專利名稱：用于lcd板和oeld板的存儲電容器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用在液晶顯示器(LCD)板或有機電致發(fā)光顯示器(OELD)板的像素區(qū)中的存儲電容器的結(jié)構(gòu)和制造方法。特別是，本發(fā)明涉及在LCD或OELD的薄膜晶體管(TFT)的像素區(qū)中采用金屬誘發(fā)橫向結(jié)晶(MILC)來同時形成結(jié)晶硅像素晶體管和存儲電容器的技術(shù)。
背景技術(shù)：
圖1示意性地表示用于LCD的TFT板10，其包括像素區(qū)11和位于像素區(qū)周邊的驅(qū)動電路區(qū)12。在形成在襯底上的TFT的非晶硅層通過MILC結(jié)晶時，硅層的電子遷移率大大增加。采用結(jié)晶硅層，包括像素晶體管和存儲電容器的多個像素陣列可以形成在像素區(qū)11中。同時，驅(qū)動電路元件可形成在驅(qū)動電路區(qū)12中。對于多晶硅TFT LCD，廣泛使用混合驅(qū)動方法。在混合驅(qū)動型LCD板中，通過采用分離的集成電路提供某些模擬電路如OP放大器和DA轉(zhuǎn)換器，這些模擬電路難以用多晶硅制造，并且在襯底上直接形成開關(guān)元件如多路轉(zhuǎn)換器。
圖2是形成在圖1中所示的LCD TFT板10的像素區(qū)中的像素單元的等效電路圖。每個單元像素包括數(shù)據(jù)總線(Vd)；選通總線(gate busline)(Vg)；包括連接到選通總線的柵極、分別連接到數(shù)據(jù)總線和像素電極的源極和漏極的像素TFT；用于維持施加于像素TFT 22的信號的狀態(tài)的存儲電容器(Cst)22；和與存儲電容器并聯(lián)連接的液晶(CLC)。存儲電容器和液晶連接到公共電極(VCOM)24。在由選通總線信號選擇一個單元像素和由數(shù)據(jù)總線信號施加電壓時，連接到像素晶體管21的漏極的存儲電容器22儲存電荷并維持施加于液晶的電壓，直到施加下一信號為止。在沒有存儲電容器的情況下，不可能把由像素晶體管施加的驅(qū)動電壓保持到下一個信號周期。因此不能進(jìn)行連續(xù)顯示。
OELD板具有包括表面玻璃的電容器結(jié)構(gòu)，其中表面玻璃包括透明玻璃和透明電極；用作陰極的金屬電極；和置于透明電極和金屬電極之間的有機發(fā)光層。在電極之間施加電壓時，有機發(fā)光層透過表面玻璃發(fā)射光。包括TFT LCD板的LCD板具有幾個限制，如低響應(yīng)速度、窄視角和由于背光單元而造成的高功耗。由于OELD板是自發(fā)光器件，因此具有高響應(yīng)速度、高亮度、低外形結(jié)構(gòu)和低功耗的優(yōu)點。
圖3是OELD TFT板30的示意圖，其包括像素區(qū)31和形成在像素區(qū)周邊上的驅(qū)動電路區(qū)32。在TFT的硅有源層通過MILC結(jié)晶時，有源層的電子遷移率增加了。這樣，采用MILC結(jié)晶技術(shù)，在像素區(qū)31中形成包括尋址晶體管、存儲電容器和像素驅(qū)動晶體管的多個像素陣列時，可以在驅(qū)動電路區(qū)中同時形成高操作速度的多個驅(qū)動電路元件。作為LCD板的情況下，驅(qū)動OELD TFT板通常采用混合驅(qū)動方法。
圖4A是在電壓驅(qū)動型OELD TFT板30的像素區(qū)中形成的單元像素的等效電路圖。每個單元像素包括數(shù)據(jù)總線(Vd)；選通總線(Vg)；和包括連接到選通總線的柵極以及連接到數(shù)據(jù)總線的源極和漏極的尋址(開關(guān))TFT。尋址TFT 41的漏極連接到像素驅(qū)動TFT 43的柵極，用于接收參考電壓(Vdd)和向有機發(fā)光材料層提供驅(qū)動電壓(Vc)。用于保持施加于像素驅(qū)動TFT的柵極的信號的存儲電容器42也并聯(lián)連接到像素驅(qū)動TFT 43。由于TFT LCD不是自發(fā)光型器件，因此在單元像素中只采用一個像素TFT，以便向像素電極提供電壓。然而，在OELD中，數(shù)據(jù)信號可能不提供用于誘發(fā)有機材料發(fā)光所需要的電壓。這樣，必須采用分開的像素驅(qū)動TFT 43，用于接收尋址TFT 41的輸出信號作為選通信號。
圖4B表示電流驅(qū)動型OELD TFT板30的像素區(qū)中的單元像素的等效電路圖的例子。電流驅(qū)動型OELD TFT板的單元像素包括兩個尋址TFT 44和45、兩個像素驅(qū)動TFT 47和48以及一個存儲電容器46。第一尋址TFT44由第一選通總線(Vg1)的信號導(dǎo)通以接收數(shù)據(jù)總線(Vd)的信號。第二尋址TFT 45由第一選通總線(Vg2)的信號導(dǎo)通并向一對像素驅(qū)動TFT 47和48的柵極以及存儲電容器46提供第一尋址TFT 44的輸出信號。在第一尋址TFT 44和第二尋址TFT 45導(dǎo)通之后在存儲電容器46上積累電荷時，在存儲電容器中產(chǎn)生的電荷施加于第一和第二像素驅(qū)動TFT 47和48的柵極上，以使像素驅(qū)動TFT導(dǎo)通。即使在第二尋址TFT截止時也保持由存儲電容器施加的電壓。因此，像素驅(qū)動TFT47和48的導(dǎo)通狀態(tài)保持到下一信號周期，并且它們繼續(xù)向單元像素提供驅(qū)動電流。
如從圖2、4A和4B所看到的那樣，LCD TFT板或OELD板用的存儲電容器連接到LCD像素TFT或OELD尋址TFT(用于電流驅(qū)動型的第二尋址TFT)的漏極。圖5A和5B是LCD像素TFT或OELD尋址TFT的平面圖和剖面圖，其包括連接到與TFT同時形成的存儲電容器并由MILC結(jié)晶的多晶硅有源層。圖5A和5B表示在左手邊的薄膜晶體管和在右手邊的電容器結(jié)構(gòu)。該TFT用作LCD板中的像素TFT和用作OELD板的單元像素中的尋址TFT。該TFT可用作圖4B中所示的電流驅(qū)動型OELD板中的第二尋址TFT 45。在圖5A和5B中，TFT的漏極直接連接到電容器的硅層。然而，在LCD或OELD的實際像素布局中，它們可以不是互相物理連接的。它們可以通過布線互相電連接。
在透明襯底上，形成緩沖層52，以便防止雜質(zhì)擴散。在緩沖層上，對非晶硅層53進(jìn)行構(gòu)圖并在被構(gòu)圖的硅層上形成柵極絕緣層54和電容器介質(zhì)層55。之后，在柵極絕緣層和介質(zhì)層上分別形成柵極層56和電容器電極57。這樣，在左邊形成了TFT結(jié)構(gòu)，其包括非晶硅層53、柵極絕緣層54、和柵極56，并且該TFT可用作LCD板用的像素TFT或OELD板用的尋址TFT。在該TFT的右邊，形成存儲電容器，其包括連接到TFT的漏極的非晶硅層53、介質(zhì)層55和電容器電極57。如上所述形成TFT和存儲電容器之后，用柵極絕緣層54、柵極56、介質(zhì)層55和電容器電極作掩模，利用低能高濃度摻雜工藝和高能低濃度摻雜工藝將N型或P型摻雜劑注入到硅層中。然后，在溝道區(qū)周圍的用柵極絕緣層覆蓋的區(qū)域中的TFT的硅層中形成輕摻雜區(qū)58如LDD(輕摻雜漏)區(qū)。形成在TFT中的LDD區(qū)具有減小TFT的截止電流和提高TFT的其它電特性的效果。輕摻雜區(qū)59還可形成在介質(zhì)層55下面的一部分電容器區(qū)域中。然而輕摻雜區(qū)59不影響電容器的性能。在柵極絕緣層54的兩邊的非晶硅區(qū)60、60’中摻雜高濃度雜質(zhì)，以便形成TFT的源區(qū)60和漏區(qū)60’。
下面將介紹借助MILC進(jìn)行的如圖5A和5B中所示使非晶硅層結(jié)晶的工藝。用于LCD或OELD的多晶硅TFT板通常是采用固相結(jié)晶(SPC)、激光器結(jié)晶、快速熱退火(RTA)等方法通過使非晶硅層結(jié)晶制造的。然而，這些方法很容易對襯底產(chǎn)生損傷并且不能提供晶體質(zhì)量的滿意均勻性。這些限制造成制造多晶硅TFT板的困難。為克服常規(guī)硅結(jié)晶方法的上述缺點，已經(jīng)提出了通過接觸或注入金屬如鎳、金和鋁在約200℃的低溫下誘發(fā)非晶硅層的結(jié)晶的方法。用金屬誘發(fā)非晶硅的低溫結(jié)晶的這種現(xiàn)象通常稱為金屬誘發(fā)結(jié)晶(MIC)。然而，這種金屬誘發(fā)結(jié)晶(MIC)方法還具有以下缺點如果用MIC法制造TFT，則用于誘發(fā)硅結(jié)晶的金屬成分保留在提供TFT的有源層的結(jié)晶硅中。留在有源層中的金屬成分導(dǎo)致TFT的溝道區(qū)中產(chǎn)生的電流泄漏。
近年來，提出了通過采用金屬在橫向誘發(fā)非晶硅結(jié)晶以使硅層結(jié)晶的方法，該方法通常稱為“金屬誘發(fā)橫向結(jié)晶”(MILC)。(見S.W.Lee和S.K.Joo，IEEE Electron Device Letter，17(4)，第160頁，1996年)。在金屬誘發(fā)橫向結(jié)晶(MILC)現(xiàn)象中，金屬不直接造成硅的結(jié)晶，而是由金屬和硅之間的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的硅化物誘發(fā)硅的結(jié)晶。隨著結(jié)晶的進(jìn)行，硅化物在硅的橫向蔓延，誘發(fā)相鄰硅區(qū)的連續(xù)結(jié)晶。作為導(dǎo)致這種MILC的金屬，鎳和鈀等是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。通過MILC使硅層結(jié)晶時，隨著硅層的結(jié)晶的繼續(xù)進(jìn)行，含有結(jié)晶誘發(fā)金屬的硅化物沿著橫向移動。因而，由MILC結(jié)晶的硅層中幾乎沒有留下金屬成分。因此，結(jié)晶硅層不會不利地影響包括該硅層的TFT的電流泄漏或其它特性。此外，采用MILC，可在300-500℃的相對低溫下誘發(fā)硅的結(jié)晶。這樣，在不對襯底產(chǎn)生任何損傷的情況下一次可在爐子中對多個襯底進(jìn)行結(jié)晶。
圖6表示采用濺射法在襯底整個表面上形成由用于誘發(fā)非晶硅MILC的金屬如Ni、Pd構(gòu)成的金屬層61的狀態(tài)。用于誘發(fā)MILC的金屬使在直接接觸金屬的區(qū)域中的硅層由MIC結(jié)晶。沒有被用于誘發(fā)MILC的金屬覆蓋的硅層的其它區(qū)域，如柵極絕緣層54和介質(zhì)層55下面的區(qū)域，通過從由MIC結(jié)晶的區(qū)域擴散的MILC結(jié)晶。淀積在柵極絕緣層54、柵極56、介質(zhì)層57和電容器電極57上的用于誘發(fā)MILC的金屬不影響非晶硅層的結(jié)晶，這是因為它不與絕緣材料或金屬發(fā)生反應(yīng)。
對被用于誘發(fā)MILC的金屬覆蓋的襯底在300-600℃范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行熱處理。被用于誘發(fā)MILC的金屬直接覆蓋的部分非晶硅層通過MIC結(jié)晶，未被用于誘發(fā)MILC的金屬覆蓋的非晶硅層的其余部分通過從被用于誘發(fā)MILC的金屬覆蓋的部分傳播的MILC結(jié)晶。圖6中的箭頭表示MILC傳播的方向。通常，對應(yīng)于柵極寬度的溝道寬度“a”約為10μm，存儲電容器的介質(zhì)層的寬度約為15-30μm。如圖6所示，TFT的溝道區(qū)通過從溝道區(qū)的兩邊傳播的MILC結(jié)晶，并且電容器區(qū)域中的非晶硅層通過在一個方向傳播的即來自TFT的漏極的MILC結(jié)晶。因此，TFT溝道區(qū)可在MILC在非晶硅中傳播5μm的時間內(nèi)結(jié)晶。同時，要求MILC在非晶硅中傳播15-30μm的時間內(nèi)使電容器區(qū)域內(nèi)的非晶硅層結(jié)晶。由MILC結(jié)晶的電容器區(qū)域中的硅層構(gòu)成從介質(zhì)層55的兩邊面對電容器電極57的導(dǎo)電層。如果在電容器區(qū)域中的非晶硅層的整個區(qū)域被結(jié)晶之前結(jié)束由MILC進(jìn)行的結(jié)晶，則導(dǎo)電層的面積變得比設(shè)計面積更小。則存儲電容器不可能具有所希望的電容。如果電容器區(qū)中的非晶硅層通過在一個方向傳播的MILC結(jié)晶，則MILC工藝必須繼續(xù)進(jìn)行，直到MILC的結(jié)晶前部完全穿過電容器區(qū)域的整個寬度為止。結(jié)晶工藝的長持續(xù)時間降低了TFT制造的生產(chǎn)率并增加了對襯底造成熱損傷的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是解決上述這些問題，特別是，提供一種存儲電容器結(jié)構(gòu)及其制造方法，其中本發(fā)明可與LCD像素TFT或OELD尋址TFT同時形成存儲電容器，并且可以減少存儲電容器的硅層的結(jié)晶所需要的時間。
根據(jù)本發(fā)明的一個方案，提供一種用于TFT LCD板的結(jié)晶硅TFT板，其包括具有多個單元像素區(qū)的透明襯底；形成在每個單元像素區(qū)中并包括依次形成在襯底上的結(jié)晶硅有源層、柵極絕緣層和柵極的像素晶體管；和形成在每個單元像素區(qū)中并包括依次形成在襯底上的結(jié)晶硅層、介質(zhì)層和電容器電極的存儲電容器。像素晶體管和存儲電容器的結(jié)晶硅層是通過淀積非晶硅層、在非晶硅層的至少一部分上涂覆用于誘發(fā)MILC的金屬和進(jìn)行熱處理而同時形成的；所述存儲電容器的結(jié)晶硅層至少在兩個方向從介質(zhì)層的外邊界向外延伸；并且用于誘發(fā)MILC的金屬被涂覆在從介質(zhì)層的外邊界延伸的部分硅層上。
本發(fā)明在不引入任何附加工藝的情況下可在單元像素區(qū)中形成像素晶體管的工藝期間制造存儲電容器。通過沿著介質(zhì)層的邊界涂覆用于誘發(fā)MILC的金屬，本發(fā)明可減少存儲電容器的硅層的結(jié)晶所需要的時間。本發(fā)明的技術(shù)還可適用于OELD板的結(jié)晶TFT板的制造。


下面參照附圖介紹本發(fā)明的實施例，其中圖1表示LCD板用的TFT板的示意布局。
圖2是LCD板用的TFT板的單元像素的等效電路圖。
圖3表示OELD板用的TFT板的示意布局。
圖4A是用于電壓驅(qū)動型OELD板的TFT板的單元像素的等效電路圖。
圖4B是用于電流驅(qū)動型OELD板的TFT板的單元像素的等效電路圖。
圖5A和5B是根據(jù)常規(guī)技術(shù)在單元像素區(qū)中形成的TFT和存儲電容器的平面圖和剖面圖。
圖6表示TFT的硅層和電容器的硅層通過MIC和MILC結(jié)晶的狀態(tài)。
圖7A-7L表示在LCD或OELD板用的單元像素區(qū)中形成存儲電容器的工藝。
圖8A-8D表示可應(yīng)用本發(fā)明的電容器的結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
下面參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖7A表示形成在襯底70上用以防止污染物擴散的緩沖層71。襯底70可由透明絕緣材料如Corning1737玻璃、石英玻璃、氧化硅等構(gòu)成。該緩沖層是通過采用汽相淀積法如PECVD(等離子體增強化學(xué)汽相淀積)、LPCVD(低壓化學(xué)汽相淀積)、APCVD(大氣壓力化學(xué)汽相淀積)、ECR-CVD(電子回旋共振CVD)等在約600℃或更低的溫度下淀積厚度為300-10000埃、更優(yōu)選為500-3000埃的氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(SiOxNy)或其混合材料形成的。
如圖7B所示，在緩沖層71上形成非晶硅(a-Si∶H)層72，以便提供TFT的有源層和存儲電容器的導(dǎo)電層?？赏ㄟ^采用PECVD、LPCVD或濺射等方法進(jìn)行厚度為100-3000埃、更優(yōu)選為500-1000埃的非晶硅的汽相淀積以形成非晶硅層72。采用光刻膠掩模通過干刻蝕對非晶硅層33進(jìn)行構(gòu)圖以具有對應(yīng)于TFT的有源層和存儲電容器的導(dǎo)電層的形狀。
圖7B之后的附圖表示在LCD板或OELD板的單元像素區(qū)中將存儲層電容器與LCD板的像素TFT或OELD板的尋址TFT同時形成的工藝。在形成LCD或OELD板的像素元件時，可在驅(qū)動電路區(qū)中形成驅(qū)動電路元件。然而，省略了驅(qū)動電路元件的說明。為了制造OELD板用的TFT板，必須在單元像素區(qū)中形成附加像素驅(qū)動TFT。像素驅(qū)動TFT的結(jié)構(gòu)與尋址TFT的結(jié)構(gòu)相同，并且可用與尋址TFT相同的工藝制造。因此，省略了關(guān)于OELD板的像素驅(qū)動TFT的結(jié)構(gòu)和制造方法的詳細(xì)說明。除非特別說明，應(yīng)該理解尋址TFT和像素驅(qū)動TFT是采用相同方法同時形成在OELD板的單元像素區(qū)中的，以便具有相同結(jié)構(gòu)。
將單元像素區(qū)中的非晶硅構(gòu)圖成預(yù)定形狀的硅島之后，在硅島上形成將用于提供TFT的柵極絕緣層和存儲電容器的介質(zhì)層的絕緣層73，如圖7C所示。然后，在其上形成導(dǎo)電層74以提供TFT的柵極和電容器電極。可通過采用PECVD、LPCVD、APCVD、和ECR-CVD等汽相淀積法進(jìn)行厚度為300-3000埃、更優(yōu)選為500-1000埃的氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(SiOxNy)或其混合材料的汽相淀積以形成絕緣層73。可通過采用濺射、蒸發(fā)、PECVD、LPCVD、APCVD和ECR-CVD等方法在絕緣層73上淀積厚度為1000-8000埃、更優(yōu)選為2000-4000埃的導(dǎo)電材料如金屬材料、摻雜多晶硅等材料來形成導(dǎo)電層74。
圖7D和7E表示在導(dǎo)電層74上形成光刻膠圖形75并采用光刻膠圖形作掩模通過濕刻蝕或干刻蝕對柵極76和電容器電極77進(jìn)行構(gòu)圖的工藝。在圖7E的實施例中，柵極76和電容器電極77是相對于光刻膠掩模過刻蝕的以便產(chǎn)生底切結(jié)構(gòu)(undercut structure)。為了在TFT的溝道區(qū)周圍形成LDD區(qū)和金屬偏離區(qū)(metal offset region)，如下所述，相對于光刻膠掩模對柵極76進(jìn)行過刻蝕。在圖7E中，形成在電容器電極77上的光刻膠圖形77從電容器區(qū)域中的非晶硅層72的外邊界向內(nèi)偏離距離“d”。這樣，當(dāng)采用光刻膠圖形作掩模對電容器介質(zhì)層進(jìn)行構(gòu)圖時，非晶硅層從該介質(zhì)層向外延伸距離“d”。在所示實施例中，TFT區(qū)中和電容器區(qū)域中的硅層互相物理連接。然而，在實際像素陣列中，該硅層可物理斷開并通過布線等電連接。由于連接方式的這種改變對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的的，因此省略了其進(jìn)一步的說明。
圖7F表示采用被構(gòu)圖的光刻膠作掩模對絕緣層進(jìn)行各向異性刻蝕以形成柵極絕緣層78和電容器介質(zhì)層79的狀態(tài)。如上所述，由于相對于光刻膠對柵極絕緣層進(jìn)行過刻蝕，柵極絕緣層78和電容器介質(zhì)層79的寬度分別大于柵極76和電容器電極77的寬度。然后，通過常規(guī)方法如移去(lift-off)法除去柵極和電容器電極上的光刻膠，以便得到TFT和存儲電容器的組合結(jié)構(gòu)。在用于LCD板或OELD板的TFT板的像素區(qū)中形成的存儲電容器通常具有0.1-0.5pF范圍內(nèi)的電容。為提供所希望的電容，通過淀積厚度為300-3000埃、更優(yōu)選為500-1000埃的氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(SiOxNy)或其混合材料形成該介質(zhì)層。還可以調(diào)整該介質(zhì)層的面積以獲得所希望的電容。
圖7H是表示圖7G中所示的TFT和存儲電容器的布局的平面圖。將圖7H與圖5A相比，該TFT具有相同的結(jié)構(gòu)。然而，電容器區(qū)域互相不同。在圖7H中，非晶硅層延伸到電容器介質(zhì)層的外邊界以外。電容器結(jié)構(gòu)上的不同是由于用作形成電容器介質(zhì)層的掩模的光刻膠從電容器區(qū)域中的非晶硅層的外邊界向內(nèi)偏離距離“d”造成的?？蛇m當(dāng)調(diào)整距離“d”以便誘發(fā)介質(zhì)層下面的非晶硅層的MILC。距離“d”的優(yōu)選范圍為0.1-10μm。在這個實施例中，硅層從介質(zhì)層的所有外邊緣向外延伸。然而，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，硅層可以形成為從介質(zhì)層的某些邊緣向外延伸。
圖7I表示用柵極76和電容器電極77用掩膜，用雜質(zhì)摻雜晶體管和電容器的工藝。在制造NMOS(N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體)TFT時，采用離子簇射摻雜法、離子注入法或其它離子注入法，用摻雜劑如PH3、P和As以1E14-1E22/cm3(優(yōu)選1E15-1E21/cm3)的劑量、10-200KeV(優(yōu)選30-100KeV)的能級摻雜硅層。在制造PMOS(P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體)時，用摻雜劑如B2H6、B和BH3以1E13-1E22/cm3(優(yōu)選1E14-1E21/cm3)的劑量、20-70KeV的能級摻雜硅層。由于用相對低的能量注入雜質(zhì)，因此高濃度雜質(zhì)不能穿透柵極絕緣層和電容器介質(zhì)層。這樣，雜質(zhì)只注入到未被絕緣層或介質(zhì)層覆蓋的硅層中，由此形成TFT的源區(qū)和漏區(qū)。
低能高濃度摻雜之后進(jìn)行高能低濃度摻雜。采用離子簇射摻雜法、離子注入法或其它離子注入法，用如PH3、P和As等摻雜劑以1E11-1E20/cm3的劑量、在20-100KeV的能級摻雜硅層，由此制造NMOS(N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體)TFT。在制造PMOS(P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體)TFT時，用劑量為1E11-1E20/cm3的摻雜劑如B2H6、B和BH3以20-100KeV的能級摻雜硅層。由于以高能注入雜質(zhì)，雜質(zhì)可穿透柵極。因此，在與被柵極絕緣層覆蓋的溝道區(qū)相鄰的區(qū)域中的非晶硅層中形成輕摻雜區(qū)。為有效地抑制像素晶體管的截止電流和穩(wěn)定其電特性，希望輕摻雜區(qū)的雜質(zhì)濃度低于1E19/cm3，輕摻雜區(qū)的寬度在1000-20000埃范圍內(nèi)，并優(yōu)選在5000-10000埃范圍內(nèi)。在上述說明中，首先進(jìn)行低能高濃度摻雜，然后進(jìn)行高能低濃度摻雜。然而，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，摻雜工藝的順序可以顛倒。
如圖7J所示，形成用于誘發(fā)MILC的金屬81，用于使TFT區(qū)和電容器區(qū)域中的非晶硅層結(jié)晶。Ni或Pd優(yōu)選用作用于誘發(fā)非晶硅的MILC的金屬。其它金屬如Ti、Ag、Au、Al、Sn、Sb、Cu、Co、Cr、Mo、Tr、Ru、Rh、Cd、Pt也可用于該目的。在本例中，Ni用作用于誘發(fā)MILC的金屬。用于誘發(fā)MILC的金屬可借助濺射、蒸發(fā)、PECVD或離子注入淀積在硅層上。在這些方法中，最常用的是濺射法。金屬層的厚度可在誘發(fā)非晶硅層的MILC所要求的范圍內(nèi)選擇。優(yōu)選，金屬層厚度約為1-10000埃，更優(yōu)選為10-200埃。
如圖7J所示，在溝道區(qū)周圍的部分中形成金屬偏離區(qū)82。形成金屬偏離區(qū)是因為該區(qū)域被柵極絕緣層覆蓋，因而金屬不直接涂覆于硅層。在溝道區(qū)周圍不形成金屬偏離區(qū)的情況下，用于誘發(fā)MILC的金屬可滲透到溝道區(qū)中，由此產(chǎn)生電流泄漏和降低TFT的操作特性。在本實施例中，被構(gòu)圖成具有比柵極寬的寬度的柵極絕緣層用于形成輕摻雜區(qū)和金屬偏離區(qū)。然而，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，金屬偏離區(qū)可采用一個分離掩模形成。因此，輕摻雜區(qū)和金屬偏離區(qū)不必是互相相同的?？稍诓糠纸饘倨x區(qū)中形成輕摻雜區(qū)。由于根據(jù)本發(fā)明TFT和存儲電容器是同時形成的，因此輕摻雜區(qū)和金屬偏離區(qū)還可以形成在電容器的硅層中。然而，這些都基本上不影響電容器的性能。在上述說明中，雜質(zhì)摻雜是在涂覆用于誘發(fā)MILC的金屬之前進(jìn)行的，然而在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以在雜質(zhì)摻雜之前涂覆MILC金屬。
涂覆用于誘發(fā)MILC的金屬之后，進(jìn)行熱處理工藝，使晶體管區(qū)域和電容器區(qū)域中的非晶硅層結(jié)晶，如圖7K所示?？刹捎媚苁狗蔷Ч柽M(jìn)行MILC的任何方法來進(jìn)行熱處理。例如，可采用RTA(快速熱退火)或ELC(準(zhǔn)分子激光器結(jié)晶)法。RTA法采用加熱燈如鹵鎢燈或氙電弧燈在700-800℃的溫度范圍內(nèi)對襯底加熱幾秒鐘或幾分鐘。ELC法采用準(zhǔn)分子激光器在非常高的溫度下對襯底加熱極短的時間。在本發(fā)明中，可采用在溫度為400-600℃的爐中對襯底加熱0.1-50小時、優(yōu)選0.5-20小時的爐退火法。爐退火的優(yōu)點是可防止襯底變形或損壞，因為加熱溫度低于玻璃襯底的變形溫度。此外，爐退火可一次處理多個襯底。這樣，爐退火或具有比其它方法更高的生產(chǎn)率。在熱處理期間，用用于誘發(fā)MILC的金屬直接覆蓋的部分非晶硅層通過MIC結(jié)晶，未涂敷用于誘發(fā)MILC的金屬的其它部分通過從由MIC結(jié)晶的部分傳播的MILC結(jié)晶。由于用于通過MILC結(jié)晶非晶硅的退火條件與將摻雜劑注入到硅有源層中的激勵條件相同，因此有源層的結(jié)晶和激勵可同時進(jìn)行。
在熱處理期間，晶體管的源區(qū)和漏區(qū)通過由直接涂覆于該區(qū)域上的Ni產(chǎn)生的MIC結(jié)晶。晶體管的輕摻雜區(qū)和溝道區(qū)通過相對于源區(qū)和漏區(qū)的兩個方向傳播的MILC結(jié)晶。同時，電容器區(qū)域中的硅層通過由涂覆于部分硅層的Ni導(dǎo)致的MILC結(jié)晶，其中所述部分硅層從電容器介質(zhì)層的外邊界向外延伸。通過互相比較圖6和圖7K可以清楚理解本發(fā)明的創(chuàng)造性的特征。根據(jù)常規(guī)技術(shù)，寬度“d”為15-30μm的電容器區(qū)域中的硅層通過只在一個方向傳播的MILC結(jié)晶，如圖6所示。因此，與通過從溝道區(qū)兩邊傳播的MILC使寬度“a”約為10μm的溝道區(qū)結(jié)晶所需要的時間相比，上述結(jié)晶需要更長的時間。根據(jù)本發(fā)明，電容器區(qū)域中的硅層通過從形成在電容器區(qū)域兩邊上形成的Ni傳播的MILC結(jié)晶。這樣，使電容器區(qū)中的硅層結(jié)晶所需要的時間可以減少到小于采用常規(guī)方法時所需要的時間的一半。根據(jù)本發(fā)明，施加Ni之后，TFT的溝道區(qū)和電容器區(qū)域中的硅層同時結(jié)晶。由于結(jié)晶硅的電子遷移率比非晶硅的電子遷移率高，因此可以提高TFT的操作速度。同時，該結(jié)晶硅層可以用作存儲電容器的電極。完成的存儲電容器具有如下結(jié)構(gòu)由與柵極絕緣層相同的材料制成的介質(zhì)層置于多晶硅層和由與柵極相同的材料制成的電容器電極之間。
使像素區(qū)和驅(qū)動電路區(qū)中的晶體管的有源層結(jié)晶之后，如圖7L所示形成中間絕緣層83?？赏ㄟ^采用PECVD、LPCVD、APCVD、ECR-CVD、或濺射淀積厚度為1000-15000埃、更優(yōu)選為3000-7000埃的氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(SiOxNy)或其混合材料形成該中間絕緣層。圖7L示出了用光刻膠圖形作掩?？涛g中間層以形成接觸孔并且通過接觸孔形成接觸電極84的狀態(tài)。接觸電極是通過淀積厚度為500-10000埃、更優(yōu)選3000-7000埃的導(dǎo)電材料如金屬或摻雜多晶硅并通過干刻蝕或濕刻蝕構(gòu)圖成所希望的形狀而形成的。
在接觸電極上面，形成絕緣層。用于LCD板的TFT板通過形成像素電極而完成。用于OELD板的TFT板通過形成用作陰極的金屬電極和用作陽極的ITO透明電極而完成。由于電極形成工藝在本領(lǐng)域中是公知的，因此不再詳細(xì)說明。
在圖7H中，示出了其中硅層延伸到電容器介質(zhì)層的外邊界之外以便用于誘發(fā)MILC的金屬可沿著介質(zhì)層的側(cè)邊緣涂覆于硅層的電容器結(jié)構(gòu)的例子。然而，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，介質(zhì)層和圍繞介質(zhì)層的硅層的形狀可以用各種方式替換。例如，圖8A示出了硅層81在介質(zhì)層的兩個相對邊緣延伸到電容器介質(zhì)層82之外的結(jié)構(gòu)。在介質(zhì)層的寬度小于它沿著柵極縱向的長度時，這種結(jié)構(gòu)在減少結(jié)晶時間上具有與圖7H中所示結(jié)構(gòu)相同的效果。如圖8B所示，硅層可延伸到介質(zhì)層的三個外邊緣之外。這種結(jié)構(gòu)也具有與上述說明的結(jié)構(gòu)相同的效果。圖8C表示電容器介質(zhì)層的一邊凹成∏形狀的情況。在這種結(jié)構(gòu)中，要通過MILC結(jié)晶的硅層的實際寬度及其相應(yīng)的結(jié)晶時間減少了。任選地，電容器介質(zhì)層可以從兩邊凹陷?；蛘?，如圖8D所示，介質(zhì)層82具有細(xì)長形狀。這種結(jié)構(gòu)對減少硅層的結(jié)晶時間也有效。
雖然前面已經(jīng)參照本發(fā)明的優(yōu)選實施例介紹了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于這些實施例，以本發(fā)明的技術(shù)特征為基礎(chǔ)的各種修改和改變應(yīng)該落入在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以對本發(fā)明做各種修改和改變。
本發(fā)明具有采用MILC技術(shù)在用于LCD或OELD板的TFT的像素區(qū)中同時形成結(jié)晶硅TFT和存儲電容器的有利效果。通過MILC結(jié)晶的硅層同時提供TFT的有源層和存儲電容器的電極。通過調(diào)整電容器介質(zhì)層和圍繞介質(zhì)層的硅層的形狀，可以大大減少使電容器區(qū)域中的硅層結(jié)晶所需要的時間。
權(quán)利要求
1.一種用于TFT LCD板的結(jié)晶硅TFT板，包括包括多個單元像素區(qū)的透明襯底；形成在每個單元像素區(qū)中的像素晶體管，其包括依次形成在襯底上的結(jié)晶硅有源層、柵極絕緣層和柵極；和形成在每個單元像素區(qū)中的存儲電容器，其包括依次形成在襯底上的結(jié)晶硅層、介質(zhì)層和電容器電極，其中通過淀積非晶硅層、在至少一部分非晶硅層上涂覆用于誘發(fā)MILC的金屬以及進(jìn)行熱處理，同時形成所述像素晶體管和所述存儲電容器的結(jié)晶硅層；并且所述存儲電容器的結(jié)晶硅層在至少兩個方向從介質(zhì)層的外邊界向外延伸；并且用于誘發(fā)MILC的金屬被涂覆在從介質(zhì)層的外邊界延伸的部分硅層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)晶硅TFT板，其中所述存儲電容器的介質(zhì)層具有矩形形狀，并且介質(zhì)層下面的硅層從介質(zhì)層的至少兩個邊緣向外延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的結(jié)晶硅TFT板，其中所述存儲電容器的介質(zhì)層的一邊或兩個相對邊形成凹陷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)晶硅TFT板，其中所述結(jié)晶硅層從介質(zhì)層的外邊界延伸的距離為0.1-10μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)晶硅TFT板，其中所述介質(zhì)層的厚度為300-3000埃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)晶硅TFT板，其中所述像素晶體管的結(jié)晶硅層和所述電容器的結(jié)晶硅層互相連接；所述像素晶體管的柵極絕緣層和所述存儲電容器的介質(zhì)層是采用相同材料同時形成的；所述像素晶體管的柵極和所述存儲電容器的電容器電極是采用相同材料同時形成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)晶硅TFT板，其中用于誘發(fā)MILC的金屬選自包括Ni、Pd、Ti、Ag、Au、Al、Sn、Sb、Cu、Co、Cr、Mo、Tr、Ru、Rh、Cd和Pt的組；并且采用濺射、蒸發(fā)或CVD將用于誘發(fā)MILC的金屬涂覆厚度為1-200埃；熱處理是在400-600℃溫度的爐中進(jìn)行0.1-50小時。
8.一種用于OELD板的結(jié)晶硅TFT板，包括包括多個單元像素區(qū)的透明襯底；形成在每個單元像素區(qū)中的至少兩個薄膜晶體管，每個薄膜晶體管包括依次形成在襯底上的結(jié)晶硅有源層、柵極絕緣層和柵極；和形成在每個所述單元像素區(qū)中的存儲電容器，其包括依次形成在襯底上的結(jié)晶硅層、介質(zhì)層和電容器電極，其中通過淀積非晶硅層、在至少一部分非晶硅層上涂覆用于誘發(fā)MILC的金屬以及進(jìn)行熱處理，同時形成所述像素晶體管和所述存儲電容器的結(jié)晶硅層；所述存儲電容器的結(jié)晶硅層在至少兩個方向從介質(zhì)層的外邊界向外延伸；并且用于誘發(fā)MILC的金屬被施加在從介質(zhì)層的外邊界延伸的部分硅層上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的結(jié)晶硅TFT板，其中所述存儲電容器的介質(zhì)層具有矩形形狀，并且介質(zhì)層下面的硅層從介質(zhì)層的至少兩個邊緣向外延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的結(jié)晶硅TFT板，其中所述存儲電容器的介質(zhì)層的一邊或兩個相對邊形成凹陷。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的結(jié)晶硅TFT板，其中所述結(jié)晶硅層從介質(zhì)層的外邊界延伸的距離為0.1-10μm。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的結(jié)晶硅TFT板，其中所述介質(zhì)層的厚度為300-3000埃。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的結(jié)晶硅TFT板，其中所述薄膜晶體管的至少一個的結(jié)晶硅層和所述電容器的結(jié)晶硅層互相連接；所述薄膜晶體管的柵極絕緣層和所述存儲電容器的介質(zhì)層是采用相同材料同時形成的；所述薄膜晶體管的柵極和所述存儲電容器的電容器電極是采用相同材料同時形成的。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的結(jié)晶硅TFT板，其中用于誘發(fā)MILC的金屬選自包括Ni、Pd、Ti、Ag、Au、Al、Sn、Sb、Cu、Co、Cr、Mo、Tr、Ru、Rh、Cd和Pt的組；并且采用濺射、蒸發(fā)或CVD將用于誘發(fā)MILC的金屬涂覆厚度為1-200埃；熱處理是在400-600℃溫度的爐中進(jìn)行0.1-50小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及用在顯示板如LCD或OELD的像素區(qū)中的存儲電容器的結(jié)構(gòu)和制造方法。本發(fā)明采用MILC現(xiàn)象同時形成顯示板的像素區(qū)中的多晶硅TFT和存儲電容器。通過沿著存儲電容器的至少兩邊涂覆用于誘發(fā)MILC的金屬，可以大大減少使存儲電容器區(qū)域中的硅層結(jié)晶所需要的時間。
文檔編號H01L29/786GK1549033SQ0312341
公開日2004年11月24日 申請日期2003年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月6日
發(fā)明者李石運, 印泰炯 申請人:Pt普拉斯有限公司