專利名稱：薄膜晶體管、制造方法及有機發(fā)光二極管顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的各方面涉及一種薄膜晶體管、其制造方法及具有其的有機發(fā)光二極管顯示裝置。
背景技術：
通常，由于具有高的場效應遷移率且適用于高速運行電路及互補金屬氧化物半導 體(CMOS)電路，多晶硅層被廣泛用作薄膜晶體管的半導體層。包括多晶硅層的薄膜晶體管 主要用作有源矩陣液晶顯示器的有源元件和有機發(fā)光二極管顯示裝置的開關器件或驅(qū)動 元件。將非晶硅結(jié)晶化成多晶硅的方法包括固相結(jié)晶化方法、準分子激光結(jié)晶化方法、 金屬誘導結(jié)晶化方法和金屬誘導橫向結(jié)晶化方法。在固相結(jié)晶化方法中，將非晶硅層在大 約700°C或更低的溫度退火幾小時至幾十小時，700°C為用作使用TFT的顯示裝置的基底的 玻璃的變形溫度。在準分子激光結(jié)晶化方法中，通過將準分子激光照射到非晶硅層上很短 的時間以局部加熱非晶硅層來實現(xiàn)結(jié)晶化。在金屬誘導結(jié)晶化方法中，通過使非晶硅層與 金屬接觸或通過將金屬注入非晶硅層中，使得由諸如鎳、鈀、金或鋁的金屬誘導從非晶硅層 到多晶硅層的相變。在金屬誘導橫向結(jié)晶化方法中，誘導非晶硅層的順序結(jié)晶化，同時由金 屬和硅之間的反應產(chǎn)生的硅化物橫向傳播。然而，固相結(jié)晶化方法需要長的處理時間和在高溫下長的退火時間，因此基底不 利地易于變形。準分子激光結(jié)晶化方法需要昂貴的激光設備且在多晶化的表面上導致瑕 疵，從而提供在半導體層和柵極絕緣層之間的較差的界面。目前，與固相結(jié)晶化方法相比，在使用金屬的非晶硅層的結(jié)晶化方法中，可以以較 低溫度和較短時間有利地執(zhí)行結(jié)晶化。因此，對金屬誘導結(jié)晶化方法進行了大量研究。使 用金屬的結(jié)晶化方法包括金屬誘導結(jié)晶化(MIC)方法、金屬誘導橫向結(jié)晶化(MILC)方法和 超級晶粒硅(SGS)結(jié)晶化方法。薄膜晶體管的決定性特性之一為漏電流。具體地講，在使用金屬催化劑結(jié)晶化的 半導體層中，金屬催化劑會留在溝道區(qū)中，因此增大漏電流。因此，如果不控制留在溝道區(qū) 中的金屬催化劑的濃度，則薄膜晶體管的漏電流會增大，導致薄膜晶體管的電學特性劣化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各方面提供一種薄膜晶體管、其制造方法及具有其的有機發(fā)光二極管顯 示裝置，所述薄膜晶體管包括利用金屬催化劑結(jié)晶化的半導體層，在所述半導體層中剩余 有減少的量的殘留金屬催化劑。在本發(fā)明的示例性實施例中，提供了一種薄膜晶體管，包括基底；硅層，形成在 基底上；擴散層，形成在硅層上；利用金屬催化劑結(jié)晶化的半導體層，形成在擴散層上；柵 電極，設置在半導體層的溝道區(qū)上；柵極絕緣層，設置在柵電極和半導體層之間；源電極和 漏電極，電連接到半導體層的源極區(qū)和漏極區(qū)。
在本發(fā)明另一示例性實施例中，提供了一種制造薄膜晶體管的方法，包括如下步驟在基底上形成硅層；在硅層上形成擴散層；在擴散層上形成非晶硅層；在非晶硅層上形 成金屬催化劑層；將基底退火以將非晶硅層轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч鑼?；去除金屬催化劑層；將非?硅層圖案化以形成半導體層；在基底上形成柵極絕緣層；形成面對半導體層的柵電極；在 基底上形成層間絕緣層；形成連接到半導體層的源電極和漏電極。在本發(fā)明另一示例性實施例中，提供了一種有機發(fā)光二極管顯示裝置，包括基 底；硅層，形成在基底上；擴散層，形成在硅層上；利用金屬催化劑結(jié)晶化的半導體層，形成 在擴散層上；柵電極，設置在半導體層的溝道區(qū)上；柵極絕緣層，設置在柵電極和半導體層 之間；源電極和漏電極，電連接到半導體層；鈍化層，設置在基底上；第一電極、有機層和第 二電極，設置在鈍化層上并電連接到源電極和漏電極之一，有機層設置在第一電極和第二 電極之間。本發(fā)明的另外的方面和/或優(yōu)點將部分地在隨后的描述中闡述，部分，將從描述 中是顯而易見的，或可從本發(fā)明的實踐中獲知。


通過下面結(jié)合附圖對示例性實施例的描述，本發(fā)明的這些和/或其他方面和優(yōu)點 將會變得清楚和更容易理解，附圖中圖IA至圖IF為根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的薄膜晶體管的剖視圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的有機發(fā)光二極管顯示裝置的剖視圖；圖3A為示出當在非晶硅層下方設置有緩沖層時金屬催化劑的濃度的曲線圖；圖3B是示出當在非晶硅層下方設置有擴散層和硅層時金屬催化劑的濃度的曲線 圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將對本發(fā)明的示例性實施例做具體描述，本發(fā)明的示例性實施例的示例示出 在附圖中，其中，相同的標號始終表示相同的元件。下面通過參照附圖，描述示例性實施例 以解釋本發(fā)明的各方面。這里，當?shù)谝辉环Q為形成或設置在第二元件“上”時，第一元件可以直接設置 在第二元件上，或者可以在第一元件和第二元件之間設置一個或更多的其它元件。當?shù)谝?元件被稱為“直接”形成或設置在第二元件“上”時，在第一元件和第二元件之間不存在其 它元件。圖IA至圖IF為根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的薄膜晶體管的剖視圖。參照圖1A，緩 沖層105形成在玻璃或塑料基底100上。緩沖層105為絕緣層，例如氧化硅層或氮化硅層 或它們的多層。可使用化學氣相沉積方法或物理氣相沉積方法形成緩沖層105。緩沖層105 防止水分和/或雜質(zhì)從基底100擴散，和/或調(diào)整熱傳輸率以幫助非晶硅層的結(jié)晶化。參照圖1B，硅層110形成在緩沖層105上。硅層可直接設置在基底上。利用化學 氣相沉積方法或物理氣相沉積方法用非晶硅形成硅層110。擴散層115形成在硅層110上。擴散層115可由氮化硅層形成，在氮化硅中，可通 過退火工藝使金屬催化劑擴散。擴散層115可由堆疊的氮化硅和氧化硅層形成。
非晶硅層120a形成在擴散層115上?？赏ㄟ^化學氣相沉積方法或物理氣相沉積方法形成非晶硅層120a。此外，可在形成非晶硅層120a的過程中或形成非晶硅層120a之 后執(zhí)行脫氫處理以減少非晶硅層120a中的氫的濃度。利用金屬催化劑結(jié)晶化方法將非晶硅層120a結(jié)晶化為多晶硅層(未示出)。所述 方法可為例如金屬誘導結(jié)晶化(MIC)方法、金屬誘導橫向結(jié)晶化(MILC)方法或超級晶粒硅 (SGS)結(jié)晶化方法。以下，將詳細描述SGS結(jié)晶化方法。SGS結(jié)晶化方法可減小擴散到非晶硅層中的金 屬催化劑的濃度，從而調(diào)整產(chǎn)生的晶粒尺寸為從幾ym至幾百μπι。為減小非晶硅層中金屬 催化劑的濃度，可在擴散層上形成金屬催化劑層，然后進行退火處理以使金屬催化劑層擴 散。也可以在不包括擴散層的情況下，通過以低的濃度直接在非晶硅層上形成金屬催化劑 層來減小金屬催化劑的濃度。參照圖1C，覆蓋層125形成在非晶硅層120a上。覆蓋層125可為氮化硅層或者 可包括堆疊的氮化硅層和氧化硅層，在覆蓋層125中，可通過退火來使金屬催化劑擴散?？?通過化學氣相沉積方法或物理氣相沉積方法來形成覆蓋層125。覆蓋層125可具有從大約 1至2000A的厚度。當覆蓋層125的厚度小于大約IA時，會難以減小擴散到覆蓋層125中 的金屬催化劑的量。當覆蓋層125的厚度大于大約2000A時，因為擴散到非晶硅層120a中 的金屬催化劑的量少，所以會難以將非晶硅層120a結(jié)晶化成多晶硅層。金屬催化劑層130沉積在覆蓋層125上。金屬催化劑層130可由從由Ni、Pd、Ag、 AU、Al、Sn、Sb、CU、Ti和Cd組成的組中選擇的金屬催化劑形成。通常，金屬催化劑層130形 成為具有從大約IO11至IO15原子/cm2的面密度。當金屬催化劑層130的面密度小于大約 IO11原子/cm2時，因為結(jié)晶化種子的量少，所以會難以通過SGS結(jié)晶化來使非晶硅層120a 結(jié)晶化。當金屬催化劑層130的面密度大于大約IO15原子/cm2時，擴散到非晶硅層120a中 的金屬催化劑的量增加，減少了從非晶硅層120a形成的多晶硅層的晶粒尺寸。此外，結(jié)晶 化后剩余的金屬催化劑的量增加，這會使通過圖案化多晶硅層而形成的半導體層的特性劣 化。將形成有緩沖層105、硅層110、擴散層115、非晶硅層120a、覆蓋層125和金屬催 化劑層130的基底100退火以使金屬催化劑層130的一些金屬催化劑擴散到非晶硅層120a 的表面中。即，覆蓋層125起到阻止金屬催化劑擴散到非晶硅層120a的表面中的作用。因此，擴散到非晶硅層120a中的金屬催化劑的量由擴散層115的擴散特性和覆蓋 層125的擴散特性決定，覆蓋層125的擴散特性與覆蓋層125的厚度厚度密切相關。即，覆 蓋層125的厚度的增加減少了擴散并增加所得多晶硅層的晶粒尺寸，覆蓋層125的厚度的 減小增加了擴散并減小多晶硅層的晶粒尺寸。參照圖1D，隨著退火的繼續(xù)，由于擴散層115和硅層110形成在非晶硅層120a下 面，到達非晶硅層120a的金屬催化劑擴散到擴散層115和硅層110中。因此，減少了非晶 硅層120a中的金屬催化劑的量，從而提供吸除效果(getter)。圖3A是示出當只有緩沖層設置在非晶硅層下面時金屬催化劑濃度的曲線圖，圖 3B是示出當擴散層和硅層設置在非晶硅層下面時金屬催化劑的濃度的曲線圖。參照圖3A 和圖3B，當緩沖層設置在由圖3A中的金屬催化劑結(jié)晶化的多晶硅層下面時，金屬催化劑以 低的濃度擴散到緩沖層中。然而，參照圖3B，應該理解的是，當擴散層和硅層形成在由金屬催化劑結(jié)晶化的多晶硅層下面時，在多晶硅層中的催化劑的濃度低于圖3A中的多晶硅層中金屬催化劑的濃度。擴散層和硅層中金屬催化劑的濃度高于緩沖層中金屬催化劑的濃 度。因此，應該理解的是，當擴散層和硅層形成在多晶硅層下面時，金屬催化劑的擴散和吸 除效果更好。參照圖1D，到達硅層110的金屬催化劑用于以與將非晶硅層120a結(jié)晶化為多晶硅 層的方式相同的方式使硅層110結(jié)晶化。硅層110的晶粒為由從非晶硅層120a擴散的金 屬催化劑結(jié)晶化的二次晶粒。硅層110的晶粒比非晶硅層120a中的晶粒大，硅層110的晶 粒具有模糊(indistinct)的晶界，因此，不同于非晶硅層120a的晶粒。在從大約200至900°C的溫度執(zhí)行退火，具體地講，從大約350至500°C執(zhí)行退火 幾秒至幾小時以使金屬催化劑擴散。當在上述范圍內(nèi)執(zhí)行退火時，可防止基底100的變形， 降低制造成本并提高良率。退火可為爐工藝、快速熱退火(RTA)工藝、紫外(UV)工藝和激 光工藝中的一種。參照圖1E，去除金屬催化劑層。圖案化以上述方式形成的多晶硅層以形成半導體 層120。在半導體層120和擴散層115上形成柵極絕緣層140。柵極絕緣層140也可直接 形成在半導體層120和擴散層115的一部分上。柵電極150形成在柵極絕緣層140上，鄰 近半導體層120。柵極絕緣層140可包括氧化硅層、氮化硅層或它們的堆疊層。然后，在柵極絕緣層140上形成金屬層(未示出)。金屬層可為鋁(Al)或諸如 鋁-釹(Al-Nd)的鋁合金的單層或多層，在所述多層中，鋁合金沉積在鉻(Cr)或鉬(Mo)合 金上。通過光刻工藝蝕刻金屬層以形成柵電極150，柵電極150面對半導體層120的一部 分。參照圖1F，層間絕緣層160形成在柵極絕緣層140和柵電極150上。層間絕緣層 160也可直接設置在柵極絕緣層140的一部分上。層間絕緣層160可為氮化硅層、氧化硅層 或它們的堆疊層。蝕刻層間絕緣層160和柵極絕緣層140以形成用于暴露半導體層120的一部分的 接觸孔。源電極170a和漏電極170b形成在層間絕緣層160，并通過接觸孔連接到源極區(qū)和 漏極區(qū)，完成薄膜晶體管。源電極170a和漏電極170b可由從鉬(Mo)、鉻(Cr)、鎢(W)、鉬 鎢(MoW)、鋁(Al)、鋁釹(Al-Nd)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、銅(Cu)、鉬(Mo)合金、鋁(Al)合 金和銅(Cu)合金中選擇的一種形成。圖2是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實施例的有機發(fā)光二極管顯示裝置的剖視圖。發(fā)光 二極管顯示裝置包括圖IF中的薄膜晶體管，因此，省略了相似元件的描述。參照圖2，在源 電極170a、漏電極170b和層間絕緣層160上形成鈍化層175。鈍化層175可為諸如氧化硅層、氮化硅層或玻璃上硅(SOG)層的無機層?？蛇x擇 地，鈍化層175可為諸如聚酰亞胺(polyimide)層、苯環(huán)丁烯系樹脂(benzocyclobutene series resin)層或丙烯酸酯(acrylate)層的有機層。鈍化層175可為無機層和有機層形 成的堆疊。蝕刻鈍化層175以形成暴露漏電極170b的孔。第一電極通過所述孔連接到漏電極 170b。第一電極180可稱為陽極或陰極。當?shù)谝浑姌O180為陽極時，陽極可為由從氧化銦 錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)和氧化銦錫鋅(ITZO)中選擇的一種形成的透明導電層。當?shù)谝?電極180為陰極時，陰極可由Mg、Ca、Al、Ag、Ba或它們的合金形成?？蛇x擇地，鈍化層175中的孔可暴露源電極170a，第一電極180可經(jīng)所述孔連接到源電極170a。具有暴露第一電極180的開口的像素限定層185形成在第一電極180和鈍化層 175上。有機層190形成在暴露的第一電極180上。有機層190包括發(fā)射層，且可包括從空 穴注入層、空穴傳輸層、空穴阻擋層、電子阻擋層、電子注入層和電子傳輸層中選擇的至少 一層。第二電極195形成在有機層190上。結(jié)果，完成了有機發(fā)光二極管顯示裝置。
盡管已經(jīng)參照具有頂柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管和有機發(fā)光二極管顯示裝置描述了本 發(fā)明，但本發(fā)明可應用于具有底柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管及具有其的有機發(fā)光二極管顯示裝 置，所述薄膜晶體管包括基底；柵電極，設置在基底上；柵極絕緣層，設置在基底上；硅層， 設置在基底上；擴散層，設置在硅層上；半導體層，設置在擴散層上；源電極和漏電極，用于 開放半導體層的一部分，源電極和漏電極連接到半導體層。本發(fā)明的各方面提供了一種具有半導體層的薄膜晶體管、其制造方法及具有其的 有機發(fā)光二極管顯示裝置，利用金屬催化劑將所述半導體層結(jié)晶化。所述半導體層與傳統(tǒng) 的半導體層相比具有較大的晶粒尺寸和較少量的殘留金屬。因此，薄膜晶體管具有改善的 閾值電壓和截止電流(off current)特性。雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的特定示例性實施例描述了本發(fā)明的各方面，但本領域技術 人員應該理解的是，在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況 下，可以對本發(fā)明的示例性實施例作出各種修改和改變。
權(quán)利要求
一種薄膜晶體管，包括基底；硅層，設置在基底上；擴散層，設置在硅層上；利用金屬催化劑結(jié)晶化的半導體層，設置在擴散層上；柵電極，設置在基底上，面對半導體層的溝道區(qū)；柵極絕緣層，設置在柵電極和半導體層之間；源電極和漏電極，分別電連接到半導體層的源極區(qū)和漏極區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的薄膜晶體管，其中，硅層和半導體層由多晶硅形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的薄膜晶體管，其中，硅層和半導體層具有不同的晶粒尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的薄膜晶體管，其中，硅層、半導體層和擴散層包含金屬催化劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的薄膜晶體管，其中，金屬催化劑由從由Ni、Pd、Ag、Au、Al、Sn、Sb、 Cu、Ti和Cd組成的組中選擇的一種形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的薄膜晶體管，所述薄膜晶體管還包括直接設置在柵電極上的層間 絕緣層，其中硅層直接設置在基底上；擴散層直接設置在硅層上；半導體層直接設置在擴散層上；柵極絕緣層直接設置在半導體層上；柵電極直接設置在柵極絕緣層上；層間絕緣層直接設置在柵極絕緣層的一部分上；源電極和漏電極通過層間絕緣層與柵電極絕緣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的薄膜晶體管，其中 柵電極設置在半導體層上；柵極絕緣層直接設置在半導體層和擴散層的一部分上； 硅層直接設置在基底上； 擴散層直接設置在硅層上； 半導體層直接設置在擴散層上；源電極和漏電極經(jīng)形成在柵極絕緣層中的開口連接到半導體層。
8.—種制造薄膜晶體管的方法，所述方法包括如下步驟 在基底上形成硅層；在硅層上形成擴散層；在擴散層上形成非晶硅層；在非晶硅層上形成金屬催化劑層；將基底退火以將非晶硅層轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑Ч鑼?；去除金屬催化劑層；將多晶硅層圖案化以形成半導體層；在基底上形成柵極絕緣層；在基底上形成面對半導體層的柵電極；在基底上形成層間絕緣層；形成連接到半導體層的源電極和漏電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，在非晶硅層和金屬催化劑層之間形成覆蓋層之后執(zhí) 行退火步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，在從350°C至500°C的溫度執(zhí)行退火步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，金屬催化劑層由從由Ni、Pd、Ag、Au、Al、Sn、Sb、Cu、 Ti和Cd組成的組中選擇的一種形成。
12.—種有機發(fā)光二極管顯示裝置，包括 基底；硅層，設置在基底上； 擴散層，設置在硅層上；利用金屬催化劑結(jié)晶化的半導體層，設置在擴散層上； 柵電極，設置在半導體層的溝道區(qū)上； 柵極絕緣層，設置在柵電極和半導體層之間； 源電極和漏電極，電連接到半導體層； 鈍化層，設置在基底上；第一電極、有機層和第二電極，設置在鈍化層上并電連接到源電極和漏電極之一上，有 機層設置在第一電極和第二電極之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的有機發(fā)光二極管顯示裝置，其中，硅層和半導體層由多晶硅形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的有機發(fā)光二極管顯示裝置，其中，硅層和半導體層具有不同的 晶粒尺寸。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的有機發(fā)光二極管顯示裝置，其中，硅層、半導體層和擴散層包含 金屬催化劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的有機發(fā)光二極管顯示裝置，其中，金屬催化劑由從由Ni、Pd、Ag、 Au、Al、Sn、Sb、Cu、Ti和Cd組成的組中選擇的一種形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的有機發(fā)光二極管顯示裝置，其中 硅層直接設置在基底上；擴散層直接設置在硅層上；半導體層直接設置在擴散層上；柵極絕緣層直接設置在半導體層和擴散層的一部分上；柵電極直接設置在柵極絕緣層上；層間絕緣層直接設置在柵電極和柵極絕緣層的一部分上；源電極和漏電極通過層間絕緣層與柵電極絕緣。
18.根據(jù)權(quán)利要求12的有機發(fā)光二極管顯示裝置，其中 柵電極直接設置在半導體層上；柵極絕緣層直接設置在半導體層和擴散層的一部分上； 硅層直接設置在基底上； 擴散層直接設置在硅層上；半導體層直接設置在擴散層上；源電極和漏電極經(jīng)形成在柵極絕緣層中的開口連接到半導體層.
全文摘要
本發(fā)明提供了一種薄膜晶體管、其制造方法及具有其的有機發(fā)光二極管顯示裝置，所述薄膜晶體管包括基底；硅層，形成在基底上；擴散層，形成在硅層上；利用金屬催化劑結(jié)晶化的半導體層，形成在擴散層上；柵電極，設置在擴散層上，面對半導體層的溝道區(qū)；柵極絕緣層，設置在柵電極和半導體層之間；源電極和漏電極，分別電連接到半導體層的源極區(qū)和漏極區(qū)。
文檔編號H01L29/786GK101826555SQ20101012224
公開日2010年9月8日 申請日期2010年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月3日
發(fā)明者徐晉旭, 樸炳建, 李東炫, 李吉遠, 李基龍, 梁泰勛, 鄭在琓, 馬克西姆·莉薩契克 申請人:三星移動顯示器株式會社