專利名稱：薄膜晶體管及制造方法以及包括其的有機發(fā)光顯示設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的各方面涉及薄膜晶體管及其制造方法以及包括其的有機發(fā)光二極管(OLED)顯示設備。尤其是，本發(fā)明的各方面涉及在形成覆蓋(capping)層、形 成結晶化誘導(crystallization inducing)金屬層和使非晶硅(amorphous s i 1 i con)層結晶化為多晶硅層的超級晶粒硅(SGS )結晶化方法中具有帶特定拉曼 譜(Raman spectrum )峰值的多晶硅層的薄膜晶體管、制造該薄膜晶體管的方法 以及包括該薄膜晶體管的OLED顯示設備非晶。
背景技術：
通常，多晶硅層具有高的場效應遷移率，可以應用于高速工作電路，并且可以 容易地用于制造CMOS電路。因此，在形成薄膜晶體管的半導體層中廣泛使用多晶 硅層。使用這種多晶硅層的薄膜晶體管可以用作有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)的 有源器件或有源矩陣OLED顯示設備的開關器件或驅動器件。為了形成用于薄膜晶體管中的多晶硅層，可以使用蒸發(fā)法、采用高退火的技術 或激光退火方法。激光退火方法可以在低溫下進行，并且可以提供具有高場效應 遷移率的多晶硅層。然而，激光退火方法需要昂貴的激光設備，因此，人們正在 開發(fā)替代技術。當前，人們在使用結晶化誘導金屬使非晶硅層結晶化的方法上進行了很多的研 究。使用結晶化誘導金屬的方法具有的優(yōu)點是，可以比固相結晶化(SPC)方法的 溫度更低、時間更短地進行結晶化。使用金屬的結晶化的類型包括金屬誘導結晶 化(MIC)和金屬誘導橫向結晶化(MILC)。然而，這些使用金屬的結晶化方法可 能導致薄膜晶體管的器件特性由于金屬污染而降質。同時，為了形成具有良好質量的多晶硅層同時減少金屬量，有人建議通過借助 于離子注入設備來調節(jié)金屬的離子濃度而使用高退火、快速熱退火(RTA)或激光 照射從而形成具有優(yōu)良質量的多晶硅層。同樣，為了使采用MIC的多晶硅層的 表面平坦化，人們建議采用這樣一種方法，即，使粘性的有機層與液體金屬混合，使用旋涂方法沉積薄膜，然后對其進行退火以誘導結晶化。然而，即使在這些結晶化方法中，仍然存在晶粒大小均勻性和使晶粒的大小 更大的問題，這些是多晶硅層中最重要的因素。為了解決這些問題，已經提出了 一種制造多晶硅層的方法，即使用覆蓋層的結晶化方法。該方法包括在襯底上沉 積非晶硅層，在非晶硅層上形成覆蓋層，在覆蓋層上形成結晶化誘導金屬層以及 通過使用激光束的退火處理使襯底退火或使金屬催化劑通過覆蓋層擴散到非晶硅 層中以形成晶種，從而得到多晶硅層。該方法的優(yōu)點是防止了結晶化誘導金屬受到比要求的更多的污染，因為金屬 是通過覆蓋層擴散。然而，采用該方法，大量金屬仍保留在多晶硅層中。同樣， 這樣會很難確定是否存在足夠量的結晶化誘導金屬用以使非晶硅層結晶化成多晶 硅層以形成薄膜晶體管，是否形成了足夠量的晶種以及是否為結晶化進行了足夠 長時間的退火處理。發(fā)明內容本發(fā)明的各方面提供了通過SGS結晶化來使非晶硅層結晶化成多晶硅層的一 種方法，它用特定范圍中的拉曼譜峰值限定了晶種區(qū)域、晶粒邊界區(qū)域以及設置 在晶種區(qū)域和晶粒邊界區(qū)域之間的晶體生長區(qū)域中的多晶硅層的晶粒。根據本發(fā)明的一個方面，薄膜晶體管包括襯底；設置在襯底上的半導體層， 包括源極區(qū)域、漏極區(qū)域和溝道區(qū)域，并由多晶硅層構成；設置成與半導體層的 預定區(qū)域對應的柵極電極；設置在半導體層和柵極電極之間的柵極絕緣層；以及 分別電連接到半導體層的源極區(qū)域和漏極區(qū)域的源極和漏極電極，其中多晶硅層 包括相互具有不同拉曼譜峰值的多個區(qū)域。根據本發(fā)明的另一個方面，制造薄膜晶體管的方法包括準備襯底；在村底 上形成非晶硅層；在非晶硅層上形成覆蓋層；在覆蓋層上形成結晶化誘導金屬層； 使襯底退火，使結晶化誘導金屬通過覆蓋層擴散到非晶硅層中，以及使非晶硅層 結晶化成由相互具有不同拉曼譜峰值的多個區(qū)域構成的多晶硅層；除去覆蓋層和 結晶化誘導金屬層；在多晶硅層上形成圖案以形成半導體層；在半導體層上形成 柵極絕緣層；在柵極絕緣層上形成柵極電極；在柵極電極上形成層間絕緣層；以 及蝕刻層間絕緣層和柵極絕緣層，和形成電連接到半導體層預定區(qū)域的源極和漏 極電極。根據本發(fā)明的另一個方面， 一種OLED顯示設備包括襯底；設置在襯底上的 半導體層，包括源極區(qū)域、漏極區(qū)域和溝道區(qū)域，并由多晶硅層構成；設置成與 半導體層的預定區(qū)域對應的柵極電極；設置在半導體層和柵極電極之間的柵極絕 緣層；分別電連接到半導體層的源極區(qū)域和漏極區(qū)域的源極和漏極電極；連接到 源極或漏極電極的第一電極；設置在第一電極上的有機層；以及設置在有機層上 的第二電極，其中多晶硅層包括相互具有不同拉曼譜峰值的多個區(qū)域。根據本發(fā)明的另一個方面，提供了一種設置在襯底上的半導體層，該半導體 層包括源極區(qū)域、漏極區(qū)域和溝道區(qū)域，并由多晶硅層構成，其中多晶硅層包括 相互具有不同拉曼譜峰值的多個區(qū)域。根據本發(fā)明的另一個方面，提供了一種A薄膜晶體管，包括襯底；設置在襯 底上的半導體層，包括源極區(qū)域、漏極區(qū)域和溝道區(qū)域，并由多晶硅層構成；設 置成與半導體層的預定區(qū)域對應的柵極電極；設置在半導體層和柵極電極之間的 柵極絕緣層；以及分別電連接到半導體層的源極區(qū)域和漏極區(qū)域的源極和漏極電 極，其中多晶硅層包括晶種區(qū)域、晶粒邊界區(qū)域和設置在晶種區(qū)域和晶粒邊界區(qū) 域之間的晶體生長區(qū)域，其中晶種區(qū)域具有0. 05到0. 11的拉曼譜峰值，晶體生 長區(qū)域具有0. 17到0. 24的拉曼譜峰值，而晶粒邊界區(qū)域具有0. 12到0. 15的拉 曼譜峰值。根據本發(fā)明的另一個方面，提供了制造薄膜晶體管的方法，包括準備襯底； 在襯底上形成非晶硅層；在非晶硅層上形成覆蓋層；在覆蓋層上形成金屬催化劑 層；使村底退火，使金屬催化劑通過覆蓋層擴散到非晶硅層中，以及使非晶硅層 結晶化成多晶硅層，該多晶硅層包括晶種區(qū)域、晶粒邊界區(qū)域和設置在晶種區(qū)域 和晶粒邊界區(qū)域之間的晶體生長區(qū)域，其中晶種區(qū)域具有0. 05到0. 11的拉曼譜 峰值，晶體生長區(qū)域具有0. 17到0. 24的拉曼譜峰值，而晶粒邊界區(qū)域具有0. 12 到0.15的拉曼譜峰值；除去覆蓋層和金屬催化劑層；在多晶硅層上形成圖案以 形成半導體層；在半導體層上形成柵極絕緣層；在柵極絕緣層上形成柵極電極； 在柵極電極上形成層間絕緣層；以及蝕刻層間絕緣層和柵極絕緣層，以及形成電 連接到半導體層預定區(qū)域的源極和漏極電極。根據本發(fā)明的另一個方面，提供了一種有機發(fā)光顯示設備(OLED),包括襯 底；設置在襯底上的半導體層，包括源極區(qū)域、漏極區(qū)域和溝道區(qū)域，并由多晶 硅層構成；設置成與半導體層的溝道區(qū)域對應的柵極電極；設置在半導體層和柵極電極之間的柵極絕緣層；分別電連接到半導體層的源極區(qū)域和漏極區(qū)域的源極和漏極電極；連接到源極和漏極的第一電極；設置在第一電極上的有機層；以及 設置在有機層上的第二電極，其中多晶硅層包括晶種區(qū)域、晶粒邊界區(qū)域和設置 在晶種區(qū)域和晶粒邊界區(qū)域之間的晶體生長區(qū)域，其中晶種區(qū)域具有0. 05到0. 11 的拉曼譜峰值，晶體生長區(qū)域具有0. 17到0. 24的拉曼譜峰值，而晶粒邊界區(qū)域 具有0. 12到0. 15的拉曼譜峰值。根據本發(fā)明的另一個方面，提供了一種形成半導體層的方法，包括準備襯底； 在襯底上形成非晶硅層；在非晶硅層上形成覆蓋層；在覆蓋層上形成金屬催化劑 層；使襯底退火，使金屬催化劑通過覆蓋層擴散到非晶硅層中，并使非晶硅層結 晶化成多晶硅層；通過拉曼波譜學(Raman spectroscopy)分析所形成的多晶硅 層以確定所形成的多晶硅層的結晶化程度以及識別晶種區(qū)域、晶粒邊界區(qū)域以及 設置在晶種區(qū)域和晶粒邊界區(qū)域之間的晶體生長區(qū)域，其中晶種區(qū)域具有0.05 到0.11的拉曼譜峰值，晶體生長區(qū)域具有0.17到0.24的拉曼譜峰值，而晶粒 邊界區(qū)域具有0. 12到0. 15的拉曼譜峰值。下面的說明中將部分地闡明本發(fā)明的另外一些方面和/或優(yōu)點，并且部分地 通過說明將變得顯而易見，或可以通過本發(fā)明的實踐來認識到。


下面將參考本發(fā)明的某些示范性實施例并參考附圖來描述本發(fā)明的上述的和/或其它的特征，其中圖1A到1D是橫截面圖，示出根據本發(fā)明一個實施例的SGS結晶化方法；圖2A是掃描電子顯微(SEM)照片，示出通過圖1中SGS方法形成的多晶硅層的晶粒；圖2B到2D是拉曼譜曲線圖，示出根據圖2A所示的晶粒的內部位置的結晶度 的差異；圖3A到3D是橫截面圖，示出使用根據本發(fā)明一個實施例制造的多晶硅層來 制造薄膜晶體管的過程；以及圖4是根據本發(fā)明一個實施例的OLED顯示設備的橫截面圖。
具體實施方式
現(xiàn)在將詳細參考本發(fā)明的各實施例，結合

其例子，其中在整個說明 書中，相同的標號表示相同的元件。下面參考附圖來描述各個實施例以說明本發(fā) 明。然而，本發(fā)明的各方面可以按不同方式來實施，并且不應該解釋為是局限于 這里所闡明的各個實施例。提供這些實施例是為了使公開透徹和完整的，并且把 本發(fā)明的范圍充分地傳達給本領域的技術人員。附圖中，為了清楚起見，夸大了 層和區(qū)域的厚度。此外，當把某一層描述為形成在另一層或襯底上時，該層可以 直接形成在其它層或襯底上，或可以有第三層介于該層和其它層或襯底之間。圖1A至1D是橫截面圖，示出根據本發(fā)明一個示范性實施例的結晶化過程。如圖1A所示，在用玻璃或塑料形成的襯底101上形成緩沖層102。緩沖層102 可以形成為單層或包括諸如氧化硅層或氮化硅層之類絕緣層的雙層，并且可以使 用化學氣相沉積(CVD)方法或物理氣相沉積(PVD)方法來形成。緩沖層102的 作用是防止從襯底101產生的潮氣或雜質的擴散，或用作在結晶化期間調節(jié)熱的 傳導速度從而使非晶硅層的結晶化可以適當?shù)剡M行。接著，在緩沖層102上形成非晶硅層103?？梢酝ㄟ^CVD或PVD來形成非晶 硅層103。同樣，在形成非晶硅層103期間或之后，可以進行非晶硅層的脫氫處 理以減少氫的濃度。圖1B是橫截面圖，示出在非晶硅層上形成覆蓋層和結晶化誘導金屬層的過 程。參考圖1B,在非晶硅層103上形成覆蓋層105。作為一個非限制性的例子， 可以用氮化硅來形成覆蓋層105,這使得在后面的過程中形成的結晶化誘導金屬 可以在退火處理中擴散。另一選擇是，覆蓋層可以形成為包括氮化硅層和氧化硅 層的雙層。覆蓋層105是通過諸如CVD方法、PVD方法或相似的方法形成的。這 里，覆蓋層105的厚度為1 A到2000A。接著，在覆蓋層105上沉積結晶化誘導金屬以形成結晶化誘導金屬層106。 結晶化誘導金屬可以是從包括Ni、 Pd、 Ti、 Ag、 Au、 Al、 Sn、 Sb、 Cu、 Co、 Mo、 Tr、 Ru、 Rh、 Cd和Pt的一組材料中選擇出來的至少一種材料。作為一個特定的 非限制性的例子，結晶化誘導金屬可以是Ni。在覆蓋層105上形成表面密度為1011 個原子/cn^到1015個原子/cm2的結晶化誘導金屬層106。當金屬催化劑的表面 密度小于1011個原子/ cm2時，作為結晶化的晶核(nucleus)的晶種量較小以致 難以使非晶硅層結晶化為多晶硅層。當結晶化誘導金屬的表面密度大于1015個原子/cm2時，擴散到非晶硅層中的結晶化誘導金屬的量較大以致多晶硅層的晶粒 較小。同樣，保留在多晶硅層中的結晶化誘導金屬的量較大，以致將通過在多晶 硅層上形成圖案來形成的半導體層的特性會更差。通常，在傳統(tǒng)的MIC或MILC方法中，應該仔細調節(jié)結晶化誘導金屬的厚度或 密度。這是因為在結晶化之后，結晶化誘導金屬留在多晶硅層的表面上，并且可 能導致薄膜晶體管的漏電流增加之類的問題。然而，根據本發(fā)明的各方面，可以 無需精確地控制厚度或密度而形成結晶化誘導金屬層。這是因為覆蓋層105控制 結晶化誘導金屬的擴散，只使少量的結晶化誘導金屬擴散到非晶硅層中而對結晶 化有貢獻。結晶化誘導金屬層的大部分結晶化誘導金屬不穿透覆蓋層105，并且 對結晶化無貢獻。圖1C是橫截面圖，示出使襯底退火以使結晶化誘導金屬通過覆蓋層擴散到非 晶硅層的界面中的過程。參考圖1C,有緩沖層102、非晶硅層103、覆蓋層105 和結晶化誘導金屬層106形成于其上的襯底101經受退火處理107以將結晶化誘 導金屬層106中的一些結晶化誘導金屬轉移到非晶硅層103的表面。只有少量擴 散通過覆蓋層105的結晶化誘導金屬到達非晶硅層103的表面。大部分結晶化誘 導金屬沒有滲透過覆蓋層105或沒有到達非晶硅層103。(圖1C和1D中的標號 "106b"來標出到達非晶硅層103表面的結晶化誘導金屬，而圖1C中的標號 "106a"標出滲透過覆蓋層但是沒有到達非晶硅層103表面的結晶化誘導金屬)。 因此，通過覆蓋層105的擴散抑制能力來確定到達非晶硅層103表面的結晶 化誘導金屬的量。覆蓋層105的擴散抑制能力與覆蓋層105的厚度有緊密的關系。 即，當覆蓋層105的厚度增加時，擴散的結晶化誘導金屬的量減少，結果接著在 非晶硅層103中產生的晶粒的大小較大。當覆蓋層105的厚度減小時，擴散的結 晶化誘導金屬的量增加，結果接著在非晶硅層103中產生的晶粒的大小較小。在2 00° C到900。 C的溫度下進行退火處理107達數(shù)秒到數(shù)小時，以擴散結 晶化誘導金屬，并且可以通過爐(furnace)處理、RTA處理、UV處理或激光處 理來進行。圖1D是橫截面圖，示出由于擴散的結晶化誘導金屬而使非晶硅層結晶化為多 晶硅層的過程。參考圖1D,當被已經經由覆蓋層105擴散到非晶硅層103表面 的結晶化誘導金屬106b所誘導時，非晶硅層103結晶化為多晶硅層108。即， 擴散的結晶化誘導金屬106b與非晶硅層的硅組合而形成金屬硅化物，而金屬硅化物形成作為結晶化的晶核的晶種，結果使非晶硅層結晶化為多晶硅層。根據本發(fā)明的各方面的結晶化方法包括在非晶硅層上形成覆蓋層，在覆蓋層 上形成結晶化誘導金屬層，退火以擴散結晶化誘導金屬，以及使用擴散的結晶化 誘導金屬使非晶硅層結晶化為多晶硅層，該方法稱為SGS結晶化方法。因此，當調節(jié)作為結晶化的晶核的金屬硅化物的量即結晶化誘導金屬106b的 量時，可以調節(jié)多晶硅層108的晶粒的大小。如上所述，可以執(zhí)行退火處理107而無需除去圖1D中的覆蓋層105和結晶化 誘導金屬層106。然而，也可以使結晶化誘導金屬擴散到非晶硅層中以形成作為 結晶化的晶核的金屬硅化物，除去覆蓋層105和金屬催化劑層106，并對其執(zhí)行 退火以形成多晶硅層。圖2A是掃描電子顯微(SEM)照片，示出通過根據本發(fā)明的示范性實施例的 SGS方法形成的多晶硅層的晶粒。圖2B到2D是拉曼譜曲線圖，示出根據圖2所 示的晶粒的內部位置的結晶度的差異。參考圖2A，可以把構成多晶硅層108的晶粒劃分成晶種區(qū)域A、晶粒邊界區(qū) 域C和晶體生長區(qū)域B。圖2B到2D示出使用分析薄膜特性的諸如拉曼頻譜分析儀之類的一般設備得 到的多晶硅層中晶粒的特性分析結果，其中曲線圖的X軸表示施加的波數(shù)(nnT M ，而曲線圖的Y軸表示所測量的分量(component)的波束強度(beam Intensity)。拉曼譜測量可以測量結晶化特性，通過在非晶硅層和多晶硅層自己 的波長范圍內對非晶硅層的峰值和多晶硅層的峰值進行比較可以確定其結晶度， 并且可以確定當非晶硅層的峰值對多晶硅層的峰值的比值比較高時，結晶化具有 的質量好。同時，圖2B到2D的拉曼譜曲線圖中的平坦部分示出非晶分量，而峰 值部分示出晶體的分量。圖2B示出在作為中心晶粒部分的晶種區(qū)域A中的結晶度的拉曼語測量。測 量的結果是晶種區(qū)域A的拉曼譜峰值為0.11。圖2D示出在晶粒邊界區(qū)域C中的結晶度的拉曼譜測量。測量的結果是晶粒邊 界區(qū)域C的拉曼譜峰值為0.12。圖2 C示出設置在作為中心晶粒部分的晶種區(qū)域A和晶粒邊界區(qū)域C之間的晶 體生長區(qū)域B中的結晶度的拉曼譜測量。測量的結果是晶體生長區(qū)域B的拉曼譜 峰值為0. 20?？梢杂嬎愠鲈趫D2B到2D的晶種區(qū)域A、晶體生長區(qū)域B和晶粒邊界區(qū)域C 中的結晶化小數(shù)(fractions )分別為0. 50、 0. 60和0. 49。如上所述，如從拉曼譜峰值可看到的那樣，通過SGS結晶化的多晶硅層具有 由晶種區(qū)域、晶體生長區(qū)域和晶粒邊界區(qū)域表示的三個區(qū)域。根據非限制性的例 子，晶種區(qū)域A的拉曼譜峰值為0. 05到O.ll,晶體生長區(qū)域B的拉曼譜峰值為 0. 17到0. 24，晶粒邊界區(qū)域C的拉曼i普峰值為0. 12到0. 16。因此，可以發(fā)現(xiàn)，三個相互具有不同拉曼譜峰值的區(qū)域定義了通過SGS來結 晶化的多晶硅，這是只有SGS方法具有的固有特性。圖3A到3D是橫截面圖，示出使用根據本發(fā)明一個示范性實施例制造的多晶 硅層來制造薄膜晶體管的過程。參考圖3A，在形成了緩沖層102的村底101上，在通過SGS而結晶化的多晶 硅層(圖1D的108)上形成圖案以形成半導體層110。這里，由于覆蓋層的原因， 半導體層110的剩余結晶化誘導金屬的量少，所以它的漏電流特性比通過其它結 晶化方法形成的半導體層好。接著，如圖3B所示，在形成半導體層110的襯底101上形成柵極絕緣層l20。 柵極絕緣層12 0可以是單層或用氧化硅層和氮化硅層中的至少 一種形成的雙層。接著，在柵極絕緣層120上形成用作柵極電極(未示出)的金屬層。用作柵 極電極的金屬層可以是由鋁或諸如鋁-釹(A1-Nd)之類鋁合金構成的單層或將 鋁合金堆疊在Cr或Mo合金上的多層。然后通過光刻(photolithograph)處理 對用作柵極電極的金屬層進行蝕刻以在與半導體層110對應的預定區(qū)域中形成柵 極電極130。圖3C是橫截面圖，示出對半導體層中摻雜以形成源極區(qū)域、漏極區(qū)域和溝道 區(qū)域的過程。參考圖3C,使用柵極電極130作為掩模摻入預定量的導電雜質離 子135以形成源極區(qū)域112和漏極區(qū)域116?？梢允褂胮-型雜質離子或n-型 雜質離子作為用于形成薄膜晶體管的雜質離子135。這里，可以從包括硼(B)、 鋁(A1)、鎵(Ga)和銦(In)的一組材料中選擇p-型雜質離子，并且可以從包括磷 (P)、砷(As)和銻(Sb)的一組材料中選擇n-型雜質離子。接著，如圖3D所示，在柵極絕緣層120上的柵極電極130上形成保護下面結 構的層間絕緣層14 0。接著，蝕刻層間絕緣層140和柵極絕緣層120的預定區(qū)域以形成接觸孔，以及形成填充接觸孔的導電層，然后形成圖案，從而半導體層110的預定區(qū)域電連接到源極電極和漏極電極142和144,從而完成薄膜晶體管。 圖4是根據本發(fā)明一個實施例的OLED顯示設備的橫截面圖。 參考圖4，在襯底101的整個表面上形成絕緣層150。絕緣層150可以是有機 層、無機層或它們的組合層。作為非限制性的例子，當絕緣層150是無機層時， 可以用旋涂玻璃(SOG) ( Spin-On-Glass )來形成絕緣層150,并且當它是有機 層時，可以用丙烯酸酯類樹脂(acrylic resin )、聚酰亞胺樹脂(polyimidic resin) 或苯并環(huán)丁烯(BCB) ( be固cyclobutene )來形成之。蝕刻絕緣層150以形成使源極和漏極電極142和144之一暴露的通孔，并且 形成將連接到源極和漏極電極142和144之一的第一電極160。把第一電極160 設置在通孔的底部，與暴露的源極電極和漏極電極142和144之一接觸，并且延 伸到絕緣層150上。第一電極160可以由氧化銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO)來 形成。接著，在包括第一電極160的襯底101的整個表面上形成像素限定層170。 像素限定層170的厚度足以填充設置了第一電極160的通孔。可以由有機層或無 機層來形成像素限定層170。例如，可以由從包括苯并環(huán)丁烯(BCB)、丙烯酸酯 類聚合物和聚酰亞胺的一組材料中選擇一個來形成像素限定層1"。像素限定層 170可以具有優(yōu)良的流動性，從而可以在襯底的整個表面上平坦地形成像素限定 層170。蝕刻像素限定層170以形成暴露第一電極16 0的開口，并且在通過開口而暴 露的第一電極160上形成有機層180。有機層180至少包括發(fā)射層，還可以包括 空穴注入層、空穴傳輸層、電子傳輸層和電子注入層中的至少一層。接著，在襯底101的整個表面上形成第二電極l90。第二電極l90可以由Mg、 Ag、 Al、 Ca或它們的合金來構成。形成透明的第二電極190作為透光的電極， 并且具有低功函數(shù)。因此，完成了根據本發(fā)明一個實施例的OLED顯示設備。根據如上所述的本發(fā)明的各方面，分析通過SGS方法形成的多晶硅層的拉曼 譜峰值可以容易地確定結晶化程度，并且可以用特定的拉曼譜峰值來限定多晶硅 層。同樣，少量結晶化誘導金屬可以保留在半導體層中，從而可以制造具有優(yōu)良16特性的薄膜晶體管。雖然已經示出和描述了本發(fā)明的幾個實施例，但是本領域的技術人員可以理 解，可以在不偏離本發(fā)明的原理和精神的情況下對實施例作出修改，本發(fā)明的范 圍由權利要求書及其等效來限定。
權利要求
1.一種薄膜晶體管，包括襯底；設置在所述襯底上的半導體層，包括源極區(qū)域、漏極區(qū)域和溝道區(qū)域，并且由多晶硅層構成；設置成與所述半導體層的預定區(qū)域對應的柵極電極；設置在所述半導體層和所述柵極電極之間的柵極絕緣層；以及分別電連接到所述半導體層的所述源極區(qū)域和漏極區(qū)域的源極電極和漏極電極，其中，所述多晶硅層包括相互具有不同拉曼譜峰值的多個區(qū)域。
2. 如權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述多晶硅層的所述多個 區(qū)域包括晶種區(qū)域、晶粒邊界區(qū)域和設置在所述晶種區(qū)域和所述晶粒邊界區(qū)域之 間的晶體生長區(qū)域。
3. 如權利要求2所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述晶種區(qū)域具有0. 05 到0. 11的拉曼譜峰值。
4. 如權利要求2所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述晶體生長區(qū)域具有0. I7 到0. 24的拉曼譜峰值。
5. 如權利要求2所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述晶粒邊界區(qū)域具有0. I2 到0. 15的拉曼譜峰值。
6. 如權利要求2所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述晶種區(qū)域包括結晶化 誘導金屬。
7. 如權利要求6所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述結晶化誘導金屬包括 從包括Ni、 Pd、 Ti、 Ag、 Au、 Al、 Sn、 Sb、 Cu、 Co、 Mo、 Tr、 Ru、 Rh、 Cd和Pt 的一組材料中選擇出來的至少 一種材料。
8. —種制造薄膜晶體管的方法，包括 準備襯底；在所述襯底上形成非晶硅層； 在所述非晶硅層上形成覆蓋層；在所述覆蓋層上形成金屬催化劑層；使所述襯底退火，使所述金屬催化劑通過所述覆蓋層擴散到所述非晶硅層上， 以及使所述非晶硅層結晶化成由相互具有不同拉曼譜峰值的多個區(qū)域所構成的多 晶娃層；除去所述覆蓋層和所述金屬催化劑層； 在所述多晶硅層上形成圖案以形成半導體層； 在所述半導體層上形成柵極絕緣層； 在所述柵極絕緣層上形成柵極電極； 在所述柵極電極上形成層間絕緣層；以及蝕刻所述層間絕緣層和所述柵極絕緣層，和形成電連接到所述半導體層預定 區(qū)i或的源纟及電纟及和漏 一及電才及。
9. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述多晶硅層的所述多個區(qū)域包 括晶種區(qū)域、晶粒邊界區(qū)域和設置在所述晶種區(qū)域和所述晶粒邊界區(qū)域之間的晶 體生長區(qū)域。
10. 如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述晶種區(qū)域具有0. 05到0. 11 的^i曼譜峰值。
11. 如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述晶體生長區(qū)域具有0. 17到 0. 24的拉曼譜峰值。
12. 如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述晶粒邊界區(qū)域具有0. 12到 0. 15的拉曼譜峰值。
13. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，在200°C到900°C的溫度下執(zhí) 行退火。
14. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述金屬催化劑包括從包括Ni、 Pd、 Ti、 Ag、 Au、 Al、 Sn、 Sb、 Cu、 Co、 Mo、 Tr、 Ru、 Rh、 Cd和Pt的一組材泮牛 中選擇出來的至少一種材料。
15. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，形成的所述金屬催化劑具有1011 個原子/cm卩到IO"個原子/ cm2的表面密度。
16. —種有機發(fā)光顯示設備(0LED)，包括 襯底；設置在所述襯底上的半導體層，包括源極區(qū)域、漏極區(qū)域和溝道區(qū)域，并且由多晶硅層構成；設置成與所述半導體層的所述溝道區(qū)域對應的柵極電極； 設置在所述半導體層和所述柵極電極之間的柵極絕緣層；分別電連接到所述半導體層的所述源極區(qū)域和所述漏極區(qū)域的源極電極和漏 極電極；連接到所述源極電極和漏極電極的第 一 電極； 設置在所述第一電極上的有機層；以及 設置在所述有機層上的第二電極，其中，所述多晶硅層包括相互具有不同拉曼譜峰值的多個區(qū)域。
17. 如權利要求16所述的0LED,其特征在于，所述多晶硅層的多個區(qū)域包括 晶種區(qū)域、晶粒邊界區(qū)域和設置在所述晶種區(qū)域和所述晶粒邊界區(qū)域之間的晶體 生長區(qū)域。
18. 如權利要求17所述的OLED,其特征在于，所述晶種區(qū)域具有0. 05到0. 11 的拉曼鐠峰值。
19. 如權利要求17所述的0LED，其特征在于，所述晶體生長區(qū)域具有0. I7 到0. 24的拉曼i普峰值。
20. 如權利要求17所迷的0LED，其特征在于，所述晶粒邊界區(qū)域具有0.12 到0. 15的拉曼譜峰值。
21. 如權利要求17所述的0LED，其特征在于，所述晶種包括金屬催化劑。
22. 如權利要求21所述的OLED,其特征在于，所述金屬催化劑包括從包括Ni、 Pd、 Ti、 Ag、 Au、 Al、 Sn、 Sb、 Cu、 Co、 Mo、 Tr、 Ru、 Rh、 Cd和Pt的一組材料 中選擇出來的至少 一種材料。
23. —種設置在襯底上的半導體層，所述半導體層包括源極區(qū)域、漏極區(qū)域 和溝道區(qū)域，并且由多晶硅層構成，其中，所述多晶硅層包括相互具有不同拉曼 譜峰值的多個區(qū)域。
24. 如權利要求23所述的半導體層，其特征在于，所述多晶硅層的所述多個 區(qū)域包括晶種區(qū)域、晶粒邊界區(qū)域和設置在所述晶種區(qū)域和所述晶粒邊界區(qū)域之 間的晶體生長區(qū)域。
25. 如權利要求24所述的半導體層，其特征在于，所述晶種區(qū)域具有0.05 到0.11的拉曼譜峰值，所述晶體生長區(qū)域具有0.17到0.24的拉曼譜峰值，而所述晶粒邊界區(qū)域具有0. 12到0. 15的拉曼譜峰值。
26. 如權利要求24所述的半導體層，其特征在于，所述晶種區(qū)域包括從包括 Ni、 Pd、 Ti、 Ag、 Au、 Al、 Sn、 Sb、 Cu、 Co、 Mo、 Tr、 Ru、 Rh、 Cd和Pt的一組 材料中選擇出來的結晶化誘導金屬。
27. —種設置在襯底上的半導體層，所述半導體層包括源極區(qū)域、漏極區(qū)域 和溝道區(qū)域，并且由多晶硅層構成，其中，所述多晶硅層包括晶種區(qū)域、晶粒邊 界區(qū)域和設置在所述晶種區(qū)域和所述晶粒邊界區(qū)域之間的晶體生長區(qū)域，其中， 所述晶種區(qū)域具有0. 05到0. 11的拉曼譜峰值，所述晶體生長區(qū)域具有0. 17到 0. 24的拉曼譜峰值，而所述晶粒邊界區(qū)域具有0. 12到0. 15的拉曼譜峰值。
28. —種薄膜晶體管，包括 襯底；設置在所述襯底上的半導體層，包括源極區(qū)域、漏極區(qū)域和溝道區(qū)域，并且 由多晶硅層構成；設置成與所述半導體層的預定區(qū)域對應的柵極電極；設置在所述半導體層和所述柵極電極之間的柵極絕緣層；以及極，其中，所述多晶硅層包括晶種區(qū)域、晶粒邊界區(qū)域和設置在所述晶種區(qū)域和 所述晶粒邊界區(qū)域之間的晶體生長區(qū)域，其中，所述晶種區(qū)域具有0. 05到0.11 的拉曼語峰值，所述晶體生長區(qū)域具有0. 17到0. 24的拉曼譜峰值，而所述晶粒 邊界區(qū)域具有0. 12到0. 15的拉曼譜峰值。
29. —種制造薄膜晶體管的方法，包括 準備襯底；在所述襯底上形成非晶硅層；在所述非晶硅層上形成覆蓋層；在所述覆蓋層上形成金屬催化劑層；使所述襯底退火，使所述金屬催化劑通過所述覆蓋層擴散到所述非晶硅層中， 以及使所述非晶硅層結晶化成多晶硅層，所述多晶硅層包括晶種區(qū)域、晶粒邊界 區(qū)域和設置在所述晶種區(qū)域和所述晶粒邊界區(qū)域之間的晶體生長區(qū)域，其中，所 述晶種區(qū)域具有0. 05到0. 11的拉曼譜峰值，所述晶體生長區(qū)域具有0. I7到0. 24的拉曼譜峰值，而所述晶粒邊界區(qū)域具有0. 12到0. 15的拉曼語峰值； 除去所述覆蓋層和所述金屬催化劑層； 在所述多晶硅層上形成圖案以形成半導體層； 在所述半導體層上形成柵極絕緣層； 在所述柵極絕緣層上形成柵極電極； 在所述柵極電極上形成層間絕緣層；以及蝕刻所述層間絕緣層和所述柵極絕緣層，以及形成電連接到所述半導體層的 預定區(qū)域的源極電極和漏極電極。
30. —種有機發(fā)光顯示設備(0LED),包括設置在所述襯底上的半導體層，包括源極區(qū)域、漏極區(qū)域和溝道區(qū)域，并且 由多晶硅層構成；設置成與所述半導體層的所述溝道區(qū)域對應的> 極電極； 設置在所述半導體層和所述柵極電極之間的4冊極絕緣層； 分別電連接到所迷半導體層的所述源極區(qū)域和漏極區(qū)域的源極電極和漏極電極；連接到所述源極電極和漏極電極的第 一 電極； 設置在所述第一電極上的有機層；以及 設置在所述有機層上的第二電極，其中，所述多晶硅層包括晶種區(qū)域、晶粒邊界區(qū)域和設置在所述晶種區(qū)域和 所述晶粒邊界區(qū)域之間的晶體生長區(qū)域，其中，所述晶種區(qū)域具有0.05到0.11 的拉曼譜峰值，所述晶體生長區(qū)域具有0. 17到0. 24的拉曼譜峰值，而所述晶粒 邊界區(qū)域具有0. 12到0. 15的拉曼譜峰值。
31. —種形成半導體層的方法，包括 準備村底；在所述襯底上形成非晶硅層；在所述非晶硅層上形成覆蓋層；在所述覆蓋層上形成金屬催化劑層；使所述襯底退火，使所述金屬催化劑通過所述覆蓋層擴散到所述非晶硅層中， 以及使所述非晶硅層結晶化成多晶硅層；通過拉曼波頻語學分析所述形成的多晶硅層以確定所形成的多晶硅層的結晶 化程度以及識別晶種區(qū)域、晶粒邊界區(qū)域以及設置在所述晶種區(qū)域和所述晶粒邊 界區(qū)域之間的晶體生長區(qū)域，其中，所述晶種區(qū)域具有0. 05到0. 11的拉曼譜峰值，所述晶體生長區(qū)域具有0. 17到0. 24的拉曼譜峰值，而所述晶粒邊界區(qū)域具 有0. 12到0. 15的拉曼譜峰值。
全文摘要
一種薄膜晶體管，包括襯底；設置在襯底上的半導體層，包括源極區(qū)域、漏極區(qū)域和溝道區(qū)域，并且由多晶硅層構成；設置成與半導體層的溝道區(qū)域對應的柵極電極；設置在半導體層和柵極電極之間的柵極絕緣層；以及分別電連接到半導體層的源極區(qū)域和漏極區(qū)域的源極電極和漏極電極，其中，多晶硅層包括相互具有不同拉曼譜峰值的多個區(qū)域。
文檔編號H01L27/32GK101252150SQ200710307439
公開日2008年8月27日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權日2006年12月28日
發(fā)明者徐晉旭, 樸炳建, 李基龍, 梁泰勛 申請人:三星Sdi株式會社