TWI402989B - 形成多晶矽薄膜之方法及使用該方法以製造薄膜電晶體之方法 - Google Patents

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Description

形成多晶矽薄膜之方法及使用該方法以製造薄膜電晶體之方法 發明領域
本發明是關於一種形成具有增強電子特性的多晶矽薄膜之方法，以及一種使用該方法製造薄膜電晶體之方法。
 發明背景
普通的液晶顯示器使用一非晶矽薄膜電晶體(a－Si TFT)，以作為一交換元件。近年來，隨著高解析度顯示器品質LCD的需求，具有高驅動速度的多晶矽薄膜電晶體(聚－Si TFT)已經被廣泛地使用。
在聚－Si TFT中，已知有許多種不同的方法，可用以形成聚Si薄膜。在用於形成聚矽的不同種類的方法中，此聚矽薄膜可以直接形成在一如玻璃製成的基底上。其次，聚矽薄膜可以藉由形成一非晶矽薄膜，且然後實施退火而加以形成。
一般來說，在一LCD中所使用的玻璃基底，在一般大約600℃所執行的退火處理下，可能會產生變形。因此，已經建議使用一種準分子雷射退火(ELA)處理，以便將非晶矽薄膜予以退火。根據此ELA製程，將一具有高能量的雷射光束照射非晶矽薄膜上。也就是說，非晶矽薄膜會在幾奈秒內(ns)瞬間熔化，且再次形成結晶，而不會對玻璃基底產生損害。
此外，ELA製程使非晶矽薄膜具有相當高的電子移動性，致使，當非晶矽薄膜在液相中熔化且然後凝固時，矽原子可以重新在晶粒中排列，而具有很高的結晶度。
在被用作為習知液晶顯示器(LCD)的交換裝置之非晶矽薄膜電晶體(a－矽TFT)中，藉由習知的準分子雷射退火，將非晶矽薄膜結晶成一多晶矽薄膜。然而，此多晶矽薄膜是由多數的晶粒組成，且具有所有的結晶平面方向，也就是說，結晶平面的方向是不規則的。
一般來說，已知多晶矽的{110}或{111}的結晶平面，能展現出大約300到400 cm2 /Vs的電子移動性。反之，多晶矽的{100}結晶平面，則展現出大約600 cm2 /Vs的電子移動性。例如，當多晶矽薄膜其晶粒主要是被定向成{100}結晶平面方向上時，則電子移動性可以增強大約1.5到2倍。
因此，為了增強多晶矽薄膜電晶體的電子特性，所以，必須使晶粒形成具有選擇性的特定結晶平面方向。
 發明概要
本發明提供一種形成多晶矽薄膜的方法，使其具有較佳的電子特性。
本發明亦關於一種使用該多晶矽薄膜的形成方法來製造薄膜電晶體之方法。
對於熟知此項技術者來說，在看到以下的說明之後，將會更加清楚了解本發明的上述特色及優點。
根據本發明一型態，設有一種形成多晶矽薄膜之方法，此方法包含以下步驟：形成一非晶矽薄膜；藉由具有第一能量密度的雷射光束，照射該非晶矽薄膜的一區域，而使該非晶矽薄膜的一部份中的該區域產生局部熔化，藉此，可以在該局部熔化的非晶矽薄膜之區域中，形成具有預定結晶配置方式的多晶矽晶粒；以及，藉由具有大於第一能量密度的第二能量密度之雷射光束的照射，完全熔化該區域內的一部分多晶矽晶粒以及該區域附近的一部份非晶矽薄膜。
根據本發明另一型態，設有一種製造薄膜電晶體之方法，此方法包含以下步驟：在一基底上形成一非晶矽薄膜；藉由以一雷射光束照射該非晶矽薄膜，而形成一多晶矽薄膜；藉由使該多晶矽薄膜產生圖案，而形成一多晶矽圖案；在該多晶矽圖案上，形成一絕緣膜；在該絕緣膜上形成一閘電極；以及，在該多晶矽圖案彼此分離的一些部位上，形成一源極電極以及一汲極電極，且電連接至該多晶圖案的該等部位，其中，形成多晶矽薄膜的步驟，包含：形成一非晶矽薄膜；藉由具有第一能量密度的雷射光束，照射該非晶矽薄膜的一區域，而使該非晶矽薄膜的一部份中的該區域產生局部熔化，藉此，可以在該局部熔化的非晶矽薄膜之區域中，形成具有預定結晶配置方式的多晶矽晶粒；以及，藉由具有大於第一能量密度的第二能量密度之雷射光束的照射，完全熔化該區域內的一部分多晶矽晶粒以及該區域附近的一部份非晶矽薄膜。
圖式簡單說明
從根據以下伴隨附圖所作的本發明較佳實施例之詳細說明中，可以更加清楚的了解本發明的上述及其他特色與優點。
第1圖是根據本發明一實施例形成多晶矽薄膜之方法中所使用的裝置之側視圖。
第2圖是根據本發明一實施例用以形成多晶矽薄膜的方法之平面圖。
第3圖是第1圖的部位A之放大剖面圖。
第4A到4F圖是顯示藉由第2圖顯示的方法，長成多晶矽薄膜的製程之剖面圖。
第5圖是相對於照射至非晶矽的雷射光束之脈衝週期數量，從局部熔化的矽所結晶的多晶矽晶粒之{100}組織比例。
第6A到6D圖是顯示在本發明實施例中形成多晶矽薄膜的方法中，長成多晶矽薄膜的過程之平面圖。
第7A到7D圖是顯示根據本發明實施例，用以製造薄膜電晶體的相繼剖面圖。
 較佳實施例之詳細說明
以下將參考附圖，詳細說明本發明，其中顯示本發明的一些較佳實施例。藉由參考以下較佳實施例的詳細說明及附圖，可以清楚地了解本發明的優點及特色。然而，本發明仍可以不同的形式加以實施，且不應該侷限於以下所述的實施例而已。相反的，對於熟知此項技術者來說，提供這些實施例，將可更加清楚透徹地了解本發明的概念，因此，本發明將藉由以下的申請專利範圍界定才是。相同的元件符號，在整個說明書中是表示類似的元件。
第1圖是顯示在本發明實施例用以形成多晶矽薄膜的方法中所使用的裝置之側視圖。第2圖是顯示根據本發明實施例用以形成多晶矽薄膜的方法之平面圖，且第3圖是第1圖的部位A之局部剖面圖。
參考第1到3圖，用以形成多晶矽薄膜140的裝置，包括一雷射10、一XY臺座20，以及一基底100。
在此，雷射10間歇地產生雷射光束200，將此雷射光束照射在基底100上。最好，雷射10是一準分子雷射，可產生短波長、高功率以及高效率的雷射光束。準分子雷射可以包括例如：惰性氣體、惰性氣體的鹵化物、汞的鹵化物、惰性氣體的酸性化合物、多元素準分子等。惰性氣體的範例包括Ar2 、Kr2 以及Xe2 。惰性氣體的鹵化物範例包含ArF、ArCl、KrF、KrCl、XeF以及XeCl，汞的鹵化物包含HgCl、HgBr以及HgI。惰性氣體的酸性化合物包括ArO、KrO以及XeO。多元素準分子的範例包括Kr2 F以及Xe2 F。
準分子雷射所產生的雷射光束，其具有200到400 nm的波長，且最好是250 nm或308 nm。也就是說，由於固相非晶矽薄膜132是作為多晶矽薄膜140的晶粒成長用之核心，所以，多晶矽薄膜140會從其任一側橫向長出雷射光束200的一半寬度。在此，多晶矽薄膜140可以橫向成長至1 μm到10 μm，典型是2 μm到10 μm。
在此，雷射光束200具有脈衝形式，脈衝寬度是介於20到300 ns的範圍內，且最好大約是240奈秒(ns)。雷射光束200的頻率是在300到6000 Hz的範圍之間，且最好是從4000到6000 Hz之間。
此外，雷射10可以是一種固相雷射，可以從一很小的微小裝置，在短時間內產生高能量的脈衝雷射光束。固相雷射例如可為：具有波長694.3 nm的紅寶石雷射；具有波長1064 nm的Nd：YAG雷射；具有波長1064 nm的Nd：玻璃雷射等等。為了方便說明，本發明將針對準分子雷射加以說明。
XY臺座20可支撐基底100，且逐漸地移動該基底100達一段預定距離。例如，XY臺座20逐漸地將基底100，從右到左移動一定距離。
當基板100被XY臺座20逐漸移動時，從雷射10所產生的雷射光束200，會照射在基底100上，同時它會從基底100的第一端102，非常緩慢地移動到基底100的第二端104，在此，基底100的第一端102稱之為基底100的左側，而基底100的第二端104則稱之為基底100的右側。相反地，XY臺座20也可以逐漸地使基板100從左到右移動一預定距離。
基底100是被放置在XY臺座20上，且包括一透明基底110、一氧化物層120以及一非晶矽薄膜130。基底100的尺寸可以根據使用的目的而加以改變。
透明基底110是被放置在XY臺座20上，且由玻璃或石英製成，以允許光線通過。氧化物層120是被放置在透明基板110上，以便增加透明基板110與非晶矽薄膜130之間的介面特性。非晶矽薄膜130是藉由化學蒸鍍法(CVD)而形成在氧化物層120上，且由非晶矽製成。
從雷射10所產生的雷射光束200照射到非晶矽薄膜130上，且瞬間熔化一部份的非晶矽薄膜130。非晶矽薄膜130的熔化部份很快速地受到液相結晶，藉此形成多晶矽所製成的多晶矽薄膜140。
第4A到4F圖顯示藉由第2圖所示的方法，長成多晶矽薄膜的製程之剖面圖。更明確地說，第4A圖顯示藉由起初雷射光束照射，而局部熔化非晶矽薄膜。第4B圖顯示多晶矽的橫向成長。第4C圖顯示在多晶矽的橫向成長長度中間，形成一突出部146。第4D圖顯示藉由雷射光束照射，而熔化突出部146。第4E圖顯示多晶矽的橫向成長，且第4F圖顯示在多晶矽的橫向成長長度中間，形成突出部146。
參考第1與4A圖，首先，製備一個上面具有非晶矽薄膜132的基底100以及一個產生雷射光束200的雷射10。基底100是被放置在一XY臺座20上，且雷射光束200具有較窄的寬度以及很長的長度。最好，雷射光速200的長度，大致上是與基底100的側邊長度一樣，而雷射光速200的寬度，則為矽晶粒的橫向成長長度之兩倍。例如，雷射光束200的寬度，可以位於2到20 μm的範圍之間，且最好是從4到8μm的範圍。
其次，從雷射光束10所產生的雷射光束200，是被照射在基底100的第一端上所形成的一部份非晶矽薄膜132上。以雷射光束200加以處理的該部分非晶矽薄膜132，會藉由鎔化而改變相位成液相矽134，反之，未受到雷射光束200處理的另一部份非晶矽薄膜132，則維持成未熔化的固相非晶矽。
在此，非晶矽薄膜132的非晶矽，並不會完全被雷射光束200所熔化，這是由於雷射光束的能量密度不足之緣故。因此，固相非晶矽以及液相矽會共存。在固相非晶矽以及液相矽共存的區域，則標示為「局部熔化區域」。
在此，雷射光束200具有很低的能量密度，也就是包括300到500 mJ/cm2 ，且最好是大約400 mJ/cm2 。此外，雷射光速200是一脈波準分子雷射，且寬度為20 ns到300 ns的範圍，最好是大約240 ns。雷射光束200之頻率是位於300 Hz到6000 Hz的範圍之間，最好是4000 Hz到6000 Hz的範圍。
即使僅藉由單一脈衝的雷射光束200，也可以局部熔化非晶矽。然而，藉由減少結晶矽晶粒的缺陷，而增加結晶度，且主要在{100}結晶平面方向上達成一多晶薄膜，所以，非晶矽薄膜132可以持續地照射80個脈衝以上的雷射光束200，這一點稍後將詳細說明。
參考第4B圖，液相矽134是從液相矽134的兩側橫向結晶至中間部位，藉此形成多晶矽142。在此，固相非晶矽薄膜132是作為長成多晶矽142所用的矽晶粒核心。也就是說，由於固相非晶矽薄膜132是作為長成多晶矽薄膜142的晶粒之核心，所以，多晶矽薄膜142會從其任一側，橫向長出雷射光束200寬度的一半。在此，多晶矽薄膜142會橫向成長至1 μm到10 μm，典型地是2 μm到4 μm。
多晶矽142的組織特徵，可藉由參考第5圖而明瞭。第5圖是顯示相對於照射至非晶矽的雷射光束之脈衝週期數，從局部熔化的矽所結晶的多晶矽晶粒之{100}組織比例。如第5圖所示，當雷射光束的脈衝週期之數量增加時，則{100}組織比例會增加。也就是說，當如第4A與4B圖所示用以形成液相矽134的雷射光束200之脈衝週期數量增加時，構成多晶矽142的矽晶粒之{100}組織比例會增加，這是因為當矽晶粒具有{100}結晶平面時，多晶矽142與下面的氧化物層120之間的介面能量會減少，如此，會在局部熔化的區域中主要地提供{100}組織。
為了增加矽晶粒的電子移動性，最好{100}組織比例大約是50%以上。因此，最好非晶矽薄膜132可以被照射大約80個脈衝以上的雷射光束200。當非晶矽薄膜132被照射大約150個脈衝以上的雷射光束200時，而且，大約90%以上的結晶晶粒會具有{100}組織。
一般來說，已知多晶矽薄膜的{110}或{111}結晶平面會展現出大約300至400 cm2 /Vs的電子移動性。反之，{100}結晶平面能展現出600 cm2 /Vs的電子移動性。就這一點而言，在本發明中，具有主要{100}組織的多晶矽142，可以藉由重複照射具有相當低能量密度的雷射光束200而獲得的。因此，可以增強電子移動性，如此能製造出具有增強電子特性的多晶矽薄膜電晶體。
參考第4C圖，一突出部146是在多晶矽142的橫向成長長度中間，形成一預定的高度。當從液相矽134的兩側延伸之橫向成長在中間部位上接觸時，會導致突出部146，且減少多晶矽142的電子移動性。就這一點而言，最好在需要高電子移動性的矽薄膜中，去除此突出部146。
參考第4D圖，在雷射光束從第一端(第2圖的102)移動一段距離到第二端(第2圖的104)之後，基底100受到具有高能量密度的雷射光束200’之照射，熔化並去除突出部146。也就是說，當基底100受到雷射光束200’的照射時，突出部146、一部份的多晶矽142，以及一部份的非晶矽薄膜132會完全熔化，而再次形成液相矽134。最好，基底100移動的距離，能夠使突出部146完全熔化。
也就是說，雷射光束200’的移動距離，可以小於液相矽134的橫向成長長度，最好是小於雷射光束200的寬度之一半，更佳的是，在1 μm到10 μm的範圍內。
雷射光束200具有高能量密度，且因此可以完全熔化該部份的多晶矽142以及受到雷射光束200，處理過的非晶矽薄膜132。在多晶矽142以及非晶矽薄膜132被完全熔化的區域，是被標示成「完全熔化區域」。第4A圖的雷射光束200以及第4D圖的雷射光束200，大致上是相同的，除了能量密度不同之外。也就是說，雷射光束200，具有很高的能量密度，例如大約600到900 mJ/cm2 ，且最好是大約800 mJ/cm2 。即使僅使用單一次脈衝，雷射光束200，也可以完全熔化非晶矽薄膜132。在一些情形中，也可能會需要好幾次脈衝雷射光束200，的脈衝照射。
參考第4E，4D圖的液相矽134會從液相矽134的兩側橫向結晶至中間部。在此第二液相結晶過程期間，設置在液相矽134左邊的多晶矽142會吸收液相矽134，且朝向右側延伸，反之，設置在液相矽134左側的非晶矽薄膜132，會朝向左側成長到一個成為雷射光束200寬度一半的程度。此時，藉由第二液相結晶所形成的多晶矽142之左部份，會從第一固相結晶所形成的晶粒核心開始成長，如此主要是長成{100}組織晶粒。因此，在接下來的連續固相結晶中，多晶矽142主要是由[100]組織晶粒所組成的。
如參考第4F圖，一突出部142在多晶矽142的橫向長成長度中間，再度形成至一預定高度。當再度形成突出部146時，基底100會移動一預定距離，以便藉由雷射光束200熔化該突出部146。藉由熔化突出部146所獲得的液相矽(未顯示)，會再次受到橫向結晶。上述熔化以及橫向成長之重複次數，會導致具有較高移動性的多晶矽薄膜。
第6A到6C圖是顯示在本發明實施例中形成多晶矽薄膜的方法中，長成一多晶矽薄膜的過程之剖面圖。更明確地，第6A圖是一個具有第一次雷射光束照射的多晶矽薄膜之平面。第6B圖是具有第二次雷射光束照射的多晶矽薄膜之平面圖。第6C圖是具有第三次雷射光束照射的多晶矽薄膜之平面圖，且第6D圖是在藉由雷射光束照射好幾次而完全結晶之後，所導致的多晶矽薄膜之平面圖。
參考第6A圖，將具有低能量密度的雷射光束200之第一次照射，施加到一部份的非晶矽薄膜上。受到雷射光束200影響的此部份非晶矽薄膜會局部熔化，而轉變成液相矽。此液相矽會藉由從液相矽兩側的固相非晶矽薄膜之橫向成長，而產生固相結晶，藉此形成多晶矽150。在多晶矽150的橫向成長期間，液相矽兩側的固相非晶矽薄膜，是作為長成多晶矽150的多數矽晶粒148之核心。矽晶粒148長成且相遇，以便在矽晶粒148中形成矽晶粒邊界144。
此外，由於矽晶粒148的橫向成長，所以，突出部146是在橫向成長長度中間，形成至一預定高度。突出部146是沿著對應於雷射光束200的一半寬度之橫向成長長度之中間部，而形成大約為一直線。
參考第6B圖，在一基底(未顯示)移動一預定距離之後，一部份的多晶矽150以及一部份的非晶矽薄膜，再度受到雷射光束200的照射。然而，這一次具有較高的能量密度。此時，最好基底第一次移動距離D1會等於或小於雷射光束200的短軸方向寬度之一半，以便熔化並去除突出部146。例如，基底的第一次移動距離D1是介於1到10 μm的範圍內。
此外，假如非晶矽薄膜受到雷射光束200的過度照射的話，則可能會因雷射光束200而產生剝落。為了防止非晶矽薄膜的剝落現象，最好在兩個相鄰的雷射照射區域之間的重疊面積是兩個雷射區域的總面積之90%以下。
雷射光束200的第二次照射會熔化突出部146、一部份的多晶矽150以及一部份的非晶矽薄膜，藉此再度形成液相矽。由雷射光束200的第一次照射所形成的多晶矽150，是被設置在液相矽的一側邊，且目前存在的固相非晶矽薄膜，是被設置在液相矽的另一側。
此時，多晶矽150的矽晶粒148會吸收液相矽，而在一方向上延伸，反之，固相非晶矽薄膜則吸收液相矽，而在另一方向上長出新的矽晶粒148。由於矽晶粒148的橫向成長之緣故，新的突出部146會在橫向成長長度的中間，形成到一預定的高度。
參考第6C圖，在基底再度被移動一預定距離之後，施加具有高能量密度的雷射光束200之第三次照射到一部份的多晶矽150以及一部份的非晶矽薄膜上。此時，最好基底的第二次移動距離D2會等於基底的第一次移動距離D1，也就是說，基底的第二次移動距離D2是會等於或小於雷射光束200的短軸方向寬度之一半，以便熔化並去除新形成的突出部146。
受到雷射光束200第三次照射所影響的該部份多晶矽150以及該部份非晶矽薄膜，會熔化而再度形成液相矽。此時，在液相矽一側上的多晶矽150之矽晶粒148會吸收液相矽，而在一方向上進一步延伸，反之，在液相矽的另一側之固相非晶矽薄膜會吸收液相矽，而在另一方向上長成新的矽晶粒148。由於矽晶粒148橫向成長之緣故，所以，一突出部146會再度在橫向成長長度的中間，形成到一預定高度。
如上所述，矽晶粒148會藉由重複產生並去除突出部146，而橫向成長，藉此形成如第6D圖所示具有較高電子移動性的多晶矽150。
所完成的多晶矽150含有多數矽晶粒148以及多數矽晶粒邊界144。矽晶粒148彼此平行成長，矽晶粒邊界144也彼此平行成長，因此，矽晶粒150從一側到另一側展現出很高的電子移動性。
根據上述實施例，由於一非晶矽薄膜重複地受到雷射光束的照射，且使基底移動一預定距離，所以，可以形成一包含大尺寸矽晶粒的多晶矽薄膜。
以下，將參考第7A到7D圖，說明使用第1到6D圖所示的多晶矽薄膜之形成方法，而製造薄膜電晶體之方法。第7A到7D圖是顯示用以製造本發明實施例的薄膜電晶體之方法的連續剖面圖。詳細地說，第7A圖顯示將一多晶矽圖案形成在一基底上，第7B圖則顯示一絕緣層以及一汲極電極是形成在聚矽圖案上，第7C圖則顯示絕緣層與一接觸孔是形成在汲極電極上，而第7D圖顯示源極電極與汲極電極是形成為通過接觸孔。為求簡化，將省略形成多晶矽薄膜的方法。
參考第7A圖，一氧化層320是形成在一透明基底310上，而一非晶矽薄膜(未顯示)則是形成在氧化物層320上。然後，藉由雷射光束照射，非晶矽薄膜產生相位轉變而成為一多晶矽薄膜(未顯示)。可以使用上述方法形成多晶矽薄膜，使此多晶矽薄膜產生圖案，而形成一多晶矽圖案330。
參考第7B圖，多晶矽圖案330覆蓋有一絕緣膜340，以便保護多晶矽圖案330。絕緣膜340例如可以藉由PECVD(電漿強化化學蒸鍍法)而形成。
然後，將一閘電極G形成在絕緣膜340上。最好，閘電極G是被設置在多晶矽圖案330的中間部位上。例如，閘電極G可以藉由將一金屬材質沉澱在絕緣膜340上，且蝕刻沉澱的金屬膜而形成。
參考第7C圖，形成一絕緣層350，以便覆蓋閘電極G以及絕緣膜340。絕緣層350例如可藉由PECVD加以形成，且最好具有不小於一預定程度的厚度，以便確保TFT的較佳可靠性，且防止串擾。例如，絕緣層350可以具有6000Å以上的厚度。
然後，蝕刻一部份的絕緣膜340以及一部份的絕緣層350，以便形成接觸孔。接觸孔包含第一接觸孔352，其與閘電極G的一側邊隔開有一預定距離，以便暴露出一部份的多晶矽圖案330，且又包含第二接觸孔354，其與閘電極G的另一側隔開有一預定距離，以便暴露出一部分多晶矽圖案330。
參考第7D圖，形成有一源極電極S以及一汲極電極D，兩者分別是藉由第一接觸孔352以及第二接觸孔354，而電連接至多晶矽圖案330。在此，源極電極S是透過第一接觸孔352，而電連接到多晶矽圖案330，同時汲極電極D是通過第二接觸孔354，而電連接至多晶矽圖案330。
然後，用以覆蓋源極電極S以及汲極電極D的一保護層360，是形成在絕緣層350上，以便保護源極電極S以及汲極電極D。然後，蝕刻掉一部份的絕緣層350，以便形成一圖素接觸孔362。一透明圖素電極370是形成在此保護層360上，致使，其藉由圖素接觸孔362而電連接至源極電極D。
根據此實施例，藉由雷射光束照射所形成的多晶矽圖案330，會展現生出高電子移動性，如此能夠製造出具有增強電子特性的薄膜電晶體。
第7A到7D圖所顯示的實施例，顯示出一種上閘極式(top gate)的薄膜電晶體，但是本發明並未侷限於此，本發明也可以應用至一下閘極式(bottom gate)薄膜電晶體。
如上所述，在形成具有較佳電子特性的多晶矽薄膜之方法中，以及使用本發明形成多晶矽薄膜的方法來製造薄膜電晶體之方法中，{100}組織晶粒主要是藉由具有較低能量密度的雷射光束之第一次照射而形成的，且藉由接著照射具有較高能量密度的雷射光束而成長，藉此形成具有主要為{100}組織且具有較大晶粒尺寸的矽晶粒。因此，可以形成具有增強電子特性(也就是，具有增進的電子移動性)的多晶矽薄膜，以及包含此多晶矽薄膜的電晶體。
對於熟知此項技術者來說，在不背離本發明的原理之前提下，仍可對於上述實施例產生出許多修改與變化，因此，本發明的較佳實施例僅用以作為範例敘述，並非用以限制本發明。
10．．．雷射
20．．．XY臺座
100．．．基底
102．．．第一端
104．．．第二端
110．．．透明基底
120．．．氧化物層
130．．．非晶矽薄膜
132．．．非晶矽薄膜
134．．．液相矽
140．．．多晶矽薄膜
142．．．多晶矽薄膜
144．．．矽晶粒邊界
146．．．突出部
148．．．矽晶粒
150．．．多晶矽
200．．．雷射光束
200’．．．雷射光束
310．．．透明基底
320．．．氧化層
330．．．多晶矽圖案
340．．．絕緣膜
350．．．絕緣層
352．．．第一接觸孔
354．．．第二接觸孔
360．．．保護層
362．．．圖素接觸孔
370．．．透明圖素電極
G．．．閘電極
S．．．源極電極
G．．．汲極電極
第1圖是根據本發明一實施例形成多晶矽薄膜之方法中所使用的裝置之側視圖。
第2圖是根據本發明一實施例用以形成多晶矽薄膜的方法之平面圖。
第3圖是第1圖的部位A之放大剖面圖。
第4A到4F圖是顯示藉由第2圖顯示的方法，長成多晶矽薄膜的製程之剖面圖。
第5圖是相對於照射至非晶矽的雷射光束之脈衝週期數量，從局部熔化的矽所結晶的多晶矽晶粒之{100}組織比例。
第6A到6D圖是顯示在本發明實施例中形成多晶矽薄膜的方法中，長成多晶矽薄膜的過程之平面圖。
第7A到7D圖是顯示根據本發明實施例，用以製造薄膜電晶體的相繼剖面圖。
100．．．基底
110．．．透明基底
120．．．氧化物層
200．．．雷射光束
132．．．非晶矽薄膜
134．．．液相矽

Claims (24)

  1. 一種形成多晶矽薄膜之方法，此方法包含以下步驟：在一基底上形成一非晶矽薄膜；藉由具有第一能量密度的雷射光束，照射該非晶矽薄膜的一區域，而使該非晶矽薄膜的一部份中的該區域產生局部熔化，藉此，可以在該局部熔化的非晶矽薄膜之區域中，形成具有預定結晶配置方式的多晶矽晶粒；以及藉由具有大於第一能量密度的第二能量密度之雷射光束的照射，完全熔化該區域內的一部分多晶矽晶粒以及該區域附近的一部份非晶矽薄膜。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，在該局部熔化步驟中，雷射光束具有300到500 mJ/cm2 的能量密度。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中，在該局部熔化步驟中，雷射光束的脈衝寬度是大約20到300 ns，且該部份非晶矽薄膜是被照射80個脈衝以上的雷射光束。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，在該局部熔化步驟中，該多晶矽晶粒具有{100}組織。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中，多晶矽晶粒的{100}組織比例，大約是50%以上。
  6. 如申請專利範圍第4項之方法，其中，該局部熔化步驟是藉由80個脈衝以上的雷射光加以執行的。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，在完全熔化步驟中，雷射光束具有600到900 mJ/cm2 的能量密度。
  8. 如申請專利範圍第5項之方法，其中，該完全熔化步驟是僅藉由單一次脈衝的雷射光束而執行的。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該多晶矽晶粒是藉由橫向成長而形成的。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中，該多晶矽晶粒產生出1到10 μm範圍的橫向成長。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該雷射光束是矩形且其長度大於寬度。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中，該雷射光束的寬度是位於2到20 μm的範圍內。
  13. 如申請專利範圍第11項之方法，其中，該基底或該雷射光束是在雷射光束的寬度方向上移動，而不會超過雷射光束寬度的一半。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中，在雷射光束寬度方向上，該基底或雷射的移動是介於1到10 μm的範圍內。
  15. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，在兩相鄰雷射照射區域之間的一重疊面積，是該兩個雷射照射區域的總面積之90%以下。
  16. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該雷射光束是由一準分子雷射所產生的。
  17. 如申請專利範圍第16項之方法，其中，該雷射光束具有200到400 nm範圍內的波長。
  18. 如申請專利範圍第16項之方法，其中，該雷射光束具有300到6000 Hz範圍內之頻率。
  19. 一種製造薄膜電晶體之方法，此方法包含以下步驟：在一基底上形成一非晶矽薄膜；藉由以一雷射光束照射該非晶矽薄膜，而形成一多晶矽薄膜；藉由使該多晶矽薄膜產生圖案，而形成一多晶矽圖案；在該多晶矽圖案上形成一絕緣膜；在該絕緣膜上形成一閘電極；以及在該多晶矽圖案彼此分離的一些部位上，形成一源極電極以及一汲極電極，且電連接至該多晶圖案的該等部位，其中，形成多晶矽薄膜的步驟，包含：形成一非晶矽薄膜；藉由具有第一能量密度的雷射光束，照射該非晶矽薄膜的一區域，而使該非晶矽薄膜的一部份中的該區域產生局部熔化，藉此，可以在該局部熔化的非晶矽薄膜之區域中，形成具有預定結晶配置方式的多晶矽晶粒；以及藉由具有大於第一能量密度的第二能量密度之雷射光束的照射，完全熔化該區域內的一部分多晶矽晶粒以及該區域附近的一部份非晶矽薄膜。
  20. 如申請專利範圍第19項之方法，其中，在該局部熔化步驟中，雷射光束具有300到500 mJ/cm2 的能量密度。
  21. 如申請專利範圍第20項之方法，其中，在該局部熔化步驟中，雷射光束的脈衝寬度是大約20到300 ns，且該部份非晶矽薄膜是被照射80個脈衝以上的雷射光束。
  22. 如申請專利範圍第19項之方法，其中，在該局部熔化步驟中，該多晶矽晶粒具有{100}組織，且該多晶矽晶粒的{100}組織比例，大約是50%以上。
  23. 如申請專利範圍第19項之方法，其中，在完全熔化步驟中，雷射光束具有600到900 mJ/cm2 的能量密度。
  24. 如申請專利範圍第23項之方法，其中，該完全熔化步驟是僅藉由單一次脈衝的雷射光束而執行的。
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