形成多晶硅的方法和采用多晶硅的薄膜晶体管及其制法的制作方法

专利名称：形成多晶硅的方法和采用多晶硅的薄膜晶体管及其制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种形成多晶硅的方法， 一种采用多晶硅的薄膜晶体管
(TFT )，以及一种制造TFT的方法。
背景技术：
一般地，诸如有机发光二极管(LEDS)或液晶显示器(LCDS)的显示 器件采用薄膜晶体管(TFTs)作为开关元件。
TFT包括栅极电极，源极电极，和漏极电极，其中半导体通道材料层形 成在源极电极和漏极电极之间。通道材料层可以由非晶硅或多晶硅构成。因 为多晶硅的电子迁移率比非晶硅的大，因而多晶硅最近已经被优先为用于 TFTs的高速处理的通道材料。
多晶硅一般通过采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD )在衬底上淀 积非晶硅并结晶被淀积的非晶硅而形成。非晶硅可以通过热退火或准分子激 光结晶(ELC)来结晶。然而，由于热退火需要60(TC或更高的高温，因而 热退火不适合采用玻璃衬底的OLEDs或LCDs的TFTs。 ELC能有利地在相 对低的温度结晶非晶硅。在低温结晶的多晶硅称为低温多晶硅(LTPS )。然 而，ELC具有随着衬底的尺寸增加结晶均匀性降低的缺点。因而，ELC不适 合大LCDs或OLEDs 。

发明内容
本发明提供了通过局部加热形成多晶硅的方法、采用多晶硅的薄膜晶体 管以及制造薄膜晶体管的方法。
才艮据本发明的一个方面，形成多晶硅的方法包括在衬底上形成绝缘层； 在绝缘层上形成第一电极和第二电极；在绝缘层上形成至少一个连接到第一 电极和第二电极的加热层；在加热层上形成包含石圭的非晶形材料层；通过蚀
刻绝缘层在加热层下形成通孔；以及通过在第 一 电4及和第二电极之间施加电 压以给加热层加热来将非晶形材料层结晶为多晶 >眭层。
9根据本发明的另一个方面，形成多晶硅的方法包括在村底上形成绝缘 层；在绝缘层上形成包含硅的至少一个非晶形材^f层；在非晶形材料层上形 成加热层；在绝缘层上形成每一个连接到加热层的各端的第一电极和第二电 极；通过蚀刻绝缘层在非晶形材料层下形成通孔；以及通过在第一电极和第 二电极之间施加电压以给加热层加热来将非晶形材料层结晶为多晶硅层。
根据本发明的再一个方面，形成多晶硅的方法包括在衬底上形成绝缘 层；在绝缘层上形成第一电极和第二电极；形成包含硅的至少一个非晶形材 料层以连接到第一电极和第二电极；通过蚀刻绝缘层在非晶形材料层下形成 通孔；以及通过在第 一电极和第二电极之间施加电压以加热非晶形材料层来 将非晶形材料层结晶为多晶硅层。
根据本发明的再一个方面，形成多晶硅的方法包括在衬底上形成绝缘 层；在绝缘层上形成第一电极和第二电极；形成至少一个连接到第一电极和 第二电极的加热层；通过蚀刻绝缘层在加热层下形成通孔；在第一电极和第 二电极之间施加电压以给加热层加热；以及在加热层上淀积多晶硅层。
根据本发明的再一个方面，薄膜晶体管包括衬底；形成在衬底上的栅 极电极；从栅极电极突出的绝缘层；在突出的绝血彖层的顶面上形成的源极电 极和漏极电极；以及至少一个形成为桥状的多晶石圭层以连接到源极电极和漏 极电极。
根据本发明的再一个方面，制造薄膜晶体管的方法包括在衬底上依次 形成栅极电极和绝缘层；在绝缘层上形成源极电^^及和漏极电极；在绝缘层上 形成至少 一 个加热层以连接到源极电极和漏极电才及；在加热层上形成包含硅 的非晶形材料层；通过蚀刻绝缘层在加热层下形成通孔；通过在源极电极和 漏极电极之间施加电压以给加热层加热来将非晶形材料层结晶为多晶硅层； 以及蚀刻并移除加热层的暴露部分。
根据本发明的再一个方面，制造薄膜晶体管的方法包括在衬底上依次 形成栅极电极和绝缘层；在绝缘层上形成包含硅的至少一个非晶形材料层； 在非晶形材料层上形成加热层；在绝缘层上形成每一个连接到加热层的各端
的源极电极和漏极电极；通过蚀刻绝缘层在非晶形材料层下形成通孔；通过 在源极电极和漏极电极之间施加电压以给加热层加热来将非晶形材料层结 晶为多晶硅层；以及蚀刻并移除加热层的暴露部分。
根据本发明的再一个方面，制造薄膜晶体管的方法包括在衬底上依次形成栅极电极和绝缘层；在绝缘层上形成源极电才及和漏极电极；形成包含硅 的至少一个非晶形材料层以连接源极电极和漏极电极；通过蚀刻绝缘层在非 晶形材料层下形成通孔；以及通过在源极电极和漏才及电极之间施加电压以加 热非晶形材料层来将非晶形层材料层结晶为多晶硅层。
根据本发明的再一个方面，制造薄膜晶体管的方法包括在衬底上依次 形成栅极电极和绝缘层；在绝缘层上形成源极电4及和漏极电极；形成至少一 个加热层以连接源极电极和漏才及电极；通过蚀刻全色纟彖层在加热层下形成通 孑L;通过在源极电极和漏极电极之间施加电压加热力口热层；在被加热的加热 层上淀积多晶硅层；以及蚀刻并移除加热层的暴露部分。


本发明的更全面的说明以及它的许多附带优点，通过参考下面的详细描
述以及考虑与附图的结合而将显而易见，同样地变4寻更容易理解，附图中相
似的参考标号表示相同或相似的部件，其中
图1A至4B示出了根据本发明的一个实施例形成多晶硅的方法； 图5A至8B示出了根据本发明的另一个实施例形成多晶硅的方法； 图9A至IOB示出了根据本发明的再一个实施例形成多晶硅的方法； 图IIA至13B示出了根据本发明的再一个实施例形成多晶硅的方法； 图14A和14B分别是根据本发明的一个实施例的薄膜晶体管(TFT)的
平面图和横截面图15是图14A和14B中的TFT的变型的横截面图16A和16B分别是根据本发明的另一个实施例的TFT的平面图和橫
截面图17是图16A和16B中的TFT的变型的横截面图18A至22示出了根据本发明的一个实施例制造TFT的方法；
图23A至28示出了根据本发明的另一个实施例制造TFT的方法；
图29A至31示出了根据本发明的再一个实施例制造TFT的方法；以及
图32A至36示出了根据本发明的再一个实施例制造TFT的方法。
具体实施例方式
本发明将通过参考附图更全面地进行描述，其中示出了本发明的示例性实施例。在图中，相似的参考标号指代相似的元件，并且为了清楚可以放大 部件的尺寸。
图1A至4B示出了根据本发明的一个实施例形成多晶硅的方法。 图1A是平面图，并且图1B是沿图1A的线I - I ，得到的横截面图，示
出了绝缘层120在衬底110上形成，以及第一电极131和第二电极〗32在绝
缘层120上形成。
参考图1A和1B，首先准备衬底IIO,然后在衬底110的顶面上形成绝 缘层120。衬底IIO可以是玻璃衬底、塑胶衬底、或石圭村底。绝缘层120可 以由氧化硅制成。第一电极131和第二电极132分别在绝缘层120的顶面上 形成以便彼此分离。第一电极131和第二电极132分别可以通过在绝缘层〗20 的顶面上淀积导电金属材料，然后将淀积的导电金属材料图案化成预定形状 来制成。
图2A是平面图，并且图2B是沿图2A的线II-n，得到的横截面图，示 出了加热层140在绝缘层120上形成，以及包含硅的非晶形材料层150在加 热层140上形成。
参考图2A和2B，在其上分別设置第一电极131和第二电极132的绝缘 层120的顶面上形成加热层140,以便连接第一电4及131和第二电极132。 加热层140可以由乂人W、 Mo、 SiC、 Zr(32、 MoS^和NiCr所构成的組中选择 的至少一个制成。虽然在图2A和2B中显示了一个加热层140,但是本实施 例并不限于此，并且可以形成两个或更多的加热层140来连接第一电极131 和第二电极132。包含硅的非晶形材料层150在加热层140的顶面上形成。 非晶形材料层150可以由非晶硅或非晶碳化硅制成。加热层140和非晶形材 料层150可以通过在其上分别设置有第一电极131和第二电极132的绝缘层 120上依次淀积加热材料和包含硅的非晶形材料，然后将依次淀积的加热材 料和非晶形材料图案化成预定形状来制成。
图3A是平面图，并且图3B是沿图3A的线ffl-ffl，得到的横截面图，示 出了蚀刻绝缘层120直到暴露衬底110。
参考图3A和3B,当湿蚀刻绝缘层120直到暴露衬底110时，分别在第 一电极131和第二电极132下剩下绝缘层120，并且在加热层140下形成通 孔125。因而，加热层140和非晶形材料层150具有连接第一电极131和第 二电极132的桥状。参考图4A和4B,当通过在第一电极131和第二电极132之间施加预定 电压从而在预定的溫度下给加热层140加热时，在加热层140上形成的非晶 形材料层150 (图2A、 2B、 3A和3B )结晶成多晶硅层60。加热层140可 以在大约600。C或更高的温度下加热。这样，因为Y又仅形成在加热层140上 的非晶形材料层150被加热，所以衬底110可以保持在20(TC或更低的温度。 在图4A和4B中，虽然分别在第一电极131和第二电极132之间施加直流 (DC)电压，但本实施例并不限于此，并且可以分别在第一电极131和第 二电极132之间施加交流(AC)电压或脉冲电压。
图5 A至8B示出了根据本发明的另 一 个实施例形成多晶硅的方法。
图5A和5B分别是平面图和横截面图，示出了在衬底210上形成的绝 缘层220,以及依次在绝缘层220上形成的非晶形材料层250和加热层240。
参考图5A和5B，首先准备衬底210,然后在衬底210的顶面上形成绝 缘层220。衬底210可以是玻璃衬底、塑胶衬底、或石圭衬底。绝缘层220可 以由氧化硅制成。接下来，在绝缘层220的顶面上形成包含硅的非晶形材料 层250。非晶形材料层250可以由非晶硅或非晶碳化硅形成。虽然一个非晶 形硅层250显示为在绝缘层220的顶面上形成，但是本实施例并不限于此， 并且可以形成两个或更多的非晶硅层250。加热层240在非晶形材料层250 的顶面上形成。加热层240可以由从W、 Mo、 SiC、 Zr02、 MoSi2.和NiCr 所构成的组中选择的至少一个形成。非晶形材料层250和加热层240可以通 过在绝缘层220上依次淀积包含硅的非晶形材料和加热材料，然后将淀积的 非晶形材料和加热材料图案化成预定形状来制成。
图6A是平面图，示出了第一电极231和第二电才及232分別形成为连接 到加热层240的两端，并且图6B是沿图6A的线IV-IV，得到的横截面图。
参考图6A和6B，通过在其上设置非晶形材料层250和加热层240的绝 缘层220上淀积导电金属材料，并将淀积的导电金属材料图案化成预定形状， 从而可以分别形成第一电极231和第二电极232。因而，第一电极231和第 二电极232分别连接到加热层240的各端的顶面。
图7A是平面图且图7B是沿图7A的线V-V，得到的横截面图，示出了 蚀刻绝缘层220直到暴露衬底210。
参考图7A和7B，当湿蚀刻绝缘层220直到暴露衬底210时，分别在第 一电极231和第二电极232下面剩下绝缘层220,并且在非晶形材料层250下形成通孔225。因而，非晶形材料层250和加热层240具有连接第一电极 231和第二电极232的桥状。
参考图8A和8B，当通过在第一电极231和第二电极232之间施加预定 电压而使加热层240在预定温度加热时，在加热层240的底面上形成的非晶 形材料层250结晶成多晶硅层260。加热层240可以在大约600。C或更高的 温度下加热。这样，因为仅仅加热在加热层240上形成的非晶材料层250, 所以衬底210能够保持在200。C或更低的温度。在图8A和8B中，虽然示出 了 DC电压分别施加到第一电极231和第二电极232之间，但是本实施例并 不限于此，而且AC电压或脉沖电压可以分别施加到第一电极231和第二电 极232之间。
图9A至IOB示出了根据本发明的再一个实施例形成多晶硅的方法。 参考图9A和9B，首先准备衬底310,然后在衬底310的顶面上形成绝 缘层320。衬底310可以是玻璃衬底、塑胶衬底、或石圭衬底。绝缘层320可 以由氧化硅形成。第一电极331和第二电极332分别形成在绝缘层320的顶 面上以便彼此分离。然后，在绝缘层320的顶面上形成包含硅的非晶形材料 层350使得连接第一电极331和第二电极332。非晶形材料层350可以由非 晶硅或非晶碳化硅形成。非晶形材料层350可以通过在其上分别设置第一电 极331和第二电极332的绝缘层320的顶面上淀积包含硅的非晶形材料，然 后将淀积的非晶形材料图案化成预定形状来形成。虽然在图9A和9B中显 示为形成一个非晶形材料层350，但是本实施例并不限于此，并且可以形成 连接到第一电极331和第二电极332的多个非晶形材料层350。
参考图10B,其为沿图IOA的线VI-VI，得到的横截面图，当湿蚀刻绝缘 层320直到暴露衬底310时，分別在第一电极331和第二电极332下方剩下 绝缘层320,并且在非晶形材料层350下面形成通孔325。因而，非晶形材 料层350具有连接第一电极331和第二电极332的桥状。接下来，当在第一 电极331和第二电极332之间施加预定电压时，非晶形材料层350在预定的 温度下加热，并且因此将非晶形材料层350结晶成多晶硅层360。非晶形材 料层350可以在大约600。C或更高的温度下加热。这样，因为仅仅加热非晶 形材料层350,所以村底310能够保持在200。C或更低的温度。在图IOA和 IOB中，虽然显示为在第一电极331和第二电极332之间施加DC电压，但 是本实施例并不限于此，并且可以在第一电极331和第二电极332之间可以分别施加AC电压或脉冲电压。
虽然在图9A至10B中首先在绝缘层320的顶面上分别形成第一电极331 和第二电极332,然后形成分别连接第一电极331和第二电极332的非晶形 材料层350，但是非晶形材料层350可以首先在绝缘层320的顶面上形成， 然后可以形成分别连接到非晶形材料层350的各个端部的第一电极331和第 二电极332。
图IIA至13B示出了根据本发明的再一个实施例形成多晶硅的方法。
参考图11A和11B，首先准备衬底410,然后在4十底410的顶面上形成 绝缘层420。衬底410可以是玻璃衬底、塑胶衬底、或硅衬底。绝缘层420 可以由氧化硅形成。第一电极431和第二电极432分别在绝缘层420的顶面 上形成。接下来，在绝缘层420的顶面上形成加热层440,以便连接第一电 极431和第二电极432。加热层440可以由从W、 Mo、 SiC、 Zr02、 MoSi2, 和NiCr所构成的组中选择的至少一个形成。加热层440可以通过在其上分 别设置第一电极431和第二电极432的绝缘层420的顶面上淀积加热材料， 然后将淀积的加热材料图案化成预定形状来形成。虽然在图IIA和11B中 显示了 一个加热层440，但是可以形成连接第 一 电才及431和第二电极432的 两个或更多的加热层440。
参考图12A和12B,当湿蚀刻绝缘层420直到暴露衬底410时，分别在 第一电极431和第二电极432下面剩下绝缘层420，并且在加热层440下方 形成通孔425。因而，加热层440具有连接第一电极431和第二电极432的 桥状。接下来，通过在第一电极431和第二电极432之间施加预定电压使得 加热层440在预定温度下加热。加热层440可以在大约600。C或更高的温度 下加热。虽然在图12A和12B中显示分别在第一电才及431和第二电极432 之间施加DC电压，但是本实施例并不限于此，并且可以分别在第一电极431 和第二电极432之间施加AC电压或脉沖电压。在力o热层440被加热的情形 下，当通过诸如低压化学气相沉积(LPCVD)的化学气相沉积(CVD)，采 用硅烷气体作为源气体将硅淀积在加热层440上时，如图13A和13B所示 在加热层440上形成多晶硅层460。
虽然在图IIA至13B中，首先在绝缘层420的顶面上分别形成第一电 极431和第二电极432,然后形成分别连接到第一电4及431和第二电极432 的加热层440，但是可以首先在绝缘层420的顶面上形成加热层440,然后可以形成分别连接到加热层440的各个端部的第 一 电极431和第二电极432。 如上所述，因为仅仅选择性地加热连接第一电才及和第二电极的加热层和
/或非晶形硅层来形成多晶硅层，因而即使衬底是对热敏感的玻璃衬底，也能
够避免由于高温使玻璃衬底变形的风险。
现在说明采用多晶硅的薄膜晶体管(TFT),该多晶硅通过多晶硅形成方
法而制成。
图14A是根据本发明的一个实施例的TFT的平面图，并且图14B是沿 图14A的线VII-Vn'得到的横截面图。
参考图14A和14B，在衬底510的顶面上形成4册极电极570。衬底510 可以为玻璃衬底、塑胶衬底、或硅衬底。栅极电才及570可以由从Ni、 Al、 Nd、 Pt、 Au、 Co、 Ir、 Cr和Mo所构成的组中选4奪的至少一个形成。绝缘层 520从栅极电极570的顶面突出。绝缘层520可以由氧化硅形成。源极电极 531和漏极电极532在突出的绝缘层520的顶面上形成。源极电极531和漏 极电极532可以由Cr/Al、非晶硅/Al、或Cr/Mo形成。多晶硅层560在源极 电极531和漏极电极532之间形成，以便连接源极电才及531和漏极电极532。 具体地，多晶硅层560的各个端部的底面分别连接源极电极531和漏极电极 532的顶面。因而，多晶硅层560具有连接源极电极531和漏极电极532的 桥状，并且在多晶硅层560下方形成通孔525。在通孔525中存在的空气形 成TFT的栅绝缘层(gate insulating layer )。虽然在图14A和14B中显示形成 一个多晶硅层560以连接源极电极531和漏极电才及532,但是本实施例并不 限于此，并且可以形成多个多晶硅层560以连接源极电极531和漏极电极 532。
图15是图14A和14B的TFT的变型的横截面图。
参考图15，在图14A和14B中的TFT的整个表面上形成氧化层580。 氧化层580可以由氧化硅形成。因而，也在多晶硅层560下方的通孔525(参 见图14B )的内壁上形成氧化层580,使得氧化层580和存在于由氧化层580 包围的通孔525中的空气形成栅绝缘层。替换地，氧化层580可以形成为填 充多晶硅层560下的通孔525。这样，填充通孔525的氧化层580形成栅绝 缘层。
图16A是根据本发明的另一个实施例的TFT的平面图，并且图16B是 沿图16A的线雨-VIII，得到的横截面图。以下说明将集中在图14A和14B的TFT与图16A和16B的TFT之间
的差别。
参考图16A和16B，在衬底610上形成栅极电才及670，并且绝缘层620 从栅极电极670的顶面突出。在突出的绝缘层620的顶面上形成源极电极631 和漏极电极632。在源极电极631和漏极电极632之间形成多晶硅层660， 以便连接源极电极631和漏极电极632。与图14A和14B的多晶硅层560不 同，多晶硅层660的各个端部的顶面分别连接到源极电极631和漏极电极632 的底面。因而，多晶硅层660具有连接源极电极631和漏极电极632的桥状， 并且在多晶硅层660下方形成通孔625。存在于通孔625中的空气形成TFT 的栅绝缘层。虽然在图16A和16B中形成一个多晶硅层660以便连接源极 电极631和漏极电极632，但是本实施例不限于此，并且可以形成多个多晶 硅层660以便连接源极电极631和漏极电极632 。
图17是图16A和16B的TFT的变型的横截面图。
参考图17，在图16A和16B的TFT的整个顶面上形成氧化层680。因 而，也在多晶硅层660下方的通孔625 (参见图16B)的内壁上形成氧化层 680，使得氧化层680和存在于4皮氧化层680包围的通孔625中的空气形成 栅绝缘层。替换地，可以形成氧化层680以^>真充多晶硅层660下方的通孔 625。这样，填充通孔625的氧化层680形成栅绝纟彖层。
现在将说明制造TFT的方法。
图18A至22示出了根据本发明的 一个实施例制造TFT的方法。 参考图18A和18B，首先准备衬底710。衬底710可以是玻璃衬底、塑 胶衬底、或硅衬底。在衬底710的顶面上形成栅极电才及770。 4册极电极770 可以由从Ni、 Al、 Nd、 Pt、 Au、 Co、 Ir、 Cr和Mo所组成的组中选择的至 少一个形成。槺极电极770可以通过在衬底710的顶面上淀积选定的材料， 然后将被淀积的选定的材料图案化成预定形状来形成。接下来，在栅极电极 770的顶面上形成绝缘层720。绝纟彖层720可以由氧化硅形成。然后在绝缘 层720的顶面上形成源极电极731和漏极电^及732。源极电极731和漏极电 极732可以由从Cr/Al、非晶硅/Al和Cr/Mo所组成的组中选择的一个形成。 源极电极731和漏极电极732可以通过在绝缘层720的顶面上淀积选定的材 料，然后将淀积的材料图案化成预定形状来形成。
接下来，在其上设置有源极电才及731和漏极电才及732的绝缘层720的顶面上形成加热层740,使得连接源极电极731和漏才及电极732。加热层740 可以由在后来的蚀刻工艺中通过预定蚀刻液能选择性地仅仅蚀刻加热层740 的材料形成。例如，加热层740可以由从W、 Mo、 SiC、 Zr02、 MoSi2和NiCr 所组成的组中选择的至少一个形成。虽然在图18A和18B中显示了一个加 热层740,但是本实施例并不限于此，并且可以形成两个或更多加热层740 以连接源极电极731和漏极电极732。在加热层740的顶面上形成包含硅的 非晶形材料层750。非晶形材料层750可以由非晶^洼或非晶碳化硅形成。加 热层740和非晶形材料层750可以通过依次在其上i殳置有源极电极731和漏 极电极732的绝缘层720上淀积加热材料和包含硅的非晶形材料，然后将淀 积的加热材料和非晶形材料图案化成预定形状来形成。
图19A是平面图且图19B是沿图19A的线IX-IX，得到的横截面图，示出 了蚀刻绝缘层720直到暴露栅极电极770。
参考图19A和19B,当湿蚀刻绝缘层720直到暴露栅极电极770时，在 源极电极731和漏极电极732下方剩下绝缘层720,并且在加热层740下方 形成通孔725。因而，加热层740和非晶形材料层750具有连接源极电极731 和漏极电极732的桥状。
参考图20A和20B，当通过在源极电极731和漏极电极732之间施加预 定电压使加热层740在预定温度下加热时，在加热层740上形成的非晶形材 料层750结晶为多晶硅层760。加热器层740可以在大约600。C或更高的温 度下加热。这样，因为仅仅加热在加热层740上形成的非晶形材料层750, 所以衬底710可以保持在200。C或更低的温度。虽然在图20A和20B中显示 为在源极电极731和漏极电极732之间施加DC电流，但是本实施例不限于 此，并且可以在源才及电极731和漏极电极732之间施力卩AC电压或脉冲电压。
参考图21A和21B，蚀刻并移除加热层740的暴露部分。蚀刻加热层 740中，因为加热层740由具有蚀刻选择性的材料形成，所以能通过预定蚀 刻液仅仅选择性蚀刻加热层740。通过以上工艺形成TFT。存在于通孔725 中的空气形成栅绝缘层。
图22所示的工艺可以增加到本实施例。即参考图22，在图21A和21B 的结构的整个表面上形成氧化层780。因而，也在多晶硅层760下方的通孔 725的内壁上形成氧化层780，使得氧化层780和存在于由氧化层780包围 的通孔725中的空气形成栅绝缘层。替换地，氧化层780可以形成为使得填
18充多晶硅层760下面的通孔725。这样，填充通孔725的氧化层780形成删 绝缘层。
图23A至28示出了根据本发明的另一个实施例制造TFT的方法。 参考图23A和23B，首先准备衬底810,然后在衬底810的顶面上形成 栅极电极870。绝缘层820在栅极电极870的顶面上形成。因为衬底810、 栅极电极870以及绝缘层820与上述已经描述的相同，因而在此不再给出其 详细说明。接下来，在绝缘层820的顶面上形成包含硅的非晶形材料层850。 非晶形材料层850可以由非晶硅或非晶碳化硅形成。虽然在图23A和23B 中示出了一个非晶硅层850形成在绝缘层820的顶面上，但是本实施例并不 限于此，并且可以形成两个或更多的非晶硅层850。加热层840在非晶形材 料层S50的顶面上形成。加热层840可以由在后来的蚀刻工艺中通过预定蚀 刻液能选择性地仅仅蚀刻加热层840的材料形成。例如，加热层840可以由 从W、 Mo、 SiC、 Zr02、 MoSi2和NiCr所组成的组中选择的至少一个形成。 非晶形材料层850和加热层840可以通过依次在绝缘层820上淀积包含硅的 非晶形材料和加热材料，然后将淀积的非晶形材料和加热材料图案化成预定 形状来形成。
参考图24A和24B，在绝缘层820上形成源极电极831和漏极电极832, 以便每一个连接到加热层840的各个端部。源极电极831和漏极电极832可 以通过在其上设置有非晶形材料层850和加热层840的绝缘层820上淀积导 电金属材料，然后将淀积的导电金属材料图案化成预定形状来形成。因而， 源极电极831和漏极电极832连接到加热层840的各个端部的顶面。
图25A是平面图且图25B是沿图25A的线X-X，得到的横截面图，示出 了蚀刻绝缘层820直到栅极电极870被蚀刻。
参考图25A和25B,当湿蚀刻绝缘层820直到暴露栅极电极870时，在 源极电极831和漏极电极832下面剩下绝缘层820,并且在非晶形材料层850 下方形成通孔825。因而，非晶形材料层850和加热层840具有连接源极电 极831和漏才及电极832的桥状。
参考图26A和26B,当通过在源极电极831和漏极电极832之间施加预 定的电压使加热层840在预定的温度下加热时，在加热层840的底面上形成 的非晶形材料层850结晶成多晶硅层860。加热层840可以在大约600。C或 更高的温度下加热。这样，因为仅仅加热在加热层840上形成的非晶形材料层850，所以衬底810可以保持在20(TC或更低的温度。虽然在图26A和26B 中示出在源极电极831和漏极电极832之间施力。DC电压，但是本实施例并 不限于此，并且可以在源极电极831和漏极电极832之间施加AC电压或脉 冲电压。
参考图27A和27B，蚀刻并移除加热层840的暴露部分。蚀刻加热层 840中，因为加热层840由具有蚀刻选择性的材料形成，所以通过预定蚀刻 液能选择性地仅仅蚀刻加热层840。通过上述工艺可以形成TFT。存在于通 孔825中的空气形成栅绝缘层。
图28中显示的工艺可以增加到本实施例。即参考图28,在图27A和27B 的结构的整个表面上形成氧化层880。因而，在多晶硅层860下面的通孔825 的内壁上也形成氧化层880,使得氧化层880和存在于由氧化层880包围的 通孔825内的空气形成栅绝缘层。替换地，氧化层880可以形成以填充多晶 硅层860下的通孔825。这样，填充通孔825的氧化层880形成栅绝缘层。
图29A至31示出了根据本发明的再一个实施例制造TFT的方法。
参考图29A和29B，首先准备衬底910，然后在衬底910的顶面上形成 栅极电极970。在栅极电极970的顶面上形成绝缘层920，然后在绝缘层920 的顶面上形成源极电极931和漏极电极932。因为衬底910、栅极电极970、 绝缘层920、源极电极931和漏极电极932与上述已经描述的相同，因此不 再给出其详细说明。接下来，在绝缘层920的顶面上形成包含硅的非晶形材 料层950，以连接源极电极931和漏极电极932。非晶形材料层950可以由 非晶硅或非晶碳化硅形成。非晶形材料层950可以通过在其上设置有源极电 极931和漏极电极932的绝缘层920的顶面上淀积包含硅的非晶形材料，然 后将淀积的非晶形材料图案化成预定形状来形成。虽然在图29A和29B中 显示为形成一个非晶形材料层950,但是本实施例并不限于此，并且可以形 成多个非晶形材料层950以连接源极电极931和漏极电极932。
参考图30B,其为沿图30A的线XI-XI，得到的横截面图，当湿蚀刻绝缘 层920直到暴露栅极电极970时，在源极电极931和漏极电极932下方剩下 绝缘层920,并且在非晶形材料层950下方形成通孔925。因而，非晶形材 料层950具有连接源极电极931和漏极电极932的桥状。然后，当在源极电 极931和漏极电极932之间施加预定电压时，非晶形材料层950在预定的温 度下加热，因而非晶形材料层950结晶成多晶硅层960。非晶形材料层950可以在大约600。C或更高的温度下加热。这样，因为仅仅加热非晶形材料层 950,所以衬底910可以保持在20(TC或更低的温度。虽然在图30A和30B 中显示在源极电极931和漏极电极932之间施加DC电压，4旦是本实施例并 不限于此，并且可以在源极电极931和漏极电极932之间施加AC电压或脉 沖电压。
虽然在图29A至30B中，首先在绝桑彖层920的顶面上形成源极电极931 和漏极电极932,然后形成非晶形材料层950以连接源极电极93和漏极电 极932，但是可以首先在绝缘层920的顶面上形成非晶形材料层950，然后 可以形成源极电极931和漏极电极932,其中每一个连接到非晶形材料层950 的各个端部。通过上述工艺形成TFT。存在于通孔925中的空气形成栅绝缘 层。
图31所示的工艺可以增加到本实施例。即参考图31,在图30A和30B 中的结构的整个表面上形成氧化层980。因而，在多晶硅层960下方的通孔 925的内壁上也形成氧化层980,使得氧化层980和存在于由氧化层980包 围的通孔925中的空气形成栅绝缘层。替换地，氧化层980可以形成为填充 多晶硅层960下方的通孔925。这样，填充通孔的氧化层980形成栅绝缘层。
图32A至36描述了根据本发明的再一个实施例制造TFT的方法。
参考图32A和32B,首先准备衬底1010，然后在衬底1010的顶面上形 成栅极电极1070。在栅极电极1070的顶面上形成绝缘层1020，然后在绝缘 层1020的顶面上形成源极电极1031和漏极电极1032。因为衬底IOIO、栅 极电极1070、绝缘层1020、源极电极1031和漏极电极1032与以上已经描 述的相同，所以不再给出其详细说明。接下来，在绝缘层1020的顶面上形 成加热层1040，以便连接源极电极1031和漏极电极1032。加热层1040可 以由在后来的蚀刻工艺中通过预定蚀刻液能选择性地仅仅蚀刻加热层1040 的材料形成。例如，加热层1040可以由从W、 Mo、 SiC、 Zr02、 MoSi2和 NiCr所组成的组中选择的至少一个形成。加热层1040可以通过在其上设置 有源极电极1031和漏极电极1032的绝缘层1020上淀积加热材料，然后将 淀积的加热材料图案化成预定形状来形成。虽然在图32A和32B中示出了 一个加热层1040,但是本实施例并不限于此，并且可以形成两个或更多的加 热层1040，以连接源极电极1031和漏极电极1032。
参考图33B，其为沿图33A的线XII-XII，得到的横截面图，当湿蚀刻绝缘层1020直到暴露4册极电极1070时，在源极电极1031和漏极电极1032下方 剩下绝缘层1020,并且在加热层1040下形成通孔1025。因而，加热层1040 具有连接源极电极1031和漏极电极1032的桥状。接下来，通过在源极电极 1031和漏极电极1032之间施加预定电压使加热层1040在预定的温度下加 热。加热层1040可以在大约600。C或更高的温度下加热。虽然在图33A和 33B中显示在源极电极1031和漏极电极1032之间施加DC电压，但是本实 施例并不限于此，并且可以在源极电极1031和漏极电极1032之间施加AC 电压或脉沖电压。在加热器1040被加热的情形中，当采用硅烷气体作为源 气体通过CVD (例如LPCVD)将珪淀积在加热层1040上时，如图34A和 34B所示在加热层1040上形成多晶硅层1060。
接下来，参考图35A和35B,蚀刻并移除加热层1040的暴露部分。蚀 刻加热层1040中，因为加热层1040是由具有蚀刻选择性的材料形成，因此 通过预定蚀刻液能选择性地仅仅蚀刻加热层1040。
虽然在图32A至35B中，首先在绝缘层1020的顶面上形成源极电极1031 和漏极电极1032，然后形成加热层1040以连接源极电极1031和漏极电极 1032,但是可以首先在绝缘层1020的顶面上形成加热层1040，然后可以形 成源极电极1031和漏极电极1032，其中每一个连接到加热层1040的各个端 部。通过以上工艺形成TFT。存在于通孔1025中的空气形成栅绝缘层。
图36中示出的工艺可以增加到本实施例。即参考图36，在图35A和35B 中的结构的整个表面上形成氧化层1080。因而，在多晶硅层1060下方的通 孔1025的内壁上也形成氧化层1080,使得氧化层1080和存在于由氧化层 1080包围的通孔1025中的空气形成栅绝缘层。替换地，氧化层1080可以形 成为填充多晶硅1060下方的通孔1025。这样，填充通孔1025的氧化层1080 形成栅绝缘层。
如上所述，因为仅仅选择性地加热非晶硅层和/或连接源极电极和漏极电 极的加热层来形成多晶硅层，因而即使衬底是玻璃衬底，也能避免由于高温 可能使玻璃衬底变形的风险。
仍如上所述，因为仅仅选择性地加热非晶形材料层和/或连接电极的桥状 加热层来形成多晶硅层，所以衬底能保持在200。C或更低的低温。因而，即 使衬底为一般用于液晶显示器(LCDs)或有机发光二极管(OLEDs)中的 玻璃衬底，TFT也能在衬底不变形的情况下容易地制造。而且，TFT能被应用到大面积显示器件，例如OLEDs或LCDs。
领域的普通技术人员可以理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精 神和范围的情况下可以作出形式和细节上的许多改变。
权利要求
1、一种形成多晶硅的方法，该方法包括步骤在衬底上形成绝缘层；在所述绝缘层上形成第一电极和第二电极；在所述绝缘层上形成至少一个加热层，以连接所述第一电极和第二电极；在所述至少一个加热层上形成包含硅的非晶形材料层；通过蚀刻所述绝缘层在所述至少一个加热层下方形成通孔；以及通过在所述第一电极和第二电极之间施加电压以加热所述至少一个加热层从而使得所述非晶形材料层结晶成多晶硅层。
2、 如权利要求l所述的方法，其中所述至少一个加热层由从W、 Mo、 SiC、 Zr02、 MoSi2和NiCr所组成的组中选择的至少一种形成。
3、 如权利要求1所述的方法，其中所述非晶形材料层由非晶硅和非晶 碳化硅中的一种形成。
4、 如权利要求1所述的方法，其中所述通孔通过湿蚀刻所述绝缘层直 到暴露所述衬底而形成。
5、 如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个加热层在至少60(TC的 温度下纟皮力o热。
6、 一种形成多晶硅的方法，该方法包括步骤 在衬底上形成绝缘层；在所述绝缘层上形成包含硅的至少 一个非晶形材料层； 在所述至少一个非晶形材料层上形成加热层；在所述绝缘层上形成第一电极和第二电极，其中每一个连接到所述加热 层的各个端部；通过蚀刻所述绝缘层在所述至少一个非晶形材料层下方形成通孔；以及 通过在所述第 一 电极和第二电极之间施加电压以加热加热层从而使得 所述至少 一 个非晶形材料层结晶成至少 一 个多晶硅层。
7、 如权利要求6所述的方法，其中所述至少一个非晶形材料层由非晶 硅和非晶碳化硅中的 一个形成。
8、 如权利要求6所述的方法，其中所述加热层由从W、 Mo、 SiC、 Zr02、MoSi2和NiCr所组成的组中选择的至少 一种形成。
9、 如权利要求6所述的方法，其中所述通孔通过湿蚀刻所述绝缘层直 到暴露所述衬底而形成。
10、 如权利要求6所述的方法，其中所述加热层在至少600。C的温度下 被力口热。
11、 一种形成多晶硅的方法，该方法包括步骤 在衬底上形成绝缘层；在所述绝缘层上形成第一电极和第二电极，以及包含珪的至少一个非晶形材料层以连接所述第 一 电极和第二电极；通过蚀刻所述绝缘层在所述至少一个非晶形材料层下方形成通孔；以及 通过在所述第 一 电极和第二电极之间施加电压以加热所述至少 一 个非晶形材料层来使得所述至少一个非晶形材料层结晶成至少一个多晶硅层。
12、 如权利要求11所述的方法，其中所述第一电极和第二电极以及所 述至少一个非晶形材料层的形成，包括在所述绝缘层上形成所述第一电极和第二电极；以及 在所述绝缘层上形成所述至少一个非晶形材料层，以连接所述第 一电极 和第二电极。
13、 如权利要求11所述的方法，其中所述第一电极和第二电极以及所 述至少一个非晶形材料层的形成，包括在所述绝缘层上形成所述至少一个非晶形材料层；以及 在所述绝缘层上形成所述第一电极和第二电极，其中每一个连接所述至 少 一个非晶形材料层的各个端部。
14、 如权利要求11所述的方法，其中所述至少一个非晶形材料层由非 晶硅和非晶碳化硅中的 一种形成。
15、 如权利要求11所述的方法，其中所述通孔通过湿蚀刻所述绝缘层 直到暴露所述衬底而形成。
16、 如权利要求11所述的方法，其中所述至少一个非晶形材料层在至 少600°C的温度下^皮加热。
17、 一种形成多晶硅的方法，该方法包括步骤 在衬底上形成绝缘层；在所述绝缘层上形成第一电极和第二电极，以及至少一个加热层以连接所述第 一 电极和第二电极；通过蚀刻所述绝缘层在所述至少一个加热层下方形成通孔；在所述第 一 电极和第二电极之间施加电压以加热所述至少 一 个加热层；以及在被加热的所述至少一个加热层上淀积多晶硅层。
18、 如权利要求17所述的方法，其中所述第一电极和第二电极以及所 述至少一个加热层的形成，包括在所述绝缘层上形成所述第一电极和第二电极；以及 在所述绝缘层上形成所述至少一个加热层，以连接所述第一电极和第二 电极。
19、 如权利要求17所述的方法，其中所述第一电极和第二电极以及所 述至少一个加热层的形成，包括在所述绝缘层上形成所述至少一个加热层；以及在所述绝缘层上形成所述第一电极和第二电极，其中每一个连接所述至 少一个加热层的各个端部。
20、 如权利要求17所述的方法，其中所述至少一个加热层由从W、 Mo、 SiC、 Zr02、 MoSi2和NiCr所组成的组中选择的至少一种形成。
21、 如权利要求17所述的方法，其中所述通过通过湿蚀刻所述绝缘层 直到暴露所述衬底而形成。
22、 如权利要求17所述的方法，其中所述至少一个加热层在至少600 。C的温度下^C加热。
23、 如权利要求17所述的方法，其中所述多晶硅通过采用硅烷气体作 为源气体的化学气相沉积而淀积。
24、 一种薄膜晶体管，包括在所述衬底上形成的栅极电极； 从所述4册极电极突出的绝缘层；在所述突出的绝缘层的顶面上形成源极电极和漏极电极；以及 形成为桥状的至少一个多晶硅层，以连接所述源极电极和漏极电极。
25、 如权利要求24所述的薄膜晶体管，进一步包括在所述至少一个多 晶硅层下方的通孔的内壁上形成的氧化层。
26、 如权利要求24所述的薄膜晶体管，进一步包括填充在所述至少一 个多晶硅层下方形成的通孔的氧化层。
27、 如权利要求24所述的薄膜晶体管，其中所述栅极电极由从Ni、 Al、 Nd、 Pt、 Au、 Co、 Ir、 Cr和Mo所组成的组中选择的至少一种形成。
28、 如权利要求24所述的薄膜晶体管，其中所述源极电极和漏极电极 由Cr/Al 、非晶硅/Al和Cr/Mo中的 一种形成。
29、 一种制造薄膜晶体管的方法，该方法包括步骤 在衬底上依次形成栅极电极和绝缘层；在所述绝缘层上形成源极电极和漏极电极；在所述绝缘层上形成至少一个加热层以连接所述源极电极和漏极电极； 在所述至少 一 个加热层上形成包含硅的 一 夂晶形材料层； 通过蚀刻所述绝缘层在所述至少一个加热层下方形成通孔； 通过在所述源极电极和漏极电极之间施加电压以加热所述至少 一 个加 热层而使得所述非晶形材料层结晶成多晶硅层；以及 蚀刻并移除所述至少 一 个加热层的暴露部分。
30、 如权利要求29所述的方法，在移除所述至少一个加热层的暴露部 分之后，还包括在所述通孔的内壁上形成氧化层的步骤。
31、 如权利要求29所述的方法，在移除所述至少一个加热层的暴露部 分之后，还包括形成填充所述通孔的氧化层的步骤。
32、 如权利要求29所述的方法，其中所述至少一个加热层由从W、 Mo、 SiC、 Zr02、 MoSi2和NiCr所组成的组中选择的至少一种形成。
33、 如权利要求29所述的方法，其中所述非晶形材料层由非晶硅和非 晶碳化硅中的一种形成。
34、 如权利要求29所述的方法，其中所述通孔通过湿蚀刻所述绝缘层 直到暴露所述栅极电极而形成。
35、 如权利要求29所述的方法，其中所述至少一个加热层在至少600 。C的温度下被加热。
36、 一种制造薄膜晶体管的方法，该方法包括步骤 在衬底上依次形成4册极电极和绝缘层；在所述绝缘层上形成包含硅的至少 一 个非晶形材料层； 在所述至少一个非晶形材料层上形成加热层；在所述绝缘层上形成源极电极和漏极电极，其中每一个连接所述加热层的各个端部；通过蚀刻所述绝缘层在所述至少一个非晶形材料层下方形成通孔； 通过在所述源极电极和漏极电极之间施加电压以加热所述加热层而使 得所述至少一个非晶形材料层结晶成至少一个多晶硅层；以及 蚀刻并移除所述加热层的暴露部分。
37、 如权利要求36所述的方法，在移除所述加热层的暴露部分之后， 还包括在所述通孔的内壁上形成氧化层的步骤。
38、 如权利要求36所述的方法，在移除所述加热层的暴露部分之后， 还包括形成填充所述通孔的氧化层的步骤。
39、 如权利要求36所述的方法，其中所述至少一个非晶形材料层由非 晶硅和非晶碳化硅中的 一种形成。
40、 如权利要求36所述的方法，其中所述加热层由从W、 Mo、 SiC、 Zr02、 MoSi2和NiCr所组成的组中选择的至少一种形成。
41、 如权利要求36所述的方法，其中所述通孔通过湿蚀刻所述绝缘层 直到暴露所述栅极电极而形成。
42、 如权利要求36所述的方法，其中所述加热层在至少60(TC的温度下 被力口热。
43、 一种制造薄膜晶体管的方法，该方法包括步骤 在衬底上依次形成栅极电极和绝缘层；在所述绝缘层上形成源极电极和漏极电极，以及包含硅的至少一个非晶形材料层以连接所述源极电极和漏极电极；通过蚀刻所述绝缘层在所述至少一个非晶形材料层下方形成通孔；以及 通过在所述源极电极和漏极电极之间施加电压以加热所述至少 一 个非晶形材料层而使得所述至少一个非晶形材料层结晶成至少一个多晶硅层。
44、 如权利要求43所述的方法，在所述至少一个非晶形材料层结晶成 所述至少一个多晶硅层之后，还包括在所述通孔的内壁上形成氧化层的步 骤。
45、 如权利要求43所述的方法，在所述至少一个非晶形材料层结晶成 所述至少一个多晶硅层之后，还包括形成填充所述通孔的氧化层的步骤。
46、 如权利要求43所述的方法，其中所述源极电极和漏极电极以及所述至少一个非晶形材料层的形成，包括在所述绝缘层上形成所述源极电极和漏极电4及；以及 在所述绝缘层上形成所述至少一个非晶形材并+层，以连接所述源极电极和漏4及电才及。
47、 如权利要求43所述的方法，其中所述源才及电极和漏极电极以及所 述至少一个非晶形材料层的形成，包括在所述绝缘层上形成所述至少一个非晶形材;阡层；以及 在所述绝缘层上形成所述源极电极和漏极电^L，其中每一个连接所述至 少 一个非晶形材料层的各个端部。
48、 如权利要求43所述的方法，其中所述至少一个非晶形材料层由非 晶硅和非晶碳化硅中的一种形成。
49、 如权利要求43所述的方法，其中所述通孔通过湿蚀刻所述绝缘层 直到暴露所述栅极电极而形成。
50、 如权利要求43所述的方法，其中所述非晶形材料层在至少60(TC的 温度下纟皮加热。
51、 一种制造薄膜晶体管的方法，该方法包括步骤 在衬底上依次形成淀积栅极电极和绝缘层；在所述绝缘层上形成源极电极和漏极电极，以及至少一个加热层以连接所述源极电极和漏极电极；通过蚀刻所述绝缘层在所述至少一个加热层下方形成通孔；通过在所述源极电极和漏极电极之间施加电压来加热所述至少 一 个加热层；在被加热的所述至少一个加热层上淀积多晶义圭层；以及 蚀刻并移除所述至少一个加热层的暴露部分。
52、 如权利要求51所述的方法，在移除所述至少一个加热层的暴露部 分之后，还包括在所述通孔的内壁上形成氧化层的步骤。
53、 如权利要求51所述的方法，在移除所述至少一个加热层的暴露部 分之后，还包括形成填充所述通孔的氧化层的步骤。
54、 如权利要求51所述的方法，其中所述源才及电极和漏极电极以及所 述至少一个加热层的形成，包括在所述绝缘层上形成所述源极电极和漏极电极；以及在所述绝缘层上形成所述至少一个加热层以连接所述源极电极和漏极 电极。
55、 如权利要求51所述的方法，其中所述源才及电极和漏极电极以及所 述至少一个加热层的形成，包括在所述绝缘层上形成所述至少一个加热层；以及在所述绝缘层上形成所述源;敗电极和漏极电才及，其中每一个连接所述至 少 一个加热层的各个端部。
56、 如权利要求51所述的方法，其中所述至少一个加热层由从W、 Mo、 SiC、 Zr02、 MoSi2和NiCr所组成的组中选择的至少一种形成。
57、 如权利要求51所述的方法，其中所述通孔通过湿蚀刻所述绝缘层 直到暴露所述栅极电极而形成。
58、 如权利要求51所述的方法，其中所述至少一个加热层在至少600 。C的温度下被加热。
59、 如权利要求51所述的方法，其中所述多晶硅层通过采用硅烷气体 作为源气体的化学气相沉积而淀积。
全文摘要
本发明公开了形成多晶硅的方法、采用多晶硅的薄膜晶体管(TFT)以及制造TFT的方法。形成多晶硅的方法包括在衬底上形成绝缘层；在绝缘层上形成第一电极和第二电极；在绝缘层上形成至少一个加热层以连接第一电极和第二电极；在加热层上形成包含硅的非晶形材料层；通过蚀刻绝缘层在加热层下方形成通孔；以及通过在第一电极和第二电极之间施加电压以加热加热层而使非晶形材料层结晶成多晶硅层。
文档编号H01L21/336GK101320685SQ20081014289
公开日2008年12月10日 申请日期2008年1月10日 优先权日2007年1月10日
发明者安德烈·朱尔卡尼夫, 崔濬熙 申请人:三星电子株式会社