專利名稱：包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工藝方法，特別涉及一種以激光退火于富硅介電薄膜形 成納米管芯的方法。
背景技術(shù)：
光電(或光伏打)元件(Photo-Voltaic Device, PV)廣泛的應(yīng)用于各種區(qū)域， 例如太陽能電池、觸控顯示器、紫外光藍(lán)光(UV-blue)偵測器、全色域光偵測 器和高分辨率薄膜晶體管顯示器。光伏打元件一般形成有納米管芯 (nanocrystal),且一般采用例如硅、鍺的半導(dǎo)體材料，依據(jù)材料的能帶和量子 點的量子限制效應(yīng)quantum confinement effect)制作納米管芯。美國專利公開 號第20060189014號揭示光伏打元件的實施范例，本發(fā)明在此列出該項專利 用以補充說明本發(fā)明的先前技術(shù)，硅納米團(tuán)簇(silicon nanocluster)的制作一般 于SiOx(x〈2)凝聚出硅納米束，使用化學(xué)氣相沉積法、射頻濺射或硅注入工 藝形成薄膜，此薄膜一般稱為富硅的氧化硅(silicon-rich silicon oxide, SRSO) 或富硅氧化物(silicon-rich oxide, SRO)。當(dāng)使用化學(xué)氣相沉積法或射頻濺射， 以高溫進(jìn)行退火，通?？捎诟还璧难趸柚性诓ㄩL590nm 750nm的范圍內(nèi)， 得到光激發(fā)熒光(PL)的尖峰，然而，富硅氧化物(SRO)的量子效率較低，因 而減少光激發(fā)熒光的強(qiáng)度，且降低其于光伏打元件的應(yīng)用。
注入鉺(Er)用以產(chǎn)生摻雜鉺硅納米管芯的技術(shù)亦使用于硅為基礎(chǔ)的光 源，然而，已知的注入工藝技術(shù)無法均勻的分布摻雜物，因而降低發(fā)光效率 且增加成本。此外，現(xiàn)今界面工程的技術(shù)仍不足以使用此種注入工藝。使用
Si/Si02超晶格結(jié)構(gòu)以控制管芯尺寸會導(dǎo)致較慢且高溫的沉積工藝，而無法兼 顧硅管芯尺寸與硅納米管芯和二氧化硅界面的控制。此元件的效能非常低， 限制元件的應(yīng)用，為了改進(jìn)元件效率，必須在硅納米管芯和二氧化硅界面間 產(chǎn)生大界面區(qū)。
另外，非易失性存儲器市場主要使用浮置柵極元件，根據(jù)國際半導(dǎo)體技 術(shù)2001 年發(fā)展藍(lán)圖 (international technology roadmap for semiconductors2001),浮置柵極元件遂穿氧化層的厚度在更進(jìn)一步的代(generation)約只 剩9nm的厚度，而縮小遂穿氧化層的厚度會由于氧化層中一個或兩個缺陷， 導(dǎo)致異常的漏電流，造成儲存在非易失性存儲器單元中的數(shù)據(jù)流失。縮小遂 穿氧化層的厚度亦需要高的操作電壓，不連續(xù)的電荷儲存(discrete charge storage)可略過上述問題，因此可針對遂穿氧化層和編程/抹除電壓進(jìn)行微縮。 對于鑲嵌技術(shù)而言， 一般需要降低整合成本，其減少低電壓產(chǎn)生的電荷泵浦 (Chargepump)且避免使用浮置柵極元件的雙多晶硅工藝，因此，使用分離類 陷阱儲存節(jié)點的非易失性存儲器單元重新受到矚目。圖16顯示已知的浮置柵極非易失性存儲器單元1600,其包括源極電極 1602、漏極電才及1606和柵極1604，反轉(zhuǎn)層1612形成于p型半導(dǎo)體基底的源 極電極1602和漏極電極1606間，絕緣層1608形成于浮置柵極1610和柵極 1604間，浮置柵極1610被絕緣層1608圍繞，因此儲存電荷位于浮置柵極 1610中。圖17顯示已知的硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)型非易失性存儲 器單元1700剖面圖，其包括堆疊結(jié)構(gòu)，源極電極和漏極電極(未繪示)形成于 半導(dǎo)體基底(未標(biāo)示)上，且分別接觸半導(dǎo)體基底中的源極區(qū)1710和漏極區(qū) 1720。堆疊結(jié)構(gòu)包括第一氧化硅層1730作為隧穿氧化層、多晶硅層1740、 第二氧化硅層1750、氮化硅層1760、第三氧化硅層1770和導(dǎo)電層1780作為柵極，此硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)型非易失性存儲器單元的工 藝非常復(fù)雜，且微縮隧穿氧化層會導(dǎo)致異常漏電流的問題。一般來說，富硅氮化物和富硅氧化物用作電荷能陷(charge trapping)介 質(zhì)，以增加于非易失性存儲器單元中數(shù)據(jù)的儲存時間和可靠度。然而，由于 上述工藝所遇到的問題，富硅氮化物和富硅氧化物不容易和一般的工藝整 合，整合硅的簡單和高效率發(fā)光元件工藝中，不需要高溫的預(yù)退火步驟，其 工藝和傳統(tǒng)的工藝整合的低溫多晶硅薄膜晶體管(LTPS TFT)工藝對于光元 件(發(fā)光元件和光偵測元件)而言是必須的。因此，需要一技術(shù)解決上述的缺陷和問題。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)上述問題，本發(fā)明提出 一種包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)的制造方 法，包括形成第一導(dǎo)電層于基底上，形成富硅介電層于第一導(dǎo)電層上，其中該富硅介電層具有多個硅納米管芯。一種形成硅納米管芯的方法，包括對富硅介電層進(jìn)行激光退火步驟，以于富硅介電層中形成多個硅納米管芯。本發(fā)明提出一種太陽能電池，包括基底；下電極層，形成于基底上； 第一半導(dǎo)體層，形成于下電極上，其中第一半導(dǎo)體層摻雜n+或p+摻雜物， 以形成第一 N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層；包括多個激光誘發(fā)聚集硅納米點的富 硅介電層，形成于第一N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層上；第二半導(dǎo)體層，位于富 硅介電層上，其中第二半導(dǎo)體層摻雜p+或n+摻雜物，以形成第二P摻雜或 N摻雜半導(dǎo)體層；上電極層，形成于第二P摻雜或N摻雜半導(dǎo)體層上。本發(fā)明提出一種形成太陽能電池的方法，包括提供基底，形成下電極 層于基底上，形成第一半導(dǎo)體層于下電極上，摻雜第一半導(dǎo)體層，以形成第 一 N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層，形成富硅介電層于第一 N摻雜或P摻雜半導(dǎo) 體層上，以激光光束照射富硅介電層，形成多個激光誘發(fā)聚集硅納米點，形 成第二半導(dǎo)體層于包括激光誘發(fā)聚集硅納米點于富硅介電層上，及摻雜第二半導(dǎo)體層，以形成第二N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層。本發(fā)明提出一種形成太陽能電池的方法，包括提供基底，形成至少包 括兩層的多層結(jié)構(gòu)于基底上，其中多層結(jié)構(gòu)的每一層具有第一型態(tài)和第二型 態(tài)，及以激光光束照射多層結(jié)構(gòu)，使多層結(jié)構(gòu)的至少一層從第一型態(tài)轉(zhuǎn)換成 第二型態(tài)。本發(fā)明」提出一種非易失性存儲器單元，包括基底；半導(dǎo)體層，包括源 極區(qū)和漏極區(qū)，其中源極區(qū)為n+型態(tài)或p+型態(tài)，漏極區(qū)為n+型態(tài)或p+型態(tài)； 富硅介電層，作為電荷儲存層，形成于半導(dǎo)體層上，富硅介電層包括多個激 光誘發(fā)聚集硅納米點；導(dǎo)電層，形成于富硅介電層上，作為控制柵極。本發(fā)明提出一種非易失性存儲器單元的制造方法，包括提供基底，提 供半導(dǎo)體層于基底上，包括源極區(qū)、本征溝道區(qū)和漏極區(qū)，其中源極區(qū)為11+ 型態(tài)或p+型態(tài)，漏極區(qū)為n+型態(tài)或p+型態(tài)，本征溝道區(qū)為n溝道或p溝道， 形成富硅介電層于基底上方，以激光光束照射富硅介電層，以形成多個激光 誘發(fā)聚集硅納米點，及形成導(dǎo)電層于包括激光誘發(fā)聚集硅納米點于富硅介電 層上，作為控制柵極。本發(fā)明提出一種光感測單元，包括第一導(dǎo)電層；第二導(dǎo)電層；富硅介 電層，形成于第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層間，且包括多個激光誘發(fā)聚集硅納米點。本發(fā)明提出一種光感測單元的制造方法，包括提供第一導(dǎo)電層，形成 富硅介電層于第一導(dǎo)電層上，對富硅介電層進(jìn)行激光誘發(fā)聚集工藝，以使富 硅介電層形成多個激光誘發(fā)聚集硅納米點，及形成第二導(dǎo)電層于富硅介電層 上。本發(fā)明提出一種包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)，包括基底；第一導(dǎo)電層 形成于基底上；及富硅介電層形成于第一導(dǎo)電層上，其中富硅介電層包括多 個激光誘發(fā)聚集硅納米點。


圖l顯示本發(fā)明一實施例于富硅介電層中包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)的 剖面圖。圖2A 2D顯示本發(fā)明一實施例于富硅介電層中包括硅納米管芯的多層 結(jié)構(gòu)的制作方法。圖3A顯示本發(fā)明一實施例于富硅介電層中包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu) 工藝的流程圖。圖3B揭示本發(fā)明一實施例富硅介電層400中硅納米管芯的直徑分布。圖3C顯示光激發(fā)熒光密度和從包括硅納米管芯富硅介電層的多層結(jié)構(gòu) 發(fā)射出光的波長的關(guān)系。圖4A顯示本發(fā)明一實施例于富硅介電層中包括激光誘發(fā)聚集硅納米點 的太陽能電池的剖面圖。圖4B顯示本發(fā)明另一實施例于富硅介電層中包括激光誘發(fā)聚集硅納米 點的太陽能電池的剖面圖。圖4C顯示本發(fā)明另一實施例于富硅介電層中包括激光誘發(fā)聚集硅納米 點的太陽能電池的剖面圖。圖4D顯示本發(fā)明另 一實施例于富硅介電層中包括激光誘發(fā)聚集硅納米 點的太陽能電池的剖面圖。圖5A-5I顯示本發(fā)明一實施例于富硅介電層中包括激光誘發(fā)聚集硅納 米點的太陽能電池的制作方法。圖6將顯示本發(fā)明一實施例的太陽能電池多重能帶光譜。圖7A顯示本發(fā)明一實施例于富硅介電層中包括激光誘發(fā)聚集硅納米點的非易失性存儲器單元。圖7B顯示本發(fā)明另一實施例于富硅介電層中包括激光誘發(fā)聚集硅納米 點的非易失性存儲器單元。圖7C顯示本發(fā)明另一實施例于富硅介電層中包括激光誘發(fā)聚集硅納米點的非易失性存儲器單元。圖8A 8F顯示本發(fā)明一實施例于富硅介電層中包括激光誘發(fā)聚集硅納米點的非易失性存儲器單元的制作方法。圖9A顯示本發(fā)明一實施例非易失性存儲器單元進(jìn)行寫入的能帶圖。 圖9B顯示本發(fā)明 一實施例非易失性存儲器單元進(jìn)行讀取的能帶圖。 圖9C顯示本發(fā)明一實施例非易失性存儲器單元進(jìn)行擦拭的能帶圖。 圖10顯示本發(fā)明一實施例于富硅介電層中包括激光誘發(fā)聚集硅納米點的光感測單元的示意圖。圖11顯示本發(fā)明一實施例光感測單元應(yīng)用示意圖。圖12顯示本發(fā)明一實施例包括多重光感測單元的共用電路。圖13顯示本發(fā)明一實施例讀取薄膜晶體管和光感測單元的剖面圖。圖14顯示本發(fā)明一實施例將光感測單元整合至低溫多晶硅薄膜晶體管的剖面圖。圖15A揭示本發(fā)明一實施例的顯示面板。圖15B顯示本發(fā)明一實施例圖15A顯示區(qū)多個像素的像素。圖16顯示已知的浮置柵極非易失性存儲器單元。圖17顯示已知的硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅型非易失性存儲器單元剖面圖。附圖標(biāo)記說明 10基底20第一導(dǎo)電層40硅納米管芯/硅納米點50第二導(dǎo)電層64激光光束300流程圖320步驟340步驟30富硅介電層 45富硅介電層 62激光光束 100多層結(jié)構(gòu) 310步驟330步驟400太陽能電池 404太陽能電池 410基底420第一半導(dǎo)體層 430富硅介電層 440第二半導(dǎo)體層 450第二導(dǎo)電層 510基底520第一半導(dǎo)體層/曲線 530富硅介電層/曲線 540第二半導(dǎo)體層/曲線 550第二導(dǎo)電層 702非易失性存儲器單元 705基底720溝道區(qū)/半導(dǎo)體層724源才及區(qū)736隧穿介電層750半導(dǎo)體層/基底/緩沖介電層820緩沖介電層840漏沖及區(qū)860隧穿介電層875 -圭納米點1000光感測單元1004可見光1020硅納米點1040第二導(dǎo)電層1050電池1110高摻雜N型硅源極區(qū) 1130柵極 1150連接導(dǎo)線 1310基底402太陽能電池 406太陽能電池 415第一導(dǎo)電層425第一N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層 435》圭納米點445第二N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層 510曲線/基底 515第一導(dǎo)電層525第一N^^雜或N摻雜半導(dǎo)體層 535 ;圭納米點545第二N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層700非易失性存儲器單元704非易失性存儲器單元710導(dǎo)電層722漏極區(qū)730富硅介電層740 -圭納米點810基底830源極區(qū)850溝道區(qū)870富硅介電層880導(dǎo)電層1002可見光1010第一導(dǎo)電層1030富硅介電層1040A連接導(dǎo)線1060電流計1120高4參雜N型石圭漏才及區(qū) 1140連接導(dǎo)線 1300低溫多晶石圭面板 1312第一導(dǎo)電層1314富硅介電層1316第二導(dǎo)電層1322源極區(qū)1324漏才及區(qū)1326柵極1330窗1340第一部分1350第二部分1410基底1412第一導(dǎo)電層1414富硅介電層1416第二導(dǎo)電層1422源極區(qū)1424漏極區(qū)1426槺極1430環(huán)境光1440背光1500顯示面板1510顯示敎據(jù)的顯示區(qū)1520輸入信號的顯示區(qū)1530光偵測器1540太陽能電池1550環(huán)境光感測器1560顯示區(qū)1570掃描線1572掃描線1580數(shù)據(jù)線1582數(shù)據(jù)線1600浮置柵極非易失性存儲器單元1602源極電極1604柵極1606漏極電極1608絕緣層1610浮置柵極1612反轉(zhuǎn)層1700(SONOS)型非易失性存儲器單元1710源極區(qū)1720漏才及區(qū)1730第一氧化硅層1740多晶硅層1750第二氧化硅層1760氮化硅層1770第三氧化硅層1780導(dǎo)電層具體實施方式
以下配合圖1至圖5描述本發(fā)明制作于富硅介電層中包括硅納米管芯的 多層結(jié)構(gòu)實施例。請參照圖1~圖2D，其描述本發(fā)明一實施例于富硅介電層30中包括硅納 米管芯40的多層結(jié)構(gòu)100,圖1顯示富硅介電層30中包括硅納米管芯40 的多層結(jié)構(gòu)100的剖面圖，此多層結(jié)構(gòu)100包括基底10、第一導(dǎo)電層20、 富硅介電層30和位于富硅介電層30中的多個硅納米管芯40。如圖2D所示，另一導(dǎo)電層50形成于具有硅納米管芯40的富硅介電層45上，圖3A顯示圖 2A 2D工藝的流程圖300,其揭示富硅介電層30中包括^s圭納米管芯40的多 層結(jié)構(gòu)100如何形成。在圖3A的實施例中，富硅介電層30中包括硅納米管芯40的多層結(jié)構(gòu) 100的制造方法包括(a) 形成第一導(dǎo)電層20于基底IO上(圖3A的步驟310)。(b) 形成富硅介電層30于第一導(dǎo)電層20上(圖3A的步驟320)。(c) 至少對富硅介電層30進(jìn)行激光退火，使富硅介電層30中的富硅聚 集，以于富硅介電層30中形成多個硅納米管芯40(圖3A的步驟330)。(d) 另形成第二導(dǎo)電層50于富硅介電層45上(圖3A的步驟340)。 上述的工藝步驟可不需是連續(xù)的，且以上的工藝不是本發(fā)明的唯一方法，舉例來說，本發(fā)明于另一實施例可使用激光退火工藝，于富硅介電層中形成多個納米管芯。在一實施例中，基底10為玻璃基底，在另一實施例中，基底10為塑膠薄膜。第一導(dǎo)電層20和第二導(dǎo)電層50可以是金屬、金屬氧化物或上述的組合， 金屬可以是鋁、銅、銀、金、鈦、鉬、鋰、上述的合金或組合，金屬氧化物 可以是銦錫氧化物(indium tin oxide, ITO)、銦鋅氧化物(indium zinc oxide，IZCO或上述的組合。在一實施例中，富硅介電層30是富硅氧化薄膜，在另一實施例中，富 硅介電層30是富硅氮化薄膜。富硅介電層30是以等離子體輔助化學(xué)氣相沉 積法(PECVD)形成，其工藝條件可如下壓力為1Torr的低壓，溫度低于 400。C。在一實施例中，形成富硅介電層30的溫度為200~400。C,或 350~400。C,但以370。C較佳。形成富硅介電層的有效工藝時間約為13秒 250 秒，以25秒 125秒較佳，富硅介電層的厚度以100 500nm較佳。在形成富 硅介電層30的工藝中，其通過調(diào)整硅含量比(SiH4/N20)控制富硅介電層30 的折射系數(shù)。在一實施例中，硅含量比(SiH4/N20)在1:10 2:1的范圍中調(diào)整， 制作出的富硅介電層的折射系數(shù)約為1.4-2.3或是1.47-2.5,硅含量比 (SifVN20)是在1:5 2:1的范圍中調(diào)整較佳，制作出的富硅介電層的折射系數(shù) 約為1.5 2.3或是1.5~2.5,或者是該硅含量比(SiH4/N20)的范圍大體上為 1:10 2:1,以使該富硅介電層的折射系數(shù)至少在1.47-2.5的范圍中。富硅介電層亦可采用其它方法或工藝制作。為了制作出有效率的光激發(fā)熒光元件，富硅介電層30的折射系數(shù)在特定范圍較佳，在一實施例中，富硅介電層的折射系數(shù)約為1.47 2.5,在另一 實施例中，富硅介電層的折射系數(shù)約為1.7 2.5。激光退火步驟包括在400。C的溫度下，以可調(diào)整的頻率和激光能量密度 的分子束激光對富硅介電層30進(jìn)行退火。在一實施例中，分子束激光的工 藝條件如下壓力約為1大氣壓(760torr)或lxl(T3Pa,溫度4氐于400°C。在 另一實施例中，分子束激光的溫度為室溫(約20 25°C或68~77。F)，本發(fā)明 可使用其它型態(tài)和工藝條件的激光退火工藝。本實施例可調(diào)整激光波長和激光能量，以得到所需直徑的硅納米管芯， 硅納米管芯的直徑范圍約為3 10 rnn(以3~6 nm較佳)。在一實施例中，對富 硅介電層30進(jìn)行退火的分子激光的波長為308 nm,其激光能量密度約為 70~300 mJ/cm2,以70~200 mJ/cm2較佳，然而，當(dāng)激光能量密度超過200 mJ/cm2,可能會造成富硅介電層30下的金屬層損壞或剝落。為了使富硅介 電層30中能制作出較大直徑(4 10nm)的硅納米管芯，分子激光的激光能量 密度以為200~300 mJ/cn^較佳。另外，為了使富硅介電層30中能制作出較 小直徑(3 6nm)的硅納米管芯，分子激光的激光能量密度以為70-200 mJ/cm2 較佳。圖3B揭示本發(fā)明一實施例富硅介電層400中硅納米管芯的直徑分布。在激光退火步驟后，富硅介電層30轉(zhuǎn)換成具有多個硅納米管芯40的富 硅介電層30，在圖2C和圖2D中，具有多個硅納米管芯的富硅介電層以標(biāo) 號45標(biāo)示。富硅介電層30中硅納米管芯40的密度以lxl0"/cm^lxl0力cm2 較佳，富硅介電層另可摻雜N型硅或P型硅。如圖2D和圖3A的步驟340所示，在富硅介電層30以分子激光退火后， 可于具有多個硅納米管芯40的富硅介電層45上形成第二導(dǎo)電層50。此具有 第二導(dǎo)電層的多層結(jié)構(gòu)可用于非易失性存儲器單元，其中硅納米管芯40可 用作儲存節(jié)點。在另一實施例中，第二導(dǎo)電層50可以是透明的銦錫氧化物 (ITO)層，此具有透明的銦錫氧化物層50的多層結(jié)構(gòu)可用于液晶顯示器。然 而，本發(fā)明不限于此，第二導(dǎo)電層50可以是金屬層，第一導(dǎo)電層20可以是 透明導(dǎo)電層，例如銦錫氧化物(ITO)層或銦鋅錫氧化物(IZO)層。另外，第二 導(dǎo)電層50可以是透明導(dǎo)電層，例如銦錫氧化物(ITO)層或銦鋅錫氧化物(IZO) 層，第一導(dǎo)電層20可以是金屬層。第一導(dǎo)電層20和第二導(dǎo)電層50皆可以是透明導(dǎo)電層或薄的金屬層，以使光能穿透。圖3C顯示光激發(fā)熒光的量測，顯示光激發(fā)焚光密度和從包括硅納米管 芯的富硅介電層的多層結(jié)構(gòu)發(fā)射出光的波長的關(guān)系，其中富硅介電層的厚度約為100 nm,且在本發(fā)明一實施例中，富硅介電層以四種不同能量程度的分 子激光退火。本實施例量測包括硅納米管芯40的富硅介電層45的多層結(jié)構(gòu)100的光 激發(fā)熒光元件的光激發(fā)熒光密度，光激發(fā)熒光密度是對照nm為單位的波長 進(jìn)行量測，光激發(fā)熒光密度是對照四個不同實施例，各實施例進(jìn)行不同能量 密度的分子激光工藝。曲線510的激光能量密度為100mJ/cm2,曲線520的 激光能量密度為200mJ/cm2,曲線530的激光能量密度為300mJ/cm2，曲線 540的激光能量密度為400mJ/cm2。如圖所示，各實施例的富硅介電層在光 激發(fā)熒光光譜350nm 550nm的范圍有尖峰，顯示硅納米管芯存在。本發(fā)明所揭示的方法可用于以高效率激光退火工藝在低溫下，制造發(fā)光 元件的光激發(fā)熒光層，和/或光偵測元件的感光層。本發(fā)明實施例制作的介電 層中的硅納米管芯具有高密度、非常均勻、分布一致且具有一致的直徑，且 本發(fā)明實施例使用低溫的分子激光進(jìn)行退火。本發(fā)明的工藝不需高溫預(yù)退火 工藝，且可和傳統(tǒng)的工藝整合，以制作低溫多晶硅薄膜晶體管(LTPSTFT)。本發(fā)明實施例制作的包括硅納米管芯的富硅介電層可用于太陽能電池、觸控 顯示器、環(huán)境光偵測器(ambient light sensor)、光偵測器，且可和全色域高分 辨率薄膜晶體管顯示器整合。本發(fā)明實施例制作的硅納米管芯量子點，亦可 用于非易失性存儲器單元的儲存節(jié)點，提供較高的儲存時間、可靠度和操作 速度。以下以圖1至圖3A的類似結(jié)構(gòu)，描述本發(fā)明另一實施例于富硅介電層 30中，以激光誘發(fā)(laser induced)聚集硅納米點40的多層結(jié)構(gòu)100和其制造 方法。請注意，本實施例和上述實施例類似的單元采用相同的標(biāo)號，且結(jié)構(gòu) 相同，但制作方法和上述實施例不同。圖1顯示于富硅介電層30中，以激 光誘發(fā)聚集硅納米點40的多層結(jié)構(gòu)100的剖面圖，此多層結(jié)構(gòu)100包括基 底10、導(dǎo)電層20、富硅介電層30和位于富硅介電層30中的多個激光誘發(fā) 聚集硅納米點40，具有多個激光誘發(fā)聚集硅納米點的富硅介電層以標(biāo)號45 標(biāo)示。如圖2A 2D所示，另一導(dǎo)電層50形成于富硅介電層30上，圖3A顯 示圖2A 2D工藝的流程圖300，其揭示富硅介電層30中包括激光誘發(fā)聚集硅納米點40的多層結(jié)構(gòu)100如何形成。在圖2A 2D和圖3A的實施例中，制作富硅介電層30中包括激光誘發(fā) 聚集硅納米點40的多層結(jié)構(gòu)100的方法包括以下步驟(a) 形成第一導(dǎo)電層20于基底IO上(圖3A的步驟310)。(b) 形成富硅介電層30于第一導(dǎo)電層20上(圖3A的步驟320)。(c) 對富硅介電層30進(jìn)行激光退火，使富硅介電層30中的富硅聚集， 以于富硅介電層30中形成多個激光誘發(fā)聚集硅納米點40(圖3A的步驟330)。(d) 另形成第二導(dǎo)電層50于富硅介電層30上，其現(xiàn)在變成包括多個激 光誘發(fā)聚集^ 圭納米點40的富硅介電層45(圖3A的步驟340)。上述的工藝步驟可不需是連續(xù)的，且以上的工藝不是本發(fā)明的唯一方法。在一實施例中，基底10為透明基底、彈性基底或上述的組合，透明基 底例如為玻璃、石英或其它材料，彈性基底例如為薄玻璃、聚醚胺 (polyethylene tetraphthalate, PET)、苯并環(huán)丁晞(benzocyclobutane, BCB)、聚 硅氧烷(polysiloxane)、 聚苯胺(polyaniline)、 聚曱基丙烯酸曱酯 (polymethylmethacrylate, PMMA)、塑膠、橡膠或上述的組合。在另一實施 例中，基底IO為剛性基底，例如硅晶片、陶瓷材料或其它適合的材料，基 底10以非半導(dǎo)體材料較佳，例如玻璃、石英、陶瓷材料、薄玻璃、聚醚胺 (PET)、苯并環(huán)丁烯(BCB)、聚硅氧烷、聚苯胺、聚曱基丙烯酸曱酯(PMMA)、 塑膠、橡膠或上述的組合。本實施例的基底10采用玻璃基底，但本發(fā)明不 限于此。如圖2C所示，在一實施例中，激光退火工藝以激光光束62從多層結(jié)構(gòu) 的頂部照射富硅介電層30。在另一實施例中，基底10和第一導(dǎo)電層20為透 明材料組成，因此激光退火工藝可從多層結(jié)構(gòu)的底部進(jìn)行，使激光光束64 穿過基底10和導(dǎo)電層20,照射富硅介電層30。在又另一實施例中，如圖2C 的激光光束62和激光光束64所示，激光退火工藝從多層結(jié)構(gòu)的頂部和底部 進(jìn)行使激光光束62、 64照射富硅介電層30。在一實施例中，激光退火產(chǎn)生多個激光誘發(fā)聚集硅納米點，在另一實施 例中，激光退火不產(chǎn)生激光誘發(fā)聚集硅納米點。第一導(dǎo)電層20和第二導(dǎo)電 層50可以是金屬、金屬氧化物或上述任何材料的組合，金屬可以是具反射 性的材料，例如鋁、銅、銀、金、鈦、鉬、鋰、鉭、釹、鴒、上述的合金、上述的組合或其它適合的材料。金屬氧化物可以是透明的材料，例如銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、鋁鋅氧化物(AZO)或鉿氧化物(HfO)或上述的 組合。金屬可以是反射材料或透明材料的組合，在本發(fā)明的實施例中，第一 導(dǎo)電層20和/或第二導(dǎo)電層50可以是單一層或復(fù)合層，且單一層或復(fù)合層中 的一層的組成材料使用到上述的材料。在一實施例中，富硅介電層30是富硅氧化薄膜，在另一實施例中，富 硅介電層30是富硅氮化薄膜，在又另一實施例中，富硅介電層30是富硅氮 氧化薄膜。富硅介電層30可以是單一層或多層結(jié)構(gòu)，或者，富硅介電層至 少包括富硅氧化薄膜、富硅氮化薄膜和富硅氮氧化薄膜之一。本實施例富硅介電層30是以等離子體輔助化學(xué)氣相沉積法(PECVD)形 成，其工藝條件可如下壓力為lTorr的低壓，溫度低于400。C。在一實施 例中，形成富硅介電層的溫度為200~400°C，或350 400。C，但以370°C較 佳。形成富硅介電層的有效工藝時間約為13秒~250秒，以25秒~125秒較 佳，以形成50 1000nm厚度的富硅介電層30。在形成富硅介電層30的工藝 中，其通過調(diào)整硅含量比(SiH4/N2O)控制富硅介電層30的折射系數(shù)。在一實 施例中，硅含量比(SiH4/N20)在1:10 2:1(或1:10 1:1)的范圍中調(diào)整，制作出 的富硅介電層的折射系數(shù)約為1.47~2.5(或1.47-2.3)，硅含量比(3識4/^0)在 1:5 2:1(或1:5 1:1)的范圍中調(diào)整較佳，制作出的富硅介電層的折射系數(shù)約為 1.7~2.5(或1.7~2.3),富硅介電層亦可采用其它方法或工藝制作。為了制作出有效率的光激發(fā)熒光元件，富硅介電層30的折射系數(shù)在一 特定范圍較佳，在一實施例中，富硅介電層的折射系數(shù)約為1.47 2.5，在另 一實施例中，富硅介電層的折射系數(shù)約為1.7 2.5。本實施例可使用例如分子束激光對富硅介電層30進(jìn)行激光退火，本實 施例激光退火的工藝條件如下在400。C的溫度下，以可調(diào)整的頻率和激光 能量密度的分子束激光對富硅介電層進(jìn)行退火，壓力約為1大氣壓(760torr) 或lxl(T3 Pa。在另一實施例中，分子束激光的溫度為室溫(約20 25°C或 68~77。F)，本發(fā)明可使用其它型態(tài)和工藝條件的激光退火工藝。本實施例可調(diào)整激光波長和激光能量，以得到所需直徑的硅納米管芯， 激光波長的范圍約為266 1024nm,且可采用任何型態(tài)的激光，例如分子激 光退火(exc.imer laser annealing, ELA)、連續(xù)激光波結(jié)晶(continuous-wave laser crystalization, CLC)、固態(tài)CW綠光激光或其它的激光。激光誘發(fā)聚集硅納米點的直徑范圍約為2~10 nm，以3 6nm較佳。在一實施例中，對富硅介 電層30進(jìn)行分子激光退火(ELA)的分子激光的波長為266 532nm(以308 nm 較佳)，其激光能量密度約為70-300 mJ/cm"以70-200 mJ/cn^較佳，且在此 范圍內(nèi)，激光不會造成富硅介電層下的金屬層損壞或剝落)。在另一實施例 中，對富硅介電層30進(jìn)行連續(xù)激光波結(jié)晶(CLC)的激光波長約為 532 1024nm，在又另一實施例中，對富硅介電層30進(jìn)行固態(tài)CW綠光激光 的激光波長約為532nm,然而，當(dāng)激光能量密度超過200 mJ/cm2，可能會造 成富硅介電層下的金屬層損壞或剝落。為了使富硅介電層中能制作出較大直徑(4 1 Onm)的激光誘發(fā)聚集硅納 米點，對富硅介電層30進(jìn)行退火的分子激光的激光能量密度以為200-300 mJ/cn^較佳。另外，為了使富硅介電層30中能制作出較小直徑(2 6nm)的激 光誘發(fā)聚集硅納米點，分子激光的激光能量密度以為70 200mJ/cr^較佳。在激光退火步驟后，富硅介電層30轉(zhuǎn)換成具有多個激光誘發(fā)聚集硅納 米點40的富硅介電層30，在圖2C和圖2D中，具有多個激光誘發(fā)聚集硅納 米點的富硅介電層以標(biāo)號45標(biāo)示。富硅介電層30中激光誘發(fā)聚集硅納米點 40的密度以lxl()U/cmS lxlO力cn^較佳，富硅介電層另可摻雜N型硅或P 型硅。如圖2D和圖3A的步驟340所示，在富硅介電層30激光退火后，可于 具有多個激光誘發(fā)聚集硅納米點40的富硅介電層30上形成第二導(dǎo)電層50。 此硅納米點可用于非易失性存儲器單元，其中激光誘發(fā)聚集硅納米點40可 用作儲存節(jié)點，以供數(shù)據(jù)儲存。在另一實施例中，第二導(dǎo)電層50可以是透 明層或反射層，透明層例如為銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、鋁鋅氧 化物(AZO)或鉿氧化物(HfO)或上述的組合，反射層例如為鋁、銅、銀、金、 鈥、鉬、鋰、鉭、釹、鵠、上述的合金、上述的組合或其它適合的材料。在 本發(fā)明的實施例中，第一導(dǎo)電層20和/或第二導(dǎo)電層50可以是單一層或復(fù)合 層，且單一層或復(fù)合層中的一層的組成材料使用到上述的材料。此包括例如 銦錫氧化物(ITO)透明材料的第二導(dǎo)電層50的多層結(jié)構(gòu)可用于顯示器，例如 液晶顯示器、電激發(fā)光顯示器或上述的結(jié)合，然而，第二導(dǎo)電層50可以是 金屬層，第一導(dǎo)電層20可以是透明導(dǎo)電層，例如為銦錫氧化物(ITO)、銦鋅 氧化物(IZO)、鋁鋅氧化物(AZO)或鉿氧化物(HfO)或上述的組合。在另一實 施例中，第二導(dǎo)電層50可以是透明導(dǎo)電層，例如為銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、鋁鋅氧化物(AZO)或鉿氧化物(HfO)或上迷的組合，第一導(dǎo)電 層20可以是金屬層。第一導(dǎo)電層20和第二導(dǎo)電層50其中一層可以是透明 導(dǎo)電層或薄的金屬層，以使光能穿透，或第一導(dǎo)電層20和第二導(dǎo)電層50皆 為透明導(dǎo)電層或薄的金屬層，以使光能穿透。當(dāng)本實施例使用透明導(dǎo)電層時，可在形成第二導(dǎo)電層之前或之后進(jìn)行激 光退火，且可由多層結(jié)構(gòu)的頂部進(jìn)行退火，或由多層結(jié)構(gòu)的底部、多層結(jié)構(gòu) 的頂部和底部進(jìn)4于退火。以下描述本發(fā)明實施范例的方法、元件和相關(guān)的應(yīng)用，值得注意的是， 以下描述的論述、標(biāo)題、副標(biāo)題或條件僅用來輔助說明本發(fā)明，并非用來限 定本發(fā)明。實施范例1太陽能電池請參照圖4A，顯示本發(fā)明一實施例于富硅介電層430中包括激光誘發(fā) 聚集硅納米點435的太陽能電池400的剖面圖，在一實施例中，太陽能電池 400包括(a) 基底410;(b) 例如非晶硅的第一半導(dǎo)體層420形成于基底410上，其中例如非晶 硅的第一半導(dǎo)體層420是在后續(xù)步驟摻雜N+或P+的摻雜物，以形成第一N 摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層425;(c) 富硅介電層430,形成第一N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層"5上，富硅 介電層430具有以激光誘發(fā)聚集工藝形成的多個激光誘發(fā)聚集硅納米點 435;(d) 例如非晶硅的第二半導(dǎo)體層440形成于富硅介電層430上，其中例 如非晶硅的第二半導(dǎo)體層440是在后續(xù)步驟摻雜N+或P+的摻雜物，以形成 第二 N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層445;在一實施例中，如圖4B所示，太陽能電池402還包括第一導(dǎo)電層415(或 稱為底部導(dǎo)電層)，形成于基底410和第一半導(dǎo)體層420間。在另一實施例 中，如圖4C所示，太陽能電池404還包括第二導(dǎo)電層450(或稱為頂部導(dǎo)電 層)，形成于第二N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層445上。在又一實施例中，如圖 4D所示，太陽能電池406還包括第一導(dǎo)電層415,形成于基底410和第一半 導(dǎo)體層420間，和第二導(dǎo)電層450,形成于第二 N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層445 上。舉例而言，第二導(dǎo)電層450較佳為透明材料層，例如包括以下透明導(dǎo)電 材料，銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、鋁鋅氧化物(AZO)或鉿氧化物 (HfO)或上述的組合。第二導(dǎo)電層亦可以為反射材料所組成，例如金、銀、 銅、鐵、錫、鉛、鎘、鈦、鉭、鴒、鉬、鉿、釹、上述的合金、組合、上述 的氮化物或上述的氧化物。在一實施例中，第二導(dǎo)電層450亦可以為透明材 料或反射材料的結(jié)合。
在一實施例中，富硅介電層430包括富硅氧化物、富硅氮化物、富硅氮 氧化物、富硅碳化物或上述的組合。
在一實施例中，第一半導(dǎo)體層420和第二半導(dǎo)體層440至少其一為N型 半導(dǎo)體層，在另一實施例中，第一半導(dǎo)體層420和第二半導(dǎo)體層440至少其 一為P型半導(dǎo)體層，在又一實施例中，第一半導(dǎo)體層420和第二半導(dǎo)體層 440至少其一為N型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層的結(jié)合。
在一實施例中，第一半導(dǎo)體層420和第二半導(dǎo)體層440兩者之一由非晶 硅、多晶硅、孩i晶珪(micro-crystallized silicon)、 單晶石圭(mono-crystallized silicon)或上述的組合所形成。激光結(jié)晶N型半導(dǎo)體層和激光結(jié)晶P型半導(dǎo)體 層由激光結(jié)晶工藝形成。
請參照圖5A 51，在一實施例中，于富硅介電層中包括多個激光誘發(fā)聚 集硅納米點的太陽能電池以下列工藝步驟形成
(a) 提供基底510;
(b) 形成第一半導(dǎo)體層520于基底510上；
(c) 形成第一N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層525;
(d) 形成富硅介電層530于第一N摻雜或N摻雜半導(dǎo)體層525上；
(e) 進(jìn)行激光誘發(fā)聚集工藝，形成多個激光誘發(fā)聚集硅納米點535于富 硅介電層530中；
(f) 形成第二半導(dǎo)體層540于包括多個激光誘發(fā)聚集硅納米點535的富 硅介電層530上；以及
(g) 形成第二N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層5斗5; 本實施例的工藝步驟可采用上述的順序或其它順序。 在一實施例中，上述的工藝還包括形成第一導(dǎo)電層515于基底510和第
一半導(dǎo)體層520間。在一實施例中，形成第一:N^參雜或P摻雜半導(dǎo)體層525 的步驟包括對第一半導(dǎo)體層520進(jìn)行離子注入。在另一實施例中，形成第一N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層525的步驟，包括于第一導(dǎo)電層515上進(jìn)行同環(huán)境 (in-situ)等離子體化學(xué)氣相沉積摻雜工藝，以形成第一 N摻雜或P摻雜半導(dǎo) 體層525。
在一實施例中，第二 N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層545是通過對第二半導(dǎo)體 層540進(jìn)行離子注入工藝形成，在另一實施例中，在等離子體輔助化學(xué)氣相 沉積法(PECVD)制作第二半導(dǎo)體層540時，對其進(jìn)行同環(huán)境(in-situ)工藝，以 在包括激光誘發(fā)聚集硅納米點535的富硅介電層530上形成第二N摻雜或P 摻雜半導(dǎo)體層545。
在一實施例中，激光誘發(fā)聚集工藝從富硅介電層530的頂部進(jìn)行，在另 一實施例中，若基底510和第一 N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層525是透明的，激 光誘發(fā)聚集工藝可從基底510和第一N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層525的底部進(jìn) 行。在又一實施例中，激光誘發(fā)聚集工藝從富硅介電層530的頂部進(jìn)行，且 從基底510和第一 N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層525的底部進(jìn)行。本實施例可調(diào) 整激光的能量，使其穿過基底510和第一N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層525，到 達(dá)富硅介電層530。若第二N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層545是透明，可允許激 光光束或光線穿過，本實施例的激光工藝可在于富硅介電層530上形成第二 N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層545(以上的第g步驟)后進(jìn)行。
在一實施例中，此工藝還包括于第二半導(dǎo)體層540上形成第二導(dǎo)電層 550的步驟，第二導(dǎo)電層550以透明的材料組成較佳，例如銦錫氧化物(ITO)、 銦鋅氧化物(IZO)、鋁鋅氧化物(AZO)、鉿氧化物(HfO)、上述的組合或其它 適合的材料，此外，第二導(dǎo)電層550亦可以為反射材料組成，例如金、銀、 銅、鐵、錫、鉛、鎘、鈦、鉭、鵠、鉬、鉿、釹、上述的合金、組合、上述 的氮化物或上述的氧化物，第二導(dǎo)電層550亦可由透明材料和反射材料結(jié)合 組成。
在一實施例中，太陽能電池的富硅介電層530的組成材料是富硅氧化物、 富硅氮化物、富硅氮氧化物、富硅碳化物或上述的組合。在一實施例中，下 電極515是形成在基底510上。在一實施例中，基底510是例如玻璃的透明 基底，在另一實施例中，基底510具有彈性，例如塑膠基底。
在一實施例中，第一半導(dǎo)體層520和第二半導(dǎo)體層540至少其一是非晶 硅、多晶硅、微晶硅、單晶硅或上述的組合。此外，第一半導(dǎo)體層520和第 二半導(dǎo)體層540至少其一是由N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體、激光結(jié)晶(lasercrystallized)N型半導(dǎo)體、激光結(jié)晶P型半導(dǎo)體或上述的組合所組成，激光結(jié) 晶N型半導(dǎo)體和激光結(jié)晶P型半導(dǎo)體可通過激光結(jié)晶工藝形成。在一實施例中，基底510、第一半導(dǎo)體層520和第二半導(dǎo)體層540至少 其一是由透明材料、不透明材料、反射材料或上述的組合所組成。本實施例 在激光結(jié)晶工藝中，將激光沿任何恰當(dāng)?shù)姆较颍┻^一層或是多層透明層， 傳遞至第一半導(dǎo)體層520和第二半導(dǎo)體層540兩者的至少一層。在一實施例 的激光誘發(fā)聚集工藝中，激光沿任何恰當(dāng)?shù)姆较?，穿過一層或是多層透明層， 傳遞且照射富硅介電層530。本發(fā)明另可應(yīng)用于制作太陽能電池，在一實施例中，此方法包括(a) 提供基底510;(b) 于基底510上形成至少包括兩層的多層結(jié)構(gòu)，其中多層結(jié)構(gòu)的每一 層具有第一型態(tài)和第二型態(tài)；以及(c) 以激光光束照射此多層結(jié)構(gòu)，使此多層結(jié)構(gòu)的至少一層從第一型態(tài) 轉(zhuǎn)換成第二型態(tài)。多層結(jié)構(gòu)的層的第一型態(tài)為非晶態(tài)，多層結(jié)構(gòu)的至少一層具有多個激光 誘發(fā)聚集硅納米點，且其具有大體上非晶態(tài)的第二型態(tài)。多層結(jié)構(gòu)的層的第 二型態(tài)可以為大體上的結(jié)晶態(tài)、大體上的微晶態(tài)或非晶態(tài)，大體上的結(jié)晶態(tài)、 大體上的微晶態(tài)是由激光結(jié)晶工藝形成。在一實施例中，上述的方法還包括于基底和多層結(jié)構(gòu)間形成第 一導(dǎo)電層 的步驟，在另一實施例中，上述的方法還包括于多層結(jié)構(gòu)上形成第二導(dǎo)電層 的步驟?；?10、多層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)層、第一導(dǎo)電層或第二導(dǎo)電層中至少一 個是由透明材料、不透明材料、反射材料或上述的組合所組成。激光光束沿 任何恰當(dāng)?shù)姆较?，穿過一層或是多層透明層，傳遞至多層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明一實施例具有多重能帶間隙(multiple-bandgap)的硅納米管芯太陽 能電池(具有單一結(jié))可取代多重結(jié)元件，其中多重結(jié)元件為個別具有單一結(jié) 的晶胞依能帶間隙遞減的堆疊。在多重結(jié)晶胞元件中，頂部的晶胞截取高能 量的光子，且將其余的光子傳遞給較^(氐能帶(lower-bandgap)的晶胞吸收。由 于不同的半導(dǎo)體材料具有不同的熔點和能量吸收效率，激光誘發(fā)聚集硅納米 點亦可通過對多晶硅或非晶硅薄膜，進(jìn)行激光結(jié)晶工藝形成。因此，激光結(jié) 晶工藝制作出 一 多能帶光吸收結(jié)構(gòu)，此多能帶光吸收結(jié)構(gòu)可和高效率太陽能 電池整合。圖6將本發(fā)明實施例的太陽能電池多重能帶光譜分成多個窄區(qū)域,在此實施例中，與每個區(qū)域協(xié)調(diào)的光子轉(zhuǎn)換形成高效率太陽能電池。實施范例2非易失性存儲器單元
請參照圖7A,其揭示本發(fā)明一實施例于富硅介電層中，包括激光誘發(fā) 聚集硅納米點的非易失性存儲器單元700，在一實施例中，非易失性存儲器 單元700包括
(a) 導(dǎo)電層710;
(b) —半導(dǎo)體層乃0;
(c) 包括激光誘發(fā)聚集硅納米點740的富硅介電層730，位于導(dǎo)電層710 和半導(dǎo)體層750間；
(d) 漏極區(qū)722，形成于半導(dǎo)體層750中；
(e) 源;f及區(qū)724,形成于半導(dǎo)體層750中；
(f) 溝道區(qū)720,形成于漏極區(qū)722和源極區(qū)724間，溝道區(qū)720舉例而 言直接接觸富硅介電層730。
如上所述，激光誘發(fā)聚集硅納米點740是通過對富硅介電層730進(jìn)行激 光退火工藝形成。在一實施例中，源極電極形成于源極區(qū)724上，漏極電極 形成于漏4l區(qū)722上。
在一實施例中，作為非易失性存儲器單元700的柵電極的導(dǎo)電層710是 由透明材料、不透明材料、反射材料或上述的結(jié)合形成。導(dǎo)電層710可以為 透明層，其可由透明材料形成，例如銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、 鋁鋅氧化物(AZO)、給氧化物(HfO)或上述的組合。在一實施例中，富硅介電 層730的厚度約為30 50nrn，但本發(fā)明不限于此。激光誘發(fā)聚集硅納米點 740形成且分布于富硅介電層730中，激光誘發(fā)聚集硅納米點740所在的區(qū) 域大體上為距離富硅介電層730底部表面2 5nm的區(qū)域，或距離富硅介電 層730頂部表面6 10nm的區(qū)域。激光誘發(fā)聚集硅納米點740的直徑以2~6nm 較佳。
在一實施例中，半導(dǎo)體層720形成在基底750上，且其是由非晶硅、多 晶硅、微晶硅、單晶硅或上述的組合所組成。半導(dǎo)體層720包括N型半導(dǎo)體 層、P型半導(dǎo)體層、激光結(jié)晶N型半導(dǎo)體層、激光結(jié)晶P型半導(dǎo)體層或上述 的組合，激光結(jié)晶N型半導(dǎo)體層和激光結(jié)晶P型半導(dǎo)體層由激光結(jié)晶工藝形成。
在另一實施例中，富硅介電層730是由富硅氧化物、富硅氮化物、富硅氮氧化物、富硅碳化物或上述的組合所組成。基底750、半導(dǎo)體層720和導(dǎo) 電層710至少其一為透明材料、不透明材料、反射材料或上述的組合所組成。在一實施例中，非易失性存儲器單元700的半導(dǎo)體層720是激光結(jié)晶N 型硅層，在另一實施例中，非易失性存儲器單元700的半導(dǎo)體層720是激光 結(jié)晶P型硅層。在一實施例中，源極電極(未繪示)形成于源極區(qū)724上，漏 極電極(未繪示)形成于漏極區(qū)722上，且兩者可連接其它單元，例如信號線、 電容器、開關(guān)、能量線等。請參照圖7B,其顯示本發(fā)明一實施例于富硅介電層730中包括激光誘 發(fā)聚集硅納米點740的非易失性存儲器單元702,在一實施例中，非易失性 存儲器單元702包括(a) 導(dǎo)電層710;(b) 半導(dǎo)體層乃0;(c) 包括激光誘發(fā)聚集硅納米點740的富硅介電層730,位于導(dǎo)電層710 和半導(dǎo)體層750間；(d) 漏極區(qū)722，形成于半導(dǎo)體層乃0中；(e) 源極區(qū)724，形成于半導(dǎo)體層乃0中；(f) 溝道區(qū)720,形成于漏極區(qū)722和源極區(qū)724間；及(g) 隧穿介電層736,形成于溝道區(qū)720和富硅介電層730間。 如上所迷，激光誘發(fā)聚集硅納米點740是通過對富硅介電層730進(jìn)行激光退火工藝形成。在一實施例中，源極電極(未繪示)形成于源極區(qū)724上， 漏極電極(未繪示)形成于漏極區(qū)722上，且兩者可連接其它單元，例如信號 線、電容器、開關(guān)、能量線等。在一實施例中，半導(dǎo)體層720形成在基底750上，且其是由非晶硅、多 晶硅、微晶硅、單晶硅或上述的組合所組成。半導(dǎo)體層720包括N型半導(dǎo)體 層、P型半導(dǎo)體層、激光結(jié)晶N型半導(dǎo)體層、激光結(jié)晶P型半導(dǎo)體層或上述 的組合，激光結(jié)晶N型半導(dǎo)體層和激光結(jié)晶P型半導(dǎo)體層由激光結(jié)晶工藝形 成。富硅介電層730是由富硅氧化物、富硅氮化物、富硅氮氧化物、富硅碳 化物或上述的組合所組成?；?、半導(dǎo)體層和導(dǎo)電層至少其一為透明材料、 不透明材料、反射材料或上述的組合所組成。在一實施例中，非易失性存儲器單元702的半導(dǎo)體層720是激光結(jié)晶N型硅層，在另一實施例中，非易失性存儲器單元702的半導(dǎo)體層720是激光 結(jié)晶P型硅層。在一實施例中，源極電極(未繪示)形成于源極區(qū)724上，漏 極電極(未繪示)形成于漏極區(qū)722上，且兩者可連接其它單元，例如信號線、 電容器、開關(guān)、能量線等。
請參照圖7C，其顯示本發(fā)明又另一實施例包括激光誘發(fā)聚集硅納米點 的非易失性存儲器單元704，在此實施例中，非易失性存儲器單元704包括
(a) 導(dǎo)電層710;
(b) 緩沖介電層750,位于基底冗5上；
(c) 半導(dǎo)體層720,形成于緩沖介電層乃O上；
(d) 包括激光誘發(fā)聚集硅納米點740的富硅介電層730,位于導(dǎo)電層710 和半導(dǎo)體層720間；
(e) 漏極區(qū)722,形成于半導(dǎo)體層"0中；
(f) 源極區(qū)724，形成于半導(dǎo)體層720中；及
(g) 溝道區(qū)720,形成于漏極區(qū)722和源極區(qū)724間，溝道區(qū)720直接 接觸富硅介電層730。
緩沖介電層750可由非有機(jī)材料、有機(jī)材料或上述的組合所組成，非有 機(jī)材料例如為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅或上述的組合，有機(jī)材料 例如為聚醚胺(polyethylene terephthalate , PET)、 苯并環(huán)丁烯 (benzocyclobutane, BCB)、聚石圭氧烷(polysiloxane)、聚苯胺(polyaniline)、聚 曱基丙烯酸曱酯(polymethylmethacrylate， PMMA)、塑膠、橡膠或上述的組 合。在本發(fā)明的實施例中，緩沖介電層750可以是單一層或復(fù)合層，且單一 層或復(fù)合層的至少一層是由上述材料所組成。在本實施例中，緩沖介電層750 是非有機(jī)材料，例如為氧化硅或氮化硅，在另一非易失性存儲器單元704的 實施例中，可不于基底705上形成緩沖介電層750。如上所述，激光誘發(fā)聚 集硅納米點740是通過對富硅介電層730進(jìn)行激光退火工藝形成。在一實施 例中，源極電極(未繪示)形成于源極區(qū)724上，漏極電極(未繪示)形成于漏 極區(qū)722上。
在一實施例中，源極電極(未繪示)形成于源極區(qū)724上，漏極電極(未繪 示)形成于漏極區(qū)722上，且兩者可連接其它單元，例如信號線、電容器、 開關(guān)、能量線等。
存儲器單元704的結(jié)構(gòu)和非易失性存儲器單元702的結(jié)構(gòu)相類似，但存儲器單元704的結(jié)構(gòu)可不包括隧穿介電層736且基底為一玻璃基底。另外，在圖7A 7C中，上述的實施例使用上柵極型態(tài)結(jié)構(gòu)(top-gatetype structure),但本發(fā)明不限于此，本發(fā)明可使用下柵極型態(tài)結(jié)構(gòu)(bo加m-gate type structure)。此外，本發(fā)明有關(guān)于非易失性存儲器單元的制造方法，在一實施例中， 此方法包j舌(a) 提供半導(dǎo)體層720,具有源極區(qū)724和漏極區(qū)722;(b) 形成富硅介電層730于半導(dǎo)體層720上；(c) 對富硅介電層730進(jìn)行激光誘發(fā)聚集工藝，以于富硅介電層730中 形成多個激光誘發(fā)聚集硅納米點740;及(d) 形成導(dǎo)電層"710于富硅介電層"0上。 此方法更可包括以下一個或多個步驟(a) 提供源極電極和漏極電極，分別電性連接至源才及區(qū)724和漏極區(qū) 722;和/或(b) 形成隧穿介電層736于半導(dǎo)體層720和富硅介電層730間，(c) 提供緩沖介電層750于玻璃基底705上，以使半導(dǎo)體層720形成在 緩沖介電層750上。導(dǎo)電層710是由透明材料、不透明材料、反射材料或上述的組合所組成， 半導(dǎo)體層720是由非晶硅、多晶硅、微晶硅、單晶硅或上述的組合所組成。 半導(dǎo)體層720包括N型半導(dǎo)體層、P型半導(dǎo)體層、激光結(jié)晶N型半導(dǎo)體層、 激光結(jié)晶P型半導(dǎo)體層或上述的組合，激光結(jié)晶N型半導(dǎo)體層和激光結(jié)晶P 型半導(dǎo)體層由激光結(jié)晶工藝形成。在一實施例中，基底750、半導(dǎo)體層720和導(dǎo)電層710至少其一為透明 材料、不透明材料、反射材料或上述的組合所組成，本實施例在激光結(jié)晶工 藝中，將激光沿任何恰當(dāng)?shù)姆较騻鬟f至半導(dǎo)體層720。在另一實施例激光結(jié) 晶工藝中，將激光沿任何恰當(dāng)?shù)姆较?，穿過一層或是多層透明層，傳遞至富 碰介電層730。又另外，如圖8A 8F所示，本發(fā)明有關(guān)于包括以下步驟的非易失性存 儲器單元的制造方法(a) 提供緩沖介電層MO于基底810上；(b) 提供多晶硅半導(dǎo)體層于緩沖介電層820上，其中源極區(qū)830(n+或p+)、例如n溝道或p溝道的本4正溝道區(qū)850(intrinsic channel)和漏4及區(qū)840(n+ 或p+)，分別形成于半導(dǎo)體層中；
(c) 提供隧穿介電層860于多晶硅半導(dǎo)體層上；
(d) 形成富硅介電層870于隧穿介電層860上；
(e) 對富硅介電層870進(jìn)行激光誘發(fā)聚集工藝，以于富硅介電層870中 形成多個激光誘發(fā)聚集硅納米點875;及
(f) 形成導(dǎo)電層880于包括激光誘發(fā)聚集硅納米點875的富硅介電層870 上，作為控制柵極。
在一實施例，于步驟(e)中，激光誘發(fā)聚集工藝以激光光束從富硅介電層 870的頂部進(jìn)行，在另一實施例中，若導(dǎo)電層880是透明材料組成，激光誘 發(fā)聚集工藝亦可在步驟(f)之后，于富硅介電層870上形成導(dǎo)電層880之后進(jìn) 行。
緩沖介電層820和隧穿介電層860至少其一可由非有機(jī)材料、有機(jī)材料 或上述的組合所組成，非有機(jī)材料例如為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化 硅或上述的組合，有機(jī)材料例如為聚醚胺(polyethylene terephthalate ， PET)、 苯并環(huán)丁蹄(benzocydobutane, BCB)、聚硅氧烷(polysiloxane)、聚苯胺 (polyaniline)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate， PMMA)、塑膠、 橡膠或上述的組合。在本發(fā)明的實施例中，緩沖介電層820和隧穿介電層860 至少其一可以是單一層或復(fù)合層，且單一層或復(fù)合層的至少一層是由上述材 料所組成。在本實施例中，緩沖介電層820例如為氧化硅或氮化硅，且隧穿 介電層860例如為氧化硅。
本發(fā)明在一實施例中至少可不提供緩沖介電層820和隧穿介電層860兩 者之一。
在一實施例中，非易失性存儲器單元的導(dǎo)電層880為透明層，例如銦錫 氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、鋁鋅氧化物(AZO)或鉿氧化物(HfO)或上述 的組合，或其它適合的材料，且在一實施例中，柵極和導(dǎo)電層880連接。
在一實施例中，富硅介電層870包括富硅氧化物、富硅氮化物、富硅氮 氧化物、富硅碳化物或上述的組合。在一實施例中，基底810是例如玻璃的 透明基底，在另一實施例中，基底810是具有彈性的基底，例如塑膠基底。
在一實施例中，半導(dǎo)體層是由非晶硅、多晶硅、微晶硅、單晶硅或上述 的組合所組成。圖9A 圖9C分別顯示能帶圖，比較當(dāng)電子穿過量子點至激光誘發(fā)聚集 硅納米點的深能量帶，于圖9A的實施例進(jìn)行寫入，于圖9B的實施例進(jìn)行 讀取，于圖9C的實施例擦拭非易失性存儲器單元的數(shù)據(jù)。實施范例3光感測單元請參照圖10,其顯示本發(fā)明一實施例光感測單元1000,于富硅介電層 中包括多個激光誘發(fā)聚集硅納米點，光感測單元1000具有(a) 第一導(dǎo)電層1010;(b) 第二導(dǎo)電層1040;及(c) 富硅介電層1030位于第一導(dǎo)電層1010和第二導(dǎo)電層1040間，包括 多個激光誘發(fā)聚集硅納米點1020。如上所述，光感測單元1000的激光誘發(fā)聚集硅納米點1020是通過對富 硅介電層1030進(jìn)行激光退火工藝形成。第二導(dǎo)電層1040是透明的，以使例 如激光光束的可見光到達(dá)光感測單元1000的富石圭介電層1030。在一實施例 中，光感測單元1000的第一導(dǎo)電層1010是反射材料所組成，例如金、4艮、 銅、鐵、錫、鉛、鎘、鈦、鉭、鴒、鉬、鉿、釹、上述的合金、組合、上述 的氮化物或上述的氧化物，在一實施例中，光感測單元1000的第二導(dǎo)電層 1040是透明層，例如由以下透明材料所組成，銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化 物(IZO)、鋁鋅氧化物(AZO)、鉿氧化物(HfO)、上述的組合或其它適合的材 料，但光感測單元1000的第二導(dǎo)電1040亦可由反射材料所組成，例如金、 銀、銅、鐵、錫、鉛、鎘、鈦、鉭、鎢、鉬、鉿、釹、上述的合金、組合、 上述的氮化物或上述的氧化物。富硅介電層1030包括多個激光誘發(fā)聚集硅納米點1020,富硅介電層 1030組成材料是富硅氧化物、富硅氮化物、富硅氮氧化物、富硅碳化物或上 述的組合。在一實施例中，第一導(dǎo)電層1010是形成在基底上，第一導(dǎo)電層1010、 第二導(dǎo)電層1040和基底至少其一是由透明材料、不透明材料、反射材料或 上述的組合所組成。本實施例可使用一個或多個上述光感測單元形成光偵測器，光感測單元 亦可以用作光感測器、光偵測器、指紋感測器(fmgerprint sensor)、環(huán)境光感 測器、例如用于觸控顯示器的顯示面板。如圖IO所示，在一實施例中，電池105(M諸存將光感測單元1000暴露至可見光1002、 1004所產(chǎn)生的電位能，且電流計1060用來量測光感測單元 1000所產(chǎn)生的對應(yīng)單元。在一 實施例中，光感測單元1000的富硅介電層1030 是富硅氧化物、富硅氮化物、富硅氮氧化物、富硅碳化物或上迷的組合所形 成。
另外，本發(fā)明形成光感測器IOOO的方法包括以下步驟
(a) 提供第一導(dǎo)電層1010;
(b) 形成富硅介電層1030于第一導(dǎo)電層1010上；
(c) 對富硅介電層1030進(jìn)行激光誘發(fā)聚集工藝，以于富硅介電層1030 中形成多個激光誘發(fā)聚集硅納米點1020;及
(d) 形成第二導(dǎo)電層1040于包括激光誘發(fā)聚集硅納米點1020的富硅介 電層1030上。
在一實施例中，上述的方法還包括提供基底，以使第一導(dǎo)電層可形成在 基底上的步驟。第一導(dǎo)電層IOIO、第二導(dǎo)電層1040和基底至少其一是由透 明材料、不透明材料、反射材料或上述的組合所組成。在一實施例中，富硅 介電層是由富硅氧化物、富硅氮化物、富硅氮氧化物、富硅碳化物或上述的 組合所組成。本實施例在激光結(jié)晶工藝中，將激光沿任何恰當(dāng)?shù)姆较?，穿過 一層或是多層透明層，傳遞至富硅介電層。
本發(fā)明非必要一定要采取上述步驟的順序，且此工藝也非實行本發(fā)明的 必要手段，換言之，上述的工藝步驟可以不同的順序進(jìn)行。在一實施例中， 光感測單元的第一導(dǎo)電層是金屬層，在另一實施例中，光感測單元1000的 第一導(dǎo)電層IOIO和第二導(dǎo)電層1040均是透明層，例如包括以下透明材料為 銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、鋁鋅氧化物(AZO)或鉿氧化物(HfO)或 上述的組合，然而，光感測單元1000的第一導(dǎo)電層1010和第二導(dǎo)電層1040 可以由其它材料組成。
在一實施例中，光感測單元1000的富硅介電層1030是由富硅氧化物、 富硅氮化物、富硅氮氧化物、富硅碳化物或上述的組合所組成。
圖11顯示本發(fā)明一實施例光感測單元1000的應(yīng)用，此光感測單元于富 硅介電層1030包括激光誘發(fā)聚集硅納米點1020且連結(jié)一讀取薄膜晶體管 (TFT)。如圖IO所示，光感測單元包括基底上的第一導(dǎo)電層1010、包括激光 誘發(fā)聚集硅納米點1020的富硅介電層1030和第二導(dǎo)電層1040。讀取薄膜晶 體管包括高摻雜N型硅源極區(qū)1110、高摻雜N型硅漏極區(qū)1120、柵極1130、位于柵極、高摻雜N型硅源極區(qū)1110和高摻雜N型硅漏極區(qū)1120間的介 電層(未繪示)。光感測單元1000用作一光二極管，其第二導(dǎo)電層1040經(jīng)由 連接導(dǎo)線1040A,電性連接至一電路(未繪示)的接地，且其第一導(dǎo)電層IOIO 電性連接讀取薄膜晶體管的源極區(qū)1110。柵極1130經(jīng)由連接導(dǎo)線1140耦接 電路(未繪示)的一部分，且漏極區(qū)1U0經(jīng)由連接導(dǎo)線1150耦接電路(未繪示) 的另一部分，柵極1130和漏極區(qū)1120分別經(jīng)由連接導(dǎo)線1140、 1150耦接 電^各的其它部分。圖12顯示本發(fā)明一實施例包括多重光感測單元的共用電路，其多重光 感測單元于富硅介電層包括激光誘發(fā)聚集硅納米點，圖12僅顯示4個光感 測單元。光感測單元一般以NxM陣列的方式構(gòu)成光感測器或光偵測器，其 中N和M非零的整數(shù)。在此示范的電路中，電源供應(yīng)VDD、接地GND和 重置輸入RESET由所有的光感測單元共用，每一行和每一列分別將其本身 的輸入和對應(yīng)的行(ROW,、 ROW2…ROWn)和(COL,、 COL2…COLm)列共用。圖13顯示本發(fā)明一實施例讀取薄膜晶體管和光感測單元的剖面圖，其 光感測單元于富硅介電層中包括多個激光誘發(fā)聚集硅納米點，且整合至低溫 多晶硅(LTPS)面板1300。在光感測單元的第一部分1340中，光感測單元形 成有第一導(dǎo)電層1312、包括激光誘發(fā)聚集硅納米點的富硅介電層1314和第 二導(dǎo)電層1316,在光感測單元的第二部分1350中，讀取薄膜晶體管(TFT) 形成在基底上，基底1310包括源極區(qū)1322、漏極區(qū)1324和柵極1326。在本實施例中，第一導(dǎo)電層1312是一金屬層，其用以電性耦接讀取薄 膜晶體管的源極區(qū)1322，第二導(dǎo)電層1316是透明導(dǎo)電層，以使其能被可見 光穿過，以使光線傳遞至包括激光誘發(fā)聚集硅納米點的富硅介電層1314。柵 極1326和漏極區(qū)1324電性耦接電路的其它部分。本實施例于光感測單元的 頂部定義窗1330，以供光線穿過，其在此技術(shù)領(lǐng)域中稱為填充因子(fill factor)。圖14顯示本發(fā)明另一實施例將光感測單元整合至低溫多晶硅薄膜晶體 管(LTPS),其具有較寬的填充因子，在圖14中，光感測單元于讀取薄膜晶 體管上具有三層堆疊結(jié)構(gòu)，光感測單元形成有第一導(dǎo)電層1412、包括激光誘 發(fā)聚集硅納米點的富硅介電層1414和第二導(dǎo)電層1416。本實施例通過此光 感測單元三層結(jié)構(gòu)層增大光感測單元的填充因子，以覆蓋更廣的區(qū)域。讀取 薄膜晶體管具有源極區(qū)1422、漏極區(qū)1424和柵極1426,源極區(qū)電性耦接光感測單元的第一導(dǎo)電層1412,讀取薄膜晶體管形成于基底1410上。在一實 施例中，基底1410為例如玻璃的透明基底，在另一實施例中，基底1410為 例如塑膠的彈性基底。當(dāng)將光感測單元運用于顯示面板時，將光感測單元設(shè) 置面向環(huán)境光1430，另外，背光M40通常用來于顯示面板顯現(xiàn)信息，為了 避免背光干擾光感測單元，通常利用第一導(dǎo)電層1412有效的遮擋背光。
本發(fā)明另有關(guān)一于富硅介電層包括激光誘發(fā)聚集硅納米點的多層結(jié)構(gòu)， 在一實施例中，此多層結(jié)構(gòu)包括
(a) 基底；
(b) 第一導(dǎo)電層位于基底上；及
(c) 富硅介電層位于第一導(dǎo)電層上，其富硅介電層包括多個激光誘發(fā)聚 集硅納米點。
在一實施例中，富硅介電層是富硅氧化薄膜、富硅氮化薄膜、富硅氮氧 化薄膜、富硅碳化薄膜或上述的組合，富硅氧化層的折射系數(shù)約為1.47~2.3, 以約為1.47-2.5較佳，富硅氮化層的折射系數(shù)約為1.7~2.3,以約為1.7-2.5 較佳，至少部分的激光誘發(fā)聚集硅納米點的直徑范圍約為2~10nm。
在此多層結(jié)構(gòu)中，富硅介電層的厚度大體上為50~1000nm,激光誘發(fā)聚 集硅納米點的密度以lxl0"/cm2 lxl0力cm2較佳。在一實施例中，多層結(jié)構(gòu) 亦包括第二導(dǎo)電層，第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層至少其一是由透明材料、不透 明材料、反射材料或上述的組合所組成。
此多層結(jié)構(gòu)亦可運用于太陽能電池、光感測單元和顯示面板，顯示面板 更可為一觸控面板，更甚者，此多層結(jié)構(gòu)可用于非易失性存儲器單元，其中 至少部分的硅納米管芯可用作儲存節(jié)點。
本實施例一個或多個光感測單元可用于形成光感測器、光偵測器、觸控 顯示器和/或可觸控的顯示器。圖15A揭示本發(fā)明一實施例的顯示面板1500， 此顯示面板1500包括(a)顯示數(shù)據(jù)的顯示區(qū)1510、 (b)傳輸數(shù)據(jù)和用戶輸入 信號的顯示區(qū)1520、 (c)偵測光的光偵測器1530、 (d)將太陽能轉(zhuǎn)換成電力 的太陽能電池1540、 (e)偵測環(huán)境光的環(huán)境光感測器1550，上述的單元均包 括至少一具有多個激光誘發(fā)聚集硅納米點的富硅介電層。在本發(fā)明的一范例 中，顯示面板1500為矩形，其寬度約為38mm，高度約為54mm。
在第一實施例中，顯示面板1500包括顯示數(shù)據(jù)的顯示區(qū)1510,在非顯 示區(qū)中，顯示面板包括偵測光的光偵測器1530、將太陽能轉(zhuǎn)換成電力的太陽能電池1540、和偵測環(huán)境光的環(huán)境光感測器1550。光偵測器1530和環(huán)境光 感測器1550可設(shè)置于任何角落區(qū)，以偵測環(huán)境光或其它光線。太陽能電池 1540可設(shè)置于顯示區(qū)1510的周圍，將太陽能轉(zhuǎn)換成電力，以節(jié)省顯示面板 1500消耗的能量。在第二實施例中，顯示面板1500包括顯示數(shù)據(jù)和接收用戶控制信號的 顯示區(qū)1510，顯示面板本身為觸控面板。在第三實施例中，顯示面板1500包括顯示數(shù)據(jù)和接收用戶控制信號的 顯示區(qū)1510，與非顯示區(qū)，非顯示區(qū)中包括偵測光的光偵測器1530、將大 陽能轉(zhuǎn)換成電力的太陽能電池1540、和偵測環(huán)境光的環(huán)境光感測器1550至 少其一。光偵測器1530和環(huán)境光感測器1550可設(shè)置于任何角落區(qū)，以偵測 環(huán)境光或其它光線。太陽能電池1540可設(shè)置于顯示區(qū)1510的任何角落區(qū)， 將所接收的光線轉(zhuǎn)換成電力，以節(jié)省顯示面板1500消耗的能量。在第四實施例中，顯示面板1500包括顯示數(shù)據(jù)的顯示區(qū)，且包括顯示 數(shù)據(jù)和接收用戶控制信號的顯示區(qū)，與非顯示區(qū)。顯示面板1500亦包括偵 測光的光偵測器1530、將太陽能轉(zhuǎn)換成電力的太陽能電池1540、和偵測環(huán) 境光的環(huán)境光感測器1550。光偵測器1530和環(huán)境光感測器1550可設(shè)置于顯 示區(qū)1510的任何區(qū)域，以偵測環(huán)境光或其它光線。太陽能電池1540可設(shè)置 于顯示區(qū)1510的任何區(qū)域，將顯示面板1500表面所接收的光線轉(zhuǎn)換成電力， 以節(jié)省顯示面板1500消耗的能量。本發(fā)明可在不違背本發(fā)明上述教示，將顯示面板的元件作其它結(jié)合。具有陣列排列光感測單元的顯示區(qū)1510可用來偵測用戶于顯示面板 1500表面的控制信號，此顯示面板1500僅為本發(fā)明揭示技術(shù)的范例，不用 以限定本發(fā)明。圖15B顯示本發(fā)明一實施例圖15A顯示區(qū)1510多個像素的像素，每個 顯示區(qū)1510多個像素均包括至少一顯示區(qū)1560、掃描線1570和數(shù)據(jù)線1580， 掃描線1572是供鄰近像素使用的，數(shù)據(jù)線1582亦是供鄰近像素使用的。每 個像素包括至少一顯示像素、觸控面板像素、光偵測器1530、太陽能電池 1540和環(huán)境光感測器1550。多個像素可以NxM的陣列排列，以形成大顯示 面板或觸控面板，其具有光偵測器1530、太陽能電池1540和環(huán)境光感測器 1550的任何或所有功 育巨。本發(fā)明提供的方法可用來制作太陽能元件的光電轉(zhuǎn)換(photovoltaic)層或光偵測元件的光感測層，其以高效率激光退火工藝在低溫下制作。本發(fā)明一 實施例的介電層中的激光誘發(fā)聚集硅納米點具有高密度、高均勻度、平均分 布和均勻直徑的特性。本發(fā)明實施例中使用分子激光進(jìn)行低溫退火工藝，此 工藝不需要高溫預(yù)退火，且可和已知的工藝整合，以制作低溫多晶硅薄膜晶
體管(LTPS TFT)。本發(fā)明實施例的包括激光誘發(fā)聚集硅納米點的富硅介電層 可用于太陽能電池、觸控顯示器、環(huán)境光感測器、光偵測器，且可和全色域 高分辨率薄膜晶體管顯示器整合。本發(fā)明實施例制作的硅納米管芯量子點亦
可用于非易失性存儲器單元的儲存節(jié)點，提供較高的儲存時間、可靠度和操 作速度。
以上提供的實施例用以描述本發(fā)明不同的技術(shù)特征，但根據(jù)本發(fā)明的概 念，其可包括或運用于更廣泛的技術(shù)范圍，或本發(fā)明技術(shù)可進(jìn)行調(diào)整，例如 當(dāng)本發(fā)明使用銦錫氧化物(ITO)層，本發(fā)明另可使用銦鋅氧化物(IZO)層，須 注意的是，實施例僅用以揭示本發(fā)明工藝、裝置、組成、制造和使用的特定 方法，并不用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍 內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍，當(dāng)視后附的權(quán)利 要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)的制造方法，包括形成第一導(dǎo)電層于基底上；及形成富硅介電層于該第一導(dǎo)電層上，其中該富硅介電層具有多個硅納米管芯。
2. 如權(quán)利要求1所述的包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該 硅納米管芯經(jīng)由對該富硅介電層進(jìn)行激光退火步驟，使富硅激發(fā)產(chǎn)生聚集而 形成。
3. 如權(quán)利要求1所述的包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)的制造方法，其中具 有該硅納米管芯的該富硅介電層經(jīng)由等離子體輔助化學(xué)氣相沉積工藝形成。
4. 如權(quán)利要求1所述的包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該 富硅介電層包括富硅氧化物、富硅氮化物或上述的組合。
5. 如權(quán)利要求1所述的包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該 富硅介電層的折射系數(shù)大體上為1.4-2.3。
6. 如權(quán)利要求1所述的包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該 富硅介電層的折射系數(shù)大體上為1.47-2.5。
7. 如權(quán)利要求1所述的包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)的制造方法，其中形 成該富硅介電層的步驟包括使用等離子體輔助化學(xué)氣相沉積法工藝，以第一組條件形成厚度大體上 為50~1000nm的富硅介電層；改變該富硅介電層的硅含量比，以使該富硅介電層形成所需的折射系 數(shù)；以及對該富硅介電層進(jìn)行激光退火步驟，使富硅激發(fā)產(chǎn)生聚集，以于該富硅 介電層中形成該硅納米管芯，其中該第 一組條件包括有效溫度大體上為 200。C 400。C,有效工藝時間大體上為13秒~250秒。
8. 如權(quán)利要求7所述的包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)的制造方法。
9. 如權(quán)利要求8所述的包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該 硅含量比的范圍大體上為1:10 2:1，以使該富硅介電層的折射系數(shù)至少在 1.47~2.5的范圍中。
10. 如權(quán)利要求1所述的包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)的制造方法，其中形成該富硅介電層的步驟，包括使用等離子體輔助化學(xué)氣相沉積法工藝，以第一組條件形成厚度大體上 為100~500nm的富硅介電層；改變該富硅介電層的硅含量比，以使該富硅介電層形成所需的折射系 數(shù)；以及對該富硅介電層進(jìn)行激光退火步驟，使富硅激發(fā)產(chǎn)生聚集，以于該富硅 介電層中形成該硅納米管芯。
11. 如權(quán)利要求1所述的包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)的制造方法，其中形 成該具有該硅納米管芯的富硅介電層的步驟包括對該富硅介電層進(jìn)行激光退火步驟，使富硅激發(fā)產(chǎn)生聚集，以于該富硅 介電層中形成該硅納米管芯，其中該激光退火步驟包括以分子激光，在可調(diào) 整頻率和激光能量且溫度低于400°C的條件下，對該富硅介電層進(jìn)行退火， 其中該分子激光對該富硅介電層進(jìn)行退火的步驟還包括在激光能量密度為70 300 mJ/cn^的范圍調(diào)整激光能量密度，以形成多 個直徑為3~10nm的硅納米管芯。
12. 如權(quán)利要求1所述的包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)的制造方法，其中形 成該具有該硅納米管芯的富硅介電層的步驟包括對該富硅介電層進(jìn)行激光退火步驟，使富硅激發(fā)產(chǎn)生聚集，以于該富硅 介電層中形成該硅納米管芯，其中該激光退火步驟包括以分子激光，在可調(diào) 整頻率和激光能量且溫度低于400。C的條件下，對該富硅介電層進(jìn)行退火， 其中該分子激光對該富硅介電層進(jìn)行退火的步驟還包括在激光能量密度為70 200 mJ/cn^的范圍調(diào)整激光能量密度，以形成多 個直徑為3~6nm的硅納米管芯。
13. 如權(quán)利要求1所述的包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)的制造方法，其中形 成該具有該硅納米管芯的富硅介電層的步驟包括對該富硅介電層進(jìn)行激光退火步驟，使富硅激發(fā)產(chǎn)生聚集，以于該富硅 介電層中形成該硅納米管芯，其中該激光退火步驟包括以分子激光，在可調(diào) 整頻率和激光能量且溫度低于400。C的條件下，對該富硅介電層進(jìn)行退火， 其中該分子激光對該富硅介電層進(jìn)行退火的步驟還包括在激光能量密度為200-300 mJ/cn^的范圍調(diào)整激光能量密度，以形成多 個直徑為4~10nm的硅納米管芯。
14. 如權(quán)利要求1所述的包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該 富硅介電層的厚度大體上為50~1000nm，其中該硅納米管芯的密度大體上為 lxlO"/cmMxlO'2/cm2。
15. 如權(quán)利要求1所述的包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該 第一導(dǎo)電層包括金屬、金屬氧化物或上述的組合。
16. 如權(quán)利要求1所述的包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)的制造方法，還包括 形成第二導(dǎo)電層于該富硅介電層上，其中該第二導(dǎo)電層包括金屬、金屬氧化 物或上述的組合。
17. —種太陽能電池，包括 基底；下電極層，形成于該基底上；第一半導(dǎo)體層，形成于該下電極上，其中該第一半導(dǎo)體層摻雜n+或p+ 摻雜物，以形成第一N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層；包括多個激光誘發(fā)聚集硅納米點的富硅介電層，形成于該第一 N摻雜或 P摻雜半導(dǎo)體層上，其中該富硅介電層包括富硅氧化物、富硅氮化物、富硅 氮氧化物、富硅碳化物或上述的組合；第二半導(dǎo)體層，位于該富硅介電層上，其中該第二半導(dǎo)體層摻雜p+或 n+摻雜物，以形成第二P摻雜或N摻雜半導(dǎo)體層；及上電極層，形成于該第二P摻雜或N摻雜半導(dǎo)體層上。
18. —種形成太陽能電池的方法，包括 提供基底；形成下電極層于該基底上； 形成第一半導(dǎo)體層于該下電極上；摻雜該第一半導(dǎo)體層，以形成第一N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層；形成富硅介電層于該第一N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層上，其中該富硅介電層具有多個激光誘發(fā)聚集硅納米點；形成第二半導(dǎo)體層于具有該激光誘發(fā)聚集硅納米點于該富硅介電層上；摻雜該第二半導(dǎo)體層，以形成第二N摻雜或P摻雜半導(dǎo)體層；及形成上導(dǎo)電層于該第二半導(dǎo)體層上。
19. 如權(quán)利要求18所述的形成太陽能電池的方法，其中形成具有該激光 誘發(fā)聚集硅納米點的該富硅介電層的步驟包括以激光光束照射該富硅介電層。
20. —種形成太陽能電池的方法，包括 提供基底；形成至少包括兩層的多層結(jié)構(gòu)于該基底上，其中該多層結(jié)構(gòu)的每一層至 少具有第一型態(tài)；于該基底和該多層結(jié)構(gòu)間形成第 一導(dǎo)電層； 形成第二導(dǎo)電層于該多層結(jié)構(gòu)上；及以激光光束照射該多層結(jié)構(gòu)，使該多層結(jié)構(gòu)的至少一層從該第一型態(tài)轉(zhuǎn) 換成第二型態(tài)，其中該多層結(jié)構(gòu)的至少一層包括多個激光誘發(fā)聚集硅納米 點，該第二型態(tài)包括大體上的結(jié)晶態(tài)、大體上的微晶態(tài)或非晶態(tài)。
21. 如權(quán)利要求20所述的形成太陽能電池的方法，其中該多層結(jié)構(gòu)的每 一層的第一型態(tài)為非晶態(tài)。
22. —種非易失性存儲器單元，包括 基底；半導(dǎo)體層，包括源極區(qū)和漏極區(qū)，其中該源極區(qū)為n+型態(tài)或p+型態(tài)， 該漏極區(qū)為n+型態(tài)或p+型態(tài)；源極電極和漏極電極，分別電性耦接該源極區(qū)和該漏極區(qū)；富硅介電層，作為電荷儲存層，形成于該半導(dǎo)體層上，該富硅介電層包 括多個激光誘發(fā)聚集硅納米點；及導(dǎo)電層，形成于該電荷儲存層上，作為控制柵極。
23. 如權(quán)利要求22所述的非易失性存儲器單元，還包括緩沖介電層，形 成于該半導(dǎo)體層和該基底間；以及隧穿介電層，形成于該富硅介電層以及該基底間。
24. —種非易失性存儲器單元的制造方法，包括 提供基底；提供半導(dǎo)體層于該基底上，包括源極區(qū)、本征溝道區(qū)和漏極區(qū)，其中該 源極區(qū)為n+型態(tài)或p+型態(tài)，該漏極區(qū)為n+型態(tài)或p+型態(tài)，該本征溝道區(qū)為 n溝道或p溝道；提供源極電極和漏極電極，分別電性耦接該源極區(qū)和該漏極區(qū)；形成富硅介電層于該基底上方；以激光光束照射該富硅介電層，以形成多個激光誘發(fā)聚集硅納米點；及形成導(dǎo)電層于包括該激光誘發(fā)聚集硅納米點于該富硅介電層上，作為控制柵極。
25. —種光感測單元，包括 第一導(dǎo)電層； 第二導(dǎo)電層；及富硅介電層，形成于該第一導(dǎo)電層和該第二導(dǎo)電層間，且包括多個激光 誘發(fā)聚集硅納米點。
26. —種光感測單元的制造方法，包括 提供第一導(dǎo)電層；形成富硅介電層于該第一導(dǎo)電層上；對該富硅介電層進(jìn)行激光誘發(fā)聚集工藝，以使該富硅介電層形成多個激光誘發(fā)聚集硅納米點；及形成第二導(dǎo)電層于該富硅介電層上。
27. 如權(quán)利要求26所述的光感測單元的制造方法，其中在該激光誘發(fā)聚 集工藝中，激光沿任何方向，穿過一層或是多層透明層，傳遞至該富硅介電 層。
28. —種包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)，包括 基底；第一導(dǎo)電層形成于該基底上；及富硅介電層形成于該第一導(dǎo)電層上，其中該富硅介電層包括多個激光誘 發(fā)聚集硅納米點，其中至少部分該激光誘發(fā)聚集硅納米點的直徑大體上為 2~10nm，該激光誘發(fā)聚集硅納米點的密度大體上為lxlO"/cmLlxlO cm2。
29. 如權(quán)利要求28所述的包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)，其中該富硅介電 層為富硅氧化層或富硅氮化層，該富硅氧化層的折射系數(shù)大體上為1.47~2.3,該富硅氮化層的折射系數(shù)約為1.7 2.3。
30. 如權(quán)利要求28所述的包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)，其中該富硅介電 層為富硅氧化層或富硅氮化層，該富硅氧化層的折射系數(shù)大體上為1.47~2.5，該富硅氮化層的折射系數(shù)約為1.7 2.5。
全文摘要
本發(fā)明公開了包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)及其制造方法、太陽能電池及形成其的方法、非易失性存儲器單元及其制造方法、以及光感測單元及其制造方法。在一實施例中，包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)的制造方法包括步驟于基底上形成第一導(dǎo)電層，于第一導(dǎo)電層上形成富硅介電層，至少對富硅介電層進(jìn)行激光退火步驟，使富硅激發(fā)產(chǎn)生聚集，以于富硅介電層中形成多個硅納米管芯。富硅介電層折射系數(shù)大體上為1.47～2.5的富硅氧化層，或折射系數(shù)約為1.7～2.5的富硅氮化層，包括硅納米管芯的多層結(jié)構(gòu)可用于太陽能電池、光偵測器、觸控顯示器、非易失性存儲器元件的儲存節(jié)點或液晶顯示器。
文檔編號H01L21/3105GK101231944SQ20081000855
公開日2008年7月30日 申請日期2008年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月25日
發(fā)明者劉婉懿, 卓恩宗, 孫銘偉, 彭佳添, 趙志偉 申請人:友達(dá)光電股份有限公司