專利名稱：用于結(jié)晶化半導(dǎo)體膜的方法和由該方法結(jié)晶化的半導(dǎo)體膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及集成電路(ic)制造，更具體的說(shuō)，涉及使用掩埋晶種層間(interlevel)結(jié)晶化方法的雙柵薄膜晶體管(DG-TFT)制造工藝。
背景技術(shù)：
對(duì)于用于TFT應(yīng)用的硅(Si)薄膜的混合連續(xù)晶粒硅(CGS)處 理，"l脈沖(1-shot)"工藝是能提供晶粒間界在結(jié)晶膜中的位置 控制的高產(chǎn)量方案。激光脈沖一般被稱為"脈沖(shot)"，并且l脈沖工藝使用單 個(gè)激光脈沖退火膜。該方法有兩種主要的實(shí)施方式，其影響所得到 的微結(jié)構(gòu)，或者在結(jié)晶化之前預(yù)構(gòu)圖Si島，或者不這樣做。在任一 種情況下，通過(guò)在除需要預(yù)先定位的晶種的地方以外的所有區(qū)域中 完全熔化Si膜來(lái)引起位置控制，以便開始過(guò)冷熔化的結(jié)晶化。一般，該晶種通過(guò)下述步驟被放置首先利用500 A Si(h蓋層 封裝Si層(被預(yù)構(gòu)圖或沒有被構(gòu)圖)，沉積足夠厚的Si層(大約 2， 000人)，然后構(gòu)圖該Si層以留下將遮蔽來(lái)自下面的Si有源層的 受激準(zhǔn)分子激光輻射的點(diǎn)或線。這些點(diǎn)或線必須足夠大以保持Si下層的足夠?qū)挼膮^(qū)域被照射， 以便解決橫向熱擴(kuò)散。典型的寬度為大約3-4微米(jim)。當(dāng)周圍 熔化的Si在平衡溫度以下開始冷卻時(shí)，晶種開始橫向生長(zhǎng)到周圍區(qū) 域中。圖1是描述對(duì)于"1脈沖"位置控制結(jié)晶化方案，利用遮蔽Si 層(點(diǎn))預(yù)構(gòu)圖Si有源層的透視圖(現(xiàn)有技術(shù))。圖1示出了 70。 傾斜的樣品，其具有預(yù)構(gòu)圖的Si島和覆蓋Si層以引起橫向生長(zhǎng)。 照射時(shí)，晶種開始從遮蔽點(diǎn)以下生長(zhǎng)，然后在螺旋形物周圍和Si島 的其余部分中繼續(xù)進(jìn)行橫向生長(zhǎng)。在上述方法的許多實(shí)施例中，該點(diǎn)最終必須被去除，這對(duì)于隨后
的TFT制造步驟(例如，注入、接觸孔形成、和平面化)來(lái)說(shuō)可能 是有問(wèn)題的。去除該點(diǎn)需要Si遮蔽層的受控的干法刻蝕、在TMAH 中的濕法腐蝕，或(對(duì)于未被構(gòu)圖的Si有源層)在稀釋的HF中的 腐蝕以鉆蝕所述線和點(diǎn)并使得它們被剝離。更好的方法是通過(guò)可以在結(jié)晶化之后留在原位的裝置(通過(guò)接觸 孔)為橫向生長(zhǎng)提供晶種，所述裝置不會(huì)干擾隨后的處理步驟。發(fā)明內(nèi)容如果Si有源層的預(yù)定區(qū)域能夠被留下與可以用作橫向生長(zhǎng)的晶 種的固體(即未熔化的)Si區(qū)接觸，那么"1脈沖(l-shot)"位 置控制結(jié)晶化方案能夠被增強(qiáng)。由于多種原因，包括與3D體系結(jié)構(gòu) 的更好的兼容性和改善的生產(chǎn)量，希望利用單脈沖結(jié)晶化更大的 區(qū)。常規(guī)的定向凝固方法不再足以滿足目前利用各種3D體系結(jié)構(gòu)(例 如，背柵TFT、平面TFT、和雙柵TFT)的共同集成的設(shè)計(jì)。為了更 好地實(shí)現(xiàn)3D結(jié)構(gòu)的結(jié)晶化，本發(fā)明使用背柵作為為橫向生長(zhǎng)提供晶 種的裝置并且控制晶粒間界相對(duì)于TFT的有源溝道的位置。因此，提供了一種方法，用于使用掩埋晶種1脈沖層間結(jié)晶化工 藝結(jié)晶化半導(dǎo)體膜。該方法形成具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)、覆蓋在透明襯底上 面的第一半導(dǎo)體膜。形成覆蓋在第一半導(dǎo)體膜上面的絕緣體層，并 且在絕緣體層中形成開口，該開口暴露第一半導(dǎo)體膜頂表面的一部 分。然后，形成覆蓋在絕緣體層上面的具有非晶結(jié)構(gòu)的第二半導(dǎo)體 膜。 一般，第一和第二半導(dǎo)體膜是Si，并且絕緣體層通常是氧化物 或氮化物。第二半導(dǎo)體膜被激光退火。在一個(gè)方面中，該退火利用 單激光脈沖來(lái)完成。響應(yīng)于激光退火，第二半導(dǎo)體膜完全熔化并且 第一半導(dǎo)體膜局部熔化。使用未熔化的第一半導(dǎo)體膜作為晶種，結(jié) 晶化第二半導(dǎo)體膜。該方法的一個(gè)方面包括在利用來(lái)自第二激光源的至少一個(gè)激光 能量密度(fluence)脈沖熔化第二半導(dǎo)體膜之前，利用來(lái)自第一激 光源的至少一個(gè)激光能量密度脈沖F ( J/cm、脈沖)預(yù)加熱襯底。在一個(gè)應(yīng)用中，第一半導(dǎo)體膜形成覆蓋在襯底上面的底柵，絕緣 體層形成底柵電介質(zhì)，以及第二半導(dǎo)體層形成有源Si層。更具體地 說(shuō)，該底柵具有第一部分和第二部分，并且在該柵電介質(zhì)中形成覆 蓋在底柵第一部分上面的通孔(通路接觸孔)。底柵第一部分通過(guò)退火被局部熔化，并且底柵第二部分用作結(jié)晶化有源Si層的晶種。下面提供上述方法的另外的細(xì)節(jié)。 通過(guò)下面的描述，本發(fā)明的另外的目的、特征和強(qiáng)度將變得清 楚。另外，由以下參考附圖的說(shuō)明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。


圖1是描述對(duì)于"1脈沖"位置控制結(jié)晶化方案利用遮蔽Si層 (點(diǎn))預(yù)構(gòu)圖Si有源層的透視圖(現(xiàn)有技術(shù))。圖2是底柵的平面圖，其解釋了使用掩埋晶種1脈沖激光退火工 藝結(jié)晶化雙柵TFT (DG-TFT)的過(guò)程中的步驟。圖3是在形成通孔之后圖2的底柵，其解釋了使用掩埋晶種1 脈沖激光退火工藝結(jié)晶化雙柵TFT (DG-TFT)的過(guò)程中的步驟。圖4是圖3的底柵的局部截面圖，其解釋了使用掩埋晶種1脈沖 激光退火工藝結(jié)晶化雙柵TFT (DG-TFT)的過(guò)程中的步驟。圖5是結(jié)晶化之后有源Si層12的平面圖，其解釋了使用掩埋晶 種1脈沖激光退火工藝結(jié)晶化雙柵TFT (DG-TFT)的過(guò)程中的步驟。圖6是描述被構(gòu)圖之后的有源Si層的平面圖，其解釋了使用掩 埋晶種1脈沖激光退火工藝結(jié)晶化雙柵TFT(DG-TFT)的過(guò)程中的步 驟。圖7是示出最終的分立器件布局的平面圖，其解釋了使用掩埋晶 種1脈沖激光退火工藝結(jié)晶化雙柵TFT (DG-TFT)的過(guò)程中的步驟。圖8是示出用于使用掩埋晶種1脈沖激光退火工藝結(jié)晶化半導(dǎo)體 膜的方法的流程圖。圖9是示出用于使用至下面底柵的通孔為有源Si層的結(jié)晶化提 供晶種的DG-TFT制造方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
參考附圖本發(fā)明的實(shí)施例將得到最佳理解，其中類似的部分始終 用類似的數(shù)字表示。上述圖被明確并入作為該詳細(xì)描述的一部分。"1脈沖"位置控制結(jié)晶化方案依賴被留下與用作橫向生長(zhǎng)的晶 種的(未熔化的)單晶區(qū)域接觸的Si有源層的預(yù)定區(qū)域。背柵、平
面和雙柵TFT體系結(jié)構(gòu)中的3D結(jié)構(gòu)的結(jié)晶化利用1脈沖激光退火工 藝被改善。下面提供了背柵的實(shí)例，其用于為橫向生長(zhǎng)提供晶種并 且控制晶粒間界相對(duì)于TFT的有源溝道的位置。圖2到7描述了使用掩埋晶種1脈沖激光退火工藝結(jié)晶化雙柵 TFT (DG-TFT)的步驟。通常，DG-TFT是具有覆蓋在平面TFT結(jié)構(gòu)上 面的底柵或背柵的晶體管，其包括源區(qū)和漏區(qū)，溝道和頂柵。該背 柵用于控制上覆的平面TFT的閾值電壓。DG-TFT的另外的細(xì)節(jié)可以 在于2005年7月18日提交的由Afentakis等人發(fā)明的題為DUAL-GATE TRANSISTOR DISPLAY的未決的申請(qǐng)(序列號(hào)No. 11/184， 699 ) 中找到，該申請(qǐng)?jiān)诖吮徊⑷胱鳛閰⒖?案巻號(hào)SLA8010)。圖2是底柵(背柵)IO的平面圖。底柵10被摻雜、構(gòu)圖、然后 被蓋上如圖4中所示的背柵絕緣體11。 一般，底柵IO是多晶的，或 者它也可以具有單晶結(jié)構(gòu)。圖3是在形成通路接觸孔(通孔)13之后圖2的底柵10，所述 通孔被開口通過(guò)背柵絕緣體11直到底柵10。然后在背柵絕緣體11 上方沉積非晶Si (a-Si)有源層12，其通過(guò)通路接觸孔13與底柵 10形成接觸。圖4是圖3的底柵10的局部截面圖。大多數(shù)(如果不是全部的 話)受激準(zhǔn)分子能量密度(由標(biāo)有"XeCl"的箭頭表示)被有源Si層 12吸收。典型的有源Si層12可以具有大約500 A的厚度。熱傳導(dǎo) 導(dǎo)致延伸通過(guò)通路接觸孔13并且局部熔化掩埋底柵電極10的熔化 前部(melt front)。底柵電極10的熱質(zhì)量可以是有源Si層厚度 的大約四倍，結(jié)果形成底柵的顯著部分保持固態(tài)。當(dāng)冷卻時(shí)，固態(tài) 材料的垂直再生長(zhǎng)延伸通過(guò)通路接觸孔13，為L(zhǎng)C (位置受控的)橫 向生長(zhǎng)提供晶種。圖5是在結(jié)晶化之后有源Si層12的平面圖。結(jié)晶微結(jié)構(gòu)可以適 于特殊應(yīng)用，例如控制晶粒間界相對(duì)于TFT的有源溝道區(qū)的位置。 圖5示出了在晶粒中心的圓形區(qū)域，在此通過(guò)被留下與熔化的Si接 觸的晶種啟動(dòng)橫向生長(zhǎng)。底柵10的相對(duì)位置用陰影線示出。圖6是描述在有源Si層12被構(gòu)圖以用作TFT的有源溝道之后該 有源Si層12的平面圖。在構(gòu)圖之前執(zhí)行結(jié)晶化。因?yàn)檠诼竦讝烹?極IO被覆蓋了有源Si層12，因此在照射期間其沒有熔化。構(gòu)圖有源區(qū)斷開了與有源溝道和掩埋底柵電極的(Si)接觸。圖7是示出最終的分立器件布局的平面圖，且4個(gè)墊(pad)分 別用于與源極21、漏極22、頂柵23、背柵24的接觸。器件還可以 使用上述方法、不利用頂柵或底柵(23, 24 )來(lái)制造，以便除了雙柵 TFT之外還提供平面TFT或背柵TFT。更一般而言，該方法可適用于 使用"l脈沖"未預(yù)構(gòu)圖位置控制結(jié)晶化方案結(jié)晶化垂直結(jié)構(gòu)。 功能描述圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)實(shí)施例用于使用掩埋晶種1脈沖層 間結(jié)晶化工藝結(jié)晶化半導(dǎo)體膜的方法的流程圖。盡管為了清楚起見，該方法被描述成有編號(hào)的步驟序列，但是該 編號(hào)并不一定表示這些步驟的順序。應(yīng)當(dāng)理解，這些步驟中的一些 可以被跳過(guò)、并行執(zhí)行，或者在不需要保持嚴(yán)格的序列順序的情況 下執(zhí)行。該方法在步驟800處開始。在步驟802中，形成覆蓋在透明襯底上面的具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的第一 半導(dǎo)體膜。對(duì)于透明襯底的材料，可以采用例如玻璃、塑料、或石 英。盡管該方法可以與任何襯底材料一起使用，但是激光退火工藝 常常與這些溫度敏感的材料相關(guān)。在步驟804中，形成覆蓋在第一 半導(dǎo)體膜上面的絕緣體層。在步驟806中，在絕緣體層中形成開口， 該開口暴露第一半導(dǎo)體膜頂表面的一部分。在步驟808中，形成覆 蓋在絕緣體層上面的非晶結(jié)構(gòu)的第二半導(dǎo)體膜。在步驟810中，執(zhí) 行對(duì)第二半導(dǎo)體膜的激光退火。響應(yīng)于步驟810中的激光退火工藝， 在S812中第二半導(dǎo)體膜完全熔化，并且第一半導(dǎo)體膜局部熔化。在 S814中使用未熔化的第一半導(dǎo)體膜作為晶種，結(jié)晶化第二半導(dǎo)體 膜。在一個(gè)方面中，在步驟804中在絕緣體層中形成開口的工藝包括 在第一位置中形成開口的工藝。然后，通過(guò)響應(yīng)于第一位置的定位 控制結(jié)晶化的第二半導(dǎo)體膜的晶粒間界來(lái)執(zhí)行步驟814中第二半導(dǎo) 體膜的結(jié)晶化。暫時(shí)返回圖5和6,可以看出形成在Si有源層12中 的晶粒間界相對(duì)于柵電介質(zhì)10中的通路接觸孔13的位置被定位和 形成。在一個(gè)方面中，在步驟810中對(duì)第二半導(dǎo)體膜激光退火的工藝包 括下述工藝在利用來(lái)自第二激光源的至少一個(gè)激光能量密度脈沖熔化第二半導(dǎo)體膜之前，利用來(lái)自第一激光源的至少一個(gè)激光能量密度脈沖預(yù)加熱襯底。例如，該襯底可以利用二氧化碳激光(CDL) 脈沖被預(yù)加熱，該二氧化碳激光脈沖具有在大約IO微秒至1毫秒的 范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間，和在大約100Hz至50KHz的范圍內(nèi)的重復(fù)頻率。在另一個(gè)方面中，在步驟812中熔化第二半導(dǎo)體膜的工藝包括利 用單個(gè)受激準(zhǔn)分子激光脈沖激光退火第二半導(dǎo)體膜的工藝。例如， 可以使用在大約30納秒(ns)至300ns范圍內(nèi)的脈沖持續(xù)時(shí)間執(zhí)行 利用單個(gè)受激準(zhǔn)分子激光脈沖激光退火第二半導(dǎo)體膜的工藝。首先C02激光器發(fā)光以預(yù)加熱下面的Si02襯底。在CDL脈沖(一 般長(zhǎng)度是10 ps至1 ms)的末端，受激準(zhǔn)分子激光器被點(diǎn)亮使得直 接位于襯底上的預(yù)加熱的亮點(diǎn)上面的Si薄膜熔化。這些操作允許完 全局部加熱該材料至超過(guò)900 。C至1， 000 。C的溫度。這種局部高溫 又允許根據(jù)條件超過(guò)30至100 ^un的非常長(zhǎng)的橫向生長(zhǎng)長(zhǎng)度。該工 藝因其利用單脈沖結(jié)晶化整個(gè)Si膜的能力而被稱為"1脈沖"工藝， 所述Si膜將構(gòu)成器件的有源部分。提供晶種的結(jié)構(gòu)被設(shè)置用于提供 適合于特定的有源溝道定向、尺寸、或其它所需特性的最佳微結(jié)構(gòu)。 當(dāng)然，術(shù)語(yǔ)"1脈沖"僅僅指的是受激準(zhǔn)分子激光器。C02激光器可 以為每個(gè)受激準(zhǔn)分子激光脈沖多次發(fā)光。CDL可以以高達(dá)幾十kHz的 頻率工作，并且對(duì)于一些條件而言，這是典型的工作條件。該工藝 的另外的細(xì)節(jié)可以在美國(guó)專利7, 018, 468中找到，其在此被并入作 為參考?？商鎿Q的預(yù)加熱源包括uv激光器，例如受激準(zhǔn)分子激光器或三 倍頻固體激光器；或可見光激光器，例如兩倍頻固體激光器，來(lái)作 為激光退火源。在308nm的XeCl激光器或在243nm的KrF激光器可 以是受激準(zhǔn)分子激光器的候選者。三倍頻固體激光器，例如三倍頻 Nd-YAG激光器或三倍頻Nd-YV04激光器，也可以是UV激光器的候選 者。兩倍頻固體激光器，例如工作在532nm的兩倍頻Nd-YAG激光器 或兩倍頻Nd-YV04激光器，可以是可見光激光器的候選者。在不同的方面中，分別在步驟802和808中形成第一和第二半導(dǎo) 體膜包括形成包括Si的第一和第二半導(dǎo)體膜。例如，可以使用(純) Si和SiGe的膜，然而該工藝有可能應(yīng)用于更寬范圍的薄膜工藝材 料。在步驟804中形成的絕緣體層一般是氧化物膜，例如二氧化硅、
氮化物膜，例如氮化硅、氮氧化物、乃至高k介電材料。在一個(gè)方面中，在步驟802中形成第一半導(dǎo)體膜的工藝包括形成 覆蓋在襯底上面的底柵的工藝，其后是在步驟804中形成底柵電介 質(zhì)的工藝。在步驟808中形成第二半導(dǎo)體層的工藝包括形成有源Si 層的工藝。在一個(gè)方面中，在步驟808中形成的有源Si層具有在大 約500 A至1, 500 A的范圍內(nèi)的厚度。更具體的說(shuō)，在步驟802中形成底柵的工藝包括形成具有第一部 分和第二部分的底柵的工藝。在步驟806中，在覆蓋在底柵第一部 分上面的柵電介質(zhì)中形成通路接觸孔。然后，在步驟812中局部熔 化第一半導(dǎo)體膜的工藝包括熔化底柵第一部分的工藝。在步驟814 中將要使用未熔化的第 一半導(dǎo)體膜作為晶種來(lái)執(zhí)行的工藝包括將要 使用底柵第二部分作為用來(lái)結(jié)晶化有源Si層的晶種來(lái)執(zhí)行的工藝。 在結(jié)晶化有源Si層的工藝之后，在步驟816中有源Si層被構(gòu)圖 以除去覆蓋在柵電介質(zhì)中的通路接觸孔上面的有源Si層。然后，在 步驟818中，形成覆蓋在有源Si層上面的頂柵，并且在步驟820中， 在有源Si層中形成源/漏(S/D)區(qū)。這些與DG-TFT制造工藝相關(guān) 的步驟816到820沒有在該圖中示出，因?yàn)閳D9特別專用于DG-TFT 工藝。在一個(gè)方面中，結(jié)晶化第二半導(dǎo)體膜的工藝包括在第二半導(dǎo)體膜 中橫向生長(zhǎng)具有在大約20微米(nm)至30nm的范圍內(nèi)的長(zhǎng)度的晶 粒的工藝。就DG-TFT而言，從通路接觸孔到底柵的未熔化部分的距 離一般小于晶粒長(zhǎng)度。橫向生長(zhǎng)的晶粒的晶向可以在半特征長(zhǎng)度 (semi-characteristic length)(對(duì)于50nm厚的Si膜來(lái)說(shuō)是大 約15 jim)之后改變或破壞，并且由控制晶種的定向(即通路接觸孔 附近的布置)得到的任何好處減少。圖9是示出用于使用至下面的底柵的通路接觸孔為有源Si層的 結(jié)晶化提供晶種的DG-TFT制造方法的流程圖。該方法開始于步驟 900。在步驟902中，形成覆蓋在透明襯底上面的具有多晶結(jié)構(gòu)的Si 底柵。在步驟904中，形成覆蓋在底柵上面的絕緣體層。例如，可 以使用氧化物或氮化物絕緣體。在步驟906中，在絕緣體層中形成 開口，該開口暴露底柵頂表面的一部分。在步驟908中，形成覆蓋 在絕緣體層上面的非晶Si膜。在步驟910中，執(zhí)行對(duì)非晶Si膜激
光退火的工藝。響應(yīng)于步驟910的激光退火工藝，在步驟S912中非 晶Si膜完全熔化并且底柵局部熔化。使用未熔化的底柵多晶結(jié)構(gòu)作 為晶種，在S914中形成多晶Si有源層。在一個(gè)方面中，在S910中，在利用來(lái)自第二激光源的至少一個(gè) 激光能量密度脈沖熔化非晶Si膜之前，利用來(lái)自第一激光源的至少 一個(gè)激光能量密度脈沖預(yù)加熱襯底。在另一個(gè)方面中，在S910中利 用單個(gè)受激準(zhǔn)分子激光脈沖執(zhí)行激光退火工藝。在不同的方面中，在步驟902中形成具有第一部分和第二部分的 底柵，并且在步驟904中，在覆蓋在底柵第一部分上面的柵電介質(zhì) 中形成通路接觸孔。然后，在S914中熔化底柵第一部分，并且在步 驟914中，使用底柵第二部分作為用來(lái)結(jié)晶化有源Si層的晶種。在形成多晶有源Si層的工藝之后，在S916中有源Si層被構(gòu)圖 以除去覆蓋在柵電介質(zhì)中的通路接觸孔上面的有源Si層。在步驟918 中，形成覆蓋在有源Si層上面的頂柵。在步驟920中，在有源Si 層中形成源/漏(S/D)區(qū)。已經(jīng)提供了使用掩埋晶種結(jié)晶化半導(dǎo)體膜的方法。工藝細(xì)節(jié)、材 料和DG-TFT結(jié)構(gòu)用作說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)例。然而，本發(fā)明不僅僅限于實(shí)施例。前面說(shuō)明中采用的術(shù)語(yǔ)和表達(dá)方式在其中用作描述的術(shù)語(yǔ)并且 不是限制性的，使用這些術(shù)語(yǔ)和表達(dá)方式不旨在排除所示和所描述 的特征或其部分的等效物，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的范圍由下面的權(quán)利要 求來(lái)限定和限制。
權(quán)利要求
1. 一種用于使用掩埋晶種1脈沖層間結(jié)晶化工藝結(jié)晶化半導(dǎo)體膜的方法，該方法包括以下步驟形成具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)、覆蓋在透明襯底上面的第一半導(dǎo)體膜；形成覆蓋在第一半導(dǎo)體膜上面的絕緣體層；在絕緣體層中形成開口 ，該開口暴露第一半導(dǎo)體膜的頂表面的一 部分；形成覆蓋在絕緣體層上面的具有非晶結(jié)構(gòu)的第二半導(dǎo)體膜； 激光退火第二半導(dǎo)體膜；響應(yīng)于激光退火的步驟，完全熔化第二半導(dǎo)體膜并且局部熔化第 一半導(dǎo)體膜；以及使用未熔化的第一半導(dǎo)體膜作為晶種，結(jié)晶化第二半導(dǎo)體膜。
2. 如權(quán)利要求l的方法，其中激光退火第二半導(dǎo)體膜的步驟包括在利用來(lái)自第二激光源的至 少一個(gè)激光能量密度脈沖熔化第二半導(dǎo)體膜之前，利用來(lái)自第一激 光源的至少一個(gè)激光能量密度脈沖預(yù)加熱該透明襯底的工藝。
3. 如權(quán)利要求2的方法，其中預(yù)加熱襯底的工藝包括利用二氧化碳激光(CDL)脈沖預(yù)加熱襯 底的工藝，該二氧化碳激光脈沖具有在大約IO微秒至1毫秒的范圍 內(nèi)的持續(xù)時(shí)間，和在大約100Hz至50KHz的范圍內(nèi)的重復(fù)頻率。
4. 如權(quán)利要求2的方法，其中熔化第二半導(dǎo)體膜的步驟包括利用單個(gè)受激準(zhǔn)分子激光脈沖激 光退火第二半導(dǎo)體膜的工藝。
5. 如權(quán)利要求4的方法，其中使用在大約30納秒(ns)至300ns范圍內(nèi)的脈沖持續(xù)時(shí)間執(zhí)行 利用單個(gè)受激準(zhǔn)分子激光脈沖激光退火第二半導(dǎo)體膜的步驟。
6. 如權(quán)利要求l的方法，其中硅(Si)用于第一和第二半導(dǎo)體膜的材料；以及 形成絕緣體層的步驟包括由選自由氧化物膜和氮化物膜構(gòu)成的 組的材料形成絕緣體的工藝。
7. 如權(quán)利要求l的方法，其中所述在絕緣體層中形成開口的步驟包括在第一位置中形成開口的工藝；以及通過(guò)響應(yīng)于第一位置的定位控制結(jié)晶化的第二半導(dǎo)體膜的晶粒 間界來(lái)執(zhí)行結(jié)晶化第二半導(dǎo)體膜的步驟。
8. 如權(quán)利要求1的方法，其中形成第一半導(dǎo)體膜的步驟包括形成覆蓋在襯底上面的底柵的工藝；形成絕緣體層的步驟包括形成底柵電介質(zhì)的工藝；以及 形成第二半導(dǎo)體層的步驟包括形成有源Si層的工藝。
9. 如權(quán)利要求8的方法，其中形成底柵的步驟包括形成具有第一部分和第二部分的底柵的工藝；在絕緣體層中形成開口的步驟包括在覆蓋在底柵第一部分上面 的柵電介質(zhì)中形成通孔的工藝；局部熔化第一半導(dǎo)體膜的步驟包括熔化底柵第一部分的工藝；以及使用底柵第二部分作為用來(lái)結(jié)晶化有源Si層的晶種來(lái)執(zhí)行所述 使用未熔化的第一半導(dǎo)體膜作為晶種結(jié)晶化第二半導(dǎo)體膜的步驟。
10. 如權(quán)利要求8的方法，其中有源Si層被形成為具有在大約500 A至1， 500 A的范圍內(nèi)的厚度。
11. 如權(quán)利要求9的方法，進(jìn)一步包括以下步驟 在結(jié)晶化有源Si層之后，構(gòu)圖有源Si層以除去覆蓋在柵電介質(zhì)中的通孔上面的有源Si層。
12. 如權(quán)利要求ll的方法，進(jìn)一步包括以下步驟 形成覆蓋在有源Si層上面的頂柵；以及在有源Si層中形成源/漏(S/D)區(qū)。
13. 如權(quán)利要求8的方法，其中覆蓋在透明襯底上面的底柵是使用選自由玻璃、塑料、和石英構(gòu) 成的組的材料形成的。
14. 如權(quán)利要求8的方法，其中結(jié)晶化第二半導(dǎo)體膜的步驟包括在第二半導(dǎo)體膜中橫向生長(zhǎng)具 有在大約20微米(jim)至30nm的范圍內(nèi)的長(zhǎng)度的晶粒的工藝。
15. —種用于在雙柵薄膜晶體管(DG-TFT)中使用至下面的底柵 的通孔為有源硅(Si)層的結(jié)晶化提供晶種的方法，該方法包括以 下步驟形成具有多晶結(jié)構(gòu)、覆蓋在透明襯底上面的Si底柵； 形成覆蓋在底柵上面的絕緣體層；在絕緣體層中形成開口，該開口暴露底柵頂表面的一部分； 形成覆蓋在絕緣體層上面的非晶Si膜； 激光退火該非晶Si膜；響應(yīng)于激光退火，完全熔化該非晶Si膜并且局部熔化該底柵；以及使用未熔化的底柵多晶結(jié)構(gòu)作為晶種，形成多晶Si有源層。
16. 如權(quán)利要求15的方法，其中激光退火該非晶Si膜的步驟包括在利用來(lái)自第二激光源的至少 一個(gè)激光能量密度脈沖熔化該非晶Si膜之前，利用來(lái)自第一激光源 的至少一個(gè)激光能量密度脈沖預(yù)加熱襯底的工藝。
17. 如權(quán)利要求15的方法，其中利用單個(gè)受激準(zhǔn)分子激光脈沖執(zhí)行激光退火該非晶Si膜的步驟。
18. 如權(quán)利要求15的方法，其中形成絕緣體層的步驟包括由選自由氧化物膜和氮化物膜構(gòu)成的 組的材料形成柵絕緣體的工藝。
19. 如權(quán)利要求15的方法，其中形成底柵的步驟包括形成具有第一部分和第二部分的底柵的工藝；在絕緣體層中形成開口的步驟包括在覆蓋在底柵第一部分上面的柵電介質(zhì)中形成通孔的工藝；局部熔化底柵的步驟包括熔化底柵第一部分的工藝；以及 將要使用未熔化的底柵多晶結(jié)構(gòu)作為晶種來(lái)執(zhí)行的步驟包括將要使用底柵第二部分作為用來(lái)結(jié)晶化有源Si層的晶種來(lái)執(zhí)行的工藝。
20. 如權(quán)利要求19的方法，進(jìn)一步包括以下步驟在形成多晶有源Si層的步驟之后，構(gòu)圖有源Si層以除去覆蓋在柵電介質(zhì)中的通孔上面的有源Si層；形成覆蓋在有源Si層上面的頂柵；以及 在有源Si層中形成源/漏(S/D)區(qū)。
21. —種利用如權(quán)利要求1至20中的任一項(xiàng)所述的方法結(jié)晶化 的半導(dǎo)體膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于結(jié)晶化半導(dǎo)體膜的方法和由該方法結(jié)晶化的半導(dǎo)體膜。提供了一種用于使用掩埋晶種1脈沖層間結(jié)晶化工藝結(jié)晶化半導(dǎo)體膜的方法。該方法在透明襯底上以該順序形成具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體膜，具有暴露第一半導(dǎo)體膜頂表面的一部分的開口的絕緣體層，然后以該順序形成具有非晶結(jié)構(gòu)的第二半導(dǎo)體膜。激光退火第二半導(dǎo)體膜使得第二半導(dǎo)體膜完全熔化并且第一半導(dǎo)體膜局部熔化。使用未熔化的第一半導(dǎo)體膜作為晶種，結(jié)晶化第二半導(dǎo)體膜。
文檔編號(hào)H01L21/20GK101145517SQ200710138198
公開日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2007年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月15日
發(fā)明者A·T·沃特薩斯, M·A·克勞德 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社