Тонкая пленка низкотемпературного поликристаллического кремния, способ изготовления такой тонкой пленки и транзистор, изготовленный из такой тонкой пленки

Тонкая пленка низкотемпературного поликристаллического кремния, способ изготовления такой тонкой пленки и транзистор, изготовленный из такой тонкой пленки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к области жидкокристаллических дисплеев и, более конкретно, к тонкой пленке из низкотемпературного поликристаллического кремния, способу изготовления такой тонкой пленки, а также к тонкопленочному транзистору из низкотемпературного поликристаллического кремния.

Описание известного уровня техники

[0002] Жидкокристаллическое устройство отображения информации является тонким и компактным оборудованием отображения. Оно обычно состоит из некоторого множества цветных или черно-белых пикселей, расположенных перед источником света или отражающей поверхностью. Оно отличается низким потреблением энергии, высоким качеством изображения, компактным размером и малой массой, в результате чего оно широко применяется и стало основной тенденцией в области устройств отображения. В настоящее время жидкокристаллические дисплеи включают главным образом тонкопленочные транзисторы (ТПТ). С развитием панелей дисплеев на рынке постоянным спросом пользуются жидкокристаллические дисплеи с высоким разрешением и низким потреблением энергии. Аморфный кремний имеет низкую скорость миграции электронов. Поскольку низкотемпературный поликристаллический кремний может быть выращен при низкой температуре и обладает высокой скоростью миграции электронов, он может быть легко применен для изготовления КМОП ИС. В результате этого он широко применяется для изготовления панелей дисплеев с высоким разрешением и низким потреблением энергии.

[0003] В настоящее время способы изготовления низкотемпературного поликристаллического кремния включают твердофазную кристаллизацию (SPC), металло-индуцированную кристаллизацию (MIC) и отжиг эксимерным лазером (ELA), среди которых способ отжига эксимерным лазером является наиболее широко используемым. Способ отжига эксимерным лазером заключается в использовании луча эксимерного лазера на подложке тонкой пленки аморфного кремния, в котором тонкую пленку аморфного кремния облучают в течение короткого периода времени. В результате, аморфный кремний плавится под воздействием высокой температуры и преобразуется в поликристаллический кремний путем кристаллизации.

[0004] Размер зерна низкотемпературного поликристаллического кремния оказывает значительное влияние на электрические свойства поликристаллического кремния. Во время отжига эксимерным лазером аморфный кремний полностью расплавляется при высокой температуре (почти полностью расплавленное состояние) и затем перекристаллизуется, чтобы образовать поликристаллический кремний. При перекристаллизации он кристаллизуется в направлении от низкой энергии к высокой энергии, кристаллизация происходит от низкой температуры до высокой температуры. В настоящее время луч эксимерного лазера равномерно проецируют на тонкую пленку аморфного кремния, создавая по существу равновесную температуру по слою тонкой пленки аморфного кремния. В результате равновесной температуры на тонкой пленке начальная точка и направление перекристаллизации неопределенные, что приводит к малому размеру зерна и множественным границам блоков. Соответственно, это влияет на скорость миграции электронов в поликристаллическом кремнии.

Раскрытие изобретения

[0005] В свете недостатков существующей технологии настоящее изобретение предлагает способ изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния. При применении отжига эксимерным лазером для изготовления такой тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния начальную точку и направление перекристаллизации можно контролировать, чтобы получить зерно увеличенного размера.

[0006] Для достижения цели, обозначенной выше, настоящее изобретение также предлагает следующее техническое решение.

[0007] Способ изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния включает этап выращивания слоя аморфного кремния, этап выращивания сначала слоя оксида кремния на слое аморфного кремния; после этого формирование некоторого множества вогнутых поверхностей на слое оксида кремния, которые будут отражать лучи света, вертикально проецируемые на оксид кремния; и, последним, этап проецирования луча эксимерного лазера на слой аморфного кремния через слой оксида кремния, чтобы преобразовать слой аморфного кремния в тонкую пленку низкотемпературного поликристаллического кремния.

[0008] При этом способ по существу включает следующие этапы:

(a) предоставление подложки, на которой расположен буферный слой;

(b) создание слоя аморфного кремния на буферном слое;

(c) создание оксида кремния на аморфном слое и далее создание множества вогнутых поверхностей путем травления; и

(d) проецирование луча эксимерного лазера на слой аморфного кремния через слой оксида кремния, чтобы преобразовать слой аморфного кремния в тонкую пленку низкотемпературного поликристаллического кремния.

[0009] При этом способ, кроме того, включает этап удаления слоя оксида кремния после формирования слоя низкотемпературного поликристаллического кремния.

[0010] При этом упомянутые вогнутые поверхности расположены в форме матрицы на слое оксида кремния.

[0011] При этом расстояние между соседними вогнутыми поверхностями составляет 300-600 мкм.

[0012] При этом каждая из вогнутых поверхностей включает круглую окружность диаметром 10-20 мкм при глубине 150-200 нанометров.

[0013] При этом на этапе (b) слой аморфного кремния проходит процесс снижения степени водородного охрупчивания при высоких температурах после создания слоя аморфного кремния.

[0014] При этом буферный слой изготовлен из оксида кремния.

[0015] Настоящее изобретение, кроме того, предлагает тонкую пленку низкотемпературного поликристаллического кремния, которая изготовлена способом, описанным выше.

[0016] Настоящее изобретение, кроме того, предлагает транзистор из тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния, который включает:

подложку;

полупроводниковый слой, осажденный на подложку в форме тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния, при этом полупроводник включает исток, сток и канал между истоком и стоком;

подзатворный слой и затвор, сформированные на упомянутом полупроводнике, при этом подзатворный слой используется для изоляции затвора и полупроводника, и затвор расположен в положении, соответствующем каналу;

слой диэлектрика, расположенный на подзатворном слое и затворе, при этом слой диэлектрика включает первое отверстие, в котором электрод истока соединен с истоком, и второе отверстие, в котором электрод стока соединен со стоком.

[0017] Можно сделать вывод, что настоящее изобретение имеет следующие преимущества.

[0018] Способ изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния, предложенный в настоящем изобретении, заключается в выращивании слоя оксида кремния, имеющего некоторое множество вогнутых поверхностей; последующем проецировании луча эксимерного лазера на него, чтобы перекристаллизовать слой аморфного кремния, при этом луч эксимерного лазера отражается от площади вогнутых поверхностей. В результате этого слой аморфного кремния под вогнутыми поверхностями слоя оксида кремния имеет сравнительно низкую температуру и, поэтому, создает зону низкой температуры. При этом к площадям кроме вогнутых поверхностей луч эксимерного лазера проходит прямо через слой оксида кремния, чтобы создать зону высокой температуры на слое аморфного кремния. Кристаллизация поликристаллического кремния проходит от низкой энергии к высокой энергии, создавая кристаллизацию от низкой температуры к высокой температуре. Соответственно, зона низкой температуры становится начальной точкой кристаллизации и затем расширяется и растет к зоне высокой температуры. При такой схеме можно получить слой низкотемпературного поликристаллического кремния с увеличенным размером зерна аморфного кремния и контролируемое направление. Помимо этого, транзистор, изготовленный из такого слоя низкотемпературного поликристаллического кремния, обладает высокой скоростью миграции электронов и превосходными характеристиками.

Краткое описание чертежей

[0019] На Фиг. 1 представлена технологическая схема способа изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.

[0020] На Фиг. 2 представлен вид сверху типичной вогнутой поверхности на слое оксида кремния в соответствии с настоящим изобретением.

[0021] На Фиг. 3 приведен наглядный вид, показывающий рост перекристаллизации в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления

[0022] Как сказано выше, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы решить проблему произвольного направления и начальной точки перекристаллизации тонкой пленки поликристаллического кремния посредством отжига с помощью эксимерного лазера, что приводит к уменьшению размера зерна после перекристаллизации. Помимо этого, также решается проблема множественных границ между зернами. Соответственно, настоящее изобретение предлагает способ изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния, который заключается в выращивании слоя оксида кремния, имеющего некоторое множество вогнутых поверхностей, последующем проецировании луча эксимерного лазера на него, чтобы перекристаллизовать слой аморфного кремния, при этом луч эксимерного лазера отражается от площади вогнутых поверхностей. В результате этого слой аморфного кремния под вогнутыми поверхностями слоя оксида кремния имеет сравнительно низкую температуру и, поэтому, создает зону низкой температуры. При этом к площадям кроме вогнутых поверхностей луч эксимерного лазера проходит прямо через слой оксида кремния, чтобы создать зону высокой температуры на слое аморфного кремния. Кристаллизация поликристаллического кремния проходит от низкой энергии к высокой энергии, создавая кристаллизацию от низкой температуры к высокой температуре на площадях, где луч эксимерного лазера не отражается. Соответственно, зона низкой температуры становится начальной точкой кристаллизации, которая затем расширяется и растет к зоне высокой температуры. При такой схеме можно получить слой низкотемпературного поликристаллического кремния с увеличенным размером зерна аморфного кремния и контролируемое направление.

[0023] Подробное описание будет приведено ниже со ссылками на прилагаемые чертежи.

[0024] Со ссылкой на Фиг. 1-3, где Фиг. 1 представляет технологическую схему способа изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. Способ включает следующие этапы.

[0025] (а) Как показано на Фиг. 1а, сначала получают подложку 1, на которой расположен буферный слой 2. Подложкой 1 является стеклянная подложка, и буферным слоем 2 является оксид кремния.

[0026] (b) Как показано на Фиг. 1b, слой аморфного кремния 3 создают на буферном слое 2. На слое аморфного кремния 3 выполняют процесс снижения степени водородного охрупчивания при высокой температуре.

[0027] (с) Как показано на Фиг. 1с и 1d, слой оксида кремния 4 создают на слое аморфного кремния 3 и далее создают некоторое множество вогнутых поверхностей 401 путем травления слоя оксида кремния 4. Каждая из вогнутых поверхностей 401 эквивалентна вогнутому зеркалу, так что падающий прямо луч света может отражаться вогнутыми поверхностями 401. В этом предпочтительном варианте осуществления толщина слоя оксида кремния 4 составляет приблизительно 300 нм. Как показано на Фиг. 2, некоторое множество вогнутых поверхностей 401 расположены на слое оксида кремния 4, при этом каждая из вогнутых поверхностей 401 имеет круглую форму с диаметром 20 мкм при глубине 150 нм. Следует сказать, что упомянутая глубина относится к расстоянию по вертикали между самой нижней точкой и верхней поверхностью слоя оксида кремния 4. Расстояние между каждыми двумя вогнутыми поверхностями 401 составляет 450 мкм. Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления, толщина слоя оксида кремния 4 составляет 280-350 нм, диаметр каждой из вогнутых поверхностей 401 составляет 10-20 мкм, и глубина каждой из вогнутых поверхностей 401 составляет 150-200 нм. Расстояние между каждыми двумя соседними вогнутыми поверхностями 401 составляет 300-600 мкм.

[0028] (d) Как показано на Фиг. 1е, луч 5 эксимерного лазера проецируют на слой аморфного кремния 3 через слой оксида кремния 4, чтобы преобразовать слой аморфного кремния 3 в тонкую пленку низкотемпературного поликристаллического кремния. Когда луч 5 эксимерного лазера проецируют на слой оксида кремния 4, луч 5 эксимерного лазера будет отражаться, когда он падает на некоторое множество вогнутых поверхностей 401. В результате этого слой аморфного кремния 3 под вогнутыми поверхностями 401 слоя оксида кремния 4 имеет сравнительно низкую температуру и поэтому создает зону низкой температуры 301. При этом к площади кроме вогнутых поверхностей 401 луч 5 эксимерного лазера проходит прямо через слой оксида кремния 4, чтобы создать зону высокой температуры 302 на слое аморфного кремния 3. Кристаллизация поликристаллического кремния проходит от низкой энергии к высокой энергии, создавая кристаллизацию от низкой температуры к высокой температуре. Соответственно, как показано в предпочтительном варианте осуществления на Фиг. 3, когда происходит перекристаллизация, зона низкой температуры 301 становится начальной точкой кристаллизации зерна 6 и затем расширяется и растет к зоне высокой температуры 302, как показано стрелкой на Фиг. 3. При такой схеме можно получить слой низкотемпературного поликристаллического кремния с увеличенным размером зерна аморфного кремния и контролируемое направление.

[0029] (е) После того как тонкий слой аморфного кремния 3 завершит кристаллизацию, слой оксида кремния 4 удаляют, что не показано на чертежах. Процесс удаления может быть выполнен травлением.

[0030] Слой низкотемпературного поликристаллического кремния, полученный описанным выше способом, обладает высокой скоростью миграции электронов и превосходными характеристиками. Его можно использовать для изготовления тонкопленочного транзистора, в частности тонкопленочного транзистора, используемого в TFT-матрице жидкокристаллического дисплея. Транзистор из тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния, изготовленный согласно настоящему изобретению, будет описан ниже, и такой транзистор включает подложку, слой полупроводника, подзатворный слой, затвор, слой диэлектрика, исток и сток.

[0031] Слой полупроводника осаждают на подложку в форме тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния, при этом полупроводник включает исток, сток и канал между истоком и стоком, подзатворный слой и затвор, сформированные на упомянутом полупроводнике, при этом подзатворный слой используется для изоляции затвора и полупроводника, причем затвор расположен в положении, соответствующем каналу, и слой диэлектрика расположен на подзатворном слое и затворе, при этом слой диэлектрика включает первое отверстие, в котором электрод истока соединен с истоком, и второе отверстие, в котором электрод стока соединен со стоком.

[0032] При использовании матрицы транзисторов, изготовленных из слоя низкотемпературного поликристаллического кремния согласно настоящему изобретению, в жидкокристаллическом дисплее транзистор обладает высокой скоростью миграции электронов и превосходными характеристиками. Он повышает качество отображения информации на жидкокристаллическом дисплее.

[0033] В заключение, способ изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния согласно настоящему изобретению заключается в выращивании слоя оксида кремния, имеющего некоторое множество вогнутых поверхностей, последующем проецировании луча эксимерного лазера на него, чтобы перекристаллизовать слой аморфного кремния, при этом луч эксимерного лазера отражается от площади вогнутых поверхностей. В результате этого слой аморфного кремния под вогнутыми поверхностями слоя оксида кремния имеет сравнительно низкую температуру и, поэтому, создает зону низкой температуры. При этом к площадям кроме вогнутых поверхностей луч эксимерного лазера проходит прямо через слой оксида кремния, чтобы создать зону высокой температуры на слое аморфного кремния. Кристаллизация поликристаллического кремния проходит от низкой энергии к высокой энергии, создавая кристаллизацию от низкой температуры к высокой температуре. Соответственно, зона низкой температуры становится начальной точкой кристаллизации, затем расширяется и растет к зоне высокой температуры. При такой схеме можно получить слой низкотемпературного поликристаллического кремния с увеличенным размером зерна аморфного кремния и контролируемое направление. Помимо этого, транзистор, изготовленный из такого слоя низкотемпературного поликристаллического кремния, обладает высокой скоростью миграции электронов и превосходными характеристиками.

[0034] Следует сказать, что в настоящем изобретении термины "первый" и "второй" используются просто для описания работы одного варианта осуществления по сравнению с еще одним вариантом осуществления, но не налагают ни прямо, ни косвенно никаких ограничений на существенные различия, или рабочие отношения, или порядок следования вариантов осуществления. Более того, термин "включающий" или другие его варианты предназначены для охвата неисключительного включения, такого как число элементов, включающих процесс, способ, изделие или устройство, включающее не только эти элементы, но и другие, явно не указанные, элементы также для такого процесса, способа, изделия или элементы, присущие соответствующему устройству. В том случае, если больше ограничений нет, элементы, определяемые выражением "включает……" и включающие такой элемент, не исключают, что процесс, способ, изделие или устройство также являются такими же, как и другие присутствующие элементы.

[0035] Были описаны варианты осуществления настоящего изобретения, которые не предполагают введение каких-либо недолжных ограничений на прилагаемую формулу изобретения. Любая модификация эквивалентной структуры или эквивалентного способа, сделанная согласно описанию и чертежам настоящего изобретения, или любое ее применение, прямое или косвенное, к другим родственным областям техники считается включенным в объем охраны, определяемый формулой настоящего изобретения.

1. Способ изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния, включающий этап выращивания слоя аморфного кремния, этап начального выращивания слоя оксида кремния на слое аморфного кремния, последующее формирование некоторого множества вогнутых поверхностей на слое оксида кремния, которые будут отражать лучи света, вертикально проецируемые на оксид кремния, и, последним, этап проецирования луча эксимерного лазера на слой аморфного кремния через слой оксида кремния, чтобы преобразовать слой аморфного кремния в тонкую пленку низкотемпературного поликристаллического кремния.

2. Способ изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния по п. 1, отличающийся тем, что способ по существу включает следующие этапы:

(a) предоставление подложки, на которой расположен буферный слой;

(b) создание слоя аморфного кремния на буферном слое;

(c) создание оксида кремния на аморфном слое и затем создание множества вогнутых поверхностей путем травления;

(d) проецирование луча эксимерного лазера на слой аморфного кремния через слой оксида кремния, чтобы преобразовать слой аморфного кремния в тонкую пленку низкотемпературного поликристаллического кремния.

3. Способ изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния по п. 2, кроме того, включающий этап удаления слоя оксида кремния после формирования слоя низкотемпературного поликристаллического кремния.

4. Способ изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния по п. 2, отличающийся тем, что упомянутые вогнутые поверхности расположены в форме матрицы на слое оксида кремния.

5. Способ изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния по п. 4, отличающийся тем, что расстояние между двумя соседними вогнутыми поверхностями составляет 300-600 мкм.

6. Способ изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния по п. 5, отличающийся тем, что каждая из вогнутых поверхностей включает круглую окружность диаметром 10-20 мкм при глубине 150-200 нанометров.

7. Способ изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния по п. 2, отличающийся тем, что на этапе (b) слой аморфного кремния проходит процесс снижения степени водородного охрупчивания при высоких температурах после создания слоя аморфного кремния.

8. Способ изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния по п. 2, отличающийся тем, что буферный слой изготовлен из оксида кремния.

9. Тонкая пленка низкотемпературного поликристаллического кремния, изготовленная способом по п. 1.

10. Тонкая пленка низкотемпературного поликристаллического кремния по п. 9, отличающаяся тем, что способ ее изготовления включает следующие этапы:

(a) предоставление подложки, на которой расположен буферный слой;

(b) создание слоя аморфного кремния на буферном слое;

(c) создание оксида кремния на аморфном слое и затем создание множества вогнутых поверхностей путем травления; и

(d) проецирование луча эксимерного лазера на слой аморфного кремния через слой оксида кремния, чтобы преобразовать слой аморфного кремния в тонкую пленку низкотемпературного поликристаллического кремния.

11. Тонкая пленка низкотемпературного поликристаллического кремния по п. 10, отличающая тем, что способ ее изготовления дополнительно включает этап удаления слоя оксида кремния после формирования слоя низкотемпературного поликристаллического кремния.

12. Тонкая пленка низкотемпературного поликристаллического кремния по п. 10, отличающаяся тем, что упомянутые вогнутые поверхности расположены в форме матрицы на слое оксида кремния.

13. Тонкая пленка низкотемпературного поликристаллического кремния по п. 12, отличающаяся тем, что расстояние между двумя соседними вогнутыми поверхностями составляет 300-600 мкм.

14. Тонкая пленка низкотемпературного поликристаллического кремния по п. 13, отличающаяся тем, что каждая из вогнутых поверхностей включает круглую окружность диаметром 10-20 мкм при глубине 150-200 нанометров.

15. Тонкая пленка низкотемпературного поликристаллического кремния по п. 2, отличающаяся тем, что на этапе (b) слой аморфного кремния проходит процесс снижения степени водородного охрупчивания при высоких температурах после создания слоя аморфного кремния.

16. Тонкая пленка низкотемпературного поликристаллического кремния по п. 10, отличающаяся тем, что буферный слой изготовлен из оксида кремния.

17. Транзистор из тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния, включающий:

подложку;

полупроводниковый слой, осажденный на подложку в форме тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния, при этом полупроводник включает исток, сток и канал между истоком и стоком;

подзатворный слой и затвор, сформированные на упомянутом полупроводнике, при этом подзатворный слой используется для изоляции затвора и полупроводника, и затвор расположен в положении, соответствующем каналу;

слой диэлектрика, расположенный на подзатворном слое и затворе, при этом слой диэлектрика включает первое отверстие, в котором электрод истока соединен с истоком, и второе отверстие, в котором электрод стока соединен со стоком; при этом

тонкая пленка низкотемпературного поликристаллического кремния изготовлена способом, включающим следующие этапы:

выращивание слоя аморфного кремния, этап первоначального выращивания слоя оксида кремния на слое аморфного кремния;

формирование некоторого множества вогнутых поверхностей на слое оксида кремния, которые будут отражать лучи света, вертикально проецируемые на оксид кремния; и

проецирование луча эксимерного лазера на слой аморфного кремния через слой оксида кремния, чтобы преобразовать слой аморфного кремния в тонкую пленку низкотемпературного поликристаллического кремния.

18. Транзистор из тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния по п. 17, отличающийся тем, что способ изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликристиаллического кремния, кроме того, включает следующие этапы:

(a) предоставление подложки, на которой расположен буферный слой;

(b) создание слоя аморфного кремния на буферном слое;

(c) создание оксида кремния на аморфном слое и затем создание множества вогнутых поверхностей путем травления; и

(d) проецирование луча эксимерного лазера на слой аморфного кремния через слой оксида кремния, чтобы преобразовать слой аморфного кремния в тонкую пленку низкотемпературного поликристаллического кремния.

19. Транзистор из тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния по п. 17, отличающийся тем, что способ изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния, кроме того, включает следующие этапы:

выполнение процесса снижения степени водородного охрупчивания при высоких температурах на слое аморфного кремния после создания слоя аморфного кремния; и

удаление слоя оксида кремния после создания тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния.

20. Транзистор из тонкой пленки низкотемпературного поликристаллического кремния по п. 18, отличающийся тем, что упомянутые вогнутые поверхности расположены в форме матрицы на слое оксида кремния, при этом каждая из вогнутых поверхностей включает круглую окружность диаметром 10-20 мкм при глубине 150-200 нанометров и при этом расстояние между двумя соседними вогнутыми поверхностями составляет 300-600 мкм.