制造多晶硅层的方法及其光罩.pdf

本发明有关一种制造多晶硅层的方法。首先，提供一基板，并形成一非晶硅区于基板上，非晶硅层具有第一非晶硅区及第二非晶硅区。接着，提供一光罩，光罩包括部分透光区及透光区，部分透光区及透光区分别对应于第二非晶硅区及第一非晶硅区。然后，以激光光照射光罩，使得第一非晶硅区被全熔融且第二非晶硅区被预热，且被全熔融的第一非晶硅区是结晶成第一多晶硅层。然后，移动光罩或基板，使得透光区对应于被预热的第二非晶硅区。接着，以激光光照射光罩，使得被预热的第二非晶硅区被全熔融，且被全熔融的第二非晶硅区是结晶成第二多晶硅层。

1.  一种制造多晶硅层的方法，包括：
提供一基板；
形成一非晶硅层于该基板上，该非晶硅层至少具有一第一非晶硅区及一第二非晶硅区；
全熔融该第一非晶硅区及预热该第二非晶硅区，被全熔融的该第一非晶硅区结晶成一第一多晶硅层；以及
全熔融被预热的该第二非晶硅区，使得被全熔融的该第二非晶硅区结晶成一第二多晶硅层。

2.  如权利要求1所述的方法，其特征在于该方法的该全熔融被预热的该第二非晶硅区的步骤还包括：
全熔融被预热的该第二非晶硅区及熔融该第一多晶硅层的表面，使得被全熔融的该第二非晶硅区结晶成该第二多晶硅层，且被熔融的该第一多晶硅层的表面重新结晶。

3.  如权利要求2所述的方法，其特征在于该方法的该全熔融被预热的该第二非晶硅区的步骤还包括：
熔融该第二多晶硅层的表面，使得被熔融的该第二多晶硅层的表面重新结晶。

4.  如权利要求1所述的方法，其特征在于该方法的该全熔融被预热的该第二非晶硅区的步骤还包括：
熔融该第一多晶硅层的表面及该第二多晶硅层的表面，使得被熔融的该第一多晶硅层的表面及被熔融的该第二多晶硅层的表面重新结晶。

5.  如权利要求1所述的方法，其特征在于该方法的该全熔融该第一非晶硅区及预热该第二非晶硅区的步骤还包括：
提供一光罩，该光罩具有一第一部分透光区及一透光区，该第一部分透光区及该透光区是分别对应于该第二非晶硅区的表面及该第一非晶硅区的表面；以及
以一激光光照射该光罩，该激光光是穿透该透光区而全熔融该第一非晶硅区，且被全熔融的该第一非晶硅区是结晶成该第一多晶硅层，该激光光是部分穿透该第一部分透光区而预热该第二非晶硅区。

6.  如权利要求5所述的方法，其特征在于该方法的该全熔融被预热的该第二非晶硅区的步骤还包括：
移动该光罩或该基板，使得该透光区对应于被预热的该第二非晶硅区的表面；以及
以该激光光照射该光罩，该激光光是穿透该透光区而全熔融被预热的该第二非晶硅区，被全熔融的该第二非晶硅区是结晶成该第二多晶硅层。

7.  如权利要求6所述的方法，其特征在于该光罩还具有一第二部分透光区，该方法的该全熔融被预热的该第二非晶硅区的步骤还包括：
移动该光罩或该基板，使得该透光区及该第二部分透光区分别对应于被预热的该第二非晶硅区的表面及该第一多晶硅层的表面；以及
以该激光光照射该光罩，该激光光是穿透该透光区而全熔融被预热的该第二非晶硅区，被全熔融的该第二非晶硅区是结晶成该第二多晶硅层，该激光光是部分穿透该第二部分透光区而熔融该第一多晶硅层的表面，被熔融的该第一多晶硅层的表面重新结晶。

8.  如权利要求7所述的方法，其特征在于该方法的该全熔融被预热的该第二非晶硅区的步骤还包括：
移动该光罩或该基板，使得该第二部分透光区对应于该第二多晶硅层的表面；以及
以该激光光照射该光罩，该激光光是部分穿透该第二部分透光区而熔融该第二多晶硅层的表面，被熔融的该第二多晶硅层的表面是重新结晶。

9.  一种光罩，用以供一激光光预热及熔融一基板上的一非晶硅层，该非晶硅层具有一第一非晶硅区及一第二非晶硅区，该光罩是与该基板相对移动，该光罩包括：
一光罩本体；
一第一部分透光区，其形成于该光罩本体上，用以于对应于该第一非晶硅区的表面时供该激光光部分穿透而预热该第二非晶硅区；以及
一透光区，其形成于该光罩本体上，是于该第一部分透光区对应于该第二非晶硅区的表面时对应于该第一非晶硅区的表面，用以供该激光光穿透而全熔融该第一非晶硅区，使得被全熔融的该第一非晶硅区结晶成一第一多晶硅层；
当该第一多晶硅层被形成且该第二非晶硅区被预热后，该光罩或该基板被移动，使得该透光区对应于被预热的该第二非晶硅区的表面，该激光光是穿透该透光区而全熔融被预热的该第二非晶硅区，且被全熔融的该第二非晶硅区是结晶成一第二多晶硅层。

10.  如权利要求9所述的光罩，其特征在于该第一部分透光区包含一金属层、一半导体层、一绝缘层或一有机层。

11.  如权利要求9所述的光罩，其特征在于还包括：
一第二部分透光区，其形成于该光罩本体上，是于该透光区对应于被预热的该第二非晶硅区的表面时对应于该第一多晶硅层的表面，用以供该激光光部分穿透而熔融该第一多晶硅层的表面，使得被熔融的该第一多晶硅层的表面重新结晶。

12.  如权利要求11所述的光罩，其特征在于当被熔融的该第一多晶硅层的表面被重新结晶后，该光罩或该基板被移动，使得该第二部分透光区对应于该第二多晶硅层的表面，该激光光是部分穿透该第二部分透光区而熔融该第二多晶硅层的表面，使得熔融的该第二多晶硅层的表面重新结晶。

13.  如权利要求12所述的光罩，其特征在于该第一部分透光区包含一金属层、一半导体层、一绝缘层或一有机层。

14.  如权利要求12所述的光罩，其特征在于该第二部分透光区包含一金属层、一半导体层、一绝缘层或一有机层。

制造多晶硅层的方法及其光罩
技术领域
本发明有关一种制造多晶硅层的方法，且特别是有关于一种利用光罩让激光光预热非晶硅层及全熔融被预热的非晶硅层的制造多晶硅层的方法及在该方法中所使用的光罩。
背景技术
在科技发展日新月异的现今时代中，显示面板已被广泛地被运用在笔记本计算机、个人数字助理及移动电话等可携式电子装置上。其中，显示面板可以分为非多晶硅(amorphous silicon，a-Si)薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)显示面板及低温多晶硅(low temperature polysilicon，LTPS)TFT显示面板。LTPSTFT显示面板与a-Si TFT显示面板最大差异在于，LTPS TFT显示面板是以激光回火(Laser Annealing)法将a-Si层转变成多晶硅层，大幅地提升薄膜晶体管的电子迁移率(electron mobility)。因此，面板驱动电路及集成电路(integratedcircuit，IC)即可被整合到LTPS TFT显示面板上，不需要额外的电路板设计，有助于增加面板及电路设计的灵活度。所以，LTPS TFT显示面板将成为极具潜力的显示面板。
请参照图1A图1A至1C，其是传统的制造侧向成长多晶硅层的方法的流程剖面图。首先，在图1A图中，提供一基板11，并形成一非晶硅层12于基板11上。接着，提供一具有一不透光区15a及透光区15c的光罩15于非晶硅层12的上方，并以一激光光16照射光罩15。接着，如图1B图所示，激光光16是穿透透光区15c而全熔融部分的非晶硅层12，并形成熔融的非晶硅层12b及剩余的非晶硅层12a于基板11上。由于剩余的非晶硅层12a及熔融的非晶硅层12b之间具有一温度梯度，即熔融的非晶硅层12b的温度高于剩余的非晶硅层12a的温度，使得熔融的非晶硅层12b将以剩余的非晶硅层12a为晶种而沿着箭头20a及20b侧向长晶成多晶硅层13，如图1C图所示。借由激光光16通过具有不透光区15a及透光区15c的光罩15，而全熔融部分的多晶硅层12，且让多晶硅层12侧向长晶的技术被称为连续侧向结晶技术(sequence lateral solidification，SLS)或激光侧向结晶技术(excimer laser annealed lateral crystallization，ELA-LC)。在图1C图中，多晶硅层13具有一晶格或晶界13b，且多晶硅层13是于对应至晶格或晶界13b的表面突起一缺陷13a，影响后续绝缘层与多晶硅层13之间的接合程度。
为延伸侧向长晶的距离，可借由延长激光脉冲持续周期(pulse during time)或加热基板11的方式延长融熔硅的时间。然而，传统中必须于制程设备上加装基板加热器，使整片基板11受热，方可加热基板11。为求足够温度梯度与激光光16熔融非晶硅层12的最佳能量，采用基板11整体加热的方式势必提高最佳能量，大大地缩短激光光光学组件的寿命与机台保养的周期。此外，以激光回火法所结晶而成的多晶硅层13，在晶格或晶界13b上存在许多缺陷13a。虽然，可用第二次激光光16照射或高温处理来修复缺陷13a，但此举会多增加制程步骤及制程成本。另外，由于仅有部分的激光光16穿透透光区15c而融熔部分的非晶硅层12，故另一部分的激光光16将被不透光区15a部分反射且部分吸收而转变为热，导致激光光16的被利用率不高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种制造多晶硅层的方法及在该方法中所使用的光罩。其以具有部分透光区的光罩预热非晶硅层的设计，可以缩短非晶硅到达熔点的时间，降低激光光的使用能量，且延长激光光光学组件寿命与机台保养的周期。此外，本发明可以延长激光融熔硅融熔时间，增加侧向长晶距离及长晶制程范围。另外，本发明可以修补多晶硅层上的缺陷，且提高激光光的使用率。
根据本发明的目的，提出一种制造多晶硅层的方法。首先，提供一基板。接着，形成一非晶硅区于基板上，非晶硅层至少具有一第一非晶硅区及一第二非晶硅区。然后，全熔融第一非晶硅区及预热第二非晶硅区，被全熔融的第一非晶硅区是结晶成一第一多晶硅层。接着，全熔融被预热的第二非晶硅区，使得被全熔融的第二非晶硅区结晶成一第二多晶硅层。
根据本发明的目的，提出一种光罩，用以供一激光光预热及熔融一基板上的一非晶硅层，非晶硅层具有一第一非晶硅区及一第二非晶硅区，光罩是与基板相对移动。光罩包括一光罩本体、一第一部分透光区及透光区，第一部分透光区及透光区是形成于光罩本体上。第一部分透光区用以于对应于第一非晶硅区的表面时供激光光部分穿透而预热第二非晶硅区。透光区是于第一部分透光区对应于第二非晶硅区的表面时对应于第一非晶硅区的表面，用以供激光光穿透而全熔融第一非晶硅区，使得被全熔融的第一非晶硅区结晶成一第一多晶硅层。当第一多晶硅层被形成且第二非晶硅区被预热后，光罩或基板是被移动，使得透光区对应于被预热的第二非晶硅区的表面。激光光是穿透透光区而全熔融被预热的第二非晶硅区，且被全熔融的第二非晶硅区是结晶成一第二多晶硅层。
为让本发明的上述目的、特点和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图进行详细说明。
附图说明
图1A图1A至1C是传统的制造多晶硅层地方法的流程剖面图。
图2是依照本发明的实施例一的制造多晶硅层的方法的流程图。
图3A至3E是依照本发明的实施例一制造多晶硅层的方法的流程剖面图。
图4是依照本发明的实施例一的用以供激光光预热及熔融非晶硅层的光罩的俯视图。
图5是依照本发明的实施例二的用以供激光光预热及熔融非晶硅层的光罩的俯视图。
具体实施方式
实施例一
请参照图2及图3A～3E，图2是依照本发明的实施例一的制造多晶硅层的方法的流程图，图3A至3E是依照本发明的实施例一制造多晶硅层的方法的流程剖面图。首先，在步骤21中，提供一基板21，如图3A所示。接着，进入图2的步骤22中，形成一非晶硅层32于基板31上，非晶硅层32至少具有一第一非晶硅区32a及一第二非晶硅区32b，如图3B所示。然后，进入步骤23中，全熔融第一非晶硅区32a及预热第二非晶硅区32b，如图3C所示；被全熔融的第一非晶硅区32a是结晶成一第一多晶硅层33a，如图3D所示。
为了达到全熔融第一非晶硅区32a及预热第二非晶硅区32b的目的，首先，提供一光罩35，光罩35是可移动于基板31及非晶硅区32的上方，或者是基板31及非晶硅区32是可移动于光罩35的下方，如图3D所示。光罩35具有一光罩本体35e、一不透光区35a、一第一部分透光区35b、透光区35c及一第二部分透光区35d，该不透光区35a、第一部分透光区35b、透光区35c及第二部分透光区35d是形成于光罩本体35e上，且透光区35c可连接第一部分透光区35b及第二部分透光区35d。此外，光罩本体35e可以是透明的石英基板，透光区35c例如是开口区或透明材质区，第二部分透光区35d的透光率可大于第一部分透光区35b的透光率。第一部分透光区35b包含一金属层、一半导体层、一绝缘层或一有机层所组成的族群中任一种或任意组合而成的一复合层，第二部分透光区35d亦包含一金属层、一半导体层、一绝缘层或一有机层所组成的族群中任一种或任意组合而成的一复合层。金属层例如是铬或钼，半导体层例如多晶硅，绝缘层例如是氧化硅、或氮化硅或氧氮化硅。此外，第一部分透光区35b及第二部分透光区35d可以是任何可部分遮蔽或阻挡光源的材料。当第一部分透光区35b及第二部分透光区35d皆为金属，如铬或钼时，在一定厚度范围内，如1～50毫微米(nm)，透光率跟厚度有反比关系。
在图3C中，透光区35c及第一部分透光区35b是对应于第一非晶硅区32a的表面32c及第二非晶硅区32b的表面32d。也就是说，透光区35c及第一部分透光区35b是分别位于第一非晶硅区32a的表面32c及第二非晶硅区32b的表面32d的正上方，且透光区35c及第一部分透光区35b的面积必须对应于第一非晶硅区32a的表面32c及第二非晶硅区32b的表面32d的面积。接着，以一激光光36照射光罩35，激光光36可以直接穿透透光区35c而照射到第一非晶硅区32a的表面32c。由于第一部分透光区35b会吸收及反射部分的激光光36，激光光36是部分穿透第一部分透光区35b而照射第二非晶硅区32b的表面32d。经过一段时间后，直接穿透透光区35c的激光光36将全熔融第一非晶硅区32a，但部分穿透第一部分透光区35b的激光光36只将第二非晶硅区32b预热，并未熔融第二非晶硅区32b。当第一非晶硅区32a被全熔融，而第二非晶硅区32b被预热但未被熔融时，便停止激光光36的照射。此时，被全熔融的第一非晶硅区32a是侧向长晶成一第一多晶硅层33a，但第一多晶硅层33a的表面33c因具有晶格或晶界的缺陷而显得不平整，第二非晶硅区32b吸收部分的激光光36的热量而保持在一已被预热的状态。
待第一多晶硅33a被形成且第二非晶硅区32b被预热后，进入图2的步骤24中，全熔融被预热的第二非晶硅区32b及熔融第一多晶硅层33a的表面33c，使得被全熔融的第二非晶硅区32b结晶成一第二多晶硅层33b，且被熔融的第一多晶硅层33a的表面33c重新结晶，以修复晶格或晶界的缺陷而平整第一多晶硅层33a的表面33c。在步骤24中，首先，移动图3C的光罩35或基板31，例如定住光罩35不动，并沿着图3C的箭头37的方向移动基板31，使得透光区35c及第二部分透光区35d对应于被预热的第二非晶硅区32b的表面32d及第一多晶硅层33a的表面33c，如图3D所示。也就是说，透光区35c及第二部分透光区35d是分别位于被预热的第二非晶硅区32b的表面32d及第一多晶硅层33a的表面33c的正上方，且透光区35c及第二部分透光区35d的面积必须对应于第二非晶硅区32b的表面32d及第一多晶硅层33a的表面33c的面积。接着，以激光光36照射光罩35，激光光36穿透透光区35c而全熔融被预热的第二非晶硅区32b，且激光光36是部分穿透第二部分穿透区35d而熔融第一多晶硅层33a的表面33c，并未半熔融或全熔融第一多晶硅层33a。此时，被全熔融的第二非晶硅区32b是结晶成第二多晶硅层33b，但第二多晶硅层33b的表面33d因具有晶格或晶界的缺陷而显得不平整，被熔融的第一多晶硅层33a的表面33c重新结晶而变得更平整。
待第二多晶硅层33b被形成后，进入图2的步骤25中，熔融第二多晶硅层33b的表面33d，使得被熔融的第二多晶硅层33b的表面33d重新结晶，以修复晶格或晶界的缺陷。在步骤25中，首先，移动图3D的光罩35或基板31，例如定住光罩35不动，并沿着图3D的箭头37的方向移动基板31，使得第二部分透光区35d对应于第二多晶硅层33b的表面33d，如图3E所示。也就是说，第二部分透光区35d是位于第二多晶硅层33b的表面33d的正上方，且第二部分透光区35d对应于第二多晶硅层33b的表面33d的面积。接着，以激光光36照射光罩35，激光光36是部分穿透第二部分穿透区35d而熔融第二多晶硅层33b的表面33d，并未半熔融或全熔融第二多晶硅层33b。此时，被熔融的第二多晶硅层33b的表面33d重新结晶而变得更平整。然后，移动图3E的光罩35或基板31，例如定住光罩35不动，并沿着图3E的箭头37的方向移动基板31，使得光罩35远离基板31上的第一多晶硅层33a及第二多晶硅层33b，继续其它非晶硅区的预热及全熔融的步骤。
请参照图4，其是本发明的实施例一的用以供激光光预热及熔融非晶硅层的光罩的俯视图。在图4中，光罩35至少具有一不透光区35a、一第一部分透光区35b、透光区35c及一第二部分透光区35d，不透光区35a、第一部分透光区35b、透光区35c及第二部分透光区35d是皆形成于图3C～3E的光罩本体35e上。
然而熟悉本技术的人员可以明了本实施例的技术并不局限在此，例如，待第二多晶硅层33b被完成后，本实施例可以采用一只具有第二部分透光区35d的光罩，使得激光光36透过此只具有第二部分透光区35d的光罩熔融第一多晶硅层33a的表面33c及第二多晶硅层33b的表面33d，使得被熔融的第一多晶硅层33a的表面33c及被熔融的第二多晶硅层33b的表面33d重新结晶而修复晶格或晶界的缺陷，第一多晶硅层33a的表面33c及第二多晶硅层33b的表面33d变得更平整。此外，本实施例的光罩是针对非晶硅层的分布面积而设计数个透光区及数个第一部分透光区，这些透光区及此些第一部分透光区，是交错排列连接成一行、一列或一阵列。在相对移动光罩及基板时，即可以达到激光光预热非晶硅层及全熔融被预热的非晶硅层的目的，不仅缩短制程时间，更且大大地提升制程效率。
实施例二
请参照图5，其是依照本发明的实施例二的用以供激光光预热及熔融非晶硅层的光罩的俯视图。在图5中，光罩55用以供一激光光预热及熔融一基板上的一非晶硅层，非晶硅层具有一第一非晶硅区及一第二非晶硅区，光罩55是与基板相对移动。本实施例的形成非晶硅层于基板上，以及光罩相对于基板移动的技术已于实施例一揭示，在此不再赘述。光罩55包括一光罩本体55b、一不透光区55a、一第一光罩图案56、一第二光罩图案57及一第二部分透光区55d，不透光区55a是形成于光罩本体55b上。第一光罩图案56、第二光罩图案57及第二部分透光区55d是以相互隔开的方式形成于光罩本体55b上，第二光罩图案57是位于第一光罩图案56及第二部分透光区55d之间。其中，光罩本体55b可以是透明的石英基板。
第一光罩图案56具有数列相互隔开的第一图案56a，第二光罩图案57具有数列相互隔开且与第一图案56a平行的第二图案57a，此些第一图案56a是与第二图案57a交错排列。在本实施例中，第一图案56a及第二图案57a是以条状图案为例作说明。此外，各第一图案56a具有一第一部分透光区56b及透光区56c，透光区56c是位于第一部分透光区56b及第二部分透光区55d之间。各第二图案57a具有一第一部分透光区57b及透光区57c，透光区57c是位于第一部分透光区57b及第二部分透光区55d之间。此外，第一部分透光区56b及57b的透光率是小于第二部分透光率55d的透光率。
当光罩由左往右移动于非晶硅层的上方时，第一光罩图案56用以预热及全熔融未被第二光罩图案57所预热及全熔融的剩余非晶硅，达到全面非晶硅被预热及全熔融的目的。
首先，第一部分透光区56b及57b是对应于第二非晶硅区，用以供激光光部分穿透而预热第二非晶硅区。透光区56c及57c是于第一部分透光区56b及57b对应于第二非晶硅区时对应于第一非晶硅区，用以供激光光穿透而全熔融第一非晶硅区，使得被全熔融的第一非晶硅区结晶成一第一多晶硅层。
接着，当第一多晶硅层被形成且第二非晶硅区被预热后，光罩55或基板是被移动，使得透光区56c及57c和第二部分透光区55d分别对应于被预热的第二非晶硅区及第一多晶硅层。此时，激光光是穿透透光区56c及57c而全熔融被预热的第二非晶硅区，且被全熔融的第二非晶硅区是结晶成一第二多晶硅层。激光光是穿透第二部分透光区55d而熔融的第一多晶硅层的表面，使得被熔融的第一多晶硅层的表面重新结晶而修复晶格或晶界的缺陷，第一多晶硅层的表面变得更平整。
然后，当被熔融的第一多晶硅层的表面被重新结晶后，光罩55或基板是被移动，使得第二部分透光区55d对应于第二多晶硅层。激光光是部分穿透第二部分透光区55d而熔融第二多晶硅层的表面，使得熔融的第二多晶硅层的表面重新结晶而修复晶格或晶界的缺陷，第二多晶硅层的表面变得更平整。
所以，第一图案56a用以供激光光预热及全熔融一部分的非晶硅层，使得被全熔融的此部分的非晶硅层结晶成一第一多晶硅层。第二图案57a用以供激光光预热及全熔融另一部分的非晶硅层，使得被全熔融的另此部分的非晶硅层结晶成一第二多晶硅层。第二部分透光区55d用以激光光部分穿透而熔融第一多晶硅层及第二多晶硅层的表面，使得被熔融的第一多晶硅层及第二多晶硅层的表面重新结晶。各第一部分透光区56b及57b包含一金属层、一半导体层、一绝缘层或一有机层所组成的族群中任一种或任意组合而成的一复合层，第二部分透光区55d亦包含一金属层、一半导体层、一绝缘层或一有机层所组成的族群中任一种或任意组合而成的一复合层。金属层例如是铬或钼，半导体层例如多晶硅，绝缘层例如是氧化硅、或氮化硅或氧氮化硅。此外，各第一部分透光区56b及57b和第二部分透光区55d可以是任何可部分遮蔽或阻挡光源的材料。第二部分透光区55d的透光率是可大于各第一部分透光区56b及各第一部分透光区57b的透光率，当各第一部分透光区56b、各第一部分透光区57b及第二部分透光区55d皆为铬或钼。
本发明上述实施例所揭示的制造多晶硅层的方法在该方法中所使用的光罩，其以具有部分透光区的光罩预热非晶硅层的设计，可以缩短非晶硅到达熔点的时间，降低激光光的使用能量，且延长激光光光学组件寿命与机台保养的周期。此外，本实施例可以延长激光融熔硅融熔时间，增加侧向长晶距离及长晶制程范围。另外，本实施例可以修补多晶硅层上的缺陷，且提高激光光的使用率。
综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉本技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作出各种的等效的变化与替换，因此本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的为准。