CN1828832A - 激光设备和用其制造薄膜晶体管的方法 - Google Patents
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Abstract
一种激光设备包括激光生成单元和强度图案调节单元，该强度图案调节单元包括一对遮光部分和一对半通过部分，其中所述一对半通过部分设置于所述一对遮光部分之间并调节入射激光束的强度。
Description
技术领域
本公开涉及一种激光设备和使用该激光设备制造薄膜晶体管的方法，尤其涉及一种用于在结晶工艺期间使非晶硅层均匀的激光设备以及使用该激光设备制造薄膜晶体管的方法。
背景技术
平板显示装置被广泛地用作显示装置。平板显示装置包括，例如，液晶显示器或有机发光二极管显示器。
液晶显示器和有机发光二极管显示器通过不同的机制显示图像，但是都包括薄膜晶体管。
薄膜晶体管包括，例如沟道区、栅电极、源电极和漏电极。沟道区可以由非晶硅形成。由于非晶硅的低迁移率，其具有低的电性能和可靠性。
已经开发了多晶硅薄膜晶体管，其沟道区由多晶硅形成，多晶硅具有约20cm3/Vsec到约150cm3/Vsec的迁移率。由于多晶硅薄膜晶体管具有比包括非晶硅形成的沟道区的薄膜晶体管更高的迁移率，因此，可以由多晶硅薄膜晶体管毫无困难地执行玻璃中芯片(chip in glass)工艺，其意思是在基板之内形成驱动电路。
用于形成多晶硅层的工艺包括：蒸镀工艺，在高温下在基板上蒸镀多晶硅；高温结晶工艺，在大约600℃下淀积非晶硅并结晶非晶硅；以及热处理工艺，淀积非晶硅并通过激光处理。
使用激光的常规工艺包括连续横向固化(SLS)方法和准分子激光退火(ELA)方法。在SLS方法中，多晶硅的晶粒平行于基板生长。在ELA方法中，多晶硅的晶粒垂直于基板生长。
ELA工艺通过用条形激光束扫描非晶硅层来结晶非晶硅。当基板的尺寸变大时，激光束的长度是有限的。因此，已经使用了向一个基板扫描两次激光束的二次扫描方法。不过，二次扫描方法产生重叠区域，在重叠区域激光束会过度照射，从而导致多晶硅层不均匀。
发明内容
本发明的实施例提供了一种用于在通过多次扫描的结晶工艺期间使非晶硅层均匀的激光设备以及使用该激光设备制造薄膜晶体管(TFT)基板的方法。
根据本发明实施例，激光设备包括激光生成单元和强度图案调节单元，该强度图案调节单元具有一对彼此平行设置的遮光部分和一对设置于所述一对遮光部分之间且调节入射激光束的强度的半通过部分。
每个半通过部分可以从每个遮光部分延伸。
激光束的强度可以通过更接近遮光部分的半通过部分变得更弱。
激光束的强度可以在半通过部分中呈阶梯状减小。
可以在每个遮光部分中提供金属板。
可以在每个半通过部分中提供底基板和形成于所述底基板上的涂层。
该涂层可以包括Cr、MgF2、Al2O3、SiO2、CaF2、AlF3、和/或MoSi。
该涂层可以包括狭缝。
通过该强度图案调节单元的激光束可以包括条形，且入射激光束的强度可以在其相对端急剧减小。
该激光设备可以进一步包括投影透镜，其调节从所述激光生成单元产生的入射激光束的焦点，其中所述强度图案调节单元设置在所述投影透镜后面。
根据本发明实施例，激光设备包括激光生成单元和强度图案调节单元，该强度图案调节单元包括一对遮光部分、设置于其间的通过部分，以及设置在每个遮光部分和所述通过部分之间的半通过部分。
根据本发明实施例，制造薄膜晶体管的方法包括：在基板上形成非晶硅层；通过使用激光设备结晶非晶硅层而形成多晶硅层，该激光设备包括激光生成单元和强度图案调节单元，其中所述强度图案调节单元包括一对遮光部分、设置于其间的通过部分以及设置于每个遮光部分和通过部分之间的半通过部分；在所述多晶硅层上形成栅极绝缘膜；在所述多晶硅层的栅极绝缘膜上形成栅电极；通过在多晶硅层中注入杂质形成源极和漏极部分；在栅电极上形成层间绝缘膜；通过蚀刻所述栅极绝缘膜或层间绝缘膜形成暴露所述源极和漏极部分的接触孔；以及形成通过所述接触孔分别与所述源极和漏极部分连接的源极和漏极接触部分。
附图说明
结合附图通过以下描述可以更为详细地理解本公开的优选实施例，附图中：
图1为示出根据本发明实施例的激光设备的示意图；
图2为根据本发明实施例的激光设备的强度图案调节单元的透视图；
图3为描绘通过根据本发明实施例的激光设备的激光束的强度图案的示意图；
图4为示出使用根据本发明实施例的激光设备的非晶硅层的结晶工艺的示意图；
图5为描绘通过根据本发明的另一实施例的激光设备的激光束的强度图案的示意图；
图6为根据本发明另一实施例的激光设备的强度图案调节单元的透视图；
图7为根据本发明另一实施例的激光设备的强度图案调节单元的透视图；
图8为根据本发明实施例的多晶硅薄膜晶体管的横截面图；以及
图9A到9E为示出根据本发明实施例的多晶硅薄膜晶体管的制造工艺的横截面图。
具体实施方式
以下将参考附图更详细地描述本发明的优选实施例。不过，本发明可以实施为许多不同的形式，不应被视为受限于这里所述的实施例。参考图1，激光设备1包括激光生成单元10、光学系统20、反射镜30、投影透镜40和强度图案调节单元50。
激光生成单元10产生未经处理的原始激光束。激光生成单元10可以包括激光生成管(未示出)。激光生成管包括上下电极，其间充满气体，例如Ze、Cl、He或Ne。原始激光束的尺寸为约12mm×约36mm。
在激光生成单元10中产生的原始激光束被供应至光学系统20。光学系统20包括多个镜片和透镜。光学系统20根据需要调节原始激光束并将激光束提供到投影透镜40。
通过光学系统20调节的激光束在反射镜30被反射，然后通过投影透镜40照射到非晶硅层210。投影透镜40调节激光束的焦点。尽管未示出，可以在投影透镜40的下部提供保护透镜以保护投影透镜40以免在结晶工艺中被损坏。
被投影透镜40照射的激光束是条形的，而激光束的尺寸可以是宽度约为0.4mm，长度约为200mm。强度图案调节单元50调节激光束的长度。在激光束通过强度图案调节单元50之后，在其相对端，激光束的强度以连续的方式逐渐减小，或者在一个或多个台阶处急剧减小。
在强度图案调节单元50下方放置基板200，其上形成有非晶硅层210。非晶硅层210可以通过等离子体增强化学气相淀积(PECVD)工艺淀积在基板200上。基板200形成于台架300上。台架300沿着X和Y方向移动基板200以结晶非晶硅层210的整个部分。
参考图2和3，强度图案调节单元50成对设置在相对侧。强度图案调节单元50之间的空间为通过区，在该区域激光束保持其强度通过。强度图案调节单元50之间的距离等于被照射到非晶硅层210的激光束的长度。强度图案调节单元50包括金属板51、与金属板51结合的底基板52、以及将金属板51和底基板52结合的结合元件54。
金属板51成对设置在相对侧。金属板51可以包括，例如铝或不锈钢。激光束无法穿过设置有金属板51的遮光区。
底基板52从金属板51向通过区延伸，且底基板52的表面被涂层53涂布。底基板52可以包括石英，且涂层53可以包括Cr、MgF2、Al2O3、SiO2、CaF2、AlF3、或MoSi的至少一种。通过涂层53的激光束在强度上变得弱于通过通过区的激光束，这样从金属板51向着通过区延伸的涂层53就形成了半通过区。涂层53通过反射或吸收激光束而减小了激光束的强度。通过半通过区的激光束的强度可以是通过通过区的激光束强度的约50％。
结合元件54可以是任何能够将金属板51固定到底基板52的物体。在本发明的一实施例中，结合元件54可以包括耐激光束的材料。
通过强度图案调节单元50的激光束的强度图案在图3中进行了描绘。激光束在通过区保持了其强度，但是激光束无法穿透遮光区。激光束通过置于通过区和遮光区之间的半通过区后强度立刻下降。
图4为示出使用根据本发明实施例的激光设备的非晶硅层的结晶工艺的示意图。
当基板200的尺寸大时，激光束的长度是有限的。因此，通过如图4所示扫描两次将基板200的整个部分扫描。
非晶硅层210的部分区域被第一次扫描所结晶，然后其余的非晶硅层210被第二次扫描所结晶。暴露于第一次和第二次扫描的区域A被过度结晶了。形成于过度结晶区域上的多晶硅层220可能具有不同于其余区域的性质。
过度结晶区域的宽度d2可能为大约0.1mm到大约0.25mm。强度图案调节单元50的半通过区的宽度d1可以基本上与过度结晶区域的宽度d2相同。被第一次和第二次扫描所结晶的多晶硅层220的重叠部分是被通过半通过区的弱激光束结晶的。通过半通过区的激光束的强度大约为通过通过区的激光束强度的50％。因此，过度结晶区域与其余区域暴露于相同的激光束强度。结果，整个基板200暴露于均匀强度的激光，从而使得多晶硅层220均匀。
图5为描绘通过根据本发明的另一实施例的激光设备的激光束的强度图案的示意图。
形成于底基板52上的涂层53有两个部分，两个部分均具有不同的遮光程度。接近通过区的部分具有较低的遮光程度。截断激光束的程度可以根据涂层53的厚度和材料而变化。因此，通过强度图案调节单元50的激光束两端的强度是阶梯状不连续变化的。
参考图6和7，根据本发明实施例的强度图案调节单元50包括底基板52和涂层53。底基板52可以包括石英，涂层53可以包括Cr、MgF2、Al2O3、SiO2、CaF2、AlF3和/或MoSi。
如图6所示，根据实施例的强度图案调节单元50中的涂层53在遮光区中形成得厚，在半通过区中形成得薄，且在通过区不形成。通过根据图6所示的实施例的强度图案调节单元50的激光束的强度类似于通过根据图3所示的实施例的强度调节单元50的激光束的强度图案。
如图7所示，根据另一实施例的强度图案调节单元50中的涂层53在遮光区中形成得厚，且不在通过区中形成。半通过区的涂层53以狭缝的形式提供。随着狭缝越来越接近遮光区，狭缝之间的距离变得越来越短。当激光束通过狭缝时，它变得较弱。狭缝之间的空间越窄，激光束就变得越弱。因此，通过强度图案调节单元50的激光束的强度在其相对端逐渐且连续地减小。
根据实施例的激光设备1也可以应用于三次或更多次扫描。强度图案调节单元50的半通过区和遮光区可以形成为一体。或者，半通过区和遮光区可以不形成为一体。半通过区的涂层53在厚度、材料和形状上可以有所变化。
以下将描述使用根据本发明的实施例的激光设备1制造的多晶硅薄膜晶体管(TFT)。
如图8所示，缓冲层111形成于基板110上，多晶硅层130形成于缓冲层111上。缓冲层111包括，例如氧化硅并防止基板110的碱金属渗透到多晶硅层130。多晶硅层130包括设置于轻掺杂域(LDD)层132a和132b之间的沟道部分131，LDD 132a和132b被源极/漏极部分133a和133b所围绕。
LDD层132a和132b为n-掺杂且分散热载流子。沟道部分131未掺杂杂质，而源极/漏极部分133a和133b为n+掺杂。在多晶硅层130上设置有栅极绝缘膜141，其包括氧化硅或氮化硅，在对应于沟道部分131的栅极绝缘膜141上设置有栅电极151。在栅极绝缘膜141上设置有覆盖栅电极151的层间绝缘膜152。
栅极绝缘膜141和层间绝缘膜152具有接触孔181和182，暴露出多晶硅层130的源极/漏极部分133a和133b。在层间绝缘膜152上设置有通过接触孔181与源极部分133a连接的源极接触部分161和相对于其间的栅电极151位置与源极接触部分161相对的漏极接触部分162。漏极接触部分162通过接触孔182与漏极部分133b连接。层间绝缘膜152被钝化膜171覆盖，在钝化膜171中设置暴露漏极接触部分162的接触孔183。在钝化膜171上设置包括ITO(氧化铟锡)、IZO(氧化铟锌)或具有反射性的导电材料的像素电极172。像素电极172通过接触孔183与漏极接触部分162连接。
以下将描述根据本发明的实施例制造多晶硅TFT的工艺。
如图9A所示，缓冲层111和非晶硅层121淀积在基板110上方。然后使用根据本发明实施例的包括强度图案调节单元50的激光设备1通过准分子激光退火工艺使非晶硅层121结晶。利用根据本发明实施例的强度图案调节单元50，照射到非晶硅层121的激光束的强度可以是均匀的。
图9B示出了已结晶多晶硅层130的图案。
随后，如图9C所示，通过淀积氧化硅或氮化硅形成栅极绝缘膜141。然后，淀积并构图用于栅极线的导电材料，以形成栅电极151。然后，通过使用栅电极151作为掩模，注入n型杂质，从而在多晶硅层130中形成沟道部分131、LDD层132a和132b、源极/漏极部分133a和133b。有多种方法制造LDD层132a和132b。例如，栅电极151由双层形成，且随后利用蚀刻工艺形成突出部(overhang)。接着，如图9D所示，在栅极绝缘膜141上形成覆盖栅电极151的层间绝缘膜152并利用栅极绝缘膜141构图，由此形成接触孔181和182，暴露多晶硅层130的源极/漏极部分133a和133b。
然后，如图9E所示，在基板110的上部上淀积并构图用于数据线的金属，以形成分别通过接触孔181和182与源极/漏极部分133a和133b连接的源极接触部分161和漏极接触部分162。
之后，如图8所示，在源极接触部分161和漏极接触部分162上淀积钝化膜171并构图，以形成暴露漏极接触部分162的接触孔183。设置并构图诸如ITO、IZO的透明导电材料或者具有高反射率的导电材料以形成像素电极172。
根据本发明实施例的TFT和TFT基板不仅可以用在LCD装置中，还可以用在有机发光二极管(OLED)装置中。
OLED使用了在接收到电信号时自身发光的有机材料。这样的具有分层结构的OLED包括阴极层(像素电极)、空穴注入层、空穴输运层、发光层、电子输运层、电子注入层和阳极层(对电极)。根据本发明的实施例，TFT基板的漏极接触部分与阴极层电连接，由此传输数据信号。TFT基板的漏极接触部分可以与阳极层电连接。
尽管已经参考附图描述了优选实施例，应当理解，本发明不限于这些特定的实施例，在不背离本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以做出多种变化和改进。所有这样的变化和改进都旨在包括在权利要求所界定的本发明的范围之内。
本申请要求于2005年2月7日提交的韩国专利申请No.2005-0011255的优先权，在此将其公开全文引入以作参考。
Claims (16)
1.一种激光设备，包括：
激光生成单元；以及
强度图案调节单元，包括一对遮光部分和一对半通过部分，其中所述一对半通过部分设置在所述一对遮光部分之间并调节入射激光束的强度。
2.如权利要求1所述的激光设备，其中每个半通过部分从每个遮光部分延伸。
3.如权利要求1所述的激光设备，其中所述激光束的强度通过半通过部分较接近遮光部分的部分变得较弱。
4.如权利要求3所述的激光设备，其中所述激光束的强度在所述半通过部分中呈阶梯状减小。
5.如权利要求1所述的激光设备，其中所述一对遮光部分彼此平行地设置。
6.如权利要求1所述的激光设备，其中在每个遮光部分中提供金属板。
7.如权利要求6所述的激光设备，其中在每个半通过部分中提供底基板和形成于所述底基板上的涂层。
8.如权利要求7所述的激光设备，其中所述涂层包括Cr、MgF2、Al2O3、SiO2、CaF2、AlF3或MoSi的至少一种。
9.如权利要求7所述的激光设备，其中所述涂层包括狭缝。
10.如权利要求1所述的激光设备，其中通过所述强度图案调节单元的所述入射激光束包括条形，且所述入射激光束的强度在其相对端急剧减小。
11.如权利要求1所述的激光设备，还包括投影透镜，其调节从激光生成单元生成的所述入射激光束的焦点，其中所述强度图案调节单元设置在所述投影透镜后面。
12.一种激光设备，包括：
激光生成单元；以及
强度图案调节单元，包括一对遮光部分、设置于所述一对遮光部分之间的通过部分以及设置于每个遮光部分和所述通过部分之间的半通过部分。
13.如权利要求12所述的激光设备，其中所述通过部分包括条形。
14.一种制造薄膜晶体管的方法，包括：
在基板上形成非晶硅层；以及
使用激光设备通过结晶所述非晶硅层形成多晶硅层，所述激光设备包括激光生成单元和强度图案调节单元，其中所述强度图案调节单元包括一对遮光部分、设置于其间的通过部分、以及设置于每个遮光部分和所述通过部分之间的半通过部分。
15.如权利要求14所述的方法，还包括：
在所述多晶硅层上形成栅极绝缘膜；
在所述栅极绝缘膜上形成栅电极；
通过在所述多晶硅层中注入杂质形成源极和漏极部分；
在所述栅电极上形成层间绝缘膜；
通过蚀刻所述栅极绝缘膜或所述层间绝缘膜形成暴露所述源极和漏极部分的接触孔；以及
形成分别通过所述接触孔与所述源极和漏极部分连接的源极和漏极接触部分。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述通过部分包括条形。
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