鏡 顯微鏡之元件 軸外顯微鏡 光罩 光罩 記號 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（W) s u b 0 CO SO exO S(T W- i o p t - i o p t - m mO m s k 1 m s k 2 m r k 1 , m rk2 Cl C2 C3 C4 C5 Cl GV1〜GV6 LI L2 S5 S2 裝載/卸載室 電漿CVD室 基材加熱室 氫氣電漿處理室 雷射照射室 基材攜帶室 閘閥 第一光束線 第二光束線 基材檯 基材夾具 28- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 480590 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（巧） s ubO op t 1 op t 2 op t 1 2 op t 22 op t 23 D2 D3 ventl〜vent7 g s 1 〜g s 7 RF1 RF2 sub2，sub6 RF4 g s 2 1 g s 22 ，g s 25 gs23 g s 24 g s 26 T1 T2 T2’ T3 A7 B7 玻璃基材 雷射合成光學裝置 雷射照射用之光學裝置 傳遞鏡子 光罩檯 投影光學裝置 電漿形成區域 電漿限制電極 抽真空裝置 氣體導入裝置 筒頻電源 局頻電極 基材 平坦式氣體導入裝置 氧氣管線 氦氣管線 氫氣管線 矽烷氣體管線 氬氣管線 基材蓋層 矽薄層 結晶化砂薄層 第一鬧絕緣層 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
480590 A7 B7 五、發明説明（β) T9 Τ10 Τ4 Τ5 Τ6，Τ6， Τ7，Τ7， Lm i 1，1 2 m s k 3 Opt 11 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 1 12 201 排列記號 記號保護層 第二閘絕緣層 圖型化閘電極 雜質導入區域 層間分離絕緣層 顯微鏡光源 雷射干涉儀 光罩 鏡 雷射光束 光罩 光束 窗口 曝光區域 未曝光區域 基材 聞閥 夾住裝置 檯 真空容器 壓力控制裝置 基材 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -30- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 480590 A7 B7 五、發明説明（ 202 203 204 205 206 207 501 502 503 701 702 504,505 檯 檯部（引導部） 銷通過口 吸附口 吸附抽真空管線 機構 未曝光矽部份 已曝光之矽部份 除去矽之部份 石夕薄層 結晶化砂薄層 5夕氧化層 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -31- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
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