專利名稱：非晶材料的相變方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶化用于制造薄膜晶體管的非晶材料的方法，并且更具體地涉及 一種金屬誘導(dǎo)橫向晶化(MILC)方法。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管(TFT)指的是一種采用多晶硅薄膜作為有源層的開關(guān)元件，其通常用 于有源矩陣液晶顯示器、開關(guān)元件以及電發(fā)光器件的外圍電路的有源元件。通常，薄膜晶體管是通過直接沉積、高溫?zé)崽幚砘蛘呒す鉄崽幚碇圃斓?。特別是， 由于諸如在400°C或更低的低溫下的晶化(也稱作相變)及高的場效應(yīng)遷移率之類的優(yōu)點(diǎn)， 激光熱處理優(yōu)于其它工藝。然而，由于諸如不均勻相變、使用的系統(tǒng)昂貴以及低產(chǎn)出之類的 問題，激光熱處理并不適用于在面積大的襯底上制造多晶硅。作為另一種晶化非晶材料特別是非晶硅的方法，固相晶化(SPC)方法被用來通過 使用廉價系統(tǒng)的均勻相變來形成晶體。然而，在此方法中，晶化需要很長時間，導(dǎo)致生產(chǎn)率 低，且是在高溫下進(jìn)行的，使得使用玻璃襯底變得困難。另一方面，由于使用金屬的非晶材料的相變與SPC方法相比其在低溫下的快速相 變，因此使用金屬的非晶材料的相變已被廣泛研究。此方法的一個例子是金屬誘導(dǎo)晶化 (MIC)。在MIC方法中，使預(yù)定類型的金屬與非晶材料薄膜的上表面直接接觸，使橫向相 變從接觸金屬的那部分薄膜開始，或者預(yù)定類型的金屬被噴射到非晶材料薄膜中，使非晶 材料從被噴射金屬開始相變。特別是，該方法基于這一現(xiàn)象當(dāng)諸如鎳、金、鋁等的金屬與非 晶硅接觸或者被噴射到非晶硅中時，即使在大約200°C的低溫下也能誘發(fā)從非晶硅到多晶 硅的相變。然而，在此方法中，當(dāng)制造薄膜晶體管時，一些金屬組分會留在多晶硅中，構(gòu)成晶 體管的有源層，從而在晶體管的溝道區(qū)中產(chǎn)生電流泄露。因此，除了如MIC方法使用金屬誘發(fā)非晶硅的直接相變之外，近來年已經(jīng)提出采 用金屬誘導(dǎo)橫向晶化(MILC)現(xiàn)象用于晶化非晶硅層，其中通過金屬和硅之間的反應(yīng)而產(chǎn) 生的硅化物的連續(xù)橫向傳播來誘發(fā)非晶硅的順序晶化。誘發(fā)MILC現(xiàn)象的金屬的例子包括鎳和鈀。當(dāng)基于MILC現(xiàn)象晶化非晶硅層時，基本 沒有金屬組分會留在使用MILC現(xiàn)象得到的晶化的硅層上，其中含有金屬的硅化物界面由 于非晶硅層相變的傳播而橫向移動，使得能抑制薄膜晶體管的有源層中產(chǎn)生電流泄露。但 是，該方法也并沒有完全解決電流泄露的問題。因此，需要一種能夠最小化薄膜晶體管中電 流泄露的方法。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明旨在解決上述相關(guān)技術(shù)中的問題，且本發(fā)明的一個方面是提供一種使用金 屬誘導(dǎo)橫向晶化同時限制M的厚度和密度來晶化用于制造薄膜晶體管的非晶材料的方法，從而使薄膜晶體管中的電流泄露最小。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面，非晶材料的相變方法包括在襯底上形成非晶硅層；在 所述非晶硅層的一部分上沉積Ni金屬層；以及對所述非晶硅層進(jìn)行熱處理以使非晶硅產(chǎn) 生相變，其中所述M金屬層被沉積成具有0. 79?；蚋〉钠骄穸取８鶕?jù)本發(fā)明的另一個方面，非晶材料的相變方法包括在襯底上形成非晶硅層； 在所述非晶硅層的一部分上沉積M金屬層；在非晶硅上沉積包括二氧化硅層的絕緣材料， 以及對所述非晶硅層進(jìn)行熱處理以使非晶硅產(chǎn)生相變，其中所述Ni金屬層被沉積成具有 0. 79?；蚋〉钠骄穸?。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，非晶材料的相變方法包括在襯底上形成非晶硅層； 在所述非晶硅層的一部分上沉積M金屬層；然后對所述非晶硅層進(jìn)行熱處理以使非晶硅 產(chǎn)生相變，其中所述Ni金屬層下面的晶體結(jié)構(gòu)形成多邊形。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述Ni金屬層的Ni密度為3. 4 X IO1Vcm2 7. 3 X IO1Vcm2。有益效果根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，所述方法可使用金屬誘導(dǎo)橫向晶化同時限制M的 厚度和密度來晶化用于制造薄膜晶體管的非晶材料，從而使薄膜晶體管中的電流泄露最


結(jié)合附圖根據(jù)下文的詳細(xì)描述，會更加清楚地理解本發(fā)明的上述及其它方法、特 征及優(yōu)點(diǎn)，圖中圖1是圖解說明基于Ni-MILC晶化非晶硅的流程圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例基于MILC的非晶材料相變方法的流程圖；圖3是通過根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法獲得的基于MILC晶化的多晶硅的顯微照 片；圖4是描述通過根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法在基于MILC晶化的過程中隨M密度而 變的電流泄露；以及圖5是描述隨Ni密度而變的場效應(yīng)遷移率和最小斷開狀態(tài)下的電流的圖形。
具體實(shí)施例方式最佳方式根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種基于金屬誘導(dǎo)橫向晶化的非晶材料的相變方法包括 在襯底上形成非晶硅層，在非晶硅層的一部分上沉積Ni金屬層，以及對非晶硅層進(jìn)行熱處 理以使非晶硅產(chǎn)生相變，其中Ni金屬層被沉積成具有0. 79?；蚋〉钠骄穸取１景l(fā)明的方式圖1是圖解說明基于Ni-MILC晶化非晶硅的流程圖。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在用于制造薄膜晶體管的非晶材料的相變方法中，沉積在 襯底上的金屬的厚度是在用于晶化非晶材料的金屬誘導(dǎo)橫向晶化過程中被調(diào)節(jié)的，從而最小化電流泄露。接下來，將描述用于此方法的金屬誘導(dǎo)橫向晶化(MILC)。首先將描述非晶材料通過金屬誘導(dǎo)晶化(MIC)工藝所進(jìn)行的晶化，MIC工藝通常 作為MILC的前序工藝。參照圖1，在襯底10上形成緩沖層20后，在緩沖層20上沉積非晶硅層30。然后， 在非晶硅層30上形成二氧化硅層作為蓋層40，再在蓋層上沉積金屬50。盡管不限于特定材料，襯底可以是單晶晶圓，該單晶晶圓用玻璃、石英或氧化物膜 覆蓋以得到均勻厚度和均勻溫度以用于非晶材料相變。根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例，襯底是玻 璃襯底。盡管此工藝可以省略緩沖層20，但在本發(fā)明的此實(shí)施例中，緩沖層20可以由二氧 化硅層形成。而且，非晶材料不限于單一特定的材料，非晶硅(a-Si)可以用作非晶材料。蓋層40是由在非晶硅層上的二氧化硅層形成的。金屬50沉積于蓋層上，且可包括但不局限于Ni、Pd、Au、Cu、Al等等。根據(jù)本發(fā)明 的此實(shí)施例，Ni用作沉積在蓋層上的金屬。因此，在根據(jù)本發(fā)明此實(shí)施例的方法中，襯底10、緩沖層20、非晶材料30、蓋層40 和金屬50是由下至上依次層疊起來的，然后進(jìn)行熱處理以晶化作為非晶材料的非晶硅，從 而形成晶化硅層31。特別是，當(dāng)長時間對層疊結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱處理后，金屬即M擴(kuò)散到非晶硅 中，形成金屬硅化物NiSi2的顆粒，其又橫向生長。然后，隨著熱處理的繼續(xù)，各顆粒繼續(xù)生 長，從而可以使非晶材料完全相變成為多晶硅。在非晶材料的完全相變之后，通過蝕刻去掉 金屬50和蓋層40，從而提供多晶硅薄膜。接下來將參照圖2描述根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例使用金屬誘導(dǎo)晶化工藝的金屬 誘導(dǎo)橫向晶化(MILC)方法。在使用MIC工藝的金屬誘導(dǎo)橫向晶化方法中，由于含有金屬的金屬硅化物界面隨 著非晶硅層相變的傳播會橫向移動這一現(xiàn)象，所以基本不會留下用于晶化誘導(dǎo)的金屬組 分。結(jié)果，金屬的沉積不會造成晶體管有源層中的電流泄露，并且不會對晶體管的其它運(yùn)行 特征產(chǎn)生影響，同時在低溫下誘發(fā)非晶硅的晶化。因此，根據(jù)本發(fā)明的MILC方法可以使用 一個爐子同時對多個襯底進(jìn)行晶化，而不破壞襯底。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，MILC方法可包括在襯底上形成非晶硅層，在非晶硅 層的一部分上沉積Ni金屬層，以及對非晶硅進(jìn)行熱處理以用于其相變。根據(jù)本發(fā)明的另 一實(shí)施例，MILC方法可包括在襯底上形成非晶硅層，在非晶硅層的一部分上沉積Ni金屬 層，以及在非晶硅上沉積包括二氧化硅層的絕緣材料，之后對非晶硅進(jìn)行熱處理以用于其 相變。而且，根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，MILC方法可包括在襯底上形成非晶硅層，在非 晶硅層的一部分上沉積Ni金屬層，以及對非晶硅層進(jìn)行熱處理以使非晶硅產(chǎn)生相變，其中 Ni金屬層下面的晶體結(jié)構(gòu)形成多邊形。接下來詳細(xì)描述根據(jù)前述實(shí)施例中的一個實(shí)施例的方法?；旧?，在襯底10上形成緩沖層20后，在緩沖層20上依次形成非晶材料層(例 如非晶硅)30和蓋層(即二氧化硅層)40，之后沉積金屬(例如Ni)層50以促進(jìn)晶化(參見圖2(a))。在此情況下，可以將摻雜劑噴射到非晶材料中形成源極區(qū)、溝道區(qū)和漏極區(qū)。具體講，溝道區(qū)是通過對金屬層圖案化而形成的，并如上所述對溝道區(qū)進(jìn)行熱處 理。在熱處理過程中，Ni微粒生長成顆粒，使得非晶材料層30開始晶化成晶化層32。然 后，在可用作溝道區(qū)的非晶材料層的區(qū)域中，晶化從晶化層32的界面進(jìn)行到非晶材料層的 其上沒有金屬層的區(qū)域31。這樣，當(dāng)從晶化層32通過橫向部分的MIC向非晶材料層的中央 的晶化使非晶材料層的其上沒有金屬層的區(qū)域31晶化時，其上沒有金屬層的非晶材料層 的區(qū)域31基本沒有金屬雜質(zhì)，從而表現(xiàn)出良好的性能。然后，在被晶化之后，區(qū)域31用作 溝道區(qū)，并且區(qū)域31兩側(cè)的晶化區(qū)32用作源極/漏極區(qū)。在本發(fā)明的此實(shí)施例中，M用作促進(jìn)晶化的金屬，其可沉積的平均厚度為 0. 037 10埃。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，Ni可沉積的厚度為0. 79埃或更小。當(dāng)金屬層 的厚度為0. 79?；蚋r，電流泄露可被顯著降低。金屬沉積可通過PECVD實(shí)現(xiàn)，但并不局限于此。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，Ni以 3. 4 X IO1Vcm2 7. 3 X IO1Vcm2 的密度被沉積。表1示出本發(fā)明中隨金屬層密度變化的效應(yīng)。特別是，從表1可以看出通過以 7. 3X IO1Vcm2或更低的密度沉積Ni可顯著抑制斷開狀態(tài)的電流泄露，提高場效應(yīng)遷移率。表 權(quán)利要求
1.一種非晶材料的相變方法，包括 在襯底上形成非晶硅層；在所述非晶硅層的一部分上沉積Ni金屬層；以及 對所述非晶硅層進(jìn)行熱處理以使非晶硅產(chǎn)生相變， 其中所述M金屬層被沉積成具有0. 79?；蚋〉钠骄穸?。
2.一種非晶材料的相變方法，包括 在襯底上形成非晶硅層；在所述非晶硅層的一部分上沉積Ni金屬層；以及在非晶硅上沉積包括二氧化硅層的絕緣材料，然后對所述非晶硅層進(jìn)行熱處理以使非 晶硅產(chǎn)生相變，其中所述M金屬層被沉積成具有0. 79?；蚋〉钠骄穸?。
3.一種非晶材料的相變方法，包括 在襯底上形成非晶硅層；在所述非晶硅層的一部分上沉積Ni金屬層；以及 對所述非晶硅層進(jìn)行熱處理以使非晶硅產(chǎn)生相變， 其中所述Ni金屬層下面的晶體結(jié)構(gòu)形成多邊形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述M金屬層的M密度為 3. 4 X IO1Vcm2 7· 3X 1014/cm2。
全文摘要
本文公開了一種晶化用于制造薄膜晶體管的非晶材料的方法。該方法包括在襯底上形成非晶硅層；在所述非晶硅層的一部分上沉積Ni金屬層；以及對所述非晶硅層進(jìn)行熱處理以使非晶硅產(chǎn)生相變，其中所述Ni金屬層被沉積成具有0.79?；蚋〉钠骄穸?。該方法可使用金屬誘導(dǎo)橫向晶化同時限制Ni的厚度和密度來晶化用在薄膜晶體管中的非晶材料，從而使薄膜晶體管中的電流泄露最小。
文檔編號H01L21/8247GK102150255SQ200980135374
公開日2011年8月10日 申請日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月9日
發(fā)明者千峻赫, 吳在煥, 姜東漢, 張震 申請人:慶熙大學(xué)工業(yè)與學(xué)術(shù)合作基金會