297_088-164CP-TW
發佈日期 :
2009-04-28
| 發明專利說明書 | |
| ※申請案號： | |
| ※申請日期： ※ＩＰＣ分類： | |
| 一、發明名稱： (中文/英文)
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| 利用脈衝雷射退火具圖案式金屬覆蓋層之非晶矽橫向生長多晶矽之方法 (全文下載)
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| 二、申請人： 共 人
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| 指定 為應受送達人
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| 三、發明人： | |
| ◎專利代理人： | |
| 四、聲明事項 | |
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| □主張專利法第二十七條第一項國際優先權：
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| □主張專利法第二十九條第一項國內優先權：
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| □ 主張專利法第二十六條微生物：
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| □ 熟習該項技術者易於獲得，不須寄存 | |
| 五、中文發明摘要： | |
| 本案係為一種利用脈衝雷射退火具圖案式金屬覆蓋層之非晶矽橫向生長多晶矽之方法，其步驟包含：提供一基板；形成一非晶矽薄膜層於該基板上；形成一金屬覆蓋圖樣層於該非晶矽薄膜層上；加熱該基板，並使該基板溫度維持於一特定範圍；以及以雷射照射表面，形成一溫度梯度，俾使該非晶矽薄膜層轉化成橫向生長之多晶矽，隨即進行降溫。 | |
| 六、英文發明摘要： | |
| 七、指定代表圖： | |
| （一）本案指定代表圖為： | |
| （二）本代表圖之元件代表符號簡單說明：
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| 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： | |
| 九、發明說明： | |
| 發明領域 本案係為一種非晶矽橫向生長多晶矽之方法，尤指利用脈衝雷射退火具圖案式金屬覆蓋層之非晶矽橫向生長多晶矽方法。 發明背景 薄膜電晶體(thin-film transistor,TFT’s)可應用於液晶顯示器(liquid Crystal display,LCD)之驅動元件，使得此項產品成為桌上直式型平面顯示器的主流，於個人電腦、遊樂器、監視器等市場成為未來主導性產品。目前，因非晶矽薄膜電晶體(a-Si TFT’S)，可於200-300℃低溫生長，因此被廣泛使用。但非晶矽(a-Si)之電子遷移率低，不超過1cm2/V.s，使得非晶矽薄膜電晶體已不敷目前高速(high speed)元件應用之需求，而多晶矽薄膜電晶體(ploy-Si TFT’S)相較於非晶矽薄膜電晶體(a-Si TFT’S)有較高之遷移率(比非晶矽多2-3個數量級)，及低溫敏感性(low temperaturesensitivity)，使其更適用於高速元件。 以傳統方式退火非晶矽形成多晶矽時，其形成溫度需600℃以上，故一般使用石英作為基板，但為了降低成本必須使用玻璃基板，故須使多晶矽形成溫度降低至500℃以下。因此，許多降低多晶矽形成溫度之方法，如準分子雷射誘發結晶(excimer Laser-induced crystalline,ELC)、金屬誘發橫向結晶(metal induced lateral crystallization, MILC)法，及金屬誘發結晶(metalinduced crystallization, MLC)等方法被廣泛的探討。其中以金屬誘發結晶法降低多晶矽形成溫度時，金屬會污染結晶後之矽，此問題有待解決。而金屬誘發橫向結晶(MILC)法，可避免金屬之污染及得到較大之矽晶粒。其中以鎳(Ni)金屬為部份區域覆蓋金屬時，可形成無微雙晶缺陷(microtwin defects)之多晶矽晶粒。於元件應用時，鎳(Ni)金屬可鍍於源極/汲極(source/drain)處，於形成金屬誘發側向結晶生長之同時，亦形成金屬矽化物接觸(contacts)。以準分子雷射(excimer Laser)退火方式可使玻璃基板上之非晶矽(a-si)膜溫度升至熔點(melting point)，而不會對玻璃基板造成熱損害，且可形成一高品質低缺陷密度(low defect density)之多晶矽。且相較於金屬誘發側向結晶法，其退火時間短(奈秒級)，因此使得多晶矽薄膜電晶體(poly-si TFT’s)更適合應用於主動矩陣液晶顯示器(active matrix liquidcrystal display, AMLCDS)及靜態隨機存取記憶體(static random access memories, SRAMs)中。但一般使用傳統之準分子雷射方式退火時，因雷射退火之快速熔解/固化(melt/solidification)之特性，使得形成之多晶矽(poly-si)晶粒較小(約100nm以下)，而較小之多晶矽(poly-si)其電子遷移率較小。 職是之故，申請人鑑於習知技術之缺失，乃經悉心試驗與研究，並一本鍥而不捨之精神，終研發出本案之『利用脈衝雷射退火具圖案式金屬覆蓋層之非晶矽橫向生長多晶矽之方法』。 發明簡述 本案之主要目地係為提供一種利用脈衝雷射退火具圖案式金屬覆蓋層之非晶矽橫向生長多晶矽之方法，使可於低溫條件下(200~400℃)製成多晶矽，且橫向成長晶粒可達1.0~2.0μm，其步驟包含：提供一基板；形成一非晶矽薄膜層於該基板上；形成一金屬覆蓋圖樣層於該非晶矽薄膜層上；加熱該基板，並使該基板溫度維持於一特定範圍；以及以雷射照射表面，形成一溫度梯度，俾使該非晶矽薄膜層轉化成橫向生長之多晶矽，隨即進行降溫。 根據上述構想，方法中該基板係選自玻璃基板與矽基板中之一。 根據上述構想，方法中該非晶矽薄膜層係由非晶矽(amorphous Si, a-Si)材料所形成。 根據上述構想，方法中該非晶矽(a-Si)材料係選自正型非晶矽氫(p-a-Si：H)、本質型非晶矽氫(i-a-Si：H)、負型非晶矽氫(n-a-Si：H)與非晶矽鍺氫(a-Sil-xGex：H)中之一或更多。 據上述構想，方法中該非晶矽薄膜層係以物理氣相蒸鍍(physical vapor deposition)電子槍(E-gun)蒸鍍法或濺鍍法(sputter deposition)鍍膜於該基板上。 根據上述構想，方法中該非晶矽薄膜層係以電漿增強化學氣相沈積法(plasma enhanced chemical vapordesposition，PECVD)鍍膜於該基板上。 根據上述構想，方法中該金屬覆蓋圖樣層之金屬係為週期表中貴金屬(noble metal)、近貴重金屬(near noblemetal)與耐火金屬(refractory metal)中之一或更多。 根據上述構想，方法中該金屬覆蓋圖樣層係以微影製程(lithography)與物理氣相蒸鍍法形成於該基板上。 根據上述構想，方法中該雷射係為準分子雷射。 根據上述構想，方法中該準分子雷射係為氟化氪(KrF)、氯化氙(XeCl)、氟化氬(ArF)及氟化氙(XeF)等準分子雷射中之一或更多。 根據上述構想，方法中受該雷射照射之溶區(meltingzone)之深度(depth)係以雷射能量密度調整。 根據上述構想，方法中當該雷射照射大面積時，係以掃瞄雷射光束方式進行照射。 根據上述構想，方法中該溫度梯度係為有覆蓋金屬覆蓋層之非晶矽和未覆蓋金屬覆蓋層之非晶矽之間，因吸收雷射能量不同所造成。 根據上述構想，方法中該基板溫度之特定範圍係為200-400℃。 根據上述構想，方法中該基板下方更包含一加溫器，用以使該基板溫度維持於該特定範圍。 較佳實施例說明 請參閱第一圖(a)(b)(c)，其係本案利用脈衝雷射退火具圖案式金屬覆蓋層之非晶矽橫向生長多晶矽之製程示意圖。本實施例之步驟為：首先提供一基板10；其次，鍍一非晶矽薄膜層11於該基板10上；接著，鍍一金屬覆蓋圖樣層12於該非晶矽薄膜層11上；然後，利用一加溫器13加熱該基板10，並使該基板10溫度維持於200-400℃之間；最後，以雷射14照射表面，形成一溫度梯度，使該非晶矽薄膜層11轉化成橫向生長之多晶矽15後，隨即進行降溫。 該基板10可選擇玻璃基板與矽基板中之一。至於該非晶矽薄膜層11係由非晶矽(amorphous Si, a-Si)材料所形成，而該非晶矽(a-Si)材料可選自正型非晶矽氫(p-a-Si：H)、本質型非晶矽氫(i-a-Si：H)、負型非晶矽氫(n-a-Si：H)與非晶矽鍺氫(a-Sil-xGex：H)中之一或更多。 至於該金屬覆蓋圖樣層12之金屬係為週期表中貴金屬(noble metal)、近貴重金屬(near noble metal)與耐火金屬(refractory metal)中之一或更多。 該雷射14為準分子雷射，可選自氟化氪(KrF)、氯化氙(XeCl)、氟化氬(ArF)及氟化氙(XeF)等準分子雷射中之一。而受該雷射照射之溶區(melting zone)之深度(depth)是以雷射能量密度調整，至於該雷射能量密度範圍以0.3~1.0 J/cm2為佳。當該雷射照射大面積時，係以掃瞄雷射光束方式進行照射。 至於該溫度梯度是因有覆蓋金屬覆蓋層之非晶矽和未覆蓋金屬覆蓋層之非晶矽之間，因吸收雷射能量不同所形成的。至於鍍該非晶矽薄膜層11及該金屬覆蓋圖樣層12之步驟及方法係為，首先，以電子槍(E-gun)蒸鍍系統，於300-400℃，真空度1-2x10-6陶爾(Torr)條件下，或以電漿增強化學氣相沉積(Plasma enhanced chemical vapordeposition, PECVD)法，於250℃，基礎壓力(basepressure)1-2x10-6陶爾(Torr)，通入矽烷(SiH4)(20sccm)及氫氣(H2)(25sccm)反應氣體，維持壓力至1陶爾(Torr)，功率50W，將非晶矽(a-Si)或非晶矽氫(a-Si：H)，約1500A，鍍於基板上。再利用微影製程(lithography)及電子槍蒸鍍系統，於室溫，真空度1-2x10-6陶爾(Torr)條件下，將金屬膜圖案(pattern)鍍於非晶矽膜上(如第一圖(a)所示)。 接著，將基板10溫度持溫於200-400℃，真空度1-2x10-2陶爾(Torr)之真空室中，並以適當能量之準分子雷射14照射，使其非晶矽(a-Si)轉化成多晶矽(poly-Si)，(如第一圖(b)及(c)所示)，該準分子雷射14照射完畢後，隨即降溫，持溫時間約為10分鐘。 綜合上面所述，本發明能有效解決習知技術之高溫製程、退火時間太長等問題，並達到製程簡單及製程成本低，且橫向成長晶粒可達1.0~2.0μm之多晶矽薄膜，並且可直接在玻璃基板上成長多晶矽薄膜，進而製作出低成本之積體電路(IC)元件，是故具有產業價值及進步性，進而達成發展本案之發明目的。 本案得由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。 [圖式簡單說明] 本案得藉由下列圖示及詳細說明，俾得一更深入之瞭解：第一圖(a)(b)(c)：其係本案利用脈衝雷射退火具圖案式金屬覆蓋層之非晶矽橫向生長多晶矽之側視結構示意圖。
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| 十、申請專利範圍： | |
| 1.一種利用脈衝雷射退火具圖案式金屬覆蓋層之非晶矽橫向生長多晶矽之方法，其步驟包含：提供一基板；形成一非晶矽薄膜層於該基板上；形成一金屬覆蓋圖樣層於該非晶矽薄膜層上；加熱該基板，並使該基板溫度維持於一特定範圍；以及以雷射照射表面，形成一溫度梯度，俾使該非晶矽薄膜層轉化成橫向生長之多晶矽，隨即進行降溫。 2.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該基板係選自玻璃基板與矽基板中之一。 3.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該非晶矽薄膜層係由非晶矽(amorphous Si,a-Si)材料所形成。 4.如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該非晶矽(a-Si)材料係選自正型非晶矽氫(p-a-Si：H)、本質型非晶矽氫(i-a-Si：H)、負型非晶矽氫(n-a-Si：H)與非晶矽鍺氫(a-Sil-xGeX：H)中之一或更多。 5.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該非晶矽薄膜層係以物理氣相蒸鍍法鍍膜於該基板上。 6.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該非晶矽薄膜層係以電漿增強化學氣相沈積法(plasma enhanced chemical vapor desposition，PECVD)鍍膜於該基板上。 7.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該金屬覆蓋圖樣層之金屬係為週期表中貴金屬(noble metal)、近貴重金屬(near noble metal)與耐火金屬(refractory metal)中之一或更多。 8.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該金屬覆蓋圖樣層係以微影製程(lithography)與物理氣相蒸鍍法形成於該基板上。 9.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該雷射係為準分子雷射。 10.如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該準分子雷射係為氟化氪(KrF)、氯化氙(XeCl)、氟化氫(ArF)及氟化氙(XeF)等準分子雷射中之一或更多。 11.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中受該雷射照射之溶區(melting zone)之深度(depth)係以雷射能量密度調整。 12.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中當該雷射照射大面積時，係以掃瞄雷射光束方式進行照射。 13.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該溫度梯度係為有覆蓋金屬覆蓋層之非晶矽和未覆蓋金屬覆蓋層之非晶矽之間，因吸收雷射能量不同所造成。 14.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該基板溫度之特定範圍係為200-400℃。 15.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該基板下方更包含一加溫器，用以使該基板溫度維持於該特定範圍。 |
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| 十一、圖式： | |
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