CN1707810A - 薄膜晶体管和其制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种薄膜晶体管和其制造方法。薄膜晶体管包括：形成在衬底上的金属催化剂层，和依次形成在金属催化剂层上的第一帽盖层和第二帽盖层图案。方法包括：在金属催化剂层上形成第一帽盖层，在第一帽盖层上形成并构图第二帽盖层，在已构图的第二帽盖层上形成非晶硅层，扩散金属催化剂，以及结晶非晶硅层形成多晶硅层。以均匀的低浓度扩散结晶催化剂以控制催化剂形成的籽晶的位置，以使得在多晶硅层中的沟道区接近于单晶。因此，薄膜晶体管器件的特性可以得到提高并变得均匀。
Description
相关申请的交叉参考
本申请要求2004年6月9日提交的韩国专利申请No.2004-42348的优先权和权益，这里引入其全部公开供参考。
技术领域
本发明涉及一种薄膜晶体管和其制造方法，尤其涉及一种在非晶硅层下具有金属催化剂层、第一及第二帽盖层的薄膜晶体管和其制造方法。
背景技术
通常，由于其具有高的场效应迁移率，可用于高速电路和CMOS电路，多晶硅层广泛地用作薄膜晶体管的半导体层。使用多晶硅层的薄膜晶体管通常用在有源矩阵液晶显示器(AMLCD)的有源器件中和有机发光二极管(OLED)的开关和驱动器件中。
这里，用在薄膜晶体管中的多晶硅层可以通过直接淀积法、高温退火法和激光退火法制造。激光退火法可以用在低温处理中并实现高场效应迁移率。然而，这需要昂贵的激光设备，因此替代技术被广泛地发展。
目前，由于在比固相结晶(SPC)法更低的温度和更短的时间内进行结晶，利用金属结晶非晶硅的方法被广泛的发展。金属结晶法分为金属诱导结晶(MIC)法和金属诱导横向结晶(MILC)法。然而，即使使用金属结晶法，薄膜晶体管器件的特性也因金属污染而劣化。
同时，为了减小金属的量并制造高质量的多晶硅层，已经开发了一种通过使用离子注入机调整金属离子的浓度经高温处理、快速热退火或激光照射制造高质量的多晶硅层的方法。另外，为了使运用金属诱导结晶法获得的多晶硅层的表面平面化，也开发了一种混合液相金属和粘性有机层、使用旋转涂覆法在其上淀积薄膜、并对产物退火的结晶法。然而，即使使用上述结晶方法，大尺寸晶粒和晶粒均匀性仍是一个问题，这在多晶硅层中是至关重要的。
为了解决上述问题，在韩国专利申请No.2003-0060403中公开了一种使用覆盖层通过结晶法制造多晶硅层的方法。这种方法包括：在衬底上淀积金属催化剂层，在其上形成帽盖层，在帽盖层上形成非晶硅层，使用激光或加热使金属催化剂经帽盖层扩散进入非晶硅层形成籽晶，使用籽晶形成多晶硅层。由于金属催化剂通过覆盖层扩散，这种方法可以防止不必要的金属污染。然而，即使使用这种方法，仍存在难于控制结晶金属催化剂的均匀低浓度和难于控制结晶位置的问题。
发明内容
因此，本发明提供了一种解决了与传统器件有关的上述问题的薄膜晶体管及其制造方法，其中结晶催化剂以均匀的低浓度扩散以控制催化剂形成的籽晶的位置，这样多晶硅层中的沟道区就接近于单晶。因此，可以使薄膜晶体管器件的特性得到提高并变得均匀。
在根据本发明的典型实施例中，薄膜晶体管包括：衬底，形成在衬底上的金属催化剂层，形成在金属催化剂层上的第一帽盖层，形成在第一帽盖层上的第二帽盖层图案，以及形成在第二帽盖层图案上的半导体层图案。衬底可由玻璃制得，金属催化剂可由镍(Ni)形成。
第一帽盖层和第二帽盖层图案可由氮化硅层或氧化硅层形成。优选地，第二帽盖层图案厚于第一帽盖层。另外，第二帽盖层图案可具有高于第一帽盖层的密度。
第二帽盖层图案之间的间隔可为1到50μm。这里，术语“第二帽盖层图案的间隔”指的是一个帽盖层图案和相邻的帽盖层图案之间的距离。
在根据本发明的另一个典型实施例中，薄膜晶体管包括：衬底，形成在衬底上的金属催化剂层，形成在金属催化剂层上的第一帽盖层图案，形成在第一帽盖层图案上的第二帽盖层，以及形成在第二帽盖层上的半导体层图案。衬底可由玻璃制得，金属催化剂可由镍(Ni)形成。
第一帽盖层图案和第二帽盖层可由氮化硅层或氧化硅层形成。优选地，第一帽盖层图案厚于第二帽盖层。另外，第一帽盖层图案可具有高于第二帽盖层的密度。
第一帽盖层图案之间的间隔可为1到50μm。
在根据本发明的另一个典型实施例中，薄膜晶体管的制造方法包括：在衬底上形成金属催化剂层，在金属催化剂层上形成第一帽盖层，在第一帽盖层上形成并构图第二帽盖层，在已构图的第二帽盖层上形成非晶硅层，扩散金属催化剂，以及使非晶硅层结晶以形成多晶硅层。
在根据本发明的另一个典型实施例中，薄膜晶体管的制造方法包括：在衬底上形成金属催化剂层，在金属催化剂层上形成并构图第一帽盖层，在已构图的第一帽盖层上形成第二帽盖层，在第二帽盖层上形成非晶硅层，扩散金属催化剂，以及使非晶硅层结晶以形成多晶硅层。
金属催化剂层可通过等离子体CVD法或溅射法形成，第一帽盖层和第二帽盖层可通过PECVD法形成。
金属催化剂可通过退火工序扩散，退火工序优选在温度200到700℃下进行。非晶硅层可通过退火工序结晶，退火工序优选在温度400到1000℃下进行。
该方法还可包括：在形成多晶硅层之后形成沟道层。沟道层可距离已构图的第一帽盖层的一端至少1到5μm形成。
附图说明
本发明的上述和其他特征将结合所附的附图并参考优选实施例描述，其中：
图1是根据本发明的第一实施例的薄膜晶体管的截面图；
图2是根据本发明的第二实施例的薄膜晶体管的截面图；
图3A到3E是描述根据本发明的第一实施例的薄膜晶体管的制造方法的工序图；
图4A到4E是描述根据本发明的第二实施例的薄膜晶体管的制造方法的工序图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更充分的描述本发明，附图中示出了本发明的优选实施例。然而本发明可以以不同形式表达，并且不应被解释为限于这里给出的实施例。相反，提供这些实施例是为了使公开变得彻底和完全并将本发明的范围充分地传达给本发明领域的技术人员。在附图中，为了清晰起见放大了层和区域的厚度。整个说明书中相同的数字代表相同的元件。
图1是根据本发明的第一实施例的薄膜晶体管的截面图。
参见图1，金属催化剂层11形成在衬底10上，第一帽盖层12形成在金属催化剂层11上。衬底10优选为绝缘衬底且可以由玻璃制得。金属催化剂层11可以由镍(Ni)形成。第一帽盖层12可由氮化硅层或氧化硅层形成。这里，将氮化硅层或氧化硅层调整为具有小的厚度或低的密度，以致于金属催化剂可以扩散。换句话说，第一帽盖层12用作金属催化剂可扩散的层。
第二帽盖层图案13形成在第一帽盖层12上。第二帽盖层图案13可由氮化硅层或氧化硅层制得。第二帽盖层图案13厚于第一帽盖层12或具有比第一帽盖层12更高的密度以阻止金属催化剂的扩散。换句话说，第二帽盖层图案13作为金属催化剂不可扩散的层。通常，氧化层或氮化层作为杂质扩散的阻碍。因此，凭借高密度的氧化硅层或氮化硅层，可以阻止金属催化剂的扩散。相反，当氧化硅层或氮化硅层具有低密度时，金属催化剂易于扩散。
此外，第二帽盖层图案13被选择性的构图以便结晶催化剂可以扩散到下面描述的非晶硅层中。这里，考虑到对金属催化剂的低浓度控制，第二帽盖层图案之间的间隔优选为1到50μm。
第一帽盖层12和第二帽盖层图案13也作为缓冲层。换句话说，第一帽盖层12和第二帽盖层图案13用于阻止金属催化剂层11的金属和衬底10中的污染物扩散进入硅层。
半导体层图案14形成在第二帽盖层图案13上。源区15、漏区16和沟道层17形成在半导体层图案14中。沟道层17可以由接近单晶的硅层形成。
图2是根据本发明的第二实施例的薄膜晶体管的截面图。
参见图2，金属催化剂层11形成在衬底10上，第一帽盖层图案21形成在金属催化剂层11上。第一帽盖层图案21可由氮化硅层或氧化硅层形成。这里，氮化硅层或氧化硅层被调整为具有大的厚度或高的密度，以使金属催化剂不能扩散。
第二帽盖层22形成在第一帽盖层图案21上。第二帽盖层22可由氮化硅层或氧化硅层制得。第二帽盖层22薄于第一帽盖层图案21或具有比第一帽盖层图案21低的密度从而使得金属催化剂能扩散。换句话说，第二帽盖层22作为金属催化剂可扩散的层。
其它布置和功能与根据本发明的第一实施例的薄膜晶体管中的相同。
图3A到3E是描述根据本发明的第一实施例的薄膜晶体管的制造方法的工序图。
参见图3A，金属催化剂层31淀积在衬底30上。金属催化剂优选由镍(Ni)形成。金属催化剂层31可以通过溅射法淀积。可选择地，金属催化剂层31可使用离子注入或等离子体淀积。这里，在使用等离子体的方法中，金属材料布置在衬底30上并暴露于等离子体中以形成金属催化剂层31。第一帽盖层32形成在金属催化剂层31上。如上所述，由于第一帽盖层32用作金属催化剂可扩散的层，第一帽盖层32形成为具有小的厚度或低的密度，以使得金属催化剂能够扩散。
参见图3B，第二帽盖层形成在第一帽盖层32上。如上所述由于第二帽盖层作为金属催化剂的不可扩散层，其形成为厚于第一帽盖层32或具有高于第一帽盖层32的密度以使得金属催化剂不能扩散。接下来，构图第二帽盖层以形成第二帽盖层图案33。这里，金属催化剂扩散的区域被选择性的构图以使下面描述的籽晶形成在所需的位置。
参见图3C，非晶硅层34形成在第二帽盖层图案33上。非晶硅层34可以通过等离子体增强型化学气相淀积(PECVD)法形成。
参见图3D，金属催化剂层31的金属催化剂扩散。扩散优选通过在温度200到700℃下退火1小时进行。金属催化剂通过退火工序经过第一帽盖层32扩散进入非晶硅层34。扩散的金属催化剂在非晶硅层34中形成了籽晶35。籽晶35指当金属与硅反应时形成的金属硅化物。下面描述的结晶是通过籽晶35进行的。通常，仅有1/100的金属催化剂扩散形成籽晶。未通过第二帽盖层图案33扩散的金属催化剂留在第一帽盖层32上。
参见图3E，非晶硅层34结晶形成多晶硅层36。结晶可通过在炉子中长时间加热的退火工序进行。这里，结晶优选在温度400到1000℃下进行。当在上述温度下进行退火工序时，籽晶35横向生长并与相邻的晶粒接触形成晶界。最后可获得完美的结晶。通过这种结晶法形成的多晶硅层36的晶粒直径达到20至200μm或300μm。因此，晶粒中具有良好结晶性的部分被用作沟道形成区37以形成下述的沟道层。换句话说，半导体层中的沟道层可以形成得接近单晶。
接下来，虽然未示出，多晶硅层36被构图并通过离子注入工艺形成源、漏区和沟道层。换句话说，形成半导体层图案。这里，沟道层17形成在如上所述的沟道形成区37中。优选地，沟道层17距离第二帽盖层图案33的一端至少1到5μm而形成，以形成近于单晶的沟道层。
随后，在半导体层图案上形成栅绝缘层之后，依次在栅绝缘层上淀积金属层和光刻胶层。构图光刻胶层，并将构图后的光刻胶层用作掩模蚀刻金属层以形成栅电极。使用上述产物，最后得到薄膜晶体管。这里，由于第一帽盖层和第二帽盖层图案形成在半导体层图案下面，可以不需另行除去帽盖层而进行该工序。
图4A到4E是描述根据本发明的第二实施例的薄膜晶体管的制造方法的工序图。
参见图4A，金属催化剂层31淀积在衬底30上。在金属催化剂层31上形成并构图第一帽盖层以形成第一帽盖层图案41。这里，金属催化剂扩散的区域被选择性的构图以便为使下面描述的籽晶形成在所需位置。如上所述，由于第一帽盖层图案41作为金属催化剂不可扩散的层，第一帽盖层图案形成为具有大的厚度或高的密度，以使金属催化剂不能扩散。
参见图4B，第二帽盖层42形成在第一帽盖层图案41上。如上所述，由于第二帽盖层42作为金属催化剂可扩散的层，第二帽盖层形成为具有比第一帽盖层图案41更小的厚度或更小的密度以便金属催化剂能够扩散。
参见图4C到4E，非晶硅层34形成在第二帽盖层42上，金属催化剂通过退火工序经由第二帽盖层42扩散进入非晶硅层34。接下来，通过结晶形成多晶硅层36。其它布置和功能与根据本发明的第一实施例的薄膜晶体管中的相同。
从前述内容能够看出，帽盖层在非晶硅层下形成，从而可在非晶硅层结晶之后无需除去帽盖层的额外步骤的情况下执行工序。另外，结晶催化剂以均匀的低浓度扩散以控制由催化剂形成的籽晶的位置，从而多晶硅层中的沟道区接近于单晶。因此，可以使薄膜晶体管器件的特性提高并均匀。
虽然本发明参照其特定的典型实施例而描述，但本领域的技术人员应当理解本发明可在不脱离由附加的权利要求及其等价描述限定的精神和范围的情况下做出各种修正和变形。
Claims (32)
1.一种薄膜晶体管，包括：
衬底，
形成在所述衬底上的金属催化剂层，
形成在所述金属催化剂层上的第一帽盖层，
形成在所述第一帽盖层上的第二帽盖层图案，和
形成在所述第二帽盖层图案上的半导体层图案。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述第一帽盖层由氮化硅层和氧化硅层其中之一形成。
3.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述第二帽盖层图案由氮化硅层和氧化硅层其中之一形成。
4.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述第二帽盖层图案比第一帽盖层厚。
5.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述第二帽盖层图案具有比第一帽盖层高的密度。
6.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述第二帽盖层图案其间具有1到50μm的间隔。
7.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述金属催化剂由镍(Ni)形成。
8.一种薄膜晶体管，包括：
衬底，
形成在所述衬底上的金属催化剂层，
形成在所述金属催化剂层上的第一帽盖层图案，
形成在所述第一帽盖层图案上的第二帽盖层，和
形成在所述第二帽盖层上的半导体层图案。
9.如权利要求8所述的薄膜晶体管，其中所述第一帽盖层图案由氮化硅层和氧化硅层其中之一形成。
10.如权利要求8所述的薄膜晶体管，其中所述第二帽盖层由氮化硅层和氧化硅层其中之一形成。
11.如权利要求8所述的薄膜晶体管，其中所述第一帽盖层图案比第二帽盖层厚。
12.如权利要求8所述的薄膜晶体管，其中所述第一帽盖层图案具有比第二帽盖层高的密度。
13.如权利要求8所述的薄膜晶体管，其中所述第一帽盖层图案其间具有1到50μm的间隔。
14.如权利要求8所述的薄膜晶体管，其中所述金属催化剂由镍(Ni)形成。
15.一种薄膜晶体管的制造方法，包括：
在衬底上形成金属催化剂层，
在所述金属催化剂层上形成第一帽盖层，
在所述第一帽盖层上形成并构图第二帽盖层，
在构图的第二帽盖层上形成非晶硅层，
扩散所述金属催化剂，和
结晶所述非晶硅层以形成多晶硅层。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述金属催化剂层通过等离子体化学气相淀积(CVD)法和溅射法其中之一形成。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述第一帽盖层和第二帽盖层通过等离子体增强型化学气相淀积(PECVD)法形成。
18.如权利要求15所述的方法，其中所述金属催化剂通过退火扩散。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述退火工序在温度200到700℃下进行。
20.如权利要求15所述的方法，其中所述非晶硅层通过退火工序结晶。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述退火工序在温度400到1000℃下进行。
22.如权利要求15所述的方法，进一步包括在形成所述多晶硅层之后形成沟道层。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述沟道层在距离已构图的第二帽盖层一端至少1到5μm处形成。
24.一种薄膜晶体管的制造方法，包括：
在衬底上形成金属催化剂层，
在所述金属催化剂层上形成并构图第一帽盖层，
在已构图的第一帽盖层上形成第二帽盖层，
在所述第二帽盖层上形成非晶硅层，
扩散所述金属催化剂，和
结晶所述非晶硅层以形成多晶硅层。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述金属催化剂层通过等离子体化学气相淀积(CVD)法和溅射法其中之一形成。
26.如权利要求24所述的方法，其中所述第一帽盖层和第二帽盖层通过等离子体增强型化学气相淀积(PECVD)法形成。
27.如权利要求24所述的方法，其中所述金属催化剂通过退火扩散。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述退火工序在温度200到700℃下进行。
29.如权利要求24所述的方法，其中所述非晶硅层通过退火工序结晶。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述退火工序在温度400到1000℃下进行。
31.如权利要求24所述的方法，进一步包括在形成所述多晶硅层之后形成沟道层。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述沟道层在距离已构图的第一帽盖层一端至少1到5μm处形成。
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