TW582099B - Method of adhering material layer on transparent substrate and method of forming single crystal silicon on transparent substrate - Google Patents

Method of adhering material layer on transparent substrate and method of forming single crystal silicon on transparent substrate Download PDF

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Description

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發明所屬之技術領域 本發明有關於一插目j；人士、 美拓卜at人姑μ +種貼口方法，特別有關一種可在透明 基板上貼口材枓或形成單晶矽層的方 先前技術 平面顯示器技術在朝向 求更輕、更薄及可撓性的技 代玻璃基板是目前研究的主 作為基板有許多問題，例如 在高溫下製作，使得元件特 元件會有嚴重的應力問題， 也大。若改以金屬或金屬合 板材料’由於質輕' 可撓曲 膨服係數相對也較小，且價 平面顯示器之基板材料具有 金屬薄板無法直接匹配現有 載具，此時就必須考慮金屬 I权元成後再將金屬薄板與 現有的暫時性貼合多半 耐高溫，所以並不適合做為 材。另外’亦有使用高溫銀 材’但銀膠的塗佈有其困難 上其無法耐高溫製程，因此 合膠材。 大面積化的同時，也開始在追 術特性，其中以塑膠基板來取 流方向之一。但是以塑膠材料 塑膠材料的T g甚低，元件無法 性不佳；此外，在塑膠上製作 靜電也不易克服，熱膨脹係數 金，例如鋁、鈦等薄板作為基 '炫點高，沒有靜電問題，熱 格便宜，應用在可撓曲反射^ 極大的潛力。但這些可撓曲的 的製程設備，必須以玻璃作為 與玻璃的暫時性貼合技術，待 玻璃分離。 、 使用鬲分子膠材，但由於其不 玻璃與金屬薄板間的貼合膠 膠作為貼合玻璃與金屬的膠 度，且銀膠本身價格昂責7加 亦不是能夠滿足製程條件的貼 除了上述之外，目别貼合技術亦有無法在破螭上直接
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形成單晶矽層的困難，因為玻璃基板是非晶質 (amorphous)結構，且其熔點只有6〇〇。(：左右，如果利用原 子束蠢晶技術（MBE )直接成長單晶矽薄膜層，溫度必須 在700〜800 °C以上。所以一般製作方法都是將玻璃與單晶 石夕基板利用陽極接合法（anodic bonding)緊密貼合後，再 利用研磨蝕刻方式將多餘的單晶係材料移除。 目刖市面上大多數TFT-LCD產品大多以非晶矽薄膜電 晶體（a-TFT)作為液晶的開關元件，少數高階產品，例如 數位相機或投影機的面板，則採用低溫多晶矽（LTpS )或 高溫多晶矽（HTP )技術。由於單晶矽薄膜的電子遷移率 (111〇1^1^7)大於600(：1112/\^，遠大於多晶石夕薄膜 (100〜300^112/¥8)及非晶矽薄膜（〜〇.5(：1112/75)。如果能 夠在玻璃基板上形成單晶矽薄膜層，將大大提升Tft元件 的性能’並且可以整合相關的電路，將系統整合於玻璃面 板上（system on panel，SOP)。除了平面顯示器的應用 外’相關必須在透明玻璃上製作元件的產品，如生物晶片 (biochip)、微光學感測器（0ptic microsensor)或各種整 合型的微機電產品，都是應用的範圍。 發明内容 有鑑於此’本發明的目的就在於提供一種貼合材料層 於透明基板上的方法，除了能夠用於貼合金屬、陶瓷、奈 米或其他不易以現有方式貼合於透明基板上的材料，還能 夠承受高製程溫度，並與透明基板緊密貼合。
0412-9005TWF(Nl);03-910071,910072;PHOEBE.ptd 第 7 頁 582099 五、發明說明（3) 本發明之另一目的為提供一種在透明基板上形成單晶 矽層的方法。 本發明係利用金屬層吸收紅外光產生的熱與非晶矽層 產生化學鍵結而達到緊密的結合。也就是說，當欲貼合一 不及收紅外光的材料層於玻璃或透明基板材料上時，可先 在此材料層上鍍製一層可吸收紅外光的薄膜，例如N i、
Au ' Ag ' Pt ' Mo、Ta、W、T i或Co等，然後再進行貼合。 =於這些金屬在吸收紅外光的熱後容易與非晶矽層形成金 心矽化物，而這些金屬矽化物的熔點都很高，所以足夠承 文製程所需的溫度。由於這樣的貼合技術不需額外的膠 材丄也不需要塗佈機台，因此製作成本低廉；此外，上述 =u方法還旎夠選擇性的貼合，無論是 Ϊ用；=或甚至永久性的貼合均可，是-種具有= 應用f生的貼合方法。 狢明ί ί:步利用非晶矽層與紅外光間接加熱的方式，本 ϊ ϊ能夠在透明基板上直接形成單晶矽層的方法， 植；^ ^斥早=基板上先形成一非晶矽層後，接著準備—個 堆聶里A *丨矽皁晶片，然後將透明基板與矽單晶片上下 明：板Ϊ I :紅外線光加熱器或雷射照射，同樣地由於透 :卜ί=;ΠΓ及收紅外線光，……吸收： 單晶片產生拔Β矽層產生化學鍵結，同時讓高溫的矽 Α板上的餘的矽晶材料移除，即可完成透明 土板上的單晶石夕層的製作。 本t明之貼合方法φ a A nP -tf 要疋在透明基板上先鍍製一層非
582099 五、發明說明（4) ::，矽f後將形成有—金屬層之材料層以金屬層面貼合 爐’ rB;p、V接著利用紅外線加熱(如快速退火熱處理 紅 ）或雷射照射，由於透明基板與非晶矽並不吸收 的埶後鱼：ΐ屬層會吸收紅外光，因此金屬層吸收紅外光 g y /、非θ曰石夕層產生化學鍵結而緊密貼合在一起。此時 玄材料層上進行製程。待製程結束後，再利用蝕 -田射切割方式將金屬層與透明基板分開。 上述貼合至基板的材料層可為各種金屬、陶瓷、奈米 ，其他材料；而透明基板部分亦可為玻璃或其他透明基 材，例如石英、合成石英、鈮酸鋰（LiNb〇3)或鈕酸鋰 (UTa03 )等。 為f成上述目的，本發明提供一種貼合方法，其步驟 包括：提供一透明基板，且該透明基板上形成有一非晶矽 層 將欲貼合之材料層上形成一可吸收紅外光的金屬層； 將j材料層反轉使該金屬層貼合至該非晶矽層；以及對該 貼5之金屬層與非晶石夕層施加紅外線光，使其產生化學反 應生成金屬矽化物使該透明基板與該材料層緊密貼合。 根據本發明之另一實施例，可在透明基板上形成單晶 矽層，其步驟包括：提供一透明基板，且該透明基板上形 成有一非晶石夕層；將摻雜有一氫離子層之矽晶圓反轉貼合 至該非晶石夕層；以及對該貼合之矽晶圓與非晶矽層施加雷 射或紅外線光，產生氫爆反應使該矽晶圓在該氫離子層之 位置與該透明基板分離，而形成一單晶矽層於該透明基板
0412-9005TWF(Nl);03-910071,910072;PHOEBE.ptd 第9頁 582099 五、發明說明（5) 為了讓本發明之上4+、 μ 明顯易懂，下文特和其他目ϊ，、和優點能更 細說=下舉k佳實施例’並配合所附圖示，作詳 實施方式 實施例1 晴參照第1A〜1 D圖，顯示根據本發明 方法的製程剖面圖以及立體圖。 只施例之貼合 如第1A圖所示，提供—玻璃基板1〇〇，其 非晶矽層1 05。在本實施例係以玻璃基板為例^ 料例如石英、合成石英、鈮酸鋰（LiNb〇3 )或鈕酸鋰 (LiTa〇3 )等透明材料亦適用。另外準備一材料層ιι〇， 其上還形成有一金屬層115。在本實施例的材料層θ係以金 屬箔為例，其他難以直接形成於玻璃基板上的材9料 '，例如 陶瓷、奈米或其他複合材料亦適用。上述金屬層則為鎳 Ni，其他可吸收紅外線光進而反應之金屬，例如Au、八容、 Pt、Mo、Ta、W、Ti 或 Co 亦適用。 接著，如第1B圖所示，將上述材料層11 〇反轉使該金 屬層11 5貼合至上述非晶矽層後，照射紅外線光I r，使非 晶矽層1 0 5與金屬層11 5反應生成金屬矽化物層1 2 0。上述 紅外線光的波長為0 · 7〜1. 5 # m。此時，上述材料層與玻璃 基板藉由高熔點的金屬矽化物而緊密貼合在一起，可進行 例如反射式TFT-LCD製程，而達成本發明之目的，也就是 將材料層暫時性貼合至玻璃基板。 然後，在上述製程完成後，可依需要藉由濕蝕刻或雷
582099 五、發明說明（6) --- :切割的方式’將玻璃基板與材料層分開，上述濕蝕刻所 ^用的試液是可移除金屬矽化物者，例如當移除M〇Si2、 I2、TiSi2 時可使用NH3/H202 ;移除TaSi2、CoSi2、NiSi •則使 fflH2S04/H20 ; PtSi 則使用Hcl/HN〇3。第1(：圖係繪 ^ 射切割移除材料層110的剖面圖，其中15〇代表雷射切 。•裔。第1 D圖則繪示以雷射切割移除材料層丨丨〇的立體 圖。 實施例2 清參照第2A〜2C圖，顯示根據本發明之另一實施例形 成單晶石夕層於玻璃基板上的製程剖面圖。 首先如第2A圖所示，提供一形成有非晶矽層2〇5之玻 、土板200，以及一摻雜有氫離子層215的矽晶圓22〇。上 述7摻雜氫離子的製稱條件：劑量較佳為卜1〇1β〜5χ
Cm ，旎1較佳為10〜1 0 0 0 keV ;植入深度較佳為〇. 1〜 1 5 // m 〇 接著，如第2B圖所示，將上述矽晶圓22〇反轉貼合至 ，非晶石夕層2G5。職，照射紅外線光IR，透過不吸收 2外線光的玻璃基板以及非晶矽層，使氫離子產生氫爆反 而在氫離子層215使玻璃基板與矽晶圓分離，遺留一 晶矽於玻璃基板上而形成一單晶矽層23〇❶上述紅外 步驟亦可使用其他雷射方式進行。較佳之紅外線 ^皮，為0.7〜1.5"m。除了紅外線光之外，亦可使用雷 射’較佳能量為50〜40 0mJ/cm2。 然後，可再藉由咼溫退火，較佳溫度範圍為3 〇 〇〜5 〇 〇
582099 五、發明說明（7) -- °C ’以及化學機械研磨而得到一表面平坦的單晶 230。 曰曰 曰 根據本發明之貼合方法，不需額外的膠材，也不需要 塗佈機台，製作成本低廉；此外，上述貼合方法還能夠選 擇性的貼合，無論是特定局部位置的貼合，或暫時性或甚 至永久性的貼合均可。因此本發明之貼合方法不但具有多 用途，適用於貼合金屬、陶瓷、奈米或其他不易以現有$ 式貼合於基板上的材料，還具有承受高製程溫度的能耐， 其與基板緊密貼合的程度亦符合製程需要，係為一 高應用價值的貼合方法。 n極 根據本發明之在基板上形成單晶碎層的方法，其更進 一步利用非晶石夕層與間接加熱，例如紅外光的方式達成在 基板上直接形成單晶石夕層的目的，如此將大大提升製造之 TFT元件的性能，並且可以整合相關的電路，將系統整&合 於玻璃面板上（system on panel，SOP)，對必須在透明口玻 璃上製作元件的產品有極大的助益。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 和範圍内’當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 μ °
582099 圖式簡單說明 第1 A〜1 D圖顯示根據本發明之實施例之貼合方法的製 程剖面圖以及立體圖。 第2A〜2C圖顯示根據本發明之另一實施例形成單晶矽 層於玻璃基板上的製程剖面圖。 符號說明 100〜玻璃基板； I 0 5〜非晶矽層； II 0〜材料層； 11 5〜金屬層； 1 2 0〜金屬石夕化物層； 1 5 0〜雷射切割器； 200〜玻璃基板； 2 0 5〜非晶矽層； 2 1 5〜氫離子層； 220〜矽晶圓； 2 3 0〜單晶石夕層。
0412-9005TWF(Nl);03-910071,910072;PHOEBE.ptd 第13頁

Claims (1)

  1. 582099 六、申請專利範圍 \ 墉 ! · 一 種 貼 合 材 料 層 於透明基板上的方法，其包括： 提供 一 透 明 基 板 9 且該透明基板上形成有一非晶矽 層 ， 將欲 貼 合 之 材 料 層 上形成一可吸收紅外光的金屬層； 將該 材 料 層 反 轉 使 該金屬層貼合至該非晶石夕層；以及 對該 貼 合 之 金 屬 層 與非晶石夕層施加紅外線光，使其產 生 化 學反 應 生 成 金 屬 矽 化物使該透明基板與該材料層緊密 貼 合 〇 2·如 中 請 專 利 範 圍 第1項所述之貼合材料層於透明基 板 上 的方 法 5 其 中 還 包 括以蝕刻或雷射切割將該材料層與 該 基 板分 開 〇 3 ·如 中 請 專 利 範 圍 第1項所述之貼合材料層於透明基 板 上 的方 法 ’ 其 中 該 透 明基板為玻璃、石英、合成石英、 鈮 酸 鋰（LiNb03 ) 或 鈕 酸鋰（LiTa〇3 )等。 4.如 中 請 專 利 範 圍 第1項所述之貼合材料層於透明基 板 上 的方 法 其 中 該 材 料層為金屬、陶瓷、奈米或複合材 料 〇 5·如 中 請 專 利 範 圍 第2項所述之貼合材料層於透明基 板 上 的方 法 其 中 該 触 刻為濕蝕刻。 6 ·如 中 請 專 利 範 圍 第5項所述之貼合材料層於透明基 板 上 的方 法 其 中 f 4\\\ 蝕 刻所使用的試液是可移除金屬石夕化 物 者 〇 7·如 中 請 專 利 範 圍 第6項所述之貼合材料層於透明基 板 上 的方 法 其 中 該 試 液為NH3/H2〇2、h2so4/h2o 或
    0412-9005TWF(Nl);03-910071,910072;PHOEBE.ptd 第14頁 582099 六、申請專利範圍 hci/hno3。 8·如申請專利範圍第1項所述之貼合材料層於透明基 板上的方法，其中該金屬層為Ni、All、Ag、Pt、、Ta、 W、Ti 或Co。 9 ·如申請專利範圍第i項所述之貼合材料層於透明基 板上的的方法，其中該紅外線光的波長為0 · 7〜1 · 5 # m。 1 〇 · 一種在透明基板上形成單晶矽層的方法，其包 括 提供一透明基板，且該透明基板上形成有一祚晶矽 層 將摻雜有一氫離子層之矽晶圓反轉貼合至該非晶矽 層；以及 對該貼合之矽晶圓與非晶矽層施加雷射或紅外線光， 產生氫爆反應使該矽晶圓在該氫離子層與該透明基板分 離，留下一層矽而形成一單晶矽層於該透明基板上。 11 ·如申請專利範圍第1 0項所述之在透明基板上形成 單晶矽層的方法，其中還包括高溫退火使矽原子重整以及 化學機械研磨以得到表面平坦之單晶矽層。 1 2 ·如申請專利範圍第1 0項所述之在透明基板上形成 單晶矽層的方法，其中該基板為玻璃、石英、合成石英、 銳酸鋰（L i Nb03 )或組酸經（L i Ta03 )等。 1 3·如申請專利範圍第1 〇項所述之在透明基板上形成 單晶矽層的方法，其中該雷射的能量範圍為5 〇〜4 〇 〇 m J / c m2 0
    0412-9005TWF(N1);03-910071,910072;PHOEBE.ptd 第15頁 582099 六、申請專利範圍 1 4 ·如申請專利範圍第1 〇項所述之在透明基板上形成 單晶矽層的方法，其中該紅外線光的波長為〇. 7〜1. 5 β m 〇 15·如申請專利範圍第1〇項所述之在透明基板上形成 單晶矽層的方法，其中該氫離子層形成於該矽晶圓時的摻 雜劑量為1 X 1〇16〜5 X 1017cnr2，能量為10〜1000 keV。 1 6 ·如申請專利範圍第1 〇項所述之在透明基板上形成 單晶石夕層的方法，其中該氫離子層的冰度為距離该石夕晶圓 表面0.1〜15/zm。
    0412-9005TWF(N1) ;03-910071,910072 ;PHOEBE. ptd 第16頁
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