本發(fā)明是關(guān)于一種制造技術(shù)，且特別是關(guān)于一種半導(dǎo)體制造方法與半導(dǎo)體層。

背景技術(shù)：

為了結(jié)晶化半導(dǎo)體，一般而言考慮到基板的內(nèi)受溫度，準(zhǔn)分子激光退火(Excimer Laser Annealing，ELA)的制程是目前較常采用的技術(shù)。然而，線掃描(Linear scanning)的準(zhǔn)分子激光退火受限于激光光點(diǎn)的尺寸而無(wú)法一次處理大面積的區(qū)域，并且由于每一個(gè)激光光點(diǎn)的功率不穩(wěn)定，造成均勻性不佳而容易產(chǎn)生斑(Mura)的問(wèn)題。因此，產(chǎn)能與基板的面積難以提高，生產(chǎn)成本居高不下之外，結(jié)晶品質(zhì)與晶粒尺寸亦不理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了提高用于制作半導(dǎo)體元件的結(jié)晶部分的結(jié)晶品質(zhì)與晶粒尺寸，本發(fā)明是提供一種半導(dǎo)體層，其包含第一結(jié)晶部分與第二結(jié)晶部分。第一結(jié)晶部分由熔融態(tài)(Fusion)或半熔融態(tài)(Semi-fusion)的第一部分結(jié)晶形成，第二結(jié)晶部分由熔融態(tài)或半熔融態(tài)的第二部分結(jié)晶形成。第一結(jié)晶部分相鄰或部分重疊第二結(jié)晶部分。第一部分是透過(guò)閃光燈(Flash lamp)與第一光罩以第一能量照射而變?yōu)槿廴趹B(tài)或半熔融態(tài)。第二部分是透過(guò)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?yōu)槿廴趹B(tài)或半熔融態(tài)。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，其中第一結(jié)晶部分包含側(cè)向結(jié)晶部分，側(cè)向結(jié)晶部分從第一部分以外的鄰近部分開(kāi)始結(jié)晶形成。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，其中第二結(jié)晶部分包含側(cè)向結(jié)晶部分，側(cè)向結(jié)晶部分從第二部分以外的鄰近部分開(kāi)始結(jié)晶形成。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，其中第二部分是透過(guò)閃光燈以及第一光罩與半導(dǎo)體層之間的相對(duì)位置變化，以第二能量照射而變?yōu)槿廴趹B(tài)或半熔融態(tài)。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，其中第一結(jié)晶部分或第二結(jié)晶部分包含微結(jié)晶(Micro crystal)部分。

本發(fā)明的另一方面是提供一種半導(dǎo)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(dǎo)體層的一第一部分，使第一部分變?yōu)槿廴趹B(tài)或半熔融態(tài)；結(jié)晶化第一部分以形成第一結(jié)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(dǎo)體層的第二部分，使第二部分變?yōu)槿廴趹B(tài)或半熔融態(tài)；結(jié)晶化第二部分以形成第二結(jié)晶部分。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，其中結(jié)晶化第一部分以形成第一結(jié)晶部分包含：從第一部分以外的鄰近部分開(kāi)始結(jié)晶化第一部分，其中第一結(jié)晶部分包含側(cè)向結(jié)晶部分。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，其中結(jié)晶化第二部分以形成第二結(jié)晶部分包含：從第二部分以外的鄰近部分開(kāi)始結(jié)晶化第二部分，其中第二結(jié)晶部分包含側(cè)向結(jié)晶部分。

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

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，其中第一結(jié)晶部分或第二結(jié)晶部分包含微結(jié)晶部分。

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

以下將以實(shí)施方式對(duì)上述的說(shuō)明作詳細(xì)的描述，并對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案提供更進(jìn)一步的解釋。

附圖說(shuō)明

為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點(diǎn)與實(shí)施例能更明顯易懂，所附附圖的說(shuō)明如下：

圖1A是說(shuō)明本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體層的截面示意圖；

圖1B是說(shuō)明本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體層的截面示意圖；

圖1C是說(shuō)明本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體層的截面示意圖；

圖1D是說(shuō)明本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體層的截面示意圖；

圖1E是說(shuō)明本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體層的截面示意圖；

圖2是說(shuō)明本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體層的上視示意圖；以及

圖3是說(shuō)明本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體制造方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)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(shí)施例。但所提供的實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明所涵蓋的范圍；步驟的描述亦非用以限制其執(zhí)行的順序，任何由重新組合，所產(chǎn)生具有均等功效的裝置，皆為本發(fā)明所涵蓋的范圍。

于實(shí)施方式與申請(qǐng)專利范圍中，除非內(nèi)文中對(duì)于冠詞有所特別限定，否則“一”與“該”可泛指單一個(gè)或復(fù)數(shù)個(gè)。將進(jìn)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(qū)域、整數(shù)、步驟、操作、元件與/或組件，但不排除其所述或額外的其一個(gè)或多個(gè)其它特征、區(qū)域、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件，與/或其中的群組。

關(guān)于本文中所使用的“約”、“大約”或“大致約”一般通常是指數(shù)值的誤差或范圍約百分之二十以內(nèi)，較好地是約百分之十以內(nèi)，而更佳地則是約百分之五以內(nèi)。文中若無(wú)明確說(shuō)明，其所提及的數(shù)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(duì)詞匯，如“下”或“底部”與“上”或“頂部”，用來(lái)描述文中在附圖中所示的一元件與另一元件的關(guān)系。相對(duì)詞匯是用來(lái)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(zhuǎn)，元件將會(huì)被描述原為位于其它元件的“下”側(cè)將被定向?yàn)槲挥谄渌摹吧稀眰?cè)。例示性的詞匯“下”，根據(jù)附圖的特定方位可以包含“下”和“上”兩種方位。

為了說(shuō)明結(jié)晶化過(guò)程，請(qǐng)參考圖1A～圖1E，其是說(shuō)明本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體層100的截面示意圖。如圖1A所示，半導(dǎo)體層100形成于基板170上。 于一實(shí)施例中，圖1A的半導(dǎo)體層100為非結(jié)晶態(tài)(Amorphous)。由于第一光罩150的不透光(Opaque)區(qū)域152的阻擋，所以閃光燈(Flash lamp)160僅可照射到部分的半導(dǎo)體層100。于一實(shí)施例中，此時(shí)閃光燈160以第一能量照射半導(dǎo)體層100。

如圖1B所示，半導(dǎo)體層100的第一部分110受到閃光燈160照射，因?yàn)槲臻W光燈160光線的第一能量而變?yōu)槿廴?Fusion)態(tài)或半熔融(Semi-fusion)態(tài)。未受到閃光燈160照射的半導(dǎo)體層100第二部分120則未發(fā)生改變，而維持原先狀態(tài)(例如非結(jié)晶態(tài))。

如圖1C所示，閃光燈160停止照射，熔融態(tài)或半熔融態(tài)的第一部分110從鄰近部分(例如第二部分120)開(kāi)始結(jié)晶化(如圖1C的虛線箭頭所示)，以形成第一結(jié)晶部分130。于一實(shí)施例中，第一結(jié)晶部分130具有側(cè)向結(jié)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(jìn)行閃光燈160的第二次照射。第二光罩180的不透光區(qū)域182相異于第一光罩150的不透光區(qū)域152，本實(shí)施例的第二光罩180的不透光區(qū)域182與第一光罩150的不透光區(qū)域152是例如設(shè)計(jì)為相對(duì)互補(bǔ)的區(qū)域，因此閃光燈160可透過(guò)第二光罩180的不透光區(qū)域182的阻擋而照射半導(dǎo)體層100的不同部分。于一實(shí)施例中，此時(shí)閃光燈160以第二能量照射半導(dǎo)體層100，其中第二能量與上述第一能量可相同或不同，以調(diào)整半導(dǎo)體結(jié)晶的遷移率(Mobility)。

于本實(shí)施例中，半導(dǎo)體層100的第二部分120受到閃光燈160照射，因?yàn)槲臻W光燈160的第二能量而變?yōu)槿廴趹B(tài)或半熔融態(tài)。于第二次照射過(guò)程中，未受到閃光燈160照射的半導(dǎo)體層100第一結(jié)晶部分130則未發(fā)生改變，而維持原先狀態(tài)(例如結(jié)晶態(tài))。

如圖1E所示，閃光燈160停止照射，熔融態(tài)或半熔融態(tài)的第二部分120從鄰近部分(例如第一結(jié)晶部分130)開(kāi)始結(jié)晶化(如圖1E的虛線箭頭所示)，以形成第二結(jié)晶部分140。于一實(shí)施例中，第二結(jié)晶部分140具有側(cè)向結(jié)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(jié)晶部分130的遷移率與第二結(jié)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(jié)晶部分130的遷移率與第二結(jié)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(jié)晶部分 130的遷移率與第二結(jié)晶部分140的遷移率相異。

于另一實(shí)施例中，圖1D～圖1E的閃光燈160第二次照射過(guò)程亦可繼續(xù)使用第一光罩150，并且移動(dòng)第一光罩150或者移動(dòng)基板170以產(chǎn)生第一光罩150與半導(dǎo)體層100的相對(duì)位置變化，進(jìn)而使閃光燈160照射到不同于圖1B中第一部分110的區(qū)域，以在半導(dǎo)體層100的不同部分形成結(jié)晶。

于另一實(shí)施例中，圖1D～圖1E的閃光燈160第二次照射過(guò)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(dǎo)體層100。此時(shí)半導(dǎo)體層100并不會(huì)變?yōu)槿廴趹B(tài)或者半熔融態(tài)，而是重新排列晶格。如此一來(lái)，半導(dǎo)體層100可具有較佳的遷移率。

于一實(shí)施例中，半導(dǎo)體層100透過(guò)閃光燈160的兩次照射與結(jié)晶化過(guò)程即可達(dá)成待結(jié)晶區(qū)域的完全結(jié)晶。

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

于閃光燈160的照射面積大于半導(dǎo)體層100的待結(jié)晶區(qū)域的情況下，可透過(guò)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(dǎo)體層100)以及閃光燈160的兩次照射，而達(dá)成完全側(cè)向結(jié)晶的目的。于另一實(shí)施例中，透過(guò)光罩的不同設(shè)計(jì)，半導(dǎo)體層100于閃光燈160照射之后具有非結(jié)晶態(tài)且/或微結(jié)晶(Micro crystal)態(tài)的特定區(qū)域。

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

實(shí)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(shè)備。上述光罩的設(shè)計(jì)可以是穿透式或反射式。上述光罩可以是半導(dǎo)體或面板產(chǎn)業(yè)所稱的光罩或是與其概念相當(dāng)?shù)墓庹?，亦可以是具有特定圖案的不透光或反光的裝置(或結(jié)構(gòu))。光罩的開(kāi)口區(qū)形狀可以是條狀、三角形、四邊形或任意多邊形，并可依據(jù)待結(jié)晶區(qū)域210的材料與基板的熱傳導(dǎo)的差異進(jìn)行調(diào)整。

于一實(shí)施例中，為了形成較佳結(jié)晶區(qū)域，上述開(kāi)口區(qū)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(shí)施例中，開(kāi)口區(qū)可大于或小于較佳結(jié)晶區(qū)域，使得半導(dǎo)體層200在結(jié)晶化過(guò)程中產(chǎn)生微結(jié)晶狀態(tài)的結(jié)晶(例如微晶硅)。于一實(shí)施例中，光罩的開(kāi)口區(qū)可以具有不同尺寸大小與形狀，使得結(jié)晶區(qū)域(例如側(cè)向結(jié)晶區(qū)域)具有不同結(jié)晶方向與晶粒大小。

舉例而言，半導(dǎo)體層100是由閃光燈160、遮光設(shè)備與試品平臺(tái)構(gòu)成的設(shè)備制作而成，并且平行于試品平臺(tái)的平面定義為XY平面。遮光設(shè)備設(shè)置于閃光燈160至試品平臺(tái)的光路上，以阻擋部分光線照射到試品平臺(tái)上的基板170與半導(dǎo)體層100，并且遮光設(shè)備對(duì)于光路上的光線而言，至少具有50％的開(kāi)口率。于一實(shí)施例中，遮光設(shè)備或試品平臺(tái)當(dāng)中至少有一者可以沿著X方向、Y方向或XY方向移動(dòng)。于一實(shí)施例中，在閃光燈160到試品平臺(tái)的光路可設(shè)置穿透式或反射式的透鏡以聚焦光線或者將光線轉(zhuǎn)為平行光。于一實(shí)施例中，在 閃光燈160到試品平臺(tái)的光路設(shè)置穿透式或反射式的透鏡以聚焦光線，遮光設(shè)備或試品平臺(tái)可以沿著垂直于XY平面的方向移動(dòng)。如此一來(lái)，無(wú)須利用傳統(tǒng)的光罩系統(tǒng)，亦可透過(guò)上述設(shè)備穩(wěn)定地制作出全面性結(jié)晶的半導(dǎo)體圖樣，有效地降低生產(chǎn)成本。

于一實(shí)施例中，本發(fā)明的半導(dǎo)體層100亦可以利用閃光燈160進(jìn)行結(jié)晶的設(shè)備，并搭配利用準(zhǔn)分子激光(Excimer laser)、綠光激光(Green laser)、或其他以光束形式進(jìn)行結(jié)晶化的設(shè)備，以達(dá)到半導(dǎo)體層100全面性結(jié)晶的目的。如此一來(lái)，可與激光結(jié)晶的制程整合，而進(jìn)一步改善并提升產(chǎn)能與元件特性。

圖3是說(shuō)明本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體制造方法300流程圖。半導(dǎo)體制造方法300具有多個(gè)步驟S302～S308，其可應(yīng)用于如圖1A～圖1E、圖2所述的半導(dǎo)體層100、200。然熟悉本案的技藝者應(yīng)了解到，在本實(shí)施例中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實(shí)際需要調(diào)整其前后順序，甚至可同時(shí)或部分同時(shí)執(zhí)行。具體實(shí)作方式如前揭示，此處不再重復(fù)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(dǎo)體層的第一部分，使第一部分變?yōu)槿廴趹B(tài)或半熔融態(tài)。

于步驟S304，結(jié)晶化第一部分以形成第一結(jié)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(dǎo)體層的第二部分，使第二部分變?yōu)槿廴趹B(tài)或半熔融態(tài)。

于步驟S308，結(jié)晶化第二部分以形成第二結(jié)晶部分。

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

雖然本發(fā)明已以實(shí)施方式揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書(shū)所界定的范圍為準(zhǔn)。