[發明專利]低溫多晶硅薄膜晶體管制造方法

有效

• 申請號: 201210004411.9
• 申請日: 2012-01-09
• 公開（公告）號: CN102629558A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 許民慶;吳釗鵬;莊涂城;余鴻志;吳宏哲
• 申請（專利權）人: 深超光電(深圳)有限公司
• 主分類號: H01L21/331
• 分類號: H01L21/331;H01L21/324
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明是關于一種低溫多晶硅薄膜晶體管制造方法，尤其是一種對非晶硅層進行預處理使其成為多層微晶粒狀的非晶硅層后再進行準分子激光退火工藝的低溫多晶硅薄膜晶體管制造方法。

【背景技術】

隨著高科技的發展，視頻產品，特別是數字化的視頻或影像裝置已經成為在一般日常生活中所常見的產品。這些數字化的視頻或影像裝置中，顯示器是一個重要組件，以顯示相關信息。使用者可由顯示器讀取信息，或進而控制裝置的運作。

而薄膜晶體管(TFT)可應用于液晶顯示器(liquid?crystal?display，簡稱LCD)的驅動組件，使得液晶顯示器成為桌上直式型平面顯示器的主流，于個人計算器、游戲機、監視器等市場成為未來主導性產品。目前，因非晶硅(amorphous?silicon，簡稱a-Si)薄膜晶體管，可于攝氏200-300度的低溫生長，因此被廣泛使用。但非晶硅的電子遷移率(electron?mobility)低，不超過1cm2/V.s，使得非晶硅薄膜晶體管已不敷目前高速組件應用的需求，而多晶硅(polycrystalline?silicon，簡稱poly-Si)薄膜晶體管相較于非晶硅薄膜晶體管有較高的遷移率(約比非晶硅薄膜晶體管高2-3個數量級)及低溫敏感性(low?temperature?sensitivity)，使其更適用于高速組件。然而，以傳統方式退火非晶硅形成多晶硅時，其形成溫度需攝氏600度以上，故一般使用石英(quartz)作為基板。由于石英基板成本比玻璃基板貴很多，且在基板尺寸的限制下，基板大約僅有2至3時，因此過去只能發展小型基板。

目前為了降低成本必須使用玻璃基板，故須使多晶硅的形成溫度降至攝氏500度以下。因此，許多降低多晶硅的形成溫度的方法紛紛被采用，其中以準分子激光退火工藝(excimer?laser?annealing，簡稱ELA)及金屬誘導結晶工藝(metal?induced?crystallization，簡稱MIC)較受矚目，因為前述工藝均可生長高質量、無污染及低缺陷密度(low?defect?density)的多晶硅，以前述低溫工藝作的多晶硅薄膜晶體管又稱為”低溫多晶硅薄膜晶體管”。再者，由于多晶硅本身的電子遷移率高，所以通常在進行制造薄膜晶體管數組的工藝時，可以一并于顯示區外圍的周邊電路區制作周邊電路。

而金屬誘導結晶工藝的結晶方式是以側向生長(lateral?growth)為主，其是于非晶硅層形成前或形成后形成一金屬層，用以促進非晶硅層的結晶，并于金屬層形成后進行低溫退火工藝，以形成多晶硅。而金屬誘導結晶工藝中使用的金屬層不但可促進非晶硅結晶，更重要的是為了要形成金屬硅化物。而主要的方式是控制其橫向成長方向與源極-溝道-漏極延伸方向之間的關系，若兩方向垂直則適用像素區，若兩方向平行則適用于周邊電路(peripheral?circuit)區。但是，金屬誘導結晶工藝的缺點在于所長成的多晶硅層缺陷(defect)太多，需要再加一道高溫工藝，如快速熱工藝(rapid?thermal?process)或激光退火工藝，所以目前多以準分子激光退火工藝為主。

而現形成多晶硅的作法是運用電漿輔助化學氣相沉積(plasma?enhanced?chemical?vapor?deposition，PECVD)在玻璃基板上沉積一二氧化硅(SiO2)膜，接著再沉積一非晶硅膜，其中二氧化硅(SiO2)膜為一緩沖層(buffer?layer)，可防止玻璃基板之鈉、鉀離子污染多晶硅薄膜晶體主動層(active?layer)之多晶硅膜。由于運用電漿輔助化學氣相沉積設備所沉積之非晶硅內含有8-15％氫含量(hydrogen?content)，如未脫氫即進行準分子激光退火，硅膜將瞬間吸收龐大的準分子激光能量，并于準分子激光退火區產生氫爆，因而造成硅膜容易從基板產生脫落(ablation)，故需于準分子激光退火PECVD硅膜前需進行脫氫，經過脫氫后的非晶硅膜進行準分子激光退火，使非晶硅膜形成為多晶硅膜，然上述非晶硅膜一次性沉積之厚度約為且此時的非晶硅膜之晶粒較為雜亂，而以該厚度經準分子激光退火形成之多晶硅膜之晶粒仍會有些許不均的狀況，所以電子遷移率(electron?mobility)不高且并未達到真正的期望值。

【發明內容】

本發明提供一種低溫多晶硅薄膜晶體管制造方法，有效改善多晶硅層因為未經過預處理成為多層微晶粒狀的非晶硅層再進行準分子激光退火工藝，使其多晶硅層之晶粒未達到理想晶粒大小，因此載子遷移率較小的問題。