專利名稱：晶體管及其制造方法以及具有該晶體管的平板顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的各方面涉及一種晶體管及其制造方法以及一種具有該晶體管的 平板顯示裝置。更具體地講，本發(fā)明的各方面涉及一種晶體管、 一種制造方 法和一種平板顯示裝置，其中，使用SGS(超級(jí)晶粒硅)結(jié)晶方法使形成在絕 緣基底上的非晶硅層結(jié)晶成為多晶硅層，由此，在所述基底經(jīng)歷第一熱處理 以控制留在多晶硅層中的金屬催化劑的濃度時(shí)，通過(guò)使量非常小的金屬催化 劑吸收或擴(kuò)散到保護(hù)層中，所述基底經(jīng)歷第一退火工藝，然后，在去除保護(hù) 層和金屬催化劑層之后基底經(jīng)歷第二熱處理時(shí)，所述基底經(jīng)歷第二退火工藝， 即，剩余結(jié)晶。
背景技術(shù)：
通常，薄膜晶體管(TFT)是一種半導(dǎo)體器件，其中，可以通過(guò)在源區(qū)或漏 區(qū)上摻雜P型或N型摻雜物，然后將預(yù)定的電壓施加到柵電極來(lái)形成空穴或 電子可以在其中流動(dòng)的溝道區(qū)。薄膜晶體管可以分為PMOS(P型金屬-氧化物 -半導(dǎo)體)晶體管和NMOS(N型金屬-氧化物-半導(dǎo)體)晶體管。如果源區(qū)和漏區(qū) 摻雜有P型摻雜物，并且當(dāng)形成溝道區(qū)時(shí)空穴流動(dòng)，則該晶體管被稱為PMOS 晶體管。相反，如果源區(qū)和漏區(qū)摻雜有N型摻雜物，并且當(dāng)形成溝道區(qū)時(shí)電 荷流動(dòng)，則該晶體管被稱為NMOS晶體管。薄膜晶體管被廣泛用作各種平板顯示裝置(比如，有源矩陣液晶顯示裝置 和有機(jī)發(fā)光二極管顯示裝置)的開關(guān)晶體管或驅(qū)動(dòng)晶體管。通常，在上述的 薄膜晶體管中，非晶硅沉積在由玻璃、石英、塑料或鋼所制成的基底上。然后，通過(guò)在將非晶硅脫氫之后使非晶硅結(jié)晶來(lái)形成半導(dǎo)體層。具體地講，通 過(guò)使用化學(xué)氣相沉積方法將非晶硅層沉積在基底上來(lái)形成半導(dǎo)體層，并將半 導(dǎo)體層處理成包括源區(qū)、漏區(qū)和溝道區(qū)(其整體^皮稱為有源區(qū)(active region))。
然而，如果通過(guò)化學(xué)氣相沉積方法等將非晶硅直接沉積在基底上，則形成包含大約12%的氫的具有低的電子遷移率的非晶硅層。另外，如果將電子遷移率低的非晶硅層結(jié)晶成為電子遷移率高的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的硅層，則該硅層會(huì) 因其中包含的氫的爆炸而損壞。因此，為了防止在結(jié)晶工藝的過(guò)程期間氫的 爆炸，執(zhí)行脫氳工藝。通常，通過(guò)在爐中在400。C以上的溫度下，對(duì)非晶硅層進(jìn)行熱處理幾十 分鐘至幾小時(shí)，使非晶硅層脫氫。隨后，執(zhí)行使脫氬后的非晶硅層結(jié)晶的結(jié) 晶工藝。用于使非晶硅結(jié)晶成多晶硅的一些方法包括固相結(jié)晶、準(zhǔn)分子激光結(jié)晶、 金屬誘導(dǎo)結(jié)晶和金屬誘導(dǎo)橫向結(jié)晶。固相結(jié)晶是使非晶硅層在大約700。C以 下退火幾小時(shí)至幾十小時(shí)的方法。700°C是形成(應(yīng)用薄膜晶體管的)顯示裝置 的基底的玻璃的變形溫度。準(zhǔn)分子激光結(jié)晶是通過(guò)將來(lái)自準(zhǔn)分子激光器的光 束注入到非晶硅層中，以將非晶硅層局部地加熱至高溫，使得非晶硅層結(jié)晶 的方法。金屬誘導(dǎo)結(jié)晶是使諸如鎳、釔、金、鋁等金屬與非晶硅層接觸或?qū)⑺?金屬注入到非晶硅層中的方法。因此，在非晶硅變成多晶硅的過(guò)程中誘導(dǎo)相 變。金屬誘導(dǎo)橫向結(jié)晶使由金屬和硅的反應(yīng)生成的硅化物連續(xù)地橫向傳播的 方法。因此，金屬誘導(dǎo)橫向結(jié)晶誘導(dǎo)非晶硅層順序結(jié)晶。然而，固相結(jié)晶法的缺點(diǎn)在于，處理時(shí)間太長(zhǎng)，并且會(huì)由于長(zhǎng)時(shí)間發(fā)生 的高溫?zé)崽幚韺?dǎo)致基底容易變形。準(zhǔn)分子激光結(jié)晶的缺點(diǎn)在于，工藝需要昂 貴的激光器裝置，并且由于在多晶化的表面上產(chǎn)生擠壓(extmsion),導(dǎo)致在半 導(dǎo)體層和柵極絕緣層之間的界面性能差。金屬誘導(dǎo)結(jié)晶或金屬誘導(dǎo)橫向結(jié)晶 的缺點(diǎn)在于，由于金屬催化劑留在多晶硅層中，所以薄膜晶體管的半導(dǎo)體層 的漏電流大。因此，使用硅層作為上面工藝的開關(guān)晶體管或驅(qū)動(dòng)晶體管的各 種平板顯示裝置的特性不佳。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的各方面旨在當(dāng)使用SGS(超級(jí)晶粒硅)結(jié)晶方法使形成在絕緣基 底上的非晶硅層結(jié)晶成為多晶硅層時(shí)，控制留在多晶硅層中的金屬催化劑的 濃度。本發(fā)明的一方面在于提供一種晶體管、 一種制造方法以及一種平板顯示
裝置，其中，在基底經(jīng)歷第一熱處理時(shí)，通過(guò)使量非常少的金屬催化劑吸收 或擴(kuò)散到保護(hù)層中使基底結(jié)晶。隨后，在去除保護(hù)層和金屬催化劑之后，在 基底經(jīng)歷第二熱處理時(shí)該基底經(jīng)歷剩余(或進(jìn)一步)的結(jié)晶。因此，由于可以使 留在多晶硅層中的金屬催化劑的濃度最小化，所以可以使漏電流最小化。根據(jù)本發(fā)明一方面的一種使漏電流最小化的晶體管可以包括基底；有 源區(qū)，包括源區(qū)、溝道區(qū)和漏區(qū)，所述源區(qū)、溝道區(qū)和漏區(qū)利用SGS(超級(jí)晶 粒硅)結(jié)晶方法結(jié)晶，并且形成在基底上，使得第一退火部分和第二退火部分 的晶粒尺寸彼此不同；柵極絕緣層，形成在有源區(qū)上；柵電極，形成在柵極 絕緣層上。根據(jù)本發(fā)明的各方面，第一退火部分的晶粒邊界尺寸可以小于第二退火 部分的晶粒邊界尺寸。第一退火部分的金屬催化劑的濃度可以高于第二退火 部分的金屬催化劑的濃度。有源區(qū)的源區(qū)和漏區(qū)可以摻雜有P型摻雜物或N 型摻雜物。柵電極可以是MoW、 Ti、 Cu、 AlNd、 Al、 Cr、 Mo合金、Cu合 金、Al合金中的一種或它們的任意組合。晶體管還可以包括形成在基底和有 源區(qū)之間的緩沖層。金屬催化劑可以是Ni、 Pd、 Ti、 Ag、 Au、 Al、 Sn、 Sb、 Cu、 Co、 Mo、 Tr、 Ru、 Rh、 Cd、 Pt中的一種或它們的任意組合。根據(jù)本發(fā)明一方面的晶體管還可以包括層間介電層，形成在柵極絕緣 層和柵電極的表面上；源電極，連接到源區(qū)，并且穿透層間介電層和柵極絕 緣層；漏電極，連接到漏區(qū)，并且穿透層間介電層和柵極絕緣層。根據(jù)本發(fā)明一方面的一種制造晶體管的方法包括準(zhǔn)備基底；在基底上 形成非晶硅層；在非晶硅層上形成保護(hù)層；在保護(hù)層上形成金屬催化劑層； 執(zhí)行第一退火工藝，以使用SGS(超級(jí)晶粒硅)結(jié)晶方法使非晶硅層的非晶硅 結(jié)晶成為第一退火后的多晶硅層，其中，金屬催化劑層的金屬催化劑通過(guò)穿 透保護(hù)層擴(kuò)散至非晶硅；去除金屬催化劑層和保護(hù)層；執(zhí)行第二退火工藝， 其中，使用SGS結(jié)晶方法金屬催化劑使非晶硅結(jié)晶成為第二退火后的多晶硅， 以形成多晶硅層。在本發(fā)明的各方面中，在第二退火工藝之后，所述方法可以包括通過(guò) 將多晶硅層圖案化來(lái)形成半導(dǎo)體層(有源區(qū))，并在基底上形成柵極絕緣層、柵 電極、層間介電層、源電極/漏電極。在去除金屬催化劑層和保護(hù)層的過(guò)程中， 一旦在非晶硅結(jié)晶時(shí)，各晶粒邊界尺寸小于金屬催化劑之間的平均距離的一 半，就去除金屬催化劑層和保護(hù)層。
在本發(fā)明的各方面中，所述方法還可以包括在形成非晶硅層之前，在基 底上形成緩沖層。通過(guò)第一退火工藝形成的多晶硅的結(jié)晶度與通過(guò)第二退火 工藝形成的多晶硅的結(jié)晶度不同。通過(guò)第一退火工藝形成的多晶硅的晶粒邊 界尺寸小于通過(guò)第二退火工藝形成的多晶硅的晶粒邊界尺寸。根據(jù)本發(fā)明的各方面，通過(guò)第二退火工藝形成的多晶硅中的金屬催化劑 的濃度低于通過(guò)第一退火工藝形成的多晶硅中的金屬催化劑的濃度。金屬催化劑層可以是Ni、 Pd、 Ti、 Ag、 Au、 Al、 Sn、 Sb、 Cu、 Co、 Mo、 Tr、 Ru、Rh、 Cd、 Pt中的一種或它們的任意組合。保護(hù)層可以是絕^^層，并且可以是 氧化物膜、氮化物膜中的一種或它們的任何組合。氧化物膜可以是二氧化硅 (Si02)、鋁氧化物(氧化鋁A1203)、鉿氧化物(Hf02)和鋯氧化物(氧化鋯Zr02) 中的一種。如上所述，在本發(fā)明的各方面中，可以通過(guò)使沒(méi)必要留在多晶硅層中的 金屬催化劑的濃度最小化來(lái)減小漏電流。另外，可以通過(guò)由剩余的金屬催化 劑減少不必要的結(jié)晶來(lái)得到結(jié)晶度優(yōu)良(或被改進(jìn))的多晶硅層。本發(fā)明的附加的方面和/或優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分地闡述，并且部分 從描述中將是顯而易見(jiàn)的，或者可以通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施來(lái)獲知。


通過(guò)下面結(jié)合附圖的對(duì)本發(fā)明各方面的描述，本發(fā)明的這些和/或其它方 面和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚且更容易理解，附圖中圖la至圖lf是描述根據(jù)本發(fā)明一方面的使用SGS(超級(jí)晶粒硅)結(jié)晶方法 使非晶硅層結(jié)晶為多晶硅層的制造工藝的剖視圖；圖2是描述根據(jù)本發(fā)明一方面形成的多晶硅層在該多晶硅層被輕度蝕刻 之后的剖視圖；圖3是采用根據(jù)本發(fā)明一方面形成的多晶硅層的薄膜晶體管的剖視圖； 圖4是示出可應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明一方面的晶體管的平板顯示裝置的示例的框圖；圖5是描述可應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明一方面的晶體管的平板顯示裝置的像素電 路的等效電路圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將對(duì)附圖中示出其示例的本發(fā)明各方面做出詳細(xì)的描述，其中，相 同的標(biāo)號(hào)始終表示相同的元件。下面通過(guò)參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的各方面以 解釋本發(fā)明。圖la至圖lf是描述制造工藝的剖視圖，其中，根據(jù)本發(fā)明一方面，使 用SGS(超級(jí)晶粒硅)結(jié)晶方法使非晶硅結(jié)晶層成為多晶硅層。首先，圖la是 描述緩沖層102形成在基底101上，并且非晶硅層103形成在緩沖層102上 的工藝的剖視圖。如圖la所述，在基底101上，通過(guò)化學(xué)氣相沉積技術(shù)或工 藝或者物理氣相沉積技術(shù)或工藝的使用，將緩沖層102形成為硅氧化物層或 硅氮化物層的單層或雙層。在各種方面，基底101由塑料、玻璃或鋼制成。 如所示出的，緩沖層102防止(或減少)從底基底101產(chǎn)生的水或雜質(zhì)的擴(kuò)散。 緩沖層102還控制傳熱的速率，使得半導(dǎo)體層可以適當(dāng)?shù)亟Y(jié)晶。隨后，非晶硅層103形成在緩沖層102上。在示出的方面中，雖然不是 必要的，但是通常通過(guò)化學(xué)氣相沉積技術(shù)來(lái)形成非晶硅層103。通過(guò)化學(xué)氣 相沉積技術(shù)形成的多晶硅層103包含諸如氫的氣體，所述氣體引起諸如電子 遷移率降低等的問(wèn)題。因此，實(shí)施(或執(zhí)行)脫氫工藝，使得在非晶硅層103中不留有氫(或者從多晶硅層103去除氫)。圖lb是描述保護(hù)層104形成在基底101上的工藝的剖視圖。如圖lb中 所示，在形成有非晶硅層103的基底101上形成保護(hù)層104。在形成由非晶 硅層103的基底101上形成保護(hù)層104。如所示出的，通過(guò)化學(xué)氣相沉積技 術(shù)由氧化物膜或氮化物膜來(lái)形成保護(hù)層104。氧化物膜由諸如二氧化硅(Si02)、 鋁氧化物(比如，氧化鋁八1203)、鉿氧化物(比如，Hf02)和4告氧化物(比如，氧 化鋯Zr02)的材料制成，氮化物膜由諸如硅氮化物(比如，SiNx)的材料制成。 在其它方面，保護(hù)層104可以是所述氧化物膜或氮化物膜的任何組合。改變保護(hù)層104的特性，保護(hù)層104的這些特性的改變可以顯著地影響在后 續(xù)工藝的過(guò)程中金屬催化劑的擴(kuò)散或滲透以及非晶硅層103的結(jié)晶。即，當(dāng) 通過(guò)化學(xué)氣相沉積工藝形成保護(hù)層104時(shí)，可以通過(guò)諸如硅烷氣體的量和/或 氨氣的量和能量(或壓強(qiáng))的關(guān)鍵變量的改變來(lái)改變保護(hù)層104的特性。如所示出的，保護(hù)層104被限定為有助于非晶硅層103的結(jié)晶的絕緣層。 在一道或多道熱處理工藝的過(guò)程中，保護(hù)層104通過(guò)控制金屬催化劑的擴(kuò)散 和滲透來(lái)控制金屬催化劑的濃度或量。保護(hù)層104可以由諸如二氧化硅(Si02)、鋁氧化物(比如，氧化鋁Ab03)、鉿氧化物(比如，Hf02)、鋯氧化物(比 如，氧化鋯Zr02)的氧化物或諸如硅氮化物(SiNJ的氮化物或者它們的任意組 合制成。圖lc是描述在金屬催化劑層105形成在保護(hù)層104上的工藝的剖視圖。 如圖lc中所示，通過(guò)在保護(hù)層104上沉積金屬催化劑來(lái)形成金屬催化劑層 105。如所示出的，通過(guò)沉積Ni、 Pd、 Ti、 Ag、 Au、 Al、 Sn、 Sb、 Cu、 Co、 Mo、 Tr、 Ru、 Rh、 Cd、 Pt中的一種或多于一種的金屬催化劑或它們的任意 組合，來(lái)形成金屬催化劑層105。因?yàn)镹i可以更容易地使非晶硅層103結(jié)晶 成為多晶硅層110,所以優(yōu)選但非必要地，用Ni來(lái)形成金屬催化劑層105。圖ld是描述當(dāng)基底101經(jīng)歷第一熱處理的同時(shí)，通過(guò)執(zhí)行第一退火工藝 (描述為)106使金屬催化劑108c吸收或擴(kuò)散到保護(hù)層104中的工藝的剖視圖。隨后，執(zhí)行在基底101經(jīng)歷第一退火工藝106時(shí)使非晶硅層103結(jié)晶的 工藝。在第一退火工藝106的過(guò)程中，包含在金屬催化劑層105中的金屬催 化劑108c擴(kuò)散或滲透(描述為)107到保護(hù)層104中，并且移動(dòng)到在保護(hù)層104 和非晶硅層103(在圖lc中示出)之間的界面104a。因此，形成晶種108a。如 所示出的，不能到達(dá)非晶硅層103的金屬催化劑108b完全不影響非晶硅層 103的結(jié)晶。雖然不是必要的，但是優(yōu)選地，在第一退火工藝106的過(guò)程中 的熱處理的溫度為500°C至650°C。如果低于500°C對(duì)基底101進(jìn)行熱處理， 則不能適當(dāng)?shù)?或有效地)完成結(jié)晶。相反，在超過(guò)650。C對(duì)基底101進(jìn)行熱 處理的情況下，不能使晶種108a均勻地形成(或分散)。如所示出的，在第一退火工藝106的過(guò)程中，在基底101經(jīng)歷第一熱處 理時(shí)，金屬催化劑108c移動(dòng)到在非晶硅層103和保護(hù)層104之間的界面104a。 隨后，形成晶種108a。通過(guò)釆用SGS(超級(jí)晶粒硅)結(jié)晶方法，使用晶種108a 使非晶硅層103結(jié)晶成為多晶硅層110的晶粒110a。圖le是描述通過(guò)去除金屬催化劑層105和保護(hù)層104來(lái)形成具有低濃度 的剩余金屬催化劑108c的多晶硅層110的工藝的剖視圖。如圖le中所示， 通過(guò)去除保護(hù)層104來(lái)形成具有低濃度的剩余金屬催化劑108c的多晶硅層 110。當(dāng)保護(hù)層104被去除時(shí)，為了形成結(jié)晶的(或清潔的)界面104a，應(yīng)當(dāng)一 起去除形成在保護(hù)層104和多晶硅層IIO之間的界面104a的晶種108a。如示出的，由下面的式1計(jì)算應(yīng)該去除金屬催化劑層105和保護(hù)層104 的時(shí)間。[式l]<formula>formula see original document page 11</formula>這里，V是平均結(jié)晶速度，L是晶種108a之間的距離，t是結(jié)晶時(shí)間。即，在非晶硅層103結(jié)晶之后，當(dāng)各晶粒邊界110c(在圖lf中示出)小于 金屬催化劑之間的平均距離的一半時(shí)，去除金屬催化劑層105和保護(hù)層104 是優(yōu)選的，但非必要的。例如，如果在600。C,晶粒邊界110c以每分鐘0.83pm的速率生長(zhǎng)，并 且金屬催化劑之間的距離為2(Him，則有[式2]<formula>formula see original document page 11</formula>即，在這個(gè)示例中，在基底101經(jīng)歷大約12分鐘的第一熱處理之后，去 除金屬催化劑層105和保護(hù)層104是優(yōu)選的，但非必要的。圖lf是描述當(dāng)基底101經(jīng)歷第二熱處理時(shí)隨著基底101經(jīng)歷第二退火工 藝(描述為105)而使剩余的非晶硅層103a結(jié)晶的工藝的剖視圖。在第二退火 工藝108的過(guò)程中，非晶硅層103的結(jié)晶開始于(或起始于)在第一退火工藝 106之后形成的多晶石圭層的晶粒11 Oa。從通過(guò)金屬催化劑108c形成的一個(gè)晶種108a長(zhǎng)成多晶硅層110的一個(gè) 晶粒110a,當(dāng)從多個(gè)不同的晶種(比如，108a)長(zhǎng)成的晶粒達(dá)到彼此接觸時(shí)， 形成晶粒邊界110c。因此，如果適當(dāng)?shù)乜刂频竭_(dá)界面104a的金屬催化劑108c 的量(即，在第一退火工藝106之后，通過(guò)去除不必要的金屬催化劑108c和 保護(hù)層104來(lái)控制金屬催化劑108c的擴(kuò)散，因此，可以控制用于晶粒生長(zhǎng)的 在界面104a的晶種108a的數(shù)量)，則多晶硅層110的晶粒110a變得更大，并 且晶粒邊界110c的數(shù)量變得更少。雖然不是必要的，但是優(yōu)選地，用于第二 退火工藝108的溫度是550。C至800。C。如果在550°C以下對(duì)基底101進(jìn)行 熱處理，則不能適當(dāng)?shù)?或有效地)完成結(jié)晶。相反，在800。C以下對(duì)基底101 進(jìn)行熱處理的情況下，會(huì)使基底101變形。如所示出的，在第二退火工藝108的過(guò)程中，隨著基底101經(jīng)歷第二退 火工藝108，使剩余的非晶硅層103a結(jié)晶成為在第一退火工藝106之后(使用 SGS(超級(jí)晶粒硅)結(jié)晶方法)形成的多晶硅層110。在通過(guò)SGS結(jié)晶方法形成的多晶硅層110中，通過(guò)在第一退火工藝106 之后去除不必要的金屬催化劑108c和保護(hù)層104來(lái)控制金屬催化劑108c的 擴(kuò)散。因此，當(dāng)執(zhí)行第二退火工藝108時(shí)，控制或去除在界面104a處的用于 晶粒生長(zhǎng)的晶種108a的數(shù)量。因此，多晶硅層110的晶粒110a變得更大， 晶粒邊界110c的數(shù)量變得更少。圖2是描述在輕度蝕刻根據(jù)本發(fā)明一方面的使用SGS結(jié)晶方法形成的多 晶硅層110之后，多晶硅層110的顯微圖像。在通過(guò)第二退火工藝108形成 的多晶硅部分110b的情況下，金屬催化劑108c的濃度更低，或者結(jié)晶度優(yōu) 于通過(guò)第一退火工藝106形成多晶硅部分(或晶粒)110c時(shí)的結(jié)晶度。這是因 為隨著在第一退火工藝106之后去除金屬催化劑層105和保護(hù)層104，使不 必要的金屬催化劑108c的擴(kuò)散和滲透減少。因?yàn)榭梢跃鶆虻匦纬删Я?比如 110a)，所以隨著不必要的金屬催化劑的量減少，而使得結(jié)晶度變得優(yōu)良(或得 到改善)。在各方面，第一熱處理可以使晶粒110a成核和/或生長(zhǎng)，并且隨后 的第二熱處理進(jìn)一步使晶粒110a生長(zhǎng)成為包括晶粒110a的更大的晶粒110b。 在其它方面，還在第二熱處理的過(guò)程中防止晶粒的自發(fā)成核或使之最小化， 使得晶粒110a只是生長(zhǎng)成為更大的晶粒110b。圖3是根據(jù)本發(fā)明各方面的采用使用SGS結(jié)晶方法形成的多晶硅層110 的薄膜晶體管的剖-見(jiàn)圖。如圖3中所示，緩沖層102形成在由玻璃、石英、 塑料或鋼制成的基底101上。隨后，在如圖la至lf所述形成多晶硅層110 之后，通過(guò)將多晶硅層110圖案化來(lái)形成硅層lll(有源區(qū))。在有源區(qū)111中， 通過(guò)在第一退火工藝106之后去除不必要的金屬催化劑108c和保護(hù)層104, 來(lái)控制金屬催化劑108c的擴(kuò)散。因此，當(dāng)執(zhí)行第二退火工藝108時(shí)，控制在 界面104a處的用于晶粒生長(zhǎng)的晶種108a的數(shù)量。因此，多晶硅層110的晶 粒110a變得更大，晶粒邊界110c的數(shù)量變得更少。因此，甚至可以形成不 包括晶粒邊界或包括至少一個(gè)晶粒邊界的有源區(qū)111。隨后，在通過(guò)以單層或雙層形成絕緣層(比如硅氧化物膜、硅氮化物膜或 它們的任意組合)來(lái)形成柵極絕緣層112之后，通過(guò)沉積柵電極形成材料并將 該柵電極形成材料圖案化來(lái)形成柵電極113。如所示出的，可以通過(guò)使用柵 電極113作為掩模在硅層lll(有源區(qū))上執(zhí)行雜質(zhì)注入工藝，來(lái)限定源區(qū)/漏區(qū) 和溝道區(qū)(在有源區(qū)111中)。柵電極113可以是從MoW、 Ti、 Cu、 AlNd、 Al、 Cr、 Mo合金、Cu合金、Al合金中選擇的任意一種或它們的任意組合。隨后，在通過(guò)在基底101的整個(gè)表面上以單層或以雙層形成絕緣層(比如
硅氧化物膜、硅氮化物膜或它們的任意組合)來(lái)形成層間介電層114之后，通過(guò)蝕刻層間介電層114和柵電極113的預(yù)定的區(qū)域，來(lái)形成暴露這些層的一 個(gè)或多個(gè)部分的接觸孔。然后，通過(guò)在基底101的整個(gè)表面上沉積源電極形 成材料/漏電極形成材料并使之圖案化，來(lái)形成源電極/漏電極(比如115),從 而完成薄膜晶體管100。通過(guò)使薄膜晶體管具有上述結(jié)構(gòu)的制造方法生產(chǎn)的薄膜晶體管100可以 被廣泛地用作各種平板顯示裝置(比如，有源矩陣液晶顯示裝置和有機(jī)發(fā)光二 極管顯示裝置)的開關(guān)晶體管和驅(qū)動(dòng)晶體管。下文中，將有機(jī)發(fā)光二極管顯示 裝置400作為安裝有薄膜晶體管100的平板顯示裝置的示例來(lái)描述。然而， 根據(jù)本發(fā)明一方面的薄膜晶體管100不僅限于有機(jī)發(fā)光二極管顯示裝置400。方面的薄膜晶體管100的平板顯示裝置的示例。如圖4中所示，可以集成并 形成包括有掃描驅(qū)動(dòng)器410、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器420以及由掃描驅(qū)動(dòng)器410和數(shù)據(jù) 驅(qū)動(dòng)器420驅(qū)動(dòng)的像素部分430的有機(jī)發(fā)光二極管顯示裝置400。參照?qǐng)D5,示出了可以應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明一方面的薄膜晶體管100的平板 顯示裝置的像素部分或像素電路430。如圖5中所示，在像素電路430中， 子像素包括掃描線(Scan),用于選擇應(yīng)當(dāng)被驅(qū)動(dòng)的像素431;數(shù)據(jù)線(DATA), 用于根據(jù)被控制的選擇將控制的量的電壓施加到像素431;開關(guān)晶體管(T1), 用于根據(jù)掃描線(Scan)的信號(hào)來(lái)控制數(shù)據(jù)流；電源線(VDD)，用于提供能量； 存儲(chǔ)電容器(Cs),存儲(chǔ)電荷，其中存儲(chǔ)的電荷與從數(shù)據(jù)線(DATA)施加的電壓 與從電源線(VDD)施加的電壓之間的電壓差達(dá)到同 一程度(或存儲(chǔ)所述電壓差 的量的電荷)；驅(qū)動(dòng)晶體管(T2)，用于發(fā)送電流，所述電流由存儲(chǔ)在存儲(chǔ)電容 器(Cs)中的電壓提供或所述電流量對(duì)應(yīng)于該電壓量；有機(jī)發(fā)光二極管，用于 根據(jù)流過(guò)驅(qū)動(dòng)晶體管(T2)的電流來(lái)發(fā)光。另外，例如，分別釆用一個(gè)PMOS薄膜晶體管來(lái)形成開關(guān)晶體管(T1)和 驅(qū)動(dòng)晶體管(T2)。才艮據(jù)期望的功能的特性，開關(guān)晶體管(T1)和驅(qū)動(dòng)晶體管(T2) 可以分別包括一個(gè)以上的PMOS和/或NMOS薄膜晶體管。開關(guān)晶體管(T1)和驅(qū)動(dòng)晶體管(T2)具有與根據(jù)本發(fā)明一方面的薄膜晶體 管100的結(jié)構(gòu)的相同的結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^(guò)使留在薄膜晶體管100的硅層lll(有 源區(qū))中的金屬催化劑108c的濃度 因此，可以通過(guò)將根據(jù)本發(fā)明各方面的薄膜晶體管IOO應(yīng)用于比如有機(jī) 發(fā)光二極管顯示裝置和液晶顯示裝置的平板顯示裝置400來(lái)提高顯示器的特性。如上所述，根據(jù)本發(fā)明各方面的晶體管、該晶體管的制造方法和具有該 晶體管的平板顯示裝置的目的在于，當(dāng)使用SGS結(jié)晶方法使非晶硅層結(jié)晶時(shí)， 控制留在多晶硅層中的金屬催化劑的濃度。通過(guò)在基底經(jīng)歷第 一退火工藝時(shí) 使量非常少的金屬催化劑吸收或擴(kuò)散到保護(hù)層中，基底經(jīng)歷第 一退火工藝。 然后，在去除保護(hù)層和金屬催化劑層之后，基底經(jīng)歷第二退火工藝。因此， 可以使留在多晶硅層中的金屬催化劑的濃度最小化，并且還可以使漏電流最 小化。上面的詳細(xì)描述是根據(jù)本發(fā)明各方面的可以防止或減小漏電流的晶體 管、該晶體管的制造工藝和具有該晶體管的平板顯示裝置的一個(gè)方面，本發(fā) 明各方面不限于這些方面。還應(yīng)該理解的是，當(dāng)層或元件被稱為"在"另一 層或基底"上"或"之上"時(shí)，它可以直接在另一層或基底上，或者也可以 存在中間層。此外，應(yīng)該理解的是，當(dāng)層被稱為"在"另一層"下"或"之 下"時(shí)，它可以直接在另一層下，或者也可以存在一個(gè)或多個(gè)中間層。雖然已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的幾個(gè)方面，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該 理解的是，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以在各方面做出改變， 由權(quán)利要求及其等同物來(lái)限定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1、一種晶體管，包括基底；有源區(qū)，包括源區(qū)、溝道區(qū)和漏區(qū)，所述源區(qū)、溝道區(qū)和漏區(qū)使用超級(jí)晶粒硅結(jié)晶方法結(jié)晶，并且形成在所述基底上，使得第一退火部分的晶粒尺寸和第二退火部分的晶粒尺寸彼此不同；柵極絕緣層，形成在所述有源區(qū)上；柵電極，形成在所述柵極絕緣層上。
2、 如權(quán)利要求1所述的晶體管，其中，所述第一退火部分的晶粒邊界尺 寸小于所述第二退火部分的晶粒邊界尺寸。
3、 如權(quán)利要求1所述的晶體管，其中，所述有源區(qū)包含金屬催化劑。
4、 如權(quán)利要求3所述的晶體管，其中，在所述第一退火部分中的所述金 屬催化劑的濃度高于在所述第二退火部分中的所述金屬催化劑的濃度。
5、 如權(quán)利要求3所述的晶體管，其中，所述金屬催化劑是Ni、 Pd、 Ti、 Ag、 Au、 Al、 Sn、 Sb、 Cu、 Co、 Mo、 Tr、 Ru、 Rh、 Cd、 Pt中的一種或它 們的任意組合。
6、 如權(quán)利要求1所述的晶體管，其中，所述源區(qū)和所述漏區(qū)摻雜有P 型4參雜物。
7、 如權(quán)利要求1所述的晶體管，其中，所述源區(qū)和所述漏區(qū)摻雜有N 型摻雜物。
8、 如權(quán)利要求1所述的晶體管，其中，所述柵電極是MoW、 Ti、 Cu、 AlNd、 Al、 Cr、 Mo合金、Cu合金、Al合金中的一種或它們的任意組合。
9、 如權(quán)利要求1所述的晶體管，還包括在所述基底和所述有源區(qū)之間形 成的緩沖層。
10、 如權(quán)利要求1所述的晶體管，還包括層間介電層，形成在所述柵極絕緣層和所述柵電極的表面上；源電極，連接到所述源區(qū)并穿透所述層間介電層和所述柵極絕緣層；漏電極，連接到所述漏區(qū)并穿透所述層間介電層和所述柵極絕緣層。
11、 如權(quán)利要求1所述的晶體管，其中，在所述有源區(qū)中不存在晶粒邊
12、 如權(quán)利要求1所述的晶體管，其中，在所述有源區(qū)中存在至少一個(gè) 晶粒邊界。
13、 一種制造晶體管的方法，包括如下步驟 制備基底；在所述基底上形成非晶硅層；在所述非晶硅層上形成保護(hù)層；在所迷保護(hù)層上形成金屬催化劑層；執(zhí)行第一退火工藝，以使用超級(jí)晶粒硅結(jié)晶方法使所述非晶硅層的非晶 硅結(jié)晶成為第一退火后的多晶硅，其中，所述金屬催化劑層的金屬催化劑通 過(guò)穿透所述保護(hù)層擴(kuò)散至非晶硅層；去除所述金屬催化劑層和所述保護(hù)層；執(zhí)行第二退火工藝，其中，使用所述超級(jí)晶粒結(jié)晶方法所述金屬催化劑 使所迷非晶硅結(jié)晶成為第二退火后的多晶硅，以形成多晶硅層。
14、 如權(quán)利要求13所述的制造晶體管的方法，還包括 通過(guò)將所述多晶硅層圖案化來(lái)形成半導(dǎo)體層；在所迷基底上形成柵極絕緣層、柵電極、層間介電層、源電極/漏電極。
15、 如權(quán)利要求13所述的制造晶體管的方法，其中，在去除所述金屬催 化劑層和所述保護(hù)層的過(guò)程中， 一旦所述非晶硅結(jié)晶，使得各晶粒邊界尺寸 小于所述金屬催化劑之間的平均距離的一半，則去除所述金屬催化劑層和所 述保護(hù)層。
16、 如權(quán)利要求13所述的制造晶體管的方法，還包括 在形成所述非晶硅層之前，在所述基底上形成緩沖層。
17、 如權(quán)利要求13所述的制造晶體管的方法，其中，通過(guò)所述第一退火 工藝形成的多晶硅的結(jié)晶度與通過(guò)所述第二退火工藝形成的多晶硅的結(jié)晶度 不同。
18、 如權(quán)利要求13所述的制造晶體管的方法，其中，通過(guò)所述第一退火 工藝形成的多晶硅的晶粒邊界尺寸小于通過(guò)所述第二退火工藝形成的多晶硅 的晶粒邊界尺寸。
19、 如權(quán)利要求13所述的制造晶體管的方法，其中，通過(guò)所述第一退火 工藝形成的多晶硅中的金屬催化劑的濃度高于通過(guò)所述第二退火工藝形成的 多晶硅中的金屬催化劑的濃度。
20、 如權(quán)利要求13所述的制造晶體管的方法，其中，在所述第一退火后 的多晶硅中不存在晶粒邊界。
21、 如權(quán)利要求13所述的制造晶體管的方法，其中，在所述第一退火后 的多晶硅中存在至少 一個(gè)晶粒邊界。
22、 如權(quán)利要求13所述的制造晶體管的方法，其中，在所述第二退火后 的多晶硅中不存在晶粒邊界。
23、 如權(quán)利要求13所述的制造晶體管的方法，其中，在所述第二退火后 的多晶硅中存在至少一個(gè)晶粒邊界。
24、 如權(quán)利要求13所述的制造晶體管的方法，其中，所述金屬催化劑層 是Ni、 Pd、 Ti、 Ag、 Au、 Al、 Sn、 Sb、 Cu、 Co、 Mo、 Tr、 Ru、 Rh、 Cd、 Pt中的一種或它們的任意組合。
25、 如權(quán)利要求13所述的制造晶體管的方法，其中，所述保護(hù)層是絕緣層。
26、 如權(quán)利要求13所述的制造晶體管的方法，其中，所述保護(hù)層是氧化 物膜、氮化物膜中的一種或它們的任意組合。
27、 如權(quán)利要求13所述的制造晶體管的方法，其中，所述氧化物膜是 Si02、 A1203、 Hf02和Zr02中的一種或它們的任意組合。
28、 如權(quán)利要求13所述的制造晶體管的方法，其中，所述第一退火工藝 發(fā)生在大約500。C至大約650°C之間，所述第二退火工藝發(fā)生在大約550。C 至大約800°C之間。
29、 一種平板顯示裝置，包括 通過(guò)如權(quán)利要求13所述的方法制造的晶體管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種晶體管及其制造方法以及具有該晶體管的平板顯示器。所述晶體管包括基底；有源區(qū)，包括源區(qū)、溝道區(qū)和漏區(qū)，所述源區(qū)、溝道區(qū)和漏區(qū)利用SGS結(jié)晶方法結(jié)晶，并且形成在基底上，使得第一退火部分和第二退火部分的晶粒尺寸彼此不同；柵極絕緣層，形成在有源區(qū)上；柵電極，形成在柵極絕緣層上。
文檔編號(hào)H01L29/78GK101211979SQ20071030118
公開日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月29日
發(fā)明者丁世桓, 徐晉旭, 樸炳建, 李基龍, 梁泰勛, 馬克西姆·莉薩契克 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社