專利名稱：低溫多晶硅薄膜制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種低溫多晶硅薄膜制作方法。
技術(shù)背景在薄膜晶體管液晶顯示器(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display, TFT-LCD)的制造工藝中，低溫多晶硅薄膜晶體管(Low Temperature PolySilicon TFT， LTPS-TFT)的應(yīng)用已成為主流。低溫 多晶硅薄膜晶體管相比傳統(tǒng)的非晶硅薄膜晶體管 (Amorphous-Silicon Thin film Transistor, a-Si TFT)具有更高的電 子遷移率，其電子遷移率可達(dá)200cm2/V-sec以上，故LTPS-TFT 可以做得更小。LTPS-TFT應(yīng)用于主動(dòng)矩陣液晶顯示器中作為像素 開關(guān)控制元件，可以提高開關(guān)速度，提高像素的開口率，增加液 晶顯示器亮度以及減少液晶顯示器能耗。另外，由于電子遷移率 較高，部分外圍驅(qū)動(dòng)電路可以隨低溫多晶硅薄膜晶體管工藝同時(shí) 制造在玻璃基板上，大幅度提高低溫多晶硅薄膜晶體管液晶顯示 器的特性及可靠性，并降低成本，使產(chǎn)品更具有竟?fàn)幜?。因此?用于制作低溫多晶硅薄膜晶體管的低溫多晶硅薄膜制造技術(shù)成為 薄膜晶體管液晶顯示器制作的關(guān)鍵技術(shù)之一，其越來越受到廣泛 的重視。請(qǐng)一并參閱圖1至圖4,其是現(xiàn)有技術(shù)低溫多晶硅薄膜制作 方法對(duì)應(yīng)每一步驟的示意圖，該低溫多晶硅薄膜制作方法主要包 括以下步驟一、提供一基板并在其上形成緩沖層；請(qǐng)參閱困1，提供一基板100，此基板100為玻璃材質(zhì)，然后 在該基板100上形成一緩沖層(Buffer Layer)101，此緩沖層101 是包含有氮化硅層及氧化硅層的多層結(jié)構(gòu)。二、 形成非晶硅薄膜；請(qǐng)參閱圖2,在該緩沖層101上沉積一非晶硅薄膜103。三、 形成多晶硅薄膜；請(qǐng)參閱圖3，對(duì)該非晶硅薄膜103進(jìn)行一準(zhǔn)分子激光退火 (Excimer Laser Annealing, ELA)再結(jié)晶工藝首先控制準(zhǔn)分子激光 照射在該非晶硅薄膜103上，激光的能量使得該非晶硅薄膜103 近乎完全熔融，僅在該緩沖層101表面上保留多個(gè)未熔融的非晶 硅顆粒作為晶種(Grain Seed),之后，降低溫度，熔融的液態(tài)非晶 硅以上述多個(gè)晶種開始結(jié)晶，逐漸生長成一多晶硅薄膜104。該 多晶硅薄膜104包括多個(gè)多晶硅晶粒106，該相鄰多晶硅晶粒106 接觸處具有晶界(Grain Boundary)107。由于在該多晶硅薄膜l(M 生長過程中，該多晶硅晶粒106相互擠壓，在該晶界107處形成 凸起物108。 '四、 平坦化多晶硅薄膜。請(qǐng)參閱圖4，對(duì)該多晶硅薄膜104進(jìn)行一等離子刻蝕法的平 坦化工藝，去除該凸起物108，使該多晶硅薄膜104平坦化，以 利于后續(xù)工藝。但是，上述準(zhǔn)分子激光退火再結(jié)晶工藝中，晶種的位置難以 控制，導(dǎo)致多晶硅晶粒106位置無法控制，同時(shí)此方法得到的多 晶硅晶粒106尺寸(Grain Size)較小，且尺寸大小不一致。用該多 晶硅薄膜104制得的低溫多晶硅薄膜晶體管的溝道區(qū)覆蓋的多晶 硅晶粒106數(shù)目較多，且不同低溫多晶硅薄膜晶體管覆蓋的多晶 硅晶粒106數(shù)目也不一致，電子或空穴在溝道中運(yùn)行時(shí)遭受到晶 界107的散射較嚴(yán)重，直接影響低溫多晶硅薄膜晶體管的電性能， 如均勻性、臨界電壓或次臨界擺蕩值的一致性等。發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)低溫多晶硅薄膜制作方法無法控制多晶硅 晶粒的位置、多晶硅晶粒尺寸較小且大小不均勻的問題，有必要 提供一種可以控制多晶硅晶粒位置、多晶硅晶粒尺寸較大且大小均勻的低溫多晶硅薄膜制作方法。一種低溫多晶硅薄膜制作方法，其包括以下步驟提供一基 板，并在該基板上形成一緩沖層；在該緩沖層上沉積一第一非晶 硅薄膜；通過一微影/刻蝕工藝，刻蝕該第一非晶硅薄膜，在該緩 沖層上保留多個(gè)分散的非晶硅顆粒；在該緩沖層上沉積一覆蓋該 非晶硅顆粒的第二非晶硅薄膜；對(duì)該第二非晶硅薄膜進(jìn)行再結(jié)晶 工藝，使該第二非晶硅薄膜熔融后以該多個(gè)非晶硅顆粒為晶種再 結(jié)晶，形成一多晶硅薄膜。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明低溫多晶硅薄膜制作方法，通過微 影/刻蝕工藝刻蝕第 一 非晶硅薄膜以形成晶種，可以有效控制晶種 的位置，從而控制多晶硅晶粒的位置。同時(shí)，本方法還可以控制 低溫多晶硅薄膜的多晶硅晶粒尺寸，制作的多晶硅晶粒尺寸更大、 更均勻，進(jìn)而使用該低溫多晶硅薄膜制作的低溫多晶硅薄膜晶體 管，其溝道區(qū)所覆蓋的多晶硅晶粒數(shù)目較少，低溫多晶硅薄膜晶 體管的性能更均勻，大幅度提高低溫多晶硅薄膜晶體管的性能。


圖1至困4是現(xiàn)有技術(shù)低溫多晶硅薄膜制作方法對(duì)應(yīng)每一步 驟的放大示意圖。圖5至圖ll是本發(fā)明低溫多晶硅薄膜制作方法較佳實(shí)施方式 對(duì)應(yīng)每一步驟的放大示意圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)一并參閱圖5至圖11，其是本發(fā)明低溫多晶硅薄膜制作方 法較佳實(shí)施方式對(duì)應(yīng)每一步驟的示意圖，該低溫多晶硅薄膜制作 方法主要包括以下步驟一、提供一基板并在其上形成緩沖層；請(qǐng)參閱困5,首先提供一基板200，該基板200是玻璃基板或 者塑膠基板.在該基板200上形成一緩沖層201,該緩沖層201 是氮化硅層或氧化硅層，也可以是包含有氮化硅層及氧化硅層的多層結(jié)構(gòu)。該緩沖層201用于防止該基板200內(nèi)的物質(zhì)在后續(xù)工 藝中擴(kuò)散而影響所制作的低溫多晶硅薄膜的品質(zhì)。二、 形成第一非晶硅層；請(qǐng)參閱圖6，在該緩沖層201上沉積一第一非晶硅薄膜203, 該第一非晶硅薄膜203厚度為50-100納米(nm)。該第一非晶硅薄 膜203可采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Phase Deposition, PECVD)、低壓化學(xué)氣相沉積法 (Low Pressure Chemical Vapor Phase Deposition, LPCVD)等方法開; 成。三、 形成晶種；請(qǐng)一并參閱困7及圖8，通過一微影/刻蝕工藝，首先在該第 一非晶硅薄膜203上形成一光刻膠層(圖未示)，并對(duì)該光刻膠層 進(jìn)行光顯影，形成一預(yù)定光刻膠圖案204,該光刻膠圖案204 均勻分布覆蓋該第一非晶硅薄膜203的多個(gè)點(diǎn)區(qū)域。然后，以該光刻膠圖案204為掩膜對(duì)該第一非晶硅薄膜203 進(jìn)行一刻蝕工藝，刻蝕該光刻膠圖案204覆蓋區(qū)以外的第一非晶 硅薄膜203,僅在該緩沖層201上保留多個(gè)均勻分布的非晶硅顆 粒，該多個(gè)非晶硅顆粒作為后續(xù)再結(jié)晶工藝中的晶種205，該相 鄰晶種205的間距為0.5~3微米(nm),其中以2微米為最佳。然 后移除該光刻膠圖案204,并清洗該緩沖層201及該晶種205。該刻蝕工藝采用干式刻蝕法，刻蝕劑是六氟化硫加四氟化碳 (SF6+CF4)的混合氣體。另外，該刻蝕工藝也可采用濕式刻蝕法，刻蝕劑是硝酸加氟 化氨(HN03+NH4F)的水溶液，其較佳體積配比比例為 HN03:NH4F:H20-64:3:33。四、 形成第二非晶硅薄膜；請(qǐng)參閱困9，在該緩沖層201及該多個(gè)晶種205上形成一第 二非晶硅薄膜206,且該第二非晶硅薄膜206完全覆蓋該多個(gè)晶 種205，形成該第二非晶硅薄膜206的方法與上述形成該第一非 晶硅薄膜203的方法相同。繼之對(duì)該第二非晶硅薄膜206進(jìn)行一去氫工藝，去除該第二非晶硅薄膜206中的氬含量，以避免后續(xù) 準(zhǔn)分子激光退火再結(jié)晶工藝中出現(xiàn)氫爆現(xiàn)象。五、 形成多晶硅薄膜；請(qǐng)參閱圖10，對(duì)該第二非晶硅薄膜206進(jìn)行準(zhǔn)分子激光退火 再結(jié)晶工藝。在該準(zhǔn)分子激光退火再結(jié)晶工藝中，該第二非晶硅 薄膜206在激光照射下，其溫度升高并熔化為熔融態(tài)非晶硅，由 于該多個(gè)晶種205與該第二非晶硅薄膜206在不同步驟中制作， 該多個(gè)晶種205溫度較低并未完全熔化。之后，降低溫度，熔融 態(tài)的非晶硅以該多個(gè)晶種205為核心逐漸生長成多晶硅晶粒207。 由于該多個(gè)晶種205分布均勻具有較大的間距，故生長成的多晶 硅晶粒207尺寸較大也非常均勻。隨該多晶硅晶粒207體積逐漸 增大，相鄰多晶珪晶粒207互相接觸，在相鄰多晶硅晶粒207之 間形成晶界209。由于該相鄰多晶硅晶粒207相互擠壓，在其晶 界209處會(huì)形成不平坦的凸起物210,直至該多個(gè)多晶硅晶粒207 停止生長，最終形成多晶硅薄膜208。在此準(zhǔn)分子激光退火再結(jié)晶工藝中，需要嚴(yán)格控制激光能量 及激光脈沖持續(xù)時(shí)間，并盡量使更多的熱能傳遞至該緩沖層201 及該基板200上，以使熔融態(tài)非晶硅具有足夠均勻的熱量及較長 的結(jié)晶時(shí)間，有利于提升該多晶硅晶粒207的成長，增大晶粒尺 寸。六、 平坦化多晶硅薄膜。前參閱困11，由于該凸起物210影響后續(xù)薄膜晶體管的制作 及性能，需對(duì)該多晶硅薄膜208進(jìn)行一表面平坦化工藝以去除該 凸起物210,使該多晶硅薄膜208平坦化。該平坦化工藝可采用 等離子刻蝕法、化學(xué)濕式刻蝕法或準(zhǔn)分子激光退火法等。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明低溫多晶硅薄膜制作方法中，通過 一微影/刻蝕工藝，刻蝕該第一非晶硅薄膜203，并形成再結(jié)晶所 需要的多個(gè)晶種205,此步驟中可以控制晶種205的數(shù)量及位置， 有利于后續(xù)再結(jié)晶過程中多晶硅晶粒207的成長。同時(shí)，該多晶 硅晶粒207以預(yù)定晶種205為核心成長，具有更大更均勻的晶粒尺寸。在后續(xù)低溫多晶硅薄膜晶體管工藝中，可以控制低溫多晶硅薄膜晶體管在更少的多晶硅晶粒207上制作，減少低溫多晶硅 薄膜晶體管的溝道所覆蓋的多晶硅晶粒207的數(shù)量，當(dāng)該多晶珪 晶粒207尺寸足夠大時(shí)，甚至可以使低溫多晶硅薄膜晶體管的溝 道制作于單一多晶硅晶粒207內(nèi)，降低或者消除晶界209散射對(duì) 電訊號(hào)的影響，大幅度提高低溫多晶硅薄膜晶體管的電性能及穩(wěn) 定性。
權(quán)利要求
1. 一種低溫多晶硅薄膜制作方法，其包括以下步驟提供一基板，并在該基板上形成一緩沖層；在該緩沖層上沉積一第一非晶硅薄膜；通過一微影/刻蝕工藝，刻蝕該第一非晶硅薄膜，在該緩沖層上保留多個(gè)分散的非晶硅顆粒；在該緩沖層上沉積一覆蓋該非晶硅顆粒的第二非晶硅薄膜；對(duì)該第二非晶硅薄膜進(jìn)行再結(jié)晶工藝，使該第二非晶硅薄膜熔融后以該多個(gè)非晶硅顆粒為晶種再結(jié)晶，形成一多晶硅薄膜。
2. 如權(quán)利要求1所述的低溫多晶硅薄膜制作方法，其特征在 于該刻蝕的工藝為干式刻蝕法。
3. 如權(quán)利要求1所述的低溫多晶硅薄膜制作方法，其特征在 于該刻蝕的工藝為濕式刻蝕法。
4. 如權(quán)利要求1所述的低溫多晶硅薄膜制作方法，其特征在 于該相鄰非晶硅顆粒的間距為0.5-3孩￡米。
5. 如權(quán)利要求1所述的低溫多晶硅薄膜制作方法，其特征在 于該相鄰非晶硅顆粒的間距為2微米。
6. 如權(quán)利要求1所述的低溫多晶硅薄膜制作方法，其特征在 于該再結(jié)晶工藝為一準(zhǔn)分子激光退火再結(jié)晶工藝。
7. 如權(quán)利要求1所述的低溫多晶硅薄膜制作方法，其特征在 于該緩沖層是氧化硅層或氮化硅層或包含有氮化硅層及氧化硅 層的多層結(jié)構(gòu)。
8. 如權(quán)利要求1所述的低溫多晶硅薄膜制作方法，其特征在 于形成該第一及第二非晶硅薄膜的方法為等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相 沉積法或低壓化學(xué)氣相沉積法。
9. 如權(quán)利要求1所述的低溫多晶硅薄膜制作方法，其特征在 于進(jìn)一步對(duì)該多晶硅薄膜進(jìn)行一平坦化工藝。
10. 如權(quán)利要求1所述的低溫多晶硅薄膜制作方法，其特征在 于該平坦化工藝為等離子刻蝕法、化學(xué)濕式刻蝕法、準(zhǔn)分子激光退火法的任意一種。
全文摘要
一種低溫多晶硅薄膜制作方法，其包括以下步驟提供一基板，并在該基板上形成一緩沖層；在該緩沖層上沉積一第一非晶硅薄膜；通過一微影/刻蝕工藝，刻蝕該第一非晶硅薄膜，在該緩沖層上保留多個(gè)分散的非晶硅顆粒；在該緩沖層上沉積一覆蓋該非晶硅顆粒的第二非晶硅薄膜；對(duì)該第二非晶硅薄膜進(jìn)行再結(jié)晶工藝，使該第二非晶硅薄膜熔融后以該多個(gè)非晶硅顆粒為晶種再結(jié)晶，形成一多晶硅薄膜。
文檔編號(hào)H01L21/20GK101236898SQ20071007319
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2007年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者葉冠華, 吳宏基, 黃榮龍 申請(qǐng)人:群康科技(深圳)有限公司;群創(chuàng)光電股份有限公司