專利名稱：多晶硅薄膜、其制法以及用該膜制造的薄膜晶體管的制作方法
本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2004年2月5日、申請(qǐng)?zhí)枮?00410003656.5、發(fā)明名稱為“多晶硅薄膜、其制法以及用該膜制造的薄膜晶體管”的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
用于參照的相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)要求2003年3月5日公開的第2003-13829號(hào)韓國專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其公開的內(nèi)容全部作為參考文獻(xiàn)在這里引用。
背景技術(shù)：
1、發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種用于顯示器設(shè)備的多晶硅薄膜、其制造方法，以及使用該膜制造的薄膜晶體管。本發(fā)明尤其涉及一種通過控制硅晶粒形狀而制備的多晶硅薄膜及其該膜的制造方法，以及使用該多晶硅薄膜制造的薄膜晶體管。
2、相關(guān)領(lǐng)域的描述一般來說，相繼橫向固化(SLS)法是用于結(jié)晶硅晶粒，該方法是通過在無定形硅層上重疊輻射激光束兩次或更多次以使硅晶粒橫向生長。用SLS方法制造的多晶硅晶粒的特點(diǎn)是它們從頭到尾以長的柱狀形成，并且由于有限的晶粒尺寸，在相鄰的晶粒之間形成晶粒間界。
據(jù)報(bào)道多晶或單晶晶粒能通過SLS結(jié)晶技術(shù)在基板上形成大的硅晶粒，并且用這種大硅晶粒制造的薄膜晶體管(TFT)能獲得與用單晶硅制造的TFT特性相似的性能。


圖1A，圖1B，圖1C，圖1D代表普通的SLS結(jié)晶方法。
在SLS結(jié)晶方法中，如圖1A所示，如果激光束通過一個(gè)具有激光束傳導(dǎo)區(qū)和激光束非傳導(dǎo)區(qū)的掩膜對(duì)無定形硅進(jìn)行輻射，則無定形硅在激光束傳導(dǎo)區(qū)融化。
在激光束輻射完成后開始冷卻時(shí)，在無定形硅/熔融硅的界面發(fā)生晶化，其中硅的溫度逐漸從無定形硅/熔融硅界面降低到熔融硅層的控制部分，并以這樣的方式形成溫度梯度，隨著熱量的散失，熔融硅固化并結(jié)晶。
因此，參考圖1B，形成了具有長的柱狀晶粒的多晶硅薄膜層。隨著熱流從掩膜界面流向熔融硅層的中心部分，多晶硅晶粒橫向地生長直到熔融硅層完全固化。
如圖1C和1D所示，通過移動(dòng)掩膜的激光束傳導(dǎo)區(qū)域，使更多的無定形硅和結(jié)晶硅的一部分暴露出來，并用激光束輻射這些暴露區(qū)域，這樣隨著硅原子粘附于已經(jīng)形成的并因掩膜覆蓋而未融化的多晶硅晶粒上，晶粒的長度增加，其后部分熔融的無定形硅薄膜和結(jié)晶硅層隨之冷卻。
由于在制造TFT時(shí)，占線通道方向與通過SLS方法生長的晶粒方向平行的情況下晶粒間界對(duì)電荷載體方向的阻擋作用降至最小，因此，能獲得與單晶硅相似的TFT特性。在占線通道方向與晶粒生長方向垂直的情況下，由于大量晶粒間界成為電荷載體的捕集器，因此TFT特性被大大削弱。
在用現(xiàn)有的SLS方法制備TFT的情況下，由于TFT特性隨占線通道方向而發(fā)生大幅度改變，因此電路的裝配性受到限制。
另一方面，WO97/45827的PCT國際專利和6322625美國專利公開了在整個(gè)基板上的無定形硅轉(zhuǎn)化為多晶硅，或在基板上沉積無定形硅后，用SLS技術(shù)僅在基板上的選擇性區(qū)域進(jìn)行結(jié)晶。
另外，當(dāng)通過用SLS結(jié)晶技術(shù)形成大的硅晶粒而制造用于包括驅(qū)動(dòng)器和像素陣列的液晶顯示器(LCD)設(shè)備的TFTs時(shí)，能獲得與用單晶硅制造的TFTs特性相似的TFTs性能，這是因?yàn)檎季€通道方向與通過SLS結(jié)晶方法生長的晶粒方向平行的情況下，電荷載體方向的晶粒間界的阻擋作用降至最小，正如第6177391號(hào)美國專利中所述。但是在這個(gè)方法中存在大量能發(fā)揮電荷載體捕集器作用的晶粒間界，并且在該專利中在占線通道方向與晶粒生長方向相垂直的情況下，TFT特性也被大大削弱。
事實(shí)上，在制造活性基質(zhì)顯示器時(shí)，激勵(lì)電路內(nèi)部的TFTs通常與像素單元區(qū)域的TFT垂直的情況很多，其中通過以下方法制造活性基質(zhì)顯示器能提高設(shè)備的一致性，該方法是使占線通道區(qū)域的方向與晶體生長方向以30°-60°角度傾斜以提高TFTs間的性質(zhì)一致性，與此同時(shí)每個(gè)TFT的性質(zhì)都不被大幅度削弱。
但是，由于這個(gè)方法也使用了由SLS結(jié)晶技術(shù)形成的具有有限尺寸的晶粒，因此在占線通道區(qū)域內(nèi)可能包括了致命的晶粒間界。因此，這個(gè)方法中存在由不可預(yù)知的非一致性導(dǎo)致的TFTs間的特性差異的問題。
發(fā)明概述因此，為解決上述和/或相關(guān)技術(shù)的其他問題，本發(fā)明一個(gè)方面提供了一個(gè)控制多晶硅形狀的方法，該多晶硅是使用SLS結(jié)晶方法制造多晶硅薄膜的情況下進(jìn)行，并提供了通過該方法制造的多晶硅薄膜。
另外，本發(fā)明的另一個(gè)方面是通過使用上述制造的多晶硅薄膜，提供具有優(yōu)越性能的TFT，該TFT不具有依賴于占線通道方向的TFT特性。
本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的說明書中的部分闡述，并且這些方面和優(yōu)點(diǎn)將部分地從說明書中更明顯地體現(xiàn)，或可從本發(fā)明的實(shí)踐中得到認(rèn)識(shí)。
為了獲得上述方面和/或其他方面的目的，本發(fā)明提供了一種用于顯示器設(shè)備的多晶硅薄膜，該薄膜包括彼此不平行的相鄰主晶粒間界，其中被主晶粒間界包圍的面積大于1μm2。
另外，本發(fā)明提供了使用該多晶硅薄膜制造的薄膜晶體管。
另外，本發(fā)明提供了一種用于顯示器設(shè)備的多晶硅薄膜的制造方法，該方法包括通過使用掩膜的激光使無定形硅進(jìn)行結(jié)晶，該掩膜包括一個(gè)其中線形成的激光傳導(dǎo)圖案和激光非傳導(dǎo)圖案相混合的激光傳導(dǎo)區(qū)域。
另外，本發(fā)明提供了一種用于顯示器設(shè)備的多晶硅薄膜的制造方法，該方法包括通過使用掩膜的激光使無定形硅進(jìn)行結(jié)晶，該掩膜中激光傳導(dǎo)圖案與激光非傳導(dǎo)圖案相混合，其中激光非傳導(dǎo)圖案是圓或點(diǎn)形成的不透明掩膜圖案。
另外，本發(fā)明提供了一種用上述方法制造的用于電致發(fā)光顯示器設(shè)備的多晶硅薄膜。
附圖簡述本發(fā)明的這些和/或其他的方面和優(yōu)點(diǎn)，將在結(jié)合附圖的優(yōu)選實(shí)施方案的下列描述中變得更加明顯，并更容易理解。
圖1A，1B，1C和1D是傳統(tǒng)SLS結(jié)晶方法的簡圖；圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案中的多晶硅薄膜制造方法中使用的掩膜結(jié)構(gòu)平面示意簡圖；圖3是使用圖2中的掩膜制造的多晶硅薄膜的平面示意圖；圖4是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案中的多晶硅薄膜制造方法中使用的掩膜結(jié)構(gòu)平面示意簡圖；圖5是本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案中的掩膜圖案，其中激光傳導(dǎo)區(qū)域以線圖案組的方式形成，該線圖案組是在一個(gè)方向上以長矩形形成，并且這些線圖案組以彼此間隔一定距離的方式，平行交替排列，并且激光非傳導(dǎo)點(diǎn)形成的掩膜圖案是以矩形排列。
圖6是使用圖5中的掩膜制造的多晶硅薄膜的晶粒；圖7是本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案中的掩膜圖案，其中線圖案組是在激光傳導(dǎo)方向以長矩形形成，這樣這些線圖案組以彼此間隔一定距離的方式，相互平行排列，并且激光非傳導(dǎo)點(diǎn)形成的圖案以三角形圖案排列。
圖8是用圖7中的掩膜制造的多晶硅薄膜的晶粒；圖9是本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方案中的掩膜圖案，其中線圖案組在激光傳導(dǎo)方向以長矩形形成，這樣線圖案組彼此相互垂直，并且激光非傳導(dǎo)點(diǎn)形成的圖案以不規(guī)則矩形形式排列。
圖10是用圖9中的掩膜制造的多晶硅薄膜的晶粒；圖11是通過使用本發(fā)明的實(shí)施方案制造的多晶硅薄膜制造的TFTs的電場(chǎng)移動(dòng)性與通道方向的關(guān)系圖；圖12是通過使用本發(fā)明的實(shí)施方案制造的多晶硅薄膜制造的TFTs的閾值電壓與通道方向的關(guān)系圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案將詳細(xì)描述，其中的實(shí)施例將對(duì)照附圖加以說明，其中同樣的參考數(shù)字代表同樣的基元，并貫穿全文。下面對(duì)實(shí)施方案以參閱附圖解釋本發(fā)明。
圖2是說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案中的多晶硅薄膜制造方法中使用的掩膜結(jié)構(gòu)的平面示意簡圖；圖3是使用該掩膜制造的多晶硅薄膜的平面示意圖；
如圖2所示，由于激光束是以穿越一個(gè)具有在一個(gè)方向形成的長矩形形狀的線形圖案的掩膜的方式進(jìn)行輻射，在這種情況下，熱流從激光束傳導(dǎo)圖案的邊緣向中間部分形成，因此，多晶硅晶粒是以一個(gè)方向形成長的矩形形狀。
在使用圖2所示的掩膜圖案的情況下，從激光傳導(dǎo)部分的界面彼此相對(duì)地生長的硅晶粒，如圖3所示，在圖案的中心部分彼此相遇，這樣形成了具有高突出部分的晶粒間界，這導(dǎo)致主晶粒間界以條紋狀排布的柱狀晶粒的形成。
圖4是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案中的多晶硅薄膜制造方法中使用的掩膜結(jié)構(gòu)平面示意簡圖。
在圖4中，在使用其中激光束非傳導(dǎo)部分具有圓或點(diǎn)形成的圖案的掩膜的情況下，由于熱流是從激光束不能通過的點(diǎn)圖案的中央部分向外部角方向產(chǎn)生，因此多晶硅晶粒在每個(gè)方向上生長。
點(diǎn)圖案以矩形排列的情況下，如果圖案間的間隙小于晶粒橫向生長距離，在各個(gè)點(diǎn)圖案邊緣生長的多晶硅晶粒就彼此碰撞以致形成的主晶粒間界相應(yīng)地具有矩形形狀。因此，具有不同形狀的顯微結(jié)構(gòu)的多晶硅薄膜能通過控制掩膜圖案的形狀和排列而進(jìn)行制造。
優(yōu)選的是，多晶硅晶粒的相鄰主晶粒間界彼此不平行，由主晶粒間界包圍的面積大于1μm2。
圖5表示本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案中的掩膜圖案，其中激光傳導(dǎo)區(qū)域以線圖案組的方式形成，該線圖案組在一個(gè)方向上以長矩形形式形成，并且這些線圖案組以彼此間隔一定距離，相互平行排列，并且激光非傳導(dǎo)點(diǎn)形成的掩膜圖案以矩形排列。
圖6所示為使用圖5的掩膜制造的多晶硅薄膜的晶粒，其中在使用圖5的掩膜圖案使無定形硅結(jié)晶的情況下，多晶硅薄膜的主晶粒間界以矩形排列。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案中也優(yōu)選的是，多晶硅晶粒的相鄰主晶粒間界彼此不平行，而由主晶粒間界包圍的面積大于1μm2。
圖7表示本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方式中的掩膜圖案，其中線圖案組是在一個(gè)激光傳導(dǎo)方向以長的矩形形成，這樣線圖案組是以彼此間隔一定距離的方式，相互交替地平行排列，并且激光非傳導(dǎo)點(diǎn)形圖案以三角形排列。
圖8表示用圖7的掩膜制造的多晶硅薄膜的晶粒，其中在使用圖7的掩膜圖案的無定形硅結(jié)晶的情況下，使多晶硅薄膜的主晶粒間界以六角形排列。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方式中也優(yōu)選地多晶硅晶粒的相鄰主晶粒間界彼此不平行，而由主晶粒間界包圍的面積大于1μm2。
圖9是本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方式中的掩膜圖案，其中線圖案組在一個(gè)激光傳導(dǎo)方向上以長的矩形形成，這樣線圖案組彼此相互垂直排列，并且激光非傳導(dǎo)點(diǎn)形成的圖案以不規(guī)則矩形排列。
圖10表示用圖9的掩膜制造的多晶硅薄膜的晶粒，其中在使用圖9的掩膜圖案的無定形硅結(jié)晶的情況下，使多晶硅薄膜的主晶粒間界以不規(guī)則的閉合多邊形排列。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方式中也優(yōu)選地多晶硅晶粒的相鄰主晶粒間界彼此不平行，而主晶粒間界包圍的面積大于1μm2。
本發(fā)明的這些實(shí)施方案中制造的多晶硅晶粒的主晶粒間界是圍繞某個(gè)穿越主晶粒間界的軸為中心而彼此對(duì)稱，并且主晶粒間界優(yōu)選是以放射形或某個(gè)軸為中心而形成雙曲線。
優(yōu)選是使用用本發(fā)明的多晶硅薄膜制造的薄膜晶體管是用于有機(jī)電致發(fā)光顯示器。
圖11是通過使用圖3和圖9所示的本發(fā)明實(shí)施方式中的掩膜圖案制造的多晶硅薄膜制造的TFTs的電場(chǎng)移動(dòng)性與通道方向的關(guān)系圖。
圖12是通過使用圖3和圖9所示的本發(fā)明實(shí)施方式中掩膜圖案制造的多晶硅薄膜制造的TFTs的閾值電壓與通道方向的關(guān)系圖。
如果圖3所示的多晶硅薄膜的主晶粒間界垂直于TFT的占線通道方向，則由于晶粒間界的數(shù)目少，就會(huì)獲得較高的電場(chǎng)移動(dòng)性和較低的閾值電壓特性。如果TFT的占線通道方向與主晶粒間界平行，由于晶粒間界的數(shù)目大，TFT特性就會(huì)大大削弱，這樣電場(chǎng)移動(dòng)性會(huì)降低60％或更多，閾值電壓會(huì)增加60％或更多。
另一方面，TFT特性與通道方向的關(guān)系會(huì)被大大破壞，這樣在使用圖9所示掩膜制造的多晶硅薄膜晶體管的情況下，根據(jù)通道方向使TFT的特性差異控制在25％的范圍內(nèi)。
因此，本發(fā)明能通過使用其中線形圖案與點(diǎn)形圖案相混合的掩膜使無定形硅結(jié)晶而制造具有不同形狀晶粒結(jié)構(gòu)的多晶硅薄膜，并能通過設(shè)計(jì)掩膜來控制多晶硅薄膜微結(jié)構(gòu)而制造不依賴于通道方向的性能優(yōu)越的薄膜晶體管，因此通過制造薄膜晶體管提高了在嵌板上電路部分的集成度。
雖然對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式做了展示和描述，但可以理解，對(duì)本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原則和實(shí)質(zhì)，限定在權(quán)利要求中的范圍及其等同物下可對(duì)這些實(shí)施方案進(jìn)行改變。
權(quán)利要求
1.一種制造用于顯示器設(shè)備的多晶硅薄膜的方法，該方法包括使用一種包括線性激光傳導(dǎo)圖案和激光非傳導(dǎo)圖案相混合的激光傳導(dǎo)區(qū)域的掩膜的激光使無定形硅結(jié)晶。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中激光傳導(dǎo)區(qū)域包括多個(gè)線形成的圖案組，每組中的線形成圖案都以長的矩形并平行而形成，并且相鄰的線圖案組以一定距離彼此間隔并交錯(cuò)排列，以使相互之間水平錯(cuò)位。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中激光非傳導(dǎo)區(qū)域包括大量彼此垂直排列的線形成的圖案組。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中激光非傳導(dǎo)區(qū)域進(jìn)一步包括圓或點(diǎn)形成的掩膜圖案。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中圓或點(diǎn)形成的掩膜圖案以圓形、三角形、矩形或六角形排列。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中線形成的激光傳導(dǎo)圖案比激光非傳導(dǎo)圖案寬。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中圓或點(diǎn)形成的掩膜圖案是不規(guī)則排列的。
8.一種制造用于顯示器設(shè)備的多晶硅薄膜的方法，該方法包括通過使用掩膜的激光使無定形硅結(jié)晶，該掩膜中激光傳導(dǎo)圖案和激光非傳導(dǎo)圖案相混合，其中激光非傳導(dǎo)圖案為圓形或點(diǎn)形的不透明掩膜圖案。
9.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其中圓或點(diǎn)形成的不透明掩膜圖案以圓形、三角形、矩形或六角形排列。
10.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其中圓或點(diǎn)形成的不透明掩膜圖案是不規(guī)則排列的。
11.一種用于顯示器設(shè)備的多晶硅薄膜，其中多晶硅薄膜是通過權(quán)利要求8所述的方法制造。
12.如權(quán)利要求11所述的多晶硅薄膜，其中多晶硅薄膜用于有機(jī)電致發(fā)光顯示器設(shè)備。
13.一種用于顯示器設(shè)備的多晶硅薄膜，其中多晶硅薄膜通過權(quán)利要求1的方法制造。
14.如權(quán)利要求13所述的多晶硅薄膜，其中多晶硅薄膜是用于有機(jī)電致發(fā)光顯示器設(shè)備。
15.一種制造多晶硅薄膜的方法，該方法包括使用其中線形成圖案與圓或點(diǎn)形成圖案相混合的掩膜而使無定形硅結(jié)晶，其中多晶硅薄膜具有不同形狀的晶粒結(jié)構(gòu)。
16.一種薄膜晶體管，該薄膜晶體管包括具有不同形狀晶粒結(jié)構(gòu)的多晶硅薄膜，其中多晶硅薄膜是通過使用其中線形成圖案與圓或點(diǎn)形成圖案相混合的掩膜使無定形硅結(jié)晶而制造的，并且其中薄膜晶體管的性能特征不依賴于晶粒間界相關(guān)的通道方向。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于顯示器設(shè)備的多晶硅薄膜，該薄膜具有彼此不平行的相鄰主晶粒間界，其中被主晶粒間界包圍的面積大于1μm
文檔編號(hào)H01L21/336GK1967779SQ20061012189
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2004年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月5日
發(fā)明者樸志容, 樸惠香 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社