專利名稱：多晶硅層的制作方法
背景技術：
本發(fā)明是有關于一種多晶硅層的制作方法，且特別是有關于一種通過具有低熱傳導特性(low thermal conductivity)的多孔材料層(porous layer)以形成較大晶體尺寸(grain size)的多晶硅層的制作方法。
背景技術：
低溫多晶硅薄膜晶體管液晶顯示器(Low Temperature PolySiliconLiquid Crystal Display，LTPS LCD)有別于一般傳統(tǒng)的非晶硅薄膜晶體管液晶顯示器(a-Si TFT-LCD)，其電子遷移率可以達到200cm2/V-sec以上，故可使薄膜晶體管組件所占面積更小以符合高開口率的需求，進而增進顯示器亮度并減少整體的功率消耗問題。另外，由于電子遷移率的增加可以將部份驅動電路與薄膜晶體管制作工藝一并制造于玻璃襯底上，大幅提升液晶顯示面板的可靠度，且使得面板制造成本大幅降低。因此，低溫多晶硅薄膜晶體管液晶顯示器的制造成本較非晶硅薄膜晶體管液晶顯示器低出許多。此外，低溫多晶硅薄膜晶體管液晶顯示器具有厚度薄、重量輕、分辨率佳等特點，十分適合應用于要求輕巧省電的移動終端產品上。
低溫多晶硅薄膜晶體管液晶顯示器(LTPS-LCD)中，薄膜晶體管的信道層通常以準分子激光退火制作工藝(Excimer Laser Annealing，ELA)形成，此信道層的品質通常取決于多晶硅晶體的大小及其均勻性(uniformity)，而晶體的大小與晶體的均勻性都與準分子激光在能量上的控制有直接的關連。
圖1A至圖1C繪示為公知多晶硅層的制作流程示意圖。首先請參照圖1A，提供一襯底100，此襯底100通常為玻璃基板。接著于襯底100上形成一緩沖層102，此緩沖層102通常是由一阻障層102a以及一應力緩沖層102b所構成。其中，阻障層102a通常為氮化硅層，而應力緩沖層102b通常為氧化硅層。
接著請參照圖1B與圖1C，在形成緩沖層102之后，接著形成一非晶硅層104于應力緩沖層102b上。之后便是進行一準分子激光熱退火制作工藝，控制準分子激光照射于非晶硅層104上的能量，使得非晶硅層104近乎完全熔融，僅于應力緩沖層102b表面上保留些許的結晶核(seed of crystallization)。之后，這些熔融的液態(tài)硅會從上述的結晶核開始結晶成為一非晶硅層106，而此多晶硅層106中會存在有晶體邊界108，由晶體邊界108的分布將可清楚判斷多晶硅層106中晶體尺寸的大小。
公知技術中，與非晶硅接觸的應力緩沖層通常是以化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD)方式所形成的氧化硅層，其膜層結構較為致密，且熱傳導系數(shù)大約在0.014W/cm-K(攝氏20度)左右。公知在進行激光熱退火制作工藝中，應力緩沖層的熱傳導系數(shù)將會直接影響到多晶硅層的晶體尺寸，應力緩沖層的熱傳導系數(shù)越小，則所成長出的多晶硅層便會具有較大的晶體尺寸。因此，在進行激光熱退火制作工藝中，與非晶硅層接觸的膜層，如應力緩沖層的熱傳導系數(shù)(約0.014W/cm-K)仍應進一步地降低，如此才能成長出晶體尺寸較大的多晶硅層。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在提出一種多晶硅層的制作方法，通過降低與非晶硅層接觸的膜層的熱傳導系數(shù)，以形成具有較大的晶體尺寸的多晶硅層。
為達本發(fā)明的上述目的，提出一種多晶硅層的制作方法，包括下列步驟(a)提供一襯底；(b)于襯底上形成一阻障層；(c)于阻障層上形成一應力緩沖層；(d)于應力緩沖層上形成一具有低熱傳導系數(shù)的多孔材料層；(e)于多孔材料層上形成一非晶硅層；以及(f)進行一激光退火制作工藝。
為達本發(fā)明的上述目的，提出一種多晶硅層的制作方法，包括下列步驟(a)提供一襯底；(b)于襯底上形成一阻障層；(c)于阻障層上形成一具有低熱傳導系數(shù)的多孔材料層；(d)于多孔材料層上形成一非晶硅層；以及(e)進行一激光退火制作工藝。
本實施例中，阻障層例如是以化學氣相沉積的方式形成，其材質例如為氮化硅；而應力緩沖層例如是以化學氣相沉積的方式形成，其材質例如是氧化硅。
本實施例中，多孔材料層例如是以電子束沉積(e-beamevaporation)的方式形成，其材質例如是氧化硅，或是氧化硅與氧化鋁的混合物，其中，氧化硅與氧化鋁例如是以95∶5的比例混合。此外，上述的多孔材料層的熱傳導系數(shù)將會低于0.014W/cm-K(攝氏20度)。
本實施例中，多孔材料層的厚度例如介于500至2000埃之間，與其搭配的阻障層厚度例如為500埃左右，而應力緩沖層的厚度例如為1500埃左右。
本實施例中，激光退火制作工藝例如為一準分子激光退火制作工藝。
為讓本發(fā)明的上述目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明。


圖1A至圖1C繪示為公知多晶硅層的制作流程示意圖；圖2A至圖2C繪示為依照本發(fā)明第一實施例多晶硅層的制作流程示意圖。
圖3繪示為激光能量與晶體尺寸的關系圖。
圖4A至圖4C繪示為依照本發(fā)明第二實施例多晶硅層的制作流程示意圖。
標示說明100、200、300襯底 102、202、302緩沖層102a、202a、302a阻障層102b、202b應力緩沖層104、204、304非晶硅層 106、206、306多晶硅層108、208、308晶體邊界 202c、302b多孔材料層
具體實施例方式
第一實施例激光熱退火制作工藝中，若能將應力緩沖層的熱傳導系數(shù)進一步地降低，將可以使得多晶硅層具有較大的晶體尺寸。本實施例即是針對緩沖層與非晶硅層接觸的膜層進行改善，通過降低其熱傳導系數(shù)使得所成長出的多晶硅層具有較大的晶體尺寸。
圖2A至圖2C繪示為依照本發(fā)明第一實施例多晶硅層的制作流程示意圖。請參照圖2A，首先提供一襯底200，此襯底200例如為玻璃襯底、塑料襯底或是其它透明襯底，然此襯底200也可以是其它不透明襯底，如硅襯底(silicon substrate)等。
接著于襯底200上形成緩沖層202，此緩沖層202由一阻障層202a、一應力緩沖層202b以及一多孔材料層202c所構成。其中，阻障層202a例如是以化學氣相沉積的方式形成，且阻障層202a例如為一膜質較為致密的氮化硅層；應力緩沖層202b例如是以化學氣相沉積的方式形成，且應力緩沖層202b例如為一氧化硅層；而多孔材料層202c例如是以電子束沉積(e-beam evaporation)的方式形成，此多孔材料層202c的材質例如是氧化硅，或是氧化硅與氧化鋁的混合物，其氧化硅與氧化鋁例如是以95∶5的比例混合。
本實施例采用的多孔材料層202c例如是氧化硅，或是氧化硅與氧化鋁的混合物，這些材質的熱傳導系數(shù)皆低于0.014W/cm-K(攝氏20度)。以氧化硅材質的多孔材料層202c為例，氧化硅本身的熱傳導系數(shù)約為0.014W/cm-K(攝氏20度)，但由于多孔材料層202c中有許多的孔隙存在，故其熱傳導系數(shù)會低于0.014W/cm-K(攝氏20度)。同樣地，由氧化硅與氧化鋁的混合物所形成的多孔材料層202c也可達到熱傳導系數(shù)低于0.014W/cm-K(攝氏20度)的需求。
接著請同時參照圖2B與圖2C，在緩沖層202形成之后，接著形成一非晶硅層204于緩沖層202中的多孔材料層202c表面上，非晶硅層204例如以低壓化學氣相沉積(Low Pressure Chemical VaporDeposition，LPCVD)的方式形成。而在形成非晶硅層204之后，接著進行一激光熱退火制作工藝，此激光熱退火制作工藝例如是一準分子激光熱退火制作工藝。激光熱退火制作工藝中，控制準分子激光照射于非晶硅層204上的能量使得非晶硅層204近乎完全熔融，之后此熔融的非晶硅層204便可再結晶成為一多晶硅層206。此外，通過激光熱退火制作工藝所形成的多晶硅層206會存在有晶體邊界208，由此晶體邊界208便可判斷晶體尺寸的大小。
在圖2A至圖2C中，多孔材料層202c的厚度例如介于500至2000埃之間，與其搭配的阻障層202a厚度例如為500埃左右，而應力緩沖層202b的厚度例如為1500埃左右。
圖3繪示為激光能量與晶體尺寸的關系圖；而表一則表列出阻障層厚度、應力緩沖層厚度、多孔材料層厚度以及緩沖層總厚度。請同時參照表一以及圖3，由表一中可知，A、B、C、D各組中的阻障層厚度約為500埃左右，應力緩沖層厚度約為1500埃左右。值得注意的是，A組中的多孔材料層厚度為855埃，B組中不具有多孔材料層，C組中的多孔材料層厚度為1844埃，而D組中的多孔材料層厚度為1227埃。
由圖3可知，在激光能量較大時，所形成的晶體尺寸較大，而在相同激光能量的條件下，D組所形成的晶體尺寸較大，此結果與本實施例在多孔材料層厚度上的主張(500至2000埃)相符合。
表一

第二實施例本實施例與第一實施例相似，惟其差異之處在于本實施例省略了應力緩沖層的制作，以進一步薄化組件、簡化制作工藝。
圖4A至圖4C繪示為依照本發(fā)明第二實施例多晶硅層的制作流程示意圖。請參照圖4A，首先提供一襯底300，此襯底300例如為玻璃襯底、塑料襯底或是其它透明襯底，然此襯底300亦可以是其它不透明襯底，如硅襯底等。
接著于襯底300上形成緩沖層302，此緩沖層302由一阻障層302a以及一多孔材料層302b所構成。其中，阻障層302a例如是以化學氣相沉積的方式形成，且阻障層302a例如為一膜質較為致密的氮化硅層；而多孔材料層302b例如是以電子束沉積的方式形成，此多孔材料層302b的材質例如是氧化硅，或是氧化硅與氧化鋁的混合物，其氧化硅與氧化鋁例如是以95∶5的比例混合。
本實施例采用的多孔材料層302b例如是氧化硅，或是氧化硅與氧化鋁的混合物，這些材質的熱傳導系數(shù)皆低于0.014W/cm-K(攝氏20度)。以氧化硅材質的多孔材料層302b為例，氧化硅本身的熱傳導系數(shù)約為0.014W/cm-K(攝氏20度)，但由于多孔材料層302b中有許多的孔隙存在，故其熱傳導系數(shù)會低于0.014W/cm-K(攝氏20度)。同樣地，由氧化硅與氧化鋁的混合物所形成的多孔材料層302b也可達到熱傳導系數(shù)低于0.014W/cm-K(攝氏20度)的需求。
接著請同時參照圖4B與圖4C，在緩沖層302形成之后，接著形成一非晶硅層304于緩沖層302中的多孔材料層302b表面上，非晶硅層304例如以低壓化學氣相沉積的方式形成。而在形成非晶硅層304之后，接著進行一激光熱退火制作工藝，此激光熱退火制作工藝例如是一準分子激光熱退火制作工藝。激光熱退火制作工藝中，控制準分子激光照射于非晶硅層304上的能量使得非晶硅層304近乎完全熔融，之后此熔融的非晶硅層304便可再結晶成為一多晶硅層306。此外，通過激光熱退火制作工藝所形成的多晶硅層306會存在有晶體邊界308，由此晶體邊界308便可判斷晶體尺寸的大小。
在圖4A至圖4C中，多孔材料層302b的厚度例如介于500至2000埃之間，而與其搭配的阻障層302a厚度例如為500埃左右。
綜上所述，本發(fā)明的多晶硅層的制作方法至少具有下列優(yōu)點1、本發(fā)明的多晶硅層的制作方法中，通過多孔材料層直接與非晶硅層接觸，憑借其具有較低熱傳導系數(shù)的特性，使得所成長出的多晶硅層具有較大的晶體尺寸。
2、本發(fā)明的多晶硅層的制作方法中，以電子束沉積方式沉積薄膜為成熟的技術，故多孔材料層的制作并不會對制作工藝成本造成負擔。
雖然本發(fā)明已以一較佳實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種多晶硅層的制作方法，其特征在于包括提供一襯底；于該襯底上形成一阻障層；于該阻障層上形成一多孔材料層，其中該阻障層與該多孔材料層構成一緩沖層；于該多孔材料層上形成一非晶硅層；進行一激光退火制作工藝，以形成一多晶硅層。
2.如權利要求1所述的多晶硅層的制作方法，其特征在于該阻障層的形成方法包括化學氣相沉積。
3.如權利要求1所述的多晶硅層的制作方法，其特征在于該阻障層的材質包括氮化硅。
4.如權利要求1所述的多晶硅層的制作方法，其特征在于該多孔材料層的形成方法包括電子束沉積。
5.如權利要求1所述的多晶硅層的制作方法，其特征在于該多孔材料層的材質包括氧化硅。
6.如權利要求1所述的多晶硅層的制作方法，其特征在于該多孔材料層的材質包括氧化硅與氧化鋁的混合物。
7.如權利要求6所述的多晶硅層的制作方法，其特征在于該多孔材料層的內氧化硅與氧化鋁以95∶5的比例混合。
8.如權利要求1所述的多晶硅層的制作方法，其特征在于該多孔材料層的熱傳導系數(shù)低于0.014W/cm-K(攝氏20度)。
9.如權利要求1所述的多晶硅層的制作方法，其特征在于該激光退火制作工藝為一準分子激光退火制作工藝。
10.一種多晶硅層的制作方法，其特征在于包括提供一襯底；于該襯底上形成一阻障層；于該阻障層上形成一應力緩沖層；于該應力緩沖層上形成一多孔材料層，其中該多孔材料層的熱傳導系數(shù)低于該應力緩沖層的熱傳導系數(shù)，且該阻障層、該應力緩沖層以及該多孔材料層構成一緩沖層；于該多孔材料層上形成一非晶硅層；進行一激光退火制作工藝，以形成一多晶硅層。
11.如權利要求10所述的多晶硅層的制作方法，其特征在于該阻障層的形成方法包括化學氣相沉積。
12.如權利要求10所述的多晶硅層的制作方法，其特征在于該阻障層的材質包括氮化硅。
13.如權利要求10所述的多晶硅層的制作方法，其特征在于該應力緩沖層的形成方法包括化學氣相沉積。
14.如權利要求10所述的多晶硅層的制作方法，其特征在于該應力緩沖層的材質包括氧化硅。
15.如權利要求10所述的多晶硅層的制作方法，其特征在于該多孔材料層的形成方法包括電子束沉積。
16.如權利要求10所述的多晶硅層的制作方法，其特征在于該多孔材料層的材質包括氧化硅。
17.如權利要求10所述的多晶硅層的制作方法，其特征在于該多孔材料層的材質包括氧化硅與氧化鋁的混合物。
18.如權利要求17所述的多晶硅層的制作方法，其特征在于該多孔材料層內的氧化硅與氧化鋁以95∶5的比例混合。
19.如權利要求10所述的多晶硅層的制作方法，其特征在于該多孔材料層的熱傳導系數(shù)低于0.014W/cm-K(攝氏20度)。
20.如權利要求10所述的多晶硅層的制作方法，其特征在于該激光退火制作工藝為一準分子激光退火制作工藝。
全文摘要
一種多晶硅層的制作方法，包括下列步驟(a)提供一襯底；(b)于襯底上形成一阻障層；(c)于阻障層上形成一具有低熱傳導系數(shù)的多孔材料層；(d)于多孔材料層上形成一非晶硅層；以及(e)進行一激光退火制作工藝。由于多孔材料層具有低熱傳導系數(shù)，故可以形成具有較大晶體尺寸的多晶硅層。此外，上述阻障層與多孔材料層之間例如可選擇性地形成一應力緩沖層。由于多孔材料層具有低熱傳導系數(shù)，故可使得所成長出來的多晶硅層具有較大的晶體尺寸。
文檔編號G02F1/13GK1492475SQ0214658
公開日2004年4月28日 申請日期2002年10月22日 優(yōu)先權日2002年10月22日
發(fā)明者彭佳添 申請人:友達光電股份有限公司