專利名稱：于基板上形成多晶硅層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種于基板上形成多晶硅層的方法，且特別是有關(guān)于一種于基板上形成具有較大硅晶粒尺寸的多晶硅層的方法。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管液晶顯示器(thin film transistor liquid crystal display，TFT-LCD)的玻璃基板上具有薄膜晶體管(TFT)陣列，而薄膜晶體管陣列用來控制每一個像素的液晶的排列。薄膜晶體管由非晶硅(amorphoussilicon)或多晶硅(poly silicon)所制成。多晶硅優(yōu)于非晶硅的重要特性乃在于多晶硅比非晶硅具有更佳的電子遷移率(mobility)，此種優(yōu)于非晶硅技術(shù)的特性使多晶硅技術(shù)可容許整合更多的電子電路，使整體產(chǎn)品的復(fù)雜度及重量降低。因此，多晶硅技術(shù)勢將成為未來薄膜晶體管液晶顯示器發(fā)展的主流。而如何不斷地提高多晶硅的電子遷移率，也是研發(fā)人員正研究的主要課題。
請參照圖1A～1D，其是現(xiàn)有于基板上形成多晶硅層的方法的示意圖。首先，在圖1A中，先通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積(plasma enhanced CVD，PECVD)法，于基板110的上方沉積一層例如是二氧化硅層120的緩沖層。接著，在圖1B中，同樣是使用PECVD，沉積一層非晶硅層130于二氧化硅層120上方。其中，非晶硅用來作為形成多晶硅的前驅(qū)體(precursor)。最后，在圖1C中，通過準(zhǔn)分子激光退火(excimer laser annealing，ELA)的技術(shù)，用激光光束140照射非晶硅層130。激光光束140用來作為熱量的來源。提供熱量給非晶硅層130中的非晶硅，即可使非晶硅長成多晶硅，使非晶硅層130成為如圖1D中所示的多晶硅層150。使用上述方法，即可于基板110上形成用來制作薄膜晶體管陣列的多晶硅層150。
在圖1C中，為了在基板110上形成多晶硅，采用準(zhǔn)分子激光退火技術(shù)，使用波長約308nm的激光光束，驅(qū)使非晶硅層130中的非晶硅結(jié)晶，使非晶硅長出晶粒而成為具有多晶硅結(jié)構(gòu)的多晶硅層150(圖1D)。而介于基板110與待進行準(zhǔn)分子激光退火的非晶硅層130之間例如是二氧化硅層120的緩沖層，則用來絕熱。即，即使二氧化硅層120上方的非晶硅層130，在激光光束140照射后達到攝氏1500度的實質(zhì)溫度，基板110的局部也不會超過攝氏250度的實質(zhì)溫度。并且，基板110的局部溫度升高的時間極短，僅約數(shù)百微秒，所以基板110的形狀將不致于改變。而頂層厚約0.09微米非晶硅層130的熔化，更能夠在約0.01秒內(nèi)完成。
以上的方法中所述及的基板可以是玻璃基板。而該于基板上形成多晶硅層的方法，可使用于薄膜晶體管液晶顯示器的制造工藝中。且緩沖層除了可以是二氧化硅層外，也可以是氮化硅層。
上述現(xiàn)有于基板上形成多晶硅層的方法中，基板110與作為緩沖層的二氧化硅層120，因熱傳導(dǎo)系數(shù)均較高，故均具有較高的熱傳導(dǎo)速率。因此，當(dāng)施行準(zhǔn)分子激光退火時，熔化的非晶硅(液態(tài)硅)的熱量便會快速地由基板110及二氧化硅層120釋放。致使硅晶粒成長的時間受到限制，因此無法獲得具有較大硅晶粒尺寸(grain size)的多晶硅層150，而只能獲得具有較小硅晶粒尺寸的多晶硅層150。多晶硅層150中的硅晶粒尺寸的大小，將會直接影響薄膜晶體管的性能。即，依據(jù)僅具有較小硅晶粒尺寸的硅晶粒的多晶硅層150所制作出的薄膜晶體管陣列，其電子遷移率將無法提高。
綜上所述，現(xiàn)有于基板上形成多晶硅層的方法，僅能形成具有較小硅晶粒尺寸的多晶硅層，而無法形成具有較大硅晶粒尺寸的多晶硅層。此將足以致使薄膜晶體管陣列的電子遷移率無法有效被提高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種于基板上形成多晶硅層的方法，用來使由非晶硅形成的多晶硅能夠具有較大的硅晶粒尺寸，使薄膜晶體管陣列的電子遷移率得以被有效提高。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明提供一種于基板上形成多晶硅層的方法，主要包括下列步驟最初，將惰性氣體注入基板中，使基板中產(chǎn)生多個孔隙。接著，沉積緩沖層于基板上方。然后，沉積非晶硅層于緩沖層上方。最后，提供熱量給非晶硅層，使非晶硅層成為多晶硅層。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明提供另一種于基板上形成多晶硅層的方法，主要包括下列步驟最初，沉積第一緩沖層于基板上方。接著，將惰性氣體注入第一緩沖層，使第一緩沖層中產(chǎn)生多個孔隙。然后，沉積第二緩沖層于第一緩沖層上方。之后，沉積非晶硅層于第二緩沖層上方。最后，提供熱量給非晶硅層，使非晶硅層成為多晶硅層。
上述兩種方法中的基板，均可以是玻璃基板。而該兩種方法，均可用于薄膜晶體管液晶顯示器的制造工藝中。惰性氣體均可以是氬。而緩沖層、第一緩沖層與第二緩沖層除了均可以是二氧化硅(silicon dioxide，SiO2)層外，也均可為氮化硅(silicon nitride，Si3N4)層。且兩種方法的提供步驟中，熱量的來源均分別可為激光光束，兩種方法中的非晶硅層經(jīng)由激光光束的照射，均分別可以成為多晶硅層。且兩種方法均分別于提供步驟中使用準(zhǔn)分子激光退火技術(shù)，使非晶硅層可以成為多晶硅層。
為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。


圖1A～1D是現(xiàn)有于基板上形成多晶硅層的方法的示意圖；圖2A～2E是本發(fā)明優(yōu)選實施例的于基板上形成多晶硅層的方法的示意圖；圖3A～3F是本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的于基板上形成多晶硅層的方法的示意圖；圖4是本發(fā)明的方法與現(xiàn)有的方法所獲得的硅晶粒尺寸的均勻性相比較的示意圖。
附圖標(biāo)記說明110基板 120二氧化硅層130非晶硅層 140激光光束150多晶硅層 210基板212孔隙 220緩沖層230非晶硅層 240激光光束250多晶硅層 310基板320第一緩沖層 322孔隙330第二緩沖層 340非晶硅層350激光光束 360多晶硅層
A折線 B折線具體實施方式
請參照圖2A～2E，其是本發(fā)明優(yōu)選實施例的于基板上形成多晶硅層的方法的示意圖。該于基板上形成多晶硅層的方法，將通過以下步驟說明。
最初，在圖2A中，先沿圖中所示的方向注入例如是氬(argon，Ar)的惰性氣體，令氬進入基板210中，使基板210中產(chǎn)生如圖2B中所示的多個孔隙212。接著，在圖2C中，利用同一個反應(yīng)器，使用等離子體增強化學(xué)氣相沉積法，先沉積一層例如是二氧化硅層220的緩沖層于基板210上方，然后再沉積一層非晶硅層230于二氧化硅層220上方。其中，非晶硅用來作為形成多晶硅的前驅(qū)體。最后，在圖2D中，使用準(zhǔn)分子激光退火的技術(shù)，用激光光束240照射非晶硅層230。激光光束240為熱量的來源，提供熱量給非晶硅層230中的非晶硅，使非晶硅長成多晶硅，使非晶硅層230成為如圖2E中所示的多晶硅層250。
利用上述方法，即可于基板210上形成用來制作薄膜晶體管陣列的多晶硅層250。在此，本發(fā)明提供另一種也可在基板上形成多晶硅層的方法。
請參照圖3A～3F，其是本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的于基板上形成多晶硅層的方法的示意圖。首先，在圖3A中，在一反應(yīng)器中使用等離子體增強化學(xué)氣相沉積法，先沉積一層例如是二氧化硅層的第一緩沖層320于基板310上方。接著，在圖3B中，于第一緩沖層320上方，沿圖中所示的方向注入例如是氬的惰性氣體，令氬進入第一緩沖層320中，使第一緩沖層320中產(chǎn)生如圖3C中所示的多個孔隙322。然后，在圖3D中，再一次利用反應(yīng)器，使用等離子體增強化學(xué)氣相沉積法，先沉積一層比第一緩沖層320薄的例如是二氧化硅層的第二緩沖層330于第一緩沖層320上方，然后再沉積一層非晶硅層340于第二緩沖層330上方。與前述實施例相同，非晶硅用來作為形成多晶硅的前驅(qū)體。最后，在圖3E中，使用準(zhǔn)分子激光退火的技術(shù)，用激光光束350照射非晶硅層340。激光光束340作為熱量的來源，提供熱量給非晶硅層340中的非晶硅，使非晶硅長成多晶硅，使非晶硅層340成為如圖3F中所示的多晶硅層360。利用上述方法，也可于基板310上形成用來制作薄膜晶體管陣列的多晶硅層360。
上述兩實施例中的基板210與310，均可以是玻璃基板。而該兩種方法，均可用于薄膜晶體管液晶顯示器的制造工藝中。惰性氣體均可以是氬。而緩沖層、第一緩沖層320與第二緩沖層330除了均可以是二氧化硅層外，也均可為氮化硅層。
以上兩實施例，均利用將氬注入基板210與第一緩沖層320中，使產(chǎn)生多個孔隙212與322。這是使基板210與第一緩沖層320均得以比尚未注入氬的基板210與第一緩沖層320具有更小的熱傳導(dǎo)系數(shù)。而在使用準(zhǔn)分子激光退火的技術(shù)驅(qū)使非晶硅層轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч鑼拥倪^程中，非晶硅靠吸收熱量而轉(zhuǎn)變成為多晶硅。而本發(fā)明上述兩實施例均可降低基板與緩沖層的熱傳導(dǎo)速率(熱傳導(dǎo)系數(shù))，使硅晶粒結(jié)晶固化的時間得以延長，使硅晶粒有充分的時間成長，因此能夠獲得具有較大晶粒尺寸的硅晶粒。
而兩實施例的差別，則僅在于第一實施例在基板210中注入例如是氬的惰性氣體(注入電中性的惰性氣體，用來防止薄膜晶體管的性能因注入物具有電性能而有所改變。)，使基板210的內(nèi)部產(chǎn)生多個密布的孔隙212。而在第二實施例中，在第一緩沖層320中注入同樣例如氬的惰性氣體，使第一緩沖層320內(nèi)部產(chǎn)生多個密布的孔隙322。然后，再于第一緩沖層320上方沉積一層第二緩沖層330(第一緩沖層320因具有孔隙322，故具有大量的成核位置，這將會使得非晶硅經(jīng)ELA后的多晶硅中的硅晶粒尺寸無法有效變大。故于具有孔隙322的第一緩沖層320上方，再沉積一層不具有孔隙的第二緩沖層330，以作為非晶硅層340結(jié)晶的基底。)。第一實施例僅需要使用一次反應(yīng)器，第二實施例則需使用兩次反應(yīng)器。而比較多晶硅層中硅晶粒尺寸的均勻性，第二實施例所形成的硅晶粒尺寸的均勻性則比第一實施例形成的硅晶粒尺寸的均勻性稍佳。因此，兩實施例均具有各自的優(yōu)點。
請參照圖4，其是本發(fā)明的方法與現(xiàn)有的方法所獲得的硅晶粒尺寸的均勻性相比較的示意圖。在使用準(zhǔn)分子激光退火技術(shù)使非晶硅層轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч鑼拥倪^程中，因用來掃描非晶硅的激光光束的能量密度(energy density)(圖式中的橫坐標(biāo))通常會呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的狀態(tài)。因此，所獲得的多晶硅層中的硅晶粒尺寸(圖式中的縱坐標(biāo))也會有不均勻的現(xiàn)象產(chǎn)生。附圖中的折線A與折線B分別是現(xiàn)有與本發(fā)明的于基板上形成多晶硅層的方法，所獲得的硅晶粒尺寸與激光光束的能量密度的關(guān)系。通過附圖可知，利用本發(fā)明于基板或緩沖層中注入例如是氬的惰性氣體，進而于基板或緩沖層中產(chǎn)生多個孔隙，使基板或緩沖層的熱傳導(dǎo)系數(shù)降低的方法。不僅可以使所欲獲得的多晶硅層中的硅晶粒尺寸增大，本方法也可以使硅晶粒尺寸的均勻性比現(xiàn)有方法所獲得的硅晶粒尺寸的均勻性更好。
因此，本發(fā)明上述實施例所披露的于基板上形成多晶硅層的方法，至少具有的優(yōu)點為本發(fā)明于基板上形成多晶硅層的方法，不僅能在所形成的多晶硅層中產(chǎn)生具有較大硅晶粒尺寸的多晶硅，且該硅晶粒尺寸更比現(xiàn)有方法所獲得的硅晶粒尺寸具有更好的均勻性。因此，能夠使薄膜晶體管陣列的電子遷移率可以被大幅且有效地提高。
綜上所述，雖然本發(fā)明已結(jié)合實施例披露如上，然其并非用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍以所附的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種于基板上形成多晶硅層的方法，至少包括將一惰性氣體注入一基板中，使該基板中產(chǎn)生多個孔隙；沉積一緩沖層于該基板上方；沉積一非晶硅層于該緩沖層上方；以及提供一熱量給該非晶硅層，使該非晶硅層成為一多晶硅層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該基板是玻璃基板。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該方法用于一薄膜晶體管液晶顯示器的制造工藝中。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該惰性氣體是氬。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該緩沖層是二氧化硅層。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該緩沖層是氮化硅層。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在該提供步驟中，該熱量的來源是一激光光束，該非晶硅層經(jīng)由該激光光束的照射，可成為該多晶硅層。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在該提供步驟中，該熱量的來源是一激光光束，該提供步驟使用準(zhǔn)分子激光退火技術(shù)，使該非晶硅層成為該多晶硅層。
9.一種于玻璃基板上形成多晶硅層的方法，用于一薄膜晶體管液晶顯示器的制造工藝中，該方法至少包括將一惰性氣體注入一玻璃基板中，使該玻璃基板中產(chǎn)生多個孔隙；沉積一緩沖層于該玻璃基板上方；沉積一非晶硅層于該緩沖層上方；以及提供一激光光束照射該非晶硅層，使該非晶硅層成為一多晶硅層。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該惰性氣體是氬。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該緩沖層是二氧化硅層。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該緩沖層是氮化硅層。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該提供步驟使用準(zhǔn)分子激光退火技術(shù)，使該非晶硅層成為該多晶硅層。
14.一種于基板上形成多晶硅層的方法，至少包括沉積一第一緩沖層于一基板上方；將一惰性氣體注入該第一緩沖層中，使該第一緩沖層中產(chǎn)生多個孔隙；沉積一第二緩沖層于該第一緩沖層上方；沉積一非晶硅層于該第二緩沖層上方；以及提供一熱量給該非晶硅層，使該非晶硅層成為一多晶硅層。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該基板是玻璃基板。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該方法用于一薄膜晶體管液晶顯示器的制造工藝中。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該惰性氣體是氬。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該第一緩沖層是二氧化硅層。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該第一緩沖層是氮化硅層。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該第二緩沖層是二氧化硅層。
21.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該第二緩沖層是氮化硅層。
22.如權(quán)利要求14所述的方法，其中在該提供步驟中，該熱量的來源是一激光光束，該非晶硅層經(jīng)由該激光光束的照射，可成為該多晶硅層。
23.如權(quán)利要求14所述的方法，其中在該提供步驟中，該熱量的來源是一激光光束，該提供步驟使用準(zhǔn)分子激光退火技術(shù)，使該非晶硅層成為該多晶硅層。
24.一種于玻璃基板上形成多晶硅層的方法，用于一薄膜晶體管液晶顯示器的制造工藝中，該方法至少包括沉積一第一緩沖層于一玻璃基板上方；將一惰性氣體注入該第一緩沖層中，使該第一緩沖層中產(chǎn)生多個孔隙；沉積一第二緩沖層于該第一緩沖層上方；沉積一非晶硅層于該第二緩沖層上方；以及提供一熱量給該非晶硅層，使該非晶硅層成為一多晶硅層。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該惰性氣體是氬。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該第一緩沖層是二氧化硅層。
27.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該第一緩沖層是氮化硅層。
28.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該第二緩沖層是二氧化硅層。
29.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該第二緩沖層是氮化硅層。
30.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該提供步驟使用準(zhǔn)分子激光退火技術(shù)，使該非晶硅層成為該多晶硅層。
全文摘要
一種于基板上形成多晶硅層的方法，主要包括下列步驟最初，將惰性氣體注入基板中，使基板中產(chǎn)生多個孔隙。接著，沉積緩沖層于基板上方。然后，沉積非晶硅層于緩沖層上方。最后，提供熱量給非晶硅層，使非晶硅層成為多晶硅層。
文檔編號H01L21/02GK1571119SQ0314360
公開日2005年1月26日 申請日期2003年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月25日
發(fā)明者張茂益 申請人:友達光電股份有限公司