TW200428664A - A thermal plate crystallization method - Google Patents
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Description
200428664 五、發明說明（1) 【發明領域】 本發明係有關於一種熱板結晶製造方法，適用於多晶 矽薄膜電晶體之結晶製程，特別是有關於一種利用快速高、 溫退火之熱板結晶製造方法。 【發明背景】 習知之結晶技術包含固相結晶技術（Solid phase Crystallization，SPC)與雷射結晶技術（Excimer Laser Annealing，ELA)，其中，由於固相結晶技術 (SPC)所需的結晶溫度約在6 0 0 °C左右，而玻璃基板 (Corning 1 737)形變溫度666 °C，使得多晶矽結晶製程無❿ 法在彳貝格較為便宜的玻璃基板上完成，而必須採用高單價 的材質例如石英晶片（Quartz )，材料的限制將導致量產 成本的提南’又’採用雷射結晶技術，雖結晶製程基板溫 度比固相結晶法低，但該技術所需使用的儀器設備卻相對 的高，因此，本發明技術提供一種具有熱板區結構的多晶 矽薄膜電晶體，藉由該熱板區結構的特殊選擇性加熱性 質，可使該多晶矽薄膜電晶體在高溫狀態下快速結晶，又 不會對基板造成破壞。因此，本發明技術適用於玻璃基 板，且機台設備便宜，極具產業之利用價值。 習知金屬誘發橫向結晶（MILC: Metal Induced ^
Lateral Crystallization)製造方法，利用燈管加熱沉積 至非晶矽層上方之晶種，請參考第第一 A圖至一 D圖係為習 知高溫退火之金屬誘發橫向結晶製造方法流程圖，係為習 知金屬誘發橫向結晶（MILC: Metal Induced Lateral
第8頁 200428664 五、發明說明（2)
Crystal 1 izat ion)製造方法，請先參考第一A圖係為習知 南溫退火之金属誘發檢向結晶製造方法之步驟一，首先於 一玻璃基板1 0上方形成一非晶矽層2 0，再參考第一 B圖係 為習知高溫退火之金屬誘發橫向結晶製造方法之步驟二， 利用物理氣相沉積或電鍍的方式將鎳（N i )、鈀（Pd )等 金屬沉積到該非晶矽層2 0上方，之後請參考第一 c圖所示 習知高溫退火之金屬誘發橫向結晶製造方法之步驟三經過 黃光、钮刻等製程形成區域金屬分布以利後段金屬誘發橫 向結晶（MILC: Metal Induced Lateral
Crystallization)過程，其中該非晶矽層2〇會先與沉積到 該非晶石夕層20上方的金屬薄膜先形成一金屬矽化物、 (Silidde ) 31，該金屬矽化物31可作為該非晶矽結晶成 多晶矽（Poly-Si ) 32結構之晶種，且該非晶矽的矽分子 可被該ί屬石夕化物31溶解並析出結晶，請參考第-D圖所 Iΐ 15 Γ退火之金屬誘發橫向結晶製造方法最後步驟， 非晶矽結晶形成多晶矽'”誘¥板向結晶㈣’促進該 向結晶（㈣）時，層發生金屬誘導橫 定義的非晶矽層，因此二成的遠金屬矽化物會擴散至非 金屬污染的問題，使彳曰占兀件通道區（channel)將會有 件電性。 于成品π件漏電流提高，影響成品元 有鑑於此，本發明坦 晶矽薄膜電晶體之結曰制，熱板結晶製造方法，適用於多 高溫退火之熱板結晶：：t ’特別是有關於-種利用快速 衣k方法，且本發明技術與金屬誘發
200428664 五、發明說明（3) 橫向結晶（MILC: Metal Induced Lateral Crystallization)不同的是，本發明技術所提供之熱板區 不會與非晶矽薄膜固溶形成金屬矽化物，因此不是藉由金 屬矽化物以誘發橫向結晶，而是利用熱板區對紅外線有較 佳吸收率及高熱穩定性的特性，藉由熱板區吸收紅外線， 受熱後藉由熱傳導方式將能量，間接轉移給非晶矽層，使 該非晶矽層得以快速結晶形成多晶矽。更可再於熱板區與 非晶矽層間，沉積一層薄的氧化層，藉由該氧化層阻檔於 快速高溫退火時，熱板區與非晶矽層間高溫擴散現象，而 有效地避免TFT元件通道區（channel)有金屬污染的問題。j 又’本發明技術利用脈衝快速高溫退火技術（pRTp)，以紅 外線瞬間加熱方式，利用物質對紅外線（I r )有不同吸收率 的特性’做選擇性加熱，其中玻璃基板不能有效吸收紅外 線，並不會因熱板區製程溫度太高7 〇 〇 °c )，而發生玻 璃基板破裂問題，進而達到最有效率高溫快速結晶之目 的。 【發明之概述及目的】 本發明為一種熱板結晶製造方法，係應用於多晶矽薄 膜電晶體之結晶製程，特別是有關於一種利用快速高溫退 火之熱板結晶製造方法，本發明技術利用脈衝快速高溫退顯 火技術（PRTP)，以紅外線瞬間加熱方式，利用物質對紅外 線（IR)有不同吸收率的特性，做選擇性加熱，其中玻璃基 板與非晶砍不能有效吸收紅外線，並不會因熱板區製程溫 度太高（> 7 0 0 °C )’而發生玻璃基板破裂問題。
第10頁 發明說明（4) 本發明技 法，係應用於多^另目的係提供—種熱板結晶製造方 術所提供之熱 ' =恤退火之熱板結晶製造方法，本發明技 物，因此不；難：不會與非晶矽薄膜固溶形成金屬矽化 熱板區對紅外』2屬矽化物以誘發橫向結晶，而是利用 熱板區吸收紅外”吸收士及高熱穩定性的特性，藉由 轉移給非晶矽屑、：# f熱後猎由熱傳導方式將能量，間接 矽。 ㈢，使该非晶矽層得以快速結晶形成多晶 本發日月；-«V σ 法，係應用y / θ 一目的係提供—種熱板結晶製造方 於〜種二：==電晶體之結晶製•，特別是有關 熱板區邀非S、、门/JnL k火之熱板結晶製造方法，更可再於 層阻槽=積-層薄的氧化層，•由該氧化 現象，=速同^退火時，熱板區與非晶矽層間高溫擴散 的問題。效地避免TFT元件通道區（channel)有金屬污染 多晶成上述目的，本發明熱板結晶製造方法係應用於 心：：膜電晶體之結晶製程，其係包括：首先形成一非 上方7甘一基板上方，之後，沉積一熱板層於該非晶矽層 區，刺2中5亥熱板層再經由一黃光蝕刻製程得到一熱板 性，鋅山熱板區對紅外線有較佳吸收率及高熱穩定性的特 量，=熱板區吸收紅外線’受熱後藉由熱傳導方式將能 成多晶Ϊ轉移給非晶石夕層’使該非晶石夕層得以快速結晶形
第11頁 200428664
五、發明說明（5) 【實施方式】
本發明提供一種熱板結晶製造方法，係應用於多晶石夕 薄膜電晶體之結晶製程，該熱板結晶製造方法，首先形成 一非晶矽層於一基板上方，之後，沉積一熱板層於該非晶 矽層上方，其中該熱板層再經由一黃光蝕刻製程得到一熱 板區，請參考第二A圖至第二E圖，係為本發明熱板結晶製 造方法一較佳實施例之流程示意圖，請先參考第二A圖本 發明熱板結晶製造方法一較佳實施例之步驟一形成一非晶 矽層50於一玻璃基板40上方，其次，請參考二B圖本發明 熱板結晶製造方法一較佳實施例之步驟二，利用物理氣相 沉積（PVD)的方式，將金屬鎢化鉬（MoW )、鉻（Cr )或其 他會吸收紅外線且具有高熱穩定性之材料沉積至該非晶石夕 層基板50上方’使形成一熱板層60，之後請參考二c圖本 發明熱板結晶製造方法一較佳實施例之步驟三，經過黃 光、钱刻等製程形成區域金屬分布，該區域金屬分佈係為 ，板區6 1 ’請參考二D圖本發明熱板結晶製造方法一較佳 實施例之步驟四，藉由熱板區61吸收紅外線，受熱後藉由 熱傳導方式將能量間接轉移給非晶矽層5 〇，使該非晶矽声 50得以快速結晶形成多晶矽62。 9 結 孰 質 其 最後’進入南溫退火系統 晶製造方法一較佳實施例之 之快速高溫退火系統，藉由 對紅外線（I R )有不同吸收率 中玻璃基板40與非晶矽5〇不 ，請參考二E圖本發明熱板 最後步驟，係利用紅外線加 紅外線瞬間加熱，再針對物 的特性，進行選擇性加熱； 能有效吸收紅外線，並不會
$ 12頁 200428664 五、發明說明（6) 因熱板區61製程溫度太；乂。 裂問題…利用熱板區(對,:0二而發生玻璃基板破 定性的特性，#由熱板區;】：卜；：較佳吸收率及高熱穩 方式將能量，間接轉移給= \受熱後藉由熱傳導 速結晶形成乡曰曰曰石夕。 層’使該非晶#層得以快 除此之外，更可再协 嚷的备外舔 Μ丄> β 、…、板區與非晶矽層間，沉積一層 薄的乳化層，错由該氧化屑 π盥非曰诊盛叫> 層阻檔於快速高溫退火時，熱板 區與非晶石夕層間南溫擴散現急 . ^ , u Ί、； 肖欣現象，而有效地避免TFT元件通 道& Cchannel)有金屬污绝从^ Λ
回於*丄々 另蜀，可木的問題，請參考第三Α至第三D 圖係為本發明熱板結晶技術制 ^ -立 议何I仏方法另一較佳實施例之流 Γ::!圖、:具有一薄氧化層之薄膜電晶體熱板結晶技術製 义方法，盲先形成一非晶矽層於一基板上方，之後，沉積 一熱板層於該非晶矽層上方，其中該熱板層再經由一黃光 ，刻製程得到一熱板區，請先參考第三八圖本發明熱板結 晶製造方法一較佳實施例之步驟一形成一非晶矽層50於一 玻璃基板40上方，其次，再以化學氣相沈積法在該非晶矽 層上方5 0長一薄氧化層6 3，之後利用物理氣相沉積（pVD ) 的方式’將金屬鎢化！目（MoW)、鉻（Cr)或其他會吸收 紅外線且具有高熱穩定性之材料沉積至該薄氧化層63上 方’使形成一熱板層60，其中該薄氧化屑63可避免上面金 屬擴散到下方的非晶矽層，之後請參考三C圖本發明熱板 結晶製造方法一較佳實施例之步驟三，經過黃光、钱刻等 製程形成區域金屬分布，該區域金屬分佈係為熱板區6 j， 請參考三D圖本發明熱板結晶製造方法一較佳實施例之步
第13頁 200428664 五、發明說明（7) 驟四，之後進入高溫退火系絲，丨 溫退火系統’藉由紅外線瞬門加線加熱之快速高 (⑻有不同吸收率的特摆物質對紅外線 了1土 進仃選擇性加熱；苴中诂披茸 板40與非晶矽50不能有效吸收紅八 土 製程溫度太高（> 700。〇，而菸哇由\使、會因熱板區61 ^ ; 而發生玻璃基板破裂問 又，利用熱板區61對紅外線有較佳吸收率及 特性，藉由熱板區吸收紅外唆，A + …釔疋丨生的 能量，間接轉移給非晶石夕;卜由熱傳導方式將 結晶形成多晶矽62。 曰 使5亥非的矽層50得以快速 —以上所述僅為說明本發明之較佳實施例，並非用以 二發明之中睛專利範圍，Λ其他未脫 ^ 精神下所作之改變或修正，均岸 ：：所揭路之 圍内。 7應ι 3在下述之申請專利範 提供Hi發明熱板結晶製造方法之詳細說明，本發明 製程：:曰S : ΐ ’適用於多晶矽薄膜電晶體之結晶 及=本發明技術所提供之熱板區對紅外線有較佳 馬熱穩定性的特性，藉由熱板區吸收紅外線，受 傳導方式將能量’間接轉移給非晶石夕層，使該 溫退火技術以紅外線瞬間加熱方式， 轨，^對紅外線UR)有不同吸收率的特性，做選擇性加 (>7〇η>破螭基板不吸收紅外線，並不會因製程溫度太高 C)，而發生玻璃基板破裂問題，進而達到最有效
200428664 五、發明說明（8) 率高溫快速結晶之目的。 綜上所述，充份顯示出本發明熱板結晶製造方法在目 的及功效上均深富實施之進步性，極具產業之利用價值， 且為目前市面上前所未見之新發明，完全符合發 要件，爰依法提出申請。 能以：二ΐ 1者’僅為本發明之較佳實施例而已，當习 利範圍‘ S之L Γ所貫施之範圍。即大凡依本發明申請肩 蓋H η =等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利泪 圍内，謹請t審查委員明鑑，並祈惠准，是所j
第15頁 200428664 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 第一 A、一B、一C、一D圖係為習知高溫退火之金屬誘發橫 向結晶製造方法流程；及 、 第二A、二B、二C、二D、二E圖係為本發明熱板結晶技術 製造方法一較佳實施例之流程示意圖.； 第三A、三B、三C、三D圖係為本發明熱板結晶技術製造 方法另一較佳實施例之流程示意圖； 【符號說明】 1 0、4 0基板； 2 0、5 0非晶矽層； Φ 3 0金屬層； 31金屬矽化物； 6 0熱板層； 6 1熱板區， 3 2、6 2多晶矽層； 6 3薄氧化層。
第16頁
Claims (1)
- 200428664 六、申請專利範圍 1 · 一種熱板結晶製造方法，係應用於多晶矽薄膜電晶之結 晶製程，該熱板結晶製造方法，包括： 形成一基板； 形成一非晶層於該基板上方；及沉積一熱板層於該非晶層上方，其十該熱板層再經由一 黃光蝕刻製程，定義出熱板區圖形，得到一熱板區， 利用本發明技術所提供之熱板區對紅外線有較佳吸收 率及高熱穩定性的特性，藉由熱板區吸收紅外線，受 熱後藉由熱傳導方式將能量，間接轉移給非晶矽層^ 使該非晶矽層得以快速結晶形成多晶矽。又，本發明 技術利用脈衝快速高溫退火技術（PRTP )，以紅外線瞬 間加熱方式，利用物質對紅外線（IR)有不同吸收率的 特性’做選擇性加熱，其中玻璃基板與非晶矽不能有 效吸收紅外線，並不會因熱板區製程溫度太高（> 700 C)’而發生玻璃基板破裂問題。 2 ·如申請專利範圍第丨項之熱板結晶製造方法，其中上述 之基板可為玻璃基板、石英基板。 3 ·如申請專利範圍第1項之熱板結晶製造方法，其中上述之熱板層為可吸收紅外線且具有高熱穩定性材質。 •如申請專利範圍第丨項之熱板結晶製造方法，可再於熱 板區^非晶矽層間，沉積一層薄的氧化層，藉由該氧化 f阻棺於快速高溫退火時，熱板區與非晶矽層間高溫擴 月欠見象而有效地避免TFT元件通道區（channel)有金屬 污染的問題。第17頁 200428664 六、申請專利範圍 其中上述 其中上述 其中上述 5 ·如申請專利範圍第3 之熱板層之熱穩定材質'為板钱结晶製造方法 之熱板層之Λ 板、结晶製造方法 7丄士 穩疋性材質為鉻（CH 〇 •=請專利範圍第3：[貞 之埶柘屏夕舢《 #、低、、、口日日ι造方法 8 -種=穩定性材質為鶴⑴。 〇 · 種熱板結晶炙S a # λ 形成-基板； 4膜電晶體’包括·· 幵》成一非晶石夕層 沉積-埶板巴亥基板上方；以及 經由非晶石夕層上方，其中該熱板層再 板區，利用本;’定義出熱板區圖形，得到-熱 佳吸收率及上i技術所提供之熱板區對紅外線有較 線，受熱的特性，藉由熱板區吸收紅外 砂厚，错由”、、傳導方式將能量，間接轉移給非曰 本： 该非晶矽層得以快速結晶形成多晶矽。又曰，曰 么明技術利用脈衝快速高溫退火技術（PRTP)，以紅 外線瞬間加熱方式，利用物質對紅外線（IR)有不同5 收率的特性，做選擇性加熱，其中玻璃基板不吸收紅 外線’並不會因製程溫度太高（> 7 〇 〇)，而發生破 璃基板破裂問題。 9 ·如申凊專利範圍第8項之熱板結晶多晶矽薄膜電晶體，· 其中上述之基板可為玻璃基板、石英基板。 1 0·如申請專利範圍第8項之熱板結晶製造方法，其中上述 之熱板層為可吸收紅外線且具有高熱穩定性材質。第18頁 200428664 六、申請專利範圍 11.如申請專利範圍第8項之熱板結晶製造方法，可再於熱 板區與非晶矽層間，沉積一層薄的氧化層，藉由該氧 化層阻檔於快速高溫退火時，熱板區與非晶矽層間高 ‘ 溫擴散現象，而有效地避免TFT元件通道區（channel) 有金屬污染的問題。 1 2 ·如申請專利範圍第1 0項之熱板結晶製造方法，其中上 述之熱板層之熱穩定性材質為鎢化鉬（MoW)。 1 3.如申請專利範圍第1 0項之熱板結晶製造方法，其中上 述之熱板層之熱穩定性材質為鉻（C r )。 1 4.如申請專利範圍第1 0項之熱板結晶製造方法，其中上 4 述之熱板層之熱穩定性材質為鎢（W)。第19頁
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