專利名稱：用于將激光束輻照到非晶硅薄膜上的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多晶化方法、制造多晶硅薄膜晶體管的方法及 用于這些方法的激光輻照裝置。
背景技術(shù)：
通常，液晶顯示器("LCD")包4舌具有電才及的兩個面板和置于 其間的液晶層。將兩個面板與用于密封液晶層的密封劑結(jié)合，將其 圍繞面板的邊緣進(jìn)行印刷。將兩個面板通過分布在其間的隔板進(jìn)行支撐。液晶顯示器通過利用電極向具有介電各向異性的液晶層施加 電場并調(diào)整該電場的強(qiáng)度以控制通過面板的光量來顯示所需要的 圖像。在這種情況下，將薄膜晶體管(TFT)用于控制傳輸?shù)诫姌O 的信號。液晶顯示器所用的最普通薄膜晶體管適合將非晶硅作為半導(dǎo) 體層。非晶硅薄膜晶體管具有約0.5-1 cm2/Vsec的遷移率(mobility), 其適用于液晶顯示器的開關(guān)。然而，不足以用于在'液晶顯示面纟反上 直接形成驅(qū)動電^各。為了克服這類問題，已經(jīng)開發(fā)了一種包含具有20-150 cm2/Vsec電子遷移率的多晶硅的薄膜晶體管液晶顯示器。較高電子遷移率的 多晶硅薄膜晶體管使得能夠?qū)嵤⑿酒庋b在玻璃上(chip inglass)的技術(shù)，以便顯示面板嵌入其驅(qū)動電路。用于獲得多晶硅薄膜的技術(shù)包括沉積技術(shù)，在高溫下將多晶硅 直^f妻沉積在基片上；固相結(jié)晶才支術(shù)，沉積非晶石圭并在約60(TC的高 溫下結(jié)晶；沉積非晶石圭并通過激光進(jìn)行結(jié)晶的l支術(shù)等等。然而，由 于這些才支術(shù)均需要高溫過程，因此不適合應(yīng)用在用于液晶顯示器的 玻璃基片。而且，它們由于非均勻的晶粒邊界而導(dǎo)致具有在薄膜晶 體管之間電特性不均勻的缺點(diǎn)。為了解決這種問題，已經(jīng)開發(fā)了一種能夠調(diào)整晶粒邊界分布的 連續(xù)橫向結(jié)晶過程。該過程是基于以下事實液相區(qū)域和固相區(qū)域 之間邊界處的多晶硅晶粒在垂直于界面方向生長，其中液相區(qū)域暴 露于激光束，而固相區(qū)域不暴露于激光束。提供了一種具有狹縫圖 案的掩才莫，并且激光束通過掩才莫的透射區(qū)域以完全熔化非晶硅，乂人 而生成以狹縫圖案排列的液相區(qū)域。其后，將已熔化的非晶硅冷卻 以進(jìn)行結(jié)晶，晶體生長開始于沒有暴露給激光束的固相區(qū)域邊界， 并且在垂直于界面的方向進(jìn)行。在液相區(qū)域的中心當(dāng)這些晶粒;波此 相遇時停止生長。利用移動模具(die)進(jìn)行連續(xù)橫向結(jié)晶過程，將 該模具在其上在水平方向安裝包含非晶硅膜的面板，此時輻照激光 束，并且沿著水平方向重復(fù)這類掃描步驟以覆蓋面才反的整個表面。通過投影透鏡進(jìn)行連續(xù)橫向結(jié)晶過程中的激光束輻照。這時， 該激光束可以被精確地聚焦到所需要的位置。然而，激光束的聚焦取決于投影透鏡的溫度而變化，以使用于 薄膜晶體管的多晶硅層的結(jié)晶是不均勻的。為了解決這類問題，最重要的是開發(fā)一種在輻照激光束時保持投影透鏡溫度的技術(shù)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于，提供一種激光輻照裝置以及一種制造利用該 激光輻照裝置的薄膜晶體管的方法，該激光輻照裝置在連續(xù)橫向結(jié) 晶過程中能夠精確地控制激光束的焦點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于將激光束輻照到非晶硅 薄膜上的裝置，該非晶硅薄膜形成在基片上，該裝置包括平板(stage),可安裝基片；激光振蕩器，用于產(chǎn)生激光束；投影透鏡， 用于將激光束聚焦并引導(dǎo)到薄膜上；反射器，用于反射被引導(dǎo)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 于吸收通過反射器反射的激光束。還提供了 一種利用激光輻照裝置制造薄膜晶體管的方法，該激 光輻照裝置包含才殳影透4竟，該方法包括以下步驟在基片上沉積非 晶硅薄膜；在預(yù)熱投影透鏡后，通過具有狹縫圖案的曝光掩模將來 自激光輻照裝置的激光束輻照到薄膜上以形成多晶硅層；圖案化多 晶硅層以形成半導(dǎo)體層；在半導(dǎo)體層上形成第一絕緣層；在第一絕 緣層上形成柵極；向半導(dǎo)體層中注入雜質(zhì)以形成源極及漏極區(qū)域； 在柵-才及上沉積第二絕》彖層；在第一絕^彖層或第二絕^彖層形成露出源 極及漏極的多個接觸孔；以及分別形成通過多個接觸孔與源極及漏 才及區(qū)i或連4妾的源才及及漏才及。優(yōu)選地，多晶硅層通過連續(xù)片黃向結(jié)晶而形成。可以另外形成〗象素電才及，該<象素電擬J尤選由透明導(dǎo)電材沖+或反 射性導(dǎo)電材料組成并與漏才及連4妄。提供了一種利用激光輻照裝置多晶化非晶硅薄膜的方法，該激 光輻照裝置包含投影透鏡，該方法包括以下步驟在基片上沉積非 晶硅薄膜；在來自激光輻照裝置的激光束沒有輻照到薄膜的情況
下，預(yù)熱投影透鏡；以及在預(yù)熱后，將來自激光輻照裝置的激光束 輻照到薄膜上以進(jìn)行多晶化。優(yōu)選地，在預(yù)熱期間，來自激光輻照裝置的激光束遠(yuǎn)離薄膜凈皮 反射。


本發(fā)明將通過參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行的詳細(xì)描 述而變得顯而易見，其中圖1A是示出用于通過輻照激光束將非晶硅結(jié)晶成多晶硅的連 續(xù);鏡向結(jié)晶過程的示意圖；圖1B示意性地示出了連續(xù)橫向結(jié)晶過程中在從非晶硅結(jié)晶成 多晶硅期間的多晶硅薄膜的具體結(jié)構(gòu)；圖1C示意性地示出了在用于將非晶硅結(jié)晶成多晶硅的連續(xù)橫 向結(jié)晶過程中的掃描步驟；圖2A及圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于多晶化的激光 輻照裝置的示意圖；圖3是多晶硅薄膜晶體管的截面圖；以及圖4A至圖4E是在制造多晶硅薄膜晶體管的方法的中間步驟中 圖3所示的多晶硅薄膜晶體管的截面圖。
具體實施方式
為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，以下參照附圖詳細(xì)地 說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而，本發(fā)明可表現(xiàn)為不同形式，它不 局限于在it匕i兌明的實施例。在附圖中，為了清楚，擴(kuò)大了各層的厚度及區(qū)域。在全篇說明 書中對相同元件附上相同的符號，應(yīng)當(dāng)理解的是當(dāng)提到層、膜、區(qū) 域、或基片等元件在別的部分"之上，，時，指其直接位于別的元件 之上，或者也可能有別的元件介于其間。相反，當(dāng)某個元件被提到 "直接"位于別的部分之上時，指并無別的元件介于其間。下面，參照附圖詳細(xì)"i兌明才艮據(jù)本發(fā)明 一 實施例的利用激光輻照 裝置制造薄膜晶體管的方法。圖1A是示出用于通過輻照激光束將非晶硅結(jié)晶成多晶硅的連 續(xù)橫向結(jié)晶過程的示意圖，圖1B示意性地示出了連續(xù)橫向結(jié)晶過 程中在從非晶硅結(jié)晶成多晶硅期間的多晶硅薄膜的具體結(jié)構(gòu)，而圖 1C示意性地示出了在用于將非晶硅結(jié)晶成多晶硅的連續(xù)橫向結(jié)晶 過禾呈中的掃描步艱《。如圖1A所示，根據(jù)連續(xù)橫向結(jié)晶過程，利用包括具有狹縫圖 案的透射區(qū)域310的掩模300將激光束施加于形成在絕緣基片上的 非晶娃層200的多個局部區(qū)域，以完全熔化局部區(qū)域的非晶硅，以 使在對應(yīng)透射區(qū)域310的非晶硅層200區(qū)域形成多個液相區(qū)域。此時，如圖1B所示，多晶石圭的晶粒乂人在暴露于激光束的液相 區(qū)域210與固相區(qū)域220之間的界面生長，在此，該激光束沒有沿 著垂直于界面的方向被施加。當(dāng)這些晶粒在液相區(qū)域中心相遇時它 們停止生長。它們沿著這些晶粒的生長方向通過進(jìn)行該步驟而#皮生 長成具有所需要程度的不同尺寸，以繼續(xù)晶粒的橫向生長。
例如，圖1C所示的橫向結(jié)晶過程使用包括具有狹縫的多個透 射區(qū)i或301、 302的掩才莫300。透射區(qū)i或301、 302的各3夾纟逢以4黃向 延伸，并且透射區(qū)域301、 302形成多個列。各列的透射區(qū)域301、 302以預(yù)定間距進(jìn)行排列，并且在相鄰的兩個列中透射區(qū)域301、 302偏移約該間距的 一半。橫向結(jié)晶過程在通過掩模(指的是作為 一個景)輻照激光束后，相對于掩模300將基片在橫向移動該列的 寬度。由于透射區(qū)域301、 302在x方向細(xì)長的，因此如圖1B所示 晶粒生長在y方向行進(jìn)透射區(qū)域301和302的寬度。通過安裝基片的平板進(jìn)行該基片的移動，同時將激光輻照裝置 進(jìn)4亍固定。圖2A及圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于多晶化的激光 輻照裝置示意圖。才艮據(jù)本發(fā)明實施例的激光輻照裝置通過頻率振蕩產(chǎn)生激光束， 并且將激光束輻照到形成于絕緣基片100如玻璃的非晶硅薄膜上。 參照圖2A及圖2B，激光輻照裝置包4舌平4反400,用于固定和支撐 基片100;激光振蕩器500，用于產(chǎn)生具有預(yù)定頻率的均勻激光束； 光學(xué)單元600;投影透鏡700;反射器820;吸收器830;以及控制 部810。光學(xué)單元600給予所產(chǎn)生的激光束所需的能量，除去激光束的 殘留影像，并且使激光束的頻率均勻。投影透鏡700聚集激光束， 以使該激光束被正確地聚焦到基片100的非晶硅薄膜上。如圖2A所示，在控制部810的控制下，反射器820通過投影 透鏡700向吸收器830反射由光學(xué)單元600輻照的激光束，以使在 用預(yù)定溫度預(yù)熱-投影透鏡700過程中基片100的非晶硅層不暴露于 激光束；以及，如圖2B所示，在控制部810的控制下，它遠(yuǎn)離基 片100移動，以使當(dāng)投影透鏡700的溫度被穩(wěn)定并且投影透鏡700 的聚焦完成時，非晶硅層及時地暴露于激光束。當(dāng)投影透鏡已經(jīng)達(dá)到預(yù)定溫度以使激光束精確而均勻地被聚 焦在非晶硅薄膜上時，根據(jù)本發(fā)明實施例的激光輻照裝置使得能夠 通過將激光束輻照在非晶硅層上進(jìn)行均勻多晶化。下面，將詳細(xì)描述一艮據(jù)本發(fā)明實施例的薄膜晶體管及其利用激 光輻照裝置的制造方法。圖3是多晶硅薄膜晶體管的截面圖，而圖4A至圖4E是在制造 多晶硅薄膜晶體管的方法的中間步驟中圖3所示的多晶硅薄膜晶體 管的截面圖。盡管附圖和其描述說明了用于像素電極的薄膜晶體 管，但基片上用于驅(qū)動電路的薄膜晶體管也通過類似的方法形成。如圖3所示，在絕歡彖基片10上形成由多晶^圭組成的半導(dǎo)體層 20。半導(dǎo)體層20包括通道區(qū)域21和相對于通道區(qū)域21 ;波此相對 的源極區(qū)域及漏極區(qū)域22、 23。這里，源極區(qū)域及漏極區(qū)域22、 23凈皮纟參雜n型或p型雜質(zhì)并且可以包招^圭化物層。在基片10上形成優(yōu)選由Si02或SiNx組成并覆蓋導(dǎo)體層20的 才冊才及絕緣層30，并且在與通道區(qū)域21相對的柵極絕緣層30上形成 柵極40。在柵極絕緣層30上形成覆蓋柵極40的層間絕緣層50，并且柵 極絕緣層30和層間絕緣層50具有露出源極區(qū)域及漏極區(qū)域22、 23 的4妾觸孑L52、 53。在層間絕緣層50上形成源極62通過接觸孔52與源極區(qū)域22 連接，而漏極63相對于4冊4及40與源才及62相對并通過接觸孔53與 漏才及區(qū)域23連才妾。
層間絕緣層用具有露出漏極63的接觸孔73的保護(hù)層70覆蓋。 在保護(hù)層70上形成像素電極80。〗象素電極80是由透明導(dǎo)電材料如 氧化銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO)或反射性導(dǎo)電材料組成，并且 通過接觸孔73與漏極63連接。如圖4A所示，在制造才艮據(jù)本發(fā)明實施例的薄膜晶體管的方法 中，利用低壓化學(xué)汽相沉積法、等離子增強(qiáng)氣相沉積或濺射法在基 片IO上沉積非晶石圭而在絕緣基片10上形成非晶石圭薄膜25。其后，利用具有如圖1C所示狹縫圖案的掩模和如圖2A及圖 2B所示的激光輻照裝置通過連續(xù)橫向結(jié)晶過程形成多晶硅薄膜 25。更具體而言，將輻照裝置的投影透鏡700進(jìn)行預(yù)熱直至投影透 鏡700的溫度達(dá)到預(yù)定溫度。在預(yù)熱投影透鏡700期間，控制器810 控制反射器820,以4吏反射器820將激光束反射到吸收器830,用 以防止激光束纟皮輻照到非晶石圭薄膜25上。在使才殳影透鏡700的溫 度保持均勻后，將激光束進(jìn)行聚焦并輻照到非晶硅薄膜25上，以 便通過從基片100將反射器820移開而開始結(jié)晶非晶硅。以這種方 式所形成的多晶硅層25晶?？梢员痪鶆虻匦纬梢允贡∧ぞw管的 性能特征均勻。如圖4B所示，通過利用掩模的光學(xué)蝕刻將多晶層25圖案化， 以便形成多晶硅半導(dǎo)體層20。如圖4C所示，沉積氧化硅或氮化硅以形成柵極絕緣層30。接 著，沉積用于柵極布線的導(dǎo)電性材料并進(jìn)行圖案化以形成柵極40。 接著，如圖4C所示，利用作為掩模的柵極40向半導(dǎo)體層20離子 注入n型或p型雜質(zhì)，并且進(jìn)行激活以形成源極區(qū)域及漏極區(qū)域22 、 23。源極區(qū)域及漏極區(qū)域22、 23之間通過通道區(qū)域21限定。
如圖4D所示，在4冊才及絕鄉(xiāng)彖層30上形成覆蓋柵-才及40的層間絕 緣層50,然后層間絕緣層50以及柵極絕緣層30和平面化層90進(jìn) 行圖案化以形成露出半導(dǎo)體層20的源極區(qū)域及漏極區(qū)域22、 23的 才妄角蟲孑乙52、 53。如圖4E所示，在絕》彖基片10上沉積用于凄t據(jù)布線的金屬并進(jìn) 行圖案化，以便通過接觸孔52、 53形成分別與源極區(qū)域及漏極區(qū) &戈22、 23連4妄的源才及及漏4及62、 63。接著，如圖3所示，在其上沉積保護(hù)層70，并且進(jìn)4亍圖案化以 形成露出漏極63的接觸孔73。沉積諸如ITO或IZO這樣的透明導(dǎo) 電材料或反射性導(dǎo)電材料并進(jìn)行圖案化以形成像素電極80。如上所述，當(dāng)投影透鏡達(dá)到預(yù)定溫度以使激光束準(zhǔn)確而均勻地 聚焦在非晶硅薄膜上時，根據(jù)本發(fā)明的激光輻照裝置能夠通過將激 光束輻照到非晶石圭上而進(jìn)行均勻的多晶化。以上所述 <又為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā) 明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn) 等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于將激光束輻照到非晶硅薄膜上的裝置，所述非晶硅薄膜形成在基片上，所述裝置包括 平板，可安裝所述基片； 激光振蕩器，用于產(chǎn)生激光束；投影透鏡，用于將所述激光束聚焦并引導(dǎo)到所述薄膜上； 其特征在于，反射器，用于反射被引導(dǎo)到所述薄膜上的激光束；控制器，用于控制所述反射器的位置；以及吸收器，用于吸收通過所述反射器反射的所述激光束。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將激光束輻照到非晶硅薄膜上的裝置，該非晶硅薄膜形成在基片上。該裝置包括平板，可安裝基片；激光振蕩器，用于產(chǎn)生激光束；投影透鏡，用于將該激光束聚焦并引導(dǎo)到薄膜上；反射器，用于反射被引導(dǎo)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，用于吸收通過反射器反射的激光束。
文檔編號H01L21/336GK101121222SQ20071013576
公開日2008年2月13日 申請日期2003年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月22日
發(fā)明者姜明求, 金縣裁 申請人:三星電子株式會社