CN1236475C - 多晶硅层的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种多晶硅层的制作方法，包括下列步骤：(a)提供一衬底；(b)于衬底上形成一阻障层；(c)于阻障层上形成一具有低热传导系数的多孔材料层；(d)于多孔材料层上形成一非晶硅层；以及(e)进行一激光退火制作工艺。由于多孔材料层具有低热传导系数，故可以形成具有较大晶体尺寸的多晶硅层。此外，上述阻障层与多孔材料层之间例如可选择性地形成一应力缓冲层。由于多孔材料层具有低热传导系数，故可使得所成长出来的多晶硅层具有较大的晶体尺寸。
Description
背景技术
本发明是有关于一种多晶硅层的制作方法，且特别是有关于一种通过具有低热传导特性(low thermal conductivity)的多孔材料层(porous layer)以形成较大晶体尺寸(grain size)的多晶硅层的制作方法。
背景技术
低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器(Low Temperature PolySiliconLiquid Crystal Display，LTPS LCD)有别于一般传统的非晶硅薄膜晶体管液晶显示器(a-Si TFT-LCD)，其电子迁移率可以达到200cm2/V-sec以上，故可使薄膜晶体管组件所占面积更小以符合高开口率的需求，进而增进显示器亮度并减少整体的功率消耗问题。另外，由于电子迁移率的增加可以将部份驱动电路与薄膜晶体管制作工艺一并制造于玻璃衬底上，大幅提升液晶显示面板的可靠度，且使得面板制造成本大幅降低。因此，低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器的制造成本较非晶硅薄膜晶体管液晶显示器低出许多。此外，低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器具有厚度薄、重量轻、分辨率佳等特点，十分适合应用于要求轻巧省电的移动终端产品上。
低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器(LTPS-LCD)中，薄膜晶体管的信道层通常以准分子激光退火制作工艺(Excimer Laser Annealing，ELA)形成，此信道层的品质通常取决于多晶硅晶体的大小及其均匀性(uniformity)，而晶体的大小与晶体的均匀性都与准分子激光在能量上的控制有直接的关连。
图1A至图1C绘示为公知多晶硅层的制作流程示意图。首先请参照图1A，提供一衬底100，此衬底100通常为玻璃基板。接着于衬底100上形成一缓冲层102，此缓冲层102通常是由一阻障层102a以及一应力缓冲层102b所构成。其中，阻障层102a通常为氮化硅层，而应力缓冲层102b通常为氧化硅层。
接着请参照图1B与图1C，在形成缓冲层102之后，接着形成一非晶硅层104于应力缓冲层102b上。之后便是进行一准分子激光热退火制作工艺，控制准分子激光照射于非晶硅层104上的能量，使得非晶硅层104近乎完全熔融，仅于应力缓冲层102b表面上保留些许的结晶核(seed of crystallization)。之后，这些熔融的液态硅会从上述的结晶核开始结晶成为一多晶硅层106，而此多晶硅层106中会存在有晶体边界108，由晶体边界108的分布将可清楚判断多晶硅层106中晶体尺寸的大小。
公知技术中，与非晶硅接触的应力缓冲层通常是以化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)方式所形成的氧化硅层，其膜层结构较为致密，且热传导系数大约在0.014W/cm-K(摄氏20度)左右。公知在进行激光热退火制作工艺中，应力缓冲层的热传导系数将会直接影响到多晶硅层的晶体尺寸，应力缓冲层的热传导系数越小，则所成长出的多晶硅层便会具有较大的晶体尺寸。因此，在进行激光热退火制作工艺中，与非晶硅层接触的膜层，如应力缓冲层的热传导系数(约0.014W/cm-K)仍应进一步地降低，如此才能成长出晶体尺寸较大的多晶硅层。
发明内容
本发明的目的在提出一种多晶硅层的制作方法，通过降低与非晶硅层接触的膜层的热传导系数，以形成具有较大的晶体尺寸的多晶硅层。
为达本发明的上述目的，提出一种多晶硅层的制作方法，包括下列步骤：(a)提供一衬底；(b)于衬底上形成一阻障层；(c)于阻障层上形成一应力缓冲层；(d)于应力缓冲层上形成一具有低热传导系数的多孔材料层；(e)于多孔材料层上形成一非晶硅层；以及(f)进行一激光退火制作工艺。
为达本发明的上述目的，提出一种多晶硅层的制作方法，包括下列步骤：(a)提供一衬底；(b)于衬底上形成一阻障层；(c)于阻障层上形成一具有低热传导系数的多孔材料层；(d)于多孔材料层上形成一非晶硅层；以及(e)进行一激光退火制作工艺。
本实施例中，阻障层例如是以化学气相沉积的方式形成，其材质例如为氮化硅；而应力缓冲层例如是以化学气相沉积的方式形成，其材质例如是氧化硅。
本实施例中，多孔材料层例如是以电子束沉积(e-beamevaporation)的方式形成，其材质例如是氧化硅，或是氧化硅与氧化铝的混合物，其中，氧化硅与氧化铝例如是以95∶5的比例混合。此外，上述的多孔材料层的热传导系数将会低于0.014W/cm-K(摄氏20度)。
本实施例中，多孔材料层的厚度例如介于500至2000埃之间，与其搭配的阻障层厚度例如为500埃左右，而应力缓冲层的厚度例如为1500埃左右。
本实施例中，激光退火制作工艺例如为一准分子激光退火制作工艺。
为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明。
附图说明
图1A至图1C绘示为公知多晶硅层的制作流程示意图；
图2A至图2C绘示为依照本发明第一实施例多晶硅层的制作流程示意图。
图3绘示为激光能量与晶体尺寸的关系图。
图4A至图4C绘示为依照本发明第二实施例多晶硅层的制作流程示意图。
标示说明：
100、200、300：衬底 102、202、302：缓冲层
102a、202a、302a：阻障层 102b、202b：应力缓冲层
104、204、304：非晶硅层 106、206、306：多晶硅层
108、208、308：晶体边界 202c、302b：多孔材料层
具体实施方式
第一实施例
激光热退火制作工艺中，若能将应力缓冲层的热传导系数进一步地降低，将可以使得多晶硅层具有较大的晶体尺寸。本实施例即是针对缓冲层与非晶硅层接触的膜层进行改善，通过降低其热传导系数使得所成长出的多晶硅层具有较大的晶体尺寸。
图2A至图2C绘示为依照本发明第一实施例多晶硅层的制作流程示意图。请参照图2A，首先提供一衬底200，此衬底200例如为玻璃衬底、塑料衬底或是其它透明衬底，然此衬底200也可以是其它不透明衬底，如硅衬底(silicon substrate)等。
接着于衬底200上形成缓冲层202，此缓冲层202由一阻障层202a、一应力缓冲层202b以及一多孔材料层202c所构成。其中，阻障层202a例如是以化学气相沉积的方式形成，且阻障层202a例如为一膜质较为致密的氮化硅层；应力缓冲层202b例如是以化学气相沉积的方式形成，且应力缓冲层202b例如为一氧化硅层；而多孔材料层202c例如是以电子束沉积(e-beam evaporation)的方式形成，此多孔材料层202c的材质例如是氧化硅，或是氧化硅与氧化铝的混合物，其氧化硅与氧化铝例如是以95∶5的比例混合。
本实施例采用的多孔材料层202c例如是氧化硅，或是氧化硅与氧化铝的混合物，这些材质的热传导系数皆低于0.014W/cm-K(摄氏20度)。以氧化硅材质的多孔材料层202c为例，氧化硅本身的热传导系数约为0.014W/cm-K(摄氏20度)，但由于多孔材料层202c中有许多的孔隙存在，故其热传导系数会低于0.014W/cm-K(摄氏20度)。同样地，由氧化硅与氧化铝的混合物所形成的多孔材料层202c也可达到热传导系数低于0.014W/cm-K(摄氏20度)的需求。
接着请同时参照图2B与图2C，在缓冲层202形成之后，接着形成一非晶硅层204于缓冲层202中的多孔材料层202c表面上，非晶硅层204例如以低压化学气相沉积(Low Pressure Chemical VaporDeposition，LPCVD)的方式形成。而在形成非晶硅层204之后，接着进行一激光热退火制作工艺，此激光热退火制作工艺例如是一准分子激光热退火制作工艺。激光热退火制作工艺中，控制准分子激光照射于非晶硅层204上的能量使得非晶硅层204近乎完全熔融，之后此熔融的非晶硅层204便可再结晶成为一多晶硅层206。此外，通过激光热退火制作工艺所形成的多晶硅层206会存在有晶体边界208，由此晶体边界208便可判断晶体尺寸的大小。
在图2A至图2C中，多孔材料层202c的厚度例如介于500至2000埃之间，与其搭配的阻障层202a厚度例如为500埃左右，而应力缓冲层202b的厚度例如为1500埃左右。
图3绘示为激光能量与晶体尺寸的关系图；而表一则表列出阻障层厚度、应力缓冲层厚度、多孔材料层厚度以及缓冲层总厚度。请同时参照表一以及图3，由表一中可知，A、B、C、D各组中的阻障层厚度约为500埃左右，应力缓冲层厚度约为1500埃左右。值得注意的是，A组中的多孔材料层厚度为855埃，B组中不具有多孔材料层，C组中的多孔材料层厚度为1844埃，而D组中的多孔材料层厚度为1227埃。
由图3可知，在激光能量较大时，所形成的晶体尺寸较大，而在相同激光能量的条件下，D组所形成的晶体尺寸较大，此结果与本实施例在多孔材料层厚度上的主张(500至2000埃)相符合。
表一
| A | B | C | D | |
| 阻障层厚度(埃) | 644 | 571 | 728 | 680 |
| 应力缓冲层厚度(埃) | 1394 | 1000 | 1612 | 1600 |
| 多孔材料层厚度(埃) | 855 | 0 | 1844 | 1227 |
| 缓冲层总厚度(埃) | 2893 | 1571 | 4184 | 3507 |
第二实施例
本实施例与第一实施例相似，惟其差异之处在于本实施例省略了应力缓冲层的制作，以进一步薄化组件、简化制作工艺。
图4A至图4C绘示为依照本发明第二实施例多晶硅层的制作流程示意图。请参照图4A，首先提供一衬底300，此衬底300例如为玻璃衬底、塑料衬底或是其它透明衬底，然此衬底300亦可以是其它不透明衬底，如硅衬底等。
接着于衬底300上形成缓冲层302，此缓冲层302由一阻障层302a以及一多孔材料层302b所构成。其中，阻障层302a例如是以化学气相沉积的方式形成，且阻障层302a例如为一膜质较为致密的氮化硅层；而多孔材料层302b例如是以电子束沉积的方式形成，此多孔材料层302b的材质例如是氧化硅，或是氧化硅与氧化铝的混合物，其氧化硅与氧化铝例如是以95∶5的比例混合。
本实施例采用的多孔材料层302b例如是氧化硅，或是氧化硅与氧化铝的混合物，这些材质的热传导系数皆低于0.014W/cm-K(摄氏20度)。以氧化硅材质的多孔材料层302b为例，氧化硅本身的热传导系数约为0.014W/cm-K(摄氏20度)，但由于多孔材料层302b中有许多的孔隙存在，故其热传导系数会低于0.014W/cm-K(摄氏20度)。同样地，由氧化硅与氧化铝的混合物所形成的多孔材料层302b也可达到热传导系数低于0.014W/cm-K(摄氏20度)的需求。
接着请同时参照图4B与图4C，在缓冲层302形成之后，接着形成一非晶硅层304于缓冲层302中的多孔材料层302b表面上，非晶硅层304例如以低压化学气相沉积的方式形成。而在形成非晶硅层304之后，接着进行一激光热退火制作工艺，此激光热退火制作工艺例如是一准分子激光热退火制作工艺。激光热退火制作工艺中，控制准分子激光照射于非晶硅层304上的能量使得非晶硅层304近乎完全熔融，之后此熔融的非晶硅层304便可再结晶成为一多晶硅层306。此外，通过激光热退火制作工艺所形成的多晶硅层306会存在有晶体边界308，由此晶体边界308便可判断晶体尺寸的大小。
在图4A至图4C中，多孔材料层302b的厚度例如介于500至2000埃之间，而与其搭配的阻障层302a厚度例如为500埃左右。
综上所述，本发明的多晶硅层的制作方法至少具有下列优点：
1、本发明的多晶硅层的制作方法中，通过多孔材料层直接与非晶硅层接触，凭借其具有较低热传导系数的特性，使得所成长出的多晶硅层具有较大的晶体尺寸。
2、本发明的多晶硅层的制作方法中，以电子束沉积方式沉积薄膜为成熟的技术，故多孔材料层的制作并不会对制作工艺成本造成负担。
虽然本发明已以一较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (16)
1、一种多晶硅层的制作方法，其特征在于：包括：
提供一衬底；
于该衬底上形成一阻障层；
于该阻障层上形成一多孔材料层，其中该多孔材料层的材质包括氧化硅与氧化铝的混和物，且该阻障层与该多孔材料层构成一缓冲层；
于该多孔材料层上形成一非晶硅层；
进行一激光退火制作工艺，以形成一多晶硅层。
2、如权利要求1所述的多晶硅层的制作方法，其特征在于：该阻障层的形成方法包括化学气相沉积。
3、如权利要求1所述的多晶硅层的制作方法，其特征在于：该阻障层的材质包括氮化硅。
4、如权利要求1所述的多晶硅层的制作方法，其特征在于：该多孔材料层的形成方法包括电子束沉积。
5、如权利要求1所述的多晶硅层的制作方法，其特征在于：该多孔材料层的内氧化硅与氧化铝以95∶5的比例混合。
6、如权利要求1所述的多晶硅层的制作方法，其特征在于：该多孔材料层的热传导系数在摄氏20度时低于0.014W/cm-K。
7、如权利要求1所述的多晶硅层的制作方法，其特征在于：该激光退火制作工艺为一准分子激光退火制作工艺。
8、一种多晶硅层的制作方法，其特征在于：包括：
提供一衬底；
于该衬底上形成一阻障层；
于该阻障层上形成一应力缓冲层；
于该应力缓冲层上形成一多孔材料层，其中该多孔材料层的材质包括氧化硅与氧化铝的混和物，且该多孔材料层的热传导系数低于该应力缓冲层的热传导系数，且该阻障层、该应力缓冲层以及该多孔材料层构成一缓冲层；
于该多孔材料层上形成一非晶硅层；
进行一激光退火制作工艺，以形成一多晶硅层。
9、如权利要求8所述的多晶硅层的制作方法，其特征在于：该阻障层的形成方法包括化学气相沉积。
10、如权利要求8所述的多晶硅层的制作方法，其特征在于：该阻障层的材质包括氮化硅。
11、如权利要求8所述的多晶硅层的制作方法，其特征在于：该应力缓冲层的形成方法包括化学气相沉积。
12、如权利要求8所述的多晶硅层的制作方法，其特征在于：该应力缓冲层的材质包括氧化硅。
13、如权利要求8所述的多晶硅层的制作方法，其特征在于：该多孔材料层的形成方法包括电子束沉积。
14、如权利要求8所述的多晶硅层的制作方法，其特征在于：该多孔材料层内的氧化硅与氧化铝以95∶5的比例混合。
15、如权利要求8所述的多晶硅层的制作方法，其特征在于：该多孔材料层的热传导系数在摄氏20度时低于0.014W/cm-K。
16、如权利要求8所述的多晶硅层的制作方法，其特征在于：该激光退火制作工艺为一准分子激光退火制作工艺。
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