專利名稱：多晶硅薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多晶硅薄膜的制作方法，特別是涉及一種具有超大橫向長晶晶粒的多晶硅薄膜的制作方法，以應(yīng)用于多晶硅薄膜晶體管或內(nèi)含多晶硅薄膜的組件制造上。
背景技術(shù)：
多晶硅(poly-silicon)因具有優(yōu)于非晶硅的電氣特性，以及低于單晶硅的成本考慮的優(yōu)勢，而于近幾年在薄膜晶體管制造上，尤其是在薄膜晶體管驅(qū)動(dòng)液晶顯示器(TFT-LCD)的應(yīng)用上廣受重視。
然而，多晶硅結(jié)晶的粒徑(grain size)大小對(duì)于電子遷移率(mobility)和組件特性有著很大的影響，其中，多晶硅中存在的結(jié)晶邊界(grain-boundary)更構(gòu)成組件中載流子通過柵極通道時(shí)的障礙。因此，如何增大多晶硅的結(jié)晶晶粒粒徑，使邊界數(shù)減少，以促進(jìn)薄膜晶體管組件特性的提升，即是現(xiàn)今多晶硅薄膜制造技術(shù)中相當(dāng)重要的發(fā)展趨勢。以顯示器技術(shù)為例，制作高效能的薄膜晶體管，以開發(fā)出更高性能的平面顯示器，即是目前顯示器技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)。
以往傳統(tǒng)制造多晶硅薄膜的方法為固相結(jié)晶化法(Solid PhaseCrystallization)，然而因?yàn)椴ＡЩ宓淖罡叱惺軠囟戎挥屑s650℃，故，這種方法并不適用于平面顯示器制造上。另外，還有直接氣相淀積多晶硅薄膜的方法。但不論是上述固相結(jié)晶化法或是直接氣相淀積法所形成的多晶硅的晶粒都相當(dāng)小，粒徑只有約100nm，因此以這些方法所形成的多晶硅薄膜特性并不佳。
目前在多晶硅薄膜的制作上，最為普遍使用的是準(zhǔn)分子激光回火(Excimer Laser Anneal；ELA)技術(shù)，雖然所能得到的多晶硅晶粒粒徑約可達(dá)600nm，但對(duì)于要開發(fā)更高性能的平面顯示器仍顯不足。于是，近幾年更開始有連續(xù)橫向固化(Sequential Lateral Solidification；SLS)的技術(shù)被提出，其采用光掩模定義激光束的圖形，使激光照射在硅層上的特定位置，以誘發(fā)多晶硅橫向成長的行為，并配合基板移動(dòng)的方式，使激光束能陸續(xù)落在多晶硅層的橫向長晶范圍內(nèi)，以促使晶粒連續(xù)成長。
然而，在連續(xù)橫向固化技術(shù)中，對(duì)于激光束的照射位置的移動(dòng)距離，必須小于硅層中產(chǎn)生結(jié)晶的橫向長晶距離，才能使激光照射位置部分落在前一次結(jié)晶行為的橫向長晶的多晶硅晶粒上，以達(dá)到使晶粒連續(xù)成長的效果。但是通過目前一般的激光結(jié)晶技術(shù)，所能形成的多晶硅橫向長晶距離最大也僅約有2μm，因此，若要使用連續(xù)橫向固化技術(shù)，對(duì)于激光束的照射位置的移動(dòng)精確度即要求非常高，通常須達(dá)到次微米等級(jí)。
此外，再以另一種點(diǎn)狀連續(xù)橫向固化(dot-SLS)技術(shù)為例，分別參考圖1B，以及圖2A～2H，其中，圖1是傳統(tǒng)點(diǎn)狀連續(xù)橫向固化技術(shù)的激光束的光掩模圖形，而圖2A～2H則為傳統(tǒng)點(diǎn)狀連續(xù)橫向固化技術(shù)的結(jié)晶步驟俯視示意圖。
在圖1中，點(diǎn)狀光掩模111是用以遮蔽激光束的通過，至于點(diǎn)狀光掩模111遮蔽以外的區(qū)域122，則為激光結(jié)晶制程中，激光束可通過的范圍。接著參考圖2A～2H，以說明目前點(diǎn)狀連續(xù)橫向固化技術(shù)的結(jié)晶過程，在圖2A中，區(qū)域220表示一般硅層實(shí)際受到激光束照射的位置，而點(diǎn)狀區(qū)塊210則代表硅層中因點(diǎn)狀光掩模遮蔽，未受激光束照射的位置。由于初始的點(diǎn)狀光掩模遮蔽了激光束照射范圍的中心位置，因此當(dāng)進(jìn)行第一次激光照射后，硅層的結(jié)晶行為，是由激光束照射范圍的中央，點(diǎn)狀區(qū)塊210的外緣開始，以徑向的方式，逐漸向外進(jìn)行橫向長晶，橫向長晶的長度約為2μm。其中，邊界205的排列即可顯示出多晶硅的長晶方向與結(jié)構(gòu)。
然后，進(jìn)行第一次激光束照射位置的移動(dòng)，如同圖2B所示，將點(diǎn)狀區(qū)塊210移動(dòng)至位置212(虛線所示)，使點(diǎn)狀區(qū)塊210移動(dòng)到任一橫向長晶的范圍內(nèi)，以進(jìn)行第二次激光能量照射。于是，多晶硅層將再由位置212的外緣開始，向外發(fā)生連續(xù)橫向長晶行為，以使晶粒更為成長，并同時(shí)達(dá)到消除部份邊界205的效果，因而形成如圖2C所示的結(jié)晶態(tài)。
接著，第二次移動(dòng)激光束照射位置，使點(diǎn)狀區(qū)塊210由位置212再移動(dòng)至位置214，以落在另一多晶硅橫向長晶范圍內(nèi)，如圖2D所示，并進(jìn)行第三次激光能量照射，此次照射可再一次消除部分邊界205，因而形成如圖2E所示的結(jié)晶態(tài)。
若再經(jīng)由第三次激光束照射位置的移動(dòng)，使點(diǎn)狀區(qū)塊210又由位置214移動(dòng)至位置216，則將有很大的機(jī)率使點(diǎn)狀區(qū)塊210除了落在任一多晶硅橫向長晶范圍內(nèi)，并且恰好落在無邊界的位置上，如圖2F中所示。
最后，進(jìn)行第四次激光能量照射，此次照射可又再一次消除邊界205，因而得以可能形成如圖2G所示的無邊界結(jié)晶態(tài)。故若根據(jù)此點(diǎn)狀連續(xù)橫向固化技術(shù)的方法，最終即有可能形成如圖2H所示的接近單晶結(jié)構(gòu)的晶粒。
然而，由于點(diǎn)狀區(qū)塊的尺寸通常約為圓形直徑1.5μm，但是每次點(diǎn)狀區(qū)塊移動(dòng)皆需落在多晶硅橫向長晶的范圍，即2μm內(nèi)，因此激光束的照射位置的移動(dòng)精確度，須達(dá)到次微米等級(jí)，才有機(jī)會(huì)在四次激光照射后，即得到尺寸接近5μm的多晶硅晶粒(如圖2H所示)。
所以，不論是采用一般連續(xù)橫向固化技術(shù)或是點(diǎn)狀連續(xù)橫向固化技術(shù)，都將受限于對(duì)基板或是激光束的移動(dòng)精確度的嚴(yán)格要求，而大幅增加機(jī)臺(tái)成本，并降低制程合格率，尤其是針對(duì)大面積面板量產(chǎn)設(shè)備的制作，更顯困難。故即使采用連續(xù)橫向固化技術(shù)可提升現(xiàn)有激光結(jié)晶技術(shù)的結(jié)晶效果，但仍不利于多晶硅組件制作的量產(chǎn)使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種多晶硅薄膜的制作方法，而可應(yīng)用在多晶硅薄膜晶體管或內(nèi)含多晶硅薄膜的組件制造上。此方法是利用具有陡峭能量密度梯度的激光光照射硅膜，使硅膜容易產(chǎn)生固液接口，因而誘發(fā)部份硅膜發(fā)生超級(jí)橫向長晶行為，同時(shí)，更配合熱滯留層覆蓋于硅層上的輔助加熱作用，延長硅膜受熱時(shí)間，以更加促進(jìn)橫向長晶行為時(shí)的晶粒成長。之后，重復(fù)地移動(dòng)激光束至基板不同位置，照射激光，以完成整面基板的結(jié)晶制程。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明提出一種多晶硅薄膜的制作方法，其先在基板上形成緩沖層，之后再形成一非晶硅層，然后，在非晶硅層上形成一熱滯留層，其中，熱滯留層的材質(zhì)，選用對(duì)激光束具有部分吸收特性的薄膜，例如較佳可為氮氧化硅薄膜(SiOxNy)。此熱滯留層可以使后續(xù)進(jìn)行激光加熱制程時(shí)，對(duì)非晶硅層產(chǎn)生持續(xù)輔助加熱的作用，如此，將能有效延長非晶硅層的結(jié)晶成長時(shí)間，而使晶粒橫向成長粒徑增加。
當(dāng)熱滯留層形成之后，即利用具有陡峭能量密度梯度的激光束，進(jìn)行激光加熱制程，使部份硅層融化，進(jìn)而發(fā)生超級(jí)橫向長晶行為。
其中，上述具有陡峭能量密度梯度的激光束是利用圖形光掩模遮蔽部分激光光源以形成，或者，將激光束經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整成具有窄寬度(3～20μm)的線型光束。其中，圖形光掩模是例如可具有長條狹縫圖案或方塊圖案。并且，陡峭能量密度梯度的范圍可為400J/cm3～3000J/cm3。
根據(jù)上述本發(fā)明的多晶硅薄膜制作方式，除了結(jié)合熱滯留層延緩多晶硅冷卻時(shí)間，并通過具有陡峭能量密度梯度的激光束誘發(fā)非晶硅層中產(chǎn)生超級(jí)橫向長晶的結(jié)晶行為，更可利用基板移動(dòng)或激光束移動(dòng)的方式，使具有陡峭能量密度梯度的激光束，得以陸續(xù)落在多晶硅層上的橫向長晶的晶粒上，以產(chǎn)生連續(xù)性的橫向長晶行為，進(jìn)而持續(xù)增大結(jié)晶粒徑成長。
由于本發(fā)明中結(jié)合了熱滯留層覆蓋于硅層上的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將可有效延長硅膜受激光照射后的結(jié)晶成長時(shí)間，因而更有助于使結(jié)晶粒徑增大。如此，便能在后續(xù)進(jìn)行基板或激光束連續(xù)移動(dòng)的步驟時(shí)，大幅增加基板或激光束的位移距離的控制范圍，加大制程窗口，進(jìn)而降低對(duì)基板或激光束移動(dòng)的精確度的要求。
于是，通過本發(fā)明的方法，不僅可用單發(fā)激光照射制作出晶粒橫向長晶距離達(dá)微米等級(jí)甚至是5μm以上，并且，更能在增進(jìn)多晶硅薄膜制作質(zhì)量的同時(shí)，使得制造產(chǎn)率獲得提升，尤其應(yīng)用于顯示器驅(qū)動(dòng)的薄膜晶體管制作時(shí)，將可有利于顯示器大面積化的發(fā)展與量產(chǎn)。
另外，本發(fā)明方法的另一效果在于可降低多晶硅表面粗糙度，利用熱滯留層覆蓋于硅層上的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可在硅膜結(jié)晶時(shí)，壓制多晶硅在邊界處的突起，以有助于降低多晶硅表面的粗糙度，進(jìn)而得到平坦的多晶硅表面。


為使本發(fā)明的上述特征、方法、目的及優(yōu)點(diǎn)更明顯易懂，結(jié)合附圖，加以說明如下圖1是傳統(tǒng)點(diǎn)狀連續(xù)橫向固化技術(shù)的激光束的光掩模圖形；
圖2A～2H是傳統(tǒng)點(diǎn)狀連續(xù)橫向固化技術(shù)的結(jié)晶步驟俯視示意圖；圖3A～3C是根據(jù)本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的一種多晶硅薄膜制作方法的流程剖面示意圖；圖4A是利用一種具有緩和能量密度梯度的激光束進(jìn)行硅層結(jié)晶的示意圖；圖4B是利用一種具有陡峭能量密度梯度的激光束進(jìn)行硅層結(jié)晶的示意圖；圖5A～5C是根據(jù)本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的一種多晶硅薄膜制作方法的部份流程俯視示意圖；圖6A～6C是根據(jù)本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的一種多晶硅薄膜制作方法的部份流程剖面示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的一種方塊狀連續(xù)橫向固化技術(shù)的激光束的光掩模圖形示意圖；以及圖8A～8E是根據(jù)本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的一種多晶硅薄膜的連續(xù)橫向長晶步驟的俯視示意圖。
附圖標(biāo)記說明111、122 點(diǎn)狀光掩模205、805 邊界210、810 區(qū)塊220、304a、820區(qū)域212、214、216、812、814 位置300、500、600 基板302、602 緩沖層304、404、604 非晶硅層304b、304c晶粒306、606 熱滯留層320、620 激光束430 長晶長度504b、504c、604b、
604c、604d、604e 晶粒520、520’ 范圍613中空方塊區(qū)域711、722 方塊狀光掩模具體實(shí)施方式
本發(fā)明提出一種可增大多晶硅橫向長晶范圍的方法。利用熱滯留層(heat-retaining layer)的使用，與通過陡峭能量梯度的激光束誘發(fā)的橫向長晶技術(shù)相結(jié)合，增加多晶硅晶粒的橫向成長距離。如此，將可大幅降低連續(xù)橫向長晶技術(shù)進(jìn)行時(shí)，基板或是激光束的移動(dòng)精確度，而使制程窗口加大，另外，更可在僅使用單發(fā)激光照射的條件下，即獲得晶粒橫向長晶距離達(dá)5μm以上的多晶硅薄膜，使進(jìn)而同時(shí)提升多晶硅薄膜制作的質(zhì)量與產(chǎn)率；以下將以實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法加以詳細(xì)說明。
實(shí)施例1本發(fā)明揭露了一種多晶硅薄膜的制作方法，請(qǐng)結(jié)合參照?qǐng)D3A～3C、圖4A、圖4B以及圖5A～5C。其中，圖3A～3C是根據(jù)本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的一種多晶硅薄膜制作方法的流程剖面示意圖，圖4A為利用一具有緩和能量密度梯度的激光束進(jìn)行硅層結(jié)晶的示意圖，圖4B為利用一具有陡峭能量密度梯度的激光束進(jìn)行硅層結(jié)晶的示意圖，至于圖5A～5C則為根據(jù)本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的一種多晶硅薄膜制作方法的部份流程俯視示意圖。
首先，參照?qǐng)D3A，即為依序形成一緩沖層302以及一非晶硅層304于基板300之上。其中，基板300例如是玻璃材質(zhì)，而緩沖層302則較佳是例如選用氧化硅，以達(dá)到隔離基板300與非晶硅層304的效果，以避免基板300中的雜質(zhì)對(duì)非晶硅層304造成污染。至于非晶硅層304的形成方法，是例如可采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(Plasma Enhanced ChemicalVapor Phase Deposition；PECVD)或是物理氣相淀積(Physical VaporDeposition；PVD)技術(shù)。同時(shí)還可另外再對(duì)非晶硅層304進(jìn)行去氫步驟，以利后續(xù)的激光制程不會(huì)出現(xiàn)氫爆的現(xiàn)象。
接著，形成一熱滯留層306，覆蓋于非晶硅層304之上，其中，熱滯留層306的材質(zhì)，是選用對(duì)激光束具有部分吸收特性的薄膜，例如較佳可為氮氧化硅(SiOxNy)薄膜，此氮氧化硅薄膜可采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)制作，同時(shí)，熱滯留層306所形成的最佳厚度范圍可為450nm至600nm。
然后，參照?qǐng)D3B所示，利用被圖案化且具有陡峭能量密度梯度的激光束320，由熱滯留層306上方進(jìn)行照射，以對(duì)非晶硅層304中的特定位置產(chǎn)生激光加熱效果，使在激光束320照射范圍內(nèi)的非晶硅層304中，形成超級(jí)橫向長晶區(qū)域304a。其中，具有陡峭能量密度梯度的激光束320可為通過一圖形光掩模，或使用光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整成具有窄寬度(3～20μm)的線型光束，以制作出陡峭能量密度梯度的激光能量分布；而且同時(shí)可通過圖形光掩模的設(shè)計(jì)，使激光束320被圖案化，而能控制激光束320得以照射在非晶硅層304上的特定位置。另外，激光束320則例如可采用氯化氙(XeCl)紫外光源的準(zhǔn)分子激光。
于是，當(dāng)激光束320進(jìn)行照射后，非晶硅層304中將出現(xiàn)高低不同的溫度分布，受到激光束320照射的區(qū)域304a，會(huì)成為高溫熔融狀態(tài)，然而區(qū)域304a側(cè)邊的范圍，則為未受激光束320照射的區(qū)域，形成相對(duì)低溫的狀態(tài)。因而，誘發(fā)產(chǎn)生于非晶硅層304中的結(jié)晶行為，將為由區(qū)域304a側(cè)邊的較低溫的位置開始，朝向區(qū)域304a的內(nèi)部進(jìn)行橫向長晶，進(jìn)而形成橫向長晶晶粒304b與橫向長晶晶粒304c(如圖3C所示)。
在圖3B中，箭頭所指即為多晶硅橫向長晶的方向，另外，由于本實(shí)施例同時(shí)結(jié)合了熱滯留層306的輔助加熱效果，以及具有陡峭能量密度梯度的激光束320的使用，故可更加提升多晶硅的橫向長晶行為，而大幅增大橫向長晶的結(jié)晶粒徑。例如采用本實(shí)施例的方法，可在激光束320單次照射至非晶硅層304之上時(shí)，便使橫向長晶區(qū)域304a中，產(chǎn)生晶粒橫向長晶距離約5μm以上的多晶硅。
由于本發(fā)明更特別提出使用具有陡峭能量密度梯度的激光束以進(jìn)行激光照射的結(jié)晶制程，故可更加提升晶硅層的橫向長晶效果。可分別參考圖4A與圖4B，在圖4A中顯示了當(dāng)利用一具有緩和能量密度梯度的激光束進(jìn)行硅層結(jié)晶的示意圖，示意圖中的上半部表示的是使用的激光束的能量密度分布情形，而示意圖的下半部，則顯示出晶硅層404的橫向長晶行為，假設(shè)如圖4A中所示，一般的激光結(jié)晶制程，是使用了具有緩和的能量密度梯度的激光束，則晶硅層404中的固液接口會(huì)較慢形成，且產(chǎn)生的液態(tài)硅與固態(tài)硅之間所含有的熱量差距也較小，故誘發(fā)出的超級(jí)橫向長晶長度430較短。
反觀圖4B，在圖4B中顯示了當(dāng)利用一具有陡峭能量密度梯度的激光束進(jìn)行硅層結(jié)晶的示意圖，由于陡峭的能量梯度，可使晶硅層404內(nèi)部較為容易而且快速地產(chǎn)生明顯的固液接口，同時(shí)，產(chǎn)生的液態(tài)硅與固態(tài)硅之間所含有的熱量差距也相對(duì)較大，因此，固液接口兩側(cè)的溫度差異較為顯著，所以不僅更為容易在晶硅層404中產(chǎn)生成核點(diǎn)(nucleation site)，而且誘發(fā)出較長的超級(jí)橫向長晶長度430，故將使晶硅層404內(nèi)擁有較佳的超級(jí)橫向長晶效果。
本發(fā)明除了提出熱滯留層與具有陡峭能量密度梯度的激光束的使用以外，更同時(shí)配合上連續(xù)移動(dòng)的激光結(jié)晶技術(shù)制程，更加提升多晶硅的超級(jí)橫向長晶晶粒長度。依序參考圖5A～5C，圖5A～5C是本發(fā)明的結(jié)晶制程的流程俯視示意圖，其中圖5A所顯示的即可代表為圖3C的俯視圖，由于非晶硅層上覆蓋了熱滯留層，因此，當(dāng)具陡峭能量密度梯度的激光束初次照射至非晶硅層后，便可通過熱滯留層的輔助加熱作用，而于第一次激光束照射范圍520以內(nèi)，形成具有超級(jí)橫向長晶晶粒504b與超級(jí)橫向長晶晶粒504c的粒徑皆約為5μm的多晶硅結(jié)晶。
接著，可開始將基板500或是激光束移動(dòng)一距離，使具有陡峭能量密度梯度的激光束的照射范圍520，移至落在任一橫向長晶晶粒504c的范圍上，變成圖5B中的照射范圍520＇，以進(jìn)行第二次激光照射步驟。于是，在圖5B中，不僅照射范圍520＇內(nèi)的晶硅層會(huì)接著產(chǎn)生結(jié)晶行為，同時(shí)，原本于第一次激光照射后即已形成的橫向長晶晶粒504c，也將因?yàn)椴糠謪^(qū)域又受到第二次激光照射的作用，而得以發(fā)生再次熔融與誘發(fā)橫向長晶的行為，于是，原本的橫向長晶粒徑504c將會(huì)更為成長，而增大超級(jí)橫向長晶的范圍。故例如將可使第一次激光照射后所產(chǎn)生的結(jié)晶粒徑5μm的多晶硅晶粒，進(jìn)而增大成為粒徑至8μm的多晶硅晶粒，獲得如圖5C中所示的超大晶粒尺寸的多晶硅薄膜。
由于本發(fā)明中共同配合使用了熱滯留層與具有陡峭能量密度梯度的激光束的設(shè)計(jì)，因此，在進(jìn)行初次的激光照射制程后，即可形成具有結(jié)晶粒徑達(dá)5μm以上的超級(jí)橫向長晶晶粒的多晶硅，于是，可大幅增加此實(shí)施中后續(xù)對(duì)于基板或是激光束進(jìn)行連續(xù)移動(dòng)時(shí)，所需位移的距離范圍，而增大制程窗口，以進(jìn)而降低對(duì)基板移動(dòng)或是激光束移動(dòng)的精確度的要求。例如采用本實(shí)施例的方法，可使連續(xù)橫向長晶技術(shù)的基板移動(dòng)的精確度達(dá)到微米(μm)等級(jí)即可。
實(shí)施例2本發(fā)明又揭露另一種多晶硅薄膜的制作方法，利用方塊狀連續(xù)橫向固化技術(shù)(square-SLS)，同時(shí)結(jié)合熱滯留層的輔助加熱作用，以制作出近似正方形且趨向單晶質(zhì)量的晶粒的多晶硅薄膜。
本發(fā)明的第二實(shí)施例請(qǐng)參照?qǐng)D6A～6C所示，如同第一實(shí)施例所述，在本實(shí)施例中，同樣先在基板600上依序覆蓋有一緩沖層602、一非晶硅層604以及一熱滯留層606。其中，熱滯留層606的材質(zhì)為氮氧化硅。接著，參照?qǐng)D6B，即為利用激光束620以進(jìn)行激光加熱制程，然而，與第一實(shí)施例不同的是，當(dāng)進(jìn)行激光加熱制程時(shí)，具有陡峭能量密度梯度的激光束620是利用方塊狀光掩模的遮蔽作用所形成，于是，激光束620中含有激光束無法通過的中空方塊區(qū)域613。
請(qǐng)同時(shí)結(jié)合參照?qǐng)D7，圖7是根據(jù)本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的一種方塊狀連續(xù)橫向固化技術(shù)的激光束的光掩模圖形示意圖。在圖7中，方塊狀光掩模711是用以遮蔽激光束的通過，至于方塊狀光掩模711遮蔽以外的區(qū)域722，則為激光加熱制程中，激光束實(shí)際可通過而照射的范圍。于是，當(dāng)激光經(jīng)過光掩模遮蔽的作用，便可產(chǎn)生如圖6B中的中空方塊狀且具有陡峭能量密度梯度的激光束620。使用方塊狀光掩模相較于點(diǎn)狀光掩模的優(yōu)點(diǎn)為，在方塊狀的角落外側(cè)，當(dāng)多晶硅以徑向放射狀的型態(tài)，逐漸向外進(jìn)行橫向長晶時(shí)，有較少的邊界產(chǎn)生，因此在后續(xù)結(jié)晶過程中有較大的機(jī)率形成單晶結(jié)晶態(tài)。
因?yàn)楸緦?shí)施例中，也采用了熱滯留層覆蓋非晶硅層的設(shè)計(jì)，所以，同樣可有效輔助晶硅層于激光照射后產(chǎn)生的橫向長晶行為，而更加提高橫向長晶的長度，使形成晶粒達(dá)5μm以上的多晶硅。參考圖6C，即為當(dāng)激光加熱制程后，晶硅層604中實(shí)際受到激光照射的區(qū)域，才會(huì)長出橫向長晶晶粒604b、晶粒604c、晶粒604d以及晶粒604e。
而圖8A～8E則為根據(jù)本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的一種多晶硅薄膜的連續(xù)橫向長晶步驟的俯視示意圖。經(jīng)過如同圖8A～8E的步驟，最后便可得到接近單晶質(zhì)量的多晶硅大晶粒。
在圖8A中，區(qū)域820表示一般硅層實(shí)際受到激光束照射的位置，而方塊狀區(qū)塊810則代表硅層中因方塊狀光掩模遮蔽，未受激光束照射的位置。于是當(dāng)進(jìn)行第一次激光照射后，硅層的結(jié)晶行為，便由方塊狀區(qū)塊810的外緣開始，以徑向放射狀的型態(tài)，逐漸向外進(jìn)行橫向長晶。其中，邊界805的排列顯示出了多晶硅的長晶方向與結(jié)構(gòu)，由于本發(fā)明使用了熱滯留層以覆蓋于晶硅層上方，因此，可使第一次橫向長晶的長度達(dá)到約為5μm左右。
然后，進(jìn)行第一次激光束照射位置的移動(dòng)，如同圖8B所示，將方塊狀區(qū)塊810依方塊對(duì)角線方向移動(dòng)至位置812(虛線所示)，使方塊狀區(qū)塊810移動(dòng)到任一橫向長晶的范圍內(nèi)，以進(jìn)行第二次激光能量照射。于是，晶硅層將又由位置812的外緣開始，再次以放射狀的型態(tài)，向外發(fā)生連續(xù)橫向長晶行為，以使初次生成的晶粒能更為成長，并同時(shí)達(dá)到消除部份邊界805的效果，進(jìn)而形成如圖8C所示的結(jié)晶態(tài)。
接著，第二次移動(dòng)激光束照射位置，使方塊狀區(qū)塊810由位置812再依方塊對(duì)角線方向移動(dòng)至位置814，以落在另一多晶硅橫向長晶范圍內(nèi)，并且將有很大的機(jī)率使能讓方塊狀區(qū)塊810恰好落在無邊界的位置上，進(jìn)行第三次激光照射步驟，如圖8D所示。同樣地，在第三次的激光照射進(jìn)行后，晶硅層內(nèi)部將由位置814的外緣開始，再次向外發(fā)生連續(xù)橫向長晶行為，于是，此次照射后便可非常容易地將剩下的邊界805完全消除，最后形成如圖8E所示的單晶結(jié)晶態(tài)。
由于應(yīng)用本實(shí)施例的方法，可在第一次激光照射后，即形成橫向長晶長達(dá)到5μm的晶粒，而本實(shí)施例中所設(shè)計(jì)的方塊狀區(qū)塊的長寬僅約為1.5μm，因此，雖然每次激光束的移動(dòng)都同樣需要使方塊狀區(qū)塊落在晶硅橫向長晶的范圍內(nèi)，但是，不論是對(duì)于激光束或是基板移動(dòng)的精確度，都相較于傳統(tǒng)點(diǎn)狀連續(xù)橫向固化(dot-SLS)技術(shù)的要求為低，只要達(dá)到微米等級(jí)即可。并且，更可有效減少激光或是基板連續(xù)移動(dòng)的次數(shù)，亦即可減少激光束實(shí)際進(jìn)行照射的次數(shù)，即成功獲得具有超級(jí)橫向長晶的大晶粒或是單晶結(jié)晶結(jié)構(gòu)。同時(shí)，通過本實(shí)施例的方法，最后可得到結(jié)晶粒徑約10μm以上的多晶或單晶晶粒。
由上述本發(fā)明的實(shí)施例可知，應(yīng)用本發(fā)明的方法，不僅可通過具有陡峭能量密度梯度的激光束照射，使非晶硅層中產(chǎn)生超級(jí)橫向長晶的結(jié)晶行為，同時(shí)，本發(fā)明配合熱滯留層覆蓋于硅層上的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用熱滯留層的持續(xù)加熱作用，可延長晶硅層受激光照射后的結(jié)晶成長時(shí)間，則又更有助于使結(jié)晶粒徑增大。
此外，更利用基板移動(dòng)或激光束移動(dòng)的方式，使激光束得以陸續(xù)落在基板的不同位置，以完成整面基板的結(jié)晶制程。如將激光束于硅層上的落點(diǎn)都控制在晶粒橫向長晶的范圍內(nèi)，以使結(jié)晶行為能夠連續(xù)成長，則可進(jìn)一步增大結(jié)晶粒徑。
由于本發(fā)明配合熱滯留層覆蓋于晶硅層上的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有助于使結(jié)晶粒徑增大，如此，當(dāng)要進(jìn)行連續(xù)橫向固化過程，而須連續(xù)移動(dòng)基板或激光束時(shí)，即可大幅增加基板或激光束位移距離的范圍，而增加產(chǎn)率及有效加大制程窗口，以進(jìn)而降低對(duì)基板或激光束移動(dòng)的精確度的要求；甚至是可以減少激光或是基板須連續(xù)移動(dòng)的次數(shù)，亦即有效減少激光束實(shí)際進(jìn)行照射的次數(shù)，進(jìn)而降低制作流程與成本。于是，不論是發(fā)展一般的連續(xù)橫向固化技術(shù)或是點(diǎn)狀連續(xù)橫向固化技術(shù)，都能通過本發(fā)明的方法，而大幅增加多晶硅薄膜制作的質(zhì)量與產(chǎn)率。除了有效制作出晶粒尺寸達(dá)微米等級(jí)以上，且邊界數(shù)大幅減少的多晶硅薄膜外，甚至可獲得晶粒尺寸至10μm以上接近單晶態(tài)的高質(zhì)量多晶硅薄膜。
因此，若將本發(fā)明的多晶硅薄膜的制作方法應(yīng)用于多晶硅薄膜晶體管的制造上，必能有助于制作出高性能、高附加價(jià)值的組件產(chǎn)品，同時(shí)，也更加有利于顯示器大面積化的發(fā)展與量產(chǎn)。
本發(fā)明的方法不僅局限使用于平面顯示器的薄膜晶體管制造上，任何多晶硅薄膜晶體管驅(qū)動(dòng)組件的制造以及多晶硅薄膜的制作都可利用本發(fā)明的方法而提升產(chǎn)品效能。雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應(yīng)當(dāng)可作各種改動(dòng)與修飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)視所附的權(quán)利要求范圍所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種多晶硅薄膜的制作方法，至少包含形成一硅層于一基板上；形成一熱滯留層于所述硅層之上；利用至少一具有陡峭能量密度梯度的激光束，進(jìn)行一激光加熱制程，以誘發(fā)部份所述硅層發(fā)生超級(jí)橫向長晶行為；以及重復(fù)地移動(dòng)激光束至基板不同位置，照射激光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述硅層的形成步驟之前，更包含形成一緩沖層于所述基板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基板的材質(zhì)是玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱滯留層是氮氧化硅(SiOxNy)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述具有陡峭能量密度梯度的激光光源是使用氯化氙(XeCl)紫外光源的準(zhǔn)分子激光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述具有陡峭能量密度梯度的激光束是利用一圖形光掩模，使遮蔽部分激光光源所形成或?qū)⒓す馐?jīng)由光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整成窄寬度的光束。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述具有陡峭能量密度梯度的激光束是具有長條圖案或中空方塊狀圖案。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光束的移動(dòng)，包含對(duì)所述激光束移動(dòng)，或基板進(jìn)行移動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述具有陡峭能量密度梯度的激光束，能量密度梯度的范圍是從400J/cm3至3000J/cm3。
全文摘要
一種多晶硅薄膜的制作方法，是先在基板上形成硅層，然后形成一熱滯留層于硅層之上，接著，利用具有陡峭能量密度梯度的激光束，進(jìn)行激光加熱制程，以誘發(fā)部分硅層發(fā)生超級(jí)橫向長晶行為。其中，熱滯留層能在激光加熱制程中，對(duì)硅層的結(jié)晶行為產(chǎn)生輔助加熱的作用，以增長超級(jí)橫向長晶的長度。最后，重復(fù)地移動(dòng)激光束至基板不同位置，照射激光以完成整面基板的結(jié)晶制程。
文檔編號(hào)C30B30/00GK1983521SQ20051013179
公開日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2005年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月14日
發(fā)明者陳昱丞, 林家興, 陳宏澤 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院