專利名稱：多晶硅的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多晶硅的制造方法，尤其涉及一種應(yīng)用金屬誘發(fā)側(cè)向結(jié)晶技術(shù)來制造多晶硅的方法。
背景技術(shù)：
隨著高科技的發(fā)展，視訊產(chǎn)品，特別是數(shù)字化視訊或影像裝置已經(jīng)成為一般日常生活中所常見的產(chǎn)品。在這些數(shù)字化視訊或影像裝置中，顯示器是一個(gè)重要元件，以顯示相關(guān)信息。使用者可由顯示器讀取信息，或進(jìn)而控制裝置的運(yùn)作。
由于薄膜晶體管(TFT)可應(yīng)用于液晶顯示器(liquid crystal display，簡(jiǎn)稱LCD)的驅(qū)動(dòng)元件，使得此項(xiàng)產(chǎn)品成為桌上直式型平面顯示器之主流，在個(gè)人計(jì)算機(jī)、游樂器、監(jiān)視器等市場(chǎng)成為未來主導(dǎo)性產(chǎn)品。目前，因非晶硅(amorphous silicon，又稱a-Si)薄膜晶體管可于200-300攝氏度的低溫生成，因此被廣泛使用。由于非晶硅的電子遷移率(electron mobility)低，不超過1cm2/V.s，使得非晶硅薄膜晶體管已不敷目前高速元件應(yīng)用的需求，而多晶硅(polycrystalline silicon，又稱ploy-Si)薄膜晶體管與非晶硅薄膜晶體管相比有較高的遷移率(約比非晶硅高2-3個(gè)數(shù)量級(jí))及低溫敏感性(lowtemperature sensitivity)，使其更適用于高速元件。然而，以傳統(tǒng)方式退火非晶硅形成多晶硅時(shí)，其形成溫度需在600攝氏度以上，故一般使用石英(quartz)作為基板。由于石英基板成本比玻璃基板貴很多，且在基板尺寸的限制下，面板大約僅有2至3英寸，因此過去只能發(fā)展小型面板。
目前為了降低成本必須使用玻璃基板，故須使多晶硅的形成溫度降低至500攝氏度以下。因此，許多低溫多晶硅形成方法紛紛被采用，其中以準(zhǔn)分子激光退火工藝(excimer laser annealing，簡(jiǎn)稱ELA)及金屬誘導(dǎo)側(cè)向結(jié)晶工藝(metal induced lateral crystallization，簡(jiǎn)稱MILC)較受矚目。其中，金屬誘導(dǎo)側(cè)向結(jié)晶工藝的結(jié)晶方式是以側(cè)向生長(zhǎng)(lateral growth)為主，其是于非晶硅層形成后，形成催化金屬層(catalysis metal layer)，用以促進(jìn)非晶硅層的結(jié)晶，并于金屬層形成后進(jìn)行低溫退火工藝(low temperatureannealing process)，以形成多晶硅層。
金屬誘導(dǎo)側(cè)向結(jié)晶工藝中所使用的催化金屬層，可在低溫退火時(shí)，擴(kuò)散進(jìn)入非晶硅層內(nèi)，而形成金屬硅化物(metal silicide)，以通過此金屬硅化物誘導(dǎo)非晶硅結(jié)晶。然而，由于公知的金屬誘導(dǎo)側(cè)向結(jié)晶工藝是直接將催化金屬層沉積在非晶硅層表面，因此可能會(huì)在非晶硅層表面形成過多的金屬硅化物或金屬原子。如此一來，過多的金屬硅化物或金屬原子含量可能會(huì)造成多晶硅層的漏電流(current leakage)增加的現(xiàn)象，而影響多晶硅層的電性能表現(xiàn)。此外，若欲將此過多的金屬硅化物或金屬原子由多晶硅層內(nèi)析出，則需進(jìn)行復(fù)雜的工藝，相對(duì)增加了制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種多晶硅的制造方法，其可有效地避免在多晶硅層內(nèi)殘留過多的金屬硅化物或金屬原子，進(jìn)而提升多晶硅層的電性能。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種多晶硅的制造方法，其不需使用真空鍍膜設(shè)備形成催化金屬層，因此可降低工藝成本。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種多晶硅的制造方法，其可調(diào)整催化金屬的濃度，以形成較佳品質(zhì)的多晶硅層。
基于上述或其它目的，本發(fā)明提出一種多晶硅的制造方法。首先，提供基板，并于此基板上形成非晶硅層。接著，于非晶硅層上形成第一緩沖層，且于第一緩沖層上涂布金屬催化溶液，其中此金屬催化溶液包括金屬鹽類(metal salt)與溶劑(solvent)。然后，烘烤基板，以移除金屬催化溶液內(nèi)的溶劑，使金屬鹽類附著于第一緩沖層表面。接著，進(jìn)行退火處理，以使金屬鹽類的金屬離子通過第一緩沖層進(jìn)入非晶硅層內(nèi)，并誘導(dǎo)非晶硅層結(jié)晶成為多晶硅層。之后，移除第一緩沖層及其上所殘留的金屬鹽類。
在本發(fā)明之一較佳實(shí)施例中，上述第一緩沖層的厚度例如是介于100埃至1000埃之間。另外，此第一緩沖層的材質(zhì)例如是氧化硅(SiOx)或氮化硅(SiNx)。
在本發(fā)明之一較佳實(shí)施例中，上述金屬鹽類包括硝酸鎳(nickelnitrate)、硝酸鋁(aluminum nitrate)或硝酸銅(copper nitrate)。
在本發(fā)明之一較佳實(shí)施例中，于第一緩沖層上涂布金屬催化溶液的方法包括旋轉(zhuǎn)涂布法(spin coating)或噴墨法(inkjet printing)。
在本發(fā)明之一較佳實(shí)施例中，上述基板例如是玻璃基板。
在本發(fā)明之一較佳實(shí)施例中，在形成非晶硅層之前，還包括于基板上形成第二緩沖層。另外，此第二緩沖層的材質(zhì)包括氧化硅或氮化硅，而形成第二緩沖層的方法例如是化學(xué)氣相沉積法(chemical vapor deposition)或?yàn)R鍍法(sputtering)。
在本發(fā)明之一較佳實(shí)施例中，于基板上形成非晶硅層與第一緩沖層的方法例如是化學(xué)氣相沉積法或?yàn)R鍍法。此外，移除第一緩沖層的方法例如是干蝕刻(dry etching)或濕蝕刻(wet etching)。
基于上述，本發(fā)明是于非晶硅層上形成緩沖層，再將金屬催化溶液涂布于緩沖層表面，因此可避免催化金屬直接與非晶硅接觸。如此一來，將可有效地降低所形成的多晶硅層內(nèi)的金屬硅化物或金屬原子含量，進(jìn)而改善多晶硅層的電性能。此外，由于催化金屬為溶液型態(tài)，因此可輕易地調(diào)整催化金屬的濃度，以期得到最佳的反應(yīng)效果。
為讓本發(fā)明之上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。


圖1A～1G依次為本發(fā)明之一種多晶硅工藝的示意圖。
圖2A～2H依次為在薄膜晶體管陣列基板的顯示區(qū)與周邊電路區(qū)內(nèi)同時(shí)制造低溫多晶硅薄膜晶體管的示意圖。
主要元件標(biāo)記說明100基板110緩沖層120非晶硅層120a多晶硅層130緩沖層140金屬催化溶液142金屬鹽類200基板200a、200b島狀多晶硅層202緩沖層204a、204b溝道區(qū)206、214、220圖案化光阻層210源極/漏極摻雜區(qū)212柵極絕緣層218、224淺摻雜漏極區(qū)域226a與226b柵極228層間介電層230、236開口232源極/漏極接觸金屬234保護(hù)層238像素電極
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參考圖1A～1G，其依次為本發(fā)明之一種多晶硅工藝的示意圖。
首先，如圖1A所示，提供基板100，其例如是玻璃基板或其它適用的基板，如硅晶片或是塑料基板等。此外，在一實(shí)施例中，例如可通過化學(xué)氣相沉積法(chemical vapor deposition，CVD)或?yàn)R鍍法(sputtering)等方式在基板100上形成緩沖層110，其例如是氮化硅層以及氧化硅層所組成的堆疊層。此緩沖層110的主要作用在于增進(jìn)基板100與后續(xù)形成的多晶硅層的附著性，且當(dāng)基板100中有鈉等金屬離子時(shí)，可防止基板100中的金屬離子污染多晶硅層。
接著，如圖1B所示，在基板100上形成非晶硅層120，其中形成此非晶硅層120的方法例如是化學(xué)氣相沉積法或?yàn)R鍍法。
然后，如圖1C所示，在非晶硅層120上形成另一緩沖層130，其材質(zhì)例如是氮化硅或氧化硅，而厚度例如是介于100埃至1000埃之間。其中，依據(jù)所需形成的緩沖層130的厚度，可選擇合適的制造方式，例如化學(xué)氣相沉積法或?yàn)R鍍法。形成此緩沖層130的目的在于對(duì)后續(xù)形成的催化金屬與非晶硅層120之間提供緩沖的作用，以避免過量的催化金屬擴(kuò)散進(jìn)入非晶硅層120內(nèi)。值得注意的是，本實(shí)施例所提出的緩沖層130的厚度是一較佳范圍，其中若緩沖層130的厚度小于100埃，則緩沖的效果有限。此外，若緩沖層130的厚度大于1000埃，則將增加催化金屬通過緩沖層130擴(kuò)散進(jìn)入非晶硅層120的時(shí)間。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用上，應(yīng)視催化金屬的濃度來決定緩沖層130的厚度。
接著，如圖1D-1與1D-2所示，在緩沖層130上涂布金屬催化溶液140。在本發(fā)明中，形成金屬催化溶液140的方法例如是旋轉(zhuǎn)涂布法或噴墨法等，其中圖1D-1即為通過旋轉(zhuǎn)涂布法形成金屬催化溶液的示意圖，而圖1D-2為通過噴墨法形成金屬催化溶液的示意圖。其中，若采用旋轉(zhuǎn)涂布法，是全面性地將金屬催化溶液140涂布于緩沖層130上。此外，若采用噴墨法，則可選擇性地針對(duì)需要由非晶硅轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч璧奶囟▍^(qū)域噴灑金屬催化溶液140，如此可簡(jiǎn)化工藝，并可減少金屬催化溶液140的使用量，以降低成本。
另外，上述金屬催化溶液140例如是硝酸鎳、硝酸鋁或硝酸銅等溶液，而其金屬離子濃度可依工藝所需做調(diào)整(例如是數(shù)千至數(shù)萬個(gè)ppm)。由于本發(fā)明是通過金屬催化溶液140進(jìn)行反應(yīng)，因此可輕易地對(duì)金屬催化溶液140內(nèi)的金屬鹽類(如硝酸鎳、硝酸鋁或硝酸銅等)的濃度進(jìn)行調(diào)整，而不會(huì)有公知因無法控制催化金屬濃度，導(dǎo)致過量的催化金屬擴(kuò)散進(jìn)入非晶硅層120的問題。
然后，如圖1E所示，進(jìn)行烘烤的步驟，以移除金屬催化溶液140內(nèi)的溶劑部分，使金屬鹽類142(如硝酸鎳、硝酸鋁或硝酸銅等)附著于緩沖層130表面。
接著，如圖1F所示，進(jìn)行退火處理，以使硝酸鎳、硝酸鋁或硝酸銅等金屬鹽類142內(nèi)的金屬離子通過緩沖層130進(jìn)入非晶硅層120內(nèi)，以在非晶硅層120內(nèi)生成金屬硅化物，并通過金屬硅化物誘導(dǎo)非晶硅層120結(jié)晶成為多晶硅層120a。
之后，如圖1G所示，移除緩沖層130及其上所殘留的金屬鹽類142，其中移除緩沖層130的方法包括干蝕刻或濕蝕刻等方式。
在完成上述多晶硅層的制造之后，例如可再進(jìn)行后續(xù)的成膜工藝，以形成例如薄膜晶體管等半導(dǎo)體元件。下文將以薄膜晶體管陣列基板中，低溫多晶硅薄膜晶體管的工藝為例進(jìn)行說明。
請(qǐng)參考圖2A～2H，其依次為在薄膜晶體管陣列基板的顯示區(qū)與周邊電路區(qū)內(nèi)同時(shí)制造低溫多晶硅薄膜晶體管的示意圖。
首先，如圖2A所示，基板200上已通過上述多晶硅的制造方法形成有多個(gè)島狀多晶硅層200a、200b，其中島狀多晶硅層200a譬如是預(yù)定形成P型薄膜晶體管的一部份，而島狀多晶硅層200b譬如是預(yù)定形成N型薄膜晶體管的一部份，且于之后描述同時(shí)形成P型與N型薄膜晶體管的工藝。但是，本發(fā)明并非局限于同時(shí)制造P型與N型薄膜晶體管的制造流程，而僅是以本實(shí)施例當(dāng)作說明本發(fā)明特征的一個(gè)例子。
之后，如圖2B所示，進(jìn)行溝道摻雜工藝(channel doping)，以于各島狀多晶硅層200a、200b中形成摻雜區(qū)。
然后，如圖2C所示，于基板200上形成圖案化光阻層206，以覆蓋島狀多晶硅層200a以及部分島狀多晶硅層200b，并暴露出島狀多晶硅層200b兩側(cè)上表面。之后，進(jìn)行n+摻雜工藝，以于島狀多晶硅層200b兩側(cè)形成N型薄膜晶體管的源極/漏極摻雜區(qū)210。
接著，如圖2D所示，去除圖案化光阻層206，再于島狀多晶硅層200a、200b及緩沖層202上覆蓋柵極絕緣層212。然后，于柵極絕緣層212上形成另一圖案化光阻層214，以覆蓋島狀多晶硅層200a以及部分島狀多晶硅層200b，并暴露出島狀多晶硅層200b中鄰近源極/漏極摻雜區(qū)210的部位。隨后，進(jìn)行n-摻雜工藝，以形成N型薄膜晶體管的淺摻雜漏極區(qū)域218，同時(shí)定義出位于淺摻雜漏極區(qū)域218之間的溝道區(qū)204b。
然后，如圖2E所示，去除圖案化光阻層214，再于柵極絕緣層212上形成另一圖案化光阻層220，以覆蓋島狀多晶硅層200b以及部分島狀多晶硅層200a，并暴露出島狀多晶硅層200b兩側(cè)上表面的部位。隨后，進(jìn)行p+摻雜工藝，以形成P型薄膜晶體管的源極/漏極摻雜區(qū)224，同時(shí)定義出位于源極/漏極摻雜區(qū)224之間的溝道區(qū)204a。
之后，如圖2F所示，去除圖案化光阻層220，再于溝道區(qū)204a與204b上形成柵極226a與226b。然后，于基板100上形成層間介電層(inter-layerdielectric，簡(jiǎn)稱ILD)228，以覆蓋島狀多晶硅層200a、200b與柵極226a、226b。
接著，如圖2G所示，于層間介電層228與柵極絕緣層212中形成多個(gè)開口230，以暴露出源極/漏極摻雜區(qū)210與224，再形成多個(gè)源極/漏極接觸金屬232，源極/漏極接觸金屬232是通過開口230而與源極/漏極摻雜區(qū)210與224電性連接。
之后，如圖2H所示，于基板200上形成保護(hù)層234，再于保護(hù)層234中形成另一開口236，以暴露出部分源極/漏極接觸金屬232，其中保護(hù)層234例如是氮化硅層。最后，形成像素電極238，像素電極238通過開口236而與部分源極/漏極接觸金屬232電性相連，其中像素電極238的材質(zhì)例如是銦錫氧化物(ITO)。
綜上所述，本發(fā)明之多晶硅的制造方法至少具有下列特征與優(yōu)點(diǎn)1.于非晶硅層上形成緩沖層，以降低所形成的多晶硅層內(nèi)的金屬硅化物或金屬原子含量，進(jìn)而改善多晶硅層與所形成的半導(dǎo)體元件的電性能。
2.使用金屬催化溶液，因此可輕易調(diào)整催化金屬的濃度，以期得到最佳的反應(yīng)效果。
3.不需使用真空鍍膜設(shè)備來形成催化金屬層，因此有助于降低工藝成本。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所述技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許之更動(dòng)與改進(jìn)，因此本發(fā)明之保護(hù)范圍當(dāng)視后附之權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種多晶硅的制造方法，其特征在于包括提供基板；于上述基板上形成非晶硅層；于上述非晶硅層上形成第一緩沖層；于上述第一緩沖層上涂布金屬催化溶液，該金屬催化溶液包括金屬鹽類與溶劑；烘烤上述基板，以移除上述金屬催化溶液內(nèi)的上述溶劑，使上述金屬鹽類附著于上述第一緩沖層表面；進(jìn)行退火處理，以使上述金屬鹽類內(nèi)的金屬離子通過上述第一緩沖層進(jìn)入上述非晶硅層內(nèi)，并誘導(dǎo)該非晶硅層結(jié)晶成為多晶硅層；以及移除上述第一緩沖層及其上所殘留的上述金屬鹽類。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅的制造方法，其特征在于上述第一緩沖層的厚度是介于100埃至1000埃之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅的制造方法，其特征在于上述第一緩沖層的材質(zhì)包括氧化硅或氮化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅的制造方法，其特征在于上述金屬鹽類包括硝酸鎳、硝酸鋁或硝酸銅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅的制造方法，其特征在于于上述第一緩沖層上涂布上述金屬催化溶液的方法包括旋轉(zhuǎn)涂布法或噴墨法。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅的制造方法，其特征在于上述基板是玻璃基板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅的制造方法，其特征在于在形成上述非晶硅層之前，還包括于上述基板上形成第二緩沖層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多晶硅的制造方法，其特征在于上述第二緩沖層的材質(zhì)包括氧化硅或氮化硅。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多晶硅的制造方法，其特征在于于上述基板上形成上述第二緩沖層的方法包括化學(xué)氣相沉積法或?yàn)R鍍法。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅的制造方法，其特征在于于上述基板上形成上述非晶硅層的方法包括化學(xué)氣相沉積法或?yàn)R鍍法。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅的制造方法，其特征在于于上述非晶硅層上形成上述第一緩沖層的方法包括化學(xué)氣相沉積法或?yàn)R鍍法。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅的制造方法，其特征在于移除上述第一緩沖層的方法包括干蝕刻或濕蝕刻。
全文摘要
一種多晶硅的制造方法。首先，提供基板，并于此基板上形成非晶硅層。接著，于非晶硅層上形成緩沖層，且于緩沖層上涂布金屬催化溶液，其中此金屬催化溶液包括金屬鹽類與溶劑。然后，進(jìn)行烘烤，以移除金屬催化溶液內(nèi)的溶劑，使金屬鹽類附著于緩沖層表面。接著，進(jìn)行退火處理，以使金屬鹽類的金屬離子通過緩沖層進(jìn)入非晶硅層內(nèi)，并誘導(dǎo)非晶硅層結(jié)晶成為多晶硅層。之后，移除緩沖層及其上所殘留的金屬鹽類。此方法可有效地避免多晶硅層內(nèi)殘留過多的金屬硅化物或金屬原子，進(jìn)而提升多晶硅層的電性能。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1889232SQ200510080160
公開日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2005年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者彭堯 申請(qǐng)人:中華映管股份有限公司