TW589667B - Crystalline semiconductor film and production method thereof, and semiconductor device and production method thereof - Google Patents

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Masashi Maekawa
Keiichi Fukuyama
Michinori Iwai
Kohei Tanaka
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Description

589667 ⑴ 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） 1. 發明領域： 本發明係有關：將一非晶絕緣基板上形成的一非晶半導’ · 體薄膜結晶所得到的一種晶態半導體薄膜、及製造此種晶，. 態半導體薄膜的一種方法；以及使用此種半導體薄膜的一 種半導體裝置、及製造該半導體裝置的一種方法。更具體 而言，本發明係有關：藉由施加熱能而將一非晶絕緣基板 上形成的一非晶半導體薄膜結晶所得到的一種晶態半導 φ 體薄膜、（其中係以雷射光照射該非晶半導體薄膜，而施 加該熱能）及製造此種晶態半導體薄膜的一種方法；以及 使用此種半導體薄膜的一種半導體裝置、及製造該半導體 裝置的一種方法。 2. 相關技藝說明： 在最近數年中，主動矩陣型液晶顯示裝置因有其優點而 受到大家的注意，亦即，此種液晶顯示裝置是輕、薄、且 低電力消耗的顯示器。在具有此類優點的液晶顯示裝置之 | 技藝中，為了滿足各種需求，例如為了滿足顯示器尺寸的 增加、顯示器解析度的增加、製造成本的降低等的各種需 求，對於形成用來作為液晶驅動元件而使用在成本較低且 低熔點的玻璃基板上的複晶半導體薄膜的一種薄膜電晶- 4 體（Thin Film Transistor ;簡稱TFT)的技術有相當大的期望。w 作為在大約600°C的低溫下形成複晶半導體薄膜之一種 技術，已知道一種固相生長方法，其中在一低熔點的玻璃 基板上形成一非晶半導體薄膜之後，即在數小時至數十小 589667
(2) 時的一段時間中，在大約600°C的溫度下對該基板執行一 熱處理，因而使該非晶半導體薄膜結晶。 有一種製造晶態半導體薄膜的替代性方法，其中係以雷，_ 射光或類似能源局部照射在一低熔點玻璃基板上形成的 . 一非晶半導體薄膜，因而被照射的薄膜因雷射光所產生的 ^ 熱能而熔化，且變成一晶態半導體薄膜。 在過去大約3 0年的時間中，已研究過藉由照射雷射光或 類似能源而使非晶半導體薄膜結晶的技術。在這些研究 中，自1980年代已開始研究利用雷射光作為能源來照射非 晶半導體薄膜以便製造SOI基材的一種方法。在1990年 代’於一種基於低溫多晶碎技術的液晶面板及此種液晶面 板的大量製造的製造方法之開發過程中，已使用了此種方 法。可將該方法視為最有成效的方法。尤其在使用諸如玻 璃基板等無法承受高溫製程的低成本基板時，必須在一段 極短的時間内施加熱能。可在此種情形中使用的熱能來源 只有脈衝振i雷射。 在利用上述方法形成的晶態半導體薄膜中產生陸地形 鲁 銲接區（land)的圖樣，而這些陸地形銲接區將成為TFT的 各主動層。在對該產生圖樣的薄膜執行表面處理之後，在 該薄膜上形成一閘極絕緣薄膜。一種藉由照射雷射光或類 似能源而使非晶半導體薄膜結晶的方法只須要比使用熱 ’
W 處理的結晶方法較短的時間。此外，利用該方法形成的複 I 晶半導體薄膜具有比利用一使用熱處理的結晶方法形成 的複晶半導體薄膜較高的電子遷移率。 589667
(3) IEEE Electron Dev. Lett., EDL-7, 276, 1986 (由 Samejima 等人 所發表；後文中將其稱為文件1)揭示了一種藉由以高輸出 準分子雷射（excimerlaser)照射在一玻璃基板上形成的非晶 Λ 半導體薄膜而使該薄膜結晶之方法。原來係由Samejima等 · 響 人構想出文件1中所揭示的使非晶半導體薄膜結晶之方 。 法。在文件1中，係將該非晶半導體薄膜上施加的雷射光 之能量密度設定為一值，使該矽薄膜的一上方部分有部分 溶化。在Samejima等人等人的起始研究之後，又特別研究 了所施加雷射光的能量密度與所形成晶粒的尺寸間之關 係。從這些研究發現：當雷射光的能量密度增加時，晶粒 的尺寸將增加。 此種晶粒尺寸增加的研究報告之細節係刊載於J. Appl.
Phys. 82, 4086 (後將中將其稱為文件2)。文件2報告：當因 雷射光照射而使一非晶半導體薄膜熔化的深度幾乎等於 該非晶半導體薄膜的厚度時，亦即幾乎到達該矽薄膜與一 下層基板間之界面時，即形成了直徑大約為數微米的一巨 型晶體。這是因為留在該矽薄膜與其下方層間之該界面上 ® 的一晶粒係用來作開始晶體固化時之一晶核，因而可生長 具有一較大直徑的晶粒。 然而，在文件2所述的該結晶方法中，如果雷射光的能 量密度高到超過熔化的矽薄膜幾乎到達具有一下方層的 · 該界面之一值，而使該碎薄膜完全溶化到該下方層，則一， 冷卻步騾將突然發生，且將隨機產生晶核。在此種情形 中，所形成的晶粒是非常小，或者該矽薄膜回到一非晶狀 589667 (4) 態。因此，在一實際的情形中，考慮到雷射光功率的變化， 將雷射光設定成產生稍微小於可能完全熔化該矽薄膜的 能量密度之能量。在此種雷射光照射的狀況下，所得到晶. 粒的直徑將大約為數百奈米。目前係根據基於文件2的研 究而決定的雷射光照射狀況，而執行基於低溫多晶矽製造 技術之大量生產。對η通道型TFT而言，基於文件2所揭示 技術而製造的TFT中之典型載子遷移率為150 cm2/Vs，而p 通道型TFT之典型載子遷移率則為80 cm2/Vs。 在實現了具有自藉由以脈衝雷射光照射而結晶的一複 晶半導體薄膜形成的一半導體裝置之一液晶面板之後，對 增加複晶半導體薄膜的性能以便實現用來整合具有各種 功能電路元件的主動矩陣型TFT基板已有了相當高的需 求。 然而，在藉由照射雷射光或類似能源而使一半導體薄膜 結晶的上述方法中，接經的複晶半導體薄膜之晶粒容易受 到雷射光或類似能源的照射能量密度、射束截面（beam profile)、被照射薄膜表面的狀態等因素之影響，因此，很 難在一大面積的玻璃基板上形成具有一致的直徑及晶格 方向（crystal orientation)之晶粒。在利用此種複晶半導體薄 膜形成TFT的各主動層而晶粒的直徑不一致的情形中，在 一主動層包含了較大晶粒的TFT中之載子遷移率是較大* 的，而在一主動層包含了較小晶粒的TFT中之載子遷移率 、 是較小的。因此，在一單一基板上形成的大量TFT中，該 等TFT的特性會有相當大的變化。此夕卜，如果各晶粒間的 (5) 晶格方A ^ 4 "不同’則該等晶粒間的界面部分上之載子遷移率 ㈢大鴨減小。 圖解決此種問題的一項研究提出一種結晶方法，其中 诉萍丨】用兩 》 ， 句射光照射使非晶石夕薄膜在一結晶步驟中完全溶 1C > ^ ， 生被、；撿向生長被抑制時，在結晶步騾中隨機晶核的產 . 被抑制’因而各丁 F τ特性與單晶基板的那些T F τ特性 不目同。 只 研究階段提出了各種方法。這些方法係基於一種普 通的基太 赢 尽觀念：在一矽薄膜中，係混合地形成完全熔化的 區域及、、 、 ^ 部分溶化的區域，因而這些區域係相互接觸，且該 部刀緣化的區域中出現的晶核被用來起始該等完全熔 勺區域的結晶。在下文的說明中，將說明兩種方法，作 為可在實際層面上採用的一方法之例子。 在 述於 Appl. Phys. Lett· 69( 19)，4 November 1996 (後文中 稱為文件3)的第一方法中，係以具有一極高深寬比（aspect Qtio)的雷射光束照射一半導體薄膜的某些區域，使該半 導體薄膜的該等被照射區域完全熔化。然後謗發了自與該鲁 等被照射區域相鄰的各未被照射薄膜區域中包含的晶態 半導體組件之橫向晶體生長。在該方法中，該雷射光係以 一大致等於可在一單一熔化製程中得到橫向生長的距離 會 之間隔（亦即，各被照射區域間之一未被照射區域）來掃插-該半導體薄膜，因而晶粒係沿著該雷射光掃描方向的一方 向而生長。J. Im等人以該方法將此種結晶方法命名為”循 序橫向固化 ’’（Sequential Lateral Solidification ;簡稱 SLS) ° -ίο- 589667
(6) 在採用該第一方法的情形中’可在一薄膜上形成具有任 何晶體長度之晶體’而不會在各晶體之間留下間隙。 在一述於 IEEE Electron Device Meeting，San Francisco 會議記 錄（後文中稱為文件4)的第一方法中，係在一非晶矽薄膜 的一條狀圖樣中形成一铭薄膜，而該銘薄膜係用來作為一 光束反射薄膜。 圖7的（a)部分是文件4所述的一晶體生長方法之一橫斷 面圖。圖7的（b)部分是該晶體生長方法所得到的一晶態半 導體薄膜之一平視圖。 一 / ..... .....肛 粑緣暴板1上形 成一非晶矽薄膜2’且在該非晶矽薄膜2上提供呈現一條狀 圖樣的一光束反射薄膜3,以便部分地覆蓋該非晶矽薄膜2 的上表面。根據文件4的方法，當以一來自上方的雷射光 束照射圖7的（a)部分所示之整個結構時，並未被光束反射 薄膜3覆盍的各區域2 a中之非晶矽薄膜2完全熔化（即是完 全炫化的部分）’這是@為各區域2&中的非^薄膜 於雷射光中。在以光束反射薄膜3覆蓋的各區域讪中，非 晶矽薄膜2並未熔化（即是並未熔化的部分），這是因為雷 射光無法到達各區域2b中之非晶矽薄膜2。係在一其間= 會有中斷的交替順序下發生該等完全熔化的部分：二等 並未熔化的部分(亦即’該等完全熔化的部分及該等並未 纪化的部分相互接觸）’這是因為係、在—條狀圖樣中提供 孩光束反射薄膜3。該等完全熔化的部分以中之溶化的石夕 以孩等並未熔化的部分2b中出現的晶核為基礎而橫向生 -11 · 589667 ⑺ 長成晶體。因此，如圖7的（b)部分所示，係自該等完全熔 化的部分2 a與該等並未熔化的部分2 b間之界面開始發生 晶體生長’且該晶體生長係朝向該完全溶化的部分2 a ·的一 · 大致中心部分。在該完全溶化的部分2 a的該大致中心部分“ 上，所形的晶粒看起來就好像要相互擠壓。 AM-LCD 2〇00 Digest第2δ1頁（下文中稱為文件5)說明了 一種方法，其中並未提供一光束反射薄膜，但是所形成的 一矽薄膜的某些部分比其他的部分厚。在文件5所述的方 法中，該矽薄膜的該等較薄部分造成部分熔化的部分，而 ® 該等較厚的部分則造成完全熔化的部分。該等完全熔化的 部分中熔化的矽以該等部分熔化的部分中出現的晶核為 基礎而橫向生長成晶體。 曰本早期公開公告No· 2000-260709 (後文中稱為文件6) 述及一種方法：在一半導體薄膜上提供一抗反射薄膜，以 取代文件4中數急得半導體薄膜上之光束反射薄膜。在該 方法中，藉由雷射照射，半導體薄膜中覆蓋了該抗反射薄 膜的區域造成完全熔化的部分，而未覆蓋該抗反射薄膜的鲁 區域則造成部分熔化的部分。該等完全熔化的部分中熔化 的矽以該等部分溶化的部分中出現的晶核為基礎而橫向 生長成晶體。 ψ 在文件4-6所述的上述第二方法中，係在一矽薄膜上產‘ 生一反射（或抗反射）薄膜的圖樣，以便具有一所需的圖-樣，或者根據一所需的圖樣而使所形成的該矽薄膜之某些 部分比其他部分厚，因而係以與雷射光束掃描方向無關之 -12- 589667
⑻ 方式決定晶粒生長進行的方向。這些方法的優點在於：可 在相同的基板上以混合的方式形成晶體生長方向相互垂 直的各矽薄膜。 .， 然而，上述第一及第二方法具有下列的問題。 ， 在該第一方法中，以雷射光的單一照射而獲致的橫向晶 、 體生長的長度是相當小的，只有大約〇. 5微米至大約4微 米。因為此種橫向晶體生長的長度，所以必須移動該雷射 光，以便在對應於該橫向晶體生長長度的高精確度下掃描 0 一半導體薄膜。因此，結晶的處理時間變長了。此外，必 須準備具有一特殊結構的一裝置，以便用一種精確地方式 提供該雷射光。此外，在該第一方法中，形成了沿著雷射 光的掃描方向而延伸的極度延長之晶粒。在利用一具有此 種晶粒的結晶矽薄膜形成一 TFT之情形中，如果載子流動 方向與晶粒延伸方向相同，則載子遷移率是相當高。然 而，我們知道，如果載子流動方向垂直於晶粒延伸方向， 則載子遷移率大約只是載子流動方向與晶粒延伸方向相 同時的1 /3。在該方法中，因為係根據雷射光的掃描方向 © 來決定晶粒延伸的方向，所只有在一個方向上可得到較高 的特性。無法在相同的基板上混合地形成沿著不同方向延 伸的晶粒。因此，該方法對電路裝置的設計加上了非所需 的限制。 ' 該第二方法有一問題：晶粒的長度受限於一單一雷射照 -射所能獲致的橫向生長距離。此外，在該結晶方法中，必 須按照一預定的間隔而形成並未熔化的或部分熔化的部 -13 - 589667
(9)
分，以便與熔化的部分相鄭，這是因為該等並未熔化的或 部分熔化的部分中出現的晶核啟始了該等熔化的部分中 之晶體生長。然而，如果所形成的一並未熔化的（或部分 熔化的）部分太小了（太窄了），而無法嘗試將一完全熔化 的部分中的一橫向生長的晶粒儘量接近一（經由該狹窄的 並未熔化的部分而相鄰的）相鄰完全熔化的部分中之一晶 粒，則用來啟始完全熔化的部分中的晶體生長的該並未熔 化的部分中之啟始晶核將因雷射光照射而消失，且可能因 晶核的隨機產生而形成極小的晶核。因此，必須形成具有 某一尺寸的並未溶化的部分，以避免上述的問題。因此， 在該結晶方法中，可能因形成並未熔化的或部分熔化的部 分所需之面積而增加了裝置的尺寸。 發明概述 根據本發明的一個方面，提供了一種晶態半導體薄膜係 在一絕緣基板上形成該晶態半導體薄膜，且該晶態半導體 薄膜包含沿著該絕緣基板的一表面而橫向生長的半導體 晶粒，其中該等橫向生長的半導體晶粒係在晶粒邊界上相 籲 互接觸，且各相鄰晶粒邊界間之距離係等於或小於該等半 導體晶粒的橫向生長距離的兩倍。 在本發明的一實施例中，該晶態半導體薄膜包含複數個 r 區域，且該等區域中的橫向生長的半導體晶粒之生長方向_ * 係相互垂直。 根據本發明的另一方面，提供了一種晶態半導體薄膜， 其中橫向生長的半導體晶粒的晶粒邊界之一部分係與一 -14- 589667
(ίο) 非晶半導體薄膜接觸。 根據本發明的又一個方面，提供了 一種製造一晶態半導 體薄膜之方法，該方法包含下列步騾：在一絕緣基板上形. 成一半導體薄膜；在該半導體薄膜上形成若干具有一固定 . 間隔的條狀圖樣之分層結構，該等分層結構包含用來防止 . 施加其上的雷射光反射的一抗反射薄膜、及在該抗反射薄 膜上形成的且係用來防止所施加的雷射光所造成的發熱 之一防熱薄膜；在該半導體薄膜之上施加雷射光，而在該 半導體薄膜上設有其中包括該抗反射薄膜及防熱薄膜之 ® 該等分層結構，因而使該半導體薄膜上並未設有該分層結 構的一部分結晶；去除每一分層結構的該防熱薄膜；以及 在其上設有條狀抗反射薄膜的該半導體薄膜之上施加雷 射光，使得只有在該抗反射薄膜之下的該半導體薄膜熔 化，因而使在該抗反射薄膜之下的該半導體薄膜結晶。 在本發明的一實施例中，該防熱薄膜是由鋁、鉻、或鎢 構成的一雷射光反射薄膜。 在本發明的另一實施例中，該防熱薄膜是具有一預定厚籲 度之一氮化碎薄膜。 在本發明的又一實施例中，該反射薄膜的反射係數是 90%。 在本發明的又一實施例中，係由氧化矽薄膜或氮化矽薄· 膜構成該抗反射薄膜。 · 在本發明的又一實施例中，該抗反射薄膜對雷射光的反 射係數比其上並未設有該抗反射薄膜的該半導體薄膜的 -15- 589667 589667
(ii) 雷射光反射係數小20%或更多。 在本發明的又一實施例中，製造一晶態半導體薄膜的該 方法進一步包含一步騾：將能量施加到在該絕緣基板之上 . 形成的該半導體薄膜，使該半導體薄膜在將雷射光施加到 - 0 該半導體薄膜的步驟之前就結晶。 . 在本發明的又一實施例中，係在形成該分層結構的步騾 之前，即先執行將能量施加到該半導體薄膜使該半導體薄 膜結晶之步驟。 0 在本發明的又一實施例中，係在一電熱爐中將該半導體 薄膜加熱，而供應使該半導體薄膜結晶的能量。 在本發明的又一實施例中，係以雷射光照射，而供應使 該半導體薄膜結晶的能量。 根據本發明的又一方面，一種製造一晶態半導體薄膜的 方法包含下列步驟：在一絕緣基板上形成一半導體薄膜； 在該半導體薄膜上形成一具有一條狀圖樣的覆蓋薄膜，以 便具有一預定厚度；在該半導體薄膜之上施加第一雷射 光，該第一雷射光具有一可讓該覆蓋薄膜成為一防熱薄膜 鲁 之波長，因而使該該半導體薄膜上並未設有該覆蓋薄膜的 一部分結晶；以及在該半導體薄膜之上施加第二雷射光， 該第二雷射光具有一可讓該覆蓋薄膜用來作為一抗反射 _ 薄膜之波長，因而使該半導體薄膜上設有該覆蓋薄膜的一 · 部分結晶。 - 在本發明的一實施例中，係將該第一雷射光的該波長設 定成：使以該第一雷射光照射所造成的且到達該半導體薄 -16- 589667
(12) 膜上設有該覆蓋薄膜的該部分的一熱能小於以該第一雷 射光照射所造成的且到達該半導體薄膜上並未設有該覆 蓋薄膜的該部分的一熱能；以及係將該第二雷射光的該波. 長設定成：使以該第二雷射光照射所造成的且到達該半導 . 體薄膜上設有該覆蓋薄膜的該部分的一熱能大於以該第 . 二雷射光照射所造成的且到達該半導體薄膜上並未設有 該覆蓋薄膜的該部分的一熱能。 在本發明的另一實施例中，係將該覆蓋薄膜的厚度設定 0 成：當施加該第一雷射光時，該覆蓋薄膜係用來作為該防 熱薄膜；以及當施加該第二雷射光時，該覆蓋薄膜係用來 作為該抗反射薄膜。 在本發明的又一實施例中，係以不同製程步騾之方式循 序執行在該半導體薄膜之上施加該第一及第二雷射光以 便使該半導體薄膜結晶之該等步驟。 在本發明的又一實施例中，係在一單一的雷射光掃描作 業中同時執行在該半導體薄膜之上施加該第一及第二雷 射光以便使該半導體薄膜結晶的該等步騾，且執行該等作 © 業時係使用平行配置的第一及第二雷射光源，使該第一及 第二雷射光源照射該半導體薄膜之上的不同區域。 在本發明的又一實施例中，該第一及第二雷射光是脈衝 雷射光；以及係自相同的雷射光照射位置交替地在該半導· 體薄膜之上施加該第一及第二雷射光，而在一單一的雷射 -光掃描作業中同時實現在該半導體薄膜之上施加該第一 及第二雷射光以便使該半導體薄膜結晶之該等步騾。 -17· 589667
(13) 根據本發明的又一方面，提供了一種使一半導體薄膜結 晶而製造一晶態半導體薄膜之方法，該方法包含：一半導 體薄膜形成步騾，用以在一絕緣基板之上形成一半導體薄， 膜；一加熱/冷卻抑制薄膜形成步騾，用以形成複數個具 -有一預定間隔的條狀圖樣之加熱/冷卻抑制薄膜，以便具 有一相同的預定厚度；一第一照射步騾，用以自形成該等 加熱/冷卻抑制薄膜的一端而在該半導體薄膜上施加該第 一雷射光，因而以該等加熱/冷卻抑制薄膜覆蓋一覆蓋區 0 半導體薄膜，且使並未以該等加熱/冷卻抑制薄膜覆蓋的 一裸露區半導體薄膜完全熔化；一覆蓋區結晶步騾，用來 以該裸露區半導體薄膜為基礎而使該完全溶化的覆蓋區 半導體薄膜結晶；在該覆蓋區結晶步驟之後執行的一第二 照射步驟，用以自形成該等加熱/冷卻抑制薄膜的一端而 在該半導體薄膜上施加第二雷射光，因而只有該裸露區半 導體薄膜完全熔化；一裸露區結晶步騾，用來以該覆蓋區 半導體薄膜為基礎而使該完全熔化的裸露區半導體薄膜 結晶；以及一去除步驟，用以自該半導體薄膜去除該等加 參 熱/冷卻抑制薄膜。 在本發明的一實施例中，係將該預定厚度設定成：將該 覆蓋區半導體薄膜完全熔化所需的一能量大於使該裸露 % 區半導體薄膜完全熔化所需的一能量；該第一雷射光具有^ 一大於使該覆蓋區完全熔化所需的能量之能量；以及該第 · 二雷射光具有一大於使該裸露區完全熔化所需的能量且 小於使該覆蓋區完全熔化所需的能量之能量。 -18- 589667
(14) 在本發明的另一實施例中，係將該加熱/冷卻抑制薄膜 的厚度設定為等於或大於（3又）/(8n)，其中λ是該第一及 第二雷射光的波長，且η是該加熱/冷卻抑制薄膜的折射 | 率。 . 在本發明的又一實施例中，係由一氧化碎薄膜構成該加 w 熱/冷卻抑制薄膜。 在本發明的又一實施例中，係由一氧化石夕薄膜或一包含 一氧化矽薄膜及一氮化矽薄膜的一分層薄膜構成該加熱/ 冷卻抑制薄膜。 在本發明的又一實施例中，在該覆蓋區結晶步騾中，係 以一種自該覆蓋區半導體薄膜上與相鄰裸露區半導體薄 膜接觸的各縱向端面朝向該覆蓋區半導體薄膜的一中央 部分而橫向生長該覆蓋區半導體薄膜中的半導體晶粒之 方式，使該覆蓋區半導體薄膜結晶；且在該裸露區結晶步 驟中，係以一種自該裸露區半導體薄膜上與相鄰覆蓋區半 導體薄膜接觸的各縱向端面朝向該裸露區半導體薄膜的 一中央部分而橫向生長該裸露區半導體薄膜中的半導體 參 晶粒之方式，使該裸露區半導體薄膜結晶。 根據本發明的又一方面，提供了一種利用申請專利範圍 第20項之晶態半導體薄膜製造方法製造的晶態半導體薄 膜。 · 根據本發明的又一方面，提供了一種半導體裝置，該半 二 導體裝置包含一在一絕緣基板之上形成的且係用來作為 該半導體裝置的一主動區的晶態半導體薄膜，且該晶態半 -19- 589667 (15) 導體溥膜包含沿著該絕緣基板的一表面而橫向生長的半 導體晶粒，其中在該晶態半導體薄膜中，該等橫向生長的 半導體晶粒係在晶粒邊界上相互接觸’且各相鄰晶粒邊界 · 間之距離係等於或小於該等半導體晶粒的橫向生長距離 · 的兩倍。 在本發明的一實施例中，該晶態半導體薄膜包含複數個 區域’且為等區域中的橫向生長的半導體晶粒之生長方向 係相互垂直。 根據本發明的又一方面，提供了一種半導體裝置，該半 ® 導體裝置包含一在一非晶絕緣基板之上形成的且係用來 作為該丰導體裝置的一主動區的晶態半導體薄膜，且該晶 態半導體薄膜包含沿著該絕緣基板的一表面而橫向生長 的半導體晶粒，其中在該晶態半導體薄膜中，該等橫向生 長的半導體晶粒的一晶粒邊界之一部分係與一非晶半導 體薄膜接觸。 根據本發明的又一方面，提供了一種製造一半導體裝置 之方法，該半導體裝置包含一在一絕緣基板上且係用來作 鲁 為該半導體裝置的一主動區之晶態半導體薄膜，係以雷射 光照射一半導體薄膜複數次，使半導體晶粒沿著該絕緣基 板的一表面橫向生長，而得到該晶態半導體薄膜，該方法 包含下列步騾：在一絕緣基板之上形成一半導體薄膜；在 : 該半導體薄膜上形成若干具有一固定間隔的條狀圖樣之 ， 分層結構，該等分層結構包含用來防止施加其上的雷射光 反射的一抗反射薄膜、及在該抗反射薄膜上形成的且係用 -20- 589667
(16) 來防止所施加的雷射光所造成的發熱之一防熱薄膜；在該 半導體薄膜之上施加雷射光，而在該半導體薄膜上設有其 中包括該抗反射薄膜及防熱薄膜之該等分層結構，因而使， 該半導體薄膜上並未設有該分層結構的一部分結晶；去除 -每一分層結構的該防熱薄膜；以及在其上設有條狀抗反射 u 薄膜的該半導體薄膜之上施加雷射光，使得只有在該抗反 射薄膜之下的該半導體薄膜熔化，因而使在該抗反射薄膜 之下的該半導體薄膜結晶。 根據本發明的又一方面，提供了一種製造一半導體裝置 ® 之方法，該半導體裝置包含一在一絕緣基板上且係用來作 為該半導體裝置的一主動區之晶態半導體薄膜，係以雷射 光照射一半導體薄膜，使半導體晶粒沿著該絕緣基板的一 表面橫向生長，而得到該晶態半導體薄膜，該方法包含下 列步騾：在該絕緣基板上形成該半導體薄膜；在該半導體 薄膜上形成一具有一條狀圖樣的覆蓋薄膜，以便具有一預 定厚度；在該半導體薄膜之上施加第一雷射光，該第一雷 射光具有一可讓該覆蓋薄膜用來作為一防熱薄膜之波 ® 長，因而使該該半導體薄膜上並未設有該覆蓋薄膜的一部 分結晶；以及在該半導體薄膜之上施加第二雷射光，該第 二雷射光具有一可讓該覆蓋薄膜用來作為一抗反射薄膜_ 之波長，因而使該半導體薄膜上設有該覆蓋薄膜的一部分_ 結晶。 _ 根據本發明的又一方面，提供了一種製造一半導體裝置 之方法，該半導體裝置包含一用來作為該半導體裝置的一 -21 - 589667
(17) 通道區之晶態半導體薄膜，係使一半導體薄膜結晶，而得 到該晶態半導體薄膜，該方法包含下列步騾：一丰導體薄 膜形成步騾，用以在一絕緣基板之上形成一半導體薄膜；. 一加熱/冷卻抑制薄膜形成步驟，用以形成複數個具有一-預定間隔的一條狀圖樣之加熱/冷卻抑制薄膜，以便具有 . 一相同的預定厚度；一第一照射步騾，用以自形成該等加 熱/冷卻抑制薄膜的一端而在該半導體薄膜上施加該第一 雷射光，因而以該等加熱/冷卻抑制薄膜覆蓋一覆蓋區半 0 導體薄膜，且使並未以該等加熱/冷卻抑制薄膜覆蓋的一 裸露區半導體薄膜完全熔化；一覆蓋區結晶步騾，用來以 該裸露區半導體薄膜為基礎而使該完全熔化的覆蓋區半 導體薄膜結晶；在該覆蓋區結晶步驟之後執行的一第二照 射步驟，用以自形成該等加熱/冷卻抑制薄膜的一端而在 該半導體薄膜上施加第二雷射光，因而只有該裸露區半導 體薄膜完全熔化；一裸露區結晶步驟，用來以該覆蓋區半 導體薄膜為基礎而使該完全熔化的裸露區半導體薄膜結 晶；以及一去除步騾，用以自該半導體薄膜去除該等加熱 籲 /冷卻抑制薄膜。 根據本發明的又一方面，提供了一種製造一半導體裝置 之方法，該半導體裝置包含一用來作為該半導體裝置的一 _ 通道區之晶態半導體薄膜，係使一半導體薄膜結晶，而得_ 到該晶態半導體薄膜，該方法包含下列步騾：一半導體薄‘ 膜形成步驟，用以在一絕緣基板之上形成一半導體薄膜； 一加熱/冷卻抑制薄膜形成步騾，用以在該半導體薄膜上 -22 - 589667
(18) 的一第/區中形成複數個具有一預定間隔的一條狀圖樣
之第一加熱/冷卻抑制薄膜，以便具有一相同的預定厚 度，並在該半導體薄膜上的一第二區中形成複數個具有一 預定間隔的一條狀圖樣之第二加熱/冷卻抑制薄膜，以便 在沿著一金直於該等第一加熱/冷卻抑制薄膜的縱向方向 的方向上異有一相同的預定厚度；一第一照射步騾，用以 自形成該等加熱/冷卻抑制薄膜的一端而在該半導體薄膜 上施加該第一雷射光，因而以該等第一及第二加熱/冷卻 抑制薄膜覆蓋一覆蓋區半導體薄膜，且使並未以該等第一 及第二加熱/冷卻抑制薄膜覆蓋的一裸露區半導體薄膜完 全溶化覆二區結晶步驟’用來以該裸露區半導體薄膜 為基礎而使該完全熔化的覆蓋區半導體薄膜結晶；在該覆 蓋區結晶步騾之後執行的一第二照射步騾，用以自形成該 …冷卻抑制薄膜的一端而在該半導 等第一及第二 膜上施加第一田射光，因而只有該裸露區半導體薄膜完 熔化；一裸露區結晶步驟，用來以該覆蓋區半導體薄膜
基礎而使該完全炫化的裸霞F^ 殊路£ +導體薄膜結晶；以及一 除步騾，用以自該半導體蘇 把潯腠去除該等第一及第二加讀 冷卻抑制薄膜。 第32項之半導體裝置製造方法裡利用申請專利把圓 表k万法製程 根據本發明的又-方面，提供7 第33項之半導體裝置製造 '了 -種利用申請專利範圍 因此，本文所述的本發明實：造的半導體裝置。 兄了下列的優點：（1 )提供 -23 * 589667
(19) 了一種晶態半導體薄膜及該晶態半導體薄膜之製造方 法，其中可以一種簡單的方法在相同的基板上形成沿著不 同方向延伸的晶粒，而不會增加自該薄膜形成的裝置之尺 寸；以及（2)提供了一種自該薄膜形成的半導體裝置、及 一種製造該半導體裝置之方法。 熟習此項技藝者若參閱下文中之詳細說明，並參照各附 圖，將可易於了解本發明的上述這些及其他的優點。 圖式之簡述 圖1示出在一第一雷射光照射步騾之前用來在其上形成 一非晶矽薄膜、以及抗反射薄膜及反射薄膜的一非晶絕緣 基板。 圖2示出在執行一第二雷射光照射步驟之前的具有非晶 矽薄膜及抗反射薄膜之非晶絕緣基板。 圖3是在第一雷射光照射步騾中使非晶絕緣基板之上的 非晶矽薄膜結晶之一平視圖。 圖4是在第二雷射光照射步騾中使非晶絕緣基板之上的 非晶矽薄膜結晶之一平視圖。 圖5示出在同一非晶絕緣基板上所提供的兩個TFT區， 其中一個TFT區中之條狀圖樣係垂直於另一 TFT區中之條 狀圖樣。 圖6示出對應於圖5所示該等TFT區之各TFT。 圖7之（a)部分是文件4所述的一晶體生長方法之一橫斷 面圖。圖7之（b)部分是該晶體生長方法得到的一晶態半導 體薄膜之一平視圖。 -24- 589667 (20) 圖8 (a)及8(b)是一種製造本發明第2實施例的例子1之一 半導體薄膜的方法之橫斷面圖。 圖9(a)及9(b)是一種製造本發明第2實施例的例子2之一， 半導體薄膜的方法之橫斷面圖。 圖10(a)及10(b)是一種製造本發明第2實施例的例子3之 一半導體薄膜的方法之橫斷面圖。 圖11(a)及11(b)是一種製造本發明第2實施例的例子4之 一半導體薄膜的方法之橫斷面圖。 圖12是以一掃描式電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope;簡稱SEM)觀測的根據例子1的方法形成的一複 晶半導體薄膜的結晶狀態之一平視圖。 圖13是以一掃描式電子顯微鏡（SEM)觀測的根據例子4 的方法形成的一複晶半導體薄膜的結晶狀態之一平視圖。 圖14是在分別在鏡鋁石榴石（YAG)雷射光、氯化氙（XeCl) 準分子雷射光、及氟化氪（KrF)準分子雷射光照射下在一 非晶矽薄膜上形成的氧化矽薄膜的厚度與反射係數間之 一關係圖。 圖15是於一雷射光照射步驟中在一非晶矽薄膜中的橫 向晶體生長之一透視圖，其中在該非晶矽薄膜上形成的一 覆蓋薄膜係用來作為一防熱薄膜。 圖1 6是於一雷射光照射步騾中在一非晶矽薄膜中的橫_ 向晶體生長之一透視圖，其中在該非晶矽薄膜上形成的一、 覆蓋薄膜係用來作為一抗反射薄膜。 圖1 7是於一雷射光照射步驟中在一非晶矽薄膜中的結 (21)589667
晶之一平視圖，其中在該非 係用來作為一防熱薄膜。 晶矽薄膜上形成的一覆蓋薄膜 圖1 8是於/雷射光照射步 之一平視圖，其中在該非晶 晶 係用來作為一抗反射薄膜。 驟中在一非晶矽薄膜中的結 矽薄膜上形成的一覆蓋薄膜 二結晶方法的同時施加兩種類 同波長的第一及第二脈衝雷射
圖19示出用來執行一第 蜇的雷射光束之一系統。 圖20是交替施加具有不 光之一時序圖。 圖21是在/根據本發明！ ^ 弟4貝施例的晶態半導體薄膜製 造方法中的，非晶矽薄膜形成步騾之一橫斷面圖。 圖22是在該根據第4實满也丨η 貫施例的晶態半導體薄膜製造方法 中的-加熱/冷卻抑制薄膜形成步驟之—橫斷面圖。 圖23是在該根據第4實施例的晶態半導體薄膜製造方法 中的一加熱/冷卻抑制薄膜形成步騾之一透視圖。 圖24是第4實施例的一加熱/冷卻抑制薄膜的厚度與完 全溶化覆蓋區的能量間之一關係圖。 圖25是在一根據第4實施例的晶態半導體薄膜製造方法 中的一第一雷射光照射步驟之一橫斷面圖。 圖26是在一根據第4實施例的晶態半導體薄膜製造方法 中的^一覆蓋區結晶步驟之一透視圖。 圖27是在一根據第4實施例的晶態半導體薄膜製造方法 中的一覆蓋區結晶步驟之一平視圖。 圖28是在一根據第4實施例的晶態半導體薄膜製造方法 -26- 589667 (22) 中的一第二雷射光照射步騾之一橫斷面圖。 圖29是在一根據第4實施例的晶態半導體薄膜製造方法 中的一裸露區結晶步驟之一透視圖。 . 圖3 0是在一根據第4實施例的晶態半導體薄膜製造方法 · 中的一裸露區結晶步驟之一平視圖。 圖3 1是一根據第4實施例的晶態半導體薄膜之一平視 圖。 圖3 2是根據一比較例子的一晶態半導體薄膜之平視圖。 圖3 3是根據另一比較例子的一晶態半導體薄膜之平視 圖。 圖34是本發明第5實施例的一薄膜電晶體製造方法之一 平視圖，其中本發明第4實施例的一晶態半導體薄膜係用 於該電晶體的一通道區。 圖3 5是本發明第5實施例的一薄膜電晶體製造方法之一 平視圖，其中本發明第4實施例的一晶態半導體薄膜係用 於該電晶體的一通道區。 較佳實施例之說明
在後文中，將參照該等圖式而說明根據本發明的一晶態 半導體薄膜及其製造方法、以及根據本發明的一半導體裝 置及其製造方法。 I (第1實施例） — 係在一非晶絕緣基板上形成根據本發明第1實施例的一、 晶態半導體薄膜。圖1示出用來形成根據第1實施例的一半 導體薄膜及該半導體薄膜上形成的一結構之一非晶絕緣 -27- 589667
(23) 基板1 0。現在將說明用來形成第1實施例的一晶態半導體 薄膜的一方法之一般性程序。在第一步騾中，係在非晶絕 緣基板1 0的整個表面之上形成一非晶碎薄膜1 1。然後在非· 晶矽薄膜11之上形成具有/預定間隔的一條狀圖樣之一-抗反射薄膜12。利用一反射材料（例如叙）在該抗反射薄膜. 12之上形成一去有相同條狀圖樣且係用於反射雷射光之 反射薄膜1 3，該反射薄膜1 3係用來作為一防熱薄膜。因 此，在非晶矽薄膜1 1之上得到了具有預定間隔的條狀圖樣 _ 且係由抗反射薄膜1 2及反射薄膜1 3所構成之分層結構。對 在非晶矽薄膜11之上形成的且具有上述結構之該結構執 行*第一雷射光照射步驟。 在其上形成抗反射薄膜1 2及反射薄膜1 3的非晶矽薄膜 1 1之各區域1 1 a (被稱為，，第一區”）是在該第一雷射光照射 步騾中因有最上層的反射薄膜1 3而不被雷射光照射的未 被照射區域。另一方面，在其上並未形成抗反射薄膜12 及反射薄膜1 3的非晶矽薄膜1 1之各區域1 1 b (被稱為”第二 區”）是在該第一雷射光照射步騾中因在該第一雷射光照 _ 射步騾時露出該等區1 lb而被雷射光照射的被照射區域。 因為係在非晶石夕薄膜11之上形成具有圖1所示預定間隔的 條狀圖樣之抗反射薄膜12及反射薄膜13，所以係在一預定· 的周率下交替地發生該等第一區1la及該等第二區llb。' 當在非晶絶緣基板1 0之上形成的該結構上執行該第/ · 雷射光照射爹驟時’係以雷射光照射非晶矽薄膜1 1之該等 第二區1 1 b，因而晶粒係沿著圖1中箭頭所示的方向自該等 -28 - (24)
589667 第二區lib的縱向端面（亦即自第—區Ua與第二區nb間 <界面）至孩等第二區llb的中央部分而橫向生長。在非晶 矽薄膜η的每一第二區llb中，沿著圖i中箭頭所示的該等 相反方向而橫向生長的該等晶粒在大致為第二區i ib的橫 向中心處相互接觸，因而大致沿著該橫向中心形成了一晶 粒邊界。 然後姓刻掉取上層中之反射薄膜1 3。 圖2是在去除反射薄膜13之後得到的非晶絕緣基板“上 之結構之一透視圖。對圖2所示之結構執行一第二雷射光 照射步騾。在該第二雷射光照射步驟中，將所施加雷射光 的犯量全度凋整為小於在該第一雷射光照射步騾中施加 的雷射光I能I密度，使得只有在抗反射薄膜i 2之下的該 等第一區11a的矽完全熔化，而該等第二區llb的矽則並未 熔化。由於該第二照射步驟，所以在非晶矽薄膜n的該等 第一區11a中，碎晶粒係沿著圖2中箭頭所示的方向自該等 第一區11a的縱向端面（亦即自第一區11&與第二區^間 之界面）至該等第一區lla的中央部分而橫向生長。在非晶 矽薄膜1 1的每一第一區i丨a中，沿著圖2中箭頭所示的該等 相反方向而橫向生長的該等晶粒在大致為第一區Ua的橫 向中心處相互接觸’因而大致沿著該橫向中心形成了一晶 粒邊界。因此’可在非晶絕緣基板丨〇的整個表面之上得到 包含沿著相同方向而配置的若干橫向生長的晶粒之晶 怨半導體薄膜。 現在將更詳細地說明一種製造本發明第1實施例的/晶 -29- 589667
(25) 態半導體薄膜之方法。係執行下列的步騾（1 )至（6)，而製 造出第1實施例之晶態半導體薄膜。 (1) 在非晶絕緣基板1 0的整個表面之上形成一非晶矽 薄膜1 1。在該非晶矽薄膜1 1的厚度係介於3 0奈米與1 0 0奈 米之間的情形中，可以較佳之方式製造出一 TFT。在該實 施例中，係形成具有4 5奈米的一厚度之該非晶矽薄膜1 1。 (2) 然後在非晶矽薄膜1 1的整個表面之上形成一抗反 射薄膜12。係為了避免將在稍後執行的第二雷射光照射步 騾中所施加雷射光之反射，而提供該抗反射薄膜1 2。然後 在抗反射薄膜1 2的整個表面之上形成一反射薄膜1 3。係為 了反射將在稍後執行的第一雷射光照射步驟中所施加之 雷射光，而提供該反射薄膜13。 (3) 然後將非晶矽薄膜1 1之上形成的抗反射薄膜1 2及 反射薄膜1 3產生圖樣而成為具有一預定間隔之一條狀圖 樣。 最好是以一透明絕緣薄膜形成該抗反射薄膜1 2，其中在 製造半導體裝置時，該透明絕緣薄膜通常是用來形成一氧 化物薄膜或一氮化物薄膜等的薄膜。係將該抗反射薄膜1 2 的厚度d設定成滿足下式（1): d^Us+l) ...(1), 4n 其中d =抗反射薄膜的厚度； s - 0,1,2,...; A =波長；以及 -30-
589667 η ==抗反射薄膜的折射率。 在滿足式（1)的情形中，在朝向抗反射薄膜12入射的一 田射光束與自抗反射薄膜丨2反射的一雷射光束之間，會造， 成雷射光的一半波長週期之一相位差，因而這些雷射光束- 的波長相互抵消。因此，進一步改善了抗反射薄膜12的抗. 反射功能。 係將抗反射薄膜1 2的反射係數設定成：在該第二雷射光 照射步驟中，使雷射光施加到矽薄膜〗丨的該等第一區丨i a 的熱能與雷射光施加到矽薄膜i丨的該等第二區1 i b的熱能拳 間之差兴為2 0 %或更大。例如，在雷射光在矽薄膜丨丨之上 並未形成抗反射薄膜丨2的該等第二區n b之反射係數是 60%的情形中，係將抗反射薄膜12對雷射光的反射係數設 足成：使雷射光在珍薄膜i丨之上形成抗反射薄膜i 2的該等 第一區1 1 a之反射係數是4 〇 %或更小。在此種方式下，係 將抗反射薄膜12對雷射光的反射係數設定成··因雷射光照 射而施加到該等第一區i丨a的熱能與施加到該等第二區 1 1 b的熱能有很大的不同，因而只有在其上形成抗反射薄 _ 膜12的該等第一區iia中之石夕薄膜丨丨可炫化。 另一方面，係將反射薄膜i 3的反射係數設定成約為90〇/〇 或更大’這是因為當反射薄膜丨3所吸收的雷射光之熱能增 加時，反射薄膜13本身將較易於損壞。在反射薄膜13的反， 射係數為大約90%或更大時，因雷射光照射反射薄膜丨3而， 造成的損壞將降低’因而可將反射薄膜丨3用於本發明的晶 態半導體薄膜之製造方法。係由諸如鉻（Cr)、鎢（w)、或 *31- (27) (27)589667 銘（A1)等會反射可見光（亦即具有亮度）的金屬材料構成 反射薄膜1 3。由此種金屬材料構成的反射薄膜具有對波長 、、力為j 〇 8奈米的雷射光之一南反射係數。更具體而言，由 銘所構成的反射薄膜具有約為9 3 %的一反射係數，此種反 射係數對於作為反射薄膜1 3是較佳的。 ’ 根據第1實施例，在非晶矽薄膜i丨之上形成的抗反射薄 膜12是一厚度為54奈米的氧化矽薄膜。在抗反射薄膜12 之上形成的反射薄膜13是一厚度為200奈米的鋁薄膜。 在第1實施例中，抗反射薄膜1 2是氧化矽薄膜，且反射 · 薄膜1 3是鋁薄膜。然而，抗反射薄膜1 2及反射薄膜1 3可以 有不同的結構，或者可分別以不同的材料構成抗反射薄膜 1 2及反射薄膜1 3，只要抗反射薄膜1 2具有防止雷射光反射 的功能且反射薄膜1 3具有反射雷射光的功能即可。 在替代實施例中，例如，可提供厚度為3 0 0奈米或更大 的氮化矽薄膜作為防熱薄膜，以取代反射薄膜丨3。由於該 氮化碎薄膜具有此種厚度，所以傳導到在該氮化矽薄膜之 下的碎薄膜1 1的該等第一區1 1 a之熱量係小於傳導到在其籲 上並未形成該氮化矽薄膜的矽薄膜1 1的該等第二區n |3之 “、I 因此’在该第一雷射光照射步驟中’碎薄膜1 1的該 等第一區11a之溫度低於矽薄膜11的該等第二區lib之溫 ^ 因此，此種氮化石夕薄膜係用來作為具有與雷射光反射‘ 辱膜1 3的功能等同的功能（亦即，使該等第一區1丨a不會熔、 化的功能）之防熱薄膜。 在第1實施例中，使抗反射薄膜12及反射薄膜13的該等 -32- 589667
(28) 層產生圖樣，而成為每一條帶具有2微米的寬度之一條狀 圖樣，且係在2微米的間隔下配置該等條帶。在此種結構 中，每一該等第一區11a及第二區lib的寬度約為2微米。 我們知道，在將脈衝寬度約為3 0奈秒的一準分子雷射用 來作為照射非晶矽薄膜1 1的整個表面的雷射光之情形 中，該雷射光的單一照射所獲致的橫向晶體生長距離約為 1微米。因此，當每一該等第一區Ua及第二區lib的寬度 約為2微米時’橫向生長的晶粒係在每*該等第一區11a 及第二區1 1 b的大致橫向中心處相互接觸，且在每一該等 第一區11a及第二區lib的中央部分中並不會發生該等橫 向生長的晶粒以外的晶粒。因此，使抗反射薄膜1 2及反射 薄膜13的圖樣成為使每一該等第一區11a及第二區lib具 有2微米的寬度，對得到一具有沿著相同方向配置的晶粒 之結晶薄膜將是有利的。 (4)在使非晶矽薄膜1 1之上的抗反射薄膜12及反射薄 膜1 3產生具有一預定形狀的圖樣之後，及對在非晶矽薄膜 1 1之上形成的所得到結構執行該第一雷射光照射步驟，使 非晶矽薄膜1 1的該等第二區1 1 b之非晶矽結晶。在該第一 雷射光照射步騾中，使用一放射其波長為3 08奈米的氯化 氙（XeCl)雷射。以一光束均質機使自該氯化氙（XeCl)雷射 發射的雷射光均勻，並將該雷射光整形成具有一長方形的 聚束光點。 本發明並不限於使用一氯化氙（XeCl)雷射。在替代實施 例中，亦可使用諸如氟化氬（Ai*F)、氟化氪（KrF)、或氟化 589667
(29) 氙（XeF)等其他類型的準分子雷射。係將該雷射光的能量 密度設定成：使非晶矽薄膜1 1的該等第二區1 1 b中之非晶 矽完全熔化。例如，為了使厚度為45奈米的非晶矽薄膜1 1 · 的該等第二區1 lb中之非晶矽完全熔化，係將該雷射光的 * 能量密度設定成430 mJ/cm2或更大。 、 在以此種雷射光進行第一雷射光照射之後，晶粒開始沿 著圖1中箭頭所示之方向自並未被該雷射光照射的該等第 一區11a的縱向端面（亦即，自該等第二區lib與該等第一 區11a間之界面）朝向該等第二區lib的中央部分而在該等 第二區lib中橫向生長。圖3是圖1所示結構之一平視圖， 圖中示出於該第一雷射光照射步騾中在非晶絕緣基板1 〇 上的非晶矽薄膜1 1之結晶。 在非晶矽薄膜1 1的每一第二區11 b中，沿著圖1中箭頭所 示之相反方向自該等第二區lib的縱向端面（亦即，自該等 第二區lib與該等第一區11a間之界面）朝向該等第二區 1 lb的中央部分橫向生長的晶粒在該等第二區1 lb的大致 橫向中心處大致相互接觸，因而大致沿著該橫向中心而形 成一晶粒邊界。藉由該第一雷射光照射，碎晶粒在一等於 大約該等第二區lib寬度的1/2之一距離上橫向生長。所得 到的晶粒邊界被晶粒填滿’而使該等晶粒相互接觸’沒有 _ 留下間隙。 ^ (5 )然後蚀刻掉最上層的由鋁構成的反射薄膜1 3，以便、 得到圖2所示之一結構。 (6)然後對圖2所示之結構執行該第二雷射光照射步 -34- 589667 (so) \^mm 騾。在第1實施例中，矽薄膜11具有45奈米的厚度。該雷 射光具有介於330 mJ/cm2 (含）與4 10 mJ/cm2 (含）間之一能量 密度。 藉由以具有該能量密度的雷射光照射，非晶矽薄膜1 1 的每一第一區1 1 a中之非晶珍開始改變為晶粒’該等晶粒 係沿著圖2中箭頭所示之該等相反方向，自該等第一區1 1 a 的縱向端面（亦即，自第一區11a與相鄰第二區lib間之界 面）朝向該等第二區lib的中央部分，而以相鄰第二區lib 中形成的晶核為基礎而橫向生長。自該等第一區1 1 a的縱 向端面（亦即，自第一區11 a與相鄰第二區lib間之界面） 朝向該等第二區lib的中央部分橫向生長的該等晶粒在該 第二區1 1 b的大致橫向中心處大致相接觸，因而大致沿著 射該 圖照7° 。光曰印 界tTt結 邊Γ田之 粒二1 晶膜 丨第Μ 的豸薄 該 7 勾於矽 均U晶 一示纟 了 的 中 成 3 上 圖 ，形，之 而圖10 心視板 中平基 向一緣 橫之絕 該構晶 圖 是 大 於 等 觸一 接在 互粒 相晶 粒矽 晶 , 等射 該昭〔 使光 ， 射 滿雷 填二 粒第 晶該 下 留 *言 有：. 沒 而 步晶間 結非被 示在界 所中邊 ί驟粒 由 藉 〇 隙 第 等 區 界晶 邊矽 粒的 晶致 鄰獲 相所 各射 , 照 此一 因單 。 的 長光 生射 向雷 橫該 上於 si小 距或 一於 k等 / β 1 的距 度之 寬 間 fe· 距第 長據 生根 向於 橫用 體 倍 兩 之 具 光 射 雷 之 法 方 成 形 膜 薄 體 導 半 的 例 施 實 有一頂帽形強度分佈，其中縱使在一光束邊緣部分也可得 到一足夠的光束強度。放射具有此種強度分佈的雷射光， 以便連續地在非晶絕緣基板1 0之上掃描，使在本次光束照 589667 ㈤ 射中施加的一聚束光點的光束邊緣部分與在先前各光束 照射中施加的各聚束光點之光束邊緣部分有稍微的重 疊，因而在非晶矽薄膜11中生長晶體。在該雷射光束掃描， 程序中’與使用多次照射雷射照射方法的一傳統結晶方法· * (前文所述的第一傳統方法）相比時，該雷射光束可以1 0 、 倍或更快的速度移動。因此，可大幅提高晶態半導體薄膜 的生產力。 在使用比前文所述雷射光更大的脈衝寬度的雷射光之 情形中，或者在利用脈衝延伸器延伸雷射光的脈衝寬度之馨 情形中，最多可將矽晶體的橫向生長距離延伸到數微米。 當以此種万式延伸雷射光的脈衝寬度時，必須根據脈衝寬 度的延伸，而增加抗反射薄膜丨2及反射薄膜i 3的寬度、以 及抗反射薄膜1 2及反射薄膜J 3之間隔。 在第1實施例中，在以雷射光照射而使矽薄膜i i結晶之 前，碎薄膜11是非晶的。然而，根據本發明，縱使在一固 相生長的多晶矽薄膜中，或在由所執行的固相生長而形成 的且加入鎳或鈀等元素的多晶矽薄膜中，都係循序執行前籲 文所述的製程步驟，而生長出對應於該薄膜的結晶之晶 粒0 如果將結晶的矽薄膜11用來製造TFT，則在結晶製程完 成 < 後，即去除矽薄膜丨i上的抗反射薄膜12。然而，如果， 可將抗反射薄膜12用來作為TFT的閘極絕緣薄膜，則不去· 除抗反射薄膜12的一 TFT製程也是可行的。 在第1實施例的上述半導體薄膜製造方法中，係使一石夕 -36- 589667
(32) 薄膜結晶，以便得到/半導體薄膜，但是本發明並不限於 矽薄膜。亦可將前文所述的製造步驟應用於由鍺或碎鍺等 材料製成的其他類蜇的半導體薄膜，以便得到一晶態半導， 體薄膜。 .· 經由—習知的TFT製造方法’可將由本發明的上述方法、 所製造的半導體薄摸用來製造TFT ’其中係將該半導體薄 膜用來作為一主動區。在該TFT中，該”主動區”意指本發 明的整個半！贿薇磁，JL係根據該TFT的設計而將該整個 半導體薄膜產Γ圖樣成f所需之形狀。 在以前文所述之方式製造的本發明之半導體薄膜中’橫 向生長的晶粒所傾向之方兩為：該等晶粒生長的生長方向 係<100>方向。在利用該半導體薄膜製造的一 TFT中，沿 著該半導體薄膜中的該等晶粒之生長方向可獲致一較高 的載子遷移率。係將此種有利的特性用來製造高效能的 TFT 〇 現在考慮在一非晶絕緣基板之上混合地形成複數個 TFT而使該等TFT的各通道部分之方向係相互垂直之一例 子。圖5示出在非晶絕緣基板上提供的兩個丁FT區15a及 15b。在每一 tfT區15a及15b中，係使抗反射薄膜12及反 射薄膜13產生一條狀圖樣，以便平行於將要形成的一 TFT . 之通道部分。 - 在此種方式下’係在非晶絕緣基板丨〇之上形成兩種類型、 的TFT區1^及Ub，使TFT區中抗反射薄膜12及反射薄 膜13的通等條帶t縱向方向垂直於tFT區i5b中抗反射薄 -37- (33)
589667 膜12及反射薄膜13的該等條帶之縱向方向。在此種結構 中’於每-TFT區i5a及15b中，該半導體薄膜的晶粒之生 長方向係垂直於抗反射薄膜12及反射薄膜13的該等條帶 之方向。在此種結構中，形成—源極區21及一汲極區22, 使得沿著圖6的（a)部分及（b)部分所示之晶體生長方向形 成一 TFT 20之一通道部分’因而可形成其中包含一具有高 載子遷移率的通道區之一 TFT。 (第2實施例） 係根據與則文所述用來製造第丨實施例的晶態半導體薄 膜大致相同的步驟來製造根據本發明第2實施例的晶態半 導體薄膜’但不同之處在於：係在第一雷射光照射步驟之 則’先諸如利用一電熱爐進行加熱，或以雷射光照射，而 在一半導體薄膜的整個表面上使該半導體薄膜結晶，其中 最好是在形成條狀的反射薄膜及抗反射薄膜之前，先使矽 晶粒在一基板表面上橫向生長。在第2實施例中，係預先 執行半導體薄膜的此種結晶，因而在第一雷射光照射步騾 之後’用來作為在其上並未形成反射薄膜及抗反射薄膜的 該第二區中橫向生長的晶體的晶種之晶核的直徑會變得 較大。因此，如果形成一 T F T時係沿著垂直於晶粒生長方 向的一方向形成該T F T的通道，則延伸越過該通道的晶粒 邊界或減小，因而將改善該TFT的特性。在本說明書中， ”通道方向，，意指場效電晶體中之載子自源極流至沒極或 自沒極流至源極所遵循的方向。另一方面，如果係‘著晶 粒的生長方向而形成該通道，則通道區中之載子遷移率將 -38- 589667
(34) 如同第1實施例而增加，且該通道延件越過一晶粒邊界的 頻度將減少。因此，增加了 TFT的製造良率° 在後文中，將參照各圖式而說明一些特定的例子’以便 解說一種用來製造第2實施例的晶態半導體薄膜之方法。 (例子1) 圖8是一種用來製造例子1的一半導體薄膜的方法之— 橫斷面圖。 在圖8(a)所示的第一步騾中，利用一電漿CVD法形成— 層二氧化矽薄膜22,作為一基部覆蓋薄膜，以便在一玫璃 鲁 基板（Corning I737) 21之上具有300奈米的一厚度。 然後利用一電漿CVD法形成一非晶矽薄膜23，以便在二 氧化矽薄膜22之上具有45奈米的一厚度。 然後使用一内含600°C氮氣的電熱爐，對所形成的結構 進行2 4小時的加熱處理，使整個非晶石夕薄膜2 3結晶，以/ Λ ^[更 得到一結晶矽薄膜24。 和儿尽薄膜^5，作為 然後利用一電漿CVD法形成 一抗反射薄膜，以便在結晶矽薄膜24之上具有5 3奈米的 厚度。然後以濺鍍法形成一鋁薄膜26，作為一反射薄膜， 以便在二氧化碎薄膜25之上具有300奈米的一厚度。 使二氧化矽薄膜25及鋁薄膜26產生圖8(b)所示的— 狀圖樣’其中每-條帶的寬度為2微米，1各相鄰·、 之間隔為2.5微米。更具體而言，係首先以使用氯化爛心 的乾式蚀刻法在鋁薄膜（反射薄膜）26中 3) 、、★ i 屋生圖樣’然後：ill 用孩產生圖樣的鋁薄膜26作為一 攻利 找•畝層，以便利用5 -39- 589667
(35) 的氫氟酸（HF)將二氧化矽薄膜（抗反射薄膜）25蝕刻成一 所需的圖樣。 在產生二氧化矽薄膜2 5及鋁薄膜2 6的圖樣之後，即對所‘ 形成的結構執行該第一雷射光照射步騾，使得在以雷射光” 照射的泫第二區中，結晶矽薄膜2 4熔化且重新結晶。所使、 用的雷射光是波長為3 08奈米的氯化氙（XeC1)雷射。此 外’適當地調整該雷射光的能量密度，使結晶矽薄膜24 的孩第二區中之結晶矽完全熔化。在例子1中，該雷射光 的能量密度是420 mJ/cm2。 …/丁 ％刀口 ο暇j挪則评取工層中之 銘薄膜（反射薄膜）26。 行薄膜24的整個表面之上的所得到結構執 光照：：：：：照射步驟。▲例子1中’用於該第二雷射 在第一驟中的雷射光的能量密度是320 mJ/cm2。 〇 8 # 1及第二雷射光照射步驟中，雷射光的光束尺寸是 U笔米X100毫來•舌、，玄， 寸疋 作A」、 木，重複率（或振盪頻率）是5〇赫（HZ);且工 作。進給速度是40毫米/秒。 然後利用^ 。 卜产
Wt/°的氫氟酸（HF)蝕刻掉二氧化矽薄膜（抗 久射薄膜）25。 圖 12 Β φ 疋以掃描式電子顯微鏡（S E Μ)觀測的以上逑該等 歹'驟形成的_ 、 寸到的複晶碎薄膜的結晶狀態之一平視 圖。請參蘭固4 圖1 2 ’晶體係沿著基板表面而橫向生長。沿 生長方向的n曰私、E 、 ^ 9 &足長度大約為2·2微米，且沿著垂直於該 王長方向的_、 万向的晶粒之尺寸（寬度）平均大約為1 ·3微 -40- 589667 (36)
米。 以此種方式製造的例子1之複晶矽薄膜係用來製造一 n 型的T F T ’其中係將該複晶石夕用來作為該τ f T的一通道· 區。在形成一通道而使通道方向垂直於晶粒生長方向之情， 形中，該TFT的特性（亦即載子遷移率）是2〇〇 cm2/Vs。在形、 成一通道而使通道方向與晶粒生長方向相同之情形中，該 TFT的特性（亦即載子遷移率）是35〇 cm2/vs。 (例子2) 圖9是一種用來製造例子2的一半導體薄膜的方法之一 橫斷面圖。 在圖9(a)所示的第一步騾中，利用一電漿cvd法形成一 層二氧化矽薄膜22,作為一基部覆蓋薄膜，以便在一玻璃 基板（Coming 1737) 2 1之上具有3〇〇奈米的一厚度。 然後利用一電漿CVD法形成一非晶矽薄膜23，以便在二 氧化碎薄膜22之上具有45奈米的一厚度。
然後以波長為3 08奈米的氯化氙（XeCi)雷射照射非晶矽 薄膜23，使整個非晶矽薄膜23結晶，以便得到一結晶矽薄 膜24。該氯化氙（XeC1)雷射光的能量密度是42〇 。 然後利用一電漿CVD法形成一層二氧化矽薄膜Μ，作 一抗反射薄膜，以便在結晶矽薄膜24之上具有Η奈米的 厚度。然後以濺鍍法形成一鋁薄膜26，作為一反射薄膜 以便在二氧化矽薄膜25之上具有300奈米的一厚度。 使二氧化矽薄膜25及鋁薄膜26產生圖9(b)所示的一 狀圖樣’其中每—條帶的寬度為2微米，且各相:條帶 -41- (37)589667
之間隔為2·5微米。更且濟品士 ，、月江而呂，如首先以使用氯化硼（BC13) 的乾式钱刻法在|呂薄膜k 墙睹、 丹膜（反射薄膜）26中產生圖樣，然後利 用該產生圖樣的銘薄膜26作為—掩蔽看，以便利用5 wt% . 的氫氟酸（HF)將二氧化矽薄膜（抗反射薄膜）”蝕刻成一 · 所需的圖樣。 ^ 在產生二氧化矽薄膜25及鋁薄膜26的圖樣之後，即對所 形成的結構執行該第一雷射光照射步驟，使得在以雷射光 照射的該第二區中，結晶矽薄膜24熔化且重新結晶。所使 用的田射光是波長為308奈米的氯化氙（XeC1)雷射。此 外，適當地調整該雷射光的能量密度，使結晶矽薄膜Μ 的孩第二區中之結晶矽完全熔化。在例子2中，該雷射光 的能量密度是450 mJ/cm2。 然後利用一 SLA蝕刻劑（磷酸加乙酸）蝕刻掉最上層中之 鋁薄膜（反射薄膜）26。 然j對結晶矽薄膜24的整個表面之上的所得到結構執
行第 田射光照射步驟。在例子2中，用於該第二雷射 光照射步驟φ ^ 田 甲的雷射光的能量密度是320 mJ/cm2。 第 一 及第二雷射光照射步驟中，雷射光的光束尺寸是 0.8毫米xl〇〇古 笔米；重複率（或振盪頻率）是50赫（Hz);且工 作台進給速度是40毫米/秒。 然後利用 < 广 5 Wt%的氫氟鉍（HF)蝕刻掉二氧化矽薄膜（抗 反射薄膜）25。 几 使用掃插式電子顯微鏡（SEM)觀測經由上述該等步驟 ^ 、知到的複晶碎薄膜的結晶狀態。對於例子2的複 -42- 589667 (38) 晶矽薄膜而言，得到與圖1 2所示例子1的那些結果大致相 同的結果。在例子2，晶體也沿著基板表面橫向生長。沿 著生長方向的晶粒之長度大約為2.2微米，且沿著垂直於 * 該生長方向的，方向的晶粒之尺寸（寬度）平均大約為L4 / 微米。 - 以此種方式製造的例子2之複晶矽薄膜係用來製造一 n 型的TFT，其中係將該複晶矽用來作為該TFT的一通道 區。在形成一通道而使通道方向平行於晶粒生長方向之情 φ 形中，該TFT的特性（亦載子遷移率）是350 cm2/Vs。 (例子3) 圖1 0是一種用來製造例子3的半導體薄膜的方法之一橫 斷面圖。 在圖10(a)所示的第一步驟中，利用一電漿CVD法形成 一層二氧化矽薄膜22,作為一基部覆蓋薄膜，以便在一玻 璃基板（Corning 173 7) 21之上具有300奈米的一厚度。 然後利用一電漿C V D法形成一非晶碎薄膜2 3，以便在二 氧化矽薄膜22之上具有45奈米的一厚度。 籲 然後使用一内含500°C氮氣的電熱爐，對所形成的結構 進行1小時的加熱處理，使非晶矽薄膜2 3脫氫。 然後利用一電漿CVD法形成一層二氧化矽薄膜25,作為· 〜抗反射薄膜，以便在非晶矽薄膜23之上具有5 3奈米的一* 厚度。然後以濺鍍法形成一鋁薄膜2 6，作為一反射薄膜，· 以便在二氧化矽薄膜25之上具有300奈米的一厚度。 使二氧化矽薄膜25及鋁薄膜26產生圖10(b)所示的一條 -43- ^89667
(39) 狀圖樣，其中每一條帶的寬度為2微米，且各相鄭條帶間 之間隔為2.5微米。更具體而吕’係首先以使用氯化棚（bciq 的乾式蝕刻法在鋁薄膜（反射薄膜）2 6中產生圖樣，然後利 用讀產生圖樣的铭薄膜2 6作為一掩蔽層，以便利用5 w 10/ 的氧氟酸（H F )將一乳化碎薄膜（抗反射薄膜）2 5姓刻成〜k 所需的圖樣。 ， 然後使用一内含600°C氮氣的電熱爐，對所形成的結構 進行24小時的加熱處理，使整個非晶矽薄膜23結晶，以便 得到一結晶矽薄膜2 4。 1 然後對所形成的結構執行該第一雷射光照射步騾，使得 在以雷射光照射的該第二區中，結晶矽薄膜24炫化且重^ 結晶。所使用的雷射光是波長為3 08奈米的氯化氙 雷射。此外，適當地碉整該雷射光的能量密度，使結晶石 薄膜24的該第二區中之結晶矽完全熔化。在例子3中^ $ 雷射光的能量密度是420 mj/cm2。 ~ 然後利用一 S L A姓刻劑（蹯齡士 么 〜d 馱加乙酸）蝕刻掉最上層中、 銘薄膜（反射涛膜）2 6。 鲁 然後對結晶石夕薄膜2 4的整個矣a、 , . ]登個表面之上的所得到結構 行該第二雷射光照射步驟。 ^ 耵艾驟。在例子3中，用於該第二雷 光照射步騾中的雷射光的合匕窃—、^ 7尤的北夏密度是320 mj/cm2。 在第一及第二雷射朵昭1 尤…、射步騾中，雷射光的光束尺寸〇 0.8¾米χ1〇〇Φ米；重複車吃 里稷+ (或振盪頻率）是50赫（Ηζ);且 作台進給速度是40亳米/秒。 1 然後利用5 wt%的氣氣 氧貺I (HF)蝕刻掉二氧化矽薄膜（抗 -44- 589667 (40) 發魏砷買 反射薄膜）2 5。 使用掃描式電子顯微鏡（S E Μ)觀測經由上述該等步騾 形成的該得到的複晶矽薄膜的結晶狀態。對於例子3的複、 晶石夕薄膜而Τ ’得到與圖1 2所示例子1的那些結果大致相* 同的結果。在例子3，晶體也沿著基板表面橫向生長。沿· 著生長方向的晶粒之長度大約為2·2微米，且沿著垂直於 該生長方向的一方向的晶粒之尺寸（寬度）平均大約為i 4 微米。 以此種方式製造的例子3之複晶矽薄膜係用來製造一 n · 型的T F T ’其中係將該複晶矽用來作為該τ ρ τ的一通道 區。在形成一通道而使通道方向垂直於晶粒生長方向之情 形中’該TFT的特性（亦即載子遷移率）是2〇〇 cm2/Vs。在形 成一通道而使通道方向與晶粒生長方向相同之情形中，該 TFT的特性（亦即載子遷移率）是35〇 cm2/Vs。 (例子4) 圖1 1是一種用來製造例子4的半導體薄膜的方法之一橫 斷面圖，其中在該第一雷射光照射步騾之前並不執行一非_ 晶矽薄膜之結晶。 在圖11(a)所示的第一步騾中，利用一電漿cvd法形成 一層二氧化矽薄膜22,作為一基部覆蓋薄膜，以便在一玻· 璃基板（Coming 1737) 2 1之上具有3〇〇奈米的一厚度。 · 然後利用一電漿CVD法形成一非晶矽薄膜23，以便在二^ 氧化矽薄膜22之上具有45奈米的一厚度。 然後使用一内含500°C氮氣的電熱爐，對所形成的結構 -45 - (41) 進行1小時的加熱處理，使非晶矽薄膜门脫氫。 然後利^ —電漿CVD法形成一層二氧化矽薄膜25，作為 一抗反射溥膜，以便在非晶矽薄膜23之上具有Η奈米的一’ 厚度。然後以職鍍法形成一鋁薄膜26，作為一反射薄膜，: 以便在二氧化矽薄膜25之上具有3〇〇奈米的一厚度。 ^ 使〆氧化矽薄膜25及鋁薄膜26產生圖11(b)所示的一條 狀圖樣”中每一條f的覓度為2微米，且各相鄰條帶間 〈間隔為2微米。更具體而了 ’係首先以使用氯化硼(犯3) 的乾式蝕刻法在鋁薄膜（反射薄膜）26中產生圖樣，然後利 用該產生圖樣的銘薄膜26作為—掩蔽層，以便利用5㈣ 的氫氣酸（HF)將二氧化石夕薄膜（抗反射冑膜）㈣刻成一 所需的圖樣。 在產生二氧化矽薄膜25及鋁薄膜26的圖樣之後，對所形 成的結構執仃孩第一雷射光照射步驟，使得在以雷射光照 射的該第二區中’非晶石夕薄膜23的非晶石夕溶化且結晶。所 使用的田射光疋波長為308奈米的氯化氙（XeC1)雷射。此 外，適當地調整該雷射光的能量密度，使非晶矽薄膜23 、.忒第區中之非日曰石夕元全溶化。在例子4中，該雷射光 的能量密度是420 mj/cm2。 然後利用一 SLA蝕刻劑（磷酸加乙酸）蝕刻掉最上層中之 銘薄膜（反射薄膜）26。 · > ^ 2對非晶秒薄膜23的整個表面之上的所得到結構執" :=第〜雷射光照射步驟。在例子4中，用於該第二雷射 一 步驟中的雷射光的能量密度是320 mJ/cm2。 589667
(42) 在第一及第二雷射光照射步騾中，雷射光的光束尺寸是 〇·8晕米X100毫米；重複率（或振盪頻率）是50赫（Hz);且工 作台進給速度是40毫米/秒。 · 然後利用5 wt%的氫氟酸（HF)蝕刻掉二氧化矽薄膜（抗 ， 反射薄膜）2 5。 圖1 3是使用掃描式電子顯微鏡（S E Μ)觀測的經由上述 該等步騾形成的一得到的複晶矽薄膜的結晶狀態。 请參閱圖1 3，晶體係沿著基板表面而橫向生長。沿著生 長方向的晶粒之長度大約為2微米，且沿著垂直於該生長 方向的一方向的晶粒之尺寸（寬度）平均大約為〇 3微米。 以此種方式製造的例子4之複晶矽薄膜係用來製造一 η 型的T F Τ，其中係將該複晶矽用來作為該τ F Τ的一通道 區。在形成一通道而使通道方向垂直於晶粒生長方向之情 形中，該TFT的特性（亦即載子遷移率）是10〇 cm2/Vs。在形 成一通道而使通道方向與晶粒生長方向相同之情形中，該 TFT的特性（亦即載子遷移率）是3〇〇 cm2/Vs。 自前文可知，例子1-3與例子4間之差異如下文所述。 丨 .(1)自圖12及13可看出，在使用例子i_3中的一個例子的 方法之情形中，與使用例子4的方法之情形比較時，垂直 於晶粒生長方向的晶粒尺寸（寬度）是較長的。 (2) 在使用例子1-3中的一個例子之方法製造一 TFT且 形成通道時使通道方向垂直於晶粒生長方向之情形中，該 TFT的特性比使用例子4的方法之情形的TFT特性增強了。 (3) 在使用例子1-3中的一個例子之方法製造一 TFT且 -47- 589667
(43) 形成通道時使通道方向與晶粒生長方向相同之情形中，該 TFT的特性與使用例子4的方法之情形的TFT特性大致相 同。然而，當使用例子1 - 3中的一個例子之方法時，垂直 · 於晶粒生長方向的晶粒尺寸（寬度）比使用例子4的方法之 ， 情形的晶粒尺寸稍大，因而減少了通道延伸越過一晶粒邊 . 界的頻度。因此，提高了 TFT的製造良率。 (第3實施例） 係根據與前文所述用來製造第1及第2實施例的晶態半 導體薄膜大致相同的步騾來製造根據本發明第3實施例的 晶態半導體薄膜，但不同之處在於··係在一非晶半導體薄 膜之上提供一以具有一預定厚度的單一材料所構成且具 有一條狀圖樣之覆蓋薄膜，並以具有不同波長的兩種類型 的雷射光照射其上設有該覆蓋薄膜的該非晶半導體薄 膜。決定該覆蓋薄膜的厚度，使得該覆蓋薄膜可對具有不 同波長的這兩類雷射光分別用來作為一防熱薄膜及一抗 反射薄膜。因此，在第3實施例中，必須適當地決定該覆 蓋薄膜的厚度、及這兩類雷射光的波長。 < .在後文中，將詳細說明在第3實施例的晶態半導體薄膜 的一製造方法中所用的這兩類雷射光之波長、以及對該覆 蓋薄膜的厚度之決定。在下文的說明中，係將一矽薄膜用 . 來作為一半導體薄膜。 在以雷射光照射在該非晶矽薄膜之上形成一條狀圖樣_ 的該覆蓋層之一步騾中，當滿足下式（2)時該覆蓋薄膜的 反射係數是最大的： -48 - 589667
(44) d = λ · 2k/4n ...(2), 其中d =覆蓋薄膜的厚度； 乂 =雷射光波長； η =覆蓋薄膜的折射率；以及 ‘ k = 0,1,2,... 當在（2)式的條件下照射該雷射光時，因該覆蓋薄膜的 存在而避免了在該覆蓋薄膜之下的非晶矽之溫度增加（雷 射光照射可能會造成溫度的增加）。因此，在該覆蓋薄膜 春 之下的非晶矽薄膜不會被加熱，因而不會因該雷射光的照 射而熔化，而在其上並未設有該覆蓋薄膜的非晶矽薄膜會 被加熱，因而會因該雷射光的照射而熔化，然後會結晶。 亦即，在此種情形中，該覆蓋薄膜係用來作為一防熱薄膜。 另一方面，當滿足下式（3 )時該覆蓋薄膜的反射係數是 最小的： d = Γ · (2k’+l)/4n ...(3), 其中d =覆蓋薄膜的厚度； 1 =雷射光波長（义）； η =覆蓋薄膜的折射率；以及 k'= 0,1,2,... 當在（3 )式的條件下照射該雷射光時，該覆蓋薄膜的反 、 射係數比並未設有該覆蓋薄膜的一區域之反射係數低，因 而在該覆蓋薄膜之下的非晶矽薄膜的一部分中加速了因 雷射光照射而造成的溫度增加。因此，在該覆蓋薄膜之下 -49- (45)589667
❾1塔化，然後結 曰曰 ，而在其上並未設有該覆蓋薄膜的 、、 丹膜的非晶矽薄膜中，非晶 珍的溫度比設有该覆盖薄膜的一 ρ祕、 ]E域又溫度並未增加，因 而該部分中的#晶碎薄膜保持未熔化 、 一 又狀毖。亦即，該覆 盖薄膜係用來作為一抗反射薄膜。 在第3實施例中，如前文所述，嗜# I令一 ^ S覆盍薄膜係對具有不 同波長的這兩類雷射光分別用來作為一 p万熟潯膜及一抗 反射薄膜。因此，該覆蓋薄膜的厚度u v )在上迷兩種情形 中是相同的，亦即，（2)式的右端等於 式的右端，可以 下式（4)來表示： I λ =2k/(2k+l) ... (4), 係將這兩類雷射光λ和；r的波長設定成滿足（4)气 將該雷射光的該等波長設定成大致上滿 要 j v )武，則當以 波長為>ι的雷射光照射該覆蓋薄膜時，展卢 序度為d的該覆芸 薄膜係用來作為一防熱薄膜；而當以波長 ^ 衣為A的雷射光厗 射該覆蓋薄膜時，厚度為d的該覆蓋薄膜係用來 … 反射薄膜。 作為一抗 當該覆蓋薄膜係用來作為一抗反射薄膜時， τ 邊覆蓋薄膜 的反射係數最好是比矽薄膜中並未覆蓋有該覆蓄 八、_ , 溥膜的 一部刀又反射係數低20%或更多。在此種配 ，七療言立 ‘ 覆蓋有 孩覆風溥腠的一些區域與並未覆蓋有該 萨姑夕盗& 伐歲尋腹的其他 " 田發生了由雷射光照射所提供的熱能之#田 此，4覆盖薄膜足以用來作為一抗反射薄膜。 圖14是用來作為覆蓋薄膜的—氧化♦薄膜42)的厚 -50- 589667
(46) 度與反射係數間之關係圖。在圖〗4之圖形中，係利用一鐘 禮呂石插石（YAG)雷射來提供波長為532奈米的雷射光；係 利用一氯化氙（XeCl)準分子雷射來提供波長為3〇8奈米的 雷射光，·係利用一氟化氪（KrF)準分子雷射來提供波長為 248奈米的雷射光。 現在考慮使用氟化氪（KrF)準分子雷射來產生波長 的田射光’而孩雷射光可讓由氧化矽薄膜構成的該覆蓋薄 膜用來作為一防熱薄膜，並使用氯化氙（XeCl)準分子雷射 來產生波長為A，的雷射光，而該雷射光可讓該覆蓋薄膜用 來作為一抗反射薄膜。由圖14之圖形可看出，當該覆蓋薄 膜^厚度（d)约為155奈米時，該覆蓋薄膜對氟化氪 '子田射光的反射係數為5 6 %，亦即接近最大值。在此 種情形中，該覆蓋薄膜適於用來作為一防熱薄膜。在此同 、、， 圖14所不，該覆盖薄膜對氯化氙（XeCl)準分子雷射 :$反射係數是3 1% ’亦即接近最小值。該反射係數比其 it並Γ設。有氧化Ή膜（覆蓋薄膜）的—區域之反射係數 ⑺Λ °因此，1κ覆蓋薄膜適於用來作為-抗反射薄 A/;^將k些值放入（4)式中進行確認，（4)式的左端是 k，* 12且（4)式的右端是2^(21+1)=13(以2(卜2)取代 度為ι^ΓΓ1)取代k’），因而幾乎滿足了⑷式。因此，厚 子泰、米的虱化矽溥膜係用來作為氟化氪(KrF)準分 亍由射光的—jj士為後g替 子· …·，且係用來作為氯化氙（XeCl)準分 亍由射光的一抗反射薄膜。 …一本發明並不限於上述厚度為155奈米的氧化矽 •51 - (47)589667
薄膜及上述雷射光的例子。根據本發明，可將不同於氧化 矽薄膜的其他類型的薄膜用來作為覆蓋薄膜，且可採用雷 射光的各種組合，只要根據所使用雷射光的波長而將該= 蓋薄膜的厚度设定為一最隹厚度即可。 同時用來作為防熱薄膜及抗反射薄膜的該覆蓋薄膜之 厚度以及所使用兩類雷射光的波長之其他例示組合係示 於下表1。根據本發明’可將氮化矽薄膜用來作為該覆： 薄膜。此夕卜，該覆蓋薄膜的厚度或多或少地偏離表丄所: 之該等值，只要該覆蓋薄膜足以同時用來作為防熱薄膜及 抗反射薄膜即可。
波長3 〇 8奈米 波長248奈米 波長以2奈米 .....^ , 然後無全 ,平刀子雷： 例 /、、圖15及16而詳細說明-種根據本發明第 ---------------- 她例的晶熊本适-> 4 +導體薄膜之製造方法
•52· 3 (48) 在罘一步騾中，在非晶絕緣基板3 1的整 〜非晶矽薄臌” 士 ·-個表面之上形成 厚腠〇 2。在該非晶矽薄膜3 2的 與1〇〇夺光> μ ^度係介於30奈米 义間的情形中，可以較佳之方 炊銘—」ι_ 、表造一^FT。 …、 非晶矽薄膜32之上形成一層氧 · 謗氧化矽苗_ 虱化矽薄膜33，並使一 淳腠33產生一條狀圖樣。在第 · 矽薄膜Μ目士 不她例中，氧化 膜3具有155奈米的一厚度，且係 ^ ^ ^ 對各預足的雷射 先波長而同時用來作為一抗反射薄膜及防熱薄膜。 然後在使氧化矽薄膜33產生一條狀圖樣之後，循序以具 有不同波長的兩類雷射光照射所形成的結構（第一及第二 Η射光照射步驟）。以一光束均質機使每—雷射光均勻， 然後將該雷射光整形，以便具有一長方形的聚束光點。 在該第一雷射光照射步驟中，使用可放射波長為2 4 S奈 米的雷射光之氟化氪（KrF)準分子雷射。係將該氟化氪 (KrF)準分子雷射的能量密度設定成··使在非晶珍薄膜32 之上並未設有氧化矽薄膜3 3的各部分（亦即各部分3 2b)完 全溶化，而在非晶矽薄膜3 2之上設有氧化矽薄膜3 3的其他 部分（亦即各部分32 a)並未完全熔化。藉由氟化乳（Ki*F)準籲 分子雷射光的照射，非晶矽薄膜3 2之上並未設有氧化矽薄 膜33的該等部分（部分32b)因雷射光照射所造成的溫度上 升而完全炫化，·而非晶矽薄膜3 2之上設有氧化矽薄膜3 3 · 的該等部分（部分3 2a)則並未完全熔化（雖然有部分地熔-化），這是因為氧化矽薄膜33係用來作為一防熱薄膜，因、 而與非晶秒薄膜32之上並未設有氧化矽薄膜33的該等部 分相比時’避免了因雷射光照射而造成的溫度上升。由於 -53 - 589667
(49) 該雷射光的照射，所以在完全熔化的區域（部分3 2b)中， 矽晶體係以該部分溶化的區域中出現的晶核為基礎，而開 始沿著圖1 7中箭頭所示之方向，自該完全熔化的區域之縱 向端面朝向該完全、熔化的區域的中央部分而橫向生長。在 該完全溶化的區域中，沿著圖1 7中箭頭所示之該等相反方 甸而橫向生長的晶粒在該完全溶化的區域之大致橫向中 心處相互接觸，因而沿著該橫向中心而均勻地形成了一晶 粒邊界。所形成的晶粒邊界被晶粒填滿’使該等晶粒相互 接觸，而未留下間隙。 然後對所形成的結構執行該第二雷射光照射步驟。在該 第二雷射光照射步騾中，使用了發射波長為308奈米的雷 射光之氯化氤（XeCl)準分子雷射。係將氯化氙（XeC1)準分 子雷射光的能量密度設定成：使矽薄膜32之上設有氧化矽 薄膜3 3的該等部分（亦即部分3 2幻芫全熔化，並使矽薄膜 32之上並未設有氧化矽薄腺33的其他部分（亦即部分32a) 並未完全熔化。藉由以氯化氙（XeC1)準分子雷射光照射， 矽薄膜32之上設有氧化矽薄膜33的該等部分（亦即部分 32 a)完全熔化，這是因為避免了氧化矽薄膜33的表面上對 該雷射光的反射，因而在氧化矽薄膜33之下的區域（亦即 部分32a)之溫度比其上旅未設有氧化矽薄膜33的部分（亦 即部分32b)之溫度易於上升。另一方面，在矽薄膜32之上 並未設有氧化碎薄膜W的其他部分（部分32b)中，對氯化 說（xeC1)準分子雷射光的反射大於氧化矽薄膜33表面對 該雷射光的反射。因此，在這些區域中，溫度的上升受到 -54- 589667
(50) 抑制，因而矽薄膜32並未完全熔化（雖然有部分地溶化）。 由於雷射光的照射’所以在該完全熔化的區域中，_晶冑 以該部分熔化的區域中出現的晶核為基堤，沿著圖i 8中箭 頭所示的方向，而開始自該完全熔化的區域之縱向端面朝 向該完全熔化的區域之中央部分橫向生長。在該完全、溶化 的區域中，沿著圖1 8中箭頭所示的該等相反方向橫向生長 的該等晶粒係在該完全熔化的區域之大钤與a 士 ^ 、从懷问甲心處相 互接觸’因而沿著该橫向中心而均句地來成了 一曰* 7J 一 3日粒邊 界。所形成的晶粒邊界被晶粒填滿，因而該等晶粒係相互 接觸，並未留下間隙。 ，U 〜“r、％ 歹 驟中施加氟化氪（KrF)準分子雷射光，且同時使用_層氧 化石夕薄膜作為一防熱薄膜，使秒薄膜之上並未設有該氧化 石夕薄膜的部分結晶；然後在該第二雷射光照射步騾中施加 氣化故（XeC1)準分子雷射光’且同時使用該氧化矽薄膜作 抗反射薄膜，使碎薄膜之上設有該氧化發薄膜的部分 結晶。然而，根據本發明，縱使在該第一雷射光照射步驟 中施加氯化氣（XeCl)準分子雷射光，然後在該第二雷射光 賤射步騾中施加氟化氪（Ki*F)準分子雷射光，也會得到大 I相同的結晶。 然後將說明一種以具有不同波長的兩類雷射光束照射 非晶秒薄膜之方法。 在一第一方法中，係在兩個步騾中執行雷射光的照射。 更具體而言，係在一碎薄膜的整個表面之上執行一第一泰 〇5- 589667
(51) 射光照射步騾，然後以波長係不同於該第一雷射光照射步 驟中所用波長之雷射光，在該石夕薄膜的整個表面之上執行 一第二雷射光照射步騾。可以用最簡單的結晶裝置結構 (與將於後文中說明的第二方法及第三方法比較時）完成 該方法，但是因為有兩個雷射光照射步騾，所以必須以雷 射光掃描矽薄膜的整個表面兩次。因此，結晶需要較長的 時間。 在該第二方法中，係在一非晶矽薄膜之上同時施加兩種 雷射光。圖19示出該第二方法的同時施加兩種雷射光束。 例如，在該第二方法所用的一雷射光照射系統中，係沿著 在其上使該非晶矽薄膜結晶的一基板40的一掃描方向，以 並排之方式提供用來在該非晶矽薄膜之上施加雷射光的 兩個光學單元4 1。係經由一光學鏡面或類似的裝置自一第 一雷射振盪裝置（圖中未示出）將具有一第一波長的第一 雷射光供應到對應的光學單元4 1，而係經由另一光學鏡面 或類似的裝置自一第二雷射振盪裝置（圖中未示出）將具 有一第二波長的第二雷射光供應到另一光學單元41。該等 光學單元41將該第一及第二雷射光整形，並在該非晶矽薄 膜上施加該經過整形的雷射光，使得在該基板40之上形成 沿著垂直於基板40的掃描方向之一方向而延長的雷射聚 束光點42 a及42b。在該第二方法中，可以一單一掃描作業 使該整個表面之上的該非晶矽薄膜結晶，因而可減少結晶 所用的時間。 在該第三方法中，係使用諸如一光束均質機或類似的裝 -56- (52)洲667
置等的一早一之来晏玄^、、 一 、 #、、、死又替地施加具有不同波長的兩 種雷射光。當所施加的雷 田射先疋脈衝雷射光時，該方法是 有效的。如圖20所示，第_ 〃 一 及弟一⑽射裝置在不同的時序 下發射相同頻率的脈衝波， 皮使侍弟一及第二雷射光束在交 替的時序下交替地施加 J邊非日日碎薄膜上。在該第三方法 中，可以如同該第二方法 抑 、、 勺一早一知描作業使該整個表面 之上的該非晶石夕薄膜結 曰 因而那可減少結晶所用的時 間。
可經由一種習知的T j? τ遍$ i法 万法’而將本發明的上述方 法所製造的半導體薄膜 γ J术I k 1 FT。在利用第3實施合, 的結晶方法製造的车屢触 〜 導to薄膜所製造的一 T F τ中’沿 TFT的一通道區中之、 <日日粒生長万向，可獲致一較高的 遷移率。因此，在相π # 耳 同的基板上形成各TFT時使該等TF- 的通道方向相互垂直士抹^ ^ 險形中，使在每一 TFT區中為了_ 一碎薄膜結晶而在兮石々法 在及矽薄膜上形成的一覆蓋薄膜產生一 條狀圖樣，使各條帶平杆 丁於3 TFT區中將要形成的〜tf，
之一通道方向，因而在且右丁門 、、，、 你丹有不同通迢万向的每一形成之 TFT中，可獲致較高的載子遷移率。 (第4實施例）
圖2 1是一種用來以根據本發明第4實施例的晶態半導體 薄膜製造方法而形成非晶矽薄膜的方法之一橫斷面圖。在 第一步騾中，利用一 p-CVD法在由Corning 1了37構成的一玻 璃基板105之上形成一層二氧化矽薄膜，作為一基部覆蓋 薄膜106，以便具有3〇〇奈米的一厚度。然後利用一 p_CVD -57- 589667 (53) 發雜鎳_讀買 法在該基部覆蓋薄膜106之上形成一非晶矽薄膜102,以便 具有45奈米的一厚度。在玻璃基板105上形成了非晶矽薄 膜102及基部覆蓋薄膜106之後，在一内含500°C氮氣的電‘ 熱爐中，將所形成的結構加熱1小時，使非晶矽薄膜1 〇 2 : 脫氫。 圖22是該晶態半導體薄膜形成方法中形成一加熱/冷卻 抑制薄膜的一步騾之橫斷面圖。圖2 3是圖2 2所示結構的一 透視圖。在使非晶矽薄膜102脫氫之後，以一 P-CVD法在 鲁 該非晶矽薄膜102之上形成一層氧化矽薄膜。然後利用5 wt%的氫氟酸（HF)進行蝕刻，使非晶矽薄膜102之上形成 的該氧化矽薄膜產生一條狀圖樣，以便得到複數個加熱/ 冷卻抑制薄膜1 0 1，使得係在2微米的間隔下配置各條帶， 且每一條帶具有2微米的一寬度。 在本文中，係將非晶矽薄膜1 0 2中被該加熱/冷卻抑制薄 膜101覆蓋的一部分稱為”覆蓋區非晶矽薄膜103”，並將非 晶矽薄膜1 〇2中並未被該加熱/冷卻抑制薄膜1 ο 1覆蓋的一 ® 部分稱為’’裸露區非晶矽薄膜1 04 ”。 圖24是加熱/冷卻抑制薄膜1 0 1的厚度與完全熔化覆蓋 區的能量間之一關係圖。水平軸代表在非晶矽薄膜1 0 2之 · 上形成的加熱/冷卻抑制薄膜1 0 1之厚度，而垂直釉代表完 -全熔化被加熱/冷卻抑制薄膜（氧化矽薄膜）1 0 1覆蓋的覆 蓋區非晶矽薄膜1 03所需之雷射能量（後文中將其稱為”完 全熔化覆蓋區之能量”。 -58- 589667 (54) 加熱/冷卻抑制薄膜l 〇 1之反射係數隨著該薄膜的厚度 而改變。因此，自到達覆蓋區非晶梦薄膜10 3的雷射光所 得到的能量係隨著加熱/冷卻抑制薄膜1 〇 1的厚度而改， 變。因此，完全熔化覆蓋區之能量係隨著加熱7冷卻抑制： 薄膜1 0 1之厚度而改變。加熱/冷卻抑制薄膜101的反射係ν 數之變化係反映在該完全溶化覆蓋區之能量’因此，係以 圖24所示的一餘弦曲線之方式表示該完全溶化覆蓋區之 能量隨著加熱/冷卻抑制薄膜1 0 1的厚度而變之情形。 丨 在以諸如氧化珍薄膜等具有較大熱容量的一材料構成 該加熱/冷卻抑制薄膜1 〇 1之情形中，當加熱/冷卻抑制薄 膜1 Ο 1的厚度增加時，加熱/冷卻抑制薄膜1 〇 1所吸收的能 量及耗用於提高加熱/冷卻抑制薄膜1 〇 1溫度的能量都增 加。圖24之餘弦曲線代表了此種特性，其中該能量係隨著 加熱/冷卻抑制薄膜101厚度的增加，而以一種餘弦曲線變 化之方式增加。如圖24所示’在該加熱/冷卻抑制薄膜ι〇ι 的某些區域中，完全熔化覆蓋區之能量超過了完全熔化裸 露區非晶矽薄膜104所需的雷射能量（後文中將其稱為"完 全溶化裸露區之能量”。 ’ 條過…化裸露區… —)/其： = 膜：1之厚度d等於或大於 熱/冷卻抑制 1^射光的波長’且η代表加 制薄膜1 0 1的折射率。 在非晶移落松 % 具有之— 21上形成的加熱/冷卻抑制薄膜101所 度使得完全熔化覆蓋區之能量大於完全熔化 -59- 589667
(55) 裸露區之能量，例如，該厚度大約為2 Ο 3奈米。在我們使 覆蓋區非晶矽薄膜103被厚度約為203奈米的加熱/冷卻抑 制薄膜10 1覆蓋之實驗中，利用氯化氣（XeCl)雷射完全熔 化覆蓋區非晶石夕薄膜1 03所需的能量大約為550 mJ/cm2。利 用氯化氙（XeCl)雷射完全溶化裸露區非晶矽薄膜1 04所需 的能量大約為440 mJ/cm2。 圖25是一第一雷射光照射步騾之一橫斷面圖。在該步騾 中，一氯化氙（XeCl)雷射裝置自形成加熱/冷卻抑制薄膜 的一端，在非晶碎薄膜102之上發射波長為308奈米且 肯匕量密度為590 mJ/cm2的第一雷射光107，該能量密度係大 λ 士今溶化覆蓋區之能量550 mJ/cm2。該雷射光1 07的光束 於元玉 1 θ 〇5毫米χ10〇毫米；重複率是8〇赫（Hz);且工作台 尺寸疋· 、古斧是4 0毫米/秒。 進給遠度 ” JL有大於完全溶化覆蓋區之能量的一能量之雷射 當 ΚΛ 、，1〇7執行照射時，被加熱/冷卻抑制薄膜101覆蓋的覆蓋 ^曰矽薄膜103及並未被加熱/冷卻抑制薄膜1 〇 1覆蓋的 彥# 0曰π <北晶矽薄膜104都完全熔化。 裸露區π 圖26是，覆蓋區結晶步驟之一透視圖。圖27是圖26所示 視圖。請參閱圖25、26、及27，因為係由具有 結構ι 一 較大熟容量的氧化矽薄膜構成該加熱/冷卻抑制薄膜 所以覆蓋區非晶矽薄膜1〇3的冷卻受到用來覆蓋該覆 爹區#晶矽薄膜1〇3的加熱/冷卻抑制薄膜101之抑制。因 阳為覆蓋區非晶矽薄膜1 〇 3的冷卻受到加熱/冷卻抑制 此，四， 滅1 0 1的抑制，所以裸露區非晶矽薄膜1 04固化的速度比 薄踩 -60- 589667
(56) 覆蓋區非晶矽薄膜1 03固化的速度快。 在覆蓋區非晶矽薄膜1 〇3中，晶粒以固化速度比覆蓋區 非晶矽薄膜1 03快的裸露區非晶矽薄膜1 04中出現的晶核 為基礎，沿著圖26、26、及27中箭頭所示的方向，而自覆 蓋區非晶矽薄膜1 03之縱向端面朝向該覆蓋區非晶矽薄膜 103之中央部分橫向生長。 圖2 8是一第二雷射光照射步驟之一橫斷面圖。在該步騾 中，一氯化氙（XeCl)雷射裝置自形成加熱/冷卻抑制薄膜 101的一端，在非晶矽薄膜102之上發射波長為3 08奈米且 能量密度為450 mJ/cm2的第二雷射光1 0 8，該能量密度係大 於完全熔化裸露區之能量440 mJ/cm2，且小於完全熔化覆 蓋區之能量550 mJ/cm2。雷射光108的光束尺寸是0.5毫米 xlOO毫米，該光束尺寸與雷射光107之光束尺寸相同；重 複率是80赫（Hz);且工作台進給速度是40毫米/秒。 當以其能量密度係大於完全熔化裸露區之能量且小於 完全熔化覆蓋區之能量的雷射光1 0 8執行該照射時，覆蓋 區非晶矽薄膜1 03的加熱受到加熱/冷卻抑制薄膜1 0 1的抑 制，因而只有裸露區非晶矽薄膜1 04完全熔化。 圖29是一裸露區結晶步驟之一透視圖。圖30是圖29所示 結構之一平視圖。請參閱圖2 8、2 9、及3 0，在完全熔化的 裸露區非晶矽薄膜1 04中，晶粒以覆蓋區非晶矽薄膜1 03 的加熱受到加熱/冷卻抑制薄膜1 〇 1的抑制的該覆蓋區非 晶矽薄膜1 〇 3中出現的晶核為基礎，沿著圖2 8、2 9、及3 0 中箭頭所示的方向，而自裸露區非晶矽薄膜1 04之縱向端 -61 - (57)589667
面朝向該裸露區非晶矽薄膜104之中央部分橫向生長。 然後利用5 wt%的氫氟醢 2亂故（HF)自非晶矽薄膜102蝕刻掉 該加熱/冷卻抑制薄膜1 0 1。
圖31是根據第4實施例的_結晶珍薄膜之_平視圖，圖 中示出在去除加熱/冷卻抑制薄膜101之後利用一掃描式 電子顯微鏡（SEM)觀測的一結晶碎薄膜1〇9之结晶狀態。 在覆蓋區非晶珍薄膜丨〇3中，晶體自覆蓋區非晶珍薄膜1〇3 的縱向端面（亦即，自該覆蓋區非晶矽薄膜1〇3與該裸露區 非晶碎薄膜104間之界面）朝向該覆蓋區非晶矽薄膜1〇3的 中央部分而橫向生長。沿著相反方向而橫向生長的該等晶 粒在該覆蓋區非晶碎薄膜103的大致橫向中心處大致相互 接觸’因而沿著該覆盖區非晶碎薄膜1 〇 3的縱向方向形成 了 一晶粒邊界。 在該裸露區非晶碎薄膜1 0 4中，晶體自該裸露區非晶矽 薄膜104的縱向端面（亦即’自該覆蓋區非晶矽薄膜1〇3與 該裸露區非晶矽薄膜1 〇 4間之界面）朝向該裸露區非晶矽 薄膜104的中央部分而橫向生長。沿著相反方向而橫向生 _ 長的該等晶粒在該裸露區非晶矽薄膜1 04的大致橫向中心 處大致相互接觸，因而沿著該裸露區非晶碎薄膜i 0 4的縱 向方向形成了 一晶粒邊界。 所形成的結晶碎薄膜1 〇 9被檢向生長的晶粒填滿，使該 等晶粒相互接觸，而沒有留下間隙。 、 以此種方式製造出的結晶矽薄膜109被用來製造係沿著 晶粒寬度方向而形成一通道的一 n通道TFT (第一 η通道 -62- ^9667
(58) TFT)、以及沿著晶體生長方向而形成一通道的另一 η通道 TFT (第二 η通道 TFT)。 在該第一 n通道TFT中，載子遷移率是110 cm2/Vs。在該 第二η通道tfT中，載子遷移率是300 cm2/Vs。根據臨界電 唇的變化而決定的瑕疵百分率是0/100。亦即，量測1〇〇個 第二η通道TFT的臨界電壓之後，並未發現任何瑕疵的 TFT。 如如文所述’根據第4實施例的晶態半導體薄膜製造方 法包含：一半導體薄膜形成步驟、一加熱/冷卻抑制薄膜 形成步驟、一第一照射步騾、一覆蓋區結晶步驟、一第二 照射步騾、一裸露區結晶步騾、及一去除步騾。在該半導 體薄膜形成步騾中，係在玻璃基板105之上形成一非晶石夕 薄膜102。在該加熱/冷卻抑制薄膜形成步騾中，在該非晶 碎薄膜102之上形成複數個加熱/冷卻抑制薄膜iqi，且使 遠等加熱/冷卻抑制薄膜1 〇 1產生一按照某一間隔而配置 之條狀圖樣，以便具有一厚度，使完全熔化被加熱/冷卻 抑制薄膜1 〇 1覆蓋的覆蓋區非晶矽薄膜i 03所需的完全溶 化覆蓋區之能量大於完全熔化並未被加熱/冷卻抑制薄膜 1 〇 1覆蓋的裸路區非晶石夕薄膜1 〇 4所需之能量。在該第一照 射步驟中’自形成加熱/冷卻抑制薄膜10丨的一端，在非晶 矽薄膜102之上施加其能量密度大於完全熔化覆蓋區之能 量的雷射光’使覆蓋區非晶矽薄膜1 03及裸露區非晶石夕薄 膜104完全熔化。在該覆蓋區結晶步騾中，以固化速度快 於覆蓋區非晶碎薄膜1 03的裸露區非晶矽薄膜i 〇4中出現 -63 - (59)
589667 勺9曰核為基礎’而使覆蓋區非晶矽薄膜1 Ο 3的冷卻受到覆 现區非日日石夕薄摸1 0 3的抑制之該覆蓋區非晶矽薄膜1 0 3結 曰日在為覆盍區結晶步騾之後執行的該第二照射步騾中，· 自形成加熱/冷卻抑制薄膜1 0 1的一端，而在非晶矽薄膜· 102心上施加其能量大於完全熔化裸露區之能量且小於完、 全溶化覆蓋區之能量的雷射光108，使覆蓋區非晶矽薄膜 1 〇 3的加熱雙到加熱/冷卻抑制薄膜1 〇 1之抑制，因此，只 有裸路區非晶矽薄膜1 04完全熔化。在該裸露區結晶步騾 中’係以覆蓋區非晶矽薄膜103中出現的晶核為基礎，而· 使完全熔化的裸露區非晶矽薄膜104結晶。在該去除步驟 中，自非晶矽薄膜102去除該加熱/冷卻抑制薄膜ι〇ι。 因此，根據第4實施例，只需要在非晶矽薄膜1〇2之上形 成加熱/冷卻抑制薄膜101。不需要在非晶矽薄膜1〇2之上 形成在第1實施例中形成的兩層（亦即，一抗反射薄膜及一 反射薄膜）。因此，可簡化晶態半導體薄膜之製造方法， 且因而可降低製造成本。 此外，在該第一與第二雷射光照射步驟之間，不需要為鲁 了去除一反射薄膜而自一雷射裝置取出一坡璃基板，也不 需要將已去除該反射薄膜的該玻璃基板送回到該雷射裳 置。因此，可進一步簡化晶態半導體薄膜之製造方法， 可進一步降低製造成本。 · 在第4實施例的前文所述之例子中，係由氧化梦薄膜構、 成該加熱/冷卻抑制薄膜1 (Π，但是本發明並不限於該氧化 矽薄膜。可以氮化矽薄膜、或其中包括一層氧化珍薄 -64- 589667
(60) 一層氮化矽薄膜的一分層薄膜構成該加熱/冷卻抑制薄膜 101 ° 然後將說明一種根據第4實施例的晶態半導體薄膜之替· 代性製造方法。該替代性製造方法與前文中參照圖2 1至3 1 : 所述的晶態半導體薄膜製造方法不同之處在於：加熱/冷 ， 卻抑制薄膜1 0 1的厚度為1 〇 1奈米；完全熔化覆蓋區之能量 約為480 mJ/cm2，這是因為係將加熱/冷卻抑制薄膜1 〇 1的 厚度設定為101奈米；第一雷射光107的能量密度為510 mJ/cm2，該能量密度係大於完全熔化覆蓋區之能量48〇 mJ/cm2。其他的細節是大致相同的，因而本文將省略其他 細節的詳細說明。 係利用一掃描式電子 體薄膜替代性製造方法所製造出來的結晶碎薄膜。可自前 文所述的晶態半導體薄膜製造方法所製造的結晶矽薄膜 109看出，在該替代性結晶矽薄膜中，如圖3丨所示，晶體 也自違覆蓋區非晶石夕薄膜1 〇 3的縱向端面（亦即，自該覆蓋 區非晶石夕薄膜1〇3與該裸露區非晶矽薄膜1〇4間之界面）朝 向遠覆盖區非晶矽薄膜1 〇 3的中央部分而在該覆蓋區非晶 石夕薄膜103中橫向生長。沿著相反方向而自該等縱向端面 朝向孩中央部分橫向生長的該等晶粒在該覆蓋區非晶矽 薄膜103的大致橫向中心處相互接觸，因而沿著該覆蓋區 非晶矽薄膜103的縱向方向形成了 一晶粒邊界。 〜在裸露區非晶矽薄膜104中，曰曰日體自該裸露區非晶 膜104的縱向端面（亦即， 卜 自及覆盍區非日日矽薄膜1 〇 3與該 •65 - 589667
(61) 裸露區非晶矽薄膜1 04間之界韵）朝向該裸露區非晶矽薄 膜1 0 4的中央部分而橫向生長^沿著相反方向而自該等縱 向端面朝向該中央部分橫向生長的該等晶粒在該裸露區 非晶矽薄膜1 04的大致橫向中心、處相互接觸，因而沿著該 裸露區非晶矽薄膜1 04的縱向方向形成了 一晶粒邊界。 所形成的結晶矽薄膜被橫向生長的晶粒填滿’使該等晶 粒相互接觸，而沒有留下間隙。 以此種方式製造出的結晶梦薄膜被用來製造係沿著晶 粒寬度方向而形成一通遒的一 η通道TFT (弟一 η通道 TFT)、以及沿著晶體生長方向而形成一通道的另一 η通道 TFT (第二 η通道 TFT)。 在該第一 η通道TFT中，載子遷移率是1〇〇 cm2/Vs。在該 第二η通道TFT中，載子遷移率是295 cm2/Vs。根據臨界電 壓的變化而決定的瑕滅百分率是0/100。亦即，量測1 〇〇個 第二η通道TFT的臨界電壓之後，並未發現任何瑕疵的 TFT。 然後將說明一種晶態半導體薄膜製造方法的一比較性 例子。圖3 2是該比較性例子的晶態半導體薄膜製造方法之 一平視圖。該比較性例子的製造方法與前文中參照圖2 1 至3 1所述的晶態半導體薄膜製造方法不同之處在於：加熱 /冷卻抑制薄膜101的厚度為53奈米，因而完全熔化覆蓋區 之能量係小於完全熔化裸露區之能量；因此，完全熔化覆 蓋區之能量約為360 mJ/cm2，該能量小於完全熔化裸露區 之能量440 mJ/cm2。第一雷射光1〇7的能量密度為450 mJ/cm2 -66- 589667
(62) ，該能量密度係大於完全溶化裸露區之能量440 mJ/cm2及 完全熔化覆蓋區之能量360 mJ/cm2。雷射光108的能量密度 為400 mJ/cm2，該能量密度係大於完全熔化覆蓋區之能量 . 360 mJ/cm2，但小於完全熔化裸露區之能量440 mJ/cm2。其 ： 他的細節是大致相同的，因而本文將省略其他細節的詳細 . 說明。 係利用一掃描式電子顯微鏡（S E Μ)來觀測該比較性例 子的製造方法所製造出來的結晶石夕薄膜。如圖3 2所示，晶 | 體係自該覆蓋區非晶矽薄膜1 0 3的縱向端面（亦即，自該覆 蓋區非晶矽薄膜1 03與該裸露區非晶矽薄膜1 〇4間之界面） 朝向該覆蓋區非晶矽薄膜1 03的中央部分而在該覆蓋區非 晶碎薄膜103中橫向生長。 然而’裸露區非晶秒薄3¾ 1 0 4形成了晶粒並非橫向生長 的一微晶體區，其原因將於下文中說明之。因為該比較性 例子的加熱/冷卻抑制薄膜1 〇 1之厚度5 3奈米係小於第4實 施例的加熱/冷卻抑制薄膜1 〇 1之厚度2 0 3奈米或1 〇 i奈 米，所以該比較性例子的加熱/冷卻抑制薄膜1 〇 1並不用來 _ 作為覆蓋區非晶矽薄膜1 〇 3的一冷卻抑制薄膜。因此，裸 露區非晶矽薄膜1 04的固化速度並不快於覆蓋區非晶石夕薄 膜1 03的固化速度，因而並不會以裸露區非晶矽薄膜丨〇4 為基礎而進行覆蓋區非晶矽薄膜1 03中晶粒的橫向生長。-係將其能量大於完全熔化覆蓋區之能量但小於完全炫化· 裸露區之能量的該第二雷射光施加到此種非晶碎薄膜，使 知只有覆蓋區非晶碎薄膜1 0 3完全溶化。在該完全炫化的 -67- 589667 (63) 覆蓋區非晶矽薄膜1 03中，晶粒係以裸露區非晶矽薄膜1 04 為基礎而橫向生長。因此，如圖3 2所示，晶粒只有在覆蓋 區非晶矽薄膜103中橫向生長，而裸露區非晶矽薄膜104 形成了並未包含任何橫向生長的晶粒之一微晶體區。因 此，如圖3 2所示，交替地形成了晶粒橫向生長的區域、及 微晶體區。 然後將利用第1實施例的晶態半導體薄膜製造方法形成 的一晶態半導體薄膜及該薄膜的結晶狀態與利用第4實施 例的晶態半導體薄膜製造方法形成的一晶態半導體薄膜 及該薄膜之結晶狀態比較。 在第1實施例的晶態半導體薄膜製造方法中，利用一 P-CVD法形成一用來作為一基部覆蓋薄膜之一層氧化矽 薄膜，以便在一玻璃基板之上具有300奈米的一厚度。然 後利用一 P-CVD法在該基部覆蓋薄膜之上形成一非晶矽 薄膜，以便具有4 5奈米的一厚度。在形成了該非晶矽薄膜 及該基部覆蓋薄膜之後，利用一内含500 °C氮氣的電熱 爐，將所形成的結構加熱1小時，使該非晶矽薄膜脫氫。 .然後利用一 P-CVD法在該非晶矽薄膜之上形成一層氧 化矽薄膜，以便具有5 3奈米的一厚度。然後在該氧化矽薄 膜之上濺鍍一層鋁薄膜，以便具有300奈米的一厚度。以 使用氣化硼（BC13)的乾式蝕刻法在該氧化矽薄膜之上形 成的該鋁薄膜中產生圖樣，以便得到一反射薄膜。然後利 用該產生圖樣的鋁薄膜作為一掩蔽層，以便利用5 wt%的 氫氟酸（HF)對該氧化矽薄膜進行蝕刻成而產生圖樣，以便 -68 - 589667 (64) 得到一抗反射薄膜。因此，在該非晶矽薄膜之上得到了分 層結構，該等分層結構包括成成了一條狀圖樣的該抗反射 薄膜及該反射薄膜，其中係在2微米的間隔下配置該等條 帶，且每一條帶具有2微米的寬度。 然後一氯化氣（XeCl)雷射裝置自形成該抗反射薄膜及 反射薄膜的一端，在該非晶矽薄膜之上發射波長為3 0 8奈 米且能量密度為450 mJ/cm2的第一雷射光。然後利用包含 磷酸加乙酸的一 S L A蝕刻劑蝕刻掉該反射薄膜。然後自形 成該抗反射薄膜的一端，在該非晶矽薄膜之上施加其能量 密度為390 mJ/cm2的第二雷射光。對於該第一及第二雷射
光而言，光束尺寸是0.5毫米χίΟΟ毫米；重複率是80赫（Hz) ;且工作台進給速度是40亳米/秒。然後利用5 wt%的氫氣 酸（HF)自該非晶矽薄膜蝕刻掉該抗反射薄膜。 圖3 3是根據第1實施例而由上述方法形成的此種晶態半 導體薄膜之一平視圖。圖33示出在去除該抗反射薄膜之後 利用一掃描式電子顯微鏡（SEM)觀測的一晶態半導體薄 膜之結晶狀態。在覆蓋區非晶矽薄膜丨〇3中，晶粒係自該 覆蓋區非曰曰矽薄膜1 0 3的縱向端面朝向該覆蓋區非晶矽薄 膜103的中央區域而橫向生長。在裸露區非晶矽薄膜 中，晶粒也係自該裸露區非晶矽薄膜1〇4的縱向端面朝向 該裸露區非晶矽薄膜1〇4的中央區域而橫向生長。然而，
如圖3 3所示 194。由一金屬材料 矽薄膜1 0 4上的一辕 係在該薄膜之上形成了若干污點般的斑 構成的該反射薄膜中位於裸露區非 化部分產生了這些斑點1 9 4，或由該 點 晶 反 -69- 589667
(65) 射薄膜中附著在該裸露區非晶石夕薄膜1 〇 4上的一蒸發部分 產生了這些斑點1 9 4。亦即，這些斑點顯示了該非晶碎薄 膜102的污染。 ， 以此種方式製造出的結晶梦薄膜被用來製造係沿著晶： 粒寬度方向而形成一通道的一 η通道TFT (第一 η通道· TFT)、以及沿著晶體生長方向而形成一通道的另一 η通道 TFT (第二η通道TFT)。 在該第一 η通道TFT中，載子遷移 率是100 cm2/Vs。在該第二η通道TFT中，載子遷移率是295 cm2/Vs 〇 然而，第1實施例的T F T臨界電壓之變化係大於第4實施 例的TFT臨界電壓之變化。根據臨界電壓的變化而決定的 瑕癌百分率是13/100。亦即，量測1 〇 〇個第二η通道T F T的 臨界電壓之後，發現1 3個瑕疵的T F Τ。 (第5實施例） 在第5實施例中，說明了一種半導體裝置製造方法，其 中根據第4實施例的晶態半導體薄膜製造方法而製造的晶 態半導體薄膜係用於半導體裝置的通道區。圖34是一種用 來製造根據第5實施例的薄膜電晶體之一平視圖，其中該 卵態半導體薄膜係用於該電晶體的通道區。圖3 5是根據第 5實施例的薄膜電晶體之一平視圖，其中該晶態半導體薄 膜係用於該電晶體的通道區。 ’ 在第一步驟中，係以一種類似於第4實施例所述之方式-在玻璃基板之上形成一基部覆蓋薄膜。然後在該基部覆 薄膜之上形成一非晶矽薄膜。在形成了該非晶矽薄膜及 -70- 589667
(66) 該基部覆蓋薄膜之後，在一電熱爐中將所形成的該結構加 熱，因而使該非晶矽薄膜脫氫。 該非晶矽薄膜包含相鄰而設的大致為長方形之區域1 1 0 - 及1 1 1。在區域1 1 0中，係沿著圖3 4所示基板的水平方向形 ： 成複數個具有一預定間隔的一條狀圖樣之加熱/冷卻抑制 ‘ 薄膜1 0 1。在區域1 1 1中，係沿著垂直於區域1 1 〇中該等加 熱/冷卻抑制薄膜1 0 1的縱向方向（亦即沿者圖3 4所tf基板 的垂直方向）形成複數個具有一預定間隔的一條狀圖樣之 加熱/冷卻抑制薄膜1 〇 1。 如圖3 4所示，區域1 1 0中之該等加熱/冷卻抑制薄膜1 0 1 係沿著垂直於區域1 1 1中該等加熱/冷卻抑制薄膜1 〇 1的延 伸方向之一方向而延伸。在區域110中，覆蓋區矽薄膜及 裸露區碎薄膜中的晶粒之生長方向係垂直於該等加熱/冷 卻抑制薄膜1 〇 1的縱向方向，亦即沿著圖3 4所示基板之垂 % 直方向。在區域111中，覆蓋區矽薄膜及裸露區矽薄膜中 的晶粒之生長方向係垂直於該等加熱/冷卻抑制薄膜1 0 1 的縱向方向，亦即沿著圖3 4所示基板之水平方向。亦即， 區域1 1 0中的晶粒之生長方向係垂直於區域1 1 1中的晶粒 之生長方向。 因此，如圖35所示，在區域110中，形成一 TFT 112，使 · 得沿著該矽薄膜中的晶粒之生長方向而垂直地配置一源 極區113及汲極區114，而在區域111中，形成一 TFT 112，〜 使得沿著該矽薄膜中的晶粒之生長方向而水平地配置一 源極區1 13及汲極區1 14。在此種TFT 112中，各通道區具 -71 - 589667 (67) 有較高的載子遷移率。因此，可得到高效能的TFT。 如前文所述，根據本發明，可形成複數個橫向生長的晶 粒，使該等晶粒相互接觸，而不會在晶粒之間留下間隙， 且每一晶粒之長度係等於或小於由單一雷射光照射所形 成的晶體的橫向生長距離之兩倍。此外，可在同一基板之 上沿著複數個方向形成橫向生長的晶粒。在此種半導體薄 膜係用來製造諸如TFT等半導體裝置的情形中，可形成晶 粒，以便該等晶粒根據該半導體裝置的設計而沿著一所需 的方向延伸。因此，可製造一種高效能的半導體裝置。此 外，可以在無須雷射光束的高精確度掃描之情形下製造本 發明的此種半導體薄膜，因而可提高該半導體薄膜的生產 力。 在不脫離本發明的精神及範圍下，熟習此項技藝者可易 於作出各種其他的修改。因此，本文最後的申請專利範圍 之範圍將不限於本文所述及的說明，而是將廣義地詮釋該 等申請專利範圍。 -72-

Claims (1)

  1. 589667 第091121855號專利申· 一…一 中文申請專利範圍替換 年1月）
    %爾； 拾、申請專利範圍 1. 一種晶態半導體薄膜，係在一絕緣基板上形成該晶態半 導體薄膜，且該晶態半導體薄膜包含沿著該絕緣基板 的一表面而橫向生長的半導體晶粒’ 其中該等橫向生長的半導體晶粒係在各晶粒邊界上 相互接觸，且各相鄰晶粒邊界間之距離係等於或小於 該等半導體晶粒的橫向生長距離的兩倍。 2. 如申請專利範圍第1項之晶態半導體薄膜，其中該晶態 半導體薄膜包含複數個區域，使得該等區域中的橫向 生長的半導體晶粒之生長方向係相互垂直。 3. 如申請專利範圍第1項之晶態半導體薄膜，其中各橫向 生長的半導體晶粒的一晶粒邊界之一部分係與一非晶 半導體薄膜接觸。 4. 一種製造晶態半導體薄膜之方法，該方法包含下列步 驟： 在一絕緣基板上形成一半導體薄膜； 在該半導體薄膜上形成若干具有一固定間隔的一條 狀圖樣之分層結構，該等分層結構包含用來防止施加 其上的雷射光反射的一抗反射薄膜、及在該抗反射薄 膜上形成的且係用來防止所施加的雷射光所造成的發 熱之一防熱薄膜； 在該半導體薄膜之上施加雷射光，而在該半導體薄 膜上設有其中包括該抗反射薄膜及防熱薄膜之該等分 589667 申請專利範圍磧頁 層結構，因而使該半導體薄膜上並未設有該分層結構 的一部分結晶； 去除每一分層結構的該防熱薄膜；以及 在其上設有該條狀抗反射薄膜的該半導體薄膜之上 施加雷射光，使得只有在該抗反射薄膜之下的該半導 體薄膜熔化，因而使在該抗反射薄膜之下的該半導體 薄爿吴結晶。 5. 如申請專利範圍第4項之製造晶態半導體薄膜之方-法，其中該防熱薄膜是由鋁、鉻、或鎢製成的一雷射 光反射薄膜。 6. 如申請專利範圍第4項之製造晶態半導體薄膜之方 法，其中該防熱薄膜是具有一預定厚度之一層氮化矽 薄膜。 7. 如申請專利範圍第5項之製造晶態半導體薄膜之方 法，其中該反射薄膜的反射係數是9 0 %或更大。 8. 如申請專利範圍第4項之製造晶態半導體薄膜之方 法，其中係由氧化矽薄膜或氮化矽薄膜形成該抗反射 薄膜。 9. 如申請專利範圍第8項之製造晶態半導體薄膜之方― ，法，其中該抗反射薄膜對雷射光的反射係數比其上並 未設有該抗反射薄膜的該半導體薄膜的雷射光反射係 數小20%或更多。 10.如申請專利範圍第4項之製造晶態半導體薄膜之方 法，其中進一步包含下列步驟：將能量施加到在該絕 589667 申請專利挺圍續頁: 緣基板之上形成的該半導體薄膜，使該半導體薄膜在 將雷射光施加到該半導體薄膜的該步驟之前就結晶。 11. 如申請專利範圍第1 0項之製造晶態半導體薄膜之方 法，其中係在形成該分層結構的該步驟之前，即先執 行將能量施加到該半導體薄膜使該半導體薄膜結晶之 該步驟。 12. 如申請專利範圍第1 0項之製造晶態半導體薄膜之方 法，其中係在一電熱爐中將該半導體薄膜加熱，而供 應使該半導體薄膜結晶的能量。 13. 如申請·專利範圍第1 0項之製造晶態半導體薄膜之方 法，其中係以雷射光照射，而供應使該半導體薄膜結 晶的能量。 14. 一種製造晶態半導體薄膜之方法，包含下列步驟： 在一絕緣基板上形成一半導體薄膜； 在該半導體薄膜上形成一具有一條狀圖樣的覆蓋薄 膜，以便具有一預定厚度； 在該半導體薄膜之上施加第一雷射光，該第一雷射 光具有一可讓該覆蓋薄膜用來作為一防熱薄膜之波 長，因而使該半導體薄膜上並未設有該覆蓋薄膜的一 部分結晶；以及 在該半導體薄膜之上施加第二雷射光，該第二雷射 光具有一可讓該覆蓋薄膜用來作為一抗反射薄膜之波 長，因而使該半導體薄膜上設有該覆蓋薄膜的一部分 結晶。 589667 申諸專利範圍續頁 15. 如申請專利範圍第1 4項之製造晶態半導體薄膜之方 法，其中： 將該第一雷射光的該波長設定成：使以該第一雷射 光照射所造成的且到達該半導體薄膜上設有該覆蓋薄 膜的該邵分的一熱能小於以該第一雷射光照射所造成 的且到達該半導體薄膜上並未設有該覆蓋薄膜的該部 分的一熱能；以及 係將該第二雷射光的該波長設定成：使以該第二雷-射光照射所造成的且到達該半導體薄膜上設有該覆蓋 薄膜的該部分的一熱能大於以該第二雷射光照射所造 成的且到達該半導體薄膜上並未設有該覆蓋薄膜的該 部分的一熱能。 16. 如申請專利範圍第1 4項之製造晶態半導體薄膜之方 法，其中將該覆蓋薄膜的厚度設定成： 當施加該第一雷射光時，該覆蓋薄膜係用來作為該 防熱薄膜；以及 當施加該第二雷射光時，該覆蓋薄膜係用來作為該 抗反射薄膜。 17. 如申請專利範圍第1 4項之製造晶態半導體薄膜之方. 法，其中將在該半導體薄膜之上施加該第一及第二雷 射光以便使該半導體薄膜結晶之該等步驟循序執行為 不同的製程步驟。 18.如申請專利範圍第1 4項之製造晶態半導體薄膜之方 法，其中在一單一的雷射光掃描作業中同時執行在該 589667 申請專利gji續頁丨 半導體薄膜之上施加該第一及第二雷射光以便使該半 導體薄膜結晶的該等步驟，且執行該等作業時係使用 平行配置的第一及第二雷射光源，使該第一及第二雷 射光照射該半導體薄膜之上的不同區域。 19. 如申請專利範圍第1 4項之製造晶態半導體薄膜之方 法，其中： 該第一及第二雷射光是脈衝雷射光；以及 係自相同的雷射光照射位置交替地在該半導體薄膜-之上施加該第一及第二雷射光，而在一單一的雷射光 掃描作業中同時實現在該半導體薄膜之上施加該第一 及第二雷射光以便使該半導體薄膜結晶之該等步驟。 20. —種藉由結晶半導體薄膜而製造晶態半導體薄膜之方 法，該方法包含： 一半導體薄膜形成步驟，用以在一絕緣基板之上形 成一半導體薄膜； 一加熱/冷卻抑制薄膜形成步驟，用以形成複數個具 有一預定間隔的一條狀圖樣之加熱/冷卻抑制薄膜，以 便具有一相同的預定厚度； 一第一照射步驟，用以自形成該等加熱/冷卻抑制薄-膜的一端而在該半導體薄膜上施加該第一雷射光，因 而以該等加熱/冷卻抑制薄膜覆蓋一覆蓋區半導體薄 膜，且使並未以該等加熱/冷卻抑制薄膜覆蓋的一裸露 區半導體薄膜完全熔化； 一覆蓋區結晶步驟，用來以該裸露區半導體薄膜為 589667 申請專圍續頁 基礎而使該完全溶化的覆蓋區半導體薄膜結晶， 在該覆蓋區結晶步驟之後執行的一第二照射步驟， 用以自形成該等加熱/冷卻抑制薄膜的一端而在該半導 體薄膜上施加第二雷射光，因而只有該裸露區半導體 薄膜完全熔化； 一裸露區結晶步驟，用來以該覆蓋區半導體薄膜為 基礎而使該完全熔化的裸露區半導體薄膜結晶；以及 一去除步驟，用以自該半導體薄膜去除該等加熱/冷-卻抑制薄膜。 21.如申請·專利範圍第20項之製造晶態半導體薄膜之方 法，其中： 將每一加熱/冷卻抑制薄膜的該預定厚度設定成：將 該覆蓋區半導體薄膜完全熔化所需的一能量大於使該 裸露區半導體薄膜完全熔化所需的一能量； 該第一雷射光具有一大於使該覆蓋區完全熔化所需 的能量之能量；以及 該第二雷射光具有一大於使該裸露區完全熔化所需 的能量且小於使該覆蓋區完全熔化所需的能量之能 量。 22·如申請專利範圍第20項之製造晶態半導體薄膜之方 法，其中將該加熱/冷卻抑制薄膜的厚度設定為等於或 大於（3又）/(8η)，其中λ是該第一及第二雷射光的波 長，且η是該加熱/冷卻抑制薄膜的折射率。 23_如申請專利範圍第20項之製造晶態半導體薄膜之方 -6- 589667 申讀1專利範圍續頁; «* iV' N v / >V χ *·〆 法，其中由一氧化矽薄膜形成該加熱/冷卻抑制薄膜。 24. 如申請專利範圍第2 0項之製造晶態半導體薄膜之方 法，其中係由一氧化石夕薄膜或一包含一氧化石夕薄膜及 一氮化碎薄膜的分層薄膜形成該加熱/冷卻抑制薄膜。 25. 如申請專利範圍第2 0項之製造晶態半導體薄膜之方 法，其中： 在該覆蓋區結晶步騾中，係以使該覆蓋區半導體薄 膜中的半導體晶粒自該覆蓋區半導體薄膜上與相鄰裸 露區半導體薄膜接觸的各縱向端面朝向該覆蓋區半導 體薄膜的一中央部分而橫向生長之方式，使該覆蓋區 半導體薄膜結晶；以及 在該裸露區結晶步驟中，係以使該裸露區半導體薄 膜中的半導體晶粒自該裸露區半導體薄膜上與相鄰覆 蓋區半導體薄膜接觸的各縱向端面朝向該裸露區半導 體薄膜的一中央部分而橫向生長之方式，使該裸露區 半導體薄膜結晶。 26. —種半導體裝置，其係包含一在一絕緣基板之上形成 的且係用來作為該半導體裝置的一主動區的晶態半導 體薄膜，且該晶態半導體薄膜包含沿著該絕緣基板的. 一表面而橫向生長的半導體晶粒，其中 在該晶態半導體薄膜中，該等橫向生長的半導體晶 粒係在各晶粒邊界上相互接觸，且各相鄰晶粒邊界間 之距離係等於或小於該等半導體晶粒的橫向生長距離 的兩倍。 589667 申請專利範圍續頁 27. 如申請專利範圍第2 6項之半導體裝置，其中該晶態半 導體薄膜包含複數個區域，使得該等區域中的橫向生 長的半導體晶粒之生長方向係相互垂直。 28. —種半導體裝置，其係包含一在一非晶絕緣基板之上 形成的且係用來作為該半導體裝置的一主動區的晶態 半導體薄膜，且該晶態半導體薄膜包含沿著該絕緣基 板的一表面而橫向生長的半導體晶粒’其中 在該晶態半導體薄膜中，該等橫向生長的半導體晶-粒的一晶粒邊界之一部分係與一非晶半導體薄膜接 觸。 - 29. —種製造半導體裝置之方法，該半導體裝置包含一在 一絕緣基板上且係用來作為該半導體裝置的一主動區 之晶態半導體薄膜，係以雷射光照射一半導體薄膜複 數次，使半導體晶粒沿著該絕緣基板的一表面橫向生 長，而得到該晶態半導體薄膜，該方法包含下列步騾： 在一絕緣基板之上形成一半導體薄膜； 在該半導體薄膜上形成具有一固定間隔的一條狀圖 樣之分層結構，該等分層結構包含用來防止施加其上 的雷射光反射的一抗反射薄膜、及在該抗反射薄膜上 形成的且係用來防止所施加的雷射光造成的發熱之一 防熱薄膜； 在該半導體薄膜之上施加雷射光，而在該半導體薄 膜上設有其中包括該抗反射薄膜及防熱薄膜之該等分 層結構，因而使該半導體薄膜上並未設有該分層結構 589667 申請專利範圍缚頁i 的一部分結晶； 去除每一分層結構的該防熱薄膜；以及 在其上設有該條狀抗反射薄膜的該半導體薄膜之上 施加雷射光，使得只有在該抗反射薄膜之下的該半導 體薄膜熔化，因而使在該抗反射薄膜之下的該半導體 薄膜結晶。 30. —種製造半導體裝置之方法，該半導體裝置包含一在 一絕緣基板上且係用來作為該半導體裝置的一主動區 之晶態半導體薄膜，係以雷射光照射一半導體薄膜， 使半導體晶粒沿著該絕緣基板的一表面橫向生長，而 得到該晶態半導體薄膜，該方法包含下列步驟： 在該絕緣基板上形成該半導體薄膜； 在該半導體薄膜上形成一具有一條狀圖樣的覆蓋薄 膜，以便具有一預定厚度； 在該半導體薄膜之上施加第一雷射光，該第一雷射 光具有一可讓該覆蓋薄膜用來作為一防熱薄膜之波 長，因而使該半導體薄膜上並未設有該覆蓋薄膜的一 部分結晶；以及 在該半導體薄膜之上施加第二雷射光，該第二雷射 光具有一可讓該覆蓋薄膜用來作為一抗反射薄膜之波 長，因而使該半導體薄膜上設有該覆蓋薄膜的一部分 結晶。 31. —種製造半導體裝置之方法，該半導體裝置包含一用 來作為該半導體裝置的一通道區之晶態半導體薄膜， 589667 申請專利搖園續頁 係使一半導體薄膜結晶，而得到該晶態半導體薄膜， 該方法包含下列步驟： 一半導體薄膜形成步驟，用以在一絕緣基板之上形 成一半導體薄膜； 一加熱/冷卻抑制薄膜形成步驟，用以形成複數個具 有一預定間隔的一條狀圖樣之加熱/冷卻抑制薄膜，以 便具有一相同的預定厚度； 一第一照射步騾，用以自形成該等加熱/冷卻抑制薄-膜的一端而在該半導體薄膜上施加該第一雷射光，因 而以該等加熱/冷卻抑制薄膜覆蓋一覆蓋區半導體薄 膜，且使並未以該等加熱/冷卻抑制薄膜覆蓋的一裸露 區半導體薄膜完全熔化； 一覆蓋區結晶步驟，用來以該裸露區半導體薄膜為 基礎而使該完全熔化的覆蓋區半導體薄膜結晶； 在該覆蓋區結晶步驟之後執行的一第二照射步騾， 用以自形成該等加熱/冷卻抑制薄膜的一端而在該半導 體薄膜上施加第二雷射光，因而只有該裸露區半導體 薄膜完全熔化； 一裸露區結晶步驟，用來以該覆蓋區半導體薄膜為 基礎而使該完全熔化的裸露區半導體薄膜結晶；以及 一去除步驟，用以自該半導體薄膜去除該等加熱/冷 卻抑制薄膜。 32. —種製造半導體裝置之方法，該半導體裝置包含一用 來作為該半導體裝置的一通道區之晶態半導體薄膜， -10- 589667 係使一半導體薄膜結晶，而得到該晶態半導體薄膜， 該方法包含下列步驟： 一半導體薄膜形成步驟，用以在一絕緣基板之上形 成一半導體薄膜； 一加熱/冷卻抑制薄膜形成步驟，用以在該半導體薄 膜上的一第一區中形成複數個具有一預定間隔的一條 狀圖樣之第一加熱/冷卻抑制薄膜，以便具有一相同的 預定厚度，並在該半導體薄膜上的一第二區中形成複 數個具有一預定間隔的一條狀圖樣之第二加熱/冷卻抑 制薄膜.，以便在沿著一垂直於該等第一加熱/冷卻抑制 薄膜的縱向方向的方向上具有一相同的預定厚度； 一第一照射步驟，用以自形成該等加熱/冷卻抑制薄 膜的一端而在該半導體薄膜上施加該第一雷射光，因 而以該等第一及第二加熱/冷卻抑制薄膜覆蓋一覆蓋區 半導體薄膜，且使並未以該等第一或第二加熱/冷卻抑 制薄膜覆蓋的一裸露區半導體薄膜完全熔化； 一覆蓋區結晶步驟，用來以該裸露區半導體薄膜為 基礎而使該完全熔化的覆蓋區半導體薄膜結晶； 在該覆蓋區結晶步驟之後執行的一第二照射步騾，_ 用以自形成該等第一及第二加熱/冷卻抑制薄膜的一端 而在該半導體薄膜上施加第二雷射光，因而只有該裸 露區半導體薄膜完全熔化； 一裸露區結晶步驟，用來以該覆蓋區半導體薄膜為 基礎而使該完全熔化的裸露區半導體薄膜結晶；以及 589667 中讀專巧赛圍續頁' 一去除步驟，用以自該半導體薄膜去除該等第一及 第二加熱/冷卻抑制薄膜。
    -12- 589667 第〇91121855號專利申請案 mm 中文圖式替換頁(92年9月） 一^ f
    * 反射係數之比較 .Si02 + 532奈米+308奈米-afr-248 奈米| Π-1.462
    0 0.000 0X150 0100 0.150 0200 0^50 二―祕碎之厚庚(¾米） -94-
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