使非晶硅层结晶的方法、薄膜晶体管及其制造方法

摘要

本发明公开了一种使非晶硅层结晶的方法、利用该方法来制造薄膜晶体管的方法以及利用该制造方法制造的薄膜晶体管，所述结晶方法包括以下步骤：形成非晶硅层；在非晶硅层上彼此分开地设置结晶催化剂颗粒；从非晶硅层的一部分选择性地去除结晶催化剂颗粒；通过热处理使非晶硅层结晶。

说明书

技术领域

所描述的技术总体上涉及一种使非晶硅层结晶的方法、一种利用该方法来制造薄膜晶体管的方法以及利用该制造方法制造的薄膜晶体管。

背景技术

例如有源矩阵型液晶显示器或者有机发光二极管显示器之类的显示器包括薄膜晶体管。通常采用在电场效应迁移率和针对温度和光的稳定性方面较好的多晶硅层作为薄膜晶体管的半导体层。

通过使非晶硅层结晶来形成多晶硅层，激光工艺等被广泛地用作结晶方法。激光工艺的示例包括瞬时辐射高功率准分子激光脉冲的准分子激光退火(ELA)方法、诱导硅晶体横向生长的顺序横向固化(SLS)方法、利用金属晶体的扩散的金属诱导结晶(MIC)方法、通过利用结晶催化剂的扩散来诱导硅晶体生长的金属诱导横向结晶(MILC)方法、或者其它类似的方法。

在这些方法中，MIC方法或者MILC方法由于能够获得精细的多晶硅晶体而是有效的。然而，如果在结晶过程中采用的结晶催化剂在半导体层中残留的量大，则会导致电流泄露，从而导致薄膜晶体管的性质劣化。

在该背景部分中公开的上述信息仅是为了增强对所描述技术的背景的理解，因此上述信息可以包括对于本领域普通技术人员来说不构成在本国已知的现有技术。

发明内容

本发明的方面提供了一种使非晶硅层结晶方法，该方法的优点在于当通过利用金属催化剂的扩散来形成包含多晶硅的半导体层时有效地吸取金属催化剂。因此，减小了半导体层中剩余的金属催化剂的量。此外，本发明的方面致力于提供一种利用使非晶硅层结晶的方法来制造薄膜晶体管的方法以及由此制造的薄膜晶体管。

本发明的方面提供了一种结晶方法，所述结晶方法包括以下步骤：形成非晶硅层；在非晶硅层上彼此分开地设置结晶催化剂颗粒；从非晶硅层的一部分选择性地去除结晶催化剂颗粒；通过热处理使非晶硅层结晶。

根据本发明的方面，在使非晶硅层结晶的过程中结晶的结晶区域可以包括：第一区域，位于结晶催化剂颗粒下方，并且通过超颗粒硅(SGS)或者金属诱导结晶(MIC)来结晶；第二区域，位于第一区域的两侧上，并且通过金属诱导横向结晶(MILC)来结晶。

根据本发明的方面，所述结晶方法还可以包括在非晶硅层结晶之后去除未结晶的区域。

根据本发明的方面，选择性地去除结晶催化剂颗粒可以包括：形成绝缘层，以覆盖结晶催化剂颗粒；将绝缘层图案化。

根据本发明的方面，所述结晶方法还可以包括在形成非晶硅层和设置结晶催化剂颗粒之间在非晶硅层上形成辅助绝缘层。

根据本发明的方面，在将绝缘层图案化的过程中，辅助绝缘层可以与绝缘层一起并且按照与绝缘层的图案相同的图案被图案化。所述结晶方法还可以包括在使非晶硅层结晶之后按照与绝缘层的图案相同的图案使辅助绝缘层图案化。

根据本发明的方面，结晶催化剂颗粒可以包括镍(Ni)，在设置结晶催化剂颗粒的过程中，可以按照10¹¹个颗粒/cm²至10¹⁵个颗粒/cm²的密度沉积结晶催化剂颗粒。

根据本发明的方面，可以在200℃至900℃的温度下执行非晶硅层的结晶的热处理。

根据本发明的方面，提供了一种制造薄膜晶体管的方法，所述薄膜晶体管包括半导体层、栅电极、源电极和漏电极，其中，半导体层具有限定的沟道区、源区和漏区，栅电极对应于沟道区形成，栅极绝缘层设置在栅电极和沟道区之间，源电极和漏电极分别电连接到源区和漏区。在该制造方法中，形成所述半导体层包括：形成非晶硅层；在非晶硅层上彼此分开地设置结晶催化剂颗粒；从非晶硅层的一部分选择性地去除结晶催化剂颗粒；通过热处理使非晶硅层结晶。

根据本发明的方面，在结晶过程中结晶的结晶区域可以包括：第一区域，位于结晶催化剂颗粒下方，并且通过超颗粒硅(SGS)或者金属诱导结晶(MIC)来结晶；第二区域，位于第一区域的两侧上，并且通过金属诱导横向结晶(MILC)来结晶。

根据本发明的方面，所述制造方法还可以包括在非晶硅层结晶之后去除未结晶的区域。

根据本发明的方面，选择性地去除结晶催化剂颗粒可以包括：形成绝缘层，以覆盖结晶催化剂颗粒；将绝缘层图案化。

根据本发明的方面，所述制造方法还可以包括在形成非晶硅层和设置结晶催化剂颗粒之间在非晶硅层上形成辅助绝缘层。

根据本发明的方面，在将绝缘层图案化的过程中，辅助绝缘层可以与绝缘层一起并且按照与绝缘层的图案相同的图案被图案化。所述制造方法还可以包括在使非晶硅层结晶之后按照与绝缘层的图案相同的图案使辅助绝缘层图案化。绝缘层和辅助绝缘层可以具有不同的蚀刻选择值。

根据本发明的方面，在使非晶硅层结晶之后，可以去除绝缘层或者去除绝缘层和辅助绝缘层。

根据本发明的方面，在选择性地去除结晶催化剂颗粒的过程中，剩余的结晶催化剂颗粒可以被设置为与沟道区对应。另外，沟道区可以包括第一区域，源区和漏区两者包括第二区域。

根据本发明的方面，在这种情况下，所述制造方法还可以包括在使非晶硅层结晶之后去除未结晶区域。这里，在去除未结晶区域的过程中，可以去除整个未结晶区域，使得源区和漏区两者仅包括第二区域。可选地，在去除未结晶区域的过程中，可以仅去除未结晶区域的一部分，使得源区和漏区两者包括部分未结晶区域和第二区域。

根据本发明的方面，在选择性地去除结晶催化剂颗粒的过程中，剩余的结晶催化剂颗粒可以被设置为与源区和漏区的一部分对应或者与源区和漏区的整个对应。另外，沟道区可以包括第二区域，源区和漏区两者可以包括第一区域。

根据本发明的方面，在这种情况下，所述制造方法还可以包括在使非晶硅层结晶之后去除未结晶区域。这里，在去除未结晶区域的过程中，可以与未结晶区域一起去除第一区域的外侧上的第二区域，使得源区和漏区两者仅包括第一区域。可选择地，在去除未结晶区域的过程中，可以去除未结晶区域，使得源区和漏区两者包括第二区域和第一区域。

根据本发明的方面，所述制造方法还可以包括在形成半导体层之前形成栅电极和在栅电极上形成栅极绝缘层；在形成半导体层之后形成源电极和漏电极。因此，可以制造具有底栅结构的薄膜晶体管。

根据本发明的方面，在形成半导体层之后，所述制造方法还可以包括：形成源电极和漏电极；在绝缘层、源电极和漏电极上形成栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成栅电极。因此，可以制造具有顶栅结构的薄膜晶体管。

根据本发明的方面，绝缘层可以作为源电极和漏电极的蚀刻停止件。

根据本发明的方面，结晶催化剂颗粒可以包括镍(Ni)，在设置结晶催化剂颗粒的过程中，可以按照10¹¹个颗粒/cm²至10¹⁵个颗粒/cm²的密度沉积结晶催化剂颗粒。

根据本发明的方面，可以在200℃至900℃的温度下执行非晶硅层的结晶的热处理。

本发明的方面提供了一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：半导体层，具有限定的沟道区、源区和漏区；栅电极，对应于沟道区形成，栅极绝缘层设置在栅电极和沟道区之间；源电极，电连接到源区；漏电极，电连接到漏区。沟道区可以包括通过超颗粒硅(SGS)或者金属诱导结晶(MIC)而结晶的第一区域，其中，源区和漏区两者可以包括通过金属诱导横向结晶(MILC)而结晶的第二区域。

根据本发明的方面，源区和漏区两者可以仅包括第二区域。可选地，源区和漏区两者可以包括由非晶硅形成的未结晶区域及第二区域。

根据本发明的方面，所述薄膜晶体管还可以包括对应于沟道区形成的绝缘层。所述薄膜晶体管还可以包括设置在绝缘层和半导体层之间的辅助绝缘层。

根据本发明的方面，根据本实施例的薄膜晶体管可以具有顶栅结构，其中，栅极绝缘层位于在栅电极上，其中，半导体层位于栅极绝缘层上，绝缘层位于半导体层上，其中，源电极和漏电极位于半导体层上。

根据本发明的方面，根据本实施例的薄膜晶体管可以具有顶栅结构，其中，绝缘层位于半导体层上，源电极和漏电极位于半导体层上，栅极绝缘层位于源电极和漏电极上，栅电极位于栅极绝缘层上。

根据本发明的方面，绝缘层可以作为源电极和漏电极的蚀刻停止件。

在根据本发明方面的薄膜晶体管中，包含在绝缘层和半导体层之间的界面中的结晶催化剂颗粒的量可以大于绝缘层或半导体层中的结晶催化剂颗粒的量。

在根据本发明方面的薄膜晶体管中，包含在绝缘层和辅助绝缘层之间的界面中的结晶催化剂颗粒的量可以大于绝缘层或者辅助绝缘层中的结晶催化剂颗粒的量。

根据本发明的方面，所述使非晶硅层结晶的方法可以通过在结晶催化剂颗粒仅位于非晶硅层的选择的区域上的状态下执行热处理，使结晶催化剂颗粒扩散到非结晶区域的不包含结晶催化剂颗粒的选择的区域中。即，不包含结晶催化剂颗粒的非晶硅层可以用于吸取结晶催化剂颗粒，从而可以有效地降低半导体层中的剩余结晶催化剂颗粒的量。

根据本发明的方面提供了一种制造薄膜晶体管的方法，所述方法可以通过使用根据如上所述实施例的使非晶硅层结晶的方法来降低半导体层中剩余的结晶催化剂颗粒的量。通过制造薄膜晶体管的方法制造的薄膜晶体管中的漏电流可以被最小化，从而改进薄膜晶体管的性能。

本发明的附加方面和/或优点将在下面的描述中部分地阐述，并且部分地通过描述将是清楚的，或者可以通过本发明的实践而获知。

附图说明

通过结合附图对实施例进行的以下描述，本发明的这些和/或其它方面以及优点将变得清楚并且更容易理解，在附图中：

图1是示出根据实施例的使非晶硅层结晶的方法的流程图；

图2A至图2F是顺序示出根据图1的结晶方法的工艺的剖视图；

图3A至图3H是顺序示出根据另一改进实施例的使非晶硅层结晶的方法的工艺的剖视图；

图4A至图4G是顺序示出根据又一实施例的使非晶硅层结晶的方法的工艺的剖视图；

图5是示出根据又一实施例的制造薄膜晶体管的方法的流程图；

图6A至图6D是顺序示出根据图5的实施例的制造薄膜晶体管的方法的工艺的剖视图；

图7是示出通过根据另一实施例的制造薄膜晶体管的方法制造的薄膜晶体管的剖视图；

图8是示出在根据另一实施例的制造薄膜晶体管的方法中去除未结晶区域的操作的剖视图；

图9是示出通过根据图8的实施例的制造薄膜晶体管的方法制造的薄膜晶体管的剖视图；

图10A至图10C是示出根据另一实施例的制造薄膜晶体管的方法的一些工艺的剖视图；

图11是示出通过根据图10A至图10C的实施例的制造薄膜晶体管的方法制造的薄膜晶体管的剖视图；

图12A至图12C是示出根据另一实施例的制造薄膜晶体管的方法的形成半导体层的操作中的一些工艺的剖视图；

图13是示出通过根据图12A至图12C的实施例的制造薄膜晶体管的方法制造的薄膜晶体管的剖视图；

图14是示出根据另一实施例的制造薄膜晶体管的方法的形成半导体层的操作的选择性地去除结晶催化剂颗粒的操作的剖视图；

图15是示出通过根据另一实施例的制造薄膜晶体管的方法制造的薄膜晶体管的剖视图；

图16是示出根据另一实施例的制造薄膜晶体管的方法的流程图；

图17是示出根据图16的实施例制造的薄膜晶体管的剖视图；

图18是示出根据另一实施例的薄膜晶体管的剖视图；

图19是示出根据本发明方面的在试验示例和对比示例中半导体层和绝缘层中的SIMS(二次离子质谱)的轮廓的曲线图。

具体实施方式

现在将对本发明的当前实施例进行详细的描述，附图中示出了本发明的示例，其中，相同的标号始终表示相同的元件。下面描述实施例，从而通过参照附图来解释本发明。

应该理解，在此陈述一个元件、膜或层“形成在”或“设置在”第二元件、层或膜“上”的情况下，所述第一元件、层或膜可以直接形成或直接设置在第二元件、层或膜上，或者可以在第一元件、层或膜与第二元件、层或膜之间存在中间元件、层或膜。另外，如在此使用的，使用的术语“形成在......上”具有与“位于......上”或“设置在......上”的意思相同的意思，而不意图对任何具体制造工艺进行限定。

在下文中，将参照图1和图2A至图2F来描述根据实施例的使硅层结晶的方法。图1是示出根据实施例的使非晶硅层结晶的方法的流程图。图2A至图2F是顺序示出根据图1的结晶方法的工艺的剖视图。

参照图1，使非晶硅层结晶的方法包括形成非晶硅层的操作ST1、设置结晶催化剂颗粒的操作ST2、形成绝缘层的操作ST3、选择性地去除结晶催化剂颗粒的操作ST4、对非晶硅层执行结晶的操作ST5以及去除未结晶区域的操作ST6。

如图2A中所示，在形成非晶硅层的操作ST1中，在基底10的缓冲层12上形成非晶硅层200。

缓冲层12由能够防止杂质元素渗透并且能够提供平坦表面的各种材料形成。例如，缓冲层12由氮化硅(SiN_x)层、氧化硅(SiO₂)层、氧氮化硅(SiO_xN_y)层或者其它类似的材料构成。然而，本发明的方面不限于此，缓冲层12不是必需的。因此，考虑到基底10的种类、工艺条件和其它类似的条件，可以不形成缓冲层12。

通过气相沉积来形成非晶硅层200。例如，通过诸如PECVD(等离子体增强化学气相沉积)方法、LPCVD(低压化学气相沉积)方法、HWCVD(热丝化学气相沉积)的气相沉积方法来形成非晶硅层200。然而，本发明的方面不限于此，并且非晶硅层200可以通过各种方法来形成。

接下来，如图2B中所示，在设置结晶催化剂颗粒的操作ST2中，通过气相沉积将结晶催化剂颗粒22设置在非晶硅层200上。在本实施例中，由于仅沉积少量的结晶催化剂颗粒22，所以结晶催化剂颗粒22不形成膜。结晶催化剂颗粒22以颗粒为单位分开或者按组分开。在图2B中，作为示例，示出了结晶催化剂颗粒22形成为以颗粒为单位彼此分开的情况。

结晶催化剂颗粒22是一种或两种或更多种金属材料，例如，镍(Ni)、钯(Pd)、钛(Ti)、银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、锡(Sn)、锑(Sb)、铜(Cu)、钴(Co)、铬(Cr)、钼(Mo)、铽(Tb)、钌(Ru)、镉(Cd)、铂(Pd)。然而，本发明的方面不限于此，可以使用其它适合的金属材料。

例如，当采用镍(Ni)作为结晶催化剂颗粒22时，可以按照10¹¹个颗粒/cm²至10¹⁵个颗粒/cm²的密度沉积结晶催化剂颗粒22。如果按照低于10¹¹个颗粒/cm²的密度沉积结晶催化剂颗粒22，则由于作为晶核的种子的量少，所以在利用结晶催化剂进行结晶过程中存在困难。如果按照超过10¹⁵个颗粒/cm²的密度沉积结晶催化剂颗粒22，则因为结晶催化剂颗粒22扩散到非晶硅层200中的量增加，所以非晶硅层200中的剩余的结晶催化剂颗粒22的量增加。增加的剩余结晶催化剂颗粒22在硅层经历结晶之后劣化硅层的性质。

接下来，如图2C和图2D中所示，选择性地去除结晶催化剂颗粒22。首先，如图2C中所示，在形成绝缘层的操作ST3中，形成绝缘层24a，以覆盖结晶催化剂颗粒22。绝缘层24a可以由各种材料形成。在本实施例中，绝缘层24a通过气相沉积由氧化硅形成。

下面，如图2D中所示，在选择性地去除结晶催化剂颗粒的操作ST4中，对绝缘层24a执行图案化，以选择性地去除结晶催化剂颗粒22。即，如果通过图案化来去除一部分绝缘层24a，则与绝缘层24a的被去除的部分一起去除结晶催化剂颗粒22的一部分。通过蚀刻去除绝缘层24a的所述部分。然而，本发明的方面不限于此，可以通过各种方法来去除绝缘层24a的所述部分。

接下来，如图2E中所示，对非晶硅层执行结晶的操作ST5中，执行热处理来使非晶硅层200的一部分结晶，形成多晶硅区域20。

在200℃至900℃的温度下执行热处理几秒至几小时的持续时间，以使结晶催化剂颗粒22扩散到非晶硅层200。如果热处理温度低于200℃或者热处理时间段太短，则结晶催化剂颗粒22的扩散会不顺利。如果热处理温度超过900℃或者热处理时间段太长，则可能扭曲基底10。即，本实施例中的热处理温度和时间段根据结晶效率、制造良率和制造成本以及其它类似考虑来确定。

在本实施例中，在400℃至750℃的温度下执行热处理大约5分钟至大约120分钟。热处理使结晶催化剂颗粒22扩散到绝缘层24中并且扩散到非晶硅层200。扩散到非晶硅层200中的结晶催化剂颗粒22与硅(Si)结合，以作为使非晶硅层200结晶的种子。晶体在非晶硅层200中的种子周围生长，以形成多晶硅区域20。多晶硅层20的侧部留下非晶硅层200的未结晶区域200’。

结晶的多晶硅区域20包括位于结晶催化剂颗粒22下方的第一区域20a，还包括位于第一区域20a的两个相对侧和各个侧部的第二区域20b。第一区域20a和第二区域20b通过不同的结晶机理结晶。其中扩散有相对大量的结晶催化剂颗粒22的第一区域20a通过SGS(超颗粒硅)或MIC(金属诱导结晶)来结晶。位于第一区域20a两侧上的第二区域20b通过MILC(金属诱导横向结晶)来结晶。在本实施例中，通过SGS、金属诱导结晶或者金属诱导横向结晶来执行结晶。因此，形成的多晶硅具有精细的晶体颗粒并且制造的多晶硅区域20具有优良的性质。

在本实施例中，在热处理之前选择性地去除结晶催化剂颗粒22。因此，在热处理工艺期间，结晶催化剂颗粒22容易地扩散到非晶硅层200的其上没有结晶催化剂颗粒22的区域中。即，非晶硅层200的其上没有结晶催化剂颗粒22的区域可以吸取结晶催化剂颗粒。所述吸取降低了通过结晶形成的多晶硅区域20中的结晶催化剂颗粒22的浓度。

在利用多晶硅区域20作为半导体层的薄膜晶体管中，多晶硅区域20中的剩余结晶催化剂颗粒22会导致漏电流。在本实施例中，如果将具有低浓度的剩余结晶催化剂颗粒22的多晶硅区域20应用到薄膜晶体管，则可以将漏电流最小化，从而提高薄膜晶体管的性质。

接下来，如图2F中所示，在去除未结晶区域的操作ST6中，通过蚀刻去除非晶硅层200的未结晶区域200’(见图2E)。然而，本发明的方面不限于此，可以采用去除未结晶区域200’的其它合适的方法。在图2F中，示出了仅去除了未结晶区域200’的情况。然而，根据半导体层的期望形状，未结晶区域200’可以与多晶硅区域20的一部分一起去除，或者可以保留未结晶区域200’的一部分。

通过蚀刻去除绝缘层24，或者可以保留绝缘层24作为薄膜晶体管中的栅极绝缘层或者蚀刻停止件。关于制造薄膜晶体管的方法，下面将更详细地描述将绝缘层24作为蚀刻停止件或者栅极绝缘层的情况。在本实施例中，选择性地形成结晶催化剂颗粒22，这样使得非晶硅层200的其上没有设置结晶催化剂颗粒22的部分吸取结晶催化剂颗粒22。因此，可以降低多晶硅区域20中的结晶催化剂颗粒的浓度，从而提高薄膜晶体管的性能。

下面将参照图3A至图3H以及图4A至图4G来描述根据图2A至图2F的实施例的改进实施例的结晶方法。为了进行清楚的解释，将省略与图2A至图2F的实施例中的元件或操作类似的元件或操作的描述，并且将仅描述不同的元件。

图3A至图3H顺序地示出根据另一改进实施例的使非晶硅层200结晶的方法的工艺的剖视图。在本实施例中，在如图3A中所示形成非晶硅层200的操作ST1和如图3C中所示设置结晶催化剂颗粒22的操作ST2之间，还包括如图3B中所示的形成辅助绝缘层26的操作ST7。因此，在设置结晶催化剂颗粒22的操作ST2中，结晶催化剂颗粒22被设置在辅助绝缘层26上。

接下来，顺序执行如图3D中所示的形成绝缘层24a的操作ST3、如图3E中所示的选择性地去除结晶催化剂颗粒22的操作ST4、如图3F中所示的对非晶硅层执行结晶的操作ST5。由于这些操作与参照图2C至图2E的操作相同，将省略对这些操作的详细描述。

在本实施例中，由于如图3B中所示的辅助绝缘层26设置在结晶催化剂颗粒22下方，所以在如图3F中所示的执行结晶的操作ST5中，当结晶催化剂颗粒22扩散时，辅助绝缘层26可以吸取结晶催化剂颗粒22。因此，可以进一步降低在多晶硅区域20中剩余的结晶催化剂颗粒22的量。

接下来，参照图3G，按照与绝缘层24a的图案相同的图案执行将辅助绝缘层26图案化的操作ST8。此时，绝缘层24用作掩膜来将辅助绝缘层26图案化。在这种情况下，绝缘层24和辅助绝缘层26具有不同的蚀刻选择值。然而，本发明不限于此，绝缘层24和辅助绝缘层26可以具有相同的蚀刻选择性。

剩余的绝缘层24和辅助绝缘层26用作蚀刻停止件，以形成薄膜晶体管。下面将针对制造薄膜晶体管的方法来更详细地描述绝缘层24和辅助绝缘层26用作蚀刻停止件来形成薄膜晶体管的情况。

图4A至图4G是顺序示出根据另一改进实施例的使非晶硅层200结晶的方法的工艺的剖视图。

在本实施例中，如图4A中所示，在基底10上形成缓冲层12和非晶硅层200。接下来，如图4B中所示，在非晶硅层200上形成辅助绝缘层26。接下来，如图4C中所示，在非晶硅层200上形成结晶催化剂颗粒22。接下来，如图4D中所示，形成绝缘层24a。然后，如图4E中所示，将绝缘层24a和辅助绝缘层26图案化，以选择性地去除结晶催化剂颗粒22。接着，如图4F中所示，使非晶硅层200的一部分结晶，以形成具有第一区域20a和第二区域20b的多晶硅区域20，在多晶硅区域20的侧部留下未结晶区域200’。接着，如图4G中所示，去除未结晶区域200’。

即，在本实施例中，在选择性地去除绝缘层的操作ST4中，辅助绝缘层26与绝缘层24a一起并且按照相同的图案被图案化。因此，除了省略了单独将辅助绝缘层26图案化的操作ST8之外，本实施例与图3A至图3H的实施例相似。由于与绝缘层24a一起去除辅助绝缘层26，所以与图3A至图3H的实施例相比，可以减少工艺的数量。因此，可以简化工艺并且降低制造成本。

在下文中，下面将更详细地描述利用如上所述使非晶硅层200结晶的方法来制造薄膜晶体管的方法以及由此制造的薄膜晶体管。

制造薄膜晶体管的方法包括通过采用如上所述使非晶硅层200结晶的方法来形成半导体层。此外，该方法包括与半导体层一起形成栅电极、源电极和漏电极。然而，省略了例如使非晶硅层结晶的方法的一部分的描述，将参照前面的图来描述与使非晶硅层结晶的方法对应的操作。在相关的图中，通过采用与在前面讨论的实施例中的标号相同的标号来表示相同或相似的元件。

图5是示出根据另一实施例的制造薄膜晶体管的方法的流程图，图6A至图6D是顺序示出根据本实施例的制造薄膜晶体管的方法的工艺的剖视图。如图5中所示，制造薄膜晶体管的方法包括形成栅电极的操作ST11、形成栅极绝缘层的操作ST13、形成半导体层的操作ST15以及形成源电极和漏电极的操作ST17。将参照图6A至图6D更详细地描述该制造方法。

首先，如图6A中所示，在形成栅电极的操作ST11中，在基底10的缓冲层12上形成栅电极30。然而，本发明的方面不限于此，缓冲层12不是必需的，根据基底10的种类、工艺条件和其它条件可以不形成缓冲层12。栅电极30由具有优良的导电率的金属形成，栅电极30由钼钨(MoW)、铝(Al)或它们的合金形成。通过形成金属层并且将所述金属层图案化来形成栅电极30。然而，本发明的方面不限于此，可以通过各种已知的方法形成栅电极。

接下来，如图6B中所示，在形成栅极绝缘层的操作ST13中，形成栅极绝缘层32，以覆盖栅电极30。栅极绝缘层32通过气相沉积由氧化硅或氮化硅形成。接下来，如图6C中所示，在形成半导体层的操作ST15中，形成包含多晶硅的半导体层20以及绝缘层24。通过与图2A至图2F中示出的方法类似的方法形成半导体层20和绝缘层24。因此，半导体层20包括通过SGS或金属诱导结晶来结晶的第一区域20a以及通过金属诱导横向结晶来结晶的第二区域20b。

参照图2B，由于结晶催化剂颗粒22位于半导体层20和绝缘层24之间，所以在已经经历了如图2E中所示的结晶操作ST5的薄膜晶体管100(见图6D)中，包含在半导体层20和绝缘层24之间的结晶催化剂颗粒22的量大于包含在半导体层20或绝缘层24中的结晶催化剂颗粒22的量。

接下来，如图6D中所示，在形成源电极和漏电极的操作ST17中，形成源电极35和漏电极36，以分别电连接到半导体层20的源区S和漏区D。在本实施例中，可以通过高浓度的离子掺杂方法掺杂半导体层20的两部分来形成源区S和漏区D。可选地，可以以高浓度掺杂非晶硅层37和38，形成源区S和漏区D。然而，本发明的方面不限于此，可以通过其它合适的方法来形成源区S和漏区D。

通过沉积组分材料并且将组分材料图案化来形成非晶硅层37和38、源电极35和漏电极36。然而，本发明的方面不限于此，可以通过各种方法采用各种材料来形成源电极35和漏电极36。

在本实施例中，在将非晶硅层37和38以及源电极35和漏电极36图案化的工艺中，绝缘层24用作蚀刻停止件。即，由于在形成半导体层的操作ST15中形成的绝缘层24用作蚀刻停止件，所以不添加单独的工艺。因此，可以简化工艺并且降低制造成本。然而，本发明的方面不限于此，在形成半导体层的操作ST15中可以去除绝缘层24并且形成单独的蚀刻停止件。

在本实施例中，在结晶催化剂颗粒22(见图2D)和绝缘层24设置为与沟道区C对应的情况下，执行结晶。因此，在半导体层20中，通过SGS或者金属诱导结晶使与沟道区C对应的区域结晶，以形成第一区域20a。另外，通过金属诱导横向结晶使与源区S和漏区D对应的区域结晶，以形成第二区域20b。

在本实施例中，由于在结晶催化剂颗粒22设置为仅与沟道区C对应的情况下执行结晶操作ST5，所以非晶硅层200(见图2D)的其上没有结晶催化剂颗粒22的区域用作吸取结晶催化剂颗粒22的区域。因此，可以降低形成的半导体层20中的剩余结晶催化剂颗粒22的浓度，并且可以将漏电流最小化。

图7是示出通过根据另一实施例的制造薄膜晶体管102的方法制造的薄膜晶体管102的剖视图。在本实施例中，形成栅电极的操作ST11(见图5和图6A)、形成栅极绝缘层的操作ST13(见图5和图6B)以及形成源电极和漏电极的操作ST17(见图5和图6D)与图5的实施例中的这些操作类似，而形成半导体层的操作ST15(见图5)与图5的实施例中的操作不同，因此将主要描述该不同操作。

参照图7，根据本实施例的薄膜晶体管102还包括位于绝缘层24和半导体层20之间的辅助绝缘层26。在形成辅助绝缘层26的操作ST7中形成辅助绝缘层26，并且在形成非晶硅层200的操作ST1和设置结晶催化剂颗粒22的操作ST2之间形成辅助绝缘层26，如图3B或图4B中所示。

然后，在使非晶硅层结晶的操作ST5和/或去除未结晶区域的操作ST6之后，对应于绝缘层24，将形成在非晶硅层200的整个表面上的辅助绝缘层26(见图3B或图4B)图案化，如图3G中所示。可选地，如图4E中所示，在选择性地去除结晶催化剂颗粒22的操作ST4中，绝缘层24和辅助绝缘层26可以一起被图案化。

参照图3B或图4B，由于结晶催化剂颗粒22位于绝缘层24和辅助绝缘层26之间，所以即使在如图3F或图4F中示出的结晶操作ST5之后，包含在辅助绝缘层26和绝缘层24之间的结晶催化剂颗粒22的量也大于包含在辅助绝缘层26或绝缘层24中的结晶催化剂颗粒的量。

在本实施例中，示出了采用绝缘层24作为蚀刻停止件的情况。然而，本发明的方面不限于此，可以去除绝缘层24。在这种情况下，可仅采用辅助绝缘层26作为蚀刻停止件，或者可以去除绝缘层24和辅助绝缘层26两者，并且可以形成单独的蚀刻停止件。

图8是示出根据另一实施例的制造薄膜晶体管的方法中去除未结晶区域的操作ST6的剖视图。图9是示出根据本实施例的制造薄膜晶体管的方法制造的薄膜晶体管104的剖视图。

在本实施例中，形成栅电极的操作ST11(见图5和图6A)、形成栅极绝缘层的操作ST13(见图5和图6B)以及形成源电极和漏电极的操作ST17(见图5和图6D)是与图5的实施例中的操作类似的操作，形成半导体层的操作ST15(见图5)与图5的实施例的操作不同，因此将主要描述该不同的操作。

在去除未结晶区域的操作ST6中，除了没有去除整个未结晶区域200’，而是剩余一部分未结晶区域200’之外，本实施例与图6A-图6D的实施例类似。根据本实施例，如图9中所示，薄膜晶体管104的源区S和漏区D包括剩余的未结晶区域200’和第二区域20b。第二区域20b是通过金属诱导横向结晶来结晶的区域。因此，薄膜晶体管104能够降低在薄膜晶体管104的操作期间在OFF状态下流动的电流，从而改进OFF状态的性能。沟道区C由通过金属诱导结晶而结晶的区域构成，如图5的实施例中所示。

图10A至图10C是示出根据另一实施例的制造薄膜晶体管的方法的一些工艺的剖视图。图11是示出通过根据本实施例的制造薄膜晶体管的方法制造的薄膜晶体管的剖视图。本实施例与图5的实施例的不同仅在于形成半导体层的操作ST15(见图5)，因此将主要描述该操作ST15。具体地讲，本实施例与图5的实施例的不同之处在于在操作ST15中选择性地形成绝缘层24和结晶催化剂颗粒22的位置。因此，将仅详细描述操作ST15，并且将省略其它元件和操作的描述。

在本实施例中，顺序执行形成非晶硅层的操作ST1、设置结晶催化剂颗粒的操作ST2以及形成绝缘层的操作ST3。由于已经参照图1、图2A至图2C、图3A至图3C以及图4A至图4C描述了操作ST1、ST2和ST3，所以将省略对它们的详细描述。接下来，如图10A中所示，在选择性地去除结晶催化剂颗粒22的操作ST4中，除了与限定为源区S和漏区D的部分对应的部分之外，去除绝缘层24和结晶催化剂颗粒22。

接下来，如图10B中所示，如果在使非晶硅层结晶的操作ST5中执行热处理，则源区S和漏区D具有设置在其上的绝缘层24和结晶催化剂颗粒22。通过SGS或金属诱导结晶使源区S和漏区D结晶，以形成第一区域20a。另外，通过金属诱导横向结晶使每个第一区域20a的两侧结晶，以形成第二区域20b。非晶硅层的其它部分保留作为未结晶区域200’。接着，如图10C中所示，在去除未结晶区域的操作ST6中，去除形成在源区S和漏区D的外侧上的未结晶区域200’和第二区域20b。

在本实施例中，由于对应于源区S和漏区D形成绝缘层24，所以难以使绝缘层24用作蚀刻停止件。因此，在去除未结晶区域的操作ST6之前或之后，可以去除绝缘层24并且随后形成单独的蚀刻停止件40(见图11)。

在根据本实施例的制造薄膜晶体管106的方法中，如图11中所示，通过金属诱导横向结晶使沟道区C结晶来形成第二区域20b。另外，通过SGS或金属诱导结晶来使与源区S和漏区D对应的区域结晶，以形成第一区域20a。因此，可以减少沟道区C中的结晶催化剂颗粒22的量，从而改进薄膜晶体管106的性能。

图12A至图12C是示出根据另一实施例的形成半导体层的操作ST15中的一些工艺的剖视图。图13是示出通过根据本实施例的制造薄膜晶体管的方法制造的薄膜晶体108管的剖视图。

本实施例与图10A至图10C的实施例的不同在于形成半导体层的操作ST15(见图5)，将主要描述该操作。在本实施例中，在绝缘层24和半导体层20之间形成辅助绝缘层26。在形成非晶硅层的操作ST1之后，如图12A中所示，执行形成辅助绝缘层的操作ST7，以在非晶硅层200上形成辅助绝缘层26。该辅助绝缘层26能够吸取结晶催化剂颗粒22。

接下来，顺序执行设置结晶催化剂颗粒的操作ST2和形成绝缘层的操作ST3。接着，如图12B中所示，在选择性地去除结晶催化剂颗粒的操作ST4中，去除绝缘层24的除了与源区S和漏区D对应的区域之外的区域。接下来，在使非晶硅层结晶的操作ST5中执行热处理，随后如图12C中所示去除剩余的绝缘层24。

然后，对应于沟道区C将辅助绝缘层26图案化。该辅助绝缘层26能够作为源电极35和漏电极36的蚀刻停止件(见图13)。在本实施例中，由于具有吸取功能的辅助绝缘层26可以用作蚀刻停止件，所以不必形成单独的蚀刻停止件。因此，可以提高工艺效率。接着，执行去除未结晶区域的操作ST6，然后形成的高浓度掺杂的非晶硅层37和38以及源电极35和漏电极36。结果，形成如图13中所示的薄膜晶体管108。

在本实施例中，在形成非晶硅层的操作ST5和去除未结晶区域的操作ST6之间去除辅助绝缘层26的一部分。然而，本发明的方面不限于此。因此，在去除未结晶区域的操作ST6之后，也可以去除辅助绝缘层26的一部分。

图14是示出根据另一实施例的制造薄膜晶体管的方法中选择性地去除绝缘层的结晶催化剂颗粒的操作ST4的剖视图。除了在除了源区S和漏区D之外的区域在操作ST4中与绝缘层24一起去除辅助绝缘层26之外，本实施例与根据图12A至图12C的实施例的制造方法相同。

在本实施例中，由于对应于源区S和漏区D形成绝缘层24和辅助绝缘层26，所以难以将绝缘层24和辅助绝缘层26用作蚀刻停止件。由于这个原因，在使非晶硅层结晶的操作ST5之后，可以去除绝缘层24和辅助绝缘层26，以形成单独的蚀刻停止件。

图15是示出通过根据另一实施例的制造薄膜晶体管的方法制造的薄膜晶体管110的剖视图。除了去除未结晶区域的操作ST6之外，本实施例与图10A至图10C的实施例相同，源区S和漏区D包括通过SGS或金属诱导结晶而结晶的第二区域20b以及通过金属诱导横向结晶而结晶的第一区域20a。尽管图中未示出，但是本发明的方面允许源区S和漏区D包括未结晶区域200’的一部分。

图16是示出根据另一实施例的制造薄膜晶体管的方法的流程图。图17是示出根据本实施例制造的薄膜晶体管112的剖视图。根据本实施例的制造方法包括形成半导体层的操作ST21、形成源电极和漏电极的操作ST23、在半导体层和源电极、漏电极上形成栅极绝缘层的操作ST25以及形成栅电极的操作ST27，如图16中所示。即，本实施例具有栅电极300位于半导体层20之上的顶栅结构。

形成半导体层的操作ST21、形成源电极和漏电极的操作ST23、在半导体层以及源电极和漏电极上形成栅极绝缘层的操作ST25以及形成栅电极的操作ST27，所有这些操作分别对应于上述实施例中的形成半导体层的操作ST15、形成源电极和漏电极的操作ST17、形成绝缘层的操作ST13以及形成栅电极的操作ST11。因此，将省略对这些操作的详细描述。

参照图17，薄膜晶体管112包括具有形成在缓冲层12上的第一区域20a和第二区域20b的半导体层20，其中，缓冲层12形成在基底10上。另外，在半导体层20上形成绝缘层24(蚀刻停止件)。在本实施例中，可以通过高浓度的离子掺杂方法掺杂半导体层20的两部分来形成源区S和漏区D。可选地，可以以高浓度掺杂非晶层370和380，形成源区和漏区。形成栅极绝缘层320，以覆盖源电极350和漏电极360，在栅极绝缘层320上形成栅电极300以对应于沟道区C。

在图17中，示出了沟道区C由第一区域20a构成并且源区S和漏区D由第二区域20b构成的情况。然而，本发明的方面不限于此，可以采用制造具有底栅结构的薄膜晶体管的方法以及通过与前面讨论的实施例对应的制造方法制造的薄膜晶体管。

图18是示出根据另一实施例的薄膜晶体管的剖视图。本实施例是顶栅结构的又一示例，并且本实施例采用绝缘层24作为栅极绝缘层。即，对应于沟道区C形成的绝缘层24用作栅极绝缘层，在绝缘层24上形成具有与绝缘层24的宽度相同或者小于绝缘层24的宽度的宽度的栅电极302。另外，形成层间绝缘层322，以覆盖半导体层20和绝缘层24。在层间绝缘层322中形成接触孔322a。在层间绝缘层322上形成源电极352和漏电极362，以分别经过接触孔322a电连接到源区S和漏区D。

在图18中，示出了沟道区C由第一区域20a构成并且源区S和漏区D由第二区域20b构成的情况。然而，本发明的方面不限于此。即，可以采用制造具有底栅结构的薄膜晶体管的方法以及通过与上面讨论的实施例对应的制造方法制造的薄膜晶体管。根据上面描述的本实施例制造的薄膜晶体管可以应用于显示器，例如，有源矩阵型液晶显示器、有机发光二极管显示器。然而，本发明不限于此，明显地本发明可以应用于各种电子装置。

在下文中，将参照本发明的试验示例和对比示例来更详细地描述实施例。

试验示例

通过气相沉积在形成在基底上的缓冲层上形成非晶硅层。镍颗粒被设置在非晶硅层的整个表面上作为结晶催化剂颗粒。形成绝缘层，以覆盖镍颗粒。接着，除了一部分绝缘层之外，去除绝缘层，以选择性地设置镍颗粒。执行热处理，以使非晶硅层结晶，从而形成根据本发明方面的半导体层。

对比示例

除了不执行去除部分区域的绝缘层的工艺之外，通过与试验示例相同的工艺使非晶硅层结晶。因此，对比示例具有不是根据本发明方面形成的半导体层。

图19示出了在试验示例和对比示例中的在半导体层和绝缘层中的指示镍颗粒分布的SIMS(二次离子质谱)的轮廓。参照图19中的强度(y轴)，可以看出试验示例的绝缘层和半导体层中的镍颗粒的浓度明显低于对比示例的绝缘层和半导体层中的镍颗粒的浓度。这是因为，在试验示例中，非晶硅层的其上没有镍颗粒的部分用作吸取位。

已经示出和描述了本发明的几个实施例，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对本实施例进行改变，本发明的范围在权利要求及其等同物中限定。