[发明专利]低温多晶硅薄膜晶体管制造方法

说明书

【技术领域】

本发明是关于一种低温多晶硅薄膜晶体管制造方法，尤其是一种对非晶硅层进行预处理使其成为多层微晶粒状的非晶硅层后再进行准分子激光退火工艺的低温多晶硅薄膜晶体管制造方法。

【背景技术】

随着高科技的发展，视频产品，特别是数字化的视频或影像装置已经成为在一般日常生活中所常见的产品。这些数字化的视频或影像装置中，显示器是一个重要组件，以显示相关信息。使用者可由显示器读取信息，或进而控制装置的运作。

而薄膜晶体管(TFT)可应用于液晶显示器(liquid crystal display，简称LCD)的驱动组件，使得液晶显示器成为桌上直式型平面显示器的主流，于个人计算器、游戏机、监视器等市场成为未来主导性产品。目前，因非晶硅(amorphous silicon，简称a-Si)薄膜晶体管，可于摄氏200-300度的低温生长，因此被广泛使用。但非晶硅的电子迁移率(electron mobility)低，不超过1cm2/V.s，使得非晶硅薄膜晶体管已不敷目前高速组件应用的需求，而多晶硅(polycrystalline silicon，简称poly-Si)薄膜晶体管相较于非晶硅薄膜晶体管有较高的迁移率(约比非晶硅薄膜晶体管高2-3个数量级)及低温敏感性(low temperature sensitivity)，使其更适用于高速组件。然而，以传统方式退火非晶硅形成多晶硅时，其形成温度需摄氏600度以上，故一般使用石英(quartz)作为基板。由于石英基板成本比玻璃基板贵很多，且在基板尺寸的限制下，基板大约仅有2至3时，因此过去只能发展小型基板。

目前为了降低成本必须使用玻璃基板，故须使多晶硅的形成温度降至摄氏500度以下。因此，许多降低多晶硅的形成温度的方法纷纷被采用，其中以准分子激光退火工艺(excimer laser annealing，简称ELA)及金属诱导结晶工艺(metal induced crystallization，简称MIC)较受瞩目，因为前述工艺均可生长高质量、无污染及低缺陷密度(low defect density)的多晶硅，以前述低温工艺作的多晶硅薄膜晶体管又称为”低温多晶硅薄膜晶体管”。再者，由于多晶硅本身的电子迁移率高，所以通常在进行制造薄膜晶体管数组的工艺时，可以一并于显示区外围的周边电路区制作周边电路。

而金属诱导结晶工艺的结晶方式是以侧向生长(lateral growth)为主，其是于非晶硅层形成前或形成后形成一金属层，用以促进非晶硅层的结晶，并于金属层形成后进行低温退火工艺，以形成多晶硅。而金属诱导结晶工艺中使用的金属层不但可促进非晶硅结晶，更重要的是为了要形成金属硅化物。而主要的方式是控制其横向成长方向与源极-沟道-漏极延伸方向之间的关系，若两方向垂直则适用像素区，若两方向平行则适用于周边电路(peripheral circuit)区。但是，金属诱导结晶工艺的缺点在于所长成的多晶硅层缺陷(defect)太多，需要再加一道高温工艺，如快速热工艺(rapid thermal process)或激光退火工艺，所以目前多以准分子激光退火工艺为主。

而现形成多晶硅的作法是运用电浆辅助化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)在玻璃基板上沉积一二氧化硅(SiO2)膜，接着再沉积一非晶硅膜，其中二氧化硅(SiO2)膜为一缓冲层(buffer layer)，可防止玻璃基板之钠、钾离子污染多晶硅薄膜晶体主动层(active layer)之多晶硅膜。由于运用电浆辅助化学气相沉积设备所沉积之非晶硅内含有8-15％氢含量(hydrogen content)，如未脱氢即进行准分子激光退火，硅膜将瞬间吸收庞大的准分子激光能量，并于准分子激光退火区产生氢爆，因而造成硅膜容易从基板产生脱落(ablation)，故需于准分子激光退火PECVD硅膜前需进行脱氢，经过脱氢后的非晶硅膜进行准分子激光退火，使非晶硅膜形成为多晶硅膜，然上述非晶硅膜一次性沉积之厚度约为且此时的非晶硅膜之晶粒较为杂乱，而以该厚度经准分子激光退火形成之多晶硅膜之晶粒仍会有些许不均的状况，所以电子迁移率(electron mobility)不高且并未达到真正的期望值。

【发明内容】

本发明提供一种低温多晶硅薄膜晶体管制造方法，有效改善多晶硅层因为未经过预处理成为多层微晶粒状的非晶硅层再进行准分子激光退火工艺，使其多晶硅层之晶粒未达到理想晶粒大小，因此载子迁移率较小的问题。