CN1259693C - 低温多晶硅薄膜的制造方法及低温多晶硅薄膜晶体管 - Google Patents

Abstract

一种低温多晶硅薄膜的制造方法，其方法首先在基板上形成一层非晶硅层，接着，对非晶硅层进行回火制程，使得非晶硅层转变成多晶硅层(多晶硅薄膜)，其中在回火的过程中，在多晶硅层的表面会形成数个突起物。接着，对多晶硅层进行表面处理步骤，然后再对多晶硅层进行另一次的回火制程。利用本发明的方法所形成的多晶硅层其表面的突起物的尺寸明显变小，所以可以解决现有技术中突起物过大且大小不一致的问题。

Description

低温多晶硅薄膜的制造方法及低温多晶硅薄膜晶体管

技术领域

本发明是有关于一种薄膜的制造方法及开关组件，且特别是有关于一种低温多晶硅薄膜的制造方法及低温多晶硅薄膜晶体管。

背景技术

在一般组件中，都需配置开关以驱动组件的运作，就显示组件来说，这些开关的配置可分为主动矩阵式与被动矩阵式两大类型，由于主动矩阵式的配置方式具有可连续发光以及低电压驱动等优点，所以近年来此种配置方式大幅地被应用于显示组件中。在主动矩阵式的显示组件中，其开关可以是薄膜晶体管(thin film transistor)或薄膜二极管等，以薄膜晶体管来说，又可依沟道区的材质分为非晶硅(amorphoussilicon，简称a-Si)薄膜晶体管以及多晶硅(poly-silocon)薄膜晶体管，由于多晶硅薄膜电晶相较于非晶硅薄膜晶体管其消耗功率小且电子迁移率大，因此逐渐受到市场的重视。

早期的多晶硅薄膜晶体管的制程温度高达摄氏1000度，因此基板材质的选择受到大幅的限制，不过，近来由于激光的发展，制程温度可降至摄氏600度以下，而利用此种制程方式所得的多晶硅薄膜晶体管又被称为低温多晶硅(low temperature poly-silicon，简称为LTPS)薄膜晶体管。

图1是现有的低温多晶硅薄膜的剖面示意图。

请参照图1，在低温多晶硅薄膜晶体管的制程中，其中一个步骤是在基板100上形成一层多晶硅层102(多晶硅薄膜)，后续制程会在此多晶硅层102中形成源极/漏极区(未图示)与沟道区(未图示)。其中，多晶硅层102的制造方法是通过激光结晶化(laser crystalization)或准分子激光回火(excimer laser annealing，简称ELA)等回火制程将原本的非晶硅层转变成多晶硅层。然而，在回火步骤完成后，多晶硅层102的表面会形成数个突起物104(如图1所示)，这些突起物104形成的原因是由于在回火制程中，非晶硅层通过再结晶的方式重型排列成为多晶硅层。在再结晶时，部分的非晶硅会先作为再结晶的晶种，然后进行长晶成为较大的晶体，这些大晶体不断地成长，进而相互结合成为一个更大的晶体，但是在结合的过程中，由于这些晶体彼此应力相互作用的缘故，会使得部分的晶体被推挤到多晶硅层102的表面上而形成突起物104，而这些突起物104的高宽比(高度106/宽度108)约为0.45左右。

这些位于表面上的突起物大小会影响低温多晶硅薄膜晶体管的电流特性，特别是当这些突起物大到一定程度时，薄膜晶体管上的电流会产生变动，所以在使用这些薄膜晶体管作为显示组件的开关时，会影响显示组件上的发光特性。另外，若这些突起物的大小相差甚大时，在显示器中的每一个薄膜晶体管其电流特性并不相似，因此会影响显示面板的显示均匀性。所以，在多晶硅层表面的突起物是低温多晶硅薄膜制程所关心的问题。

发明内容

本发明所解决的问题是提供一种低温多晶硅薄膜的制造方法，以解决现有技术所制得的多晶硅层表面的突起物的尺寸过大而造成种种缺点。

本发明所解决的另一个问题是提供一种低温多晶硅薄膜晶体管，以解决现有低温多晶硅薄膜晶体管因多晶硅层表面存在过大的突起物，而造成组件电流特性不一致等问题。

本发明的解决方案：

本发明低温多晶硅薄膜的制造方法，此方法首先在基板上形成一层非晶硅层，接着，对非晶硅层进行第一次的回火制程，使得非晶硅层转变成多晶硅层，此回火制程可以采用激光回火。其中，在回火制程中，多晶硅层的表面会形成有数个突起物，而且，此多晶硅层(包含突起物)的表面还形成有一层氧化层。接着，将基板浸入浓度1％～15％氢氟酸进行1～15分钟的表面蚀刻处理步骤以移除氧化层。然后，对多晶硅层进行第二次的回火制程(此回火制程可以采用激光回火)，经过二次回火制程的多晶硅层，其表面的突起物的高宽比会低于0.2。当然，在上述的制造方法中，在形成非晶硅层之前，可以先在基板上先形成一层缓冲层，再在缓冲层上形成非晶硅层。

相应地，本发明低温多晶硅薄膜晶体管，此薄膜晶体管包括多晶硅层、栅绝缘层、栅极、介电层、源极金属层以及漏极金属层。其中，多晶硅层配置在基板上，且此多晶硅层表面具有数个突起物，这些突起物的高宽比低于0.2。此外，在多晶硅层中还具有源极区和漏极区以及位于源极区和漏极区之间的沟道区。另外，栅绝缘层配置在基板上并覆盖多晶硅层，而栅极配置在对应在沟道区上方的栅绝缘层上。此外，介电层配置在栅绝缘层上并覆盖栅极与栅绝缘层。另外，源极金属层与漏极金属层分别位于介电层的表面以及介电层与栅绝缘层中，其中源极金属层与源极区电性连接，而漏极金属层与漏极区电性连接。

因此，上述低温多晶硅薄膜的制造方法及低温多晶硅薄膜晶体管，可以解决现有低温多晶硅层的表面会产生大的突起物的问题，因此，本发明可以改善薄膜晶体管的电流均匀性，进而改善显示面板的显示均匀性。综合上述薄膜晶体管的制造方法以及其结构，本发明具有下述的优点：

通过表面处理步骤可以缩小多晶硅层表面的突起物的大小，使这些突起物的高宽比都小于0.2。

此外，通过表面步骤处理使得多晶硅层表面的突起物其高宽比都小于0.2，所以可以使组件电流特性较为一致。因此，若使用这些低温多晶硅薄膜晶体管作为显示组件的开关时，可以使显示面板的显示均匀度较佳。

除此之外，本发明并不限用于有机发光二极管(organic lightlyemitting diode，OLED)显示组件或是液晶显示组件(1iquid crystaldisplay，LCD)，任何采用低温多晶硅薄膜晶体管作为开关的组件，都适用于本发明。

附图说明

图1是现有的低温多晶硅薄膜的剖面示意图；

图2A至图2D是本发明实施例的一种低温多晶硅薄膜的制程流程剖面示意图；

图3是本发明实施例的一种低温多晶硅薄膜晶体管的剖面示意图。

附图标记说明

100、200：基板

102、204：多晶硅层

104、206、206a：突起物

106、210：高度

108、212：宽度

202：缓冲层

203：非晶硅层

204a：源极区

204b：漏极区

204c：沟道区

208：氧化层

214：栅绝缘层

216：栅极

218：介电层

220：源极金属层

222：漏极金属层

具体实施方式

图2A至图2D是本发明实施例的一种低温多晶硅薄膜的制程流程剖面示意图。图3为本发明实施例的一种低温多晶硅薄膜晶体管的剖面示意图。

请先参照图2A，低温多晶硅薄膜晶体管的制造方法首先提供一基板200，其中此基板200可以是玻璃基板。然后，在基板200上形成一层非晶硅层203，并且对非晶硅层203进行第一次的回火制程，此回火制程可以是激光回火。在回火制程中，非晶硅层203会通过再结晶的方式重新排列而成为多晶硅层204，且在多晶硅层204的表面会形成有数个突起物206，如图2B所示。

值得一提的是，这些突起物206形成的原因是由于在进行再结晶时，部分的非晶硅会先作为再结晶的晶种，然后进行长晶成为较大的晶体，这些大晶体不断地成长进而相互结合，形成一个更大的晶体，但是在结合的过程中，由于这些晶体彼此应力相互作用，会使得部分的晶体被推挤到多晶硅层204的表面上而形成突起物206。

另外，多晶硅层204(包含突起物206)的表面会与大气中的水气以及氧气接触，所以在多晶硅层204的表面上还形成有一层氧化层208。

接着，请参照图2C，将形成有多晶硅层204的基板200进行表面处理步骤，此步骤可以是将基板200浸入浓度1％～15％氢氟酸进行1～15分钟的表面蚀刻处理步骤以移除氧化层208，其中以6％氢氟酸进行5分钟的表面蚀刻处理步骤所得的效果较佳。然后，再次对多晶硅层204进行回火制程，此回火制程可以是激光回火。在此回火制程中，由于多晶硅层204的表面的氧化层208已经通过蚀刻方式去除，因此回火制程中所提供的热能可更有效率地传达至多晶硅层204中，使得多晶硅层204呈现熔融状态，以此缩小存在于表面的突起物206的体积，而这些突起物206a的高宽比(高度210/宽度212)会低于0.2(如图2D所示)。

在上述的制程中，在形成非晶硅层203之前，先形成缓冲层202在基板200上，再于缓冲层202上形成非晶硅层203。

利用上述方法来形成低温多晶硅薄膜，可以使多晶硅层表面的突起物尺寸明显变小。

在基板200上形成多晶硅层204然后，接着继续后续制程，以形成薄膜晶体管。请参照图3，在多晶硅层204以及基板200上方形成栅绝缘层214，此栅绝缘层214的材质可以是氧化硅或是氮化硅。接着，在栅绝缘层214上方形成栅极216。然后，对多晶硅层204进行掺杂步骤以形成源极区204a、漏极区204b以及位于源极区204a与漏极区204b之间的沟道区204c，其中掺杂方式可以是离子植入法。接着，形成一层介电层218于栅极216以与门绝缘层214上，并图案化介电层218与栅绝缘层214以形成开口(未绘示)，其中开口会暴露出源极区204a与漏极区204b。接着，形成源极金属层220与漏极金属层222于介电层218的表面以及暴露出源/漏极区204a/204b的开口中，其中源极金属层220与源极区204a电性连接，而漏极金属层222与漏极区204b电性连接。

值得一提的是，上述掺杂步骤若所形成的源/漏极区(源/漏极掺杂区)属于N型的掺杂区，则包括在沟道区与源/漏极区之间形成浅掺杂漏极区(lightly doped drain，简称LDD)。

本发明的低温多晶硅薄膜晶体管结构包括多晶硅层204、栅绝缘层214、栅极216、介电层218、源极金属层220以及漏极金属层222。

其中，多晶硅层204配置在基板200上，且此多晶硅层204中包含有源极区204a、漏极区204b，以及位于源极区204a与漏极区204b之间的沟道区204c。另外，多晶硅层204表面更包括有数个突起物(未绘示)，这些突起物其高宽比比现有技术的高宽比低于0.2。

此外，栅绝缘层214配置在基板200上并覆盖多晶硅层204，而栅极216配置在对应于沟道区204c上方的栅绝缘层214上。此外，介电层218配置在栅绝缘层214上并覆盖栅极216与栅绝缘层214。

另外，源极金属层220与源极金属层222位于介电层的表面218以及介电层218与栅绝缘层214中，且分别与源极区204a以及漏极区204b电性连接。除此之外，在基板200以及多晶硅层204之更包括有一缓冲层202。

因此，综合上述薄膜晶体管的制造方法以及其结构，本发明具有下述的优点：

通过表面处理步骤可以缩小多晶硅层表面的突起物的大小，使这些突起物的高宽比都小于0.2。

此外，通过表面步骤处理使得多晶硅层表面的突起物其高宽比都小于0.2，所以可以使组件电流特性较为一致。因此，若使用这些低温多晶硅薄膜晶体管作为显示组件的开关时，可以使显示面板的显示均匀度较佳。

除此之外，本发明并不限用于有机发光二极管(organic lightlyemitting diode，OLED)显示组件或是液晶显示组件(liquid crystaldisplay，LCD)，任何采用低温多晶硅薄膜晶体管作为开关的组件，都适用于本发明。

虽然本发明较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何该领域的普通技术人员，在不脱离本发明的原理和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视前附的权利要求所界定为准。

Claims (9)

1.一种低温多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于，该方法包括：

在基板上形成非晶硅层；

对该非晶硅层进行第一回火制程，以使该非晶硅层转变成多晶硅层，其中该多晶硅层的表面形成有多个突起物，且该多晶硅层的表面形成有氧化层；

对该多晶硅层进行蚀刻处理步骤，以移除该氧化层；以及

对该多晶硅层进行第二回火制程。

2.如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于，该蚀刻处理步骤利用氢氟酸溶液来进行。

3.如权利要求2所述的低温多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于，该氢氟酸溶液的浓度介于1％至15％之间，且该蚀刻处理步骤的时间介于1分钟至15分钟的间。

4.如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于，在进行该第二回火制程然后，该多晶硅层表面的该些突起物的高宽比低于0.2。

5.如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于，该第一回火制程为激光回火制程。

6.如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于，该第二回火制程为激光回火制程。

7.如权利要求1所述的低温多晶硅薄膜的制造方法，其特征在于，在该基板上形成该非晶硅层之前，更包括先在该基板上形成缓冲层。

8.一种低温多晶硅薄膜晶体管，其特征在于，包括：

多晶硅层，配置在一基板上，其中，该多晶硅层表面的突起物的高宽比低于0.2，且该多晶硅层中具有源极区和漏极区以及位于该源极区和漏极区之间的沟道区；

栅绝缘层，配置在该基板上，覆盖该多晶硅层；

栅极，配置在对应于该沟道区上方的该栅绝缘层上；

介电层，配置在该栅绝缘层上，并覆盖该栅极；

源极金属层，位于该介电层的表面以及该介电层以及该栅绝缘层中，其特征在于，该源极金属层与该源极区电性连接；以及

漏极金属层，位于该介电层的表面以及该介电层以及该栅绝缘层中，其特征在于，该漏极金属层与该漏极区电性连接。

9.如权利要求8所述的低温多晶硅薄膜晶体管，其特征在于，在该基板以及该多晶硅层之间更包括配置有缓冲层。

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