半導體制造方法與半導體層與流程

本發明是關于一種制造技術，且特別是關于一種半導體制造方法與半導體層。

背景技術：

為了結晶化半導體，一般而言考慮到基板的內受溫度，準分子激光退火(Excimer Laser Annealing，ELA)的制程是目前較常采用的技術。然而，線掃描(Linear scanning)的準分子激光退火受限于激光光點的尺寸而無法一次處理大面積的區域，并且由于每一個激光光點的功率不穩定，造成均勻性不佳而容易產生斑(Mura)的問題。因此，產能與基板的面積難以提高，生產成本居高不下之外，結晶品質與晶粒尺寸亦不理想。

技術實現要素：

為了提高用于制作半導體元件的結晶部分的結晶品質與晶粒尺寸，本發明是提供一種半導體層，其包含第一結晶部分與第二結晶部分。第一結晶部分由熔融態(Fusion)或半熔融態(Semi-fusion)的第一部分結晶形成，第二結晶部分由熔融態或半熔融態的第二部分結晶形成。第一結晶部分相鄰或部分重疊第二結晶部分。第一部分是透過閃光燈(Flash lamp)與第一光罩以第一能量照射而變為熔融態或半熔融態。第二部分是透過閃光燈、閃光燈與第一光罩或者閃光燈與第二光罩，以第二能量照射而變為熔融態或半熔融態。

于本發明的一實施例中，其中第一結晶部分包含側向結晶部分，側向結晶部分從第一部分以外的鄰近部分開始結晶形成。

于本發明的一實施例中，其中第二結晶部分包含側向結晶部分，側向結晶部分從第二部分以外的鄰近部分開始結晶形成。

于本發明的一實施例中，其中第二部分是透過閃光燈以及第一光罩與半導體層之間的相對位置變化，以第二能量照射而變為熔融態或半熔融態。

于本發明的一實施例中，其中第一結晶部分或第二結晶部分包含微結晶(Micro crystal)部分。

本發明的另一方面是提供一種半導體制造方法，包含以下步驟。利用閃光燈與第一光罩，以第一能量照射一半導體層的一第一部分，使第一部分變為熔融態或半熔融態；結晶化第一部分以形成第一結晶部分；利用閃光燈、閃光燈與第一光罩或者閃光燈與第二光罩，以第二能量照射半導體層的第二部分，使第二部分變為熔融態或半熔融態；結晶化第二部分以形成第二結晶部分。

于本發明的一實施例中，其中結晶化第一部分以形成第一結晶部分包含：從第一部分以外的鄰近部分開始結晶化第一部分，其中第一結晶部分包含側向結晶部分。

于本發明的一實施例中，其中結晶化第二部分以形成第二結晶部分包含：從第二部分以外的鄰近部分開始結晶化第二部分，其中第二結晶部分包含側向結晶部分。

于本發明的一實施例中，其中利用閃光燈與第一光罩，以第二能量照射半導體層的第二部分包含：透過第一光罩與半導體層之間的相對位置變化，利用閃光燈以第二能量照射該半導體層的第二部分。

于本發明的一實施例中，其中第一結晶部分或第二結晶部分包含微結晶部分。

綜上所述，本發明除了可利用閃光燈搭配光罩照射而達成較大面積的結晶之外，結晶的品質亦較佳。具體而言，本發明的半導體層結晶部分(例如第一結晶部分、第二結晶部分)內的晶粒的尺寸較大(例如微米(μm)等級)與較為一致的排列方式(例如側向結晶)，亦減少晶粒邊界的數量。此外，本發明亦可達到同一材料的半導體層的不同部分具有不同的結晶特性，例如側向結晶、微結晶或是非結晶特性，以提高實驗元件電路的多樣性。

以下將以實施方式對上述的說明作詳細的描述，并對本發明的技術方案提供更進一步的解釋。

附圖說明

為讓本發明的上述和其他目的、特征、優點與實施例能更明顯易懂，所附附圖的說明如下：

圖1A是說明本發明一實施例的半導體層的截面示意圖；

圖1B是說明本發明一實施例的半導體層的截面示意圖；

圖1C是說明本發明一實施例的半導體層的截面示意圖；

圖1D是說明本發明一實施例的半導體層的截面示意圖；

圖1E是說明本發明一實施例的半導體層的截面示意圖；

圖2是說明本發明一實施例的半導體層的上視示意圖；以及

圖3是說明本發明一實施例的半導體制造方法流程圖。

具體實施方式

為了使本發明的敘述更加詳盡與完備，可參照附圖及以下所述的各種實施例。但所提供的實施例并非用以限制本發明所涵蓋的范圍；步驟的描述亦非用以限制其執行的順序，任何由重新組合，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的范圍。

于實施方式與申請專利范圍中，除非內文中對于冠詞有所特別限定，否則“一”與“該”可泛指單一個或復數個。將進一步理解的是，本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”及相似詞匯，指明其所記載的特征、區域、整數、步驟、操作、元件與/或組件，但不排除其所述或額外的其一個或多個其它特征、區域、整數、步驟、操作、元件、組件，與/或其中的群組。

關于本文中所使用的“約”、“大約”或“大致約”一般通常是指數值的誤差或范圍約百分之二十以內，較好地是約百分之十以內，而更佳地則是約百分之五以內。文中若無明確說明，其所提及的數值皆視作為近似值，即如“約”、“大約”或“大致約”所表示的誤差或范圍。

此外，相對詞匯，如“下”或“底部”與“上”或“頂部”，用來描述文中在附圖中所示的一元件與另一元件的關系。相對詞匯是用來描述裝置在附圖中所描述之外的不同方位是可以被理解的。例如，如果一附圖中的裝置被翻轉，元件將會被描述原為位于其它元件的“下”側將被定向為位于其他元件的“上”側。例示性的詞匯“下”，根據附圖的特定方位可以包含“下”和“上”兩種方位。

為了說明結晶化過程，請參考圖1A～圖1E，其是說明本發明一實施例的半導體層100的截面示意圖。如圖1A所示，半導體層100形成于基板170上。 于一實施例中，圖1A的半導體層100為非結晶態(Amorphous)。由于第一光罩150的不透光(Opaque)區域152的阻擋，所以閃光燈(Flash lamp)160僅可照射到部分的半導體層100。于一實施例中，此時閃光燈160以第一能量照射半導體層100。

如圖1B所示，半導體層100的第一部分110受到閃光燈160照射，因為吸收閃光燈160光線的第一能量而變為熔融(Fusion)態或半熔融(Semi-fusion)態。未受到閃光燈160照射的半導體層100第二部分120則未發生改變，而維持原先狀態(例如非結晶態)。

如圖1C所示，閃光燈160停止照射，熔融態或半熔融態的第一部分110從鄰近部分(例如第二部分120)開始結晶化(如圖1C的虛線箭頭所示)，以形成第一結晶部分130。于一實施例中，第一結晶部分130具有側向結晶(Lateral crystallization)特性。

如圖1D所示，將圖1A的第一光罩150更換為第二光罩180以進行閃光燈160的第二次照射。第二光罩180的不透光區域182相異于第一光罩150的不透光區域152，本實施例的第二光罩180的不透光區域182與第一光罩150的不透光區域152是例如設計為相對互補的區域，因此閃光燈160可透過第二光罩180的不透光區域182的阻擋而照射半導體層100的不同部分。于一實施例中，此時閃光燈160以第二能量照射半導體層100，其中第二能量與上述第一能量可相同或不同，以調整半導體結晶的遷移率(Mobility)。

于本實施例中，半導體層100的第二部分120受到閃光燈160照射，因為吸收閃光燈160的第二能量而變為熔融態或半熔融態。于第二次照射過程中，未受到閃光燈160照射的半導體層100第一結晶部分130則未發生改變，而維持原先狀態(例如結晶態)。

如圖1E所示，閃光燈160停止照射，熔融態或半熔融態的第二部分120從鄰近部分(例如第一結晶部分130)開始結晶化(如圖1E的虛線箭頭所示)，以形成第二結晶部分140。于一實施例中，第二結晶部分140具有側向結晶特性。如上述，閃光燈160第二能量的照射能量可相同或不同于第一能量，因此形成的第一結晶部分130的遷移率與第二結晶部分140的遷移率相同或相異。舉例而言，若第一能量與第二能量相同，則第一結晶部分130的遷移率與第二結晶部分140的遷移率相同。若第一能量與第二能量不同，則第一結晶部分 130的遷移率與第二結晶部分140的遷移率相異。

于另一實施例中，圖1D～圖1E的閃光燈160第二次照射過程亦可繼續使用第一光罩150，并且移動第一光罩150或者移動基板170以產生第一光罩150與半導體層100的相對位置變化，進而使閃光燈160照射到不同于圖1B中第一部分110的區域，以在半導體層100的不同部分形成結晶。

于另一實施例中，圖1D～圖1E的閃光燈160第二次照射過程亦可使用全面透光的光罩或者移除第一光罩150，閃光燈160使用較弱的能量(例如相較于第一能量、第二能量弱的能量)照射半導體層100。此時半導體層100并不會變為熔融態或者半熔融態，而是重新排列晶格。如此一來，半導體層100可具有較佳的遷移率。

于一實施例中，半導體層100透過閃光燈160的兩次照射與結晶化過程即可達成待結晶區域的完全結晶。

如此一來，相較于準分子激光退火(Excimer Laser Annealing，ELA)，本發明除了可利用閃光燈160搭配光罩照射而達成較大面積的結晶之外，結晶的品質亦較佳。具體而言，本發明的半導體層100結晶部分(例如第一結晶部分130、第二結晶部分140)內的晶粒(Crystal grain)的尺寸較大(例如微米(μm)等級)與較為一致的排列方式(例如側向結晶)，亦減少晶粒邊界(Grain boundary)的數量。此外，本發明亦可達到同一材料的半導體層100的不同部分具有不同的結晶特性，例如側向結晶、微結晶或是非結晶特性，以提高實驗元件電路的多樣性。

于閃光燈160的照射面積大于半導體層100的待結晶區域的情況下，可透過更換光罩(例如第一光罩150、第二光罩180)、位移光罩或位移基板170(亦即位移半導體層100)以及閃光燈160的兩次照射，而達成完全側向結晶的目的。于另一實施例中，透過光罩的不同設計，半導體層100于閃光燈160照射之后具有非結晶態且/或微結晶(Micro crystal)態的特定區域。

另一方面，如圖2所示，于閃光燈160的照射面積小于半導體層200的待結晶區域210的情況下，以閃光燈160的照射區域作為最大單位，將待結晶區域210劃分為區域212、214、216、……等第一小區，并使用第一光罩150搭配閃光燈160進行半導體層200的照射。上述任一第一小區可與其他第一小區重疊(例如區域214、216)，并且允許某一第一小區(例如區域212)與其他 第一小區均無重疊。接著，同樣以閃光燈160的照射區域作為最大單位，將待結晶區域210劃分為區域222、224、226、……等第二小區，并使用第二光罩180搭配閃光燈160進行半導體層200的照射。上述任一第二小區可與其他第二小區重疊(例如區域224、226)，并且允許某一第二小區(例如區域222)與其他第二小區均無重疊。于一實施例中，區域222、224、226、……等第二小區可以是與區域212、214、216、……等第一小區相同或相異的區域。于一實施例中，區域222、224、226、……等第二小區的聯集(亦即所有第二小區的總合區域)可以與區域212、214、216、……等第一小區的聯集相同或相異。依此類推，視實際需求，亦可使用第三張以上的光罩，或者劃分待結晶區域210為第三組小區并進行第三次以上的照光，以達成待結晶區域210完全結晶的目的。

實作上，前述第一光罩150、第二光罩180可以是光罩、光柵或其他適合的遮光設備。上述光罩的設計可以是穿透式或反射式。上述光罩可以是半導體或面板產業所稱的光罩或是與其概念相當的光罩，亦可以是具有特定圖案的不透光或反光的裝置(或結構)。光罩的開口區形狀可以是條狀、三角形、四邊形或任意多邊形，并可依據待結晶區域210的材料與基板的熱傳導的差異進行調整。

于一實施例中，為了形成較佳結晶區域，上述開口區的中心到任何一邊的最短垂直距離須大于1微米(μm)，并且不大于100微米(亦即1微米(μm)＜最短垂直距離≦100微米(μm))。于另一實施例中，開口區可大于或小于較佳結晶區域，使得半導體層200在結晶化過程中產生微結晶狀態的結晶(例如微晶硅)。于一實施例中，光罩的開口區可以具有不同尺寸大小與形狀，使得結晶區域(例如側向結晶區域)具有不同結晶方向與晶粒大小。

舉例而言，半導體層100是由閃光燈160、遮光設備與試品平臺構成的設備制作而成，并且平行于試品平臺的平面定義為XY平面。遮光設備設置于閃光燈160至試品平臺的光路上，以阻擋部分光線照射到試品平臺上的基板170與半導體層100，并且遮光設備對于光路上的光線而言，至少具有50％的開口率。于一實施例中，遮光設備或試品平臺當中至少有一者可以沿著X方向、Y方向或XY方向移動。于一實施例中，在閃光燈160到試品平臺的光路可設置穿透式或反射式的透鏡以聚焦光線或者將光線轉為平行光。于一實施例中，在 閃光燈160到試品平臺的光路設置穿透式或反射式的透鏡以聚焦光線，遮光設備或試品平臺可以沿著垂直于XY平面的方向移動。如此一來，無須利用傳統的光罩系統，亦可透過上述設備穩定地制作出全面性結晶的半導體圖樣，有效地降低生產成本。

于一實施例中，本發明的半導體層100亦可以利用閃光燈160進行結晶的設備，并搭配利用準分子激光(Excimer laser)、綠光激光(Green laser)、或其他以光束形式進行結晶化的設備，以達到半導體層100全面性結晶的目的。如此一來，可與激光結晶的制程整合，而進一步改善并提升產能與元件特性。

圖3是說明本發明一實施例的半導體制造方法300流程圖。半導體制造方法300具有多個步驟S302～S308，其可應用于如圖1A～圖1E、圖2所述的半導體層100、200。然熟悉本案的技藝者應了解到，在本實施例中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前后順序，甚至可同時或部分同時執行。具體實作方式如前揭示，此處不再重復敘述。

于步驟S302，利用閃光燈與第一光罩，以第一能量照射半導體層的第一部分，使第一部分變為熔融態或半熔融態。

于步驟S304，結晶化第一部分以形成第一結晶部分。

于步驟S306，利用閃光燈、閃光燈與第一光罩或者閃光燈與第二光罩，以第二能量照射半導體層的第二部分，使第二部分變為熔融態或半熔融態。

于步驟S308，結晶化第二部分以形成第二結晶部分。

本發明得以透過上述實施例，除了可利用閃光燈搭配光罩照射而達成較大面積的結晶之外，結晶的品質亦較佳。具體而言，本發明的半導體層100結晶部分(例如第一結晶部分130、第二結晶部分140)內的晶粒的尺寸較大(例如微米(μm)等級)與較為一致的排列方式(例如側向結晶)，亦減少晶粒邊界的數量。此外，本發明亦可達到同一材料的半導體層100的不同部分具有不同的結晶特性，例如側向結晶、微結晶或是非結晶特性，以提高實驗元件電路的多樣性。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視權利要求書所界定的范圍為準。