CN100337304C

CN100337304C - 形成多晶硅层的方法

Info

Publication number: CN100337304C
Application number: CNB031558119A
Authority: CN
Inventors: 彭佳添
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2023-08-22
Also published as: CN1585089A

Abstract

本发明涉及一种形成多晶硅层的方法，用以促进设置于基板上的非晶硅层结晶成为多晶硅层，其步骤包含：首先，提供一种具有氧化剂以及金属物质的混合物；接着，涂布该混合物于设置于基板上的非晶硅层表面；于非晶硅层中接近混合物处形成一氧化层，同时，金属物质随着非晶硅层被氧化成氧化层的过程，而陷入氧化层中，形成具有金属物质的氧化层；接着，增加温度环境超过摄氏550度以上；最后，藉由具有金属物质的氧化层，促进非晶硅层中与具有金属物质的氧化层接触的表面结晶成为均匀的多晶硅层。

Description

形成多晶硅层的方法

技术领域

本发明涉及一种形成多晶硅层的方法，尤其是指一种在制造薄膜晶体管液晶显示面板时，将非晶硅层结晶成为多晶硅层的方法。

背景技术

在显示器的产业中，消费者所青睐的显示器产品，已逐渐由映像管式的显示器，发展至液晶显示器。其中薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)于中型尺寸显示器中，更是为消费者的最爱。实际的产品应用如桌上型/笔记型计算机的显示器、各式中型尺寸的操控面板显示器、触控面板等，甚至部分已发展用来取代娱乐性质的电视。

薄膜晶体管液晶显示器主要是由薄膜晶体管液晶显示面板与外壳所组合而成。请参阅图1，为现有技术薄膜晶体管液晶显示面板2的构造示意图。其中，薄膜晶体管液晶显示面板2的各层组件及结构皆设置于一基板(substrate)4之上，通常是玻璃基板。于基板4上有一层阻障层(bufferlayer)6，以防止玻璃中的杂质扩散到多晶硅层中。进一步于阻障层6上形成一多晶硅层8，多晶硅层8中两侧形成掺杂区(deped region)8a、8b，两掺杂区8a、8b中间形成一信道(channel)8c，两掺杂区8a、8b分别与源极导线12以及汲极导线14连接，并以一介电层16以隔离一闸极金属18，当闸极金属18通以闸极电压时，会使两掺杂区8a、8b藉由信道8c导通电流，藉由上述组件以构成薄膜晶体管组件20。在制造薄膜晶体管组件20前，需先形成一多晶硅层(polysilicon)8，以作为制造薄膜晶体管组件20中两掺杂区8a、8b以及信道8c的基本材料。但是，在形成多晶硅层8之前，是先形成一非晶硅层(amorphous silicon)，因为非晶硅的电子/电洞迁移率(mobility)效能是不及多晶硅的，而薄膜晶体管组件20又需要高的迁移率以完成其电路的功能，故需再将非晶硅层结晶成为多晶硅层8。

一般来说，现有技术将非晶硅层结晶成为多晶硅层8，是藉由一种结晶促进材料(crystallization promoting material)来完成的。其中，使用金属物质作为结晶促进材料，来将薄膜晶体管液晶显示面板2的非晶硅层结晶成为多晶硅层8，是一项广泛熟知的结晶技术。在结晶的过程中，非晶硅与金属物质接触的多寡，将影响多晶硅的晶格的大小与均匀度。而所述金属物质的多寡，可分为金属物质的浓度，以及金属物质分布于非晶硅层表面的厚度等两个角度来看。

将金属物质分布于非晶硅层表面的方法，可分为：(1)利用金属溅镀(sputtering)来沉积金属物质于非晶硅层表面。(2)旋转涂布(spin coating)金属物质于非晶硅层表面。然而，金属溅镀会使金属物质的厚度较不均匀，特别是沉积很薄的金属物质时，厚度的均匀程度特别差。另外，由于旋转涂布的离心力，非晶硅层表面的旋转中心以及旋转边缘的金属物质的浓度皆不一样。无论金属物质厚度不均匀或是金属物质浓度不均匀，皆会促进非晶硅层成为多晶硅层8的晶格的大小与分布均匀度不佳，如此而大大影响了所制成薄膜晶体管组件的效能。

发明内容

因此，本发明的主要目的为在旋转涂布方法之下，提供一种可使金属物质分布较均匀，进而促进非晶硅层结晶成为较均匀的多晶硅层的方法，以解决上述问题。

本发明的目的在于提供一种用于薄膜晶体管液晶显示面板中，利用具有金属物质的氧化层将非晶硅层结晶成为多晶硅层的方法。

具体地说，本发明的目的在于提供一种利用具有分布均匀的金属物质的氧化层，将非晶硅层结晶成为均匀的多晶硅层的方法。

本发明所提供的促进设置于基板上的非晶硅层结晶成为多晶硅层的方法，包含下列步骤：首先，提供一种具有氧化剂以及金属物质的混合物；接着，将该混合物涂布于设置于基板上的非晶硅层表面；藉由混合物中的氧化剂，于非晶硅层中接近混合物处形成一氧化层；同时，金属物质随着非晶硅层被氧化成氧化层，而陷入该氧化层中，形成具有金属物质的氧化层；接着，提高温度环境超过摄氏550度以上；最后，藉由具有金属物质的氧化层(或称为金属硅化物)为成核中心，促进非晶硅层结晶成为均匀的多晶硅层。

藉由本发明的促进非晶硅层结晶成为多晶硅层的方法，利用一种具有氧化剂以及金属物质的混合物，以形成金属物质分布均匀的氧化层，藉此以促进薄膜晶体管液晶显示面板中的非晶硅层，结晶成为均匀的多晶硅层，以提高后续制造出薄膜晶体管组件的制造品质。

关于本发明的优点与精神可以藉由以下的具体实施方式及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

图1为现有技术薄膜晶体管液晶显示面板的构造示意图；

图2a-图2f为本发明促进结晶的方法的流程中结构示意图；

图3为本发明旋转涂布的设备示意图；

图4a-图4f为本发明一具体实施例促进结晶的方法的流程中结构示意图；

图5a-图5f为本发明另一具体实施例促进结晶的方法的流程中结构示意图。

图式的符号说明：

2薄膜晶体管液晶显示面板 4、42基板 6、43、56阻障层

8、52多晶硅层 8a、8b掺杂区 8c信道

12源极导线 14汲极导线 16介电层

18闸极金属 20薄膜晶体管组件 30旋转涂布设备

32氧化剂产生器 34金属物质添加装置 36喷嘴

38转轴 40旋转台 44非晶硅层

45金属物质 46氧化层 54光阻层

58组件分布区 60非组件分布区 62混合物

具体实施方式

关于本发明促进结晶的方法，请参阅图2a-图2f，为本发明促进结晶的方法的流程中结构示意图。图2包含下列步骤：

请参阅图2a，非晶硅层44设置于基板42上，阻障层43在非晶硅层44与基板42之间。首先，将所述氧化剂与金属物质混合成混合物62，其中，氧化剂可以采用双氧水或是臭氧水，金属物质可选自于钯、铂、铜、银、金、铟、锡、铅、或镍等金属。接着，请参阅图2b，将混合氧化剂与金属物质的混合物62涂布于非晶硅层44表面。

请参阅图2c，藉由混合物62中的氧化剂，于非晶硅层44中接近混合物62处形成一氧化层46，此时，混合物62中的金属物质会随着氧化剂氧化非晶硅层44表面，而同时陷入氧化层46中，以于非晶硅层44中靠近涂布氧化剂与金属物质的混合物62的表面处，形成一厚度均匀且浓度均匀的具有金属物质45的氧化层46。此时，具有金属物质45的氧化层46中包含分布均匀的金属物质45，其中氧化层46的厚度范围介于10埃至30埃之间。接着，提高温度环境超过摄氏550度以上(温度的上限以使基板不变形为原则，越高越好，基板材质不同会有所变化，本实施例中采用的为玻璃基板，温度应在摄氏600度以下)。

接着，请参阅图2d，藉由具有金属物质45的氧化层46，在摄氏550度以上的温度环境中，会促进非晶硅层44中，与具有金属物质45的氧化层46接触的表面，逐渐结晶成为如图2e所示的均匀的多晶硅层52。所形成的多晶硅层52会包含些许的氧以及金属物质，其中所述氧在多晶硅层52中的浓度超过1E19atom/cm³，而金属物质在多晶硅层52中的浓度不超过1E19atom/cm³。最终，去除多晶硅层52表面的物质之后，如去除前述的具有金属物质45的氧化层46以及混合物62等，如图2f的具有均匀多晶硅层52的结构就已经完成。

前述将混合物62涂布于非晶硅层44表面，可以利用旋转涂布(spincoating)的方法。如图3所示，为本发明旋转涂布的设备示意图。本发明的旋转涂布设备30包含一氧化剂产生器32、一金属物质添加装置34、一喷嘴36、一转轴38、以及一旋转台40。

将基板42放置于旋转台40之上，基板42上为一层非晶硅层44，基板42与非晶硅层44之间为一阻障层43。旋转台40下方具有转轴38以使旋转台40转动。氧化剂产生器32是用以产生氧化剂，该氧化剂可以是双氧水(H₂O₂)以及臭氧水(ozonated water)等氧化剂。金属物质添加装置34是用以添加金属物质进入氧化剂中，该金属物质可选自于钯、铂、铜、银、金、铟、锡、铅、或镍等金属。将氧化剂与金属物质混合成混合物62后，经过喷嘴36喷出混合物62，以旋转涂布使混合物62附着于基板42上非晶硅层44的表面，以供后续于非晶硅层44中形成具有金属物质45的氧化层46。其中，若氧化剂采用臭氧水，则混合物62中臭氧水的浓度不超过30ppm，即，混合物的载体为水，其中臭氧的浓度的不超过30ppm，具体浓度不做严格限定，但在达到需要效果前提下避免操作时间过长，一般臭氧的浓度不低于5ppm。本发明的金属物质在混合物62中的浓度范围介于0.1ppm至200ppm之间，在以上的浓度条件下，使本发明发挥最佳的效益。

其中，在形成氧化层46的操作中，维持时间与所需形成的厚度及金属物质的浓度之间是相关联的，例如，形成氧化层46的厚度为15埃()、金属物质的浓度为20ppm时，维持时间约为30秒，在具体操作中可以通过简单试验摸索来确定。

进一步请参阅图4以及图5，如前述的促进结晶的结构，其中薄膜晶体管液晶显示面板包含复数个薄膜晶体管组件，依照该薄膜晶体管组件的分布状况，薄膜晶体管液晶显示面板可分为组件分布区58以及非组件分布区60。组件分布区58的垂直对应方向分布有薄膜晶体管组件。非组件分布区60的垂直对应方向不分布有薄膜晶体管组件，其中具有金属物质45的氧化层46分布于非组件分布区60。以下以两个具体实施例来说明所述具有金属物质45的氧化层46分布于非组件分布区60。

请参阅图4a-图4f，为本发明一具体实施例促进结晶的方法的流程中结构示意图。如前述的促进结晶的方法，该薄膜晶体管液晶显示面板包含复数个薄膜晶体管组件，分为组件分布区58以及非组件分布区60。所述促进结晶的方法还包含下列步骤，以形成具有金属物质45的氧化层46于非组件分布区60中。

请参阅图4a，首先，如图2a的非晶硅层44、阻障层43、基板42所组合的结构中，于组件分布区58中形成一光阻层54于非晶硅层44之上。

接着如图4b，将混合物62涂布于非晶硅层44的表面。接着如图4c所示，藉由混合物62中的氧化剂，会于非晶硅层44中接近混合物62处形成一氧化层46，混合物62中的金属物质会随着氧化剂氧化非晶硅层44表面，而同时陷入氧化层46中，以于非晶硅层44中靠近涂布氧化剂与金属物质的混合物62的上表面处，形成一厚度均匀的具有金属物质45的氧化层46。由于非组件分布区60无光阻层54的分布，故仅有非组件分布区60中具有含金属物质45的氧化层46，该具有金属物质45的氧化层46会直接接触并设置在非晶硅层44的表面。

请参阅图4d，接着，去除光阻层54，如此，于非晶硅层44的表面，仅于非组件分布区60中留下具有金属物质45的氧化层46。后续由非组件分布区60中的具有金属物质45的氧化层46，在温度超过摄氏550度以上的环境下，促进组件分布区58中的非晶硅层44逐渐结晶成为如图4e所示的均匀多晶硅层52，进一步再经过回火的过程，更可使多晶硅层52的晶格大小一致且均匀，以供后续制做效能较佳的薄膜晶体管组件。

最终，去除多晶硅层52表面的物质之后，如利用化学机械研磨法(Chemical Mechanical Polishing；CMP)去除具有金属物质45的氧化层46，如图4f的具有均匀多晶硅层52的结构就已经完成。整个图4的实施例将具有金属物质45的氧化层46生成于非组件分布区60中，其原因是为了减少金属物质45污染非组件分布区60中多晶硅层52的机会，以免日后形成薄膜晶体管组件会有瑕疵。

请参阅图5a-图5f，为本发明另一具体实施例促进结晶的方法的流程中结构示意图。如前述的促进结晶的方法，该薄膜晶体管液晶显示面板包含复数个薄膜晶体管组件，该薄膜晶体管液晶显示面板同样分为组件分布区58以及非组件分布区60。所述促进结晶的方法还包含下列步骤，以形成具有金属物质45的氧化层46于非组件分布区60中。

请参阅图5a，首先，于图5a的非晶硅层44、阻障层43、基板42的结构中，形成一阻障层56于非晶硅层44之上，如硅氧化合物或硅氮化合物的阻障层56。请参阅图5b，接着，于非组件分布区60中去除阻障层56，以形成一开口而使非晶硅层44表面暴露出来，并将混合物62涂布于非晶硅层44的表面上已经去除阻障层56的区域。

接着如图5c，藉由混合物62中的氧化剂，会于非晶硅层44中接近混合物62处形成一氧化层46，混合物62中的金属物质会随着氧化剂氧化非晶硅层44表面，而同时陷入氧化层46中，以于非晶硅层44中靠近涂布氧化剂与金属物质的混合物62的上表面处，并于非晶硅层44上已经去除阻障层56的区域，形成一厚度均匀的具有金属物质45的氧化层46。藉此以形成具有金属物质45的氧化层46于非组件分布区60中，并直接接触非晶硅层44的表面。

请参阅图5d，后续由非组件分布区60中的具有金属物质45的氧化层46，在温度超过摄氏550度以上的环境下，促进组件分布区58中的非晶硅层44逐渐结晶成为如图5e所示的均匀多晶硅层52，进一步再经过回火的过程，更可使多晶硅层52的晶格大小一致且均匀，以供后续制做效能较佳的薄膜晶体管组件。

最终，去除多晶硅层52表面的物质之后，如利用化学机械研磨法(Chemical Mechanical Polishing；CMP)去除剩余的阻障层56以及具有金属物质45的氧化层46等，如图5f的具有均匀多晶硅层52的结构就已经完成了。整个图5的实施例将具有金属物质45的氧化层46生成于非组件分布区60中，其原因是为了减少金属物质45污染非组件分布区60中多晶硅层52的机会，以免日后形成薄膜晶体管组件会有瑕疵。

因此，藉由本发明的促进非晶硅层结晶成为多晶硅层的方法，利用一种具有氧化剂以及金属物质的混合物62，以形成金属物质45分布均匀的氧化层46，藉此以促进薄膜晶体管液晶显示面板中的非晶硅层44，结晶成为一均匀的多晶硅层52，以提高后续制造出薄膜晶体管组件的制造品质。

藉由以上优选具体实施例的详述，旨在能更加清楚地描述本发明的特征与精神，而并非对本发明的范畴加以限制。凡本领域技术人员依据本发明所作的各种改变及具相等性的变化，皆应包含于本发明的保护范围内。

Claims

1、一种形成多晶硅层的方法，用以促进设置于基板上的非晶硅层结晶成为多晶硅层，该方法包含下列步骤：

提供一种具有氧化剂以及金属物质的混合物；

将该混合物涂布于设置于基板上的非晶硅层表面；

藉由混合物中的氧化剂，在非晶硅层中与混合物的接触面，形成一氧化层，并且金属物质于该氧化层形成的过程陷入氧化层中，而形成具有金属物质的氧化层；以及

提高温度环境介于摄氏550度至摄氏600度之间，并藉由具有金属物质的氧化层，促进非晶硅层中与具有金属物质的氧化层接触的表面结晶成为多晶硅层。

2、如权利要求1所述的方法，其中所述具有金属物质的氧化层是厚度均匀设置于非晶硅层的表面，并包含分布均匀的金属物质，藉由该具有金属物质的氧化层促进非晶硅层结晶成均匀的多晶硅层。

3、如权利要求1所述的方法，其中所述氧化剂是选自于由双氧水以及臭氧水所组成的族群中的氧化剂。

4、如权利要求3所述的方法，其中所述臭氧水的浓度范围介于5ppm至30ppm之间。

5、如权利要求1所述的方法，其中所述混合物中金属物质的浓度范围介于0.1ppm至200ppm之间，且该金属物质是选自于由钯、铂、铜、银、金、铟、锡、铅、以及镍所组成的族群中的元素。

6、如权利要求1所述的方法，其中所述具有金属物质的氧化层的厚度范围介于10埃至30埃之间。

7、如权利要求1所述的方法，其中所形成的多晶硅层中包含氧以及金属物质，且氧的浓度超过1E19atom/cm³，金属物质的浓度不超过1E19atom/cm³。

8、如权利要求1所述的方法，其中是利用一设备形成所述混合物以及旋转涂布该混合物于非晶硅层表面，以供后续形成具有金属物质的氧化层，该设备包含：

旋转台，该旋转台用以放置表面具有非晶硅层的基板；

转轴，用以旋转旋转台；

氧化剂产生器，用以提供氧化剂；以及

金属物质添加装置，用以提供金属物质进入氧化剂中；

其中所述金属物质与氧化剂均匀混合之后，喷洒涂布于旋转台上的非晶硅层表面。

9、如权利要求1所述的方法，是应用于薄膜晶体管液晶显示面板中。

10、如权利要求9所述的方法，其中所述薄膜晶体管液晶显示面板包含复数个薄膜晶体管组件，该薄膜晶体管液晶显示面板还包含组件分布区以及非组件分布区，且组件分布区的垂直对应方向分布有薄膜晶体管组件，而非组件分布区的垂直对应方向不分布该薄膜晶体管组件，所述促进结晶的方法包含于非组件分布区中形成具有金属物质的氧化层的步骤。

11、如权利要求10所述的方法，其中所述促进结晶的方法还包含下列步骤：

于组件分布区中形成一光阻层于非晶硅层之上；

形成具有金属物质的氧化层于非晶硅层上；以及

去除光阻层，藉此以于非组件分布区中形成具有金属物质的氧化层。

12、如权利要求10所述的方法，其中所述促进结晶的方法还包含下列步骤：

于非晶硅层之上形成一阻障层；

于非组件分布区中去除阻障层；以及

于非晶硅层上已经去除阻障层的区域形成具有金属物质的氧化层，藉此于非组件分布区中形成具有金属物质的氧化层。