專利名稱：制造晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造薄膜晶體管(TFT)的方法和使用該方法制造的TFT，該晶體管具有一個(gè)由硅薄膜形成的晶體的半導(dǎo)體溝道，該硅薄膜采用促進(jìn)結(jié)晶的材料(CEM)已結(jié)晶形成。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種有源矩陣器件，特別是一種有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)，該液晶顯示器包括有源元件的行和列陣列，其中通過(guò)與相應(yīng)的行和列導(dǎo)體連接，每個(gè)元件同這種TFT相關(guān)。
常規(guī)地，通過(guò)在絕緣襯底上淀積非晶硅(a-Si)薄膜，并通過(guò)將其暴露在高溫、延長(zhǎng)的時(shí)間間隔下，典型為超過(guò)600℃、超過(guò)24小時(shí)，使a-Si薄膜結(jié)晶，就制造出TFTs中采用的多晶硅(poly-Si)結(jié)晶硅薄膜。
作為一種選擇，美國(guó)(US)專利5147826公開(kāi)了一種晶化a-Si膜的低溫方法。該方法包括在a-Si膜上淀積CEM例如鎳的薄膜，并且在比沒(méi)有CEM的薄膜時(shí)產(chǎn)生晶體生長(zhǎng)所需溫度以下的溫度進(jìn)行薄膜退火的步驟。在低于600℃的溫度下CEM促進(jìn)晶體的生長(zhǎng)并提供比其它條件發(fā)生的更快的晶體生長(zhǎng)。例如，采用US專利5147826的方法的典型退火可以在大約550℃進(jìn)行10小時(shí)退火。這表明在非CEM方法上的改進(jìn)至少有兩個(gè)原因首先，它能采用低價(jià)格無(wú)堿的玻璃襯底如硼硅玻璃，其通常能在600℃或更高的溫度下承受玻璃擠壓和翹曲；其次，當(dāng)退火周期減少時(shí)，制造產(chǎn)量率提高，因此可以減少相應(yīng)的制造成本。
在這種方法的進(jìn)一步的改進(jìn)中，US專利5543352公開(kāi)了通過(guò)采用激光輻照薄膜提高最終的結(jié)晶度。不希望受任何理論的限制，相信這種效果是熔化高度定向{111}的晶體硅晶粒之間的晶粒邊界并改善它們以致產(chǎn)生原子間的連續(xù)的晶粒邊界。作為連續(xù)的晶粒硅的合成的晶體結(jié)構(gòu)已是現(xiàn)有技術(shù)。將在此后一同參考兩篇US專利5147826和US專利5543352。
在只討論a-Si暴露于CEM的(方法)中，通過(guò)提供CEM到已淀積的a-Si薄膜或通過(guò)首先淀積CEM然后在其上淀積a-Si，兩者的做法是公知的。進(jìn)一步公知的(方法)是將CEM直接提供到a-Si上，例如通過(guò)濺射，或利用溶液中溶解的CEM、如在US專利5543352的實(shí)施例1中描述的醋酸鹽溶液中溶解的鎳。在上述實(shí)施例中沒(méi)有應(yīng)用CEM，提供具有支撐結(jié)構(gòu)的TFT。
從US專利5476810中知道制造包括薄膜電路的電子器件，該薄膜電路采用金屬箔作為臨時(shí)支撐。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種制造TFT的方法，其中用于促進(jìn)晶化的一種CEM的應(yīng)用可以進(jìn)一步提高TFT結(jié)構(gòu)的完整性。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供一種制造薄膜晶體管(TFT)的方法，該薄膜晶體管包括由半導(dǎo)體層形成的半導(dǎo)體溝道連接的源和漏電極、柵絕緣層和柵電極，該方法包括步驟—在支撐襯底上，淀積半導(dǎo)體層和施加包括促進(jìn)晶化的材料(CEM)的箔；以及—加熱半導(dǎo)體層，最好使溫度不超過(guò)600℃，以致從暴露于箔的CEM的區(qū)域晶化半導(dǎo)體層。
利用這種方法，箔可以用于提供具有附加結(jié)構(gòu)完整性的TFT。特別是，如果首先在支撐襯底上提供該箔、其后淀積半導(dǎo)體層，則就可能在箔和支撐襯底之間的界面處從支撐襯底去除包含箔的TFT結(jié)構(gòu)。因此箔可以隨意地用選擇的支撐層代替，例如，柔性塑料層。
通過(guò)附加箔，意思是在柔性材料薄片的支撐襯底上施加箔，該襯底可以例如在施加箔之前被放置在一個(gè)卷軸上。同樣，包含CEM的箔包括具有整個(gè)分布有CEM粒子的箔、具有連續(xù)或不連續(xù)CEM涂層的箔或除了雜質(zhì)之外基本上完全由CEM組成的箔。
該方法進(jìn)一步包括提供在箔和半導(dǎo)體層之間布圖的阻擋層的步驟，其中從通過(guò)阻擋層中的通孔暴露于該箔的CEM的區(qū)域晶化半導(dǎo)體層。特別是，可以形成阻擋層，該阻擋層為箔的金屬氧化物，或分開(kāi)淀積例如通過(guò)等離子體CVD淀積的硅氧化物層。
阻擋層的利用可以防止a-Si薄膜過(guò)度暴露于CEM上，這種過(guò)度暴露將降低晶體質(zhì)量并有害地影響完成的TFT的電特性。例如，當(dāng)CEM是金屬，因而它就是導(dǎo)體，這種過(guò)度暴露就導(dǎo)致完成的TFT中的不希望的漏電流。
從通過(guò)在阻擋層中的通孔暴露于箔的CEM的半導(dǎo)體層的區(qū)域，可以橫向產(chǎn)生進(jìn)一步的晶體生長(zhǎng)，盡管半導(dǎo)體層延伸到由阻擋層防止CEM進(jìn)入的區(qū)域。這種橫向晶化區(qū)域典型地包含比暴露于CEM的區(qū)域更高質(zhì)量的結(jié)晶體。
因此，在這種橫向結(jié)晶發(fā)生處，在晶化形成半導(dǎo)體溝道之后就可以腐蝕半導(dǎo)體層，因此可以腐蝕去除通過(guò)阻擋層中的通孔暴露于箔的CEM的半導(dǎo)體層的區(qū)域，例如只保留高質(zhì)量的橫向結(jié)晶區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面還提供一種TFT，該TFT包括由半導(dǎo)體溝道連接的源和漏電極、柵絕緣層和柵電極。所有層設(shè)置在包括促進(jìn)晶化的材料(CEM)的箔上。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供一種有源矩陣器件，該有源矩陣器件包括有源元件的行和列陣列，其中每個(gè)元件與前述類型的開(kāi)關(guān)TFT連接并連接到相應(yīng)的行和列導(dǎo)體。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面還提供一種有源矩陣器件，該有源矩陣器件包括有源元件的行和列陣列，其中每個(gè)元件包括連接到相應(yīng)的行和列導(dǎo)體的開(kāi)關(guān)TFT，所有元件設(shè)置在包括促進(jìn)晶化的材料(CEM)的箔上。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面提供一種制造有源矩陣器件的方法，該有源矩陣器件包括有源元件的行和列陣列，其中每個(gè)元件與開(kāi)關(guān)TFT連接，該TFT包括由半導(dǎo)體溝道連接的源和漏電極、柵絕緣層和柵電極，并連接到相應(yīng)的行和列導(dǎo)體。該方法包括以下步驟將半導(dǎo)體層暴露到促進(jìn)晶化的材料以致從暴露于CEM的區(qū)域結(jié)晶半導(dǎo)體層，然后形成半導(dǎo)體溝道；在有源元件陣列每側(cè)提供塑性的、完全柔性的支撐襯底。
根據(jù)本發(fā)明的制造TFT的方法和由該方法制造的結(jié)合TFTs的AMLCD將在此只利用實(shí)例并參照以下的附圖進(jìn)行描述，其中

圖1A-1D說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一種制造TFT結(jié)構(gòu)的方法；圖2顯示通過(guò)圖1A-1D中說(shuō)明的方法制造的結(jié)合TFTs的AMLCD的簡(jiǎn)圖。
圖3A-3C說(shuō)明基于圖1A-1D中說(shuō)明的方法，制造TFT結(jié)構(gòu)的另一種方法。
參考圖1A-1D，根據(jù)本發(fā)明制造TFT的方法將在此后進(jìn)行描述。
在硼硅玻璃襯底1例如Coming公司的No1737上，從卷帶提供250μm厚度的鎳箔2到該襯底。然后，利用等離子體CVD，在鎳箔的頂表面淀積氧化硅薄膜3，薄膜厚度在50nm至幾百nm之間，說(shuō)明為180nm(1800埃)，并利用常規(guī)掩膜蝕刻技術(shù)布圖。然后，同樣通過(guò)等離子體CVD，在氧化硅薄膜的頂表面淀積厚度為30nm至300nm(30至3000埃)之間的a-Si薄膜4，并根據(jù)常規(guī)的半導(dǎo)體摻雜技術(shù)如圖1B中的箭頭所示摻雜該a-Si薄膜4。然后將完成后的結(jié)構(gòu)在爐中退火，因而將該結(jié)構(gòu)加熱到500℃和550℃之間的溫度、時(shí)間為10小時(shí)。
在爐中退火期間，a-Si薄膜4的結(jié)晶方式如圖1C中所示。區(qū)間4′中，通過(guò)氧化硅薄膜3中的通孔，a-Si薄膜暴露于鎳，從鎳箔2和硅薄膜4′之間的界面向上產(chǎn)生初始結(jié)晶。然后，多晶生長(zhǎng)從初始結(jié)晶區(qū)4′在硅薄膜的區(qū)間4″之上橫向延伸，因而就防止了硅薄膜的區(qū)間4″受到鎳箔2的影響，即術(shù)語(yǔ)“橫向結(jié)晶”。任選地，在爐中退火后，為了進(jìn)一步提高硅膜的結(jié)晶度，用在US專利5543352中所述的方式輻照薄膜，理想的結(jié)果是連續(xù)的晶粒硅。
硅薄膜4一旦結(jié)晶，就利用常規(guī)掩膜刻蝕技術(shù)刻蝕硅薄膜4形成器件島6；利用等離子體CVD淀積氧化硅柵絕緣層并布圖形成柵絕緣層7；設(shè)置金屬源電極8，柵極8′，漏電極8″，結(jié)果形成圖1D中所示的TFT結(jié)構(gòu)10。
參照?qǐng)D2，示意地示出了圖1A-1D中說(shuō)明的方法制造的結(jié)合TFT的AMLCD。AMLCD20包括由相同圖象元件22的m行(1至m)和n列(1至n)組成的顯示區(qū)21。實(shí)際中為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，只示出幾個(gè)圖象元件，顯示區(qū)中的總的圖象元件數(shù)量(m×n)可以是200000或更多。每個(gè)圖象元件22具有圖象電極27并與利用圖1A-1D中說(shuō)明的方法制造的類型的開(kāi)關(guān)TFT10相關(guān)，并用于控制數(shù)據(jù)信號(hào)電壓施加于圖象電極。開(kāi)關(guān)TFTs具有常規(guī)的工作特性、每個(gè)與它們相關(guān)的圖象元件相鄰設(shè)置、它們各自的漏極連接到圖象電極。與圖象元件的一列相關(guān)的所有開(kāi)關(guān)TFTs的源極連接到一組平行列導(dǎo)體23的相應(yīng)一個(gè)，與圖象元件的一行相關(guān)的所有開(kāi)關(guān)TFTs的柵極連接到一組平行行導(dǎo)體24的相應(yīng)一個(gè)。通過(guò)柵信號(hào)控制TFTs，通過(guò)由外圍的行驅(qū)動(dòng)電路25經(jīng)過(guò)行導(dǎo)體將柵信號(hào)提供到顯示區(qū)21。類似的，在相同的列中的與圖象元件相關(guān)的TFTs提供用于圖象電極的數(shù)據(jù)信號(hào)電壓，該數(shù)據(jù)信號(hào)電壓同樣由外圍列驅(qū)動(dòng)電路26提供到顯示板。當(dāng)然，這種AMLCD圖象元件的結(jié)構(gòu)和工作是公知的，因此在此將不再進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
如上所述，利用箔2可以提供具有充分結(jié)構(gòu)完整性的TFT以致能從下襯底1移去箔和TFT結(jié)構(gòu)。這種選擇說(shuō)明在圖3A-3C中，其中通過(guò)圖1A-1D中(為了方便圖3A與圖1D重復(fù))說(shuō)明的方法制造的TFT結(jié)構(gòu)被上支撐襯底11覆蓋。在AMLCD的情況下，這將包括例如彩色和偏振濾波器層、液晶材料、隔板和物理保護(hù)層，然而，為了清楚，這些元件的詳述省略。
如圖3C所示，一旦放置上襯底10，TFT結(jié)構(gòu)就可以與下襯底1脫離，蝕刻去除鎳箔2并在鎳箔位置處提供下襯底12。上襯底和選擇的下襯底可以由柔性塑料材料組成，據(jù)本發(fā)明所知，以前還不能實(shí)現(xiàn)利用低溫CEM促進(jìn)晶化的方法制造這種器件。
對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，用于實(shí)際制造薄膜晶體管和結(jié)合該晶體管的有源矩陣器件的特殊考慮將很明顯，根據(jù)本發(fā)明的存在于晶體管的設(shè)計(jì)中的考慮同樣可以應(yīng)用于晶體管的設(shè)計(jì)。合適的精確工藝條件并不在本篇中描述，而是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的常規(guī)設(shè)計(jì)程序。同樣，鎳可能是CEM的應(yīng)用中最廣泛的，其它CEMs包括鐵、鈷、鉑、鈀。
最近，描述在US專利5147826和US專利5543352中的大量的低溫晶化工藝的研究和開(kāi)發(fā)已經(jīng)被運(yùn)用和出版在最近的專利申請(qǐng)和專利文件中，涉及單獨(dú)的方法非常多。本領(lǐng)域技術(shù)人員存取現(xiàn)代的專利數(shù)據(jù)和提取這種信息，例如參照US專利5147826和US專利5543352，并應(yīng)用本發(fā)明的這些專利的教導(dǎo)，TFT的制造對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是相對(duì)簡(jiǎn)單的工作。
權(quán)利要求
1.一種制造薄膜晶體管(TFT)的方法，該薄膜晶體管(TFT)包括由半導(dǎo)體層形成的半導(dǎo)體溝道連接的源和漏電極、柵絕緣層和柵電極，該方法包括步驟—在支撐襯底上淀積半導(dǎo)體層并提供包含促進(jìn)結(jié)晶的材料(CEM)的一種箔；以及—加熱半導(dǎo)體層，以致使半導(dǎo)體層從暴露于箔的CEM的區(qū)域結(jié)晶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種方法，其特征在于，首先在支撐襯底上提供箔，然后淀積半導(dǎo)體層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的一種方法，進(jìn)一步包括在箔和半導(dǎo)體層之間提供布圖的阻擋層的步驟，其特征在于，半導(dǎo)體層通過(guò)阻擋層中的通孔暴露于箔的CEM的區(qū)域結(jié)晶。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的一種方法，其特征在于，阻擋層由箔的金屬氧化物形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的一種方法，其特征在于，阻擋層是氧化硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5的一種方法，其特征在于，從通過(guò)阻擋層中的通孔暴露于箔的CEM的半導(dǎo)體層區(qū)域，產(chǎn)生進(jìn)一步的橫向晶體生長(zhǎng)，盡管半導(dǎo)體層延伸到由阻擋層防止CEM進(jìn)入的其它區(qū)域。
7.根據(jù)任何一個(gè)前述的權(quán)利要求的一種方法，其特征在于，在晶化后蝕刻半導(dǎo)體層形成半導(dǎo)體溝道，因此蝕刻去除通過(guò)在阻擋層中的通孔暴露于箔的CEM的半導(dǎo)體層區(qū)域。
8.根據(jù)任何一個(gè)前述的權(quán)利要求的一種方法，其特征在于，箔基本上完全由CEM組成。
9.根據(jù)任何一個(gè)前述的權(quán)利要求的一種方法，進(jìn)一步包括從襯底去除包含箔的TFT結(jié)構(gòu)的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的一種方法，進(jìn)一步包括從TFT結(jié)構(gòu)去除箔并用相應(yīng)的支撐層替代的步驟。
11.根據(jù)任何一個(gè)前述的權(quán)利要求的一種方法，其特征在于，將半導(dǎo)體層加熱到不超過(guò)600℃的溫度。
12.按照之前參照附圖描述的一種方法。
13.根據(jù)任何一個(gè)前述的權(quán)利要求的一種方法制造的一種TFT。
14.一種TFT，包括由半導(dǎo)體溝道連接的源和漏極、柵絕緣層和柵電極，所有電極安裝在包括促進(jìn)結(jié)晶的材料(CEM)的箔上。
15.一種有源矩陣器件，包括有源元件的行和列陣列，其特征在于，每個(gè)元件與根據(jù)權(quán)利要求13或權(quán)利要求14的開(kāi)關(guān)TFT相關(guān)，該開(kāi)關(guān)TFT連接到相應(yīng)的行和列導(dǎo)體。
16.一種有源矩陣器件，包括有源元件的行和列陣列，其特征在于，每個(gè)元件包括與相應(yīng)的行和列導(dǎo)體連接的開(kāi)關(guān)TFT，所有元件安裝在包括促進(jìn)結(jié)晶材料(CEM)的箔上。
17.一種制造有源矩陣器件的方法，該有源矩陣器件包括有源元件的行和列陣列，其特征在于，每個(gè)元件與開(kāi)關(guān)TFT相關(guān)，該TFT包括由半導(dǎo)體溝道相連的源和漏電極、柵絕緣層和柵電極、并連接到相應(yīng)的行和列導(dǎo)體，該方法包括步驟-將半導(dǎo)體層暴露于促進(jìn)結(jié)晶的材料，以致使半導(dǎo)體層從暴露于CEM的區(qū)域結(jié)晶，并形成半導(dǎo)體溝道；以及-在有源元件陣列的任一側(cè)設(shè)置塑料支撐襯底。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的一種方法，其特征在于，塑料支撐襯底是柔性的。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或權(quán)利要求18的一種方法制造的一種AMLCD。
全文摘要
公開(kāi)了一種制造TFT(10)的方法,該TFT包括由半導(dǎo)體層(4)形成的半導(dǎo)體溝道(6)連接的源(8)和漏極(8'')、柵絕緣層(7)和柵電極(8')。該方法包括步驟:在支撐襯底(1)上提供包括促進(jìn)晶化的材料(CEM)的箔并淀積半導(dǎo)體層(4);加熱半導(dǎo)體層(4),以致使半導(dǎo)體層(4)從暴露于箔(2)的CEM的區(qū)域結(jié)晶。該方法可以進(jìn)一步包括在箔(2)和半導(dǎo)體層(4)之間提供布圖的阻擋層(3)的步驟,其中半導(dǎo)體層(4)從通過(guò)阻擋層(3)中的通孔暴露于箔(2)的CEM的區(qū)域結(jié)晶。同樣公開(kāi)了由相同方法制造的一種TFT(10)和有源矩陣器件(20),該有源矩陣器件(20)包括有源元件(22)的行和列陣列,其中每個(gè)元件(22)與這種TFT(10)相關(guān),該TFT連接到相應(yīng)的行(24)和列(23)導(dǎo)體。
文檔編號(hào)G02F1/1368GK1365514SQ01800610
公開(kāi)日2002年8月21日 申請(qǐng)日期2001年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月23日
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