利用焦耳加热晶化非晶硅的方法

专利名称：利用焦耳加热晶化非晶硅的方法
技术领域：
本发明涉及一种通过焦耳加热而晶化硅薄膜的方法。
背景技术：
最近，主动式矩阵有机发光二极管因为其能够应用于下一代的平 板显示器而成为众所瞩目的焦点，使用主动式矩阵有机发光二极管的
装置是在电流驱动模式下操作，反之，TFT-LCD是在电压驱动模式下 操作，因此，对于LTPS-TFT (低温多晶硅TFT)的需求比对a-SiTFT (非多晶硅TFT)的需求来得高，另外，对大尺寸基板而言，晶粒尺 寸的均匀度是关键因素。
实际上，平板显示器工业所面临的限制是，在使用低温晶化方法 时，必须涉及利用激光的ELC或SLS，所以，在考虑到如此的实际情 形下，有很高的期望，希望能够发展出在无激光模式下通过低温晶化 的方式而产生高质量的多晶硅薄膜的新技术。
于低温下通过非激光模式形成多晶硅的方法的例子包括，固相晶 化(SPC， Solid Phase Crystallization),金属诱导晶化(MIC，Metal Induced Crystallization)，金属诱导横向晶化(MILC， Metal Induced Lateral Crystallization )， 方包力口电场晶化 (Applying an electric field Crystallization)，以及类似者。
SPC方法的优点是，可以通过不昂贵的设备即获得均质的晶体结 构，然而，由于其需要高的晶化温度以及长的加工时间，所以相对地， 这个方法的缺点即为，其无法使用热变形温度较低的基板，例如，玻 璃基板，并且，其生产力较低，因为，根据SPC方法，晶化仅会在非 晶硅薄膜进行退火程序时(通常温度是600至700°C，大约1至24小 时)才能达成，再者，通过SPC方法所准备的多晶硅，在自非晶形相 变为结晶相的固态相变后会观察到孪晶生长(twin-growth)，也因此， 结晶晶粒会具有大量的晶格缺陷，而这些因素则是会在所产生的多晶
硅TFT中造成电子以及空穴的移动力下降，且会造成临界电压的增加。 MIC方法具有的优点是，在非晶硅以及特殊金属之间的接触允许 其非晶硅结晶的温度可以远低于SPC方法的结晶温度，其中，能够使 用MIC方法的金属例子包括，Ni， Pd， Ti， Al， Ag， Au， Co， Cu， Fe， Mn，以及类似者，这些金属会与非晶硅产生反应，以形成共晶相 (eutectic phase)、或硅化物相(silicide phase)，进而藉此促进低温 晶化，然而，当MIC方法应用于多晶硅TFT制造的实际制造程序时， 却会在通道中具有高比例的金属污染。
MILC方法是MIC方法的改良，其包括，在通道上形成栅极电极， 以取代在通道上沉积金属，接着，在自我对准结构中的源极与漏极上 沉积薄金属层，以促进金属晶化，并接续地，诱导朝向所述通道的横 向晶化，其中，最常被使用于MILC方法的金属为Ni以及Pd，虽然相 较于SPC方法所生产者，通过MILC方法所产生的多晶硅表现出极佳 的晶体性能以及高的场效迁移率(field effect mobility)，但是，也有 报告指出其高漏电流特征，因此，即使所述MILC方法相较于MLC方 法确实降低了金属污染的问题，但这问题却未完全地解决。另一方面， 另一种可得的方法是，电场辅助横向晶化(Field Aided Lateral Crystallization, FALC)，可作为MILC的改善，而相较于MILC方法， FALC方法所表现出的是较高的晶化率，且也展示出于晶化方向的非等 向性，但此方法并未对金属污染问题提供理想的解答。
所述的晶化方法，例如，MIC， MILC，以及FALC，在与SPC方 法比较的情形下，都可有效降低晶化温度，然而，它们共同的缺点却 是，晶化必须通过金属进行诱导，所以，这就表示，它们无法避免金 属污染的问题。
据此，增加了对于不会让位于下方的基板受损、晶粒具有实际无 缺陷的高质量、且可以克服程序操作限制的晶化非晶硅薄膜方法的需 求。

发明内容
本发明在于解决上述的问题，以及其它尚未解决的技术问题。 特别地是，本发明的目的在于提供一种通过在非激光模式下的低温晶化而晶化硅薄膜的方法， 一强大的电场会被施加至传导层，以在 非常短的时间内，且不使基板变形的情形下，将薄膜的温度加热至高 温，之后，依序地致能晶化，消除晶格缺陷，晶体生长，掺杂剂活化， 以及类似者。
为了达成上述的目的，本发明中所建议的多晶硅薄膜准备方法包 括下列步骤于配置在透明基板上的介电膜上形成非晶硅状态的有源 层；于如此制得的基板的顶面上形成传导层；以及对所述传导层施加 电场，以通过从所述传导层所产生的热而晶化所述非晶硅薄膜。
所述施加至所述传导层的电场是通过施加具有能够产生足够强烈 热度的功率密度的能量而执行，以通过焦耳加热而诱导非晶硅薄膜的
晶化，其中，所述施加的功率密度可以为100 W/cm-2 1,000,000 W/cm2，较佳地是，1000 W/cm2- 100,000 W/cm2，而被施加至电流则可 以是直流电、或交流电，另外，电场施加的持续施加时间可以介于 1/10,000,000至1秒之间，较佳地是，介于1/100,000至1/10秒之间，
而如此的电场施加则是可以规则地、或不规则地重复数次。
根据本发明，通过将电场施加至所述传导层，所述强烈热度会产 生于相对而言很短的时间范围内，并且，此热度主要会通过传导而传 送至所述硅薄膜，以允许非晶硅的晶化，晶体缺陷的消除，掺杂剂活 化，以及类似者。
同时，由于相较于透明基板，所述硅薄膜非常的薄，因此，传导 自于非常短时间内被加热至高温的传导层的热可使得硅薄膜的温度上 升，然而，却不会让相对而言较厚的基板的温度上升至高温，因为就 基板厚度而言，总传导能量是较小的，因此，即使产生了足以对所述 硅薄膜进行热处理的强烈热度，所述位于下方的基板也不会出现热变 形。
在一个实施例中，所述晶化硅薄膜的方法可以包括下列步骤，于
配置在透明基板上的介电膜上，形成非晶硅状态的有源层以及利用n+ 掺杂的源极漏极硅层；于如此制得的基板的顶面上形成传导层；以及 对所述传导层施加电场，以通过从所述传导层所产生的热而晶化所述 非晶硅薄膜。
较佳地是，所述非晶硅以及所述已n+掺杂非晶硅薄膜分别为非晶
硅状态的有源层以及已n+掺杂源极漏极硅层。
在所述非晶硅薄膜以及所述已n+掺杂非晶硅薄膜是通过连续沉积 所形成的如此结构中，当非晶硅薄膜晶化的执行是于短时间内利用对 所述传导层施加电场所获得的强大热度所达成时，所述晶化所伴随的 会是，同时n+掺杂剂几乎不会扩散，因为进行晶化的热处理时间非常 短，因此，其即有可能形成现有激光程序、或SPC程序及类似者的热 处理方法所无法达成的交错结构TFT (staggered structure TFT)，以取 代需要离子注入程序的共平面结构，再者，如此的晶化方法的优点是， 当应用于大量生产TFT时，所述离子注入程序以及活化热处理程序都 可以被忽略，因此可以藉以降低制造成本，并改善TFT的整理均匀度。
所述晶化硅薄膜的方法，亦可以包括下列歩骤，于配置在透明基 板上的介电膜上形成非晶硅状态的有源层以及利用n+掺杂的源极漏极 硅层；通过图案化所述有源层与所述源极漏极层以及接着进行蚀刻而 形成岛状物；于如此制得的基板的顶面上形成传导层；以及对所述传 导层施加电场，以通过从所述传导层所产生的热而晶化所述非晶硅薄 膜。
在如此的晶化方法的一个较佳实施例中，所述非晶硅薄膜以及所 述已n+掺杂非晶硅薄膜分别为非晶硅状态的有源层以及已n+掺杂源极 漏极硅层，所述岛状物可以是通过图案化所述有源层与所述源极漏极 层并接着进行蚀刻所形成，以及所述硅薄膜的晶化可以伴随着图案化 施加所述电场的所述传导层，以使其成为源极漏极的数据线。
在另一实施例中，所述晶化硅薄膜的方法亦可以包括下列步骤， 于配置在透明基板上的介电膜上形成非晶硅状态的有源层；于如此制 得的基板的顶面上形成保护层，除了所述基板将形成电极的二端部分 之外；于如此制得的基板的顶面上形成传导层；以及对所述传导层施 加电场，以通过从所述传导层所产生的热而晶化所述非晶硅薄膜。
此外，所述晶化硅薄膜的方法亦可以包括下列步骤，于配置在透 明基板上的介电膜上形成非晶硅状态的有源层；利用位于所述有源层 上的栅介电膜而形成栅电极；于所述有源层的预定部分处，形成掺杂 有杂质的源极与漏极区域；在如此制得的包括所述栅电极的基板的顶 面上形成保护层，除了所述基板将形成电极的二端部份之外；执行相
对于所述保护层的光刻，以暴露所述源极与漏极区域；于如此制得的 基板的顶面上形成传导层；以及对所述传导层施加电场，以通过从所 述传导层所产生的热而对所述有源层进行退火。
在上述晶化方法的一个较佳实施例中，非晶硅(a-Si)薄膜，非晶 硅/多晶硅薄膜，或是多晶硅(Poly-Si)薄膜的热处理是通过所述有源 层的所述退火步骤所实现，另外，于所述源极与漏极区域中的所述已 掺杂硅薄膜会同时进行晶化以及掺杂剂活化。
同时，所述晶化硅薄膜的方法亦可以包括下列步骤，在所述基板 上形成栅电极；在如此制得的基板的顶面上形成第一介电膜，除了将 形成于所述栅电极二端的电极部分之外；在所述第一介电膜上连续地 沉积非晶硅薄膜以及已掺杂的非晶硅薄膜；在如此制得的包括所述栅 电极的所述二端的基板的顶面上形成传导层；以及对所述传导层施加 电场，以通过从所述传导层所产生的热而晶化所述非晶硅薄膜以及所 述已掺杂的非晶硅薄膜。
本发明亦提供一种晶化硅薄膜的方法，包括下列步骤，于透明基 板上形成传导层；于所述传导层上形成介电膜；于配置在所述传导层 上的所述介电膜上形成非晶硅状态的有源层；以及对所述传导层施加 电场，以通过从所述传导层所产生的热而晶化所述非晶硅薄膜。
较佳地是，所述方法亦可包括下列步骤于透明基板上形成传导 层；于如此制得的基板的顶面上形成保护层，除了将连接至有源层二 端的部分以及将形成电极的部分之外；形成有源层，除了电极将形成 的部分之外；以及对所述传导层施加电场，以通过从所述传导层所产 生的热而晶化所述非晶硅薄膜。
同时，在一个较佳实施例中，所述传导层以及所述非晶硅状态有 源层可以电连接于欲施加所述电场的二端，因此，如此的结构可以避 免电弧的产生。
在一个实施例中，所述晶化硅薄膜的方法亦可以包括下列步骤， 于透明基板上形成传导层；于所述传导层上形成介电膜；于配置在所 述传导层上的所述介电膜上形成非晶硅状态的有源层以及利用n+掺杂 的源极漏极硅层；以及对所述传导层施加电场，以通过从所述传导层 所产生的热而晶化所述非晶硅薄膜。
较佳地是，所述方法亦可以包括下列步骤，于透明基板上形成传 导层；形成保护层，除了将连接至有源层二端的部分以及将形成电极 的部分之外；形成有源层以及n+硅层，除了电极将形成的部分之外； 以及对所述传导层施加电场，以通过从所述传导层所产生的热而晶化 所述非晶硅薄膜。
同时，在一个较佳实施例中，所述传导层以及所述非晶硅状态有 源层与所述n+硅层会电连接于欲施加所述电场的二端。
在前面所提及的传导层会形成在透明基板的结构中， 一介电层会 位于所述透明基板以及所述传导层之间，以最小化到达所述透明基板 的来自所述传导层的热传导，以及隔绝来自所述基板的杂质流出。
本发明的准备方法以及藉此所获得的多晶硅薄膜，相较于现有的 技术，具有下列的特征或优点。
首先，执行所述晶化方法的程序非常的简单，且其经济效益高。 用于执行本发明程序的设备并不昂贵，而且可以利用现有已建立的技 术，实行本发明的方法所需要的设备己既存于半导体及平面显示器产 业中，因此，本发明的程序可以直接通过采用现有技术、或通过对于 现有技术的稍加修饰而实行。
第二，本发明的方法适合于均匀且高质量的多晶硅薄膜的大量生 产。根据本发明，晶化是在低温下，且短时间内实行于数组的整个区 域，因此，本发明方法的优点在于，可以处理大面积的基板，并且可 以提供具有规律高质量的多晶硅薄膜。
第三，本发明的方法可以使用与交错结构的多晶硅TFT生产程序 相同的程序。当通过使用连续沉积Si以及n+ Si的方法(其为相关于交 错结构的非晶硅TFT (a-SiTFT)生产程序)而实行于第3图中所显示 的晶化时，则可以形成交错结构的所述多晶硅TFT (Poly-SiTFT)。
第四，本发明的方法可以同时执行晶化程序以及掺杂剂活化程序， 特别是，在完成如本发明图式中所显示的共平面结构之后，可以同时 实行活化离子植入掺杂剂的热处理以及晶化源极/漏极电极附近的热处 理。


本发明上述的以及其它的目的、特征、以及其它优势将可由接下来 相关于所附图式的详细叙述而获得更为清楚的了解，其中
第1图其显示根据本发明的一个实施例，举例说明一种用于准备 多晶硅薄膜的样品的构造示意第2图其显示根据本发明的一个实施例，举例说明一种用于准备 多晶硅薄膜的样品的构造示意第3图其显示根据本发明的一个实施例，举例说明一种用于准备 多晶硅薄膜的样品的构造示意第4图其显示根据本发明的一个实施例，举例说明一种用于准备 多晶硅薄膜的样品的构造示意第5图以及第6图其显示根据本发明的另一实施例，举例说明用 于准备多晶硅薄膜的样品的构造示意第7 (a)图其显示在电场施加前，室温下具有非晶硅薄膜的实 例1的样品的照片；第7 (b)图其显示硅薄膜通过因实例1中施加 的电场所获得的焦耳加热而高温加热所造成的发光的照片，第7 (c) 图其显示在实例1中的常温单次施加电场后，硅薄膜转换为多晶硅 薄膜的一样品的照片；
第8 (a)图其显示在电场施加前，室温下具有非晶硅薄膜的实 例2的样品的照片；第8 (b)图其显示硅薄膜通过因实例2中施加 的电场所获得的焦耳加热而高温加热所造成的发光的照片，第8 (c) 图其显示在实例2中的常温单次施加电场后，硅薄膜转换为多晶硅 薄膜的一样品的照片；
第9图其显示实例2在退火后，多晶硅薄膜的明视野TEM分析
的照片(放大率X 200,000);以及
第10图至第16图其显示根据通过依照本发明的方法而晶化非晶 硅薄膜进，而形成TFT的实施例的制造程序的示意图。
具体实施例方式
之后，本发明的实施例将以图式作为参考而进行详细叙述，但图式 并非意欲于限制本发明的范畴。
第1图显示根据本发明的实施例，用于进行非晶硅薄膜晶化的基板
的构造示意图。
请参阅第l图，介电层40，非晶硅(a-Si)薄膜30，以及第二介电 层42，传导层50连续地被形成在基板20上，并且，电场会施加于所 述传导层50。
所述基板20的材质并未特别限制，可以使用透明的基板，例如， 举例而言，玻璃，石英，以及塑料，而就经济考虑而言，玻璃则是较 为适合，然而，依照近来平板显示器的研究趋势，研究都广泛地朝向 具有极佳冲击抗力以及制造程序方便的以塑料为底的基板，而根据本 发明的方法也同样可以直接应用于如此的以塑料为底的基板。
同时，使用所述第一介电层40的目的在于，避免所述基板20中所 包含的物质流出，其中，所述物质可能是在接续的程序中所产生者， 举例而言，在玻璃基板的例子中，可能是碱性物质。通常，此层是通 过沉积氧化硅(Si02)、或氮化硅而形成，并且，其厚度范围较佳地是 介于2,000至5,000 A之间，但并不受限，另外，取决于未来技术的发 展，非晶硅薄膜30可能可以直接形成在所述基板上，而不需要所述介 电层40，而且，既然本发明的方法是应用于如此的结构，则可以了解 的是，本发明的范围即包括如此的结构。
所述非晶硅薄膜30的形成可以通过，举例而言，低压化学气相沉 积，高压化学气相沉积，等离子体增强化学气相沉积(plasmaenhanced chemical vapor deposition, PECVD)，溅射，真空蒸发，或类似者，但 较佳地是使用所述PECVD方法。另外，较佳地是，所述薄膜的厚度范 围介于300至1000 A之间，但不受限制，此外，多晶硅薄膜30亦可 以是单独硅薄膜、或是非晶硅与n+硅双层结构。
所述第二介电层42扮演了避免所述非晶硅薄膜30在退火程序期间 受到传导层50污染的角色，并且，形成此层的材质可以与所述第一介 电层40所使用的材质相同，在此，n+硅会接续地被沉积在非晶硅上， 而所述第二介电层则是可以因为不具有传导材质所造成的污染问题而 被省略。
传导层50是由电传导材质制成的薄层，且可以是利用，举例而言， 溅射，真空蒸发，或类似者而形成，所述传导层50需要维持均匀的厚 度，以在接下来由焦耳施加所造成的焦耳加热程序期间具有均匀的加热，在形成所述第二介电层42的状况下，所述传导层50周围的一部 份会与所述硅薄膜30接触，以藉此避免在施加电场时产生电弧，另外， 所述传导层50可能可以是，举例而言，一ITO薄膜、或其它的透明传 导薄膜，或是金属薄膜。
对所述传导层50施加电场的操作可以在室温下实施，也可以预先 加热至适当的温度范围，而此适当的温度范围所代表的意思则是，基 板20在整个过程中不会受到损害，且较佳地是，符合低于所述基板20 的热变形温度(heat deflection temperature)的温度范围，其中，对于 所述预先加热的方法并没有特别的限制，举例而言，可以使用例如将 数组放置在普通热处理炉中，以及利用灯进行辐射照光加热的方法、 或类似者。
对所述传导层50施加电场的执行可以通过具有可以产生足够强度 热度的功率密度的能量，以诱导所述非晶硅薄膜30在短时间内产生晶 化，正如先前所述的焦耳加热。
第2图显示根据本发明另一实施例，用于非晶硅薄膜晶化的基板的 构造示意图。
请参阅第2图，介电层40，传导层50，第二介电层42，以及非晶 硅(a-Si)薄膜30连续地被形成在基板20上，并且，电场会施加于所 述传导层50。原则上，此结构是相同于第l图，除了在此图中，不可 能将所述第二介电层排除的不同点之外，因为传导材质(传导层)是 配置在有源层(非晶硅薄膜)下方。
第3图以及第4图显示根据本发明的另一实施例的示意图，其中， 有源层以及n+硅源极连续地进行沉积，并接着会在第1图以及第2图 结构中的非晶硅薄膜的沉积期间，通过施加电场而进行晶化，其中， 所述结构有可能形成交错结构TFT (staggered structure TFT)。
请参阅第3图，在基板20上形成介电层40，接着，通过连续沉积， 将会被形成为源极与漏极的n+硅则是被沉积在非晶硅薄膜30上，以作 为有源层，紧接着施加电场，而在施加电场之后，所述非晶硅薄膜30 以及n+硅薄膜31则是会同时地进行晶化。
请参阅第4图，接续地形成介电层40，传导层50，以及介电层42， 然后，通过连续沉积，将会被形成为源极与漏极的n+硅则是被沉积在
非晶硅薄膜30之上，以作为有源层，紧接着施加电场于所述传导层50， 而在施加电场之后，所述非晶硅薄膜30以及n+硅薄膜31则是会同时 地进行晶化。在此，为了方便表达，图式中的电源供给表示为连接至 一层合结构的顶部，但其是建构为连接至仅所述传导层、或是如第2 图中所示，包括所述主动层的所述整个层合结构。
第5图以及第6图显示根据本发明另外实施例的基板构造示意图。 首先，请参阅第5图，介电层40，非晶硅(a-Si)薄膜30，以及 n+源极/漏极层32连续地形成在基板20上，接着，通过相对于所述非 晶硅薄膜以及已n+掺杂非晶硅薄膜的光刻程序，形成一岛状物，然后， 形成传导层50，紧接着，通过施加电场而进行晶化，其中，作为焦耳 加热来源的所述传导层50，可以于之后被使用作为源极/漏极的数据 线。
请参阅第6图，栅电极60，介电层40，非晶硅(a-Si)薄膜30，以 及n+源极/漏极层32被连续地形成在基板20上，并且，通过相对于所 述非晶硅薄膜以及已n+掺杂非晶硅薄膜的光刻程序，形成一岛状物， 然后，形成传导层50，紧接着，通过施加电场而进行晶化，其中，作 为焦耳加热来源的所述传导层50，可以于之后被使用作为源极/漏极的 数据线。
第10图至第16图显示根据本发明的方法，通过晶化非晶硅薄膜而 形成TFT的连续程序示意图。
首先，请参阅第10图至第13图，介电层40，非晶硅(a-Si)薄膜 30，以及n+源极/漏极层32会被连续地形成在基板20上，并且，通过 相对于所述非晶硅薄膜以及已n+掺杂非晶硅薄膜的光刻程序，形成一 岛状物，然后，形成传导层50，紧接着，通过施加电场而进行晶化， 以制造具有与第5图中所示者一样的结构的基板(第13图)，其中， 所述传导层50可以于之后被使用作为源极/漏极的数据线。
请参阅第14图至第16图，被形成为源极/漏极的数据线的根据第 13图的所述传导层50，会进行图案化，以形成栅电极，并且，介电层 45会被形成在所述传导层50的顶面上，然后，栅电极60会被形成在 源极/漏极的所述图案化数据在线，以藉此形成TFT。通过如此的连续 准备程序，即有可能在成本与努力皆较传统程序更少的情形下制造
TFT。
在所述的本发明方法中，所使用的通过电场施加而发生在所述传导 层中的所述焦耳加热，被定义为是利用传导材质的电阻因电流流动所 产生的热而进行加热。
单位时间通过起因于外加电场的焦耳加热而施加至所述传导层的 能量可以通过下列的式子表示
W = VxI
在上述的式子中，W被定义为焦耳加热单位时间所供给的能量，V
被定义为施加至所述传导层二端的电压，以及I被定义为电流。
由上述的式子可以看出，当电压(V)增加时，及/或电流(I)增加
时，单位时间通过焦耳加热而被施加至所述传导层的能量亦会增加， 而当所述传导层的温度因焦耳加热而增加时，就会发生到达位于所述 传导层上方的所述硅薄膜以及配置在所述传导层下方的所述基板(举 例而言，玻璃基板)的热传导，因此，为了在不使所述玻璃基板产生 热变形的情形下，通过热传导而将所述硅薄膜的温度升高至能够进行 晶化、或掺杂剂活化的温度，在本发明的方法中，适当的电压以及电 流会短暂地被施加至所述样品，其中，若所施加的能量足够时，则只 需要单次施加即可完成程序，但若能量不足时，则就可以在适当的时
间间隔内施加多次，以完成程序。第6图显示在本发明方法的一个实 施例中，施加电场时，连续重复施加程序的图式。
当利用焦耳加热进行晶化时，电场施加的持续期间是重要的因素， 并且，在本发明方法中，所述电场施加持续期间(单次施加的持续期 间)较佳地是介于1/100,000至0.1秒之间，正如前述，如此的短时间
晶化则是可以在下方的基板(举例而言，玻璃基板)不变形的情形下， 达到上方所述硅薄膜的晶化、或掺杂剂活化，尽管所述传导层己加热
至非常高的温度。另外，其具有的优点是，现有的非晶硅TFT—样可 以使用，因为对于交错结构的施加不会让n+掺杂剂扩散至主动层。
实例
之后，本发明将以实例做为参考而进行更详细的叙述，但实例并非 意欲以任何方式限制本发明的范畴。
利用PECVD方法，将厚度3000 A的Si02层(第一介电层)形成 在玻璃基板上，所述玻璃基板具有宽度2 cm x长度2 cm x厚度0.7 mm 的尺寸大小，之后，利用PECD方法，将厚度500 A的非晶硅薄膜沉 积在所述第一介电层上，并接着再次利用PECVD方法，再于其上沉积 厚度1000 A的Si02层(第二介电层)，接着，将厚度1000 A的ITO 薄膜(传导层)通过溅射而沉积于所述第二介电层上，因此，如第1 图中所示的包括非晶硅薄膜的基板即准备完成，其中，测量所述传导 层的电阻，使其为20Q。
然后，对如此的准备好的样品的所述传导层、以l分钟间隔内施加 0.05秒300￥-15A的电场的程序，于室温下总共重复5次，结果为， 所述电场施加总共实施了大约0.25秒，而在如此的单电场施加的例子 中，施加至所述传导层的总能量则为1125Watt/cm2。
第7 (a)图是在电场施加前，室温下具有非晶硅薄膜的样品的照片， 第7 (b)图是在电场施加期间，硅薄膜通过起因于焦耳加热的高温加 热所造成的发光的照片，以及第7 (c)图是单电场施加后，硅薄膜转 换为多晶硅薄膜的样品的照片。根据第7 (b)图的发光现象，可以推 测，于所述传导层的瞬间温度已升高到至少1000。C或更高，如此强度 的热会传导至配置在上方的所述硅薄膜，并且会诱导所述非晶硅的晶 化。
利用PECVD方法，将厚度3000 A的SiCb层(第一介电层)形成 在玻璃基板上，所述玻璃基板具有宽度2 cm x长度2 cm x厚度0.7 mm 的尺寸大小，接着，将厚度1500A的ITO薄膜(传导层)通过溅射而 沉积于所述第一介电层上，接着，利用PECVD方法，再于其上沉积厚 度1000 A的SiO2层(第二介电层)，之后，利用PECD方法，将厚度 500A的非晶硅薄膜沉积在所述传导层上，因此，如第2图中所示的包 括非晶硅薄膜的基板即准备完成，其中，测量所述传导层的电阻，使 其为10 Q。
然后，对如此的准备好的样品的所述传导层、以大约l分钟的时间
间隔内施加0.009秒300V-30A的电场的程序，总共重复10次，所以， 在所述电场施加中，单位时间内施加至所述传导层的总能量为3000 Watt/cm2。
第8 (a)图是在电场施加前，室温下具有非晶硅薄膜的样品的照片， 第8 (b)图是在电场施加期间，硅薄膜通过起因于焦耳加热的高温加 热所造成的发光的照片，以及第8 (c)图是一个电场施加后，转换为 多晶硅薄膜的样品的照片。根据第8 (b)图中的白色发光现象，可以 推测，于所述传导层的瞬间温度已升高到至少1000。C或更高，而如此 强度的热则是会被传导至配置在上方的所述硅薄膜，并且会诱导所述 非晶硅的晶化。
第9图显示在如此的加热处理后，所述硅薄膜的明视野TEM分析 的结果。如第9图所示，根据本发明所准备的所述多晶硅薄膜的微结 构(microstructure)，其所展现出的结构是，具有均匀大小晶粒的纳米 尺寸多晶硅薄膜，此结构是由本发明首次发表，而且，如此的结构无 法通过任何现有的方法制造出来。在根据本发明的方法中，由于所述 加热率超过至少l,000,000°C/sec，因此，在高温下所形成的微结构可 以完整无缺地反射，另一方面，即使是现有热处理方法中具有最高加 热率的RTA，其热处理率也仅大约100°C/sec，因此，虽然会于加热期 间发生所述产生多晶硅的相变，但在高温时所形成的所需微结构却不 无法反射，在此实例中所准备的多晶硅具有非常小尺寸的晶粒，并且 表现出等角型态的晶粒，此结构是在其它加热处理方法中所无法获得 的微结构，而且，预期中，此结构会非常适合于AMOLED的应用，另 外，亦已证实，即使是如此的晶化加热处理，配置在所述传导层下方 的所述玻璃基板也都不会变形。
利用PECVD方法，将厚度3000 A的SiCb层(第一介电层)形成 在玻璃基板上，所述玻璃基板具有宽度2 cm x长度2 cm x厚度0.7 mm 的尺寸大小，之后，利用PECD方法，将厚度800 A的非晶硅薄膜沉 积在所述第一介电层上，并接着再次利用PECVD方法，再于其上沉积
厚度300 A的n+硅层(源极漏极层)，接着，将厚度1000 A的ITO薄 膜(传导层)通过溅射而沉积于所述第二介电层上，因此，如第3图 中所示的包括非晶硅薄膜的基板即准备完成，其中，测量所述传导层 的电阻，使其为20D。
然后，对如此的准备好的样品的所述传导层、以l分钟时间间隔内 施加0.05秒300V-15A的电场的程序，于室温下总共重复5次，结果 为，所述电场施加总共实施了大约0.25秒，而在如此的单电场施加的 例子中，施加至所述传导层的总能量则为1125Watt/cm2。
即使是用于晶化的热处理，也已发现，存在源极漏极层中的掺杂剂 不会扩散至所述发生晶化的硅薄膜，这是因为，所述加热时间非常短 的关系。此结果显示，是有可能形成现有加热处理技术所不可能达成 的交错结构多晶TFT。
产业应用
正如前述，根据本发明的晶化方法所产生的多晶硅薄膜，其可以达 成完全不会发生通过如所述MIC以及MILC方法的晶化方法而产生的 多晶硅薄膜中会出现的受触媒金属污染问题，同时，也不会伴随着出 现于通过所述ELC方法所产生的多晶硅薄膜会发生的表面突出，并且， 不会造成所述玻璃基板的热变形，以及可显著地降低晶格缺陷的数量， 再者，所完成的晶化非常均匀，跨越整个薄膜区域。
相关于本发明的本领域技术人员将能够在不脱离本发明如所附权 利要求所揭示的范畴以及精神的情形下，以前面的叙述作为基础而实 行各种的修饰以及应用。
权利要求
1、一种晶化硅薄膜的方法，包括下列步骤在配置于透明基板上的介电膜上形成非晶硅状态的有源层；于如此制得的基板的顶面上形成传导层；以及利用100W/cm2～1,000,000W/cm2的功率密度持续1/10,000,000～1秒来对所述传导层施加电场，以通过从所述传导层所产生的热来晶化所述非晶硅薄膜。
2、 根据权利要求1所述的方法，所述方法包括下列步骤 于配置在透明基板上的介电薄膜上，形成非晶硅状态的有源层以及利用n+掺杂的源极漏极硅层；于如此制得的基板的顶面上形成传导层；以及对所述传导层施加电场，以通过从所述传导层所产生的热而晶化所 述非晶硅薄膜。
3、 根据权利要求1所述的方法，所述方法包括下列步骤 于配置在透明基板上的介电薄膜上形成非晶硅状态的有源层以及利用n+掺杂的源极漏极硅层；通过图案化所述有源层与所述源极漏极层以及接着进行蚀刻而形成岛状物；于如此制得的基板的所述顶面上形成传导层；以及 对所述传导层施加电场，以通过从所述传导层所产生的热而晶化所 述非晶硅薄膜。
4、 根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括下列步骤，对已经施加所述电场的所述传导层进行图案化为源极漏极的数据线。
5、 根据权利要求1所述的方法，所述方法包括下列步骤 于配置在透明基板上的介电薄膜上形成非晶硅状态的有源层； 于如此制得的基板的所述顶面上形成保护层，除了在所述基板的二端将形成电极的部分之外； 于如此制得的基板的所述顶面上形成传导层；以及 对所述传导层施加电场，以通过从所述传导层所产生的热而晶化所 述非晶硅薄膜。
6、 根据权利要求5所述的方法，所述方法包括下列步骤 于配置在透明基板上的介电薄膜上形成非晶硅状态的有源层； 利用配置在所述有源层上的栅介电薄膜形成栅电极； 于所述有源层的预定部分处，形成掺杂有杂质的源极与漏极区域； 在如此制得的包括所述栅电极的基板的所述顶面上形成保护层，除了所述基板的二端将形成电极的部分之外；执行与所述保护层有关的光刻，以暴露所述源极与漏极区域； 于如此制得的基板的所述顶面上形成传导层；以及 对所述传导层施加电场，以通过从所述传导层所产生的热而对所述有源层进行退火。
7、 根据权利要求6所述的方法，其中，非晶硅薄膜、非晶硅/多晶硅薄膜或是多晶硅薄膜的热处理是通过所述退火步骤来实现。
8、 根据权利要求6所述的方法，其中，于所述源极与漏极区域中的所述已惨杂硅薄膜同时进行晶化以及掺杂剂活化。
9、 根据权利要求1所述的方法，所述方法包括下列步骤 在所述基板上形成栅电极；在如此制得的基板的所述顶面上形成第一介电膜，除了将于所述栅 电极的二端形成的电极部分之外；在所述第一介电膜上连续地沉积非晶硅薄膜以及已掺杂的非晶硅 薄膜；在如此制得的包括所述栅电极的所述二端的基板的所述顶面上形 成传导层；以及对所述传导层施加电场，以通过从所述传导层所产生的热而晶化所 述非晶硅薄膜以及所述己掺杂的非晶硅薄膜。
10、 一种晶化硅薄膜的方法，包括下列步骤 于透明基板上形成传导层； 于所述传导层上形成介电膜；于配置在所述传导层上的所述介电膜上形成非晶硅状态的有源层； 以及利用100 W/ cm2 l,OOO，OOO W/ cm2的功率密度持续1/10,000,000 1秒来对所述传导层施加电场，以通过从所述传导层所产生的热而晶化 所述非晶硅薄膜。
11、 根据权利要求10所述的方法，其中，所述传导层以及所述非晶硅状态有源层电连接于所述电场所施加的二端。
12、 根据权利要求10所述的方法，其包括下列步骤 于透明基板上形成传导层； 于所述传导层上形成介电膜；于配置在所述传导层上的所述介电膜上形成非晶硅状态的有源层 以及利用n+掺杂的源极漏极硅层；以及对所述传导层施加电场，以通过从所述传导层所产生的热而晶化所 述非晶硅薄膜。
13、 根据权利要求12所述的方法，其中，所述传导层、所述非晶硅状 态有源层以及所述已n+掺杂源极漏极硅层电连接于施加有所述电 场的二端。
14、 根据权利要求10或11所述的方法，其中，介电层配置于所述透 明基板以及所述传导层之间。
15、 根据权利要求1或10所述的方法，其中，所述基板是玻璃基板或 是塑料基板。
16、 根据权利要求1或10所述的方法，其中，所述传导层是ITO薄膜或是其它形态的透明传导薄膜。
17、 根据权利要求1或IO所述的方法，其中，所述传导层是金属薄膜。
18、 根据权利要求1或10所述的方法，其中，所述传导层是氧化硅层 或是氮化硅层。
19、 根据权利要求1或10所述的方法，其中，对所述传导层施加电场 的温度为室温。
20、 根据权利要求1或10所述的方法，所述方法还包括下列步骤，在 将电场施加至所述传导层之前，将数组预先加热至所述基板不会发 生变形的温度范围。
全文摘要
本发明提供一种晶化非晶硅薄膜的制备方法，所述方法包括，在透明基板上所形成的介电质上形成非晶硅，接着，在基板的顶面上形成传导层，于所述传导层上施加电场，以产生热，以及通过所产生的热晶化非晶硅薄膜。
文档编号H01L29/786GK101395706SQ200780007510
公开日2009年3月25日 申请日期2007年3月5日 优先权日2006年3月3日
发明者卢在相, 洪沅义 申请人:卢在相