專利名稱：形成多晶硅層的方法、薄膜晶體管和有機發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成多晶硅層的方法、包括所述多晶硅層的薄膜晶體管和有機發(fā)光裝置。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管是轉(zhuǎn)換和/或驅(qū)動裝置，且包括電極和有源層。有源層主要包括硅，根據(jù)晶體形態(tài)，硅可分類為非晶硅或多晶硅。因為多晶硅與非晶硅相比具有更高的遷移率，所以包括多晶硅的薄膜晶體管可提供高反應(yīng)速度和低能耗。形成多晶硅的方法可包括固相結(jié)晶(SPC)和受激準分子激光器結(jié)晶(ELC)。然而，固相結(jié)晶包括在高溫下熱處理較長時間，從而引起基質(zhì)變形，且受激準分子激光器結(jié)晶需要昂貴的激光設(shè)備且難以使基質(zhì)整體均勻結(jié)晶。為了彌補以上結(jié)晶方法，已建議用金屬催化劑結(jié)晶的金屬誘導(dǎo)結(jié)晶(MIC)、金屬誘導(dǎo)橫向結(jié)晶(MILC)、超晶粒硅結(jié)晶(SGS)等。然而，根據(jù)以上結(jié)晶方法，大量金屬催化劑仍會存留在多晶硅層中，因此會影響薄膜晶體管的特性。

發(fā)明內(nèi)容
一個示例性實施方式提供了一種形成可改進薄膜晶體管特性的多晶硅層的方法。另一個實施方式提供了包括由所述方法形成的多晶硅層的薄膜晶體管。另一個實施方式提供了一種包括所述薄膜晶體管的有機發(fā)光裝置。根據(jù)實施方式，提供了一種形成多晶硅層的方法，包括形成第一非晶硅層和形成第二非晶硅層，使得所述第一非晶硅層和所述第二非晶硅層具有彼此不同的膜性質(zhì)；和用金屬催化劑使所述第一非晶硅層和所述第二非晶硅層結(jié)晶，以形成第一多晶硅層和第二多晶娃層。所述第一多晶硅層和所述第二多晶硅層可具有彼此不同的晶粒度。所述第二多晶硅層可比所述第一多晶硅層具有更小的晶粒度。形成具有彼此不同膜性質(zhì)的所述第一非晶硅層和所述第二非晶硅層可包括在提供第一氣體的同時沉積所述第一非晶硅層，和在提供第二氣體的同時沉積所述第二非晶硅層。所述第一氣體可包括氬氣，且所述第二氣體包括氫氣。所述第一多晶硅層和所述第二多晶硅層可包括由所述金屬催化劑和硅結(jié)合形成的硅化物，且所述第一多晶硅層可比所述第二多晶硅層具有更高的硅化物含量。所述第一非晶硅層中的金屬催化劑用量和所述第二非晶硅層中金屬催化劑的用量可基本相同。根據(jù)實施方式，提供了一種薄膜晶體管，包括用金屬催化劑結(jié)晶的多晶硅層、與所述多晶硅層重疊的柵極和與所述多晶硅層電連接的源極和漏極，其中所述多晶硅層包括具有彼此不同晶粒度的第一多晶硅層和第二多晶硅層。所述第一多晶硅層可比所述第二多晶硅層更靠近所述柵極布置。所述第二多晶硅層可比所述第一多晶硅層具有更小的晶粒度。所述第一多晶硅層和所述第二多晶硅層可包括由所述金屬催化劑和硅結(jié)合形成的硅化物，且所述第一多晶硅層可比所述第二多晶硅層具有更高的硅化物含量。根據(jù)實施方式，提供了一種包括薄膜晶體管的有機發(fā)光裝置，所述薄膜晶體管包括柵極、與所述柵極重疊且用金屬催化劑結(jié)晶的多晶硅層和以所述多晶硅層為中心彼此相對的源極和漏極、與所述薄膜晶體管電連接的第一電極、與所述第一電極相對的第二電極和布置在所述第一電極和所述第二電極之間的發(fā)光層，其中所述多晶硅層包括彼此具有不同晶粒度的第一多晶硅層和第二多晶硅層。 所述第一多晶硅層可比所述第二多晶硅層更靠近所述柵極布置。所述第二多晶硅層可比所述第一多晶硅層具有更小的晶粒度。所述第一多晶硅層和所述第二多晶硅層可包括由所述金屬催化劑和硅結(jié)合形成的硅化物，且所述第一多晶硅層可比所述第二多晶硅層具有更高的硅化物含量。


通過參考附圖詳細描述各示例性實施方式，以上和其它特征和優(yōu)點對本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得更明顯，其中圖1至圖4說明依次顯示根據(jù)一個實施方式的形成多晶硅層的方法的截面圖；圖5說明根據(jù)一個實施方式的薄膜晶體管的截面圖；圖6至圖10說明顯示根據(jù)一個實施方式的制造薄膜晶體管的方法的截面圖；圖11說明根據(jù)另一個實施方式的薄膜晶體管的截面圖；圖12A和12B說明了根據(jù)實施例和對比例的多晶硅層的晶粒度；且圖13說明了根據(jù)實施例和對比例的多晶硅層的平均晶粒度。
具體實施例方式下文中將參照附圖來更詳細地描述示例性實施方式；然而，本發(fā)明可以許多不同形式實施，且不應(yīng)受限于本文所述示例性實施方式。提供這些實施方式，使得本公開全面和完整，并將本發(fā)明的范圍傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚說明，可將層和區(qū)域的尺寸放大。應(yīng)理解的是，當稱層或元件在另一層或基板上時，其可直接在其它層或基板上，或也可存在插入層。此外，應(yīng)理解的是，當稱層在兩層之間時，其可為兩層之間僅有的一層，或也可存在一個或多個插入層。相同的附圖標記在全文中表示相同元件。下文中，將參照圖1至圖4說明根據(jù)一個實施方式的形成多晶硅層的方法。圖1至圖4說明依次顯示根據(jù)一個實施方式的形成多晶硅層的方法的截面圖。參照圖1，在由材料如玻璃、聚合物或硅晶片制成的基板110上，形成緩沖層120。緩沖層120可例如通過使用氧化硅或氮化硅等的化學(xué)氣相沉積(CVD)法形成。緩沖層120可阻擋由基板110產(chǎn)生的雜質(zhì)或濕氣從外側(cè)流入上層的轉(zhuǎn)移，且可控制下述熱處理期間的熱轉(zhuǎn)移，從而能夠均勻結(jié)晶。
隨后，第一非晶硅層，例如下非晶硅層150a形成在緩沖層120上。下非晶硅層150a 可通過例如使用硅烷的化學(xué)氣相沉積(CVD)法形成。隨后，金屬催化劑50a形成在下非晶硅層150a上。金屬催化劑50a通過下述的熱處理變?yōu)橄路蔷Ч鑼?50a結(jié)晶的晶種。金屬催化劑 50a可通過SGS結(jié)晶法在低濃度下形成。金屬催化劑50a可以約1 X IO12CnT2至約1 X IO15CnT2 的面密度形成。在以上密度范圍內(nèi)，可形成具有適合晶粒度的多晶硅層。參照圖2，第二非晶硅層，例如上非晶硅層150b形成在下非晶硅層150a上。上非晶硅層150b也可例如通過使用硅烷的化學(xué)氣相沉積(CVD)法形成。下非晶硅層150a和上非晶硅層150b可以彼此不同的膜性質(zhì)形成。下非晶硅層 150a和上非晶硅層150b的不同的膜性質(zhì)可通過提供不同類型的氣體來制備，所述不同類型的氣體可在沉積下非晶硅層150a和上非晶硅層150b時與硅烷一起提供。例如，當沉積下非晶硅層150a，氬氣(Ar)可與硅烷氣體一起提供，且當沉積上非晶硅層150b，氫氣(H2)可與硅烷氣體一起提供。此時，提供有氫氣的上非晶硅層150b可比提供有氬氣的下非晶硅層150a具有更低的缺陷密度。參照圖3，金屬催化劑50b形成在上非晶硅層150b上。金屬催化劑50b通過下述的熱處理變?yōu)樯戏蔷Ч鑼?50b結(jié)晶的晶種。金屬催化劑50b可以與在下非晶硅層150a上形成的金屬催化劑50a基本相同的量形成。金屬催化劑50a和50b可選自如鎳(Ni)、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鋁(Al)、錫 (Sn)、鎘(Cd)、它們的合金或它們的組合。隨后，熱處理基板。參照圖4，在熱處理期間，下非晶硅層150a和上非晶硅層150b形成為包括使用金屬催化劑50a和50b的多個晶粒的第一多晶硅層，例如下多晶硅層150a’和第二多晶硅層， 例如上多晶硅層150b，，且組成下非晶硅層150a和上非晶硅層150b的硅與金屬催化劑50a 和50b結(jié)合以形成硅化物。如上所述，當沉積下非晶硅層150a和上非晶硅層150b時，提供不同類型的氣體以形成具有不同膜性質(zhì)的下非晶硅層150a和上非晶硅層150b，從而形成在膜中具有不同缺陷密度的下非晶硅層150a和上非晶硅層150b。例如，如上所述，如果在沉積下非晶硅層 150a時將氬氣(Ar)與硅烷氣體一起提供，且在沉積上非晶硅層150b時將氫氣(H2)硅烷氣體一起提供，下非晶硅層150a可比上非晶硅層150b具有更高的缺陷密度，因此在下非晶硅層150a中可形成更多金屬硅化物。通過熱處理形成的下多晶硅層150a’和上多晶硅層150b’可具有彼此不同的晶粒度。如上所述，如果向下非晶硅層150a提供氬氣且向上非晶硅層150b提供氫氣，上多晶硅層150b’可比下多晶硅層150a’具有更小的晶粒度。因此，當使用基本上相同量的金屬催化劑50a和50b時，下非晶硅層150a和上非晶硅層150b可以不同的晶粒度形成。因此，對于具有包括多晶硅層150a’和150b’作為有源層的頂柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管，具有溝道的上多晶硅層150b’可以小晶粒度形成，以此改善薄膜晶體管的均勻特性。而且，因為不需要增加金屬催化劑的量來降低晶粒度，所以可防止漏電流增加?，F(xiàn)在，將參照圖5描述根據(jù)上述方法形成的包括多晶硅層的薄膜晶體管。
圖5說明根據(jù)一個實施方式的薄膜晶體管的截面圖。緩沖層120形成在基板110上，且半導(dǎo)體圖案巧4形成在緩沖層120上。半導(dǎo)體圖案巧4包括通過圖案化上述下多晶硅層150a’和上多晶硅層150b’形成的兩個多晶硅層 154p和154q。如上所述，兩個圖案化的多晶硅層154p和154q具有彼此不同的晶粒度。半導(dǎo)體圖案巧4具有溝道區(qū)15 、源區(qū)15如和漏區(qū)lMd，且源區(qū)15如和漏區(qū)154d 可摻雜P型或η型雜質(zhì)。如圖5所示，且出于至少與上述相同的原因，溝道區(qū)15 包括上溝道區(qū)IMpc和下溝道區(qū)154qc，源區(qū)15如包括上源區(qū)IMps和下源區(qū)154qs，且漏區(qū)154d 包括上漏區(qū)IMpd和下漏區(qū)154qd。柵絕緣層140形成在半導(dǎo)體圖案巧4上。柵絕緣層140可由氧化硅、氮化硅等形成。柵極IM形成在柵絕緣層140上。柵極IM與半導(dǎo)體圖案154的溝道區(qū)15 重疊。絕緣層180形成在柵極IM上，且絕緣層180具有分別暴露半導(dǎo)體圖案154的源區(qū)154s和漏區(qū)154d的接觸孔181和182。通過接觸孔181和182與半導(dǎo)體圖案154的源區(qū)15如和漏區(qū)154d分別連接的源極173和漏極175形成在絕緣層180上。下文中，將參照圖6至圖10以及圖5和圖1至圖4描述形成薄膜晶體管的方法。圖6至圖10說明顯示根據(jù)一個實施方式的形成薄膜晶體管的方法的截面圖。根據(jù)圖1至圖4的上述方法，緩沖層120以及具有彼此不同的晶粒度的下多晶硅層150a，和上多晶硅層150b，形成在基板110上。參照圖6，將下多晶硅層150a’和上多晶硅層150b’圖案化，以形成包括下半導(dǎo)體圖案154p和上半導(dǎo)體圖案154q的半導(dǎo)體圖案154。參照圖7，柵絕緣層140形成在半導(dǎo)體圖案巧4上。柵絕緣層140可通過例如使用氧化硅或氮化硅的化學(xué)氣相沉積(CVD)法形成。參照圖8，柵極IM形成在柵絕緣層140上。參照圖9，絕緣層180形成在柵極IM和柵絕緣層140上。參照圖10，將絕緣層180和柵絕緣層140圖案化以形成暴露部分半導(dǎo)體圖案IM 的接觸孔181和182。參照圖5，通過接觸孔181和182與半導(dǎo)體圖案154的源區(qū)15如和漏區(qū)154d分別連接的源極173和漏極175形成在絕緣層180上。下文中，參照圖11，將描述根據(jù)另一個實施方式的薄膜晶體管。圖11說明根據(jù)另一個實施方式的薄膜晶體管的截面圖。緩沖層120形成在基板110上，且柵極IM形成在緩沖層120上。柵絕緣層140 形成在柵極1 上，且包括由多晶硅制成的下半導(dǎo)體圖案154p和上半導(dǎo)體圖案154q的半導(dǎo)體圖案巧4形成在柵絕緣層140上。如上所述，下半導(dǎo)體圖案154p和上半導(dǎo)體圖案154q 具有彼此不同的晶粒度。源極173和漏極175形成在半導(dǎo)體圖案巧4上。與上述實施方式不同，根據(jù)此實施方式的薄膜晶體管具有底柵結(jié)構(gòu)。因此，與上述實施方式不同，薄膜晶體管的溝道形成在下半導(dǎo)體圖案154p中。因此，與上述實施方式相反，下半導(dǎo)體圖案154p比上半導(dǎo)體圖案154q具有更小的晶粒度。出于此目的，當形成下半導(dǎo)體圖案154p時，氫氣(H2)可與硅烷氣體一起提供，且當形成上半導(dǎo)體圖案154q時，氬氣可與硅烷氣體一起提供。如上所述，通過提供不同類型的氣體，可形成具有不同膜性質(zhì)的非晶硅的雙層，且隨后，通過用金屬催化劑使此雙層結(jié)晶，可控制缺陷密度和晶粒度而不增加金屬催化劑的量。因此，在薄膜晶體管的溝道形成區(qū)中可降低晶粒度并同時降低缺陷密度，以此增加薄膜晶體管的均勻特性。而且，因為不需要增加金屬催化劑的量來降低薄膜晶體管的溝道形成區(qū)中的晶粒度，所以可防止因金屬催化劑導(dǎo)致的漏電流增加。上述薄膜晶體管可用于有機發(fā)光裝置。有機發(fā)光裝置包括與上述薄膜晶體管電連接的第一電極如像素電極、與此像素電極相對的第二電極如公共電極，和布置在此像素電極和此公共電極之間的發(fā)光層。像素電極和公共電極之一可為陽極，且另一個可為陰極。有機發(fā)光裝置可包括兩個或更多個上述薄膜晶體管。一些薄膜晶體管可用作轉(zhuǎn)換薄膜晶體管，且一些薄膜晶體管可用作驅(qū)動薄膜晶體管。在下文中，參照實施例更詳細地說明本公開。然而，這些實施例是示例性實施方式且本公開不限于此。實施例多晶硅層的形成在玻璃基板上順序沉積具有約1000A厚度的氮化硅和具有約5000A厚度的氧化硅，以形成緩沖層。隨后，在緩沖層上，分別以約0. 33SCCm和約16SCCm的流速一起提供硅烷氣體和氬氣，以通過化學(xué)氣相沉積(CVD)法形成具有約200A厚度的下非晶硅層。隨后， 在下非晶硅層上，分別以約0. 7sCCm和約3. 5sCCm的流速一起提供硅烷氣體和氫氣，以通過化學(xué)氣相沉積(CVD)法形成具有約400A厚度的上非晶硅層。隨后，在上非晶硅層上，提供約5 X IO13CnT2的面密度的鎳(Ni)。隨后，將基板在約700°C下熱處理，以形成多晶硅的雙層。薄膜晶體管的制造將以上形成的多晶硅雙層圖案化。隨后，在圖案化的多晶硅層上，通過化學(xué)氣相沉積(CVD)法分別形成約800A和約400A的厚度的氧化硅和氮化硅。隨后，在柵絕緣層上，通過濺射分別形成約2000A和約700A的厚度的鋁(Al)和鉬(Mo)，隨后將鋁(Al)和鉬(Mo) 圖案化以形成柵極。隨后，使用柵極作為掩模，將多晶硅層摻雜硼(B)以形成源漏區(qū)。隨后， 在柵極上，將氧化硅和氮化硅分別以約3000A和2000A的厚度作為絕緣層涂布，并隨后將柵絕緣層和絕緣層一起圖案化以暴露部分多晶硅層。隨后，在絕緣層上，分別形成約700A、 約4000A和約700A的厚度的銷(Mo)、鋁(Al)和鉬(Mo)，并隨后將鉬(Mo)、鋁(Al)和鉬 (Mo)圖案化以形成源極和漏極。對比例多晶硅層的形成在玻璃基板上，順序沉積具有約1000A厚度的氮化硅和具有約5000A厚度的氧化硅，以形成緩沖層。隨后，在緩沖層上，分別以約0. 7SCCm和約3. 5sccm的流速一起提供硅烷氣體和氫氣，以通過化學(xué)氣相沉積(CVD)法形成具有約600A厚度的非晶硅層。隨后， 在非晶硅層上，以約5X IO13CnT2的面密度提供鎳(Ni)。隨后，將基板在約700°C下熱處理，以形成多晶硅的單層。薄膜晶體管的制造使用多晶硅的單層，采用與實施例所述基本相同的方法制造薄膜晶體管。評價比較根據(jù)實施例和對比例形成的多晶硅層的晶粒度、平均晶粒度和晶粒度分布。為了測量晶粒度、平均晶粒度和晶粒度分布，蝕刻多晶硅層以暴露多晶硅的晶界， 且隨后通過光學(xué)顯微鏡獲得圖像，并取樣數(shù)十個晶體以測量平均值和分布。從測量結(jié)果可確定由實施例的上非晶硅層形成的上多晶硅層比由下非晶硅層形成的下多晶硅層具有較小的晶粒度。也可確定根據(jù)實施例的多晶硅層比根據(jù)對比例的多晶硅層具有較小的平均晶粒度。此解釋參照圖12、圖13和表1。圖12A和12B說明了根據(jù)實施例(圖12A)和對比例(圖12B)的多晶硅層的晶粒度的照片。圖13為說明根據(jù)實施例和對比例的多晶硅層的平均晶粒度的圖。(表 1)
權(quán)利要求
1.一種形成多晶硅層的方法，包括形成第一非晶硅層和第二非晶硅層，使得所述第一非晶硅層和所述第二非晶硅層具有彼此不同的膜性質(zhì)；和用金屬催化劑使所述第一非晶硅層和所述第二非晶硅層結(jié)晶，以分別形成第一多晶硅層和第二多晶硅層。
2.如權(quán)利要求1的形成多晶硅層的方法，其中所述第一多晶硅層和所述第二多晶硅層具有彼此不同的晶粒度。
3.如權(quán)利要求2的形成多晶硅層的方法，其中所述第二多晶硅層比所述第一多晶硅層具有更小的晶粒度。
4.如權(quán)利要求3的形成多晶硅層的方法，其中形成具有彼此不同膜性質(zhì)的所述第一非晶硅層和所述第二非晶硅層包括在提供第一氣體的同時沉積所述第一非晶硅層；和在提供第二氣體的同時沉積所述第二非晶硅層。
5.如權(quán)利要求4所述的形成多晶硅層的方法，其中所述第一氣體包括氬氣，和所述第二氣體包括氫氣。
6.如權(quán)利要求5所述的形成多晶硅層的方法，其中所述第一多晶硅層和所述第二多晶硅層包括由所述金屬催化劑和硅結(jié)合形成的硅化物，且所述第一多晶硅層比所述第二多晶硅層具有更高的硅化物含量。
7.如權(quán)利要求1所述的形成多晶硅層的方法，其中所述第一非晶硅層中的金屬催化劑用量和所述第二非晶硅層中金屬催化劑的用量相同。
8.一種薄膜晶體管，包括用金屬催化劑結(jié)晶的多晶硅層；與所述多晶硅層重疊的柵極；和與所述多晶硅層電連接的源極和漏極，其中，所述多晶硅層包括具有彼此不同的晶粒度的第一多晶硅層和第二多晶硅層。
9.如權(quán)利要求8所述的薄膜晶體管，其中所述第一多晶硅層比所述第二多晶硅層更靠近所述柵極布置。
10.如權(quán)利要求9所述的薄膜晶體管，其中所述第二多晶硅層比所述第一多晶硅層具有更小的晶粒度。
11.如權(quán)利要求9所述的薄膜晶體管，其中所述第一多晶硅層和所述第二多晶硅層包括由所述金屬催化劑和硅結(jié)合形成的硅化物，且所述第一多晶硅層比所述第二多晶硅層具有更高的硅化物含量。
12.—種有機發(fā)光裝置，包括薄膜晶體管，所述薄膜晶體管包括柵極、與所述柵極重疊且用金屬催化劑結(jié)晶的多晶硅層和以所述多晶硅層為中心彼此相對的源極和漏極；與所述薄膜晶體管電連接的第一電極；與所述第一電極相對的第二電極；和布置在所述第一電極和所述第二電極之間的發(fā)光層；其中所述多晶硅層包括具有彼此不同晶粒度的第一多晶硅層和第二多晶硅層。
13.如權(quán)利要求12所述的有機發(fā)光裝置，其中所述第一多晶硅層比所述第二多晶硅層更靠近所述柵極布置。
14.如權(quán)利要求13所述的有機發(fā)光裝置，其中所述第二多晶硅層比所述第一多晶硅層具有更小的晶粒度。
15.如權(quán)利要求13所述的有機發(fā)光裝置，其中所述第一多晶硅層和所述第二多晶硅層包括由所述金屬催化劑和硅結(jié)合形成的硅化物，且所述第一多晶硅層比所述第二多晶硅層具有更高的硅化物含量。
全文摘要
一種形成多晶硅層的方法，包括形成第一非晶硅層和形成第二非晶硅層，使得所述第一非晶硅層和所述第二非晶硅層具有彼此不同的膜性質(zhì)；和用金屬催化劑使所述第一非晶硅層和所述第二非晶硅層結(jié)晶，以形成第一多晶硅層和第二多晶硅層。一種薄膜晶體管包括由所述方法形成的多晶硅層，和一種有機發(fā)光裝置包括所述薄膜晶體管。
文檔編號H01L27/32GK102386069SQ20111024108
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者孫榕德, 徐晉旭, 樸承圭, 樸炳建, 樸鐘力, 李東炫, 李卓泳, 李吉遠, 李基龍, 蘇炳洙, 鄭在琓, 鄭珉在, 鄭胤謨 申請人:三星移動顯示器株式會社