專利名稱：低溫多晶硅薄膜的制造方法及低溫多晶硅薄膜晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種薄膜的制造方法及開關(guān)組件，且特別是有關(guān)于一種低溫多晶硅薄膜的制造方法及低溫多晶硅薄膜晶體管。
背景技術(shù)：
在一般組件中，都需配置開關(guān)以驅(qū)動(dòng)組件的運(yùn)作，就顯示組件來(lái)說(shuō)，這些開關(guān)的配置可分為主動(dòng)矩陣式與被動(dòng)矩陣式兩大類型，由于主動(dòng)矩陣式的配置方式具有可連續(xù)發(fā)光以及低電壓驅(qū)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，所以近年來(lái)此種配置方式大幅地被應(yīng)用于顯示組件中。在主動(dòng)矩陣式的顯示組件中，其開關(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(lái)說(shuō)，又可依信道區(qū)的材質(zhì)分為非晶硅(amorphoussilicon，簡(jiǎn)稱a-Si)薄膜晶體管以及多晶硅(poly-silocon)薄膜晶體管，由于多晶硅薄膜電晶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(chǎng)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(guò)，近來(lái)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(jiǎn)稱為L(zhǎng)TPS)薄膜晶體管。
圖1是現(xiàn)有的低溫多晶硅薄膜的剖面示意圖。
請(qǐng)參照?qǐng)D1，在低溫多晶硅薄膜晶體管的制程中，其中一個(gè)步驟是在基板100上形成一層多晶硅層102(多晶硅薄膜)，后續(xù)制程會(huì)在此多晶硅層102中形成源極/汲極區(qū)(未圖示)與信道區(qū)(未圖示)。其中，多晶硅層102的制造方法是通過(guò)激光結(jié)晶化(laser crystalization)或準(zhǔn)分子激光回火(excimer laser annealing，簡(jiǎn)稱ELA)等回火制程將原本的非晶硅層轉(zhuǎn)變成多晶硅層。然而，在回火步驟完成后，多晶硅層102的表面會(huì)形成數(shù)個(gè)突起物104(如圖1所示)，這些突起物104形成的原因是由于在回火制程中，非晶硅層通過(guò)再結(jié)晶的方式重型排列成為多晶硅層。在再結(jié)晶時(shí)，部分的非晶硅會(huì)先作為再結(jié)晶的晶種，然后進(jìn)行長(zhǎng)晶成為較大的晶體，這些大晶體不斷地成長(zhǎng)，進(jìn)而相互結(jié)合成為一個(gè)更大的晶體，但是在結(jié)合的過(guò)程中，由于這些晶體彼此應(yīng)力相互作用的緣故，會(huì)使得部分的晶體被推擠到多晶硅層102的表面上而形成突起物104，而這些突起物104的高寬比(高度106/寬度108)約為0.45左右。
這些位于表面上的突起物大小會(huì)影響低溫多晶硅薄膜晶體管的電流特性，特別是當(dāng)這些突起物大到一定程度時(shí)，薄膜晶體管上的電流會(huì)產(chǎn)生變動(dòng)，所以在使用這些薄膜晶體管作為顯示組件的開關(guān)時(shí)，會(huì)影響顯示組件上的發(fā)光特性。另外，若這些突起物的大小相差甚大時(shí)，在顯示器中的每一個(gè)薄膜晶體管其電流特性并不相似，因此會(huì)影響顯示面板的顯示均勻性。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(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的問(wèn)題是提供一種低溫多晶硅薄膜的制造方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)所制得的多晶硅層表面的突起物的尺寸過(guò)大而造成種種缺點(diǎn)。
本發(fā)明所解決的另一個(gè)問(wèn)題是提供一種低溫多晶硅薄膜晶體管，以解決現(xiàn)有低溫多晶硅薄膜晶體管因多晶硅層表面存在過(guò)大的突起物，而造成組件電流特性不一致等問(wèn)題。
本發(fā)明的解決方案本發(fā)明低溫多晶硅薄膜的制造方法，此方法首先在基板上形成一層非晶硅層，接著，對(duì)非晶硅層進(jìn)行第一次的回火制程，使得非晶硅層轉(zhuǎn)變成多晶硅層，此回火制程可以采用激光回火。其中，在回火制程中，多晶硅層的表面會(huì)形成有數(shù)個(gè)突起物，而且，此多晶硅層(包含突起物)的表面還形成有一層氧化層。接著，將基板浸入濃度1％～15％氫氟酸進(jìn)行1～5分鐘的表面蝕刻處理步驟以移除氧化層。然后，對(duì)多晶硅層進(jìn)行第二次的回火制程(此回火制程可以采用激光回火)，經(jīng)過(guò)二次回火制程的多晶硅層，其表面的突起物的高寬比會(huì)低于0.2。當(dāng)然，在上述的制造方法中，在形成非晶硅層之前，可以先在基板上先形成一層緩沖層，再在緩沖層上形成非晶硅層。
相應(yīng)地，本發(fā)明低溫多晶硅薄膜晶體管，此薄膜晶體管包括多晶硅層、閘絕緣層、閘極、介電層、源極金屬層以及汲極金屬層。其中，多晶硅層配置在基板上，且此多晶硅層表面具有數(shù)個(gè)突起物，這些突起物的高寬比低于0.2。此外，在多晶硅層中還具有源極區(qū)/汲極區(qū)以及位于源極區(qū)/汲極區(qū)之間的信道區(qū)。另外，閘絕緣層配置在基板上并覆蓋多晶硅層，而閘極配置在對(duì)應(yīng)在信道區(qū)上方的閘絕緣層上。此外，介電層配置在閘絕緣層上并覆蓋閘極與閘絕緣層。另外，源極金屬層與汲極金屬層分別位于介電層的表面以及介電層與閘絕緣層中，其中源極金屬層與源極區(qū)電性連接，而汲極金屬層與汲極區(qū)電性連接。
因此，上述低溫多晶硅薄膜的制造方法及低溫多晶硅薄膜晶體管，可以解決現(xiàn)有低溫多晶硅層的表面會(huì)產(chǎn)生大的突起物的問(wèn)題，因此，本發(fā)明可以改善薄膜晶體管的電流均勻性，進(jìn)而改善顯示面板的顯示均勻性。綜合上述薄膜晶體管的制造方法以及其結(jié)構(gòu)，本發(fā)明具有下述的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)表面處理步驟可以縮小多晶硅層表面的突起物的大小，使這些突起物的高寬比都小于0.2。
此外，通過(guò)表面步驟處理使得多晶硅層表面的突起物其高寬比都小于0.2，所以可以使組件電流特性較為一致。因此，若使用這些低溫多晶硅薄膜晶體管作為顯示組件的開關(guān)時(shí)，可以使顯示面板的顯示均勻度較佳。
除此之外，本發(fā)明并不限用于有機(jī)發(fā)光二極管(organic lightlyemitting diode，OLED)顯示組件或是液晶顯示組件(liquid crystaldisplay，LCD)，任何采用低溫多晶硅薄膜晶體管作為開關(guān)的組件，都適用于本發(fā)明。


圖1是現(xiàn)有的低溫多晶硅薄膜的剖面示意圖；圖2A至圖2D是本發(fā)明實(shí)施例的一種低溫多晶硅薄膜的制程流程剖面示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的一種低溫多晶硅薄膜晶體管的剖面示意圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明100、200基板102、204多晶硅層104、206、206a突起物106、210高度108、212寬度202緩沖層203非晶硅層204a源極區(qū)204b汲極區(qū)204c信道區(qū)208氧化層214閘絕緣層216閘極218介電層220源極金屬層222汲極金屬層具體實(shí)施方式
圖2A至圖2D是本發(fā)明實(shí)施例的一種低溫多晶硅薄膜的制程流程剖面示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的一種低溫多晶硅薄膜晶體管的剖面示意圖。
請(qǐng)先參照?qǐng)D2A，低溫多晶硅薄膜晶體管的制造方法首先提供一基板200，其中此基板200可以是玻璃基板。然后，在基板200上形成一層非晶硅層203，并且對(duì)非晶硅層203進(jìn)行第一次的回火制程，此回火制程可以是激光回火。在回火制程中，非晶硅層203會(huì)通過(guò)再結(jié)晶的方式重新排列而成為多晶硅層204，且在多晶硅層204的表面會(huì)形成有數(shù)個(gè)突起物206，如圖2B所示。
值得一提的是，這些突起物206形成的原因是由于在進(jìn)行再結(jié)晶時(shí)，部分的非晶硅會(huì)先作為再結(jié)晶的晶種，然后進(jìn)行長(zhǎng)晶成為較大的晶體，這些大晶體不斷地成長(zhǎng)進(jìn)而相互結(jié)合，形成一個(gè)更大的晶體，但是在結(jié)合的過(guò)程中，由于這些晶體彼此應(yīng)力相互作用，會(huì)使得部分的晶體被推擠到多晶硅層204的表面上而形成突起物206。
另外，多晶硅層204(包含突起物206)的表面會(huì)與大氣中的水氣以及氧氣接觸，所以在多晶硅層204的表面上還形成有一層氧化層208。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2C，將形成有多晶硅層204的基板200進(jìn)行表面處理步驟，此步驟可以是將基板200浸入濃度1％～15％氫氟酸進(jìn)行1～5分鐘的表面蝕刻處理步驟以移除氧化層208，其中以6％氫氟酸進(jìn)行5分鐘的表面蝕刻處理步驟所得的效果較佳。然后，再次對(duì)多晶硅層204進(jìn)行回火制程，此回火制程可以是激光回火。在此回火制程中，由于多晶硅層204的表面的氧化層208已經(jīng)通過(guò)蝕刻方式去除，因此回火制程中所提供的熱能可更有效率地傳達(dá)至多晶硅層204中，使得多晶硅層204呈現(xiàn)熔融狀態(tài)，以此縮小存在于表面的突起物206的體積，而這些突起物206a的高寬比(高度210/寬度212)會(huì)低于0.2(如圖2D所示)。
在上述的制程中，在形成非晶硅層203之前，先形成緩沖層202在基板200上，再于緩沖層202上形成非晶硅層203。
利用上述方法來(lái)形成低溫多晶硅薄膜，可以使多晶硅層表面的突起物尺寸明顯變小。
在基板200上形成多晶硅層204然后，接著繼續(xù)后續(xù)制程，以形成薄膜晶體管。請(qǐng)參照?qǐng)D3，在多晶硅層204以及基板200上方形成閘絕緣層214，此閘絕緣層214的材質(zhì)可以是氧化硅或是氮化硅。接著，在閘絕緣層214上方形成閘極216。然后，對(duì)多晶硅層204進(jìn)行摻雜步驟以形成源極區(qū)204a、汲極區(qū)204b以及位于源極區(qū)204a與汲極區(qū)204b之間的信道區(qū)204c，其中摻雜方式可以是離子植入法。接著，形成一層介電層218在閘極216與閘絕緣層214上，并圖案化介電層218與閘絕緣層214以形成開口(未繪示)，其中開口會(huì)暴露出源極區(qū)204a與汲極區(qū)204b。接著，形成源極金屬層220與汲極金屬層222于介電層218的表面以及暴露出源/汲極區(qū)204a/204b的開口中，其中源極金屬層220與源極區(qū)204a電性連接，而汲極金屬層222與汲極區(qū)204b電性連接。
值得一提的是，上述摻雜步驟若所形成的源/汲極區(qū)(源/汲極摻雜區(qū))屬于N型的摻雜區(qū)，則包括在信道區(qū)與源/汲極區(qū)之間形成淺摻雜汲極區(qū)(lightly doped drain，簡(jiǎn)稱LDD)。
本發(fā)明的低溫多晶硅薄膜晶體管結(jié)構(gòu)包括多晶硅層204、閘絕緣層214、閘極216、介電層218、源極金屬層220以及汲極金屬層222。
其中，多晶硅層204配置在基板200上，且此多晶硅層204中包含有源極區(qū)204a、汲極區(qū)204b，以及位于源極區(qū)204a與汲極區(qū)204b之間的信道區(qū)204c。另外，多晶硅層204表面更包括有數(shù)個(gè)突起物(未圖示)，這些突起物其高寬比比現(xiàn)有技術(shù)的高寬比低于0.2。
此外，閘絕緣層214配置在基板200上并覆蓋多晶硅層204，而閘極216配置在對(duì)應(yīng)于信道區(qū)204c上方的閘絕緣層214上。此外，介電層218配置在閘絕緣層214上并覆蓋閘極216與閘絕緣層214。
另外，源極金屬層220與源極金屬層222位于介電層的表面218以及介電層218與閘絕緣層214中，且分別與源極區(qū)204a以及汲極區(qū)204b電性連接。除此之外，在基板200以及多晶硅層204之更包括有一緩沖層202。
因此，綜合上述薄膜晶體管的制造方法以及其結(jié)構(gòu)，本發(fā)明具有下述的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)表面處理步驟可以縮小多晶硅層表面的突起物的大小，使這些突起物的高寬比都小于0.2。
此外，通過(guò)表面步驟處理使得多晶硅層表面的突起物其高寬比都小于0.2，所以可以使組件電流特性較為一致。因此，若使用這些低溫多晶硅薄膜晶體管作為顯示組件的開關(guān)時(shí)，可以使顯示面板的顯示均勻度較佳。
除此之外，本發(fā)明并不限用于有機(jī)發(fā)光二極管(organic lightlyemitting diode，OLED)顯示組件或是液晶顯示組件(liquid crystaldisplay，LCD)，任何采用低溫多晶硅薄膜晶體管作為開關(guān)的組件，都適用于本發(fā)明。
雖然本發(fā)明較佳實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的原理和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視前附的權(quán)利要求所界定為準(zhǔn)。
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，該方法包括在基板上形成非晶硅層；對(duì)該非晶硅層進(jìn)行第一回火制程，以使該非晶硅層轉(zhuǎn)變成多晶硅層，其中該多晶硅層的表面形成有復(fù)數(shù)個(gè)突起物，且該多晶硅層的表面形成有氧化層；對(duì)該多晶硅層進(jìn)行表面處理步驟，以移除該氧化層；以及對(duì)該多晶硅層進(jìn)行第二回火制程。
2.如權(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，該表面處理步驟為蝕刻處理步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的低溫多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于，該蝕刻處理步驟利用氫氟酸溶液來(lái)進(jìn)行。
4.如權(quán)利要求3所述的低溫多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于，該氫氟酸溶液的濃度介于1％至15％之間，且該蝕刻處理步驟的時(shí)間介于1分鐘至15分鐘的間。
5.如權(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，在進(jìn)行該第二回火制程然后，該多晶硅層表面的該些突起物的高寬比低于0.2。
6.如權(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，該第一回火制程為激光回火制程。
7.如權(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，該第二回火制程為激光回火制程。
8.如權(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，在該基板上形成該非晶硅層之前，更包括先在該基板上形成緩沖層。
9.一種低溫多晶硅薄膜晶體管，其特征在于，包括多晶硅層，配置在一基板上，其中，該多晶硅層表面的突起物的高寬比低于0.2，且該多晶硅層中具有源極區(qū)/汲極區(qū)以及位于該源極區(qū)/汲極區(qū)之間的信道區(qū)；閘絕緣層，配置在該基板上，覆蓋該多晶硅層；閘極，配置在對(duì)應(yīng)于該信道區(qū)上方的該閘絕緣層上；介電層，配置在該閘絕緣層上，并覆蓋該閘極；源極金屬層，位于該介電層的表面、該介電層以及該閘絕緣層中，其中，該源極金屬層與該源極區(qū)電性連接；以及汲極金屬層，位于該介電層的表面、該介電層以及該閘絕緣層中，其中，該汲極金屬層與該汲極區(qū)電性連接。
10.如權(quán)利要求9所述的低溫多晶硅薄膜晶體管，其特征在于，在該基板與該非晶硅層之間還包括配置有緩沖層。
全文摘要
一種低溫多晶硅薄膜的制造方法，其方法首先在基板上形成一層非晶硅層，接著，對(duì)非晶硅層進(jìn)行回火制程，使得非晶硅層轉(zhuǎn)變成多晶硅層(多晶硅薄膜)，其中在回火的過(guò)程中，在多晶硅層的表面會(huì)形成數(shù)個(gè)突起物。接著，對(duì)多晶硅層進(jìn)行表面處理步驟，然后再對(duì)多晶硅層進(jìn)行另一次的回火制程。利用本發(fā)明的方法所形成的多晶硅層其表面的突起物的尺寸明顯變小，所以可以解決現(xiàn)有技術(shù)中突起物過(guò)大且大小不一致的問(wèn)題。
文檔編號(hào)H01L21/20GK1540719SQ0312298
公開日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2003年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月23日
發(fā)明者陳韻升 申請(qǐng)人:友達(dá)光電股份有限公司