TWI541861B - 非晶矽層之結晶化方法 - Google Patents

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Description

非晶矽層之結晶化方法
本發明所述之技術一般係關於非晶矽層的結晶化方法，且更特別地係關於藉由雷射輻射以結晶化非晶矽層的方法。
譬如主動矩陣型液晶顯示器與有機發光顯示器的平面面板顯示器，係具有薄膜電晶體(TFT)。具有良好場效遷移率以及對溫度與光線具有良好穩定性的多晶矽層，其係一般會被使用當作形成TFT於其上的一半導體層或基板。
一個發明態樣係為一種能夠改善結晶化特徵與效率之結晶化非晶矽層的方法。
另一個態樣係為一種與連續側向固化方法相關的結晶化方法，其中雷射光束係相關於具有非晶矽層的基板而相對地在第一方向上從第一側移動到第二側，其係具有彼此相對的第一側與第二側，以及彼此相對且同時與第一側以及第二側交叉的第一端與第二端。其中，該雷射光束被輻射以與該基板的第一側與第二側具有一斜角，而且當該雷射光束在第一方向上相關於基板來相對地移動時，該雷射光束甚至會在與第一方向交叉的第二方向上相對地移動。
該雷射光束會在第二方向上具有第一端點與第二端點。此時，當將雷射光束輻射到基板第一側時，雷射光束的 第一端可與基板的第一端重合，且當將雷射光束輻射到基板第二側時，雷射光束的第二端會與基板的第二端重合。
該基板與雷射光束可在第一與第二方向上連續地相對地移動。
雷射光束在第二方向上相關於該基板的相對移動速度V可滿足以下方程式。
在此，C代表基板第一側或第二側的長度，且D代表基板第一端或第二端的長度。α代表基板斜線與基板第一側所形成的角度，且θ代表基板第一側與雷射光束所形成的斜角。A代表雷射光束的掃瞄間距SC【nm】且B代表雷射光束的頻率【/sec】。
該基板與該雷射光束可藉由基板或雷射光束的移動而相對地移動。
第一方向與第二方向彼此垂直。
該雷射光束係為二維並且在第二方向上縱向地延伸，且一額外遮罩不會被使用於本實施例的結晶化方法中。2D雷射光束的長度可等於該基板第一與第二側長度的至少其中一個。另一態樣係為一種使用連續側向固化製程的 結晶化方法，該方法包含：提供具有非晶矽層的一基板，其中該基板具有彼此相對的第一與第二側；以及將一雷射光束輻射到該基板上，以便具有相關於該基板第一與第二側的一斜角；以及將雷射光束與基板的其中一個彼此相關地相對移動i)以從基板之第一側到第二側的第一方向上，以及ii)以與第一方向交叉的第二方向上。
在上述之方法中，該雷射光束具有彼此相對並且沿著第二方向形成的一第一端與一第二端，其中該基板具有第三與第四側，每一側均實質垂直連接到第一與第二側，其中第三側具有一下端，其中第四側具有一上端，且其中該基板的下端與上端彼此相關地實質斜對角排列，其中當該雷射光束朝著該基板的第一側輻射時，雷射光束的第一端則會與基板的下端重合，以及其中當該雷射光束朝基板的第二側輻射時，雷射光束的第二端則會與基板的上端重合。在上述之方法中，該基板與該雷射光束係在第一與第二方向上連續地相對地移動。
在上述之方法中，該基板具有第三與第四側，每一側皆與第一與第二側實質垂直排列，其中第三側具有一下端，其中第四側具有一上端，且其中該基板的下端與上端會彼此相關地實質斜對角排列，且其中雷射光束在第二方向中相對於基板的相對移動速度V會滿足以下方程式：
其中，C代表基板第一側或第二側的長度，且D代表基板第三側或第四側的長度，其中α代表基板斜線相關於基板第一側而形成的角度，且θ代表基板第一側相關於雷射光束而形成的斜角，且其中A代表雷射光束的掃瞄間距SC【nm】且B代表雷射光束的頻率【/sec】。
在上述之方法中，該相關移動係藉由僅僅移動基板來進行。在上述之方法中，該相關移動係藉由僅僅移動雷射光束來進行。在上述之方法中，第一方向與第二方向實質彼此垂直。
在上述之方法中，該雷射光束具有一寬度以及明顯大於該寬度的一長度，且其中雷射光束的長度會沿著第二方向而延伸。在上述之方法中，在該結晶化方法中並沒有使用一圖案遮罩。在上述之方法中，該雷射光束的長度實質等於該基板之第一與第二側長度的至少其中一個。
另一個態樣係為一種結晶化方法，其係包含：提供具有一非晶矽層的一基板，其中該基板具有彼此相對的第一與第二側；將一雷射光束輻射到該基板上，其中該雷射光束具有一寬度以及明顯大於該寬度的一長度，且其中該雷射光束的長度方向會相關於該基板的第一與第二側而形成一斜角；在第一方向上以第一移動該雷射光束與該基板的至少其中一個；以及在與第一方向交叉的一第二方向上，第二移動該雷射光束與該基板的至少其中一個。
上述之方法進一步包含將第一移動與第二移動重複，直到該非晶矽層實質完全被結晶為止。在上述之方法中，第二移動相關於第一移動實質連續地進行。在上述之方法中，第一移動與第二移動以步進方式來進行。在上述之方法中，雷射光束與基板兩者可以第一與第二移動的至少其中一個來移動。
在上述之方法中，該基板具有第三與第四側，每一側皆與第一與第二側實質垂直排列，其中第三側具有一下端，其中第四側具有一上端，其中該基板的下端與上端會彼此相對地實質斜對角排列，且其中在第二方向中雷射光束相對於基板的相對移動速度V會滿足以下方程式：
其中，C代表基板第一側或第二側的長度，且D代表基板第三側或第四側的長度，其中α代表基板斜線相關於基板第一側而形成的角度，且θ代表基板第一側相關於雷射光束而形成的斜角，且其中A代表雷射光束的掃瞄間距SC【nm】且B代表雷射光束的頻率【/sec】。
另一態樣係為一種結晶化系統，包含：一雷射產生器，其係被架構以將一雷射光束輻射到具有非晶矽層的一基板表面上，以致於具有相關於該基板第一與第二側的一斜角；以及一基板固持裝置，其中該雷射產生器與該基 板固持裝置的至少其中一個係被架構以相對地移動該雷射光束與該基板i)其係在第一方向上，以及ii)其係在與第一方向交叉的第二方向上，以致於該基板的整個表面能夠被該雷射產生器所輻射。
在上述之系統中，只有該雷射產生器被架構以i)在第一與第二方向上移動該雷射光束。在上述之系統中，只有該基板固持裝置被架構，以在第一與第二方向中移動基板。在上述之系統中，該系統不需要一圖案遮罩。
多晶矽層可藉由將非晶矽層結晶化而形成。包括輻射一雷射光束的雷射製程可被廣泛地使用於結晶化。例如，使準分子雷射(高輸出脈衝雷射)暫時輻射的準分子雷射退火(ELA)方法或者誘發矽晶側向生長的連續側向固化(SLS)方法則可被使用於此目的。
在連續側向固化方法中，提供足夠能量以將矽融化成液化狀態的雷射光束，其係會被輻射經過形成在遮罩中的狹縫，以允許矽晶的側向生長。這些晶體係沿彼此相反的方向來生長，其係並且符合以形成一突起物。此突起物操作當做一狹縫，以用於光線的干擾與繞射。波紋效應會導致，產生令人不希望的顯示缺陷，譬如波圖案與/或斜體污點。結果，顯示裝置的影像特性則可被連累。
實施例將參考附圖而更完整地說明於下文。那些該領域具有通常知識者將理解，所說明的實施例將以種種不同方式來修改。在本質上，該些圖式與說明係被視為說明 性而非限制性。在整個說明書中，相同的參考數目意指相同的元件。再者，在該圖式中，為了更佳理解並且簡化說明，該元件的尺寸可被任意地表達。
在下文，根據典型實施例所設計的一種非晶矽層結晶化方法將參考圖1至4來說明。
圖1係為概要地顯示在根據典型實施例所設計之非晶矽層結晶化方法中所使用之結晶化裝置的一透視圖。
如圖1所示，結晶化裝置100包括發出雷射光束的雷射產生器10，以及進行結晶化之具有非晶矽層22之基板24放置於上的載臺20。為了清楚說明，與該實施例沒有直接關係的一般結構並沒有被顯示與說明。
在一個實施例中，雷射產生器10可產生具有小寬度與大長度之線型的雷射光束12。例如，雷射產生器10可使用氙氟化物(XeF)氣體。
具有非晶矽層22的基板24會被固定到位於雷射產生器10以下的載臺，以具有與雷射光束12實質垂直的平面。亦即是，參考圖1，雷射光束12會被輻射在z-軸方向上，且基板24具有實質垂直雷射光束12之輻射方向的xy平面。此時，線型雷射光束12具有在圖1 y軸方向中(在下文，稱為〝第一方向〞)窄寬度的線型，以及在圖1 x軸方向中(在下文，稱為〝第二方向〞)的長長度。
在一個實施例中，載臺20可藉由一移動裝置或一基板固持裝置(沒有顯示)任意地在第一方向與第二方向中移動。在本實施例中，只要基板24與雷射光束12彼此相關 地相對移動，雷射產生器10可或不相關於載臺20來移動。該移動裝置可具有已知結構，以任意地在平面上的載臺20移動。例如，驅動致動器等等則可被使用當作移動裝置。
使用上述結晶化裝置100之根據圖1實施例所設計之非晶矽層的結晶化方法，其係將參考圖2與3更詳細地被說明。
圖2係為概要地顯示在根據一實施例所設計之非晶矽層結晶化方法中、以具有非晶矽層基板為基礎之雷射光束相關位置的一平面圖。
在一種實施例中，非晶矽層22係藉由先進連續側向固化方法(ASLS)來結晶化。
亦即是，如在圖2的(a)所示，具有完全融化區域之能量密度的雷射光束12會被輻射到基板24的第一側(在下文，可與〝左側〞互換)24a。當雷射光束12被輻射時，在此區域中的非晶矽會被融化，且晶粒會從液化矽區域的界面、朝著雷射光束12的輻射區域側向地生長。此時，晶粒的側向生長係在實質垂直液化矽區域界面的方向上進行。從雷射光束12輻射區域兩側上之界面實質垂直往內生長之兩側上的晶粒，其係會在一中點上彼此碰撞，並且停止生長以從而形成一突起物。
在一個實施例中，如圖2的(b)所示，雷射光束12會被輻射，同時相關於基板24在第一方向上(該圖式的y軸方向)相對地移動一掃瞄間距SC，以便使非晶矽結晶化。 為了清楚說明，在圖2中，掃瞄間距SC會被放大。
同樣地，藉由沿著掃瞄間距SC而相關於基板相對地移動與輻射雷射光束12而來重複進行該製程，如圖2的(c)與(d)所示，非晶矽層22會被一路結晶化到基板24的第二側24b(在下文，與〝右側〞互換地使用)。
在一種實施例中，因為連續側向固化方法係藉由使用線型雷射光束12而在沒有圖案遮罩之下被採用，所以可能可簡化該製程並且減少製造成本。
更者，在一個實施例中，當雷射光束12相關於基板24而在第一方向(圖2的y-軸方向)相對地移動時，雷射光束12亦可相對地在第二方向中(圖2的x-軸方向)移動，以改善結晶化特徵。其係將參考圖3而更詳細地說明。
圖3係為概要地顯示在根據一典型實施例所設計之非晶矽層結晶化方法中、以雷射光束為基礎之基板的相對位置的一平面圖。更特別地，圖3(a)-(d)的狀態各別對應圖2(a)-(d)的狀態。
如圖2與3所示，在一個實施例中，當雷射光束12被輻射到基板24時，雷射光束12則會形成與基板24之左側24a相關的預定角θ。當雷射光束12被輻射以具有斜角θ時，當在中點碰到該側向生長晶粒時，所形成的突起物則會被不規則排列，從而將藉由波紋現象所造成的顯示缺陷最小化。
同時，在一個實施例中，如圖3所示，雷射光束12的長度L以及基板24之左側24a與右側24b的長度C，實質彼此相 等，以從而將使用雷射光束12而被結晶化的基板24尺寸最大化。
然而，如以上所說明，在雷射光束12相關於基板24左側24a形成入射角θ的情形中，當雷射光束12沒有相關於基板24在第二方向上移動時，與圖3A之區域參考數UC一樣大的非結晶區域則可被產生。例如，當入射角θ大約2°、大約4°以及大約8°時，非結晶區域的比率則各別大約4.5%、大約8.9%、以及大約17.8%。就此而言，當入射角θ被形成以致於能夠避免或最小化波紋現象，以及該現象所產生的斜體污點與其他缺陷時，結晶化效率則可藉由未結晶區域來減少。因此，在一個實施例中，雷射光束12亦可相對地相關於基板在第二方向上移動，以移除未結晶區域。
在一個實施例中，如圖2(a)與圖3(a)所示，當雷射光束12被輻射到基板24的左側24a時，雷射光束12的第一端121(在下文，以〝下端〞交替地使用)會重合基板24之第三側24c的第一端(在下文，以〝下端〞交替地使用)。
在一個實施例中，如圖2B與圖3B所示，當雷射光束12相關於基板24在第一方向相對地移動掃瞄間距SC時，雷射光束12則會同樣地在第二方向上以第一間隔X1相對地移動。
在一個實施例中，藉由相關於基板24、在第二方向上將雷射光束以第一間隔X1相對地連續移動，如圖2(c)與 圖3(c)所示，當雷射光束12被輻射到基板24的右側24b時，如圖2(d)與圖3(d)所示，雷射光束12的第二端122(在下文，稱為〝上端〞)會重合基板24之第四側24d的第二端(在下文，稱為〝上端〞)。在一個實施例中，如圖3的(a)與(d)所示，第三側24c的第一端則相關於第四側24d的第二端而實質斜對角排列。
當雷射光束12的下端121重合在基板24左側24a上之基板24的下端24c時，則結晶化開始，並且當雷射光束12的上端122重合在基板24右側24b上之基板24的上端24d時，則結晶化結束，形成在基板24之非晶矽層22的整個區域則可被結晶而不具有非結晶化區域。
在一個實施例中，當雷射光束12以相關於基板24而形成的斜角θ來輻射，以實質移除波紋現象與結果產生的顯示缺陷時，譬如斜體污點，雷射光束12亦可同樣地相關於基板24而在第二方向上相對地移動，以便能夠避免未結晶化區域被產生。結果，可能可改善結晶化特徵，以及此外，可能可藉由移除非結晶區域來改善結晶化效率。
在一個實施例中，為了相關於基板24在第一方向與第二方向上相對地移動雷射光束12，放置基板24的載臺(圖1的參考號碼為20，在下文，與上文相同)係可藉由移動裝置來移動。在另一個實施例中，當基板24被固定時，雷射光束12可在第一方向與第二方向移動。在仍另一實施例中，雷射光束12與基板24兩者可彼此相關地移動。
此外，在一個實施例中，雷射光束12可連續地相關於基板24相對地移動。亦即是，藉由以一預定速率，將放置基板24的載臺20在第一方向與第二方向上移動，可能可調整雷射光束12與基板24的相對位置。
在一個實施例中，在第二方向上基板24相關於雷射光束12的相對移動速度，其係將參考圖4來說明。圖4係為用來說明在第二方向中之基板相關於在第二方向中之雷射光束之相對移動速度的圖。在圖4中，標以實線的基板24代表當結晶化開始時的時間，以及標以虛線的基板24代表當結晶化結束時的時間。
基板24在第二方向上相關於雷射光束12的相對移動速度，其係可藉由將在第二方向上雷射光束12與基板24的相對移動距離X除以所需的時間而獲得。參考圖4，在第二方向上的相對移動距離X實質等於在雷射光束12上端122與基板24右側24b上端24d之間的距離。相對移動距離X可藉由從雷射光束12的長度L，亦即，基板24左側24a或右側24b的長度C，減去參考數△W而得到。因此，在第二方向上的相對移動距離X係顯示於方程式1中。
(在此，C代表基板24左側24a或右側24b的長度，且D代表基板24上端或下端的長度。α代表基板24斜線相關於 基板24左側24a而形成的角度，且θ代表基板24左側24a相關於雷射光束12的斜角。)
此外，移動相關移動距離X所需要的時間T係由方程式2所產生。
(在此A代表雷射光束的掃瞄間距SC【nm】，且B代表雷射光束的頻率【/sec】。)
因此，基板24在第二方向上相關於雷射光束12的相對移動速率V係由以下方程式所產生。
在一個實施例中，考慮當雷射光束12被輻射時的時間，載臺20可被步進式移動。在一個實施例中，雷射光束12的長度L可稍微不同基板24左側24a或右側24b的長度C。
根據至少一個實施例，一種結晶化方法可藉由輻射一雷射光束以具有相關於基板的斜角來實質移除一波紋現象 與結果產生的顯示缺陷，譬如斜體污點與/或波圖案，並且藉由相關於基板在第一方向與第二方向中相對地移動雷射光束來避免一未結晶區域。結果，可能可改善結晶化特徵，且此外，可能可藉由移除非結晶區域來改善結晶化效率。
再者，該結晶化方法並沒有使用可簡化製造製程並且減少製造成本的圖案遮罩。
當本揭露結合目前被視為實際典型實施例來說明時，可理解到，本發明不限於所揭露的實施例，但是相反地，其係欲涵蓋被包括在附加申請專利範圍之精神與範圍內的種種修改與等同排列。
10‧‧‧雷射產生器
12‧‧‧雷射光束
20‧‧‧載臺
22‧‧‧非晶矽層
24‧‧‧基板
24a‧‧‧第一側
24b‧‧‧第二側
24c‧‧‧第三側
24d‧‧‧第四側
100‧‧‧結晶化裝置
121‧‧‧第一端
122‧‧‧第二端
SC‧‧‧掃瞄間距
L‧‧‧長度
C‧‧‧長度
X1‧‧‧第一間隔
X‧‧‧相關移動距離
UC‧‧‧未結晶區域
圖1係為概要地顯示在根據典型實施例所設計之非晶矽層結晶化方法中所使用結晶化裝置的一透視圖。
圖2係為概要地顯示在根據一實施例所設計之非晶矽層結晶化方法中、以具有非晶矽層基板為基礎之雷射光束相關位置的一平面圖。
圖3係為概要地顯示在根據一典型實施例所設計之非晶矽層結晶化方法中、以雷射光束為基礎之基板相關位置的一平面圖。
圖4係為用來說明在根據典型實施例所設計之非晶矽層結晶化方法中、在第二方向中雷射光束與基板之相對移動速度的一圖式。
12‧‧‧雷射光束
24‧‧‧基板
24a‧‧‧第一側
24b‧‧‧第二側
24c‧‧‧第三側
24d‧‧‧第四側
121‧‧‧第一端
122‧‧‧第二端
L‧‧‧長度
C‧‧‧長度
UC‧‧‧未結晶區域
X1‧‧‧第一間隔

Claims (20)

  1. 一種使用連續側向固化製程的結晶化方法，該方法包含：提供一具有非晶矽層的基板，其中該基板具有彼此相對的第一與第二側；以及將一雷射光束輻射到該基板上以致於相關於該基板之第一與第二側具有一斜角；以及相對地將該雷射光束與該基板的其中一個彼此相關地移動i)以從該基板第一側到第二側的一第一方向，以及ii)以與第一方向交叉的第二方向。
  2. 如申請專利範圍第1項之結晶化方法，其中該雷射光束具有彼此相對並且沿著第二方向形成的一第一端與一第二端，其中該基板具有第三與第四側，每一側均實質垂直連接到第一與第二側，其中第三側具有一下端，其中第四側具有一上端，且其中該基板的下端與上端彼此相關地實質斜對角地排列，其中當該雷射光束朝該基板的第一側來輻射時，該雷射光束的第一端則會與該基板的下端重合，以及其中當該雷射光束朝該基板的第二側來輻射時，該雷射光束的第二端則會與該基板的上端重合。
  3. 如申請專利範圍第1項之結晶化方法，其中該基板與該雷射光束連續在第一與第二方向上相對地移動。
  4. 如申請專利範圍第1項之結晶化方法，其中該基板具有第三與第四側，每一側皆與第一與第二側實質垂直排列，其中第三側具有一下端，其中第四側具有一上端，且其中該基板的下端與上端會彼此實質斜對角排列，且其中在第二方向中雷射光束相對於基板的相對移動速度V會滿足以下 其中，C代表基板第一側或第二側的長度，且D代表基板第三側或第四側的長度，其中α代表基板斜線相關於基板第一側而形成的角度，且θ代表基板第一側相關於雷射光束而形成的斜角，且其中A代表雷射光束的掃瞄間距SC【nm】且B代表雷射光束的頻率【/sec】。
  5. 如申請專利範圍第1項之結晶化方法，其中該相對移動係藉由僅僅移動基板來進行。
  6. 如申請專利範圍第1項之結晶化方法，其中該相對移動係藉由僅僅移動雷射光束來進行。
  7. 如申請專利範圍第1項之結晶化方法，其中第一方向與第二方向實質彼此垂直。
  8. 如申請專利範圍第1項之結晶化方法，其中該雷射光束具有一寬度以及明顯大於該寬度的一長度，且其中該雷射光束的長度沿著第二方向而延伸。
  9. 如申請專利範圍第8項之結晶化方法，其中在該結晶化方法中並沒有使用一圖案遮罩。
  10. 如申請專利範圍第8項之結晶化方法，其中該雷射光束的長度實質等於該基板之第一與第二側長度的至少其中一個。
  11. 一種結晶化方法，包含：提供具有一非晶矽層的一基板，其中該基板具有彼此相對的第一與第二側；將一雷射光束 輻射到該基板上，其中該雷射光束具有一寬度以及明顯大於該寬度的一長度，且其中該雷射光束的該長度方向會相關於該基板的第一與第二側而形成一斜角；在一第一方向上第一移動該雷射光束與該基板的至少其中一個；以及在與第一方向交叉的一第二方向上，第二移動該雷射光束與該基板的至少其中一個。
  12. 如申請專利範圍第11項之結晶化方法，進一步包含將第一移動與第二移動重複，直到非晶矽層實質完全被結晶為止。
  13. 如申請專利範圍第11項之結晶化方法，其中第二移動相關於第一移動而實質連續地進行。
  14. 如申請專利範圍第11項之結晶化方法，其中第一移動與第二移動以步進方式來進行。
  15. 如申請專利範圍第11項之結晶化方法，其中雷射光束與基板兩者可以第一與第二移動的至少其中一個來移動。
  16. 如申請專利範圍第11項之結晶化方法，其中該基板具有第三與第四側，每一側皆與第一與第二側實質垂直排列，其中第三側具有一下端，其中第四側具有一上端，其中該基板的下端與上端會彼此相對地實質斜對角排列，且其中在第二方向中雷射光束相對於基板的相對移動速度V會滿足以下方程式： 其中，C代表基板第一側或第二側的長度，且D代表基板第三側或第四側的長度，其中α代表基板斜線相關於基板第一側而形成的角度，且θ代表基板第一側相關於雷射光束而形成的斜角，且其中A代表雷射光束的掃瞄間距SC【nm】且B代表雷射光束的頻率【/sec】。
  17. 一種結晶化系統，包含：一雷射產生器，其係被架構以將一雷射光束輻射到具有一非晶矽層之一基板表面上，以致於相關於該基板的第一與第二側具有一斜角；以及一基板固持裝置，其中該雷射產生器與該基板固持裝置的至少其中一個係被架構，以相對地移動該雷射光束與該基板i)其係在第一方向上，以及ii)其係在與第一方向交叉的第二方向上，以致於該基板的整個表面能夠被該雷射產生器所輻射。
  18. 如申請專利範圍第17項之結晶化系統，其中只有該雷射產生器被架構以i)在第一與第二方向上移動該雷射光束。
  19. 如申請專利範圍第17項之結晶化系統，其中只有該基板固持裝置被架構，以在第一與第二方向上移動基板。
  20. 如申請專利範圍第17項之結晶化系統，其中該系統不需要一圖案遮罩。
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