专利名称：形成多晶硅薄膜的方法
技术领域：
本发明涉及一种形成低温多晶硅薄膜的方法，特别是涉及一种使用两次激光照射的连续侧向固化的形成低温多晶硅薄膜的方法。
背景技术：
在半导体制造中，由于非晶硅(amorphous silicon)薄膜可以在低温的环境下形成于玻璃基板上，因此非晶硅薄膜晶体管(thin-film transistor，TFT)目前大量地被使用于在液晶显示器领域中。然而，非晶硅薄膜的电子移动率比多晶硅薄膜慢，使得非晶硅薄膜晶体管液晶显示器的反应时间较慢，也限制了其在大尺寸面板上的应用。因此业界与学术界均致力于将低温非晶硅薄膜以激光退火方式转变成多晶硅薄膜的研发。
目前，多晶硅薄膜现已逐渐应用于太阳能电池、液晶显示器、有机发光显示器等领域中。然而，多晶硅薄膜的品质取决于晶粒尺寸的大小；因此，在兼顾高产量(throughput)的前提下，制造出具有大尺寸晶粒的多晶硅薄膜即成为业界与学术界所面对的最大挑战。
图1A为现有采用连续侧向固化(SLS)形成多晶硅薄膜的系统示意图，该系统主要包括激光产生器11，以产生一激光束12；以及一掩膜13，设置于该激光束12的行进路径上，该掩膜上方有多个透光区域13a与多个不透光区域13b。其中每一透光区域13a为一宽度为W的长条区域。通过该多个透光区域13a的激光束12照射在掩膜13下方的基板14上的非晶硅薄膜15，使得非晶硅薄膜15上被激光束12照射的多个宽度为W的长条区域15a产生熔化。在移除激光束12后，每一该多个长条区域15a从两侧开始固化，并且产生一条平行该长条区域15a的长边的主要晶界(primary grain boundary)16于该长条区域15a中央处，而形成晶粒长度为1/2W的多晶硅薄膜，如图1B所示。
为了提升产量，美国专利第6,908,835号公开了一种采用两次激光照射的连续侧向固化的形成多晶硅薄膜的方法。在美国专利第6,908,835号中，通过掩膜的设计以将激光光图形化以控制晶粒尺寸，如图2A至图2C所示。
在图2A中，掩膜20具有多个第一长条透光区域21与多个第二长条透光区域22，使得掩膜20下方的基板(图中未示)上的非晶硅薄膜(图中未示)通过相对于该掩膜20沿着X轴移动，进行两次激光照射。在图2B中，给定每一第一透光区域21与每一第二透光区域22的宽度为W，每两第一透光区域21以及每两第二透光区域22的间隔S，第一透光区21与第二透光区22存在一个偏移量OS(OS≥1/2W)，则在掩膜20下方的基板(图中未示)上的非晶硅薄膜(图中未示)经过第一次激光照射的连续侧向固化所得的第一主要晶界(对应第一透光区域21的中央线211)与经过第二次激光照射的连续侧向固化所得的第二主要晶界(对应第二透光区域22的中央线221)之间的距离λ＝(W+S)/2。然而，在实际应用中，图1A所示的连续侧向固化(SLS)形成多晶硅薄膜系统可设置一投影透镜系统(图中未示)于掩膜13与基板14之间。假设该投影透镜系统的放大倍率为N，则在基板14上所获得的多晶硅的晶粒尺寸为λ/N。举例来说，如果W＝27.5μm，S＝7.5μm，N＝5，则所获得的多晶硅的晶粒尺寸为λ/N＝[(W+S)/2]/5＝3.5μm，如图2C中所示。
为了得到更大的晶粒尺寸，美国专利第6,726,768号公开了一种采用多次激光照射的连续侧向固化的形成多晶硅薄膜的方法。在美国专利第6,726,768号中，通过掩膜设计以将激光光图形化以控制晶粒尺寸，如图3所示。在图3中，掩膜30具有多个第一透光区域31、多个第二透光区域32、多个第三透光区域33、多个第四透光区域34与多个第五透光区域35，使得掩膜30下方的基板(图中未示)上的非晶硅薄膜(图中未示)通过相对于该掩膜20沿着X轴移动，进行多次激光照射。虽然美国专利第6,726,768号的方法可以用来形成较大的晶粒尺寸，但却需要较长的时间，而导致产量降低。
因此，亟需一种制造多晶硅薄膜的方法，使用两次激光照射的连续侧向固化，并且通过掩膜设计以将激光光图形化以增加晶粒尺寸，并且提生产能。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题在于提供一种形成多晶硅薄膜的方法，使用两次激光照射的连续侧向固化，并且通过掩膜设计以将激光光图形化以增加晶粒尺寸。
本发明所要解决的次要技术问题在于提供一种形成多晶硅薄膜的方法，使用两次激光照射的连续侧向固化，并且通过掩膜设计以将激光光图形化以提高产量。
为实现上述目的，本发明提供一种形成多晶硅薄膜的方法，包括以下步骤(a)提供一形成多晶硅薄膜系统，主要包括一激光产生器，产生一激光束；以及一掩膜，设置于该激光束的行进路径上，该掩膜包括彼此相距一间隔S的多个第一透光区域以及彼此相距一间隔S的多个第二透光区域，其中，该多个第一透光区域与该多个第二透光区域相邻且具有一宽度W与一长度L，该每一多个第一透光区域的一中心线平行该长度L的方向，且延伸至该多个第二透光区域之一内，使得该第一透光区与该第二透光区之间存在一偏移量OS；(b)提供一基板于该掩膜后方的该激光束的该行进路径上，该基板上形成有一非晶硅薄膜；(c)以该激光束透过该掩膜对该非晶硅薄膜进行第一次激光照射，使对应该掩膜上的该多个第一透光区域的该非晶硅薄膜上的多个第一长条区域熔化；(d)移除该激光束，使该熔化的该多个第一长条区域上的非晶硅薄膜形成一具有一第一晶粒尺寸的多晶硅薄膜；(e)沿着该长度L移动该基板一距离，该距离不大于该长度L，使得该多个第一长条区域对应该掩膜上的该多个第二透光区域；(f)以该激光束透过该掩膜对该多晶硅薄膜进行第二次激光照射，使对应该掩膜上的该多个第二透光区域的该多晶硅薄膜上的多个第一长条区域再熔化；以及(g)移除该激光束，使该再熔化的该多个第一长条区域上的多晶硅薄膜形成一具有一第二晶粒尺寸的多晶硅薄膜。
本发明还提供一种形成多晶硅薄膜的掩膜，包括彼此相距一间隔S的多个第一透光区域以及彼此相距一间隔S的多个第二透光区域；其中，该多个第一透光区域与该多个第二透光区域相邻且具有一宽度W与一长度L，该每一多个第一透光区域的一中心线平行该长度L的方向，且延伸至该多个第二透光区域之一内，使得该第一透光区与该第二透光区之间存在一偏移量。
本发明通过使用两次激光照射的连续侧向固化，并且通过掩膜设计以将激光光图形化以增加晶粒尺寸并提高了产量。
图1A为现有采用连续侧向固化(SLS)的形成多晶硅薄膜系统示意图；图1B为图1A的形成多晶硅薄膜系统所形成的多晶硅薄膜上视图；图2A为美国专利第6,908,835号所采用的掩膜上视图；图2B为图2A的掩膜透光区域详细尺寸图；图2C为根据美国专利第6,908,835号的两次激光照射的连续侧向固化所形成的多晶硅结构图；图3为美国专利第6,726,768号所采用的掩膜上视图；图4A为形成多晶硅薄膜方法所采用的掩膜上视图；图4B为图4A的掩膜透光区域详细尺寸图；图4C为两次激光照射的连续侧向固化所形成的多晶硅结构图；以及图5为本发明的形成多晶硅薄膜方法的流程图。
其中，附图标记11 激光产生器 12 激光束13 掩膜 13a 透光区域13b 不透光区域 14 基板15 非晶硅薄膜 15a 长条区域16 主要晶界 20 掩膜21 第一透光区域 211 第一透光区域的中央线22 第二透光区域 W宽度221 第二透光区域的中央线 S间隔OS 偏移量 λ/N 晶粒长度30 掩膜 31 第一透光区域32 第二透光区域 33 第三透光区域34 第四透光区域 35 第五透光区域40 掩膜 41 第一透光区域
411 第一透光区域的中央线 42 第二透光区域421 第二透光区域的中央线51 提供一形成多晶硅薄膜系统52 提供一基板于该掩膜下方53 进行第一次激光照射54 移除激光束55 移动该基板56 进行第二次激光照射57 移除激光束具体实施方式
为使贵审查员能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认识与了解，现配合附图详细说明如后。
在本发明中，使用两次激光照射的连续侧向固化，并且通过掩膜设计以将激光光图形化以增加晶粒尺寸。图4A与图4B为本发明的形成多晶硅薄膜方法所采用的掩膜上视图以及其详细尺寸图；图4C为本发明的两次激光照射的连续侧向固化所形成的多晶硅结构图。
在图4A与图4B中，掩膜40包括彼此相距一间隔S的多个第一透光区域41以及彼此相距一间隔S的多个第二透光区域42，其中该多个第一透光区域41与该多个第二透光区域42相邻且具有一宽度W与一长度L。该每一多个第一透光区域的一中心线平行该长度L的方向，且延伸至该多个第二透光区域之一内，使得该第一透光区41与该第二透光区42之间存在一偏移量OS。
通过图4A与图4B中的掩膜40，本发明公开了一种形成多晶硅薄膜的方法，其详细步骤如图5所示。该方法包括以下步骤首先，如步骤51所述，提供一形成多晶硅薄膜系统，该系统主要包括一产生一激光束的激光产生器以及一掩膜。本发明所使用的形成多晶硅薄膜系统的主要架构相似于图1所示的现有结构，故在此不予赘述。本发明所使用的掩膜则如图4A与图4B所示。
接着，如步骤52所述，提供一基板(如图4C所示)于图4A与图4B中所示的掩膜40后方的激光束的行进路径上，该基板上形成有一非晶硅薄膜(图中未示)。
在步骤53中，以激光束透过该掩膜40对该非晶硅薄膜进行第一次激光照射，使对应该掩膜40上的多个第一透光区域41的非晶硅薄膜上的多个第一长条区域熔化。
接着，如步骤54所述，移除该激光束，使该熔化的多个第一长条区域上的非晶硅薄膜通过连续侧向固化(SLS)而形成一具有一第一晶粒尺寸的多晶硅薄膜。其中，多个第一长条区域上有一第一主要晶界(对应第一透光区域41的中央线411)。此时，该第一晶粒尺寸等于1/2W。
在步骤55中，沿着长度L(即X轴方向)移动基板一距离，该距离不大于该长度L，使得该多个第一长条区域对应该掩膜40上的该多个第二透光区域42。
接着，在步骤56中，以该激光束透过该掩膜40对该多晶硅薄膜进行第二次激光照射，使对应掩膜40上的多个第二透光区域42的该多晶硅薄膜上的多个第一长条区域再熔化。
最后，在步骤57中，移除该激光束，使该再熔化的该多个第一长条区域上的多晶硅薄膜形成一具有一第二晶粒尺寸的多晶硅薄膜。此时，多个第一长条区域上有一第二主要晶界(对应第二透光区域42的中央线421)。此时，该第二晶粒尺寸为λ，即为W+S。
然而，在实际应用中，步骤51中所提供的连续侧向固化(SLS)形成多晶硅薄膜系统可设置一投影透镜系统(图中未示)于掩膜与基板之间。假设该投影透镜系统的放大倍率为N，则在基板上所获得的多晶硅的晶粒尺寸为λ/N，如图4C中所示。
由上述讨论中，可知本方法的特征在于通过第二次激光照射使得第一次激光照射后固化所产生的第一主要晶界熔化，进而形成第二次激光照射后固化的第二主要晶界。此时，在不使用投影透镜系统时，所形成的多晶硅的晶粒尺寸即为透光区域的宽度与间隔的总和，即掩膜上多个第二透光区域42的两中央线421间的间隔λ；在使用投影透镜系统时，所形成的多晶硅的晶粒尺寸即为λ/N。
具体的说，在本发明的具体实施例中，在不使用投影透镜系统时，若给定每一第一透光区域41与每一第二透光区域42的宽度为W＝5.5μm，每两第一透光区域41以及每两第二透光区域42的间隔S＝0.75μm，以及第一透光区域与第二透光区域的偏移量OS为1.75μm，则基板上的非晶硅薄膜经过两次激光照射的连续侧向固化所得的第二主要晶界421间的距离λ＝W+S＝6.25μm。然而，考虑使用投影透镜系统且该投影透镜系统的放大倍率N＝5时，若W＝27.5μm，S＝3.75μm，OS＝10μm，则基板上的非晶硅薄膜经过两次激光照射的连续侧向固化所得的第二主要晶界421间的距离，即所形成的多晶硅的晶粒尺寸为λ/N＝(W+S)/5＝6.25μm。
综上所述，当知本发明提供一种形成多晶硅薄膜的方法，使用两次激光照射的连续侧向固化，并且通过掩膜设计以将激光光图形化以增加晶粒尺寸，并且提高产量。故本发明具有新颖性、创造性、实用性，应符合专利申请要件无疑。
上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求所述的形状、构造、特征、精神及方法所作的等效变化与修改，均应包括于本发明的范围内。
权利要求
1.一种形成多晶硅薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤提供一形成多晶硅薄膜系统，主要包括一激光产生器，产生一激光束；以及一掩膜，设置于该激光束的行进路径上，该掩膜包括彼此相距一间隔S的多个第一透光区域以及彼此相距一间隔S的多个第二透光区域，其中，该多个第一透光区域与该多个第二透光区域相邻且具有一宽度W与一长度L，该每一多个第一透光区域的一中心线平行该长度L的方向，且延伸至该多个第二透光区域之一内，使得该第一透光区与该第二透光区间存在一偏移量OS；提供一基板于该掩膜后方的该激光束的该行进路径上，该基板上形成有一非晶硅薄膜；以该激光束透过该掩膜对该非晶硅薄膜进行第一次激光照射，使对应该掩膜上的该多个第一透光区域的该非晶硅薄膜上的多个第一长条区域熔化；移除该激光束，使该熔化的该多个第一长条区域上的非晶硅薄膜形成一具有一第一晶粒尺寸的多晶硅薄膜；沿着该长度L移动该基板一距离，该距离不大于该长度L，使得该多个第一长条区域对应该掩膜上的该多个第二透光区域；以该激光束透过该掩膜对该多晶硅薄膜进行第二次激光照射，使对应该掩膜上的该多个第二透光区域的该多晶硅薄膜上的多个第一长条区域再熔化；以及移除该激光束，使该再熔化的该多个第一长条区域上的多晶硅薄膜形成一具有一第二晶粒尺寸的多晶硅薄膜。
2.如权利要求1所述的形成多晶硅薄膜的方法，其特征在于，该偏移量OS小于1/2W。
3.如权利要求1所述的形成多晶硅薄膜的方法，其特征在于，该第二晶粒尺寸为W+S。
4.如权利要求1所述的形成多晶硅薄膜的方法，其特征在于，该形成多晶硅薄膜系统还包括一投影透镜系统，该投影透镜系统的放大倍率为N而且设置于该掩膜与该基板之间的该激光束的该行进路径上。
5.如权利要求4所述的形成多晶硅薄膜的方法，其特征在于，该第二晶粒尺寸为(W+S)/N。
6.一种形成多晶硅薄膜的掩膜，其特征在于，包括彼此相距一间隔S的多个第一透光区域以及彼此相距一间隔S的多个第二透光区域；其中，该多个第一透光区域与该多个第二透光区域相邻且具有一宽度W与一长度L，该每一多个第一透光区域的一中心线平行该长度L的方向，且延伸至该多个第二透光区域之一内，使得该第一透光区与该第二透光区之间存在一偏移量OS。
7.如权利要求6所述的形成多晶硅薄膜的掩膜，其特征在于，该偏移量OS小于1/2W。
全文摘要
本发明涉及一种形成多晶硅薄膜的方法，包括提供一形成多晶硅薄膜系统；提供一基板于该掩膜后方的该激光束的该行进路径上，该基板上形成有一非晶硅薄膜；以该激光束透过该掩膜对该非晶硅薄膜进行第一次激光照射，使对应该掩膜上的该多个第一透光区域的该非晶硅薄膜上的多个第一长条区域熔化；移除该激光束，使该熔化的该多个第一长条区域上的非晶硅薄膜形成一多晶硅薄膜；移动该基板一距离；以该激光束透过该掩膜对该多晶硅薄膜进行第二次激光照射；以及移除该激光束。本发明通过使用两次激光照射的连续侧向固化，并且通过掩膜设计以将激光光图形化以增加晶粒尺寸并提高了产量。
文档编号H01L21/268GK1992167SQ20051013527
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月29日 优先权日2005年12月29日
发明者陈宏泽, 陈昱丞, 朱芳村 申请人:财团法人工业技术研究院