CN1929101A - 薄膜电晶体的制造方法及将非晶层转换成复晶层或单晶层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种薄膜电晶体的制造方法。首先，形成一缓冲层于基板上，并形成一第一单晶层于缓冲层上。其后，形成一非晶层于第一单晶层上，以一激光退火方法，将非晶层转换成一结晶层。该结晶层为一复晶层或第二单晶层；接着，形成一闸极介电层于复晶层上。后续，形成一闸电极于闸极介电层上。本发明的薄膜电晶体适用于液晶显示器。可提升薄膜电晶体元件的电子移动率，并且可以缩短传统使用分子束磊晶沉积单晶硅的时间。
Description
【技术领域】
本发明是有关于一种薄膜电晶体的制造方法，特别是有关适用于液晶显示器的薄膜电晶体的制造方法及将非晶层转换成复晶层或单晶层的方法。
【背景技术】
目前的薄膜电晶体液晶显示器(thin film transistor-liquid crystaldisplay，TFT-LCD)技术分为两种，一为传统的非晶硅薄膜电晶体，另一为复晶硅薄膜电晶体。由于复晶硅薄膜电晶体的电子移动速度为非晶硅薄膜电晶体的10倍到100倍的间。因此，TFT-LCD业界已开始着手进行研究及发展，以复晶硅薄膜电晶体的作为画素(pixel)开关元件及LCD周边的驱动电路。
上述复晶硅薄膜电晶体的制作通常采用低温复晶硅(lowtemperature polysilicon，LTPS)制程。所谓的LTPS制程是利用准分子激光退火处理(excimer laser annealing，ELA)使原先的非晶硅薄膜转变成复晶硅结构。
然而，由传统准分子激光退火技术来将非晶硅再结晶而形成复晶硅的输出能量制程窗口是非常狭窄。现行准分子激光能量时间稳定性不佳，虽然目前设备可以将尖峰与尖峰间(peak to peak)的能量变动抑制在15％以下，然而如果照射能量变动出现时，会造成基板局部性能量高低差异。这种能量变化会造成复晶硅薄膜结晶粒径发生很大变化，而对薄膜电晶体特性产生不良影响。
【发明内容】
因此，根据上述的问题，本发明的一目的为提供一种薄膜电晶体的制造方法，可增加准分子激光能量制程窗口，而可藉由直接增加准分子激光能量范围来克服机台的限制。
本发明的另一目的为提供一种将非晶层转换成复晶层或单晶层的方法，其可以得到均匀的复晶硅或单晶硅薄膜。
本发明提供一种薄膜电晶体的制造方法。首先，形成一缓冲层于基板上，并形成一第一单晶层于缓冲层上。其后，形成一非晶层于第一单晶层上，以一激光退火方法，将非晶层转换成一结晶层。该结晶层为一复晶层或第二单晶层；接着，形成一闸极介电层于复晶层上。后续，形成一闸电极于闸极介电层上。
本发明还提供一种将非晶层转换成复晶层或单晶层的方法，其特征在于：包括如下步骤：
提供一基板；形成一缓冲层于该基板上；形成一第一单晶层于该缓冲层上；形成一非晶层于该单晶层上；及以一激光退火方法，将该非晶层转换成一结晶层，其中该结晶层是为一第二单晶层或一复晶层。
【附图说明】
第1A图～第1H图是绘示本发明一实施例制造薄膜电晶体TFT流程图。
【具体实施方式】
以下将以实施例详细说明做为本发明的参考，且范例是伴随着图式说明的。在图式或描述中，相似或相同的部分是使用相同的图号。在图式中，实施例的形状或是厚度可扩大，以简化或是方便标示。图式中元件的部分将以描述说明的。可了解的是，未绘示或描述的元件，可以具有各种熟习此技艺人所知的形式。此外，当叙述一层是位于一基板或是另一层上时，此层可直接位于基板或是另一层上，或是其间亦可以有中介层。
图1A～图1H是绘示本发明一实施例制造薄膜电晶体TFT流程图。请参照图1A，首先提供一基板100。此基板100可为一玻璃基板，较佳为一低碱玻璃基板或是无碱玻璃基板。其后，沉积一缓冲层102于基板100上。缓冲层102可以是一例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅所组成的介电层。接下来，形成单晶层104于缓冲层102上，如图1B所示。单晶层104可以是单晶硅，而其形成方法可以是分子束磊晶(Molecular beamepitaxy)、原子层磊晶(Atomic layer epitaxy)、气相磊晶(Vapor phase epitaxy)或液相磊晶(Liquid phase epitaxy)等方式形成。较佳者，单晶层104是为一厚度介于20埃～200埃的单晶硅薄膜。
接下来，请参照图1C，形成一非晶层106于单晶层104上。非晶层106可为一非晶硅。较佳者，非晶层106是为一非晶硅，而其厚度是为依照产品需求或是制程考量的设计选择。非晶层106的沉积方法可以为低压化学气相沉积法LPCVD、常压化学气相沉积法APCVD、电浆增强化学气相沉积法PECVD、原子层沉积法APCVD或相似的技术。在较佳实施范例中，非晶层106是可采用制程温度较低的电浆增强化学气相沉积法(PECVD)形成。
其后，请参照图1D，以一激光光束退火108(例如准分子激光退火，ELA，Excimer laser anneal)对非晶层106进行退火，而使得非晶层106转换为一例如复晶层或单晶层的结晶层106”。
传统准分子激光退火技术将非晶硅再结晶而形成复晶硅的输出能量制程窗口是非常狭窄的原因是为在非晶硅结晶过程中，需要一层没有融化的非晶硅来作为晶种(seed)，而习知技术无法有效提供此未融化的晶种，而造成非晶硅形成复晶硅的晶粒变小。造成非晶硅形成复晶硅的晶粒变小的原因有二：(1)如果激光能量过低时，能完全熔化的非晶硅集中在表层，而底层则呈现半熔化状态。因此以低能量结晶时的硅晶粒径较小且还会有部分非晶硅掺杂在其中。(2)如果激光能量过高时，因为非晶硅呈现完全熔化的状态，由于没有硅晶种的导引，造成四面八方的均匀成核，而结晶的复晶硅晶粒较小。因为这二个原因，使传统的准分子激光退火的能量制程窗口非常小。
在本发明的一范例中，在沉积非晶硅106的前，先沉积一层单晶硅薄膜104作为晶种。因为单晶硅的熔点(1686℃)比非晶硅熔点(1273℃)来的高，因此本发明可以提高准分子激光输出能量至少约15％。根据(能量(E)＝比热(S)×质量(M)×温度差(ΔT))，一般而言激光照射产生瞬间温度约为1400℃，当增加能量15％时，产生的瞬间高温约为1600℃，因此在经由热扩散到单晶硅薄膜104时，温度小于1600℃，而不会使让单晶硅104熔化，使非晶硅106借着单晶硅104晶种再结晶成为例如复晶层或单晶层的结晶层106”。如此便可以克服准分子激光退火ELA机台的输出能量不稳定性对非晶硅再结晶所造成的影响。
接下来，请参照图1E，以一般的微影及蚀刻方法，依序形成闸极介电层110及闸电极层112于结晶层106”上。闸极介电层110可以为例如氧化硅、氮化硅或是氮氧化硅所组成。闸电极层112可以是一单金属层、一双金属结构或是多金属结构。上述的结构可选自下列族群：W、WNX、Ti、TiWX、TiNX、Ta、TaNX、Mo、Al、Cu和相类似的物质。任何型态的沉积方法(包括但不限于化学气相沉积法CVD、物理气相沉积法PVD、蒸镀、电镀、溅镀、反应共溅镀(reactive co-sputtering)或是上述的组合)可用以形成此金属层。
在形成闸极结构之后，轻掺杂漏极区(LDD)、介电间隙壁和源极/漏极区可以习知技术形成。举例来说，如第1F～1H图所示，首先，请参照图1F，进行一具有不同种类杂质的轻掺杂离子布植制程，植入杂质于结晶层106”中，以形成轻掺杂区(light doped region，LDD)114。轻掺杂区114的边界是大约对准到闸极结构的侧壁。轻掺杂离子布植制程的能量可约介于1～100Kev，其掺杂量约介于1×1013～1×1015ions/cm2。之后，进行沉积和干蚀刻制程，以沿着闸极结构的侧壁形成间隙壁116。间隙壁116可由下列材料形成：氮化硅层、氧化硅层、氮氧化硅层、氮化硅层和氧化硅层的交替层、或是上述的组合。之后，进行一重掺杂离子布植，且闸极间隙壁116是供作罩幕，以布植多种的杂质至结晶层106”中，形成源极/漏极区118。源极/漏极区118的边界是大约分别对准到闸极间隙壁的外部侧壁。重掺杂离子布植制程的能量约介于1～100Kev，且掺杂量约介于5×1013～1×1016ions/cm2。
因此，根据上述实施例，本发明至少具有下列优点：
(1)由此方式形成复晶硅或单晶硅过程中，可以明显地增加准分子激光能量制程窗口约15％以上。
(2)根据本发明实施例的方法，可以藉由底层单晶硅作为晶种，再经由准分子激光退火技术将非晶硅再结晶成为单晶硅或复晶硅，所以电子移动率(Electron mobility)可以明显地增加，并可以解决低温复晶硅因为面板尺寸增大后(＞15时)，电子移动率无法满足的缺点。此外，根据本发明实施例的方法，其可提升薄膜电晶体元件的电子移动率外，并且可以缩短传统使用分子束磊晶沉积单晶硅的时间。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，所作的些许的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
【符号说明】
100～基板； 102～缓冲层；
104～单晶层； 106～非晶层；
106”～结晶层； 108～激光光束退火；
110～闸极介电层； 112～闸电极层；
114～轻掺杂区； 116～间隙壁；
118～源极/漏极区。
Claims (19)
1.一种薄膜电晶体的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
提供一基板；
形成一缓冲层于该基板上；
形成一第一单晶层于该缓冲层上；
形成一非晶层于该单晶层上；
以一激光退火方法，将该非晶层转换成一结晶层；
形成一闸极介电层于该复晶层上；及
形成一闸电极于该闸极介电层上，
其中该结晶层是为一第二单晶层或一复晶层。
2.如权利要求1所述的薄膜电晶体的制造方法，其特征在于：还包括：
以该闸电极为罩幕，进行一离子布植制程，于该基板中形成轻掺杂区；
形成一间隙壁于该闸电极及该闸极介电层侧壁；及
以该闸电极和该间隙壁为罩幕，进行一离子布植制程，于该基板中形成源极/漏极区。
3.如权利要求1所述的薄膜电晶体的制造方法，其特征在于：该激光退火方法是为一准分子激光退火。
4.如权利要求3所述的薄膜电晶体的制造方法，其特征在于：该准分子激光退火是采用一准分子激光照射于该非晶层表面，并且在该非晶层表面产生的瞬间温度为1400～1600℃。
5.如权利要求4所述的薄膜电晶体的制造方法，其特征在于：该非晶层是产生融熔状态，而该第一单晶层尚未产生融熔状态。
6.如权利要求1所述的薄膜电晶体的制造方法，其特征在于：该第一单晶层为单晶硅。
7.如权利要求1所述的薄膜电晶体的制造方法，其特征在于：该非晶层为非晶硅，且该复晶层或第二单晶层为复晶硅或单晶硅。
8.如权利要求1所述的薄膜电晶体的制造方法，其特征在于：该第一单晶层的厚度是介于20埃～200埃。
9.如权利要求1所述的薄膜电晶体的制造方法，其特征在于：该第一单晶层是采用分子束磊晶、原子层磊晶、气相磊晶或液相磊晶形成。
10.如权利要求1所述的薄膜电晶体的制造方法，其特征在于：该基板为一玻璃基板。
11.一种将非晶层转换成复晶层或单晶层的方法，其特征在于：包括如下步骤：
提供一基板；
形成一缓冲层于该基板上；
形成一第一单晶层于该缓冲层上；
形成一非晶层于该单晶层上；及
以一激光退火方法，将该非晶层转换成一结晶层，
其中该结晶层是为一第二单晶层或一复晶层。
12.如权利要求11所述的将非晶层转换成复晶层或单晶层的方法，其特征在于：该激光退火方法是为一准分子激光退火。
13.如权利要求12所述的将非晶层转换成复晶层或单晶层的方法，其特征在于：该准分子激光退火是采用一准分子激光照射于该非晶层表面，并且在该非晶层表面产生的瞬间温度为1400～1600℃。
14.如权利要求13所述的将非晶层转换成复晶层或单晶层的方法，其特征在于：该非晶层是产生融熔状态，而该第一单晶层尚未产生融熔状态。
15.如权利要求11所述的将非晶层转换成复晶层或单晶层的方法，其特征在于：该第一单晶层为单晶硅。
16.如权利要求11所述的将非晶层转换成复晶层或单晶层的方法，其特征在于：该非晶层为非晶硅，且该复晶层或第二单晶层为复晶硅或单晶硅。
17.如权利要求11所述的将非晶层转换成复晶层或单晶层的方法，其特征在于：该第一单晶层的厚度是介于20埃～200埃。
18.如权利要求11所述的将非晶层转换成复晶层或单晶层的方法，其特征在于：该单晶层是采用分子束磊晶、原子层磊晶、气相磊晶或液相磊晶形成。
19.如权利要求11所述的将非晶层转换成复晶层或单晶层的方法，其特征在于：该基板为一玻璃基板。
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