專利名稱：制作多晶硅薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種制作多晶硅薄膜的方法。
背景技術(shù)：
由于液晶顯示器其有外型輕薄、耗電量少以及無輻射污染等特性，故已被廣泛地應(yīng)用在筆記型電腦、個人數(shù)字助理(PDA)等攜帶式資訊產(chǎn)品上。然而隨著使用者對于顯示器視覺感受要求的提升，加上新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷的擴展，于是更高畫質(zhì)、高分辨率且具低價位的平面顯示器變成未來顯示技術(shù)發(fā)展的趨勢，也造就了新的顯示技術(shù)發(fā)的原動力，而低溫多晶硅薄膜晶體管(low temperature polysilicon thin film transistor，LTPS TFT)除了具有符合有源驅(qū)動(actively drive)潮流的特性外，其技術(shù)是達成上述目標的一項重要技術(shù)突破。
請參照圖1，圖1為習知制作一低溫多晶硅薄膜的示意圖。如圖1所示，首先提供一基底10，例如一由玻璃所構(gòu)成的基底。然后形成一由氧化硅或氮化硅所構(gòu)成的阻隔層12于基底10上，且阻隔層12具有一非晶體結(jié)構(gòu)。接著形成一非晶硅(amorphous silicon)層14于阻隔層12上，并利用準分子激光對非晶硅層14進行一激光退火工藝16，使非晶硅層14產(chǎn)生一結(jié)晶化現(xiàn)象(crystallization)。
一般而言，在結(jié)晶化的過程中，非晶硅層14會經(jīng)歷融化與再生(regrowth)的步驟而形成一多晶硅層，且多晶硅層的晶粒尺寸會取決于激光退火工藝中的能量。舉例來說，多晶硅層中的晶粒尺寸會隨著激光能量的提升而增加，直到一足以完全融化該硅層的能量單位，且該能量單位通稱為一完全融化臨界點(full-melt threshold)。當激光能量到達或超過完全融化臨界點時，多晶硅層中的晶粒便會再次縮小，進而形成微小結(jié)晶體(microcrystalline)的型態(tài)。此現(xiàn)象是由于當非晶硅層14在非晶體阻隔層12上成長時，在完全融化臨界點下，晶核(nucleus)無法存活，且在后續(xù)進行冷卻步驟時，許多微小的晶核會形成，進而形成許多微小的晶粒。因此，為了有效增加晶粒的尺寸與均勻性，習知于結(jié)晶化過程中必須將激光能量控制于完全融化臨界點之下，而此范圍下的激光能量，亦即所需的工藝范疇通常約為10mJ/cm2。然而，在這么小的工藝范疇下，習知制作多晶硅薄膜時，由于空間變異以及每次所進行的激光能量有變異，會造成硅晶體的品質(zhì)不均且再現(xiàn)性不佳，且此現(xiàn)象將會使硅層中的晶粒無法達到所需的質(zhì)量或產(chǎn)生分布不均的現(xiàn)象。
由于另一決定完全融化臨界點的重要因素為硅層的厚度，因此，隨著激光工藝間的變異量影響硅層的厚度，導(dǎo)致晶體品質(zhì)不均勻。此外，習知制作多晶硅薄膜的另一缺點是需利用多道的激光脈沖對非晶硅層的各區(qū)域進行處理，以達到均勻的晶格分布。在一般狀況下，使用者必須對非晶硅層進行至少20至40道的激光脈沖處理，以獲得均勻的晶粒大小。然而，隨著激光脈沖次數(shù)的增加，激光退火工藝的整體效率將無可避免的降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的主要目的是提供一種制作多晶硅薄膜的方法，以有效提升多晶硅薄膜的均勻性。
本發(fā)明揭露一種制作多晶硅薄膜的方法。首先形成晶種層(seed layer)于基底的表面，然后形成硅層于該晶種層的表面。接著進行激光退火工藝，使該硅層轉(zhuǎn)換為多晶硅層，且該激光退火工藝的能量大于或等于可完全融化該硅層的能量。
本發(fā)明將一晶種層設(shè)置于非晶硅層與阻隔層之間，且該晶種層的晶格結(jié)構(gòu)對應(yīng)該非晶硅層的晶格結(jié)構(gòu)。值得注意的是，本發(fā)明可藉由此晶種層來大幅提升激光能量的范圍，亦即增加硅層進行結(jié)晶化過程中的工藝范疇，以有效降低形成均勻硅層所需注射的激光脈沖數(shù)量、提升產(chǎn)能、降低成本、以及改善后續(xù)多晶硅層的晶格特性與薄膜晶體管的性能。


圖1為習知制作一低溫多晶硅薄膜的示意圖；圖2為本發(fā)明優(yōu)選實施例制作一多晶硅薄膜的示意圖；圖3至圖5為本發(fā)明制作一低溫多晶硅薄膜晶體管的示意圖；圖6為本發(fā)明一實施例的一液晶顯示面板的示意圖；圖7為本發(fā)明將液晶顯示面板應(yīng)用于一電子裝置的方塊示意圖。
主要元件符號說明10基底12阻隔層14非晶硅層16激光退火工藝20透明基底22阻隔層24晶種層 26非晶硅層28激光退火工藝42基底43有源區(qū)域44多晶硅層46柵極絕緣層 48柵極50源極52漏極60液晶顯示面板62彩色濾光片64公共電極66上基板68多晶硅薄膜晶體管70像素電極72下基板 76液晶層80輸入單元90電子裝置具體實施方式
請參照圖2，圖2為本發(fā)明優(yōu)選實施例制作一多晶硅薄膜的示意圖。如圖2所示，首先提供一透明基底20，例如一由玻璃所構(gòu)成的基底。然后形成一由氧化硅或氮化硅所構(gòu)成的非晶體阻隔層22于透明基底20上。接著進行一濺鍍(sputtering)工藝、原子層沉積(atomic layer deposition)工藝、蒸鍍(evaporation)工藝或一化學氣相沉積(CVD)工藝，以形成一具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的晶種層24于阻隔層22上。隨后再進行一化學氣相沉積工藝或一濺鍍工藝，以形成一非晶硅層26于晶種層24表面。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，晶種層24的厚度介于500埃至5000埃，且晶種層24可具有結(jié)晶特性(crystallinity)以及一結(jié)晶結(jié)構(gòu)。因此，藉由調(diào)整晶種層24的結(jié)晶特性與晶格排列方向(orientation)，使用者可有效控制后續(xù)多晶硅薄膜的結(jié)晶特性與晶格排列方向。其次，晶種層24的晶粒尺寸介于500埃至5000埃，且晶種層24的晶格結(jié)構(gòu)可對應(yīng)后續(xù)退火工藝中由非晶硅層26而形成的一多晶硅層的晶格結(jié)構(gòu)。此外，晶種層24可由氧化鈰(cerium oxide)、氟化鈣(calcium fluoride)或氧化鋯(zirconium oxide)所構(gòu)成。
接著于沉積非晶硅層26后進行一激光退火工藝28，例如一準分子激光退火(excimer laser annealing)工藝或固態(tài)激光退火(solid-state laser annealing)工藝，使非晶硅層26產(chǎn)生一結(jié)晶化現(xiàn)象。一般而言，激光退火工藝的能量可大于或等于一可完全融化硅層的能量，如先前所述的完全融化臨界點，且完全融化臨界點的能量取決于硅層的厚度、激光的波長以及激光脈沖的范圍等條件。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，激光退火工藝的能量可介于250mJ/cm2至500mJ/cm2之間，且激光退火工藝可進行多次激光脈沖，例如二至十次的激光脈沖。舉例來說，如本發(fā)明利用氯化氙(XeCl)脈沖激光對一厚度約500埃的硅層進行處理，則激光退火的能量一般會介于280mJ/cm2至350mJ/cm2之間。
理想情形下，在結(jié)晶化的過程中，晶格對應(yīng)的晶種層24可作為一晶種材料，以促進非晶硅層26的生長。因此，隨著激光退火工藝的能量超越完全融化臨界點并到達可完全融化非晶硅層26的程度時，非晶硅層26便會隨著晶格對應(yīng)晶種層24的晶格結(jié)構(gòu)而成長，進而轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢嗑Ч璞∧ぁ?br> 由于多晶硅薄膜的結(jié)晶特性由晶種層24所控制，因此激光能量密度以及薄膜厚度的變異性將不會對多晶硅薄膜的結(jié)晶特性有顯著的影響。換句話說，本發(fā)明藉由晶種層24來控制晶粒的尺寸，以有效改善習知制作多晶硅薄膜易于激光能量大于完全融化臨界點時產(chǎn)生微小結(jié)晶體的現(xiàn)象。
此外，根據(jù)本發(fā)明的實施例，由于多晶硅薄膜的晶粒尺寸取決于晶種層24的結(jié)晶特性，因此本發(fā)明方法可于減少激光次數(shù)的條件下形成大小均勻的晶粒。同時，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，本發(fā)明可增加產(chǎn)量，對于既定產(chǎn)量下，可減少激光器材的使用量，進而降低器材、設(shè)施與維修的成本。
其次，使用者又可藉由調(diào)整晶種層24的晶格特性與晶粒的晶格排列方向來控制所形成的多晶硅薄膜的晶格特性與晶粒的晶格排列方向，舉例來說，使用者可沉積一具有高優(yōu)勢排列(highly preferred oriented)(111)的氧化鈰(cerium oxide)層，而使后續(xù)形成一同樣具有優(yōu)勢排列的硅層。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，本發(fā)明又可將先前形成的多晶硅薄膜進行加工，以形成多個多晶硅薄膜晶體管。請參照圖3至圖5，圖3至圖5為本發(fā)明制作一低溫多晶硅薄膜晶體管的示意圖。如圖3所示，首先提供一基底42，且基底42具有一多晶硅層44覆蓋其上。其中，多晶硅層44由先前所述的方法所制作完成。然后進行一蝕刻工藝，以于多晶硅層44上形成多個有源區(qū)域43。如圖4所示，接著沉積一由氧化硅或氮化硅所構(gòu)成的柵極絕緣層46于多晶硅層44表面，并形成一由鎢或鉻所組成的金屬層(圖未示)于柵極絕緣層46上。隨后形成一圖案化光阻層(圖未示)于該金屬層上，并進行一蝕刻工藝，例如一干蝕刻工藝，將圖案化光阻層作為一掩模，以蝕刻部分該金屬層并于多晶硅層44上形成一柵極48。然后如圖5所示，移除該圖案化光阻層，將柵極48作為一掩模并進行一離子注入工藝，以于多晶硅層44的有源區(qū)域43中形成一源極50與漏極52，進而完成一低溫多晶硅薄膜晶體管68的制作。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，本發(fā)明又可將先前所制作的低溫多晶硅薄膜晶體管應(yīng)用于一顯示面板，例如一液晶顯示面板或一有機發(fā)光二極體面板上。請參照圖6，圖6為本發(fā)明一實施例的一液晶顯示面板60的示意圖。如圖6所示，本發(fā)明的液晶顯示面板60包含有一彩色濾光片62以及一公共電極64設(shè)置于一上基板66的下表面、一薄膜晶體管68以及一像素電極70設(shè)置于一下基板72上以及一液晶層76設(shè)于上基板66與下基板72之間。值得注意的是，薄膜晶體管68是經(jīng)由先前實施例的方法所制作完成。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，本發(fā)明又可將液晶顯示面板60應(yīng)用于一電子裝置中。請參照圖7，圖7為本發(fā)明將液晶顯示面板60應(yīng)用于一電子裝置90的方塊示意圖。其中，電子裝置90可為一個人數(shù)字助理(PDA)、數(shù)碼相機、筆記型電腦、手持式電腦、行動電話、或DVD播放器等可攜式電子產(chǎn)品。電子裝置90包含有液晶顯示面板60及一輸入單元80。其中，輸入單元80耦合液晶顯示面板60并提供液晶顯示面板60所需的輸入信號(例如一圖像信號)，進而使液晶顯示面板顯示畫面。
綜上所述，本發(fā)明將一額外的晶種層設(shè)置于非晶硅層與阻隔層之間，且該晶種層的晶格結(jié)構(gòu)對應(yīng)多晶硅層的晶格結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可藉由此晶種層來大幅提升激光能量的范圍，亦即增加硅層進行結(jié)晶化過程中的工藝范疇，以有效降低形成均勻硅層所需注射的激光脈沖數(shù)量、提升產(chǎn)能、降低成本、以及改善后續(xù)多晶硅層的晶格特性與薄膜晶體管的性能。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種制作多晶硅薄膜的方法，包含有形成晶種層于基底的表面；形成硅層于該晶種層的表面；以及進行激光退火工藝，使該硅層轉(zhuǎn)換為多晶硅層，且該激光退火工藝的能量大于或等于可完全融化該硅層的能量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該硅層包含非晶硅。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該晶種層的厚度介于500埃至5000埃。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該晶種層包含有結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該晶種層的晶格結(jié)構(gòu)對應(yīng)該多晶硅層的晶格結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該晶種層的晶粒尺寸介于500埃至5000埃。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該晶種層包含有氧化鈰、氟化鈣或氧化鋯。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該激光退火工藝的能量介于250mJ/cm2至500mJ/cm2之間。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中進行該激光退火工藝的步驟包含有進行多次激光脈沖。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該激光退火工藝包含有進行二至十次激光脈沖。
全文摘要
一種制作多晶硅薄膜的方法。首先形成晶種層(seed layer)于基底的表面，然后形成硅層于該晶種層的表面。接著進行激光退火工藝，使該硅層轉(zhuǎn)換為多晶硅層，且該激光退火工藝的能量大于或等于可完全融化該硅層的能量。
文檔編號H01L21/268GK101093800SQ20071011068
公開日2007年12月26日 申請日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月22日
發(fā)明者卡卡德·拉梅許 申請人:統(tǒng)寶光電股份有限公司