專(zhuān)利名稱：平板顯示器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及平板顯示器的制造方法，尤其涉及使形成于其上設(shè)立了像素區(qū)和驅(qū)動(dòng)區(qū)的基片上的非晶硅薄膜變成具有優(yōu)良的膜性質(zhì)的多晶硅薄膜的方法。
背景技術(shù)：
液晶顯示板已被廣泛用作各類(lèi)電子設(shè)備的顯示裝置。作為這種液晶平板，有源矩陣形式的液晶平板已被應(yīng)用，其中通過(guò)接通和切斷形成在顯示區(qū)中的每個(gè)像素上的開(kāi)關(guān)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)像素的切換。
在上述有源矩陣形式的液晶顯示器中，在溝道部分采用非晶硅薄膜的薄膜晶體管(TFT)已被用作像素區(qū)的開(kāi)關(guān)元件。這是因?yàn)榉蔷Ч璞∧た梢院玫哪ば再|(zhì)均勻地形成在一個(gè)大的區(qū)域上。在溝道部分采用非晶硅薄膜的TFT具有均勻的特性，并且截止電阻高，因而適于作為像素區(qū)的開(kāi)關(guān)元件。然而這種TFT不適于作為包含水平掃描電路或垂直掃描電路的掃描區(qū)中的開(kāi)關(guān)元件，因?yàn)榉蔷Ч柚休d流子遷移率低。
為解決上面所指出的問(wèn)題，已提出一種液晶顯示板，其中在水平掃描電路或垂直掃描電路被形成在與像素區(qū)相同的基片上的情況下，非晶硅被用在TFT的溝道部分構(gòu)成像素區(qū)的開(kāi)關(guān)單元，并且多晶硅被用在TFT的溝道部分構(gòu)成掃描區(qū)的開(kāi)關(guān)單元(見(jiàn)日本專(zhuān)利第2776820號(hào)公報(bào))。
在日本專(zhuān)利第2776820號(hào)中公開(kāi)的液晶顯示板中，首先多晶硅膜被堆積在基片上，并且在其上構(gòu)圖，形成掃描區(qū)的TFT的溝道部分和像素區(qū)的TFT的柵極；然后，堆積另一多晶硅膜，并且在其上構(gòu)圖，形成掃描區(qū)的TFT的柵極；下一步，堆積非晶硅膜，并且在其上構(gòu)圖，形成像素區(qū)的TFT的溝道部分，所以存在工序變得復(fù)雜的問(wèn)題。
另一方面，已經(jīng)公開(kāi)了通過(guò)退火處理將非晶硅薄膜多晶化和變成多晶硅薄膜的技術(shù)。然而在通過(guò)退火處理將非晶硅薄膜多晶化的情況下，由于包含在非晶硅薄膜中的氫的影響，非晶硅薄膜通過(guò)多晶化成為具有優(yōu)良的膜性質(zhì)的多晶硅薄膜是困難的。
此外，通過(guò)退火處理將非晶硅薄膜變成多晶硅薄膜的技術(shù)可應(yīng)用于半導(dǎo)體器件的各種制造過(guò)程，例如不僅是液晶顯示板，而且也可是EL(場(chǎng)致發(fā)光)顯示板。然而，在半導(dǎo)體器件的這些不同的制造過(guò)程中，由于包含在非晶硅薄膜中的氫的影響，非晶硅薄膜通過(guò)多晶化成為具有優(yōu)良的膜性質(zhì)的多晶硅薄膜是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制造平板顯示器的方法，它能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的制造工序制備像素區(qū)的TFT和掃描區(qū)的TFT。
本發(fā)明的另一目的是提供一種制造平板顯示器的方法，它能夠?qū)⒎蔷Ч璞∧ざ嗑Щ兂删哂袃?yōu)良的膜性質(zhì)的多晶硅薄膜。
為了達(dá)到上述目的，按照本發(fā)明制造平板顯示器的方法包括以下步驟在包含有像素區(qū)和驅(qū)動(dòng)區(qū)的基片上形成非晶硅薄膜；通過(guò)激光束的照射從形成在驅(qū)動(dòng)區(qū)的非晶硅薄膜中脫氫，而不照射形成在像素區(qū)的非晶硅薄膜，并且通過(guò)激光束的進(jìn)一步照射，晶化形成在驅(qū)動(dòng)區(qū)中的非晶硅薄膜，從而將非晶硅薄膜變成多晶硅薄膜。
按照本發(fā)明，在脫氫的步驟中，通過(guò)激光束的照射從形成在驅(qū)動(dòng)區(qū)的非晶硅薄膜中脫氫，而不照射形成在像素區(qū)的非晶硅薄膜，從而不脫去形成在像素區(qū)的非晶硅薄膜中的氫。于是，在晶化步驟中，形成在驅(qū)動(dòng)區(qū)的非晶硅薄膜被變成多晶硅薄膜。所以，這變成為可能在像素區(qū)形成含氫的非晶硅薄膜，而在掃描區(qū)形成具有優(yōu)良的膜性質(zhì)的多晶硅薄膜。
脫氫的步驟和晶化步驟連續(xù)地由同一個(gè)激光器退火設(shè)備進(jìn)行，因而可抑制工序的復(fù)雜性。
在脫氫的步驟中，照射在形成于驅(qū)動(dòng)區(qū)的非晶硅薄膜上的激光束的能量密度最好取為不小于350mJ/cm2(毫焦耳/平方厘米)和不大于450mJ/cm2。
在晶化步驟中，照射在形成于驅(qū)動(dòng)區(qū)的非晶硅薄膜上的激光束的能量密度要求置于300mJ/cm2到750mJ/cm2之間。
在晶化步驟中，照射在形成于驅(qū)動(dòng)區(qū)的非晶硅薄膜上的激光束的能量密度最好置于400mJ/cm2至700mJ/cm2之間。
優(yōu)選的是，在晶化步驟中，照射在形成于驅(qū)動(dòng)區(qū)的非晶硅薄膜上的激光束的能量密度置于450mJ/cm2到650mJ/cm2之間。
在脫氫的步驟和晶化步驟中，作為照射在非晶硅薄膜上的激光束，使用受激準(zhǔn)分子激光束。
從包括XeCl受激準(zhǔn)分子激光束、KrF受激準(zhǔn)分子激光束和ArF受激準(zhǔn)分子激光束的組中選擇一個(gè)用作受激準(zhǔn)分子激光束。
特別是，按照本發(fā)明，在脫氫的步驟中，采用具有例如大約160ns這樣大的脈沖寬度的受激準(zhǔn)分子激光束，并且受激準(zhǔn)分子激光束的能量密度被設(shè)置為不小于350mJ/cm2和不大于450mJ/cm2，從而使脫氫，或者氫的排除可以實(shí)現(xiàn)，而不傷害非晶硅薄膜。
此外，在晶化步驟中，采用具有例如大約160ns這樣大的脈沖寬度的受激準(zhǔn)分子激光束，并且激光束的能量密度被設(shè)置為400mJ/cm2到650mJ/cm2之間，從而可形成多晶硅薄膜，尤其是，在前述條件下用受激準(zhǔn)分子激光束照射非晶硅薄膜以實(shí)現(xiàn)多晶化的工作被重復(fù)多次，從而可形成更好質(zhì)量的多晶硅薄膜。
在本發(fā)明中，非晶硅薄膜被形成在從玻璃基片和塑料基片組成的組中選擇的基片上。
此外，本發(fā)明包括在形成于像素區(qū)的非晶硅薄膜和形成于驅(qū)動(dòng)區(qū)的多晶硅薄膜上構(gòu)圖的步驟，從而分別對(duì)應(yīng)形成一個(gè)非晶硅薄膜圖案圖和一個(gè)多晶硅圖案圖，其中至少部分非晶硅薄膜圖案是圖像區(qū)的TFT的溝道部分，且至少部分多晶硅圖案是驅(qū)動(dòng)區(qū)的TFT的溝道部分。
在本發(fā)明中，因?yàn)橄袼貐^(qū)的TFT的溝道部分和掃描區(qū)的TFT的溝道部分由相同的原材料形成，因此制造步驟可被簡(jiǎn)化。
此外，在構(gòu)圖的步驟中，形成在像素區(qū)的非晶硅薄膜的圖案和形成在驅(qū)動(dòng)區(qū)的多晶硅薄膜的圖案同時(shí)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樾纬稍谙袼貐^(qū)的非晶硅薄膜的圖案和形成在驅(qū)動(dòng)區(qū)的多晶硅薄膜的圖案是同時(shí)實(shí)現(xiàn)的，制造步驟能進(jìn)一步簡(jiǎn)化。
本發(fā)明的其它內(nèi)容和由本發(fā)明得到的具體優(yōu)點(diǎn)將在下面借助于實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1是采用本發(fā)明方法的液晶顯示板的電路圖。
圖2是形成在液晶顯示板的像素區(qū)的TFT和形成在包括水平掃描區(qū)和垂直掃描區(qū)在內(nèi)的掃描區(qū)的TFT的器件結(jié)構(gòu)截面圖，此液晶顯示板采用了本發(fā)明的方法。
圖3和圖4分別是說(shuō)明按照本發(fā)明的方法制造液晶顯示板的步驟的截面圖。
圖5是本發(fā)明方法中采用的激光退火設(shè)備的簡(jiǎn)要透視圖。
圖6是說(shuō)明按照本發(fā)明的方法制造液晶顯示板的步驟的截面圖。
圖7是表示薄膜表面溫度變化的圖，條件是XeCl受激準(zhǔn)分子激光束具有160ns的脈沖寬度，以不同的能量密度照射非晶硅薄膜。
圖8示出通過(guò)使非晶硅薄膜結(jié)晶化獲得的多晶硅薄膜的照射次數(shù)與晶粒粒徑之間的關(guān)系，條件是具有500mJ/cm2能量密度的XeCl受激準(zhǔn)分子激光束照射在具有膜厚度40nm(納米)的非晶硅薄膜上。
圖9示出通過(guò)晶化非晶硅薄膜獲得的多晶硅薄膜的晶粒粒徑與XeCl受激準(zhǔn)分子激光束的能量密度之間的關(guān)系，條件是脈沖寬度為160ns，重復(fù)頻率為1Hz的XeCl受激準(zhǔn)分子激光束照射在不同厚度的非晶硅薄膜上并改變能量密度。
圖10、11、12和13分別為說(shuō)明按照本發(fā)明的方法制造液晶顯示板的步驟的截面圖。
具體實(shí)施例方式
下面將借助附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。本發(fā)明適合用在作為平板顯示器的液晶顯示板中。
如圖1所示，應(yīng)用本發(fā)明的液晶顯示板1包含像素區(qū)2，水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4，它們形成在同一玻璃基片上。
水平掃描區(qū)3包括水平掃描電路13和(n+1)個(gè)晶體管12-0～12-n，(n+1)個(gè)水平選擇信號(hào)線11-0～11-n由水平掃描電路13驅(qū)動(dòng)。這些水平選擇信號(hào)線11-0～11-n連接于相應(yīng)晶體管12-0～12-n的柵極。
視頻信號(hào)端10連接到所有晶體管12-0～12-n的源/漏極中的一個(gè)，并且相應(yīng)的視頻信號(hào)線8-0～8-n連接到晶體管12-0～12-n源/漏極中的另一個(gè)。投射在液晶顯示板1上的圖像的視頻信號(hào)加到視頻信號(hào)端10。
垂直掃描區(qū)4包括垂直掃描電路14，并且(m+1)個(gè)柵極接線9-0～9-m被垂直掃描電路14驅(qū)動(dòng)。像素區(qū)2包括多個(gè)像素5，每個(gè)像素5由TFT6和像素極7組成。像素5被安排在視頻信號(hào)線8-0～8-n和柵極接線9-0～9-m的交叉處，TFT6的柵極被連接于對(duì)應(yīng)的柵極接線9-0～9-m，并且視頻信號(hào)線8-0～8-n連接于TFT6源/漏極中的一個(gè)。
如以上所述那樣組成的液晶顯示板1中，水平掃描電路13相繼選擇水平選擇信號(hào)線11-0～11-n，相繼開(kāi)通晶體管12-0～12-n，并相繼對(duì)相應(yīng)的視頻信號(hào)線8-0～8-n饋送視頻信號(hào)。此外，垂直掃描電路14依次選擇柵極接線9-0～9-m，并相繼開(kāi)通柵極所連接的TFT6。從而，視頻信號(hào)相繼被饋送給組成像素區(qū)2的多個(gè)像素5的像素極7，并且要求的圖象被投射到液晶顯示板1上。
下面說(shuō)明應(yīng)用本發(fā)明的液晶顯示板1的器件結(jié)構(gòu)。
圖2是形成于應(yīng)用本發(fā)明的液晶顯示板的像素區(qū)的TFT6和形成于包括水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4在內(nèi)的掃描區(qū)的TFT50的器件結(jié)構(gòu)截面圖。
如圖2所示，形成于液晶顯示板1的像素區(qū)中的TFT6和形成于包括水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4在內(nèi)的掃描區(qū)中的TFT50被形成在同一玻璃基片20上。這里，形成在像素區(qū)2中的TFT6是圖1中構(gòu)成像素5的TFT。形成于包括水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4在內(nèi)的掃描區(qū)中的TFT50是圖1所示包括在水平掃描電路13或垂直掃描電路14中的TFT。
更具體地，在玻璃基片20上形成由SiO2構(gòu)成的襯墊層21，在襯墊層21上，在像素區(qū)2中形成由含氫的非晶硅薄膜構(gòu)成的溝道部分22和源/漏部分23和24，并在包括水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4在內(nèi)的掃描區(qū)中形成由多晶硅薄膜構(gòu)成的溝道部分30和源/漏部分31。這些溝道部分22、源/漏部分23和24、溝道部分30和源/漏部分31是在同一步驟中用堆積的含氫非晶硅薄膜作為原材料而形成的薄膜。在這些溝道部分22、源/漏部分23和24、溝道部分30和源/漏部分31上形成柵極絕緣膜25。在柵極絕緣膜25的覆蓋溝道部分22的部位上形成柵極9，并且在柵極絕緣膜25的覆蓋溝道部分30的部位上形成柵極32。這些溝道部分22、源/漏部分23和24、柵極絕緣膜25和柵極9構(gòu)成像素區(qū)2的TFT6，而這些溝道部分30、源/漏部分31、柵極絕緣膜25和柵極32構(gòu)成包括水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4在內(nèi)的掃描區(qū)的TFT50。
注意，構(gòu)成TFT6的源/漏部分24連接到像素極7，它未表示在圖2中。在像素區(qū)的TFT6和掃描區(qū)的TFT50上形成層間隔離膜26；在像素區(qū)2中提供視頻信號(hào)線，它穿過(guò)提供在層間隔離膜26中的穿過(guò)連接于源/漏部分23；并且在包括水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4在內(nèi)的掃描區(qū)中提供鋁線33，它穿過(guò)提供在層間隔離膜26中的穿孔連接于源漏部分31。這里，視頻信號(hào)線8由ITO(透明電極)形成。
下面說(shuō)明應(yīng)用本發(fā)明方法的液晶顯示板1的制造方法。
圖3、4、6、10到13分別是按步驟順序說(shuō)明應(yīng)用本發(fā)明方法的液晶顯示板1的制造方法的截面圖。
在本發(fā)明方法中，由SiO2形成的襯墊層21通過(guò)等離子體CVD(化學(xué)汽相淀積)方法堆積在玻璃基片20的整個(gè)表面上，下一步，例如通過(guò)等離子體CVD方法，把大約40nm厚的氫濃度為5-30％的含氫非晶硅薄膜40堆積在襯墊層21的整個(gè)表面上。堆積含氫非晶硅薄膜40時(shí)的溫度條件是不高于250℃。
通過(guò)以上步驟的進(jìn)行，襯墊層21和含氫非晶硅薄膜40被形成在玻璃基片20上將構(gòu)成像素區(qū)的部分和將構(gòu)成包括水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4在內(nèi)的掃描區(qū)的部分，如圖3所示。
接著，僅對(duì)含氫非晶硅薄膜40的包括水平平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4在內(nèi)的掃描區(qū)照射不小于350mJ/cm2且不大于450mJ/cm2的XeCl受激準(zhǔn)分子激光束10次以上，如圖4所示。
作為結(jié)果，包含在形成于包括水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4在內(nèi)的掃描區(qū)中的含氫非晶硅薄膜40中的氫被脫去，并且變成幾乎不含氫(不多于5％)的非晶硅薄膜41。在這一次，XeCl受激準(zhǔn)分子激光束不照射形成在像素區(qū)2中的含氫非晶硅薄膜40上。
在本發(fā)明方法中，示于圖5的激光退火設(shè)備100被使用。激光退火設(shè)備100具有激光振蕩器111，它用于產(chǎn)生XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121(諧振波長(zhǎng)308nm)，如圖5所示。用于本發(fā)明方法的激光退火設(shè)備中的激光振蕩器111如此構(gòu)成，使其產(chǎn)生矩形的XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121。第一反射鏡131被置于從激光振蕩器111產(chǎn)生的XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121的光路中，并且XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121被反射鏡131反射，并被導(dǎo)向衰減器112。
第二反射鏡132被置于已通過(guò)衰減器112的XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121的光路中。XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121被第二反射鏡132反射并射到第三反射鏡133上，它安裝在激光掃描機(jī)構(gòu)139上，此構(gòu)用于掃描XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121，并且激光束121在X軸方向上掃描。第二反射鏡132安裝在激光掃描機(jī)構(gòu)140上，它用于在Y軸方向上掃描XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121。
第四反射鏡134被置于由第三反射鏡133反射的XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121的光路中。XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121被第四反射鏡134反射并導(dǎo)向光束均勻器114。通過(guò)光束均勻器114，XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121在光流的直徑方向中有幾乎均勻的激光束強(qiáng)度。
室115安置在已通過(guò)光束均勻器114的XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121的光路中。室115內(nèi)部具有一個(gè)臺(tái)116，其上放置玻璃基片20。此外在室115上方有由石英玻璃構(gòu)成的穿過(guò)XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121的傳輸窗141。
入射到室115的XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121通過(guò)激光掃描機(jī)構(gòu)139和激光掃描機(jī)構(gòu)140如圖5箭頭所示那樣，在X軸方向和在Y軸方向上在形成于玻璃基片20上的含氫非晶硅薄膜40(圖中未示出)上掃描，因此XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121僅在形成于包括水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4在內(nèi)的掃描區(qū)中的含氫非晶硅薄膜40上照射。
在如上所述構(gòu)成的激光退火設(shè)備100中，受激準(zhǔn)分子激光束的能量密度被設(shè)置為不小于350mJ/cm2和不大于450mJ/cm2的矩形XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121從激光振蕩器111發(fā)射出。通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)，XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121被導(dǎo)至室115中。
通過(guò)激光掃描機(jī)構(gòu)139和激光掃描機(jī)構(gòu)140，XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121在形成于玻璃基片20上的含氫非晶硅薄膜上如圖5中箭頭所示那樣在X軸方向和在Y軸方向上掃描，并且XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121僅照射在形成于玻璃基片20上的含氫非晶硅薄膜40的包括水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4在內(nèi)的掃描區(qū)形成的含氫非晶硅薄膜上。通過(guò)XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121照射的能量，包含在形成于包括水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4在內(nèi)的掃描區(qū)中的含氫非晶硅薄膜中的氫被脫去，并且變成幾乎不含氫(不多于5％)的非晶硅薄膜41。
在本發(fā)明中，矩形的XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121相對(duì)含氫非晶硅薄膜40如圖5中箭頭所示那樣在X軸方向和在Y軸方向上逐步移動(dòng)，從而連續(xù)的照射區(qū)被激光掃描機(jī)構(gòu)139和激光掃描機(jī)構(gòu)140在一固定范圍內(nèi)搭接，形成于含氫非晶硅薄膜40的包括水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4在內(nèi)的掃描區(qū)中的含氫非晶硅薄膜40的每個(gè)區(qū)域受XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121的照射不少于10次。
照射也可按照所謂的分步重復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行，其中形成于包括水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4在內(nèi)的掃描區(qū)中的含氫非晶硅薄膜40的每個(gè)區(qū)域被分成一些塊，激光束固定位置地照射多次(優(yōu)選地，不少于10次)，激光束被移到一個(gè)分開(kāi)的不重疊的塊，并且激光束固定位置地照射多次。
如上所述，形成于包括水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4在內(nèi)的掃描區(qū)中的含氫非晶硅薄膜40中所含的氫被脫去，并且含氫非晶硅薄膜40變成非晶硅薄膜41。然后，如圖6所示，用受激準(zhǔn)分子激光束的能量密度在400mJ/cm2到700mJ/cm2之間，最好在450mJ/cm2至650mJ/cm2之間的XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121照射形成于包括水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4在內(nèi)的掃描區(qū)中的非晶硅薄膜41不少于一次。在此步驟中，如前所述，在搭接照射區(qū)域時(shí)可照射整個(gè)掃描區(qū)，或者在劃分為多個(gè)塊時(shí)采用分步重復(fù)方法照射。從而，形成于包括水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4在內(nèi)的掃描區(qū)中的非晶硅薄膜41被結(jié)晶化并變成多晶硅薄膜42。這時(shí)，XeCl受激準(zhǔn)分子激光束不照射在形成于像素區(qū)2的含氫非晶硅薄膜40上。
這里，利用圖5所示的激光退火設(shè)備100完成的XeCl受激準(zhǔn)分子激光束的照射緊接著從上述含氫的非晶硅薄膜40中脫氫的步驟。也就是說(shuō)，在從上述含氫的非晶硅薄膜40中脫氫的步驟完成之后，由激光振蕩器111發(fā)射出的XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121的強(qiáng)度被變化，不從前述含氫的非晶硅薄膜40中脫氫，而是接著進(jìn)行非晶硅薄膜41的結(jié)晶化。
下面借助圖7說(shuō)明原理，其中非晶硅薄膜41經(jīng)過(guò)退火處理，脫氫或晶化，并且變成多晶硅薄膜。
符號(hào)a表示在以下情況下薄膜表面溫度隨時(shí)間變化的曲線；脈沖寬度為160ns且能量密度為350mJ/cm2的受準(zhǔn)分子激光束121照射在形成于玻璃基片上具有40nm厚度的非晶硅薄膜41上。業(yè)已證實(shí)，在激光照射結(jié)束時(shí)薄膜的表面溫度達(dá)到650℃，包含在非晶硅薄膜41中濃度近似為10at％(原子百分?jǐn)?shù))的氫原子在此溫度下幾乎被脫盡，并且濃度減小為5at％以下。
符號(hào)b表示在以下情況下的隨時(shí)間變化曲線能量密度為450mJ/cm2的受激準(zhǔn)分子激光束121照射在非晶硅薄膜上，在激光束121的照射結(jié)束時(shí)薄膜的表面溫度達(dá)到1100℃。非晶硅薄膜41中包含的固態(tài)形式而沒(méi)有熔化的氫原子被排除而變?yōu)?at％以下。當(dāng)能量密度為450mJ/cm2的受激準(zhǔn)分子激光束照射在非晶硅薄膜41上時(shí)，膜表面開(kāi)始熔化，但是在大量的氫被包含在非晶硅薄膜41中時(shí)，在非晶硅薄膜41被熔化之前出現(xiàn)氫的撞擊，而在非晶硅薄膜41熔化后，在薄膜41中的氫被更大幅度地排除，導(dǎo)至出現(xiàn)薄膜上產(chǎn)生針孔或薄膜從基片上剝落的危險(xiǎn)。在從薄膜41中脫氫時(shí)所引起的危險(xiǎn)的出現(xiàn)受非晶硅薄膜41溫度上升速度的影響。按照本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)，已證實(shí)當(dāng)非晶硅薄膜41的溫升速度超過(guò)10℃/ns時(shí)，上述危險(xiǎn)增大。
如果企圖用脈沖寬度小于50ns的受激準(zhǔn)分子激光束121脫去包含在非晶硅薄膜41中的氫，如圖7中符號(hào)d所示曲線那樣，從照射開(kāi)始到脫氫原子的溫度的升溫速度非常快。為50℃/ns，從而非晶硅薄膜41由于脫氫而有極大的破裂的危險(xiǎn)。如果采用脈沖寬度為160ns的受激準(zhǔn)分子激光束121，當(dāng)非晶硅薄膜41的結(jié)晶化被進(jìn)行，而不進(jìn)行采用激光束的脫氫過(guò)程時(shí)，非晶硅薄膜41存在毀壞的危險(xiǎn)。相應(yīng)地，如果能量密度小于450mJ/cm2的受激準(zhǔn)分子激光束121照射非晶硅薄膜41以排除非晶硅薄膜41中所含的氫原子，其后再進(jìn)行非晶硅薄膜41的晶化過(guò)程，則可無(wú)危險(xiǎn)地制造出多晶硅薄膜42。
非晶硅薄膜41的脫氫如上所述通過(guò)照射受激準(zhǔn)分子激光束121進(jìn)行，并且此脫氫工作被重復(fù)多次。從而實(shí)現(xiàn)非晶硅薄膜41的脫氫，并獲得適合于通過(guò)激光退火進(jìn)行晶化的非晶硅薄膜。
順便說(shuō)明，如果脈沖寬度為160ns且能量密度為550mJ/cm2的受激準(zhǔn)分子激光束121照射非晶硅薄膜41，則如圖7中符號(hào)C的曲線所示，非晶硅薄膜41在1100℃時(shí)均勻地從表面開(kāi)始熔化。這時(shí)，非晶硅薄膜41的溫度基本上保持在1100℃。當(dāng)非晶硅薄膜41完全熔化時(shí)，非晶硅薄膜的溫度再次升高。如果這時(shí)停止受激準(zhǔn)分子激光束121的照射，非晶硅薄膜41開(kāi)始冷卻。當(dāng)由于冷卻使非晶硅薄膜41的溫度變?yōu)?420℃時(shí)，硅結(jié)晶開(kāi)始生長(zhǎng)，并且非晶硅薄膜41變?yōu)槎嗑Ч璞∧?2。這時(shí)多晶硅薄膜42的溫度基本保持在1420℃。當(dāng)多晶硅薄膜42完全固化時(shí)，如圖7中符號(hào)C的時(shí)間曲線所示溫度再次下降。通過(guò)上述過(guò)程進(jìn)行非晶硅薄膜41的晶化。非晶硅薄膜41的晶化工作被重復(fù)多次，從而能夠變化非晶硅薄膜41為多晶硅薄膜42。
現(xiàn)在借助圖8進(jìn)一步說(shuō)明晶化所獲得的多晶硅薄膜42的晶粒粒徑與XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121的照射次數(shù)之間的關(guān)系。
圖8示出以下情況下照射次數(shù)與晶化所獲得的多晶硅薄膜42的晶粒粒徑之間的關(guān)系能量密度為500mJ/cm2的XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121照射在膜厚為40nm的非晶硅薄膜41。XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121的重復(fù)頻率為10Hz。
如圖8所示，XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121照射的次數(shù)愈多，獲得的多晶硅薄膜42的晶粒粒徑愈大。相應(yīng)地，XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121的照射次數(shù)可按照所要求的多晶硅薄膜42的晶粒粒徑而被設(shè)置為一個(gè)固定的照射次數(shù)。
下面借助圖9進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明能量密度與晶化所獲得的多晶硅薄膜42的晶粒粒徑之間的關(guān)系。
圖9示出能量密度與晶粒粒徑之間的關(guān)系，其中改變重復(fù)頻率為1Hz的XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121的能量密度，并且實(shí)現(xiàn)膜厚從30nm至70nm的非晶硅薄膜的晶化過(guò)程。
如圖9所示，在膜厚從30nm至40nm的非晶硅薄膜中，如果受激準(zhǔn)分子激光束121的能量密度是從400mJ/cm2到550mJ/cm2，硅晶粒粒徑的增大效應(yīng)是明顯的。當(dāng)非晶硅薄膜的膜厚為50nm時(shí)，受激準(zhǔn)分子激光束121的能量密度是從500mJ/cm2到650mJ/cm2時(shí)獲得的晶粒的粒徑是大的，尤其是，當(dāng)能量密度是從550mJ/cm2到600mJ/cm2時(shí)，硅晶粒粒徑的增大效應(yīng)是明顯的。若非晶硅薄膜的膜厚為70nm，在受激準(zhǔn)分子激光束121的能量密度是從600mJ/cm2到750mJ/cm2時(shí)所獲得的晶粒粒徑是大的，尤其是在650mJ/cm2附近可獲得大的晶粒粒徑。當(dāng)非晶硅薄膜的膜厚從30nm增加時(shí)，用于多晶化的受激準(zhǔn)分子激光束的能量密度增加，晶粒粒徑也變大。然而，當(dāng)非晶硅薄膜的膜厚增加時(shí)，獲得大的晶粒粒徑的能量密度范圍變窄，并且所獲得的多晶硅薄膜表面的粗糙度和晶粒粒徑的不均勻度也變大。當(dāng)膜厚超過(guò)70nm時(shí)，導(dǎo)致超過(guò)2μm的大晶粒，所以膜的整個(gè)厚度不被晶化，不能獲得均勻的多晶硅薄膜。相應(yīng)地，基本適合于晶化過(guò)程的受激準(zhǔn)分子的能量密度范圍是300mJ/cm2到750mJ/cm2，推薦的范圍是400mJ/cm2到700mJ/cm2，最好是450mJ/cm2到650mJ/cm2。
在上述方法中，形成于包括水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4在內(nèi)的掃描區(qū)中的非晶硅薄膜41變成多晶硅薄膜42，其后通過(guò)公知的光刻技術(shù)在形成于像素區(qū)2的含氫非晶硅薄膜40上構(gòu)圖，形成圖10所示圖案43，并且在形成于包括水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4在內(nèi)的掃描區(qū)的多晶硅薄膜42上制作圖案，形成圖案44。在同一步驟中制作圖案43和44。
接著，如圖11所示，由硅氧化物組成的柵極絕緣膜25被形成在包括圖案43和44在內(nèi)的襯墊層21的整個(gè)表面上，并且非晶硅薄膜45被形成在絕緣膜25的整個(gè)表面上。
接著，如圖12所示，通過(guò)公知的光刻技術(shù)在形成于像素區(qū)2中的非晶硅薄膜45上制作圖案，形成柵極9；并且在形成于包括水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4的掃描區(qū)中的掃描區(qū)上制作圖案，形成柵極32。柵極9和32的圖案制作在同一步驟中進(jìn)行。
此后，如圖13所示，對(duì)于圖案43和圖案44進(jìn)行離子注入，這時(shí)柵極9和32作為掩蔽。這樣，由于柵極9隔在中間，形成在像素區(qū)2的圖案43的沒(méi)有進(jìn)行離子注入的區(qū)域是溝道部分22，進(jìn)行離子注入的區(qū)域是源漏部分23和24。類(lèi)似地，在形成于包含水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4的掃描區(qū)中的圖案44上，由于柵極32隔在中間而未進(jìn)行離子注入的區(qū)域是溝道部分30，進(jìn)行離子注入的區(qū)域是源/漏部分31。如上所述的對(duì)圖案43和44進(jìn)行的離子注入在同一步驟中進(jìn)行。接著對(duì)已接受離子注入的區(qū)域，即源/漏部分31，23，24和柵極9，32進(jìn)行受激準(zhǔn)分子激光束的照射，從而可激活雜質(zhì)和使硅薄膜晶化。
然后，層間隔離膜26被形成在整個(gè)表面上，并形成打通源/漏部分23和31的穿孔，此后形成通過(guò)穿過(guò)源/漏部分23的穿孔連接于源/漏部分23的ITO電極(透明電極)8，并且形成一個(gè)通過(guò)穿過(guò)源/漏部分31的穿孔而連接于源/漏部分31的鋁電極33，獲得如圖2所示的結(jié)構(gòu)。穿過(guò)源/漏部分23的穿孔的形成和穿過(guò)源/漏部分31的穿孔的形成在同一步驟中實(shí)現(xiàn)。
如上所述，在按照本發(fā)明方法獲得的液晶顯示板1中，形成于像素區(qū)2中的TFT6的溝道部分22和形成于包括水平掃描部分3和垂直掃描部分4在內(nèi)的掃描區(qū)中的TFT50的溝道部分30具有在相同步驟中形成的含氫非晶硅薄膜40作為原材料。所以，在TFT6和50的制造中有許多步驟它們可一起實(shí)施，因?yàn)橄袼貐^(qū)的TFT和掃描區(qū)的TFT是在同一制作步驟中進(jìn)行的。
此外，按照本發(fā)明，首先是包含在含氫非晶硅薄膜40中的氫通過(guò)脫氫從形成于包括水平掃描區(qū)3和垂直掃描區(qū)4在內(nèi)的掃描區(qū)中的含氫非晶硅薄膜40被排除，并變成非晶硅薄41，然后非晶硅薄膜41被變成多晶硅薄膜42，所以可以制造具有優(yōu)良的膜性質(zhì)的多晶硅薄膜42。而且因?yàn)閄eCl不照射在形成于像素區(qū)2的含氫非晶硅薄膜40上，不以形成于像素區(qū)2的含氫非晶硅薄膜40中脫氫，從而形成于像素區(qū)2的含氫非晶硅薄膜40可少受影響，所以形成在像素區(qū)2的含氫非晶硅薄膜40也有優(yōu)良的膜性質(zhì)。
本發(fā)明不限于上面所說(shuō)明的實(shí)施例，在權(quán)利要求記載的范圍內(nèi)可作出的各種變化，它們當(dāng)然也包括在本發(fā)明范圍中。
例如，在上面說(shuō)明本發(fā)明時(shí)用液晶顯示板1作為例子，然而本發(fā)明并不局限于此，本發(fā)明也可應(yīng)用在諸如EL顯示板這樣的平板顯示器中。
在上述說(shuō)明中，采用具有308nm諧振波長(zhǎng)的XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121，但諸如KrF受激準(zhǔn)分子激光束(諧振波長(zhǎng)248nm)或ArF受激準(zhǔn)分子激光束(諧振波長(zhǎng)193nm)之類(lèi)的受激準(zhǔn)分子激光束也可采用。激光束不局限于愛(ài)激準(zhǔn)分子激光束，也可采用諸如電子束或紅外線束這樣的能量束。
此外，在上述說(shuō)明中，含氫非晶硅薄膜40形成在玻璃基片20上，非晶硅薄膜也可形成在其它基片上，例如用塑料基片代替玻璃基片20。
此外，如圖5所示的激光退火設(shè)備100被用來(lái)向含氫非晶硅薄膜40和非晶硅薄膜41照射XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121，本發(fā)明并不局限于此，其它激光退火設(shè)備也可采用。例如，在圖5所示激光退火設(shè)備100中，XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121通過(guò)激光掃描機(jī)構(gòu)139和140在X軸方向和Y軸方向逐步地掃描，應(yīng)指出，可以固定XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121的光路，而在X軸方向和Y軸方向移動(dòng)臺(tái)116本身可使含氫非晶硅薄膜40和非晶硅薄膜41被掃描。
此外，不僅含氫非晶硅薄膜40和非晶硅薄膜41被XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121逐步地掃描，它們也可被連續(xù)地掃描。而且XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121可在含氫非晶硅薄膜40和非晶硅薄膜41的整個(gè)表面上連續(xù)地照射多次，并且激光束也可照射在已被照射多次和多重次序退火的地方。
此外，在上述說(shuō)明中，矩形的XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121照射在含氫非晶硅薄膜40上，且非晶硅薄膜41被XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121掃描，矩形XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121的形狀不限于矩形形狀，也可使用圓形或線狀的XeCl受激準(zhǔn)分子激光束121。
此外，在本發(fā)明中，含氫非晶硅薄膜40的脫氫過(guò)程和非晶硅薄膜41的晶化過(guò)程是在同一激光退火設(shè)備100中連續(xù)地進(jìn)行的，應(yīng)指出，這些過(guò)程不一定由同一激光退火設(shè)備連續(xù)地進(jìn)行，而可以例如含氫非晶硅薄膜40的脫氫過(guò)程與非晶硅薄膜41的晶化過(guò)程在分離的激光退火設(shè)備中完成。
在本發(fā)明中，激光束不照射在形成于基片上的非晶硅薄膜的像素區(qū)中所形成的非晶硅薄膜，而是在脫氫步驟中激光束對(duì)形成于驅(qū)動(dòng)區(qū)的非晶硅薄膜進(jìn)行照射，形成在像素區(qū)的非晶硅薄膜中包含的氫不被脫去，而僅僅包含在形成于驅(qū)動(dòng)區(qū)中的非晶硅薄膜中的氫被排除，接著形成于驅(qū)動(dòng)區(qū)中的非晶硅薄膜通過(guò)晶化過(guò)程而被晶化，并變成多晶硅薄膜，所以可以在像素區(qū)中形成含氫的非晶硅薄膜，并在掃描區(qū)形成具有優(yōu)良的膜性質(zhì)的多晶硅薄膜。
權(quán)利要求
1.一種平板顯示器的制造方法，包括下列步驟在包含有像素區(qū)和驅(qū)動(dòng)區(qū)的基片上形成非晶硅薄膜；通過(guò)激光束的照射從形成在驅(qū)動(dòng)區(qū)的非晶硅薄膜中脫氫，而不照射形成在像素區(qū)的非晶硅薄膜；通過(guò)激光束的進(jìn)一步照射，晶化形成在驅(qū)動(dòng)區(qū)的非晶硅薄膜，從而將非晶硅薄膜變成多晶硅薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的制造平板顯示器的方法，其特征在于，脫氫的步驟和晶化步驟連續(xù)地由同一個(gè)激光退火設(shè)備完成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的制造平板顯示器的方法，其特征在于，在脫氫的步驟中，照射在形成于驅(qū)動(dòng)區(qū)的非晶硅薄膜上的激光束的能量密度350mJ/cm2和不大于450mJ/cm2。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的制造平板顯示器的方法，其特征在于，在晶化步驟中，照射在形成于驅(qū)動(dòng)區(qū)的非晶硅薄膜上的激光束的能量密度被設(shè)置在300mJ/cm2到750mJ/cm2之間。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的制造平板顯示器的方法，其特征在于，在晶化步驟中，照射在形成于驅(qū)動(dòng)區(qū)的非晶硅薄膜上的激光束的能量密度被設(shè)置在400mJ/cm2到700mJ/cm2之間。
6.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的制造平板顯示器的方法，其特征在于，在晶化步驟中，照射在形成于驅(qū)動(dòng)區(qū)的非晶硅薄膜上的激光束的能量密度被設(shè)置在450mJ/cm2到650mJ/cm2之間。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的制造平板顯示器的方法，其特征在于，照射在非晶硅薄膜上的激光束是受激準(zhǔn)分子激光束。
8.如權(quán)利要求7所述的制造平板顯示器的方法，其特征在于，上述受激準(zhǔn)分子激光束由從包括XeCl受激準(zhǔn)分子激光束、KrF受激準(zhǔn)分子激光束、和ArF受激準(zhǔn)分子激光束的組中選擇的受激準(zhǔn)分子激光束來(lái)構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1所述的制造平板顯示器的方法，其特征在于，上述非晶硅薄膜形成在從包括玻璃基片和塑料基片的組中選擇的基片上。
10.如權(quán)利要求1所述的制造平板顯示器的方法，其特征在于，還包括以下步驟在形成于像素區(qū)的非晶硅薄膜和形成在驅(qū)動(dòng)區(qū)的多晶硅薄膜上構(gòu)圖，分別形成非晶硅薄膜圖案和多晶硅薄膜圖案，其中至少非晶硅薄膜圖案的一部分是像素區(qū)的TFT的溝道部分，至少多晶硅薄膜圖案的一部分是驅(qū)動(dòng)區(qū)的TFT的溝道部分。
11.如權(quán)利要求10所述的制造平板顯示器的方法，其特征在于，在構(gòu)圖的步驟中同時(shí)實(shí)現(xiàn)形成于像素區(qū)的非晶硅薄膜的構(gòu)圖和形成于驅(qū)動(dòng)區(qū)的多晶硅薄膜的構(gòu)圖。
12.如權(quán)利要求1所述的制造平板顯示器的方法，其特征在于，還包括以下步驟在形成于像素區(qū)中的非晶硅薄膜和形成于驅(qū)動(dòng)區(qū)的多晶硅薄膜上構(gòu)圖；在非晶硅薄膜圖案和多晶硅薄膜圖案上形成非晶硅薄膜；在上述非晶硅薄膜上構(gòu)圖，構(gòu)成形成于像素區(qū)和驅(qū)動(dòng)區(qū)中的TFT的柵極。
13.如權(quán)利要求12所述的制造平板顯示器的方法，其特征在于還包括以下步驟對(duì)形成于像素區(qū)的非晶硅薄膜和形成于驅(qū)動(dòng)區(qū)的多晶硅薄膜進(jìn)行離子注入，同時(shí)用上述柵極作為掩模，構(gòu)成形成于像素區(qū)和驅(qū)動(dòng)區(qū)中的TFT的源/漏部分。
14.如權(quán)利要求1所述的制造平板顯示器的方法，其特征在于還包括以下步驟在形成于像素區(qū)的非晶硅薄膜和形成于驅(qū)動(dòng)區(qū)的多晶硅薄膜上構(gòu)圖；并且形成柵極絕緣膜，以覆蓋形成在像素區(qū)中的已構(gòu)圖的非晶硅薄膜和形成在驅(qū)動(dòng)區(qū)中的已構(gòu)圖的多晶硅薄膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及平板顯示器的制造方法，能以高可靠性制造像素區(qū)的TFT和掃描區(qū)的TFT，它包括以下步驟在包含有像素區(qū)和驅(qū)動(dòng)區(qū)的基片上形成非晶硅薄膜，通過(guò)激光束的照射從形成在驅(qū)動(dòng)區(qū)的非晶硅薄膜中脫氫，而不照射形成在像素區(qū)的非晶硅薄膜，并且激光束的進(jìn)一步照射，晶化形成在驅(qū)動(dòng)區(qū)的非晶硅薄膜，從而將非晶硅薄膜變成多晶硅薄膜。
文檔編號(hào)H01L21/20GK1429382SQ01809414
公開(kāi)日2003年7月9日 申請(qǐng)日期2001年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月11日
發(fā)明者野口隆, 碓井節(jié)夫, 中嵨英晴 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社