专利名称：利用激光结晶形成多晶系膜层的方法
技术领域：
本发明系涉及一种利用激光结晶形成膜层的方法，尤其是指一种利用连续式侧向固化法(sequential lateral solidification；SLS)进行低温多晶硅制程(low temperature poly silicon process；LTPS process)的利用激光结晶形成多晶系膜层的方法。
背景技术：
薄膜晶体管为主动数组型平面显示器常用的主动元件(active element)，通常用来驱动主动式液晶显示器(active matrix type liquid crystaldisplay)、主动式有机电激发光显示器(active matrix type organiclight-emitting display)等装置。薄膜晶体管中的半导体硅薄膜一般可区分为多晶硅(poly-silicon)薄膜以及非晶硅(amorphous silicon，a-SiH)薄膜。
非晶硅薄膜虽然具备低制程温度、因可用气相沉积法来制备而适合大量生产、制程技术较成熟因而良率也较高等优点，但由于多晶硅的导电特性佳、使用多晶硅膜的薄膜晶体管具有较高的场效迁移率使晶体管可应用在高操作速度的电路中、驱动电路的积集度较佳等特性，再加上低温多晶硅制程的开发，使多晶硅薄膜已渐取代非晶硅薄膜。
常见的多晶硅薄膜的制造方法大致有三种，第一种是利用沉积步骤直接沉积形成，第二种是先形成非晶硅薄膜后利用热能使其结晶成多晶硅薄膜，第三种是先形成非晶硅薄膜后利用激光使其结晶成多晶硅薄膜。然而上述的方法有下列缺陷，第一种方法的缺陷是必须沉积足够厚才能形成大晶粒的多晶硅膜，而且，其表面均匀度差，所需的制程温度亦高达600度。第二种方法虽然可以制造出厚度薄且均匀的多晶硅薄膜，然而其结晶步骤所需的温度高达600度，热预算高，且所需的时间长，会影响产率。第三种方法的制程温度低，公知以准分子激光退火(excimer laser annealing；ELA)的方式使非晶硅转换为多晶硅，不过其扫描速度大约为0.2mm/sec，能量大约为370mJ/cm2，不仅产率低，受限于能量的大小，结晶情况常仅发生于表面，无法达到使整层非晶硅再结晶成多晶硅的目的。虽然使用扫描速度快(30mm/sec)且激光能量高(600mJ/cm2)的连续式侧向固化(SLS)激光退火处理使非晶硅转成多晶硅，可以解决上述的问题。但是，由于非晶硅薄膜沉积在玻璃基板边缘上的厚度并不均一，如图1所示，其绘示公知于玻璃基板10的缓冲层12上沉积形成的非晶硅层14的示意图，通常在玻璃基板10边缘区域A的非晶硅层14会较中间区域(即主要区域)C薄，当激光打在非晶硅层14的较薄处，即边缘区域A，会容易因激光而受到毁损。然而，此区域A通常是后段制程要作对位的对准标记放置处，因此容易造成后段制程的中断。
就连续式侧向固化(SLS)激光退火处理而言，由于SLS激光机台的扫描速度(scan rate)高达30mm/sec，要有一段距离做加速，因此必须要从玻璃以外就开始照射。
为避免边缘区域A因激光而受到毁损的问题，现行线束激光(line beamlaser)都是从非晶硅层14均匀处，即主要区域C，开始照射。而由于连续式侧向固化(SLS)激光退火处理必须要从玻璃以外就开始照射，因此把机台中控制激光放射的快门(shutter)开启点设在薄膜沉积均匀处，以避免基板边缘区域A非晶硅层14受损。如图1所示，设定快门开启点为D和E，但快门完全开启点为d和e，因此会有一区段的非晶硅薄膜14所受的激光能量不均匀，反而减少了可用来制作面板的区域。
有鉴于公知技术的上述缺陷，为了避免高能量高扫描速度的激光对边缘区域的非晶硅膜层造成毁损，因此，本发明人提出本发明的利用激光结晶形成多晶硅膜层的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，该方法在不会影响可用来制作面板的区域面积的前提下，可以避免基板边缘区域的非晶系层在经激光退火时受到损害。
本发明的技术解决方案是一种利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，至少包括提供一基板，具有一边缘区域及一主要区域；形成一非晶系膜层于该基板之上，其中该非晶系膜层于该边缘区域的平均厚度大于该主要区域的平均厚度；以及对该非晶系膜层进行激光退火，以转为一多晶系膜层。
如上所述的利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，所述非晶系膜层为一非晶硅膜层，该多晶系膜层为一多晶硅膜层。
如上所述的利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，进行激光退火的方法为使用连续式侧向固化法。
如上所述的利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，所述边缘区域为自该侧边往内至20mm的区域。
如上所述的利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，所述形成该非晶系膜层于该基板上的步骤，包括于一反应室中进行一电浆增强化学气相沉积制程，并控制该反应室中之一制程气体的浓度分布，使该制程气体反应沉积于该基板之上，形成上述非晶系膜层。
如上所述的利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，所述控制该制程气体的浓度分布的方法，包括调高输入至对应于该边缘区域的该制程气体的浓度。
如上所述的利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，其特征在于所述控制该制程气体的浓度分布的方法，包括使该制程气体于该边缘区域产生滞留，使位于该边缘区域的该制程气体的浓度较高。
如上所述的利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，使该制程气体于该基板边缘区域产生滞留的方法包括于该反应室内放置该基板的一转移平台上，在对应于该基板外侧处，设置一挡板。
一种利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，至少包括提供一基板，其具有一边缘区域及一主要区域；将该基板放置在一反应室中进行一化学气相沉积制程，并控制该反应室中之一制程气体于该反应室内的浓度分布，使对应于该边缘区域的浓度高于该主要区域的浓度，该制程气体反应沉积于该基板上，形成一非晶系膜层；以及对所述非晶系膜层进行激光退火，以转为一多晶系膜层。
如上所述的利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，所述边缘区域为自该基板的侧边往内至20mm的区域。
本发明的特征及优点如下本发明藉由控制沉积的条件，来改变非晶硅层的轮廓，以达到边缘区域的厚度大于或等于主要区域的厚度，以避免高能量的激光照射会使边缘区域的非晶硅层受损。
本发明藉由增加边缘区域的非晶硅层的厚度，使高扫描速度高能量的激光照射不用避开边缘区域，因此不会减少可用来制作面板的区域，亦不会有后续制程对位问题的发生。
本发明藉由控制制程气体在反应室内的浓度分布，藉以形成具有边缘区域的厚度大于或等于主要区域的厚度的轮廓的非晶硅层。
图1为公知于玻璃基板的缓冲层上沉积形成的非晶硅层的示意图；图2为本发明藉由控制沉积制程的条件，使沉积在缓冲层上方的非晶硅膜层在边缘区域的厚度往基板侧边方向递增的示意图；
图3为激光照射扫描来回进行时，激光和基板在边缘区域的相对速度的示意图；图4为藉由控制输入至反应室中的制程气体的浓度，使对应于边缘区域浓度大于对应于主要区域的浓度，以形成图2所示的轮廓的非晶硅层的示意图；图5为藉由于转移平台上加装由垂直板所构成的挡板，使制程气体于基板边缘区域产生滞留，而使滞留区域的制程气体的浓度高于其它区域，以形成图2所示的轮廓的非晶硅层的示意图；图6为藉由于转移平台上加装由垂直板、水平板和旋转装置所构成的挡板，使制程气体于基板边缘区域产生滞留，而使滞留区域的制程气体的浓度高于其它区域，以形成图2所示的轮廓的非晶硅层的示意图。
附图标号说明10、玻璃基板 12、22、缓冲层 14、24、非晶硅层 A、边缘区域C、主要区域D、E、快门开启点 d、e、快门完全开启点 30、基板侧边32、厚度递增方向 w、边缘区域的宽度 20、基板 40、反应室44、挡板 44a、垂直板44b、水平板 44c、旋转装置16、转移平台 D’、E’、激光照射扫描的转折点 46、制程气体的滞留区域p、对应于边缘区域的制程气体 q、对应于主要区域的制程气体具体实施方式
为了对本发明所要解决的技术问题、技术方案及其功效做更进一步的认识与了解，兹以具体实施例并配合附图，详细说明如下请参照图2，本发明藉由控制沉积制程的条件，使沉积在缓冲层22上方的非晶硅膜层24在边缘区域A的厚度往基板侧边30方向(如标号32的箭头方向)递增；或者形成一层于基板边缘区域A的平均厚度大于主要区域C的平均厚度的非晶硅膜层24。之后，对非晶硅膜层24进行高能量高扫描速度的激光退火，以转为一多晶硅膜层。其中，进行激光退火的方法为连续式侧向固化法。
边缘区域A通常是指自基板侧边30往内算起，宽度w约为20mm的范围。主要区域C为面板区，边缘区域A通常会放置对准标记，做为后段制程对位用。
激光照射扫描的转折点在基板20外侧的D’和E’，当激光照射到边缘区域A时，由于此区域的非晶硅膜层24的厚度并未过薄，因此激光的高能量不会使此区域的非晶硅膜层24受到损毁。
值得注意的是，激光照射扫描来回进行，在转折点D’和E’的激光和基板20的相对速度为0，再慢慢加速至定速度，例如30mm/sec。达到定速度的相对位置，可以是在激光未照射到基板20前，或者是在激光照射到边缘区域A但未照射到主要区域C的边界(即虚线处)前。以后者的情况而言，如图3所示，由于激光照射扫描速度靠近基底侧边30附近的区域慢于定速度30mm/sec，因此增加基底侧边30附近的非晶硅层24的厚度，其厚度往主要区域C的边界(即虚线处)方向递减，可以避免在此情况下，因高能量的激光和相对低的移动速度对基板侧边30附近的非晶硅层24造成损毁。
再者，快门可以不必在来回扫描其间，重复做开启关闭的动作。当然本发明亦可以在来回扫描其间做开启关闭的动作，开启点可以不必考虑到边缘区域A受损的问题，因此可以在激光未达基板20前即完全开启快门。
形成边缘区域A较厚的非晶硅膜层24的方法，可以藉由控制沉积反应室中制程气体的浓度分布来达成。制程气体的浓度分布为提高对应于边缘区域A的浓度，使制程气体反应沉积于基板上而形成边缘区域A较厚的非晶硅膜层24。沉积的方式例如是电浆增加化学气相沉积法(PECVD)，其中制程气体的主要组成为硅烷(SiH4)，沉积温度为250°-300°。
控制沉积反应室中制程气体的浓度分布的方法，例如图4所示，可藉由控制输入至反应室40中的对应于边缘区域A的制程气体p的浓度，使其大于对应于主要区域C的制程气体q的浓度。制程气体p的浓度还可以进一步控制成依朝基板侧边30的方向递增，制程气体q的浓度则均相同。
或者，如图5和图6所示，使制程气体于基板的边缘区域A产生滞留，而使该滞留区域46的制程气体的浓度较高。其方法例如是在反应室40中的转移平台16上基板20外侧设置挡板44，使制程气体在区域46产生滞留，而使该区域46的制程气体浓度增加。其中档板44例如是由垂直板44a所构成，如图5所示，垂直板44a的一端固定于转移平台16上；或者是由垂直板44a、旋转装置44c和水平板44b所组成，其中垂直板44a的一端固定于转移平台16上，另一端藉由旋转装置44c与水平板44b连接，水平板44b可藉由旋转装置44c做旋转，以利于基板20的进出。
基板20可为玻璃基板，缓冲层22的材质可为氮化硅或氧化硅。
上述的非晶硅膜层亦可为其它材质的非晶系膜层，同样可藉由上述的方法，使非晶系膜层转为多晶系膜层。
虽然本发明已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖之范畴。
权利要求
1.一种利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，至少包括提供一基板，具有一边缘区域及一主要区域；形成一非晶系膜层于该基板之上，其中该非晶系膜层于该边缘区域的平均厚度大于该主要区域的平均厚度；以及对该非晶系膜层进行激光退火，以转为一多晶系膜层。
2.如权利要求1所述的利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，其特征在于所述非晶系膜层为一非晶硅膜层，该多晶系膜层为一多晶硅膜层。
3.如权利要求1所述的利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，其特征在于进行激光退火的方法为使用连续式侧向固化法。
4.如权利要求1所述的利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，其特征在于所述边缘区域为自该侧边往内至20mm的区域。
5.如权利要求1所述的利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，其特征在于所述形成该非晶系膜层于该基板上的步骤，包括于一反应室中进行一电浆增强化学气相沉积制程，并控制该反应室中之一制程气体的浓度分布，使该制程气体反应沉积于该基板之上，形成上述非晶系膜层。
6.如权利要求5所述的利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，其特征在于所述控制该制程气体的浓度分布的方法，包括调高输入至对应于该边缘区域的该制程气体的浓度。
7.如权利要求5所述的利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，其特征在于所述控制该制程气体的浓度分布的方法，包括使该制程气体于该边缘区域产生滞留，使位于该边缘区域的该制程气体的浓度较高。
8.如权利要求7所述的利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，其特征在于使该制程气体于该基板边缘区域产生滞留的方法包括于该反应室内放置该基板的一转移平台上，在对应于该基板外侧处，设置一挡板。
9.一种利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，至少包括提供一基板，其具有一边缘区域及一主要区域；将该基板放置在一反应室中进行一化学气相沉积制程，并控制该反应室中之一制程气体于该反应室内的浓度分布，使对应于该边缘区域的浓度高于该主要区域的浓度，该制程气体反应沉积于该基板上，形成一非晶系膜层；以及对所述非晶系膜层进行激光退火，以转为一多晶系膜层。
10.如权利要求9所述的利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，其特征在于所述边缘区域为自该基板的侧边往内至20mm的区域。
全文摘要
本发明提出一种利用激光结晶形成多晶系膜层的方法，可以避免基板边缘区域的非晶系层在经激光退火时受到损害。藉由控制制程气体于沉积反应室中的浓度分布，可于基板上形成一层厚度于基板边缘区域往基板侧边方向递增的非晶系膜层，再对非晶系膜层进行激光退火，使其转为多晶系膜层。从而克服了现有技术的缺陷，可避免高能量的激光照射使边缘区域的非晶硅层受损，使高扫描速度高能量的激光照射不用避开边缘区域，因此不会减少可用来制作面板的区域，亦不会有后续制程对位问题的发生。
文档编号H01L21/00GK1604276SQ0315444
公开日2005年4月6日 申请日期2003年9月29日 优先权日2003年9月29日
发明者蔡耀铭, 张世昌, 李光振, 洪郁婷 申请人:统宝光电股份有限公司