形成多晶硅膜的方法、薄膜晶体管和显示装置制造方法

形成多晶硅膜的方法、薄膜晶体管和显示装置制造方法
【专利摘要】提供了一种形成多晶硅膜的方法、一种薄膜晶体管和显示装置。该形成多晶硅膜的方法包括：在基底上形成非晶硅膜；使金属催化剂吸附在非晶硅膜上；通过热处理使非晶硅膜结晶，以形成包括晶粒内部区域和残留有金属催化剂的晶界的多晶硅膜；提供对晶粒内部区域和晶界具有不同的氧化选择性的蚀刻剂；通过蚀刻剂蚀刻多晶硅膜的表面以去除残留在晶界上的金属催化剂。
【专利说明】形成多晶硅膜的方法、薄膜晶体管和显示装置
【技术领域】
[0001]实施例涉及一种形成多晶硅膜的方法以及包括多晶硅膜的薄膜晶体管和显示装置。
【背景技术】
[0002]诸如有机发光二极管(OLED)显示器或者液晶显示器(IXD)的平板型显示装置可以使用薄膜晶体管(TFT)作为驱动元件。具体的讲，低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS TFT)具有良好的载流子迁移率，因此已经被广泛使用。
[0003]低温多晶硅薄膜晶体管可以包括通过使非晶硅膜结晶形成的作为有源层的多晶硅膜。

【发明内容】

[0004]实施例涉及一种形成多晶硅膜的方法，所述形成多晶硅膜的方法包括下述步骤:在基底上形成非晶硅膜；使金属催化剂吸附在非晶硅膜上；通过热处理工艺使非晶硅膜结晶，以形成包括晶粒内部区域和残留有金属催化剂的晶界的多晶硅膜；提供对晶粒内部区域和晶界具有不同的氧化选择性的蚀刻剂；通过蚀刻剂蚀刻多晶硅膜的表面以去除残留在晶界上的金属催化剂。
[0005]金属催化剂可以包含镍。镍可以形成镍硅化物以用作种子，以在热处理工艺期间执行结晶。
[0006]蚀刻剂可以包括对晶界的氧化速度比对晶粒内部区域的氧化速度快的氧化剂。
[0007]蚀刻剂可以包括作为氧化剂的重铬酸钾和作为去除硅氧化物的试剂的氢氟酸。
[0008]在多晶硅膜中，晶界的蚀刻厚度可以比晶粒内部区域的蚀刻厚度大。
[0009]通过蚀刻剂蚀刻多晶硅膜的表面以去除残留在晶界上的金属催化剂的步骤可以在去除金属催化剂之后形成留在晶界的表面上的凹入部分。
[0010]实施例还涉及一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括:根据上述方法形成的多晶硅膜；位于多晶硅膜上的栅极绝缘层；栅电极，位于栅极绝缘层上并且与多晶硅膜叠置；源电极和漏电极，与栅电极分隔开并且电连接到多晶硅膜。
[0011]实施例还涉及一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括:多晶硅膜，包括晶粒内部区域和晶界，晶界包括与金属催化剂被去除的位置相对应的凹入部分；栅极绝缘层，位于多晶硅膜上；栅电极，位于栅极绝缘层上并且与多晶硅膜叠置；源电极和漏电极，与栅电极分隔开并且电连接到多晶硅膜。
[0012]实施例还涉及一种显示装置，所述显示装置包括:根据上述方法形成的多晶硅膜；栅极绝缘层，位于多晶硅膜上；栅电极，位于栅极绝缘层上并且与多晶硅膜叠置；源电极和漏电极，与栅电极分隔开并且电连接到多晶硅膜。
[0013]显示装置还可以包括:像素电极，电连接到漏电极；共电极，面对像素电极；有机发射层，位于像素电极和共电极之间。[0014]根据实施例，提供一种显示装置，所述显示装置包括:多晶硅膜，包括晶粒内部区域和晶界，晶界包括与金属催化剂被去除的位置相对应的凹入部分；栅极绝缘层，位于多晶硅膜上；栅电极，位于栅极绝缘层上并且与多晶硅膜叠置；源电极和漏电极，与栅电极分隔开并且电连接到多晶硅膜。
[0015]显示装置还可以包括:像素电极，电连接到漏电极；共电极，面对像素电极；有机发射层，位于像素电极和共电极之间。
【专利附图】

【附图说明】
[0016]通过参照附图详细描述示例性实施例，对于本领域的普通技术人员来说，本发明的特征将变得明显，在附图中:
[0017]图1A至图1H是顺序地示出了根据示例性实施例的形成多晶硅膜的方法的步骤的示意图。
[0018]图2是示出了通过示例性实施例的方法形成的多晶硅膜的表面的显微图像。
[0019]图3是示出了图2中示出的晶界的放大的表面的扫描电子显微图像。
[0020]图4是示出了根据示例性实施例的薄膜晶体管的剖视图。
[0021]图5是示出了根据示例性实施例的显示装置的剖视图。
【具体实施方式】
[0022]在下文中将参照附图更加充分地描述实施例，示例性实施例在附图中示出。如本领域的技术人员将意识到的是，所描述的实施例可以以各种不同的方式修改，全部不脱离实施例的精神或范围。
[0023]在附图中，为了清楚起见，夸大层、膜、面板、区域等的厚度，并且在整个说明书中，相同的标号指示相同的元件。将理解的是，当诸如层、膜、区域或者基底的元件被称为“在”另一元件“上”时，它可以是直接在所述另一元件上或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。
[0024]图1A至图1H是顺序地示出了根据示例性实施例的形成多晶硅膜的方法的步骤的示意图。
[0025]参照图1A，将缓冲层110形成在基底100上。基底100可以由各种材料(诸如玻璃、石英、陶瓷、塑料和金属)制造。
[0026]缓冲层110由氮化硅(SiNx)的单层膜结构或者由氮化硅(SiNx)和二氧化硅(SiO2)层叠的双层膜结构形成。缓冲层110用于防止不必要的成分(诸如杂质元素或水分)传输到上层中并且用于使缓冲层110的表面平坦化。根据基底100的类型和使用的工艺条件可以省略缓冲层110。
[0027]随后，将非晶硅膜120形成在缓冲层110上。非晶硅膜120可以由例如使用硅烷气的化学气相沉积(CVD)方法形成。
[0028]参照图1B，将金属催化剂50吸附到非晶硅膜120上。可以通过诸如离子掺杂、沉积、溅射、涂覆或者注入的方法执行金属催化剂50的吸附。例如，可以吸附lXKTatoms/cm2至IX 1014atoms/cm2的范围内的小剂量的金属催化剂50。
[0029]金属催化剂50可以从例如镍(Ni)、银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、铝(Al)、锡(Sn)、铬(Cd)、钯(Pd)和它们的合金或它们的组合中选择。
[0030]随后，对非晶硅膜120进行热处理工艺。在热处理期间，吸附在非晶硅膜120上的金属催化剂50用作种子，以从其生长晶体，结果如图1C所示，形成多晶硅膜130。
[0031]在使用镍(Ni)作为金属催化剂以使非晶硅膜120结晶的情况下，镍和非晶硅膜120中的硅起反应形成镍硅化物(NiSix ；x=0.5-2)，并且镍硅化物用作种子，以在其周围生长晶体。
[0032]在使用金属催化剂50的结晶方法中，非晶硅膜120可以在相对低的温度快速地结晶。在通过使用金属催化剂50结晶的多晶硅膜130中，形成了晶粒尺寸为十微米至几十微米，在这种情况下，金属催化剂50残留在晶界上。
[0033]图1D是示出了图1C中示出的多晶硅膜的平面的示意图，图1E是图1C中示出的多晶硅膜的放大的剖视图。
[0034]在图1D和图1E中，多晶硅膜130被分成晶粒内部区域131和晶界132。金属催化剂50 (例如，镍)残留在晶界132上。如果允许金属催化剂50残留在晶界132上，它会成为缺陷而增大由多晶硅膜形成的薄膜晶体管的漏电流。因此，期望的是去除金属催化剂50。
[0035]参照图1F，准备对晶粒内部区域131和晶界132具有不同的氧化选择性的蚀刻剂。通过使用蚀刻剂蚀刻多晶硅膜130的表面。
[0036]蚀刻剂可以由氢氟酸(HF)和重铬酸钾(K2Cr2O7)的混合溶液形成。作为硅氧化剂，蚀刻剂中的重铬酸钾相对于晶界132的氧化速度比相对于晶粒内部区域131的氧化速度快。此外，氢氟酸用于去除由重铬酸钾氧化多晶硅而产生的硅氧化物。
[0037]如果通过蚀刻剂对多晶硅膜130进行表面处理，则晶界132的氧化厚度tl比晶粒内部区域的氧化厚度t2大。在这种情况下，晶界132的氧化厚度tl比金属催化剂50的尺寸大。此外，蚀刻剂的氢氟酸组分去除了晶界132的氧化部分和晶粒内部区域131的氧化部分，从而形成了金属催化剂50已被去除的多晶硅膜130。
[0038]图1G是已经去除金属催化剂的多晶硅膜的放大的剖视图，图1H是示出了图1G中示出的多晶硅膜的平面的示意图。
[0039]参照图1G和图1H中，由于上述的蚀刻剂，多晶硅膜130中的晶界132的蚀刻厚度比晶粒内部区域131的蚀刻厚度大。因此，在多晶硅膜130中，已经去除了金属催化剂的晶界132的上表面高度比晶粒内部区域131的上表面高度低。
[0040]在图1G和图1H中，标号55示出了在已经从晶界的表面去除金属催化剂之后留下的凹入部分。
[0041]图2是示出了通过上述方法形成的多晶硅膜的表面的显微图像。在图2中，A表示晶粒内部区域，B表示晶界，C表示已经去除金属催化剂后留下的凹入部分。
[0042]图3是示出了图2中示出的晶界的放大的表面的扫描电子显微图像。
[0043]参照图3，可以确定的是，由于通过上述蚀刻剂的处理，之前残留在晶界上的金属催化剂已经被去除，并且在已经去除了金属催化剂的位置处形成了与金属催化剂的先前位置相对应的凹入部分。在图3的左边的图像中，箭头指示凹入部分。
[0044]如上所述，根据本示例性实施例的形成多晶硅膜130的方法，可以有效地去除在非晶硅膜120结晶之后残留在晶界132上的金属催化剂50。因此，在多晶硅膜130被用作有源层的薄膜晶体管中，因为不存在成为缺陷的金属催化剂，所以漏电流减小或者不产生漏电流。结果，可以改善其电特性。
[0045]随后，将对通过上述方法形成的多晶硅膜130被用作有源层的薄膜晶体管进行描述。
[0046]图4是示出了根据示例性实施例的薄膜晶体管的剖视图。
[0047]参照图4，缓冲层110形成在基底100上，多晶硅膜130形成在缓冲层110上。根据前述方法通过使用金属催化剂使多晶硅膜130结晶，从而金属催化剂没有残留在晶界上，而是通过前述的蚀刻剂的处理被去除。
[0048]多晶硅膜130按预定形状图案化以用作有源层。多晶硅膜130包括沟道区130a、源区130b和漏区130c。可以在源区130b和漏区130c中掺杂p型杂质或者η型杂质。
[0049]栅极绝缘层140形成在缓冲层110上，同时覆盖多晶硅膜130。栅电极145形成在与沟道区域130a相对应的栅极绝缘层140上。栅电极145的材料可以与多晶硅膜130的材料相同。当掺杂P型杂质或者η型杂质时，栅电极145用作阻挡掩膜使得杂质不掺杂到沟道区130a中。
[0050]层间绝缘层150形成在栅极绝缘层140上，同时覆盖栅电极145。在层间绝缘层150和栅极绝缘层140中形成接触孔，源区130b和漏区130c通过接触孔暴露。通过接触孔与源区130b连接的源电极151和通过接触孔与漏区130c连接的漏电极152形成在层间绝缘层150上。
[0051]由于前述的薄膜晶体管200使用金属催化剂被去除的多晶硅膜130作为有源层，因此不会存在在有源层中捕获载流子的缺陷。因此，在根据本示例性实施例的薄膜晶体管200中，漏电流减小或者没有产生漏电流。因此，能够减小或者防止阈值电压增大的现象。
[0052]图5是示出了使用前述薄膜晶体管的显示装置的剖视图。图5示出了作为显示装置的示例的有机发光二极管(OLED)显示器。
[0053]有机发光二极管(OLED)显示器300连接到多条信号线，并且包括按近似矩阵的形式布置的多个像素。图5示出了多个像素中的一个像素，并且每个像素包括多个薄膜晶体管，但是为了便于描述，在此仅示出了一个薄膜晶体管200。
[0054]参照图5，缓冲层110形成在基底100上，并且多晶硅膜130形成在缓冲层110上。根据前述方法通过使用金属催化剂使多晶硅膜130结晶，并且通过前述的蚀刻剂的处理，金属催化剂不会残留在晶界上。
[0055]多晶硅膜130按预定的形状图案化以用作有源层。多晶硅膜130包括沟道区130a、源区130b和漏区130c。源区130b和漏区130c中可以掺杂p型杂质或者η型杂质。
[0056]栅极绝缘层140形成在缓冲层110上，同时覆盖多晶硅膜130。栅电极145形成在栅极绝缘层140上与沟道区130a相对应。此外，层间绝缘层150形成在栅极绝缘层140上，同时覆盖栅电极145。接触孔形成在层间绝缘层150和栅极绝缘层140中，通过接触孔暴露源区130b和漏区130c。
[0057]通过接触孔连接到源区130b的源电极151和通过接触孔连接到漏区130c的漏电极152形成在层间绝缘层150上。平坦化层160形成在层间绝缘层150上，同时覆盖源电极151和漏电极152，接触孔形成在平坦层160中，通过接触孔暴露漏电极152。
[0058]通过接触孔连接到漏电极152的像素电极171形成在平坦化层160上，像素限定膜165形成在平坦化层160上，同时覆盖像素电极171。暴露像素电极171的一部分的开口形成在像素限定膜165中。
[0059]有机发射层172形成在像素限定膜165的开口中，共电极173形成在整个像素限定膜165上，同时覆盖有机发射层172。像素电极171和共电极173中任何一个可以用作电子注入电极(阴极)，另一个可以用作空穴注入电极(阳极)。
[0060]有机发射层172由发射红色、绿色和蓝色中任意一种颜色的光的有机材料形成或者有机材料和无机材料的混合物形成。用于有机发射层172的发光效率的辅助层可以形成在有机发射层172的下部和上部上。辅助层可以是空穴注入层HIL、空穴传输层HTL、电子注入层EIL和电子传输层ETL中的至少一种。
[0061]像素电极171和共电极173中的任何一个可以由透明导电层形成，另一个可以由反射导电层形成。从有机发射层172发射的光在反射导电层上被反射，透射通过透明导电层，并且发射到显示装置的外部。像素电极171、有机发射层172和共电极173组成有机发光元件170。
[0062]在上面，描述了有机发光二极管(OLED)显示器。在其他实施方式中，根据本示例性实施例的显示装置可以是液晶显示器(LCD)。在这种情况下，液晶显示器(LCD)包括液晶层(未示出)，并且可以形成为具有对本领域技术人员来讲已知的各种结构。
[0063]通过总结和回顾的方式，使非晶硅膜结晶以形成多晶硅膜的方法的示例包括固相结晶法、准分子激光结晶法、使用金属催化剂的金属诱导结晶法和金属诱导横向表面结晶法等。
[0064]在前述方法中，与固相结晶方法相比，使用金属催化剂的结晶方法可以缩短结晶工艺时间并且可以在相对低的温度下实施。此外，与使用激光的结晶方法相比，使用金属催化剂的结晶方法在制造大的显示装置的工艺方面具有优势。
[0065]然而，在使用金属催化剂的结晶方法中，金属催化剂会在结晶后残留在晶界上。残留的金属催化剂会起到捕获载流子的缺陷的作用，在包括多晶硅膜的薄膜晶体管中引起漏电流的产生和阈值电压的增大。
[0066]相反，实施例提供了一种形成可以减小由金属催化剂引起的影响的可能性和/或防止由金属催化剂引起的影响的多晶硅膜的方法，使得金属催化剂在结晶之后不残留。根据实施例，能够有效地去除非晶硅膜结晶后残留在晶界上的金属催化剂。因此，在使用多晶硅膜作为有源层的薄膜晶体管中，由于不会存在金属催化剂，所以不会基于成为缺陷的金属催化剂而产生漏电流。结果，可以改善电特性。可以通过该方法制造包括多晶硅膜的薄膜晶体管和显示装置。
[0067]虽然已经结合目前被认为是实用的示例性实施例描述了本公开，但是将理解的是，所公开的实施例不限于此，而是相反地，旨在覆盖包括在权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。
【权利要求】
1.一种形成多晶硅膜的方法，所述方法包括下述步骤: 在基底上形成非晶娃Ii旲； 使金属催化剂吸附在非晶硅膜上； 通过热处理工艺使非晶硅膜结晶，以形成包括晶粒内部区域和残留有金属催化剂的晶界的多晶硅膜； 提供对晶粒内部区域和晶界具有不同的氧化选择性的蚀刻剂； 通过蚀刻剂蚀刻多晶硅膜的表面以去除残留在晶界上的金属催化剂。
2.如权利要求1所述的形成多晶硅膜的方法，其中: 金属催化剂包含镍， 镍形成镍硅化物以用作种子，以在热处理工艺期间执行结晶。
3.如权利要求1所述的形成多晶硅膜的方法，其中，蚀刻剂包括对晶界的氧化速度比对晶粒内部区域的氧化速度快的氧化剂。
4.如权利要求3所述的形成多晶硅膜的方法，其中，蚀刻剂包括作为氧化剂的重铬酸钾和作为去除硅氧化物的试剂的氢氟酸。
5.如权利要求3所述的形成多晶硅膜的方法，其中，在多晶硅膜中，晶界的蚀刻厚度比晶粒内部区域的蚀刻厚度大。`
6.如权利要求5所述的形成多晶硅膜的方法，其中，通过蚀刻剂蚀刻多晶硅膜的表面以去除残留在晶界上的金属催化剂的步骤在去除金属催化剂之后形成留在晶界的表面上的凹入部分。
7.一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括: 根据权利要求1所述的方法形成的多晶硅膜； 栅极绝缘层，位于多晶硅膜上； 栅电极，位于栅极绝缘层上，栅电极与多晶硅膜叠置； 源电极和的漏电极，与栅电极分隔开并且电连接到多晶硅膜。
8.一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括: 多晶硅膜，包括晶粒内部区域和晶界，晶界包括与金属催化剂被去除的位置相对应的凹入部分； 栅极绝缘层，位于多晶硅膜上； 栅电极，位于栅极绝缘层上并且与多晶硅膜叠置； 源电极和漏电极，与栅电极分隔开并且电连接到多晶硅膜。
9.一种显示装置，所述显示装置包括: 根据权利要求1所述的方法形成的多晶硅膜； 栅极绝缘层，位于多晶硅膜上； 栅电极，位于栅极绝缘层上并且与多晶硅膜叠置； 源电极和漏电极，与栅电极分隔开并且电连接到多晶硅膜。
10.如权利要求9所述的显示装置，所述显示装置还包括: 像素电极，电连接到漏电极； 共电极，面对像素电极； 有机发射层，位于像素电极和共电极之间。
11.一种显示装置，所述显示装置包括: 多晶硅膜，包括晶粒内部区域和晶界，晶界包括与金属催化剂被去除的位置相对应的凹入部分； 栅极绝缘层，位于多晶硅膜上； 栅电极，位于栅极绝缘层上并且与多晶硅膜叠置； 源电极和漏电极，与栅电极分隔开并且电连接到多晶硅膜。
12.如权利要求11所述的显示装置，所述显示装置还包括: 像素电极，电连接到漏电极； 共电极，面对像素电极； 有机发射层，位于像素电极 和共电极之间。
【文档编号】H01L29/786GK103681349SQ201310348944
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月12日 优先权日:2012年9月25日
【发明者】孙榕德, 李基龙, 徐晋旭, 郑珉在, 李卓泳 申请人:三星显示有限公司