TW484190B - Semiconductor and semiconductor device - Google Patents

Description

484190 A7 B7____ 五、發明説明（1 ) 發明背景 本發明相關於用以獲得使用於薄膜裝置例如薄膜絕緣 閘極型場效電晶體（薄膜電晶體，或TFT s )之結晶半 導體。 傳統上，使用於薄膜裝置例如薄膜絕緣閘極型場效電 晶體（TFT s )之結晶矽半導體薄膜的製造一直是藉著 以電漿C VD或熱C V D在絕緣表面例如絕緣體基體上形 成非晶矽膜，然後在電爐或類似裝置內於6 0 0 °C以上的 溫度於1 2小時或更長的長時間期間內使此膜晶化而達成 。爲獲得特別優良的性能（高場效移動率及高可靠度）， 曾須要更長的熱處理時間。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 但是，此種傳統的方法連帶著許多的問題。一個問題 爲物料通過量低且因此花費很高。例如，假如此晶化程序 須要2 4小時，且假如用於每個基體的處理時間爲2分鐘 ，則須要同時處理7 2 0個基體。但是，舉例而言，通常 所使用的管式爐至多只能同時處理5 0個基體，且當只有 一個裝置（反應管）被使用時，每個基體所費的時間長達 3 0分鐘。換句話說，爲達到每個基體2分鐘的處理時間 ，必須使用多達1 5個反應管。此表示所需要的資本投資 規模很大且表示該投資的折舊很大而維持了產品的高花費 〇 另一個問題爲熱處理的溫度。通常使用於TFTs的 製造的基體大致上可區分爲兩類，一類由純氧化矽製成， 例如石英玻璃，另一類爲無鹸硼矽玻璃型，例如Corning 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4 - 484190 A7 _ _B7_ 五、發明説明（2 ) (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 公司的No. 7059 (此後稱爲Corning 7059) 。此兩類中，前者因爲具有極優的耐熱性且可用一般半導 體積體電路晶片程序中基體被處理的相同方式加以處理， 所以相關於加熱沒有問題。但是，此類基體很昂貴，並且 它們的價格隨著表面面積的增加成指數地快速增加。因此 ，目前此類基體只被使用於相對較小之表面積的TFT積 體電路。 另一方面，無鹼玻璃相較於石英有令人滿意的低價格 :但是，它的耐熱性是一個問題，且因爲它的扭變點一般 大約爲5 5 0 °C到6 5 0 °C，並且在特別容易獲得的材料 的情況爲低於6 0 0 °C，所以在6 0 0°C的熱處理會產生 不可逆的收縮及翹曲。這些問題於對角線超過1 0英吋的 大基體特別顯著。因爲這些原因，所以相關於矽半導體膜 的晶化已被認爲低於5 5 0 °C及少於4小時的熱處理條件 對於減低花費爲不可缺少的。本發明之目的爲提供一種方 法用於製造通過這些條件的半導體及一種方法用於製造使 用此種半導體的半導體裝置。 經滴部中央標準局員工消費合作社印紫 發明概說 本發明的特徵爲藉著形成含有鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的 膜、島形膜、點、線、顆粒或集叢或類似者於矽膜之上或 矽膜底下，而此矽膜之無秩序狀態的形式可被描述成非晶 狀態或實質上的非晶狀態（例如具有良好結晶度之部份與 非晶部份共存的狀態），並且藉著在低於非晶矽之正常晶 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐) -5 - 484190 A7 _ B7 五、發明説明（3 ) 化溫度的溫度，最好是低2 0到1 5 0 °C，或是在低於基 體的玻璃轉變點的溫度，例如在低於5 8 0°C的溫度，對 此膜實施退火而獲得結晶矽膜。 經滴部中央標羋局貝工消费合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 關於傳統的矽膜晶化，島形結晶膜被使用成爲核心且 以此成爲晶種而產生固相外延生長的方法曾被提出（例如 曰本特許公開專利H1-214110)。但是，以此種 方法，於低於6 0 0 °C的溫度幾乎沒有任何晶體生長之進 展發生。將矽物質從非晶狀態移入結晶狀態通常牽涉到一 種過程，於此過程中物質的狀態爲非晶狀態的分子鏈被切 斷且這些被切斷的分子不再與其他分子結合，這些分子被 引導至具有某種結晶特性的分子且再被建立成晶體的構成 部份。但是，於此過程中需要大量的能量用於切斷第一個 分子鏈及維持這些被切斷的分子於不與其他分子結合的狀 態，而此一直是晶化反應中的障壁。爲提供此能量，於大 約1 0 0 0 °C的溫度需要數分鐘或是於大約6 0 0 °C的溫 度需要數十小時，並且由於所需時間相關於溫度（=能量 )成_指數改變，所以於低於6 0 0 °C的溫度如5 5 0 °C， 幾乎完全不可能觀察到任何的晶化反應過程。傳統的固相 外延晶化觀念未能提供此問題的解答。 本發明所想到的減低上述過程的障壁能量的方法是藉 著某種催化劑的作用，完全與傳統的固相晶化觀念無關。 發明者注意到鎳、鐵、鈷、鉑及鈀易於與矽結合且以鎳爲 例，矽化鎳（化學式爲NiSix ，0. 4 ^ X ^ 2 . 5 )被形成且矽化鎳的晶格常數接近於矽晶體的晶格常數。 本紙悵尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 6 484190 A7 B7 五、發明説明（4 ) 據此，藉著模擬三元系統，結晶矽一矽化鎳-非晶矽的會巨 量等等，可能發現非晶矽易於在與矽化鎳的介面處反應且 下列反應（1 )會發生：非晶矽（矽A ) +矽化鎳（矽B )—^矽化鎳（矽A ) +結晶矽（矽B ) (A及B代表矽的位置） 此反應的位能障壁爲令人滿意的低且反應的溫度也低 〇 此反應式顯示當鎳推進時鎳將非晶矽重建成爲結晶砍 。實際上此反應被發現在5 8 0 °C以下開始且甚至在 4 5 0 °C都可被觀察到。典型地，已證明晶化可在低於非 晶矽之正常晶化溫度以下2 0到1 5 0 °C的溫度發生。自 然地，溫度越高反應進行的越快。 經满部中央標準局Μ工消費合作社印¾ (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於本發明中，鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的島、條、線、或 點，鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的矽化物、乙酸物、或硝酸物， 含有鎳、鐵、鈷、鉑、及鈀之至少其中之.一的膜、顆粒、 或集叢均可用爲起動物質。當上述的反應進行時，鎳、鐵 、鈷、鉑或鈀環繞起動物質擴展，因此擴大結晶矽的區域 。含有鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的氢仆.物屋不希望有的物質， 因爲氧化物爲穩定的化合物且因爲氧化物不能起動上述的 反應。 以此方式，從某一位置擴展:的結晶矽不同於傳統的固 相晶體取向附生，但是具有高度連續性的結晶度。該結構 接近於單晶體結構。此有利於使用半導體裝置例如 TFTs。於含有鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的物質被均勻分散 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) 一 Ί 一 484190 A7 B7 五、發明説明（5 ) 遍佈於基體的情況，會產生無數個晶化的起動點。因此， 不易於獲得高結晶度的良好之膜。 於此晶化中成爲離開物質的非晶矽膜中的氫的濃度越 低’所能獲得的結果（晶化速率）越好。但是，因爲當晶 化進行時氫被逐出，所以未能有於所獲得的矽膜中之氫的 濃度與成爲離開物質之非晶矽膜的氫的濃度之間的清楚關 聯。根據本發明所獲得之結晶矽中的氫濃度典型上爲從1 XI 015原子/ cm3到5原子％。此外，爲獲得良好 的結晶度，非晶矽膜中的碳，氮及氧的濃度應該儘可能的 低，最好低於lxl019cm-3 。因此，於選擇含有鎳 、鐵、鈷、鉑或鈀的物質以使用於實行本發明時，此觀點 應列入考慮。 本發明的特徵爲晶體的生長成環形地進行。這是由於 上述反應的鎳爲各向同性地推進，而此與傳統的晶化不同 ’於傳統的晶化中生長是沿著晶體晶格的表面線性地發生 〇 經米部中央標卑局Μ工消費合作杜印災 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 特別是，藉著選擇地設定含有鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的 物質，可控制i體生長的方向。因爲，不像由傳統的固相 外延生長所產生的結晶矽，在使用此種技術所獲得的結晶 矽所具有之結構中有良好的長距離的結晶度連續性且結構 接近於單晶體，非常適合於使用於半導體裝置例如 丁 F 丁 s 。 於本發明中，鎳、鐵、鈷、鉑或鈀被使用。對於被使 用成爲半導體材料的矽而言並不希望有這些物質存在。如 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -8 - 484190 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（6 ) 果此種物質過量地內含於矽膜中，則必須去除此種物質。 相關於鎳，當矽化鎳之生長中的晶體到達其最終點，亦即 經由上述反應之晶化已完成時，矽化鎳易於於氫氟酸或氫 氯酸中溶解。包含於基體內的鎳可藉著以這些酸類處理鎳 而被減少。 於催化元素例如鎳、鐵、鈷、鉑及鈀藉著用於晶化的 退火而幾乎均勻擴散於整個矽膜的情形時，需要有鎳被去 除的程序。爲實施此鎳之去除，已發現之有效方法爲在含 有以氯氣或氯化物之形式存在之氯原子_的遷境中於_4 0 0 到6 5 0 °C的溫度加以退火。適當的退火時間爲0 . 1到 6小時。退火時間越長，於矽膜內之鎳濃度越低，但是退 火時間可根據製造花費與產品所需的特性之間的平衡而決 定。氯化物的實施例包括氯化氫，不同種類的氯甲烷（ CH3C^ ，CH2C52 ，CHCj?3 )，不同種類的氯 乙烷（C2H5Cj2，C2H4C^2 · C 2H a C 5 3 ， C 2H 2 C Si λ ，C2HCj?5 )，及不同種類的氯乙烯（ C 2H 3 c ί ，C 2H 2 C 2 ，C 2Η C 3 )。特別是取 方便被使用的物質爲三％乙烯（C2HC53 )。我們以 s I MS發現於根據本發明的矽膜（例如使用於半導體裝 置如TFT的矽膜）中，鎳、鐵、鈷：鉑或鈀的較佳濃度 爲i X 1 0 1 5 c m -3到1原子％，更好爲1 X 1„g 1 5到 L X 1 QL1 9 m _3 。於更少的濃度，晶化未充位農進行 。於較高的濃度則特性與可靠度均退化。 含有鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的膜狀體可使用不同的物理 (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規格（210X 297公釐） -9 一 484190 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（7 ) 及化學方法形成。例如需要真空設備的方法，諸如真空蒸 汽沈積’噴濺塗覆與CVD，及於大氣壓力下的方法，諸 如旋轉塗覆與浸漬等等（塗覆方法），刮刀法（doctor blade methods )，網板印染與噴塗熱分解法（screen printing and spray thermal c 1 ecomposition ) ° 特別是旋轉塗覆與浸漬法爲不需要大設備的技術而能 提供優良的薄膜厚度一致性且以方法可做微小濃度調整。 至於使用於這些技術的溶液，鎳、鐵、鈷、鉑及鈀的乙酸 物及硝酸物，或是溶解或分散在水中或某種型式的醇類（ 低階或高階）中的不同型式的氯化石炭酸或其他氯化有機 酸，或是石油（飽和烴或不飽和烴）等等，均可被使用。 但是，在此情況下曾有顧慮包含在那些鹽類中的氧及 碳可能會擴散於矽膜內而造成矽膜的半導體特性退化。可 是，經由使用熱平衡及示差熱分析進行研究後已證實適當 的物質於低於4 5 0 °C的溫度會分裂成氧化物或簡單的物 質，且因此幾乎沒有任何的擴散進入矽膜。特別是，當較 低級的物質如乙酸物及硝酸物被加熱於還原環境如氮氣環 境中時，它們會於低於4 0 0°C的溫度分裂而成爲簡單的 牵屬。相似地，當它們被加熱於氧氣環境中時，首先氧化 物會形成，然後於更高的溫度時氧會分裂出去而剩下簡單 的金屬。 結晶矽膜根據本發明被製造，且此膜被使用於半導體 裝置例如T F T中。從以上的敘述中可知，大的晶粒界面 存在於生長中之晶體的末端處，於該處生長中的物質的前 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-玖

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -10 - 484190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 hi B7五、發明説明（8 ) 端從交界的多數點開始。此外，此處之鎳、鐵、鈷、鉑或 鈀的濃度高。因爲這些原因，並不適宜形成半導體裝置。 特別是，T F T的通道不應該被設置於具有此種大晶粒界 面的區域內。 晶化開始的區域，亦即含有鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的物 質被設置的區域具有高濃度的鎳、鐵、鈷、鉑或鈀。因爲 此原因，必須注意半導體裝置的形成。此外，當與不含有 鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的矽膜比較時，此種區域可容易地以 含有氫氟酸族的溶液加以蝕刻。因爲此原因，所以此種區 域成爲形成不良接觸的原因。因此，在使用本發明製造半 導體裝置時，形成晶化的起,始點之含有鎳、鐵、鈷、鉑或 鈀的塗層圖型與半導體裝置的圖型必須被最佳化。 此外，本發明提供一種程序，其特徵爲此種程序包括 :在非晶矽膜或具有不規則的結晶狀態而可視爲非晶狀態 (例如，具有結晶部份及非晶部份形成之混合狀態的狀態 )的膜上形成含有鎳、鐵、鈷、鉑或鈀（此後被稱爲催化 物質）之至少其中之一的膜，顆粒或集叢；龙許催化物質 首先與非晶矽反應，且去除剩餘之未反應的催化物質；並 且在低於非晶矽之正常晶化溫度的溫度，最好是低2 0到 1 5 0 °C，或是在_不高於傳統上被使用成爲基體的玻璃物 質之玻璃轉變點溫度的溫度，如5 8 0°C或更低，將所得 結構退火。 即使在鎳、鐵、鈷、鉑或鈀原子從結晶矽被去除後， 晶化可以使用剩餘之以反應（1 )所形成的結晶矽爲核心 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填艿本頁) -11 - 484190 A7 B7 —— ------ --— --— ------------ 五、發明説明（9 ) 而被起動。如前所述，以此反應所形成的矽晶體具有優良 的結晶度。因此，已發現非晶矽的晶化藉著使用這些晶體 成爲核心可被加速。已證實典型上在溫度低於非晶矽之正 常晶化溫度2 0到1 5 0 °C的溫度晶化可被實現。此外， 晶體生長所需的時間被發現可以縮短。當然，隨著溫度的 增加晶化進行的更快。雖然不如使用鎳的情況有效，但是 使用鐵、鈷、鈀或鉑的情況也可使類似的反應發生。 圖樣的簡要描述 圖1(A)至1(D)概略顯示於根據本發明之實施 例（實施例1)的程序中依步驟之順序所得之剖面結構； 圖2(A)至2(E)概略顯示於根據本發明之另一 個實施例（實施例2)的另一個程序中依步驟之順序所得 之剖面結構； . 圖3顯示於實施例1中所得之結晶矽膜的拉曼（Ra -man )散射光譜結果； 圖4顯示於實施例中所得之結晶矽膜的X射線繞射圖 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 {讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 型； 圖5顯示矽的晶化速率（實施例2 )； 圖6 (A)至6 (E)概略顯示於根據本發明之另一 個實施例（實施例3 )之用於製造半導體的程序中依步驟 之順序所得之剖面結構； 圖7 (A)至7 (C)顯示使用溶液引入催化元素的 步驟（實施例4 ); I纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（ 210X 297公釐) ' -12 - 484190 A7 ___ B7 五、發明説明（10 ) 圖8 (A)至8(C)爲TFTs的頂視圖，說明根 據本發明之用於製造T F T s的晶化步驟及它們的佈局；

圖 9 (A-l) ，9 (A - 2)，9 (B) ，9 (C )，及9(D)爲TFTs的剖面圖，說明根據本發明之 用於選擇地使膜晶化的步驟； 圖10(A)至10(C)爲TFTs的剖面圖，說 明本發明之實施例5的步驟； 圖11 (A)至11 (C)爲其他TFTs的剖面圖 ，說明本發明之實施例5的步驟； 圖12 (A)至12 (C)爲TFTs的剖面圖，說 明本發明之實施例6的步驟； 圖13 (A)至13 (C)爲TFTs的剖面圖，說 明本發明之實施例7的步驟； 圖14 (A)至14 (D)爲TFTs的剖面圖，說 明本發明之實施例8的步驟； 圖15 (A)至15 (D)爲TFTs的剖面圖，說 明本發明之實施例9的步驟； 經濟部中央標聿局員工消費合作社印製 (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖1 6顯示於本發明之實施例9的結晶矽膜內的鎳的 濃度； 圖17 (A)至17 (C)爲根據本發明之實施例 10而在製造程序處理中之基體的剖面圖； 圖18 (A)及18 (B)爲根據本發明之實施例 11而在製造程序處理中之基體的剖面圖； 圖19 (A)及19 (E)爲根據本發明之實施例 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13 - 484190 A7 B7 五、發明説明（11 ) 12而在製造程序處理中之基體的剖面圖； 圖20 (A)及20 (E)爲根據本發明之實施例 1 3而在製造程序處理中之基體的剖面圖； 圖2 1 (A)及2 1 (D)爲根據本發明之實施例 1 4而在製造程序處理中之基體的剖面圖； 圖2 2 (A)及2 2 (D)爲根據本發明之實施例 1 5而在製造程序處理中之基體的剖面圖； 圖2 3 (A)及2 3 (C)爲根據本發明之實施例 1 6而在製造程序處理中之基體的剖面圖； 圖24 (A)及24 (C)爲根據本發明之實施例 1 7而在製造程序處理中之基體的剖面圖； 圖2 5顯示結晶矽膜中鎳的濃度； 圖26 (A)至26 (F)爲根據本發明之實施例 1 8而在製造程序處理中之基體的剖面圖； 發明之詳細敘述 經濟部中央標準局員工消費合作社印繁 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明以參考以下非限制性的實施例被更詳細地說明 。但是必須了解本發明並不能被推斷爲受以下的限制。 實施例1 參考圖1 ，藉著在Corning #7059基體上形成 且使用此鎳膜使非晶矽膜晶化以用於製造結晶矽膜的 程序被敘述如下。藉著使用電漿CVD，成爲基底膜的 2 0 0 0埃（A )厚的膜1 2被沈積於基體1 1上 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) " 一 14 - 484190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ΒΊ五、發明説明（l2 ) ，且在此膜上另外有厚度爲5 0 0到3 Ο Ο 〇埃（A)的 非晶矽膜13，舉例而言厚度爲1 500A。藉著將此膜 維持於4 3 0 °C的溫度一段從0 . 1到2小時的時間如 0. 5小時而從此膜去除氫後，鎳膜14藉著噴濺塗覆被 沈積於此膜上而厚度爲1 0 0到1 0 0 0A，例如5 0 0 A。藉著於1 0 0到5 0 0 °C之溫度範圍加熱此基體，最 好是在1 8 0到2 5 0 °C的溫度範圍加熱此基體可獲得良 好的鎳膜，因爲如此可獲得相關於形成爲基底的矽膜之具 有改進的附著強度的鎳膜。砍化鎳薄膜可被使用取代鎳膜 〇 然後所得的結構於4 5 0到5 8 0 °C的溫度範圍被 加熱持續1到1 0分鐘的時間以使鎳膜1 4與非晶矽膜 /3反應，因而獲得薄的結晶矽膜1 5。此結晶矽膜的厚度 取決於反應的溫度及持續時間，而於5 5 0 °C持續1 0分 鐘所實施的反應可獲得大約3 0 0A厚的膜。所得的結構 如圖1 ( B )所示。 經由反應而從鎳膜如此獲得的鎳膜及矽化鎳膜可使用 濃度爲5到3 0 %的氫氯酸加以蝕刻。由非晶矽與鎳（矽 化鎳）之間的反應所形成的結晶龙不受此蝕刻處理的任何 影響。因此可獲得如圖1 (C)所示的結構。 所得的結構於退火爐中在氮氣環境下被退火持續一段 8小時的時間，退火爐的溫度被維持於4 5 0到5 8 0 °C 的範圍內，例如5 5 0 °C。因此藉著使非晶矽膜晶化而在 此步驟中獲得結晶矽膜1 6。所得之結晶矽膜的拉曼散射 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -15 - 484190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 _________ B7五、發明説明（I3 ) 光譜及X射線繞射譜分別顯示於圖3及•圖4中。於圖3中 ，（：- S i代表的曲線相應於標準樣本之拉曼光譜，亦即 單晶矽的拉曼光譜。（a)及（b)代表的曲線分別表示 以根據本發明的程序所獲得的矽膜及以上述條件對傳統的 非晶矽退火所得之膜的拉曼光譜。從此結果可清楚看出根 據本發明的程序可提供良好的矽晶體。 實施例2 參考圖2，用於製造結晶矽膜的程序如下所述。成爲 基底膜的2 0 0 0六厚的_氧化_矽膜2 2被沈積於（：〇1*1^11-g #7059玻璃基體21上，且非晶矽膜23再被沈積 於氧化矽膜2 2上而厚度爲5 0 0到3 0 0 0A，例如厚 度爲5 0 0A及1 5 0 0A。藉著將此膜維持於4 3 0°C 的溫度一段從0 . 1到2小時的時間例如〇 . 5小時而從 此膜去除氫後，鎳膜藉著噴濺塗覆被沈積於此膜上而厚度 爲100到1000A，例如500A。矽化鎳膜可被使 用取代鎳膜。如此獲得的鎳膜被蝕刻以形成如圖2 ( A ) 中所示的圖型24a ，24b ，及24c。 然後，此結構於4 5 0到5 8 0 °C的溫度範圍內被加 熱持續1到1 0分鐘的時間以使鎳膜2 4 a到2 4 c與非 晶矽膜2 3產生反應以形成如圖2 (B)中所示的薄的結 晶矽區域25a，25b，及25c。 經由反應而從鎳膜如此獲得的鎳膜及矽化鎳膜可使用 濃度爲5到3 0 %的氫氯酸加以蝕刻。由非晶矽與鎳（矽 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐) "" ^ -16 - (誚先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 484190 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 B7______五、發明説明（14 ) 化鎳）之間的反應所形成的結晶矽區域2 5 a到2 5 C不 受此蝕刻處理的任何影響。因此可獲得如圖2 ( c )中所 示的結構。 所得的結構於退火爐中在氮氣環境下被次捋續一段 4小時的時間，退火爐的溫度被維持於4 5 0到5 8 0 °C 的範圍內，例如5 5 0 °C。圖2 ( D )提供退火程序期間 的中間狀態，其中可觀察到晶化之進行是從先前所形成的 結晶矽區域2 5 a到2 5 c開始，其方式爲結晶矽區域 26a ，26b，及26c延伸進入非晶矽區域23。 藉著使整個非晶矽膜晶化可於最終獲得結晶矽膜 2 7。與實施例1之情形相反，於實施例1中晶體的生長 從表面到基體垂直地進行，而於本實施例中晶體從被圖型 化的鎳橫向地生長。例如，如圖2 ( D )中所示的結晶矽 區域2 6 a到2 6 c的晶體結構類似於單晶矽的晶體結構 。因此，此結構可適合地被應用於例如丁 FT s的半導體 裝置，因爲在這些結晶矽區域中沿著橫方向之位能障壁的 形成相對地罕有。但是，例如在結晶矽區域2 6 a與 2 6 b互相碰撞的部份，晶體遭到很大的破壞而因此不適 •合於應用。 圖5顯示晶化速率與晶化溫度之間的關係。已發現隨 著矽膜之厚度的增加，晶化進行的更快。 實施例3 本實施例相關於在以加熱使矽膜晶化後藉著以雷射光 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -17 - 484190 經濟部中央標準局員工消費合作社印^ A7 ΒΊ_____五、發明説明Π5 ) 束照射矽膜而製造具有改良的結晶度之矽膜的程序。此外 ，本實施例提供使用如此晶化的矽膜而製造T F T的程序 〇 圖6顯示在本程序中依步驟之順序所獲得之結構的剖 面圖。參考圖6 ，成爲基底膜的2000A厚的氯化矽膜 602被沈積於Corning #7059玻璃基體60 1上 ，而本質（I型）非晶矽膜再被沈積於氧化矽膜上而厚度 爲從1 00到1 500A，例如於本實施例之厚度爲 8 0 0 A。一鐵^膜，亦即用於加速非晶矽之晶化的催化物 質藉著類似於實施例2中所描述的程序被選擇地沈積於非 晶矽膜之上（參考圖2 (A))。然後所得的結構於 4 5 0到5 8 0 °C的溫度範圍內被加熱持續1到1 〇分鐘 的時間以使鎳膜與非晶矽膜反應，因而獲得薄的結晶矽膜 。所得的結構如圖2(B)中所示。 經由反應而從鎳膜如此獲得的鎳膜及矽化鎳膜結構可 使用濃度爲5到3 0%的氫氯酸加以蝕刻。由非晶矽與鎳 (矽化鎳）之間的反應所形成的結晶矽不受此蝕刻處理的 任何影響。因此可獲得如圖2(C)中所示的結構。 於大氣壓力之氮氣環境下，在5 5 03：之1 2小時的 再退火可形成覆蓋於結構之整個表面的結晶矽膜6 0 3。 然後，K r F準分子雷射被操作以照射波長爲2 4 8 nm及脈衝寬度爲2 0 n s e c的雷射光束於所得之結晶 矽膜的表面上以男加速結晶矽膜的晶化。雷射光束以 200到400m：i/cm2的輸出能量密度照射兩次， 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公楚1 " 一 18 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 484190 A7 ______B7______ 五、發明説明（ie ) 舉例而言能量密度爲250mJ/cm2 。於雷射光束之 照射期間，基體藉著加熱被維持於3 0 0 °C的溫度以充份 增進雷射光束照射的效果。一般而言，基體最好被加熱至 2 0 0到4 5 0 °C的溫度範圍內。此步驟被圖示於圖6 ( A )中。 除了上述之K r F準分子雷射之雷射光外，可用之雷 射光包括從X e C j?準分子雷射之操作所射出的波長爲 3 0 8 nm的雷射光及從A r F準分子雷射之操作所射出 的波長爲Γ 9 3 n m的雷射光。否則，也可用強光照射以 取代雷射光。特別是，包括輻射紅外線之RTA( rapid thermal annealing ，快速熱退火）的應用非常有效，因 其可於很短的時間區間內選擇地加熱矽膜。 因此，具有良好的結晶度之矽膜可藉著採用上述之任 何方法而得到。由於熱退火所獲得的晶化的矽膜6 0 3被 發現改變成具有更加改良之結晶度的矽膜。此外，藉著透 射電子顯微鏡的觀察顯示相對較大之定向微晶的晶粒構成 經雷射照射的膜。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (讀先閱讀背面之注意事項再填艿本頁) 如此獲得的矽膜在晶化完成時被圖型化而形成邊長爲 1 0到1 0 0 0 /zm的正方形以獲得島形的矽膜6 0 3’ 成爲TFT的活性層，如圖6 (B)中所示。 成爲閘極絕緣膜之功用的氧化_矽聘604被形成。此 處，矽膜被暴露於在5 0 0到7 5 0 °C的溫度範圍內的氧 化環境，最好是在5 5 0到6 5 0 °C的溫度範圍內，因而 在矽區域的表面上形成成爲閘極絕緣膜之功用的氧化矽膜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -19 - 484190 Β7 __ 五、發明説明（17 ) 6 0 4。在此熱處理步驟中，可藉著結合水蒸氣，氧化亞 氮，及類似物質於氣體環境中而更促進此氧化反應。當然 ’氧化矽膜之形成可使用任何已知之蒸汽相晶體生長方法 ，例如電漿CVD及噴濺塗覆。此步驟圖示於圖6(C) 中0 接下來，藉著減壓CVD，含有0. 〇1%到〇· 2 %的磷的多晶矽膜被沈積至3 0 0 0到8 0 0 0A的厚度 ，特定地爲6 0 0 0A。之後閘極觸點6 0 5藉著圖型化 該矽膜而形成。此外，致使活性層區域（構成通道的源極 /汲極）成爲負型傳導的雜質（本實施例中爲磷）藉著離 子摻雜（電漿摻雜）以自動對準的方式使用上述的矽膜成 爲掩模而被加入。於本實施例中，離子摻雜的實施是使用 磷化氫（PH3 )成爲摻雜氣體以將磷以1 X 1 015到 8 X 1 〇15cm-2的劑量及6 0到9 0KV的加速電壓 引入，特定之劑量例如爲5xl015cm_2 。因此而獲 得負型傳導的雜質區域6 0 6及6 0 7用於源極/汲極區 域。 經濟部中央標準局員工消費合作社印¾ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 然後以雷射照射_用以退_火。雖然於本實施例中在 2 4 8 nm之波長及2 0 n s e c之脈衝寬度被操作的 K r F準分子雷射被使用，但是其他的雷射也可被使用。 雷射光以2 0 0到4 0 0 m J / c m 2的能量密度，例如 2 5 OmJ/cm2之能量密度於每個位置照射2到1 0 次，例如每個位置2次。電射退火可藉著在雷射光的照射 期間將基體加熱至2 0 0到4 5 0 °C的溫度範圍內而更加 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -20 - 484190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（18 ) 增進其效果。此圖示於圖6 (D)中。 否則，此步驟也可藉著所謂的RTA (快速熱退火） 程序而被執行，亦即使甩近紅外光的燈退火。因爲晶化的 矽比非晶矽更易於吸收近紅外光，所以可與溫度不低於 1 0 0 0 °C之熱退火充分相比的有效的退火可被實施。更 有利地，近紅外光較少被玻璃基體吸收。事實上遠紅外光 易於被吸收，但是於可見光到近紅外光區域的光線，亦即 在0. 5到4的波長區域的光線幾乎不被玻璃基體吸 收。因此，退火可在短時間內完成，且不需要將基體加熱 到高溫。可見此方法最適合用於玻璃基體之收縮爲不利時 的步驟。. 6 0 0 0A厚的氧化矽膜6 0 8藉著電漿CVD被沈 積成爲中間層絕緣體。聚亞氨膜可被使用取代氧化矽。氧 化矽膜被穿有筆觸孔以形成與使用金屬材料的連接部份 6 0 9及6 1 0的接觸，所使用的金屬材料例如爲氮化鈦 及鋁的多層膜。最後，於1大氣壓的壓力下在3 5 0 °C實 施持續3 0分鐘的退火以獲得完整的如圖6 ( E )所示的 T F T結構。 如本實施例中所敘述的，非晶矽膜藉著弓&鎮-成J用 聆晶化的屈化元素比只是加熱的情況Μ利_於晶化，且如此 晶化的矽膜的結晶度可藉著以雷射光線照射而更加地改善 。以此方式，可獲得具有特別高結晶度的結晶矽。所得之 良好結晶度的結晶矽膜的使用可提供高性能的T F τ ° 更特定地，除了不採用實施例2中所描述的結晶步驟 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） -21 -

484190 A7 B7_ 五、發明説明（l9 ) 之外，經由相同於本實施之程序的程序步驟所獲得的N 一 通道TFT產生從5 0到9 0 cm2/V s的場效移動率 及從3到8 V的臨限電壓。這些數值清楚地相反於根據本 實施例所製造的N —通道TFT所獲得的從1 5 0到 200cm2/Vs的移動率及從0· 5到1· 5V的臨 限電壓。移動率顯著地增加，且臨限電壓的起伏大量減少 〇 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 先前，上述之此種高水準的T F T特性只.藉著雷射晶 化而從非晶矽膜獲得。但是，藉著習知技術雷射晶化所獲 得的矽膜產生特性的起伏。此外，晶化程序需要能量密度 爲3 5 〇m J / cm2或更高的雷射光線於4 0 0°C或更 高的溫度的照射，且因此不適用於大量生產。相反於傳統 的程序，根據本實施例之用於製造T F T的程序可於與傳 統程序比較較低的基體溫度及較低的能量密度被實施。因 此，根據本發明的程序適用於大量生產。此外，藉著本程 序所獲得之裝置的品質的一致性相同於藉著傳統之使用熱 退火的固相生長晶化所獲得的裝置的品質。因此，可穩定 地獲得一致品質的TFT s。 於前述的實施例1及2中，當鎳邊度低時勗化被發現 未充分發生。但是，根據本實施例的程序採用電射照射以 彌補不充分的晶化。因此，可獲得具有滿意的高品質的 T F T s即使是在鎳濃度低時。此表示含有更低濃度之鎳 的裝置可被實現，且可獲得具有優良之電穩定性及可靠性 的裝置。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -22 - 484190 A7 B7 五、發明説明（2〇 ) 實施例4 本實施例相關於藉著在非晶矽膜的上表面塗敷含有加 速非晶矽膜之晶化的催化元素的溶液以用於將催化元素引 入非晶矽膜的程序。 本發明也提供藉著將催化元素選擇地引入非晶矽膜且 然後使晶體的生長從該處開始進行至催化元素未被引入的 部份之用於製造含有低濃度之催化元素的結晶矽膜的程序 〇 圖7概略顯示根據本發明之依步驟順序的製造程序。 1 Ο Ο OA厚的非毳矽鼠7 〇 5藉著電漿CVD被沈積於 10x10 — cm的正方形Corning #7 0 5 9玻璃基 體7 0 1之上，且氧化_砂膜7 0 4再被沈積於非晶矽膜上 至厚度爲1 2 0 0A以成爲掩模。薄至厚度爲5 0 0A的 氧化矽膜7 0 4可被使用而不會導致問題，且此膜可藉著 使用較密緻的膜而使用更薄的膜。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 所得的氧化矽膜7 0 4可藉著一般的光石印圖型法被 如所需求的圖型化。然後，薄的氧化矽膜7 0 3藉著以紫 外光（UV)照射而在氧氣環境中被沈積。更特定地，氧 化矽膜7 0 3的製造是以紫外光照射5分鐘的時間。氧化 矽膜7 0 3被確信具有2 0到5 0A的厚度。如此而獲得 如圖7 ( A )所示的結構。. 上述之氧化矽膜的形成是用於改進圖型對於以後將被 施加的溶液的濕潤性。有利的濕潤性有時可藉著氧化矽掩 模的親水本質而被確保，但是這是罕見的情形，因爲這種 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -23 - 484190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ____ B7______五、發明説明（21 ) 情形只發生在當圖型的尺寸與溶液相配時。因此，最好使 用氧化矽膜7 0 3以確保良好的濕潤性。 然後，5、- m兑之食有L α α P p m之身重量的乙酸 溶液被滴於1 0 X 1 0 - cm2的正方形基體的表面上。 旋轉器7 0 7以5 0 r pm的速率被操作1 0秒鐘以在基 體的整個表面上形成均勻的水液膜。將基體維持5分鐘後 旋轉器7 0 7再以2 0 0 0 r pm的速率被操作額外的 6 0秒鐘以實施旋轉乾燥。基體於旋轉器上可能承受0到 1 50 r pm之速率的旋轉。此步驟被圖示於圖7 (B) 中〇 所得的結構在.4 5 0到5 8 0 °C的溫度範圍被加熱持 續1到1 0分鐘以在非晶矽膜7 0 5的表面上形成極薄的 矽化鎳膜。於此步驟中結晶矽被發現形成於非晶矽膜 7 0 5與矽化鎳膜之間的相位邊界處，同時也形成於相位 邊界的附近710。非晶矽膜705的表面以5%的氫氯 酸加以蝕刻以去除矽化鎳膜。 此後，所得的結構承受在氮氣環境下於5 5_〇 °C之持 績4 dv時的熱處理。以此方式，晶化可從鎳被引入的區域 7 0 9沿著如箭頭7 0 8所示的橫方向產生至鎳末被引入 的區域7 1 0。當然，晶化也發生於鎳被直接引入的區域 7 0 9 中。 於圖7 (C)中，晶化發生於鎳被直接引入的區域 709 ，且晶化橫向進行遍及區域711。 鎳的濃度可藉著改變被施加之溶液的鎳濃度而被控制 (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規格（210X 297公釐） -24 - 484190 A7 B7 經濟部中央標蕈局員工消費合作社印製 五、發明説明（22 ) 。於本發明中，溶液中的鎳濃度被調整爲1 0 0 P Pm。 但是，已證實即使當濃度減少至1 〇 P pm時也發生晶化 •。使用含鎮濃度爲1 0 P P m的溶液時晶化以相同的方式 發生。於此情況，如圖7中所示的區域7 1 1中的鎳濃度 可再降低一位數。但是，使用含鎳濃度太低的溶液縮短了 沿著以箭頭7 0 8所代表的橫方向的晶體生長的距離’因 此並不合適。 如此獲得的結晶矽膜可就此被使用於T F T的活性層 。特別是，使用區域7 1 1以形成活性層非常有用’因爲 此區域含有低濃度的催化元素。 藉著相同於前述之實施例3的方式，以雷射光束或等 效的強光照射可有效的再改進上述所獲得之結晶矽膜的結 晶度。 本實施例中使用乙酸溶液成爲含有催化元素的溶液。 但是，其他可用的溶液包括多種不同的水溶液，及含有有 機溶劑的溶液。催化元素並不一定需要成爲化合物的形式 被包含於溶液內，而可只是擴散在溶液中。 用於催化元素的溶劑可由極性溶劑中選擇，亦即由水 ，乙醇，酸類，及氨水中選擇。 當磲被使用爲催化元素時，鎳被混合於翟t漥劑中而 成爲鎳的化合物的形式。代表性的鎳化合物之選擇包括溴 化鎳，乙酸鎳，草酸鎳，碳酸鎳，氯化鎳，碘化鎳，硝酸 鎳，硫酸鎳，甲酸鎳，乙醯丙酮酸鎳，4 -環己基丁酸鎳 ，氧化鎳，及氫氧化鎳。 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣· T> 、-'° ·丨 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） -25 - 484190 A7 B7 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 五、發明説明（23 ) 溶劑也可由非極性溶劑中選擇，可選擇的種類包括苯 ，甲苯，二甲苯，四氯化碳，三氧甲烷，及乙醚。 在此情況，鎳被包含於溶液中成爲鎳化合物的形式’ 此鎳化合物被選擇的種類包括乙醯丙酮酸鎳，及2 -乙基 己酸鎳。 _ 於含有催化元素的溶液中加入界面活化劑也很有效。 界位活化劑增加溶液於氧化矽膜之表面的附著性，且控制 吸附能力。界位活化劑可預先被施加於將被塗覆的表面。 假如元素鎳被使用成爲催化元素，則元素鎳必須須先被溶 解於酸類中以獲得鎳的溶液。 取代使用含有完全溶解於溶液中的鎳的溶液，乳化液 可被使用，乳化液亦即包含其中均勻擴散有金屬鎳或鎳化 合物之粉末的彌散介質的物質。 同樣的方法適用於使用鎳以外的其他物質成爲催化元 素的情況。 含有非極性溶劑的溶液，亦即2 -乙基己酸鎳之甲苯 溶液，可被直接施加於非晶矽膜的表面。於此情況，使用 例如粘著劑之一般被採用於形成保護層的物質爲有利的。 但是，過量的粘著劑使用會相反地干擾催化元素之轉移進 入非晶矽。 催化元素混合於溶液中的量以鎳而言，雖然取決於溶 液的種類，但是大約爲以重量計從1至2 0 0 p g m，而 以以重量計從.1到5 0 _p nm較佳。此鎳之加入範圍的決 定是將晶化膜的鎳濃度及對抗氫氟酸的抵抗力列入考慮。 (锖先閱讀背面之注意事項蒋填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -26 - 484190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 kl B7 五、發明説明（24 ) 實施例5 於本實施例中，鎳膜於以Corning # 7 0 5 9所製 成的玻璃基體上.被圖型化成島。使用此膜爲起始物質， 非晶矽膜被晶化。使用所獲得的結晶矽膜，T F T s被製 造。此程序被敘述如下。有兩種方法可將鎳膜圖型化成島 。於一種方法中，鎳膜形成於非晶矽膜之下，如圖9 (A - 1 )所示。在另一個方法中，鎳膜形成於非晶矽膜之上 ，如圖9 (A—2)所示。在後面的這一個方法中，於鎳 被沈積覆蓋非晶矽膜的整個表面後，鎳膜被選擇的蝕刻。 鎳稍微與非晶矽反應，因而產生矽化鎳。如果此矽化物被 留下，則無法獲得本發明意欲提供的高結晶度的矽膜。因 此，必須以氫氯酸或氫氟酸充分地去除矽化鎳。結果，相 比於開始時所獲得的厚度，非晶矽的厚度被減少。 前一種方法不會有此種問題。但是，必須在除了島之 外完全蝕刻去除鎳膜。爲了抑制剩餘之鎳的影響，基體被 以氧氣電漿，臭氧，或類似者加以處理以在除了島之外氧 化該鎳。 在兩種方法中，形成基底層的2 0 0 0A厚的氧化矽 膜1 0 1 B藉著電漿CVD形成於以Corning #7 0 5 9所製成的基體1 0 1A之上。以數字1 〇 1代 表的非晶矽膜具有2 0 0到3 0 0.0 A的厚度而以5 0 〇 到1 5 0 0A較佳，且其製造是以電漿CVD或低壓 C V D。非晶矽膜於3 5 0到4 5 0 °C被退火〇 . 1到2 小時以釋放氫原子。當膜的氫濃度低於5原子％時，晶化 (請先閱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規格（210X297公釐） -27 - 484190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7^____ 五、發明説明（25 ) 的進行很容易。 於圖9 (A—1)所示的方法中，在非晶矽膜101 形成之前，鎳被噴濺塗覆至5 0到1 0 〇 〇 A的厚度，以 1 0 0到5 0 0A較佳。此鎳膜被光石印地圖型化以形成 鎳島1 0 2。 於圖9 (A—2)所示的方法中，在非晶矽膜101 形成之後，鎳被噴濺塗覆至5 0到1 〇 〇 0A的厚度，以 1 0 0到5 0 0A較佳。然後，此鎳層被光石印地圖型化 以形成鎳島1 0 2。圖8 (A)爲這些島的頂視圖。 每一個鎳島爲每邊2 //m的正方形，且依序的島之間 的間隔爲5到5 0 /z m，例如2 0 // m。使用矽化鎳取代 鎳可獲得類似的有利處。當鎳膜形成時，藉著將基體於 1 0 0到5 0 ◦ °C加熱而以1 8 0到2 5 0 °C較佳，可獲 得良好的結果，因爲如此可改進鎳膜對於其下之氧化矽膜 的附著，且因爲如此氧化矽會與鎳反應而產生矽化鎳。藉 著使用氮化矽，碳化矽，或矽取代氧化矽可得到類似的有 利處。 然後，此疊層於4 5 0到6 5 0 °C，例如5 5 0 °C， 在氮氣環境中被退火8小時。圖9 (B)顯示中間狀態。 於圖9 (B)中，位於兩端之鎳膜的島向中央生長成爲矽 化鎳1 0 3A。鎳所經過的那些部份1 〇 3由結晶矽構成 。最後，如圖9 (C)所示，兩個生長中的鎳晶體部份會 合，在中央留下矽化鎳1 0 3 A。因此，晶化程序結束。 圖8 (B)爲此情形下之疊層的頂視圖。圖9 (C) 本纸張尺度適财關家料（CNS ) A4規格（210X297公楚) ' - 28 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 484190 A7 _B7 五、發明説明（26 ) 中所示的矽化鎳1 0 3A形成晶粒界面1 〇 4。如果繼續 退火，則鎳原子沿著晶粒界面1 0 4移動且被聚集於位於 鎳島之中間的區域1 〇 5。於此階段，島的原始形狀不再 被維持。 藉著到目前所敘述的步驟可獲得結晶矽。鎳原子從所 產生的矽化鎳1 0 3 A擴散進入半導體膜的情形並不希望 發生。因此，需要以氫氟酸或氫氯酸蝕刻鎳膜。氫氟酸及 氫氯酸均不會影響矽膜。具有被蝕刻之鎳膜的疊層如圖9 (D )中所示。 晶粒界面形成溝槽1 0 4A。將TFT s的半導體區 域或活性層形成於每個溝槽的相對兩側並不適宜。T F T 之安排的實施例顯示於圖8 (C)中，其中半導體區域 1 0 6之安排使得半導體區域不會與晶粒界面1 0 4交叉 。另一方面，閘極互連1 0 7可與晶粒界面1 0 4交叉。 使用以到目前所敘述的步驟所獲得的結晶矽而製造 TFTs之方法的實施例顯示於圖10(A)—（C)及 圖11 (A) — （C)中。於圖10 (A)中，中央部份 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) X代表溝槽1 0 4A所在的位置。TFTs之半導體區域 的安排使得半導體區域不會與此中央部份X交叉。更特定 地，以圖9 (A — 1)至（D)的步驟所獲得的結晶矽膜 1 0 3被圖型化以形成島形的半導體區域1 1 1 a及 1 1 1 b。然後，成爲閘極絕緣膜之作用的氧化矽膜 1 1 2藉著RT電漿CVD，ECR電漿CVD，噴濺塗 覆，或其他方法被形成。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） -29 - 484190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ____B7五、發明説明（27 ) 然後，具有3 0 0 0到6 0 ο ο A之厚度且摻雜有濃 度爲1X1〇2〇到5X102〇 cm-3的磷原子的多矽 膜藉著L P C VD被形成。此膜被光石印地圖型化以形成 閘極電極113a及113b(圖10(A))。 然後，雜質藉著電漿摻雜被植入。於負型半導體的情 況，磷化氫（PH3 )被使用成爲摻雜劑氣體。於正型半 導體的情況，乙硼烷（B2H6 )被使用成爲摻雜劑氣體 。於圖示的實施例中，負型的TF T s被顯示。磷化氫離 子於8 0 kV被加速。乙硼烷離子於6 5 kV被加速。疊 層於5 5 0 °C被退火4小時以激化摻雜劑，因此形成摻雜 區域1 1 4 a至1 1 4 d。爲了激化作用，使用例如雷射 退火或閃光燈退火之光能的方法可被使用（圖1 0 (B))0 最後，以相同於TFT s之一般製造的方法，氧化砂 被沈積至5 0 0 0A的厚度以形成中間層絕緣體1 1 5。 接觸孔被設置於此絕緣體1 15中。導電互連及電極 116a 至 116d 被形成（圖 10(C))。 T F T s以到目前所敘述的步驟被製造。於圖示的實 施例中，TFT s爲N —通道型式。所獲得之TFTs的 場效移動率於N —通道型式爲4 0到6 0 cm2/V s而 於P —通道型式爲30到50cm2/Vs。 圖1 1 (A) —（C)顯示具有鋁閘極之TFTs的 製造。於圖1 1 (A)中，中央部份X代表溝槽1 04A 的位置。TFTs的半導體區域與此中央部份X不交叉。 (請先閱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規格（210X 297公釐） -30 - 484190 A7 ____B7_____ 五、發明説明（28 ) 更特定地，以圖9 (A—1) —（D)的步驟所獲得的結 晶矽膜1 0 3被圖型化以形成島形的半導體區域1 2 1 a 及1 2 1 b。然後，成爲閘極絕緣膜之功用的氧化矽膜 1 22藉著RF電漿CVD，ECR電漿CVD，噴濺塗 覆，或其他方法被形成。於採用電漿CVD的情況，如果 TEOS (四乙氧基矽烷）及氧被使用成爲原料物質可獲 得良好的結果。含有1 %的矽的鋁被噴濺塗覆以形成具有 5 0 0 0A之厚度的鋁膜。此鋁膜被光石印地圖型化以形 成閘極互連及電極123a及123b。 然後，疊層被浸於3%之酒石酸的乙二醇溶液中。電 流被通於分別由鉑及該鋁互連所構成的陰極與陽極之間以 實施陽極化。此電流於開始時以2 V/m i η的速率增加 電壓。當電壓到達2 2 0V時，電壓被保持固定。當電流 減少至1 0 " A / m2以下時，電流被停止。結果，具有 2000A之厚度的陽極氧化物1 24 a及1 24b被形 成（圖 1 1 ( A ))。 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 然後，雜質藉著電漿摻雜被植入。於負型半導體的情 況，磷化氫（PH3 )被使用成爲摻雜劑氣體。於正型半 導體的情況，乙硼烷（B2H 6 )被使用成爲摻雜劑氣體 。於圖示的實施例中，負型的TFT s被顯示。磷化氫離 子於8 0 kV被加速。乙硼烷離子於6 5 kV被加速。雜 質以雷射退火被激化以形成摻雜區域1 2 5 a至1 2 5 d 。爲達此目的，放射2 4 8 n m之波長的K r F雷射被使 用。以能量密度爲250到300mJ/cm2的雷射光 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐Ί~ -31 - 484190 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（29 ) 束照射5次（圖11 (B))。 最後，以相同於TFT s之一般製造的方法，氧化矽 膜沈積至5 0 0 0A的厚度以形成中間層絕緣體1 2 6。 接觸孔被設置於此絕緣體1 2 6中。導電互連及電極 1 2 7 a至1 2 7 d被形成於源極區域及於汲極區域（圖11(C))。 所獲得之TFT s的場效移動率於N -通道型式爲 6 0到1 2 0 cm2/V s而於P —通道型式爲5 0到 9 0cm2/Vs。使用此種TFTs可建立移錄器。我 們已證實此移錄器於6MHz的操作具有17V的汲極電 壓而於1 1MHz的操作具有2 0V的汲極電壓。 實施例6 圖12 (A) — （C)顯示以相同於圖1 1 (A) — (C)中所圖示的方法所製造之具有鋁閘極的TFTs的 情況。於此實施例中，活性層由非晶矽所製造。如圖1 2 (A)所示，氧化矽被沈積於基體1 3 1之上而成爲基底 膜1 32。具有2000到3000A之厚度的非盖矽 1 3 3被沈積於膜1 3 2之上。適當量的P —型或N —型 雜質可被加入於非晶矽膜。然後，鎳或矽化鎳的島 / ' 1 34A及1 34B以如上所述的方法被製造。疊層於 5 5 0 °C被退火4小時以晶化非晶矽膜。 以此方法所得之結晶矽膜被光石印地圖型化成爲如圖 12 (B)所示。位於鎳或矽化鎳之島134A及 (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規格（210X 297公釐） -32 - 484190 A7 ______B7_ 五、發明説明（3〇 ) 1 3 4B之間之矽膜的中央部份富有鎳。因此，圖型化步 驟被執行以排除此中央部份。結果，形成島型的矽區域 1 3 5A及1 3 5 B。實質上的本質非晶矽膜1 3 6被沈 積於島型矽區域1 3 5A及1 3 5B之上。 然後，如圖12 (C)所示，閘極絕緣膜137由氮 化矽，氧化矽，或類似者製成。閘極電極1 3 8被鋁製成 。以相同於圖1 1 (A) —（C)所圖示的方法，陽極化 被實施。雜質原子藉著離子植入被擴散以形成摻雜區域 1 3 9A及1 3 9B。然後，中間層絕緣體1 40被沈積 。接觸孔被設置。金屬電極141A及141B被形成於 源極電極及汲極電極之上，因此完成TFT s。這些 T F T s的特徵爲源極電極及汲極電極之半導體區域與活 性層的厚度比較時爲厚且其特徵爲電阻係數小。因此，源 極及汲極區域的電阻小，且TF T s的特性被改善。此外 ，形成接點很容易。 實施例7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖 13(A) — (C)顯示 CMOS TFTs 的製 造。如圖1 3 ( A )所示，氧化矽被沈積於基體1 5 1之 上成爲底膜1 5 2。具有1 000到1 5 00A之厚度的 非磊矽麗15 3被沈積。鎳或矽iL鐘L的島1 5 4以上述的 方法被形成。疊層於5 5 0 °C被退火。於此步驟期間，矽 化鎳區域1 5 5會生長且晶化會進行。退火被實施4小時 。如圖1 3 ( B )所示，非晶矽膜改變成爲結晶矽。當晶 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公楚1 484190 ΑΊ Β7_ 五、發明説明（3!) 化進行時，矽化鎳區域1 5 9 A及1 5 9 B被推向相反的 末端。 以此方法所得的結晶矽膜被光石印地圖型化成爲如圖 1 3 (B)所示以形成島矽區域1 5 6。須注意該島區域 於兩端富有鎳。在島矽區域之形成後，閘極絕緣膜1 5 7 及閘極電極158A，158B被形成。 然後，如圖12 (C)所示，雜質離子藉著離子植入 被擴散以形成N -型摻雜區域1 6 0A及P —型摻雜區域 1 6 0B。例如，磷被使用成爲N -型雜質。磷化氫（ PH3 )被使用成爲摻雜劑氣體。雜質離子以60到 1 0 0 kV的加速電壓被植入整個表面。然後，N —通道 TFT s被以光抗蝕劑塗覆。P —型雜質如硼以4 0到 80kV的加速電壓被植入。乙硼烷（B2H6 )被使用 成爲摻雜劑氣體。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在離子植入後，用雷射光以相同於圖示於圖11 (A )-（C)之步驟的方法照射以激化源極及汲極電極。然 後，中間層絕緣體1 6 1被沈積。接觸孔被設置。金屬電 極162A，162B及162C被形成於源極及汲極電 極之上，因此完成TFTs。 實施例8 本實施例相似於實施例7的步驟，除了在疊層於 5 5 0 °C被加熱4小時之晶化步驟後有雷射照射步驟被執 行以更加改進結晶矽膜的結晶度。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -34 一 484190 A7 _______B7__ 五、發明説明（32 ) 於本實施例中，CMOS TFTS以如圖14(A )一（D)所示的方式被製造。首先，如圖14 (A)所 示’氧化矽被噴濺塗覆於基體1 5 1之上至2 0 0 〇A的 厚度以形成基底膜1 52。具有1 〇〇〇到1 500A之 厚度的非晶矽膜1 5 3藉著電漿CVD被形成。然後鎳或 矽化鎳的島154被製成。 疊層於5 5 0 °C在氮氣環境中被退火4小時。於此步 驟期間，矽化鎳區域1 5 5會生長，亦即晶化會進行。以 此方式所得的結晶矽膜被光石印地圖型化成爲如圖1 4 ( B )所示以形成島形的砂•區域1 5 6。 以具有2 4 8 nm的波長及2 0 n s e c的脈衝持續 時間的K r F準分子雷射輻射1 7 1照射。雷射輻射的照 射有兩次。每一次照射的能量爲250mJ/cm2 。將 不同的情況例如膜的厚度及基體溫度列入考慮，照射能量 可被設成從200到400mJ/cm2 。射出308 nm的波長的XRC ί雷射或射出1 9 3 nm的波長的 A r F雷射可被使用成爲雷射。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 此外，可產生如同雷射照射之效果的其他的強光源也 可被使用。特別是，利用紅外線輻射的快速熱退火（ RTA)技術可使矽選擇地吸收紅外線輻射。因此，退火 可被有效地執行。雷射照射可於圖型化步驟之前被實施。 在上述之熱退火之後，晶化區域形成於矽膜1 5 3中 。但是，非晶化區域可能存留於矽膜1 5 3中（未顯示於 圖中）。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -35 - 484190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（33 ) 晶化區域的結晶度藉著隨後的雷射退火或R T A而被 更加的改進。因此，此區域適用於成爲薄膜電晶體的活性 區域。另一方面，雖然非單晶晶化區域也轉變成多晶結構 ’但是此區域的拉曼光譜的結果顯示結晶度比起先前晶化 的區域相對的較差。同時，經由透射電子顯微鏡觀察到在 雷射退火或R T A後有無數的微晶於非晶化區域中，而相 對較大的晶體則被觀察到均勻地定向於先前的晶化區域中 。此表示即使在雷射退火或RTA後，非晶化區域包含若 干的晶粒界面，而因此不是很適合成爲薄膜電晶體的活性 區域。 因此，最好在雷射退火或RT A之前或之後去除非晶 化區域以便形成矽島以成爲TFT s。 然後，主要由矽構成的閘極電極1 5 8A及1 5 8 B 被形成。如圖14 (C)所示，雜質原子藉著離子植入被 擴散以分別形成N -型摻雜區域及P -型摻雜區域 1 6 0A及1 6 0B。例如，磷被使用成爲N —型雜質。 磷化氫（PH3 )被使用成爲摻雜劑氣體。此雜質離子以 6 0到1 1 0 kV的加速電壓被植入於整個表面。然後， 光抗蝕劑被塗覆於N -通道TFT區域之上。P —型雜質 離子例如硼離子以4 0到8 0 kV的加速電壓被植入，而 使用乙硼烷（Β2Ηβ )爲摻雜劑氣體。 在離子植入之後，源極及汲極電極藉著雷射照射被激 化。中間層絕緣體1 6 1被沈積且接觸孔被設置。金屬電 極162Α，162Β，及162C被形成於源極及汲極 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -36 - 經濟部中央標皋局員工消費合作社印製 484190 A7 ____B7 ________ 五、發明説明（34 ) 電極之上，因此完成TFT s。 於本實施例中，催化元素被引入以促進晶化。於此方 法中，低溫之短暫晶化步驟與使用雷射照射之退火步驟一 起被使用。晶化步驟於5 5 0 °C被實施大約4小時。於此 方法中，可獲得具有良好結晶的矽膜。使用此種結晶矽膜 可獲得高性能的TFT s。 更特定地，實施例5中所得的N —通道TFT s於矽 閘極型式（圖10 (A) —（C))具有40到60 cm2/Vs的場效移動率而於鋁閘極型式（圖11 (A )一（C))具有60到120cm2/Vs的場效移動 率。臨限電壓爲3到8V。本實施例所獲得的N —通道 TFTs的移動率爲150到200 cm2/Vs而臨限 電壓爲0. 5到1. 5V。可注意到移動率有非常大改進 ，且臨限電壓的變化減小。 這些特性在此之前只能以非晶矽膜的雷射晶化_達成。 於習知的雷射晶化中，所獲得的矽膜於特性上有很大的不 同，同時，j化需要4 _0 0 °C以JL的溫度。此外，必須有 超過3 5 0 m J / c m，2之高雷射能量的照射。因此，大 量生產若於這些問題。於本實施例中，較低的基體溫度及 較低的能量密度即足夠。結果，大量生產可沒有困難地被 執行。此外，變化與當使用傳統的熱退火的固相晶體生長 方法被使用時所產生的變化相當。因此，所獲得的 TFTs具有一致的特性。 於本發明中，如果鎳的濃度低，則矽膜未能充分地晶 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） ------------^-I、1Τ·------#1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -37 - 484190 A7 _______B7 ______ 五、發明説明（35 ) 化，且TFT s的特性不佳。但是於本實施例中’即使是 矽膜的結晶度不夠高，還是可以藉著隨後的雷射照射而獲 得補償。因此，如果鎳的濃度低，TF T的特性不會退化 。因此，裝置之活性層區域內的鎳濃度可再降低。此更增 進了裝置的電穩定性及可靠性。 實施例9 於本實施例中，用於促進非晶矽之晶化的催化元素被 加於溶液中。溶液被施加於非晶矽膜。於此方法中，催化 元素被引入於非晶矽膜。 同時，於本實施例中，催化元素被選擇地引入。晶體 從催化元素已被引入的區域生長至催化元素未被引入的區 域。於此方法中，可獲得稍微摻雜有催化元素的結晶矽膜 〇 圖1 5 (A) —（D)概略圖示用於製造本實施例的 步驟。必須注意於圖9及圖1 5中相同的部份以相同的參 考號碼表示。 經濟部中央標準局員工消f合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 首先，氧化较被噴職塗覆於以Corning # 7 0 5 9 所製成的玻璃基體上至2 0 0 0A的厚度以形成基底膜 101B。基體爲10cm見方。然後，具有1000A 之厚度的非晶矽隄1〇1藉著電漿CVD被形成。 然後，具有2 0 0 0 A之厚度的氧化矽膜1 8 0被形 成。我們的實驗已證明如果氧化矽膜1 8 0的厚度被設爲 5 0 0 A，則不會有問題發生。我們認爲如果膜很緻密， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' -38 - 484190 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 ____ B7 _____五、發明説明（36 ) 則膜的厚度可再減少。 氧化矽膜1 8 0藉著一般的光石印技術被圖型化成所 需求的圖型。以紫外線輻射於氧氣環境中照射5分鐘以在 非晶矽膜1 0 1的暴露表面上形成薄的氧化矽膜1 8 2。 我們認爲氧化矽膜1 8 2的厚度大約爲2 0到5 0A (圖 15(A))。 此氧化矽膜被設計以改進對於於稍後步驟被施加的溶 液的濕潤性。於此條件下，5 m又的乙酸溶液被滴於 1 0 c m見方的基體上。此乙酸溶液的配置是將以重量計 1 0 0 P pm的鎳加入於乙酸溶液中。此時，疊層被旋轉 器1 8 4以5 O r pm的速率旋轉，且均勻的水膜1 8 3 被形成而覆蓋於基體的整個表面。此狀況被維持5分鐘。 然後，疊層被旋轉器1 84以2000 r pm的速率旋轉 6 0秒以使疊層變乾。水膜也可藉著以0到1 5 0 r pm 的速率旋轉疊層而被維持於旋轉器上（圖15 (A))。 鎳以上述的步驟被引入區域1 8 5中。疊層於3 0 0 到5 0 0 °C被熱處理以在區域1 8 5的表面上形成矽化鎳 。然後，成爲掩模之功用的氧化矽膜1 8 0被去除。疊層 於5 5 0 °C在氮氣環境中被加熱4小時。於此方法中，非 晶矽膜1 0 1被晶化。此時，晶體橫向生長，亦即平行於 基體生長，從摻雜有鎳的區域1 8 5生長至鎳未被引入的 區域。當然，晶化發生於鎳被直接引入的區域中。 熱處理被實施以在區域1 8 5的表面上形成矽化鎳膜 ，然後隨著是氧化矽膜1 8 0的去除。於修正的實施例中 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -39 - 484190 A7 B7____ 五、發明説明（37 ) ，疊層以未去除氧化矽膜1 8 0的方式於5 5 0 °C被加熱 4小時，且晶化被引發。於此情況，不需要有用於產生矽 化鎳膜的步驟。氧化矽膜1 8 0可於晶化步驟後被去除。 圖1 5 ( B )顯示晶化進行中的狀態。特別是，被引 入於邊緣部份的鎳成爲矽化鎳1 0 3 A向中央進行。鎳所 通過的部份1 0 3爲結晶矽。如果晶化再進行，則從鎳被 引入的部份185開始的兩部份會會合，如圖15 (C) 所示，而在它們之間留下矽化鎳1 0 3 A。如此，晶化程 序結束。 結晶矽可以上述的步驟獲得。鎳從所導致的矽化鎳 1 0 3A擴散進入半導體膜並不適宜。因此，區域 1 0 3 A以氫氟酸或氫氯酸加以蝕刻而被去除。此情況被 顯示於圖1 5 (D)中。晶粒界面所在的部份形成溝槽 1 0 4 A。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 於圖1 5 ( C )中，晶化橫向進行從區域1 8 5經過 區域1 86。區域1 86中鎳的濃度顯示於圖1 6中，圖 1 6代表在經過晶化步驟之結晶矽膜之區域1 8 6的厚度 方向的鎳的分佈。此分佈是以S I MS測量。已經證實在 鎳被直接引入的區域1 8 5中的鎳濃度高於分佈顯示於圖 1 6中的鎳濃度至少一個數量級。使用以此方法所獲得的 結晶矽膜，TFT s以相同於使用於實施例5的方法被製 造。 以此方法所得的結晶矽膜以相同於實施例8中之方法 被雷射光或其他等效的強光照射以有效地再改進其結晶度 本張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -40 - 484190 A7 B7 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 38 ) 1 I 〇 於 實 施 例 8 中 > 矽 膜 中 的 鎳 濃 度 相 對 較 高 且 因 此 雷 射 照 1 1 射 造 成 鎳 被 沈 禮 出矽 膜 〇 具 有 尺 寸 等 級 爲 0 1 到 1 0 1 1 β m 的 鎮 粒 子 被 形 成 於 矽 膜 中 〇 結 果 膜 的 形 態 退 化 〇 但 ✓-V 1 I 中 請 1 I 是 於 本 實 施 例 中 可 使 鎳 的 濃 度 比 實 施 例 5 及 6 所 獲 得 先 閱 1 I 讀 1 的 鎳 濃 度 低 很 多 〇 因 此 矽 化 鎳 不 被 沈 積 〇 同 時 膜 不 因 背 面 1 I 雷 射 照 射 而 變 粗 糙 〇 之 注 意 1 1 I 顯 示 於 圖 1 6 中 的 鎳 濃 度 可 藉 著 控 制 溶 液 中 的 鎳 濃 度 事 項 1 1 而 被 控 制 〇 於 本 實 施 例 中 贅 溶 液 中 的 鎳 濃 度 被 設 爲 1 0 0 再 填 寫 本 疃 Ρ P m 〇 我 們 已 證 實 即 使 濃 度 被 設 爲 1 0 P P m > 晶 化 仍 頁 1 1 可 能 發 生 〇 於 此 情 況 圖 1 5 ( A ) — ( D ) 所 示 的 丨品 域 1 1 1 8 6 內 的 鎳 濃 度 ( 圖 1 6 ) 可 再 被 減 少 一 個 數 量 級 〇 但 I 是 如 果 溶 液 的 鎳 濃 度 降 低 9 則 橫 向 的 晶 體 生 長 距 離 會 縮 1 訂 I 短 〇 1 1 I 到 § • Λ /_ 刖 所 敘 述 的 被 晶 化 的 矽 膜 可 被 直 接 使 用 成 爲 每 一 1 1 個 T F T 的 活 性 層 〇 特 別 是 9 使 用 區 域 1 8 6 之 每 一 個 1 1 Τ F T 的 活 性 層 的 形 成 非 常 有 用 因 爲 催 化 元 素 的 濃 度 低 I 於 本 實 施 例 中 贅 乙 酸 溶 液 被 使 用 成 爲 含 有 催 化 元 素 的 1 1 I 溶 液 〇 此 溶 液 可 從 不 同 的 水 溶 液 及 有 機 溶 劑 與 溶 液 中 選 擇 1 1 〇 催 化 元 素 的 形 式 也 不 限 於 化 合 物 〇 催 化 元 素 可 以 只 是 擴 1 1 散 於 溶 液 中 〇 1 1 於 鎳 被 使 用 成 爲 催 化 劑 且 被 包 含 於 極 性 溶 劑 例 如 水 贅 1 1 乙 酸 9 酸 類 j 或 氨 之 中 的 情 況 鎳 成 爲 鎳 的 化 合 物 被 引 入 1 | 〇 鎳 化 合 物 的 典 型 實 施 例 包括 溴 化 鎳 乙 酸 鎳 > 草 酸 鎳 9 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 一 41 - 484190 A7 _B7 五、發明説明（39 ) 碳酸鎳，氯化鎳，碘化鎳，硝酸鎳，硫酸鎳，甲酸鎳，乙 醯丙酮酸鎳，4 -環己基丁酸鎳，氧化鎳，及氫氧化鎳。 溶劑可從非極性溶劑中選擇，亦即如苯’甲苯’二甲 苯，四氯化碳，三氧甲烷，及乙醚。 於此情況，鎳以鎳化合物的形式被引入。典型的鎳化 合物的實施例爲乙醯丙酮酸鎳，2 —乙基己酸鎳。 同時，於含有催化元素的溶液中加入界面活化劑爲有 利的。此改進對於被施加的表面的附著性且控制吸附能力 。此界面活化劑可預先被施加於表面。於簡單的鎳被使用 成爲催化元素的情況，必須將鎳溶解於酸中，如此而製成 溶液。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於上述的實施例中，含有完全溶解的鎳或催化元素的 溶液被使用。並不永遠需要鎳被完全溶解。於此情況，例 如乳化液的物質可被使用，此乳化液物質包含內有鎳或鎳 化合物之粉末均勻擴散的介質。同時，使用於氧化膜之形 成的溶液也可被採用。東京OHKA K0GY0公司所生產的 0 C D ( Ohka diffusion source, Ohka 擴散源）可被 使用成爲溶液。於此〇 c D溶液被使用的場合，此溶液被 施加於要被塗覆的表面，且然後於大約2 0 0 °C被烘烤。 於此方法中，氧化矽膜可容易地被形成。此外，任何雜質 可被使用，因爲雜質可被隨意加入.。 這些原理可應用於鎳以外的物質被使用成爲催化元素 的場合。於非極性溶劑例如2 -乙基己酸鎳之甲苯溶液被 使用的情況，溶液可直接被施加於非晶矽膜的表面。於此 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) "~ -42 - 484190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _____B7 五、發明説明（4〇 ) 情況，預先施加使用於抗蝕劑應用之例如密切接觸介質的 物質爲有利的。但是，如果施加的量太大，則催化元素於 非晶矽中的引入會受到阻礙。 溶液中所含之催化元素的量取決於溶液的種類。大略 而言，鎳的重量與溶液的重量比爲2 0 0到1 p pm，以 泛0至l_e p m較佳。此範圍的決定已將晶化完成後膜中 的鎳濃度及對於氫氟酸的阻抗列入考慮。 於本實施例中，含有催化元素的溶液被施加於非晶矽 膜的頂面。在非晶矽膜的形成前，含有催化元素的溶液可 被施加於基底膜。 實施例1 0 藉著在Corning 7 0 5 9玻璃基體上形成鎳膜且以 此鎳膜成爲催化劑以晶化非晶矽膜而獲得結晶矽膜的方法 將參考圖1 7於此被敘述。在基體2 0 1上，厚度爲 2 0 0 0A的基底氧化矽膜2 0 2藉著電漿CVD之方法 被形成。然後，厚度小於1 0 0 0A之例如5 0 A厚之鎳 膜2 0 3藉著噴濺塗覆被沈積。此厚度小於1 0 0A的鎳 膜的形式更正確的描述爲顆粒，或成組的結合在一起的顆 粒的集叢，而非膜。當基體被加熱至1 0 0到5 0 0 °C， 最好是1 8 0到2 5 0 °C而用於鎳膜之形成時可獲得良好 的結果。這是因爲氧化矽基底膜與鎳膜之間的附著力被改 進。矽化鎳可被使用以取代鎳。（圖17(A))。 (請先閱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規格（210X297公釐） -43 - 484190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4i ) 然後，厚度爲500到3000A之例如1500A 的非晶矽膜2 0 4藉著電.漿CVD被沈積，且氫之驅除於 氮氣環境中在4 3 0 °C被執行0 · 1到2小時，例如 〇 . 5 小時（圖 1 7 ( B ))。 然後，此結構於退火爐內在氮氣環境中於4 5 0到 5 8 0 °C，例如於5 5 0°(：被退火8小時。圖17(〇) 圖示此退火期間的狀態，其中當鎳從預先形成的鎳膜（顆 粒，集叢）擴散時晶化會進行，且結晶矽區域2 0 5會生 長及擴展於整個非晶區域2 0 4 A。 在晶化完成後，4 0 0到6 0 0 °C的溫度被維持，例 如維持於550 °C，三氯乙烯（C2HC$3 )以氫或氧 稀釋至1到1 0%，例如1 0%，且被引入退火爐中，並 且退火被執行0 . 1到2小時，例如1小時。當被如此氯 化處理的樣品以二次離子材料光譜測定（Secondary i〇n m a 1: e r i a 1 S p e c t r o m e t r y, S I M S )分析時，政膜中的鎳 濃度爲0. 0 1原子％。未實施氯化處理的樣品中的鎳濃 度高達5原子％。 實施例1 1 第11個較佳實施例被圖示於圖18中。厚度爲 2 0 0 0 A的基底氧化矽膜2 0 2藉著電漿CVD被形成 於Corning 7059玻璃基體201之上。然後，厚度 爲500到3000A之例如1 500A的，是砂膜 2 0 4藉著電漿CVD被沈積，且氫之驅除於氮氣環境中 本紙張尺度適用中國國家標孳（CNS ) A4規格（210X 297公釐） ---------9 II (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 •I. -44 - 484190 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 ____B7 ___五、發明説明（42 ) 在4 3 0 °C被執行0 . 1到2小時，例如〇 . 5小時。 然後，厚度小於1 OA之例如8 0A厚的鎳膜2 0 3 藉著噴濺塗覆被沈積。此厚度小於1 0 0A的鎳膜的形式 更正確的描述爲顆粒，或成組的結合在一起的顆粒的集叢 ，而非膜。對於鎳膜的形成，當基體被加熱至1 〇 〇到 5 0 0°C且最好是1 8 0到2 5 0 °C時可獲得良好的結果 。這是因爲氧化矽基底膜與鎳膜之間的附著力被改進。矽 化鎳可被使用以取代鎳。（圖18(A)) 然後，此結構於退火爐內在氮氣環境中於4 5 0到 5 8 0 °C，例如於5 5 0 °C被退火4小睦。圖1 8 ( B ) 圖示在此退火期間，當鎳從先前形成的鎳膜（顆粒，集叢 )擴散時晶化進行的方式，及結晶矽區域2 0 5生長及擴 展於整個非晶區域2 0 4A的情形。 在晶化完成後，4 0 0到6 0 0 °C的溫度被維持，例 如維持於580 °C，三氯乙烯（C2HCj?3 )以氫或氧 稀釋至1到1 0 %，例如5 %，且被引入退火爐中，並且 退火被執行0 . 1到2小時，例如0 · 5小時。 實施例1 2 第12圖較佳實施例被圖示於圖19中。厚度爲 2 0 0 0 A的基底_氧化矽膜2 3 2藉著電漿CVD被形成 於Corning 7059玻璃基體231之上。然後，厚度 小於1 0 0 0A之例如8 0A厚的鎳膜2. 3 3藉著噴濺塗 覆被沈積（圖19 (A)) (請先閱讀背面之注愈事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -45 - 484190 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（43 ) 然後整個表面以光抗蝕劑加以塗覆，且使用一般熟知 的光石印方法形成抗蝕圖型234。（圖19 (B)) 然後此結構被浸於適當的蝕刻劑中，例如5到3 0% 的氫氯酸溶液，並且鎳膜的暴露部份被去除。在矽化鎳被 使用的情形中，膜也可以相同的方法加以去除。（圖19 (C )) 然後，光抗蝕劑藉著一般熟知的方法被去除，而形成 鎳膜圖型235。（圖19(D)) 然後，非晶矽興_藉著電漿CVD被沈積至5 0 0到 3 0 0 0 A的厚度，例如1 5 0 0 A，且氫之驅除於氮氣 環境中在4 3 0 °C被執行0 . 1到2小時，例如0 . 5小 時。然後，此結構於退火爐內在氮氣環境中於4 5 0到 5 8 0 °C，例如於5 5 0 °C被退火4小時。圖1 9 ( E ) 圖示在此退火期間，當鎳從先前形成的鎳膜圖型擴散時， 晶化進行的方式，及結晶矽區域2 3 6生長及擴展於整個 非晶區域2 3 7的情形。 在晶化完成後，4 0 0到6 0 0 °C的溫度被維持，例 如維持於5 8 0 °C，氯化氫（HCj?)以氫或氧稀釋至1 到1 0%，例如1 0%，且被引入退火爐中，並且退火被 執行0 . 1到2小時，例如0 . 5小時。當被如此氯化處 理的樣品以S I MS分析時，矽膜中的鎳濃直_爲5到1 〇 p p m。歩賓施氯一化處種的樣品中的鎳濃廑高亀1藏_于％ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1' -46 - 484190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ____B7____ 五、發明説明（44 ) 實施例1 3 第1 3個較佳實施例被圖示於圖2 0中。厚度爲 2 0 0 0A的碁底氧化矽膜2 4 2藉著電漿CVD被形成 於Corning 7059玻璃基體241之上。然後，厚度爲 5 0 0到3 0 0 0 A之例如1 5 0 0 A厚的非晶矽臈 2 4 3藉著電漿CVD被沈積，然後並且厚度小於 1 0 0 0A之例如8 0A厚的鎳膜2 4 4藉著噴濺塗覆被 沈積。（圖2 0 ( A )) 整個表面被以光抗蝕劑加以塗覆，且使用一般熟知的 光石印法形成抗蝕圖型245。（圖20 (B)) 然後此結構被浸於適當的蝕刻劑中，例如5到3 0% 的氫氯酸溶液，且因此鎳膜的暴露部份被去除。（圖20 (C )) 然後光抗蝕劑藉著一般熟知的方法被去除，因而形成鎳 膜圖型246。（圖20 (D)) 此後，氤之驅除於氮氣環境中在4 3 0°C被執行 0 . 1到2小時，例如0 . 5小時。然後，此結構於退火 爐在氮氣環境中於450到580 °C，例如於550 °C被 退火4小時。圖20 (E)圖示在此退火期間，當鎳從先 前形成的鎳膜圖型擴散時晶化進行的方式，及結晶矽區域 2 4 7生長及擴展於整個非晶區域2 4 8的情形。 在晶化完成後，4 0 0到6 0 0 °C的溫度被維持，例 如維持於5 8 0 X，三氯乙烯（C 2 H C j? 3 )以氫或氧 稀釋至1到1 0%，例如5%，且被引入退火爐內，並且 (請先閱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規格（210X29*7公釐） -47 - 484190 A7 B7 五、發明説明（45 ) 退火被執行0 . 1到2小時，例如〇 _ 5小時。當被如此 氯化處理的樣品以S I MS分析時，矽膜中的鎳濃度爲5 到1 0 p pm。未實施上述之氯化處理的樣品中的鎳濃度 高達0.原子％。 實施例1 4 第1 4個較佳實施例被圖示於圖2 1中。厚度爲 2 0 0 0A的基底氧化矽膜2 5 2藉著電漿CVD被形成 於Corning 7059玻璃基體251之上。然後整個表 面被塗覆以光抗蝕劑，且使用一般熟知的光石印方法形成 抗蝕圖型253。（圖21(A)) 然後，鎳膜2 5 4藉著噴濺塗覆被沈積至8 0A的厚 度。（圖 2 1 ( B )) 然後光抗蝕劑以一般熟知的方法被去除且附著於抗触 .劑之頂部的鎳膜也同時被去除，因而產生鎳膜圖型2 5 5 。（圖 2 1 ( C )) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 然後，非_晶矽膜藉著電漿CVD被沈積至1 〇 0 0A的 厚度。氫之驅除未被執行。然後，此結構於退火爐內在氮 氣環境中於4 5 0到5 8 0 °C，例如於5 5 0 °C被退火4 小時。圖2 1 ( D )圖示在此退火期間，當鎳從先前所形 成的鎳膜圖型擴散時晶化進行的方式，及結晶矽區域 2 5 6生長及擴展於整個非晶區域2 5 7的情形。 在晶化完成後，550 °C的溫度被維持，三氯4烯（ C 2H C a )以氫或氧稀釋至1到10%，例如5%， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐) _ -48 ~ 484190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 kl ___B7_五、發明説明（46 ) 且被引入退火爐內，並且退火被執行0. 5小時。 實施例1 5 第1 5個較佳實施例被圖示於圖2 2中。厚度爲 2 0 0 0A的基底氧化矽膜2 6 2藉著電漿CVD被形成 於Corning 7059玻璃基體261之上。然後，厚度 爲5 0 0A的非晶矽膘2 6 3藉著電漿CVD被沈積。氫 之驅除未被執行。然後整個表面被塗覆以光抗蝕劑，且使 用一般熟知的光石印方法形成抗蝕圖型2 6 4。（圖2 2 (A )) 然後，鎳膜2 6 5藉著電子束蒸發被沈積至大約 100A的厚度。（圖22 (B)) 然後光抗蝕劑以一般熟知的方法被去除且附著於抗蝕 劑之頂部的鎳膜也同時被去除，因而產生鎳膜圖型2 6 6 。（圖 2 2 ( C )) 然後，此結構於退火爐內在氮氣環境中於5 5 0 °C被 退火4小時。圖2 2 (D)圖示在此退火期間，當鎳從先 前所形成的鎳膜圖型擴散時晶化進行的方式，及結晶矽區 域2 6 7生長及擴展於整個非晶區域2 6 8的情形。 在晶化完成後，5 5 0 °C的溫度被維持，氯化氫〔 HCj?)以氫或氧被稀釋至1到1 0%，例如1%，且被 引入退火爐內，並且退火被執行0. 5小時。 實施例1 6 (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規格（210X297公釐） -49 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 484190 A7 B7_____ 五、發明説明（47 ) 第1 6個較佳實施例的特徵爲，具有良好的結晶性質 的結晶矽膜是藉著促進非晶矽膜之晶化的催化元素被引入 非晶矽膜且以加熱使晶化發生的程序及藉著在此第一程序 之後以雷射光照射而更加提高結晶度的程序而獲得。 此第1 6個較佳實施例的製造程序將參考圖2 3被敘 述如下。首先，在基體2 0 1之上，厚度2 0 0 0 A的基 底氧化的聘2 0 2藉著電漿C V D被形成。然後，厚度小 於1 Ο 0 0A之例如5 0A的鎳膜2 0 3藉著噴濺塗覆被 沈積。厚度小於1 0 0A之此鎳膜的形式更正確的描述爲 顆粒，或是成組的結合在一起的顆粒的集叢，而非膜。爲 了鎳膜的形式，當基體被加熱至10 0到5 0 0°C，最好 是1 8 0到2 5 0 °C時可獲得良好的結果。這是因爲氧化 矽基底膜與鎳膜之間的附著力被改進。矽化鎳可被使用以 取代鎳。（圖23 (A)) 然後，氫之擧除於氮氣環境中在4 3 0°C被執行 0 . 1到2小時，例如0 . 5小時。（圖2 3 ( B )) 然後，此結構於退火爐內在氮氣環境中於4 5 0到 580 °C，例如於550 °C被退火8小時。圖23 (C) 圖示在此退火期間，當鎳從先前形成的鎳膜（顆粒，集叢 )擴散時晶化進行的方式，及結晶矽區域2 0 5生長及擴 展於整個非晶區域2 0 4A的情形。 在熱退火完成後，以雷射光2 7 1照射的退火被執行 。對於雷射光，KrF準分子雷射（波長248nm，脈 衝寬度2 0 n s e c )被使用。雷射光的照射以2 5 0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） ---------0^------、訂------0— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -50 - 484190 A7 B7 五、發明説明（48 ) mJ/cm2的能量密度被實施兩次。基體被加熱至 3 0 0 °C以用於雷射光之照射。此乃爲了要增加雷射光照 射的效果。 對於雷射光，X e C 5準分子雷射（波長3 0 8 n m )或A r F準分子雷射（波長1 9 3 nm)或是類似者可 取代而被使用。另外，非基於雷射光而是基於強光的照射 方法也可被採用。特別是RTA (快速熱退火），：RTA 是基於以紅外線做短暫持續時間的照射，RTA的有利處 爲可於短時間期間選擇地加熱矽膜。 在以雷射光之照射的退火完成後，4 0 0到6 0 0°C 的溫度被維持，例如被維持於5 5 0 °C，三氯乙烯（ C2HC$3 )以氫或氧被稀釋至1到10%，例如10 %，且被引入退火爐內，並且退火被執行0.1到2小時 ，例如1小時。以此方式可獲得結晶矽膜。 當被如牝每化處理的樣品以S I MS分析時，矽膜Φ 的鎳濃度爲X 1 0 1 8 c m -3 。未實施氯化處理的樣品中 的鎳缉度高達lxl019cm-3 。 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 以上述的方法可獲得具有良好的結晶性質的矽膜。執 行此處理的結果爲藉著熱退火而已晶化的區域2 0 5成爲 具有良好結晶性質的矽膜。另一方面，由於雷射照射的結 果使多結晶膜也形成於未晶化的區域2 0 4 A中且被觀察 到有膜的品質的改變，藉著拉曼光譜發現此區域內的結晶 品質不佳。同時，以透射電子顯微鏡之觀察顯示出在還未 晶化的同時以雷射照射而晶化的區域2 0 4 A中有無數個 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) -51 - 484190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 —__ B7 ____五、發明説明（49 ) 小晶體被形成，而在已經晶化後被雷射照射的區域2 0 5 中則觀察到相對較大的晶體對齊排列於相同的方向。 當以此方法獲得的矽膜2 0 5被形成爲島型且T F T 被製成時，可觀察到性能之顯著的改進。亦即，於使用根 據上述之第一個較佳實施例而晶化的矽膜所製成的N通道 型TFT中，電場效移動率爲4 0到6 0 cm2/V s且 臨界電壓爲3到8 V，而於以完全相同的方法但使用根據 本實施例所獲得的矽膜而製造的N通道型T F T中，移動 率爲150到200 cm2/Vs且臨界電壓爲〇. 5到 1. 5V。移動率有非常大的改進，且臨界電壓的變化被 減小。 雖然在過去也可藉著只以雷射晶化之非晶矽膜的晶化 而獲得此種的性能，但是以傳統的雷射晶化所獲得的矽膜 的特性有很大的變化且也有不良之大量生產力的問題，因 爲高於400°C的溫度及超過350m：T/cm2的高雷 射能量之照射對於晶化是必須的。關於這一點，以本較佳 實施例，因爲基體溫度及能量密度均完全滿意的有比這些 較低的值，所以沒有關於大量生產力的問題。此外，因爲 特性的變化大約與以傳統的熱退火之固相生長晶化所遭遇 的特性變化相同，所以所獲得的TFT s也有一致的特性 〇 當鎳濃度太低時，此發明被注意到矽膜的晶化不令人 滿意且所獲得的TFT s的特性不佳。但是，於此較佳的 實施例中，因爲即使是矽膜的結晶度不令人滿意，仍可藉 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -52 - 484190 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 _____B7_______ 五、發明説明（50 ) 著隨後的雷射照射而獲得補償，所以即使當鎳濃度低時， T F T s的特性並未退火。因爲如此，所以可再降低於裝 置之活性層區域中的鎳濃度，而非常有利於裝置之電穩定 性及可靠性的結構可被採用。 實施例1 7 本發明的第1 7個較佳實施例相關於成爲催化元素的 功用的鎳被引入於液相的方法。此第1 7個較佳實施例的 製造程序將參考圖2 4被描述如下。首先，厚度爲 2 Ο Ο OA的基底氧化矽膜2 8 6藉著電漿CVD被形成 於10公分見方的Corning 7 0 5 9玻璃基體2 8 1之 上。然後，非晶矽暾2 8 3藉著電漿CVD被沈積至 5 0 0A的厚度。然後，厚度爲5 0 0A的氧化矽膜被形 成覆蓋整個表面，且掩摸圖型2 8 4以使用一般熟知的光 石印術的方法而被形成。氧化矽膜之此掩模圖型2 8 4被 用於選擇 地引入鎳」抗蝕劑可被使用取代氧化矽以成爲 掩模圖型。 然後，薄的氧化矽膜2 8 2在氧氣環境中藉著紫外線 照射被形成。此氧化矽膜2 8 2是藉著以UV光在氧氣環 境中照射5分鐘而製成。此氧化矽膜2 8 2的厚度被認爲 是大約2 0到5 0A。此氧化矽膜之形成是爲了改進於稍 後的程序中被施加的溶液的滲漏特性。於此狀態，5m又 (於1 0公分見方的基體的情況）的藉著於乙酸溶液中加 入1 0 0 P pm (重量轉換）的鎳的乙酸溶液被滴於樣品 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) -53 - 484190 A7 _________B7____ 五、發明説明（51 ) 之上。旋轉塗覆以5 0 r pm在旋轉器2 8 0上被實施 1 0分鐘，因而形成均勻覆蓋基體之整個表面的水膜 。然後，在此狀態被維持5分鐘後，旋轉乾燥以使用旋 轉器2 8 0於2 0 0 r pm被執行6 0秒。此狀態的維持 可在旋轉器以0到1 5 0 r pm旋轉的同時在旋轉器上 被實施。（圖24(A)) 圖示於圖2 4 ( B )的狀態如此被獲得。此狀態爲催 化元素鎳經由非常薄的氧化膜2 8 2而與非晶矽膜2 8 3 接觸的狀態。 其次，結構於退火爐內在氮氣環境中於5 5 0°C被退 火4小時。此時，鎳擴散經過氧化膜2 8 2而進入非晶矽 膜，且晶化開始進行。 圖24 (C)圖示在此退火期間，當鎳從氧化膜 2 8 2部份擴散時晶化進行的方式，及結晶矽區域2 8 7 生長及擴展於整個非晶區域2 8 8的情形。 經濟部中央標準局員工消費合作社印象 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在晶化完成後，5 0 0 °C的溫度被維持，氯化氫（ HCj?)以氫或氧被稀釋至1至1 〇%，例如1%，且被 引入退火爐內，並且退火被執行0 . 5小時。 以此方法，可獲得結晶矽膜。圖2 5顯示晶化程序完 成後之結晶矽膜中的鎳濃度的S I MS調查結果。鎳濃度 被調查的區域爲藉著氧化矽膜2 8 4成爲掩膜的作用而被 保護的區域，且爲鎳未被直接引入的區域。 同時，已被證實鎳被直接引入的區域，亦即鎳擴散通 過氧化膜2 8 2的區域中的鎳濃度比圖2 5所示的濃度分 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）~_ -54 - 經濟部中央標隼局員工消費合作社印¾ 484190 A7 ________B7 _ 五、發明説明（52 ) 佈高一個數量級。以此方法所獲得之矽膜的結晶度的更加 改進 可有效地如上述之第2個較佳實施例以雷射光或等 效的強光照射而達成。 藉著控制溶液中的鎳濃度可控制圖2 5所示的鎳濃度 。雖然於本較佳實施例之溶液中的鎳濃度被設定爲l· 〇 0 P pm，但是已發現當此濃度被設定爲1 0 p pm時晶化 仍可產生。當此情況被實施，圖2 5所示之鎳濃度可再減 少一個數量級。但是，問題爲當溶液中的鎳濃度低時，晶 體生長的距離變短。 以上述的方法晶化的結晶矽膜可就此被使用於 丁 F T s的活性層。特別是，使用具有從鎳被引入的區域 發生之平行於基體的方向的晶體生長的區域以形成 TFT s的活性層極端有利，因爲這些區域的催化元素濃 度低。 於此較佳實施例中，乙酸溶液被使用成爲含有催化元 素的溶液，但是，可加以擴展而使用水溶液或有機溶劑溶 液或類似者。此處之催化元素不須一定要成爲化學化合物 被包含，而可另外地以簡單的擴散被包含。 至於包含催化元素的溶劑，任何的極性溶劑如水，乙 醇，酸類或氨均可取代地被使用。 在當鎳被使用成爲催北劑且此鎳將被包含在極性溶劑 中時的情況，鎳以鎳的化合物的形式被引入。至於此鎳化 合物，從例如溴化鎳，乙酸鎳，草酸鎳，碳酸鎳，氯化鎳 ，碘化鎳，硝酸鎳，硫酸鎳，甲酸鎳，乙醯丙酮酸鎳，4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------Ψ----I-I1T-------Φ, (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -55 - 484190 經濟部中央標準局員工消t合作社印製 A7 B7五、發明説明（53 ) 一環己基丁酸鎳，氧化鎳及氫氧化鎳中所選擇的鎳化合物 可被使用。 同時，任何的非極性溶劑如苯，甲苯，二甲苯’四氯 化碳，三氧甲烷及乙醚均可被使用成爲溶劑。 於此情況，鎳成爲鎳的化合物被引入。至於此鎳化合 物，從例如乙醯丙酮酸鎳及2 -乙基己酸鎳中所選擇的鎳 化合物可被使用。 於含有催化元素的溶液中加入去垢劑爲有益的。這是 因爲去垢劑提高與被塗覆表面的附著力且控制吸附性。此 去垢劑可被預先塗覆於要被塗覆的表面。當簡單的鎳被使 用成爲催化元素時，鎳必須先溶解於酸中而被製成溶液。 以上所討論的爲使用藉著將催化元素鎳完全溶解而製 成的溶液的實施例；但是，由簡單的鎳或鎳的化合物所構 成的粉末被均勻地擴散於彌散介質中的乳化狀物質可被代 替地使用以取代鎳完全溶解的方式。另外，用於形成氧化 膜的溶液可被使用。由東京〇hka化學工業公司所製造的 〇CD( 〇hka擴散源）可被使用成爲此種溶液。藉著將 此0 C D塗覆於非晶矽膜之上且於大約2 0 0 °C加以烘烤 ’可簡單地形成氧化矽膜。然後可使催化元素從此氧化矽 膜擴散進入非結晶政膜。 這些要點也適用於鎳以外的物質被使用成爲催化元素 的情況。 同時’藉著使用例如2 -乙基己酸鎳的甲苯溶液之非 極性溶劑成爲溶液，可將溶液直接塗覆於非晶矽的表面上 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) -56 - 484190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 __ B7________五、發明説明（54 ) 。於此情況，如同使用於抗蝕劑之應用中的粘著劑物質被 預先施加爲有益的。但是，因爲當所施加的量太大時會有 阻礙催化元素加入非晶矽膜的反效果’所以必須非常小心 Ο 包含於溶液中的催化元素的量取決於溶液的種類，但 是鎵的量相對於溶液適宜在1 P pm到2 0 0 p pm，且 最好在1 P p 0 p_Em (重量轉換）成爲一般的準 則。此數值之決定是將晶化完成後膜的鎳濃度及對氟酸的 阻抗列入考慮。 實施例1 8 於根據本發明形成TFT時，晶化區域，TFT的活 性層（通道區域），接觸孔，及催化元素被加入的區域之 間的位置關係的實施例被敘述於此實施例1 8中。活性矩 陣的像元部份被敘述如下。 圖26 (A)到26 (F)顯示本實施例之用於製造 TFT的步驟。首先，如圖26 (A)所示，氧化矽棊底 膜9 2藉著噴濺塗覆被沈積於基體9 1之上至2 0 Ο 0A 的厚度。非晶矽膜3 3再藉著電漿CVD被沈積至3 0 0 到1 5 0 0 A的厚度，例如8 0 0 A。例如3 0 0 A之 2 0 0到2 0 0 0A厚的氧化矽膜9 4被形成且被穿孔以 形成孔9 6 a及9 6 b。如此，氧化矽膜9 4被圖型化成 掩模。然後，極薄的鎳或鎳化合物膜9 5藉著噴濺塗覆或 如實施例9中所採用的旋轉塗覆被形成於整個表面上。 本纸張尺度適用中國國家標準（ CNS ) A4規格（210X29*7公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -57 - 484190 經濟部中央標準局員工消費合作社印¾ A7 B7 ____五、發明説明（55 ) 其次，此結構在氮氣環境中於5 5 0 °C被退火4小時 。藉著此步驟，正好位於孔9 6 a及9 6 b之下的矽膜 9 3的部份9 7 a及9 7b被改變成矽化物，且矽區域 9 8 a及9 8 b從這些部份被開始晶化。晶化末端的部份 具有高的鎳濃度。（圖26 (B)) 在充分的晶化後，從孔9 6 a及9 6 b開始進行的晶 化會在位於兩孔之間的中央部份互相相遇且於中央部份停 止。具有高的鎳濃度的區域9 9 c存留於中央部份。光退 火於此情況可藉著如實施例8中所採用的準分子雷射及類 似者再被實施。（圖26 (C)) 其次，如此獲得的結晶矽膜被圖型化以形成如圖2 6 (D)所示的島矽區域4 0 0。高鎳濃度區域9 7 a及 9 9 c的一部份存留於矽區域400中。例如1 200A 之7 0 0到2 0 0 0A厚的氧化矽閘極絕緣膜4 0 1再藉 著電漿CVD被形成。（圖26(D)) 然後，鋁閘極電極4 0 2藉著如實施例5中之相同方 法被形成。具有1 〇 〇 〇到5 0 0 0A之厚度的陽極氧化 層4 0 3圍繞閘極電極被形成。然後，N —型雜質區域 4 0 4及4 0 5藉著離子摻雜法以擴散雜質而被形成。閘 極電極的位置必須使得高鎳濃度區域9 7 a及9 9 c位於 剛好在閘極電極之下的部份（通道區域）之外，如圖2 6 (E )所示。 在摻雜後，源極及汲極藉著以雷射光照射而被起動。 另外，中間層絕緣體4 0 6被沈積，且具有8 0 0A之例 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -58 - 484190 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（56 ) 如5 0 0到1 5 Ο OA之厚度的透明導電膜藉著噴濺塗覆 被形成且藉著蝕刻被圖型化以形成像元電極4 0 7。另外 ，接觸孔被形成於中間層絕緣體4 0 6中，且金屬電極 4 0 8及4 0 9被形成至源極及汲極以完成TF T。 接解孔需被形成於離開高鎳濃度區域9 7 a及9 9 c 的位置。此可藉著設計接觸孔使得接觸孔不與加入鎳的孔 9 6 a及9 6 b重疊而達成。否則，由於在接觸孔的形成 期間之矽膜之過度蝕刻，會易於形成有缺陷的接觸，因爲 相比於不含鎳的矽膜，高鎳濃度區域易於被含有氫氟酸族 之溶液蝕刻。於圖中，左側的接觸點部份重疊於高鎳濃度 區域9 7 a。至少電極的一部份適宜與鎳被加入之區域以 外的區域接觸。 如上所述，本發明爲革命性的發明，因爲本發明提供 在非晶矽膜之晶化中低溫度及短時間之使用的一種進步的 方法；同時，因爲被使用來達成此目的設備，裝置及技術 均非常的平常且高度適合於大量生產，因此本發明有無數 的潛在益處。 例如，在傳統的固相生長方法中，因爲至少2 4小時 之持續退火是必要的，所以如果一片基體的基體處理時間 爲2分鐘，則需要多達1 5個退火爐，而以本發明，因爲 退火所需的時間可被減少至少於4小時，所以退火爐的數 目可被減少至以前所需數目的1/6以下。此所導致的生 產力及設備之資本投資之減少的改進達成基體處理花費的 減少且因此達成TFT價格的減少，而由此達成對於 (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規格（210X297公釐） -59 - 484190 A7 B7 五、發明説明（57 ) 丁 F T s之重新需求的刺激。因此本發明具有產業價值且 值得獲准專利。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -60 -

Claims (1)

1. 484190 A8 B8 C8 D8 附件1A 六、申請專利範圍 第87103916號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國9 0年3月修正 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 種薄膜電晶體，包含： 〜非單一結晶半導體膜，包括矽以及含有選自鎳、鐵 '銘 '鉑、鈀所構成之群組之催化金屬，該催化物質具有 加速Ϊ夕結晶之功能，該半導體膜具有結晶； 〜聞絕緣膜，相鄰於該半導體膜；以及 〜阐電極，相鄰於該絕緣膜； 其中該金屬之濃度不超過lxlO19 atoms/cm3。 2·如申請專利範圍第1項之電晶體，其中該金屬之該 濃度係 lxlO15 atoms/cm3。 3·如申請專利範圍第1項之電晶體，其中該半導體膜 包含lxl〇15 atoms/cm3至5原子％之氫。 4. 一種薄膜電晶體，包含： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 一多結晶半導體膜，包含矽以及包括一具有加速矽結 晶能力之選自鎳、鐵、鈷、鉑、鈀所構成之群組之催化金 屬； 一閘絕緣膜，相鄰於該半導體膜；以及 一閘電極，相鄰於該絕緣膜； 其中該金屬之濃度不超過lxlO19 atoms/cm3。 5. 如申請專利範圍第4項之電晶體，其中該金屬之該 濃度 lxlO15 atoms/cm3或更多。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 一 1 一 484190 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 6. 如申請專利範圍第4項之電晶體，其中該半導體膜 包含lxlO15 atoms/cm3至5原子％之氫。 7. —種半導體，包含： 一結晶半導體膜，滲以濃度不高於37原子％之氫濃度 j 其中該半導體膜包含一選自鎳、鐵、鈷、鉑、鈀所構 成之群組之催化劑金屬，其具有加速一非晶矽之能力，且 在該結晶半導體膜中之該催化劑金屬濃度不超過ΐχΐ〇19 atoms/cm3 0 8. 如申請專利範圍第7項之半導體，其中該催化劑金 屬之該濃度乃lxlO15 atoms/cm3或更多。 9. 如申請專利範圍第7項之半導體，其中該氫之濃度 係較 lxlO15 atoms/cm3爲高。 1 0.如申請專利範圍第7項之半導體，其中該半導體 包含lxlO19 atoms/cm3或更少之每個碳、氧以及氮。 11. 如申請專利範圍第7項之半導體，其中該半導體膜 之結晶經由拉曼（raman)散射分光鏡所確認。 12. 如申請專利範圍第7項之半導體，其中該半導體係 成型在一絕緣表面之上。 13. —種薄膜電晶體，包含： 一非單一結晶半導體膜，包括在一絕緣表面上所成型 之矽，該半導體膜具有結晶且係滲以一選自鎳、鐵、鈷、 鉑、鈀所構成之群組之催化物質； 一閘電極，相鄰於該半導體膜’而以一閘絕緣膜置於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 一 2 - -----------#裝-------in:--------着· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 484190 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 其間， 其中該金屬被導入至該半導體膜以將半導體膜結晶並 移除，以使該金屬之濃度不超過lxl〇19 atoms/cm3。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 14. 如申請專利範圍第13項之電晶體，其中該金屬之 移除係由對於在含氯原子環境下之該半導體膜予以退火而 執行。 15. 如申請專利範圍第13項之電晶體，其中該金屬之 移除係藉由將金屬係在氫氟酸或氫氯酸下溶解而執行，該 金屬亦係由該導入而成型。 16. —種薄膜電晶體，包含： 一結晶半導體膜，包含矽以及含有一具有在不高於lx 1019atoms/cm3濃度下加速矽結晶能力之選自鎳、鐵、鈷 、鉑、鈀所構成之群組之催化金屬； 一閘絕緣膜，相鄰於該半導體膜；以及 一閘電極，相鄰於該絕緣膜； 其中該結晶半導體膜係以包含以下步驟之方法而成型 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 將包含砍之非晶半導體膜置於一絕緣表面之上； 提供該非晶半導體膜一含該催化金屬之物質； 然後將該非晶半導體膜予以結晶；以及 藉由以含氟或氯之吸氣劑（gettering agent)而對 該結晶半導體膜之表面予以處理以減少該催化金屬之濃度 〇 i 7.如申請專利範圍第1 6項之電晶體，其中該吸氣劑 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公爱1 " -3 - 484190 A8 B8 C8 _ D8 六、申請專利範圍 係含氯之氣體。 18. 如申請專利範圍第16項之電晶體，其中該吸氣劑 係一氫氟酸或氫氯酸。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 19. 一種薄膜電晶體，包含： 一結晶半導體膜，包含矽且含有一具有在不高於lx 1019atoms/cm3濃度下加速矽結晶能力之選自鎳、鐵、鈷 、鉑、鈀所構成之群組之催化金屬； 一閘絕緣膜，相鄰於該半導體膜；以及 一閘電極，相鄰於該絕緣膜； 其中該結晶半導體膜係以包含以下步驟之方法而成型 將非晶半導體膜置於一絕緣表面之上； 提供該非晶半導體膜之所選擇部份一含該催化金屬之 物質； 將該非晶半導體膜加熱以在相關於該絕緣表面上將該 非半導體膜予以水平結晶；以及 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 藉由以含氟或氯之吸氣劑而對該結晶半導體膜之表面 予以處理而減少該催化金屬之濃度。 2 0 .如申請專利範圍第1 9項之電晶體，其中該吸氣劑 係含氯之氣體。 2 1.如申請專利範圍第1 9項之電晶體，其中該吸氣劑 係一氫氟酸或氫氯酸。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -4 -