發明專利說明書
※申請案號：
※申請日期： ※ＩＰＣ分類：
一、發明名稱：(中文/英文)
形成多晶矽的氨電漿處理方法 / NH3 PLASMA TREATING METHOD FOR FORMING POLY－CRYSTALLINE
二、申請人：共 人
指定 為應受送達人
三、發明人：
◎專利代理人：
四、聲明事項
□主張專利法第二十七條第一項國際優先權：
□主張專利法第二十九條第一項國內優先權：
□ 主張專利法第二十六條微生物：
□ 熟習該項技術者易於獲得，不須寄存
五、中文發明摘要：
本發明係提出一種形成多晶矽的氨電漿處理方法，
其包括步驟形成一非晶矽於一基層上；曝露該非晶矽於 氨電漿；投射率分子雷射於該非晶矽；以及退火該非晶 矽而形成一多晶矽。
六、英文發明摘要：
The present invention relates to a NH3 plasma treating method for forming a poly－crystalline structure, comprising the steps:forming an
amorphous structure on a base layer;exposing the amorphous to a NH3 plasma;irradiating the
amorphous with an excimer laser;and annealing the amorphous for forming the poly－crystalline
structure.
七、指定代表圖：
（一）本案指定代表圖為：
（二）本代表圖之元件代表符號簡單說明：
10．．．基板 11．．．緩衝氧化層 12．．．非晶矽層 13．．．多晶矽層 14．．．閘極氧化層 15．．．主動層 16．．．多晶矽閘極 17．．．氨電漿
八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：
九、發明說明：
[發明所屬之技術領域]
本案係指一種形成多晶矽的氨電漿處理方法，尤其指一 種應用於半導體製程中以形成多晶矽的氨電漿處理方 法。
[先前技術]
對於現今的平面顯示器產業而言，非晶矽薄膜電晶體多 半廣泛應用在通常的平面顯示器中，而低溫製(Low Temperature Processed，LTP)多晶矽(polycrystalline silicon，poly－Si)薄膜電晶體(Thin Film
Transistor，TFT)則多應用在大面積顯示電子裝置 (large area display electronics)，如：主動式矩陣 液晶顯示(Active Matrix Liquid Crystal Sisplays，
AMLCDs)及主動式有機電激發光顯示(Active Matrix Organic Light Emitting Displays，AMOLEDs)。但由於 低溫多晶矽薄膜電晶體相較於習知的非晶矽(amorphous silicon，a－Si)薄膜電晶體具有較高的驅動電流，且對 於N型與P型通道的TFT而言均易於生產製造等優點，因此 能夠有效促使互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)與其週邊元件 (peripheral drivers)整合於同一基板中，因此CMOS的 外連接(external connection)數將有效減少，能夠增加 CMOS相關產品的可靠度及降低製造成本。因此以多晶矽 為主的相關研究為平面顯示器產業的重點研發面向之 一。
生成多晶矽的過程大略如下述：沉積一層非晶矽相 (amorphous phase)薄膜，再經過結晶化程序而成為具有 低密度顆粒邊界(low grain－boundary density)的大顆 粒(large－grain)的多晶矽。習知上存在許多將非晶矽 結晶成為大顆粒多晶矽的技術，如：固相結晶法(Solid Phase Crystallization，SPC)、準分子雷射結晶
(excimer laser crystallization)及電子束感應結晶 (electron－beam－induced crystallization)。SPC法 係將薄膜置於高溫(600℃)爐中經過固定時間(通常為20 至60小時)的退火處理(annealing)以進行結晶，由於操 作簡單且成本低又具有生成光滑表面的能力，且按SPC方 法生產的薄膜具有高度的可重製性，故廣泛的受到採 用，但由於SPC法須維持600℃的溫度約20至60小時以確 保產生具有大顆粒的多晶矽薄膜，因此SPC並不利於商業 化的生產及製造。因此許多用於縮短SPC法之結晶時間的 改良方法被提出，如：金屬誘發(metal－induced)結晶 法、鍺誘發(germanium－induced)結晶法及結晶前電漿 處理法(plasma treatment beforec rystallization) 等，其中結晶前電漿處理法能夠有效的在600℃的環境下 將結晶時間縮短至4小時。其他還有如氫化法
(hydrogenation)等的方法亦被提出以減少多晶矽的能階 以提高多晶矽構成元件的表現。但以上述該等方法形成 多晶矽結構多半需要消耗較多的結晶時間(12~24小時)，
且因所形成的多晶矽結構中具有弱Si－H鍵結導致其整體 結構並不可靠。
職是之故，申請人鑑於習知技術中所產生之缺失，經過 悉心試驗與研究，並一本鍥而不捨之精神，終構思出本 案「形成多晶矽的氨電漿處理方法」，能夠克服習知製 造多晶矽結構技術中的弱矽氫鍵結及長結晶時間等的缺 陷，以下為本案之簡要說明。
[發明內容]
本發明係以高密度電漿化學氣相沈積(High Density Plasma－Chemical Vapor Deposition，HDP－CVD)法為 基礎，將非晶矽結構物曝露於氨電漿中，再以準分子雷 射作為熱源持續投射非晶矽結構物至少30分鐘，以進行 氨電漿處理，復再以通常退火處理即可得到多晶矽結構 物。由於本發明係在通常退火處理程序前先對非晶矽結 構物進行氨電漿處理，故該等氨電漿處理又稱預處理。
經該等預處理後，可明顯減少非晶矽結構物轉換至多晶 矽結構物所需的結晶時間(本發明2~12小時，習知技術 12~24小時)，而且經預處理後的非晶矽結構物所產生的 氫自由基可幫助形成多晶矽晶種，同時利用該等預處理 亦可形成較強的Si－N鍵結以取代習知上較脆弱的Si－H 鍵結或Si－Si鍵結，如此可更進一步改善電晶體的熱載 子效應(hot carrier effect)，以提高電晶體元件的電 性及可靠度。
根據本發明的構想，提出一種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其包括步驟形成一非晶矽於一基層上；曝露該非 晶矽於氨電漿；投射準分子雷射於該非晶矽；以及退火 該非晶矽而形成一多晶矽。
較佳地，本發明所提供之該種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其中該基層為緩衝氧化層。
較佳地，本發明所提供之該種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其中該氨電漿係由純氨氣形成。
較佳地，本發明所提供之該種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其中該氨電漿為密度大於10＂ions/m3的電漿。
較佳地，本發明所提供之該種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其中進行該投射步驟時，該基板的溫度維持在 300℃。
較佳地，本發明所提供之該種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其中進行該投射步驟時，RF功率密度設定為 0.6W/cm2。
較佳地，本發明所提供之該種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其中該投射步驟持續至少30分鐘。
較佳地，本發明所提供之該種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其中該退火步驟係應用固相結晶法。
根據本發明的構想，提出一種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其包括步驟：形成一非晶矽於一基層上；以氨電 漿處理該非晶矽；以及退火該非晶矽而形成一多晶矽。
較佳地，本發明所提供之該種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其中該氨電漿處理步驟更包括步驟：曝露該非晶 矽於氨電漿；以及投射準分子雷射於該非晶矽。
較佳地，本發明所提供之該種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其中該基層為緩衝氧化層。
較佳地，本發明所提供之該種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其中該氨電漿係由純氨氣形成。
較佳地，本發明所提供之該種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其中該氨電漿為密度大於10＂ions/m3的電漿。
較佳地，本發明所提供之該種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其中進行該投射步驟時，該基板的溫度維持在 300℃。
較佳地，本發明所提供之該種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其中進行該投射步驟時，RF功率密度設定為 0.6W/cm2。
較佳地，本發明所提供之該種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其中該投射步驟持續至少30分鐘。
較佳地，本發明所提供之該種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其中該退火步驟係應用固相結晶法。
根據本發明的構想，提出一種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其包括步驟：提供一非晶矽；以氨電漿處理該非 晶矽；以及退火該非晶矽而形成一多晶矽。
較佳地，本發明所提供之該種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其中該氨電漿處理步驟更包括步驟：曝露該非晶 矽於氨電漿；以及投射準分子雷射於該非晶矽。
較佳地，本發明所提供之該種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其中該氨電漿係由純氨氣形成。
較佳地，本發明所提供之該種形成多晶矽的氨電漿處理
方法，其中該氨電漿為密度大於10＂ions/m3的電漿。
較佳地，本發明所提供之該種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其中進行該投射步驟時，RF功率密度設定為 0.6W/cm2。
較佳地，本發明所提供之該種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其中該投射步驟持續至少30分鐘。
較佳地，本發明所提供之該種形成多晶矽的氨電漿處理 方法，其中該退火步驟係應用固相結晶法。
[實施方式]
本案將可由以下的實施案例說明而得到充分瞭解，使得 熟習本技藝之人士可以據以完成之，然本案之實施並非 可由下列實例而被限制其實施型態。
以下將本發明提出的該種形成多晶矽的氨電漿處理方法 用在低溫多晶矽薄膜電晶體(LTP poly－Si TFT)的製程 中為例，進行本發明實施例的說明。請參照第一圖，為 本發明提出的該種形成多晶矽的氨電漿處理用在LTP poly－Si TFT製程中的實施步驟流程圖。第一圖中所示 為正在製造中的LTP poly－Si TFT，其為一種自對準 (self－aligned)的N型通道TFT，其包括：基板10、緩衝 氧化層11、非晶矽層12、多晶矽層13、閘極介電層14、
主動層15、多晶矽閘極16及氨(NH3)電漿17，其中基板10 可為一般通常的矽材質基板。
實施本發明所揭露的方法時，首先提供基板10，並在基 板10上方沉積(depositing)一層緩衝氧化層11。接著利 用電槳輔助化學氣相沈積系統(Plasma Enhanced
Chemical Vapor Deposition，PECVD)並配合純SiH4作為 反應氣體，環境變數設定於反應溫度為250℃、壓力為 500mTorr(1Torr＝133.3Pa)、及RF功率密度為
0.25W/cm2，以沉積一層厚度為115nm由Si：H所構成的非 晶矽層12於緩衝氧化層11上方，作為稍後進行氨電漿處 理的先導層(precursor layer)。接著利用高密度電漿 (係指密度大於10＂ions/m3之電漿，High Density Plasma，HDP)化學氣相沈積(Chemical Vapor
Deposition，CVD)系統並以純氨氣(NH3)作為反應電漿，
對非晶矽層12進行氨電漿處理，其係先將非晶矽層12暴 露(exposed)於氨電漿中，再利用準分子雷射作為熱源，
將經過投射系統處理而具有均勻能量分布的雷射光束投 射至非晶矽層12上以進行氨電漿處理，其中環境變數的 設定為基板10溫度為300℃、RF功率密度為0.6W/cm2、及 反應時間為30分。再將經氨電漿處理後之非晶矽層12置 於600℃充滿氮氣(N2)的環境以進行退火處理
(annealing)，以使原本處於非晶矽態的非晶矽層12轉換 為多晶矽態的多晶矽層13，該等退火處理的過程又稱為 結晶(crystallization)，約需耗時2至12小時。
接著利用光罩配合正/負光阻等習知的曝光及顯影方法，
將多晶矽層13圖形化(patterning)以成為個別主動元件 (individual active device)層，以作為主動層15。再 以HDP－CVD方法，在主動層15上方沉積一層厚度為120nm 的四乙基氧化矽(tetraethyl orthosilicate oxide，
TEOS/O2)層，以作為閘極介電層14。
重複上述氨電漿處理及退火處理，以形成一層多晶矽層 於閘極介電層14上方以作為多晶矽閘極16。再利用反應 性離子乾蝕刻(reactive ion dry etching)以形成閘電 極(gate electrode，未示於圖中)。再者，以磷
(phosphorous)作為摻質(dopant)再利用自對準P＋型離子 佈植(ion implantation)法，以5×1015 cm2的植入劑量形
成源極、汲極與閘極(均未示於圖中)。再利用準分子雷 射(excimer laser)退火程序以能量密度200mJ/cm2在室 溫的環境下活化離子摻質(implanted dopant)區。在 300℃的環境下沉積一層500nm厚的HDP－CVD TEOS鈍氧化 (passivation oxide)層(未示於圖中)。最後在適當位置 形成接觸孔(contact holes，未示於圖中)，並形成鋁電 極(未示於圖中)而完成LTP poly－SiTFT的製作。
以上所述的製程當中，在進行退火處理形成多晶矽層 前，均對作為先導層的非晶矽層進行氨電漿處理，經該 等氨電漿處理後可明顯減少非晶矽層12轉換至多晶矽層 13所需的結晶時間，而且經預處理後的非晶矽層所產生 的氫自由基可幫助形成多晶矽晶種，同時利用此預處理 亦可形成較強的Si－N鍵結以取代習知上較脆弱的Si－H 鍵結或Si－Si鍵結，如此可更進一步改善電晶體的熱載 子效應(hot carrier effect)，以提高電晶體元件的電 性及可靠度。
請繼續參照第二圖，係為本發明形成多晶矽的氨電漿處 理方法的實施步驟流程圖。以上關於氨電漿處理的部分 可整合如以下步驟：步驟一：曝露非晶矽層12於氨電漿 17中；步驟二：持續30分鐘投射準分子雷射於該非晶矽 層12上；以及步驟三：利用SPC方法持續4至12小時以至 少600℃退火處理非晶矽層12，將非晶矽層12轉換為多晶 矽層13。
以上步驟一及步驟二又可合稱為氨電漿預處理
(pretreatment)。以上所揭露的三個步驟已如第二圖中 所示。
以上所述者，僅為本發明之最佳實施例而已，當不能以 之限定本發明所實施之範圍。本案得由熟悉技藝之人任 施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請範圍所欲保護 者。即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修 飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請 貴審查 委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。
[圖式簡單說明]
第一圖 係為本發明提出的形成多晶矽的氨電漿處理用在 LTP poly－Si TFT製程中的實施步驟流程圖；以及第二 圖係為本發明形成多晶矽的氨電漿處理方法的實施步驟 流程圖。
十、申請專利範圍：
1.一種形成多晶矽的氨電漿處理方法，其包括步 驟：形成一非晶矽於一基層上；曝露該非晶矽於氨電 漿；投射準分子雷射於該非晶矽；以及退火該非晶矽而 形成一多晶矽。
2.如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該基層為 緩衝氧化層。
3.如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該氨電漿 係由純氨氣形成。
4.如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該氨電漿 為密度大於10＂ions/m3的電漿。
5.如申請專利範圍第1項所述的方法，其中進行該投 射步驟時，該基板的溫度維持在300℃。
6.如申請專利範圍第1項所述的方法，其中進行該投 射步驟時，RF功率密度設定為0.6W/cm2。
7.如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該投射步 驟持續至少30分鐘。
8.如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該退火步
驟係應用固相結晶法(Solid Phase Crystallization，
SPC)。
9.一種形成多晶矽的氨電漿處理方法，其包括步 驟：形成一非晶矽於一基層上；以氨電漿處理該非晶 矽；以及退火該非晶矽而形成一多晶矽。
10.如申請專利範圍第9項所述的方法，其中該氨電 漿處理步驟更包括步驟：曝露該非晶矽於氨電漿；以及 投射準分子雷射於該非晶矽。
11.如申請專利範圍第9項所述的方法，其中該基層 為緩衝氧化層。
12.如申請專利範圍第9或10項所述的方法，其中該 氨電漿係由純氨氣形成。
13.如申請專利範圍第9或10項所述的方法，其中該 氨電漿為密度大於10＂ions/m3的電漿。
14.如申請專利範圍第9項所述的方法，其中進行該 投射步驟時，該基板的溫度維持在300℃。
15.如申請專利範圍第9項所述的方法，其中進行該 投射步驟時，RF功率密度設定為0.6W/cm2。
16.如申請專利範圍第9項所述的方法，其中該投射 步驟持續至少30分鐘。
17.如申請專利範圍第9項所述的方法，其中該退火 步驟係應用固相結晶法(Solid Phase
Crystallization，SPC)。
18.一種形成多晶矽的氨電漿處理方法，其包括步 驟：提供一非晶矽；以氨電漿處理該非晶矽；以及退火 該非晶矽而形成一多晶矽。
19.如申請專利範圍第18項所述的方法，其中該氨電 漿處理步驟更包括步驟：曝露該非晶矽於氨電漿；以及 投射準分子雷射於該非晶矽。
20.如申請專利範圍第18或19項所述的方法，其中該 氨電漿係由純氨氣形成。
21.如申請專利範圍第18或19項所述的方法，其中該 氨電漿為密度大於10＂ions/m3的電漿。
22.如申請專利範圍第18項所述的方法，其中進行該 投射步驟時，RF功率密度設定為0.6W/cm2。
23.如申請專利範圍第18項所述的方法，其中該投射 步驟持續至少30分鐘。
24.如申請專利範圍第18項所述的方法，其中該退火 步驟係應用固相結晶法(Solid Phase
Crystallization，SPC)。
十一、圖式：
