CN101162690A - 多晶硅薄膜晶体管及其制造方法 - Google Patents

多晶硅薄膜晶体管及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制造多晶硅薄膜晶体管的方法。该方法的一个实施例包括以下步骤：在面板上形成非晶硅层；对非晶硅层扫描连续波激光束以对非晶硅层进行预热，其中，连续波激光束具有处于红色可见光范围和近红外范围之间的大约600nm至大约900nm的波长范围；除了连续波激光束之外，还对面板重叠扫描脉冲激光束以将被预热的非晶硅层熔化，其中，脉冲激光束具有处于可见光范围和紫外范围之间的大约100nm至大约550nm的波长范围；停止扫描脉冲激光束以使被熔化的硅层晶化。

Description

多晶硅薄膜晶体管及其制造方法
技术领域
本公开涉及一种制造多晶硅薄膜晶体管的方法，更具体地说，涉及一种制造薄膜晶体管的方法，在该方法中，重叠扫描组合激光束以使非晶硅薄膜转变为多晶硅薄膜。
背景技术
诸如有源矩阵液晶显示器、电子发射显示装置和有机发光显示器的平板显示装置利用薄膜晶体管(TFT)来驱动像素。大多数TFT包括由硅形成的沟道。多晶态的硅较非晶态的硅具有较高的场效应迁移率。因此，以多晶态的硅来高速驱动平板显示装置是可能的。
装置的面板可由非晶硅、石英、玻璃或塑料形成。玻璃面板由于具有一定的诸如透明度高、成本低、产率高的优势而被广泛使用。
为了使在玻璃面板上形成的非晶硅转变为晶体硅，在玻璃面板不变形的温度范围内执行晶化热处理工艺。例如，在这种低温范围内利用激光退火方法来制造多晶硅(即低温多晶硅LTPS)。激光退火方法由于制造成本低、效率高而被认为是一种比其他低温晶化技术更好的技术。
在激光退火方法中通常利用准分子激光器。在准分子激光退火方法中，由于非晶硅高度吸收选定波长范围的准分子激光，所以非晶硅可易于在短时间内受热并熔化以提供多晶硅(也称作p-Si)而不损坏面板。
然而，通过准分子激光退火方法得到的多晶硅具有非常低的电子迁移率。另外，该多晶硅的粒度在所有TFT中不均匀。因而，准分子激光退火方法不适用于在高品质平板显示装置中使用的多晶硅薄膜晶体管(p-Si TFT)。
连续振荡(例如连续波CW)激光退火方法已被用作解决准分子激光的上述缺点的方法。由于CW激光退火方法可提供沿着与激光注入的方向相同的方向基本没有晶粒排列的晶体，因此制造具有高电子迁移率的p-Si TFT是可能的。
然而，利用CW激光退火方法不易在大面板上制造具有规则的粒度的多晶硅。另外，CW激光器可输出的最高功率水平(a maximum power level)被限定在硅薄膜能充分吸收CW激光能量(the power of CW laser)的波长范围内。因此，CW激光器不适用于大规模生产。
此外，当利用传统的激光退火方法来制造大尺寸面板时，在面板的整个表面上多次扫描激光束以得到p-Si TFT。在这种情况下，对面板的部分表面重叠扫描激光束，从而在重叠扫描区域内先前已结晶的硅会再次熔化(即重结晶)。在重叠扫描区域内重结晶的多晶硅具有与没有重结晶的多晶硅的特性不同的特性。结果，即使在单个面板内，利用传统的激光热处理技术制造的多晶硅TFT也会具有不同的材料特性。当利用具有不同的材料特性的多晶硅TFT来制造平板显示装置时，会沿着重结晶的硅颗粒产生缺陷(比如条纹)。
发明内容
一个实施例提供了一种制造多晶硅薄膜晶体管的方法。该方法包括：提供非晶硅层；在第一时间段，对非晶硅层施加具有大约600nm至大约900nm的波长的连续波激光束；在第一时间段内的第二时间段，对硅层施加具有大约100nm至大约550nm的波长的脉冲激光束，使得在第二时间段内脉冲激光束与连续波激光束至少部分重叠。
连续波激光束和脉冲激光束均可为直线束，该直线束的横截面具有长度和宽度，其中，长度大于宽度。连续波激光束的横截面的宽度可大于脉冲激光束的横截面的宽度。施加连续波激光束的步骤可包括沿着一方向扫描连续波激光束，施加脉冲激光束的步骤可包括沿着所述方向扫描脉冲激光束。
连续波激光束可具有第一尺寸的横截面，脉冲激光束可具有小于第一尺寸的第二尺寸的横截面。脉冲激光束可与连续波激光束基本上完全重叠。连续波激光束可具有低于将非晶硅层熔化所需的能级的能级。基底可由玻璃或塑料形成。
另一实施例提供了通过上述方法制造的多晶硅薄膜晶体管。该晶体管可包括含有多晶颗粒的硅薄膜，所述颗粒具有大约10μm或大于10μm的平均尺寸。
再一实施例提供了一种包括多晶硅薄膜晶体管的电子装置。该电子装置可包括显示装置。该显示装置可包括有机发光显示装置。
另一实施例提供了一种制造电子器件的方法。该方法包括：提供包括非晶硅薄膜的半成品的电子器件；在第一时间段，对非晶硅薄膜施加具有大约600nm至大约900nm的波长的连续波激光束；在第一时间段内的第二时间段，对薄膜施加具有大约100nm至大约550nm的波长的脉冲激光束，使得在第二时间段内脉冲激光束与连续波激光束至少部分重叠，由此至少部分非晶硅薄膜被转变成多晶硅；进一步制造半成品的电子器件，从而制造出作为集成电路的一部分的包含多晶硅的电子器件。
施加连续波激光束的步骤可包括利用选自于由半导体激光器、固体激光器和气体激光器组成的组中的一种激光器。可利用选自于由GaAs、GaAlAs、GaP和GaAlAsP组成的组中的材料来产生半导体激光器。施加脉冲激光束的步骤可包括利用选自于由半导体激光器、固体激光器和气体激光器组成的组中的一种激光器。可利用选自于由Ar、Kr和CO2组成的组中的材料来产生气体激光器。
另一实施例提供了一种用于使非晶硅薄膜晶化的激光退火方法，该方法包括：对形成于基底上的非晶硅薄膜扫描连续波激光束，连续波激光束的横截面具有沿着第一方向延伸的第一宽度；对薄膜周期性地扫描脉冲激光束使得脉冲激光束与连续波激光束至少部分重叠，脉冲激光束的横截面具有沿着第一方向延伸的第二宽度，其中，第二宽度小于第一宽度。
连续波激光束可具有大约600nm至大约900nm的波长。脉冲激光束可具有大约100nm至大约550nm的波长。
另一实施例提供了一种用于使非晶硅薄膜晶化的激光设备，该激光设备包括：第一激光振荡器，用于产生具有大约100nm至大约550nm的波长的脉冲激光束；第二激光振荡器，用于产生具有大约600nm至大约900nm的波长的连续波激光束；激光光学系统，被构造为沿着同一方向对扫描表面扫描连续波激光束和脉冲激光束，使得脉冲激光束与连续波激光束至少部分重叠。
另一实施例提供了一种制造用于薄膜晶体管中的多晶硅薄膜的方法，在该方法中，通过扫描组合激光束将在面板上沉积的非晶硅薄膜转变为多晶硅薄膜，所述组合激光束包括连续振荡(连续波CW)激光束和脉冲激光束，其中，连续振荡(连续波CW)激光束具有处于红色可见光范围和近红外范围之间的波长，脉冲激光束具有处于可见光范围和紫外范围之间的波长。
另一实施例提供了一种制造多晶硅薄膜晶体管的方法，该方法包括：在面板上形成非晶硅层；对非晶硅层扫描CW激光束以对非晶硅层进行预热，其中，CW激光束具有处于红色可见光范围和近红外范围之间的大约600nm至大约900nm的波长范围；除了CW激光束之外，还对面板重叠扫描脉冲激光束以将被预热的非晶硅层熔化，其中，脉冲激光束具有处于可见光范围和紫外范围之间的大约100nm至大约550nm的波长范围；停止扫描脉冲激光束以使被熔化的硅层晶化。
激光束可为直线束。CW激光束的宽度W1可大于脉冲激光束的宽度W2。CW激光束输出的能级可低于将非晶硅层熔化所需的能级。面板可由玻璃或塑料形成。
再一实施例提供了一种多晶硅薄膜晶体管，该多晶硅薄膜晶体管包括：面板；半导体层，形成在面板上以具有源区、漏区和沟道区；栅极；绝缘层，设置在半导体层和栅极之间，其中，半导体层由多晶硅薄膜形成，且通过最初使非晶硅晶化来形成多晶硅薄膜。
另外，沟道区可由单晶形成。可通过执行包括重叠扫描CW激光束和脉冲激光束的退火方法来形成多晶硅薄膜。
另一实施例提供了一种激光退火方法，该方法包括：对面板的非晶硅薄膜扫描CW激光束，其中，CW激光束具有处于红色可见光范围和近红外范围之间的大约600nm至大约900nm的波长范围；除了扫描CW激光束之外，还对面板重叠地、周期性地扫描脉冲激光束，其中，脉冲激光束具有处于可见光范围和紫外范围之间的大约100nm至大约550nm的波长范围。
另一实施例提供了一种用于使非晶硅薄膜晶化的激光退火方法，该方法包括：对形成于面板上的非晶硅薄膜扫描具有宽度W1的CW激光束；除了扫描CW激光束之外，还对面板重叠地、周期性地扫描具有宽度W2的脉冲激光束，其中，宽度W1大于宽度W2。
另一实施例提供了一种用于使非晶硅薄膜晶化的激光设备，该激光设备包括：第一激光振荡器，用于产生具有大约100nm至大约550nm的波长范围的脉冲激光束；第二激光振荡器，用于产生具有大约600nm至大约900nm的波长范围的CW激光束；激光光学系统，用于沿着同一方向对扫描表面同时扫描CW激光束和脉冲激光束，其中，CW激光束由第二激光振荡器产生，脉冲激光束由第一激光振荡器产生。
第一激光振荡器可包括产生具有大约532nm的波长的绿色激光束的绿色激光振荡器。第二激光振荡器可包括产生具有大约808nm的波长的激光束的激光二极管振荡器。
附图说明
通过参照附图详细地描述本公开的示例性实施例，本公开的上述及其他特征和优点将变得更加明显，在附图中：
图1是示出了在根据实施例的激光退火方法中扫描的激光束的透视图；
图2A至图2E是示出了在根据实施例的激光退火方法中的晶化工艺的概念图；
图3是示出了由图2D所示的工艺而产生的重叠扫描区域的晶化状态的概念图；
图4是示出了硅晶体对波长为808nm的激光束的吸收率的曲线图；
图5是比较了仅扫描绿色脉冲激光束时的工艺效率与重叠扫描连续波(CW)激光束和绿色脉冲激光束时的工艺效率的示意图；
图6是示出了晶化工艺和由此制造的硅面板的示意图；
图7A至图7C是示出了根据实施例和对比例制造的硅面板的表面的SEM照片；
图8A和图8B是示出了根据实施例和根据对比例的用单发激光(a singlelaser shot)生长的晶体尺寸的照片；
图9是示出了根据实施例的激光光学系统的示意图；
图10是示出了根据实施例制造的薄膜晶体管的剖面图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述根据实施例的制造用于薄膜晶体管的多晶硅面板的方法。
在该方法中，通过扫描组合激光束使沉积在面板上的非晶硅薄膜转变为多晶硅薄膜，其中，所述组合激光束包括具有大约600nm至大约900nm的波长范围(具体地讲，处于红色可见光范围和近红外范围之间)的连续波(CW)振荡激光束和具有大约100nm至大约550nm的波长范围(具体地讲，处于可见光范围和紫外范围之间)的脉冲激光束。连续波(CW)振荡激光束可具有大约600nm、610nm、620nm、630nm、640nm、650nm、660nm、670nm、680nm、690nm、700nm、710nm、720nm、730nm、740nm、750nm、760nm、770nm、780nm、790nm、800nm、810nm、820nm、830nm、840nm、850nm、860nm、870nm、880nm、890nm、900nm的波长或具有包括任意上述数值中的两个或两个以上的范围。脉冲激光束可具有大约100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm、210nm、220nm、230nm、240nm、250nm、260nm、270nm、280nm、290nm、300nm、310nm、320nm、330nm、340nm、350nm、360nm、370nm、380nm、390nm、400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm、460nm、470nm、480nm、490nm、500nm、510nm、520nm、530nm、540nm、550nm的波长或具有包括任意上述数值中的两个或两个以上的范围。
图1是示出了在根据实施例的激光退火方法中扫描的激光束的透视图。参照图1，在根据实施例的激光退火方法中，对沉积于面板100上的非晶硅薄膜110重叠扫描连续波(CW)激光束200和脉冲激光束250。
CW激光束200具有大约600nm至大约900nm的波长范围(处于红色可见光范围和近红外范围之间)。在一个实施例中，CW激光束200为长度L1大于宽度W1的直线束(line beam)。CW激光束200的源可包括诸如激光二极管(LD)的半导体激光器、固体激光器或气体激光器。LD激光器可包括GaAs激光器或化合物半导体激光器，比如GaAlAs激光器、GaP激光器和GaAlAsP激光器。固体激光器可包括Nd:YAG激光器或Nd:YVO4激光器。
脉冲激光束250具有大约100nm至大约550nm的波长范围(可见光范围或更短)。在一个实施例中，脉冲激光束250为长度L2大于宽度W2的直线束。脉冲激光束250的源可包括气体激光器、半导体激光器(比如激光二极管(LD))或固体激光器。气体激光器可包括Ar激光器、Kr激光器和CO2激光器。LD激光器可包括GaAs激光器或化合物半导体激光器，比如GaAlAs激光器、GaP激光器和GaAlAsP激光器。固体激光器可包括Nd:YAG激光器或Nd:YVO4激光器。
在图1所示的激光退火方法中，使用具有大约808nm的波长的半导体激光器(例如CW LD激光器)作为CW激光束200的源，使利用具有大约532nm的波长的绿色激光器作为脉冲激光250的源。参照图1，对面板100扫描的CW LD激光束210的宽度W1和长度L1可分别大于绿色激光束260的宽度W2和长度L2。
现在将参照图2A至图2E更详细地描述图1所示的激光退火方法。图2A至图2E是示出了在根据实施例的激光退火方法中的晶化工艺的概念图。在图1所示的激光退火方法中，由单独的激光源分别振荡产生CW LD激光束210和绿色激光束260，并对位于面板100上的非晶硅薄膜110重叠扫描CWLD激光束210和绿色激光束260。
首先，参照图2A(t＝t0)，对非晶硅薄膜110扫描CW LD激光束210以在短时间内加热非晶硅薄膜110。在这种情况下，非晶硅薄膜110的温度低于熔融温度Tm。因此，非晶硅薄膜中CW LD激光束210入射的区域230被加热。因而，虽然区域230中的硅的温度升高，但是硅仍处于固态。
然后，参照图2B(t＝t1)，当扫描CW LD激光束210时，对非晶硅薄膜110扫描绿色激光束260。在这种情况下，在仅照射CW LD激光束210的区域230中，非晶硅薄膜110的温度仍低于熔融温度Tm。然而，在重叠照射CW LD激光束210和绿色激光束260的区域231中，非晶硅薄膜110的温度升高得高于熔融温度。
结果，在CW LD激光束210和绿色激光束260重叠入射的区域231中，非晶硅薄膜被熔化。在这种情况下，通过绿色激光束260将非晶硅薄膜110熔化，由此被熔化的非晶硅薄膜区域231更强烈地吸收CW LD激光束210。因而，非晶硅薄膜区域231直到面板100的表面基本完全被熔化。
参照图2C(t＝t2)，当沿着X方向扫描CW LD激光束210时，停止扫描绿色激光束260。在这种情况下，分布在非晶硅薄膜110内的温度沿着CWLD激光束210的移动方向(即X方向)发生变化。
因此，晶体232从被熔化的硅区域内沿着横向方向开始生长。然而，由于在绿色激光束260停止后继续照射CW LD激光束210，所以晶体232吸收CW LD激光束210使得晶体的冷却速度滞后。
结果，晶体232继续生长至具有较大的尺寸。由于对晶体232的表面继续扫描CW LD激光束210，所以深度浅的硅保持在熔融状态。另外，沿着X方向移动的CW LD激光束210加热了相邻部分非晶硅区域233。
在这种情况下，通过移动激光束本身或通过相对于激光束移动面板100可使CW LD激光束210移动。在一个实施例中，通过移动面板100使CW LD激光束210移动。
随后，参照图2D(t＝t3)，当CW LD激光束210沿着X方向移动了几微米时，扫描绿色激光束260。在这种情况下，在仅扫描CW LD激光束210的区域234中，非晶硅薄膜110的温度低于熔融温度Tm。在照射CW LD激光束210和绿色激光束260的区域235中，温度高于熔融温度Tm。结果，这样的温度分布导致了沿着横向方向生长的晶体232会继续生长。
参照图2E(t＝t4)，当CW LD激光束210沿着X方向继续移动时，再次停止扫描绿色激光束260。如上所述，当重复地执行图2A至图2E的工艺时，晶体232会沿着横向方向继续生长。
图3示出了对先前晶化的硅层110二次扫描组合激光束的情况。同样，图3示出了二次扫描激光束的重叠扫描区域120附近的温度分布。参照图3，重叠扫描区域120中的温度低于硅的熔融温度Tm，而已被二次扫描的非重叠扫描区域130中的温度高于熔融温度Tm。
因此，在根据实施例的激光退火方法中，被晶化的硅没有被组合激光束中的第一次扫描再次熔化。只有还没有被晶化的非晶硅区域130被组合激光束中的第二次扫描选择性地熔化并被晶化。因此，选择性地仅使非晶硅薄膜晶化是可能的。
现在，将更详细地描述仅对于非晶硅薄膜的选择性晶化。硅具有取决于晶化状态(非晶或晶体)和光的波长的不同的激光吸收率。将参照图4描述示例。
图4示出了硅晶体对具有808nm的波长的激光束的吸收率，其中，λ表示激光波长，H表示非晶硅薄膜110的厚度，a-Si表示非晶硅，nc-Si表示纳米晶硅，c-Si表示晶体硅。
参照图4，不论晶化状态如何，激光束吸收率总是随着温度的升高而增大。然而，在相同的温度下，激光束吸收率根据晶化状态而显著地变化。在大约1000℃的温度下，非晶硅具有大约60％或大于60％的吸收率，而晶体硅具有大约20％或小于20％的吸收率。这是因为，由于结晶硅的激光束吸收率低，所以光没有被吸收就通过了重叠扫描区域120中的结晶硅。
另外，与仅使用绿色脉冲激光束的类似于传统的连续横向结晶(SLS)法的情况相比较而言，在这种情况下扫描的绿色脉冲激光束需要相对较低的能级。因此，当利用组合激光束来执行第二次扫描时，入射的绿色脉冲激光束具有低于仅利用绿色脉冲激光束的SLS法中绿色脉冲激光束的能级的能级。因此，结晶硅区域120没有经历重结晶(在重结晶中重复进行熔化和结晶)。相反地，由于非晶硅具有高激光束吸收率，所以在第二次激光束扫描过程中，选择性地将非晶硅区域130进行加热、熔化并使其晶化。
如上所述，即使当利用组合激光束来回几次重复地扫描大尺寸面板时，重叠扫描区域120也没有再次熔化。因此，可以选择性地使还没有被晶化的非晶硅层晶化。
图5示出了当仅利用绿色脉冲激光束时的工艺效率和重叠地使用包括绿色脉冲激光束和CW LD激光束的组合激光束时的工艺效率。
参照图5，假定仅使用绿色脉冲激光束使非晶硅晶化所需的脉冲激光束的能量设置为100％，则大约70％的能量用于对硅进行加热，大约30％的能量用于将其熔化。相反地，当使用包括CW LD激光束和绿色脉冲激光束的组合激光束时所需的绿色脉冲激光束的能量为当仅使用绿色脉冲激光束时所需的能量的大约50％或小于50％。
在这种情况下，绿色脉冲激光束的能量的大约20％用于对硅进行加热，所述能量的大约80％用于将其熔化。也就是说，由于组合激光束中的CW LD激光束起加热非晶硅的作用，所以组合激光束中的绿色脉冲激光束的大部分能量用于将非晶硅熔化。
现在将描述对比例。将把根据实施例的利用组合激光束使非晶硅晶化的情况和在SLS法中仅利用绿色脉冲激光束使非晶硅晶化的情况进行相互比较。
图6示出了在SLS法中仅利用具有532nm的波长(l)的绿色脉冲激光束使在玻璃面板上沉积的厚度(H)为100nm的非晶硅薄膜晶化的工艺，并示出了由此制造的硅薄膜。参照图6，由于仅使用绿色脉冲激光束，所以为了晶化足以将非晶硅基本上完全熔化的高能级是必需的。因此，多余的连续扫描使被重叠扫描的已结晶的区域120和非晶硅区域130熔化，并由此使重叠扫描区域120重结晶。
结果，由此制造的多晶硅薄膜具有缺陷，诸如最初结晶的区域和重结晶的区域明显不同的条纹形状的缺陷。因此，面板的整个表面的晶体不均匀，表面光滑度也下降。
图7A的左面是通过对沉积于玻璃面板上的厚度(H)为100nm的非晶硅薄膜扫描组合激光束而得到的硅薄膜的扫描电镜(SEM)照片。图7A的右面是通过仅利用绿色脉冲激光束来扫描非晶硅薄膜而得到的硅薄膜的SEM照片。
图7B是示出在图7A右面的SEM照片的放大图，图7C是示出在图7A左面的SEM照片的放大图。利用包括具有808nm的波长和3KW/cm2或小于3KW/cm2的强度的CW LD激光束和具有532nm的波长和1J/cm2或小于1J/cm2的脉冲能量密度(pulse fluence)的绿色脉冲激光束的组合激光束执行了示出在图7A左面和图7C中的实施例的实验。以30mm/sec或小于30mm/sec的扫描速度重叠扫描激光束以使硅面板晶化。
仅利用具有532nm的波长和1J/cm2或小于1J/cm2的脉冲能量密度的绿色脉冲激光束执行了示出在图7A右面和图7B中的对比例的实验。以30mm/sec或小于30mm/sec的扫描速度扫描激光束以使硅面板晶化。
参照图7A至图7C，利用根据实施例的扫描激光束的方法制造的面板基本上没有诸如条纹的缺陷，但是根据对比例制造的面板具有缺陷。
图8A是示出了当以单发扫描根据实施例的组合激光束时沿着横向方向的粒度的SEM照片，图8B是示出了当以单发仅扫描绿色脉冲激光束时沿着横向方向的粒度的SEM照片。
参照图8A和图8B，与仅使用绿色脉冲激光束的传统的激光退火方法相比，利用根据实施例的激光退火方法可使晶体沿着横向方向生长成较大尺寸。因此，与传统的晶化方法相比，利用根据实施例的激光退火方法能够提供较高的产率。
如上所述，根据实施例的激光退火方法可使得选择性地仅使非晶硅晶化，而不晶化先前已结晶的硅。因此，扫描不会产生诸如条纹的缺陷。另外，利用选择性的晶化可使晶体不受限制地生长。例如，沟道区的多晶颗粒具有大约10μm或大于10μm的平均尺寸。
此外，能够将在传统的SLS法中当随着单个晶粒生长而相邻的晶粒彼此接触时阻碍电子或空穴的漂移的晶界问题最小化。结果，通过根据实施例利用晶体硅面板制造TFT来制造大尺寸的、具有高电子迁移率的平板显示面板是可能的。
现在，将参照图9描述根据实施例的用于实现激光退火方法的激光光学系统。参照图9，根据实施例的激光光学系统包括用于产生具有大约100nm至大约550nm的波长范围的脉冲激光束的第一激光振荡器300和用于产生具有大约600nm至大约900nm的波长范围的CW激光束的第二激光振荡器350。
第一激光振荡器300可包括气体激光器、诸如激光二极管(LD)的半导体激光器或固体激光器。气体激光器可包括Ar激光器、Kr激光器或CO2激光器。LD激光器可包括GaAs激光器或化合物半导体激光器，比如GaAlAs激光器、GaP激光器和GaAlAsP激光器。固体激光器可包括Nd:YAG激光器或Nd:YVO4激光器。
另外，第二激光振荡器350可包括诸如LD激光器的半导体激光器、气体激光器或固体激光器。LD激光器可包括GaAs激光器或化合物半导体激光器，比如GaAlAs激光器、GaP激光器和GaAlAsP激光器。固体激光器可包括Nd:YAG激光器或Nd:YVO4激光器。
在第二直线束发生器352中将从第二激光振荡器350中产生的CW激光束转换为直线束。然后，通过投影透镜305增加其能量密度。然后，对安装于载物台(stage)390上的面板100扫描该激光束。同时，在光学衰减器301中减小从第一激光振荡器300中产生的脉冲激光束的强度，在光束放大器302中将光的量放大。
然后，在第一直线束发生器303中将所得的激光束转换为直线束，并通过聚焦透镜304将其聚焦。随后，通过投影透镜305增加其能量密度。然后，当也扫描CW激光束时对面板100重叠扫描该激光束。
载物台390是用于沿着X方向和/或Y方向将面板100进行定位的传输装置，而且如果必要的话，则在Z方向(未示出)同时将面板100夹紧。
参照图9，标号309和353表示用于改变激光束的光路的镜子。标号307和354表示包括在激光光学系统中的透镜。由于为了描述实施例而示意性地示出了图9所示的激光光学系统，所以将不描述激光光学系统的通用组件。
现在，将参照图10描述利用上述激光退火方法和激光光学系统来制造p-Si TFT的方法。首先，准备用于制造p-Si TFT的面板100。面板100可由玻璃(比如钡硼硅酸盐玻璃(barium borosilicate glass)或铝硼硅酸盐玻璃(aluminumborosilicate glass))、石英、硅、塑料和金属(比如不锈钢)形成。优选地，根据一个实施例使用能够耐高温的玻璃。
随后，在面板100上形成非晶硅薄膜110。可利用诸如PECVD、LPCVD和溅射的任何适宜的方法将非晶硅薄膜沉积为适宜的厚度。可根据面板100的类型，在面板100和非晶硅薄膜110之间提供由诸如氧化硅(silicon oxide)或氮化硅(silicon nitride)形成的缓冲层105。
随后，利用图9所示的激光光学系统对非晶硅薄膜110执行激光退火工艺。在激光退火过程中，利用来自第一激光振荡器的具有大约532nm的波长的绿色脉冲激光和来自第二激光振荡器的具有大约808nm的波长的CW LD激光，对硅薄膜110重叠扫描组合激光束。在激光退火过程中，沿着X方向和Y方向移动载物台390以连续扫描激光束。
结果，已被晶化的硅没有熔化，而仅可选择性地使非晶硅晶化。因此，大部分已经被晶化的硅薄膜仅经历第一次晶化。如果在激光退火的条件下根据诸如偏差的工艺变化发生第二次晶化，则第二次晶化限于面板区域的整个表面的大约5％或小于5％。
在第二次晶化中，已被晶化的硅区域再次熔化并重结晶，使得从晶体学的角度将第二次晶化区域与第一次晶化区域区分开来。
随后，利用光刻方法将被晶化的硅薄膜110图案化以提供半导体层150。然后，在半导体层150上形成栅极绝缘膜160。在这种情况下，可利用任何适宜的方法和诸如氧化硅(silicon oxide)或氮化硅(silicon nitride)的材料将栅极绝缘膜形成为适宜的厚度。
随后，在栅极绝缘膜160上形成栅极层。然后，利用光刻或离子注入依次形成栅极170、半导体层150的掺杂区151和沟道区232。随后执行用于层间绝缘膜、接触孔和金属化的工艺以提供希望的p-Si TFT。另外，沟道区内的多晶颗粒具有大约10μm或大于10μm的平均尺寸。
将根据实施例制造的p-Si TFT用于制造平板显示装置。平板显示装置的例子包括有源矩阵液晶显示器(AMLCD)和有机发光显示器(OLED)。可将根据实施例制造的p-Si TFT用于驱动和控制平板显示装置的独立的像素。
根据上述实施例，重叠扫描包括具有处于红色可见光范围和近红外范围之间的大约600nm至大约900nm的波长范围的连续波(CW)激光束和具有处于可见光范围和紫外范围之间的大约100nm至大约550nm的波长范围的脉冲激光束的组合激光束以将形成在面板上的非晶硅薄膜转变为多晶硅薄膜。
根据上述实施例，提高激光退火中的低温多晶工艺的晶化效率是可能的。另外，根据实施例，在激光退火过程中由于选择性晶化而提供仅经历第一次晶化的多晶硅层是可能的。因此，与本领域公知的晶体规则性和粒度相比，提供具有更高的规则性和相对较大的粒度的晶体是可能的。
此外，由于根据实施例制造的p-Si TFT的晶体规则性高，所以使得TFT的性能恒定是可能的。结果，可在平板显示装置中实现屏上系统(system-on-panel，SOP)。
此外，由于可以使用比传统绿色脉冲激光束的能级低的绿色脉冲激光束，所以可使用便宜的激光装置来执行激光退火。因此，制造具有高产率、低制造成本的p-Si TFT是可能的。
虽然已描述了示例性实施例和经过改进的例子，但是本公开并不限于这些实施例和例子，而是可以在不脱离权利要求、具体描述和附图的范围的情况下进行各种形式的修改。

Claims (21)

1.一种制造多晶硅薄膜晶体管的方法，所述方法包括：
提供非晶硅层；
在第一时间段，对所述非晶硅层施加具有大约600nm至大约900nm的波长的连续波激光束；
在所述第一时间段内的第二时间段，对所述硅层施加具有大约100nm至大约550nm的波长的脉冲激光束，使得在所述第二时间段内所述脉冲激光束与所述连续波激光束至少部分重叠。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述连续波激光束和所述脉冲激光束均为直线束，所述直线束的横截面具有长度和宽度，其中，所述长度大于所述宽度。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述连续波激光束的横截面的宽度大于所述脉冲激光束的横截面的宽度。
4.如权利要求1所述的方法，其中，施加所述连续波激光束的步骤包括沿着一方向扫描所述连续波激光束，施加所述脉冲激光束的步骤包括沿着所述方向扫描所述脉冲激光束。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述连续波激光束具有第一尺寸的横截面，所述脉冲激光束具有小于所述第一尺寸的第二尺寸的横截面。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述脉冲激光束与所述连续波激光束基本上完全重叠。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述连续波激光束具有低于将所述非晶硅层熔化所需的能级的能级。
8.一种由如权利要求1所述的方法制造的多晶硅薄膜晶体管。
9.如权利要求8所述的多晶硅薄膜晶体管，其中，所述晶体管包括含有多晶颗粒的硅薄膜，所述颗粒具有大约10μm或大于10μm的平均尺寸。
10.一种包括如权利要求8所述的多晶硅薄膜晶体管的电子装置。
11.如权利要求10所述的装置，其中，所述电子装置包括显示装置。
12.如权利要求11所述的装置，其中，所述显示装置包括有机发光显示装置。
13.一种制造电子器件的方法，所述方法包括：
提供包括非晶硅薄膜的半成品的电子器件；
在第一时间段，对所述非晶硅薄膜施加具有大约600nm至大约900nm的波长的连续波激光束；
在所述第一时间段内的第二时间段，对所述薄膜施加具有大约100nm至大约550nm的波长的脉冲激光束，使得在所述第二时间段内所述脉冲激光束与所述连续波激光束至少部分重叠，由此至少部分所述非晶硅薄膜被转变成多晶硅；
进一步制造所述半成品的电子器件，从而制造出作为集成电路的一部分的包含所述多晶硅的电子器件。
14.如权利要求13所述的方法，其中，施加所述连续波激光束的步骤包括利用选自于由半导体激光器、固体激光器和气体激光器组成的组中的一种激光器。
15.如权利要求14所述的方法，其中，利用选自于由GaAs、GaAlAs、GaP和GaAlAsP组成的组中的材料来产生所述半导体激光器。
16.如权利要求13所述的方法，其中，施加所述脉冲激光束的步骤包括利用选自于由半导体激光器、固体激光器和气体激光器组成的组中的一种激光器。
17.如权利要求16所述的方法，其中，利用选自于由Ar、Kr和CO2组成的组中的材料来产生所述气体激光器。
18.一种用于使非晶硅薄膜晶化的激光退火方法，所述方法包括：
对形成于基底上的非晶硅薄膜扫描连续波激光束，所述连续波激光束的横截面具有沿着第一方向延伸的第一宽度；
对所述薄膜周期性地扫描脉冲激光束，使得所述脉冲激光束与所述连续波激光束至少部分重叠，所述脉冲激光束的横截面具有沿着所述第一方向延伸的第二宽度，其中，所述第二宽度小于所述第一宽度。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述连续波激光束具有大约600nm至大约900nm的波长。
20.如权利要求18所述的方法，其中，所述脉冲激光束具有大约100nm至大约550nm的波长。
21.一种用于使非晶硅薄膜晶化的激光设备，所述激光设备包括：
第一激光振荡器，用于产生具有大约100nm至大约550nm的波长的脉冲激光束；
第二激光振荡器，用于产生具有大约600nm至大约900nm的波长的连续波激光束；
激光光学系统，被构造为沿着同一方向对扫描表面扫描所述连续波激光束和所述脉冲激光束，使得所述脉冲激光束与所述连续波激光束至少部分重叠。
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