專利名稱：薄膜晶體管及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管及其制造方法，尤其涉及一種薄膜晶體管及其制造方法，其中在襯底上形成非晶硅層，在非晶硅層上形成包含根據(jù)其厚度而具有不同濃度的金屬催化劑的覆蓋層，構圖該覆蓋層以形成覆蓋層圖形，并使非晶硅層結(jié)晶，以控制在非晶硅層和覆蓋層圖形之間的界面形成的籽晶的密度和位置，從而提高晶粒的尺寸和均勻性，并且其中通過一個結(jié)晶工藝，在要求的位置選擇性地形成要求的尺寸和均勻性的多晶硅，獲得具有卓越的和要求的特性的薄膜晶體管。
本申請要求于2004年10月5日申請的韓國專利申請No.2004-79277的優(yōu)先權及其權利，在此，該申請的全部內(nèi)容將以引用的方式并入本文。
背景技術：
一般地，由于多晶硅層具有高的場效應遷移率，適于高速運轉(zhuǎn)電路并且可以實現(xiàn)CMOS電路結(jié)構，所以多晶硅層被廣泛地用作薄膜晶體管的半導體層。具有多晶硅層的薄膜晶體管首先用作有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)的有源器件、開關器件和平板顯示器件例如有機發(fā)光顯示器(OLED)的驅(qū)動器件。
典型地，在淀積非晶硅之后，通過使用高溫退火，激光退火或類似的技術制造用于薄膜晶體管的多晶硅層。在激光退火方法中，低溫工藝是可能的，并且可以達到高的場效應遷移率，但是需要昂貴的激光裝置。因此，已廣泛地研究有關的替代技術。
目前，由于使用金屬催化劑結(jié)晶非晶硅的方法與在高溫下長時間退火來結(jié)晶的固相結(jié)晶方法相比的低溫下快速結(jié)晶的優(yōu)點，使用金屬催化劑結(jié)晶非晶硅的方法被廣泛地研究。使用金屬催化劑的結(jié)晶方法可以分成金屬誘發(fā)結(jié)晶方法和金屬誘發(fā)橫向結(jié)晶方法。然而，使用金屬催化劑的方法存在由于金屬的污染導致漏電流增加的問題，因此惡化了薄膜晶體管的特性。
同時，具有一種為形成具有降低了金屬催化劑數(shù)量的優(yōu)質(zhì)多晶硅層，通過使用離子注入器及應用高溫處理、快速退火或激光照射以調(diào)整金屬離子的濃度來形成優(yōu)質(zhì)的多晶硅層的技術，還有混合具有粘性的有機層和液態(tài)的金屬催化劑以平坦化多晶硅表面，并使用旋涂法淀積薄膜，然后使用退火工藝結(jié)晶薄膜的金屬誘發(fā)結(jié)晶方法。然而，即使是這樣的結(jié)晶方法在獲得在多晶硅層中是最重要特征的大的尺寸和規(guī)則顆粒上也存在問題。
開發(fā)一種如在韓國公開專利No.2003-0060403中描述的通過使用覆蓋層的結(jié)晶方法制造多晶硅層的方法以解決上述問題。在該方法中，在襯底上形成金屬催化劑層，在金屬催化劑層上形成覆蓋層，然后在覆蓋層上形成非晶硅層。通過退火或激光將該金屬催化劑穿過覆蓋層傳播到非晶硅層中以形成籽晶，并且使用籽晶獲得多晶硅層。由于金屬催化劑穿過覆蓋層進行傳播，因此該方法具有可以防止金屬污染的優(yōu)點。
但是，使用該結(jié)晶方法均勻地控制金屬催化劑的濃度和控制結(jié)晶的位置和晶粒的尺寸有困難。尤其是，因為當對金屬催化劑層制圖時金屬催化劑不被保護，所以均勻地對金屬催化劑層制圖是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明通過提供薄膜晶體管及其制造方法解決與傳統(tǒng)器件相關的上述問題，其中在襯底上形成非晶硅層，在非晶硅層上形成含有根據(jù)其厚度而具有不同濃度的金屬催化劑的覆蓋層，構圖覆蓋層以形成覆蓋層圖形，并且結(jié)晶非晶硅層，以控制在非晶硅層和覆蓋層圖形之間的界面形成的籽晶的密度和位置，從而提高了晶粒的尺寸和均勻性，并且在其中通過一個結(jié)晶工藝在要求的位置選擇性地形成要求的尺寸和均勻性的多晶硅，結(jié)果形成具有卓越的和所要求的特性的薄膜晶體管。
在本發(fā)明的一個示范性實施例中，薄膜晶體管包括襯底；形成在襯底上的多個半導體層，該半導體層包括不同尺寸的晶粒，所述顆粒通過使用包含具有預定分布的金屬催化劑并具有預定高度和寬度的覆蓋層圖形，將覆蓋層下的非晶硅層結(jié)晶成多晶硅層而獲得；和形成在半導體層上的柵極絕緣層，柵電極，層間絕緣層，和源極與漏極。
在本發(fā)明的另一示范性實施例中，制造薄膜晶體管的方法包括準備襯底；在襯底上形成非晶硅層；在非晶硅層上形成含有金屬催化劑的覆蓋層；構圖覆蓋層；并且對襯底退火以將非晶硅層結(jié)晶成多晶硅層。
該方法進一步包括在結(jié)晶之后，移除覆蓋層；構圖多晶硅層以形成半導體層；并且在襯底上形成柵極絕緣層，柵電極，層間絕緣層，和源極與漏極。
在非晶硅層上形成含有金屬催化劑的覆蓋層包括在非晶硅層上形成第一覆蓋層；在第一覆蓋層上形成金屬催化劑層；以及在金屬催化劑層上形成第二覆蓋層。
在非晶硅層上形成含有金屬催化劑的覆蓋層包括同時在非晶硅層上淀積形成覆蓋層的材料和金屬催化劑以形成含有金屬催化劑的覆蓋層。
在非晶硅層上形成含有金屬催化劑的覆蓋層包括在形成預定厚度的過程中只在非晶硅上淀積覆蓋層形成材料以形成不含有金屬催化劑的覆蓋層，并且然后同時淀積覆蓋層形成材料和金屬催化劑以在預定厚度之上形成含有金屬催化劑的覆蓋層。
在非晶硅層上形成含有金屬催化劑的覆蓋層包括在非晶硅層上形成覆蓋層；并使用離子注入工藝將金屬催化劑注入到覆蓋層中。


將參考具體示例性實施例，并結(jié)合附圖來描述本發(fā)明上述的和其它的特點，其中圖1是在襯底上形成緩沖層和非晶硅層的工藝的截面圖；圖2a-2d是在非晶硅層上形成含有金屬催化劑的覆蓋層的工藝的截面圖；圖3a-3c是構圖含有金屬催化劑的覆蓋層以形成各種覆蓋層圖形的工藝的截面圖；圖4是退火和結(jié)晶具有非晶硅層和含有金屬催化劑的覆蓋層的襯底的工藝的截面圖；圖5是說明在退火工藝中非晶硅層的結(jié)晶的截面和平面圖；圖6是使用根據(jù)本發(fā)明形成的多晶硅層制造的薄膜晶體管的截面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在，以下將參考附圖更完全地描述本發(fā)明，其中將示出本發(fā)明的示范性實施例。在圖中，為了清楚起見，放大了層的厚度和區(qū)域。
圖1是在襯底上形成緩沖層和非晶硅層的工藝的截面圖。如圖1中所示，在如玻璃或塑料的絕緣襯底101上，形成單層或多層的緩沖層102，該緩沖層由例如是氧化硅層或氮化硅層的絕緣層形成。所述緩沖層102用于防止下面的襯底中產(chǎn)生的水分或雜質(zhì)的傳播或以調(diào)整結(jié)晶時的熱傳輸速度從而使非晶硅層良好地結(jié)晶。
然后在緩沖層102上形成非晶硅層103a。此時，可以使用化學氣相淀積或物理氣相淀積方法形成非晶硅層103a。進而，在非晶硅層103a形成時及之后，以去氫的方式執(zhí)行降低氫濃度的工藝。
圖2a-2d是在非晶硅層上形成含有金屬催化劑的覆蓋層的工藝的截面圖。
圖2a是根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施例，在非晶硅層上形成含有金屬催化劑的覆蓋層的工藝的截面圖。如圖2a中所示，在具有用化學氣相淀積或物理氣相淀積方法形成的非晶硅層的襯底上，形成由氧化硅層或氮化硅層形成的第一覆蓋層104a。
然后使用化學氣相淀積或物理氣相淀積方法以1011至1015原子/cm2的表面濃度在第一覆蓋層104a上淀積金屬催化劑，形成金屬催化劑層106a，此時，至少Ni、Pd、Ti、Ag、Au、Al、Sn、Sb、Cu、Co、Mo、Tr、Ru、Rh、Cd和Pt，并且優(yōu)選地是鎳(Ni)的其中之一可被用作形成金屬催化劑層106a的金屬催化劑。由于鎳促進非晶硅層向多晶硅層的結(jié)晶，希望用鎳形成金屬催化劑層。
然后使用化學氣相淀積或物理氣相淀積方法在金屬催化劑層106a上形成由氧化硅層或氮化硅層形成的覆蓋層104b，獲得含有金屬催化劑的覆蓋層105a。
從圖2a的曲線圖107中示出覆蓋層中的金屬催化劑的濃度，可以看出在第一覆蓋層和第二覆蓋層之間的金屬催化劑層中的濃度是100％。因此，可以隨后通過調(diào)整金屬催化劑層的表面密度或淀積的量來調(diào)整誘發(fā)非晶硅層結(jié)晶的籽晶的數(shù)量、位置或密度。此時，在金屬催化劑的濃度圖表中，X-軸表示覆蓋層中的金屬催化劑的濃度，和Y-軸表示從非晶硅層和覆蓋層之間的界面的距離，即覆蓋層的厚度。
圖2b是根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施例在非晶硅層上形成含有金屬催化劑的覆蓋層的工藝的截面圖。如在圖2b中所示，在使用化學氣相淀積裝置或物理氣相淀積裝置形成覆蓋層時，以將金屬催化劑均勻注入到覆蓋層中的方式同時注入金屬催化劑，從而形成含有均勻分布的金屬催化劑106b的覆蓋層105b。
表示覆蓋層中的金屬催化劑的濃度的圖2b中的曲線圖108a示出了由于金屬催化劑在覆蓋層中的均勻分布，其在覆蓋層的厚度上為恒定密度。為了獲得上述的均勻分布，在注入金屬催化劑時的覆蓋層的形成中，可以通過維持覆蓋層的形成速度為恒定而調(diào)整金屬催化劑的注入數(shù)量和速度來調(diào)整金屬催化劑的密度，或者通過維持金屬催化劑的注入數(shù)量或速度為恒定而調(diào)整覆蓋層的形成速度來調(diào)整覆蓋層中的金屬催化劑的密度。
進一步地，如在其它的金屬催化劑濃度的圖表108b和108c所示，示出了覆蓋層中的金屬催化劑的密度或數(shù)量，覆蓋層的密度或數(shù)量可以根據(jù)覆蓋層的厚度呈逐步增加或指數(shù)增加。
如上所述，能夠通過調(diào)整覆蓋層中的金屬催化劑的密度或數(shù)量來調(diào)整作為晶核的籽晶的位置、數(shù)量、或密度。
圖2c是根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施例，在非晶硅層上形成含有金屬催化劑的覆蓋層的工藝的截面圖。如圖2c中所示，在非晶硅層上形成了預定的厚度之前，不注入金屬催化劑，并且使用化學氣相淀積裝置或物理氣相淀積裝置形成一定或更大厚度之后才注入金屬催化劑，從而形成只在預定或更大厚度之內(nèi)含有金屬催化劑106c的覆蓋層105c。
此時，如圖表109a、109b、109c、109d和109e中示出覆蓋層中的金屬催化劑的濃度，在形成覆蓋層的預定厚度之后，形成具有恒定的，逐步增加的，逐步降低的，指數(shù)增加的，或指數(shù)降低的金屬催化劑的濃度的覆蓋層。
圖2d是根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施例，在非晶硅層上形成含有金屬催化劑的覆蓋層的工藝的截面圖。如圖2d中所示，使用化學氣相淀積裝置或物理氣相淀積裝置在非晶硅層上形成覆蓋層105d。
然后通過離子注入工藝在覆蓋層中的預定位置上注入金屬催化劑106d，以致金屬催化劑在覆蓋層的預定的厚度范圍內(nèi)存在。
此時，如在圖2d中的圖表110a和110b中所示，示出了覆蓋層中的金屬催化劑的濃度，能夠通過一個離子注入工藝只形成一個含有金屬催化劑的區(qū)域，或通過兩個或更多離子注入工藝形成兩個或更多含有金屬催化劑的區(qū)域。
因此，可以通過如圖2a至2d中描述的幾種方法來形成含有金屬催化劑的覆蓋層，其中示出了，通過適當?shù)乜刂平饘俅呋瘎┑臄?shù)量、密度或分布來控制結(jié)晶需要的籽晶的產(chǎn)生位置、密度或分布以及覆蓋層的構圖工藝。
優(yōu)選形成厚度為5-2000的含有金屬催化劑的覆蓋層。
圖3a至3c是構圖含有金屬催化劑的覆蓋層以形成多種覆蓋層圖形的工藝的截面圖。
圖3a是通過控制圖形掩膜的圖形間的間距以形成具有不同間距的覆蓋層圖形的截面圖。如在圖3a中所示，使用圖形掩膜或光刻膠圖形對覆蓋層105a，105b，105c或105d構圖以形成覆蓋層圖形120a。此時，當形成覆蓋層圖形時調(diào)整覆蓋層圖形之間的間距121。
在調(diào)整其間間距形成覆蓋層圖形的情況下，當在沒有覆蓋層圖形(以下作為“無圖形區(qū)域”被提及)的區(qū)域下的非晶硅層中的顆粒的尺寸和均勻性受到相鄰的覆蓋層圖形中的顆粒的尺寸和均勻性以及相鄰的覆蓋層圖形之間的距離的嚴重影響時，由覆蓋層圖形形成的籽晶決定了在具有覆蓋層圖形的區(qū)域下的非晶硅層中的顆粒的尺寸和均勻性。換句話說，當無圖形區(qū)域下面的非晶硅層具有的結(jié)晶性由最接近的覆蓋層圖形形成的多晶硅層的結(jié)晶度的側(cè)面?zhèn)鞑Q定時，覆蓋層圖形下的非晶硅層導致多晶硅層具有的尺寸和均勻性由籽晶決定，所述籽晶根據(jù)存在于覆蓋層圖形中的金屬催化劑的密度或分布來形成，其中覆蓋層圖形中的籽晶和所述覆蓋層圖形間的間距，即、結(jié)晶度的傳播距離影響顆粒的尺寸和均勻性。因此，通過控制圖形間的距離控制非晶硅層的結(jié)晶是可能的。
覆蓋層圖形間的間距優(yōu)選為3-400μm。這是由于在覆蓋層圖形和相鄰覆蓋層圖形之間形成的多晶硅層被用以形成半導體層或被用作電容器的電極。即，覆蓋層圖形間的狹窄間距(即，3μm或更小)使得形成例如半導體層和電容器電極的元件困難，然而其間過寬的間距(400μm或更多)使得非晶硅層結(jié)晶很困難，或是需要過長的處理時間。
圖3b是使用幾種構圖方法形成不同厚度的覆蓋層圖形的截面圖。如圖3b中所示，使用圖形掩膜或光刻膠圖形將覆蓋層105a，105b，105c或105d構圖在覆蓋層圖形120b上。此時，將覆蓋層圖形120b形成為厚度被調(diào)整的覆蓋層122。
此時，覆蓋層圖形的厚度極大地影響金屬催化劑的數(shù)量，密度和分布。即，金屬催化劑的數(shù)量和密度由覆蓋層的厚度而改變，如在圖2a至2d中描述的一樣。因此，如果覆蓋層圖形的厚度改變(即，經(jīng)構圖且被減少)，金屬催化劑的數(shù)量變化很大。結(jié)果，覆蓋層中的金屬催化劑的密度和覆蓋層圖形的厚度影響誘發(fā)結(jié)晶的籽晶，使得能夠更精確地控制結(jié)晶。
此時，形成不同厚度的覆蓋層圖形的方法可以包括，例如，使用網(wǎng)目掩膜(halftone)或形成一部分的掩膜并且進行毯覆蝕刻(blanket etch)以調(diào)整覆蓋層的圖形的厚度的方法。
此時，通過蝕刻由圖2a至2d中所描述的方法形成的覆蓋層，能夠完全除去覆蓋層圖形的厚度，或者可以不蝕刻覆蓋層，照原樣使用已形成的覆蓋層。即，由于所述厚度與覆蓋層圖形形成后的覆蓋層圖形中存在的金屬催化劑的數(shù)量或密度緊密相連，所以能夠根據(jù)需要不同地調(diào)整覆蓋層圖形的厚度。
圖3c是形成具有不同寬度的覆蓋層圖形的截面圖。如在圖3c中所示，使用掩膜或光刻膠圖形形成具有不同寬度123的覆蓋層圖形120c。
如果形成具有如上所述的不同寬度的覆蓋層圖形，各自的覆蓋層圖形中含有的金屬催化劑的密度相互間是相同的，而金屬催化劑(當各自覆蓋層圖形具有同一密度時，其與覆蓋層圖形的量成比例)的數(shù)量彼此不同。因此，覆蓋層圖形下面的區(qū)域中產(chǎn)生的籽晶的數(shù)量是隨著覆蓋層圖形的寬度增加的。
進一步地，當覆蓋層圖形具有少于預定尺寸的寬度時，覆蓋層圖形的下面只產(chǎn)生一個籽晶，并且因此覆蓋層圖形下的非晶硅層變成只具有一個顆粒的單晶區(qū)域。與單晶硅區(qū)域相鄰的非晶硅層(即，在無圖形區(qū)域下面的非晶硅層)也通過單晶硅區(qū)域的結(jié)晶體的傳播被結(jié)晶，從而在整個襯底上方獲得具有卓越結(jié)晶性的多晶硅層。
形成的覆蓋層圖形的寬度優(yōu)選為1至20μm。這是由于覆蓋層圖形的寬度直接影響金屬催化劑的數(shù)量，其反過來影響結(jié)晶。進一步地，過大的覆蓋層圖形的寬度極大地增加了在結(jié)晶工藝之后存留在多晶硅層上的金屬催化劑的數(shù)量，以致多晶硅層特性的降低。因此，形成覆蓋層圖形的寬度優(yōu)選20μm或更少。
因此，通過對形成含有根據(jù)覆蓋層厚度而改變金屬催化劑的密度分布的覆蓋層的方法，及以如在圖2a至2d和3a至3c中分別描述的在非晶硅層上形成覆蓋層圖形的幾種形式的覆蓋層的構圖方法的不同組合，能夠在要求的區(qū)域形成具有要求的顆粒尺寸和要求的顆粒尺寸均勻度。
圖4是對具有非晶硅層和含有金屬催化劑的覆蓋層的襯底進行退火和結(jié)晶工藝的截面圖。如圖4中所示，執(zhí)行一個工藝，其中對襯底進行退火(124)以將非晶硅層103a進行結(jié)晶而成為多晶硅層103b，其中所述襯底具有覆蓋層，所述覆蓋層含有幾種密度和分布的金屬催化劑，使用如圖2a至2d中所描述的方法以及使用如圖3a至3c中所描述的通過對覆蓋層進行構圖而形成幾種形式的覆蓋層圖形120的方法形成所述覆蓋層。
所述退火工藝可以通過第一退火工藝和第二退火工藝的兩個工藝而進行。第一退火工藝是在200至800℃的溫度范圍下執(zhí)行以擴散或滲透所述覆蓋層圖形中所含有的金屬催化劑，從而形成誘發(fā)在非晶硅層的界面的結(jié)晶的金屬硅化物的籽晶。
然后在400至1300℃的溫度范圍下執(zhí)行第二退火工藝，以通過籽晶結(jié)晶非晶硅層形成多晶硅層。此時，多晶硅層將具有尺寸為5至400μm的顆粒。
多晶硅層顆粒的尺寸和均勻性是由籽晶的數(shù)量或密度決定的，并且反過來，籽晶的數(shù)量或密度由覆蓋層圖形的尺寸(即寬度和間隔)和覆蓋層圖形中的金屬催化劑的分布、密度和數(shù)量決定。因此，通過控制使用如圖2a至2d和3a至3c中描述的方法的覆蓋層圖形中的金屬催化劑的分布、密度和數(shù)量來實現(xiàn)對多晶硅層的顆粒尺寸和均勻性的控制。
此時，存留在多晶硅層上的金屬催化劑的數(shù)量是109至1013原子/cm2。該數(shù)量是，在通過退火工藝將覆蓋層圖形中含有的金屬催化劑擴散或滲透到非晶硅層中以形成籽晶，非晶硅層被籽晶結(jié)晶，且然后去除所述覆蓋層之后的存留數(shù)量。該數(shù)量直接涉及到覆蓋層圖形中含有的金屬催化劑的數(shù)量。
圖5是表示在退火工藝中非晶硅層的結(jié)晶的截面和平面圖。如在圖5中所示，通過圖4中的第一退火工藝包含在圖3a至3c中描述的覆蓋層圖形中的金屬催化劑，以擴散或滲透的方式形成籽晶125a、125b、125c、125d和125e。即，通過包含在覆蓋層圖形126a、126b、126c、126d和126e中的金屬催化劑所形成的籽晶。
在第二退火工藝中，接著籽晶誘發(fā)非晶硅層結(jié)晶而成為多晶硅層。如在圖5中所示，籽晶的結(jié)晶性傳播到非晶硅層(127a、127b、127c、127d和127e)中以形成多晶硅層。盡管圖5中描述了僅在平面(例如，在平面中的各個方向)中由籽晶生長的晶體，確切地說，所述晶體也垂直地(在深度方向上)生長。
位于圖5中左端部的第一位置的第一覆蓋層圖形126a成為其它覆蓋層圖形的參考圖形。第一覆蓋層圖形126a是具有圖2a至2d中示出的金屬催化劑的至少一個濃度分布的覆蓋層圖形。在第一覆蓋層圖形下面通過含在第一覆蓋層圖形126a中的金屬催化劑形成籽晶125a，并且在第二退火工藝期間傳播(127a)籽晶的結(jié)晶性以形成顆粒128a。顆粒128a的尺寸是由在第一覆蓋層圖形(圖5中示有4個籽晶)的下面區(qū)域的范圍產(chǎn)生的籽晶的數(shù)量決定的，并且因此可以通過調(diào)整第一覆蓋層圖形下面區(qū)域的范圍和籽晶的數(shù)量來控制顆粒的尺寸。換句話說，寬的區(qū)域和形成的籽晶的固定的數(shù)量增加了顆粒的尺寸，并且固定的區(qū)域和籽晶數(shù)量的降低也增加了顆粒的尺寸。進一步地，由第一覆蓋層圖形形成的結(jié)晶體傳播到鄰接于第一覆蓋層圖形的無圖形區(qū)域，即，覆蓋層圖形之間的區(qū)域。通過自4個顆粒傳播(即，第一覆蓋層圖形兩側(cè)的顆粒的總數(shù))的結(jié)晶性使第一無圖形區(qū)域129a結(jié)晶以形成兩個顆粒。
位于圖5中的自左端部的第二位置的第二覆蓋層圖形126b，是通過控制如圖3c中描述的覆蓋層圖形的寬度而形成的圖形。第二覆蓋層圖形126b是以在下面的區(qū)域中的非晶硅層上只形成有一個籽晶125b的寬度而形成的覆蓋層圖形。結(jié)晶性通過籽晶傳播(127b)，以致在第二覆蓋層圖形126b下面的區(qū)域的非晶硅層生長成一個顆粒128b。因此，甚至在第二無圖形區(qū)域，傳播顆粒的結(jié)晶性，使得只形成兩個顆粒，以在硅層中獲得例如單晶，其在第二無圖形區(qū)域中具有無顆粒邊界。
第一無圖形區(qū)域和第二無圖形區(qū)域存在于第一覆蓋層圖形126a和第二覆蓋層圖形126b之間的區(qū)域。因此，形成至少一個顆粒邊界，該顆粒邊界含有相鄰于第一覆蓋層圖形126a和第二覆蓋層圖形126b(舉例來說，這是由于至少一個顆粒邊界形成在一個與從每個顆粒的結(jié)晶性的傳播相鄰的區(qū)域內(nèi)，盡管在第一覆蓋層圖形126a和第二覆蓋層圖形126b下面的每一個區(qū)域只存在一個顆粒)之間區(qū)域的兩個結(jié)晶性的顆粒130a。甚至在每一個與其它無圖形區(qū)域互相鄰接的區(qū)域內(nèi)，形成至少顆粒邊界130b，130c和130d的其中之一。
位于圖5中自左端部的第三位置的第三覆蓋層圖形126c，是通過控制覆蓋層圖形的厚度形成的圖形，如在圖3b中所描述的一樣。在非晶硅層上的籽晶125c的數(shù)量可以通過控制其厚度來控制。此時，如果第一覆蓋層圖形126a和金屬催化劑具有相同的分布和密度，其厚度越厚，顆粒128c的尺寸就越大。
位于自圖5中的自左端部的第四位置的第四覆蓋層圖形126d，是通過控制如圖3a中所描述的覆蓋層圖形間的間距形成的圖形。第四覆蓋層圖形其本身可以形成為與其它覆蓋層圖形相同，只是其間間距相互不同。此時，當通過第四覆蓋層圖形形成的多晶硅層的結(jié)晶性需要變寬時，只需形成更寬的圖形就可以容易地形成寬的多晶硅層，這是由于通過形成在第三覆蓋層圖形下面的多晶硅層的結(jié)晶性的傳播而在第三無圖形區(qū)域形成的鄰接于第四覆蓋層的部分，和通過第四覆蓋層圖形下面形成的多晶硅層的結(jié)晶性的傳播而在第四無圖形區(qū)域中形成鄰接于的第三覆蓋層圖形的部分都被形成為寬于其它無圖形區(qū)域。
位于圖5中的自左端部的第五位置的第五覆蓋層圖形126e，是通過控制覆蓋層圖形的寬度形成的圖形，如圖3c中描述的一樣。通過均勻分布的籽晶125e均勻形成的顆粒128e，可以被形成為具有更大的寬度。即，通過對覆蓋層圖形中的金屬催化劑的調(diào)整并生長晶體來調(diào)整產(chǎn)生的籽晶的密度和數(shù)量，可以獲得具有確定尺寸和均勻性的多晶硅層。
圖6是使用根據(jù)本發(fā)明形成的多晶硅層制造薄膜晶體管的截面圖。如圖6中所示，在覆蓋層圖形移除之后，構圖預定區(qū)域(覆蓋層下面的區(qū)域或覆蓋層圖形之間的區(qū)域)并由多晶硅層形成半導體層201。半導體層201由多晶硅層形成，在多晶硅層中含有具有如圖2a至2d和3a至3c中描述的具有不同分布和密度的金屬催化劑，并且，多晶硅層具有顆粒，通過形成具有不同尺寸、寬度和位置的覆蓋層圖形和進行結(jié)晶，所述顆粒尺寸和均勻性受到控制。
然后在襯底上形成柵極絕緣層202，其中柵極絕緣層202是由使用化學氣相淀積方法或物理氣相淀積方法的單層或多層的氧化硅層或氮化硅層形成的。
然后，在襯底上淀積柵電極的形成材料并構圖以形成柵電極203。在襯底上由氧化硅層或氮化硅層形成具有單層或多層結(jié)構的層間絕緣層204。
然后蝕刻層間絕緣層204和柵極絕緣層202的預定區(qū)域，以形成暴露出半導體層的預定區(qū)域的接觸孔。然后在襯底的整個表面上形成用于構成源極和漏極的材料并構圖以形成源極和漏極205，形成薄膜晶體管。
在根據(jù)本發(fā)明的制造薄膜晶體管的方法中，結(jié)晶工藝是使用含有金屬催化劑的覆蓋層圖形完成的，所述金屬催化劑具有取決于覆蓋層圖形的厚度而變化的濃度和分布，從而提高顆粒的尺寸和均勻性。另外，通過一個結(jié)晶過程，在要求的位置上選擇性地形成具有要求的尺寸和均勻性的多晶硅，從而薄膜晶體管具有卓越的和所要求的特性。
盡管其中已經(jīng)參考確定的示例性實施例描述了本發(fā)明，本領域技術人員將可以理解，不脫離所附的權利要求中限定的本發(fā)明的精神和范圍及其等同物，本發(fā)明可以做出各種改動和變形。
權利要求
1.一種薄膜晶體管，包括襯底；在襯底上形成的多個半導體層，所述半導體層包括不同尺寸的顆粒，所述顆粒通過使用包含具有預定分布的金屬催化劑并具有預定高度和寬度的覆蓋層圖形，將所述覆蓋層下面的非晶硅層結(jié)晶成多晶硅層而獲得；和在半導體層上形成的柵極絕緣層，柵電極，層間絕緣層，和源極與漏極。
2.根據(jù)權利要求1中的晶體管，其中在多個半導體層包含由在非晶硅層和覆蓋層之間的界面形成的籽晶的不同密度所致的不同尺寸的顆粒。
3.根據(jù)權利要求2中的晶體管，其中通過在覆蓋層圖形中金屬催化劑的數(shù)量間的差異形成籽晶密度。
4.根據(jù)權利要求3中的晶體管，其中金屬催化劑的數(shù)量的差異取決于在覆蓋層圖形中金屬催化劑的密度和覆蓋層圖形的形狀和位置。
5.根據(jù)權利要求1中的晶體管，其中結(jié)晶通過對襯底進行退火和使非晶硅層結(jié)晶形成多晶硅層來完成，襯底具有非晶硅層和包括金屬催化劑的覆蓋層圖形，所述金屬催化劑具有取決于自非晶硅層表面的距離而變化的濃度。
6.根據(jù)權利要求1中的晶體管，其中存留在半導體層上的金屬催化劑的數(shù)量是109至1013原子/cm2。
7.一種制造薄膜晶體管的方法，包括準備一個襯底；在襯底上形成非晶硅層；在非晶硅層上形成含有金屬催化劑的覆蓋層；構圖所述覆蓋層；以及對襯底進行退火以將非晶硅層結(jié)晶成多晶硅層。
8.根據(jù)權利要求7中所述的方法，進一步包括在結(jié)晶之后，移除覆蓋層；構圖所述多晶硅層以形成半導體層；和在襯底上形成柵極絕緣膜，柵電極，層間絕緣膜，和源極與漏極。
9.根據(jù)權利要求7中的方法，其中在非晶硅層上形成含有金屬催化劑的覆蓋層包括在非晶硅層上形成第一覆蓋層；在第一覆蓋層上形成金屬催化劑層；在金屬催化劑層上形成第二覆蓋層。
10.根據(jù)權利要求7中的方法，其中在非晶硅層上形成含有金屬催化劑的覆蓋層包括同時在非晶硅層上淀積形成覆蓋層的材料和金屬催化劑以形成含有金屬催化劑的覆蓋層。
11.根據(jù)權利要求10中的方法，其中包含在覆蓋層中的金屬催化劑具有濃度梯度，其中的金屬催化劑的密度取決于自非晶硅層和覆蓋層間的界面的距離而變化。
12.根據(jù)權利要求7中的方法，其中在非晶硅層上形成含有金屬催化劑的覆蓋層包括在形成預定厚度期間，只在非晶硅層上淀積形成覆蓋層的材料，以形成不含有金屬催化劑的覆蓋層，且然后同時淀積覆蓋層的形成材料和金屬催化劑，以在一個預定厚度之上形成含有金屬催化劑的覆蓋層。
13.根據(jù)權利要求12中的方法，其中包含在覆蓋層中的金屬催化劑具有濃度梯度，其中金屬催化劑的密度取決于自非晶硅層和覆蓋層之間的界面的距離而變化。
14.根據(jù)權利要求7中的方法，其中在非晶硅層上形成含有金屬催化劑的覆蓋層包括在非晶硅層上形成覆蓋層；和使用離子注入工藝向覆蓋層中注入金屬催化劑。
15.根據(jù)權利要求7中的方法，其中對襯底進行退火以將非晶硅層結(jié)晶成多晶硅層包括首次退火襯底并擴散或滲透覆蓋層圖形中的金屬催化劑以在多晶硅層和覆蓋層圖形之間的界面形成籽晶；和二次退火襯底以使籽晶將非晶硅層結(jié)晶成多晶硅層。
16.根據(jù)權利要求15中的方法，其中首次退火是在200至800℃的溫度范圍下執(zhí)行的。
17.根據(jù)權利要求15中的方法，其中二次退火是在400至1300℃的溫度范圍下執(zhí)行的。
18.根據(jù)權利要求7中的方法，其中覆蓋層具有5至2000的厚度。
19.根據(jù)權利要求7中的方法，其中金屬催化劑包括從由Ni、Pd、Ti、Ag、Au、Al、Sn、Sb、Cu、Co、Mo、Tr、Ru、Rh、Cd和Pt構成的組中選出的至少一個。
20.根據(jù)權利要求7中的方法，其中覆蓋層圖形具有其間的3-400μm的間距。
21.根據(jù)權利要求7中的方法，其中覆蓋層圖形具有1至20μm的寬度。
22.根據(jù)權利要求7中的方法，其中多晶硅層上存留的金屬催化劑的數(shù)量是109至1013原子/cm2。
全文摘要
本發(fā)明提供一種薄膜晶體管及其生產(chǎn)方法，其中在襯底上形成非晶硅，在非晶硅層上形成包含有根據(jù)其厚度而具有不同濃度的金屬催化劑的覆蓋層，構圖該覆蓋層以形成覆蓋層圖形，并且結(jié)晶該非晶硅層，以控制在非晶硅層和覆蓋層圖形之間的界面形成的籽晶的密度和位置，從而提高顆粒的尺寸和均勻性，并且在其中通過一個結(jié)晶工藝，在要求的位置選擇性地形成要求的尺寸和均勻性的多晶硅，形成具有卓越的和所要求的特性的薄膜晶體管。
文檔編號H01L21/336GK1758447SQ20041009545
公開日2006年4月12日 申請日期2004年12月31日 優(yōu)先權日2004年10月5日
發(fā)明者樸炳建, 徐晉旭, 梁泰勛, 李基龍 申請人:三星Sdi株式會社