專(zhuān)利名稱(chēng)：制造多晶硅層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種制造多晶硅層的方法，且特別是有關(guān)一種將非晶硅厚區(qū)及非晶硅薄區(qū)全熔融后而側(cè)向結(jié)晶成多晶硅層的方法。
背景技術(shù)：
在科技發(fā)展日新月異的現(xiàn)今時(shí)代中，顯示面板已被廣泛地被運(yùn)用在筆記本計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理及移動(dòng)電話等可攜式電子裝置上。其中，顯示面板可以分為非多晶硅(amorphous silicon，α-Si)薄膜晶體管(thinfilm transistor，TFT)顯示面板及低溫多晶硅(low temperature polysilicon，LTPS)TFT顯示面板。LTPS TFT顯示面板與α-Si TFT顯示面板最大差異在于，LTPS TFT顯示面板是以激光回火(Laser Annealing)法將α-Si層轉(zhuǎn)變成多晶硅層，大幅地提升薄膜晶體管的電子遷移率(electron mobility)。因此，面板驅(qū)動(dòng)電路及集成電路(integrated circuit，IC)即可被整合到LTPS TFT顯示面板上，不需要額外的電路板設(shè)計(jì)，有助于增加面板及電路設(shè)計(jì)的靈活度。所以，LTPS TFT顯示面板將成為極具潛力的顯示面板。
請(qǐng)參照?qǐng)D1A至圖1D，圖中顯示臺(tái)灣專(zhuān)利公告第452892號(hào)所揭示的制造多晶硅層的方法的流程剖面圖。首先，如圖1A所示，提供一基板11，并形成一絕緣層40于基板11上。然后，如圖1B所示，形成一非晶硅層13于絕緣層40上。非晶硅層13具有至少一非晶硅厚區(qū)13a及一非晶硅薄區(qū)13b，非晶硅厚區(qū)13a的厚度大于非晶硅薄區(qū)13b的厚度。接著，以一準(zhǔn)分子激光(excimer laser)50將非晶硅層13的非晶硅薄區(qū)13b完全熔融，但只將非晶硅厚區(qū)13a半熔融，形成一熔融態(tài)非晶硅層60于剩余的非晶硅厚區(qū)13a上，如圖1C所示。熔融態(tài)非晶硅層60具有至少一第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)60a及一第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)60b，第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)60a的中央D1的溫度T4是低于第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)60b的中央D2的溫度T5，使得熔融態(tài)非晶硅層60具有一溫度梯度。然后，以剩余的非晶硅厚區(qū)13a為晶種(seed)，進(jìn)行再結(jié)晶的步驟。根據(jù)圖1C的溫度梯度的反方向，如圖1C的箭頭所示，由第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)60a往第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)60b結(jié)晶，以形成一多晶硅層14，如圖1D所示。
由于非晶硅厚區(qū)13a只被半熔融，使得熔融態(tài)非晶硅層60將以剩余的非晶硅厚區(qū)13a為晶種而側(cè)向結(jié)晶(lateral growth)，導(dǎo)致多晶硅層14中的對(duì)應(yīng)于非晶硅厚區(qū)13a處的多晶硅晶粒尺寸(grain size)較小。因此，只有多晶硅層14中的對(duì)應(yīng)于非晶硅薄區(qū)13b處可以作為組件的信道層，如低溫多晶硅(lowtemperature polysilicon，LTPS)薄膜晶體管(thin film transistor，TFT)的多晶硅通道層，且LTPS TFT的源極及漏極的設(shè)置位置對(duì)應(yīng)于非晶硅層13的厚區(qū)13a。然而，作為組件的信道層的多晶硅層14中的對(duì)應(yīng)于非晶硅薄區(qū)13b處包含一晶界(grain boundary)及剩余的非晶硅厚區(qū)13a，大大地降低組件的信道層的電子遷移率，影響LTPS TFT的電性品質(zhì)甚巨。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種制造多晶硅層的方法，可以避免多晶硅層中的對(duì)應(yīng)于非晶硅厚區(qū)處產(chǎn)生晶粒尺寸較小的多晶硅，使得多晶硅層中的對(duì)應(yīng)于非晶硅厚區(qū)處可以作為L(zhǎng)TPS TFT的通道層，大大地提升LTPS TFT的信道層的電子遷移率，且維持LTPS TFT的良好電性品質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明一方面的一種制造多晶硅層的方法，包括首先，提供一基板。接著，形成一絕緣層于基板上。然后，形成一非晶硅層于絕緣層上，非晶硅層具有一非晶硅厚區(qū)及一非晶硅薄區(qū)，非晶硅厚區(qū)的厚度大于非晶硅薄區(qū)的厚度。接著，將非晶硅層完全熔融為一熔融態(tài)非晶硅層，熔融態(tài)非晶硅層具有一第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)及一第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)。第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央對(duì)應(yīng)于非晶硅厚區(qū)的底部中央，第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央對(duì)應(yīng)于非晶硅薄區(qū)的底部中央，第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央的溫度低于第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)及第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的頂部的溫度。然后，由第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央往第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)及第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的頂部結(jié)晶，以形成多晶硅層。
根據(jù)本發(fā)明又一方面的一種用以熔融非晶硅層的方法，其中非晶硅層具有一非晶硅厚區(qū)及一非晶硅薄區(qū)，非晶硅厚區(qū)的厚度大于非晶硅薄區(qū)的厚度，該方法包括首先，以一準(zhǔn)分子激光照射并掃描非晶硅層，準(zhǔn)分子激光的掃描方向和非晶硅厚區(qū)及非晶硅薄區(qū)的延伸方向呈一夾角。接著，將非晶硅層完全熔融為一熔融態(tài)非晶硅層。
根據(jù)本發(fā)明再一方面的一種制造多晶硅層的方法，包括首先，提供一基板。接著，形成一絕緣層于基板上。然后，形成一非晶硅層于絕緣層上，非晶硅層具有一非晶硅厚區(qū)及一非晶硅薄區(qū)，非晶硅厚區(qū)的厚度大于非晶硅薄區(qū)的厚度。接著，以一準(zhǔn)分子激光照射并掃描非晶硅層，準(zhǔn)分子激光的掃描方向和非晶硅厚區(qū)及非晶硅薄區(qū)的延伸方向呈一夾角。然后，將非晶硅層被完全熔融為一熔融態(tài)非晶硅層，熔融態(tài)非晶硅層具有一第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)及一第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)。第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央對(duì)應(yīng)于非晶硅厚區(qū)的底部中央，第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央對(duì)應(yīng)于非晶硅薄區(qū)的底部中央，第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央的溫度低于第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)及第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的頂部的溫度。接著，由第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央往第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)及第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的頂部結(jié)晶，以形成一多晶硅層。
為讓本發(fā)明之上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例并配合附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。


圖1A至圖1D是臺(tái)灣專(zhuān)利公告第452892號(hào)所揭示的制造多晶硅層的方法的流程剖面圖。
圖2A～2D是依照本發(fā)明的較佳實(shí)施例的制造多晶硅層的方法的流程剖面圖。其中，圖2A～2D及圖8A至圖8G是依照本發(fā)明的較佳實(shí)施例的用以制造低溫多晶硅薄膜晶體管的方法的流程剖面圖。
圖3A～3B是本發(fā)明的一種形成非晶硅層的方法的流程剖面圖。
圖4A～4C是本發(fā)明的另一種形成非晶硅層的方法的流程剖面圖。
圖5是圖2B的以準(zhǔn)分子激光熔融非晶硅層時(shí)的狀態(tài)的俯視示意圖。
圖6是非晶硅層于全熔融后所結(jié)晶成的多晶硅層的表面SEM和非晶硅層的剖面結(jié)構(gòu)的對(duì)照?qǐng)D。
圖7是非晶硅層于非晶硅薄區(qū)全熔融且非晶硅厚區(qū)半熔融后所結(jié)晶成的多晶硅層的表面SEM和非晶硅層的剖面結(jié)構(gòu)的對(duì)照?qǐng)D。
圖9是LTPS的多晶硅通道層、N+奧姆接觸層及N-奧姆接觸層和非晶硅層的俯視對(duì)照?qǐng)D。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參照?qǐng)D2A～2D，其是依照本發(fā)明的較佳實(shí)施例的制造多晶硅層的方法的流程剖面圖。首先，在圖2A中，提供一基板111，并形成一絕緣層140于基板111上。在本實(shí)施例中，基板111例如是玻璃基板(glass substrate)或塑料基板，絕緣層140例如是一二氧化硅(silicon dioxide，SiO2)層、一氮化硅層或一氮化物層。然后，如圖2B所示，形成一非晶硅(amorphoussilicon，α-Si)層113于絕緣層140上。非晶硅層113具有至少一非晶硅厚區(qū)113a及一非晶硅薄區(qū)113b，非晶硅厚區(qū)113a及非晶硅薄區(qū)113b分別具有一第一厚度H1及一第二厚度H2。第一厚度H1大于第二厚度H2，第一厚度H1及第二厚度H2相差一第三厚度H3。
在本實(shí)施例中，非晶硅厚區(qū)113a及非晶硅薄區(qū)113b為長(zhǎng)條狀結(jié)構(gòu)，非晶硅厚區(qū)113a的寬度為W，非晶硅薄區(qū)113b的寬度為L(zhǎng)。此外，非晶硅厚區(qū)113a的寬度W約為1～5微米(μm)，非晶硅薄區(qū)113b的寬度L約為1～5微米(μm)。另外，非晶硅厚區(qū)113a的第一厚度H1約為500～1000埃()，非晶硅薄區(qū)113b的第二厚度H2約為150～500埃()。較佳地，非晶硅厚區(qū)113a的第一厚度H1為650埃()，非晶硅薄區(qū)113b的第二厚度H2為250埃()。
請(qǐng)參考圖2B，以一準(zhǔn)分子激光(excimer laser)150將非晶硅層113完全熔融為一熔融態(tài)非晶硅層160，如圖2C所示。圖2C中，熔融態(tài)非晶硅層160具有至少一第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)160a及一第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)160b，第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)160a的底部中央B1是對(duì)應(yīng)于圖2B的非晶硅厚區(qū)113a的底部中央C1，第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)160b的底部中央B2是對(duì)應(yīng)于圖2B的非晶硅薄區(qū)113b的底部中央C2。第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)160a的底部中央B1的溫度T1是低于第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)160b的底部中央B2的溫度T2，使得熔融態(tài)非晶硅層160具有一溫度梯度。此外，第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)160b的溫度普遍地高于第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)160a的底部中央B1的溫度T1，第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)160a的底部中央B1的溫度T1是低于第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)160的頂部B3的溫度T3。熔融態(tài)非晶硅層160具有第四厚度H4，第四厚度約為200～900埃()。
在準(zhǔn)分子激光150將非晶硅層113完全熔融為一熔融態(tài)非晶硅層160的過(guò)程中，首先，當(dāng)圖2B的準(zhǔn)分子激光150照射非晶硅層113的表面時(shí)，非晶硅厚區(qū)113a的底部溫度會(huì)低于非晶硅厚區(qū)113a的表面溫度與非晶硅薄區(qū)113b的表面溫度，因此產(chǎn)生溫度梯度。接著，當(dāng)準(zhǔn)分子激光150的能量達(dá)到能將非晶硅薄區(qū)113b全熔融的能量時(shí)，非晶硅薄區(qū)113b及部分的非晶硅厚區(qū)113a被熔融，鄰近于絕緣層140的表面的另一部分的非晶硅厚區(qū)113a未被熔融。然后，當(dāng)準(zhǔn)分子激光150的能量達(dá)到能將非晶硅厚區(qū)113a全熔融的能量時(shí)，此另一部分的非晶硅厚區(qū)113a可以被全熔融，即非晶硅層113被全熔融為熔融態(tài)非晶硅層160，且全熔融的非晶硅薄區(qū)113b將吸收更多的熱量。非晶硅厚區(qū)113a于全熔融后，將會(huì)覆蓋全熔融的非晶硅薄區(qū)113b，以形成厚度相同的第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)160a及第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)160b。第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)160b的底部中央B2將比第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)160a的底部中央B1吸收更多的熱量，導(dǎo)致第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)160b的底部中央B2的溫度T2高于第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)160a的底部中央B1的溫度T1。
待非晶硅層113被全熔融為熔融態(tài)非晶硅層160后，進(jìn)行再結(jié)晶步驟。根據(jù)圖2C的溫度梯度的反方向，如圖2C的箭頭所示，由第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)160a的底部中央B1往第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)160b及第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)160a的頂部B3結(jié)晶，以形成一多晶硅層114，如圖2D所示。此外，多晶硅層114同樣具有第四厚度H4，第四厚度約為200～900埃()。
另外，在多晶硅層114中的對(duì)應(yīng)于第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)160b的中央處，即對(duì)應(yīng)于非晶硅薄區(qū)113b的中央處，會(huì)產(chǎn)生一晶界(grain boundary)。因此，多晶硅層114中的對(duì)應(yīng)于第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)160a，即對(duì)應(yīng)于非晶硅厚區(qū)113a處，可以作為組件的信道層，如低溫多晶硅(low temperaturepolysilicon，LTPS)薄膜晶體管(thin film transistor，TFT)的多晶硅通道層。
然而熟悉本技術(shù)的人員亦可以明了本實(shí)施例的技術(shù)并不局限于此，例如，形成非晶硅層113的方式有好幾種，在此以二種形成非晶硅層113的方式舉例說(shuō)明如下。在第一種形成非晶硅層113的方式中，首先，如圖3A所示，以等離子體輔助化學(xué)氣相沉積法(plasma enhanced chemical vapordeposition，PECVD)形成一具有第一厚度H1的第一非晶硅層151于絕緣層140上，并于高于400℃的高溫爐中去除第一非晶硅層151的氫氣含量。接著，如圖3B所示，以平印工藝在第一非晶硅層151上限定出預(yù)形成非晶硅厚區(qū)及非晶硅薄區(qū)的圖案，并以蝕刻方式去除部分的第一非晶硅層151，以形成具有非晶硅厚區(qū)113a及非晶硅薄區(qū)113b的非晶硅層113。
此外，在第二種形成非晶硅層113的方式中，首先，如圖4A所示，以PECVD形成一具有一第三厚度H3的第一非晶硅層161于絕緣層140上，并于高于400℃的高溫爐中去除第一非晶硅層161的氫氣含量。接著，如圖4B所示，以平印工藝在第一非晶硅層161上限定出預(yù)備形成非晶硅厚區(qū)及非晶硅薄區(qū)的圖案，并以蝕刻方式去除部分的第一非晶硅層161，以暴露部分的絕緣層140。然后，如圖4C所示，以PECVD形成一具有第二厚度H2的第二非晶硅層162于部分的第一非晶硅層161及部分的絕緣層140上，并于高于400℃的高溫爐中去除第二非晶硅層162的氫氣含量。此時(shí)，第二非晶硅層162及部分的第一非晶硅層161形成具有非晶硅厚區(qū)113a及非晶硅薄區(qū)113b的非晶硅層113，第二厚度H2及第三厚度H3的總和為第一厚度H1。
請(qǐng)參照?qǐng)D5，其是圖2B的以準(zhǔn)分子激光熔融非晶硅層時(shí)的狀態(tài)的俯視示意圖。請(qǐng)同時(shí)參考圖2B，在圖5中，非晶硅厚區(qū)113a及非晶硅薄區(qū)113b為長(zhǎng)條狀結(jié)構(gòu)，非晶硅厚區(qū)113a及非晶硅薄區(qū)113b的延伸方向?yàn)閅，準(zhǔn)分子激光150的掃描方向?yàn)閄。首先，以準(zhǔn)分子激光150照射并掃描非晶硅層113，準(zhǔn)分子激光150的掃描方向X和非晶硅厚區(qū)113a及非晶硅薄區(qū)113b的延伸方向Y呈一夾角θ，夾角θ較佳地約為45度。接著，將非晶硅層113完全熔融為一熔融態(tài)非晶硅層160，又如圖2C所示。由于熔融態(tài)非晶硅層160具有一溫度梯度，熔融態(tài)非晶硅層160是由低溫的第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)160a沿著箭頭方向往高溫的第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)160b結(jié)晶成多晶硅層114，又如圖2D所示。本發(fā)明的準(zhǔn)分子激光150的掃描方向X和非晶硅厚區(qū)113a及非晶硅薄區(qū)113b的延伸方向Y呈一夾角θ的設(shè)計(jì)，可以讓被準(zhǔn)分子激光150全熔融的熔融態(tài)非晶硅層160所側(cè)向結(jié)晶而成的多晶硅層114具有較大晶粒大小(grainsize)的多晶硅。
請(qǐng)參照?qǐng)D6～7，圖6是非晶硅層于全熔融后所結(jié)晶成的多晶硅層的表面SEM及非晶硅層的剖面結(jié)構(gòu)的對(duì)照?qǐng)D，圖7是非晶硅層于非晶硅薄區(qū)全熔融且非晶硅厚區(qū)半熔融后所結(jié)晶成的多晶硅層的表面SEM及非晶硅層的剖面結(jié)構(gòu)的對(duì)照?qǐng)D。在圖6～7中，多晶硅層114中的對(duì)應(yīng)于非晶硅薄區(qū)113b的中央處會(huì)產(chǎn)生一晶界601，且多晶硅層714中的對(duì)應(yīng)于非晶硅薄區(qū)113b的中央處會(huì)產(chǎn)生一晶界701。由于本實(shí)施例將圖6的非晶硅層113全熔融，且依照傳統(tǒng)的作法，只將圖7的非晶硅層113的非晶硅厚區(qū)113a半熔融，故多晶硅層714的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的多晶硅層14的結(jié)構(gòu)相同。此外，圖6的多晶硅層114的對(duì)應(yīng)于非晶硅厚區(qū)113a處的多晶硅晶粒602的晶粒尺寸大于圖7的多晶硅層714的對(duì)應(yīng)于非晶硅厚區(qū)113a處的多晶硅晶粒702的晶粒尺寸。
在形成多晶硅層的方法中，本發(fā)明與傳統(tǒng)方法不同的處在于，傳統(tǒng)方法是將圖7的非晶硅厚區(qū)113a半溶融，非晶硅厚區(qū)113a與非晶硅薄區(qū)113b的寬度將會(huì)受限在較小范圍，所形成的多晶硅層714的晶粒尺寸會(huì)較小。在多晶硅層714中的對(duì)應(yīng)于非晶硅厚區(qū)113a處會(huì)形成較小的多晶硅晶粒702，只有多晶硅層714中的對(duì)應(yīng)于非晶硅薄區(qū)113b處可以作為組件的信道層703，如低溫多晶硅(low temperature polysilicon，LTPS)薄膜晶體管(thin filmtransistor，TFT)的多晶硅信道層，且組件的信道層703的中間會(huì)有一晶界701及剩余的非晶硅厚區(qū)113a，大大地降低組件的信道層703的電子遷移率，影響LTPS TFT的電性品質(zhì)甚巨，這是傳統(tǒng)方法形成多晶硅層時(shí)必定會(huì)遇到的缺點(diǎn)。
在本發(fā)明中，在圖6的多晶硅層114中的對(duì)應(yīng)于非晶硅厚區(qū)113a處不會(huì)如傳統(tǒng)的方法形成小的多晶硅晶粒702，可以比傳統(tǒng)的方法形成更大的多晶硅晶粒602，多晶硅層114中的對(duì)應(yīng)于非晶硅厚區(qū)113a處可以作為組件的信道層603。組件的信道層603沒(méi)有任何晶界，且LTPS TFT的源極及漏極的設(shè)置位置對(duì)應(yīng)于非晶硅層113的薄區(qū)113b，大大地提升組件的信道層603的電子遷移率，且維持LTPS TFT的良好電性品質(zhì)。
本實(shí)施例于形成多晶硅層114的步驟后還包括數(shù)個(gè)步驟，以制造低溫多晶硅薄膜晶體管，此些步驟將

如下。首先，如圖8A所示，待多晶硅層114被形成后，去除部分的多晶硅層114，以形成至少一多晶硅島層114a于絕緣層140上。然后，如圖8B所示，摻雜多晶硅島層114a的兩端，以形成一重?fù)诫sN型(N+)奧姆接觸層(ohmic contact layer)115于剩余的多晶硅島層114b的兩側(cè)上。再形成一柵極絕緣層116于絕緣層140之上，以覆蓋N+奧姆接觸層115及剩余的多晶硅島層114b。接著，如圖8C所示，摻雜剩余的多晶硅島層114b的兩端，以形成一輕摻雜N型(N-)奧姆接觸層117于多晶硅通道層114c及N+奧姆接觸層115之間，再形成一柵極(gate)118于多晶硅通道層114c的正上方的柵極絕緣層116上。其中，N-奧姆接觸層117即所謂的輕摻雜漏極(light doping drain，LDD)，且多晶硅信道層114c的位置對(duì)應(yīng)于非晶硅層113的非晶硅厚區(qū)113a的位置。
然后，如圖8D所示，形成一介電層119于柵極絕緣層116之上，以覆蓋柵極118。其中，介電層119與門(mén)極絕緣層116具有一第一接觸孔(contacthole)120a及一第二接觸孔120b，第一接觸孔120a及第二接觸孔120b位于柵極118的兩側(cè)外，用以暴露部分的N+奧姆接觸層115。接著，如圖8E所示，形成一源極(source)121a及一漏極(drain)121b于柵極118的兩側(cè)外的部分的介電層119上，源極121a及漏極121b分別借助第一接觸孔120a及第二接觸孔120b與N+奧姆接觸層115電性連接。其中，源極121a及漏極121b的位置對(duì)應(yīng)于非晶硅層113的與非晶硅厚區(qū)113a相鄰的二非晶硅薄區(qū)113b的位置。
然后，如圖8F所示，形成一護(hù)層(passivation layer)122于介電層119之上，以覆蓋源極121a及漏極121b，護(hù)層122具有一第三接觸孔123，用以暴露部分的源極121a或漏極121b，第三接觸孔123例如暴露部分的源極121a。接著，如圖8G所示，形成一銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)電極123于護(hù)層122上，而ITO電極123借助第三接觸孔123與源極121a或漏極121b電性連接，ITO電極123例如是跟源極121a電性連接，低溫多晶硅薄膜晶體管110在此終告被完成。由上述可知，圖2A～2D及圖8A至圖8G是依照本發(fā)明的較佳實(shí)施例的用以制造低溫多晶硅薄膜晶體管的方法的流程剖面圖。
如圖9所示，多晶硅信道層114c的位置是對(duì)應(yīng)于非晶硅層113的非晶硅厚區(qū)113a的位置，N+奧姆接觸層115及N-奧姆接觸層117的位置對(duì)應(yīng)于非晶硅層113的與非晶硅厚區(qū)113a相鄰的二非晶硅薄區(qū)113b的位置。此外，與N+奧姆接觸層115電性連接的源極121a及漏極121b的位置的位置亦對(duì)應(yīng)于二非晶硅薄區(qū)113b的位置。
由于多晶硅層114的晶粒尺寸較大且晶粒分布較均勻，故本發(fā)明的低溫多晶硅薄膜晶體管110的電子遷移率(electron mobility)將比傳統(tǒng)的以多晶硅層14為信道層的低溫多晶硅薄膜晶體管的電子遷移率高。所以，本發(fā)明可以大幅度地提升低溫多晶硅薄膜晶體管的電子遷移率。
本發(fā)明上述實(shí)施例所揭示的制造多晶硅層的方法，其將非晶硅厚區(qū)及非晶硅薄區(qū)全熔融的設(shè)計(jì)，可以避免多晶硅層中的對(duì)應(yīng)于非晶硅厚區(qū)處產(chǎn)生晶粒尺寸較小的多晶硅，使得多晶硅層中的對(duì)應(yīng)于非晶硅厚區(qū)處可以作為L(zhǎng)TPSTFT的通道層，大大地提升LTPS TFT的信道層的電子遷移率，且維持LTPS TFT的良好電性品質(zhì)。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以一較佳實(shí)施例揭示如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作出各種的等效的更動(dòng)與替換，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求范圍所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種用以制造多晶硅層的方法，包括提供一基板；形成一絕緣層于該基板上；形成一非晶硅層于該絕緣層上，該非晶硅層具有至少一非晶硅厚區(qū)及至少一非晶硅薄區(qū)，該非晶硅厚區(qū)及該非晶硅薄區(qū)分別具有一第一厚度及一第二厚度，該第一厚度大于該第二厚度；將該非晶硅層完全熔融為一熔融態(tài)非晶硅層，該熔融態(tài)非晶硅層具有一第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)及一第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)，該第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央對(duì)應(yīng)于該非晶硅厚區(qū)的底部中央，該第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央對(duì)應(yīng)于該非晶硅薄區(qū)的底部中央，該第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央的溫度低于該第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)及該第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的頂部的溫度；以及由該第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央往該第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)及該第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的頂部結(jié)晶，以形成該多晶硅層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該方法的于形成該非晶硅層于該絕緣層上的步驟中還包括形成一具有該第一厚度的第一非晶硅層于該絕緣層上；以及去除部分的該第一非晶硅層，以形成具有該非晶硅厚區(qū)及該非晶硅薄區(qū)的該非晶硅層。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該方法的于形成該非晶硅層于該絕緣層上的步驟中還包括形成一具有一第三厚度的第一非晶硅層于該絕緣層上；去除部分的該第一非晶硅層，以暴露部分的該絕緣層；以及形成一具有該第二厚度的第二非晶硅層于部分的該第一非晶硅層及部分的該絕緣層上，使得該第二非晶硅層及部分的該第一非晶硅層形成具有該非晶硅厚區(qū)及該非晶硅薄區(qū)的該非晶硅層，該第二厚度及該第三厚度的總和為該第一厚度。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該基板為玻璃基板。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該絕緣層為二氧化硅層。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該形成該多晶硅層的步驟后還包括以下步驟去除部分的該多晶硅層，以形成一多晶硅島層；摻雜該多晶硅島層的兩端，以形成一重?fù)诫sN型(N+)奧姆接觸層于剩余的該多晶硅島層的兩側(cè)上；形成一柵極絕緣層于該N+奧姆接觸層及剩余的該多晶硅島層上；摻雜剩余的該多晶硅島層的兩端，以形成一輕摻雜N型(N-)奧姆接觸層于一多晶硅通道層及該N+奧姆接觸層之間，該多晶硅信道層的位置是對(duì)應(yīng)于該非晶硅層的該非晶硅厚區(qū)的位置；形成一柵極于該多晶硅通道層上的該柵極絕緣層上；形成一介電層于該柵極絕緣層之上，以覆蓋該柵極及該柵極絕緣層，該介電層及該柵極絕緣層具有一第一接觸孔及一第二接觸孔，該第一接觸孔及該第二接觸孔是位于該柵極的兩側(cè)外，用以暴露部分的該N+奧姆接觸層；形成一源極及一漏極于部分的該介電層上，該源極及該漏極是分別借助該第一接觸孔及該第二接觸孔與該N+奧姆接觸層電性連接，該源極及該漏極的位置對(duì)應(yīng)于該非晶硅層的與該非晶硅厚區(qū)相鄰的二該非晶硅薄區(qū)的位置；形成一護(hù)層于該介電層之上，以覆蓋該源極及該漏極，該護(hù)層是具有一第三接觸孔，用以暴露部分的該源極或該漏極；以及形成一銦錫氧化物(ITO)電極于該護(hù)層上，該ITO電極是借助該第三接觸孔與該源極或該漏極電性連接。
7.一種用以熔融非晶硅層的方法，該非晶硅層具有一非晶硅厚區(qū)及一非晶硅薄區(qū)，該非晶硅厚區(qū)的厚度大于該非晶硅薄區(qū)的厚度，該方法包括以一準(zhǔn)分子激光照射并掃描該非晶硅層，該準(zhǔn)分子激光的掃描方向和該非晶硅厚區(qū)及該非晶硅薄區(qū)的延伸方向呈一夾角；以及將該非晶硅層完全熔融為一熔融態(tài)非晶硅層。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于該夾角為45度。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于該以該準(zhǔn)分子激光照射并掃描該非晶硅層的步驟前還包括以下步驟提供一基板；形成一絕緣層于該基板上；以及形成該非晶硅層于該絕緣層上。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于該熔融態(tài)非晶硅層具有一第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)及一第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)，該第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央對(duì)應(yīng)于該非晶硅厚區(qū)的底部中央，該第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央對(duì)應(yīng)于該非晶硅薄區(qū)的底部中央，該第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央的溫度低于該第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)及該第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的頂部的溫度。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于該將該非晶硅層完全熔融為該熔融態(tài)非晶硅層的步驟后還包括以下步驟由該第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央往該第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)及該第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的頂部結(jié)晶，以形成一多晶硅層。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于該形成該多晶硅層的步驟后還包括以下步驟去除部分的該多晶硅層，以形成一多晶硅島層；摻雜該多晶硅島層的兩端，以形成一N+奧姆接觸層于剩余的該多晶硅島層的兩側(cè)上；形成一柵極絕緣層于該N+奧姆接觸層及剩余的該多晶硅島層上；摻雜剩余的該多晶硅島層的兩端，以形成一N-奧姆接觸層于一多晶硅通道層及該N+奧姆接觸層之間，該多晶硅信道層的位置對(duì)應(yīng)于該非晶硅層的該非晶硅厚區(qū)的位置；形成一柵極于該多晶硅通道層上的該柵極絕緣層上；形成一介電層于該柵極絕緣層之上，以覆蓋該柵極及該柵極絕緣層，該介電層及該柵極絕緣層是具有一第一接觸孔及一第二接觸孔，該第一接觸孔及該第二接觸孔是位于該柵極的兩側(cè)外，用以暴露部分的該N+奧姆接觸層；形成一源極及一漏極于部分的該介電層上，該源極及該漏極分別借助該第一接觸孔及該第二接觸孔與該N+奧姆接觸層電性連接，該源極及該漏極的位置對(duì)應(yīng)于該非晶硅層的與該非晶硅厚區(qū)相鄰的二該非晶硅薄區(qū)的位置；形成一護(hù)層于該介電層之上，以覆蓋該源極及該漏極，該護(hù)層具有一第三接觸孔，用以暴露部分的該源極或該漏極；以及形成一ITO電極于該護(hù)層上，該ITO電極是借助該第三接觸孔與該源極或該漏極電性連接。
13.一種用以制造多晶硅層的方法，包括提供一基板；形成一絕緣層于該基板上；形成一非晶硅層于該絕緣層上，該非晶硅層具有一非晶硅厚區(qū)及一非晶硅薄區(qū)，該非晶硅厚區(qū)及該非晶硅薄區(qū)分別具有一第一厚度及一第二厚度，該第一厚度是大于該第二厚度；以一準(zhǔn)分子激光照射并掃描該非晶硅層，該準(zhǔn)分子激光的掃描方向和該非晶硅厚區(qū)及該非晶硅薄區(qū)的延伸方向呈一夾角；將該非晶硅層被完全熔融為一熔融態(tài)非晶硅層，該熔融態(tài)非晶硅層具有一第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)及一第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)，該第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央對(duì)應(yīng)于該非晶硅厚區(qū)的底部中央，該第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央對(duì)應(yīng)于該非晶硅薄區(qū)的底部中央，該第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央的溫度低于該第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)及該第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的頂部的溫度；以及由該第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央往該第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)及該第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的頂部結(jié)晶，以形成一多晶硅層。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于該方法的于形成該非晶硅層于該絕緣層上的步驟中還包括形成一具有該第一厚度的第一非晶硅層于該絕緣層上；以及去除部分的該第一非晶硅層，以形成具有該非晶硅厚區(qū)及該非晶硅薄區(qū)的該非晶硅層。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于該方法的于形成該非晶硅層于該絕緣層上的步驟中還包括形成一具有一第三厚度的第一非晶硅層于該絕緣層上；去除部分的該第一非晶硅層，以暴露部分的該絕緣層；以及形成一具有該第二厚度的第二非晶硅層于部分的該第一非晶硅層及部分的該絕緣層上，使得該第二非晶硅層及部分的該第一非晶硅層形成具有該非晶硅厚區(qū)及該非晶硅薄區(qū)的該非晶硅層，該第二厚度及該第三厚度的總和為該第一厚度。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于該基板為玻璃基板。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于該絕緣層為二氧化硅層。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于該夾角為45度。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于形成該多晶硅層的步驟后還包括以下步驟去除部分的該多晶硅層，以形成一多晶硅島層；摻雜該多晶硅島層的兩端，以形成一N+奧姆接觸層于剩余的該多晶硅島層的兩側(cè)上；形成一柵極絕緣層于該N+奧姆接觸層及剩余的該多晶硅島層上；摻雜剩余的該多晶硅島層的兩端，以形成一N-奧姆接觸層于一多晶硅通道層及該N+奧姆接觸層之間，該多晶硅信道層的位置對(duì)應(yīng)于該非晶硅層的該非晶硅厚區(qū)的位置；形成一柵極于該多晶硅通道層上的該柵極絕緣層上；形成一介電層于該柵極絕緣層之上，以覆蓋該柵極及該柵極絕緣層，該介電層及該柵極絕緣層具有一第一接觸孔及一第二接觸孔，該第一接觸孔及該第二接觸孔是位于該柵極的兩側(cè)外，用以暴露部分的該N+奧姆接觸層；形成一源極及一漏極于部分的該介電層上，該源極及該漏極是分別借助該第一接觸孔及該第二接觸孔與該N+奧姆接觸層電性連接，該源極及該漏極的位置對(duì)應(yīng)于該非晶硅層的與該非晶硅厚區(qū)相鄰的二該非晶硅薄區(qū)的位置；形成一護(hù)層于該介電層之上，以覆蓋該源極及該漏極，該護(hù)層具有一第三接觸孔，用以暴露部分的該源極或該漏極；以及形成一ITO電極于該護(hù)層上，該ITO電極借助該第三接觸孔與該源極或該漏極電性連接。
全文摘要
一種制造多晶硅層的方法，包括首先，提供一基板，并形成一絕緣層于基板上。接著，形成一非晶硅層于絕緣層上，非晶硅層具有一非晶硅厚區(qū)及一非晶硅薄區(qū)。然后，將非晶硅層完全熔融為一第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)及一第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)。第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央對(duì)應(yīng)于非晶硅厚區(qū)的底部中央，第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)的底部中央對(duì)應(yīng)于非晶硅薄區(qū)的底部中央，第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)的溫度低于第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)的溫度。接著，由第一熔融態(tài)非晶硅區(qū)往第二熔融態(tài)非晶硅區(qū)結(jié)晶，以形成多晶硅層。
文檔編號(hào)H01L21/00GK1588621SQ200410058928
公開(kāi)日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月21日
發(fā)明者陳亦偉, 張志雄, 許宗義 申請(qǐng)人:友達(dá)光電股份有限公司