專利名稱：制造薄膜晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及，例如制造薄膜晶體管的方法。本發(fā)明更具體地涉及，例如包括在襯底上形成預(yù)定組成的金屬催化劑層的制造薄膜晶體管的方法。
背景技術(shù)：
一般地，如下制造用于平板顯示裝置的薄膜晶體管(TFT)。在如玻璃或石英的透明襯底上沉積非晶硅。然后脫水該非晶硅且注入用于形成溝道的雜質(zhì)離子。隨后，結(jié)晶非晶硅以形成半導(dǎo)體層。形成柵極絕緣層和柵電極。之后，進(jìn)行離子注入工藝以形成源極和漏極區(qū)域。然后形成層間絕緣層以及源電極和漏電極。
將非晶硅結(jié)晶為多晶硅的方法可以包括固相結(jié)晶、準(zhǔn)分子激光結(jié)晶、金屬誘發(fā)結(jié)晶和金屬誘發(fā)橫向結(jié)晶。固相結(jié)晶法是將非晶硅層在約700℃或更低的溫度(極限溫度通常是襯底材料的變形溫度)下退火幾個至幾十個小時。準(zhǔn)分子激光結(jié)晶法是在硅層上照射準(zhǔn)分子激光以高溫和極短的時間局部地加熱被結(jié)晶的硅層。
金屬誘發(fā)結(jié)晶法是其中將如鎳、鈀、金或鋁的金屬注入非晶硅層或與非晶硅層接觸以誘發(fā)非晶硅經(jīng)過相變成為多晶硅的一種方法。金屬誘發(fā)橫向結(jié)晶法是通過使金屬和硅之間的反應(yīng)獲得的硅化物橫向延伸以誘發(fā)隨后的硅的結(jié)晶來結(jié)晶硅層。
但是，固相結(jié)晶法具有的缺點(diǎn)是當(dāng)在高溫下長時間退火襯底時可能產(chǎn)生嚴(yán)重的襯底變形，而準(zhǔn)分子激光結(jié)晶法具有的缺點(diǎn)是不僅需要高的設(shè)備成本和高的維護(hù)成本，而且多晶硅層的表面粗糙度差。在金屬誘發(fā)結(jié)晶和金屬誘發(fā)橫向結(jié)晶中，誘發(fā)結(jié)晶的金屬材料留在多晶硅層中且可以增加在半導(dǎo)體層中的漏電流。
為了解決上述的缺點(diǎn)，公開了一種依靠濺射在非晶硅層上形成帽蓋層和形成做為薄金屬催化劑層的金屬催化劑且退火來結(jié)晶的方法(Korean PatentPublication No.2003-0060403)，但是，存在的缺點(diǎn)是金屬催化劑層應(yīng)當(dāng)形成得極薄，即，它應(yīng)當(dāng)以極低的密度形成。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明可以通過提供制造TFT的方法幫助解決與傳統(tǒng)的器件相關(guān)的問題。例如，可以使用包括金屬催化劑和原子量大于金屬催化劑的金屬的合金的濺射靶材形成金屬催化劑層。金屬催化劑和其它金屬可以以預(yù)定的組成比存在。然后，可以退火TFT的襯底?？梢砸跃鶆蚝头€(wěn)定的方式保持在多晶硅層的界面處誘發(fā)結(jié)晶的金屬催化劑的低密度。該控制可以不僅提高尺寸均勻度和多晶硅層的晶粒尺寸而且可以最小化金屬催化劑的殘留量。
本發(fā)明提供例如制造TFT的方法。該方法可以包括在襯底上形成非晶硅層和帽蓋層；使用由第一金屬和原子量大于第一金屬的第二金屬的合金組成的濺射靶材在帽蓋層上形成金屬催化劑層；退火襯底以結(jié)晶非晶硅層成為多晶硅層；和構(gòu)圖多晶硅層以形成半導(dǎo)體層。


圖1是在襯底上形成緩沖層、非晶硅層和帽蓋層的工藝的剖面圖；圖2是通過濺射法使用由包含金屬催化劑和異質(zhì)金屬的合金形成的靶材的在帽蓋層上形成金屬催化劑層的工藝的剖面圖；圖3是退火襯底以結(jié)晶非晶硅層成為多晶硅層的工藝的剖面圖；圖4是使用通過本發(fā)明形成的多晶硅層制造薄膜晶體管的工藝的剖面圖；圖5A、5B、5C和5D是顯示基于由只有一種金屬催化劑組成的金屬催化劑層的厚度的非晶硅層的結(jié)晶度的照片。
具體實(shí)施例方式
將參考其中顯示本發(fā)明的示范實(shí)施例的附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明。但是本發(fā)明可以以不同的形成實(shí)現(xiàn)且不應(yīng)解釋為限于所顯示和描述的實(shí)施例。在附圖中，為了清晰夸大了尺寸。使用同樣的附圖標(biāo)記在說明書中指示同樣的元件。
圖1是在襯底上形成緩沖層、非晶硅層和帽蓋層的工藝的剖面圖。如圖1所示，利用化學(xué)氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)在如玻璃或塑料的透明襯底101上可以形成單一或多層的氧化硅或氮化硅。緩沖層102可以防止?jié)駳饣蛳路揭r底產(chǎn)生的雜質(zhì)擴(kuò)散。它還可以(或可選地)通過調(diào)整在結(jié)晶時的熱傳導(dǎo)速率促進(jìn)半導(dǎo)體層的結(jié)晶。
隨后，利用例如CVD或PVD可以在緩沖層102上形成非晶硅層103。非晶硅層103可能包含如氫氣的氣體，其可以在結(jié)晶工藝期間導(dǎo)致硅層的爆裂故障。因此，它們可以產(chǎn)生可以減小結(jié)晶后多晶硅層的電子遷移率的缺陷。因此，一般地應(yīng)進(jìn)行脫水工藝。用于脫水的退火可以在爐子中在約400℃或更高的溫度進(jìn)行從幾十分鐘至幾小時。
隨后，在非晶硅層103上可以形成如氮化硅層或氧化硅層的絕緣層的單一或多層，由此形成帽蓋層104。帽蓋層104可以導(dǎo)致隨后形成的金屬催化劑層的金屬催化劑的選擇性的擴(kuò)散(或滲透)。例如，具有小原子量的金屬催化劑在帽蓋層104內(nèi)具有較快的擴(kuò)散速度，而具有較大原子量的異質(zhì)金屬在帽蓋層104內(nèi)具有較低的擴(kuò)散速度。因此，它可以不允許非晶硅層103到達(dá)界面。
圖2是通過濺射法使用由作為金屬催化劑的第一金屬和具有大于金屬催化劑的原子量的第二金屬的合金形成的靶材在帽蓋層上形成金屬催化劑層的工藝的剖面圖。如圖2所示，可以在靶材105上進(jìn)行濺射106。靶材105可以是具有一種成分的合金以使第一金屬(如金屬催化劑)具有約109至約1015原子/cm2的表面密度。優(yōu)選地，第一金屬具有1013至1015原子/cm2的表面密度。通過調(diào)整靶材的第一金屬的成分比或調(diào)整金屬催化劑層的厚度可以控制第一金屬的表面密度。例如，通過減小靶材的第一金屬的成分比或減小金屬催化劑層的厚度可以減小表面密度。
第一金屬可以是例如Ni(鎳)、Pd(鈀)、Ti(鈦)、Ag(銀)、Au(金)、Al(鋁)、Sn(錫)、Sb(銻)、Cu(銅)、Co(鈷)、Mo(鉬)、Tr(鋱)、Ru(釕)、Rh(銠)、Cd(鎘)或Pt(鉑)?？梢孕纬砂胁囊允沟谝唤饘倬哂屑s0.1至約50at％的成分比且其余部分由第二金屬形成。優(yōu)選地，第一金屬具有約1至約2at％的成分比。這是因?yàn)檫@樣的比例可以是當(dāng)通過現(xiàn)有技術(shù)制造合金靶材時，允許第一金屬在合金靶材內(nèi)被均勻地分布的最小成分比。如果用更低的比例可以獲得這樣的結(jié)果，則可以使用更低的比例。
第二金屬可以具有大于第一金屬的原子量。例如，當(dāng)?shù)谝唤饘偈擎?Ni；元素No.28、原子量53.70)時，可以使用具有大于鎳的原子量的原子量的金屬(例如，在元素周期表時銅之后的所有金屬)作為第二金屬。當(dāng)?shù)谝唤饘偈擎嚂r，合金可以例如使用鉬(Mo；元素No.42、原子量95.94)或鎢(W；元素No.74、原子量183.84)作為第二金屬制造。這是因?yàn)镸o和W每個具有的原子量大約是Ni的兩或三倍大。因此，它們在帽蓋層內(nèi)的擴(kuò)散速率大約是Ni的兩或三倍小。一般地，在帽蓋層內(nèi)的擴(kuò)散速率可以與原子量成反比。
當(dāng)利用第一金屬靶材(在傳統(tǒng)的方法中)形成具有1013至1015原子/cm2的表面密度的金屬催化劑層為1厚時，非常難于控制形成金屬催化劑層的濺射方法。但是當(dāng)依據(jù)本發(fā)明形成包含具有約為0.1至50at％的成分比的第一金屬的合金靶材時，可以形成具有約1013至約1015原子/cm2的表面密度的金屬催化劑層為約2至約1000厚。因此，可以形成包含具有低密度的第一金屬的金屬催化劑層且可以形成較厚的金屬催化劑層。
可以控制第一金屬催化劑層的第一金屬以具有約1013至約1015原子/cm2的表面密度是為了以下原因。如圖5A、圖5B、圖5C和圖5D所示，通過表面密度或金屬催化劑層的量可以顯著地影響非晶硅層的結(jié)晶。即，當(dāng)形成只有第一金屬組成的金屬催化劑層為約0.5厚或更薄時，大多數(shù)非晶硅層150a可以保持非結(jié)晶，且結(jié)晶的部分可以或者不出現(xiàn)或者不均勻，如圖5A所示。相反，如果控制金屬催化劑層為約1厚，則可以均勻地結(jié)晶大多數(shù)區(qū)域成為多晶硅層151b，如圖5B所示。當(dāng)厚度約1.5(圖5C)或約為2.0(圖5D)，結(jié)晶可能不容易發(fā)生(152a和153a)且即使當(dāng)結(jié)晶發(fā)生時(152b、153b)，結(jié)晶可能不均勻。
因此，當(dāng)使用其中第一金屬具有依據(jù)本發(fā)明的預(yù)定成分比的靶材形成金屬催化劑層時，在金屬催化劑層中出現(xiàn)具有約1013至約1015原子/cm2的表面密度的第一金屬，這與1厚的傳統(tǒng)的金屬催化劑層相同，盡管本發(fā)明的金屬催化劑層可以為約100厚。
因此，當(dāng)使用本發(fā)明的靶材取代傳統(tǒng)靶材時，(通過調(diào)節(jié)在靶材中所含的第一金屬的成分比在約0.1at％至約50at％的范圍)可以容易地控制約2至約1000倍的第一金屬的濃度。
圖3是退火襯底以結(jié)晶非晶硅層成為多晶硅層的工藝的剖面圖。如圖3所示，可以退火(108)在其上已經(jīng)形成緩沖層、非晶硅層、帽蓋層和金屬催化劑層的襯底以便能將非晶硅層結(jié)晶為多晶硅層。在該情況中，可以分兩步進(jìn)行退火。第一退火工藝可以在約200℃至約800℃的溫度下進(jìn)行而第二退火工藝可以在約400℃至約1300℃的溫度下進(jìn)行。
在第一退火工藝中，金屬催化劑層內(nèi)的第一金屬110a被移動至非晶硅層的界面(111a)以形成誘發(fā)非晶硅層的結(jié)晶的籽晶110b。通過第一退火工藝在金屬催化劑層內(nèi)的第二金屬112a也可以在帽蓋層內(nèi)被擴(kuò)散(111b)。但是，第二金屬具有低于第一金屬的擴(kuò)散速率的擴(kuò)散速率，從而無法移動至非晶硅層的界面而可以保留在帽蓋層內(nèi)(112b)。
第二退火工藝可以是依靠通過第一退火工藝形成的籽晶將非晶硅層結(jié)晶為多晶硅層的工藝。
圖4是使用通過本發(fā)明形成的多晶硅層制造薄膜晶體管的工藝的剖面圖。如圖4所示，非晶硅層可以依靠退火工藝被結(jié)晶為多晶硅層，可以去除金屬催化劑層和帽蓋層，以及可以構(gòu)圖多晶硅層以形成半導(dǎo)體層131。
隨后，柵極絕緣層可以使用CVD或PVD在襯底上由氧化硅層或氮化硅層的單層或多層132形成。
然后可以在襯底上沉積柵電極形成材料且可以構(gòu)圖柵電極形成材料以形成柵電極133。然后可以使用氧化硅或硅的單層或多層以形成層間絕緣層134。
然后可以蝕刻柵極絕緣層和層間絕緣層的預(yù)定區(qū)域以形成暴露半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域的接觸孔。然后可以形成源和漏電極形成材料以填充接觸孔且接觸所暴露的半導(dǎo)體層的預(yù)定區(qū)域。
可以構(gòu)圖源和漏電極形成材料以形成源電極和漏電極135。由此，完成TFT。
本發(fā)明提供了例如使用金屬催化劑層制造TFT的方法。使用具有第一金屬和具有大于第一金屬的原子量的第二金屬的合金的濺射靶材可以獲得金屬催化劑層。由此，濃度可以以過去可以調(diào)整的量的約2至約1000倍被容易地調(diào)整。這不僅允許金屬催化劑層形成得較厚，而且促進(jìn)均勻和穩(wěn)定的控制以及顯著地提高了多晶硅層的均勻度和晶粒尺寸。
盡管參考本發(fā)明某些實(shí)施例具體地描述了本發(fā)明，但是在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對這些實(shí)施例作出改變。
本申請要求于2004年9月22日提交的Korean Patent ApplicationNo.2004-76109的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其全部內(nèi)容引入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種制造薄膜晶體管的方法，包括在襯底上形成非晶硅層和帽蓋層；使用包括含有第一金屬和具有大于所述第一金屬的原子量第二金屬的合金的濺射靶材在所述帽蓋層上形成金屬催化劑層；退火所述襯底以結(jié)晶所述非晶硅層成為多晶硅層；和構(gòu)圖所述多晶硅層以形成半導(dǎo)體層。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中所述金屬催化劑層包括表面密度為約109至約1015原子/cm2的第一金屬。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中所述金屬催化劑層包括表面密度為約1013至約1015原子/cm2的第一金屬。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中所述金屬催化劑層為約2至約1000厚。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中所述退火工藝包括第一退火階段和第二退火階段。
6.如權(quán)利要求5的方法，其中所述第一退火階段在約200℃至約800℃的溫度進(jìn)行，且所述第二退火階段在約400℃至約1300℃的溫度進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求5的方法，其中所述第一退火階段擴(kuò)散所述第一金屬至所述非晶硅層的表面，且所述第二退火階段將所述非晶硅層結(jié)晶為多晶硅。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中在所述退火期間，所述第一金屬的擴(kuò)散速率大于所述第二金屬的擴(kuò)散速率。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一金屬從包括Ni、Pd、Ti、Ag、Au、Al、Sn、Sb、Cu、Co、Mo、Tr、Ru、Rh、Cd和Pt的組中選擇。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一金屬是鎳，且所述第二金屬是鉬或鎢。
11.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一金屬以約0.1至50at％的成分比存在，且其余是所述第二金屬。
12.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一金屬以約1至2at％的成分比存在，且其余是所述第二金屬。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制造薄膜晶體管的方法，該方法可以包括在形成非晶硅層和帽蓋層的襯底上形成金屬催化劑層。使用濺射靶材可以形成金屬催化劑，其中可以在形成濺射靶材的工藝中控制金屬催化劑的成分比。靶材可以由金屬催化劑和具有大于金屬催化劑的原子量的金屬組成。該合金可以用預(yù)定的成分比形成?？梢酝嘶鹨r底以結(jié)晶非晶硅層成為多晶硅層。
文檔編號H01L21/84GK1753151SQ20051007045
公開日2006年3月29日 申請日期2005年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月22日
發(fā)明者申鉉億 申請人:三星Sdi株式會社