用于将激光束辐照到非晶硅薄膜上的装置

摘要

本发明涉及一种用于将激光束辐照到非晶硅薄膜上的装置，该非晶硅薄膜形成在基片上。该装置包括平板，可安装基片；激光振荡器，用于产生激光束；投影透镜，用于将该激光束聚焦并引导到薄膜上；反射器，用于反射被引导到薄膜上的激光束；控制器，用于控制反射器的位置；以及吸收器，用于吸收通过反射器反射的激光束。

说明书

本申请是2003年10月21日提交的名称为“多晶化方法、制造多晶硅薄膜晶体管的方法及用于该方法的激光辐照装置”的200380101946.7号发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种多晶化方法、制造多晶硅薄膜晶体管的方法及用于这些方法的激光辐照装置。

背景技术

通常，液晶显示器(″LCD″)包括具有电极的两个面板和置于其间的液晶层。将两个面板与用于密封液晶层的密封剂结合，将其围绕面板的边缘进行印刷。将两个面板通过分布在其间的隔板进行支撑。

液晶显示器通过利用电极向具有介电各向异性的液晶层施加电场并调整该电场的强度以控制通过面板的光量来显示所需要的图像。在这种情况下，将薄膜晶体管(TFT)用于控制传输到电极的信号。

液晶显示器所用的最普通薄膜晶体管适合将非晶硅作为半导体层。

非晶硅薄膜晶体管具有约0.5-1cm²/Vsec的迁移率(mobility)，其适用于液晶显示器的开关。然而，不足以用于在液晶显示面板上直接形成驱动电路。

为了克服这类问题，已经开发了一种包含具有20-150cm2/Vsec电子迁移率的多晶硅的薄膜晶体管液晶显示器。较高电子迁移率的多晶硅薄膜晶体管使得能够实施将芯片封装在玻璃上(chip inglass)的技术，以便显示面板嵌入其驱动电路。

用于获得多晶硅薄膜的技术包括沉积技术，在高温下将多晶硅直接沉积在基片上；固相结晶技术，沉积非晶硅并在约600℃的高温下结晶；沉积非晶硅并通过激光进行结晶的技术等等。然而，由于这些技术均需要高温过程，因此不适合应用在用于液晶显示器的玻璃基片。而且，它们由于非均匀的晶粒边界而导致具有在薄膜晶体管之间电特性不均匀的缺点。

为了解决这种问题，已经开发了一种能够调整晶粒边界分布的连续横向结晶过程。该过程是基于以下事实：液相区域和固相区域之间边界处的多晶硅晶粒在垂直于界面方向生长，其中液相区域暴露于激光束，而固相区域不暴露于激光束。提供了一种具有狭缝图案的掩模，并且激光束通过掩模的透射区域以完全熔化非晶硅，从而生成以狭缝图案排列的液相区域。其后，将已熔化的非晶硅冷却以进行结晶，晶体生长开始于没有暴露给激光束的固相区域边界，并且在垂直于界面的方向进行。在液相区域的中心当这些晶粒彼此相遇时停止生长。利用移动模具(die)进行连续横向结晶过程，将该模具在其上在水平方向安装包含非晶硅膜的面板，此时辐照激光束，并且沿着水平方向重复这类扫描步骤以覆盖面板的整个表面。

通过投影透镜进行连续横向结晶过程中的激光束辐照。这时，该激光束可以被精确地聚焦到所需要的位置。

然而，激光束的聚焦取决于投影透镜的温度而变化，以使用于薄膜晶体管的多晶硅层的结晶是不均匀的。为了解决这类问题，最重要的是开发一种在辐照激光束时保持投影透镜温度的技术。

发明内容

本发明目的在于，提供一种激光辐照装置以及一种制造利用该激光辐照装置的薄膜晶体管的方法，该激光辐照装置在连续横向结晶过程中能够精确地控制激光束的焦点。

根据本发明的一个方面，提供一种用于将激光束辐照到非晶硅薄膜上的装置，该非晶硅薄膜形成在基片上，该装置包括平板(stage)，可安装基片；激光振荡器，用于产生激光束；投影透镜，用于将激光束聚焦并引导到薄膜上；反射器，用于反射被引导到薄膜上的激光束；控制器，用于控制反射器的位置；以及吸收器，用于吸收通过反射器反射的激光束。

还提供了一种利用激光辐照装置制造薄膜晶体管的方法，该激光辐照装置包含投影透镜，该方法包括以下步骤：在基片上沉积非晶硅薄膜；在预热投影透镜后，通过具有狭缝图案的曝光掩模将来自激光辐照装置的激光束辐照到薄膜上以形成多晶硅层；图案化多晶硅层以形成半导体层；在半导体层上形成第一绝缘层；在第一绝缘层上形成栅极；向半导体层中注入杂质以形成源极及漏极区域；在栅极上沉积第二绝缘层；在第一绝缘层或第二绝缘层形成露出源极及漏极的多个接触孔；以及分别形成通过多个接触孔与源极及漏极区域连接的源极及漏极。

优选地，多晶硅层通过连续横向结晶而形成。

可以另外形成像素电极，该像素电极优选由透明导电材料或反射性导电材料组成并与漏极连接。

提供了一种利用激光辐照装置多晶化非晶硅薄膜的方法，该激光辐照装置包含投影透镜，该方法包括以下步骤：在基片上沉积非晶硅薄膜；在来自激光辐照装置的激光束没有辐照到薄膜的情况下，预热投影透镜；以及在预热后，将来自激光辐照装置的激光束辐照到薄膜上以进行多晶化。

优选地，在预热期间，来自激光辐照装置的激光束远离薄膜被反射。

附图说明

本发明将通过参照附图对本发明的优选实施例进行的详细描述而变得显而易见，其中：

图1A是示出用于通过辐照激光束将非晶硅结晶成多晶硅的连续横向结晶过程的示意图；

图1B示意性地示出了连续横向结晶过程中在从非晶硅结晶成多晶硅期间的多晶硅薄膜的具体结构；

图1C示意性地示出了在用于将非晶硅结晶成多晶硅的连续横向结晶过程中的扫描步骤；

图2A及图2B示出了根据本发明实施例的用于多晶化的激光辐照装置的示意图；

图3是多晶硅薄膜晶体管的截面图；以及

图4A至图4E是在制造多晶硅薄膜晶体管的方法的中间步骤中图3所示的多晶硅薄膜晶体管的截面图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够实施本发明，以下参照附图详细地说明本发明的优选实施例。然而，本发明可表现为不同形式，它不局限于在此说明的实施例。

在附图中，为了清楚，扩大了各层的厚度及区域。在全篇说明书中对相同元件附上相同的符号，应当理解的是当提到层、膜、区域、或基片等元件在别的部分“之上”时，指其直接位于别的元件之上，或者也可能有别的元件介于其间。相反，当某个元件被提到“直接”位于别的部分之上时，指并无别的元件介于其间。

下面，参照附图详细说明根据本发明一实施例的利用激光辐照装置制造薄膜晶体管的方法。

图1A是示出用于通过辐照激光束将非晶硅结晶成多晶硅的连续横向结晶过程的示意图，图1B示意性地示出了连续横向结晶过程中在从非晶硅结晶成多晶硅期间的多晶硅薄膜的具体结构，而图1C示意性地示出了在用于将非晶硅结晶成多晶硅的连续横向结晶过程中的扫描步骤。

如图1A所示，根据连续横向结晶过程，利用包括具有狭缝图案的透射区域310的掩模300将激光束施加于形成在绝缘基片上的非晶硅层200的多个局部区域，以完全熔化局部区域的非晶硅，以使在对应透射区域310的非晶硅层200区域形成多个液相区域。

此时，如图1B所示，多晶硅的晶粒从在暴露于激光束的液相区域210与固相区域220之间的界面生长，在此，该激光束没有沿着垂直于界面的方向被施加。当这些晶粒在液相区域中心相遇时它们停止生长。它们沿着这些晶粒的生长方向通过进行该步骤而被生长成具有所需要程度的不同尺寸，以继续晶粒的横向生长。

例如，图1C所示的横向结晶过程使用包括具有狭缝的多个透射区域301、302的掩模300。透射区域301、302的各狭缝以横向延伸，并且透射区域301、302形成多个列。各列的透射区域301、302以预定间距进行排列，并且在相邻的两个列中透射区域301、302偏移约该间距的一半。横向结晶过程在通过掩模(指的是作为一个景)辐照激光束后，相对于掩模300将基片在横向移动该列的宽度。由于透射区域301、302在x方向细长的，因此如图1B所示晶粒生长在y方向行进透射区域301和302的宽度。

通过安装基片的平板进行该基片的移动，同时将激光辐照装置进行固定。

图2A及图2B示出了根据本发明实施例的用于多晶化的激光辐照装置示意图。

根据本发明实施例的激光辐照装置通过频率振荡产生激光束，并且将激光束辐照到形成于绝缘基片100如玻璃的非晶硅薄膜上。参照图2A及图2B，激光辐照装置包括平板400，用于固定和支撑基片100；激光振荡器500，用于产生具有预定频率的均匀激光束；光学单元600；投影透镜700；反射器820；吸收器830；以及控制部810。

光学单元600给予所产生的激光束所需的能量，除去激光束的残留影像，并且使激光束的频率均匀。投影透镜700聚集激光束，以使该激光束被正确地聚焦到基片100的非晶硅薄膜上。

如图2A所示，在控制部810的控制下，反射器820通过投影透镜700向吸收器830反射由光学单元600辐照的激光束，以使在用预定温度预热投影透镜700过程中基片100的非晶硅层不暴露于激光束；以及，如图2B所示，在控制部810的控制下，它远离基片100移动，以使当投影透镜700的温度被稳定并且投影透镜700的聚焦完成时，非晶硅层及时地暴露于激光束。

当投影透镜已经达到预定温度以使激光束精确而均匀地被聚焦在非晶硅薄膜上时，根据本发明实施例的激光辐照装置使得能够通过将激光束辐照在非晶硅层上进行均匀多晶化。

下面，将详细描述根据本发明实施例的薄膜晶体管及其利用激光辐照装置的制造方法。

图3是多晶硅薄膜晶体管的截面图，而图4A至图4E是在制造多晶硅薄膜晶体管的方法的中间步骤中图3所示的多晶硅薄膜晶体管的截面图。尽管附图和其描述说明了用于像素电极的薄膜晶体管，但基片上用于驱动电路的薄膜晶体管也通过类似的方法形成。

如图3所示，在绝缘基片10上形成由多晶硅组成的半导体层20。半导体层20包括通道区域21和相对于通道区域21彼此相对的源极区域及漏极区域22、23。这里，源极区域及漏极区域22、23被掺杂n型或p型杂质并且可以包括硅化物层。

在基片10上形成优选由SiO₂或SiN_x组成并覆盖导体层20的栅极绝缘层30，并且在与通道区域21相对的栅极绝缘层30上形成栅极40。

在栅极绝缘层30上形成覆盖栅极40的层间绝缘层50，并且栅极绝缘层30和层间绝缘层50具有露出源极区域及漏极区域22、23的接触孔52、53。

在层间绝缘层50上形成源极62通过接触孔52与源极区域22连接，而漏极63相对于栅极40与源极62相对并通过接触孔53与漏极区域23连接。

层间绝缘层用具有露出漏极63的接触孔73的保护层70覆盖。在保护层70上形成像素电极80。像素电极80是由透明导电材料如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)或反射性导电材料组成，并且通过接触孔73与漏极63连接。

如图4A所示，在制造根据本发明实施例的薄膜晶体管的方法中，利用低压化学汽相沉积法、等离子增强气相沉积或溅射法在基片10上沉积非晶硅而在绝缘基片10上形成非晶硅薄膜25。

其后，利用具有如图1C所示狭缝图案的掩模和如图2A及图2B所示的激光辐照装置通过连续横向结晶过程形成多晶硅薄膜25。更具体而言，将辐照装置的投影透镜700进行预热直至投影透镜700的温度达到预定温度。在预热投影透镜700期间，控制器810控制反射器820，以使反射器820将激光束反射到吸收器830，用以防止激光束被辐照到非晶硅薄膜25上。在使投影透镜700的温度保持均匀后，将激光束进行聚焦并辐照到非晶硅薄膜25上，以便通过从基片100将反射器820移开而开始结晶非晶硅。以这种方式所形成的多晶硅层25晶粒可以被均匀地形成以使薄膜晶体管的性能特征均匀。

如图4B所示，通过利用掩模的光学蚀刻将多晶层25图案化，以便形成多晶硅半导体层20。

如图4C所示，沉积氧化硅或氮化硅以形成栅极绝缘层30。接着，沉积用于栅极布线的导电性材料并进行图案化以形成栅极40。接着，如图4C所示，利用作为掩模的栅极40向半导体层20离子注入n型或p型杂质，并且进行激活以形成源极区域及漏极区域22、23。源极区域及漏极区域22、23之间通过通道区域21限定。

如图4D所示，在栅极绝缘层30上形成覆盖栅极40的层间绝缘层50，然后层间绝缘层50以及栅极绝缘层30和平面化层90进行图案化以形成露出半导体层20的源极区域及漏极区域22、23的接触孔52、53。

如图4E所示，在绝缘基片10上沉积用于数据布线的金属并进行图案化，以便通过接触孔52、53形成分别与源极区域及漏极区域22、23连接的源极及漏极62、63。

接着，如图3所示，在其上沉积保护层70，并且进行图案化以形成露出漏极63的接触孔73。沉积诸如ITO或IZO这样的透明导电材料或反射性导电材料并进行图案化以形成像素电极80。

如上所述，当投影透镜达到预定温度以使激光束准确而均匀地聚焦在非晶硅薄膜上时，根据本发明的激光辐照装置能够通过将激光束辐照到非晶硅上而进行均匀的多晶化。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。