專利名稱：多晶硅層的結(jié)晶方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多晶硅層的結(jié)晶方法，且特別是有關于在多晶硅結(jié)晶的過程提供一晶種(Seed)用來使得多晶硅層的晶粒尺寸變大及分布均勻(High Uniformity)。
背景技術：
一般來說，多晶硅薄膜晶體管(Poly Silicon Thin Film Transistor)是應用在有源陣列液晶顯示器熒幕(Activate Matrix Liquid Crystal Display，AMLCD)以及有源陣列有機發(fā)光顯示器(Activate Matrix Organic Light EmittingDisplay，AMOLED)上，用來控制每個像素(Pixel)亮度的基本電子元件，以及周邊驅(qū)動或控制電路上所需的電子元件。
而在多晶硅薄膜晶體管的制造工藝中，多晶硅層的結(jié)晶是制造工藝中最重要的步驟。多晶硅薄膜晶體管的電氣特性以及均勻性絕大部分都取決于此步驟。
請參照圖1A與圖1B，其顯示現(xiàn)有薄膜晶體管制造工藝中多晶硅層的制作。首先，在玻璃(或塑膠)基板100的上方形成非晶硅層(AmorphousSilicon Layer)104。再利用準分子激光(Excimer Laser)照射于非晶硅層104，使得非晶硅層104呈現(xiàn)熔化狀態(tài)，而在冷卻并重新結(jié)晶之后可使得原來的非晶硅層104變成多晶硅層104。
然后，請參照圖2，其是現(xiàn)有準分子激光能量密度與多晶硅結(jié)晶的電氣特性示意圖。如圖所示，在照射時間相等的條件之下，準分子激光照射于非晶硅層104并可改變成多晶硅層的輸出能量密度的控制范圍非常狹窄。也就是說，當準分子激光的能量密度太大時，會導致非晶硅層104完全熔化導致冷卻結(jié)晶之后形成電氣特性(例如電子遷移率)較差的微晶硅(Microcrystalline Si)。反之，當準分子激光的能量密度太小時，會導致非晶硅層104幾乎沒有熔化導致冷卻結(jié)晶之后還是維持在電氣特性差的非晶硅。
再者，由于準分子激光本身會有變異性，因此，現(xiàn)有經(jīng)過準分子激光照射制造工藝之后所形成的多晶硅層104常常會有多晶硅的晶粒尺寸過小且分布不均勻的狀況。因此，導致最終形成的薄膜晶體管電氣特性呈現(xiàn)極大的差異。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述的背景技術中，傳統(tǒng)制作多晶硅層由于準分子激光不易控制，所以會發(fā)生多晶硅的晶粒大小不均勻的情形。因此，本發(fā)明針對上述需求，提供一種多晶硅的結(jié)晶方法用來克服現(xiàn)有多晶硅的晶粒尺寸過小且分布不均勻的情形。
綜上所述，本發(fā)明提供一種多晶硅層的結(jié)晶方法，包括下列步驟在基板的一表面上形成一晶種；接著，形成非晶硅層覆蓋于該表面與該晶種上；以及，以激光照射于非晶硅層使非晶硅層熔化。
此外，本發(fā)明還提供一種多晶硅層的結(jié)晶方法，包括下列步驟在基板的一表面上定義第一區(qū)域與第二區(qū)域；在第一區(qū)域上形成晶種；接著，形成非晶硅層覆蓋于第一區(qū)域與第二區(qū)域；以及，以激光照射于非晶硅層使非晶硅層熔化。


本發(fā)明的優(yōu)選實施例將于往后的說明文字中結(jié)合下列附圖做更詳細的闡述，在附圖中圖1A與圖1B顯示現(xiàn)有薄膜晶體管制造工藝中多晶硅層的制作；圖2是現(xiàn)有準分子激光能量密度與多晶硅結(jié)晶的電氣特性示意圖；圖3A至圖3I是本發(fā)明薄膜晶體管制造工藝中多晶硅層的制作流程示意圖；圖4A至圖4B是本發(fā)明的多晶硅層的正視圖與形成薄膜晶體管后的正視圖；圖5是本發(fā)明準分子激光能量密度與多晶硅結(jié)晶的電氣特性示意圖；以及圖6是本發(fā)明制作兩種類型薄膜晶體管的分布示意圖。
附圖標記說明100玻璃基板 104非晶硅層或多晶硅層
200玻璃基板 204氮化硅層206光致抗蝕劑 208非晶硅層210晶種 212非晶硅層212a多晶硅層214結(jié)晶界面 220第一區(qū)域240第二區(qū)域具體實施方式
請參照圖3A至圖3I，其顯示本發(fā)明薄膜晶體管制造工藝中多晶硅層的制作。首先，如圖3A所示，在玻璃(或塑膠)基板200上方形成氮化硅(SiNx)層204(此氮化硅層也可用金屬(Metal)層來取代)。
請參照圖3B，以光致抗蝕劑206在氮化硅層204上定義出特定圖案之后即進行氮化硅層204的蝕刻動作。當蝕刻動作完成且移除光致抗蝕劑206之后，玻璃基板200上即形成特定圖案的氮化硅層204，如圖3C所示。
接著，在特定圖案的氮化硅層204上形成一非晶硅層208，如圖3D所示。之后，即進行非晶硅層208的蝕刻動作(各向異性蝕刻)。而在蝕刻動作完成之后，殘留的非晶硅210即形成間隙壁(Spacer)的結(jié)構(gòu)附著于氮化硅層204的側(cè)邊，如圖3E所示。
請參照圖3F所示，接著，進行蝕刻動作將具有特定圖案的氮化硅層204完全清除，因此，在玻璃基板200上方僅殘留原先附著于氮化硅層204側(cè)邊的非晶硅210。這些殘留的硅即稱為晶種(Seed)。
請參照圖3G所示，再次形成非晶硅層212并覆蓋于玻璃基板200以及晶種210上。之后，請參照圖3H所示，利用脈沖激光(常見的有準分子激光(Excimer Laser))照射于非晶硅層212上，使得非晶硅層212可完全熔化，而冷卻并重新結(jié)晶之后可使得原來的非晶硅層212變成多晶硅層212a。
根據(jù)上述，由于脈沖激光(pulse laser)能量密度的控制雖然會使非晶硅層212完全熔化，但是由于玻璃基板200上仍舊有晶種210尚未完全熔化。因此，結(jié)晶中的多晶硅層212a會由晶種210附近處開始結(jié)晶并向兩側(cè)橫向凝結(jié)(箭頭所示的方向)。因此在完全結(jié)晶之后會如圖3I所示，在多晶硅層212a上會有結(jié)晶界面(Grain Boundary)214產(chǎn)生。
請參照圖4A，其顯示本發(fā)明的多晶硅層的正視圖。而虛線部分即為晶種210的位置。如圖4B所示，顯示根據(jù)本發(fā)明的多晶硅層所完成的薄膜晶體管正視圖。而多晶硅薄膜晶體管的制造工藝步驟在此省略。
由于現(xiàn)有脈沖激光(例如是準分子激光)特性不易控制，因此，可能由于激光能量密度太大或者太小造成微晶硅層或者晶粒分布不均勻的現(xiàn)象。而本發(fā)明由于在非晶硅層形成之前先行提供一晶種于基板與非晶硅層之間，因此，在照射時間相等的條件之下，準分子激光能量的輸出能量密度的控制范圍將變寬，如圖5所示，在非晶硅層完全熔化時，由于晶種尚未完全熔化，因此，可由晶種的兩側(cè)開始向外結(jié)晶，形成晶粒大小增加及分布均勻(High Uniformity)的多晶硅層的薄膜。
再者，由于一般玻璃基板上所形成的薄膜晶體管可能需要有由多晶硅層所構(gòu)成的柵極通道以及由微晶硅層所構(gòu)成的柵極通道。因此，現(xiàn)有此兩類型的薄膜晶體管必須各自分別制作于玻璃基板上，因此會增加制造工藝的復雜度以及降低合格率。而運用本發(fā)明，此兩類型的薄膜晶體管可以同時制作完成。請參照圖6，首先，在玻璃基板上劃分出兩類型薄膜晶體管所分布的區(qū)域。依照本實施例，第一區(qū)域220必須形成多晶硅層，所以可將晶種(未顯示)形成于第一區(qū)域220之內(nèi)。而第二區(qū)域240必須形成微晶硅層，所以在第二區(qū)域240內(nèi)不需要形成晶種。接著在此兩區(qū)域220、240上形成非晶硅層再接受脈沖激光的照射，所以，由于第一區(qū)域220之內(nèi)有晶種，因此結(jié)晶之后第一區(qū)域220內(nèi)即可形成多晶硅層，而第二區(qū)域240即可形成微晶硅層。最后即可同時于兩區(qū)域制作薄膜晶體管。
因此，本發(fā)明的優(yōu)點是提供一種多晶硅層的結(jié)晶方法。在非晶硅層形成于基板前先行提供一晶種(Seed)，使得，脈沖激光照射之后，開始結(jié)晶時，凝結(jié)的多晶硅層會由晶種的兩側(cè)開始向外結(jié)晶，形成晶粒尺寸變大及分布均勻的多晶硅層的薄膜。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并非用來限定本發(fā)明，凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在所附的權利要求所保護的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種多晶硅層的結(jié)晶方法，包括下列步驟在一基板的一表面上形成至少一晶種；形成一非晶硅層覆蓋于該表面與該至少一晶種；以及以一激光照射于該非晶硅層使該非晶硅層熔化，熔化的該非晶硅層利用該晶種重新結(jié)晶成為一多晶硅層。
2.如權利要求1所述的多晶硅層的結(jié)晶方法，其中該基板是一玻璃基板或一塑膠基板。
3.如權利要求1所述的多晶硅層的結(jié)晶方法，其中該激光是一準分子激光。
4.如權利要求1所述的多晶硅層的結(jié)晶方法，其中形成該至少一晶種包括下列步驟形成一覆蓋層于該第一表面上；在該覆蓋層上定義一特定圖案；在該特定圖案的側(cè)邊形成一非晶硅的間隙壁結(jié)構(gòu)；以及清除該特定圖案的該覆蓋層。
5.如權利要求4所述的多晶硅層的結(jié)晶方法，其中形成該覆蓋層是一氮化硅層或一金屬層。
6.一種多晶硅層的結(jié)晶方法，包括下列步驟在一基板的一表面上定義一第一區(qū)域與一第二區(qū)域；在該第一區(qū)域上形成至少一晶種；形成一非晶硅層覆蓋于該第一區(qū)域與該第二區(qū)域；以及以一激光照射于該非晶硅層使該非晶硅層熔化，熔化的該非晶硅層于該第一區(qū)域利用該晶種重新結(jié)晶成為一多晶硅層。
7.如權利要求6所述的多晶硅層的結(jié)晶方法，其中該基板是一玻璃基板或一塑膠基板。
8.如權利要求6所述的多晶硅層的結(jié)晶方法，其中該激光是一準分子激光。
9.如權利要求6所述的多晶硅層的結(jié)晶方法，其中形成該至少一晶種包括下列步驟形成一覆蓋層于該第一區(qū)域上；在該覆蓋層上定義一特定圖案；在該特定圖案的側(cè)邊形成一非晶硅的間隙壁結(jié)構(gòu)；以及清除該特定圖案的該覆蓋層。
10.如權利要求9所述的多晶硅層的結(jié)晶方法，其中形成該覆蓋層是一氮化硅層或一金屬層。
11.如權利要求10所述的多晶硅層的結(jié)晶方法，其中還包括該第二區(qū)域的熔化的該非晶硅層重新結(jié)晶成為一微晶硅層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多晶硅層的結(jié)晶方法，包括下列步驟在基板的一表面上形成一晶種；接著，形成非晶硅層覆蓋于該表面與該晶種上；以及，以激光照射于非晶硅層使非晶硅層熔化。該方法克服了現(xiàn)有多晶硅的晶粒尺寸過小且分布不均勻的情形。
文檔編號H01L21/00GK1581426SQ03152618
公開日2005年2月16日 申請日期2003年8月1日 優(yōu)先權日2003年8月1日
發(fā)明者林敬偉 申請人:統(tǒng)寶光電股份有限公司