專利名稱：薄膜電晶體的制造方法及將非晶層轉(zhuǎn)換成復晶層或單晶層的方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于一種薄膜電晶體的制造方法，特別是有關適用于液晶顯示器的薄膜電晶體的制造方法及將非晶層轉(zhuǎn)換成復晶層或單晶層的方法。
背景技術：
目前的薄膜電晶體液晶顯示器(thin film transistor-liquid crystaldisplay，TFT-LCD)技術分為兩種，一為傳統(tǒng)的非晶硅薄膜電晶體，另一為復晶硅薄膜電晶體。由于復晶硅薄膜電晶體的電子移動速度為非晶硅薄膜電晶體的10倍到100倍的間。因此，TFT-LCD業(yè)界已開始著手進行研究及發(fā)展，以復晶硅薄膜電晶體的作為畫素(pixel)開關元件及LCD周邊的驅(qū)動電路。
上述復晶硅薄膜電晶體的制作通常采用低溫復晶硅(lowtemperature polysilicon，LTPS)制程。所謂的LTPS制程是利用準分子激光退火處理(excimer laser annealing，ELA)使原先的非晶硅薄膜轉(zhuǎn)變成復晶硅結(jié)構(gòu)。
然而，由傳統(tǒng)準分子激光退火技術來將非晶硅再結(jié)晶而形成復晶硅的輸出能量制程窗口是非常狹窄?，F(xiàn)行準分子激光能量時間穩(wěn)定性不佳，雖然目前設備可以將尖峰與尖峰間(peak to peak)的能量變動抑制在15％以下，然而如果照射能量變動出現(xiàn)時，會造成基板局部性能量高低差異。這種能量變化會造成復晶硅薄膜結(jié)晶粒徑發(fā)生很大變化，而對薄膜電晶體特性產(chǎn)生不良影響。

發(fā)明內(nèi)容因此，根據(jù)上述的問題，本發(fā)明的一目的為提供一種薄膜電晶體的制造方法，可增加準分子激光能量制程窗口，而可藉由直接增加準分子激光能量范圍來克服機臺的限制。
本發(fā)明的另一目的為提供一種將非晶層轉(zhuǎn)換成復晶層或單晶層的方法，其可以得到均勻的復晶硅或單晶硅薄膜。
本發(fā)明提供一種薄膜電晶體的制造方法。首先，形成一緩沖層于基板上，并形成一第一單晶層于緩沖層上。其后，形成一非晶層于第一單晶層上，以一激光退火方法，將非晶層轉(zhuǎn)換成一結(jié)晶層。該結(jié)晶層為一復晶層或第二單晶層；接著，形成一閘極介電層于復晶層上。后續(xù)，形成一閘電極于閘極介電層上。
本發(fā)明還提供一種將非晶層轉(zhuǎn)換成復晶層或單晶層的方法，其特征在于包括如下步驟提供一基板；形成一緩沖層于該基板上；形成一第一單晶層于該緩沖層上；形成一非晶層于該單晶層上；及以一激光退火方法，將該非晶層轉(zhuǎn)換成一結(jié)晶層，其中該結(jié)晶層是為一第二單晶層或一復晶層。

第1A圖～第1H圖是繪示本發(fā)明一實施例制造薄膜電晶體TFT流程圖。
具體實施方式以下將以實施例詳細說明做為本發(fā)明的參考，且范例是伴隨著圖式說明的。在圖式或描述中，相似或相同的部分是使用相同的圖號。在圖式中，實施例的形狀或是厚度可擴大，以簡化或是方便標示。圖式中元件的部分將以描述說明的?？闪私獾氖?，未繪示或描述的元件，可以具有各種熟習此技藝人所知的形式。此外，當敘述一層是位于一基板或是另一層上時，此層可直接位于基板或是另一層上，或是其間亦可以有中介層。
圖1A～圖1H是繪示本發(fā)明一實施例制造薄膜電晶體TFT流程圖。請參照圖1A，首先提供一基板100。此基板100可為一玻璃基板，較佳為一低堿玻璃基板或是無堿玻璃基板。其后，沉積一緩沖層102于基板100上。緩沖層102可以是一例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅所組成的介電層。接下來，形成單晶層104于緩沖層102上，如圖1B所示。單晶層104可以是單晶硅，而其形成方法可以是分子束磊晶(Molecular beamepitaxy)、原子層磊晶(Atomic layer epitaxy)、氣相磊晶(Vapor phase epitaxy)或液相磊晶(Liquid phase epitaxy)等方式形成。較佳者，單晶層104是為一厚度介于20埃～200埃的單晶硅薄膜。
接下來，請參照圖1C，形成一非晶層106于單晶層104上。非晶層106可為一非晶硅。較佳者，非晶層106是為一非晶硅，而其厚度是為依照產(chǎn)品需求或是制程考量的設計選擇。非晶層106的沉積方法可以為低壓化學氣相沉積法LPCVD、常壓化學氣相沉積法APCVD、電漿增強化學氣相沉積法PECVD、原子層沉積法APCVD或相似的技術。在較佳實施范例中，非晶層106是可采用制程溫度較低的電漿增強化學氣相沉積法(PECVD)形成。
其后，請參照圖1D，以一激光光束退火108(例如準分子激光退火，ELA，Excimer laser anneal)對非晶層106進行退火，而使得非晶層106轉(zhuǎn)換為一例如復晶層或單晶層的結(jié)晶層106”。
傳統(tǒng)準分子激光退火技術將非晶硅再結(jié)晶而形成復晶硅的輸出能量制程窗口是非常狹窄的原因是為在非晶硅結(jié)晶過程中，需要一層沒有融化的非晶硅來作為晶種(seed)，而習知技術無法有效提供此未融化的晶種，而造成非晶硅形成復晶硅的晶粒變小。造成非晶硅形成復晶硅的晶粒變小的原因有二(1)如果激光能量過低時，能完全熔化的非晶硅集中在表層，而底層則呈現(xiàn)半熔化狀態(tài)。因此以低能量結(jié)晶時的硅晶粒徑較小且還會有部分非晶硅摻雜在其中。(2)如果激光能量過高時，因為非晶硅呈現(xiàn)完全熔化的狀態(tài)，由于沒有硅晶種的導引，造成四面八方的均勻成核，而結(jié)晶的復晶硅晶粒較小。因為這二個原因，使傳統(tǒng)的準分子激光退火的能量制程窗口非常小。
在本發(fā)明的一范例中，在沉積非晶硅106的前，先沉積一層單晶硅薄膜104作為晶種。因為單晶硅的熔點(1686℃)比非晶硅熔點(1273℃)來的高，因此本發(fā)明可以提高準分子激光輸出能量至少約15％。根據(jù)(能量(E)＝比熱(S)×質(zhì)量(M)×溫度差(ΔT))，一般而言激光照射產(chǎn)生瞬間溫度約為1400℃，當增加能量15％時，產(chǎn)生的瞬間高溫約為1600℃，因此在經(jīng)由熱擴散到單晶硅薄膜104時，溫度小于1600℃，而不會使讓單晶硅104熔化，使非晶硅106借著單晶硅104晶種再結(jié)晶成為例如復晶層或單晶層的結(jié)晶層106”。如此便可以克服準分子激光退火ELA機臺的輸出能量不穩(wěn)定性對非晶硅再結(jié)晶所造成的影響。
接下來，請參照圖1E，以一般的微影及蝕刻方法，依序形成閘極介電層110及閘電極層112于結(jié)晶層106”上。閘極介電層110可以為例如氧化硅、氮化硅或是氮氧化硅所組成。閘電極層112可以是一單金屬層、一雙金屬結(jié)構(gòu)或是多金屬結(jié)構(gòu)。上述的結(jié)構(gòu)可選自下列族群W、WNX、Ti、TiWX、TiNX、Ta、TaNX、Mo、Al、Cu和相類似的物質(zhì)。任何型態(tài)的沉積方法(包括但不限于化學氣相沉積法CVD、物理氣相沉積法PVD、蒸鍍、電鍍、濺鍍、反應共濺鍍(reactive co-sputtering)或是上述的組合)可用以形成此金屬層。
在形成閘極結(jié)構(gòu)之后，輕摻雜漏極區(qū)(LDD)、介電間隙壁和源極/漏極區(qū)可以習知技術形成。舉例來說，如第1F～1H圖所示，首先，請參照圖1F，進行一具有不同種類雜質(zhì)的輕摻雜離子布植制程，植入雜質(zhì)于結(jié)晶層106”中，以形成輕摻雜區(qū)(light doped region，LDD)114。輕摻雜區(qū)114的邊界是大約對準到閘極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁。輕摻雜離子布植制程的能量可約介于1～100Kev，其摻雜量約介于1×1013～1×1015ions/cm2。之后，進行沉積和干蝕刻制程，以沿著閘極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁形成間隙壁116。間隙壁116可由下列材料形成氮化硅層、氧化硅層、氮氧化硅層、氮化硅層和氧化硅層的交替層、或是上述的組合。之后，進行一重摻雜離子布植，且閘極間隙壁116是供作罩幕，以布植多種的雜質(zhì)至結(jié)晶層106”中，形成源極/漏極區(qū)118。源極/漏極區(qū)118的邊界是大約分別對準到閘極間隙壁的外部側(cè)壁。重摻雜離子布植制程的能量約介于1～100Kev，且摻雜量約介于5×1013～1×1016ions/cm2。
因此，根據(jù)上述實施例，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點(1)由此方式形成復晶硅或單晶硅過程中，可以明顯地增加準分子激光能量制程窗口約15％以上。
(2)根據(jù)本發(fā)明實施例的方法，可以藉由底層單晶硅作為晶種，再經(jīng)由準分子激光退火技術將非晶硅再結(jié)晶成為單晶硅或復晶硅，所以電子移動率(Electron mobility)可以明顯地增加，并可以解決低溫復晶硅因為面板尺寸增大后(＞15時)，電子移動率無法滿足的缺點。此外，根據(jù)本發(fā)明實施例的方法，其可提升薄膜電晶體元件的電子移動率外，并且可以縮短傳統(tǒng)使用分子束磊晶沉積單晶硅的時間。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習此技藝者，所作的些許的更動與潤飾，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。
符號說明100～基板；102～緩沖層；104～單晶層； 106～非晶層；106”～結(jié)晶層；108～激光光束退火；110～閘極介電層； 112～閘電極層；114～輕摻雜區(qū)；116～間隙壁；118～源極/漏極區(qū)。
權(quán)利要求
1.一種薄膜電晶體的制造方法，其特征在于包括如下步驟提供一基板；形成一緩沖層于該基板上；形成一第一單晶層于該緩沖層上；形成一非晶層于該單晶層上；以一激光退火方法，將該非晶層轉(zhuǎn)換成一結(jié)晶層；形成一閘極介電層于該復晶層上；及形成一閘電極于該閘極介電層上，其中該結(jié)晶層是為一第二單晶層或一復晶層。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜電晶體的制造方法，其特征在于還包括以該閘電極為罩幕，進行一離子布植制程，于該基板中形成輕摻雜區(qū)；形成一間隙壁于該閘電極及該閘極介電層側(cè)壁；及以該閘電極和該間隙壁為罩幕，進行一離子布植制程，于該基板中形成源極/漏極區(qū)。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜電晶體的制造方法，其特征在于該激光退火方法是為一準分子激光退火。
4.如權(quán)利要求3所述的薄膜電晶體的制造方法，其特征在于該準分子激光退火是采用一準分子激光照射于該非晶層表面，并且在該非晶層表面產(chǎn)生的瞬間溫度為1400～1600℃。
5.如權(quán)利要求4所述的薄膜電晶體的制造方法，其特征在于該非晶層是產(chǎn)生融熔狀態(tài)，而該第一單晶層尚未產(chǎn)生融熔狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求1所述的薄膜電晶體的制造方法，其特征在于該第一單晶層為單晶硅。
7.如權(quán)利要求1所述的薄膜電晶體的制造方法，其特征在于該非晶層為非晶硅，且該復晶層或第二單晶層為復晶硅或單晶硅。
8.如權(quán)利要求1所述的薄膜電晶體的制造方法，其特征在于該第一單晶層的厚度是介于20?！?00埃。
9.如權(quán)利要求1所述的薄膜電晶體的制造方法，其特征在于該第一單晶層是采用分子束磊晶、原子層磊晶、氣相磊晶或液相磊晶形成。
10.如權(quán)利要求1所述的薄膜電晶體的制造方法，其特征在于該基板為一玻璃基板。
11.一種將非晶層轉(zhuǎn)換成復晶層或單晶層的方法，其特征在于包括如下步驟提供一基板；形成一緩沖層于該基板上；形成一第一單晶層于該緩沖層上；形成一非晶層于該單晶層上；及以一激光退火方法，將該非晶層轉(zhuǎn)換成一結(jié)晶層，其中該結(jié)晶層是為一第二單晶層或一復晶層。
12.如權(quán)利要求11所述的將非晶層轉(zhuǎn)換成復晶層或單晶層的方法，其特征在于該激光退火方法是為一準分子激光退火。
13.如權(quán)利要求12所述的將非晶層轉(zhuǎn)換成復晶層或單晶層的方法，其特征在于該準分子激光退火是采用一準分子激光照射于該非晶層表面，并且在該非晶層表面產(chǎn)生的瞬間溫度為1400～1600℃。
14.如權(quán)利要求13所述的將非晶層轉(zhuǎn)換成復晶層或單晶層的方法，其特征在于該非晶層是產(chǎn)生融熔狀態(tài)，而該第一單晶層尚未產(chǎn)生融熔狀態(tài)。
15.如權(quán)利要求11所述的將非晶層轉(zhuǎn)換成復晶層或單晶層的方法，其特征在于該第一單晶層為單晶硅。
16.如權(quán)利要求11所述的將非晶層轉(zhuǎn)換成復晶層或單晶層的方法，其特征在于該非晶層為非晶硅，且該復晶層或第二單晶層為復晶硅或單晶硅。
17.如權(quán)利要求11所述的將非晶層轉(zhuǎn)換成復晶層或單晶層的方法，其特征在于該第一單晶層的厚度是介于20?！?00埃。
18.如權(quán)利要求11所述的將非晶層轉(zhuǎn)換成復晶層或單晶層的方法，其特征在于該單晶層是采用分子束磊晶、原子層磊晶、氣相磊晶或液相磊晶形成。
19.如權(quán)利要求11所述的將非晶層轉(zhuǎn)換成復晶層或單晶層的方法，其特征在于該基板為一玻璃基板。
全文摘要
本發(fā)明提供一種薄膜電晶體的制造方法。首先，形成一緩沖層于基板上，并形成一第一單晶層于緩沖層上。其后，形成一非晶層于第一單晶層上，以一激光退火方法，將非晶層轉(zhuǎn)換成一結(jié)晶層。該結(jié)晶層為一復晶層或第二單晶層；接著，形成一閘極介電層于復晶層上。后續(xù)，形成一閘電極于閘極介電層上。本發(fā)明的薄膜電晶體適用于液晶顯示器。可提升薄膜電晶體元件的電子移動率，并且可以縮短傳統(tǒng)使用分子束磊晶沉積單晶硅的時間。
文檔編號H01L21/20GK1929101SQ200510099208
公開日2007年3月14日 申請日期2005年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月9日
發(fā)明者丁進國 申請人:廣輝電子股份有限公司