TWI297215B - Laser apparatus and manufacturing method of thin film transistor using the same - Google Patents
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Description
1297215 » , • * 九、發明說明: 【潑^明戶斤屬之貝】 相關申請案之交互參照 本申請案聲請申請於2005件2月7日之韓國專利申請案 5第2005_0011255號的優先權,其全部揭示内容併入本文作 為參考資料。 發明領域 I 本揭示内容係有關於雷射裝置及使用該裝置以製造薄 膜電晶體的方法,且更特別的是有關於一種可用來在結晶 10製程期間產生均勻非晶矽層的雷射裝置以及一種使用該雷 ,射裝置以製造薄膜電晶體的方法。 L· ^tr
V 發明背景 平板顯示裝置廣泛使用於顯示裝置。平板顯示裝置包 15含,例如,液晶顯示器或有機發光二極體顯示器。 液晶顯示器與有機發光二極體顯示器用不同的機構顯 示影像,但兩者都含有薄膜電晶體。 薄臈電晶體包含,例如,通道區、閘極、源極、以及 沒極。通道區可由非晶矽形成。非晶矽由於移動率(mobility) 20 低而有低電氣性及可靠性。 已有人開發出由複晶矽形成通道區、移動率約20平方 公分/伏特·秒至約150平方公分/伏特·秒的複晶矽薄膜電 晶體。由於複晶矽薄膜電晶體的的移動率高於包含由非晶 石夕形成之通道區的薄膜電晶體,用複晶矽薄膜電晶體可毫 5 1297215 無困難地實現内建1C的真空鸯光顯示器(chip in gl㈣,意 •思是形成驅動電路於基板内。 •用於形成複晶矽層的製程包含:以高溫蒸鍍複晶矽於 基板上的蒸鍍製程·沉積非晶矽且使非晶矽約於6〇〇〇c結晶 5的鬲溫結晶製程·以及沉積非晶矽以及用雷射處理的熱處 理製程。 使用雷射的習知製程係包含連續側向結晶(SLS)法以 丨 及準分子雷射退火(ELA)法。在SLS法中,複晶石夕顆粒的成 長方向與基板平行。在似法巾,複晶⑦雜的成長方向 10 與基板垂直。 • E L A製程係以帶狀雷射光束掃描非晶㈣而使非晶石夕 • H當基板的尺寸變大時,#射光束的尺度會不足。因 Λ ’已有人使用以雷射光束掃描基板兩次的兩次掃描法。 不過,兩次掃描法會產生雷射光束過度照射的重疊區,以 ^ 致複晶碎層會不均勻。 丨 C 明内 發明概要 本發明的具體實施例提供一種可用來在多次掃描的結 日日製矛王期間產生均勻非晶石夕層的雷射裝置以及一種使用該 2〇雷射裝置以製造薄膜電晶體(TFT)基板的方法。 根據本發明的具體實施例,雷射裝置包含:-雷射產 生單元、’以及,一強度圖樣調節單元,其係具有一對配置 成彼此平仃的阻隔部件以及_對置於該對阻隔部件之間且 調整入射雷射光束之強度的半通部件。 6 1297215 各個半通部件可由各彳_隔部件延伸。 通過半通部件較靠近阻隔部件的部份,該雷射光束的 強度可變為較弱。 該雷射光東的強度在半通部件中可逐步降低。 各個阻隔部件中可裝設一金屬板。 各個半通邻件中可裝設一底板以及一形成於該底板上 的塗佈層。
該塗佈層可包含鉻(Cr)、氟化鎂(MgF2)、三氧化二|呂 (2 3) 一氧化石夕(Si02)、氟化飼(caF2)、氟化銘(aif3)、 10及/或矽化鉬(M〇Si)。 該塗佈層可包含一狹縫。 穿過強度圖樣調節單元的雷射光束可構成一帶狀,且 入射田射光束的強度在對面末端可突然降低。 15 20 該雷,置可進-步包含:—投影透鏡,其係調整該 雷射產生單元所產生之人射雷射光束的焦點,其中該強度 圖樣調節單元係置於該投影透鏡後面。 抑一根據本發明的具體實施例,雷射裝置包含—雷射產生 單7L、_包含—對阻隔部件的強度圖樣調節單元、一置於 •通部件 其間的全通部件、以及—置於各個阻隔部件與該全、 之間的半通部件。 方法=發明的具體實施例,一種製造-薄媒電晶體的 4係包含:在—基板上形成-非晶抑,使用-包含一 二=元與一強度圖樣調節單元的雷射裝置使該非晶 曰曰而形成—複晶♦層,其中該強度圖樣調節單元勺 7 1297215 含-對阻隔部件、一置於其間的全通部件、以及一置於各 2阻隔部件與該全通部件之_半通部件;形成-閘極絕 • γ膜於該複晶石夕層上,形成—閘極於該複晶㈣之閘極絕 5 *二上藉由〉主入雜質於該複晶矽層内而形成源極及汲極 部份,、形成一層間絕緣膜於該閘極上,藉由蝕刻該閘極絕 緣膜或該層間絕緣膜而形成暴露該等源極及沒極部份之接 ,孔,以及通過該等接觸孔而形成各自與該等源極及汲極 % σ卩份連接的源極與汲極接觸部份。 圖式簡單說明 由以上結合附圖所做的說明可瞭解更多本揭示内容較 , 佳具體實施例的細節。 • 第1圖的示意圖係圖示本發明雷射裝置之一具體實施 例; 第2圖的透視圖係圖示本發明雷射裝置之一具體實施 15例的強度圖樣調節單元; # 第3圖的示意圖係描述穿過本發明雷射裝置之一具體 實施例的雷射光束之強度圖樣; 第4圖的示意圖係圖示使用本發明雷射裝置之一具體 實施例時,非晶矽層的結晶製程; 2〇 第5圖的示意圖係描述穿過本發明雷射裝置另一具體 實施例的雷射光束之強度圖樣; 第6圖的透視圖係圖示本發明雷射裝置另一具體實施 例的強度圖樣調節單元; 第7圖的透視圖係圖示本發明雷射裝置另一具體實施 8 1297215 例的強度圖樣調節單元; • 帛8®的橫截面圖係圖示本發明之—具體實施例的複 . 晶矽薄膜電晶體;以及 第9A至9E圖的橫截面圖係圖示本發明之一具體實施 5例的複晶矽薄膜電晶體的製程。 I:實施方式】 較佳實施例之詳細說明 • 以下參考詳述本發明具體實施例的細節。然而,本發 明可實作成許多不同的形式且不應被視為是受限於本文所 10提及的具體實施例。請參考第i圖,t射裝置i包含:一雷射 , 產生單元10、一光學系統20、一反射鏡30、一投影透鏡40、 * 以及一強度圖樣調節單元5〇。 該雷射產生單元1〇產生一未經處理的原始雷射光束。 該雷射產生單元10可包含一雷射產生管(未圖示)。該雷射產 15生官包含上電極與下電極,且在其間裝入氣體,例如,氙、 • 氣、氦、或氖。原始雷射光束的尺寸為約12毫米X約36毫米。 供給雷射產生單元10中產生的原始雷射光枣至一光學 系統20。該光學系統20包含多個反射鏡與透鏡。該光學系 統20於必要時調整原始雷射光束且提供雷射光束至投影透 20 鏡40 。 通過光學系統20所調整之雷射光束在反射鏡3〇被反 射,然後經由投影透鏡40照射到非晶矽層21〇。投影透鏡4〇 調整雷射光束的焦點。儘管未圖示,在投影透鏡的下半 4可裝没一保遵透鏡以保護投影透鏡4〇在結晶製程期間不 9 1297215 被損壞。 才又〜透鏡40所照射的雷射光束為帶狀,且雷射光束的 〜為4毫米寬、200毫米長。強度圖樣調節單元5〇調 $即雷射光束的長度。在雷射光束穿過強度圖樣調節單元5〇 子面末^,以連、續方式逐漸降低或以一或更多 步犬然降低雷射光束的強度。
在強度圖樣調節單—下方放置一形成—非晶石夕層 2職其上之基板2⑽。可用電裝增強化學氣相沉積㈣4 製f在基板2GGJi>儿積該非晶碎層训。在_平台⑽上形 〇該基板200。該平台3〇〇係移動該基板細於X及γ方向以使 非晶矽層210的整個部份結晶。 15 20 月/ 厶、3圖,強度圖樣調節單元50係成對配置戈 兩側。強度圖樣之調節單_之間的空間為-雷射光束; 過仍能保持強度的全通區。強度圖樣調節單元50之間的s 離等於雷射光束照射_晶條_長度。強度圖樣和 早儿5〇包含—金屬板51、—與金屬板肋合的底板52、, 及一組合該金屬板51與該底板52的組合元料。 金屬板51係成對配置於兩側。金屬板51可包含,例如 紹或不鏽鋼。雷射光束無法穿透配置金屬板Μ的阻隔區。 =由金屬板51延伸至全通區,且底 上-塗佈層53。該底板52可包含石英,而塗佈層Μ可以 絡、氣她、Al2〇3、Si〇2、氟蝴、氟她 ; 之至少—種。雷射光束穿過轉層纽 = 過全通區關,因此由金屬_延伸至全通㈣塗佈^ 10 形成一半通區。該塗佈層53藉由反射或吸收雷射光束而降 低田射光束的強度。雷射光束穿過半通區的的強度約為雷 射光束穿過全通區的百分之50。 組合兀件54可為任何能將金屬板51固定於底板52的物 件在本發明的具體實施例中,該組合元件54可包含抗雷 射光束的材料。 雷射光束穿過強度圖樣調節單元5〇的強度圖樣係描述 於第3圖。雷射光束在全通區能保持強度,但雷射光束無法 牙透阻隔區。在通過置於全通區與阻隔區之間的半通區 後’雷射光束的強度會立即下降。 第4圖的示意圖係圖示使用本發明雷射裝置之一具體 實施例時,非晶矽層的結晶製程。 當基板200的尺寸很大時,雷射光束的長度會不足。因 此,如第4圖所不,要掃描兩次才能掃描基板2〇〇的整個部 份。 第一次掃描使非晶矽層210的部份區域結晶,然後以第 一次掃描使非晶矽層210的其餘部份結晶。這會使暴露於第 一次及第二次掃描的區域A過度結晶。形成於過度結晶區的 複晶矽層220可能會有與其餘區域不同的性質。 過度結晶區d2的寬度約為〇·ι毫米至約〇·25毫米。強度 圖樣調節單元50的半通區寬度di大體與過度結晶區的寬度 d 2 —樣。複晶矽層2 2 〇被第一次及第二次掃描所結晶的重疊 部份係藉由穿過半通區的弱化雷射光束結晶。穿過半通區 的雷射光束強度約為穿過全通區的雷射光束強度的百分之 I2972l5 . * ^ 二::„露於雷射光束的強度會與其餘區 從 帛5®料意》係描述穿過树明雷射裝置另― 實施例的雷射光束之強度圖樣。 一體 形成於底板52上的塗佈層53有兩個各有不同 的。P伤。罪近全通區的部份有較低的阻隔程度 ^
光束的程度可能取決於塗佈層53厚度及材料而有3=射 因此,雷射光束穿過強度圖樣調節單元50到對 W度是逐步不連續的變化。 ~的強 π晴參考第6與7圖,本發明具體實施例的強度圖樣調節 單元50包含底板52與塗佈層53。底板52可包含石英]二: 佈層53可包含鉻、氟化鎂、三氧化二銘、二氧切、氣化 詞、氟化鋁、及/或矽化鉬。 15
20 如第6圖所示之具體實施例,在強度圖樣調節單元5〇 中,形成於阻隔區的塗佈層53較厚,半通區較薄,且全通 區不形成塗佈層53。圖示於第6圖的具體實施例之雷射光束 穿過強度圖樣調節單元5〇的強度圖樣類似於圖示於第3圖 的具體實施例之雷射光束穿過強度調節單元50的強产圖 樣。 又回 如第7圖所示之另一具體實施例,在強度圖樣調節單元 5〇中,形成於阻隔區的塗佈層53較厚,且全通區不形成塗 佈層53。半通區的塗佈層53係以數個狹縫的形式裝設。去 狹縫越靠近阻隔區時,狹縫之間的距離越短。雷射光束穿 12 1297215 過狹縫時會變弱。狹縫之間的空間越窄,雷射光束越弱。 因此,雷射光束穿過強度圖樣調節單元50的的強度在對面 末端處逐漸降低且連續。 根據數個具體實施例的雷射裝置丨也可應用於3次或更 5多次的掃描。可將強度圖樣調節單元50的半通區與阻隔區 形成為單體。替換地,可不將半通區與阻隔區形成為單體。 半通區的塗佈層53可隨著厚度、材料、及形狀而改變。 以下描述使用本發明雷射裝置丨之具體實施例所製成 的複晶矽薄膜電晶體(TFT)。 10 如第8圖所示,形成一緩衝層111於一基板110上,以及 形成一複晶矽層130於該緩衝層hi上。該緩衝層m包含, 例如,氧化矽,且防止基板11〇的鹼金屬滲入複晶矽層13〇。 複晶矽層130包含一通道部份131,其係經配置成在被源極/ 汲極部份133a與133b包圍的輕摻雜汲極(〇)0)層132a與 15 132b 之間。 LDD層132a與132b為η型輕度摻雜,且傳播熱載子(hot cairier)。通道部份131未以雜質摻雜,且源極/沒極部份133a 與133b為η型重度掺雜。在複晶矽層130上配置一包含氧化 矽或氮化矽的閘極絕緣膜141,且在對應至通道部份131的 20閘極絕緣膜Ml上配置一閘極151。在閘極絕緣膜141上配置 一覆蓋閘極151的層間絕緣膜152。 閘極絕緣膜141與層間絕緣膜152有暴露複晶矽層no 中之源極/汲極部份133a與133b的接觸孔181與182。在層間 絕緣膜152上配置:一通過接觸孔181而與源極部份13允連 13 1297215 接的源極接觸部份161 ;以及,一汲極接觸部份162,其係 配置成中間為閘極151且與源極接觸部份161相對。汲極接 觸部伤162係通過接觸孔182而與沒極部份i33b連接。以一 鈍化膜(passivation film)171覆蓋該層間絕緣膜152,且在鈍 5化膜171中配置一暴露汲極接觸部份162的接觸孔183。在鈍 化膜171上配置一包含ΓΓΟ(氧化銦錫)、IZ〇(氧化銦鋅)、或 有反射率之導電材料的像素電極(pixel electr〇de) 172。該像 素電極172係通過接觸孔183而與汲極接觸部份162連接。 以下描述製造本發明具體實施例之複晶矽丁^^丁的方法。 10 如第9A圖所示,在基板110上沉積緩衝層1U與非晶矽 層121。然後,根據本發明具體實施例,使用包含強度圖樣 調節單元50的雷射裝置1藉由準分子雷射退火製程(excimer laser annealing process)而使非晶矽層121結晶。用本發明具 體實施例的強度圖樣調節單元50,可使雷射光束照射於非 15 晶矽層121的強度均勻。 第9B圖圖示已結晶之複晶矽層13〇的圖樣。 隨後,如第9C圖所示,藉由沉積氧化矽或氮化矽而形 成該閘極絕緣膜141。然後,沉積及圖樣化一用於閘極接線 (gate wire)的導電材料以形成該閘極15卜然後,藉由以閘 2〇極151為遮罩,注入η型雜質以便形成通道部份131 '[DD層 132a與132b、源極/沒極部份133a與133b於複晶石夕層130内。 有許多方法可製成LDD層132a與132b。例如,該閘極151係 由一雙層(double layer)組成且接著用蝕刻製程形成一突出 物。接下來,如第9D圖所示,在閘極絕緣膜141上形成覆蓋 14 1297215 • · • · 閘極151的層間絕緣膜152,且與閘極絕緣膜141 一起圖樣 ,化,從而形成暴露複晶矽層13〇中之源極/汲極部份1338與 133b的接觸孔181與182。 然後,如第9E圖所示,在基板11〇上半部沉積用作資料 5 線(data wire)的金屬且予以圖樣化以形成各自通過接觸孔 181與182而與源極/汲極部份133&與1331)連接的源極接觸部 份161與汲極接觸部份162。 I 之後,如第8圖所示,在源極接觸部份161與汲極接觸 部份162上方沉積鈍化膜171且予以圖樣化以形成暴露汲極 10 接觸部份162的接觸孔183。配置及圖樣化透明導電材料(例 _ 如,ITO、IZO、或有高反射率的導電材料)以形成該像素電 極 172〇 本發明具體實施例的TFT與TFT基板不只可用於LCD 裝置,也可用於有機發光二極體(OLED)裝置。OLED係使 15 用本身在收到電子訊號時會發光的有機材料。有成層結構 (layered structure)的這種OLED係包含一陰極層(像素電 極)、一電洞注入層、一電洞傳輸層、一發光層、一電子傳 輸層、一電子植入層、以及一陽極層(輔助電極)。根據本發 明的具體實施例,TFT*板的沒極接觸部份係與陰極層電氣 20連接,從而傳送資料訊號。TFT基板的没極接觸部份可與陽 極層電氣連接。 儘管已參考附圖描述了較佳具體實施例’應瞭解’本 發明不受限於該等明確的具體實施例’反而是熟諳此藝者 可做出各種改變及修改而不脫離本發明的精神與範缚。希 15 1297215 * « * . 望以下申請專利範圍所界定的本發明範疇可涵蓋所有此類 . 的改變及修改。 t圖式簡單說明3 第1圖的示意圖係圖示本發明雷射裝置之一具體實施 5 例; 第2圖的透視圖係圖示本發明雷射裝置之一具體實施 例的強度圖樣調節單元; 第3圖的示意圖係描述穿過本發明雷射裝置之一具體 實施例的雷射光束之強度圖樣, 10 第4圖的示意圖係圖示使用本發明雷射裝置之一具體 _ 實施例時,非晶矽層的結晶製程; 第5圖的示意圖係描述穿過本發明雷射裝置另一具體 實施例的雷射光束之強度圖樣; 第6圖的透視圖係圖示本發明雷射裝置另一具體實施 15 例的強度圖樣調節單元; 第7圖的透視圖係圖示本發明雷射裝置另一具體實施 ) 例的強度圖樣調節單元; 第8圖的橫截面圖係圖示本發明之一具體實施例的複 晶矽薄膜電晶體;以及 20 第9A至9E圖的橫截面圖係圖示本發明之一具體實施 例的複晶矽薄膜電晶體的製程。 【主要元件符號說明】 l···雷射裝置 20···光學系統 10…雷射產生單元 30···反射鏡 16 1297215
132a432b…輕摻雜沒極(LDD)層 133a···源極部份 133b…沒極部份 40…投影透鏡 50···強度圖樣調節單元 51…金屬板 52…底板 53…塗佈層 54…組合元件 110…勒反 111…緩衝層 121…非晶石夕層 130…複晶矽層 131…通道部份 141…閘極絕緣膜 151…閘極 152…層間絕緣膜 161…源極接觸部份 162…沒極接觸部份 171…純化膜 172···像素電極 181,182,183…接觸孔 200…基板 210…非晶石夕層 220…複晶矽層 300…平台 dl···半通區寬度 d2…過度結晶區 17
Claims (1)
1297215 十、申請專利範圍: 1· 一種雷射裝置,其係包含: 一雷射產生單元;以及 一包含一對阻隔部件及一對半通部件的強度圖樣 調節單元,其中該對半通部件係置於該對阻隔部件之間 且調整一入射雷射光束之強度。
2·如申請專利範圍第1項所述之雷射裝置,其中各個半通 部件係由各個阻隔部件伸出。 3·如申請專利範圍第1項所述之雷射裝置,其中該雷射光 束的強度在通過一半通部件比較靠近一阻隔部件的部 份後變弱。 4·如申請專利範圍第3項所述之雷射裝置,其中該雷射光 束的強度在該半通部件中逐步降低。 5·如申請專利範圍第1項所述之雷射裝置,其中將該對阻 隔部件配置成彼此平行。
6.如申請專利範圍第1項所述之雷射裝置,其中在各個阻 隔部件中裝設一金屬板。 7. 20 8. 如申請專利範圍第6項所述之雷射裝置,其中在各個半 通部件中裝設一底板以及〆形成於該底板上的塗佈層。 如申請專利範圍第7項所述之雷射裝置,其中該塗佈層 包含鉻、氣化鎂、三氧化二鋁、二氧化矽、氟化鈣、氟 化銘、或秒化翻中之至少一種。 其中該塗佈層 如申請專利範圍第7項所述之雷射裝置, 包含一狹縫。 18 9· 1297215 ιο·如申請專利範圍第1項所述之雷射裝置,其中穿過該強 度圖樣調節單元之入射雷射光束係構成一帶狀,且該入 射雷射光束之強度突然降低於其對面末端處。 11·如申請專利範圍第1項所述之雷射裝置,其係更包含一 投影透鏡,其係調整該雷射產生單元所產生之入射雷射 光束的焦點’其中該強度圖樣調節單元係置於該投影透 鏡後面。
12·—種雷射装置,其係包含: 一雷射產生單元;以及 10 15
20 一強度圖樣調節單元,其係包含:一對阻隔部件、 一置於該對阻隔部件之間的全通部件、以及一置於各個 阻隔部件與該全通部件之間的半通部件。 13_如申請專利範_12顿述之雷射裝置,其巾該全通部 件構成一帶狀。 14. 一種製造一薄膜電晶體的方法,其係包含·· 在一基板上形成一非晶矽層;以及 藉由使用-包含一雷射產生單元與一強度圖樣調 節單元的雷射裝置使該非晶石夕層結晶而形成一複晶石夕 層,其中該強度圖樣調節單元包含-對阻隔部件、一置 於其間的全通部件、以及—置於各個卩羯部件與該全通 部件之間的半通部件。 .如申請專利範圍第14項所述之方法,其係更包含 形成一閘極於 形成一閘極絕緣膜於該複晶石夕層上; 該閘極絕緣膜上; θ , 19 15 1297215 藉由注入雜質於該複晶矽層内而形成源極及汲極 部份; 形成一層間絕緣膜於該閘極上;藉由蝕刻該閘極絕 緣膜或該層間絕緣膜而形成數個暴露該等源極及汲極 5 部份之接觸孔;以及 通過該等接觸孔而形成各自與該等源極及汲極部 份連接的源極與汲極接觸部份。 16.如申請專利範圍第14項所述之方法,其中該全通部件構 成一帶狀。 10
20
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