專利名稱：形成多晶硅薄膜的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種形成低溫多晶硅薄膜的方法，特別是涉及一種使用兩次激光照射的連續(xù)側向固化的形成低溫多晶硅薄膜的方法。
背景技術：
在半導體制造中，由于非晶硅(amorphous silicon)薄膜可以在低溫的環(huán)境下形成于玻璃基板上，因此非晶硅薄膜晶體管(thin-film transistor，TFT)目前大量地被使用于在液晶顯示器領域中。然而，非晶硅薄膜的電子移動率比多晶硅薄膜慢，使得非晶硅薄膜晶體管液晶顯示器的反應時間較慢，也限制了其在大尺寸面板上的應用。因此業(yè)界與學術界均致力于將低溫非晶硅薄膜以激光退火方式轉變成多晶硅薄膜的研發(fā)。
目前，多晶硅薄膜現(xiàn)已逐漸應用于太陽能電池、液晶顯示器、有機發(fā)光顯示器等領域中。然而，多晶硅薄膜的品質取決于晶粒尺寸的大??；因此，在兼顧高產量(throughput)的前提下，制造出具有大尺寸晶粒的多晶硅薄膜即成為業(yè)界與學術界所面對的最大挑戰(zhàn)。
圖1A為現(xiàn)有采用連續(xù)側向固化(SLS)形成多晶硅薄膜的系統(tǒng)示意圖，該系統(tǒng)主要包括激光產生器11，以產生一激光束12；以及一掩膜13，設置于該激光束12的行進路徑上，該掩膜上方有多個透光區(qū)域13a與多個不透光區(qū)域13b。其中每一透光區(qū)域13a為一寬度為W的長條區(qū)域。通過該多個透光區(qū)域13a的激光束12照射在掩膜13下方的基板14上的非晶硅薄膜15，使得非晶硅薄膜15上被激光束12照射的多個寬度為W的長條區(qū)域15a產生熔化。在移除激光束12后，每一該多個長條區(qū)域15a從兩側開始固化，并且產生一條平行該長條區(qū)域15a的長邊的主要晶界(primary grain boundary)16于該長條區(qū)域15a中央處，而形成晶粒長度為1/2W的多晶硅薄膜，如圖1B所示。
為了提升產量，美國專利第6,908,835號公開了一種采用兩次激光照射的連續(xù)側向固化的形成多晶硅薄膜的方法。在美國專利第6,908,835號中，通過掩膜的設計以將激光光圖形化以控制晶粒尺寸，如圖2A至圖2C所示。
在圖2A中，掩膜20具有多個第一長條透光區(qū)域21與多個第二長條透光區(qū)域22，使得掩膜20下方的基板(圖中未示)上的非晶硅薄膜(圖中未示)通過相對于該掩膜20沿著X軸移動，進行兩次激光照射。在圖2B中，給定每一第一透光區(qū)域21與每一第二透光區(qū)域22的寬度為W，每兩第一透光區(qū)域21以及每兩第二透光區(qū)域22的間隔S，第一透光區(qū)21與第二透光區(qū)22存在一個偏移量OS(OS≥1/2W)，則在掩膜20下方的基板(圖中未示)上的非晶硅薄膜(圖中未示)經過第一次激光照射的連續(xù)側向固化所得的第一主要晶界(對應第一透光區(qū)域21的中央線211)與經過第二次激光照射的連續(xù)側向固化所得的第二主要晶界(對應第二透光區(qū)域22的中央線221)之間的距離λ＝(W+S)/2。然而，在實際應用中，圖1A所示的連續(xù)側向固化(SLS)形成多晶硅薄膜系統(tǒng)可設置一投影透鏡系統(tǒng)(圖中未示)于掩膜13與基板14之間。假設該投影透鏡系統(tǒng)的放大倍率為N，則在基板14上所獲得的多晶硅的晶粒尺寸為λ/N。舉例來說，如果W＝27.5μm，S＝7.5μm，N＝5，則所獲得的多晶硅的晶粒尺寸為λ/N＝[(W+S)/2]/5＝3.5μm，如圖2C中所示。
為了得到更大的晶粒尺寸，美國專利第6,726,768號公開了一種采用多次激光照射的連續(xù)側向固化的形成多晶硅薄膜的方法。在美國專利第6,726,768號中，通過掩膜設計以將激光光圖形化以控制晶粒尺寸，如圖3所示。在圖3中，掩膜30具有多個第一透光區(qū)域31、多個第二透光區(qū)域32、多個第三透光區(qū)域33、多個第四透光區(qū)域34與多個第五透光區(qū)域35，使得掩膜30下方的基板(圖中未示)上的非晶硅薄膜(圖中未示)通過相對于該掩膜20沿著X軸移動，進行多次激光照射。雖然美國專利第6,726,768號的方法可以用來形成較大的晶粒尺寸，但卻需要較長的時間，而導致產量降低。
因此，亟需一種制造多晶硅薄膜的方法，使用兩次激光照射的連續(xù)側向固化，并且通過掩膜設計以將激光光圖形化以增加晶粒尺寸，并且提生產能。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的主要技術問題在于提供一種形成多晶硅薄膜的方法，使用兩次激光照射的連續(xù)側向固化，并且通過掩膜設計以將激光光圖形化以增加晶粒尺寸。
本發(fā)明所要解決的次要技術問題在于提供一種形成多晶硅薄膜的方法，使用兩次激光照射的連續(xù)側向固化，并且通過掩膜設計以將激光光圖形化以提高產量。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種形成多晶硅薄膜的方法，包括以下步驟(a)提供一形成多晶硅薄膜系統(tǒng)，主要包括一激光產生器，產生一激光束；以及一掩膜，設置于該激光束的行進路徑上，該掩膜包括彼此相距一間隔S的多個第一透光區(qū)域以及彼此相距一間隔S的多個第二透光區(qū)域，其中，該多個第一透光區(qū)域與該多個第二透光區(qū)域相鄰且具有一寬度W與一長度L，該每一多個第一透光區(qū)域的一中心線平行該長度L的方向，且延伸至該多個第二透光區(qū)域之一內，使得該第一透光區(qū)與該第二透光區(qū)之間存在一偏移量OS；(b)提供一基板于該掩膜后方的該激光束的該行進路徑上，該基板上形成有一非晶硅薄膜；(c)以該激光束透過該掩膜對該非晶硅薄膜進行第一次激光照射，使對應該掩膜上的該多個第一透光區(qū)域的該非晶硅薄膜上的多個第一長條區(qū)域熔化；(d)移除該激光束，使該熔化的該多個第一長條區(qū)域上的非晶硅薄膜形成一具有一第一晶粒尺寸的多晶硅薄膜；(e)沿著該長度L移動該基板一距離，該距離不大于該長度L，使得該多個第一長條區(qū)域對應該掩膜上的該多個第二透光區(qū)域；(f)以該激光束透過該掩膜對該多晶硅薄膜進行第二次激光照射，使對應該掩膜上的該多個第二透光區(qū)域的該多晶硅薄膜上的多個第一長條區(qū)域再熔化；以及(g)移除該激光束，使該再熔化的該多個第一長條區(qū)域上的多晶硅薄膜形成一具有一第二晶粒尺寸的多晶硅薄膜。
本發(fā)明還提供一種形成多晶硅薄膜的掩膜，包括彼此相距一間隔S的多個第一透光區(qū)域以及彼此相距一間隔S的多個第二透光區(qū)域；其中，該多個第一透光區(qū)域與該多個第二透光區(qū)域相鄰且具有一寬度W與一長度L，該每一多個第一透光區(qū)域的一中心線平行該長度L的方向，且延伸至該多個第二透光區(qū)域之一內，使得該第一透光區(qū)與該第二透光區(qū)之間存在一偏移量。
本發(fā)明通過使用兩次激光照射的連續(xù)側向固化，并且通過掩膜設計以將激光光圖形化以增加晶粒尺寸并提高了產量。
圖1A為現(xiàn)有采用連續(xù)側向固化(SLS)的形成多晶硅薄膜系統(tǒng)示意圖；圖1B為圖1A的形成多晶硅薄膜系統(tǒng)所形成的多晶硅薄膜上視圖；圖2A為美國專利第6,908,835號所采用的掩膜上視圖；圖2B為圖2A的掩膜透光區(qū)域詳細尺寸圖；圖2C為根據(jù)美國專利第6,908,835號的兩次激光照射的連續(xù)側向固化所形成的多晶硅結構圖；圖3為美國專利第6,726,768號所采用的掩膜上視圖；圖4A為形成多晶硅薄膜方法所采用的掩膜上視圖；圖4B為圖4A的掩膜透光區(qū)域詳細尺寸圖；圖4C為兩次激光照射的連續(xù)側向固化所形成的多晶硅結構圖；以及圖5為本發(fā)明的形成多晶硅薄膜方法的流程圖。
其中，附圖標記11 激光產生器 12 激光束13 掩膜 13a 透光區(qū)域13b 不透光區(qū)域 14 基板15 非晶硅薄膜 15a 長條區(qū)域16 主要晶界 20 掩膜21 第一透光區(qū)域 211 第一透光區(qū)域的中央線22 第二透光區(qū)域 W寬度221 第二透光區(qū)域的中央線 S間隔OS 偏移量 λ/N 晶粒長度30 掩膜 31 第一透光區(qū)域32 第二透光區(qū)域 33 第三透光區(qū)域34 第四透光區(qū)域 35 第五透光區(qū)域40 掩膜 41 第一透光區(qū)域
411 第一透光區(qū)域的中央線 42 第二透光區(qū)域421 第二透光區(qū)域的中央線51 提供一形成多晶硅薄膜系統(tǒng)52 提供一基板于該掩膜下方53 進行第一次激光照射54 移除激光束55 移動該基板56 進行第二次激光照射57 移除激光束具體實施方式
為使貴審查員能對本發(fā)明的特征、目的及功能有更進一步的認識與了解，現(xiàn)配合附圖詳細說明如后。
在本發(fā)明中，使用兩次激光照射的連續(xù)側向固化，并且通過掩膜設計以將激光光圖形化以增加晶粒尺寸。圖4A與圖4B為本發(fā)明的形成多晶硅薄膜方法所采用的掩膜上視圖以及其詳細尺寸圖；圖4C為本發(fā)明的兩次激光照射的連續(xù)側向固化所形成的多晶硅結構圖。
在圖4A與圖4B中，掩膜40包括彼此相距一間隔S的多個第一透光區(qū)域41以及彼此相距一間隔S的多個第二透光區(qū)域42，其中該多個第一透光區(qū)域41與該多個第二透光區(qū)域42相鄰且具有一寬度W與一長度L。該每一多個第一透光區(qū)域的一中心線平行該長度L的方向，且延伸至該多個第二透光區(qū)域之一內，使得該第一透光區(qū)41與該第二透光區(qū)42之間存在一偏移量OS。
通過圖4A與圖4B中的掩膜40，本發(fā)明公開了一種形成多晶硅薄膜的方法，其詳細步驟如圖5所示。該方法包括以下步驟首先，如步驟51所述，提供一形成多晶硅薄膜系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括一產生一激光束的激光產生器以及一掩膜。本發(fā)明所使用的形成多晶硅薄膜系統(tǒng)的主要架構相似于圖1所示的現(xiàn)有結構，故在此不予贅述。本發(fā)明所使用的掩膜則如圖4A與圖4B所示。
接著，如步驟52所述，提供一基板(如圖4C所示)于圖4A與圖4B中所示的掩膜40后方的激光束的行進路徑上，該基板上形成有一非晶硅薄膜(圖中未示)。
在步驟53中，以激光束透過該掩膜40對該非晶硅薄膜進行第一次激光照射，使對應該掩膜40上的多個第一透光區(qū)域41的非晶硅薄膜上的多個第一長條區(qū)域熔化。
接著，如步驟54所述，移除該激光束，使該熔化的多個第一長條區(qū)域上的非晶硅薄膜通過連續(xù)側向固化(SLS)而形成一具有一第一晶粒尺寸的多晶硅薄膜。其中，多個第一長條區(qū)域上有一第一主要晶界(對應第一透光區(qū)域41的中央線411)。此時，該第一晶粒尺寸等于1/2W。
在步驟55中，沿著長度L(即X軸方向)移動基板一距離，該距離不大于該長度L，使得該多個第一長條區(qū)域對應該掩膜40上的該多個第二透光區(qū)域42。
接著，在步驟56中，以該激光束透過該掩膜40對該多晶硅薄膜進行第二次激光照射，使對應掩膜40上的多個第二透光區(qū)域42的該多晶硅薄膜上的多個第一長條區(qū)域再熔化。
最后，在步驟57中，移除該激光束，使該再熔化的該多個第一長條區(qū)域上的多晶硅薄膜形成一具有一第二晶粒尺寸的多晶硅薄膜。此時，多個第一長條區(qū)域上有一第二主要晶界(對應第二透光區(qū)域42的中央線421)。此時，該第二晶粒尺寸為λ，即為W+S。
然而，在實際應用中，步驟51中所提供的連續(xù)側向固化(SLS)形成多晶硅薄膜系統(tǒng)可設置一投影透鏡系統(tǒng)(圖中未示)于掩膜與基板之間。假設該投影透鏡系統(tǒng)的放大倍率為N，則在基板上所獲得的多晶硅的晶粒尺寸為λ/N，如圖4C中所示。
由上述討論中，可知本方法的特征在于通過第二次激光照射使得第一次激光照射后固化所產生的第一主要晶界熔化，進而形成第二次激光照射后固化的第二主要晶界。此時，在不使用投影透鏡系統(tǒng)時，所形成的多晶硅的晶粒尺寸即為透光區(qū)域的寬度與間隔的總和，即掩膜上多個第二透光區(qū)域42的兩中央線421間的間隔λ；在使用投影透鏡系統(tǒng)時，所形成的多晶硅的晶粒尺寸即為λ/N。
具體的說，在本發(fā)明的具體實施例中，在不使用投影透鏡系統(tǒng)時，若給定每一第一透光區(qū)域41與每一第二透光區(qū)域42的寬度為W＝5.5μm，每兩第一透光區(qū)域41以及每兩第二透光區(qū)域42的間隔S＝0.75μm，以及第一透光區(qū)域與第二透光區(qū)域的偏移量OS為1.75μm，則基板上的非晶硅薄膜經過兩次激光照射的連續(xù)側向固化所得的第二主要晶界421間的距離λ＝W+S＝6.25μm。然而，考慮使用投影透鏡系統(tǒng)且該投影透鏡系統(tǒng)的放大倍率N＝5時，若W＝27.5μm，S＝3.75μm，OS＝10μm，則基板上的非晶硅薄膜經過兩次激光照射的連續(xù)側向固化所得的第二主要晶界421間的距離，即所形成的多晶硅的晶粒尺寸為λ/N＝(W+S)/5＝6.25μm。
綜上所述，當知本發(fā)明提供一種形成多晶硅薄膜的方法，使用兩次激光照射的連續(xù)側向固化，并且通過掩膜設計以將激光光圖形化以增加晶粒尺寸，并且提高產量。故本發(fā)明具有新穎性、創(chuàng)造性、實用性，應符合專利申請要件無疑。
上述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用來限定本發(fā)明實施的范圍，凡依本發(fā)明權利要求所述的形狀、構造、特征、精神及方法所作的等效變化與修改，均應包括于本發(fā)明的范圍內。
權利要求
1.一種形成多晶硅薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟提供一形成多晶硅薄膜系統(tǒng)，主要包括一激光產生器，產生一激光束；以及一掩膜，設置于該激光束的行進路徑上，該掩膜包括彼此相距一間隔S的多個第一透光區(qū)域以及彼此相距一間隔S的多個第二透光區(qū)域，其中，該多個第一透光區(qū)域與該多個第二透光區(qū)域相鄰且具有一寬度W與一長度L，該每一多個第一透光區(qū)域的一中心線平行該長度L的方向，且延伸至該多個第二透光區(qū)域之一內，使得該第一透光區(qū)與該第二透光區(qū)間存在一偏移量OS；提供一基板于該掩膜后方的該激光束的該行進路徑上，該基板上形成有一非晶硅薄膜；以該激光束透過該掩膜對該非晶硅薄膜進行第一次激光照射，使對應該掩膜上的該多個第一透光區(qū)域的該非晶硅薄膜上的多個第一長條區(qū)域熔化；移除該激光束，使該熔化的該多個第一長條區(qū)域上的非晶硅薄膜形成一具有一第一晶粒尺寸的多晶硅薄膜；沿著該長度L移動該基板一距離，該距離不大于該長度L，使得該多個第一長條區(qū)域對應該掩膜上的該多個第二透光區(qū)域；以該激光束透過該掩膜對該多晶硅薄膜進行第二次激光照射，使對應該掩膜上的該多個第二透光區(qū)域的該多晶硅薄膜上的多個第一長條區(qū)域再熔化；以及移除該激光束，使該再熔化的該多個第一長條區(qū)域上的多晶硅薄膜形成一具有一第二晶粒尺寸的多晶硅薄膜。
2.如權利要求1所述的形成多晶硅薄膜的方法，其特征在于，該偏移量OS小于1/2W。
3.如權利要求1所述的形成多晶硅薄膜的方法，其特征在于，該第二晶粒尺寸為W+S。
4.如權利要求1所述的形成多晶硅薄膜的方法，其特征在于，該形成多晶硅薄膜系統(tǒng)還包括一投影透鏡系統(tǒng)，該投影透鏡系統(tǒng)的放大倍率為N而且設置于該掩膜與該基板之間的該激光束的該行進路徑上。
5.如權利要求4所述的形成多晶硅薄膜的方法，其特征在于，該第二晶粒尺寸為(W+S)/N。
6.一種形成多晶硅薄膜的掩膜，其特征在于，包括彼此相距一間隔S的多個第一透光區(qū)域以及彼此相距一間隔S的多個第二透光區(qū)域；其中，該多個第一透光區(qū)域與該多個第二透光區(qū)域相鄰且具有一寬度W與一長度L，該每一多個第一透光區(qū)域的一中心線平行該長度L的方向，且延伸至該多個第二透光區(qū)域之一內，使得該第一透光區(qū)與該第二透光區(qū)之間存在一偏移量OS。
7.如權利要求6所述的形成多晶硅薄膜的掩膜，其特征在于，該偏移量OS小于1/2W。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種形成多晶硅薄膜的方法，包括提供一形成多晶硅薄膜系統(tǒng)；提供一基板于該掩膜后方的該激光束的該行進路徑上，該基板上形成有一非晶硅薄膜；以該激光束透過該掩膜對該非晶硅薄膜進行第一次激光照射，使對應該掩膜上的該多個第一透光區(qū)域的該非晶硅薄膜上的多個第一長條區(qū)域熔化；移除該激光束，使該熔化的該多個第一長條區(qū)域上的非晶硅薄膜形成一多晶硅薄膜；移動該基板一距離；以該激光束透過該掩膜對該多晶硅薄膜進行第二次激光照射；以及移除該激光束。本發(fā)明通過使用兩次激光照射的連續(xù)側向固化，并且通過掩膜設計以將激光光圖形化以增加晶粒尺寸并提高了產量。
文檔編號H01L21/268GK1992167SQ20051013527
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月29日 優(yōu)先權日2005年12月29日
發(fā)明者陳宏澤, 陳昱丞, 朱芳村 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院