专利名称：多晶硅层的结晶方法
技术领域：
本发明涉及一种多晶硅层的结晶方法，且特别是有关于在多晶硅结晶的过程提供一晶种(Seed)用来使得多晶硅层的晶粒尺寸变大及分布均匀(High Uniformity)。
背景技术：
一般来说，多晶硅薄膜晶体管(Poly Silicon Thin Film Transistor)是应用在有源阵列液晶显示器荧幕(Activate Matrix Liquid Crystal Display，AMLCD)以及有源阵列有机发光显示器(Activate Matrix Organic Light EmittingDisplay，AMOLED)上，用来控制每个像素(Pixel)亮度的基本电子元件，以及周边驱动或控制电路上所需的电子元件。
而在多晶硅薄膜晶体管的制造工艺中，多晶硅层的结晶是制造工艺中最重要的步骤。多晶硅薄膜晶体管的电气特性以及均匀性绝大部分都取决于此步骤。
请参照图1A与图1B，其显示现有薄膜晶体管制造工艺中多晶硅层的制作。首先，在玻璃(或塑胶)基板100的上方形成非晶硅层(AmorphousSilicon Layer)104。再利用准分子激光(Excimer Laser)照射于非晶硅层104，使得非晶硅层104呈现熔化状态，而在冷却并重新结晶之后可使得原来的非晶硅层104变成多晶硅层104。
然后，请参照图2，其是现有准分子激光能量密度与多晶硅结晶的电气特性示意图。如图所示，在照射时间相等的条件之下，准分子激光照射于非晶硅层104并可改变成多晶硅层的输出能量密度的控制范围非常狭窄。也就是说，当准分子激光的能量密度太大时，会导致非晶硅层104完全熔化导致冷却结晶之后形成电气特性(例如电子迁移率)较差的微晶硅(Microcrystalline Si)。反之，当准分子激光的能量密度太小时，会导致非晶硅层104几乎没有熔化导致冷却结晶之后还是维持在电气特性差的非晶硅。
再者，由于准分子激光本身会有变异性，因此，现有经过准分子激光照射制造工艺之后所形成的多晶硅层104常常会有多晶硅的晶粒尺寸过小且分布不均匀的状况。因此，导致最终形成的薄膜晶体管电气特性呈现极大的差异。
发明内容
鉴于上述的背景技术中，传统制作多晶硅层由于准分子激光不易控制，所以会发生多晶硅的晶粒大小不均匀的情形。因此，本发明针对上述需求，提供一种多晶硅的结晶方法用来克服现有多晶硅的晶粒尺寸过小且分布不均匀的情形。
综上所述，本发明提供一种多晶硅层的结晶方法，包括下列步骤在基板的一表面上形成一晶种；接着，形成非晶硅层覆盖于该表面与该晶种上；以及，以激光照射于非晶硅层使非晶硅层熔化。
此外，本发明还提供一种多晶硅层的结晶方法，包括下列步骤在基板的一表面上定义第一区域与第二区域；在第一区域上形成晶种；接着，形成非晶硅层覆盖于第一区域与第二区域；以及，以激光照射于非晶硅层使非晶硅层熔化。
本发明的优选实施例将于往后的说明文字中结合下列附图做更详细的阐述，在附图中图1A与图1B显示现有薄膜晶体管制造工艺中多晶硅层的制作；图2是现有准分子激光能量密度与多晶硅结晶的电气特性示意图；图3A至图3I是本发明薄膜晶体管制造工艺中多晶硅层的制作流程示意图；图4A至图4B是本发明的多晶硅层的正视图与形成薄膜晶体管后的正视图；图5是本发明准分子激光能量密度与多晶硅结晶的电气特性示意图；以及图6是本发明制作两种类型薄膜晶体管的分布示意图。
附图标记说明100玻璃基板 104非晶硅层或多晶硅层
200玻璃基板 204氮化硅层206光致抗蚀剂 208非晶硅层210晶种 212非晶硅层212a多晶硅层214结晶界面 220第一区域240第二区域具体实施方式
请参照图3A至图3I，其显示本发明薄膜晶体管制造工艺中多晶硅层的制作。首先，如图3A所示，在玻璃(或塑胶)基板200上方形成氮化硅(SiNx)层204(此氮化硅层也可用金属(Metal)层来取代)。
请参照图3B，以光致抗蚀剂206在氮化硅层204上定义出特定图案之后即进行氮化硅层204的蚀刻动作。当蚀刻动作完成且移除光致抗蚀剂206之后，玻璃基板200上即形成特定图案的氮化硅层204，如图3C所示。
接着，在特定图案的氮化硅层204上形成一非晶硅层208，如图3D所示。之后，即进行非晶硅层208的蚀刻动作(各向异性蚀刻)。而在蚀刻动作完成之后，残留的非晶硅210即形成间隙壁(Spacer)的结构附着于氮化硅层204的侧边，如图3E所示。
请参照图3F所示，接着，进行蚀刻动作将具有特定图案的氮化硅层204完全清除，因此，在玻璃基板200上方仅残留原先附着于氮化硅层204侧边的非晶硅210。这些残留的硅即称为晶种(Seed)。
请参照图3G所示，再次形成非晶硅层212并覆盖于玻璃基板200以及晶种210上。之后，请参照图3H所示，利用脉冲激光(常见的有准分子激光(Excimer Laser))照射于非晶硅层212上，使得非晶硅层212可完全熔化，而冷却并重新结晶之后可使得原来的非晶硅层212变成多晶硅层212a。
根据上述，由于脉冲激光(pulse laser)能量密度的控制虽然会使非晶硅层212完全熔化，但是由于玻璃基板200上仍旧有晶种210尚未完全熔化。因此，结晶中的多晶硅层212a会由晶种210附近处开始结晶并向两侧横向凝结(箭头所示的方向)。因此在完全结晶之后会如图3I所示，在多晶硅层212a上会有结晶界面(Grain Boundary)214产生。
请参照图4A，其显示本发明的多晶硅层的正视图。而虚线部分即为晶种210的位置。如图4B所示，显示根据本发明的多晶硅层所完成的薄膜晶体管正视图。而多晶硅薄膜晶体管的制造工艺步骤在此省略。
由于现有脉冲激光(例如是准分子激光)特性不易控制，因此，可能由于激光能量密度太大或者太小造成微晶硅层或者晶粒分布不均匀的现象。而本发明由于在非晶硅层形成之前先行提供一晶种于基板与非晶硅层之间，因此，在照射时间相等的条件之下，准分子激光能量的输出能量密度的控制范围将变宽，如图5所示，在非晶硅层完全熔化时，由于晶种尚未完全熔化，因此，可由晶种的两侧开始向外结晶，形成晶粒大小增加及分布均匀(High Uniformity)的多晶硅层的薄膜。
再者，由于一般玻璃基板上所形成的薄膜晶体管可能需要有由多晶硅层所构成的栅极通道以及由微晶硅层所构成的栅极通道。因此，现有此两类型的薄膜晶体管必须各自分别制作于玻璃基板上，因此会增加制造工艺的复杂度以及降低合格率。而运用本发明，此两类型的薄膜晶体管可以同时制作完成。请参照图6，首先，在玻璃基板上划分出两类型薄膜晶体管所分布的区域。依照本实施例，第一区域220必须形成多晶硅层，所以可将晶种(未显示)形成于第一区域220之内。而第二区域240必须形成微晶硅层，所以在第二区域240内不需要形成晶种。接着在此两区域220、240上形成非晶硅层再接受脉冲激光的照射，所以，由于第一区域220之内有晶种，因此结晶之后第一区域220内即可形成多晶硅层，而第二区域240即可形成微晶硅层。最后即可同时于两区域制作薄膜晶体管。
因此，本发明的优点是提供一种多晶硅层的结晶方法。在非晶硅层形成于基板前先行提供一晶种(Seed)，使得，脉冲激光照射之后，开始结晶时，凝结的多晶硅层会由晶种的两侧开始向外结晶，形成晶粒尺寸变大及分布均匀的多晶硅层的薄膜。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用来限定本发明，凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在所附的权利要求所保护的范围内。
权利要求
1.一种多晶硅层的结晶方法，包括下列步骤在一基板的一表面上形成至少一晶种；形成一非晶硅层覆盖于该表面与该至少一晶种；以及以一激光照射于该非晶硅层使该非晶硅层熔化，熔化的该非晶硅层利用该晶种重新结晶成为一多晶硅层。
2.如权利要求1所述的多晶硅层的结晶方法，其中该基板是一玻璃基板或一塑胶基板。
3.如权利要求1所述的多晶硅层的结晶方法，其中该激光是一准分子激光。
4.如权利要求1所述的多晶硅层的结晶方法，其中形成该至少一晶种包括下列步骤形成一覆盖层于该第一表面上；在该覆盖层上定义一特定图案；在该特定图案的侧边形成一非晶硅的间隙壁结构；以及清除该特定图案的该覆盖层。
5.如权利要求4所述的多晶硅层的结晶方法，其中形成该覆盖层是一氮化硅层或一金属层。
6.一种多晶硅层的结晶方法，包括下列步骤在一基板的一表面上定义一第一区域与一第二区域；在该第一区域上形成至少一晶种；形成一非晶硅层覆盖于该第一区域与该第二区域；以及以一激光照射于该非晶硅层使该非晶硅层熔化，熔化的该非晶硅层于该第一区域利用该晶种重新结晶成为一多晶硅层。
7.如权利要求6所述的多晶硅层的结晶方法，其中该基板是一玻璃基板或一塑胶基板。
8.如权利要求6所述的多晶硅层的结晶方法，其中该激光是一准分子激光。
9.如权利要求6所述的多晶硅层的结晶方法，其中形成该至少一晶种包括下列步骤形成一覆盖层于该第一区域上；在该覆盖层上定义一特定图案；在该特定图案的侧边形成一非晶硅的间隙壁结构；以及清除该特定图案的该覆盖层。
10.如权利要求9所述的多晶硅层的结晶方法，其中形成该覆盖层是一氮化硅层或一金属层。
11.如权利要求10所述的多晶硅层的结晶方法，其中还包括该第二区域的熔化的该非晶硅层重新结晶成为一微晶硅层。
全文摘要
本发明提供一种多晶硅层的结晶方法，包括下列步骤在基板的一表面上形成一晶种；接着，形成非晶硅层覆盖于该表面与该晶种上；以及，以激光照射于非晶硅层使非晶硅层熔化。该方法克服了现有多晶硅的晶粒尺寸过小且分布不均匀的情形。
文档编号H01L21/00GK1581426SQ03152618
公开日2005年2月16日 申请日期2003年8月1日 优先权日2003年8月1日
发明者林敬伟 申请人:统宝光电股份有限公司