專利名稱：用于lcd或oeld的具有ldd區的結晶硅tft板的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于TFT LCD或有機電致發光顯示器(OELD)的結晶硅薄膜晶體管(TFT)板。更具體地說，本發明涉及用于TFT LCD或OELD的結晶硅TFT板，其中利用金屬誘發橫向晶化(MILC)方法，利用結晶硅同時形成位于TFT板的像素區上的像素晶體管和位于外圍區的驅動晶體管，而且滿足了像素區要求的晶體管的低截止電流(Ioff)特性和構成在外圍區中形成的驅動電路的晶體管的高導通電流(Ion)特性。
背景技術：
存在的問題是，在350℃或者更低的處理溫度下，容易在玻璃基板上制造通常用于傳統LCD和OELD的非晶硅TFT。然而，非晶硅TFT不能用于高速操作的電路，因為非晶硅的電子遷移率低。此外，在采用非晶硅TFT的LCD中，像素晶體管應該形成在基板上，而且還應該圍繞基板、利用TCP(tape carrier package)驅動IC將玻璃基板和PCB互相連接在一起。因此，存在的另一個問題是，需要附加的驅動IC，而且提高了安裝成本。此外，存在的又一個問題是，TCP驅動IC與PCB之間的連接部分，或者TCP驅動IC與玻璃基板之間的連接部分被機械和熱沖擊斷開，或者連接部分的接觸電阻升高。此外，存在的又一個問題是，TCP焊接本身變得困難，因為信號線與掃描線之間的焊接點間距隨著LCD板分辨率的提高而降低。
然而，對于采用結晶硅TFT的LCD，可以將結晶硅用于LCD的開關器件等的驅動電路中，因為構成TFT的有源層的結晶硅具有良好電子遷移率。因此，可以將像素晶體管和驅動晶體管同時形成在TFT板上。此外，由于結晶硅TFT具有自對準結構，所以其電平移動電壓低于非晶硅TFT的電平移動電壓。此外，還可以形成CMOS電路，因為在結晶硅TFT內可以利用結晶硅形成N溝道和P溝道。而且，半導體生產線可以采用制造結晶硅TFT的工藝，因為它類似于硅晶片的標準CMOS工藝。
圖1是在其上形成像素區11和外圍區(即驅動電路區12)的用于LCD10的TFT板的示意圖。在像素區11中形成包括像素晶體管、存儲電容器等的多個像素的陣列，而在驅動電路區12中形成用于驅動像素的驅動器件。在結晶硅TFT LCD上，采用混合驅動方式，而不是將所有驅動器件形成在基板上，在混合驅動方式中，將利用結晶硅TFT難以制造的諸如運算放大器(OP放大器)或數模轉換器(DAC)的模擬電路用作單獨集成電路，而且將諸如多路轉換器的開關器件形成在基板上。
圖2是示出形成在用于LCD10的TFT板的像素區上的單元像素結構的等效電路圖。每個單元像素分別包括數據總線(Vd)；選通總線(gatebus line)(Vg)；像素晶體管21，其柵極連接到選通總線，而其源極和漏極連接到選通總線和像素電極；存儲電容器22(Cst)，用于保持對像素晶體管21施加的信號的狀態，直到施加下一個信號；以及液晶注入單元23(CLC)，并聯連接到存儲電容器22。此時，存儲電容器22和液晶注入單元23分別連接到公共電極24(Vcom)。
對于將像素區和驅動電路區同時形成在共同基板上的、用于LCD的結晶硅TFT板，為了有效驅動諸如開關器件的驅動器件，要求像素區具有低截止電流(Ioff)，即在不施加柵極電壓的情況下流入像素晶體管的電流，而外圍區具有高導通電流(Ion)，即在施加柵極電壓的情況下，流入薄膜晶體管的電流。參考圖2，特別是，如果像素晶體管21的截止電流高，則不能將對液晶注入單元23施加的驅動電壓保持到下一個信號周期，因為在存儲電容器22中累積的電荷被泄漏。因此，存在的問題是，明顯降低了顯示穩定性和均勻性。
通過在玻璃基板上形成非晶硅層，然后利用固相晶化方法、激光晶化方法、直接淀積方法、快速熱退火方法等晶化非晶硅，制造用于結晶硅LCD的TFT板的薄膜晶體管。本發明的一個特征是，不是采用現有的晶化非晶硅的方法，而是采用一種利用金屬誘發橫向晶化(MILC)來晶化薄膜晶體管的有源層的方法。如果采用MILC方法，則其優勢在于，與現有晶化方法相比，利用簡單工藝以較低溫度同時在像素區和外圍區形成結晶硅TFT。然而，類似于利用另一種方法晶化的結晶硅，與非晶硅相比，利用MILC方法晶化的結晶硅具有高截止電流。實際上，為了保存在非選擇時段期間在像素區內的各像素上累積的電信號而不發生任何損失，通常要求截止電流低于1E-11A。然而，利用MILC方法形成的結晶硅TFT具有良好的導通電流特性和糟糕的截止電流特性(即，截止電流較高)。因此，存在的另一個問題是，不能滿足像素區要求的薄膜晶體管特性。
因此，需要一種同時將結晶硅TFT有效形成在用于LCD的TFT板的像素區和驅動電路區上，而且同時滿足像素區要求的低截止電流和驅動電路區要求的高導通電流的結晶硅TFT板結構及其制造方法。

發明內容
為了解決現有技術存在的問題，提出本發明。本發明的目的在于提供一種薄膜晶體管(TFT)板，其中利用金屬誘發橫向晶化(MILC)方法，分別在用于LCD或OELD的TFT板的像素區和驅動電路區上同時形成包括結晶硅有源層的像素晶體管和驅動晶體管，而且同時滿足像素區和驅動電路區分別要求的截止電流特性和導通電流特性。


圖1是示出用于LCD的TFT板的區域位置的示意圖；圖2是示出位于用于LCD的TFT板上的單元像素結構的等效電路圖；圖3a至3d是示出利用MILC方法制造薄膜晶體管的傳統方法的剖視圖；圖4是示出隨利用MILC方法制造的TFT中注入金屬偏移區的雜質濃度變化的漏極電流的曲線圖；圖5a至5p是示出根據本發明制造用于LCD的結晶硅TFT板的制造方法的圖；以及圖6a和6b是示出位于用于OELD的TFT板上的單元像素結構的等效電路圖。
具體實施例方式
以下將在解釋本發明的具體內容之前，說明利用MILC方法形成結晶硅薄膜晶體管的過程。
通常，以如下方式構造用于諸如LCD的顯示器中的薄膜晶體管，即，將硅淀積在由玻璃、石英等制造的透明基板上；在其上形成柵極和柵電極；將摻雜物注入到源極區和漏極區，并在退火過程中激活該摻雜物；然后，在其上形成絕緣層。通常，通過利用化學汽相淀積(CVD)方法、濺射方法等，在由玻璃制造的透明基板上淀積硅層，形成用于構造薄膜晶體管的源極區、漏極區以及溝道的有源層。然而，利用諸如CVD的方法直接淀積在基板上的硅層是非晶硅層，因此，其電子遷移率低。因為采用薄膜晶體管的顯示器要求的操作速度高，而且被小型化，所以提高了驅動集成電路(IC)的集成度，而且降低了像素區的孔徑比。因此，需要同時形成驅動電路和像素晶體管，而且需要通過提高硅層的電子遷移率來提高像素孔徑比。為此，所采用的技術是，通過利用對其進行退火的方法晶化非晶硅層，來形成具有高電子遷移率的結晶硅層。
已經建議了多種用于將非晶硅層晶化為薄膜晶體管的多晶硅層的方法。固相晶化(SPC)方法是一種在約600℃或者更低的溫度下，將非晶硅層退火幾個小時至幾十個小時的方法，該約600℃或者更低的溫度是用于形成基板的玻璃的轉變溫度。由于SPC方法要求硅層熱退火的時間周期長，因此存在的問題是，其生產率低。此外，如果基板的面積大，則即使在600℃或者更低溫度的長時間熱退火過程中，也會使基板變形。準分子激光器晶化方法是利用準分子激光束進行照射來掃描硅層以在非常短時間周期內在其局部產生高溫，從而瞬間晶化硅層的方法。ELC方法的技術難題在于，難以對激光束掃描過程進行精確控制，而且一次只能制造一個基板。因此，存在的另一個問題在于，ELC方法的生產率比在退火爐內成批處理幾個基板的情況下的生產率低。
為了克服用于晶化硅層的傳統方法的缺陷，利用了以下這種現象在使諸如鎳、金以及鋁的金屬接觸或者注入到非晶硅內時，即使在約200℃的低溫下，仍可以導致非晶硅相變到多晶硅。這種現象被稱為金屬誘發晶化(MIC)。如果利用MIC現象制造薄膜晶體管，則在構成薄膜晶體管的有源層的多晶硅內保留任何金屬。因此，存在的問題是，特別是在薄膜晶體管的溝道上出現電流泄漏現象。最近，建議了一種利用金屬誘發橫向晶化(MILC)晶化硅層的方法，在金屬誘發橫向晶化方法中，在金屬與硅發生化學反應產生的硅化物連續、橫向擴散時，連續導致硅晶化(S.W.Lee & S.K.Joo，IEEE Electron Device Letter，17(4)，p.160，1996)。已知鎳、鈀等是特別用于誘發MILC的金屬。在利用MILC晶化硅層的情況下，用于誘發硅晶化的金屬成分難以保留在通過MILC晶化的硅層內，因為在硅層的晶化擴散時，含有金屬的硅化物界面橫向擴散。因此，其優點在于，諸如Ni和Pd的金屬不影響薄膜晶體管的有源層的電流泄漏特性以及其它操作特性。此外，利用MILC方法，即使在300℃至500℃的較低溫度下，仍可以誘發硅的晶化。因此，另一個優點在于，可以使用退火爐，以便同時晶化幾片基板，又不破壞基板。此外，在利用MILC現象的情況下，即使在300℃至600℃的較低溫度下，仍可以誘發硅的晶化。因此，優點在于，即使采用一般玻璃基板，仍可以利用退火爐同時晶化幾片基板，而不會破壞基板。
圖3a至3d是示出利用MIC和MILC現象對構成TFT的硅層進行晶化的傳統方法的剖視圖。如圖3a所示，將非晶硅層31淀積在其上形成了緩沖層(未示出)的絕緣層30上。然后，利用光刻法對非晶硅構圖以形成有源層31。接著，利用通用方法將柵絕緣層32和柵電極33依次形成在有源層31上。如圖3b所示，在把柵電極33用作掩模的狀態下，通過將雜質摻雜到整個基板內，將源極區31S、溝道區31C以及漏極區31D形成在有源層31上。如圖3c所示，形成光致抗蝕劑34(PR)，以便覆蓋柵電極33和圍繞柵電極的源極區31S和漏極區31D的某些部分。然后，在光致抗蝕劑的整個表面以及基板上淀積金屬層35。如圖3d所示，去除光致抗蝕劑34，然后在300℃至600℃的溫度下，對整個基板進行退火。這樣，利用MIC現象，可以對位于剩余金屬層35正下方的源極和漏極區36進行晶化，而利用MILC現象，誘發位于柵電極正下方的源極和漏極區以及溝道區37的金屬偏移部分(metal-offset portion)的晶化，該MILC現象將由剩余金屬層35誘發。
在圖3a至3d中，形成光致抗蝕劑以在柵電極33的兩側覆蓋源極區31S和漏極區31D的原因是，如果對溝道區31C與源極區/漏極區31S、31D的邊界淀積金屬層，則MIC現象引入的金屬成分殘留在溝道區31C以及溝道區31C與源極區/漏極區31S、31D的邊界上，并因此可能降低溝道區的泄漏電流和操作特性。為了解決上述問題，在溝道區周圍形成金屬偏移區，從而防止用于誘發結晶的金屬被引入溝道區。由于根據其操作，剩余金屬成分對溝道區之外的源極區和漏極區的影響不大，所以利用MIC現象晶化與溝道區分離開約0.01至5μm的源極區和漏極區，而利用MILC現象僅使溝道區和金屬偏移區晶化，以便減少晶體管的有源層晶化所需的時間。
本發明具有的一個特征是，鑒于由圖3a到3d所示方法制造的結晶硅TFT中的漏電流(即晶體管的導通電流和截止電流)依據注入溝道區域周圍的雜質的濃度而變化的現象，對注入溝道區域周圍的雜質的濃度進行控制以改善TFT板(特別是其像素區域)中的晶體管的截止電流特性。下面的表1顯示了依據被注入通過MILC結晶的薄膜晶體管的溝道區域中的雜質的濃度而變化的截止電流和導通電流。
表1

(其測量條件是晶體管的寬度W＝10μm，晶體管的長度L＝6μm，VD＝10V，Ion在柵極電壓VG＝20V時測量；Ioff在柵極電壓VG＝-5V時測量)由表1的結果繪制的曲線在圖4中顯示。從表1可以看出，如果注入溝道區域周圍的雜質的濃度增加，漏極的導通電流和截止電流都增加。例如，如果注入溝道區域周圍的雜質的濃度是5.00E12/cm2，截止電流和導通電流分別是1.00E-12A和8.00E-05A，并且導通電流與截止電流的比率是8.00E07。此時，可以看出，如果注入雜質的濃度增加到3.00E15/cm2，截止電流和導通電流分別增加到5.00E-11A和5.00E-04A，并且導通電流與截止電流的比率減小到1.00E07。此外，可以看出，當注入溝道區域周圍的雜質的濃度增加時，截止電流的增加程度高于導通電流的增加程度。
如圖4所示，要求在LCD中使用的TFT板的像素區域形成的像素晶體管具有低于1E-11A的截止電流和高于1E-5A的導通電流。在形成薄膜晶體管中的源極和漏極的摻雜工藝中，通常把具有1E14/cm2或更高濃度的雜質注入源區和漏區。從表1和圖4可以看出，具有該雜質濃度的晶體管的導通電流高于1E-5A。因此，即使通過一個普通的摻雜工藝把雜質注入溝道區域周圍，也能實現像素晶體管的導通電流特性。但是，要求像素晶體管中的截止電流低于1E-11A的閾值，以便在像素的非選擇時段期間維持所施加的電信號。可以看出，在作為注入雜質的通常濃度的1E14/cm2或更高的范圍中，截止電流高于閾值。通常，如果LCD中使用的像素晶體管的截止電流高于1E-11A，則產生諸如閃爍或串擾的問題。因此，在使用MILC制造結晶硅TFT板時，在技術上需要把像素晶體管的截止電流保持為低于閾值。
從表1和圖4可以看出，如果注入通過MILC結晶的薄膜晶體管的溝道區域周圍的雜質的濃度是1.00E14/cm2或更小，則漏極的截止電流被減小到低于閾值1.00E-11A。因此，一個用于把像素晶體管的截止電流維持為低于閾值的有力方案是把注入溝道區域周圍的雜質的濃度保持為低于1.00E14/cm2。但是，在薄膜晶體管的制造工藝中使用的普通摻雜工藝中，存在的一個問題是，如果使用該普通工藝，則難以把雜質的濃度保持為低于1.00E14/cm2，因為如上所述注入了具有1.00E14/cm2或更高濃度的雜質。為了解決該問題，本發明的特征在于，在晶體管的溝道區域周圍形成一個低濃度摻雜區域(例如一個LDD(輕摻雜)區域)，在該區域中摻雜了低于其它有源層區域的濃度的雜質，使得在該區域的雜質的濃度保持為低于1.00E14/cm2。下面將參考優選實施例詳細說明根據本發明的在TFT板中的像素晶體管和驅動晶體管的溝道區域周圍形成低濃度摻雜區域的方法。
圖5a至5p是顯示根據本發明利用MILC方法在TFT板上同時形成像素晶體管和驅動晶體管的過程。盡管以下將說明在像素區上形成一個像素晶體管和一個存儲電容器，而在驅動電路區上形成CMOS晶體管的例子，但是，顯然，本發明并不局限于此。根據本發明，例如，可以在像素區形成兩個或者更多個TFT，而且可以在驅動區形成P-MOS、N-MOS、CMOS或者它們的組合。此外，盡管在優選實施例中說明了將像素晶體管的硅層和存儲電容器互相連接在一起的情況，但是，對于本技術領域內的熟練技術人員顯而易見，不必將像素晶體管的硅層與存儲電容器互相物理連接在一起，可以對它們進行配置以將它們互相電連接在一起。不僅如此，盡管在優選實施例中對由結晶硅形成存儲電容器的電極的情況進行了說明，但是，諸如金屬層的其它層可以代替電極。此外，對于本技術領域內的熟練技術人員顯而易見，可以利用不同于柵絕緣層的材料構成的層，例如中間絕緣層來形成存儲電容器的介質層。
圖5a是示出將用于防止污染物從基板50擴散的屏蔽層51形成到基板50上的情況下的剖視圖。在此，基板50由諸如非堿性玻璃、石英、氧化硅等的透明絕緣材料制成。通過利用諸如等離子增強化學汽相淀積(PECVD)方法、低壓化學汽相淀積(LPCVD)方法、大氣壓化學汽相淀積(APCVD)方法或電子回旋諧振化學汽相淀積(ECR-CVD)方法的淀積方法，或者濺射方法，在約600℃或者更低的溫度下淀積300至10,000厚度，更優選淀積500至3,000厚度的氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(SiOxNy)或者它們的復合材料，形成屏蔽層51。
如圖5b所示，將構成薄膜晶體管的有源層的非晶硅層52(a-Si)形成在屏蔽層51上。通過利用PECVD、LPCVD或者濺射方法，淀積100至3,000厚度，更優選淀積500至1,000厚度的非晶硅，形成非晶硅層52。接著，為了如圖5c所示在像素區形成N-MOS或P-MOS而在驅動電路區形成用作驅動器件的CMOS，采用使用蝕刻氣體等離子體的干蝕刻方法，利用采用光刻法形成的圖形，對非晶硅層構圖。在圖5b中，所示的像素區和驅動電路區互相鄰接。然而，在實際使用的基板上，在像素區形成多個單元像素的陣列，并與該單元像素陣列間隔一定距離形成驅動電路。同時，應該注意，為了說明同時形成像素晶體管和驅動晶體管的方法，在該圖中，所示的一個單元像素區與一個驅動電路區互相連接在一起。在優選實施例中，在像素區中形成一個用于形成N-MOS或P-MOS的非晶硅島52P，而在驅動電路區中形成用于形成CMOS的兩個非晶硅島52D。盡管在優選實施例中對在驅動電路區形成CMOS的例子進行了說明，但是在需要時，可以在驅動電路區形成包括N-MOS、P-MOS、CMOS或者它們的組合的各種驅動電路。
在構圖非晶硅52后，如圖5c所示，形成將用于形成柵絕緣層的絕緣層53和將用于形成柵電極的金屬層54。通過利用諸如PECVD、LPCVD、APCVD或者ECR CVD的淀積方法，淀積300至3,000厚度，優選淀積500至1,000厚度的氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(SiOxNy)或者它們的復合層，來形成絕緣層53。此外，通過利用諸如濺射、蒸發、PECVD、LPCVD、APCVD或者ECR CVD的方法，在絕緣層53上淀積1,000至8,000厚度，優選淀積2,000至4,000厚度的諸如摻雜多晶硅的金屬材料或導電材料，來形成柵金屬層54。
圖5d和5e示出在利用光刻法，在位于將形成像素晶體管的非晶硅島52P和將形成驅動晶體管的非晶硅島52D之上的柵金屬層54上，形成光致抗蝕劑圖形55后，利用濕蝕刻方法或干蝕刻方法形成柵電極56和電容器電極57的方法。如圖所示，在像素區形成3個電極，在位于驅動電路區左側的非晶硅島52D之上形成一個柵電極，并且利用光致抗蝕劑(PR)覆蓋位于驅動電路區右側的非晶硅島區的整個表面，以形成CMOS。形成在像素區上的3個電極中的兩個左側電極56用于構成像素晶體管的雙柵電極，而另一個右側電極57用作與像素晶體管相連的存儲電容器的電極。在優選實施例中，在像素晶體管內形成雙柵電極的原因是，可以進一步降低截止電流，因為在使用多個柵極時，源極區與漏極區之間的結被擴展，而且對該結施加的電場強度被弱化。盡管在本實施例中顯示了僅在像素晶體管內形成兩個柵極的結構，但是，應該注意，可以使用多于或少于兩個的柵極，并且甚至可以在驅動晶體管內使用多于兩個柵極。
如圖5e所示，通過以預定距離a向構圖光致抗蝕劑內過蝕刻柵電極56，所配置的本發明優選實施例具有底切結構。如下所述，過蝕刻柵電極層，以便圍繞位于晶體管的柵電極下面的溝道區形成LDD(輕摻雜漏極)區。
圖5f示出通過利用構圖光致抗蝕劑作為掩模，各向同性蝕刻絕緣層53，形成柵絕緣層58和電容器的介質層59。由于如上所述根據光致抗蝕劑過蝕刻柵電極，所以所形成的柵絕緣層58和介質層59的寬度大于柵電極56和電容器電極57的寬度，如圖5f所示。
圖5g示出在去除了光致抗蝕劑的狀態下，利用柵電極作為掩模摻雜雜質的過程。首先，利用低能量，在像素晶體管和光致抗蝕劑未覆蓋的左側驅動晶體管之上摻雜高濃度雜質。例如，如果如圖所示制造N-MOSTFT，則利用離子簇射摻雜方法(ion shower doping)或離子注入摻雜方法，采用10至100KeV(優選為10至30KeV)的能量，以約1E14至1E22/cm3(優選為1E15至1E21/cm3)的劑量，摻雜諸如PH3、P、或者As的摻雜物。另一方面，如果制造P-MOS TFT，則利用10至70KeV(優選為10至30KeV)的能量，以約1E13至1E22/cm3(優選為1E14至1E21/cm3)的劑量，摻雜諸如B2H6、B、或者BH3的摻雜物。圖5g示出為了說明目的注入N型雜質的過程。由于利用低能量摻雜高濃度雜質，所以它不通過柵絕緣層。因此，在僅將雜質注入未被柵絕緣層覆蓋的區域的狀態下，形成薄膜晶體管的源極區和漏極區。根據本發明，由于像素晶體管內的柵絕緣層比柵電極寬，而且還用于防止利用低能量以高濃度摻雜的雜質被注入硅層，所以可以圍繞溝道區形成低雜質濃度的低濃度摻雜區。此外，柵絕緣層還用于圍繞溝道區形成金屬偏移區，之后對此進行說明。
在進行低能高濃度摻雜后，進行高能低濃度摻雜。此時，如果將制造N-MOS TFT，則以這樣的方式進行高能低濃度摻雜，即，利用離子簇射摻雜方法、離子注入方法或者其它離子注入方法，采用50至150KeV的能量摻雜1E11至1E20/cm3劑量的諸如PH3、P和As的摻雜物。另一方面，如果制造P-MOS TFT，則以這樣的方式進行高能低濃度摻雜，即利用20至100KeV的能量摻雜1E11至1E20/cm3劑量的諸如B2H6、B以及BH3的摻雜物。由于利用足以使低濃度雜質通過柵絕緣層的能量級進行低濃度摻雜，所以在被柵絕緣層覆蓋的柵電極驅動電路上形成以低濃度摻雜的低濃度摻雜區60。如上所述，如果控制以高能摻雜的雜質劑量，被注入低濃度摻雜區的雜質的濃度可以被控制為1E14/cm2或更小。
盡管已經對先進行低能高濃度摻雜，然后進行高能低濃度摻雜進行了說明，但是，對于本技術領域內的熟練技術人員顯而易見的是，可以改變摻雜順序。同時，如果利用高能注入高濃度雜質，則高濃度雜質通過柵絕緣層注入硅層。因此，不圍繞溝道形成低濃度摻雜區。此外，如果從上述過程中省略高能低濃度摻雜過程，則可以不在低濃度摻雜區，而在薄膜晶體管的驅動電路區形成不注入雜質的偏移結(offsetjunction)。此外，為了形成低濃度摻雜區，可以采用低能高濃度摻雜方法，而不采用高能低濃度摻雜方法。在這種情況下，控制摻雜能量，以便將大多數雜質限制在絕緣層內，而且可以僅將部分雜質注入硅層。
如果在鄰近溝道的漏極區形成低濃度摻雜區或偏移結，則可以降低晶體管的截止電流，而且還可以使其它電特性穩定。為了實現這些優勢效果，最好使低濃度摻雜區或偏移結的寬度為1,000至20,000，優選為5,000至20,000。將注入低濃度摻雜區的雜質的濃度控制為1E14/cm2或更低以便將像素晶體管的截止電流降低到1E-11A或者更低。在優選實施例中，在像素晶體管和驅動晶體管上形成低濃度摻雜區。然而，應該注意，可以不將低濃度摻雜區形成在驅動晶體管上，因為與像素晶體管相比，精確限制驅動晶體管內的截止電流就顯得不太必要。
完成圖5g所示的過程后，為了在CMOS晶體管的一側形成P型晶體管，在如圖5h所示光致抗蝕劑(PR)覆蓋整個像素區以及位于形成在驅動區中的CMOS晶體管另一側的一個晶體管(在優選實施例中為N型晶體管)的狀態下，利用參考圖5d到5f說明的同樣方法，形成柵絕緣層58和柵電極56。盡管在優選實施例中對為了形成驅動區的CMOS晶體管，首先形成N型晶體管，然后形成P型晶體管的情況進行了說明，但是，顯然，可以改變形成各晶體管的順序。如圖5i所示，深蝕刻位于柵電極之上的光致抗蝕劑，以使光致抗蝕劑的寬度幾乎等于柵電極的寬度。
參考圖5j，在如圖5i所示構圖位于一側的CMOS晶體管(即P型晶體管)的柵絕緣薄膜和柵電極后，以參考圖5g說明的同樣方式，首先利用低能以高濃度注入與構成CMOS晶體管的其它晶體管相反極性(即P型)的雜質，然后利用高能以低濃度注入該雜質。如上所述，利用高能以低濃度摻雜的雜質通過柵絕緣層注入硅層，因此，圍繞P型晶體管的溝道區形成低濃度摻雜區。當然，可以改變進行低能高濃度摻雜和高能低濃度摻雜的順序。此外，通過省略高能摻雜過程，可以不圍繞低濃度摻雜區，而圍繞溝道形成偏移結。盡管在優選實施例中對在像素晶體管和驅動晶體管上形成低濃度摻雜區進行了說明，但是，應該注意，可以不在驅動晶體管上形成低濃度摻雜區，因為驅動晶體管不要求截止電流特性達到像素晶體管要求的程度。
圖5k示出在摻雜過程中被用作掩模的光致抗蝕劑被去除的狀態，而圖5l示出從基板上的整個像素區和驅動區上去除光致抗蝕劑，然后涂覆用于誘發MILC的金屬以晶化構成晶體管的有源層的非晶硅的過程。用于誘發非晶硅內的MILC現象的金屬可以優選包括鎳(Ni)或鈀(Pd)。此外，還可以使用Ti、Ag、Au、Al、Sn、Sb、Cu、Co、Cr、Mo、Tr、Ru、Rh、Cd、Pt等。在優選實施例中，Ni用作誘發MILC的金屬。可以利用濺射方法、蒸發方法、PECVD或者離子注入方法，將諸如Ni或Pd的用于誘發MILC的金屬涂覆到有源層上。但是，通常采用濺射方法。此時，可以在足以誘發非晶硅層的MILC的范圍內，即，約1至10,000，優選為10至200范圍內，任意選擇涂覆金屬層的厚度。
如圖5l所示，在基板上圍繞每個晶體管的溝道區形成不在其上淀積用于誘發MILC的金屬的金屬偏移區61，因為柵絕緣層覆蓋溝道區周圍。正如參考圖3a至3d所述，金屬偏移區61用于防止金屬成分在溝道區產生電流泄漏而且防止降低操作特性，其中利用在其上直接淀積了諸如Ni的用于誘發MILC的金屬的區域內發生的MIC現象，該金屬成分被引入到硅層內。在優選實施例中，已經被構圖為其寬度比柵電極寬的柵絕緣層用于圍繞溝道區同時形成低濃度摻雜區和金屬偏移區。因此，在同一個區域形成低濃度摻雜區60和金屬偏移區61。盡管在優選實施例中對利用構圖柵絕緣層形成低濃度摻雜區和金屬偏移區進行了說明，但是，應該注意，還可以利用在涂覆用于誘發MILC的金屬之前形成的光致抗蝕劑掩模來形成金屬偏移區，如圖3所示。因此，低濃度摻雜區和金屬偏移區不必互相重疊在同一個區域上，而且可以將低濃度摻雜區形成在部分金屬偏移區上，反之亦然。
在將Ni涂覆到位于像素區和驅動區中的晶體管上后，進行用于晶化晶體管的有源層的退火過程，如圖5m所示。根據可以對非晶硅誘發MILC現象的任何給定方法進行晶化—退火處理過程。例如，該方法可以包括快速熱退火(RTA)方法，其中利用鎢鹵或氙弧加熱燈，在幾秒至幾分鐘的短時間周期內以約500至1200℃的溫度，加熱有源層；或者ELC方法，其中利用準分子激光束，在非常短的時間周期內加熱有源層。在優選實施例中，優選以400℃至600℃的溫度在退火爐內使硅晶化0.1至50小時，更優選為0.5至20小時。由于在退火爐內晶化非晶硅的溫度低于玻璃基板的玻璃轉變溫度，所以可以防止基板變形，或者防止破壞基板。此外，由于可以在退火爐內同時對許多基板進行退火，所以可以批量處理基板。因此，可以提高生產率。利用MIC現象，對通過退火過程直接施加了用于誘發MILC的金屬的非晶硅區進行晶化，而利用從施加了金屬的區域擴散的MILC現象，對未施加金屬的部分進行晶化。此外，根據本發明，可以在一個處理過程中對有源層和摻雜物進行晶化，因為利用用于誘發MILC的金屬對非晶硅進行晶化的退火條件類似于對注入有源層的摻雜物進行激活的退火條件。
通過退火過程同時對連接到像素晶體管的漏極并形成在像素晶體管的橫向側的、存儲電容器區內的非晶硅層進行晶化。本發明的一個特征是，利用同一個處理過程，同時形成存儲電容器和像素晶體管以具有同樣的結構。該存儲電容器具有良好的靜態電容和靜態特性，因為所配置的存儲電容器具有這樣的結構，即由與像素晶體管的柵絕緣層相同的材料構成的介質層59設置在具有良好電子遷移率的結晶硅層52P與由與柵電極相同材料構成的電容器電極57之間。
如圖5n所示，對基板的像素區和驅動區上的晶體管的有源層進行晶化后，形成中間絕緣層62。通過利用諸如PECVD、LPCVD、APCVD、ECR CVD的淀積方法或者濺射方法，淀積1,000至15,000厚，更優選3,000至7,000厚的氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者它們的復合層，形成中間絕緣層62。
圖5o示出形成接觸電極63的狀態。參考圖5o，通過將利用光刻法形成的圖形用作掩模，濕蝕刻或干蝕刻中間絕緣層，以形成接觸孔。然后，形成用于將晶體管的源極、漏極以及柵極連接到外部電路的接觸電極63。通過利用濺射、蒸發、CVD方法等，在整個中間絕緣層上淀積500至10,000厚，更優選2,000至6,000厚的諸如摻雜多晶硅的金屬或導電材料，然后，利用干蝕刻方法或濕蝕刻方法，將該金屬或導電材料構圖為要求的形狀，來形成接觸電極63。
此后，根據通用方法，形成并構圖用于覆蓋接觸電極的絕緣膜64。在像素晶體管區形成用于對LCD單元像素上的液晶施加電場的像素電極65。這樣，完成了用于LCD的TFT板，如圖5p所示。根據上述處理過程，利用MILC方法，在LCD基板的像素區形成具有兩個柵電極的結晶像素晶體管和連接到該像素晶體管的存儲電容器，并且利用低溫處理過程，在驅動區同時形成諸如CMOS的結晶驅動晶體管。
以上針對用于LCD的TFT板，對本發明進行了說明。但是，應該注意，本發明原理可以應用于OELD的TFT板，而無需任何實質修改或者變更。
圖6a示出形成在用于電壓驅動型OELD的TFT板的像素區中的單元像素的等效電路實例。每個單元像素分別包括數據總線(Vd)、選通總線(Vg)以及尋址(開關)TFT71，該尋址TFT71的柵極連接到選通總線，而其源極和漏極連接到數據總線。此外，尋址TFT71的漏極并聯到存儲電容器72和像素驅動TFT73的柵極，存儲電容器72用于保持對尋址TFT71施加的信號的狀態，直到施加下一個信號，像素驅動TFT73用于接收基準電壓(Vdd)以輸出有機電致發光材料的驅動電壓(Vc)。對于TFT LCD，在單元像素內僅使用一個像素TFT將電壓施加到像素電極，因為TFT LCD不自發光。然而，對于OELD，因為OELD不能僅利用數據信號電壓就獲得足以誘發有機電致發光材料發光現象的預定電壓電平，所以要附加使用像素驅動TFT73，用于接收作為柵極信號的尋址TFT71的輸出。
圖6b示出形成在用于電流驅動型OELD的TFT板的像素區中的單元像素的等效電路圖的例子。在用于電流驅動型OELD的TFT板的單元像素中形成兩個尋址TFT74、75、兩個像素驅動TFT77、78、和一個存儲電容器76。利用從第一選通總線(Vg1)獲得的信號，導通第一尋址TFT74以從數據總線(Vd)接收信號。利用從第二選通總線(Vg2)獲得的信號，導通第二尋址TFT75以將第一尋址TFT74的輸出送到像素驅動TFT77、78的柵極以及存儲電容器76。如果第一尋址TFT74和第二尋址TFT75被導通，則在存儲電容器76中累積電荷，進而產生電壓。然后，將驅動電壓施加到第一和第二像素驅動TFT77、78的柵極。即使第二尋址TFT75被截止，對存儲電容器施加的電壓仍保持像素驅動晶體管77、78處于導通狀態，直到下一個信號周期，因此可以持續將驅動電流送到OELD的單元像素。
對于在公共基板上同時形成像素區和外圍區的OELD的結晶硅TFT板，要求像素區具有低截止電流(Ioff)，即，在不施加柵極電壓的狀態下，流入像素晶體管的電流(以下應該認為OELD的像素晶體管包括尋址TFT和像素驅動TFT，除非指出相反的意思。)，而外圍區具有高導通電流(Ion)，即，在施加柵極電壓的狀態下，流入薄膜晶體管的電流，以有效驅動諸如開關器件的驅動器件。對于用于OELD的TFT板，用于直接將電流送到存儲電容器的薄膜晶體管的截止電流應該優選低于1E-11A，具體地說，就象在圖2a所示的尋址TFT71和圖2b所示的第二尋址TFT75中那樣。如果尋址TFT的截止電流大于1E-11A，則即使分別施加圖2a所示的尋址TFT71的輸出和圖2b所示的第二尋址TFT75的輸出以在存儲電容器72、76中產生電勢，仍不能使累積電荷保持到下一個信號周期。因此，存在的問題是，不能保持對像素驅動TFT施加的電勢，并因此也不能使像素驅動TFT保持導通狀態。
然而，如上所述，利用MILC方法晶化的多晶硅TFT具有較高的截止電流，盡管它具有良好的導通電流特性。根據本發明原理，通過在像素晶體管中形成LDD區，可以解決該問題。具體地說，通過僅在直接將電流送到像素區中的存儲電容器的尋址TFT中設置LDD區，可以解決用于OELD的TFT板的截止電流問題。然后，尋址TFT可以在信號周期內保持存儲電容器中產生的電壓。利用圖5a至5o所示的處理過程，可以制造用于OELD的TFT板。盡管在這些圖中僅示出一個像素TFT，但是，可以以這些圖所示的同樣方式，在像素區內形成其它像素晶體管。
在上述處理過程中，將用于誘發低溫晶化的Ni涂覆到非晶硅層上，然后，進行熱處理以誘發非晶硅層的晶化。在本發明范圍內，在以200-700℃范圍內的溫度加熱基底時，可以將Ni涂覆到非晶硅層上。然后，在淀積過程中，涂覆到非晶硅上的Ni與硅發生反應以產生金屬硅化物。同時，淀積到柵極氧化物層上的Ni和柵極金屬保持金屬狀態。在隨后進行的晶化熱處理過程之前或在此期間，形成在非晶硅表面上的金屬硅化物在暴露在空氣中時不被氧化。因此，可以避免因為晶化誘發金屬的氧化而導致的硅晶化質量下降問題。同時，利用傳統蝕刻方法，可以選擇性地去除淀積在其它部分上的Ni，因為它保持金屬狀態。
通過在淀積Ni層之后，立即進行蝕刻，可以形成非常薄、非常均勻的Ni層。在硅上淀積Ni層時，通過與硅發生反應，而形成一層非常薄的硅化鎳層。在蝕刻過程中，去除那些未形成硅化鎳的過量Ni。此時，完全去除淀積在諸如柵電極和基板的其它部分上的Ni層。已經發現，厚度約為1的非常薄的硅化鎳足以造成非晶硅層的MILC。在蝕刻過程中使用的蝕刻劑應該具有在硅化鎳與金屬Ni之間的選擇性。例如，氯化鐵、1HNO3/5HCl、150CH3COOH/50HNO3/3HCl可以用作蝕刻劑。利用這種方法，將殘留在硅內的MILC源金屬(即，Ni)的副作用降低到最小。
此外，已經發現，在進行熱處理之前，在將特定數量的硼注入非晶硅時，可以顯著改善利用MILC獲得的晶化速度和晶化質量，例如晶粒大小和晶體的均勻性。因此，即使在制造N型TFT時，在注入N型雜質之前或之后，最好也將硼注入至少一部分非晶硅層。能有效提高MILC的晶化速度和質量的硼濃度的范圍是高于1×1013/cm2。
盡管參考優選實施例對本發明進行了說明，但是它僅是本發明的例子，不應將它理解為是對本發明技術范圍的限制。顯然，對于本技術領域內的熟練技術人員，可以在本發明范圍內，可以以各種方式對本發明進行修改和變更。
例如，盡管在優選實施例中對在像素晶體管內形成兩個柵電極的情況進行了說明，但是，應該注意，在本發明范圍內，在需要時，可以形成更多個柵電極。此外，盡管對在驅動區內形成CMOS的情況進行了說明，可以在驅動區內形成包括諸如P-MOS、N-MOS和CMOS或者它們的組合的各種類型薄膜晶體管的驅動電路。此外，盡管在優選實施例中對在驅動晶體管內形成一個柵電極的情況進行了說明，但是可以在其內形成兩個或者更多個柵電極。此外，盡管對分別形成N-TFT和P-TFT的柵極圖形，并將雜質分別注入N-TFT和P-TFT的情況進行了說明，但是，應該注意，可以同時形成柵極圖形，并以這樣的方式形成N-TFT和P-TFT，即，在將N-TFT雜質注入其內時，利用光致抗蝕劑等掩蔽P-TFT區，而且在將N-TFT雜質注入其內時，利用光致抗蝕劑掩蔽N-TFT區。當然，顯然，如果僅利用一種類型的TFT形成諸如像素晶體管和驅動晶體管的所有TFT，則不需要附加的掩蔽過程。此外，盡管以上對利用結晶硅形成存儲電容器的電極的情況進行了說明，但是可以利用諸如金屬層的其它層代替電極。而且，顯然，對于本技術領域內的熟練技術人員，可以利用不同于柵絕緣層材料的材料構成的層，例如中間絕緣層形成存儲電容器的介質層。
如上所述，根據本發明，其優點在于，利用MILC、在不破壞用于諸如LCD或OELD的顯示設備的基板的低溫下，同時形成像素晶體管、存儲電容器以及驅動器件。此外，由于在本發明的TFT板中的像素晶體管和驅動晶體管的溝道區周圍形成低濃度摻雜區和金屬偏移區，得到的一個優點是，可以實現LCD和OELD的像素晶體管和驅動器件中所需的導通電流特性，特別是，可以有效地把像素晶體管的截止電流降低到所需電平以下。
權利要求
1.一種用于TFT LCD或OELD的結晶硅薄膜晶體管(TFT)板，該薄膜晶體管板包括透明基板，包括具有多個單元像素的像素區和驅動電路區；至少一個像素晶體管，形成在基板中的像素區的每個單元像素上，而且分別包括結晶硅有源層、柵絕緣層以及柵電極，所述有源層利用金屬誘發橫向晶化(MILC)方法被晶化；存儲電容器，形成在基板的每個單元像素上；以及多個驅動晶體管，形成在基板的驅動電路區中，而且分別包括利用MILC方法晶化的結晶硅有源層、柵絕緣層以及柵電極，其中在至少一個像素晶體管的溝道區周圍形成被注入低濃度雜質的的低濃度摻雜區或未被注入雜質的偏移結。
2.根據權利要求1所述的TFT板，其中低濃度摻雜區在像素晶體管的柵絕緣層之下形成。
3.根據權利要求1所述的TFT板，其中低濃度摻雜區的寬度是1,000到20,000。
4.根據權利要求1所述的TFT板，其中被注入低濃度摻雜區的雜質的濃度是1E14/cm2或更低。
5.根據權利要求1所述的TFT板，其中在像素晶體管的溝道區周圍形成有金屬偏移區，該金屬偏移區未被添加用于誘發MILC的金屬材料。
6.根據權利要求1所述的TFT板，其中在驅動晶體管處也形成有低濃度摻雜區。
7.根據權利要求1所述的TFT板，其中在像素晶體管中形成兩個或更多個柵電極。
8.根據權利要求1所述的TFT板，其中透明基板是玻璃基板。
9.根據權利要求1所述的TFT板，其中存儲電容器包括通過MILC結晶的結晶硅層和依次形成在結晶硅層上的介質層和電容器電極，像素晶體管的結晶硅層和存儲電容器的結晶硅層相互連接，由相同材料同時形成像素晶體管的柵絕緣層和電容器的介質層，并且由相同材料同時形成像素晶體管的柵電極和電容器電極。
10.根據權利要求1所述的TFT板，其中像素晶體管包括N-MOS或P-MOS，而驅動晶體管包括CMOS。
11.根據權利要求1所述的TFT板，其中像素晶體管中的柵絕緣層至少比柵電極寬，并且通過使用柵絕緣層作為掩模進行低能高濃度摻雜和使用柵電極作為掩模進行高能低濃度摻雜，來形成低濃度摻雜區。
12.根據權利要求1所述的TFT板，其中通過把用于誘發MILC的金屬涂覆到非晶硅層上，并在把像素晶體管和驅動晶體管的柵絕緣層形成得比柵電極寬、然后把柵電極和柵絕緣層用作掩模的狀態下對非晶硅層退火，以執行MILC。
13.根據權利要求12所述的TFT板，其中通過利用濺射方法、蒸發方法或CVD方法，將Ni、Pd、Ti、Ag、Au、Al、Sn、Sb、Cu、Co、Cr、Mo、Tr、Ru、Rh、Cd和Pt的至少之一淀積為1至200厚，涂覆用于誘發MILC的金屬，而且以400℃至600℃的溫度，在退火爐內進行0.1至50小時的退火處理。
14.根據權利要求1所述的TFT板，其中在透明基板上形成用于防止雜質擴散的保護層。
15.根據權利要求1所述的TFT板，其中像素晶體管包括至少一個尋址晶體管和至少一個像素驅動晶體管，并且至少將電流提供到存儲電容器的尋址晶體管具有多個柵電極。
16.根據權利要求1所述的TFT板，其中通過在200-700℃的溫度范圍內加熱基板的同時淀積MILC源金屬，并進行基板的熱處理，從而使像素晶體管的有源層晶化。
17.根據權利要求1所述的TFT板，其中通過在像素晶體管的有源層上淀積Ni層；使用從包括氯化鐵、1HNO3/5HCl、150CH3COOH/50HNO3/3HCl的組中選擇的蝕刻劑對淀積的Ni層進行蝕刻；以及對基板進行熱處理，從而使像素晶體管的有源層晶化。
18.根據權利要求1所述的TFT板，其中在進行熱處理之前，以高于1×1013/cm2的濃度將硼注入像素晶體管的有源層內，從而誘發有源層的MILC。
全文摘要
用于LCD或OELD的結晶硅TFT板。本發明涉及用于LCD或OELD的結晶硅TFT板。根據本發明，利用MILC方法，在TFT板的像素區形成包括結晶硅薄膜的像素晶體管和存儲電容器，而且還在像素晶體管的溝道區周圍同時形成具有1E14/cm
文檔編號G09G3/36GK1549229SQ031285
公開日2004年11月24日 申請日期2003年5月7日 優先權日2003年5月7日
發明者李石運, 印泰炯 申請人:Pt普拉斯有限公司