TW490743B - Thin film transistor and its manufacture method - Google Patents

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laser light
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Takuo Tamura
Kiyoshi Ogata
Yoichi Takahara
Kazuhiko Horikoshi
Hironaru Yamaguchi
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Hitachi Ltd
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490743 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明背景 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於薄膜電晶體，特別是利用低溫ρ ο 1 y -Si (低溫多晶矽）之薄膜電晶體元件，利用其之液晶 顯示元件或電激發光顯示元件等之平板顯示器及其製造方 法。 習知上，被使用於平板顯示器之薄膜電晶體元件例如 被記載於（1 ) ’ 9 9年最新液晶製程記述（日經B P社 發行、1 9 9 9年）5 4頁般地，利用Ρ E — C V D ( Plasma Enhancement Chemical Vapor Deposition :電漿 加強化學氣相沈積）法在玻璃基板上形成非晶質矽膜後， 進行降低被包含在此非晶質矽膜之氫氣用之脫氫退火處理 ，接著，藉由激光雷射退火處理使之多結晶化。 又，例如如依據被記載於（2 )特開平11一 3 5 4 8 0 1號公報之結晶性半導體薄膜之形成方法，對 非晶質矽膜施以利用包含臭氧之溶液之洗淨，在非晶質矽 膜上形成氧化膜後，以氟酸水去除氧化膜，之後，藉由進 行雷射退火處理，獲得防止表面之突起發生之多結晶矽膜 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明摘要 一般在多結晶矽膜之結晶粒徑與電子移動度之間具有 相關，結晶粒徑如小，電子移動度也變小。原因之一可舉 電子移動度係由於結晶粒界之電子的散射而被支配。 利用稱爲雷射退火處理之方法，進行非晶質矽膜之結 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4- 490743 A7 B7 五、發明説明（2 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 晶化的情形，雷射之照射能量密度如小，結晶無法成長爲 充分之大小，結晶後之多結晶矽膜之粒徑頂多也只在 1 〇〇n m以下。 此時，在利用上述之習知技術（1 )之情形，藉由使 雷射之照射能量密度變大，能夠謀求結晶粒徑之增大。但 是，伴隨結晶粒徑之增大，在結晶粒界中至少發生5 0 n m以上之突起，在對元件製程之適用上引起大問題。即 ，在具有大突起之結晶化矽膜上形成絕緣膜時，會有突起 穿破絕緣膜，損及其特性。 另一方面，藉由利用上述習知技術（2 )，可以降低 起因於雷射退火處理後之結晶粒界之突起。但是，必須在 雷射退火處理前施以利用氟酸水處理或純水等之洗淨處理 之故，製程不單變複雜，在產出率降低之結晶化矽薄膜之 生產上殘留大的課題。 本發明之目的在於解決上述課題，提供：藉由使結晶 粒界之突起的形成大幅降低，具有高電子移動度，而且， 信賴性高之多結晶矽膜。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 上述之目的係藉由：在基板上方形成半導體薄膜，此 半導體薄膜有粒徑5 0 0 nm以下之複數的結晶粒子構成 ，而且，使至少2個以上之結晶粒子集合之群聚結晶至少 內存於其之一部份而達成。 結晶粒子係由S i 、G e或S i G e形成，在以這些 結晶粒子構成之群聚結晶中，個個結晶粒子相接部份係個 個之結晶粒子具有結晶學上之同方位之故，外觀上不管結 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -5- 490743 A7 B7 五、發明説明（3 ) 晶粒界存在，但是實質上可以發揮與單一結晶同等之特性 〇 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 而且，構成上述之群聚結晶之個個的結晶粒子之結晶 方位至少藉由利用基於透過型電子顯微鏡之結晶格子影像 觀察或電子射線後方散射繞射之繞射圖案觀察而被確認。 本發明係一種使上述之群聚結晶至少內存於其之一部 份之半導體薄膜，藉由使其之平均膜厚在1.0 nm以上 100nm以下而被達成。 進而又最爲優先定向性之指標，可以使用結晶面之X 射線繞射強度比，藉由使平行於基板面之面的X射線繞射 測定之（1 1 1 )面之X射線繞射強度與（2 2 0 )面之 X射線繞射強度之比在5以上而被達成。 而且，設其之表面凹凸（Rma X)在3 0 nm以下 ，表面凹凸之標準偏差（RMS —在1 0 nm以下，藉由 使結晶粒界之突起變小而被達成。 而且，在本發明中，藉由使半導體薄膜之平均電子移 動度在2 0 0 cm2/V · S以上而被達成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，在利用上述半導體薄膜之薄膜電晶體中，此半導 體薄膜係在平行於基板面之方向，（111)優先定向之 結晶粒子之集合體，藉由使結晶粒子之至少2個以上集合 之群聚結晶內存於該薄膜內而被達成。 而且，包含上述群聚結晶之結晶性半導體薄膜係在基 板上形成非晶質半導體薄膜後，藉由利用雷射光複數次照 射此非晶質薄膜，使非晶質薄膜之至少一部份結晶化而被 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -6- 490743 A7 ___ B7 五、發明説明（4 ) 形成之故，結晶之定向性優異，而且，結晶粒界之突起的 發生被抑制之結晶性半導體薄膜之形成變成可能。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 合適實施例之詳細說明 以下，利用圖面具體說明本發明之實施形態。 圖1係說明本實施例之多晶矽薄膜之形成工程用之工 程槪略圖。此處，雖以矽薄膜之情形爲例顯示，但是即使 爲鍺薄膜或矽鍺化合物之薄膜也可以同樣處理之。 首先作爲其之一例，以康寧7 0 5 9玻璃爲基板，在 此玻璃基板上利用廣爲人知之電漿C V D法形成氮化矽膜 (膜厚50nm)。而且，在其上相同地利用電漿CVD 法，形成氧化矽膜（膜厚1 〇 〇 n m )。進而，利用電漿 .C V D法，形成非晶質矽膜（膜厚5 0 n m )。 接著，例如藉由在450 °C之爐體中、30分鐘退火 處理上述基板上之薄膜，進行被包含在非晶質矽膜中之氫 氣之脫離處理。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
之後，例如利用X e C 1雷射（波長3 0 8 n m )將 進行上述脫氫處理之非晶質矽膜進行雷射結晶化。又，在 本實施例中，雷射光之能量密度設爲3 0 0〜5 0 〇m J / c m 2 〇 又，在本實施例中，藉由對於非晶質矽膜之同一地方 複數次照教雷射光，進行非晶質矽膜之結晶化。此處，作 爲複數次照射之方法，重覆在照射第1次之雷射光後，以 指定之間隔使雷射光掃描非晶質矽膜上，而且，再度進行 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 490743 A7 B7 五、發明説明（5 ) 雷射光之照射之步驟。如此藉由雷射光之照射以及以指定 之間隔重覆掃描，變成非晶質矽膜之同一地方實質上被照 射複數次之雷射光。 又，雷射光之照射次數爲雷射光之光束寬幅、雷射光 之掃描寬幅等因應目的被適當選擇。例如，如使雷射光之 光束寬幅爲6 0 0 //m、使其掃描寬幅爲3 0 //m，被照 射於非晶質矽膜之同一地方之雷射光的照射次數成爲2〇 次。 圖2係表示以1〜20次之範圍使雷射光之照射次數 變化，又，以3 0 0〜5 0 Om J/cm2之範圍使雷射光 之能量密度變化，進行非晶質矽膜之結晶化之結果。橫軸 爲雷射光之照射次數，而且，縱軸爲照射指定次數之雷射 .光之區域的平均結晶粒徑。 上述之結晶粒徑之測定作爲一例係利用廣爲人知之掃 描型電子顯微鏡觀察，依據該顯微鏡照片，量測結晶粒子 之長軸與短軸，將該平均値定義爲該結晶粒子之粒徑。 又，藉由掃描電子顯微鏡算出結晶粒徑之情形，爲了 明瞭辨識個個之結晶粒子之結晶粒界，使預先結晶化之多 晶矽膜之表面進行利用氟酸水溶液之輕飩刻處理。又，平 均結晶粒徑全部觀察在1 0 //mxl 0 //m之範圍內之結 晶粒子，關於該個個之結晶粒子量測粒徑後，將該平均値 定義爲該雷射光照射條件之平均結晶粒徑。 由圖2可以明白地，在以3 0 0 m J / c m 2之能量密 度照射雷射光之情形，止照射1次雷射光之情形的平均結 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ~ -8- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 490743 A7 一 ____ B7 _ 五、發明説明（6 ) 晶粒徑約爲1 5 0 n m，但是2 0次照射情形之平均結晶 粒徑爲4 5 0 n m，伴隨雷射光之照射次數，知道平均結 晶粒徑顯著增加。此傾向在4 0 0 m J / c m 2或5 0 0 m J / c m2之雷射能量密度中也相同。 此處應注目者爲使雷射光之能量密度爲5 〇 〇 m J / c m 2、其之照射次數爲1次之情形的平均結晶粒徑爲 4 5 0 n m，此粒徑例如爲使雷射光之能量密度爲3 0 0 、其之照射次數爲2 0次之情形的平均結晶粒徑幾乎顯示 相同之大小。 即意味：對於非晶質矽膜，如照射具有某種程度之大 小的能量密度之雷射光，具有對應其之大小的結晶粒徑之 矽結晶被形成，又，即使爲具有比其小之能量密度之雷射 光，如複數次照射雷射光，也可以成長爲相同程度之大小 的結晶粒子。 但是，即使爲相同程度之大小的結晶粒子，如後述般 地，該結晶粒子所顯示之結晶學之性質或物理、電氣性質 也大爲不同。 關於以上述條件所製作之結晶矽膜，利用廣爲人知之 A FM法進行其之表面凹凸之評價，將其結果顯示於圖3 〇 橫軸爲雷射光之照射次數，在1〜2 0次之範圍使其 變化。又，作爲參數，使雷射光之能量密度在3 0 0〜 5 0 〇m J/cm2之範圍變化。關於以各條件製作之試 料的任意點，在2 0 // m X 2 0 # m之範圍量測結晶薄膜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇、〆297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 490743 A7 _ B7 ____ 五、發明説明（7 ) 之表面形狀。將此測定範圍之最大高低差當成R m a X， 作爲凹凸之指標，將其表示於橫軸。 其結果在以3 0 0 m J / c m 2之能量密度照射雷射光 之情形，1次雷射光照射之R m a X約爲2 0 n m，此値 幾乎與雷射光之照射次數無關。又，使雷射光之能量密度 變化爲4 0 0m J/cm2或50 〇m J/cm2之情形， 表面凹凸之絕對値雖增加，但是判明與雷射光之照射次數 幾乎沒有關係。 例如，在照射具有4 0 0 m J / c m 2之能量密度之雷 射光之情形，1次照射之R m a X雖爲5 0 n m程度，但 是在20次照射中，Rmax爲45nm程度。又，在 5 0 0 m J / c m 2之能量密度之情形，1次雷射光照射之 R m a X爲7〇11111程度，即使20次照射，.尺1113又也 爲6 5 n m程度。 綜合檢討上述圖2所示之平均結晶粒徑與圖3所示之 表面凹凸（R m a X )之結果，如下情形變得很明確。 即，對於非晶質矽膜，照射雷射光以進行結晶化之情 形，隨著使雷射光之照射次數增加，平均結晶粒徑雖顯著 增加，但是其表面凹凸（R m a X )幾乎沒有變化，特別 是表面凹凸（R m a X )在以最初之雷射光照射所形成之 表面凹凸在之後所進行之複數次的雷射光照射中也被保存 著。 於本實施例中，如比較以3 0 0 m J / c m 2之能量密 度照射2 0次之雷射光之情形與以5 0 0 m J / c m 2之能 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -10- 490743 A7 B7 五、發明説明（8 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 量密度只進行1次之雷射光照射之情形’在任何之情形中 ，平均結晶粒徑雖都是4 5 0 n m程度’但是表面凹凸（ R m a X )卻顯著不同’相對於前者之照射條件之 R m a X約1 8 n m，在後者之照射條件中，R m a X爲 6 5 n m 〇 換言之，對非晶質砂膜照射雷射光’使表面凹凸（ R m a X )保持小之狀態下’只使雷射光之照射區域之結 晶粒徑變大之情形，判明複數次照射具有比較低能量密度 之雷射光爲極爲有效。 接著，以被形成之多晶矽結晶之表面形狀之觀點檢討 雷射光之能量密度與照射次數之關係。圖4 A以及B係雷 射光之能量密度爲3 0 0 m J / c m 2之情形，圖5 A以及 B係雷射光之能量密度爲5 0 0 m J / c m 2之情形。又， 圖4 A以及圖5 A係雷射光之照射次數爲1次之情形，又 ，圖4 B以及圖5 B係照射次數爲2 0次之情形。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 由這些之結果可以明白地，在以3 0 〇m J/ cm2之 能量密度進行1次之雷射光照射之情形，小結晶粒子被多 數形成（圖4 A )，藉由以相同能量密度進行複數次之雷 射光照射，小結晶粒子複數個集合形成1個大的群聚結晶 (•圖4B)。但是，在以500mJ/cm2之能量密度只 照射1次雷射光之情形，結晶粒子雖然本身變大，但是無 法確認上述圖4 B所示之小結晶粒子之集合的痕跡（圖 5 A )。又，進而藉由重覆雷射光之照射，部份地成者爲 群聚結晶（圖5 B )。 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 11 - 490743 A7 B7 五、發明説明（9 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 由藉由上述S EM觀察之表面形狀的結果也明白地， 可以認爲：藉由複數次照射能量密度比較小之雷射光，本 來具有小表面突起之結晶粒子在保持表面突起之大小下， 只有結晶粒子集合，形成大的結晶，即群聚結晶。 接著，於圖6顯示藉由上述之雷射光照射區域之X射 線繞射法之測定結果。在此例中，係以3 0 0 m J / c m 2 之能量密度進行2 0次之雷射光照射，進行非晶質矽膜之 結晶化之情形。 其結果爲：藉由雷射光之照射，在結晶化產生之區域 中，觀察到顯示（1 1 1 )結晶面與（2 2 0 )結晶面之 明瞭之峰値。 此處，作爲表示由非晶質往結晶質之結晶成長的程度 之指標，將（1 1 1 )結晶面之繞射強度與（2 2 0 )結 晶面之繞射強度之比（（1 1 1 )/( 2 2 0 )繞射強度 比）疋義爲結晶疋向率。 一般，多結晶矽膜完全隨機定向之情形的結晶定向率 約1 · 8。此値愈大，可稱爲在（1 1 1 )結晶面定向一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 致之結晶。 圖7係表示雷射光照射條件（能量密度與照射次數） 與結晶定向率之關係。 由此圖可以明白地，例如，以3 0 〇 m J / c m 2之能 量密度進行1次之雷射光照射之情形，（1 1 1 )/ ( 2 2 0 )強度比之結晶定向率係顯示接近隨機定向之値。 而且，隨著雷射光之照射次數增加，（11 1 )結晶定向 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -12- 490743 A7 ___ B7 ____ 五、發明説明（10) 率開始顯著增加。此傾向在具有其它之能量密度之雷射光 的情形也相同。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 但是，應特書處爲與3 0 〇m J/cm2比較具有大能 量密度之雷射光，例如比起只照射具有4 0 0 m J / c m 2 與5 Ο 0 m J / c m 2之能量密度之雷射光1次之情形，以 照射2 0次具有3 0 Om J/cm2之能量密度之雷射光之 情形其結晶定向率變大。換言之，可以實現更高之（ 1 1 1 )定向性。 又，在本實施例中，設雷射光之照射次數爲2 0次時 ，對於雷射光之能量密度300mJ/cm2、400mJ /cm2、5 0 0mJ/cm2，結晶定向率個個顯示6、 1 0、1 2之大的數値。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其理由被認爲係：雖如前述圖2之雷射光之照射條件 與結晶粒徑之關係所敘述般地，在利用於非晶質矽膜照射 雷射光之方法以促進結晶成長之情形，照射複數次之雷射 光之作用一面使藉由雷射光照射而被形成之個個的結晶粒 子更爲集合一面重覆成長，在該過程中，同時使結晶方位 在（1 1 1 )結晶面成爲一致而成長之故，其結果爲顯示 優異之結晶定向性。 如上述般地，作爲確認藉由複數次之雷射光照射，以 使結晶粒子集合，以形成1個之群聚結晶之手法，以利用 廣爲人知之透過型電子顯微鏡之結晶格子影像之觀察爲有 效。 圖8係顯示在2 0次照射具有3 0 Om J /cm2之能 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公董Ί -13- 490743 A7 B7 __ 五、發明説明（11) 量密度之雷射光的情形之多晶矽膜中，結晶粒子集合之邊 界部份之剖面透過型電子顯微^照片。結k子之集合體 之群聚結晶的大小約5 0 0 n m。由此圖可以明確地’在 上述邊界部份’結晶粒子A與結晶粒子B在結晶學上以相 同方位相接。 換言之，藉由複數次照射具有指定之能量密度之雷射 光，使至少2個以上之結晶粒子集合之群聚結晶實質上可 以認爲具有與單一結晶同等之性質。 在圖8中，雖顯示藉由透過型電子顯微鏡照片之評價 結果，但是利用可以做結晶性之評價之其它手法也可以獲 得同樣之評價效果。 圖9係利用廣爲人知之電子射線後方散射繞射法評價 .進行雷射光照射之多晶矽膜之結晶學方位之例子。 電子射線後方散射繞設法係將聚光爲1 〇 〇 n m程度 之電子射線照射於測定對象物，藉由檢測由測定對象物來 之繞射線，以決定測定對象物之結晶學方位之方法。特別 是照射之電子射線的直徑爲1 0 0 n m程度之故，可以解 析結晶表面之結晶例子個個之結晶方位。 在圖9中，就與先前之圖4 B所示之情形幾乎相同之 區域，模型地顯示進行藉由電子射線後方散射繞射之測定 之結果。圖中，以粗線所包圍之區域係群聚結晶（圖中， 以群聚結晶A、群聚結晶B等所表示），顯示在群聚結晶 之內部有複數之小粒徑結晶（圖中，以a 1、a 2等表示 )集合之狀態。而且，群聚結晶內部之以細線顯示之部份 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- 訂 經濟部智慧財產笱員工消費合作社印製 -14- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 490743 五、發明説明（12) 係表示鄰接之結晶粒子之邊界區域。 利用電子射線後方散射繞射法詳細調 + ’對於結晶方位相同者利用同一標號， t °此結果爲：多晶矽膜雖以具有種種之 結晶所構成，構成1個之群聚結晶之個個 顯示同一方位，了解到粒界雖然存在，但 實質上具有與單一結晶同等之性質。 如以上說明般地，藉由對於非晶質矽 射光，抑制鄰接之結晶粒子之邊界的突起 可以使結晶方位一致之結晶粒子之集合體 聚結晶成長。. 又，在本實施例中，基板雖使用康寧 但是並不限定於此，也可以使用石英或P 甲酸乙二酯）等之透明基板。又，在上述 在利用電漿C V D法形成非晶質砂膜後， 爲4 5 0°C之爐體中退火，進行被包含在 ，此非晶質矽膜之形成方法也可以爲L P 化學氣相沈積法）或濺鍍法、蒸鍍法等。 進而，薄膜之材料並不限定於矽，即 或鍺之混合物亦可。又，結晶化之方法也 例所敘述之X e C 1雷射（波長3 0 8 η 光雷射之Kr F雷射（波長248nm) A r雷射等也沒關係。 接著，作爲其它之實施例，說明利用 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇 X：297公釐） 查上述之結晶粒 於圖中辨識顯示 結晶方位之群聚 的結晶粒子全部 是群聚結晶本身 膜複數次照射雷 之發生，而且， 之大的尺寸的群 7 0 5 9玻璃， E T (聚對苯二 之本實施例中， 藉由在氣氛溫度 膜中之脫氫處理 C V D法（低壓 使爲至少包含矽 不限定於本實施 m )，即使爲激 或Y A G雷射、 上述之多晶砂膜 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -15- 490743 A7 B7 五、發明説明（13) 之薄膜電晶體。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖1 0係顯示薄膜電晶體之槪要之剖面圖，由玻璃基 板1 1上之第1底層1 2、第2底層1 3、半導體矽層 1 4、絕緣層1 5、電極層1 6、絕緣層1 7、接觸孔 1 8、電極1 9之積層構造所形成。 首先，利用廣爲人知之電漿CVD法在康寧7 0 5 9 玻璃基板1 1上形成第1底層之氮化矽膜1 2 (膜厚5 0 n m )。而且，在其上相同地利用電漿C V D法，形成第 2底層之氧化矽膜13 (膜厚10 0 nm)。進而，利用 電漿CVD法，形成非晶質矽膜14(膜厚5〇nm)。 玻璃基板也可以爲石英或P E T (聚對苯二甲酸乙二酯） 等之透明基板。又，利用L P C V D法（低壓化學氣相沈 積法）或濺鍍法或蒸鍍法等，形成非晶質矽膜1 4亦可。 接著’將形成非晶質矽膜1 4之玻璃基板1 1在. 4 5 0 °C之爐體中進行3 0分鐘之退火處理，進行非晶質 矽膜1 4之脫氫處理。此際爐體中之氣氛係在氮氣氣氛中 進行。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 之後，將上述之非晶質矽膜1 4利用X e C 1雷射（ 波長3 0 8 n m、脈衝寬幅2 0 n s e c )，進行結晶化 。雷射光之種類即使爲激光雷射之K r F雷射（波長 2 4 8 n m ) 、Y A G雷射、A r雷射等也沒有關係。結 晶化之條件係在雷射光之能量密度爲3 0 0〜5 0 0 m J / c m 2之範圍，以1〜2 〇次之照射次數之範圍進行。又 ，雷射光之照射氣氛雖係在真空中，但是在氮氣氣氛下實 i紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） — -16- 490743 A7 _ B7 ___ 五、發明説明（14) 施也可以獲得同樣之效果。 接著，利用廣爲人知之光蝕法於多晶矽膜2 2形成指 定之圖案。之後，接著例如利用電漿C V D法’覆蓋被圖 案化之多晶砍膜2 2地形成由S i〇2形成之絕緣膜1 5 ° 又，在本實施例中，設S i〇2絕緣膜1 5之膜厚爲1 0 〇 n m ° 利用光蝕法將此電極層1 6加工爲指定之圖案後’形 成通道區域22a、源極區域22b、汲極區域22b ° 在形成N型半導體之情形’作爲N型不純物植入磷’又’ 在形成P型半導體之情形，作爲P型不純物’植入硼。 進而，爲了使內存於多晶矽層2 2之離子植入時之損 傷，進行藉由R T A (快速熱退火）之退火處理。損傷層 之活性化退火也可以爲利用爐體之退火處理。之後，再度 藉由電漿CVD法，覆蓋電極層1 6地形成S i〇2絕緣 層17 (膜厚500nm)。而且，在此Si〇2絕緣層 1 7之指定位置形成確保源極區域2 2 b以及汲極區域 2 2 b之電氣接續用之接觸孔1 8，進而，埋住接觸孔 1 8之內部地形成對應源極區域2 2 b以及汲極區域 2 2乜之電極層19(材質1^〜/八1之多層膜）。 最後，在氫氣中施以400 °C、60分鐘之退火處理 ，完成利甩多晶矽膜之薄膜電晶體。 圖1 1係顯示以上述方法所製作之薄膜電晶體之電子 移動度特性與非晶質矽膜之結晶化條件（雷射光之能量密 度、照射次數）之關係圖。圖中，考慮薄膜電晶體之特性 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -17- 490743 A7 B7 五、發明説明（15) 測定之信賴性，對於各條件，進行5 〇點之測定，一倂記 錄其之特性之平均値與偏差。 由圖1 1可以明白地，顯示電子移動度之平均値伴隨 雷射光之照射次數之增加，有顯著增加之傾向，此傾向使 雷射光之能量密度變化，也顯示同樣之結果。 應特書者爲使用於非晶質矽膜之結晶化之雷射光的能 量密度比較小之情形，例如，即使爲3 0 0 m J / c m 2， 藉由增加該雷射光之照射次數，了解到可以實現與增加雷 射光之能量密度之情形（5 0 0 m J / c m 2 )幾乎相同之 電子移動度。而且’可以一倂降低其特性偏差。 另一方面’以通常之驅動條件使2 〇次照射雷射光， 進行結晶化之薄膜電晶體動作，薄膜電晶體之特性變動， 例如臨界値電壓値之增加在結晶化時之雷射光能量密度愈 大之情形愈顯著，判明作爲薄膜電晶體之機能降低。此原 因被S忍爲係：電子之行走之通道層2 2 a中，在鄰接之結 晶粒子的邊界部份被形成之突起之大小於照射能量密度愈 高欲顯著（參考圖3)，此突起對於覆蓋通道層2 2 a而 被形成之閘極絕緣膜1 3，作爲用不損及其之絕緣特性之 因此’由上述結果，作爲利用多晶矽膜之薄膜電晶體 ，爲了發揮大的電子移動度之特性，而且實現其之信賴性 也優異之元件，判明將使用於結晶化之雷射光的能量密度 降低至適當値，重覆其之照射是極爲重要的。 藉由將上述之知識應用於主動矩陣型之液晶顯示裝置 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） " -18 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝·
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 490743 A7 _______ B7 ___ 五、發明説明（16) %驅動電路等，可以提供能夠實現高品質、優異之顯示特 丨生之液晶顯不裝置。 雖然許多實施例來說明本發明，但是本發明並不限定 於此，在不脫離其要旨之範圍內，不用說可以有種種之變 形可能。 圖面之簡單說明 圖1係形成本發明之實施例之多結晶矽薄膜用之製程 流程圖。 圖2係說明利用實施例之雷射光之結晶化條件（照射 能量密度與照射次數）與被形成之多晶矽之平均結晶粒徑 之關係用之圖。 圖3係說明利用實施例之雷射光之結晶化條件（照射 能量密度與照射次數）與被形成之多晶矽膜之表面凹凸（ R m a X )之關係用之圖。 圖4係實施例之多晶矽膜之表面S E Μ照片，結晶化 條件爲A :雷射光之能量密度3 0 0 m J / c m 2、照射次 數1次之情形，B :雷射光之能量密度3 0 0 m J / c m 2 、照射次數2 0次之情形。 圖5係實施例之多晶矽膜之表面S E Μ照片，結晶化 條件爲A :.雷射光之能量密度5 0 0 m J / c m 2、照射次 數1次之情形，B ··雷射光之能量密度5 0 0 m J / c m 2 、照射次數2 0次之情形。 圖6係顯示實施例之多晶矽膜之X射線繞射測定結果 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐了 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -19- 490743 A7 B7 五、發明説明（17) 之典型的說明圖。 圖7係顯示利用實施例之雷射光之結晶化條件（照射 能量密度與照射次數）與被形成之多晶矽之（1 1 1 )結 晶定向率之關係圖。 圖8係說明實施例之多晶矽膜之結晶粒子與其之邊界 部份用之透過型電子顯微鏡照片。 圖9係利用電子射線後方散射繞射，說明實施例之多 晶矽膜之群聚結晶之樣子與其之結晶定向性之關係用之模 型圖。 圖1 0係利用其它之實施例之多晶矽膜之薄膜電晶體 之剖面構造圖。 圖1 1係說明利用雷射光之結晶化條件（照射能量密 度與照射次數）與薄膜電晶體之電子移動度之關係用之圖 〇 主要元件對照表 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 、11 經濟邹皙慧时產钧員工消費合作社印製 1 玻璃基板 2 第1底層 3 第2底層 4 半導體矽層 5 絕緣層 6 電極層 7 絕緣層 8 接觸孔 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -20- 490743 A7 __ B7五、發明説明（18)19 電極2 2 多晶矽膜 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中g]國家標準（CNS ) A4規格（210 X297公釐）

Claims (1)

  1. 490743 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 · 一種薄膜電晶體，其係被設置於基板之上方之半 導體薄膜，其特徵爲：. 前述半導體薄膜係由複數之結晶粒子構成，而且，使 至少2個以上之前述結晶粒子集合之群聚結晶至少內存於 其之一部份。 2 ·如申請專利範圍第1項記載之薄膜電晶體，其中 前述群聚結晶係由粒子直徑5 0 0 n m以下之結晶粒子至 少2個以上集合而成者。 3 ·如申請專利範圍第1項記載之薄膜電晶體，其中 前述群聚結晶係結晶學方位略相同之至少2個以上之結晶 粒子之集合體。 4 ·如申請專利範圍第3項記載之薄膜電晶體，其中 前述結晶粒子之結晶學方位係至少藉由利用透過型電子顯 微鏡之結晶格子影像觀察或電子射線後方散射繞射圖案觀 察而被確認。 5 ·如申請專利範圍第1項記載之薄膜電晶體，其中 垂直於前述半導體薄膜之基板之方向的平均膜厚爲1〇 nm以上l〇〇nm以下。 6 ·如申請專利範圍第1項記載之薄膜電晶體，其中 前述半導體薄膜至少包含S i或G e或S i與.G e之混合 物之其一而成者。 7 ·如申請專利範圍第1項記載之薄膜電晶體，其中 前述群聚結晶係在對於前述基板之表面略平行之方向（ 111)優先定向而成者。 本紙張尺度1適用中國國家標準（〇奶）八4規格（210父297公釐） ： -22- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 、T· 經濟部智慧財產苟員工消費合阼杜印製 490743 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 8 ·如申請專利範圍第1項記載之薄膜電晶體，其中 前述群聚結晶係在對於前述基板之表面略平行之方向（ 1 1 1 )優先定向而成，而且，對於前述群聚結晶之（ 2 2 0 )結晶面之（1 1 1 )結晶面之X射線繞射強度在 5以上。 9 ·如申請專利範圍第1項記載之薄膜電晶體，其中 前述半導體薄膜之表面凹凸（Rma X)係在3 〇 nm& 下。 1 〇 ·如申請專利範圍第1項記載之薄膜電晶體，其 中前述半導體薄膜之表面凹凸之標準偏差（RMS )係在 1〇n m以下。 1 1 ·如申請專利範圍第1項記載之薄膜電晶體，其 中前述半導體薄膜之平均電子移動度係在2 0 0 c m2/V .S以上。 12 · —種薄膜電晶體，其特徵爲： 具備：被積層設置於基板之上方之半導體薄膜；以及 通道區域；以及絕緣膜；以及閘極電極；以及源極電極； 以及汲極電極， 前述源極電極與前述汲極電極係被個個接續於以夾住 前述通道區域而被設置於前述半導體薄膜之至.少一部份居 裕之源極區域與汲極區域，而且，前述半導體薄膜至少使 在對於前述基板之面略平行之方向（1 1 1 .)優先定向之 至少2個以上之結晶粒子集合之群聚結晶內存於‘其之一部 份。 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) 裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作钍印製 -23 - 490743 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 3 ·如申請專利範圍第.1 2項記載之薄膜電晶體， 其中對於前述通道區域之前述半導體薄膜之（2 2 0 )結 晶面之（1 1 1 )結晶面之X射線繞射強度比至少比對於 前述源極區域以及前述汲極區域之前述半導體薄膜之（ 2 2 0 )結晶面之（1 1 1 )結晶面之X射線繞射強度大 〇 1 4 ·如申請專利範圍第1 3項記載之薄膜電晶體， 其中對於前述通道區域之前述半導體薄膜之（2 2 0 )結 晶面之（1 1 1 )結晶面之X射線繞射強度比在1 0以上 0 1 5 · —種薄膜電晶體之製造方法，其特徵爲： 具備··在基板之上方形成非晶質半導體薄膜之工程； 以及對該非晶質半導體薄膜照射雷射光之加熱工程，藉由 複數次照射前述雷射光，使前述非晶質半導體薄膜之至少 一*部份之區域群聚結晶化。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X：297公釐） -24-
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