专利名称：底栅薄膜晶体管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种制造底栅薄膜晶体管(TFT)的方法，且更具体而言，涉及一种相对简单容易地制造具有大的晶粒尺寸的多晶硅沟道区的底栅TFT的方法。
背景技术：
最近已经进行了关于有机发光显示器(OLED)装置或液晶显示器(LCD)装置的光源中使用的低温多晶硅(LTPS)TFT的活跃研究，且因此已经进一步开展了对于其中从不采用外部驱动器IC的玻璃上系统(SOG)的研究。外部驱动器IC集成地形成在显示面板上，且因此不需要显示面板与外部驱动器IC之间的连接线。因此，显示装置具有减小的错误率和提高的可靠性。研究的最终目标是获得提供SOG的LTPS TFT，在SOG中包括数据和栅极驱动器IC的所有显示系统和控制器集成地形成在显示面板上。为了实现此目标，LTPS应该具有大于400cm2/Vsec的迁移率和优异的均匀性。到目前为止，具有这些性质的LTPS不能通过本领域技术人员公知的准分子激光退火(ELA)、连续侧向固化(SLS)、金属诱导侧向结晶(MILC)等来制造。
使用各种方法制造多晶硅。例如，可以使用直接沉积多晶硅法和在沉积非晶硅之后结晶非晶硅的方法。通过结晶制造的多晶硅具有大的晶粒尺寸。然后多晶硅的场效应迁移率进一步提高，但多晶硅的晶粒尺寸均匀性进一步降低。常规的ELA只能有限量的扩大晶粒尺寸。为了克服此限制，Kim等人(Kim等，IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS，VOL 23，P 315-317)提出制造具有几μm晶粒尺寸的多晶硅的方法。可以使用新的结晶方法制造具有4.6μm长度的侧向晶粒。在此方法中，需要氧化物盖层和空气间隙形成在非晶硅上部和下部上来控制结晶速度。因此，该方法包括额外的操作。具体地，空气间隙通过形成和除去额外的牺牲层而形成，且氧化物盖层在最后步骤中被除去。该额外操作从大量制造的角度来说是不优选的，且尤其是可能影响产品产量，因此导致增加的制造成本。
发明内容
本发明提供了一种制造底栅薄膜晶体管(TFT)的方法，其中具有大晶粒尺寸的多晶硅沟道区可以相对简单和容易地形成。
根据本发明的一个方面，提供了一种制造底栅薄膜晶体管(TFT)的方法，其包括在衬底上形成底栅电极；在该衬底上形成栅极绝缘层以覆盖底栅电极；在栅极绝缘层上依次形成非晶半导体层、N型半导体层和电极层；依次蚀刻形成在底栅电极上的电极区和N型半导体层区以暴露非晶半导体层区；使用激光退火法熔化非晶半导体层区；和结晶该熔化的非晶半导体层区以形成侧向生长多晶硅沟道区。非晶半导体层可以由Si或SiGe形成。非晶半导体层可以形成为具有500到1000范围的厚度。非晶半导体层区形成为具有2到5μm范围的长度。在激光退火法中使用的激光能量控制在700到1000mJ/cm2范围。栅极绝缘层由SiO2或SiN形成。底栅电极由选自包括Al、Cr、Cr和Mo的组中的任何一种形成。N型半导体层由掺杂N型杂质的非晶硅或掺杂N型杂质的多晶硅形成。衬底是由玻璃或塑料形成的透明衬底。
根据本发明，具有提高的场效应迁移率的底栅TFT可以简单和容易地制造。
通过参考附图对本发明示范性实施例的详细描述，本发明的上述和其他特点和优点将变的更为明显，其中图1A到1F是示出根据本发明的实施例制造底栅薄膜晶体管(TFT)的方法的剖面图；和图2是根据本发明的实施例通过图1D所示的激光退火获得的多晶硅沟道区的扫描电子显微镜(SEM)照片。
具体实施例方式
将通过参考示出了本发明示范性实施例的附图来更详细地描述本发明。然而，本发明可以实施为许多不同形式且不应理解为局限于这里给出的实施例；而是，提供这些实施例使得本公开充分和完整，并向本领域技术人员充分传达本发明的概念。
图1A到1F是示出根据本发明的实施例制造底栅薄膜晶体管(TFT)的方法的剖面图。本说明书中，材料层可以使用各种方法例如化学气相沉积(CVD)法或物理气相沉积(PVD)法来沉积，这些方法是本领域技术人员公知的，且其描述将被省略。
参考图1A到1C，栅极金属例如Al、Cr、Cu、Mo等沉积在衬底10上并被构图以形成底栅电极12、这里，衬底10可以是由玻璃或塑料形成的透明衬底，但衬底10的材料不限于此。
接着，栅极绝缘层14形成在衬底10上以覆盖底栅电极12。栅极绝缘层14可以由绝缘材料例如SiO2或SiN形成。非晶半导体层16、N型半导体层18和电极层20依次形成在栅极绝缘层14上。非晶半导体层16由Si或SiGe形成为具有500到1000范围的厚度。非晶半导体层1 6的厚度范围适于在后续激光退火操作中非晶半导体层16的熔化和结晶，且可以是形成沟道区的最合适范围。
N型半导体层18由掺杂N型杂质的非晶硅或掺杂N型杂质的多晶硅形成。N型杂质包括例如锑(Sb)、磷(P)、砷(As)等的原子。电极层20可以由金属形成，例如Al、Cr、Cu、Mo等。
参考图1D，形成在底栅电极12上的电极层区20a和N型半导体层区18a被依次蚀刻以暴露非晶半导体层区16a。同时，在蚀刻工艺中，源区和漏区彼此分开形成。这些将在后面描述。
非晶半导体层区16a可以形成为具有2到5μm范围的长度。非晶半导体层区16a的长度范围适合于在结晶非晶半导体层区16a时在晶粒中形成尽量少数量的晶界。由于晶界对沟道内的电子迁移率具有不利的影响，因此将沟道区内的晶界数量最小化是重要的。
参考图1E和1F，使用激光退火法熔化非晶半导体层区16a以引起结晶。照射具有308nm波长的XeCl准分子激光来加热和熔化非晶半导体层区16a。如图1D所示，在熔化阶段，非晶半导体层区16a的中间部分A的厚度不同于非晶半导体层区16a的两端B的厚度。具体地，在熔化阶段，两端B形成为具有大于中间部分A的厚度，且中间部分A的厚度与两端B的厚度之间的差对冷却速度有影响。即，冷却和固化在在中间部分A可以比在两端B进行得快。因此，第一晶芽(crystalline germ)随着时间的推移从中间部分A向两端B生长。作为此晶体生长的结果，可以容易地形成侧向生长多晶硅沟道区16c。侧向生长多晶硅沟道区16c的位置和尺寸可以被容易地确定和控制。参考根据本发明实施例的侧向生长多晶硅沟道区16c的扫描电子显微镜(SEM)照片图2，图1D将变的更为明显。
侧向生长多晶硅沟道区16c形成为具有大的晶粒尺寸，且因此具有高迁移率和低缺陷密度。因此，TFT器件可以制造为具有小的漏电流和优异的开关性质。为了提高退火效率，激光的能量密度可以控制在700到1000mJ/cm2范围内。
在根据本发明当前实施例的底栅TFT中，源区包括源电极20s和插入在源电极20s与多晶硅沟道区16c之间以提供欧姆接触的源极16s和18s。漏区包括漏电极20d和插入在漏电极20d与多晶硅沟道区16c之间以提供欧姆接触的漏极16d和18d。使用这些操作，可以制造具有改进的场效应迁移率的底栅TFT器件。
根据本发明，可以相对容易和简单地制造具有大的晶粒尺寸的多晶硅沟道区，而不需要额外的操作。此外，多晶硅沟道区的位置可以被容易地确定和控制。尤其，侧向生长多晶硅沟道区可以容易地形成。由于侧向生长多晶硅沟道区可以具有高迁移率和低缺陷密度，可以使用根据本发明的方法制造具有改进的场效应迁移率的底栅TFT。
根据本发明制造底栅TFT的方法可以用在有源矩阵LCD(AMLCD)、有源矩阵OLED(AMOLED)、太阳能电池、半导体存储器器件等的制造中，且优选用在包括玻璃或塑料衬底并具有高迁移率和响应性的TFT的制造中。可以使用根据本发明的方法制造构成开关元件、放大元件等的包括TFT、AMLCD、AMOLED的每个电器件。
虽然参考示范性实施例具体示出并描述了本发明，但本领域的技术人员应该理解，可以不脱离由权利要求书所限定的本发明的精神和范畴内进行各种形式和细节的变化。
权利要求
1.一种制造底栅薄膜晶体管的方法，该方法包括在衬底上形成底栅电极；在所述衬底上形成栅极绝缘层以覆盖所述底栅电极；在所述栅极绝缘层上依次形成非晶半导体层、N型半导体层和电极层；依次蚀刻形成在所述底栅电极上的电极区和N型半导体层区以暴露非晶半导体层区；使用激光退火法熔化所述非晶半导体层区；和结晶所述熔化的非晶半导体层区以形成侧向生长的多晶硅沟道区。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述非晶半导体层由Si或SiGe形成。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述非晶半导体层形成为具有500到1000范围的厚度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述非晶半导体层区形成为具有2到5μm范围的长度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述N型半导体层由掺杂N型杂质的非晶硅或掺杂N型杂质的多晶硅形成。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在所述激光退火法中使用的激光能量控制在700到1000mJ/cm2范围。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述栅极绝缘层由SiO2或SiN形成。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述底栅电极由选自包括Al、Cr、Cu和Mo的组中的至少一种形成。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述电极层由选自包括Al、Cr、Cu和Mo的组中的至少一种形成。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底是由玻璃或塑料形成的透明衬底。
11.使用权利要求1所述的方法制造的底栅薄膜晶体管。
全文摘要
本发明提供了一种制造底栅薄膜晶体管的方法，其中相对简单容易地形成具有大的晶粒尺寸的多晶硅沟道区。该方法包括在衬底上形成底栅电极；在所述衬底上形成栅极绝缘层以覆盖所述底栅电极；在所述栅极绝缘层上依次形成非晶半导体层、N型半导体层和电极层；依次蚀刻形成在所述底栅电极上的电极区和N型半导体层区以暴露非晶半导体层区；使用激光退火法熔化所述非晶半导体层区；和结晶所述熔化的非晶半导体层区以形成侧向生长的多晶硅沟道区。
文档编号H01L21/20GK101086968SQ200610166770
公开日2007年12月12日 申请日期2006年12月14日 优先权日2006年6月9日
发明者林赫, 朴永洙, 鲜于文旭, 车映官 申请人:三星电子株式会社