專利名稱：制造薄膜晶體管的方法、薄膜晶體管和顯示單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過使用以激光束的熱處理結(jié)晶非晶硅膜的制造薄膜晶體管的方法、通過使用這種結(jié)晶獲得的薄膜晶體管以及包括這種薄膜晶體管的顯示單元。
背景技術(shù)：
近些年來，作為一種平板顯示器，人們已經(jīng)開始關(guān)注通過利用有機(jī)電致發(fā)光(Electro Luminescence，EL)現(xiàn)象顯示圖像的有機(jī)EL顯示單元。由于有機(jī)EL顯示單元使用有機(jī)發(fā)光器件自身的發(fā)光現(xiàn)象，所以有機(jī)EL顯示單元具有視角寬和功耗小的優(yōu)越特性。進(jìn)一步，有機(jī)EL顯示單元具有對高分辨率高速視頻信號的高響應(yīng)度，并且因而有機(jī)EL顯示單元正朝著實(shí)際應(yīng)用的發(fā)展尤其是圖像領(lǐng)域。
在有機(jī)EL顯示單元中的驅(qū)動方法中，利用薄膜晶體管(TFT)作為驅(qū)動器件的有源矩陣法在反應(yīng)度(responsibility)和分辨率方面比無源矩陣法更加優(yōu)越。因而，有源矩陣法被認(rèn)為是尤其適合于具有前述優(yōu)勢的有機(jī)EL顯示單元的驅(qū)動方法。有源矩陣有機(jī)EL顯示單元具有其中設(shè)置有包括有機(jī)發(fā)光層的有機(jī)EL器件和為了驅(qū)動有機(jī)EL顯示裝置的驅(qū)動器件(前述的薄膜晶體管)的驅(qū)動面板。驅(qū)動面板和密封面板通過在其間的粘結(jié)劑層彼此結(jié)合，以使有機(jī)EL器件夾在驅(qū)動面板和密封面板之間。
眾所周知在作為驅(qū)動器件的薄膜晶體管中，當(dāng)連續(xù)施加電壓到柵電極時，晶體管的閾值電壓漂移。當(dāng)薄膜晶體管的閾值電壓漂移時，流入晶體管中的電流量改變。結(jié)果，組成每個像素的有機(jī)EL裝置的亮度改變。然而，有機(jī)EL顯示單元中的一些薄膜晶體管只要有機(jī)EL裝置發(fā)光就需要維持一導(dǎo)通狀態(tài)。因而，難以抑制閾值電壓的漂移現(xiàn)象。
因而，近來為了抑制閾值電壓的漂移現(xiàn)象，發(fā)展了以下的有機(jī)EL顯示單元。在該有機(jī)EL顯示單元中，薄膜晶體管的溝道區(qū)域由晶體硅膜制成。通過用受激準(zhǔn)分子激光束照射形成在玻璃襯底上的非晶硅(a-Si)層以提供退火處理來獲得晶體硅膜。
然而當(dāng)通過使用受激準(zhǔn)分子激光束的退火處理形成晶體硅膜時，存在以下缺點(diǎn)。也就是，當(dāng)在照射區(qū)域的能量分配或者在激光束脈沖之間的能量變化引起熱分配時，在晶體表面中晶體硅膜的結(jié)晶度變得不均勻。因此，薄膜晶體管的特性改變。
因而，例如，在日本未審專利申請公開No.60-18913、No.4-332120及No.2002-93702和日本已審專利申請公告No.3-34647中提出了以下技術(shù)。在該技術(shù)中，在非晶硅膜上形成光熱轉(zhuǎn)換層，用受激準(zhǔn)分子激光束照射該光熱轉(zhuǎn)換層，因而結(jié)晶該非晶硅層。根據(jù)該技術(shù)，能通過使用光熱轉(zhuǎn)換間接地提供用于結(jié)晶非晶硅膜所需的卡路里。因此實(shí)現(xiàn)了晶體硅膜的均勻結(jié)晶，能獲得具有均勻電特性的薄膜晶體管。
更明確地，在不使用光熱轉(zhuǎn)換層的方法中，非晶硅膜直接用激光束照射并且通過使用具有與硅膜相應(yīng)的吸收波長的激光結(jié)晶。在這種情形，然而，例如在一個面是300mm到920mm的大襯底中產(chǎn)生大約10％的膜厚改變。因而，當(dāng)非晶硅膜被減薄時，激光束的吸收率降低，導(dǎo)致結(jié)晶度改變。另一方面，在使用光熱轉(zhuǎn)換層的方法中，只要光熱轉(zhuǎn)換層的表面反射系數(shù)和膜厚均勻，有可能不依賴于激光束的波長和硅膜膜厚而實(shí)現(xiàn)均勻結(jié)晶。

發(fā)明內(nèi)容
然而當(dāng)使用這種光熱轉(zhuǎn)換層時，往往問題在于，在高溫時(至少1410攝氏度，即硅的熔點(diǎn))光熱轉(zhuǎn)換層和硅膜反應(yīng)，并且因而產(chǎn)生不需要的化合物。因而，為了阻止這樣的化合物產(chǎn)生，例如在上述日本未審專利申請公開No.60-18913、No.4-332120和日本已審專利申請公告No.3-34647中，在光熱轉(zhuǎn)換層和非晶硅層之間預(yù)先形成緩沖層。作為緩沖層，可引用例如氧化硅膜(SiO)、氮化硅膜(SiN)、氮氧化硅膜(SiON)等。進(jìn)一步，當(dāng)硅膜重結(jié)晶后，緩沖層通過例如使用氟化氫(HF)濕法刻蝕去除。
當(dāng)硅膜重結(jié)晶時，在硅膜的熔點(diǎn)或更高給緩沖層提供熱。因此，緩沖層已改變并且因而幾乎不能刻蝕。結(jié)果，容易產(chǎn)生刻蝕殘余物。當(dāng)刻蝕殘余物存在于晶體硅膜上時，從而影響了溝道區(qū)域和源/漏區(qū)域間的導(dǎo)電性。結(jié)果，存在有以下缺點(diǎn)。也就是，在晶體硅膜和其上層之間形成泄漏路徑，導(dǎo)致關(guān)態(tài)電流的增加或者形成界面能級，并且因而薄膜晶體管的閾值電壓改變或者所謂的S值(slope value)增加。
另一方面，當(dāng)為緩沖層提供充足的刻蝕以阻止產(chǎn)生這種刻蝕殘余物時存在有以下缺點(diǎn)。也就是，通過存在于晶體硅膜上的針孔進(jìn)入的氟化氫溶液也刻蝕柵絕緣膜，并且因而柵絕緣膜的層間絕緣性降低。另外，損壞了形成溝道區(qū)域的晶體硅膜，并且導(dǎo)通特性降低。
為了減少緩沖層的刻蝕殘余物，例如下述方法是有效的。也就是，用氟化氫溶液處理之后進(jìn)行水洗處理。另外，在通過CVD(化學(xué)氣相沉積)方法形成緩沖層的上層之前，在CVD腔中通過使用例如氫氣和氬氣的刻蝕氣體做等離子體處理。然而，即使在上述方法中，也損壞作為溝道的結(jié)晶硅層，并且當(dāng)進(jìn)行過度的處理時，通態(tài)電流降低。
如上，在其中在硅膜結(jié)晶后去除結(jié)晶硅膜所需要的緩沖層的現(xiàn)有技術(shù)中，難以在不惡化薄膜晶體管的特性的情況下實(shí)現(xiàn)晶體硅膜的均勻結(jié)晶以及阻止薄膜晶體管的性能改變。
考慮到前述，在該發(fā)明中，期望提供一種在不惡化薄膜晶體管特性的情況下能夠阻止特性改變的制造薄膜晶體管的方法，以及提供一種薄膜晶體管以及顯示單元。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了包括如下步驟的制造薄膜晶體管的方法在絕緣襯底上依次形成柵電極、柵絕緣膜、第一非晶硅膜以及第一絕緣層；在該第一絕緣層上形成光熱轉(zhuǎn)換層；通過使用光束照射該光熱轉(zhuǎn)換層來經(jīng)由該光熱轉(zhuǎn)換層和該第一絕緣層為該第一非晶硅層提供熱處理從而結(jié)晶該第一非晶硅膜以形成晶體硅膜；去除該光熱轉(zhuǎn)換層；通過圖案化該第一絕緣層以選擇性地僅留下對應(yīng)于該晶體硅膜的溝道區(qū)域的區(qū)域以形成溝道保護(hù)膜；和，通過在該溝道保護(hù)膜和該晶體硅膜上依次形成n+硅膜和金屬層，圖案化該晶體硅膜和該n+硅膜以選擇性地僅留下對應(yīng)于該柵電極的區(qū)域，以及利用使用溝道保護(hù)膜作為刻蝕停止選擇性地去除在該n+硅膜和該金屬層中對應(yīng)于該溝道區(qū)域的區(qū)域，由此由該n+硅膜形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域并且由該金屬層形成源電極和漏電極。
在發(fā)明實(shí)施例的制造薄膜晶體管的方法中，經(jīng)由光熱轉(zhuǎn)換層和第一絕緣層間接提供熱處理。因而，熱被均勻地傳輸?shù)降谝环蔷Ч鑼右孕纬山Y(jié)晶硅層。進(jìn)一步，由于在第一非晶硅膜和光熱轉(zhuǎn)換層之間形成第一絕緣膜，因此不會因?yàn)樗鼈兊姆磻?yīng)產(chǎn)生產(chǎn)物。然后去除光熱轉(zhuǎn)換層，圖案化該第一絕緣層以選擇性地僅留下對應(yīng)于溝道區(qū)域的區(qū)域，以及因此這樣的區(qū)域變成溝道保護(hù)膜。此時，由于沒有去除將變成溝道保護(hù)膜的部分，作為較低層的晶體硅膜中的溝道區(qū)域被保護(hù)并且不被損壞。然后，作為溝道保護(hù)膜的上層，形成n+硅膜和金屬膜，并且選擇性地去除其對應(yīng)于溝道區(qū)域的區(qū)域，以及因此分別形成源極區(qū)域、漏極區(qū)域、源電極以及漏電極。溝道保護(hù)膜作為刻蝕停止。因而，晶體硅膜的溝道區(qū)域被保護(hù)并且不被損壞。
在根據(jù)發(fā)明的實(shí)施例的制造薄膜晶體管的方法中，優(yōu)選包括在去除光熱轉(zhuǎn)換層的步驟之后在第一絕緣層上形成第二絕緣層的步驟。優(yōu)選圖案化第一和第二絕緣層以選擇性地僅保留對應(yīng)于溝道區(qū)域的區(qū)域，并且因而形成溝道保護(hù)膜。這樣，作為刻蝕停止的溝道保護(hù)膜的膜厚變大。因此更確實(shí)地保護(hù)了晶體硅膜的溝道區(qū)域。
根據(jù)發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種薄膜晶體管包括晶體硅膜，形成在絕緣襯底之上且在它們之間具有柵電極和柵絕緣膜，并且具有在對應(yīng)于該柵電極的區(qū)域中的溝道區(qū)域；絕緣溝道保護(hù)膜，在該晶體硅膜上選擇性地形成在對應(yīng)于溝道區(qū)域的區(qū)域中；n+硅膜，具有在該溝道保護(hù)膜和該晶體硅膜上將對應(yīng)于溝道區(qū)域的區(qū)域夾在中間的源極區(qū)域和漏極區(qū)域；金屬膜，具有分別對應(yīng)于該源極區(qū)域和漏極區(qū)域的源電極和漏電極。
根據(jù)發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種包括多個顯示器件的顯示單元以及為該多個顯示器件執(zhí)行給定的驅(qū)動操作的薄膜晶體管。
在發(fā)明實(shí)施例的薄膜晶體管和顯示單元中，在晶體硅膜上對應(yīng)于溝道區(qū)域的區(qū)域中選擇性地形成絕緣溝道保護(hù)膜。因而當(dāng)形成溝道保護(hù)膜時，晶體硅膜的溝道區(qū)域被保護(hù)并且不被損壞。進(jìn)一步，當(dāng)作為溝道保護(hù)膜的上層形成源極區(qū)域、漏極區(qū)域、源電極以及漏電極時，溝道保護(hù)層作為刻蝕停止。因而，晶體硅膜的溝道區(qū)域被保護(hù)并且不被損壞。
在發(fā)明實(shí)施例的薄膜晶體管和顯示單元中，可通過圖案化均勻形成在晶體硅膜上的絕緣膜形成上述溝道保護(hù)膜。可通過其中經(jīng)由該光熱轉(zhuǎn)換層和該前述絕緣層用光束照射非晶硅膜的熱處理形成上述晶體硅膜。在熱處理后可去除上述光熱轉(zhuǎn)換層。
根據(jù)發(fā)明的實(shí)施例的薄膜晶體管的制造方法、薄膜晶體管以及顯示單元，通過經(jīng)由該光熱轉(zhuǎn)換層和該絕緣膜(第一絕緣膜)的熱處理形成該晶體硅膜。另外，通過圖案化該絕緣膜，在晶體硅膜上方在對應(yīng)于溝道區(qū)域的區(qū)域中選擇性地形成該溝道保護(hù)膜。因而，能通過間接熱處理進(jìn)行結(jié)晶。另外，當(dāng)剝離絕緣膜時，該溝道保護(hù)膜能掩蔽該晶體硅膜的溝道區(qū)域，并且當(dāng)n+硅膜和金屬膜被選擇性地去除時，該溝道保護(hù)膜可作為刻蝕停止。因而當(dāng)晶體硅膜形成時，能均勻地提供熱，能保護(hù)該晶體硅膜的溝道區(qū)域，并且在不惡化其性能的情況下能阻止薄膜晶體管的特性改變。
將由以下描述更加完全地呈現(xiàn)該申請的其它或進(jìn)一步的目標(biāo)、特點(diǎn)和優(yōu)勢。


圖1A和1B為示出根據(jù)發(fā)明第一實(shí)施例的制造薄膜晶體管的方法的部分主要步驟的剖面圖；圖2A、2B和2C為示出接著圖1A和1B的步驟的剖面圖；圖3A和3B為示出接著圖2A、2B和2C的步驟的剖面圖；圖4為示出接著圖3A和3B的步驟的剖面圖；圖5A和5B為示出接著圖4的步驟的剖面圖；圖6A和6B為示出接著圖5A和5B的步驟的剖面圖；圖7為示出根據(jù)比較例的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖8為示出圖7中所示的薄膜晶體管的制造方法的部分主要步驟的剖面圖；圖9為示出柵極電壓和漏極電流之間關(guān)系的特性圖表；圖10A和10B為示出根據(jù)第二實(shí)施例的制造薄膜晶體管的方法的部分主要步驟的剖面圖；圖11A和11B為示出接著圖10A和10B的步驟的剖面圖；圖12A和12B為示出根據(jù)發(fā)明變形的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖13為示出根據(jù)發(fā)明的實(shí)施例的顯示單元的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖詳細(xì)描述發(fā)明的實(shí)施例。
第一實(shí)施例圖1A到圖5B是為說明根據(jù)發(fā)明第一實(shí)施例的薄膜晶體管(薄膜晶體管1)的制造方法的視圖。
首先，如圖1A所示，在由玻璃材料和塑料材料制成的絕緣襯底10上方以依次形成柵電極11、柵絕緣膜12、非晶硅膜13A(第一非晶硅膜)、緩沖層14(第一絕緣膜)以及光熱轉(zhuǎn)換層15。
更具體地，如下形成柵電極11。通過例如濺射方法在襯底10上均勻形成大約100nm厚的鉬(Mo)膜。然后，以給定的形狀刻蝕和圖案化鉬膜?？赏ㄟ^例如光刻方法等以圖案化成這種給定的形狀。柵電極11不一定由鉬制成，而是可由具有高熔點(diǎn)即幾乎不被在隨后結(jié)晶非晶硅膜13A時(參照圖1B)產(chǎn)生的熱改變的金屬制成。
進(jìn)一步，如下形成柵絕緣層12。也就是，例如通過等離子體CVD方法在包括柵電極11的襯底10上均勻地形成大約160nm厚的氧化硅(SiO2)。柵絕緣膜12不一定由SiO2制成，而是可由從SiO2、氮化硅(SiN)和氮氧化硅(SiON)構(gòu)成的組中選出至少一種形成的絕緣材料制成。
通過例如等離子體CVD方法在柵絕緣膜12上均勻形成大約30nm厚的非晶硅膜13A。
進(jìn)一步，如下形成緩沖層14。通過例如等離子體CVD方法在非晶硅膜13A上均勻形成大約40nm厚的SiO2。此外，緩沖層14不一定由SiO2制成，而是可由從SiO2、SiN以及SiON構(gòu)成的組中選出至少一種形成的絕緣材料制成。
如下形成光熱轉(zhuǎn)換層15。在緩沖層14上均勻形成大約100nm厚的Mo。光熱轉(zhuǎn)換層15用于吸收后述的激光束等并且將光能轉(zhuǎn)換到熱能。因此，作為光熱轉(zhuǎn)換層15，只要滿足下列條件和類似條件，可使用任何材料。也就是，可使用任何材料，只要該材料具有對用于隨后結(jié)晶(圖1B)的激光束的高吸收率、具有對緩沖層14和非晶硅層13A的低熱擴(kuò)散率、以及具有高熔點(diǎn)即幾乎不被隨后結(jié)晶中產(chǎn)生的熱量所改變。例如，也可使用碳(C)等。
隨后，如圖1B所示，使用激光束L1均勻照射光熱轉(zhuǎn)換層15，并且經(jīng)由光熱轉(zhuǎn)換層15和緩沖層14給非晶硅層13A間接提供熱處理。因此，非晶硅膜13A結(jié)晶并且變成晶體硅膜(多晶硅膜)13P。進(jìn)一步，由于經(jīng)由光熱轉(zhuǎn)換層15和緩沖層14給非晶硅膜13A間接提供熱處理，所以熱均勻傳輸?shù)椒蔷Ч枘?3A，并且因而非晶硅膜13A被均勻結(jié)晶。作為光源激光，既可使用連續(xù)波也可使用脈沖波。可使用任何波長區(qū)域內(nèi)的激光束，只要該激光束能完全通過光熱轉(zhuǎn)換層15，然而期望在光熱轉(zhuǎn)換層15中具有高吸收的激光束。在光熱轉(zhuǎn)換層15中的反射系數(shù)高的情況下，具有適當(dāng)膜厚的例如SiO2等可作為激光束L1的反射抑制膜形成在光熱轉(zhuǎn)換層15上。
隨后，如圖2A所示，通過刻蝕移除在結(jié)晶非晶硅膜13A后不需要的光熱轉(zhuǎn)換層15。
隨后，如圖2B所示，例如通過等離子體CVD方法在緩沖層14上均勻形成大約200nm厚的絕緣膜16(第二絕緣膜)。由從由SiO2、SiN以及SiON構(gòu)成的組中選擇性地至少一種形成的絕緣材料制成絕緣膜16。
隨后，如圖2C所示，在絕緣膜16上形成光致抗蝕劑膜21，并且以給定的形狀圖案化。更具體地，光致抗蝕劑膜21選擇性地形成在對應(yīng)于晶體硅膜13P的將成為溝道區(qū)域的部分的區(qū)域中。
隨后，如圖3A所示，通過使用氫氟酸溶液的濕法刻蝕去除在緩沖層14和絕緣膜16中的不保留光致抗蝕劑膜21的部分，即去除不同于對應(yīng)于將成為晶體硅膜13P的溝道區(qū)域部分的區(qū)域。因而，形成由緩沖層14和絕緣膜16構(gòu)成的溝道保護(hù)膜。然后，通過經(jīng)溝道保護(hù)膜遮掩保護(hù)了將變成晶體硅膜的13P的溝道區(qū)域的部分，并且因而該部分不被刻蝕損害。
隨后，如圖3B所示，移除光致抗蝕劑膜21后，通過例如等離子體CVD方法，在包括溝道保護(hù)膜的晶體硅膜13P上，均勻形成用于形成稍后描述的源極區(qū)域和柵極區(qū)域的大約50nm厚的n+硅膜17。
隨后，如圖4所示，在n+硅膜17上形成光致抗蝕劑膜22并且以給定的形狀圖案化。更具體地，光致抗蝕劑膜22選擇性地形成在對應(yīng)于柵電極11的區(qū)域。
隨后，如圖5A所示，通過刻蝕去除在晶體硅膜13P和n+硅膜17中不保留光致抗蝕劑膜22的部分，即去除不同于對應(yīng)于柵電極11的區(qū)域的部分。因而，形成由晶體硅膜13P和n+硅膜組成的島狀圖案。
隨后，如圖5B所示，通過例如濺射方法在包括n+硅膜17的柵絕緣膜12上均勻形成三層結(jié)構(gòu)金屬層18。更具體的，例如順序地分層堆疊大約50nm厚的鈦(Ti)層18A、大約250nm厚的鋁(Al)層18B以及大約50nm厚的鈦(Ti)層18C。除了前述材料以外，還可使用鉬(Mo)，鉻(Cr)或包括Mo/Al/Mo的疊層結(jié)構(gòu)作為金屬層18。
隨后，如圖6A所示，以給定的形狀圖案化n+硅膜17和金屬層18。因而，由n+硅膜17分別形成源極區(qū)域17S和漏極區(qū)域17D，以及由金屬層18分別形成源電極18S和漏電極18D。更具體地，通過刻蝕選擇性地移除n+硅膜17和金屬層18的兩個末端以及在n+硅膜17和金屬層18中對應(yīng)于將成為的晶體硅膜13P的溝道區(qū)域的部分。于是，為避免這些層的刻蝕殘余物，如圖中符號P1顯示進(jìn)行過刻蝕。然后，因?yàn)橛删彌_層14和具有足夠膜厚的絕緣膜16組成的溝道保護(hù)膜用作為刻蝕停止，所以晶體硅膜13P的溝道區(qū)域被保護(hù)并且不被損壞。
最后，如圖6B所示，例如通過等離子體CVD方法，在包括源電極18S、漏電極18D以及溝道保護(hù)膜的柵絕緣膜12上，均勻形成大約200nm厚的鈍化膜19。因而，形成本實(shí)施例的薄膜晶體管1。而且，鈍化膜19由例如從SiO2、SiN以及SiON構(gòu)成的組中選出至少一種形成的絕緣材料制成。
在薄膜晶體管1中，當(dāng)通過未示出的導(dǎo)線層在柵電極11和源電極18S間提供特定的閾值電壓或更高的柵電壓Vg時，在晶體硅膜13P中形成溝道區(qū)域，以及電流(漏極電流Id)通過源極區(qū)域17S和漏極區(qū)域17D在源電極18S和漏電極18D間流動。因而，薄膜晶體管1發(fā)揮了晶體管的功能。
晶體硅膜13P已通過經(jīng)由已分離的光熱轉(zhuǎn)換層15和緩沖層14的間接熱處理而結(jié)晶。因而，在結(jié)晶中提供均勻的熱形成晶體硅膜13P。于是，在第一非晶硅膜13A和光熱轉(zhuǎn)換層15之間形成緩沖層14。因而，不會由于第一非晶硅膜13A和光熱轉(zhuǎn)換層15之間的反應(yīng)產(chǎn)生產(chǎn)物。結(jié)果，晶體管的特性不會因?yàn)檫@樣的產(chǎn)物而惡化。
進(jìn)一步，在晶體硅膜13P上對應(yīng)于溝道區(qū)域的區(qū)域中，通過圖案化緩沖層14和絕緣膜16選擇性地形成溝道保護(hù)膜。因而，當(dāng)剝離絕緣膜16時(參考圖4和圖5A)，晶體硅膜13P的溝道區(qū)域被保護(hù)并且不被損壞。進(jìn)一步，當(dāng)作為保護(hù)膜的上層形成源極區(qū)域17S、漏極區(qū)域17D、源電極18S以及漏電極18D時，溝道保護(hù)膜同樣作為刻蝕停止。因而，晶體硅膜13P的溝道區(qū)域被保護(hù)并且不被損壞。
另一方面，例如，在圖7所示的相關(guān)技術(shù)(比較例)的薄膜晶體管101中，如圖8所示在形成晶體硅膜113P后通過用氫氟酸溶液濕法刻蝕完全去除作為其上層的緩沖層。因而，晶體硅膜13P的溝道區(qū)域由于刻蝕而被損壞。
因而，例如，如圖9所示的晶體管特性圖(柵電壓Vg和漏極電流Id間的關(guān)系)所表明的，當(dāng)薄膜晶體管1(本實(shí)施例)的特性G1與薄膜晶體管101(比較例)的特性G2相互比較，發(fā)現(xiàn)薄膜晶體管1的特性比薄膜晶體管101改善。也就是說，在柵電壓Vg為0V的點(diǎn)附近，薄膜晶體管1顯示該曲線比薄膜晶體管101的曲線更靈敏(漏極電流Id迅速增加)。因而薄膜晶體管1的所謂的S值(斜率值)比薄膜晶體管101的小，并且因而薄膜晶體管1的晶體管特性相比薄膜晶體管101得到改善。其原因可能是，在本實(shí)施例的薄膜晶體管1中，如上所述晶體硅膜13P的溝道區(qū)域通過溝道保護(hù)膜被保護(hù)并且不被損壞。
如上，在本實(shí)施例中，由通過光熱轉(zhuǎn)換層15和緩沖層14的間接熱處理形成晶體硅膜13P。另外，在對應(yīng)于晶體硅膜13P上的溝道區(qū)域的區(qū)域中，通過圖案化緩沖層14以及作為緩沖層14的上層的絕緣膜16選擇性地形成溝道保護(hù)膜。當(dāng)選擇性地去除作為溝道保護(hù)膜的上層的n+硅膜17和金屬膜18時，溝道保護(hù)膜作為刻蝕停止。因而，在形成晶體硅膜13P中能均勻提供熱，并且能保護(hù)晶體硅膜13P的溝道區(qū)域。因而，可以抑制薄膜晶體管1的特性改變而不惡化其特性(例如，S值的增加、截止電流的增加、關(guān)聯(lián)絕緣性的降低)。
進(jìn)一步，在緩沖層14上形成絕緣膜16并且因而溝道保護(hù)膜的膜厚足夠大。所以，即使當(dāng)圖案化n+硅膜17和金屬層18時為了避免刻蝕殘余物而進(jìn)行過刻蝕的情況下，也能確實(shí)保護(hù)晶體硅膜13P的溝道區(qū)域。
第二實(shí)施例其次，將給出制造根據(jù)發(fā)明第二實(shí)施例的薄膜晶體管(薄膜晶體管1A)的方法的描述。用相同的符號標(biāo)記與第一實(shí)施例中的元件相同的元件，并且將適當(dāng)省略其描述。
首先，如圖10A所示，以與第一實(shí)施例的薄膜晶體管1中相同的方式，在襯底10上依次形成柵電極11、柵絕緣層12、非晶硅層13A、緩沖層14以及光熱轉(zhuǎn)換層15。其次，用激光束L1均勻照射光熱轉(zhuǎn)換層15并且為非晶硅膜13A間接提供熱處理，并且因而形成晶體硅膜13P。其次，以與第一實(shí)施例的薄膜晶體管1中相同的方式，圖案化緩沖層14和絕緣膜16以形成溝道保護(hù)膜。
其次，在本實(shí)施例中，通過例如等離子體CVD方法在具有溝道保護(hù)膜的晶體硅膜13P和n+硅膜17之間均勻形成大約120nm厚的非晶硅膜17A。期望非晶硅膜17A膜厚盡可能的大。由于膜厚越大，減小稍后描述的薄膜晶體管的關(guān)態(tài)電流的效果越強(qiáng)烈。
隨后，如圖10B所示，通過刻蝕去除在晶體硅膜13P、非晶硅膜17A以及n+硅膜17中的不同于對應(yīng)于柵電極11的區(qū)域的部分。由此，形成由晶體硅膜13P、非晶硅膜17A以及n+硅膜17組成的島狀圖案。隨后，以與薄膜晶體管1中相同的方式在包括n+硅膜17的柵絕緣膜12上均勻形成三層結(jié)構(gòu)金屬層18。
隨后，如圖11A所示，以與薄膜晶體管1中相同的方式，通過使用溝道保護(hù)膜作為刻蝕停止，以給定的形狀圖案化n+硅膜17和金屬層18。因而，分別形成源極區(qū)域17S、漏極區(qū)域17S、源電極18S以及漏電極18D。
最后，如圖11B所示，以與薄膜晶體管1中相同的方式，鈍化膜19均勻形成在包括源電極18S、漏電18D以及溝道保護(hù)膜的柵絕緣膜12上。從而制造了本實(shí)施例的薄膜晶體管1A。
在薄膜晶體管1A中，以與薄膜晶體管1中相同的方式，當(dāng)通過未示出的導(dǎo)線層在柵電極11和源電極18S間提供閾值電壓或更高的柵電壓Vg時，漏極電流Id在源電極18S和漏電極18D間流動，由此薄膜晶體管1A起到晶體管的功能。
在薄膜晶體管1A中，在具有溝道保護(hù)膜的晶體硅膜13P和由n+硅膜17形成的源極區(qū)域17S/漏極區(qū)域17D之間分別形成非晶硅膜17A。因而，當(dāng)供給柵電極11負(fù)電壓時，在非晶硅膜17A中形成在溝道和漏極之間的耗盡層。與結(jié)晶硅層13P比較，膜內(nèi)氫填充在非晶硅層17A中的局限能級(localized order)。因而，由于電子和空穴碰撞產(chǎn)生的電流變小，并且?guī)蹲兇?。結(jié)果，晶體管的關(guān)態(tài)電流越降低越能抑制薄膜晶體管間的特性變化(參考日本專利申請No.61-138324)。
進(jìn)一步，當(dāng)非晶硅膜17A的膜厚增加時，抑制了溝道和漏之間的電場。從而，晶體管的關(guān)態(tài)電流進(jìn)一步下降。
如上，在本實(shí)施例中，在包括溝道保護(hù)膜的晶體硅膜13P和源極區(qū)域17S/漏極區(qū)域17D之間分別形成非晶硅膜17A。因而，除了第一實(shí)施例中的效果外，能進(jìn)一步抑制在局限能級中產(chǎn)生的電流。結(jié)果，晶體管的關(guān)態(tài)電流越降低越能抑制薄膜晶體管間的特性變化。
雖然發(fā)明已參照第一實(shí)施例和第二實(shí)施例描述，發(fā)明并不局限于前述的實(shí)施例并且將進(jìn)行各種變形。
例如，在前述實(shí)施例中，已給出由緩沖層14和絕緣膜16構(gòu)成溝道保護(hù)膜的情況的描述。然而，只要在即使在圖案化n+硅膜17和金屬層18中進(jìn)行過刻蝕也能充分保護(hù)晶體硅膜13P的溝道區(qū)域的條件下(緩沖層14的膜厚，過刻蝕的程度或類似)，也可以不形成絕緣膜16并且溝道保護(hù)膜僅由緩沖層14組成，例如，如圖12A和12B中分別示出的薄膜晶體管1C和1D(分別對應(yīng)于薄膜晶體管1和1A)。這樣，不需要形成絕緣膜16。因而，除了前述實(shí)施例的效果之外，還能簡化制造薄膜晶體管的步驟。當(dāng)形成厚的緩沖層14時，存在于形成晶體硅膜13P中熱難以傳輸?shù)椒蔷Ч枘?3A的趨勢。期望通過考慮這種趨勢設(shè)置緩沖層14的厚度。
進(jìn)一步，在前述實(shí)施例中，已給出了在形成金屬層18之前形成由晶體硅膜13P和n+非晶硅膜17構(gòu)成的島狀圖案的情況的描述。然而，有可能的是，在形成金屬層18之后在對應(yīng)于溝道區(qū)域的區(qū)域中接著進(jìn)行去除n+硅膜17時，可以連續(xù)地去除在金屬層18附近的n+硅膜17和晶體硅膜13P。進(jìn)一步，可能剛好在形成金屬層18之前形成n+硅膜17，在形成金屬層18之前形成僅由晶體硅膜13P組成的島狀圖案，在形成n+硅膜17和金屬層18之后在對應(yīng)于溝道區(qū)域的區(qū)域中接著進(jìn)行n+硅膜17的去除中，去除在金屬層18附近的n+硅膜17。
進(jìn)一步，例如，如圖13所示，發(fā)明的薄膜晶體管能應(yīng)用到包括作為顯示器件的有機(jī)EL器件(有機(jī)EL器件32)的有機(jī)EL顯示單元(有機(jī)EL顯示單元3)。這樣，例如，提供多個在前述實(shí)施例(或者1A到1C之一)中描述的薄膜晶體管1，并且多個薄膜晶體管中的每個分別作為有機(jī)EL器件32的驅(qū)動器件。作為有機(jī)EL顯示器件3的具體結(jié)構(gòu)，例如可引用以下結(jié)構(gòu)。也就是說，在薄膜晶體管1上在襯底10上均勻形成絕緣平面層31，在其上形成包括反射電極32A、有機(jī)發(fā)光層32B以及透明電極32C的多個有機(jī)EL器件32，通過電極間絕緣膜33將每個有機(jī)EL器件32彼此分離，并且在其上再次形成絕緣平面層34，以及該結(jié)果產(chǎn)物通過透明襯底30密封。在具有前述結(jié)構(gòu)的有機(jī)EL顯示單元3中，當(dāng)在反射電極32A和透明電極32C間施加特定的電壓時，有機(jī)發(fā)光層32B發(fā)射在圖中向上發(fā)射的光如發(fā)射光線L2和L3。在有機(jī)EL單元中，通過與前述實(shí)施例類似的操作可獲得與前述實(shí)施例類似的效果。在圖13中，描述了所謂的頂部發(fā)射型有機(jī)EL顯示單元。另外，例如，可以在所謂的底部發(fā)射型有機(jī)EL顯示單元和雙發(fā)射型有機(jī)EL顯示單元中進(jìn)行應(yīng)用。
進(jìn)一步，除包括如圖13所示的有機(jī)EL器件的有機(jī)EL顯示單元之外，可應(yīng)用發(fā)明的薄膜晶體管至例如包括液晶器件作為顯示器件的液晶顯示單元。這樣，通過與前述實(shí)施例類似的操作也可能獲得與前述實(shí)施例類似的效果。
進(jìn)一步，各個元件的材料、厚度、膜形成的方法以及膜形成條件并不限于前述實(shí)施例中已描述的各個元件的材料、厚度、膜形成的方法以及膜形成條件。可應(yīng)用其它材料、厚度、膜形成的方法以及膜形成條件。
進(jìn)一步，在前述的實(shí)施例中，已參考具體的示例描述了薄膜晶體管和有機(jī)EL單元的結(jié)構(gòu)。然而并不需要提供所有的層，并且有可能進(jìn)一步提供其它層。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，根據(jù)設(shè)計(jì)需要和其它因素，各種變形、組合、子組合以及改變并且在權(quán)利要求或其等同特征的范圍內(nèi)。
本發(fā)明包含于2006年5月10日在日本專利局提交的日本專利申請JP2006-131056相關(guān)的主題內(nèi)容，在此并入其全部內(nèi)容作為參考。
權(quán)利要求
1.一種制造薄膜晶體管的方法包括步驟在絕緣襯底上依次形成柵電極、柵絕緣膜、第一非晶硅膜以及第一絕緣層；在該第一絕緣層上形成光熱轉(zhuǎn)換層；通過使用光束照射該光熱轉(zhuǎn)換層來經(jīng)由該光熱轉(zhuǎn)換層和該第一絕緣層為該第一非晶硅層提供熱處理從而結(jié)晶該第一非晶硅膜以形成晶體硅膜；去除該光熱轉(zhuǎn)換層；通過圖案化該第一絕緣層以選擇性地僅留下對應(yīng)于該晶體硅膜的溝道區(qū)域的區(qū)域以形成溝道保護(hù)膜；和通過在該溝道保護(hù)膜和該晶體硅膜上依次形成n+硅膜和金屬層，圖案化該晶體硅膜和該n+硅膜以選擇性地僅留下對應(yīng)于該柵電極的區(qū)域，以及利用使用溝道保護(hù)膜作為刻蝕停止選擇性地去除在該n+硅膜和該金屬層中對應(yīng)于該溝道區(qū)域的區(qū)域，由此由該n+硅膜形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域并且由該金屬層形成源電極和漏電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造薄膜晶體管的方法，包括在去除該光熱轉(zhuǎn)換層的步驟后在該第一絕緣層上形成第二絕緣層的步驟，其中通過圖案化該第一和該第二絕緣層以選擇性地僅留下對應(yīng)于該溝道區(qū)域的區(qū)域來形成該溝道保護(hù)膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造薄膜晶體管的方法，包括在該溝道保護(hù)膜，該晶體硅膜和該n+硅膜之間形成第二非晶硅膜的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造薄膜晶體管的方法，其中該第一絕緣層可由從二氧化硅、氮化硅和氮氧化硅構(gòu)成的組中選出至少一種組成的材料形成。
5.一種薄膜晶體管包括晶體硅膜，形成在絕緣襯底之上且在它們之間具有柵電極和柵絕緣膜，并且具有在對應(yīng)于該柵電極的區(qū)域中的溝道區(qū)域；絕緣溝道保護(hù)膜，在該晶體硅膜上選擇性地形成在對應(yīng)于溝道區(qū)域的區(qū)域中；n+硅膜，具有在該溝道保護(hù)膜和該晶體硅膜上將對應(yīng)于溝道區(qū)域的區(qū)域夾在中間的源極區(qū)域和漏極區(qū)域；和金屬膜，具有分別對應(yīng)于該源極區(qū)域和漏極區(qū)域的源電極和漏電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的薄膜晶體管，其中，該溝道保護(hù)膜通過圖案化均勻形成在該晶體硅膜上的絕緣膜形成，該晶體硅膜通過經(jīng)由該光熱轉(zhuǎn)換層和該絕緣膜用光束照射該非晶硅膜來為該非晶硅膜提供熱處理形成，該光熱轉(zhuǎn)換層在熱處理后被去除。
7.一種顯示單元包括多個顯示器件；和為多個顯示器件執(zhí)行給定驅(qū)動操作的薄膜晶體管，其中該薄膜晶體管具有晶體硅膜，該晶體硅膜形成在絕緣襯底之上，在它們之間具有柵電極和柵絕緣膜，并且該薄膜晶體管具有在對應(yīng)于該柵電極的區(qū)域中的溝道區(qū)域；絕緣溝道保護(hù)膜，在該晶體硅膜上選擇性地形成在對應(yīng)于溝道區(qū)域的區(qū)域中；n+硅膜，具有在該溝道保護(hù)膜和晶體硅膜上將對應(yīng)于溝道區(qū)域的區(qū)域夾在中間的源極區(qū)域和漏極區(qū)域；和金屬膜，具有分別對應(yīng)于該源極區(qū)域和漏極區(qū)域的源電極和漏電極。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能夠抑制薄膜晶體管特性改變而不惡化其性能的薄膜晶體管的制造方法以及一種薄膜晶體管以及顯示單元。在該方法種，通過經(jīng)由光熱轉(zhuǎn)換層和緩沖層間接熱處理形成晶體硅膜。通過圖案化該緩沖層和絕緣膜，在晶體硅膜上對應(yīng)于溝道區(qū)域的區(qū)域中選擇性地形成溝道保護(hù)膜。進(jìn)一步，當(dāng)選擇性地去除n+硅膜和金屬層時，溝道保護(hù)膜作為刻蝕停止。當(dāng)形成晶體硅膜時均勻提供熱。進(jìn)一步，在刻蝕中保護(hù)晶體硅膜的溝道區(qū)域。
文檔編號H01L51/50GK101090073SQ20071013889
公開日2007年12月19日 申請日期2007年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月10日
發(fā)明者荒井俊明, 稻垣敬夫 申請人:索尼株式會社