形成多晶硅层及多晶硅薄膜晶体管的方法技术

一种定义硅晶种以形成多晶硅层的方法，其包括：　　　　在一基板上形成一牺牲层；　　　　图案化该牺牲层，以在该牺牲层中形成一开口；　　　　在该牺牲层和该基板上形成一第一非晶硅层；　　　　蚀刻该第一非晶硅层，而于开口内留下硅晶种；　　　　除去该牺牲层；　　　　在该硅晶种上形成一第二非晶硅层；以及　　　　使该第二非晶硅层结晶而形成一多晶硅层。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关一种形成多晶硅层的方法，特别有关一种定义硅晶种以形成多晶硅层的方法。
技术介绍
由于多晶硅薄膜晶体管(polysilicon thin film transistor；poly-Si TFT)比起非晶硅(amorphous silicon)TFT有较高的电子迁移率、较快的反应时间、较高的解析度，因此，目前多晶硅TFT已普遍应用在LCD中以驱动LCD。多晶硅TFT的制作方法一般采用低温多晶硅制法(LTPS；low temperaturepolysilicon)。图1a至1b显示传统上TFT阵列工艺中，以LTPS法形成多晶硅层的工艺剖面图。参照图1a，在一基板100上依序形成一阻障层120和一非晶硅层200。非晶硅层200的形成方法一般是采用化学气相沉积法(CVD；chemical vapor deposition)。接着，使非晶硅层200进行结晶化，例如使用准分子激光退火(ELA；excimer laser annealing)方式进行结晶化，而形成多晶硅层300(如图1b所示)。传统经由CVD成长出的非晶硅层在直接进行激光结晶时，成核(nucleation)位置无法控制，因此晶粒尺寸不均匀，且平均晶粒尺寸(grain size)通常都小于1μm，造成沟道(channel)区域所涵盖的晶界(grain boundary)数目不一，因此而影响TFT的电学性能及其稳定性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是解决上述问题而提供一种定义硅晶种以形成多晶硅层的方法。本专利技术的另一目的是提供一种定义硅晶种以形成多晶硅层的方法，可精确且规则性地控制并提供个别晶粒在进行异质成核阶段时所需的晶种位置及晶种尺寸，因而使得晶粒可在预先已经决定好的位置上成长。本专利技术的另一目的是提供晶种尺寸一致及均匀的分布。本专利技术的又一目的是提供直径小于1μm的硅晶种，并进而增加晶粒尺寸，且降低沟道区域所涵盖的晶界数目，因而使每个TFT的沟道所涵盖的晶界数目可控制在相同的范围内。为达成本专利技术的目的，本专利技术定义硅晶种以形成多晶硅层的方法包括以下步骤。首先，在一基板上形成一牺牲层，图案化此牺牲层，以在此牺牲层中形成一开口。接着，在牺牲层和基板上形成一第一非晶硅层，蚀刻此第一非晶硅层，而于开口内留下硅晶种。接着，除去牺牲层，在硅晶种上形成一第二非晶硅层。最后，使第二非晶硅层结晶而形成一多晶硅层。本专利技术亦提供一种制造多晶硅薄膜晶体管的方法，其包括在一基板上形成一沟道区、源极区、漏极区、栅极介电层和栅极。其中沟道区的形成方式包括以下步骤，首先，形成一牺牲层，图案化此牺牲层，以在此牺牲层中形成一开口。接着，在牺牲层和基板上形成一第一非晶硅层，蚀刻第一非晶硅层，而于开口内留下硅晶种。接着，除去牺牲层，在硅晶种上形成一第二非晶硅层。最后，使第二非晶硅层结晶而形成一多晶硅层，图案化此多晶硅层而形成一沟道区。附图说明图1a至1b显示传统上TFT阵列工艺中，以LTPS法形成多晶硅层的工艺剖面图；图2a至2i显示依据本专利技术优选实施例定义硅晶种以形成多晶硅层的方法的工艺剖面图；以及图3为相对于图2b的上视图，图2b为沿着图3的A-A’线而视的剖面图。附图中的附图标记说明如下现有技术100～基板，120～阻障层，200～非晶硅层，300～多晶硅层，本专利技术10～基板， 12～阻障层，20～牺牲层， 22～光致抗蚀剂图案， 25～图案化的牺牲层，27～开口，30～第一非晶硅层， 30a～第一非晶硅层30的裂痕，32～硅晶种，35～第二非晶硅层，40～多晶硅层， 42～沟道区，45、46～源/漏极区， 50～栅极介电层，60～栅极层，52～层间介电层，53～开口， 65、66～源/漏极电极。具体实施例方式碍于光刻工艺解析能力无法小于1μm的问题，故直接在非晶硅层上进行曝光、显影及蚀刻法，硅晶种的尺寸无法达到异质成核所需的临界尺寸。因此，本专利技术利用光刻工艺在一牺牲层内形成一开口，在开口内形成一第一非晶硅层，再蚀刻此第一非晶硅层，而可在开口内得到小于1μm的硅晶种。如此，本专利技术小尺寸的硅晶种可达到异质成核所需的临界尺寸，在进行结晶化时，接下来所形成的第二非晶硅层则以此硅晶种并依据异质成核的方式而渐渐结晶化，因而可形成较大尺寸的晶粒。以下特举一优选实施例以详细说明本专利技术的技术。图2a至2i显示依据本专利技术优选实施例定义硅晶种以形成多晶硅层的方法的工艺剖面图。为方便说明起见，本实施例以制造上栅极式(top-gate)多晶硅TFT为例。首先，参照图2a，在一基板10上依序形成一阻障层12和一牺牲层20。接着，在牺牲层20上形成一光致抗蚀剂图案22。基板10可为透明基板，例如玻璃或塑胶。阻障层12可为氮化硅或氧化硅，或者，可包括两层氮化硅层和氧化硅层的组合。牺牲层20可为金属或金属合金，例如，可为铬铝合金(Cr/Al alloy)。牺牲层20亦可为氧化硅。牺牲层20的厚度可为1.5μm至2.5μm之间，例如可为2μm。接着，参照图2b，以光致抗蚀剂图案22为掩模，图案化牺牲层20而形成图案化的牺牲层25，且在牺牲层25内形成一开口27。图3为相对于图2b的上视图，图2b为沿着图3的A-A’线而视的剖面图。开口27的直径可为1.5至2.0μm之间，优选的为1.6μm。开口27的深宽比(aspect ratio)可为2至1.5之间，优选的为1.8。再者，本专利技术可控制开口27的位置，藉以控制接下来在开口27内所形成硅晶种的位置。例如，开口27的位置可控制在与将来欲形成的TFT中的沟道区(channel region)的位置大致相同，如此，可使得接下来在开口27内所形成的硅晶种位于沟道区的范围内。接着，参照图2c，在牺牲层25和阻障层12上形成一第一非晶硅层30。第一非晶硅层30优选是以溅镀法(sputtering)形成，厚度可为1000至3000之间，例如1000。由于溅镀法的阶梯覆盖性(step coverage)不好，而且再配合开口27较大的深宽比，可使得在开口27内所形成的第一非晶硅层30在底部产生裂痕(crack)30a的现象。接着，蚀刻第一非晶硅层30，例如，进行湿蚀刻。如上所述，第一非晶硅层30的底部产生裂痕30a，在进行湿蚀刻时，此裂痕30a最容易受到蚀刻液的侵蚀，因此，蚀刻后可在开口27内留下硅晶种32(如图2d所示)。接着，除去牺牲层25，而形成图2e所示的结构。接着，参照图2f，在硅晶种32上形成一第二非晶硅层35。第二非晶硅层35可使用硅甲烷(silane；SiH4)为反应气体，以化学气相沉积法(CVD；chemical vapor deposition)形成，例如等离子体辅助化学气相沉积法(PECVD；plasma-enhanced chemical vapor deposition)或低压化学气相沉积法(LPCVD；low pressure chemical vapor deposition)。接着，仍参阅图2f，使第二非晶硅层35进行结晶化，而形成一多晶硅层40，如图2g所示。第一非晶硅层30(硅晶种32)和第二非晶硅层35可为使用不同方法形成时，例如，第一非晶硅层30可以溅镀法形成，而第二非晶硅层35可以化学气相沉积法形成。本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种定义硅晶种以形成多晶硅层的方法，其包括在一基板上形成一牺牲层；图案化该牺牲层，以在该牺牲层中形成一开口；在该牺牲层和该基板上形成一第一非晶硅层；蚀刻该第一非晶硅层，而于开口内留下硅晶种；除去该牺牲层；在该硅晶种上形成一第二非晶硅层；以及使该第二非晶硅层结晶而形成一多晶硅层。2.如权利要求1所述的定义硅晶种以形成多晶硅层的方法，其中该牺牲层为金属或金属合金。3.如权利要求2所述的定义硅晶种以形成多晶硅层的方法，其中该牺牲层为铬铝合金。4.如权利要求1所述的定义硅晶种以形成多晶硅层的方法，其中该牺牲层为氧化硅。5.如权利要求1所述的定义硅晶种以形成多晶硅层的方法，其中该开口的深宽比为2至1.5之间。6.如权利要求1所述的定义硅晶种以形成多晶硅层的方法，其中第一非晶硅层以溅镀法形成。7.如权利要求1所述的定义硅晶种以形成多晶硅层的方法，其中该第一非晶硅层的厚度为1000至3000之间。8.如权利要求1所述的定义硅晶种以形成多晶硅层的方法，其中蚀刻第一非晶硅层以湿蚀刻法进行。9.如权利要求1所述的定义硅晶种以形成多晶硅层的方法，其中第二非晶硅层以化学气相沉积法形成。10.一种制造多晶硅薄膜晶体管的方法，其包括在一基板上形成一沟道区、源极区、漏极区、栅极介电层和栅极，其中该沟道区的形成方式包括以下步骤形成一牺牲层；图案化该牺牲层，以在该牺...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁健森，张志清，
申请(专利权)人：友达光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：