專利名稱：薄膜晶體管的多晶硅制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管的多晶硅制造方法，特別是一種應用于低溫(low temperature processed，LTP)多晶硅薄膜晶體管的多晶硅制造方法。
背景技術：
低溫多晶硅薄膜晶體管一般用于主動式液晶顯示器(active matrixliquid crystal display，AMLCD)以及主動式有機電激發(fā)光顯示器(activematrix organic light-emitting display，AMOLED)等大面積的顯示器中。由于低溫多晶硅薄膜晶體管具有電子移動速率較快等優(yōu)點，使其成為新一代主流制程之一。然而，欲制作高性能的低溫多晶硅薄膜晶體管，其中最困難的步驟之一是將非晶硅(amorphous silicon，α-Si)轉(zhuǎn)換成多晶硅(poly silicon，poly-Si)。
于現(xiàn)有技術中，一般利用固相結(jié)晶法(solid phase crystallization，SPC)在溫度約600℃的環(huán)境下將玻璃基板上的非晶硅層轉(zhuǎn)換成多晶硅層。如圖1A所示，于形成有一緩沖氧化層22的一硅基材21表面上沉積一非晶硅層23。接著，以固相結(jié)晶法將非晶硅層23轉(zhuǎn)換成一多晶硅層24，如圖1B所示。然而，固相結(jié)晶法需要非常長的制程時間(約20-60小時)以形成較大的晶粒尺寸，所以并不適合工業(yè)上的應用。另外，利用固相結(jié)晶法所形成的多晶硅含有高密度的晶粒內(nèi)部缺陷(in-grain defect)，更進一步減低了低溫多晶硅薄膜晶體管的電性。
為了縮短制程的時間，目前工業(yè)界普遍使用準分子激光退火法(Excimer laser annealing，ELA)將非晶硅層轉(zhuǎn)換成多晶硅層，除了利用準分子激光退火法取代固相結(jié)晶法之外，其余的制程步驟皆與圖1A及圖1B相同。然而，由于準分子激光退火法的結(jié)晶速率極高，使得所形成的晶粒尺寸皆小于100nm。此外，更由于激光束的重疊(overlapping)現(xiàn)象以及脈沖與脈沖之間(pulse-to-pulse)的穩(wěn)定度較差，使得再結(jié)晶的多晶硅層的元件特性并不一致。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述現(xiàn)有技術的不足與缺陷，本發(fā)明的目的為提供一種制程時間短、晶粒缺陷少以及元件特性一致的薄膜晶體管的多晶硅制造方法。
本發(fā)明的特征是利用一種二步驟退火方法來制造薄膜晶體管中的多晶硅層。
為達上述目的，依本發(fā)明的一種薄膜晶體管的多晶硅制造方法，包含下列步驟提供一基板；于基板上沉積一第一非晶硅層；用一準分子激光照射第一非晶硅層以形成一種晶層；于種晶層上沉積一第二非晶硅層；以及進行爐管退火。
承上所述，本發(fā)明的一種薄膜晶體管的多晶硅層制造方法是利用二步驟退火方法來制造薄膜晶體管中的多晶硅層。與現(xiàn)有技術的固相結(jié)晶法相比，本發(fā)明減少了制程時間，同時亦降低了晶粒內(nèi)部的缺陷密度。另外，與現(xiàn)有技術的準分子激光法相比，利用本發(fā)明所形成的多晶硅薄膜晶體管具有一致的元件特性，且同時多晶硅層擁有較大的晶粒尺寸。詳細的比較如下表所示。

為達上述目的，依本發(fā)明的一種薄膜晶體管的多晶硅制造方法，包含下列步驟提供一基板；于基板上沉積一第一非晶硅層；用一準分子激光照射第一非晶硅層以形成一種晶層；于種晶層上沉積一第二非晶硅層；以及進行快速熱制程(RTP)退火。
總括上述，本發(fā)明的薄膜晶體管的多晶硅制造方法在元件效能、元件特性一致性以及產(chǎn)品生產(chǎn)力之間的考量下，為目前工業(yè)應用上的最佳選擇。


圖1A及圖1B為現(xiàn)有薄膜晶體管的多晶硅制造方法的實施示意圖；圖2為第一實施例中薄膜晶體管的多晶硅制造方法的方塊圖；圖3A至圖3E為第一實施例中薄膜晶體管的多晶硅制造方法的實施示意圖；圖4為第二實施例中薄膜晶體管的多晶硅制造方法的方塊圖。
圖中符號說明11 基板12 緩沖氧化層13 第一非晶硅層14 種晶層15 第二非晶硅層16 多晶硅層S01 提供一基板S02 于基板上沉積一第一非晶硅層S03 用一準分子激光照射第一非晶硅層以形成一種晶層S04 于種晶層上沉積一第二非晶硅層S05 進行爐管退火
S11 提供一基板S12 于基板上沉積一第一非晶硅層S13 用一準分子激光照射第一非晶硅層以形成一種晶層S14 于種晶層上沉積一第二非晶硅層S15 進行快速熱制程退火具體實施方式
以下將參照相關附圖，說明依本發(fā)明較佳實施例的薄膜晶體管的多晶硅制造方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
如圖2所示，依據(jù)本發(fā)明第一實施例的一種薄膜晶體管的多晶硅制造方法，包含下列步驟提供一基板(S01)；于基板上沉積一第一非晶硅層(S02)；用一準分子激光照射第一非晶硅層以形成一種晶層(S03)；于種晶層上沉積一第二非晶硅層(S04)；以及進行爐管退火(S05)。
如圖3A所示，于步驟S01中提供一基板11。在此，基板11可為一硅基板、一玻璃基板或一塑料基板。于本實施例中，基板11上形成有一緩沖氧化層(Buffer oxide layer)12，其利用加熱氧化法生成于基板11的表面上，此緩沖氧化層12用以提升之后欲沉積材料對基板11表面的附著能力。
接著，如圖3B所示，在步驟S02中，于基板11上沉積一第一非晶硅層13。于本實施例中，以SiH4(硅甲烷)為反應氣體，于溫度約550℃的環(huán)境下以低壓化學氣相沉積法(Low Pressure Chemical VaporDeposition，LPCVD)沉積第一非晶硅層13。以低壓化學氣相沉積法沉積的第一非晶硅層13有較佳的步階覆蓋能力，且第一非晶硅層13的均勻佳、純度高。于此，第一非晶硅層13的厚度約為6奈米(nm)到12奈米。
另外，于步驟S03中，以一準分子激光照射第一非晶硅層13，用以形成一種晶層(Seed layer)14，如圖3C所示。于本實施例中，于室溫且接近真空(～10-3torr)的環(huán)境中，以氟化氪(KrF)準分子激光(激光強度為120mJ/cm2)照射第一非晶硅層13，使其轉(zhuǎn)換成一種晶層14。其中，準分子激光的波長為248nm、脈沖維持時間為15ns以及重復速度為10Hz。另外，準分子激光亦可以用氟化氬(ArF)激光或是氯化氙(XeCl)激光。于此，種晶層14為多晶硅結(jié)構(gòu)。
接下來，在步驟S04中，于種晶層14上沉積一第二非晶硅層15，如圖3D所示。其中，第二非晶硅層15的沉積方法與第一非晶硅層13相同，于此不再贅述。于本實施例中，第二非晶硅層15的厚度約為30奈米到150奈米。另外，第一非晶硅層13較第二非晶硅層15薄。
最后，如圖3E所示，于步驟S05中，進行爐管退火，此步驟是將第二非晶硅層15轉(zhuǎn)換成一多晶硅層16。于本實施例中，于溫度550～600℃且充滿氮氣的環(huán)境中以爐管退火方式(約2到24小時)進行結(jié)晶，使第二非晶硅層15轉(zhuǎn)換成多晶硅層16。
再來，于形成多晶硅層16之后，將多晶硅層16圖案化以形成數(shù)個獨立的主動元件區(qū)域。接著，于溫度約為300℃的環(huán)境下以電漿輔助化學氣相沉積法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)沉積一厚度約為120奈米的TEOS-oxide當作閘極絕緣層。接著，沉積一層厚度約為200奈米的多晶硅層，并且圖案化使其形成元件閘極。接著，形成源極/汲極與閘極區(qū)。接下來，于充滿氮氣且溫度600℃的環(huán)境下進行2小時活化布植退火步驟。再來，于溫度300℃的環(huán)境下沉積一厚度約500奈米的PE-TEOS oxide以形成保護膜。最后，將周邊的電極接合端子部分露出，以形成低溫制作多晶硅薄膜晶體管。
于本實施例中，利用準分子激光照射第一非晶硅層使其形成種晶層，由于種晶層具有極佳的結(jié)晶中心，使得接下來的結(jié)晶晶粒成長時具有低密度的晶粒內(nèi)部缺陷。再來，由于爐管退火步驟只包含結(jié)晶晶粒成長所需的時間，使得整個退火制成時間大大地縮短。且，由于晶粒成長機構(gòu)與固相結(jié)晶法相似，使得本實施例所產(chǎn)生的多晶硅薄膜晶體管的元件特性有較佳的一致性。
如圖4所示，依據(jù)本發(fā)明第二實施例的一種薄膜晶體管的多晶硅制造方法，包含下列步驟提供一基板(S11)；于基板上沉積一第一非晶硅層(S12)；用一準分子激光照射第一非晶硅層以形成一種晶層(S13)；于種晶層上沉積一第二非晶硅層(S14)；以及進行快速熱制程退火(S15)。
上述本發(fā)明第二實施例的一種薄膜晶體管的多晶硅制造方法，其中步驟S11～S14與圖2所示的步驟S01～S04相同，而于步驟S15中，進行快速熱制程退火，此步驟同樣是將第二非晶硅層15轉(zhuǎn)換成一多晶硅層16。于本實施例中，于溫度600～750℃且充滿氮氣的環(huán)境中以快速熱制程退火方式(約120到30秒)進行結(jié)晶，使第二非晶硅層15轉(zhuǎn)換成多晶硅層16。
本發(fā)明的一種薄膜晶體管的多晶硅制造方法是利用二步驟退火方法來制造薄膜晶體管中的多晶硅層。與現(xiàn)有技術的固相結(jié)晶法相比，本發(fā)明減少了制程時間，同時亦降低了晶粒內(nèi)部的缺陷密度。另外，與現(xiàn)有技術的準分子激光法相比，利用本發(fā)明所形成的多晶硅薄膜晶體管具有一致的元件特性，且同時多晶硅層擁有較大的晶粒尺寸?？偫ㄉ鲜觯景l(fā)明的薄膜晶體管的多晶硅制造方法在元件效能、元件特性一致性以及產(chǎn)品生產(chǎn)力之間的考量下，為目前工業(yè)應用上最佳的選擇。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發(fā)明的精神與范疇，而對其進行的等效修改或變更，均應包含于權(quán)利要求書的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管的多晶硅制造方法，其特征在于，包含提供一基板；于該基板上沉積一第一非晶硅層；用一準分子激光照射該第一非晶硅層以形成一種晶層；于該種晶層上沉積一第二非晶硅層；以及進行爐管退火。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的多晶硅制造方法，其特征在于，更包含于提供該基板之后，在該基板上形成一緩沖氧化層。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的多晶硅制造方法，其特征在于，該基板包括硅基板、玻璃基板或塑料基板。
4.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的多晶硅制造方法，其特征在于，該第一非晶硅層較該第二非晶硅層薄。
5.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的多晶硅制造方法，其特征在于，該第一非晶硅層的厚度為約6奈米到12奈米，該第二非晶硅層的厚度為約30奈米到150奈米。
6.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的多晶硅制造方法，其特征在于，該準分子激光為氟化氪激光、氟化氬激光或氯化氙激光。
7.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的多晶硅制造方法，其特征在于，爐管退火的溫度為550～600℃。
8.一種薄膜晶體管的多晶硅制造方法，其特征在于，包含提供一基板；于該基板上沉積一第一非晶硅層；用一準分子激光照射該第一非晶硅層以形成一種晶層；于該種晶層上沉積一第二非晶硅層；以及進行快速熱制程退火。
9.如權(quán)利要求8所述的薄膜晶體管的多晶硅制造方法，其特征在于，更包含于提供該基板之后，在該基板上形成一緩沖氧化層。
10.如權(quán)利要求8所述的薄膜晶體管的多晶硅制造方法，其特征在于，該基板包括硅基板、玻璃基板或塑料基板。
11.如權(quán)利要求8所述的薄膜晶體管的多晶硅制造方法，其特征在于，該第一非晶硅層較該第二非晶硅層薄。
12.如權(quán)利要求8所述的薄膜晶體管的多晶硅制造方法，其特征在于，該第一非晶硅層的厚度為約6奈米到12奈米，該第二非晶硅層的厚度為約30奈米到150奈米。
13.如權(quán)利要求8所述的薄膜晶體管的多晶硅制造方法，其特征在于，該準分子激光為氟化氪激光、氟化氬激光或氯化氙激光。
14.如權(quán)利要求8所述的薄膜晶體管的多晶硅制造方法，其特征在于，快速熱制程退火的溫度為600～750℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管的多晶硅制造方法，包含下列步驟提供一基板；于基板上沉積一第一非晶硅層；用一準分子激光照射第一非晶硅層以形成一種晶層；于種晶層上沉積一第二非晶硅層；及進行爐管退火。
文檔編號H01L21/324GK1567535SQ03149089
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月26日
發(fā)明者范慶麟 申請人:錸寶科技股份有限公司