專利名稱：利用多晶硅的薄膜晶體管制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多晶硅薄膜晶體管的制造方法。
背景技術(shù)：
通常，液晶顯示器(“LCD”)包括具有電極的兩個面板，以及置于兩個面板之間的液晶層。將兩個面板彼此間通過印刷在面板邊緣周圍的密封劑進(jìn)行密封，同時用隔板將兩個面板相互分開。
該液晶顯示器是利用電極向置于在兩面板之間的具有介電各相異性的液晶層施加電場，通過調(diào)節(jié)該電場強度以控制光透射比，從而顯示圖像的裝置。薄膜晶體管(“TFTs”)用于控制傳送到電極的信號。
在液晶顯示器上使用最普通的薄膜晶體管是將非晶硅作為半導(dǎo)體層使用。
這種非晶硅薄膜晶體管具有約0.5-1cm2/Vsec的遷移率，可以作為液晶顯示器開關(guān)元件使用。然而，由于薄膜晶體管具有低的遷移率，因而不適于在液晶面板上直接形成驅(qū)動電路。
為了克服這類問題，已經(jīng)開發(fā)了將電流遷移率約為20-150cm2/Vsec的多晶硅作為半導(dǎo)體層使用的多晶硅薄膜晶體管液晶顯示器。因為多晶硅薄膜晶體管具有較高的電流遷移率，所以可以實現(xiàn)在液晶面板內(nèi)設(shè)置驅(qū)動電路的將芯片固定在玻璃上(Chip InGlass)的技術(shù)。
形成多晶硅薄膜的技術(shù)有以下幾種在基片上高溫下直接沉積多晶硅的方法；沉積非晶硅并用約600℃高溫進(jìn)行結(jié)晶的固體結(jié)晶方法；沉積非晶硅且利用激光束等進(jìn)行熱處理的方法。然而，這些方法需要高溫工序，所以對于在液晶面板的玻璃基片上適用它比較困難。此外，由于非均勻的晶界(grain boundaries)，使薄膜晶體管之間電特性的均勻性變差。
為了解決這種弊端，開發(fā)出人為能夠控制晶界分布的連續(xù)橫向結(jié)晶工序(sequential lateral solidification process)。這是利用了多晶硅晶粒在照射激光的液相區(qū)域和未照射激光的固相區(qū)域邊界中對其邊界面垂直方向生長的事實。為此，激光束利用具有狹縫圖案的掩膜完全溶化局部的非晶硅，以在非晶硅層上形成狹縫形態(tài)的液相區(qū)域。接著，液體非晶硅冷卻結(jié)晶，結(jié)晶從未照射激光的固相區(qū)域邊界沿著其邊界面垂直方向生長。若晶粒在液相區(qū)域中央相互碰面，就停止生長。若向晶粒生長方向移動掩膜狹縫的同時反復(fù)進(jìn)行該工序，則可以在全區(qū)域中進(jìn)行連續(xù)橫向結(jié)晶。
然而，在通過連續(xù)橫向結(jié)晶方式結(jié)晶的多晶硅層晶粒邊界面上形成突起部。因此，在多晶硅層的上表面涂布感光層時，產(chǎn)生感光層不能完全涂布的現(xiàn)象。為了解決這種問題實施了有機清洗或利用HF的清洗，但不能完全除去突起部，因而效果并不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以有效除去多晶硅工序中形成的突起部的、利用多晶硅的薄膜晶體管制造方法。
為了實現(xiàn)該目的，在將非晶硅結(jié)晶成多晶硅后，用等離子干蝕刻對多晶硅表面進(jìn)行平坦化處理。
更詳細(xì)地說，首先，利用橫向結(jié)晶工序通過用激光束照射非晶硅薄膜結(jié)晶非晶硅薄膜以形成多晶硅薄膜。接著，用等離子干蝕刻工序?qū)Χ嗑Ч璞∧け砻孢M(jìn)行平坦化處理。然后，通過對多晶硅薄膜制作布線圖案形成半導(dǎo)體層。接著，形成覆蓋半導(dǎo)體層的柵極絕緣層，在半導(dǎo)體層對面的柵極絕緣層上形成柵極。通過向半導(dǎo)體層注入雜質(zhì)，以柵極為中心，在兩側(cè)形成源極和漏極區(qū)域，接著，分別形成與源極區(qū)域和漏極區(qū)域電連接的源極和漏極。
優(yōu)選地，在漏極和像素電極之間形成由SiNx、SiOC、SiOF、或有機絕緣材料組成的鈍化層。
優(yōu)選地，等離子干蝕刻利用包括按2.5-3.5∶0.5-1.5∶1.5-2.5比例混合的Cl2、SF6、和Ar混合氣體。該等離子干蝕刻在等于或小于5mT壓力下進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，橫向結(jié)晶工序利用具有限定激光束的透射區(qū)域的多個狹縫圖案的掩膜，而狹縫圖案在至少兩個區(qū)域沿著第一方向和與第一方向垂直的第二方向排列，以致多晶硅層的晶粒沿著至少兩個方向生長。在至少兩個區(qū)域中沿著第一方向及第二方向排列的各狹縫圖案相互錯開布置。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，橫向結(jié)晶工序利用具有限定激光束的透射區(qū)域的多個狹縫圖案的掩膜，而狹縫圖案的寬度依次沿著一方向減小或增加。優(yōu)選地，該掩膜包括具有狹縫圖案的至少兩個區(qū)域，且在各自區(qū)域的狹縫圖案具有相同的寬度。優(yōu)選地，在這些區(qū)域中沿著該方向排列的多個狹縫圖案位于同一中心線上。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的多晶硅薄膜晶體管的截面圖；圖2A至圖2F是根據(jù)本發(fā)明實施例的多晶硅薄膜晶體管制造方法按工序示出的多晶硅薄膜晶體管的截面圖；圖3A是通過橫向結(jié)晶工序形成的多晶硅薄膜表面的照片；圖3B是根據(jù)本發(fā)明實施例在進(jìn)行等離子干蝕刻后的多晶硅薄膜表面的照片；以及圖4及圖5示出了用于根據(jù)本發(fā)明實施例的多晶硅薄膜晶體管制造工序中使用的掩膜結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
為了使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，現(xiàn)參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例，但是本發(fā)明可表現(xiàn)為不同形式，它不局限于在此說明的實施例。
本發(fā)明實施例中局部地照射準(zhǔn)分子激光束，完全溶解非晶硅形成液相區(qū)域，冷卻進(jìn)行結(jié)晶化工序。這時，在結(jié)晶化工序中為了除去在晶界之間界面形成的突出部或結(jié)晶生長相碰面的部分上形成的突起部，實施等離子工序。對該方法將參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。
首先，參照圖1說明根據(jù)本發(fā)明實施例的多晶硅薄膜晶體管結(jié)構(gòu)。
圖1是利用根據(jù)本發(fā)明實施例的多晶硅薄膜晶體管的截面圖。
如圖1所示，在絕緣基片10上形成具有通道區(qū)域21和以通道區(qū)域為中心分別在兩側(cè)形成源極區(qū)域22和漏極區(qū)域23的由多晶硅組成的半導(dǎo)體層20。在這里，源極區(qū)域22和漏極區(qū)域23摻雜n型或p型雜質(zhì)，也可以包含硅化物層。
在基片10上形成覆蓋半導(dǎo)體20層的由氧化硅或氮化硅組成的柵極絕緣層30，在通道區(qū)域21上的柵極絕緣層30上形成柵極40。在柵極絕緣層30上可以另外設(shè)置與柵極40連接的柵極線(未示出)。
在柵極絕緣層30上形成覆蓋柵極40的層間絕緣層50，在柵極絕緣層30和層間絕緣層50具有露出半導(dǎo)體層20的源極區(qū)域22和漏極區(qū)域23的接觸孔52、53。
在層間絕緣層50上形成通過接觸孔52與源極區(qū)域22連接的源極62和以柵極40為中心與源極62面對并通過接觸孔53與漏極區(qū)域23連接的漏極63。這時，在層間絕緣層50上可以另外設(shè)置與源極62連接的數(shù)據(jù)線(未示出)。
在層間絕緣層50上形成由氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiO2)、SiOC、SiOF、或有機絕緣材料組成的鈍化層70，而在鈍化層70上形成像素電極80。像素電極80通過鈍化層70接觸孔72與漏極63連接。
在這種薄膜晶體管中，在基片10和半導(dǎo)體層20之間可以設(shè)置緩沖層。
下面，參照圖1及圖2A至圖2F說明根據(jù)本發(fā)明實施例的多晶硅薄膜晶體管制造方法。
圖2A至圖2F是按工序的根據(jù)本發(fā)明實施例的多晶硅薄膜晶體管制造方法截面圖。
如圖2A所示，通過橫向結(jié)晶工序在基片10上形成多晶硅薄膜25。即，在基片10上通過低壓化學(xué)汽相沉積(“CVD”)、等離子化學(xué)汽相沉積、或濺射方法沉積非晶硅薄膜后，向非晶硅薄膜照射準(zhǔn)分子激光束，將非晶硅融化成液態(tài)，而且將液態(tài)非晶硅進(jìn)行冷卻以生長晶粒。這時，優(yōu)選地，為了使薄膜晶體管電流遷移率最大，形成的多晶硅晶粒應(yīng)達(dá)到所需要的大小。為此，優(yōu)選地，在橫向結(jié)晶工序中透過激光的狹縫圖案在各區(qū)域中應(yīng)具有相同寬度，對于多個區(qū)域沿特定方向，狹縫圖案的寬度遞增或遞減。而且，優(yōu)選地，當(dāng)形成薄膜晶體管時，為了使其對多個方向具有相同電流遷移率，掩膜在每個區(qū)域中狹縫圖案以相同方向排列，在不同區(qū)域狹縫圖案以不同方向排列。對此，隨后將參照圖進(jìn)行具體說明。
如圖2B所示，利用氧(O2)、氫(H2)、或氦(He)或以2.5-3.5∶0.5-1.5∶1.5-2.5比例混合的Cl2、SF6、Ar氣體等離子工序?qū)嵤└晌g刻，除去多晶硅薄膜25表面突出的突出部，對多晶硅薄膜25表面進(jìn)行平坦化處理。對此隨后將通過實施例進(jìn)行具體說明。像這樣，通過等離子工序干蝕刻均勻地平坦化處理多晶硅薄膜25表面，從而可以在后續(xù)的光學(xué)蝕刻工序中全面涂布感光層。
如圖2C所示，向多晶硅薄膜25上涂布感光層后，用有效掩膜的光學(xué)蝕刻工序形成感光層圖案，然后用蝕刻掩膜對多晶硅薄膜25制作布線圖案，形成半導(dǎo)體層20。接著，沉積氧化硅或氮化硅形成柵極絕緣層30，然后沉積柵極布線用導(dǎo)電性材料，然后用掩膜蝕刻工序制作布線圖案，在半導(dǎo)體層20的通道區(qū)域21上形成柵極40。通過向半導(dǎo)體層20注入n型或p型雜質(zhì)的離子注入和活化，以通道區(qū)域21為中心在兩側(cè)形成源極和漏極區(qū)域22、23。
如圖2D所示，在柵極絕緣層30上形成覆蓋柵極40的層間絕緣層50，然后與柵極絕緣層30一起制作布線圖案，形成露出源極和漏極區(qū)域22、23的接觸孔52、53。
如圖2E所示，在絕緣基片10上沉積數(shù)據(jù)布線用金屬，并制作布線圖案，通過接觸孔52、53形成分別與源極區(qū)域22和漏極區(qū)域23連接的源極和漏極62和63。
如圖2F所示，在絕緣基片10上沉積絕緣材料以形成鈍化層70，制作布線圖案，形成露出漏極63的接觸孔72。
參照圖1，在鈍化層70上沉積諸如ITO(氧化銦錫)或IZO(氧化鋅錫)這樣的透明導(dǎo)電材料或反射性導(dǎo)電材料，并制作布線圖案以形成像素電極80。
如上所述，通過本發(fā)明實施例對多晶硅薄膜進(jìn)行等離子干蝕刻的結(jié)果進(jìn)行說明。
實施例在本發(fā)明實施例中，以3∶2∶1的比例混合了Cl2、SF6、和Ar氣體，用等離子工序進(jìn)行干蝕刻。
圖3A是通過橫向結(jié)晶工序形成的多晶硅薄膜表面的照片。圖3B是根據(jù)本發(fā)明實施例的用等離子工序進(jìn)行干蝕刻的多晶硅薄膜的照片。
如圖3A所示，通過橫向結(jié)晶工序形成后，多晶硅薄膜表面顯得很不均勻。然而，如圖3B所示，用等離子工序進(jìn)行干蝕刻后，在干蝕刻工序中除去了突起部，多晶硅表面顯得很平坦。
下面，具體說明如上所述的本發(fā)明實施例中，在橫向結(jié)晶工序中使用的掩膜結(jié)構(gòu)。
圖4及圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的薄膜晶體管制造工序中使用的掩膜結(jié)構(gòu)。
如圖4所示，用于根據(jù)本發(fā)明實施例的薄膜晶體管工序中使用的多晶硅掩膜具有多個狹縫區(qū)域101-104。在每個狹縫區(qū)域101-104中，沿著橫向延伸的多個狹縫圖案11-14沿著縱向排列且具有相同的寬度。在狹縫區(qū)域101-104上排列的狹縫圖案11-14的寬度越往橫向前進(jìn)，形成狹縫區(qū)域101狹縫圖案11寬度d的倍數(shù)遞增的寬度。在這里，橫向排列的狹縫圖案11-14的中心線位于同一線上，在每個狹縫區(qū)域101-104上布置的各狹縫圖案11-14以8*d(d的8倍)間距排列。在這里，使狹縫圖案11-14寬度遞增的方式布置了狹縫區(qū)域101-104，但也可以相反布置，也可以將橫向排列的狹縫區(qū)域101-104縱向布置。當(dāng)然，減少或增加狹縫區(qū)域，以最大狹縫圖案的4d以上或以下形成。隨著這種條件，在各狹縫區(qū)域101-104上形成的狹縫圖案11-14之間的間距也有變化。
如圖5所示，用于根據(jù)本發(fā)明另一實施例的薄膜晶體管工序中使用的多晶硅掩膜具有第一至第四狹縫區(qū)域101-104，即，縱向狹縫區(qū)域101和102及橫向狹縫區(qū)域103和104。多個縱向形成的狹縫圖案11和12排列在縱向狹縫區(qū)域101、102，同時多個橫向形成的狹縫圖案13和14排列在橫向狹縫區(qū)域103、104。第一狹縫區(qū)域101的狹縫圖案11和第二狹縫區(qū)域102的狹縫圖案12使其錯開相當(dāng)于狹縫圖案11、12之間距離布置。第三狹縫區(qū)域103的狹縫圖案13和第四狹縫區(qū)域104的狹縫圖案14也使其錯開相當(dāng)于它們之間距離布置。
若將這種根據(jù)本發(fā)明實施例的掩膜以d/4距離移動的同時照射激光，進(jìn)行連續(xù)橫向結(jié)晶工序，因縱向狹縫區(qū)域101、102的狹縫圖案11、12相互錯開布置，所以晶粒沿著橫向生長兩次。而且，縱向狹縫區(qū)域103、104的狹縫圖案13、14也相互錯開布置，晶粒沿著縱向也生長兩次。結(jié)果，相對于橫向及縱向晶粒可以具有各向同性尺寸。
因此，利用這類掩膜將非晶硅多結(jié)晶為多晶硅，以沿著不同方向生長晶粒。由于包括通過該方法制成的多晶硅的半導(dǎo)體層的薄膜晶體管可以在縱向和橫向具有各向同性電流遷移率，因此在液晶顯示器上沿著不同方向排列的多個薄膜晶體管可以具有均勻性。
根據(jù)本發(fā)明，將非晶硅層結(jié)晶成多晶硅層，并且通過等離子干刻蝕將多晶硅進(jìn)行平坦化處理以提高該多晶硅層的平坦度，從而能夠使感光層均勻以進(jìn)行均勻涂布。結(jié)果，可以提高薄膜晶體管及包括該薄膜晶體管的液晶顯示裝置的性能。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管制造方法，包括以下步驟利用橫向結(jié)晶工序通過用激光束照射非晶硅薄膜結(jié)晶所述非晶硅薄膜以形成多晶硅薄膜；用等離子干蝕刻工序?qū)λ龆嗑Ч璞∧け砻孢M(jìn)行平坦化處理；通過對所述多晶硅薄膜制作布線圖案形成半導(dǎo)體層；形成覆蓋所述半導(dǎo)體層的柵極絕緣層；在所述半導(dǎo)體層對面的所述柵極絕緣層上形成柵極；通過向所述半導(dǎo)體層注入雜質(zhì)，以所述柵極為中心，在兩側(cè)形成源極和漏極區(qū)域；以及分別形成與所述源極區(qū)域和所述漏極區(qū)域電連接的源極和漏極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟形成與所述漏極連接的像素電極；以及在所述漏極和所述像素電極之間形成由SiNx、SiOC、SiOF、或有機絕緣材料組成的鈍化層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述等離子干蝕刻利用氧、氫、或氦。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述等離子干蝕刻利用包括按2.5-3.5∶0.5-1.5∶1.5-2.5比例混合的Cl2、SF6、和Ar混合氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述等離子干蝕刻在等于或小于5mT壓力下進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述橫向結(jié)晶工序利用具有限定所述激光束的透射區(qū)域的多個狹縫圖案的掩膜，而所述狹縫圖案在至少兩個區(qū)域沿著第一方向和與所述第一方向垂直的第二方向排列，以致所述多晶硅層的晶粒沿著至少兩個方向生長。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在所述至少兩個區(qū)域中沿著所述第一方向及所述第二方向排列的各所述狹縫圖案相互錯開布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述狹縫圖案沿著所述第一方向排列時所述區(qū)域的數(shù)目為兩個，且當(dāng)所述狹縫圖案沿著所述第二方向排列時所述區(qū)域的數(shù)目為兩個。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，沿著所述第一方向及所述第二方向排列的所述狹縫圖案以所述狹縫圖案之間距離錯開布置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述橫向結(jié)晶工序利用具有限定所述激光束的透射區(qū)域的多個所述狹縫圖案的掩膜，而所述狹縫圖案的寬度依次沿著一方向減小或增加。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述掩膜包括具有所述狹縫圖案的至少兩個區(qū)域，而在各自區(qū)域的所述狹縫圖案具有相同的寬度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在所述區(qū)域中沿著所述方向排列的所述多個狹縫圖案位于同一中心線上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在相應(yīng)的所述區(qū)域中的所述狹縫圖案的寬度與所述狹縫圖案的最小寬度具有倍數(shù)關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明提供一種薄膜晶體管制造方法。在絕緣基片上形成非晶硅薄膜，并且通過橫向結(jié)晶工序進(jìn)行結(jié)晶，同時用激光照射非晶硅薄膜以形成多晶硅薄膜。接著，利用包含按3∶1∶2比例混合的Cl
文檔編號H01L21/208GK1639872SQ02825279
公開日2005年7月13日 申請日期2002年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月17日
發(fā)明者宋溱鎬, 崔埈厚, 崔凡洛, 姜明求, 姜淑映 申請人:三星電子株式會社