專利名稱：多晶硅的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及適用于液晶顯示器(LCD)、有機發(fā)光顯示器(OLED) 等中所使用的薄膜晶體管(TFT)中的多晶硅薄膜的制造，更詳細地 說是涉及在通過金屬誘導結晶化方式形成多晶硅的薄膜時可以防止 金屬污染并提高TFT的特性的多晶硅薄膜的制造方法。
背景技術：
TFT大致分為非晶質硅TFT和多晶硅TFT。 TFT的特性通過電 子遷移率的值來評價。非晶質硅TFT的電子遷移率大約為lcm2/Vs、 多晶硅TFT的電子遷移率大約為100cm"Vs左右，因此優(yōu)選在高性 能的LCD中采用多晶硅TFT。多晶硅TFT按照如下的步驟來制造 在玻璃或石英等透明基板上蒸鍍非晶質硅并使其多結晶化后，形成 柵極氧化膜和柵極，然后在源極和漏極中注入摻雜劑后形成絕緣 層，從而制造多晶硅TFT。在制造多晶硅TFT時，主要的工藝為使非晶質硅的薄膜多結晶 化的工序。特別優(yōu)選降低結晶化溫度。結晶化溫度非常高時，則制 造TFT時存在不能使用熔點低的玻璃基板，TFT的制造成本大大增 加的問題?？紤]到使用這種玻璃基板的可能性，最近提出了可以在 低溫下短時間內形成多晶硅的薄膜的以下各種工序。準分子激光結晶化方法作為利用瞬間激光照射將非晶質硅熔融 而使其重結晶的方法，具有以下優(yōu)點可以防止急速加熱所導致的 玻璃基板的損傷，且多晶硅的結晶性優(yōu)異。但是，具有重現(xiàn)性降低、 裝備結構復雜的缺點。急速熱處理法為利用IR燈將非晶質硅進行急速熱處理的方法， 具有生產速度快、生產成本低的優(yōu)點，但具有急速加熱所導致的熱
沖擊和玻璃基板發(fā)生變形等缺點。金屬誘導結晶化(MIC)法為在非晶質硅上涂布Ni、 Cu、 Al等 金屬催化劑、并在低溫下誘導結晶化的方法，具有可以在較低溫度 下結晶化的優(yōu)點，但具有由于活化區(qū)域所含的相當量的金屬而導致 泄漏電流大大增加的缺點。金屬誘導側面結晶化(MILC)法是為了防止MIC方法中所發(fā) 生的金屬污染而開發(fā)的方法，該方法是在源極/漏極區(qū)域上蒸鍍金 屬催化劑，從而優(yōu)先地誘導MIC，然后將其作為晶種而使多晶硅在 柵極下部的活化區(qū)域的側面上生長。MILC法與MIC法相比，具有 生長在側面的結晶化區(qū)域上金屬污染少的優(yōu)點，但仍然殘留泄漏電 流的問題。泄漏電流的發(fā)生會引起使充電于顯示器(LCD等)各像 素的數(shù)據(jù)電壓發(fā)生改變的問題等，從而全面地降低顯示器的特性。這樣，TFT制造時的金屬導入具有降低非晶質硅的結晶化溫度、 從而可以使用玻璃基板的優(yōu)點，但相反地，由于還具有由于金屬污 染而降低TFT的特性的缺點，因此將金屬催化劑導入到非晶質硅的 薄膜中時，導入量的調節(jié)非常重要。即，當為了降低結晶化溫度而 非常多地導入金屬催化劑時，會發(fā)生金屬污染等嚴重的問題。當為 了防止這種金屬污染的問題而非常少地導入金屬催化劑時，則不能 實現(xiàn)導入金屬催化劑的原本目的即降低結晶化溫度。結果，最優(yōu)選 在盡量少地導入金屬催化劑的量的同時降低結晶化溫度。通常，作為在制造TFT時在非晶質硅的薄膜上導入金屬催化劑的 方法，使用濺射法或旋涂法等，特別是由于金屬涂布過程的容易性等 理由，主要使用濺射法。但是，在以往的濺射法中，無法盡量小地調 節(jié)導入在非晶質硅薄膜上的金屬催化劑的量。例如，利用濺射法涂布 金屬催化劑時，當想要盡量減小其涂布量時，必須盡量小地維持涂布 速度和涂布時間等。但是，具有在涂布速度和涂布時間非常小的區(qū)域 中非常難以恒定地維持涂布條件的問題
發(fā)明內容
為了解決上述現(xiàn)有技術的問題而完成的本發(fā)明的目的在于，提供 在通過金屬誘導結晶化方式進行硅的結晶化時，可以在降低結晶化溫度的同時使金屬污染最小化、從而能夠提高TFT的特性的多晶硅的制 造方法。為了達成上述目的，本發(fā)明的多晶硅的制造方法的特征在于包含以下步驟(a) 在非晶質硅上供給含有金屬的源氣體的步驟；(b) 通過調節(jié)吸附壓力、吸附時間和吸附溫度中的至少一個來 使規(guī)定量的源氣體吸附在上述非晶質硅上的步驟；(c) 將上述(b)中未吸附于上述非晶質硅上的源氣體除去的步驟；(d) 在吸附有源氣體的上述非晶質硅上供給輔助氣體的歩驟；(e) 通過吸附在上述非晶質硅上的源氣體與上述輔助氣體發(fā)生 反應，從而最終在上述非晶質硅上吸附規(guī)定量的金屬的步驟；以及(f) 對吸附有上述金屬的非晶質硅進行熱處理的步驟。而且，為了達成上述目的，本發(fā)明的多晶硅的制造方法的特征在 于包含以下步驟(a) 在非晶質硅上供給含有金屬的源氣體的步驟；(b) 通過調節(jié)吸附壓力、吸附時間和吸附溫度中的至少一個來 使規(guī)定量的源氣體吸附在上述非晶質硅上的步驟；(c) 將上述(b)中未吸附于上述非晶質硅上的源氣體除去的 步驟；以及(d) 對吸附有上述源氣體的非晶質硅進行熱處理的步驟。 上述源氣體可以包含Ni、 Al、 Ti、 Ag、 Au、 Co、 Sb、 Pd、 Cu中的任意l個或2個以上。上述源氣體可以是Ni(cp)2或Ni(dmamb)2中的任意一個。 上述輔助氣體可以包含H2、 NH3等還原性氣體、02、 N20、 H20、 臭氧等氧化性氣體、Ar、 N2等不活潑性氣體。 上述吸附溫度可以為常溫 250'C的范圍。在上述(b)中，可以使源氣體以覆蓋率小于1的比例吸附于上 述非晶質硅上。在上述(f)中，熱處理溫度為400~700°C、熱處理時間為1~10 小時、熱處理氣氛為包含Ar、 Ne、 He、 N2氣體的不活潑性氣體氣 氛。上述(d)中，熱處理溫度為400~700°C、熱處理時間為1~10 小時、熱處理氣氛為選自包含Ar、 Ne、 He、 N2氣體的不活潑性氣 體氣氛，02、 N20、 H20、臭氧等氧化性氣體氣氛及H2、 NH3等還原 性氣體氣氛中的至少一個。本發(fā)明的發(fā)明人認識到上述以往濺射法的問題后，為了解決這種 問題進行了努力研究，結果為了微細地調節(jié)導入在非晶質硅上的金屬 濃度，著眼于使金屬催化劑化學地吸附的方法(化學吸附)是有利的 這一點，從而想到了本發(fā)明。因此，本發(fā)明的主要特征在于為了將盡 量少的濃度的金屬催化劑導入到非晶質硅上，使用化學吸附方法作為 其導入方法。這里，所謂的吸附是指氣體、液體的分子、原子、離子 等吸附于固體表面的現(xiàn)象。此時，將固體與氣體發(fā)生化學結合、從而 發(fā)生吸附這 一現(xiàn)象稱作化學吸附。本發(fā)明的多晶硅的制造方法具有以下效果可以適當?shù)卣{節(jié)吸附 在非晶質硅薄膜上的金屬的量，在降低非晶質硅結晶化時的結晶化溫 度的同時防止金屬所導致的污染，從而提高多晶硅TFT的特性。另外，本發(fā)明的多晶硅的制造方法具有可以適用于大面積的基 板、增加LCD等平板顯示器的生產率、并降低生產成本的效果。
具體實施方式
以下詳細地說明本發(fā)明的實施方式。第一，說明在本發(fā)明的第1實施方式中將金屬吸附在非晶質硅 薄膜上后，對其進行熱處理，從而形成多晶硅的薄膜的方法。首先，準備形成有非晶質硅薄膜的玻璃基板，并配置在金屬吸附過程所進行的反應室(chamber)內。這里，玻璃基板在例如LCD 等的情況下，相當于形成有TFT的TFT基板。配置玻璃基板后，按 照反應室內的基本壓力達到lOOmToir左右的方式利用真空泵使反應室排氣。然后，將相當于吸附在非晶質硅薄膜上的金屬的原料的源氣體 (金屬有機化合物)供給至非晶質硅的薄膜上。 一般來說，由于金 屬有機化合物在常溫下以固體或液體的形態(tài)存在，因此金屬有機化 合物在加熱至高于常溫的溫度后發(fā)生源氣體化。此時，金屬有機化 合物可以包含Ni、 Al、 Ti、 Ag、 Au、 Co、 Sb、 Pd、 Cu中的任意1 個或2個以上的金屬。本發(fā)明中使用的金屬有機化合物含有鎳作為 金屬，使用Ni(cp)2[二茂鎳(II); Nickelocene]或Ni(dmamb)2[l-二甲胺 基-2-甲基-2-丁醇鹽]。在源氣體供給步驟中，按照源氣體可以順暢地供給至非晶質硅 薄膜上的方式(即源氣體的遷移率提高的方式)，可以一起供給載 氣。作為載氣，可以使用Ar、 Ne、 He、 N2中的任意1個或2個以 上的不活潑性氣體。但是，當源氣體的遷移率充分時，也可以不使 用載氣。接著，所供給的源氣體(金屬有機化合物)吸附在非晶質硅的 薄膜上。例如，使用Ni(cp)2或Ni(dmamb)2作為源氣體時，這些金屬 有機化合物直接吸附在非晶質硅的薄膜上。本發(fā)明中，通過將玻璃 基板保持在含有金屬有機化合物的氣體氣氛下的反應室內，金屬有 機化合物吸附在形成于玻璃基板上的非晶質硅的薄膜上。該過程為 金屬有機化合物的金屬(例如鎳)化學地吸附于非晶質硅薄膜的硅 上的化學吸附過程。但是，在實際的吸附過程中，也可以有金屬物 理地吸附于非晶質硅薄膜上的情況。這種物理吸附的金屬也可以發(fā) 揮降低硅的結晶化溫度的催化劑作用。
所吸附的金屬有機化合物的量(吸附濃度)受到吸附所進行的 反應室內的氣體壓力(吸附壓力)、壓力所維持的時間(吸附時間) 和非晶質硅薄膜的溫度(吸附溫度)等的直接影響。因此，當適當 地控制吸附壓力、吸附時間和吸附溫度時，可以微細地調節(jié)吸附濃 度。首先，可以控制吸附壓力來調節(jié)金屬有機化合物的吸附濃度。 由于吸附壓力與供給至非晶質硅薄膜上的源氣體的流量直接相關， 因此當減少源氣體的供給流量時，吸附壓力減少，由此吸附濃度可 以減少。與此相對，當增加源氣體的供給流量時，吸附濃度可以增 加。另外，吸附壓力可以通過調節(jié)流入到吸附所進行的反應室內的 氣體的總流量和從反應室內排出的氣體的總流量來進行控制。例 如，通過調節(jié)流入到反應室內的氣體總流量與從反應室內排出的氣 體總流量之差來控制吸附壓力，由此可以控制吸附濃度。當然，上 述方法還包括在反應室的內部到達規(guī)定的吸附壓力時，關閉反應室 以控制吸附壓力的方式。通過控制吸附時間，也可以調節(jié)金屬有機化合物的吸附濃度。 例如越縮短維持吸附壓力的吸附時間，越可以減少金屬有機化合物 的吸附濃度。另外，當控制吸附溫度時，可以調節(jié)吸附濃度。 一般來說，吸 附過程中需要規(guī)定的熱能，因此當降低吸附溫度時，金屬有機化合 物的吸附濃度可以減少。但是，當吸附溫度非常低時，有可能從開 始就不會產生吸附現(xiàn)象本身，當吸附濃度非常高時，則也有所吸附 的金屬有機化合物從非晶質硅的薄膜分離的可能性。最好在吸附步驟開始前，將非晶質硅薄膜的溫度維持在規(guī)定的吸附溫度。吸附溫度優(yōu)選維持在100 250'C的范圍內。根據(jù)源氣體的種類，在吸附時完全不需要熱能時(例如可以常溫吸附時)，將吸附 溫度控制為常溫即可。
另一方面，當將結晶化了的硅適用于TFT等時，為了防止金屬 污染所導致的半導體或顯示器的特性降低，也有必須將吸附濃度最 小化的情況。因此，有必要按照金屬以小于1個原子層的比例吸附 在非晶質硅薄膜上的方式進行調節(jié)。這里，所謂的小于1個原子層是指利用金屬催化劑的1個原子層無法完全覆蓋非晶質硅薄膜的整 個面積的情況，即金屬并非連續(xù)地吸附在整個非晶質硅的薄膜上、 而是隨處不均勻地吸附的情況(覆蓋率<1)。此時，本發(fā)明的金屬吸 附裝置IO通過控制吸附壓力、吸附時間和吸附溫度中的至少一個而 可以微細地調節(jié)吸附濃度，因此具有可以按照上述覆蓋率小于1的 方式來調節(jié)吸附濃度的優(yōu)點。接著，使吸附步驟中未吸附于非晶質硅薄膜上的源氣體(金屬 有機化合物)從反應室中排出(清除，日文原文為"77-—")而 除去。在該過程中排出的源氣體中可以含有最初已吸附在非晶質硅 薄膜上、但其吸附程度弱(例如物理吸附于非晶質硅薄膜上的源氣 體)、從非晶質硅薄膜分離而除去的源氣體。當該步驟結束時，使源氣體(金屬化合物)吸附在非晶質硅薄膜上的過程結束。此時，可 以使用于源氣體的順暢移動的載氣流入以用于源氣體的排出。然后，使金屬吸附在非晶質硅薄膜上的過程為使吸附在非晶質 硅薄膜上的金屬有機化合物與輔助氣體發(fā)生反應而除去金屬有機化 合物中的有機化合物的過程。因此，將輔助氣體供給至吸附有金屬 有機化合物的非晶質硅薄膜上。如此供給的輔助氣體與吸附在非晶 質硅薄膜上的金屬有機化合物發(fā)生反應，最終使金屬吸附在非晶質 硅薄膜上。例如，使作為源氣體的Ni(cp)2與輔助氣體發(fā)生反應而除 去cp成分，從而Ni吸附在非晶質硅薄膜上[即，Ni(cp)2+H2—Ni十 mCnH2n+2]。本發(fā)明中，作為輔助氣體，可以使用H2、 NH3等還原性 氣體，02、 N20、 H20、臭氧等氧化性氣體，Ar、 N2等不活潑性氣 體。接著，將通過源氣體和輔助氣體的反應結果而產生的副產物氣 體從反應室中排出(清除)而除去。當該步驟結束時，使金屬吸附 在非晶質硅薄膜上的過程結束。此時，可以使用于源氣體的順暢移 動的載氣流入以用于副產物氣體的排出。以下說明對吸附有金屬的非晶質硅薄膜實施熱處理、從而制造 多晶硅薄膜的過程。該過程為通過上述金屬誘導結晶化方式使硅結 晶化的過程，還有通過吸附于非晶質硅薄膜上的金屬催化劑而將硅 的結晶化溫度降低至玻璃基板可以使用的程度的情況。首先，本發(fā)明的熱處理通過使吸附有金屬的非晶質硅薄膜保持 在維持于規(guī)定熱處理溫度的反應室內而進行。這里，反應室有時是 與金屬有機化合物的吸附步驟中所使用的反應室相同的反應室，有 時是另外的其它反應室。即，有在一個反應室內進行吸附和熱處理 過程全部的情況，也有分別在不同反應室內進行吸附和熱處理過程 的情況。熱處理溫度優(yōu)選為400 70(TC的范圍。熱處理溫度非常低時，則 結晶化所需要的時間變長，因此必須考慮與生產率(處理量)相關 的問題，當熱處理溫度非常高時，則必須考慮與玻璃基板變形相關 的問題。熱處理時間優(yōu)選為1 10小時的范圍。當熱處理時間非常短 時，則必須考慮非晶質硅的結晶化變差的問題，當熱處理時間非常 長時，則必須考慮生產率問題。熱處理時的氣氛優(yōu)選為不活潑性氣 體氣氛。此處，作為使用的不活潑性氣體，包含Ar、 Ne、 He、 N2 氣體。由此，通過第1實施方式形成TFT用多晶硅薄膜的過程完成。 本發(fā)明中，通過盡量地減少用于降低結晶化溫度而導入的金屬濃 度，具有以下優(yōu)點可以顯著地減少TFT的金屬污染，可以提高TFT 的性能和采用其的半導體或顯示器的各種特性。第二，說明在本發(fā)明的第2實施方式中將金屬有機化合物吸附 在非晶質硅薄膜上后對其進行熱處理、從而形成多晶硅薄膜的方 法。本發(fā)明的第2實施方式中，直至將金屬有機化合物吸附在非晶 質硅薄膜上的步驟之前，與第1實施方式是相同的。即，本發(fā)明的
第2實施方式為通過與第1實施方式相同的方法使金屬有機化合物 吸附在非晶質硅薄膜上后，立即進行熱處理、從而形成多晶硅薄膜的方法。本發(fā)明的第2實施方式中，省略了對與第1實施方式相同的過程的詳細說明，這里僅對熱處理步驟中的不同點進行說明。第2實施方式的熱處理步驟的基本概念和熱處理條件與第1實 施方式大致相同。但是，第2實施方式的熱處理步驟中，除去吸附 于非晶質硅薄膜上的金屬有機化合物中的有機化合物的過程和非晶 質硅發(fā)生結晶化的過程是整個進行的。與此相關，第2實施方式與 第1實施方式相比，熱處理時的氣體氣氛可以具有差別。即，第2 實施方式中，在熱處理步驟使用在第1實施方式中使用的輔助氣體， 可以促進從金屬有機化合物中除去有機化合物的反應。因此，本發(fā) 明的第2實施方式中，在熱處理步驟中可以使用02、 N20、 H20、 臭氧等氧化性氣體氣氛和H2、 NH3等還原性氣體氣氛中的一個。當 然，第2實施方式中也可以如第1實施方式那樣，在熱處理步驟中 使用包含Ar、 Ne、 He、 &氣體的不活潑性氣體氣氛。另外，第2實施方式中，在熱處理步驟中可以使用氧化性氣體和 不活潑性氣體的混合氣體氣氛、以及還原性氣體與不活潑性氣體的混 合氣體氣氛中的任意一種。在第2實施方式的熱處理步驟中使用混合 氣體時，混合氣體的比例優(yōu)選不活潑性氣體為50~99%的范圍。第2 實施方式的熱處理步驟中的氣體氣氛以外的熱處理溫度或熱處理時 間優(yōu)選與第1實施方式的條件范圍相同。由此，通過第2實施方式形 成TFT用多晶硅薄膜的過程完成。另外，與第l實施方式相同，通過 盡量地降低用于降低結晶化溫度而導入的金屬濃度，具有以下優(yōu)點-可以顯著地減少TFT的金屬污染、能夠提高TFT的性能和采用其的 半導體或顯示器的各種特性。根據(jù)本發(fā)明，由于可以適用于大面積的基板，因此可以增加LCD 等平板顯示器的生產率，降低生產成本。因而，本發(fā)明的產業(yè)利用性 極高。 另一方面，本說明書中通過幾個優(yōu)選的實施方式敘述了本發(fā)明， 但本領域技術人員可以在不脫離權利要求書所公開的本發(fā)明范疇和 思想的情況下進行多種變形和修正。
權利要求
1.多晶硅的制造方法，其特征在于，包含以下步驟(a)在非晶質硅上供給含有金屬的源氣體的步驟；(b)通過調節(jié)吸附壓力、吸附時間和吸附溫度中的至少一個來使規(guī)定量的源氣體吸附在所述非晶質硅上的步驟；(c)將所述(b)中未吸附于所述非晶質硅上的源氣體除去的步驟；(d)在吸附有源氣體的所述非晶質硅上供給輔助氣體的步驟；(e)通過吸附在所述非晶質硅上的源氣體與所述輔助氣體發(fā)生反應，從而最終在所述非晶質硅上吸附規(guī)定量的金屬的步驟；以及(f)對吸附有所述金屬的非晶質硅進行熱處理的步驟。
2. 多晶硅的制造方法，其特征在于，包含以下步驟(a) 在非晶質硅上供給含有金屬的源氣體的步驟；(b) 通過調節(jié)吸附壓力、吸附時間和吸附溫度中的至少一個來 使規(guī)定量的源氣體吸附在所述非晶質硅上的步驟；(c) 將所述(b)中未吸附于所述非晶質硅上的源氣體除去的 步驟；以及(d) 對吸附有所述源氣體的非晶質硅進行熱處理的步驟。
3. 權利要求1或2所述的多晶硅的制造方法，其特征在于，所 述源氣體含有Ni、 Al、 Ti、 Ag、 Au、 Co、 Sb、 Pd、 Cu中的任意1 個或2個以上。
4. 權利要求3所述的多晶硅的制造方法，其特征在于，所述源 氣體為Ni(cp)2或Ni(dmamb)2中的任意一個。
5. 權利要求1所述的多晶硅的制造方法，其特征在于，所述輔 助氣體包含H2、 NH3等還原性氣體，02、 N20、 H20、臭氧等氧化性 氣體，Ar、 N2等不活潑性氣體。
6. 權利要求1或2所述的多晶硅的制造方法，其特征在于，所 述吸附溫度為常溫 25(TC的范圍。
7. 權利要求1或2所述的多晶硅的制造方法，其特征在于，在 所述(b)中，源氣體以覆蓋率小于1的比例吸附在所述非晶質硅上。
8. 權利要求1所述的多晶硅的制造方法，其特征在于，在所述 (f)中，熱處理溫度為400 700°C，熱處理時間為1~10小時，熱處理氣氛為含有Ar、 Ne、 He、 N2氣體的不活潑性氣體氣氛。
9. 權利要求2所述的多晶硅的制造方法，其特征在于，在所述 (d)中，熱處理溫度為400~700°C，熱處理時間為1~10小時，熱處理氣氛為選自含有Ar、 Ne、 He、 N2氣體的不活潑性氣體氣氛，02、 N20、 H20、臭氧等氧化性氣體氣氛和H2、 NH3等還原性氣體氣氛中 的至少一個。
全文摘要
本發(fā)明提供可以適用于LCD等平板顯示器的TFT用多晶硅的制造方法。本發(fā)明的多晶硅的制造方法包括以下步驟(a)在非晶質硅上供給含有金屬的源氣體的步驟；(b)通過調節(jié)吸附壓力、吸附時間和吸附溫度中的至少一個來使規(guī)定量的源氣體吸附在上述非晶質硅上的步驟；(c)將上述(b)中未吸附于上述非晶質硅上的源氣體除去的步驟；(d)在吸附有源氣體的上述非晶質硅上供給輔助氣體的步驟；(e)通過吸附在上述非晶質硅上的源氣體與上述輔助氣體發(fā)生反應，從而最終在上述非晶質硅上吸附規(guī)定量的金屬的步驟；(f)對吸附有上述金屬的非晶質硅進行熱處理的步驟。根據(jù)本發(fā)明，具有以下效果可以適當且微細地調節(jié)吸附于非晶質硅薄膜上的金屬的量，可以在利用金屬誘導結晶化方式進行硅的結晶化時，在降低結晶化溫度的同時防止金屬所導致的污染。
文檔編號C01B33/00GK101209841SQ20071030593
公開日2008年7月2日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權日2006年12月27日
發(fā)明者張澤龍, 張錫弼, 李永浩, 李炳一 申請人:泰拉半導體株式會社