專利名稱：低溫多晶硅薄膜的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜的制造方法，特別是涉及一種可以解決現(xiàn)有技術(shù)中制得的多晶硅層其表面具有突起物而造成種種缺點，還可以有效的解決低溫多晶硅薄膜表面存在突起物，而影響后續(xù)所制作出的元件的作動問題的低溫多晶硅薄膜的制造方法。
背景技術(shù)：
在一般元件中，都需配置開關(guān)以驅(qū)動元件的運作，而開關(guān)可以是薄膜晶體管(thin film transistor)或薄膜二極管等，以薄膜晶體管來說，其又可依通道區(qū)的材質(zhì)分為非晶硅(amorphous silicon，簡稱a-Si)薄膜晶體管以及多晶硅(poly-silocon)薄膜晶體管，由于多晶硅薄膜晶體管相較于非晶硅薄膜晶體管其消耗功率小且電子遷移率大，因此逐漸受到市場的重視。
早期的多晶硅薄膜晶體管的制程溫度高達(dá)攝氏1000度，因此基板材質(zhì)的選擇受到大幅的限制，不過，近來由于激光的發(fā)展，制程溫度可降至攝氏600度以下，而利用此種制程方式所得的多晶硅薄膜晶體管又被稱為低溫多晶硅(low temperature poly-silicon，簡稱為LTPS)薄膜晶體管。
在低溫多晶硅薄膜晶體管的制程中，會首先在基板上形成一層多晶硅層，后續(xù)，再在此多晶硅層中形成源極/汲極區(qū)與通道區(qū)，然后在多晶硅層上依序形成閘絕緣層以與門極等等。
上述所形容的各種多晶硅層的制造方法，通常是先在一基板上先沉積一層非晶硅層之后，再進(jìn)行回火制程將原本的非晶硅層轉(zhuǎn)變成多晶硅層，其中回火制程例如是激光結(jié)晶化(laser crystalization)、準(zhǔn)分子激光回火(excimer laser annealing，簡稱ELA)、連續(xù)側(cè)向固化法(sequentiallateral solidification，簡稱SLS)或固態(tài)激光法(solid state laser，簡稱SSL)等等。然而，在回火制程完成后，多晶硅層的表面會形成數(shù)個突起物，這些突起物形成的原因是由于在回火制程中，非晶硅層會重新排列，再加上液態(tài)硅的密度大于固態(tài)硅的密度等因素所致。較詳細(xì)的說明是，當(dāng)非晶硅層藉由回火制程重新排列成為多晶硅層時，部分的非晶硅會先作為再結(jié)晶的晶種，之后進(jìn)行長晶成為較大的晶體，這些大晶體不斷地成長，進(jìn)而相互結(jié)合成為一個更大的晶體，但是在結(jié)合的過程中，由于這些硅晶體與熔融的硅(液態(tài)硅)彼此密度不同的緣故，會使得部分的硅晶體相互推擠到多晶硅層的表面上而形成突起物。
值得一提的是，低溫多晶硅早期所采用的回火方式大多為準(zhǔn)分子激光回火，不過由于其所形成的晶粒(grain)尺寸較小(約5000埃)，故元件消耗的功率會稍大，且電子遷移率較小，所以近來較常采用的回火制程是為連續(xù)側(cè)向固化法或固態(tài)激光法。該二制程可以形成較大的硅晶粒(約為200微米)，不過其伴隨而生成突起物會更大，而該過大的突起物會造成后續(xù)所形成的薄膜晶體管其崩潰電壓(breakdown voltage)下降或是其電流會產(chǎn)生變動，甚至刺穿閘絕緣層等不利元件良品率的缺陷。如此在使用這些薄膜晶體管作為元件的開關(guān)時，會影響元件的運作。上述問題雖然可以利用增加閘絕緣層的厚度來改善突起物過大的現(xiàn)象，但是過厚的閘絕緣層其又會對元件的作動會產(chǎn)生一定程度的影響。所以，在多晶硅層表面的突起物是低溫多晶硅薄膜制程所關(guān)心的問題。
由此可見，上述現(xiàn)有的低溫多晶硅薄膜的制造方法仍存在有諸多的缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決現(xiàn)有的低溫多晶硅薄膜的制造方法的缺陷，相關(guān)廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設(shè)計被發(fā)展完成，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。
有鑒于上述現(xiàn)有的低溫多晶硅薄膜的制造方法存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計制造多年豐富的實務(wù)經(jīng)驗及專業(yè)知識，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新的低溫多晶硅薄膜的制造方法，能夠改進(jìn)一般現(xiàn)有的低溫多晶硅薄膜的制造方法制造方法，使其更具有實用性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計，并經(jīng)反復(fù)試作及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實用價值的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的低溫多晶硅薄膜的制造方法存在的缺陷，而提供一種新的低溫多晶硅薄膜的制造方法，所要解決的技術(shù)問題是使其可以解決現(xiàn)有習(xí)知技術(shù)所制得的多晶硅層其表面具有突起物而造成種種缺點，從而更加適于實用，且具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種低溫多晶硅薄膜的制造方法，所要解決的技術(shù)問題是使其可以解決現(xiàn)有習(xí)知低溫多晶硅薄膜表面存在突起物，而影響后續(xù)所制作出的元件的作動問題。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種低溫多晶硅薄膜的制造方法，其至少包括在一基板上形成一非晶硅層；對該非晶硅層進(jìn)行一回火制程，以使該非晶硅層轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢嗑Ч鑼?，其中該多晶硅層的表面形成?shù)個突起物；以及對該多晶硅層進(jìn)行一表面平坦化處理步驟。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進(jìn)一步實現(xiàn)。
前述的低溫多晶硅薄膜的制造方法，其中所述的表面平坦化處理步驟包括進(jìn)行一電漿蝕刻處理步驟。
前述的低溫多晶硅薄膜的制造方法，其中所述的表面平坦化處理步驟包括進(jìn)行一化學(xué)濕式蝕刻處理步驟。
前述的低溫多晶硅薄膜的制造方法，其中所述的表面平坦化處理步驟包括進(jìn)行一氧化處理以及電漿蝕刻處理步驟。
前述的低溫多晶硅薄膜的制造方法，其中所述的表面平坦化處理步驟包括進(jìn)行一氧化處理以及化學(xué)濕式蝕刻處理步驟。
前述的低溫多晶硅薄膜的制造方法，其中所述的表面平坦化處理步驟包括進(jìn)行一研磨處理步驟。
前述的低溫多晶硅薄膜的制造方法，其中所述的表面平坦化處理步驟包括進(jìn)行一準(zhǔn)分子激光回火處理步驟。
前述的低溫多晶硅薄膜的制造方法，其中所述的回火制程包括一激光回火制程。
前述的低溫多晶硅薄膜的制造方法，其中所述的激光回火制程是選自連續(xù)側(cè)向固化法(sequential lateral solidfication，簡稱SLS)與固態(tài)激光法(solid state laser，簡稱SSL)其中之一。
前述的低溫多晶硅薄膜的制造方法，其中在該基板上形成非晶硅層之前，更包括先在該基板上形成一緩沖層。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。由以上技術(shù)方案可知，為了達(dá)到前述發(fā)明目的，本發(fā)明的主要技術(shù)內(nèi)容如下本發(fā)明提出一種低溫多晶硅薄膜的制造方法，該方法是在首先在基板上形成一非晶硅層，接著，對非晶硅層進(jìn)行回火制程，使得非晶硅層轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч鑼?，該回火制程例如是連續(xù)側(cè)向固化法與固態(tài)激光法。其中，在回火制程中，多晶硅層的表面會形成數(shù)個突起物。繼之，進(jìn)行表面平坦化處理步驟，其中表面平坦化處理步驟例如是電漿蝕刻處理步驟、化學(xué)濕式蝕刻處理步驟、研磨處理步驟、準(zhǔn)分子激光回火處理步驟等。在上述的制造方法中，在形成非晶硅層之前，可以先在基板上形成一緩沖層，再在緩沖層上形成非晶硅層。
借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明低溫多晶硅薄膜的制造方法，可以解決現(xiàn)有習(xí)知低溫多晶硅層的表面會產(chǎn)生突起物的問題，因此，本發(fā)明可以有效的改善后續(xù)所形成的薄膜晶體管的電流均勻性，進(jìn)而可以改善元件的作動的穩(wěn)定性。
綜上所述，本發(fā)明特殊結(jié)構(gòu)的低溫多晶硅薄膜的制造方法，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中所制得的多晶硅層其表面具有突起物而造成種種缺點，從而更加適于實用，且具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。另外其還可解決現(xiàn)有技術(shù)中低溫多晶硅薄膜表面存在突起物，而影響后續(xù)所制作出的元件的作動問題。其具有上述諸多的優(yōu)點及實用價值，并在同類制造方法中未見有類似的設(shè)計公開發(fā)表或使用而確屬創(chuàng)新，其不論在制造方法上或功能上皆有較大改進(jìn)，在技術(shù)上有較大的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實用的效果，且較現(xiàn)有的低溫多晶硅薄膜的制造方法具有增進(jìn)的多項功效，從而更加適于實用，而具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價值，誠為一新穎、進(jìn)步、實用的新設(shè)計。
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。
本發(fā)明的具體制造方法由以下實施例及其附圖詳細(xì)給出。


圖1A至圖1D是依照本發(fā)明一較佳實施例的一種低溫多晶硅薄膜的制造方法的制程流程及結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
100基板101回火制程102緩沖層 103非晶硅層103a熔融非晶硅層 104多晶硅硅晶體104a多晶硅層 106突起物108表面平坦化處理步驟具體實施方式
以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的低溫多晶硅薄膜的制造方法其具體制造方法、步驟、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
請參閱圖1A至圖1D所示，是依照本發(fā)明一較佳實施例的一種低溫多晶硅薄膜的制造方法的制程流程及結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
請首先參閱圖1A所示，該低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法，是首先提供一基板100，其中該基板100例如是玻璃基板。之后，在基板100上形成一非晶硅層103，并且對非晶硅層103進(jìn)行回火制程101。該回火制程101例如是激光回火制程。而該激光回火制程可以是連續(xù)側(cè)向固化法(sequential lateral solidification，簡稱SLS)與固態(tài)激光法(solidstate laser，簡稱SSL)。而進(jìn)行回火制程101的目的在于，使非晶硅層103藉由再結(jié)晶重新排列而形成多晶硅層(圖中未示)。在進(jìn)行再結(jié)晶時，部分的非晶硅103會先作為再結(jié)晶的晶種，之后進(jìn)行長晶成為較大的晶體，例如多晶硅硅晶體104，且位于多晶硅硅晶體104之間的部分是為熔融態(tài)的非晶硅層103a。
請參閱圖1B所示，在繼續(xù)回火制程101的過程中，由于逐漸長成的多晶硅硅晶體104與熔融態(tài)的非晶硅層103a彼此的密度不同，故會使得晶體104彼此相互推擠熔融態(tài)的非晶硅層103a，而使熔融態(tài)的非晶硅層103a隆起于非晶硅層103的表面，最后，待回火制程完成后，所形成的多晶硅層104a表面會形成有突起物106(如圖1C所示)。
繼之，請參閱圖1D所示，將形成有多晶硅層104的基板100進(jìn)行表面處理步驟108以去除表面突起物106，該步驟例如是電漿蝕刻處理步驟、化學(xué)濕式蝕刻處理步驟、氧化處理與電漿蝕刻處理步驟、氧化處理與化學(xué)濕式蝕刻處理步驟、研磨處理步驟或準(zhǔn)分子激光回火處理步驟等。
其中，電漿蝕刻處理步驟的反應(yīng)氣體源可使用含氟或氯的氣體，例如SF6及Cl2。另外，化學(xué)濕式蝕刻處理步驟可使用氟化氫(HF)稀釋溶液作為蝕刻液。此外，氧化處理以及電漿蝕刻處理步驟是先進(jìn)行氧化處理之后，再進(jìn)行電漿蝕刻處理步驟，其中氧化處理例如是在電漿中利用氧氣進(jìn)行氧化(O2plasma)，該電漿蝕刻處理步驟可使用含氟或氯的氣體，例如SF6及Cl2做為反應(yīng)氣體源。
另外，氧化處理以及化學(xué)濕式蝕刻處理步驟例如是先進(jìn)行氧化處理之后，再進(jìn)行化學(xué)濕式蝕刻處理步驟，其中該氧化處理例如是在電漿中利用氧氣進(jìn)行氧化(O2plasma)，該化學(xué)濕式蝕刻處理步驟例如是使用氟化氫(HF)稀釋溶液作為蝕刻液。
此外，研磨處理步驟例如是利用化學(xué)機(jī)械研磨法以研磨之。另外，準(zhǔn)分子激光回火處理步驟相較于先前的連續(xù)側(cè)向固化法或固態(tài)激光法，是一種較低能量的激光回火處理步驟，因此，使用準(zhǔn)分子激光回火處理步驟可以使多晶硅層104a表面的突起物106呈現(xiàn)熔融狀態(tài)而消除。
因此，在進(jìn)行非晶硅轉(zhuǎn)變成多晶硅的回火制程之后，再額外進(jìn)行表面平坦化處理步驟所完成的低溫多晶硅薄膜，其表面將較為平坦。
當(dāng)然，在上述的制程中，在形成非晶硅層103之前，亦可先形成緩沖層102于基板100之上，再在緩沖層102之上形成非晶硅層103。
除此之外，在基板100上形成多晶硅層104a之后，更可采用現(xiàn)有習(xí)知技術(shù)繼續(xù)后續(xù)制程以形成包含閘絕緣層、閘極、源極/汲極區(qū)、通道區(qū)與源極/汲極金屬層的薄膜晶體管(圖中未示)。其中，閘絕緣層的材質(zhì)例如是氧化硅或是氮化硅，形成源極/汲極區(qū)的方式例如是對多晶硅層104a進(jìn)行摻雜步驟，而摻雜方式例如是離子植入法，而且源極金屬層是與源極區(qū)電性連接，汲極金屬層是與汲極區(qū)電性連接。
因此由上可知，本發(fā)明的低溫多晶硅薄膜的制程，可以藉由表面平坦化處理步驟消除多晶硅層晶界(grain boundary)的突起物，如此可以使元件電流特性較為一致。而且，本發(fā)明的表面平坦化處理步驟可以避免后續(xù)所形成的薄膜晶體管其崩潰電壓(breakdown voltage)下降而影響元件的運作。
另外，本發(fā)明在不需增加閘絕緣層厚度的情況下，就可以解決現(xiàn)有習(xí)知突起物可能刺穿閘絕緣層的問題，而且還可以改善元件的電流的穩(wěn)定性。除此之外，本發(fā)明適用于以多晶硅薄膜晶體管，特別是低溫多晶硅薄膜晶體管作為開關(guān)的任何元件。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種低溫多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于其至少包括在一基板上形成一非晶硅層；對該非晶硅層進(jìn)行一回火制程，以使該非晶硅層轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢嗑Ч鑼?，其中該多晶硅層的表面形成?shù)個突起物；以及對該多晶硅層進(jìn)行一表面平坦化處理步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于其中所述的表面平坦化處理步驟包括進(jìn)行一電漿蝕刻處理步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于其中所述的表面平坦化處理步驟包括進(jìn)行一化學(xué)濕式蝕刻處理步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于其中所述的表面平坦化處理步驟包括進(jìn)行一氧化處理以及電漿蝕刻處理步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于其中所述的表面平坦化處理步驟包括進(jìn)行一氧化處理以及化學(xué)濕式蝕刻處理步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于其中所述的表面平坦化處理步驟包括進(jìn)行一研磨處理步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于其中所述的表面平坦化處理步驟包括進(jìn)行一準(zhǔn)分子激光回火處理步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于其中所述的回火制程包括一激光回火制程。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的低溫多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于其中所述的激光回火制程是選自連續(xù)側(cè)向固化法(sequential lateralsolidfication，簡稱SLS)與固態(tài)激光法(solid state laser，簡稱SSL)其中之一。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于其中在該基板上形成非晶硅層之前，更包括先在該基板上形成一緩沖層。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種低溫多晶硅薄膜的制造方法，該方法是首先在基板上形成一非晶硅層，接著，對非晶硅層進(jìn)行回火制程，使得非晶硅層轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч鑼?多晶硅薄膜)，其中在回火的過程中，在多晶硅層的表面會形成數(shù)個突起物。繼之，對多晶硅層進(jìn)行表面平坦化處理步驟。本發(fā)明可以解決現(xiàn)有技術(shù)中制得的多晶硅層其表面具有突起物而造成種種缺點，還可以有效的解決低溫多晶硅薄膜表面存在突起物而影響后續(xù)所制作出的元件的作動問題。
文檔編號H01L21/02GK1635610SQ20031012344
公開日2005年7月6日 申請日期2003年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月29日
發(fā)明者張世昌, 洪郁婷, 江典聲, 李光振, 林敬偉, 蔡耀銘 申請人:統(tǒng)寶光電股份有限公司