利用准分子激光再结晶工艺来制作多晶硅薄膜的方法
专利汇可以提供利用准分子激光再结晶工艺来制作多晶硅薄膜的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种利用准分子激光再结晶工艺来制作多晶 硅 薄膜 的方法。该方法先提供一表面定义有第一、第二及第三区域的衬底，接着于该衬底上形成一非晶硅薄膜，再移除部分的该非晶硅薄膜，以于该第三区域内形成一对准标记，随后于该非晶硅薄膜上形成一遮蔽层，并移除该第一区域内的该遮蔽层，以进行该准分子激光再结晶工艺，使得该第一区域内的该非晶硅薄膜再结晶成一 多晶硅 薄膜。，下面是利用准分子激光再结晶工艺来制作多晶硅薄膜的方法专利的具体信息内容。
1.一种利用一准分子激光再结晶工艺来制作一多晶硅薄膜的方法，该 方法包含有下列步骤：
提供一衬底，该衬底表面定义有一第一区域、一第二区域围绕于该第 一区域，以及一第三区域；
于该衬底上方形成一非晶硅薄膜；
进行一第一光刻暨蚀刻工艺，移除该第三区域内的该非晶硅薄膜，并 于该第三区域内形成一对准标记；
于该非晶硅薄膜上形成一遮蔽层；
进行一第二光刻暨蚀刻工艺，移除该非晶硅薄膜上方该第一区域内的 该遮蔽层；以及
进行该准分子激光再结晶工艺，使该第一区域内的该非晶硅薄膜再结 晶成一多晶硅薄膜。
2.如权利要求1所述的方法，其中该衬底表面另包含有一缓冲层，且 该非晶硅薄膜形成于该缓冲层表面。
3.如权利要求1所述的方法，其中该方法于形成该多晶硅薄膜后，将 再移除该遮蔽层。
4.如权利要求1所述的方法，其中该多晶硅层用来作为一薄膜晶体管 的有源区域。
5.如权利要求1所述的方法，其中该对准标记用来增加后续工艺的对 准能力。
6.如权利要求1所述的方法，其中该遮蔽层是包含有硅氧层(SiOx)、氮 硅层(SiN)、金属层、氮氧化硅(SiON)层或是上述材料的组合。
7.如权利要求1所述的方法，其中该准分子激光再结晶工艺是利用一 准分子激光照射该非晶硅薄膜，以使覆盖有该遮蔽层的该第二区域内该非 晶硅薄膜达到部分熔融状态，而未覆盖有该遮蔽层的该第一区域内该非晶 硅薄膜达到完全熔融状态，再由该第一区域与该第二区域的介面处朝该第 一区域横向长晶，以于该第一区域内形成一多晶硅薄膜。
8.如权利要求1所述的方法，其中该准分子激光中另包含有一长脉冲 周期激光。
9.如权利要求8所述的方法，其中该长脉冲周期激光的周期约为150 至250ns。
10.如权利要求1所述的方法，其中该方法于进行该准分子激光再结晶 工艺前，另形成一热含覆盖层覆盖于该遮蔽层以及该非晶硅薄膜上，以增 加所形成的该多晶硅薄膜的晶粒大小。
11.一种利用一准分子激光再结晶工艺来制作一多晶硅薄膜的方法，该 方法包含有下列步骤：
提供一衬底，该衬底表面并定义有一第一区域、一第二区域围绕于该 第一区域，以及一第三区域；
于该衬底上方形成一非晶硅薄膜；
进行一第一光刻暨蚀刻工艺，移除该第三区域内的该非晶硅薄膜，并 于该第三区域内形成一对准标记；
形成一热含覆盖层覆盖于该非晶硅薄膜以及该缓冲层上；
于该热含覆盖层上形成一遮蔽层；
进行一第二光刻暨蚀刻工艺，移除该非晶硅薄膜上方该第一区域内的 该遮蔽层；以及
进行该准分子激光再结晶工艺，使该第一区域内的该非晶硅薄膜再结 晶成一多晶硅薄膜。
12.如权利要求11所述的方法，其中该衬底表面另包含有一缓冲层， 且该非晶硅薄膜形成于该缓冲层表面。
13.如权利要求11所述的方法，其中该方法于形成该多晶硅薄膜后， 将再移除该遮蔽层以及该热含覆盖层。
14.如权利要求11所述的方法，其中该多晶硅层用来作为一薄膜晶体 管的有源区域。
15.如权利要求11所述的方法，其中该对准标记用来提供一掩模定位 功能，以增加后续工艺的对准能力。
16.如权利要求11所述的方法，其中该遮蔽层是包含有硅氧层(SiOx)、 氮硅层(SiN)、金属层、氮氧化硅(SiON)层或是上述材料的组合。
17.如权利要求11所述的方法，其中该热含覆盖层是包含有硅氧层 (SiOx)、氮硅层(SiN)、氮氧化硅(SiON)层或是上述材料的组合。
18.如权利要求11所述的方法，其中该准分子激光再结晶工艺是利用 一准分子激光照射该非晶硅薄膜，以使覆盖有该遮蔽层的该第二区域内该 非晶硅薄膜达到部分熔融状态，而未覆盖有该遮蔽层的该第一区域内该非 晶硅薄膜达到完全熔融状态，再由该第一区域与该第二区域的介面处朝该 第一区域横向长晶，以于该第一区域内形成一多晶硅薄膜。
19.如权利要求11所述的方法，其中该准分子激光中另包含有一长脉 冲周期激光。
20.如权利要求19所述的方法，其中该长脉冲周期激光的周期约为150 至250ns。
技术领域
本发明提供一种多晶硅薄膜的制作方法，尤指一种利用准分子再结晶 (excimer laser crystallization，ELC)工艺制作多晶硅薄膜的方法。
背景技术
在液晶显示器中，由于一般玻璃衬底的耐热度往往只能到600℃，因此 若在高温下直接制作多晶硅薄膜将会造成玻璃衬底的扭曲变形，因此传统 的多晶硅薄膜晶体管液晶显示器往往必须要使用价格昂贵的石英作为基 材，应用范围往往也只能局限于小尺寸的液晶面板。因此，目前另一种利 用非晶硅薄膜再结晶的低温多晶硅薄膜制作方法已逐渐成为主流，其中又 以准分子激光再结晶(excimer laser crystallization，ELC)工艺格外受到重视。
此外，在液晶显示器的显示面板上，往往包含了多个矩阵式排列的低 温多晶硅薄膜晶体管，用以驱动该显示面板内的像素电极生成影像，因此， 所形成的多晶硅薄膜通常都包含有多个多晶硅岛(polysilicon island)结构分 别用来作为各该低温多晶硅薄膜晶体管的有源区域(active area)，以形成各 该低温多晶硅薄膜晶体管的源极、漏极以及其间的沟道区域。
现为说明方便起见，以下图示中仅以一多晶硅岛结构为例，来说明现 有中以准分子激光再结晶工艺制作一多晶硅薄膜的方法。请参考图1至图4， 图1至图4为现有技术中以准分子激光再结晶工艺制作一多晶硅薄膜的方 法示意图。如图1所示，首先提供一显示面板10，且显示面板10包含有一 衬底12，接着进行一溅镀工艺以于衬底12表面形成一金属层(未显示)，再 利用一第一光刻暨蚀刻工艺将该金属层图案化，以于衬底12表面形成一对 准标记(alignment mark)14。其中，衬底12是一玻璃衬底，而对准标记14 则是包含有至少一个突起结构，设于不会进行电路布局的外围区域，因此 即使经过数道沉积工艺，对准标记14仍可供设备清楚辨识。
一般而言，在该多晶硅薄膜以及后续的显示面板制作过程中，往往会 使用到多道光刻工艺，一旦这些光刻工艺发生对位偏差的状况，就很容易 会造成元件可靠度的降低，甚至发生严重缺陷导致功能丧失的情形，因此 为改善各设备的对准能力，在进行各项操作前(尤其是光刻工艺)，各设备先 皆会根据对准标记14来进行定位，以降低因对位不准而生成的缺陷。
如图2所示，接着于衬底12表面依序形成一缓冲层16以及一非晶硅 薄膜18，且非晶硅薄膜18表面定义有一第一区域20以及一第二区域30， 随后再如图3所示，于非晶硅薄膜18表面形成一图案化的遮蔽层(mask layer)22覆盖于第二区域30上。其中，遮蔽层22可为一包含有一金属层、 一氮硅层的单层材料或是由上述材料组合而成的多层结构，其功用在于藉 由金属层增加第二区域30的反射率来降低下方非晶硅薄膜18的热量吸收 或是利用氮硅层的高热传导速率来使覆盖有遮蔽层22的非晶硅薄膜18先 形成晶核。概括而言，形成遮蔽层22的目的在于使第二区域30(覆盖有遮 蔽层22的区域)的非晶硅薄膜18成为部分熔融状态，而第一区域20(未覆盖 有遮蔽层22的区域)的非晶硅薄膜18达到完全熔融状态，因此当准分子激 光照射结束后，副熔的非晶硅层18开始固化时，会因为部分熔融与完全熔 融区域间具有一异质介面，而以部分熔融区域为成核基点，由部分熔融的 第二区域30开始往完全熔融的第一区域20作横向的晶粒成长，以于第一 区域20内形成一多晶硅薄膜24。
如图4所示，接着进行一光刻暨蚀刻工艺，移除第二区域30上的遮蔽 层22与多晶硅层18，以于第一区域20内形成一多晶硅岛结构24。最后再 进行后续的液晶显示面板工艺，利用多晶硅岛24作为液晶显示器内的有源 区域，以构成液晶显示器面板中的驱动电路。
在上述准分子激光再结晶工艺中，当在定义对准标记位置、将遮蔽层 图案化以及最后在形成该多晶硅岛的时后，均各需使用到一次光刻工艺， 也就是说在整个多晶硅岛的制作过程中共需使用三道光刻工艺，方可形成 一具有该多晶硅岛结构的多晶硅薄膜，因此上述方法虽可控制晶界形成的 位置，但是制作过程却相当地繁复，不仅需要耗费较多的工艺时间，亦会 导致制造成本的上升，因此，要如何简化准分子激光再结晶工艺，实为当 前的重要研究课题。
发明内容
在本发明的提供一种利用一准分子激光再结晶工艺来制作一多晶硅薄 膜的方法。首先提供一衬底，且该衬底表面定义有一第一区域、一第二区 域围绕于该第一区域，以及一第三区域，接着于该衬底上方形成一非晶硅 薄膜，再藉由一第一光刻暨蚀刻工艺，移除该第三区域内的部分该非晶硅 薄膜，并于该第三区域内形成一对准标记，随后于该非晶硅薄膜上形成一 遮蔽层，并进行一第二光刻暨蚀刻工艺，移除该非晶硅薄膜上方该第一区 域内的该遮蔽层以及进行该准分子激光再结晶工艺，使该第一区域内的该 非晶硅薄膜再结晶成一多晶硅薄膜，最后再进行一蚀刻工艺，以移除该遮 蔽层。
本发明的多晶硅薄膜制作方法只需要使用两道光刻工艺即可形成可控 制晶界位置的多晶硅岛结构，故可大幅简化工艺，改善现有技术中工艺繁 复的缺点，以减少制造成本并缩短工艺时间。
附图说明
图1至4为现有技术中以准分子激光再结晶工艺制作一多晶硅薄膜的 方法示意图；
图5至图9为本发明第一实施例中以准分子激光退火工艺制作一多晶 硅薄膜的方法示意图；
图10为本发明第二实施例中以准分子激光退火工艺制作多晶硅薄膜的 方法示意图；以及
图11为本发明第三实施例中以准分子激光退火工艺制作多晶硅薄膜的 方法示意图。
附图中的附图标记说明如下：
10显示面板 12衬底
14对准标记 16缓冲层
18非晶硅薄膜 20第一区域
22遮蔽层 24非晶硅薄膜
30第二区域 110显示面板
112衬底 114缓冲层
116非晶硅薄膜 118对准标记
120第一区域 122遮蔽层
124多晶硅薄膜 130第二区域
140第三区域 210显示面板
212衬底 214缓冲层
216非晶硅薄膜 218对准标记
220第一区域 222遮蔽层
223热含覆盖层 224多晶硅薄膜
230第二区域 240第三区域
322遮蔽层 323热含覆盖层
324多晶硅薄膜
具体实施方式
如图6所示，接着进行一第一光刻暨蚀刻工艺，用以将非晶硅薄膜116 图案化，并同时移除第三区域140内的部分非晶硅薄膜116，以于第三区域 140内形成一对准标记118。其中对准标记118包含有至少一个突起结构， 并设于不会进行电路布局的外围区域，因此即使经过数道沉积工艺，对准 标记118仍可供设备清楚辨识。
然后如图7所示，于显示面板110上形成一遮蔽层122，覆盖于缓冲层 114、非晶硅薄膜116以及对准标记118上。其中，遮蔽层122是一包含有 硅氧层(SiOx)、氮硅层(SiN)、金属层、氮氧化硅(SiON)层的单层结构或是由 上述材料组合而成的多层堆叠构造，并可根据所使用的材料选用适当的工 艺方法形成，例如现有的低压化学气相沉积(LPCVD)工艺、等离子体辅助化 学气相沉积(PECVD)工艺以及溅镀(sputtering)工艺等。
如图8所示，随后进行一第二光刻暨蚀刻工艺，移除第一区域120内 的遮蔽层122，以使第一区域120的非晶硅薄膜116露出。接着以一准分子 激光进行照射，不论遮蔽层122是使用一金属层来增加反射率或利用高热 导材质来增加散热速率，都会使得第一区域120内的非晶硅薄膜116达到 完全熔融状态时，并使第二区域130内的非晶硅薄膜116仍处于未熔融或 部分熔融状态。随后停止准分子激光的照射，让熔融的非晶硅薄膜116再 结晶为一多晶硅薄膜124。
一般而言，所使用的准分子激光由XeCl、ArF、KrF或是XeF等分子 生成，不同的分子将产生不同的波长，而且准分子激光的输出功率与照射 时间可根据非晶硅薄膜116的厚度予以适当调整，由于此部分工艺参数的 调整应为本领域技术人员所熟知，故在此不予赘述。值得注意的是，在本 发明方法中所使用的准分子激光除了包含有一现有技术中广泛应用的短脉 冲激光(约20至50ns)外，另包含有一长脉冲周期激光，其脉冲时间约为150 至250ns，以增加所形成晶粒的尺寸，进而增加所形成的多晶硅薄膜124内 的载流子移动速率并提升低温多晶硅薄膜晶体管的元件表现。
如图9所示，接着进行一蚀刻工艺，用来移除位于显示面板110表面 的遮蔽层122，以形成一多晶硅岛(polysilicon island)结构，之后可继续利用 该多晶硅岛结构作为一低温多晶硅薄膜晶体管的有源区域，进行后续的显 示面板制作，由于后续工艺应为本领域技术人员所能轻易完成，故在此亦 不予赘述。
承上所述，本发明的方法是利用非晶硅薄膜116来形成对准标记118， 故可减少一道沉积工艺以及一道光刻工艺，进而缩短工艺时间以及降低制 造成本。
请参考图10，图10为本发明第二实施例中以准分子激光退火工艺制作 多晶硅薄膜的方法示意图。本实施例的工艺方法与第一实施例相似，所不 同之处仅在于进行第二光刻暨蚀刻工艺以将遮蔽层222图案化后，会先形 成一热含覆盖层223覆盖于遮蔽层222与非晶硅薄膜216上，之后才以准 分子激光照射，使第一区域220内的非晶硅薄膜216再结晶为多晶硅薄膜 224，随后同样以一蚀刻工艺移除遮蔽层222以及热含覆盖层223。其中， 热含覆盖层222是包含有氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)或上 述材料的组合，可用来降低热量散失，以使第一区域220内融熔状态的非 晶硅薄膜216能在较高的环境温度进行再结晶，进而增加所形成的晶粒尺 寸。
请参考图11，图11为本发明第三实施例中以准分子激光退火工艺制作 多晶硅薄膜的方法示意图。本实施例的工艺原理与前述第二实施例相同， 所不同之处在于本实施例中是先形成热含覆盖层323后，才形成遮蔽层322。 由于前述实施例中遮蔽层122及222均是直接形成于非晶硅薄膜11 6及226 上，所以一旦遮蔽层的下方是采用金属层或氮硅层作为主要材料时，往往 易发生所形成的多晶硅薄膜遭金属污染或因应力导致半导体薄膜剥落的现 象，因此本发明的第三实施例可藉由先形成热含覆盖层323来解决此一问 题，进而增加产品的可靠度。
相较于现有技术中先形成对准标记后再进行非晶硅薄膜的工艺方法， 本发明将非晶硅薄膜的图案化与制作对准标记整合，故能大幅简化工艺， 缩短工艺时间以及降低制造成本。此外，本发明的实施例中另公开了一种 包含有形成一热含覆盖层以及使用一长脉冲周期激光的多晶硅薄膜制作方 法，除了可进一步增加所形成的非晶硅薄膜内晶粒的尺寸外，更能有效解 决现有技术中易生成的金属污染或半导体薄膜剥落等问题，以有效提升元 件的电性表现及可靠度。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所作的均等 变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
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