非晶材料的相變方法
2023-12-07 23:47:26 2
專利名稱：非晶材料的相變方法
技術領域：
本發明涉及一種晶化用於製造薄膜電晶體的非晶材料的方法，並且更具體地涉及 一種金屬誘導橫向晶化(MILC)方法。
背景技術：
薄膜電晶體(TFT)指的是一種採用多晶矽薄膜作為有源層的開關元件，其通常用 於有源矩陣液晶顯示器、開關元件以及電發光器件的外圍電路的有源元件。通常，薄膜電晶體是通過直接沉積、高溫熱處理或者雷射熱處理製造的。特別是， 由於諸如在400°C或更低的低溫下的晶化(也稱作相變)及高的場效應遷移率之類的優點， 雷射熱處理優於其它工藝。然而，由於諸如不均勻相變、使用的系統昂貴以及低產出之類的 問題，雷射熱處理並不適用於在面積大的襯底上製造多晶矽。作為另一種晶化非晶材料特別是非晶矽的方法，固相晶化(SPC)方法被用來通過 使用廉價系統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，導致生產率 低，且是在高溫下進行的，使得使用玻璃襯底變得困難。另一方面，由於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晶化 (MIC)。在MIC方法中，使預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，該方法基於這一現象當諸如鎳、金、鋁等的金屬與非 晶矽接觸或者被噴射到非晶矽中時，即使在大約200°C的低溫下也能誘發從非晶矽到多晶 矽的相變。然而，在此方法中，當製造薄膜電晶體時，一些金屬組分會留在多晶矽中，構成晶 體管的有源層，從而在電晶體的溝道區中產生電流洩露。因此，除了如MIC方法使用金屬誘發非晶矽的直接相變之外，近來年已經提出採 用金屬誘導橫向晶化(MILC)現象用於晶化非晶矽層，其中通過金屬和矽之間的反應而產 生的矽化物的連續橫向傳播來誘發非晶矽的順序晶化。誘發MILC現象的金屬的例子包括鎳和鈀。當基於MILC現象晶化非晶矽層時，基本 沒有金屬組分會留在使用MILC現象得到的晶化的矽層上，其中含有金屬的矽化物界面由 於非晶矽層相變的傳播而橫向移動，使得能抑制薄膜電晶體的有源層中產生電流洩露。但 是，該方法也並沒有完全解決電流洩露的問題。因此，需要一種能夠最小化薄膜電晶體中電 流洩露的方法。
發明內容
技術問題本發明旨在解決上述相關技術中的問題，且本發明的一個方面是提供一種使用金 屬誘導橫向晶化同時限制M的厚度和密度來晶化用於製造薄膜電晶體的非晶材料的方法，從而使薄膜電晶體中的電流洩露最小。技術方案根據本發明的一個方面，非晶材料的相變方法包括在襯底上形成非晶矽層；在 所述非晶矽層的一部分上沉積Ni金屬層；以及對所述非晶矽層進行熱處理以使非晶矽產 生相變，其中所述M金屬層被沉積成具有0. 79埃或更小的平均厚度。根據本發明的另一個方面，非晶材料的相變方法包括在襯底上形成非晶矽層； 在所述非晶矽層的一部分上沉積M金屬層；在非晶矽上沉積包括二氧化矽層的絕緣材料， 以及對所述非晶矽層進行熱處理以使非晶矽產生相變，其中所述Ni金屬層被沉積成具有 0. 79埃或更小的平均厚度。根據本發明的又一個方面，非晶材料的相變方法包括在襯底上形成非晶矽層； 在所述非晶矽層的一部分上沉積M金屬層；然後對所述非晶矽層進行熱處理以使非晶矽 產生相變，其中所述Ni金屬層下面的晶體結構形成多邊形。根據本發明的一個實施例，所述Ni金屬層的Ni密度為3. 4 X IO1Vcm2 7. 3 X IO1Vcm2。有益效果根據本發明的示例性實施例，所述方法可使用金屬誘導橫向晶化同時限制M的 厚度和密度來晶化用於製造薄膜電晶體的非晶材料，從而使薄膜電晶體中的電流洩露最
結合附圖根據下文的詳細描述，會更加清楚地理解本發明的上述及其它方法、特 徵及優點，圖中圖1是圖解說明基於Ni-MILC晶化非晶矽的流程圖；圖2是根據本發明的一個實施例基於MILC的非晶材料相變方法的流程圖；圖3是通過根據本發明實施例的方法獲得的基於MILC晶化的多晶矽的顯微照 片；圖4是描述通過根據本發明實施例的方法在基於MILC晶化的過程中隨M密度而 變的電流洩露；以及圖5是描述隨Ni密度而變的場效應遷移率和最小斷開狀態下的電流的圖形。
具體實施例方式最佳方式根據本發明的實施例，一種基於金屬誘導橫向晶化的非晶材料的相變方法包括 在襯底上形成非晶矽層，在非晶矽層的一部分上沉積Ni金屬層，以及對非晶矽層進行熱處 理以使非晶矽產生相變，其中Ni金屬層被沉積成具有0. 79埃或更小的平均厚度。本發明的方式圖1是圖解說明基於Ni-MILC晶化非晶矽的流程圖。根據本發明的實施例，在用於製造薄膜電晶體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於晶化非晶材料的金屬誘導橫向晶化過程中被調節的，從而最小化電流洩露。接下來，將描述用於此方法的金屬誘導橫向晶化(MILC)。首先將描述非晶材料通過金屬誘導晶化(MIC)工藝所進行的晶化，MIC工藝通常 作為MILC的前序工藝。參照圖1，在襯底10上形成緩衝層20後，在緩衝層20上沉積非晶矽層30。然後， 在非晶矽層30上形成二氧化矽層作為蓋層40，再在蓋層上沉積金屬50。儘管不限於特定材料，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於非晶材料相變。根據本發明的此實施例，襯底是玻 璃襯底。儘管此工藝可以省略緩衝層20，但在本發明的此實施例中，緩衝層20可以由二氧 化矽層形成。而且，非晶材料不限於單一特定的材料，非晶矽(a-Si)可以用作非晶材料。蓋層40是由在非晶矽層上的二氧化矽層形成的。金屬50沉積於蓋層上，且可包括但不局限於Ni、Pd、Au、Cu、Al等等。根據本發明 的此實施例，Ni用作沉積在蓋層上的金屬。因此，在根據本發明此實施例的方法中，襯底10、緩衝層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，然後進行熱處理以晶化作為非晶材料的非晶矽，從 而形成晶化矽層31。特別是，當長時間對層疊結構進行熱處理後，金屬即M擴散到非晶矽 中，形成金屬矽化物NiSi2的顆粒，其又橫向生長。然後，隨著熱處理的繼續，各顆粒繼續生 長，從而可以使非晶材料完全相變成為多晶矽。在非晶材料的完全相變之後，通過蝕刻去掉 金屬50和蓋層40，從而提供多晶矽薄膜。接下來將參照圖2描述根據本發明的一個實施例使用金屬誘導晶化工藝的金屬 誘導橫向晶化(MILC)方法。在使用MIC工藝的金屬誘導橫向晶化方法中，由於含有金屬的金屬矽化物界面隨 著非晶矽層相變的傳播會橫向移動這一現象，所以基本不會留下用於晶化誘導的金屬組 分。結果，金屬的沉積不會造成電晶體有源層中的電流洩露，並且不會對電晶體的其它運行 特徵產生影響，同時在低溫下誘發非晶矽的晶化。因此，根據本發明的MILC方法可以使用 一個爐子同時對多個襯底進行晶化，而不破壞襯底。根據本發明的一個實施例，MILC方法可包括在襯底上形成非晶矽層，在非晶矽 層的一部分上沉積Ni金屬層，以及對非晶矽進行熱處理以用於其相變。根據本發明的另 一實施例，MILC方法可包括在襯底上形成非晶矽層，在非晶矽層的一部分上沉積Ni金屬 層，以及在非晶矽上沉積包括二氧化矽層的絕緣材料，之後對非晶矽進行熱處理以用於其 相變。而且，根據本發明的又一實施例，MILC方法可包括在襯底上形成非晶矽層，在非 晶矽層的一部分上沉積Ni金屬層，以及對非晶矽層進行熱處理以使非晶矽產生相變，其中 Ni金屬層下面的晶體結構形成多邊形。接下來詳細描述根據前述實施例中的一個實施例的方法。基本上，在襯底10上形成緩衝層20後，在緩衝層20上依次形成非晶材料層(例 如非晶矽)30和蓋層(即二氧化矽層)40，之後沉積金屬(例如Ni)層50以促進晶化(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、溝道區和漏極區。具體講，溝道區是通過對金屬層圖案化而形成的，並如上所述對溝道區進行熱處 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 後，在可用作溝道區的非晶材料層的區域中，晶化從晶化層32的界面進行到非晶材料層的 其上沒有金屬層的區域31。這樣，當從晶化層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域31晶化時，其上沒有金屬層的非晶材料層 的區域31基本沒有金屬雜質，從而表現出良好的性能。然後，在被晶化之後，區域31用作 溝道區，並且區域31兩側的晶化區32用作源極/漏極區。在本發明的此實施例中，M用作促進晶化的金屬，其可沉積的平均厚度為 0. 037 10埃。根據本發明的一個實施例，Ni可沉積的厚度為0. 79埃或更小。當金屬層 的厚度為0. 79埃或更小時，電流洩露可被顯著降低。金屬沉積可通過PECVD實現，但並不局限於此。根據本發明的一個實施例，Ni以 3. 4 X IO1Vcm2 7. 3 X IO1Vcm2 的密度被沉積。表1示出本發明中隨金屬層密度變化的效應。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的電流洩露，提高場效應遷移率。表 權利要求
1.一種非晶材料的相變方法，包括 在襯底上形成非晶矽層；在所述非晶矽層的一部分上沉積Ni金屬層；以及 對所述非晶矽層進行熱處理以使非晶矽產生相變， 其中所述M金屬層被沉積成具有0. 79埃或更小的平均厚度。
2.一種非晶材料的相變方法，包括 在襯底上形成非晶矽層；在所述非晶矽層的一部分上沉積Ni金屬層；以及在非晶矽上沉積包括二氧化矽層的絕緣材料，然後對所述非晶矽層進行熱處理以使非 晶矽產生相變，其中所述M金屬層被沉積成具有0. 79埃或更小的平均厚度。
3.一種非晶材料的相變方法，包括 在襯底上形成非晶矽層；在所述非晶矽層的一部分上沉積Ni金屬層；以及 對所述非晶矽層進行熱處理以使非晶矽產生相變， 其中所述Ni金屬層下面的晶體結構形成多邊形。
4.根據權利要求1-3中的任一項所述的方法，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於製造薄膜電晶體的非晶材料的方法。該方法包括在襯底上形成非晶矽層；在所述非晶矽層的一部分上沉積Ni金屬層；以及對所述非晶矽層進行熱處理以使非晶矽產生相變，其中所述Ni金屬層被沉積成具有0.79埃或更小的平均厚度。該方法可使用金屬誘導橫向晶化同時限制Ni的厚度和密度來晶化用在薄膜電晶體中的非晶材料，從而使薄膜電晶體中的電流洩露最小。
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 優先權日2008年9月9日
發明者千峻赫, 吳在煥, 姜東漢, 張震 申請人:慶熙大學工業與學術合作基金會