TWI235496B - Crystallization method of polysilicon layer - Google Patents

Description

1235496 五、發明說明（1) 一、發明所屬之技術領域 本發明是有關於一種多晶矽的結晶方法，且特別是有關於 在多晶矽結晶的過程提供一晶種（seed)用以使得多晶矽層 的晶粒尺寸變大大及分布均勻（Hlgh Uniformity)。 二、先前技術 一般來說’多晶石夕薄膜電晶體（p〇1y Si Hc〇n Thin Fi lm. Transistor)係應用在主動式陣列液晶顯示器榮幕 (Activate Matrix Liquid Crystal Display ，AMLCD)以 及=動式陣列有機發光顯示器（八…㈣^ 〇rganic t Emitting Display，AM〇LED)上，用來控制每個像 技卜)壳度的基本電子元件，以及周邊驅動或控制電 路上所需之電子元件。 曰；^ : f多晶矽薄膜電晶體的製作過程中，多晶石夕層的結 以及均a a重要的步驟。多晶矽薄膜電晶體之電氣特性 二二性絕大部分都取決於此步驟。 請表日〃 電晶體製避1圖（a)與第一圖（b)，其所緣示為習知薄膜 板10 0之上古多晶矽層之製作。首先，在破璃（或塑膠）基 104。 形成非晶矽層（Amorphous Silicon Layer) 丹利用里八 平刀子雷射（Excimer Laser)照射於非晶石夕層

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五、發明說明（2) 104 ’使得非♦層1〇4呈現熔化狀態，而在冷卻並重新結 晶之後可使得原來的非晶矽層1 0 4變成多晶矽層1 〇 4。 然而’清參照第二圖，其所繪示為習知準分子雷射能 量密度與多晶石夕結晶之電氣特性示意圖。如圖所示，在照 射時間相等的條件之下，準分子雷射照射於非晶矽層1 〇 4 並可改變成多晶矽層的輸出能量密度之控制範圍非常狹 窄。也就是說，當準分子雷射的能量密度太大時，會導致 非晶矽層1 0 4完全熔化導致冷卻結晶之後形成電氣特性（例 如電子遷移率）較差的微晶矽（Microcrystalline Si)。反 之，當準分子雷射的能量密度太小時，會導致非晶矽層 104幾乎沒有熔化導致冷卻結晶之後還是維持在電氣特性 差的非晶矽。 再者，由於準分子雷射本身會有變異性，因此？知 經過準分子雷射照射製程之後所形成的多曰曰石夕層1 0 4吊令 會有多晶矽之晶粒尺寸過小且分佈不均勻的狀況：，此 導致最終形成之薄膜電晶體電氣特性呈現極大的差 三、發明内容 鑒於上述之發明背景中，傳統製作多晶石夕層由於準分 子雷射不县拎制，所以會發生多晶矽之晶粒大小不均勻的

1235496 五、發明說明（3) 晶方法用以克服習知多晶矽之晶粒尺寸過小且分佈不均勻 之情形。 綜上所述，本發明提供一種多晶矽層之結晶方法，包 括下列步驟：在基板的一表面上形成一晶種；接著，形成 非晶矽層覆蓋於該表面與該晶種上；以及，以雷射照射於 非晶矽層使非晶矽層熔化。 此外，本發明更提供一種多晶矽層之結晶方法，包括 下列步驟：在基板的一表面上定義第一區域與第二區域； 在第一區域上形成晶種；接著，形成非晶矽層覆蓋於第一 區域與第二區域；以及，以雷射照射於非晶矽層使非晶矽 層溶化。 圖示簡單說明： 本發明的較佳實施例將於往後之說明文字中輔以下列 圖形做更詳細的闡述： 第一圖（a)與第一圖（b)其所繪示為習知薄膜電晶體製 程中多晶矽層之製作； 第二圖其所繪示為習知準分子雷射能量密度與多晶矽 結晶之電氣特性示意圖； 第三圖（a)至第三圖（i)其所繪示為本發明薄膜電晶體

1235496 五、發明說明（4) 製程中多晶矽層之製作流程示意圖； 第四圖（a )至第四圖（b )，其所繪示為本發明之多晶矽 層之正視圖與形成薄膜電晶體後之正視圖； 第五圖其所繪示為本發明準分子雷射能量密度與多晶 矽結晶之電氣特性示意圖；以及 第六圖其所繪示為本發明製作二種類型薄膜電晶體之 分布示意圖。 圖號對照說明： 100 玻璃基板 104 非 晶矽層 200 玻璃基板 204 氮化矽層 206 光阻 208 非 晶矽層 210 晶種 212 非 晶矽層 212a 多晶矽層 214 結晶接面 220 第 一區域 240 第二區域 四、實施方式 請參照第三圖（a)至第三圖（i )，其所繪示為本發明薄 膜電晶體製程中多晶矽層之製作。首先，如第三圖（a)之 繪示，在玻璃（或塑膠）基板2 0 0上方形成氮化矽（Si Nx)層 204(此氮化矽層亦可以金屬（Metal)層來取代）。

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f參照第三圖（b)，以光阻2〇6在氮化矽岸上定義 之後即進行氮切層2。4之兹刻動曰作。當#刻 Ϊ 移除光阻2〇6之後，玻璃基板20。上即形成特定 _樣之虱化矽層204，如第三圖（(：）之繪示。 _，W-在特定圖樣之氮化石夕層204上形成一非晶石夕層 鉍M 二圖（d)之繪不。之後，即進行非晶矽層2 0 8的 /動作（非等向性蝕刻）^而在蝕刻動作完成之後，殘留 =晶矽2i 〇即形成間隙壁(Spacer )的結構附著於氮化矽 層2 04之側邊，如第3e圖之繪示。 f參照第三圖（f)之繪示，接著，進行蝕刻動作將具 特疋圖樣之氮化矽層2 〇 4完全清除，因此，在玻璃基板 2 0 〇上方僅殘留原先附著於氮化矽層2 0 4側邊之非晶矽 210 °這些殘留之矽即稱為晶種（Seed)。 请參照第三圖（g)之繪示，再次形成非晶矽層2丨2並覆 蓋於玻璃基板20 0以及晶種210上。之後，請參照第三圖 (h)之1示’利用脈衝雷射（常見的有準分子雷射（Excimer Laser))照射於非晶矽層212上，使得非晶矽層212可完全 溶化’而冷卻並重新結晶之後可使得原來的非晶矽層2 i 2 變成多晶矽層2 1 2 a。

1235496 五、發明說明（6) 根據上述’由於脈衝雷射（pulse laser)能量密度的 控韦】雖會使非晶石夕層2 1 2完全熔化，但是由於玻璃基板 2 0 0上仍舊有晶種2 1 0尚未完全熔化。因此，結晶中的多晶 石夕^層2 1 2a會由晶種2 1 0附近處開始結晶並向二側橫向凝結 箭頭所示之方向）。因此在完全結晶之後會如第3 i圖所繪 示在夕日日石夕層212a上會有結晶接面（Grain Boundary) 2 1 4產生。 清參照第四圖（a )，其所繪示為本發明之多晶矽層之 正視圖。而虛線部分即為晶種21〇之位置。如第四圖（b)之 緣不’為根據本發明之多晶矽層所完成之薄膜電晶體正視 圖。而多晶矽薄膜電晶體之製程步驟在此省略。 由於習知脈衝雷射（例如是準分子雷射）特性不易控 制’因此’可能由於雷射能量密度太大或者太小造成微晶 石夕層或者晶粒分布不均勻的現象。而本發明由於在非晶石夕 層形成之前先行提供一晶種於基板與非晶矽層之間，因 =二在照射時間相等的條件之下，準分子雷射能量的輸出 能量密度的控制範圍將變寬，如第五圖之繪示，〗 思〜入IrH —外a曰尽 增元王溶化時，由於晶種尚未完全熔化，因此，可 <二側開始向外結晶，形成晶粒大小增加及分布均勻 (High Uniformity)的多晶石夕層之薄膜 再者’由於一般玻璃基板上所形成之薄膜電晶體可能

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需要有由多晶矽層所構成之問極通道以及由微 成之閘極通道。因此，習知 A ㈢所構 自分別製作於玻璃基板上，晶體必須各 =率。而運用本發日月，此二類型之薄膜電晶體二 日寸衣作完成。請參照第六圖’首先，在玻璃基板上割分 二類型薄膜電晶體所分布之區域。依照本實施例，第一區 域22 0必須形成多晶矽層，所以可將晶種（未繪示）形成於 第一區域220之内。而第二區域24〇必須形成微晶矽層，所 以在第二區域2 40内不需要形成晶種。接著在此二區域 2 2 0、2 4 0上形成非晶矽層再接受脈衝雷射之照射。所以， 由於第一區域220之内有晶種，因此結晶之後第一區域220 内即可形成多晶石夕層，而第二區域2 4 〇即可形成微晶石夕 層。最後即可同時於二區域製作薄膜電晶體。 因此，本發明之優點係提出一種多晶矽層之結晶方 法。在非晶矽層形成於基板前先行提供一晶種（Seed)，使 得’脈衝雷射照射之後，開始結晶時，凝結的多晶矽層會 由晶種之二側開始向外結晶，形成晶粒尺寸變大及分布均 勻的多晶石夕層之薄膜。 以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限 定本發明之申請專利範圍，凡其它未脫離本發明所揭示之 精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請 專利範圍内。

1235496 圖式簡單說明 第一圖（a)與第一圖（b)其所繪示為習知薄膜電晶體製 程中多晶矽層之製作； 第二圖其所繪示為習知準分子雷射能量密度與多晶矽 結晶之電氣特性示意圖； 第三圖（a)至第三圖（i )其所繪示為本發明薄膜電晶體 製程中多晶矽層之製作流程示意圖； 第四圖（a)至第四圖（b )，其所繪示為本發明之多晶矽 層之正視圖與形成薄膜電晶體後之正視圖；

第五圖其所繪示為本發明準分子雷射能量密度與多晶 矽結晶之電氣特性示意圖；以及 第六圖其所繪示為本發明製作二種類型薄膜電晶體之 分布示意圖。

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Claims (1)

1. η牛 丨案號92118424 月 曰 修正 六、申請專利範圍 1 . 一種多晶矽層之結晶 形成一覆蓋層於一 在該覆蓋層上定義 在該特定圖樣之側 作為晶種； 清除該特定圖樣之 形成一非晶石夕層覆 以一雷射照射於該 熔化之該非晶矽層 層。 2. 如申請專利範圍第1 中該基板為一玻璃基板 3. 如申請專利範圍第1 中該基板為一塑膠基板 4. 如申請專利範圍第1 中該雷射為一準分子雷 5. 如申請專利範圍第1 中形成該覆蓋層為一氮 6. 如申請專利範圍第1 中形成該覆蓋層為一金 一種多晶碎層之結晶 在一基板的一表面 形成一覆蓋層於該 在該覆蓋層上定義

   方法，包括下列步驟： 基板的一表面上； 一特定圖樣； 邊形成至少一非晶矽之間隙壁結構 該覆蓋層； 蓋於該表面與該晶種； 非晶矽層使該非晶矽層熔化；以及 利用該晶種重新結晶成為一多晶碎 項所述之多晶矽層之結晶方法，其 〇 項所述之多晶碎層之結晶方法’其 〇 項所述之多晶碎層之結晶方法’其 射。 項所述之多晶矽層之結晶方法，其 化石夕層。 項所述之多晶带層之結晶方法’其 屬層。 方法，包括下列步驟： 上定義一第一區域與一第二區域； 第一區域上； 一特定圖樣；

   第13頁 1235496 _案號 92118424_年月日__ 六、申請專利範圍 在該特定圖樣之側邊形成一非晶矽之間隙壁結構作為 晶種， 清除該特定圖樣之該覆蓋層； 形成一非晶矽層覆蓋於該第一區域與該第二區域； 以一雷射照射於該非晶矽層使該非晶矽層熔化；以及 熔化之該非晶矽層於第一區域利用該晶種重新結晶成 為一多晶石夕層。 8.如申請專利範圍第7項所述之多晶矽層之結，晶方法，其 中該基板為一玻璃基板。

   9 ·如申請專利範圍第7項所述之多晶矽層之結晶方法，其 中該基板為一塑膠基板。 10. 如申請專利範圍第7項所述之多晶矽層之結晶方法， 其中該雷射為一準分子雷射。 11. 如申請專利範圍第7項所述之多晶矽層之結晶方法， 其中形成該覆蓋層為一氮化石夕層。 12. 如申請專利範圍第7項所述之多晶矽層之結晶方法， 其中形成該覆蓋層為一金屬層。 13. 如申請專利範圍第7項所述之多晶矽層之結晶方法，

   其中更包括該第二區域之熔化的該非晶矽層重新結晶成為 一微晶$夕層。

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