專利名稱：薄膜晶體管的多晶硅層及其顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多晶硅層及具有該多晶硅層的器件，尤其涉及一種薄膜晶體管 (TFT)的多晶硅層及具有該多晶硅層的器件。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管(TFT)的有源溝道區(qū)通常由多晶硅材料制成，因而包括有晶界。在晶 界中，存在諸如懸空鍵(dangling bond)和變形鍵(strained bond)的缺陷，且這些缺陷作 為電荷載流子的陷井。因此，諸如晶粒尺寸、晶粒尺寸均勻度、晶粒數(shù)量、晶界位置和晶界傾角的參數(shù)影 響TFT的特性，諸如閾值電壓、亞閾值斜率(sub-threshold slope)、電荷載流子遷移率、漏 電流和器件穩(wěn)定性等。尤其是，晶界傾角影響TFT特性的一致性。對(duì)TFT的性能有不利影響的晶界被稱作主晶界(primary boundary)。存在于有源 溝道區(qū)上的主晶界的數(shù)量取決于晶粒尺寸和晶界傾角“ θ ”以及有源溝道區(qū)的大小(即長 度L和寬度W)，如圖1所示。假設(shè)可在具有給定溝道長度的有源溝道區(qū)上存在的主晶界的最大數(shù)量為“Nmax”， 則在具有同樣溝道長度的任意有源溝道區(qū)上存在的主晶界的數(shù)量可以是“Nmax”或 “Nmax-1”。參照?qǐng)D2A和2B，圖2A的TFT具有兩個(gè)主晶界，且圖2B的TFT具有三個(gè)主晶界。在顯示器中，隨著具有同樣數(shù)量主晶界的TFT變得更占優(yōu)勢，可以獲得具有良好 TFT性能一致性的顯示器。然而，當(dāng)具有Nmax個(gè)主晶界的TFT和具有“Nmax-1”個(gè)主晶界的 TFT在數(shù)量上相等時(shí)，則顯示器具有最差的TFT性能一致性。同時(shí)，具有大的硅晶粒的有源溝道區(qū)可利用順序橫向凝固(sequential lateral solidification) (SLS)技術(shù)形成。采用這種有源溝道區(qū)制造的TFT呈現(xiàn)出與利用單晶硅制 造的TFT的性能相似的性能。然而，顯示器包括上百萬個(gè)像素。液晶顯示器(IXD)在每個(gè)像素上包括一個(gè)TFT， 且有機(jī)電致發(fā)光(EL)顯示器在每個(gè)像素上包括至少兩個(gè)TFT。因此，不可能制造上百萬個(gè) 在有源溝道區(qū)上存在的主晶界數(shù)量上和晶粒生長方向上均相等的TFT。國際專利申請(qǐng)W097/45827公開了一種使用SLS技術(shù)形成具有大的硅晶粒的有源 溝道區(qū)的技術(shù)。利用PECVD技術(shù)、LPCVD技術(shù)或?yàn)R射技術(shù)沉積非晶硅層。之后，非晶硅層的 整個(gè)部分或選定部分利用SLS技術(shù)晶化，如圖3A和:3B所示。在非晶硅層的整個(gè)部分或選定部分的晶化過程中，激光束或臺(tái)階(stage)可以上 升或下降、或偏移。因此，在激光束掃描的各區(qū)域之間發(fā)生未對(duì)準(zhǔn)，導(dǎo)致TFT與TFT之間有 源溝道區(qū)中主晶界數(shù)量的不同。雖然在晶化過程中未在整個(gè)面板上發(fā)生非對(duì)準(zhǔn)誤差，但是根據(jù)面板上TFT的位置和大小，TFT與TFT之間主晶界的數(shù)量總是不同，除非TFT的位置和 大小被設(shè)計(jì)來控制主晶界的數(shù)量和位置，這使得TFT的設(shè)計(jì)和制造工藝均變復(fù)雜。于是，包 括在各TFT的有源溝道區(qū)中的主晶界的數(shù)量可以彼此不同，導(dǎo)致TFT性能的低劣的一致性。美國專利6，177，391公開了一種制造TFT的方法，其中，TFT的具有大的硅晶粒的 有源溝道區(qū)利用SLS技術(shù)形成。當(dāng)溝道方向平行于晶粒生長方向時(shí)，如圖4A所示，晶界對(duì) 電荷載流子方向的阻擋作用最小，因此，TFT可以具有與單晶硅相似的特性。然而，當(dāng)溝道 方向垂直于晶粒生長方向時(shí)，如圖4B所示，晶界用作電荷載流子的陷井，因此，TFT的特性 大大降低。實(shí)際上，可以制造其溝道方向垂直于晶粒生長方向的TFT。此時(shí)，通過將溝道方向 相對(duì)于晶粒生長方向的角度傾斜30°至60°，TFT的特性一致性可以提高，而不會(huì)大幅降 低TFT的性能。然而，此方法不能從有源溝道區(qū)將主晶界完全去除，因此TFT特性因主晶界 的數(shù)量不同導(dǎo)致的非均勻性依然存在。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種多晶硅層，其可提供具有均勻特性的薄膜晶體管。本發(fā)明的另一目的是提供一種具有均勻特性的顯示器。本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)將在以下的說明中部分闡明，且將由該說明而清晰，或 者可從本發(fā)明的實(shí)施中得到啟示。本發(fā)明的前述和其它目的通過提供一種包括有源溝道區(qū)的薄膜晶體管(TFT)的 多晶硅層實(shí)現(xiàn)，其中，最大數(shù)量的主晶界存在于有源溝道區(qū)上的幾率不為0.5，該幾率由以 下等式獲得
「 n D —(iVmax-l)GsP =------ ’
Gs其中，D = L · cos θ +W · sin θ，L為有源溝道區(qū)的溝道長度，W為有源溝道區(qū)的寬 度，Nmax為有源溝道區(qū)上存在的主晶界的最大數(shù)目，(is為晶粒尺寸，而θ為主晶界的傾角， 該傾角為主晶界與源電極和漏電極之間的假想法線形成的角。本發(fā)明還提供一種器件，包括具有多晶硅層的薄膜晶體管，其中，所述多晶硅層 包括有源溝道區(qū)，其中，最大數(shù)量的主晶界存在于有源溝道區(qū)上的幾率P不為0. 5，該幾率P 由以下等式獲得
Γ π n D-(Nmax-I) GsP =----—— ，
Gs其中，D = L · cos θ +W · sin θ，L為有源溝道區(qū)的溝道長度，W為有源溝道區(qū)的寬 度，Nmax為有源溝道區(qū)上存在的主晶界的最大數(shù)目，(is為晶粒尺寸，而θ為主晶界的傾角， 該傾角為主晶界與源電極和漏電極之間的假想法線形成的角。本發(fā)明的前述和其它目的還可通過提供包括有源溝道區(qū)的薄膜晶體管(TFT)的 一種多晶硅層實(shí)現(xiàn)，其中，有源溝道區(qū)的長度為晶粒尺寸的整數(shù)倍。本發(fā)明的前述和其它目的還可通過提供包括有源溝道區(qū)的薄膜晶體管(TFT)的 一種多晶硅層實(shí)現(xiàn)，其中，最大數(shù)目的主晶界存在于有源溝道區(qū)上的幾率定義成一距去“最大數(shù)目-1”個(gè)主晶界占據(jù)的距離。本發(fā)明的前述和其它目的還通過提供一種具有一種薄膜晶體管的器件而實(shí)現(xiàn)，該 薄膜晶體管包括根據(jù)本發(fā)明的一種多晶硅層的多晶硅層。


通過參照附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行的以下說明，本發(fā)明的這些和其它目的和優(yōu)點(diǎn)將變得 清晰且更易于理解，圖中圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中，存在于有源溝道區(qū)上的主晶界數(shù)量取決于晶粒大小和晶界 傾角、以及有源溝道區(qū)的尺寸；圖2A和2B示出現(xiàn)有技術(shù)的具有不同主晶界數(shù)目的TFT ；圖3A和;3B示出現(xiàn)有技術(shù)的TFT，其具有包括由SLS技術(shù)形成的大硅晶粒的有源溝 道；圖4A至4C是橫截面視圖，示出現(xiàn)有技術(shù)的TFT的有源溝道區(qū)；圖5A至5C示出了橫截面視圖，該視圖說明了根據(jù)本發(fā)明的TFT的有源溝道區(qū)，該 區(qū)具有傾斜的主晶界；圖6A和6B是說明本發(fā)明獲得最大數(shù)量或最大數(shù)量_1的傾斜主晶界存在于有源 區(qū)上的幾率的等式的視圖；圖7A至8B是一系列視圖，說明本發(fā)明獲得最大數(shù)量或最大數(shù)量_1的主晶界存在 于有源區(qū)上的幾率的等式；以及圖9A至IlB是一系列視圖，說明通過某參數(shù)值獲得幾率的示例。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的實(shí)施例，該實(shí)施例的示例示于附圖中，其中，相同的附圖 標(biāo)記表示相同的元件。以下描述實(shí)施例以參照

本發(fā)明。為了確定諸如硅晶粒大小、主晶界傾斜角和有源溝道區(qū)尺寸的參數(shù)的優(yōu)選條件， 為了制造性能一致的薄膜晶體管(TFT)，將Nmax主晶界存在于有源溝道區(qū)上的幾率P歸納 為晶粒大小、晶界傾角和有源溝道區(qū)尺寸的函數(shù)。參照?qǐng)D5A至5C，由主晶界與源電極和漏電極之間的假想法線NN形成的角“ θ，， 在-45°和45°之間。即，“-45°彡θ彡45° ”成立。參照?qǐng)D6Α和6Β，假設(shè)有源溝道區(qū)的長度和寬度為L和W，兩條假想線之間的距離 為D，該假想線自有源溝道區(qū)的兩個(gè)尖角點(diǎn)延伸、平行于主晶界、且垂直于次晶界(second grain boundary)。因此，以下等式成立D = (L+x) Xcos θ，其中，“X”為 “WXtan θ ”。"D = (L+ff · tan θ ) Xcos θ = L · cos θ+W · tan θ · cos θ ” 成立。因?yàn)?"tan θ . cos θ，，為 “sin θ ”，所以 ‘‘D” 為 ‘‘L · cos θ +ff · sin θ ”。因此，距離D可以定義為長度L、寬度W和傾角θ的函數(shù)。假設(shè)晶?？v向長度為(is。有源溝道區(qū)上存在的主晶界的最大數(shù)量Nmax可以如下 定義
Nmax = ξ (D/Gs)。此處，函數(shù)ξ可以如下定義ξ (χ)為彡χ的數(shù)中的最小整數(shù)，其中，“X”為任意數(shù)。例如，當(dāng)“X” 為 “2” 時(shí)，"Nmax"為 “2” ；當(dāng) χ 為 “2. 3” 時(shí)，"Nmax"為 “3”。同時(shí)，Nmax主晶界存在于有源溝道區(qū)上的幾率P可如下定義
權(quán)利要求
1.一種具有多個(gè)TFT的顯示器，包括具有多晶硅層的TFT，且該多晶硅層帶有有源溝道區(qū)，該有源溝道區(qū)具有與其相關(guān)的至 少一個(gè)主晶界，使得遍及顯示器中，帶相同數(shù)量有源溝道區(qū)的主晶界相比于顯示器的其它 多個(gè)TFT占據(jù)支配地位；其中，TFT通過調(diào)整晶粒尺寸、晶界傾角和有源溝道區(qū)尺寸等參數(shù)來制造。
2.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中，顯示器中具有相同數(shù)量晶界的主晶界的百分比 大于75%。
3.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中，晶界的最大數(shù)目為1到10中的一個(gè)。
4.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中，晶粒尺寸大于0.2 μ m。
5.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中，晶粒數(shù)為2或更大。
全文摘要
本發(fā)明提供一種薄膜晶體管(TFT)的多晶硅層，包括有源溝道區(qū)，其中，有源溝道區(qū)的長度為晶粒尺寸的整數(shù)倍。本發(fā)明還提供一種具有多個(gè)TFT的顯示器，包括具有多晶硅層的TFT，且該多晶硅層帶有有源溝道區(qū)，該有源溝道區(qū)具有與其相關(guān)的至少一個(gè)主晶界，使得遍及顯示器中，帶相同數(shù)量有源溝道區(qū)的主晶界相比于顯示器的其它多個(gè)TFT占據(jù)支配地位；其中，TFT通過調(diào)整晶粒尺寸、晶界傾角和有源溝道區(qū)尺寸等參數(shù)來制造。
文檔編號(hào)G02F1/1368GK102142463SQ20101061791
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2002年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月27日
發(fā)明者李基隆 申請(qǐng)人:三星移動(dòng)顯示器株式會(huì)社