薄膜晶體管陣列的制造方法、薄膜晶體管陣列及顯示裝置制造方法
薄膜晶體管陣列的制造方法、薄膜晶體管陣列及顯示裝置制造方法
【專利摘要】包括：第一工序，準備基板（1）；第二工序，在基板（1）上形成多個柵電極（3a、3b）；第三工序，在多個柵電極（3a、3b）上形成柵極絕緣層（6）；第四工序，在柵極絕緣層（6）上形成非晶硅層；第五工序，將波長為473nm以上561nm以下的激光照射到在柵電極（3a、3b）的上方區(qū)域的非晶硅層，由此在柵電極（3a、3b）的上方區(qū)域形成結(jié)晶硅層區(qū)域（7a’，7b’），并在柵電極（3a、3b）的上方以外的區(qū)域形成非晶硅層區(qū)域（12’）；和第六工序，在結(jié)晶硅層區(qū)域（7a’、7b’）的上方形成源電極及漏電極。柵極絕緣層（6）的膜厚及非晶硅層的膜厚滿足預(yù)定關(guān)系式。
【專利說明】薄膜晶體管陣列的制造方法、薄膜晶體管陣列及顯示裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及薄膜晶體管陣列的制造方法、薄膜晶體管陣列及顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，作為替代液晶顯示器的下一代平板顯示器之一，利用有機EL (ElectroLuminescence,電致發(fā)光)的有機EL顯示器受到矚目。在有機EL顯示器等有源矩陣方式的顯示裝置使用將多個薄膜晶體管(TFT:Thin Film Transistor)元件配置成矩陣狀而成的薄膜晶體管陣列。
[0003]作為該薄膜晶體管陣列，通常使用柵電極形成于比硅層靠基板側(cè)的底柵型薄膜晶體管陣列。圖10是示意性表示以往的薄膜晶體管陣列的制造方法中的激光退火法的立體圖。以往的薄膜晶體管陣列500如下這樣制造(例如，參照專利文獻I及2)。
[0004]首先，準備基板51 (第一工序)，在基板51上形成底涂層52。接著，在底涂層52上形成多個柵電極53a、53b (第二工序)。接著，在多個柵電極53a、53b上形成柵極絕緣層56(第三工序)。該柵極絕緣層56是通過層疊氮化硅膜54和氧化硅膜55而形成。例如，氮化娃膜54的膜厚約為65nm,氧化娃膜55的膜厚約為85nm。其后,在柵極絕緣層56上形成由無定形娃(amorphous silicon、非晶娃)構(gòu)成的非晶娃層57 (第四工序)。例如,非晶娃層57的膜厚約為45nm。進而，在其后，通過激光退火法形成由多晶硅構(gòu)成的結(jié)晶硅層58 (第五工序)。在該激光退火法中，如圖10所示，使激光光源(未圖示)相對于基板51沿預(yù)定方向相對移動，將激光照射到非晶硅層57的整個區(qū)域。由此，通過基于激光的熱，非晶硅層57的整個區(qū)域被結(jié)晶化，形成結(jié)晶硅層58。其后，在與多個柵電極53a、53b對應(yīng)的結(jié)晶硅層58的上方的區(qū)域形成源電極(未圖示)及漏電極(未圖示)(第六工序)。
[0005]專利文獻1:日本特開2002 - 261008號公報
[0006]專利文獻2:日本特開2010 - 192611號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]在上述的以往的薄膜晶體管陣列的制造方法中存在如下的問題。圖11是表示在以往的薄膜晶體管陣列的制造方法中，對非晶硅層照射了激光的狀態(tài)的俯視圖。在圖11標注有斜線的部分表示通過非晶硅層被結(jié)晶化而形成了結(jié)晶硅層的區(qū)域。在圖11中，區(qū)域61是柵電極的上方的區(qū)域，區(qū)域62是柵電極的上方以外的區(qū)域。如圖11所示，在第五工序中，區(qū)域61及區(qū)域62、即非晶硅層的整個區(qū)域被結(jié)晶化，由此形成結(jié)晶硅層。
[0008]但是，在第五工序中，由于非晶質(zhì)硅層的整個區(qū)域被結(jié)晶化，因此基于激光的熱通過柵極絕緣層傳遞到基板的整個區(qū)域。由此，由于對基板產(chǎn)生了大的熱負荷作用，從而會在基板產(chǎn)生裂紋或翹起。此外，在非晶硅層的整個區(qū)域被結(jié)晶化時，在結(jié)晶質(zhì)硅層產(chǎn)生大的應(yīng)力。通過該應(yīng)力傳遞到基板，從而也會在基板產(chǎn)生裂紋或翹起。
[0009]本發(fā)明是為了解決上述以往的技術(shù)問題而做出的，其目的在于提供一種能夠抑制基板的裂紋或翹起的薄膜晶體管陣列的制造方法、薄膜晶體管陣列及顯示裝置。[0010]為了達到上述目的，本發(fā)明的一技術(shù)方案的薄膜晶體管陣列的制造方法，包括:第一工序，準備基板；第二工序，在所述基板上形成多個柵電極；第三工序，在所述多個柵電極上形成柵極絕緣層；第四工序，在所述柵極絕緣層上形成非晶硅層；第五工序，使照射波長為473nm以上561nm以下的激光的激光光源相對于所述基板沿預(yù)定的方向相對移動,將所述激光照射到在所述柵電極的上方區(qū)域的所述非晶硅層，由此使在所述柵電極的上方區(qū)域的所述非晶硅層結(jié)晶化而形成結(jié)晶硅層區(qū)域；和第六工序，在所述結(jié)晶硅層區(qū)域的上方形成源電極及漏電極；在將所述非晶硅層的光學膜厚除以所述激光的波長得到的值設(shè)為X，將所述柵極絕緣層的光學膜厚除以所述激光的波長得到的值設(shè)為Y，所述非晶硅層的光學膜厚是所述第四工序形成的所述非晶硅層的膜厚乘以所述非晶硅層的折射率而得到的值，所述柵極絕緣層的光學膜厚是所述第三工序形成的所述柵極絕緣層的膜厚乘以所述柵極絕緣層的折射率而得到的值時，所述X及所述Y是滿足如下式I)~式5)所規(guī)定的范圍的數(shù)值。在此，式 I)是 Y ≤-4400X6+12600X5-14900X4+9320X3-3250X2+594X-43.7，式 2)是Y ≤ 0.69，式 3)是 Y ≤ 0.33，式 4)是 X ≤ 0.85，式 5)是 Y ≤-119000X6+529000X5-980000X4+965000X3-533000X2+157000X-19100。
[0011]在本發(fā)明的薄膜晶體管陣列中，由于非晶硅層被局部地結(jié)晶化，因此基于激光的熱通過柵極絕緣層被局部地傳遞到基板。由此，能夠?qū)⒆饔糜诨宓臒嶝摵梢种茷樾?，因此能夠抑制在基板產(chǎn)生裂紋或翹起。此外，由于能夠?qū)⒃诜蔷Ч鑼颖唤Y(jié)晶化時產(chǎn)生的應(yīng)力抑制為小，所以由此也能夠抑制在基板產(chǎn)生裂紋或翹起。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是表示本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0013]圖2A是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
`[0014]圖2B是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0015]圖2C是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0016]圖2D是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0017]圖2E是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0018]圖2F是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0019]圖2G是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0020]圖2H是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0021]圖21是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0022]圖2J是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0023]圖2K是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0024]圖2L是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0025]圖3是示意性表示圖2F中的激光退火法的立體圖。
[0026]圖4是用于說明在用激光退火法形成結(jié)晶硅層區(qū)域時，在第三工序形成的柵極絕緣層及在第四工序形成的非晶硅層分別存在合適膜厚范圍的圖。
[0027]圖5A是表示在柵電極的上方區(qū)域中的、在第四工序形成的非晶硅層的激光吸收率的分布圖。
[0028]圖5B是表示在柵電極的上方以外的區(qū)域中的、在第四工序形成的非晶硅層的激光吸收率的分布圖。
[0029]圖5C是表示在柵電極的上方區(qū)域中的非晶硅層的激光吸收率與在柵電極的上方以外的區(qū)域中的非晶硅層的激光吸收率之差的分布圖。
[0030]圖6是表示在第四工序形成的非晶硅層的激光吸收率與激光的能量密度的相對值之間的關(guān)系的圖。
[0031]圖7是表示對在第四工序形成的非晶硅層照射了激光的狀態(tài)俯視圖。
[0032]圖8是表示激光對于非晶硅層的照射面積與基板的翹起量的關(guān)系的圖。
[0033]圖9是表示使用本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的顯示裝置的圖。
[0034]圖10是示意性表示以往的薄膜晶體管陣列的制造方法中的激光退火法的立體圖。
[0035]圖11是表示在以往的薄膜晶體管陣列的制造方法中，對非晶硅層照射了激光的狀態(tài)的俯視圖。
【具體實施方式】
[0036]本發(fā)明的薄膜晶體管陣列的制造方法的一技術(shù)方案，包括:第一工序，準備基板；第二工序，在所述基板上形成多個柵電極；第三工序，在所述多個柵電極上形成柵極絕緣層；第四工序，在所述柵極絕緣層上形成非晶硅層；第五工序，使照射波長為473nm以上561nm以下的激光的激光光源相對于所述基板沿預(yù)定的方向相對移動，將所述激光照射到在所述柵電極的上方區(qū)域的所述非晶硅層，由此使在所述柵電極的上方區(qū)域的所述非晶硅層結(jié)晶化而形成結(jié)晶硅層區(qū)域；和第六工序，在所述結(jié)晶硅層區(qū)域的上方形成源電極及漏電極；在將所述非晶硅層的光學膜厚除以所述激光的波長得到的值設(shè)為X，將所述柵極絕緣層的光學膜厚除以所述激光的波長 得到的值設(shè)為Y，所述非晶硅層的光學膜厚是所述第四工序形成的所述非晶硅層的膜厚乘以所述非晶硅層的折射率而得到的值，所述柵極絕緣層的光學膜厚是所述第三工序形成的所述柵極絕緣層的膜厚乘以所述柵極絕緣層的折射率而得到的值時，所述X及所述Y是滿足如下式I)~式5)所規(guī)定的范圍的數(shù)值。在此，式I)是 Y ≤-4400X6+12600X5-14900X4+9320X3-3250X2+594X-43.7，式 2)是 Y ≤ 0.69，式 3)是Y ≤ 0.33，式 4)是 X ≤0.85，式 5)是 Y ≤-119000X6+529000X5-980000X4+965000X3-533000X2+157000X-19100。
[0037]根據(jù)本技術(shù)方案，通過非晶硅層局部地被結(jié)晶化，基于激光的熱通過柵極絕緣層被局部地傳遞到基板。由此，能夠?qū)⒆饔糜诨宓臒嶝摵梢种茷樾?，所以能夠抑制在基板產(chǎn)生裂紋或翹起。此外，由于能夠?qū)⒎蔷Ч鑼颖唤Y(jié)晶化時產(chǎn)生的應(yīng)力抑制為小，因此，由此也能抑制在基板產(chǎn)生裂紋或翹起。
[0038]此外，在本發(fā)明的薄膜晶體管陣列的制造方法的一技術(shù)方案中，在將在所述第四工序形成的所述非晶硅層的所述激光的吸收率設(shè)為χ%，將如下相對值設(shè)為y，所述相對值是將在所述第四工序形成的所述非晶硅層的所述激光的吸收率為23.2%的情況下使所述非晶硅層結(jié)晶化而形成所述結(jié)晶硅層區(qū)域所需的所述激光的能量密度設(shè)為I時的相對值時，所述X及所述I是滿足如下式6)、式7)以及式8)所規(guī)定的范圍的數(shù)值。在此，式6)是20 ≤ X ≤ 50，式 7)是 y ≤ 42.9x-1.19，式 8) y ( -0.0041x+l.45。
[0039]根據(jù)本技術(shù)方案，用激光的照射能夠穩(wěn)定地形成結(jié)晶硅層區(qū)域。[0040]此外，本發(fā)明的薄膜晶體管陣列的制造方法的一技術(shù)方案中，優(yōu)選，在所述第五工序中，在所述柵電極的上方以外的區(qū)域形成非晶硅層區(qū)域，在所述非晶硅層區(qū)域含有微晶硅。
[0041]根據(jù)本技術(shù)方案，通過在非晶硅層區(qū)域含有微晶硅，從而能夠由非晶硅層區(qū)域緩和作用于基板的應(yīng)力。
[0042]此外，本發(fā)明的薄膜晶體管陣列的制造方法的一技術(shù)方案中，優(yōu)選，在所述非晶硅層區(qū)域還含有非晶硅。
[0043]根據(jù)本技術(shù)方案，通過在非晶硅層區(qū)域還含有無定形硅，由此能夠由非晶硅層區(qū)域更有效地緩和作用于基板的應(yīng)力。
[0044]此外，本發(fā)明的薄膜晶體管陣列的制造方法的一技術(shù)方案中，優(yōu)選，在所述第五工序中，在所述柵電極的上方以外的區(qū)域形成非晶硅層區(qū)域，在所述非晶硅層區(qū)域含有非晶硅。
[0045]根據(jù)本技術(shù)方案，通過使非晶硅層區(qū)域還含有無定形硅，由此能夠由非晶硅層區(qū)域更有效地緩和作用于基板的應(yīng)力。
[0046]此外，在本發(fā)明的薄膜晶體管陣列的制造方法的一技術(shù)方案中，優(yōu)選，在所述第五工序中，所述激光光源以連續(xù)振蕩模式或準連續(xù)振蕩模式照射所述激光。
[0047]根據(jù)本技術(shù)方案，通過以連續(xù)振蕩模式或準連續(xù)振蕩模式照射激光，由此能夠?qū)⒎蔷Ч鑼颖３譃槿廴跔顟B(tài)。
[0048]此外，在本發(fā)明的薄膜晶體管陣列的制造方法的一技術(shù)方案中，優(yōu)選，在所述第三工序形成的所述柵極絕緣層相對于所述激光的波長的消光系數(shù)是0.01以下。
[0049]根據(jù)本技術(shù)方案，通過使柵極絕緣層相對于激光波長的消光系數(shù)為0.01以下，由此激光幾乎不被柵極絕緣層吸收，因此能夠抑制在柵極絕緣層內(nèi)產(chǎn)生激光的熱。由此，在柵電極的上方以外的區(qū)域，能夠有效地抑制激光的熱傳遞到基板。
[0050]此外，在本發(fā)明的薄膜晶體管陣列的制造方法的一技術(shù)方案中，在所述第三工序形成的所述柵極絕緣層優(yōu)選是氧化硅膜。
[0051 ] 根據(jù)本技術(shù)方案，可以由氧化硅膜形成柵極絕緣層。
[0052]此外，在本發(fā)明的薄膜晶體管陣列的制造方法的一技術(shù)方案中，在所述第三工序形成的所述柵極絕緣層優(yōu)選是氮化硅膜。
[0053]根據(jù)本技術(shù)方案，可以由氮化硅膜形成柵極絕緣層。
[0054]此外，本發(fā)明的薄膜晶體管陣列的一技術(shù)方案，包括:基板；多個柵電極，形成在所述基板上；柵極絕緣層，形成在所述多個柵電極上；結(jié)晶硅層，形成在與所述多個柵電極分別對應(yīng)的所述柵極絕緣層的上方區(qū)域；以及源電極及漏電極，形成在與所述多個柵電極分別對應(yīng)的所述結(jié)晶硅層的上方區(qū)域，所述結(jié)晶硅層是通過如下而形成的:在所述柵極絕緣層上形成非晶硅層后，使照射波長為473nm以上561nm以下的激光的激光光源相對于所述基板沿預(yù)定的方向相對移動，使所述激光照射到在所述柵電極的上方區(qū)域的所述非晶硅層，由此使在所述柵電極的上方區(qū)域的所述非晶硅層結(jié)晶化而形成所述結(jié)晶硅層，在將所述非晶硅層的光學膜厚除以所述激光的波長得到的值設(shè)為X，將所述柵極絕緣層的光學膜厚除以所述激光的波長得到的值設(shè)為Y，所述非晶硅層的光學膜厚是所述非晶硅層的膜厚乘以所述非晶硅層的折射率而得到的值，所述柵極絕緣層的光學膜厚是所述柵極絕緣層的膜厚乘以所述柵極絕緣層的折射率而得到的值時，所述X及所述Y是滿足如下式I)~式5)所規(guī)定的范圍的數(shù)值。在此，式 1)是 Y ≥-4400X6+12600X5-14900X4+9320X3-3250X2+594X-43.7，式 2)是 Y < 0.69，式 3)是 Y ≥ 0.33，式 4)是 X < 0.85，式 5)是 Y < -119000X6+529000X5-980000X4+965000X3-533000X2+157000X-19100。
[0055]根據(jù)本技術(shù)方案，通過使非晶硅層局部地結(jié)晶化，基于激光的熱通過柵極絕緣層被局部地傳遞到基板。由此，能夠?qū)⒆饔糜诨宓臒嶝摵梢种茷樾?，能夠抑制在基板產(chǎn)生裂紋或翹起。此外，由于能夠?qū)⒎蔷Ч鑼颖唤Y(jié)晶化時產(chǎn)生的應(yīng)力抑制為小，因此，由此也能抑制在基板產(chǎn)生裂紋或翹起。
[0056]此外，本發(fā)明的顯示裝置的一技術(shù)方案是，包括顯示面板和技術(shù)方案10所述的薄膜晶體管陣列，所述薄膜晶體管陣列驅(qū)動所述顯示面板。
[0057]根據(jù)本技術(shù)方案，能夠抑制在基板產(chǎn)生裂紋或翹起，能夠?qū)崿F(xiàn)高品質(zhì)(質(zhì)量)的顯示裝置。
[0058](實施方式)
[0059]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法、薄膜晶體管陣列及顯示裝置。本發(fā)明基于權(quán)利要求書的記載而確定。因此，以下的實施方式中的構(gòu)成要素中的、非權(quán)利要求記載的構(gòu)成要素不是實現(xiàn)本發(fā)明的課題所必須的，是作為構(gòu)成更優(yōu)選的實施方式而說明的。另外，各圖是示意圖，未必嚴格如圖所示。
[0060]圖1是表示本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的結(jié)構(gòu)的剖面圖。如圖1所示，本實施方式的薄膜晶體管陣列200是通過將多個薄膜晶體管元件100a、100b配置成矩陣狀而構(gòu)成。另外，為了容易理解，在圖1中，僅圖示2個薄膜晶體管元件100a、100b。
[0061]薄膜晶體管元件100a、100b分別是底柵式的薄膜晶體管元件。薄膜晶體管元件100aUOOb是相同結(jié)構(gòu)，因此在以下說明薄膜晶體管元件100a的結(jié)構(gòu)。薄膜晶體管元件100a包括基板1、底涂層2、柵電極3a、柵極絕緣層6、結(jié)晶硅層7a、非晶硅層8a、接觸層9a、源電極IOSa及漏電極10Da。
[0062]基板I例如是由石英玻璃、無堿玻璃及高耐熱性玻璃等玻璃材料構(gòu)成的玻璃基板。
[0063]底涂層2形成在基板I上。該底涂層2由硅氮化物膜(SiNx)、硅氧化物膜(SiOy)及硅氮氧化物膜(SiOyNx)等構(gòu)成。底涂層2具有防止基板I中所含的鈉及磷等雜質(zhì)進入結(jié)晶硅層7a的作用。此外，該底涂層2還具有在激光退火法等高溫熱處理工藝中，使對基板I的熱影響緩和的作用。
[0064]柵電極3a以預(yù)定形狀圖案形成于底涂層2上。柵電極3a可以做成導(dǎo)電性材料及其合金等的單層構(gòu)造或多層構(gòu)造，可以由例如鑰(Mo)、鋁(Al)、銅(Cu)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉻(Cr)及鑰鎢(MoW)等構(gòu)成。
[0065]柵極絕緣層6覆蓋柵電極3a之上形成于底涂層2上。在本實施方式中，柵極絕緣層6由用氮化娃(Si3N4)構(gòu)成的氮化娃膜4和用氧化娃(SiO2)構(gòu)成的氧化娃膜5的層疊膜構(gòu)成。
[0066]結(jié)晶硅層7a形成在與柵電極3a對應(yīng)的柵極絕緣層6上的區(qū)域。該結(jié)晶硅層7a由多晶硅構(gòu)成。另外，如后所述，該結(jié)晶硅層7a是通過對非晶硅層12照射激光，使非晶硅層12結(jié)晶化而形成。[0067]非晶硅層8a形成在結(jié)晶硅層7a上。該非晶硅層8a由無定形硅構(gòu)成。本實施方式的薄膜晶體管元件IOOa具有將結(jié)晶硅層7a和非晶硅層8a層疊而成的2層構(gòu)造的溝道層。該溝道層是通過柵電極3a的電壓控制載流子的移動的層。
[0068]接觸層9a覆蓋結(jié)晶硅層7a及非晶硅層8a的側(cè)面和柵極絕緣層6的上面而形成。接觸層9a由高濃度地含有雜質(zhì)的非晶質(zhì)半導(dǎo)體膜構(gòu)成。接觸層9a例如可以由對無定形硅摻雜了作為雜質(zhì)的磷(P)的η型半導(dǎo)體膜構(gòu)成，是含有IX 1019atm / cm3以上的高濃度雜質(zhì)的η+層。
[0069]源電極IOSa及漏電極IODa形成于接觸層9a上。源電極IOSa及漏電極層IODa隔開間隔且相互相對地配置。源電極IOSa及漏電極IODa可以做成導(dǎo)電性材料及其合金等的單層構(gòu)造或多層構(gòu)造，例如由鋁(Al)、鑰(Mo)、鎢(W)、銅(Cu)、鈦(Ti)及鉻(Cr)等構(gòu)成。
[0070]薄膜晶體管元件IOOb與薄膜晶體管元件IOOa同樣，包括基板1、底涂層2、柵電極3b、柵極絕緣層6、結(jié)晶硅層7b、非晶硅層8b、接觸層％、源電極IOSb及漏電極IODb。
[0071]接著，使用圖2A?圖2L說明本實施方式的薄膜晶體管陣列200的制造方法。圖2A?圖2L是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列200的制造方法的剖面圖。
[0072]首先，如圖2A所示，準備由玻璃基板構(gòu)成的基板I (第一工序)。接著，如圖2B所示，利用等離子CVD (Chemical Vapor Deposition)等在基板I上形成由娃氮化物膜、娃氧化物膜及硅氮氧化物膜等構(gòu)成的底涂層2。
[0073]接著，如圖2C所示，在底涂層2上形成多個柵電極3a、3b (第二工序)。在該第二工序中，例如可以在底涂層2上通過濺鍍形成由鑰鎢(MoW)構(gòu)成的柵極金屬膜，然后使用光刻法及濕式蝕刻法對柵極金屬膜進行圖案形成，由此形成預(yù)定形狀的柵電極3a、3b。鑰鎢(Moff)的濕式蝕刻例如可以通過使用將磷酸(HPO4)、硝酸(HNO3)、醋酸(CH3COOH)及水以預(yù)定的配比混合而成的藥液來進行。
[0074]其后，如圖2D所示，覆蓋多個柵電極3a、3b及底涂層2而形成柵極絕緣層6(第三工序)。在該第三工序中，首先，用等離子CVD等，覆蓋多個柵電極3a、3b及底涂層2而形成由氮化硅(Si3N4)構(gòu)成的氮化硅膜4。其后，用等離子CVD等在氮化硅膜4上形成由氧化硅(SiO2)構(gòu)成的氧化硅膜5。氧化硅膜5例如可以通過以預(yù)定的濃度比導(dǎo)入硅烷氣體(SiH4)及一氧化二氮氣體(N2O)而成膜。另外，在本實施方式中，氮化硅膜4的膜厚構(gòu)成為約80nm，氧化硅膜5的膜厚構(gòu)成為約75nm。另外，優(yōu)選，柵極絕緣層6相對于激光波長的消光系數(shù)為
0.01以下。由此，柵極絕緣層6成為幾乎不吸收激光的透明的層。
[0075]其后，如圖2所示，在柵極絕緣層6上形成非晶硅層12 (第四工序)。在該第四工序中，用等離子CVD等，形成由無定形硅構(gòu)成的非晶硅層12。另外，非晶硅層12例如可以通過以預(yù)定的濃度比導(dǎo)入硅烷氣體(SiH4)和氫氣(H2)而成膜。另外，在本實施方式中，非晶娃層12的膜厚構(gòu)成為約65nm。
[0076]接著，如圖2F所示，用激光退火法，使在柵電極3a、3b的上方區(qū)域的非晶硅層12結(jié)晶化，形成結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’(第五工序)。在該第五工序中，對在第四工序形成的非晶硅層12進行了脫氫處理后，用激光退火法，對非晶硅層12的整個區(qū)域照射來自激光光源13的激光。在該激光退火法中，在搭載有基板I的臺(未圖示)的位置被固定的狀態(tài)下，激光光源13相對于基板I在預(yù)定方向相對移動，由此被線狀聚光的激光對非晶硅層12的整個區(qū)域一邊掃描一邊照射?；蛘撸部梢詷?gòu)成為，在激光光源13的位置被固定的狀態(tài)下，搭載有基板I的臺相對于激光光源13在預(yù)定方向相對移動。在本實施方式中,激光退火法中所使用的激光是具有473nm以上561nm以下波長的綠色的激光。
[0077]另外，激光優(yōu)選以連續(xù)振蕩模式或準連續(xù)振蕩模式照射。其理由為，通過以連續(xù)振蕩模式或準連續(xù)振蕩模式照射激光，能夠?qū)⒎蔷Ч鑼?2保持為熔融狀態(tài)。另外，在用上述振蕩模式以外的振蕩模式、例如脈沖振蕩模式照射激光時，激光非連續(xù)地照射于非晶娃層12，因此難以將非晶硅層12保持為熔融狀態(tài)。另外，激光光源13可以由固體激光裝置、或使用半導(dǎo)體激光元件的激光裝置構(gòu)成。
[0078]在本實施方式中，在第三工序形成的柵極絕緣層6的膜厚及在第四工序形成的非晶硅層12的膜厚構(gòu)成為滿足后述的預(yù)定的關(guān)系式(式I~式5)。由此，如后所述，柵電極3a,3b的上方區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率大于柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率。因此，在柵電極3a、3b的上方區(qū)域，激光被非晶硅層12吸收、在非晶硅層12內(nèi)多次反射，因此該區(qū)域的非晶硅層12基于激光的熱而被結(jié)晶化。另一方面，在柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域，激光不會被非晶硅層12吸收而透射非晶硅層12，因此該區(qū)域的非晶硅層12不會被結(jié)晶化。因此，如圖3所示，在柵電極3a、3b的上方的區(qū)域形成由多晶硅構(gòu)成的結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’，在柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域形成由無定形硅構(gòu)成的非晶硅層區(qū)域12’。
[0079]在此，說明在第三工序形成的柵極絕緣層6的膜厚及在第四工序形成的非晶硅層12的膜厚應(yīng)滿足的預(yù)定關(guān)系式(式I~式5)。對于用于表達預(yù)定關(guān)系式的變量X、Y分別定義如下。首先將非晶硅層12的光學膜厚除以激光的波長而得到的值作為X，非晶硅層12的光學膜厚是在第四工序形成的非晶硅層12的膜厚乘以非晶硅層12的折射率而得的值。接著，將氮化硅膜4的膜厚乘以氮化硅膜4的折射率而得到的值即氮化硅膜4的光學膜厚、和氧化硅膜5的膜厚乘以氧化硅膜5的折射率而得到的值即氧化硅膜5的光學膜厚相加。然后，將該相加得到的值除以激光的波長而得到的值作為Y。
[0080]使用如此定義的Χ、Υ，確定柵極絕緣層6及非晶硅層12的優(yōu)選膜厚范圍。具體而言，柵極絕緣層6的膜厚及非晶硅層12的膜厚被構(gòu)成為滿足屬于下述式I~式5所規(guī)定的Χ、Υ。
[0081]Y ≥-4400Χ6+12600Χ5-14900Χ4+9320Χ3-3250Χ2+594Χ-43.7 (式 I)
[0082]Y ≤ 0.69 (式 2)
[0083]Y ≤ 0.33 (式 3)
[0084]X ≤ 0.85 (式 4)
[0085]Y ≤-119000Χ6+529000Χ5-980000Χ4+965000Χ3-533000Χ2+157000Χ-19100 (式5)
[0086]圖4是用于說明在用激光退火法形成結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’時，柵極絕緣層6及非晶硅層12分別存在合適的膜厚范圍的圖。在圖4中，橫軸表示上述X，縱軸表示上述Y。圖4表不相對于上述X、Y的大小，非晶娃層12的激光吸收率的差分(具體而言,在柵電極3a、3b的上方區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率與在柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率之差分)如何分布。
[0087]在圖4中虛線所包圍的區(qū)域是激光吸收率的差分大于0(8卩，在柵電極3a、3b的上方區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率大于在柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率)的區(qū)域，上述式I~式5是表示屬于該區(qū)域內(nèi)的X、Y的數(shù)學式。因此，通過使柵極絕緣層6的膜厚及非晶硅層12的膜厚分別構(gòu)成為滿足屬于式I~式5所規(guī)定的范圍的X、Y，從而在柵電極3a、3b的上方區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率大于在柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率。由此，在第五工序中對非晶硅層12照射了激光時，在柵電極3a、3b的上方區(qū)域形成結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’，在柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域形成非晶硅層區(qū)域12’。
[0088]上述的圖4的分布圖可基于圖5A~圖5C的各分布圖而得到。圖5A是表示在柵電極3a、3b的上方區(qū)域的、在第四工序形成的非晶硅層12的激光吸收率的分布圖。圖5B是表示在柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域的、在第四工序形成的非晶硅層12的激光吸收率的分布圖。圖5C是表示在柵電極3a、3b的上方區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率與在柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率之差分的分布圖。在圖5A~圖5C中，橫軸表示在第四工序形成的非晶硅層12的膜厚的實際尺寸值，縱軸表示在第三工序形成的柵極絕緣層6的膜厚的實際尺寸值。
[0089]圖5A及圖5B表示相對于柵極絕緣層6的膜厚及非晶硅層12的膜厚，非晶硅層12的激光吸收率如何分布。圖5C表示相對于柵極絕緣層6的膜厚及非晶硅層12的膜厚，非晶硅層12的激光吸收率的差分(具體而言，在柵電極3a、3b的上方區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率與在柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率之差分)如何分布。
[0090] 若通過比較圖5A所示的激光吸收率和圖5B所示的激光吸收率，求使得圖5A所示的激光吸收率大于圖5B所示的激光吸收率的柵極絕緣層6的膜厚及非晶硅層12的膜厚的范圍，則為在圖5A~圖5C中虛線所包圍的區(qū)域。該區(qū)域與圖4中虛線所包圍的區(qū)域?qū)?yīng)。對圖5C中的橫軸和縱軸的膜厚分別進行光學換算，由此得到圖4的分布圖。
[0091]此外，在第五工序中，為了穩(wěn)定形成結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’，激光的能量密度優(yōu)選滿足預(yù)定關(guān)系式(式6~式8)。圖6是表示在第四工序形成的非晶硅層12的激光吸收率與激光的能量密度的相對值之間的關(guān)系的圖。在圖6中，橫軸(X軸)表示在第四工序形成的非晶硅層12的激光吸收率(％)?？v軸(y軸)表示將在第四工序形成的非晶硅層12的激光吸收率為23.2 (%)的情況下為使非晶硅層12結(jié)晶而形成結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’至少所需的激光的能量密度設(shè)為I時的相對值。此時，非晶硅層12的激光吸收率及激光的能量密度優(yōu)選構(gòu)成為:滿足屬于下述式6、式7及式8所規(guī)定的范圍的X、y。
[0092]20 ≤ X ≤ 50 (式 6)
[0093]y ≤ 42.9x-1.19 (式 7)
[0094]y ≤ -0.0041X+1.45 (式 8)
[0095]在圖6中，上側(cè)的曲線圖表示式8，下側(cè)的曲線圖表示式7。通過構(gòu)成為非晶硅層12的激光吸收率及激光的能量密度滿足屬于下述式6、式7及式8所規(guī)定的范圍的x、y，從而能夠穩(wěn)定地形成結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’。另外，在y的值小于式7所規(guī)定的范圍時，激光的能量密度過于降低，不能使非晶硅層12結(jié)晶化。在y的值大于式8所規(guī)定的范圍時，激光的能量密度過于增大，非晶硅層12會由于激光而受到損傷。
[0096]在進行了上述的第五工序之后，如圖2G所示，用等離子CVD在柵極絕緣層6上形成第2層非晶硅層8。其后，如圖2H所示，對結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’及非晶硅層區(qū)域12’進行圖案形成，用蝕刻將結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’及非晶硅層區(qū)域12’的應(yīng)除去部分除去。由此，在薄膜晶體管兀件100a、IOOb中，能夠形成結(jié)晶娃層7a、7b和非晶娃層8a、8b層疊而成的溝道層。
[0097]其后，如圖21所示，覆蓋結(jié)晶硅層7a、7b和非晶硅層8a、8b的側(cè)面和柵極絕緣層6形成接觸層9。在該工序中，例如用等離子CVD，形成由摻雜了磷(P)等5價元素的雜質(zhì)的無定形娃構(gòu)成的接觸層9。
[0098]其后，在接觸層9上圖案形成源電極10Sa、10Sb及漏電極10Da、10Db (第六工序)。在該第六工序中，首先，如圖2J所示，通過例如濺射形成由源電極IOSaUOSb及漏電極10Da、10Db的材料構(gòu)成的源極漏極金屬膜10。其后，為了形成預(yù)定形狀的源電極10Sa、IOSb及漏電極10Da、10Db，在源極漏極金屬膜10上涂敷抗蝕劑材料，進行曝光及顯影，形成圖案形成為預(yù)定形狀的抗蝕劑。接著，將該抗蝕劑作為掩模而實施濕式蝕刻，對源極漏極金屬膜10進行圖案形成，由此如圖2L所示，形成預(yù)定形狀的源電極IOSaUOSb及漏電極IODaUODb0此時，接觸層9作為蝕刻止擋層發(fā)揮作用。其后，除去源電極10Sa、IOSb及漏電極10Da、10Db上的抗蝕劑。
[0099]其后，如圖2L所示，將源電極IOSaUOSb及漏電極IODaUODb作為掩模實施干式蝕刻，由此對接觸層9b進行圖案形成，并且將源電極IOSaUOSb及漏電極IODaUODb圖案形成為島狀。由此，能夠?qū)⒔佑|層9a、9b、源電極10Sa、10Sb及漏電極IODaUODb形成為島狀。另外，作為干式蝕刻的條件，可以使用氯系(含氯的氣體)氣體。
[0100]通過以上操作，能夠制造本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列200。
[0101]接著，說明本實施方式的薄膜晶體管陣列200的作用效果。圖7是表示對在第四工序形成的非晶硅層12照射了激光的狀態(tài)的俯視圖。在圖7中，標注了斜線的部分表示通過非晶硅層12被結(jié)晶化而形成有結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’的區(qū)域。在圖7中，區(qū)域15是柵電極3a、3b的上方區(qū)域，區(qū)域16是柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域。如圖7所示，在第五工序，僅在區(qū)域15形成結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’。
[0102]如此，通過非晶硅層12被局部地結(jié)晶化，基于激光的熱通過柵極絕緣層6局部地傳遞到基板I。由此，能夠?qū)⒆饔糜诨錓的熱負荷抑制為小，能夠抑制在基板I產(chǎn)生裂紋或翹起。此外，能夠?qū)⒃诜蔷Ч鑼?2被結(jié)晶化時產(chǎn)生的應(yīng)力抑制為小，由此也能抑制在基板I產(chǎn)生裂紋或翹起。
[0103]另外，如上所述，通過使柵極絕緣層6相對于激光波長的消光系數(shù)為0.01以下，由此激光幾乎不被柵極絕緣層6吸收，因此能夠抑制在柵極絕緣層6內(nèi)產(chǎn)生激光的熱。由此，能夠有效地抑制在柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域，激光的熱傳遞到基板I。
[0104]此外，圖8是表示激光對于非晶硅層12的照射面積與基板I的翹起量之間的關(guān)系的圖。如圖8所示可知，隨著激光的照射面積(即，由激光的照射使非晶硅層12結(jié)晶化的面積)增大，基板I的翹起量增大。這是由于激光的照射面積增大，從而作用于基板I的熱負荷增大的緣故。在以往的薄膜晶體管陣列的制造方法中，通過激光的照射，非晶硅層12的整個區(qū)域被結(jié)晶化，因此激光的照射面積約為100%，基板I的翹起量約為-ΙΟΟμπι。在本實施方式的薄膜晶體管陣列200的制造方法中，由于僅柵電極3a、3b的上方區(qū)域中的非晶硅層12被結(jié)晶化，因此激光的照射面積例如為約17%，基板I的翹起量約為20 μ m。如此，在本實施方式的薄膜晶體管陣列200的制造方法中，能夠大幅度降低基板I的翹起量。[0105]本實施方式的薄膜晶體管陣列200，例如可以裝載于如圖9所示的顯示裝置20。圖9所示的顯示裝置20包括由液晶面板以及有機EL面板等構(gòu)成的顯示面板21。該顯示板21由薄膜晶體管陣列200驅(qū)動。
[0106]以上，說明了本發(fā)明的實施方式，但不言而喻，上述實施方式所示的構(gòu)成僅是一例子，在不脫離發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)可以加以各種變形。
[0107]在上述實施方式中，由無定形硅構(gòu)成非晶硅層區(qū)域12’，但也可以用微晶硅構(gòu)成非晶硅層區(qū)域12’?；蛘?，也可以用微晶硅和無定形硅的混合物構(gòu)成非晶硅層區(qū)域12’。
[0108]在上述實施方式中，構(gòu)成為柵電極3a、3b的上方區(qū)域的非晶硅層12被結(jié)晶化，但是即使例如在柵電極3a、3b的上方區(qū)域的一部分存在非晶硅層12未結(jié)晶化的區(qū)域，在實用上也沒有影響。
[0109]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0110]本發(fā)明的薄膜晶體管陣列可廣泛利用于電視機、個人計算機及便攜式電話等的顯示裝置或其他具有薄膜晶體管陣列的各種電氣設(shè)備。
[0111]附圖標記的說明
[0112]1、51 基板
[0113]2、52 底涂層
[0114]3a、3b、53a、53b 棚電極
[0115]4、54氮化娃膜
[0116]5、55氧化娃膜
[0117]6、56柵極絕緣層
[0118]7a、7b結(jié)晶硅層
[0119]7a’、7b’結(jié)晶硅層區(qū)域
[0120]8a、8b非晶硅層
[0121]9、9a、9b 接觸層
[0122]10源極漏極金屬膜
[0123]IOSaUOSb 源電極
[0124]IODaUODb 漏電極
[0125]12、57非晶硅層
[0126]12b’非晶硅層區(qū)域
[0127]13激光光源
[0128]15、16、61、62 區(qū)域
[0129]20顯示裝置
[0130]21顯示面板
[0131]58結(jié)晶硅層
[0132]IOOaUOOb薄膜晶體管元件
[0133]200、500薄膜晶體管陣列
【權(quán)利要求】
1.一種薄膜晶體管陣列的制造方法，包括: 第一工序，準備基板； 第二工序，在所述基板上形成多個柵電極； 第三工序，在所述多個柵電極上形成柵極絕緣層； 第四工序，在所述柵極絕緣層上形成非晶硅層； 第五工序，使照射波長為473nm以上561nm以下的激光的激光光源相對于所述基板沿預(yù)定的方向相對移動，將所述激光照射到在所述柵電極的上方區(qū)域的所述非晶硅層，由此使在所述柵電極的上方區(qū)域的所述非晶硅層結(jié)晶化而形成結(jié)晶硅層區(qū)域；和第六工序，在所述結(jié)晶硅層區(qū)域的上方形成源電極及漏電極， 在將所述非晶硅層的光學膜厚除以所述激光的波長得到的值設(shè)為X，將所述柵極絕緣層的光學膜厚除以所述激光的波長得到的值設(shè)為Y，所述非晶硅層的光學膜厚是所述第四工序形成的所述非晶硅層的膜厚乘以所述非晶硅層的折射率而得到的值，所述柵極絕緣層的光學膜厚是所述第三工序形成的所述柵極絕緣層的膜厚乘以所述柵極絕緣層的折射率而得到的值時， 所述X及所述Y是滿足如下式I)~式5)所規(guī)定的范圍的數(shù)值，
式 1)Y ≤ -4400X6+12600X5-14900X4+9320X3-3250X2+594X-43.7
式 2) Y < 0.69
式 3) Y ≤ 0.33
式 4) X < 0.85
式 5)Y < -119000Χ6+529000Χ5-980000Χ4+965000Χ3-533000Χ2+157000Χ-19100。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管陣列的制造方法， 在將在所述第四工序形成的所述非晶硅層的所述激光的吸收率設(shè)為x%，將如下相對值設(shè)為y，所述相對值是將在所述第四工序形成的所述非晶硅層的所述激光的吸收率為23.2%的情況下使所述非晶硅層結(jié)晶化而形成所述結(jié)晶硅層區(qū)域所需的所述激光的能量密度設(shè)為I時的相對值時， 所述X及所述I是滿足如下式6)、式7)以及式8)所規(guī)定的范圍的數(shù)值， 式 6)20< X < 50 式 7)y ≤ 42.9x-1.19 式 8)y ≤-0.0041X+1.45 。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的薄膜晶體管陣列的制造方法， 在所述第五工序中，在所述柵電極的上方以外的區(qū)域形成非晶硅層區(qū)域， 在所述非晶硅層區(qū)域含有微晶硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜晶體管陣列的制造方法， 所述非晶硅層區(qū)域還含有非晶硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的薄膜晶體管陣列的制造方法， 在所述第五工序中，在所述柵電極的上方以外的區(qū)域形成非晶硅層區(qū)域， 在所述非晶硅層區(qū)域含有非晶硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5中的任一項所述的薄膜晶體管陣列的制造方法， 在所述第五工序中，所述激光光源以連續(xù)振蕩模式或準連續(xù)振蕩模式照射所述激光。
7.根據(jù)權(quán)利要求1飛中的任一項所述的薄膜晶體管陣列的制造方法， 在所述第三工序形成的所述柵極絕緣層相對于所述激光的波長的消光系數(shù)是0.01以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求f7中的任一項所述的薄膜晶體管陣列的制造方法， 在所述第三工序形成的所述柵極絕緣層是氧化硅膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求f7中的任一項所述的薄膜晶體管陣列的制造方法， 在所述第三工序形成的所述柵極絕緣層是氮化硅膜。
10.一種薄膜晶體管陣列，包括: 基板； 多個柵電極，形成在所述基板上； 柵極絕緣層，形成在所述多個柵電極上；結(jié)晶硅層，形成在與所述多個柵電極分別對應(yīng)的所述柵極絕緣層的上方區(qū)域；以及源電極及漏電極，形成在與所述多個柵電極分別對應(yīng)的所述結(jié)晶硅層的上方區(qū)域，所述結(jié)晶硅層是通過如下而形成的:在所述柵極絕緣層上形成非晶硅層后，使照射波長為473nm以上561nm以下的激光的激光光源相對于所述基板沿預(yù)定的方向相對移動,使所述激光照射到在所述柵電極的上方區(qū)域的所述非晶硅層，由此使在所述柵電極的上方區(qū)域的所述非晶硅層結(jié)晶化而形成所述結(jié) 晶硅層， 在將所述非晶硅層的光學膜厚除以所述激光的波長得到的值設(shè)為X，將所述柵極絕緣層的光學膜厚除以所述激光的波長得到的值設(shè)為Y，所述非晶硅層的光學膜厚是所述非晶硅層的膜厚乘以所述非晶硅層的折射率而得到的值，所述柵極絕緣層的光學膜厚是所述柵極絕緣層的膜厚乘以所述柵極絕緣層的折射率而得到的值時， 所述X及所述Y是滿足如下式I)~式5)所規(guī)定的范圍的數(shù)值，
式 1)Y ≤-4400X6+12600X5-14900X4+9320X3-3250X2+594X-43.7
式 2) Y < 0.69
式 3) Y ≤0.33
式 4) X < 0.85
式 5)Y < -119000Χ6+529000Χ5-980000Χ4+965000Χ3-533000Χ2+157000Χ-19100。
11.一種顯示裝置，包括顯示面板和權(quán)利要求10所述的薄膜晶體管陣列，所述薄膜晶體管陣列驅(qū)動所述顯示面板。
【文檔編號】H01L21/336GK103493186SQ201180006197
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月29日
【發(fā)明者】松本光正, 菅原祐太 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社
【專利摘要】包括：第一工序，準備基板（1）；第二工序，在基板（1）上形成多個柵電極（3a、3b）；第三工序，在多個柵電極（3a、3b）上形成柵極絕緣層（6）；第四工序，在柵極絕緣層（6）上形成非晶硅層；第五工序，將波長為473nm以上561nm以下的激光照射到在柵電極（3a、3b）的上方區(qū)域的非晶硅層，由此在柵電極（3a、3b）的上方區(qū)域形成結(jié)晶硅層區(qū)域（7a’，7b’），并在柵電極（3a、3b）的上方以外的區(qū)域形成非晶硅層區(qū)域（12’）；和第六工序，在結(jié)晶硅層區(qū)域（7a’、7b’）的上方形成源電極及漏電極。柵極絕緣層（6）的膜厚及非晶硅層的膜厚滿足預(yù)定關(guān)系式。
【專利說明】薄膜晶體管陣列的制造方法、薄膜晶體管陣列及顯示裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及薄膜晶體管陣列的制造方法、薄膜晶體管陣列及顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，作為替代液晶顯示器的下一代平板顯示器之一，利用有機EL (ElectroLuminescence,電致發(fā)光)的有機EL顯示器受到矚目。在有機EL顯示器等有源矩陣方式的顯示裝置使用將多個薄膜晶體管(TFT:Thin Film Transistor)元件配置成矩陣狀而成的薄膜晶體管陣列。
[0003]作為該薄膜晶體管陣列，通常使用柵電極形成于比硅層靠基板側(cè)的底柵型薄膜晶體管陣列。圖10是示意性表示以往的薄膜晶體管陣列的制造方法中的激光退火法的立體圖。以往的薄膜晶體管陣列500如下這樣制造(例如，參照專利文獻I及2)。
[0004]首先，準備基板51 (第一工序)，在基板51上形成底涂層52。接著，在底涂層52上形成多個柵電極53a、53b (第二工序)。接著，在多個柵電極53a、53b上形成柵極絕緣層56(第三工序)。該柵極絕緣層56是通過層疊氮化硅膜54和氧化硅膜55而形成。例如，氮化娃膜54的膜厚約為65nm,氧化娃膜55的膜厚約為85nm。其后,在柵極絕緣層56上形成由無定形娃(amorphous silicon、非晶娃)構(gòu)成的非晶娃層57 (第四工序)。例如,非晶娃層57的膜厚約為45nm。進而，在其后，通過激光退火法形成由多晶硅構(gòu)成的結(jié)晶硅層58 (第五工序)。在該激光退火法中，如圖10所示，使激光光源(未圖示)相對于基板51沿預(yù)定方向相對移動，將激光照射到非晶硅層57的整個區(qū)域。由此，通過基于激光的熱，非晶硅層57的整個區(qū)域被結(jié)晶化，形成結(jié)晶硅層58。其后，在與多個柵電極53a、53b對應(yīng)的結(jié)晶硅層58的上方的區(qū)域形成源電極(未圖示)及漏電極(未圖示)(第六工序)。
[0005]專利文獻1:日本特開2002 - 261008號公報
[0006]專利文獻2:日本特開2010 - 192611號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]在上述的以往的薄膜晶體管陣列的制造方法中存在如下的問題。圖11是表示在以往的薄膜晶體管陣列的制造方法中，對非晶硅層照射了激光的狀態(tài)的俯視圖。在圖11標注有斜線的部分表示通過非晶硅層被結(jié)晶化而形成了結(jié)晶硅層的區(qū)域。在圖11中，區(qū)域61是柵電極的上方的區(qū)域，區(qū)域62是柵電極的上方以外的區(qū)域。如圖11所示，在第五工序中，區(qū)域61及區(qū)域62、即非晶硅層的整個區(qū)域被結(jié)晶化，由此形成結(jié)晶硅層。
[0008]但是，在第五工序中，由于非晶質(zhì)硅層的整個區(qū)域被結(jié)晶化，因此基于激光的熱通過柵極絕緣層傳遞到基板的整個區(qū)域。由此，由于對基板產(chǎn)生了大的熱負荷作用，從而會在基板產(chǎn)生裂紋或翹起。此外，在非晶硅層的整個區(qū)域被結(jié)晶化時，在結(jié)晶質(zhì)硅層產(chǎn)生大的應(yīng)力。通過該應(yīng)力傳遞到基板，從而也會在基板產(chǎn)生裂紋或翹起。
[0009]本發(fā)明是為了解決上述以往的技術(shù)問題而做出的，其目的在于提供一種能夠抑制基板的裂紋或翹起的薄膜晶體管陣列的制造方法、薄膜晶體管陣列及顯示裝置。[0010]為了達到上述目的，本發(fā)明的一技術(shù)方案的薄膜晶體管陣列的制造方法，包括:第一工序，準備基板；第二工序，在所述基板上形成多個柵電極；第三工序，在所述多個柵電極上形成柵極絕緣層；第四工序，在所述柵極絕緣層上形成非晶硅層；第五工序，使照射波長為473nm以上561nm以下的激光的激光光源相對于所述基板沿預(yù)定的方向相對移動,將所述激光照射到在所述柵電極的上方區(qū)域的所述非晶硅層，由此使在所述柵電極的上方區(qū)域的所述非晶硅層結(jié)晶化而形成結(jié)晶硅層區(qū)域；和第六工序，在所述結(jié)晶硅層區(qū)域的上方形成源電極及漏電極；在將所述非晶硅層的光學膜厚除以所述激光的波長得到的值設(shè)為X，將所述柵極絕緣層的光學膜厚除以所述激光的波長得到的值設(shè)為Y，所述非晶硅層的光學膜厚是所述第四工序形成的所述非晶硅層的膜厚乘以所述非晶硅層的折射率而得到的值，所述柵極絕緣層的光學膜厚是所述第三工序形成的所述柵極絕緣層的膜厚乘以所述柵極絕緣層的折射率而得到的值時，所述X及所述Y是滿足如下式I)~式5)所規(guī)定的范圍的數(shù)值。在此，式 I)是 Y ≤-4400X6+12600X5-14900X4+9320X3-3250X2+594X-43.7，式 2)是Y ≤ 0.69，式 3)是 Y ≤ 0.33，式 4)是 X ≤ 0.85，式 5)是 Y ≤-119000X6+529000X5-980000X4+965000X3-533000X2+157000X-19100。
[0011]在本發(fā)明的薄膜晶體管陣列中，由于非晶硅層被局部地結(jié)晶化，因此基于激光的熱通過柵極絕緣層被局部地傳遞到基板。由此，能夠?qū)⒆饔糜诨宓臒嶝摵梢种茷樾?，因此能夠抑制在基板產(chǎn)生裂紋或翹起。此外，由于能夠?qū)⒃诜蔷Ч鑼颖唤Y(jié)晶化時產(chǎn)生的應(yīng)力抑制為小，所以由此也能夠抑制在基板產(chǎn)生裂紋或翹起。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是表示本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0013]圖2A是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
`[0014]圖2B是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0015]圖2C是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0016]圖2D是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0017]圖2E是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0018]圖2F是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0019]圖2G是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0020]圖2H是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0021]圖21是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0022]圖2J是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0023]圖2K是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0024]圖2L是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法的剖面圖。
[0025]圖3是示意性表示圖2F中的激光退火法的立體圖。
[0026]圖4是用于說明在用激光退火法形成結(jié)晶硅層區(qū)域時，在第三工序形成的柵極絕緣層及在第四工序形成的非晶硅層分別存在合適膜厚范圍的圖。
[0027]圖5A是表示在柵電極的上方區(qū)域中的、在第四工序形成的非晶硅層的激光吸收率的分布圖。
[0028]圖5B是表示在柵電極的上方以外的區(qū)域中的、在第四工序形成的非晶硅層的激光吸收率的分布圖。
[0029]圖5C是表示在柵電極的上方區(qū)域中的非晶硅層的激光吸收率與在柵電極的上方以外的區(qū)域中的非晶硅層的激光吸收率之差的分布圖。
[0030]圖6是表示在第四工序形成的非晶硅層的激光吸收率與激光的能量密度的相對值之間的關(guān)系的圖。
[0031]圖7是表示對在第四工序形成的非晶硅層照射了激光的狀態(tài)俯視圖。
[0032]圖8是表示激光對于非晶硅層的照射面積與基板的翹起量的關(guān)系的圖。
[0033]圖9是表示使用本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的顯示裝置的圖。
[0034]圖10是示意性表示以往的薄膜晶體管陣列的制造方法中的激光退火法的立體圖。
[0035]圖11是表示在以往的薄膜晶體管陣列的制造方法中，對非晶硅層照射了激光的狀態(tài)的俯視圖。
【具體實施方式】
[0036]本發(fā)明的薄膜晶體管陣列的制造方法的一技術(shù)方案，包括:第一工序，準備基板；第二工序，在所述基板上形成多個柵電極；第三工序，在所述多個柵電極上形成柵極絕緣層；第四工序，在所述柵極絕緣層上形成非晶硅層；第五工序，使照射波長為473nm以上561nm以下的激光的激光光源相對于所述基板沿預(yù)定的方向相對移動，將所述激光照射到在所述柵電極的上方區(qū)域的所述非晶硅層，由此使在所述柵電極的上方區(qū)域的所述非晶硅層結(jié)晶化而形成結(jié)晶硅層區(qū)域；和第六工序，在所述結(jié)晶硅層區(qū)域的上方形成源電極及漏電極；在將所述非晶硅層的光學膜厚除以所述激光的波長得到的值設(shè)為X，將所述柵極絕緣層的光學膜厚除以所述激光的波長 得到的值設(shè)為Y，所述非晶硅層的光學膜厚是所述第四工序形成的所述非晶硅層的膜厚乘以所述非晶硅層的折射率而得到的值，所述柵極絕緣層的光學膜厚是所述第三工序形成的所述柵極絕緣層的膜厚乘以所述柵極絕緣層的折射率而得到的值時，所述X及所述Y是滿足如下式I)~式5)所規(guī)定的范圍的數(shù)值。在此，式I)是 Y ≤-4400X6+12600X5-14900X4+9320X3-3250X2+594X-43.7，式 2)是 Y ≤ 0.69，式 3)是Y ≤ 0.33，式 4)是 X ≤0.85，式 5)是 Y ≤-119000X6+529000X5-980000X4+965000X3-533000X2+157000X-19100。
[0037]根據(jù)本技術(shù)方案，通過非晶硅層局部地被結(jié)晶化，基于激光的熱通過柵極絕緣層被局部地傳遞到基板。由此，能夠?qū)⒆饔糜诨宓臒嶝摵梢种茷樾?，所以能夠抑制在基板產(chǎn)生裂紋或翹起。此外，由于能夠?qū)⒎蔷Ч鑼颖唤Y(jié)晶化時產(chǎn)生的應(yīng)力抑制為小，因此，由此也能抑制在基板產(chǎn)生裂紋或翹起。
[0038]此外，在本發(fā)明的薄膜晶體管陣列的制造方法的一技術(shù)方案中，在將在所述第四工序形成的所述非晶硅層的所述激光的吸收率設(shè)為χ%，將如下相對值設(shè)為y，所述相對值是將在所述第四工序形成的所述非晶硅層的所述激光的吸收率為23.2%的情況下使所述非晶硅層結(jié)晶化而形成所述結(jié)晶硅層區(qū)域所需的所述激光的能量密度設(shè)為I時的相對值時，所述X及所述I是滿足如下式6)、式7)以及式8)所規(guī)定的范圍的數(shù)值。在此，式6)是20 ≤ X ≤ 50，式 7)是 y ≤ 42.9x-1.19，式 8) y ( -0.0041x+l.45。
[0039]根據(jù)本技術(shù)方案，用激光的照射能夠穩(wěn)定地形成結(jié)晶硅層區(qū)域。[0040]此外，本發(fā)明的薄膜晶體管陣列的制造方法的一技術(shù)方案中，優(yōu)選，在所述第五工序中，在所述柵電極的上方以外的區(qū)域形成非晶硅層區(qū)域，在所述非晶硅層區(qū)域含有微晶硅。
[0041]根據(jù)本技術(shù)方案，通過在非晶硅層區(qū)域含有微晶硅，從而能夠由非晶硅層區(qū)域緩和作用于基板的應(yīng)力。
[0042]此外，本發(fā)明的薄膜晶體管陣列的制造方法的一技術(shù)方案中，優(yōu)選，在所述非晶硅層區(qū)域還含有非晶硅。
[0043]根據(jù)本技術(shù)方案，通過在非晶硅層區(qū)域還含有無定形硅，由此能夠由非晶硅層區(qū)域更有效地緩和作用于基板的應(yīng)力。
[0044]此外，本發(fā)明的薄膜晶體管陣列的制造方法的一技術(shù)方案中，優(yōu)選，在所述第五工序中，在所述柵電極的上方以外的區(qū)域形成非晶硅層區(qū)域，在所述非晶硅層區(qū)域含有非晶硅。
[0045]根據(jù)本技術(shù)方案，通過使非晶硅層區(qū)域還含有無定形硅，由此能夠由非晶硅層區(qū)域更有效地緩和作用于基板的應(yīng)力。
[0046]此外，在本發(fā)明的薄膜晶體管陣列的制造方法的一技術(shù)方案中，優(yōu)選，在所述第五工序中，所述激光光源以連續(xù)振蕩模式或準連續(xù)振蕩模式照射所述激光。
[0047]根據(jù)本技術(shù)方案，通過以連續(xù)振蕩模式或準連續(xù)振蕩模式照射激光，由此能夠?qū)⒎蔷Ч鑼颖３譃槿廴跔顟B(tài)。
[0048]此外，在本發(fā)明的薄膜晶體管陣列的制造方法的一技術(shù)方案中，優(yōu)選，在所述第三工序形成的所述柵極絕緣層相對于所述激光的波長的消光系數(shù)是0.01以下。
[0049]根據(jù)本技術(shù)方案，通過使柵極絕緣層相對于激光波長的消光系數(shù)為0.01以下，由此激光幾乎不被柵極絕緣層吸收，因此能夠抑制在柵極絕緣層內(nèi)產(chǎn)生激光的熱。由此，在柵電極的上方以外的區(qū)域，能夠有效地抑制激光的熱傳遞到基板。
[0050]此外，在本發(fā)明的薄膜晶體管陣列的制造方法的一技術(shù)方案中，在所述第三工序形成的所述柵極絕緣層優(yōu)選是氧化硅膜。
[0051 ] 根據(jù)本技術(shù)方案，可以由氧化硅膜形成柵極絕緣層。
[0052]此外，在本發(fā)明的薄膜晶體管陣列的制造方法的一技術(shù)方案中，在所述第三工序形成的所述柵極絕緣層優(yōu)選是氮化硅膜。
[0053]根據(jù)本技術(shù)方案，可以由氮化硅膜形成柵極絕緣層。
[0054]此外，本發(fā)明的薄膜晶體管陣列的一技術(shù)方案，包括:基板；多個柵電極，形成在所述基板上；柵極絕緣層，形成在所述多個柵電極上；結(jié)晶硅層，形成在與所述多個柵電極分別對應(yīng)的所述柵極絕緣層的上方區(qū)域；以及源電極及漏電極，形成在與所述多個柵電極分別對應(yīng)的所述結(jié)晶硅層的上方區(qū)域，所述結(jié)晶硅層是通過如下而形成的:在所述柵極絕緣層上形成非晶硅層后，使照射波長為473nm以上561nm以下的激光的激光光源相對于所述基板沿預(yù)定的方向相對移動，使所述激光照射到在所述柵電極的上方區(qū)域的所述非晶硅層，由此使在所述柵電極的上方區(qū)域的所述非晶硅層結(jié)晶化而形成所述結(jié)晶硅層，在將所述非晶硅層的光學膜厚除以所述激光的波長得到的值設(shè)為X，將所述柵極絕緣層的光學膜厚除以所述激光的波長得到的值設(shè)為Y，所述非晶硅層的光學膜厚是所述非晶硅層的膜厚乘以所述非晶硅層的折射率而得到的值，所述柵極絕緣層的光學膜厚是所述柵極絕緣層的膜厚乘以所述柵極絕緣層的折射率而得到的值時，所述X及所述Y是滿足如下式I)~式5)所規(guī)定的范圍的數(shù)值。在此，式 1)是 Y ≥-4400X6+12600X5-14900X4+9320X3-3250X2+594X-43.7，式 2)是 Y < 0.69，式 3)是 Y ≥ 0.33，式 4)是 X < 0.85，式 5)是 Y < -119000X6+529000X5-980000X4+965000X3-533000X2+157000X-19100。
[0055]根據(jù)本技術(shù)方案，通過使非晶硅層局部地結(jié)晶化，基于激光的熱通過柵極絕緣層被局部地傳遞到基板。由此，能夠?qū)⒆饔糜诨宓臒嶝摵梢种茷樾?，能夠抑制在基板產(chǎn)生裂紋或翹起。此外，由于能夠?qū)⒎蔷Ч鑼颖唤Y(jié)晶化時產(chǎn)生的應(yīng)力抑制為小，因此，由此也能抑制在基板產(chǎn)生裂紋或翹起。
[0056]此外，本發(fā)明的顯示裝置的一技術(shù)方案是，包括顯示面板和技術(shù)方案10所述的薄膜晶體管陣列，所述薄膜晶體管陣列驅(qū)動所述顯示面板。
[0057]根據(jù)本技術(shù)方案，能夠抑制在基板產(chǎn)生裂紋或翹起，能夠?qū)崿F(xiàn)高品質(zhì)(質(zhì)量)的顯示裝置。
[0058](實施方式)
[0059]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的制造方法、薄膜晶體管陣列及顯示裝置。本發(fā)明基于權(quán)利要求書的記載而確定。因此，以下的實施方式中的構(gòu)成要素中的、非權(quán)利要求記載的構(gòu)成要素不是實現(xiàn)本發(fā)明的課題所必須的，是作為構(gòu)成更優(yōu)選的實施方式而說明的。另外，各圖是示意圖，未必嚴格如圖所示。
[0060]圖1是表示本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列的結(jié)構(gòu)的剖面圖。如圖1所示，本實施方式的薄膜晶體管陣列200是通過將多個薄膜晶體管元件100a、100b配置成矩陣狀而構(gòu)成。另外，為了容易理解，在圖1中，僅圖示2個薄膜晶體管元件100a、100b。
[0061]薄膜晶體管元件100a、100b分別是底柵式的薄膜晶體管元件。薄膜晶體管元件100aUOOb是相同結(jié)構(gòu)，因此在以下說明薄膜晶體管元件100a的結(jié)構(gòu)。薄膜晶體管元件100a包括基板1、底涂層2、柵電極3a、柵極絕緣層6、結(jié)晶硅層7a、非晶硅層8a、接觸層9a、源電極IOSa及漏電極10Da。
[0062]基板I例如是由石英玻璃、無堿玻璃及高耐熱性玻璃等玻璃材料構(gòu)成的玻璃基板。
[0063]底涂層2形成在基板I上。該底涂層2由硅氮化物膜(SiNx)、硅氧化物膜(SiOy)及硅氮氧化物膜(SiOyNx)等構(gòu)成。底涂層2具有防止基板I中所含的鈉及磷等雜質(zhì)進入結(jié)晶硅層7a的作用。此外，該底涂層2還具有在激光退火法等高溫熱處理工藝中，使對基板I的熱影響緩和的作用。
[0064]柵電極3a以預(yù)定形狀圖案形成于底涂層2上。柵電極3a可以做成導(dǎo)電性材料及其合金等的單層構(gòu)造或多層構(gòu)造，可以由例如鑰(Mo)、鋁(Al)、銅(Cu)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉻(Cr)及鑰鎢(MoW)等構(gòu)成。
[0065]柵極絕緣層6覆蓋柵電極3a之上形成于底涂層2上。在本實施方式中，柵極絕緣層6由用氮化娃(Si3N4)構(gòu)成的氮化娃膜4和用氧化娃(SiO2)構(gòu)成的氧化娃膜5的層疊膜構(gòu)成。
[0066]結(jié)晶硅層7a形成在與柵電極3a對應(yīng)的柵極絕緣層6上的區(qū)域。該結(jié)晶硅層7a由多晶硅構(gòu)成。另外，如后所述，該結(jié)晶硅層7a是通過對非晶硅層12照射激光，使非晶硅層12結(jié)晶化而形成。[0067]非晶硅層8a形成在結(jié)晶硅層7a上。該非晶硅層8a由無定形硅構(gòu)成。本實施方式的薄膜晶體管元件IOOa具有將結(jié)晶硅層7a和非晶硅層8a層疊而成的2層構(gòu)造的溝道層。該溝道層是通過柵電極3a的電壓控制載流子的移動的層。
[0068]接觸層9a覆蓋結(jié)晶硅層7a及非晶硅層8a的側(cè)面和柵極絕緣層6的上面而形成。接觸層9a由高濃度地含有雜質(zhì)的非晶質(zhì)半導(dǎo)體膜構(gòu)成。接觸層9a例如可以由對無定形硅摻雜了作為雜質(zhì)的磷(P)的η型半導(dǎo)體膜構(gòu)成，是含有IX 1019atm / cm3以上的高濃度雜質(zhì)的η+層。
[0069]源電極IOSa及漏電極IODa形成于接觸層9a上。源電極IOSa及漏電極層IODa隔開間隔且相互相對地配置。源電極IOSa及漏電極IODa可以做成導(dǎo)電性材料及其合金等的單層構(gòu)造或多層構(gòu)造，例如由鋁(Al)、鑰(Mo)、鎢(W)、銅(Cu)、鈦(Ti)及鉻(Cr)等構(gòu)成。
[0070]薄膜晶體管元件IOOb與薄膜晶體管元件IOOa同樣，包括基板1、底涂層2、柵電極3b、柵極絕緣層6、結(jié)晶硅層7b、非晶硅層8b、接觸層％、源電極IOSb及漏電極IODb。
[0071]接著，使用圖2A?圖2L說明本實施方式的薄膜晶體管陣列200的制造方法。圖2A?圖2L是用于說明本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列200的制造方法的剖面圖。
[0072]首先，如圖2A所示，準備由玻璃基板構(gòu)成的基板I (第一工序)。接著，如圖2B所示，利用等離子CVD (Chemical Vapor Deposition)等在基板I上形成由娃氮化物膜、娃氧化物膜及硅氮氧化物膜等構(gòu)成的底涂層2。
[0073]接著，如圖2C所示，在底涂層2上形成多個柵電極3a、3b (第二工序)。在該第二工序中，例如可以在底涂層2上通過濺鍍形成由鑰鎢(MoW)構(gòu)成的柵極金屬膜，然后使用光刻法及濕式蝕刻法對柵極金屬膜進行圖案形成，由此形成預(yù)定形狀的柵電極3a、3b。鑰鎢(Moff)的濕式蝕刻例如可以通過使用將磷酸(HPO4)、硝酸(HNO3)、醋酸(CH3COOH)及水以預(yù)定的配比混合而成的藥液來進行。
[0074]其后，如圖2D所示，覆蓋多個柵電極3a、3b及底涂層2而形成柵極絕緣層6(第三工序)。在該第三工序中，首先，用等離子CVD等，覆蓋多個柵電極3a、3b及底涂層2而形成由氮化硅(Si3N4)構(gòu)成的氮化硅膜4。其后，用等離子CVD等在氮化硅膜4上形成由氧化硅(SiO2)構(gòu)成的氧化硅膜5。氧化硅膜5例如可以通過以預(yù)定的濃度比導(dǎo)入硅烷氣體(SiH4)及一氧化二氮氣體(N2O)而成膜。另外，在本實施方式中，氮化硅膜4的膜厚構(gòu)成為約80nm，氧化硅膜5的膜厚構(gòu)成為約75nm。另外，優(yōu)選，柵極絕緣層6相對于激光波長的消光系數(shù)為
0.01以下。由此，柵極絕緣層6成為幾乎不吸收激光的透明的層。
[0075]其后，如圖2所示，在柵極絕緣層6上形成非晶硅層12 (第四工序)。在該第四工序中，用等離子CVD等，形成由無定形硅構(gòu)成的非晶硅層12。另外，非晶硅層12例如可以通過以預(yù)定的濃度比導(dǎo)入硅烷氣體(SiH4)和氫氣(H2)而成膜。另外，在本實施方式中，非晶娃層12的膜厚構(gòu)成為約65nm。
[0076]接著，如圖2F所示，用激光退火法，使在柵電極3a、3b的上方區(qū)域的非晶硅層12結(jié)晶化，形成結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’(第五工序)。在該第五工序中，對在第四工序形成的非晶硅層12進行了脫氫處理后，用激光退火法，對非晶硅層12的整個區(qū)域照射來自激光光源13的激光。在該激光退火法中，在搭載有基板I的臺(未圖示)的位置被固定的狀態(tài)下，激光光源13相對于基板I在預(yù)定方向相對移動，由此被線狀聚光的激光對非晶硅層12的整個區(qū)域一邊掃描一邊照射?；蛘撸部梢詷?gòu)成為，在激光光源13的位置被固定的狀態(tài)下，搭載有基板I的臺相對于激光光源13在預(yù)定方向相對移動。在本實施方式中,激光退火法中所使用的激光是具有473nm以上561nm以下波長的綠色的激光。
[0077]另外，激光優(yōu)選以連續(xù)振蕩模式或準連續(xù)振蕩模式照射。其理由為，通過以連續(xù)振蕩模式或準連續(xù)振蕩模式照射激光，能夠?qū)⒎蔷Ч鑼?2保持為熔融狀態(tài)。另外，在用上述振蕩模式以外的振蕩模式、例如脈沖振蕩模式照射激光時，激光非連續(xù)地照射于非晶娃層12，因此難以將非晶硅層12保持為熔融狀態(tài)。另外，激光光源13可以由固體激光裝置、或使用半導(dǎo)體激光元件的激光裝置構(gòu)成。
[0078]在本實施方式中，在第三工序形成的柵極絕緣層6的膜厚及在第四工序形成的非晶硅層12的膜厚構(gòu)成為滿足后述的預(yù)定的關(guān)系式(式I~式5)。由此，如后所述，柵電極3a,3b的上方區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率大于柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率。因此，在柵電極3a、3b的上方區(qū)域，激光被非晶硅層12吸收、在非晶硅層12內(nèi)多次反射，因此該區(qū)域的非晶硅層12基于激光的熱而被結(jié)晶化。另一方面，在柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域，激光不會被非晶硅層12吸收而透射非晶硅層12，因此該區(qū)域的非晶硅層12不會被結(jié)晶化。因此，如圖3所示，在柵電極3a、3b的上方的區(qū)域形成由多晶硅構(gòu)成的結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’，在柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域形成由無定形硅構(gòu)成的非晶硅層區(qū)域12’。
[0079]在此，說明在第三工序形成的柵極絕緣層6的膜厚及在第四工序形成的非晶硅層12的膜厚應(yīng)滿足的預(yù)定關(guān)系式(式I~式5)。對于用于表達預(yù)定關(guān)系式的變量X、Y分別定義如下。首先將非晶硅層12的光學膜厚除以激光的波長而得到的值作為X，非晶硅層12的光學膜厚是在第四工序形成的非晶硅層12的膜厚乘以非晶硅層12的折射率而得的值。接著，將氮化硅膜4的膜厚乘以氮化硅膜4的折射率而得到的值即氮化硅膜4的光學膜厚、和氧化硅膜5的膜厚乘以氧化硅膜5的折射率而得到的值即氧化硅膜5的光學膜厚相加。然后，將該相加得到的值除以激光的波長而得到的值作為Y。
[0080]使用如此定義的Χ、Υ，確定柵極絕緣層6及非晶硅層12的優(yōu)選膜厚范圍。具體而言，柵極絕緣層6的膜厚及非晶硅層12的膜厚被構(gòu)成為滿足屬于下述式I~式5所規(guī)定的Χ、Υ。
[0081]Y ≥-4400Χ6+12600Χ5-14900Χ4+9320Χ3-3250Χ2+594Χ-43.7 (式 I)
[0082]Y ≤ 0.69 (式 2)
[0083]Y ≤ 0.33 (式 3)
[0084]X ≤ 0.85 (式 4)
[0085]Y ≤-119000Χ6+529000Χ5-980000Χ4+965000Χ3-533000Χ2+157000Χ-19100 (式5)
[0086]圖4是用于說明在用激光退火法形成結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’時，柵極絕緣層6及非晶硅層12分別存在合適的膜厚范圍的圖。在圖4中，橫軸表示上述X，縱軸表示上述Y。圖4表不相對于上述X、Y的大小，非晶娃層12的激光吸收率的差分(具體而言,在柵電極3a、3b的上方區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率與在柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率之差分)如何分布。
[0087]在圖4中虛線所包圍的區(qū)域是激光吸收率的差分大于0(8卩，在柵電極3a、3b的上方區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率大于在柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率)的區(qū)域，上述式I~式5是表示屬于該區(qū)域內(nèi)的X、Y的數(shù)學式。因此，通過使柵極絕緣層6的膜厚及非晶硅層12的膜厚分別構(gòu)成為滿足屬于式I~式5所規(guī)定的范圍的X、Y，從而在柵電極3a、3b的上方區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率大于在柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率。由此，在第五工序中對非晶硅層12照射了激光時，在柵電極3a、3b的上方區(qū)域形成結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’，在柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域形成非晶硅層區(qū)域12’。
[0088]上述的圖4的分布圖可基于圖5A~圖5C的各分布圖而得到。圖5A是表示在柵電極3a、3b的上方區(qū)域的、在第四工序形成的非晶硅層12的激光吸收率的分布圖。圖5B是表示在柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域的、在第四工序形成的非晶硅層12的激光吸收率的分布圖。圖5C是表示在柵電極3a、3b的上方區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率與在柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率之差分的分布圖。在圖5A~圖5C中，橫軸表示在第四工序形成的非晶硅層12的膜厚的實際尺寸值，縱軸表示在第三工序形成的柵極絕緣層6的膜厚的實際尺寸值。
[0089]圖5A及圖5B表示相對于柵極絕緣層6的膜厚及非晶硅層12的膜厚，非晶硅層12的激光吸收率如何分布。圖5C表示相對于柵極絕緣層6的膜厚及非晶硅層12的膜厚，非晶硅層12的激光吸收率的差分(具體而言，在柵電極3a、3b的上方區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率與在柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域的非晶硅層12的激光吸收率之差分)如何分布。
[0090] 若通過比較圖5A所示的激光吸收率和圖5B所示的激光吸收率，求使得圖5A所示的激光吸收率大于圖5B所示的激光吸收率的柵極絕緣層6的膜厚及非晶硅層12的膜厚的范圍，則為在圖5A~圖5C中虛線所包圍的區(qū)域。該區(qū)域與圖4中虛線所包圍的區(qū)域?qū)?yīng)。對圖5C中的橫軸和縱軸的膜厚分別進行光學換算，由此得到圖4的分布圖。
[0091]此外，在第五工序中，為了穩(wěn)定形成結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’，激光的能量密度優(yōu)選滿足預(yù)定關(guān)系式(式6~式8)。圖6是表示在第四工序形成的非晶硅層12的激光吸收率與激光的能量密度的相對值之間的關(guān)系的圖。在圖6中，橫軸(X軸)表示在第四工序形成的非晶硅層12的激光吸收率(％)?？v軸(y軸)表示將在第四工序形成的非晶硅層12的激光吸收率為23.2 (%)的情況下為使非晶硅層12結(jié)晶而形成結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’至少所需的激光的能量密度設(shè)為I時的相對值。此時，非晶硅層12的激光吸收率及激光的能量密度優(yōu)選構(gòu)成為:滿足屬于下述式6、式7及式8所規(guī)定的范圍的X、y。
[0092]20 ≤ X ≤ 50 (式 6)
[0093]y ≤ 42.9x-1.19 (式 7)
[0094]y ≤ -0.0041X+1.45 (式 8)
[0095]在圖6中，上側(cè)的曲線圖表示式8，下側(cè)的曲線圖表示式7。通過構(gòu)成為非晶硅層12的激光吸收率及激光的能量密度滿足屬于下述式6、式7及式8所規(guī)定的范圍的x、y，從而能夠穩(wěn)定地形成結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’。另外，在y的值小于式7所規(guī)定的范圍時，激光的能量密度過于降低，不能使非晶硅層12結(jié)晶化。在y的值大于式8所規(guī)定的范圍時，激光的能量密度過于增大，非晶硅層12會由于激光而受到損傷。
[0096]在進行了上述的第五工序之后，如圖2G所示，用等離子CVD在柵極絕緣層6上形成第2層非晶硅層8。其后，如圖2H所示，對結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’及非晶硅層區(qū)域12’進行圖案形成，用蝕刻將結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’及非晶硅層區(qū)域12’的應(yīng)除去部分除去。由此，在薄膜晶體管兀件100a、IOOb中，能夠形成結(jié)晶娃層7a、7b和非晶娃層8a、8b層疊而成的溝道層。
[0097]其后，如圖21所示，覆蓋結(jié)晶硅層7a、7b和非晶硅層8a、8b的側(cè)面和柵極絕緣層6形成接觸層9。在該工序中，例如用等離子CVD，形成由摻雜了磷(P)等5價元素的雜質(zhì)的無定形娃構(gòu)成的接觸層9。
[0098]其后，在接觸層9上圖案形成源電極10Sa、10Sb及漏電極10Da、10Db (第六工序)。在該第六工序中，首先，如圖2J所示，通過例如濺射形成由源電極IOSaUOSb及漏電極10Da、10Db的材料構(gòu)成的源極漏極金屬膜10。其后，為了形成預(yù)定形狀的源電極10Sa、IOSb及漏電極10Da、10Db，在源極漏極金屬膜10上涂敷抗蝕劑材料，進行曝光及顯影，形成圖案形成為預(yù)定形狀的抗蝕劑。接著，將該抗蝕劑作為掩模而實施濕式蝕刻，對源極漏極金屬膜10進行圖案形成，由此如圖2L所示，形成預(yù)定形狀的源電極IOSaUOSb及漏電極IODaUODb0此時，接觸層9作為蝕刻止擋層發(fā)揮作用。其后，除去源電極10Sa、IOSb及漏電極10Da、10Db上的抗蝕劑。
[0099]其后，如圖2L所示，將源電極IOSaUOSb及漏電極IODaUODb作為掩模實施干式蝕刻，由此對接觸層9b進行圖案形成，并且將源電極IOSaUOSb及漏電極IODaUODb圖案形成為島狀。由此，能夠?qū)⒔佑|層9a、9b、源電極10Sa、10Sb及漏電極IODaUODb形成為島狀。另外，作為干式蝕刻的條件，可以使用氯系(含氯的氣體)氣體。
[0100]通過以上操作，能夠制造本發(fā)明的實施方式的薄膜晶體管陣列200。
[0101]接著，說明本實施方式的薄膜晶體管陣列200的作用效果。圖7是表示對在第四工序形成的非晶硅層12照射了激光的狀態(tài)的俯視圖。在圖7中，標注了斜線的部分表示通過非晶硅層12被結(jié)晶化而形成有結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’的區(qū)域。在圖7中，區(qū)域15是柵電極3a、3b的上方區(qū)域，區(qū)域16是柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域。如圖7所示，在第五工序，僅在區(qū)域15形成結(jié)晶硅層區(qū)域7a’、7b’。
[0102]如此，通過非晶硅層12被局部地結(jié)晶化，基于激光的熱通過柵極絕緣層6局部地傳遞到基板I。由此，能夠?qū)⒆饔糜诨錓的熱負荷抑制為小，能夠抑制在基板I產(chǎn)生裂紋或翹起。此外，能夠?qū)⒃诜蔷Ч鑼?2被結(jié)晶化時產(chǎn)生的應(yīng)力抑制為小，由此也能抑制在基板I產(chǎn)生裂紋或翹起。
[0103]另外，如上所述，通過使柵極絕緣層6相對于激光波長的消光系數(shù)為0.01以下，由此激光幾乎不被柵極絕緣層6吸收，因此能夠抑制在柵極絕緣層6內(nèi)產(chǎn)生激光的熱。由此，能夠有效地抑制在柵電極3a、3b的上方以外的區(qū)域，激光的熱傳遞到基板I。
[0104]此外，圖8是表示激光對于非晶硅層12的照射面積與基板I的翹起量之間的關(guān)系的圖。如圖8所示可知，隨著激光的照射面積(即，由激光的照射使非晶硅層12結(jié)晶化的面積)增大，基板I的翹起量增大。這是由于激光的照射面積增大，從而作用于基板I的熱負荷增大的緣故。在以往的薄膜晶體管陣列的制造方法中，通過激光的照射，非晶硅層12的整個區(qū)域被結(jié)晶化，因此激光的照射面積約為100%，基板I的翹起量約為-ΙΟΟμπι。在本實施方式的薄膜晶體管陣列200的制造方法中，由于僅柵電極3a、3b的上方區(qū)域中的非晶硅層12被結(jié)晶化，因此激光的照射面積例如為約17%，基板I的翹起量約為20 μ m。如此，在本實施方式的薄膜晶體管陣列200的制造方法中，能夠大幅度降低基板I的翹起量。[0105]本實施方式的薄膜晶體管陣列200，例如可以裝載于如圖9所示的顯示裝置20。圖9所示的顯示裝置20包括由液晶面板以及有機EL面板等構(gòu)成的顯示面板21。該顯示板21由薄膜晶體管陣列200驅(qū)動。
[0106]以上，說明了本發(fā)明的實施方式，但不言而喻，上述實施方式所示的構(gòu)成僅是一例子，在不脫離發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)可以加以各種變形。
[0107]在上述實施方式中，由無定形硅構(gòu)成非晶硅層區(qū)域12’，但也可以用微晶硅構(gòu)成非晶硅層區(qū)域12’?；蛘?，也可以用微晶硅和無定形硅的混合物構(gòu)成非晶硅層區(qū)域12’。
[0108]在上述實施方式中，構(gòu)成為柵電極3a、3b的上方區(qū)域的非晶硅層12被結(jié)晶化，但是即使例如在柵電極3a、3b的上方區(qū)域的一部分存在非晶硅層12未結(jié)晶化的區(qū)域，在實用上也沒有影響。
[0109]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0110]本發(fā)明的薄膜晶體管陣列可廣泛利用于電視機、個人計算機及便攜式電話等的顯示裝置或其他具有薄膜晶體管陣列的各種電氣設(shè)備。
[0111]附圖標記的說明
[0112]1、51 基板
[0113]2、52 底涂層
[0114]3a、3b、53a、53b 棚電極
[0115]4、54氮化娃膜
[0116]5、55氧化娃膜
[0117]6、56柵極絕緣層
[0118]7a、7b結(jié)晶硅層
[0119]7a’、7b’結(jié)晶硅層區(qū)域
[0120]8a、8b非晶硅層
[0121]9、9a、9b 接觸層
[0122]10源極漏極金屬膜
[0123]IOSaUOSb 源電極
[0124]IODaUODb 漏電極
[0125]12、57非晶硅層
[0126]12b’非晶硅層區(qū)域
[0127]13激光光源
[0128]15、16、61、62 區(qū)域
[0129]20顯示裝置
[0130]21顯示面板
[0131]58結(jié)晶硅層
[0132]IOOaUOOb薄膜晶體管元件
[0133]200、500薄膜晶體管陣列
【權(quán)利要求】
1.一種薄膜晶體管陣列的制造方法，包括: 第一工序，準備基板； 第二工序，在所述基板上形成多個柵電極； 第三工序，在所述多個柵電極上形成柵極絕緣層； 第四工序，在所述柵極絕緣層上形成非晶硅層； 第五工序，使照射波長為473nm以上561nm以下的激光的激光光源相對于所述基板沿預(yù)定的方向相對移動，將所述激光照射到在所述柵電極的上方區(qū)域的所述非晶硅層，由此使在所述柵電極的上方區(qū)域的所述非晶硅層結(jié)晶化而形成結(jié)晶硅層區(qū)域；和第六工序，在所述結(jié)晶硅層區(qū)域的上方形成源電極及漏電極， 在將所述非晶硅層的光學膜厚除以所述激光的波長得到的值設(shè)為X，將所述柵極絕緣層的光學膜厚除以所述激光的波長得到的值設(shè)為Y，所述非晶硅層的光學膜厚是所述第四工序形成的所述非晶硅層的膜厚乘以所述非晶硅層的折射率而得到的值，所述柵極絕緣層的光學膜厚是所述第三工序形成的所述柵極絕緣層的膜厚乘以所述柵極絕緣層的折射率而得到的值時， 所述X及所述Y是滿足如下式I)~式5)所規(guī)定的范圍的數(shù)值，
式 1)Y ≤ -4400X6+12600X5-14900X4+9320X3-3250X2+594X-43.7
式 2) Y < 0.69
式 3) Y ≤ 0.33
式 4) X < 0.85
式 5)Y < -119000Χ6+529000Χ5-980000Χ4+965000Χ3-533000Χ2+157000Χ-19100。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管陣列的制造方法， 在將在所述第四工序形成的所述非晶硅層的所述激光的吸收率設(shè)為x%，將如下相對值設(shè)為y，所述相對值是將在所述第四工序形成的所述非晶硅層的所述激光的吸收率為23.2%的情況下使所述非晶硅層結(jié)晶化而形成所述結(jié)晶硅層區(qū)域所需的所述激光的能量密度設(shè)為I時的相對值時， 所述X及所述I是滿足如下式6)、式7)以及式8)所規(guī)定的范圍的數(shù)值， 式 6)20< X < 50 式 7)y ≤ 42.9x-1.19 式 8)y ≤-0.0041X+1.45 。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的薄膜晶體管陣列的制造方法， 在所述第五工序中，在所述柵電極的上方以外的區(qū)域形成非晶硅層區(qū)域， 在所述非晶硅層區(qū)域含有微晶硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜晶體管陣列的制造方法， 所述非晶硅層區(qū)域還含有非晶硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的薄膜晶體管陣列的制造方法， 在所述第五工序中，在所述柵電極的上方以外的區(qū)域形成非晶硅層區(qū)域， 在所述非晶硅層區(qū)域含有非晶硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5中的任一項所述的薄膜晶體管陣列的制造方法， 在所述第五工序中，所述激光光源以連續(xù)振蕩模式或準連續(xù)振蕩模式照射所述激光。
7.根據(jù)權(quán)利要求1飛中的任一項所述的薄膜晶體管陣列的制造方法， 在所述第三工序形成的所述柵極絕緣層相對于所述激光的波長的消光系數(shù)是0.01以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求f7中的任一項所述的薄膜晶體管陣列的制造方法， 在所述第三工序形成的所述柵極絕緣層是氧化硅膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求f7中的任一項所述的薄膜晶體管陣列的制造方法， 在所述第三工序形成的所述柵極絕緣層是氮化硅膜。
10.一種薄膜晶體管陣列，包括: 基板； 多個柵電極，形成在所述基板上； 柵極絕緣層，形成在所述多個柵電極上；結(jié)晶硅層，形成在與所述多個柵電極分別對應(yīng)的所述柵極絕緣層的上方區(qū)域；以及源電極及漏電極，形成在與所述多個柵電極分別對應(yīng)的所述結(jié)晶硅層的上方區(qū)域，所述結(jié)晶硅層是通過如下而形成的:在所述柵極絕緣層上形成非晶硅層后，使照射波長為473nm以上561nm以下的激光的激光光源相對于所述基板沿預(yù)定的方向相對移動,使所述激光照射到在所述柵電極的上方區(qū)域的所述非晶硅層，由此使在所述柵電極的上方區(qū)域的所述非晶硅層結(jié)晶化而形成所述結(jié) 晶硅層， 在將所述非晶硅層的光學膜厚除以所述激光的波長得到的值設(shè)為X，將所述柵極絕緣層的光學膜厚除以所述激光的波長得到的值設(shè)為Y，所述非晶硅層的光學膜厚是所述非晶硅層的膜厚乘以所述非晶硅層的折射率而得到的值，所述柵極絕緣層的光學膜厚是所述柵極絕緣層的膜厚乘以所述柵極絕緣層的折射率而得到的值時， 所述X及所述Y是滿足如下式I)~式5)所規(guī)定的范圍的數(shù)值，
式 1)Y ≤-4400X6+12600X5-14900X4+9320X3-3250X2+594X-43.7
式 2) Y < 0.69
式 3) Y ≤0.33
式 4) X < 0.85
式 5)Y < -119000Χ6+529000Χ5-980000Χ4+965000Χ3-533000Χ2+157000Χ-19100。
11.一種顯示裝置，包括顯示面板和權(quán)利要求10所述的薄膜晶體管陣列，所述薄膜晶體管陣列驅(qū)動所述顯示面板。
【文檔編號】H01L21/336GK103493186SQ201180006197
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月29日
【發(fā)明者】松本光正, 菅原祐太 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社
相關(guān)技術(shù)
網(wǎng)友詢問留言
已有0條留言
- 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊！
1