CN1501457A

CN1501457A - 利用准分子激光退火工艺制作多晶硅薄膜的方法

Info

Publication number: CN1501457A
Application number: CNA021504504A
Authority: CN
Inventors: 石储荣; 陆一民
Original assignee: Toppoly Optoelectronics Corp
Current assignee: TPO Displays Corp
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2004-06-02
Anticipated expiration: 2022-11-12
Also published as: CN1275301C

Abstract

本发明提供一种利用准分子激光退火工艺制作多晶硅薄膜的方法，该方法首先于一衬底上形成一非晶硅薄膜，其中该非晶硅薄膜于靠近中央的第一区域上具有一第一厚度，而于靠近外缘的第二区域内具有一倾斜侧壁构造，其厚度向外递减。接着对该非晶硅薄膜进行厚度测量，以得到该非晶硅薄膜靠近外缘处的厚度分布，并据以设定该准分子激光退火工艺的工艺边界。接着对该工艺边界内的区域进行该准分子激光退火工艺，使该区域内的该非晶硅薄膜再结晶成一多晶硅薄膜。其中该工艺边界处的该非晶硅薄膜具有一小于该第一厚度的第二厚度，且该第二厚度大于该准分子激光退火工艺的一临界厚度，以避免该非晶硅薄膜于该退火工艺中产生烧蚀现象。

Description

利用准分子激光退火工艺制作多晶硅薄膜的方法

技术领域

本发明涉及一种多晶硅薄膜的制作方法，尤其涉及一种利用准分子激光退火(excimer laser annealing，ELA)工艺制作多晶硅薄膜的制作方法。

背景技术

随着科技的日新月异，轻薄、省电、便携式的智能型信息产品已经充斥了我们的生活空间，显示器在其间扮演了相当重要的角色，不论是手机、个人数位助理或是笔记型电脑，均需要显示器作为人机沟通的介面。然而现今已大量生产的非晶硅薄膜晶体管液晶显示器(a-TFT LCD)，由于载流子迁移率的限制，要进一步达到轻薄、省电、高画质的需求已经有所困难，取而带之的将会是低温多晶硅(low temperature polysilicon，LTPS)薄膜晶体管液晶显示器。

在液晶显示器中，由于一般玻璃基板的耐热度往往只能到600℃，因此若在高温下直接制作多晶硅薄膜将会造成玻璃基板的扭曲变形，因此传统的多晶硅薄膜晶体管液晶显示器往往必须要使用价格昂贵的石英作为基材，应用范围往往也只能局限于小尺寸的液晶面板。因此，目前另一种利用非晶硅薄膜再结晶的低温多晶硅薄膜制作方法已逐渐成为主流，其中，又以准分子激光退火(excimerlaser annealing，ELA)工艺格外受到重视。

在准分子激光退火过程中，非晶硅薄膜会经由对激光深紫外光的吸收而达到快速的熔融与再结晶，而采用这种短时间脉冲激光所造成的快速吸收只会对非晶硅薄膜表面造成影响。因此玻璃基板能保持在低温状态而不至受到任何影响。一般而言，常用的准分子激光种类包含有XeCl激光、ArF激光、KrF激光以及XeF激光等，不同的分子会产生不同的波长，而所输出的能量密度则会根据非晶硅薄膜的厚度调整，以一个厚度500埃的非晶硅薄膜为例，准分子激光输出的能量密度约为200至400mJ/cm²。

请参考图1，图1为以准分子激光退火工艺制作多晶硅薄膜的方法示意图。如图1所示，首先于一玻璃基板10上沉积一厚度约为500埃()的非晶硅薄膜12，沉积非晶硅薄膜12的方法有许多种，诸如低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)及溅射(sputtering)等。

接着会将玻璃基板10置入一密闭的反应室内，以进行准分子激光退火工艺，其中该反应室上方具有一透明窗口，准分子激光可自该透明窗口照射至玻璃基板10上方的非晶硅薄膜12，并根据一预先设定的工艺范围以一种类似扫描的方式逐步扫过该工艺范围内的所有区域，对该工艺范围内的非晶硅薄膜12进行快速加热，使该区域内的非晶硅薄膜12上产生部分熔融和完全熔融两种区域，然后藉由此二区域所造成的温度梯度，以边界处未完成熔融的残余固体作为成核基点，瞬间开始往完全熔融的区域作侧向晶粒的成长，以再结晶成一多晶硅薄膜。之后可进一步进行后续液晶显示面板的工艺，并利用该多晶硅薄膜作为液晶显示器内的源极或漏极，以构成液晶显示器面板中的驱动电路。

然而在形成非晶硅薄膜12时，各区域沉积的厚度并不均等，而会略有偏差。请参见图2，图2为图1中靠近玻璃基板10外缘处的局部剖面示意图。如图2所示，非晶硅薄膜12包含有一第一区域14与一第二区域16。其中在较靠中央的第一区域14内的非晶硅薄膜12厚度大多会维持在一预定厚度，例如500埃左右，其误差在5至10％以内，而在靠近非晶硅薄膜12外缘的第二区域16，因为受到沉积工艺的影响，会具有一倾斜侧壁的构造，其厚度由中心向外缘处递减。

而在设定准分子激光工艺的工艺范围时，很重要的一点就是该工艺范围内的非晶硅薄膜12必须要有足够的厚度，若该工艺范围内某一区域处的非晶硅薄膜12厚度过小，则在以准分子激光快速加热的过程中，该区域处的非晶硅薄膜12会发生烧蚀(ablation)的现象，而当此一现象发生时，这些烧蚀的非晶硅薄膜会以一种类似蒸镀的方式附着在工作台上，例如激光输入的透明窗口，因此造成整个工作台的污染，严重影响后续工艺。

在现有技术中，为了避免发生此一工作台污染的问题发生，往往不会将工艺范围涵盖所有的非晶硅薄膜12，而会如图3所示，将工艺边界18略往非晶硅薄膜12的中心方向移动一安全距离L1，例如3至5公分，以解决此一问题。然而此一工艺边界18的设定以及安全距离L1的选取完全是由操作者依个人经验自行判断，因此往往会产生许多问题，例如为了增加产量，安全距离L1留得过小，造成机台受到污染的风险大增亦或是安全距离L1留得过大，使得工艺范围过小，而对产量造成影响。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种利用准分子激光退火工艺来制作多晶硅薄膜时的工艺边界设定方法，以解决上述问题。

本发明提供了一种利用准分子激光退火工艺来制作多晶硅薄膜的方法。首先于一衬底上形成一非晶硅薄膜，其中该非晶硅薄膜的中心处具有一第一厚度，且该非晶硅薄膜外缘处具有一倾斜侧壁构造。接着对该非晶硅薄膜进行厚度测量，以得到该非晶硅薄膜靠近外缘处的厚度分布，并据以设定该准分子激光退火工艺的工艺边界。再进行该准分子激光退火工艺，以准分子激光扫过该工艺边界围绕的区域，以使该区域上的该非晶硅薄膜再结晶成一多晶硅薄膜。其中该工艺边界处的非晶硅薄膜具有一小于该第一厚度的第二厚度，且该边界厚度大于该准分子激光退火工艺的一临界厚度(critical thickness)，以避免该非晶硅薄膜于该退火工艺中产生烧蚀现象(ablation)。

本发明是根据非晶硅薄膜靠近外缘处的厚度分布来定义准分子激光的工艺范围，因此不但可以避免工作台污染的产生，并能增加工艺面积，对产能提高具有显著的功效。

附图说明

图1为现有技术中以准分子激光退火工艺制作多晶硅薄膜的方法示意图；

图2为图1中靠近玻璃基板外缘处的局部剖面示意图；

图3为现有技术中定义工艺范围的示意图；以及

图4与图5为本发明以准分子激光退火工艺制作多晶硅薄膜的方法示意图。

附图中的附图标记说明如下：

10基板 12非晶硅薄膜

14第一区域 16第二区域

18工艺边界 110基板

112多晶硅薄膜 114第一区域

116第二区域

具体实施方式

请参考图4，图4为本发明中以准分子激光退火工艺制作多晶硅薄膜的方法示意图。如图4所示，首先于一玻璃基板110上沉积一非晶硅薄膜112，沉积非晶硅薄膜112的方法有许多种，诸如低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)及溅射(sputtering)等。其中所形成非晶硅薄膜112的面积与厚度并无特殊限制，可根据产品的需求予以适当调整，一般而言，其厚度大约在300至800埃左右，而在本发明的优选实施例中，所形成的非晶硅薄膜112长度为750mm，宽度为620mm，而厚度约为500埃()。

非晶硅薄膜112包含有一第一区域114与一第二区域116。其中第一区域114位于中央的主要部分，而第二区域116则位于靠近非晶硅薄膜112外缘处，环绕于第一区域114周围。在第一区域114内的非晶硅薄膜112厚度大多会维持在所预定形成的标准厚度，如上述的500埃左右，其可接受的误差在5至10％以内，而在第二区域116处，因为受到沉积工艺的影响，会形成一倾斜侧壁的构造，其厚度由中心向外缘处递减。

接着对非晶硅薄膜112进行一厚度的测量，以得到非晶硅薄膜112靠近外缘处的厚度分布。请参考图5，图5为本发明中非晶硅薄膜112的厚度分布示意图。其中X轴代表距离基板110外缘的距离，而Y轴则代表该处的厚度。曲线A则为非晶硅薄膜112靠近外缘处的厚度分布，直线B则为不会发生烧蚀现象的最小厚度。其中，此一最小厚度可藉由实验测试而得。此外，在工艺稳定的状况下，不论厚度分布的测量或是最小厚度的实验测试，仅需在每批次中择一试片进行即可，而不需对每一片基板110进行非多晶硅薄膜112的厚度测量与测试。

如图5所示，曲线A与直线B的交会处即为可容许的工艺边界极限，若再将工艺边界朝玻璃基板110外缘方向移动，则会发生烧蚀的现象，造成工作台的污染。在实际设定工艺边界时，为了降低机台发生污染的风险，多半仍会将工艺边界设定于曲线A与直线B交会处的右侧，如图5中虚线C所示。以虚线C作为工艺边界为例，该处的非晶硅薄膜112厚度约为450埃，约略为中央第一区域114处厚度的90％，与现有技术相比，本发明的工艺边界在四周均较现有工艺边界各多5-20mm，因此，可增约略提升5至10％的工艺范围。

随后可根据所设定的工艺边界，对该工艺边界所围绕的工艺范围进行准分子激光退火工艺，使该工艺范围内的非晶硅薄膜112再结晶成为一多晶硅薄膜，其制作原理与工艺方法与现有技术相同，故在此不予缀述。在完成多晶硅薄膜的制作后，可继续进行后续工艺，利用该多晶硅薄膜作为源/漏极，来进行液晶显示面板中驱动电路的制作。

本发明是先对非晶硅薄膜进行厚度的测量，以得到非晶硅薄膜外缘处的厚度分布，并利用一些实验测试，得出准分子激光退火工艺所需非晶硅薄膜的最小厚度。之后再根据上述资料来设定该准分子激光退火工艺的工艺范围，因此不但能确实避免工作台污染的产生，更能有效增加多晶硅薄膜的生成面积，以提高产能。

与先有技术中由操作者依个人经验自行判断工艺边界的设定相比，本发明中的工艺边界设定方法则能同时兼顾工艺的稳定性并提高产能，一方面避免低工作台污染的发生，另一方面又能够增加工艺范围，将所形成的非晶硅薄膜做较有效率的利用，大幅提高经济效益。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims

1.一种利用准分子激光退火工艺制作多晶硅薄膜的方法，该方法包含有下列步骤：

提供一衬底；

于该衬底上形成一非晶硅薄膜；

测量该非晶硅薄膜的厚度，以于该非晶硅薄膜上定义一第一区域位于该非晶硅薄膜的中心处，以及一第二区域位于该非晶硅薄膜的外缘，其中该第一区域内的该非晶硅薄膜具有一第一厚度，而该第二区域内的该非晶硅薄膜具有一倾斜侧壁构造，且该倾斜侧壁构造具有一厚度分布；

根据该非晶硅薄膜于该倾斜侧壁构造处的厚度分布于该第二区域内设定该准分子激光退火工艺的一工艺边界，其中该工艺边界处的该非晶硅薄膜具有一小于该第一厚度的第二厚度；以及

进行该准分子激光退火工艺，以使设于该工艺边界内的该非晶硅薄膜再结晶成一多晶硅薄膜。

2.如权利要求1所述的方法，其中该工艺边界内的该非晶硅薄膜的厚度大于一临界厚度，以避免该非晶硅薄膜于进行该准分子激光退火工艺时产生烧蚀现象，造成工作台污染。

3.如权利要求1所述的方法，其中该第二厚度约为该第一厚度的90％。

4.如权利要求1所述的方法，其中该衬底是一玻璃衬底。

5.如权利要求1所述的方法，其中该工艺边界位于该倾斜侧壁上。

6.如权利要求1所述的方法，其中该第一厚度约为300至800埃。

7.如权利要求1所述的方法，其中该准分子激光选自XeCl、ArF、krF或XeF等激光。

8.如权利要求1所述的方法，其中该准分子激光退火工艺于一反应室内进行。

9.如权利要求8所述的方法，其中该反应室具有一透明窗口，以将该准分子激光经由该透明窗口输出至该非晶硅薄膜。