專利名稱：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)于一種多晶硅薄膜晶體管的制作方法，且特別是一種具有規(guī)則分布的超級(jí)橫向長(zhǎng)晶晶粒的多晶硅薄膜制作方法，以應(yīng)用于大面積化薄膜晶體管顯示器的制造上。
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優(yōu)勢(shì)，因而近幾年在薄膜晶體管制造上廣受重視，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。
然而，多晶硅結(jié)晶的粒徑(grain size)大小直接對(duì)于電子遷移率(mobility)和組件特性有著很大的影響，因此，如何增大多晶硅的結(jié)晶晶粒粒徑，以促進(jìn)薄膜晶體管組件特性的提升，就是現(xiàn)今多晶硅薄膜制造技術(shù)中相當(dāng)重要的發(fā)展趨勢(shì)。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，就是目前顯示器技術(shù)發(fā)展的指針。
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宓淖罡叱惺軠囟燃s只有650℃，故此種方法并不適用于平面顯示器制造上。另外，還有直接氣相沉積多晶硅薄膜的方法。但不論是上述的固相結(jié)晶化法或是直接氣相沉積法所形成的多晶硅的晶粒都相當(dāng)小，粒徑約只有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。同時(shí)，一般現(xiàn)有的準(zhǔn)分子激光回火技術(shù)，都必須通過高重復(fù)率的照射方式，來改善激光能量分布不均以及能量輸出不穩(wěn)的缺點(diǎn)，以降低晶粒粒徑分布不均的現(xiàn)象產(chǎn)生。
其中，晶粒粒徑分布不均的問題，會(huì)直接損害組件電性的均勻性以及組件間的臨界電壓或次臨界擺蕩值的一致性，而影響顯示器朝大面積化發(fā)展時(shí)的制作品質(zhì)。另外，高重復(fù)率照射的準(zhǔn)分子激光回火制程，也會(huì)導(dǎo)致制作成本的提高以及生產(chǎn)率降低，因而更加不利于大面積化顯示器的批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是在提供一種多晶硅薄膜晶體管的制作方法，以形成具有超級(jí)橫向長(zhǎng)晶晶粒的多晶硅薄膜，且形成的多晶硅晶粒也同時(shí)具有排列規(guī)則以及粒徑分布均勻的特性，因而使制作出的薄膜晶體管電性品質(zhì)大幅提高。本發(fā)明利用非晶硅硅島圖形的形成，并配合單發(fā)長(zhǎng)脈沖激光束的選用，以誘發(fā)非晶硅硅島內(nèi)發(fā)生超級(jí)橫向長(zhǎng)晶行為，而制作出多晶硅薄膜。
根據(jù)上述的目的，本發(fā)明提出一種多晶硅薄膜晶體管的制作方法。依照本發(fā)明的較佳實(shí)施例是先在基板上形成一非晶硅層，然后，對(duì)非晶硅層進(jìn)行圖案化，使形成非晶硅硅島圖形于基板上，以定義出組件主動(dòng)區(qū)域。其中，基板的材質(zhì)是例如為玻璃。接著，利用單發(fā)長(zhǎng)脈沖激光束，照射非晶硅硅島圖形，使誘發(fā)非晶硅硅島圖形中產(chǎn)生超級(jí)橫向長(zhǎng)晶行為，于是，非晶硅即轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч琛?br> 上述的非晶硅硅島圖形是例如為一長(zhǎng)條型結(jié)構(gòu)，當(dāng)非晶硅硅島圖形通過激光加熱而形成熔融態(tài)之后，將會(huì)接著由硅島圖形的長(zhǎng)側(cè)邊位置處，逐漸往硅島中央內(nèi)部發(fā)生冷卻，于是，非晶硅硅島圖形中的結(jié)晶行為，便為由非晶硅硅島圖形的長(zhǎng)側(cè)邊上先產(chǎn)生結(jié)晶成核點(diǎn)，然后逐漸往該硅島圖形的內(nèi)部進(jìn)行橫向長(zhǎng)晶。如此，即形成具有超級(jí)橫向長(zhǎng)晶晶粒的多晶硅薄膜，并且，多晶硅晶粒也呈現(xiàn)規(guī)則的排列。
至于單發(fā)長(zhǎng)脈沖激光束的光源是例如使用氯化氙(XeCl)紫外光源的準(zhǔn)分子激光，同時(shí)，也選用脈沖時(shí)間約100～200ns的激光束作為長(zhǎng)脈沖激光束，以使非晶硅的加熱時(shí)間大幅增加，而延長(zhǎng)非晶硅熔融結(jié)晶的時(shí)間，進(jìn)而促使晶粒成長(zhǎng)。
另外，在上述的非晶硅層形成之前，也可先形成一緩沖層于基板上，以隔離基板本身對(duì)組件制作所可能造成的污染，并且，在激光加熱使非晶硅硅島轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч柚?，即可接著進(jìn)行一般的薄膜晶體管制作流程，以完成完整的薄膜晶體管組件制造；例如，閘極氧化層的形成、閘極金屬制作、離子植入步驟、介電層形成、接觸窗口定義以及源/汲極金屬制作等步驟。
除此之外，用以定義組件主動(dòng)區(qū)域的硅島圖形中具有信道區(qū)、源極區(qū)以及汲極區(qū)，而屬于信道區(qū)的硅島圖形則例如可為單一長(zhǎng)條型結(jié)構(gòu)或者是多個(gè)長(zhǎng)條形結(jié)構(gòu)。其中，若是具有多個(gè)長(zhǎng)條形結(jié)構(gòu)的信道區(qū)，即代表為多重信道型態(tài)的設(shè)計(jì)，并且，與源極區(qū)或是汲極區(qū)相連接的每一個(gè)長(zhǎng)條型結(jié)構(gòu)的短邊，皆必須小于多晶硅超級(jí)橫向長(zhǎng)晶行為的橫向長(zhǎng)晶長(zhǎng)度的兩倍，如此，將可規(guī)則控制信道區(qū)內(nèi)的多晶硅的橫向長(zhǎng)晶行為，而獲得粒徑分布極為均勻且晶粒排列相當(dāng)規(guī)則的多晶硅。
依照上述本發(fā)明的多晶硅薄膜晶體管的制作方式，是將一般的組件主動(dòng)區(qū)定義步驟，提前在激光加熱制程進(jìn)行之前完成，因此，當(dāng)進(jìn)行激光照射時(shí)，自然在硅島結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生散熱情形不同的溫度區(qū)域分布，而得以控制晶粒成核位置以及晶粒成長(zhǎng)方向，并促使橫向長(zhǎng)晶行為發(fā)生。同時(shí)，由于長(zhǎng)脈沖激光束的使用，可促使更多的熱能傳遞至非晶硅下方的材質(zhì)上，因而不僅可延長(zhǎng)晶粒成長(zhǎng)時(shí)間，并且，還得以進(jìn)而提高激光能量分布于晶硅層中的均勻性。如此，將更有助于提升晶硅層結(jié)晶行為的粒徑大幅成長(zhǎng)，另外，還可降低激光能量傳遞與分布不均的現(xiàn)象，而提升晶硅層結(jié)晶行為的均一性，以形成晶粒分布均勻的多晶硅薄膜。故本發(fā)明僅需使用單發(fā)激光束，即可達(dá)到良好的激光結(jié)晶效果，如此，將免除激光束須重復(fù)照射的需求，而有效降低制作成本，進(jìn)而有利于大面積化顯示器的批量生產(chǎn)發(fā)展。
除此之外，若在激光結(jié)晶制程中，采用一般的短脈沖激光束，不僅無法誘發(fā)晶硅層產(chǎn)生良好的橫向長(zhǎng)晶行為，甚至?xí)斐晒鑽u圖形內(nèi)發(fā)生急速的溫度變化，而出現(xiàn)收縮變形的現(xiàn)象，以致影響組件主動(dòng)區(qū)域的尺寸定義，進(jìn)而破壞后續(xù)薄膜晶體管組件制作的品質(zhì)以及產(chǎn)品的電性表現(xiàn)。因此，本發(fā)明特別提出長(zhǎng)脈沖激光束的采用，也具有可使激光結(jié)晶制程后，硅島圖形仍維持良好的目的。
于是，采用本發(fā)明的方法，無須更改或影響一般多晶硅薄膜晶體管制作流程的條件或數(shù)目，即可制得電性品質(zhì)良好的多晶硅薄膜晶體管組件。甚至，可將信道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為多重信道的型態(tài)，通過每一信道寬度的控制，使更加提升多晶硅晶粒粒徑與晶粒排列的均一度。因此，若將本發(fā)明的多晶硅薄膜晶體管的制作方法應(yīng)用于顯示器產(chǎn)品的制造上，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)，也極為有利于顯示器大面積化的發(fā)展與批量生產(chǎn)。


為讓本發(fā)明的上述特征、方法、目的及優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，配合附圖，加以說明如下圖1是依照本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的一種多晶硅薄膜晶體管制作方法的步驟流程圖；圖2A是依照本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的一種多晶硅薄膜晶體管制作的部分流程剖面示意圖；圖2B是依照本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的一種多晶硅薄膜晶體管中的結(jié)晶結(jié)構(gòu)放大俯視示意圖；圖3是依照本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的一種多晶硅薄膜晶體管制作方法的步驟流程圖；圖4A～4B是依照本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的一種多晶硅薄膜晶體管的制作流程剖面示意圖；圖5A是依照本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的一種多晶硅薄膜晶體管的組件主動(dòng)區(qū)域放大俯視示意圖；圖5B是一種結(jié)晶控制不佳的多晶硅薄膜晶體管的組件主動(dòng)區(qū)域放大俯視示意圖；以及圖5C是依照本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的一種具有雙信道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的組件主動(dòng)區(qū)域放大俯視示意圖。
附圖標(biāo)記說明111～114、311～319步驟200、400基板202、503硅島202a長(zhǎng)邊邊緣210、410激光束
401緩沖層402非晶硅層403多晶硅硅島403s、503s源極區(qū)403d、503d汲極區(qū) 404閘極氧化層405閘極金屬 406介電層407接觸窗口 409源/汲極金屬503a細(xì)小晶粒區(qū) 503b晶界503c、503c’信道區(qū)具體實(shí)施方式
本發(fā)明是提出一種可同時(shí)增大多晶硅結(jié)晶粒徑，以及提高結(jié)晶粒徑分布均勻度的多晶硅薄膜晶體管的制作方法。在激光結(jié)晶制程進(jìn)行前，先完成組件主動(dòng)區(qū)域的圖形定義步驟，以形成非晶硅硅島結(jié)構(gòu)，然后再利用長(zhǎng)脈沖(long pulse)的激光束，對(duì)非晶硅硅島進(jìn)行激光加熱，促使非晶硅硅島中發(fā)生超級(jí)橫向長(zhǎng)晶行為，而轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч杞Y(jié)構(gòu)，最后直接配合上一般的薄膜晶體管制造流程，即可制作出一多晶硅薄膜晶體管。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)明公開了一種多晶硅薄膜晶體管的制作方法，配合參照?qǐng)D1、圖2A以及圖2B所示，其中，圖1為依照本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的一種多晶硅薄膜晶體管制作方法的步驟流程圖，而圖2A則為依照本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的一種多晶硅薄膜晶體管制作的部分流程剖面示意圖，至于圖2B則為依照本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的一種多晶硅薄膜晶體管中的結(jié)晶結(jié)構(gòu)放大俯視示意圖。
首先，進(jìn)行圖1中的非晶硅層形成步驟111，接著，對(duì)非晶硅層進(jìn)行定義組件主動(dòng)區(qū)域的圖案化步驟112，以形成非晶硅硅島圖形；配合參照?qǐng)D2A，即為形成非晶硅硅島202于基板200之上。其中，基板200例如是玻璃材質(zhì)，而非晶硅硅島202的制作方法，是例如先采用電漿輔助化學(xué)氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Phase Deposition；PECVD)或是物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition；PVD)技術(shù)形成非晶硅層，然后再以傳統(tǒng)的黃光蝕刻制程，對(duì)非晶硅層進(jìn)行定義組件主動(dòng)區(qū)域的圖案化步驟，以完成非晶硅硅島202的制作。另外，可在非晶硅層形成后，進(jìn)行一去氫步驟，以利后續(xù)的激光制程不會(huì)出現(xiàn)氫爆的現(xiàn)象。
接著，進(jìn)行圖1中的激光加熱步驟113，并配合圖2A所示，特別利用單發(fā)長(zhǎng)脈沖的激光束210，對(duì)非晶硅硅島202進(jìn)行照射，使誘發(fā)非晶硅硅島202中產(chǎn)生超級(jí)橫向長(zhǎng)晶行為，其中，激光束210的光源則是例如使用氯化氙(XeCl)紫外光源的準(zhǔn)分子激光。
因?yàn)榉蔷Ч韫鑽u202所具有的硅島結(jié)構(gòu)，會(huì)使非晶硅在接收激光能量，而形成熔融態(tài)之后，先由非晶硅硅島202的邊緣開始，逐漸朝向中央冷卻，于是，當(dāng)激光加熱進(jìn)行后，結(jié)晶成核點(diǎn)將被控制于非晶硅硅島202的邊緣產(chǎn)生，然后，開始由非晶硅硅島202的邊緣往中央方向，發(fā)生橫向長(zhǎng)晶行為。
同時(shí)，由于本發(fā)明發(fā)現(xiàn)選用長(zhǎng)脈沖的激光束210進(jìn)行激光加熱制程，將因激光脈沖持續(xù)時(shí)間(pulse duration)的延長(zhǎng)，而使非晶硅的加熱時(shí)間大幅增加，以增加非晶硅熔融結(jié)晶的時(shí)間，并且，也足以使晶硅層所能獲得的激光能量增加；另外，還可促使更多的熱能傳遞至非晶硅下方的材質(zhì)上，以及進(jìn)而提高激光能量分布于晶硅層中的均勻性。如此，不僅能有助于提升晶硅層結(jié)晶行為的粒徑成長(zhǎng)，而有效增大非晶硅硅島202中的橫向長(zhǎng)晶范圍，以獲得具有超級(jí)橫向長(zhǎng)晶晶粒的多晶硅薄膜，另外，還可降低激光能量傳遞與分布不均的現(xiàn)象，而提升晶硅層結(jié)晶行為的均一性，以形成晶粒分布較為均勻的多晶硅薄膜。所以在本發(fā)明的激光結(jié)晶過程中，只需使用單發(fā)激光束，即可達(dá)到良好的激光結(jié)晶效果。
除此之外，若在激光結(jié)晶制程中，直接采用一般的短脈沖激光束，例如脈沖時(shí)間小于50ns的激光束，將無法誘發(fā)晶硅層產(chǎn)生良好的橫向長(zhǎng)晶行為，而極容易在非晶硅硅島202的邊緣出現(xiàn)多數(shù)細(xì)小的晶粒，導(dǎo)致形成具有不規(guī)則成核密度的多晶硅薄膜，降低結(jié)晶品質(zhì)，甚至影響晶粒粒徑分布的均勻性。更為嚴(yán)重的是，一旦采用短脈沖激光束進(jìn)行激光加熱后，硅島圖形將因急速的溫度變化，產(chǎn)生收縮變形的現(xiàn)象，以致造成硅島圖形的形狀與尺寸改變，而影響組件主動(dòng)區(qū)域的尺寸定義，進(jìn)而破壞后續(xù)薄膜晶體管組件制作的品質(zhì)以及產(chǎn)品的電性表現(xiàn)。
因此，本發(fā)明特別提出采用長(zhǎng)脈沖的激光束，較佳是例如選用脈沖時(shí)間為100～200ns的激光束，以進(jìn)行非晶硅硅島202的激光結(jié)晶制程，使非晶硅硅島202在發(fā)生良好的橫向長(zhǎng)晶行為的同時(shí)，仍維持固定的硅島圖形與尺寸。
通常定義組件主動(dòng)區(qū)域的硅島結(jié)構(gòu)為一長(zhǎng)條型結(jié)構(gòu)，如圖2A中所示，即為由硅島202的短邊(寬度)W側(cè)來呈現(xiàn)立體剖面結(jié)構(gòu)。其中，由于硅島202的長(zhǎng)邊(圖中未顯示)長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于短邊W的長(zhǎng)度，因此，發(fā)生于硅島202中的激光結(jié)晶行為，將主要由出現(xiàn)于硅島202的長(zhǎng)邊側(cè)的成核點(diǎn)主控，而產(chǎn)生由硅島202兩側(cè)長(zhǎng)邊往中央內(nèi)部橫向成長(zhǎng)的長(zhǎng)晶行為，例如圖2A中的箭頭指向所示。
若再配合參照?qǐng)D2B，即可明顯看出硅島202中的多晶硅結(jié)晶狀態(tài)，圖2B所示的即為圖2A的俯視結(jié)構(gòu)，其中，硅島202的長(zhǎng)邊L大于寬邊W，因此，呈現(xiàn)于硅島202內(nèi)的晶粒結(jié)晶方向，一致地為由硅島長(zhǎng)邊邊緣202a朝向內(nèi)部成長(zhǎng)，而使硅島202中的晶粒規(guī)則排列。
最后，回溯圖1，當(dāng)進(jìn)行完激光加熱步驟113，而使非晶硅硅島202轉(zhuǎn)變成為多晶硅型態(tài)之后，就可接著進(jìn)行步驟114，亦即繼續(xù)進(jìn)行一般的薄膜晶體管的制造流程，以完成多晶硅薄膜晶體管的制作。
根據(jù)上述本實(shí)施例的方法，由于在激光加熱制程前，就先行定義出硅島圖形的組件主動(dòng)區(qū)域，因此，可使激光照射后的硅島中產(chǎn)生散熱速率不同的溫度區(qū)域分布，而良好控制硅島中的晶粒成核位置，以及晶粒的橫向成長(zhǎng)方向，同時(shí)，結(jié)合長(zhǎng)脈沖激光束的選用，故可制作出具有超級(jí)橫向長(zhǎng)晶晶粒的多晶硅薄膜，例如可獲得粒徑達(dá)數(shù)微米等級(jí)的多晶硅薄膜，并且制作出的多晶硅薄膜也擁有晶粒排列規(guī)則以及晶粒尺寸分布均勻的特性。
于是，通過本發(fā)明的方法，無須更改或影響一般多晶硅薄膜晶體管制作流程的條件或數(shù)目，即可制得電性品質(zhì)良好的多晶硅薄膜晶體管組件。
實(shí)施例2本發(fā)明又公開另一種多晶硅薄膜晶體管的制作方法，以上層閘極(topgate)結(jié)構(gòu)的晶體管為較佳實(shí)施例，配合參照?qǐng)D3以及圖4A～4B所示。其中，圖3為依照本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的一種多晶硅薄膜晶體管制作方法的步驟流程圖，而圖4A～4B則為依照本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的一種多晶硅薄膜晶體管的制作流程剖面示意圖。
首先，進(jìn)行圖3中的緩沖層以及非晶硅層的形成步驟311，配合圖4A所示，即為分別依序形成緩沖層401以及非晶硅層402于基板400之上；其中，基板400同樣例如是玻璃材質(zhì)，而緩沖層401則例如可為氧化硅薄膜。接著，進(jìn)行定義組件主動(dòng)區(qū)域的圖案化步驟312，亦即對(duì)非晶硅層402圖案化以形成非晶硅硅島圖形于緩沖層401之上。另外，還可在非晶硅層402形成之后，隨即進(jìn)行一去氫步驟，以利后續(xù)的激光制程不會(huì)出現(xiàn)氫爆的現(xiàn)象。
然后，進(jìn)行圖3中的激光加熱步驟313，利用單發(fā)長(zhǎng)脈沖的激光束410，對(duì)非晶硅硅島進(jìn)行照射，如同第一實(shí)施例中所描述的，以誘發(fā)非晶硅硅島中產(chǎn)生超級(jí)橫向長(zhǎng)晶行為，于是，非晶硅硅島即轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч钁B(tài)，而成為圖4B中的多晶硅硅島403。其中，非晶硅硅島圖形為一長(zhǎng)條型結(jié)構(gòu)，且硅島圖形的長(zhǎng)邊L的長(zhǎng)度須明顯大于硅島圖形的短邊的長(zhǎng)度，因此，由非晶硅硅島轉(zhuǎn)變成的多晶硅硅島403內(nèi)部，將擁有規(guī)則排列的超級(jí)橫向長(zhǎng)晶晶粒(如同圖2B中所示的晶粒結(jié)構(gòu))。圖4A以及圖4B所繪示的結(jié)構(gòu)，即為由硅島的長(zhǎng)邊L側(cè)截?cái)嗟钠拭娼Y(jié)構(gòu)圖。
當(dāng)進(jìn)行完激光加熱步驟313，而使非晶硅轉(zhuǎn)變成為多晶硅之后，即可接著再進(jìn)行薄膜晶體管的后續(xù)制作流程，并配合參照?qǐng)D4B所示的結(jié)構(gòu)。繼續(xù)在步驟313之后的制程，為閘極氧化層(gate oxide)的形成步驟314，例如利用化學(xué)氣相沉積的方式形成一閘極氧化層404，使覆蓋于多晶硅硅島403圖形以及緩沖層401之上，閘極氧化層404的材質(zhì)一般是例如為氧化硅薄膜。
然后，進(jìn)行步驟315，在閘極氧化層404上形成閘極金屬(gatemetal)405，其中，閘極金屬405是利用物理氣相沉積技術(shù)以及圖形定義的方式予以制作出，而閘極金屬405的材質(zhì)則為導(dǎo)電性佳的金屬，例如鋁(Al)、鉬(Mo)或鉬鎢化合物(MoW)。接著，再進(jìn)行離子植入的步驟316，使用離子布植的方法，以閘極金屬405為罩幕，分別對(duì)閘極金屬405兩側(cè)的多晶硅硅島403進(jìn)行離子布值，以定義出源極區(qū)域(source region)403s與汲極區(qū)域(drain region)403d。
當(dāng)源/汲極區(qū)域定義完成之后，即進(jìn)行介電層的形成步驟317，例如利用電漿輔助化學(xué)氣相沉積法在閘極金屬405與閘極氧化層404之上沉積介電層406；然后，進(jìn)行步驟318，同時(shí)將介電層406以與門極氧化層404予以圖形化，以形成可暴露出源極區(qū)403s與汲極區(qū)403d的接觸窗口(contact hole)407，其中，介電層406的材質(zhì)是較佳例如可為氧化硅薄膜。
最后，再進(jìn)行源/汲極金屬的制作步驟319，將源/汲極金屬409形成于介電層406之上，以及接觸窗口407之中，以能與源極區(qū)403s以及汲極區(qū)403d相接觸。這里所指的源/汲極金屬409的材質(zhì)也同樣為導(dǎo)電性佳的金屬，例如可為鋁、鉬或鉬鎢化合物。通過上述的制作流程，便可完成一多晶硅薄膜晶體管的制作。
其中在上述的激光加熱步驟313中所使用的長(zhǎng)脈沖激光束，即如同第一實(shí)施例一般，是較佳選用脈沖時(shí)間為100～200ns的激光束，以對(duì)非晶硅硅島進(jìn)行激光結(jié)晶制程，如此，不僅能促使非晶硅硅島發(fā)生良好的橫向長(zhǎng)晶行為，而獲得具有超級(jí)橫向長(zhǎng)晶的晶粒粒徑的多晶硅薄膜，同時(shí)，也能在激光加熱之后，仍維持固定的硅島圖形與尺寸，以有利于提升薄膜晶體管組件制作的品質(zhì)與產(chǎn)品良率。
另外參照?qǐng)D5A，圖5A為依照本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的一種多晶硅薄膜晶體管的組件主動(dòng)區(qū)域放大俯視示意圖。在圖5A中所示，多晶硅結(jié)晶的方向，是呈現(xiàn)由硅島503的長(zhǎng)邊側(cè)往中央內(nèi)部進(jìn)行側(cè)向成長(zhǎng)，因而，在組件信道區(qū)(channel region)503c中的晶粒排列相當(dāng)規(guī)則，并且，加上本實(shí)施例配合使用長(zhǎng)脈沖的激光束，所以粒徑分布也極為均勻。如此，便可均一控制載子(carrier)流經(jīng)信道區(qū)503c，而往來于源極區(qū)503s與汲極區(qū)503d之間時(shí)，所需通過的晶界503b數(shù)目，進(jìn)而有效提高組件的電性表現(xiàn)。
除此之外，若當(dāng)出現(xiàn)信道寬度W(硅島短邊)，明顯大于多晶硅晶粒橫向成長(zhǎng)長(zhǎng)度g的情形時(shí)，將會(huì)影響上述的晶粒超級(jí)橫向成長(zhǎng)的成效，如圖5B所示。在圖5B中，由于信道寬度W是明顯大于晶粒橫向成長(zhǎng)長(zhǎng)度g，因此，信道區(qū)503c內(nèi)產(chǎn)生的多晶硅晶粒只有在硅島的長(zhǎng)邊側(cè)上，出現(xiàn)單一次的超級(jí)橫向成長(zhǎng)行為，而后即逐漸朝向信道內(nèi)部，形成致密排列的細(xì)小晶粒(fine grains)區(qū)503a，導(dǎo)致無法在硅島503內(nèi)形成良好的多晶硅超級(jí)橫向成長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，甚至同時(shí)降低晶粒排列的規(guī)則性與粒徑分布的均勻性。
為了防止如上述圖5B中所出現(xiàn)的不良結(jié)晶現(xiàn)象，本發(fā)明甚至還提出可將信道區(qū)503c的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為多重信道(multi-channel)的型態(tài)，以取代原有的單一信道結(jié)構(gòu)，如圖5C所示。
在圖5C中，所示為一雙信道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的組件主動(dòng)區(qū)域俯視示意圖，其中，第一信道區(qū)503c與第二信道區(qū)503c’各自具有獨(dú)立的信道寬度W1以及信道寬度W2，若將信道寬度W1加上信道寬度W2即為實(shí)際組件的整體信道寬度W。另外，不論是信道寬度W1或是信道寬度W2皆設(shè)計(jì)為小于兩倍的晶粒橫向成長(zhǎng)長(zhǎng)度g(亦即W1，W2＜2g)。
由于每一信道的信道寬度設(shè)計(jì)成小于兩倍的晶粒橫向成長(zhǎng)長(zhǎng)度g，于是，每一信道的內(nèi)部，將被良好控制成僅由排列規(guī)則的兩列超級(jí)橫向長(zhǎng)晶晶粒所完整布滿，如此，便可擁有粒徑分布均勻以及晶粒排列規(guī)則的多晶硅薄膜信道，進(jìn)而促使載子在信道內(nèi)通過數(shù)量均一的晶界503b數(shù)目，以有效提升組件電性表現(xiàn)的均勻性，使有利于大面積化的顯示器的批量生產(chǎn)發(fā)展。
當(dāng)然，圖5C只是一舉例示范，多重信道型態(tài)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并不局限信道數(shù)目的設(shè)置，重點(diǎn)是通過信道寬度劃分的概念，使控制每一信道內(nèi)的晶粒橫向成長(zhǎng)行為。
由上述本發(fā)明的實(shí)施例可知，應(yīng)用本發(fā)明的方法，是將一般的組件主動(dòng)區(qū)定義步驟，提前在激光加熱制程進(jìn)行之前即予以完成，因此，可利用主動(dòng)區(qū)域定義的硅島圖形，使于激光照射時(shí)，自然在硅島結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生散熱情形不同的溫度區(qū)域分布，而得以良好控制晶粒成核位置，以及晶粒的橫向成長(zhǎng)方向。同時(shí)，還結(jié)合長(zhǎng)脈沖激光束的選用，所以可制作出具有超級(jí)橫向長(zhǎng)晶晶粒的多晶硅薄膜，并且通過本發(fā)明所制得的多晶硅薄膜也擁有晶粒排列規(guī)則，以及晶粒尺寸分布均勻的特性。
于是，采用本發(fā)明的方法，無須更改或影響一般多晶硅薄膜晶體管制作流程的條件或數(shù)目，即可制得電性品質(zhì)良好的多晶硅薄膜晶體管組件。另外，也由于長(zhǎng)脈沖激光束的使用，是具有可延長(zhǎng)晶硅層熔融結(jié)晶時(shí)間的效果，故可降低激光能量在晶硅層中傳遞與分布不均的現(xiàn)象，以進(jìn)而形成晶粒分布較為均勻的多晶硅薄膜；因此，在本發(fā)明的激光結(jié)晶過程中，只需使用單發(fā)激光束就可以達(dá)到良好的激光結(jié)晶效果。
除此之外，甚至可將信道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為多重信道的型態(tài)，利用每一信道寬度的控制，使更加提升晶粒粒徑與排列的均一度。因此，若將本發(fā)明的多晶硅薄膜晶體管的制作方法應(yīng)用于顯示器產(chǎn)品的制造上，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)展與批量生產(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)組件的制造都可利用本發(fā)明的方法而大幅提升產(chǎn)品效能。雖然本發(fā)明已以實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的創(chuàng)作思路和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種變動(dòng)與修飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種多晶硅薄膜晶體管的制作方法，至少包含形成一非晶硅層于一基板上；圖案化該非晶硅層，以形成至少一硅島圖形于該基板上，而定義出至少一組件主動(dòng)區(qū)域；以及利用一單發(fā)長(zhǎng)脈沖激光束，照射該硅島圖形，使誘發(fā)該硅島圖形中產(chǎn)生一超級(jí)橫向長(zhǎng)晶行為，于是，該硅島圖形轉(zhuǎn)變成為一多晶硅。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的非晶硅層的形成步驟之前，還包含形成一緩沖層于該基板上。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基板的材質(zhì)為玻璃。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的硅島圖形為一長(zhǎng)條型結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的硅島圖形中產(chǎn)生的該超級(jí)橫向長(zhǎng)晶行為，是由該硅島圖形的一長(zhǎng)側(cè)邊上形成多個(gè)結(jié)晶成核點(diǎn)，然后逐漸往該硅島圖形的內(nèi)部進(jìn)行橫向長(zhǎng)晶。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的硅島圖形所定義的該組件主動(dòng)區(qū)域包含一信道區(qū)、一源極區(qū)以及一汲極區(qū)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的信道區(qū)的硅島圖形為單一長(zhǎng)條型結(jié)構(gòu)或多個(gè)長(zhǎng)條形結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，具有該長(zhǎng)條型結(jié)構(gòu)的信道區(qū)為一多重信道型態(tài)，且連接該源極區(qū)以及該汲極區(qū)的每一該長(zhǎng)條型結(jié)構(gòu)的短邊，須小于該超級(jí)橫向長(zhǎng)晶行為的一橫向長(zhǎng)晶長(zhǎng)度的兩倍。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的單發(fā)長(zhǎng)脈沖激光束的光源為使用氯化氙(XeCl)紫外光源的準(zhǔn)分子激光。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的單發(fā)長(zhǎng)脈沖激光束是選用脈沖時(shí)間約100～200ns的激光束。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還至少包含形成一閘極氧化層，覆蓋于該硅島圖形以及該基板之上；形成一閘極金屬于該閘極氧化層之上，使位于該硅島圖形的正上方；離子植入該閘極金屬兩側(cè)的硅島圖形中；形成一介電層于該閘極金屬以及該閘極氧化層之上；圖案化該介電層以及該閘極氧化層，以于該閘極金屬的兩側(cè)各形成一接觸窗口，而于該接觸窗口中暴露出該硅島圖形；以及制作二源/汲極金屬于該介電層之上，同時(shí)，每一該源/汲極金屬是位于每一該接觸窗口中，而與該硅島圖形相連接。
12.一種多晶硅薄膜晶體管的制作方法，至少包含形成一緩沖層于一基板上；形成一非晶硅層于該緩沖層上；圖案化該非晶硅層，以形成至少一長(zhǎng)條硅島圖形于該緩沖層之上，從而定義出至少一組件主動(dòng)區(qū)域，其中該長(zhǎng)條硅島圖形中包含一信道區(qū)、一源極區(qū)以及一汲極區(qū)；以及利用一單發(fā)長(zhǎng)脈沖激光束，照射該長(zhǎng)條硅島圖形，使誘發(fā)該長(zhǎng)條硅島圖形中產(chǎn)生一超級(jí)橫向長(zhǎng)晶行為，其中，該長(zhǎng)條硅島圖形中所產(chǎn)生的該超級(jí)橫向長(zhǎng)晶行為，是由該長(zhǎng)條硅島圖形的一長(zhǎng)側(cè)邊上形成多個(gè)結(jié)晶成核點(diǎn)，然后逐漸往該長(zhǎng)條硅島圖形的內(nèi)部進(jìn)行橫向長(zhǎng)晶。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述的基板的材質(zhì)為玻璃。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述的長(zhǎng)條硅島圖形中的該信道區(qū)，是具有單一長(zhǎng)條型結(jié)構(gòu)或多個(gè)長(zhǎng)條形結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，具有該長(zhǎng)條型結(jié)構(gòu)的該信道區(qū)為一多重信道型態(tài)，且連接該源極區(qū)以及該汲極區(qū)的每一該長(zhǎng)條型結(jié)構(gòu)的短邊，須小于該超級(jí)橫向長(zhǎng)晶行為的一橫向長(zhǎng)晶長(zhǎng)度的兩倍。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述的單發(fā)長(zhǎng)脈沖激光束的光源為使用氯化氙(XeCl)紫外光源的準(zhǔn)分子激光。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述的單發(fā)長(zhǎng)脈沖激光束是選用脈沖時(shí)間約100～200ns的激光束。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還至少包含形成一閘極氧化層，覆蓋于該長(zhǎng)條硅島圖形以及該緩沖層之上；形成一閘極金屬于該閘極氧化層之上，使位于該長(zhǎng)條硅島圖形的信道區(qū)的正上方；離子植入該閘極金屬兩側(cè)的長(zhǎng)條硅島圖形中；形成一介電層于該閘極金屬以及該閘極氧化層之上；圖案化該介電層以及該閘極氧化層，以于該閘極金屬的兩側(cè)各形成一接觸窗口，而于該接觸窗口中暴露出該長(zhǎng)條硅島圖形；以及制作二源/汲極金屬于該介電層之上，同時(shí)，每一該源/汲極金屬是位于每一該接觸窗口中，從而與該長(zhǎng)條硅島圖形相連接。
19.一種上層閘極(top gate)結(jié)構(gòu)的多晶硅薄膜晶體管組件的制作方法，至少包含形成一緩沖層于一基板上；形成一非晶硅層于該緩沖層上；圖案化該非晶硅層，以形成至少一硅島圖形于該緩沖層之上，從而定義出至少一組件主動(dòng)區(qū)域，其中該硅島圖形中包含一信道區(qū)、一源極區(qū)以及一汲極區(qū)；利用一單發(fā)長(zhǎng)脈沖激光束，照射該硅島圖形，使誘發(fā)該硅島圖形中產(chǎn)生一超級(jí)橫向長(zhǎng)晶行為，于是，該硅島圖形轉(zhuǎn)變成為一多晶硅；形成一閘極氧化層，覆蓋于該硅島圖形以及該緩沖層之上；形成一閘極金屬于該閘極氧化層之上，使位于該硅島圖形的該信道區(qū)的正上方；離子植入該閘極金屬兩側(cè)的該硅島圖形中；形成一介電層于該閘極金屬以及該閘極氧化層之上；圖案化該介電層以及該閘極氧化層，以于該閘極金屬的兩側(cè)各形成一接觸窗口，而在該接觸窗口中暴露出該硅島圖形；以及制作二源/汲極金屬于該介電層之上，同時(shí)，每一該源/汲極金屬是位于每一該接觸窗口中，從而與該硅島圖形相連接。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述的單發(fā)長(zhǎng)脈沖激光束是選用脈沖時(shí)間約100～200ns的激光束。
全文摘要
一種多晶硅薄膜晶體管的制作方法，是在基板上形成非晶硅層之后，即對(duì)非晶硅層進(jìn)行圖案化，以形成硅島圖形，使提前定義出組件主動(dòng)區(qū)域。接著，利用單發(fā)長(zhǎng)脈沖激光束，照射硅島圖形，以誘發(fā)硅島圖形內(nèi)產(chǎn)生超級(jí)橫向長(zhǎng)晶行為，而由非晶硅轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч琛Ｗ詈?，再依序進(jìn)行后續(xù)薄膜晶體管制作流程，即完成多晶硅薄膜晶體管的制作。
文檔編號(hào)H01L21/20GK1822334SQ200510051939
公開日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2005年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月17日
發(fā)明者林家興, 陳昱丞, 陳麒麟 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院