專利名稱：形成多晶硅薄膜的方法及用該方法制造薄膜晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種形成具有改進(jìn)電特性的多晶硅薄膜的方法以及一種使用該方法制造薄膜晶體管的方法。
背景技術(shù)：
普通的液晶顯示器使用非晶硅薄膜晶體管(a-Si TFT)作為開關(guān)元件。近年來，隨著對(duì)高清晰顯示質(zhì)量LCDs的需求，驅(qū)動(dòng)速度快的多晶硅薄膜晶體管(poly-Si TFT)得到了廣泛應(yīng)用。
在poly-Si TFT中，眾所周知有多種形成poly-Si薄膜的方法。在poly-Si的不同類型的形成方法中，poly-Si薄膜可直接形成在諸如玻璃制成的基板上。其次，通過形成非晶硅(a-Si)薄膜并對(duì)其退火可形成poly-Si薄膜。
通常，LCD中使用的玻璃基板在大約600℃下的常規(guī)退火處理過程中可能發(fā)生變形。因此，為了對(duì)a-Si薄膜進(jìn)行退火，已經(jīng)提出了準(zhǔn)分子激光退火(excimer laser annealing，ELA)過程。根據(jù)ELA過程，將具有高能量的激光束照射在a-Si薄膜上。即，a-Si薄膜瞬間熔化幾納秒(nanoseconds)(ns)的時(shí)間，然后再結(jié)晶，而不會(huì)對(duì)玻璃基板造成損壞。
此外，ELA過程提供了具有相對(duì)高電子遷移率的Si薄膜，從而當(dāng)a-Si薄膜熔化成液相然后固化時(shí)，Si原子重新排列，形成具有高結(jié)晶度的晶粒。
在作為傳統(tǒng)液晶顯示器(LCDs)的開關(guān)裝置使用的非晶硅薄膜晶體管(a-Si TFTs)中，非晶硅薄膜通過傳統(tǒng)的準(zhǔn)分子激光退火結(jié)晶成多晶硅薄膜。然而，多晶硅薄膜由具有所有晶面取向，即沒有規(guī)則的晶面取向的晶粒組成。
通常，已經(jīng)知道，多晶硅的{110}或{111}晶面呈現(xiàn)出大約300-400cm2/V·s的電子遷移率，而多晶硅的{100}晶面呈現(xiàn)出大約600cm2/V·s的電子遷移率。舉例來說，當(dāng)多晶硅薄膜具有主要在{100}晶面方向取向的晶粒時(shí)，電子遷移率可以提高大約1.5-2倍。
因此，為了提高多晶硅薄膜晶體管的電特性，需要形成具有選擇性特定晶面取向的晶粒。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種形成具有改進(jìn)電特性的多晶硅薄膜的方法。
本發(fā)明還提供了一種使用形成多晶硅薄膜的方法制造薄膜晶體管的方法。
根據(jù)下面的描述，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種形成多晶硅薄膜的方法。該方法包括形成非晶硅薄膜；通過用具有第一能量密度的激光束照射非晶硅薄膜的一區(qū)域，在該區(qū)域中部分熔化非晶硅薄膜的一部分，從而在部分熔化的非晶硅薄膜區(qū)域中形成具有預(yù)定晶體排列的多晶硅晶粒；以及通過具有高于第一能量密度的第二能量密度的激光束的照射，完全熔化該區(qū)域內(nèi)的多晶硅晶粒的一部分和臨近該區(qū)域的非晶硅薄膜的一部分。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造薄膜晶體管的方法。該方法包括在基板上形成非晶硅薄膜；通過用激光束照射非晶硅薄膜而形成多晶硅薄膜；通過圖案化多晶硅薄膜而形成多晶硅圖案；在多晶硅圖案上形成絕緣膜；在絕緣膜上形成柵電極；以及在多晶硅圖案部分上形成源電極和漏電極，所述源電極和漏電極彼此隔開，并電連接至多晶硅圖案的該部分，其中，形成多晶硅薄膜的步驟包括形成非晶硅薄膜；在一區(qū)域中通過用具有第一能量密度的激光束照射非晶硅薄膜的該區(qū)域，部分熔化非晶硅薄膜的一部分，從而在部分熔化的非晶硅薄膜區(qū)域中形成具有預(yù)定晶體排列的多晶硅晶粒；通過具有高于第一能量密度的第二能量密度的激光束的照射，完全熔化該區(qū)域內(nèi)的多晶硅晶粒的一部分和臨近該區(qū)域的非晶硅薄膜的一部分。


根據(jù)下面參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更顯而易見，附圖中圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的形成多晶硅薄膜的方法中所使用的裝置的側(cè)視圖；圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的形成多晶硅薄膜的方法的平面視圖；圖3是圖1中A部分的放大截面視圖；
圖4A至圖4F是示出了根據(jù)圖2所示方法的多晶硅薄膜生長(zhǎng)過程的截面視圖；圖5是示出了從部分熔化的硅中結(jié)晶出的多晶硅晶粒的{100}織構(gòu)比(texture ratio)相對(duì)于照射到非晶硅上的激光束的脈沖循環(huán)數(shù)的曲線圖；圖6A至圖6D是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的多晶硅薄膜的形成方法中多晶硅薄膜生長(zhǎng)過程的平面示意圖；以及圖7A至圖7D是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制造薄膜晶體管的方法的順次截面視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照示出了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的附圖，更詳細(xì)地描述本發(fā)明。參照下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述以及附圖，可以更容易理解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征及其實(shí)現(xiàn)方法。然而，本發(fā)明可以以多種不同形式來實(shí)施，而并不局限于這里所述的實(shí)施例。當(dāng)然，提供這些實(shí)施例，是為了使本公開全面和完整，能夠向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分轉(zhuǎn)達(dá)本發(fā)明的原理，而且，本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求來限定。整個(gè)說明書中，相同的附圖標(biāo)號(hào)表示相同的元件。
圖1是示出了在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的形成多晶硅薄膜的方法中所使用的裝置的側(cè)視圖。圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的形成多晶硅薄膜的方法的平面視圖，而圖3是圖1中“A”部分的放大截面視圖。
參照?qǐng)D1至圖3，用于形成多晶硅薄膜140的裝置包括激光器10、XY-工作臺(tái)20、和基板100。
這里，激光器10間斷地產(chǎn)生激光束200，該激光束照射到基板100上。優(yōu)選地，激光器10是產(chǎn)生短波長(zhǎng)、高能量和高效率激光束的準(zhǔn)分子激光器。該準(zhǔn)分子激光器可以包括，例如，惰性氣體、惰性氣體的鹵化物、鹵化汞、惰性氣體的酸性化合物、多元素準(zhǔn)分子(multi-element excimer)等。惰性氣體的例子包括Ar2、Kr2、和Xe2。惰性氣體鹵化物的例子包括ArF、ArCl、KrF、KrCl、XeF、以及XeCl。鹵化汞的例子包括HgCl、HgBr、和HgI。惰性氣體酸性化合物的例子包括ArO、KrO、和XeO。多元素準(zhǔn)分子的例子包括Kr2F、和Xe2F。
由準(zhǔn)分子激光器產(chǎn)生的激光束具有200nm至400nm的波長(zhǎng)，優(yōu)選地，是250nm或308nm。也就是說，由于固相a-Si薄膜132用作poly-Si薄膜142晶粒生長(zhǎng)的晶核，因此，poly-Si薄膜142從其任意一側(cè)橫向生長(zhǎng)至激光束200寬度的一半。這里，poly-Si薄膜142橫向生長(zhǎng)長(zhǎng)度達(dá)1μm至10μm，通常為2μm至4μm。
這里，激光束200為脈沖形式。脈沖寬度在20s至300ns范圍內(nèi)，優(yōu)選地，大約是240納秒(ns)。激光束200的頻率在300至6000Hz范圍內(nèi)，優(yōu)選地，在4000至6000Hz。
此外，激光器10可以是能夠在短時(shí)間內(nèi)從微型裝置中產(chǎn)生高能量脈沖激光束的固態(tài)激光器。固態(tài)激光以波長(zhǎng)為694.3nm的紅寶石激光、波長(zhǎng)為1064nm的Nd:YAG激光、波長(zhǎng)為1064nm的Nd:玻璃激光等等為例。為方便描述，以下根據(jù)準(zhǔn)分子激光描述本發(fā)明。
XY-工作臺(tái)20支承基板100，并逐漸移動(dòng)基板100一預(yù)定距離。舉例來說，XY-工作臺(tái)20從右向左逐漸移動(dòng)基板100一預(yù)定距離。
當(dāng)基板100通過XY-工作臺(tái)20逐漸移動(dòng)時(shí)，由激光器10產(chǎn)生的激光束200照射到基板100上，同時(shí)從基板100的第一端102向基板100的第二端104相對(duì)逐漸移動(dòng)。這里，基板100的第一端102指基板100的左側(cè)，而基板100的第二端104指基板100的右側(cè)。反之，XY-工作臺(tái)20也可以從左向右逐移動(dòng)基板100一預(yù)定距離。
基板100設(shè)置在XY-工作臺(tái)20上，并且包括透明基板110、氧化層120、和非晶硅薄膜130。基板100的尺寸可以根據(jù)使用用途而改變。
透明基板110設(shè)置在XY-工作臺(tái)20上，并由玻璃或石英制成使光能夠穿過。氧化層120設(shè)置在透明基板110上，以改善透明基板110與非晶硅薄膜130之間的界面特性。a-Si薄膜130通過化學(xué)氣相沉積(chemical vapor deposition)(CVD)形成在氧化層120上，并由非晶硅制成。
由激光器10產(chǎn)生的激光束200照射到非晶硅薄膜130上，并且瞬間熔化非晶硅薄膜130的一部分。非晶硅薄膜130的熔化部分快速地進(jìn)行固相結(jié)晶，從而形成由多晶硅(p-Si)制成的多晶硅薄膜140。
圖4A至圖4F是示出了根據(jù)圖2所示方法多晶硅薄膜的生長(zhǎng)過程的截面視圖。具體地說，圖4A示出了由于初始激光束照射造成的非晶硅薄膜的部分熔化。圖4B示出了多晶硅的橫向生長(zhǎng)，圖4C示出了在多晶硅橫向生長(zhǎng)長(zhǎng)度的中央突出部146的形成，圖4D示出了由于激光照射造成的突出部146的熔化，圖4E示出了多晶硅的橫向生長(zhǎng)，而圖4F示出了在多晶硅橫向生長(zhǎng)長(zhǎng)度的中央的突出部146的形成。
參照?qǐng)D1和圖4A，首先，準(zhǔn)備其上具有非晶硅薄膜132的基板100和產(chǎn)生激光束200的激光器10?；?00設(shè)置在XY-工作臺(tái)20上，而激光束200具有較窄的寬度和較長(zhǎng)的長(zhǎng)度。優(yōu)選地，激光束200的長(zhǎng)度大體上與基板100一側(cè)的長(zhǎng)度相同，而激光束200的寬度是硅晶粒橫向生長(zhǎng)長(zhǎng)度的兩倍。舉例來說，激光束200的寬度可在2μm至20μm范圍內(nèi)，更優(yōu)選地，在4μm至8μm范圍內(nèi)。
然后，由激光器10產(chǎn)生的激光束200照射到在基板100第一端上形成的非晶硅薄膜132的一部分上。經(jīng)激光束200照射的非晶硅薄膜132的該部分通過熔化相轉(zhuǎn)變(phase-transform)成液相硅134，而沒有經(jīng)激光束200照射的非晶硅薄膜132的其他部分保持為固相非晶硅而不熔化。
這里，由于激光束200的能量密度不足，非晶硅薄膜132的非晶硅沒有完全熔化，所以，固相非晶硅和液相硅同時(shí)存在。固相非晶硅和液相硅同時(shí)存在的區(qū)域稱為“部分熔化區(qū)”。
這里，激光束200具有較低的能量密度，即，大約是300-500mJ/cm2，優(yōu)選地，大約是400mJ/cm2。此外，激光束200為脈沖準(zhǔn)分子，且其寬度在20ns至300ns范圍內(nèi)，優(yōu)選地，大約是240ns。激光束200的頻率在300Hz至6000Hz范圍內(nèi)，優(yōu)選地在4000Hz至6000Hz范圍內(nèi)。
非晶硅甚至可以僅通過激光束200的單脈沖而部分熔化。然而，為了通過減少結(jié)晶硅晶粒的缺陷來提高結(jié)晶度并獲得主要為{100}晶面取向的poly-Si薄膜，用激光束200的80或更多脈沖連續(xù)照射非晶硅薄膜132。其詳細(xì)描述將在后文提供。
參照?qǐng)D4B，液相硅134從液相硅134的兩側(cè)向中部橫向結(jié)晶，從而形成多晶硅142。這里，固相非晶硅薄膜132作為多晶硅142生長(zhǎng)的硅晶粒核心。也就是說，由于固相a-Si薄膜132作為poly-Si薄膜142生長(zhǎng)的晶核，所以poly-Si薄膜142從其任意一側(cè)橫向生長(zhǎng)至激光束200寬度的一半。這里，poly-Si薄膜142橫向生長(zhǎng)長(zhǎng)度達(dá)1μm至10μm，通常為2μm至4μm。
參照?qǐng)D5來評(píng)價(jià)多晶硅142的織構(gòu)特性。圖5是示出了從部分熔化的硅中結(jié)晶出的多晶硅晶粒的{100}織構(gòu)比相對(duì)于照射到非晶硅上的激光束的脈沖循環(huán)數(shù)的曲線圖。如圖5所示，隨著激光束的脈沖循環(huán)數(shù)的增加，{100}織構(gòu)比增加。即，隨著用于形成圖4A和圖4B所示的液相硅134的激光束200的脈沖循環(huán)數(shù)的增加，構(gòu)成多晶硅142的硅晶粒的{100}織構(gòu)比增加。這是由于當(dāng)硅晶粒具有{100}晶面時(shí)，多晶硅142與其下面的氧化層120之間的界面能量減少，這使得在部分熔化區(qū)處主要產(chǎn)生{100}織構(gòu)。
為提高硅晶粒的電子遷移率，優(yōu)選地，{100}織構(gòu)比大約是50％或更多。因此，優(yōu)選地，以激光束200的大約80或更多脈沖照射非晶硅薄膜132。當(dāng)以激光束200的大約150或更多脈沖照射非晶硅薄膜132時(shí)，大約90％或更多的結(jié)晶晶粒具有{100}織構(gòu)。
通常，已知多晶硅薄膜的{110}或{111}晶面呈現(xiàn)出大約300-400cm2/V·s的電子遷移率，而{100}晶面呈現(xiàn)出大約600cm2/V·s的電子遷移率。在這點(diǎn)上，本發(fā)明中，通過具有相對(duì)低能量密度的激光束200的重復(fù)照射可以獲得主要為{100}織構(gòu)的多晶硅142。因此，可以提高電子遷移率，這使得制造具有改進(jìn)電特性的多晶硅薄膜晶體管成為可能。
參照?qǐng)D4C，在多晶硅142橫向生長(zhǎng)長(zhǎng)度的中央形成預(yù)定高度的突出部146。該突出部146是在從液相硅134兩側(cè)延伸的橫向生長(zhǎng)在中部相遇時(shí)產(chǎn)生的，其降低了多晶硅142的電子遷移率。在這點(diǎn)上，優(yōu)選地，在需要高電子遷移率的硅薄膜中就除去突出部146。
參照?qǐng)D4D，在基板從第一端(參照?qǐng)D2的102)向第二端(參照?qǐng)D2的104)移動(dòng)一預(yù)定距離之后，以具有高能量密度的激光束200′照射基板100，以熔化并除去突出部146。即，當(dāng)用激光束200′照射基板100時(shí)，突出部146、多晶硅142的一部分、以及非晶硅薄膜132的一部分完全熔化，以再次形成液相硅134。優(yōu)選地，基板100移動(dòng)的距離使得突出部146可以完全熔化。
也就是說，激光束200′的移動(dòng)距離可以小于液相硅134的橫向生長(zhǎng)長(zhǎng)度，優(yōu)選地，小于激光束200′寬度的一半，更優(yōu)選地，在1μm至10μm范圍內(nèi)。
激光束200′具有高能量密度，因此，能夠完全熔化由激光束200′照射的非晶硅薄膜132的一部分和多晶硅142的一部分。多晶硅142和非晶硅薄膜132完全熔化的區(qū)域稱之為“完全熔化區(qū)”。圖4A中的激光束200和圖4D中的激光束200′除了能量密度不同外大體上相同。也就是說，激光束200′具有高能量密度，即大約是600-900mJ/cm2，優(yōu)選地，大約是800mJ/cm2。激光束200′甚至僅通過單脈沖就能夠完全熔化非晶硅薄膜132。在某些情況下，也可能需要激光束200′的幾個(gè)脈沖照射。
參照?qǐng)D4E，圖4D的液相硅134從液相硅134的兩側(cè)向中部橫向結(jié)晶。在第二次固相結(jié)晶期間，位于液相硅134左側(cè)的多晶硅142吸收液相硅134并向右側(cè)延伸，而位于液相硅134右側(cè)的非晶硅薄膜132向左側(cè)生長(zhǎng)至激光束200′寬度的一半。此時(shí)，從第一次固相結(jié)晶形成的晶核生長(zhǎng)成第二次固相結(jié)晶形成的多晶硅142的左部，多晶硅的左部主要長(zhǎng)成{100}織構(gòu)晶粒。因此，在隨后的繼續(xù)固相結(jié)晶過程中，多晶硅142主要由{100}織構(gòu)晶粒組成。
參照?qǐng)D4F，在多晶硅142橫向生長(zhǎng)長(zhǎng)度的中央再次形成預(yù)定高度的突出部146。當(dāng)再次形成突出部146時(shí)，基板100移動(dòng)預(yù)定的距離，以通過激光束200′熔化突出部146。通過熔化突出部146得到的液相硅(未示出)再次進(jìn)行橫向結(jié)晶。上述熔化和橫向生長(zhǎng)的重復(fù)循環(huán)形成了具有較高電子遷移率的多晶硅薄膜。
圖6A至圖6C是示出了在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的形成多晶硅薄膜的方法中多晶硅薄膜的生長(zhǎng)過程的平面示意圖。具體地說，圖6A是用第一次激光束照射的poly-Si薄膜的平面視圖。圖6B是用第二次激光束照射的poly-Si薄膜的平面視圖，圖6C是用第三次激光束照射的poly-Si薄膜的平面視圖，而圖6D是用激光束照射幾次而完成結(jié)晶之后形成的poly-Si薄膜的平面視圖。
參照?qǐng)D6A，將具有低能量密度的激光束200的第一次照射施加于非晶體硅薄膜的一部分。受激光束200影響的部分非晶薄膜部分熔化，轉(zhuǎn)變成液相硅。該液相硅通過在液相硅兩側(cè)處的固相非晶硅薄膜的橫向生長(zhǎng)進(jìn)行固相結(jié)晶，從而形成多晶硅150。在多晶硅150的橫向生長(zhǎng)期間，液相硅兩側(cè)處的固相非晶硅薄膜作為多晶硅150的多個(gè)硅晶粒148生長(zhǎng)的核心。硅晶粒148生長(zhǎng)并相遇以在硅晶粒148間形成硅晶粒邊界144。
此外，作為硅晶粒148橫向生長(zhǎng)的結(jié)果，在橫向生長(zhǎng)長(zhǎng)度的中央形成預(yù)定高度的突出部146。突出部146沿著對(duì)應(yīng)于激光束200寬度的一半的橫向生長(zhǎng)長(zhǎng)度的中部幾乎形成為一條直線。
參照?qǐng)D6B，在基板(未示出)移動(dòng)預(yù)定距離之后，用激光束200再次照射多晶硅150的一部分和非晶硅薄膜的一部分，但是這次的激光束具有高能量密度。此時(shí)，優(yōu)選地，基板的第一移動(dòng)距離D1等于或小于激光束200短軸方向?qū)挾鹊囊话?，以熔化并除去突出?46。舉例來說，基板的第一移動(dòng)距離在1μm至10μm的范圍內(nèi)。
此外，如果用激光束200過度照射非晶硅薄膜，其可能被激光束200剝落。為防止非晶硅薄膜的脫落，優(yōu)選地，兩相鄰激光照射區(qū)之間的重疊面積為兩個(gè)激光照射區(qū)總面積的90％或更小。
激光束200的第二次照射熔化突出部146、多晶硅150的一部分，以及非晶硅薄膜的一部分，從而再次形成液相硅。通過激光束200第一次照射形成的多晶硅150位于液相硅的一側(cè)，而現(xiàn)有的固相非晶硅薄膜位于液相硅的另一側(cè)。
此時(shí)，多晶硅150的硅晶粒148吸收液相硅并在一個(gè)方向上延伸，而固相非晶硅薄膜吸收液相硅并在另一方向上生長(zhǎng)新的硅晶粒148。作為硅晶粒148橫向生長(zhǎng)的結(jié)果，在橫向生長(zhǎng)長(zhǎng)度的中央形成預(yù)定高度的新突出部146。
參照?qǐng)D6C，基板再次移動(dòng)預(yù)定距離之后，將具有高能量密度的激光束200的第三次照射應(yīng)用于多晶硅150的一部分和非晶體硅薄膜的一部分。此時(shí)，優(yōu)選地，基板的第二移動(dòng)距離D2與基板的第一移動(dòng)距離D1相等，即，基板的第二移動(dòng)距離D2等于或小于激光束200短軸方向?qū)挾鹊囊话?，以熔化并除去新形成的突出?46。
受激光束200第三次照射影響的部分多晶硅150和部分非晶硅薄膜熔化以再次形成液相硅。此時(shí)，液相硅一側(cè)的多晶硅150的硅晶粒148吸收液相硅并在一方向上向遠(yuǎn)處延伸，而液相硅另一側(cè)的固相非晶硅薄膜吸收液相硅并在另一方向上生長(zhǎng)新的硅晶粒148。作為硅晶粒148橫向生長(zhǎng)的結(jié)果，在橫向生長(zhǎng)長(zhǎng)度的中央再次形成預(yù)定高度的新突出部146。
如上所述，通過重復(fù)形成和除去突出部146，硅晶粒148橫向生長(zhǎng)，從而形成具有高電子遷移率的多晶硅150，如圖6D所示。
這樣完成的多晶硅150由多個(gè)硅晶粒148和多個(gè)硅晶粒邊界144組成。硅晶粒148互相平行地生長(zhǎng)。因此，硅晶粒邊界144也互相平行地生長(zhǎng)。所以，多晶硅150從一側(cè)向另一側(cè)呈現(xiàn)出高電子遷移率。
根據(jù)上述實(shí)施例，由于隨著基板移動(dòng)預(yù)定距離用激光束重復(fù)照射非晶硅薄膜，因此，可以形成包括大尺寸硅晶粒的多晶硅薄膜。
以下，參照?qǐng)D7A至圖7D，描述使用參照?qǐng)D1至圖6D所示的形成多晶硅薄膜的方法制造薄膜晶體管的方法。圖7A至圖7D是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造薄膜晶體管的方法的順次截面視圖。具體來說，圖7A示出了在基板上形成poly-Si圖案，圖7B示出了在poly-Si圖案上形成絕緣層和漏電極，圖7C示出了在漏電極上形成絕緣層和接觸孔，以及圖7D示出了通過接觸孔形成源電極和漏電極。為簡(jiǎn)便起見，將省略對(duì)形成多晶硅薄膜方法的描述。
參照?qǐng)D7A，在透明基板310上形成氧化層320，而在氧化層320上形成非晶硅薄膜(未示出)。接著，非晶硅薄膜通過激光束的照射相轉(zhuǎn)變成多晶硅薄膜(未示出)。使用上述方法可以形成多晶硅薄膜。圖案化該多晶硅薄膜以形成多晶硅圖案330。
參照?qǐng)D7B，以絕緣膜340覆蓋多晶硅圖案330以保護(hù)多晶硅圖案330。絕緣膜340可以通過諸如PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)而形成。
然后，在絕緣膜340上形成柵電極G。優(yōu)選地，柵電極G位于多晶硅圖案330的中間部分。例如，柵電極G可以通過在絕緣膜340上沉積金屬材料并蝕刻所沉積的金屬膜而形成。
參照?qǐng)D7C，形成絕緣層350，以覆蓋柵電極G和絕緣膜340。絕緣層350可以通過諸如PECVD而形成，優(yōu)選地，為了確保TFT的優(yōu)良可靠性并防止色度亮度干擾，絕緣層具有不小于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的厚度。例如，絕緣層350的厚度可以為6000或更大。
然后，蝕刻絕緣膜340的一部分和絕緣層350的一部分，以形成接觸孔。接觸孔包括第一接觸孔352，與柵電極G的一側(cè)隔開預(yù)定距離以露出多晶硅圖案330的一部分；以及第二接觸孔354，與柵電極G的另一側(cè)隔開預(yù)定距離以露出多晶硅圖案330的一部分。
參照?qǐng)D7D，通過第一接觸孔352和第二接觸孔354分別形成與多晶硅圖案330電連接的源電極S和漏電極D。此處，源電極S通過第一接觸孔352與poly-Si圖案330電連接，而漏電極D通過第二接觸孔354與poly-Si圖案330電連接。
然后，在絕緣層350上形成覆蓋源電極S和漏電極D的保護(hù)層360，以保護(hù)源電極S和漏電極D。接著，蝕刻絕緣層350的一部分以形成像素接觸孔362。以這種方式在保護(hù)層360上形成透明的像素電極370，使其通過像素接觸孔362與漏電極D電連接。
根據(jù)該實(shí)施例，通過激光束照射形成的多晶硅圖案330呈現(xiàn)出高電子遷移率，這使得制造具有改善電特性的薄膜晶體管成為可能。
圖7A至圖7D所示的實(shí)施例示出了頂端柵極模式薄膜晶體管，但本發(fā)明并不局限于此。本發(fā)明也適用于底部柵極模式薄膜晶體管。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在形成具有改進(jìn)電特性的多晶硅薄膜的方法中，以及在使用根據(jù)本發(fā)明的形成多晶硅薄膜的方法制造薄膜晶體管的方法中，通過具有低能量密度的激光束的第一次照射主要形成{100}織構(gòu)晶粒，并通過具有高能量密度的激光束的隨后照射而生長(zhǎng)，從而形成具有主要為{100}織構(gòu)和較大晶粒尺寸的硅晶粒。因此，可以形成具有諸如改進(jìn)電子遷移率等的改進(jìn)電特性的多晶硅薄膜和包括該多晶硅薄膜的薄膜晶體管。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不違背本發(fā)明原則的前提下，可以對(duì)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行各種更改和變化。因此，本發(fā)明所公開的優(yōu)選實(shí)施例僅用于一般的描述性說明，并不限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種形成多晶硅薄膜的方法，所述方法包括在基板上形成非晶硅薄膜；通過用具有第一能量密度的激光束照射所述非晶硅薄膜的一區(qū)域，在該區(qū)域中部分熔化所述非晶硅薄膜的一部分，從而在部分已熔化非晶硅薄膜的所述區(qū)域中形成具有預(yù)定晶體排列的多晶硅晶粒；通過具有高于所述第一能量密度的第二能量密度的激光束的照射，完全熔化所述區(qū)域內(nèi)所述多晶硅晶粒的一部分和臨近所述區(qū)域的所述非晶硅薄膜的一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述部分熔化中，所述激光束具有300-500mJ/cm2的能量密度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在所述部分熔化中，所述激光束的脈沖寬度大約是20-300ns，并且用80或更多脈沖的激光束照射所述非晶硅薄膜的所述部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述部分熔化中，所述多晶硅晶粒具有{100}織構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述多晶硅晶粒的所述{100}織構(gòu)比大約為50％或更多。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，所述部分熔化是通過80或更多脈沖的激光束完成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述完全熔化中，所述激光束具有600-900mJ/cm2的能量密度。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述完全熔化僅通過單個(gè)脈沖的激光束完成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述多晶硅晶粒通過橫向生長(zhǎng)而形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述多晶硅晶粒經(jīng)歷大約1μm至10μm范圍內(nèi)的橫向生長(zhǎng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激光束為矩形且長(zhǎng)度大于寬度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述激光束的寬度在2μm至20μm范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述基板或所述激光束在所述激光束的寬度方向上移動(dòng)距離不大于所述激光束的所述寬度的一半。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述基板或所述激光束在所述激光束的寬度方向上的所述移動(dòng)距離在1μm至10μm的范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，兩相鄰激光照射區(qū)域之間的重疊面積為所述兩激光照射區(qū)域總面積的90％或更小。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激光束由準(zhǔn)分子激光器產(chǎn)生。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述激光束具有200nm至400nm范圍內(nèi)的波長(zhǎng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述激光束具有300至6000Hz范圍內(nèi)的頻率。
19.一種制造薄膜晶體管的方法，所述方法包括在基板上形成非晶硅薄膜；通過用激光束照射所述非晶硅薄膜而形成多晶硅薄膜；通過圖案化所述多晶硅薄膜而形成多晶硅圖案；在所述多晶硅圖案上形成絕緣膜；在所述絕緣膜上形成柵電極；以及在所述多晶硅圖案的部分上形成源電極和漏電極，所述源電極和漏電極彼此隔開，并電連接至所述多晶硅圖案的所述部分；其中，形成所述多晶硅薄膜的所述步驟包括形成非晶硅薄膜；在一區(qū)域中通過用具有第一能量密度的激光束照射所述非晶硅薄膜的所述區(qū)域，部分熔化所述非晶硅薄膜的一部分，從而在部分已熔化非晶硅薄膜的所述區(qū)域中形成具有預(yù)定晶體排列的多晶硅晶粒；通過具有高于所述第一能量密度的第二能量密度的激光束的照射，完全熔化所述區(qū)域內(nèi)所述多晶硅顆粒的一部分和鄰近所述區(qū)域的所述非晶硅薄膜的一部分。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，在所述部分熔化中，所述激光束具有300-500mJ/cm2的能量密度。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，在所述部分熔化中，所述激光束的脈沖寬度大約是20-300ns，并且用80或更多脈沖的激光束照射所述非晶硅薄膜的所述部分。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，在所述部分熔化中，所述多晶硅晶粒具有{100}織構(gòu)，并且所述多晶硅晶粒的{100}織構(gòu)比大約為50％或更多。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，在所述完全熔化中，所述激光束具有600-900mJ/cm2的能量密度。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述完全熔化僅通過單個(gè)脈沖激光束來完成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種形成具有改進(jìn)電特性的多晶硅薄膜的方法，以及一種使用該形成多晶硅薄膜的方法制造薄膜晶體管的方法。該方法包括在基板上形成非晶硅薄膜；通過用具有低能量密度的激光束照射非晶硅薄膜的一部分，部分熔化非晶硅薄膜的一部分；通過非晶硅薄膜的部分熔化的部分結(jié)晶，形成具有預(yù)定晶體排列的多晶硅晶粒；在重復(fù)移動(dòng)基板預(yù)定距離的同時(shí)，通過具有高能量密度的激光束的照射，完全熔化多晶硅晶粒的一部分和非晶硅薄膜的一部分；以及通過完全熔化的硅以預(yù)定晶體排列均勻結(jié)晶，使多晶硅晶粒生長(zhǎng)。
文檔編號(hào)H01L21/268GK1917146SQ20061010385
公開日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2006年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月19日
發(fā)明者金東范, 鄭世鎮(zhèn) 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社