薄膜電晶體的製造方法
2023-06-12 23:44:56 1
專利名稱：：薄膜電晶體的製造方法
技術領域：
：本發明涉及一種薄膜電晶體的製造方法，特別是一種在低溫多晶矽製程中薄膜電晶體TFT的製造方法。
背景技術：
：薄膜電晶體液晶顯示器可分為多晶矽與非晶矽兩種技術。目前主流多以非晶矽為主，相關技術較為成熟。低溫多晶矽(LowTemperaturePolySilicon,LTPS)是新一代薄膜電晶體液晶顯示器的製造流程，由於低溫多晶矽的電晶體載子移動率高出非晶矽技術兩百倍以上，與傳統非晶矽顯示器最大差異在於低溫多晶矽反應速度較快，且有高亮度、高解析度等優點，若用於筆記本電腦，低溫多晶矽顯示器面板的耗電量較少，將可為筆記本電腦省下不少電力。圖1所示為已知的雷射退火技術照射示意圖。傳統線束準分子雷射退火(LineBeamExcimerLaserAnnealing,LBELA)技術為目前業界普遍使用的方法，其利用平頭式(Flat-Top)準分子雷射10對整片玻璃基板20進行重複照射(MuMShot)，其多晶矽的掃描式電子顯微鏡(ScanningElectronMicroscope,SEM)圖如A區所示，晶粒大小約0.3mm，經過此種方式照射的多晶矽擁有電性均勻的優點，相當適合用於像素內的薄膜電晶體，然而其元件特性不夠佳，不利於整合高密集度的周邊電路於面板外圍。另外，一種側向長晶(Lateralgrowth)技術是利用高能量雷射聚焦照射對非晶矽(a-Si)基板局部或整面作側向成長，將照射區域的矽完全融熔，以側向的未融熔矽為晶種，因晶粒增大，使平行於雷射掃射方向25(LaserScanDirection)的元件可以大幅提升，有利於整合更多的面板外圍電路。然而其缺點為側向長晶的晶粒寬度不均，晶界常會有分岔或消失的情形發生，如圖2所示的掃描式電子顯微鏡圖，造成元件均勻性不佳，且垂直於雷射掃射方向的元件特性遠遜於平行方向，對電路布局的設計構成麻煩。側向長晶包括循序性側向結晶(SequentialLateralSolidification,SLS)，以及固態雷射(SolidStateLaser,SSO。再者，美國專利US6949452所揭露一種長晶技術是利用線束準分子雷射退火對整片基板的非晶矽(a-Si)膜進行照射，再對基板部分區域做固態雷射照射使晶粒增大。此方式雖然可以有效率的使用固態雷射，但因為最後一道製程使用側向結晶，故元件臨界電壓均勻性不佳，且垂直與平行的元件差異性仍大。
發明內容為了解決上述問題，本發明目的之一是利用循序性側向生長及固態雷射技術，在基板上多個部分區域(即密集電路區)進行側向長晶，接著對整片基板進行線束準分子雷射退火處理，使元件的特性大幅提升，元件的均勻度大增，可有效率的將周邊驅動電路製作在玻璃基板上，以便於製造系統面板(System-On-Glass,SOG)。本發明目的之一是提供一種薄膜電晶體的製造方法，其在兩次雷射照射中加入表面形成薄氧化層的步驟，可消除第二次雷射對元件所造成的柵極電壓(Vth)偏差效應，亦可增進多晶矽(p-Si)與絕緣層(Insulator)的界面穩定性。為了達到上述目的，本發明一實施例的薄膜電晶體的製造方法，包括提供一基板，並形成一非晶矽層於基板上；用一雷射退火照射基板的非晶矽層的部分區域進行側向長晶，以形成多個多晶矽區域；對基板進行表面氧化層處理；以及對基板實施一全面性雷射退火照射。圖1所示為已知的雷射退火技術照射示意圖。圖2所示為己知的循序性側向結晶的掃描式電子顯微鏡(SEM)圖。圖3a及圖3b所示為本發明一實施例的製造低溫多晶矽面板架構示意圖。圖4所示為根據本發明一實施例的面板照射區域示意圖。圖5所示為根據本發明一實施例所產生的像素的結構示意圖。圖6a為已知的側向結晶的掃描式電子顯微鏡圖。圖6b為本發明所產生結晶的掃描式電子顯微鏡圖。圖7a及圖7b所示為根據本發明產生的NMOS及PMOS元件特性圖。圖中符號說明10準分子雷射20玻璃基板25雷射掃射方向30基板31非晶矽層32氧化矽膜33氮化矽膜34玻璃層311像素區域312部分區域311'像素區域312，二次照射的電路布局區域A多晶矽的掃描式電子顯微鏡圖具體實施例方式圖3a及圖3b所示為本發明一實施例的低溫多晶矽面板架構示意圖。於本實施例中，首先提供一基板30，其最底層為一玻璃層34，玻璃層34上方依順序沉積有一氮化矽(SiNx)膜33，一氧化矽(SiOx)膜32及最上層為一非晶矽(a-Si)層31。接著，請參閱圖4為面板照射區域示意圖，對基板30部分區域312進行長晶技術的第一次雷射照射，即使用側向長晶原理的雷射退火，如循序性側向結晶、固態雷射或細光束方向性結晶(Thin-beamDirectionalX，tallization，TDX)等。部分區域312在後續的低溫多晶矽製程中，為薄膜電晶體的電路布局區域。再者，對基板30進行表面氧化處理，其方法可利用稀釋氫氟酸溶液(DiluteHF)和臭氧(03)水清洗基板或利用高溫高壓水蒸氣(或是氧氣)在基板30表面形成緻密的氧化層。如此一來，在基板30表面的薄氧化層可消除第二次雷射對元件所造成的柵極電壓(Vth)偏差效應，亦可增進多晶矽與絕緣層的界面穩定性。最後步驟則對基板30進行全面性線束準分子雷射退火，則原先已經照過第一次雷射照射的部分區域312所形的多晶矽(p-Si)會受到二次的雷射照射，形成二次照射的多晶矽，未照射的像素區域311隻照射一次的雷射照射，待線束準分子雷射退火照射完畢後，產生一可作為低溫多晶矽製程的面板。可進行後續的低溫多晶矽製程。圖5所示為本發明所產生的多晶矽面板中一像素的結構，其四周為經過二次照射的電路布局區域312'，中間部份則為受到一次準分子雷射退火的像素區域311'。請參閱圖6a為側向結晶的掃描式電子顯微鏡圖，另圖6b為本發明所產生結晶的掃描式電子顯微鏡圖，兩者明顯不同。於一實施例中，以循序性側向生長對非晶矽(a-Si)基板進行側向長晶，再以線束準分子雷射退火(LBELA)對整片基板進行結晶，其所得元件特性如圖7a所示為NMOS，圖7b所示為PMOS。表一及表二為垂直與平行晶界的NMOS與PMOS元件特性，且括號內的值代表在量測整片基板12個點的標準差。tableseeoriginaldocumentpage7表一tableseeoriginaldocumentpage7表二於上述表一及表二中得知，本發明所產生的薄膜電晶體(TFT)電路在遷移率(mobility)中比薄膜電晶體像素(pixel)區優異，且元件特性的均勻度與薄膜電晶體像素區達到相同的水準。本發明與已知技術相比在元件特性上如表三所示，凡是在最後一道步驟使用側向長晶技術，如循序性側向生長或固態雷射，其元件特性在遷移率中，垂直與平行的比值NMOS皆小於0.4，PMOS皆小於0.5，不利於電路設計的布局。本發明所產生的NMOS可達0.52，PMOS則為0.78，且都超過線束準分子雷射退火，使電路區元件方向不必平行於晶界方向，電路設計較不受限制。tableseeoriginaldocumentpage8表三TS1:p-Si膜厚N-，P-:NMOS/PMOSLTPS元件(W/L=6/6tim)UV,Up:平行(p)或垂直(V)於晶界的元件的遷移率。綜合上述，本發明在基板上電路區進行側向長晶，接著對基板進行表面氧化層處理，最後再對整片基板進行準分子雷射退火處理，使元件特性大幅提升，元件的均勻度大增，可有效率的將周邊驅動電路製作在玻璃基板上，可製造系統面板。以上所述的實施例僅為說明本發明的技術思想及特點，其目的在使熟悉此項技藝的人士能夠了解本發明的內容並據以實施，當不能以的限定本發明的專利範圍，即大凡依本發明所揭示的精神所作的均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明的專利範圍內。權利要求1.一種薄膜電晶體的製造方法，包含(a)提供一基板，形成一非晶矽層於該基板上；(b)於(a)步驟後，用一雷射退火照射該基板的該非晶矽層的部分區域進行側向長晶，以形成多個多晶矽區域；(c)於(b)步驟後，對該基板進行表面氧化層處理；以及(d)於(c)步驟後，對該基板實施一全面性雷射退火照射。2.如權利要求1所述的薄膜電晶體的製造方法，其中該基板與該非晶矽層之間包含形成一氮化矽膜於該基板上。3.如權利要求2所述的薄膜電晶體的製造方法，其中還包括形成一氧化矽膜於該氮化矽膜上。4.如權利要求l所述的薄膜電晶體的製造方法，其中該部分區域為一薄膜電晶體的電路布局區域。5.如權利要求1所述的薄膜電晶體的製造方法，其中在步驟(b)中，側向長晶原理的雷射退火為循序性側向結晶、固態雷射或細光束方向性結晶。6.如權利要求l所述的薄膜電晶體的製造方法，其中在步驟(c)後，該全面性雷射退火包含一線束準分子雷射退火照射。7.如權利要求l所述的薄膜電晶體的製造方法，其中該表面氧化層處理包含(a)使用稀釋氫氟酸溶液和臭氧水清洗該基板；以及(b)於(a)步驟後以高溫高壓水蒸氣或氧氣在該非晶矽層上形成一氧化層。全文摘要一種薄膜電晶體的製造方法，包括提供一基板，並形成一非晶矽層於基板上；用一雷射退火照射基板的非晶矽層的部分區域進行側向長晶，以形成多個多晶矽區域；對基板進行表面氧化層處理；以及對基板實施一全面性雷射退火照射。本發明可以提高元件的均勻度，並可消除第二次雷射對元件所造成的柵極電壓(Vth)偏差效應，亦可增進多晶矽(p-Si)與絕緣層(Insulator)的界面穩定性。文檔編號H01L21/84GK101295679SQ200710101060公開日2008年10月29日申請日期2007年4月26日優先權日2007年4月26日發明者何明徹,葉文鈞,施智仁,楊文琪申請人:中華映管股份有限公司