专利名称：晶体硅的制作方法和使用晶体硅的开关器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及结晶非晶硅的方法，更具体的，涉及使用对准键制作晶体硅的方法和使用晶体硅的开关器件。
背景技术：
由于信息时代的到来，便携而低功耗的平板显示器(FPD)成了许多近期研究的主题。在各种类型的FPD器件中，液晶显示器(LCD)因其高分辨率、彩色显示能力和在显示运动图像中的卓越表现而被广泛用作为笔记本电脑和台式计算机的监视器。
通常，LCD器件包括两个基板，将这两个基板设置为使其各自电极彼此相对。在各自电极之间夹有一个液晶层。当在两个电极之间施加电压时，产生电场。这个电场通过改变液晶分子的取向而调制液晶层的透光率，从而在LCD器件上显示图像。
有源矩阵型显示器件因其出众的运动图像显示能力而得到普遍应用。有源矩阵型显示器件包括布置成矩阵的像素区和在各个像素区中形成的开关元件，例如薄膜晶体管(TFT)。包含使用多晶硅(p-Si)的TFT的LCD器件近来得到了广泛的研究和开发。在使用多晶硅的LCD器件中，显示区TFT和驱动电路可以在同一个基板上形成。而且，由于不需要额外工序来连接显示区的TFT和驱动电路，所以LCD器件的整个制作工序得到了简化。因为多晶硅的场效应迁移率比非晶硅大几百倍，所以使用多晶硅的LCD器件响应时间短，对热和光有较高的稳定性。
非晶硅可以结晶成多晶硅。激光退火方法(将激光束照射到非晶硅膜上)被广泛用作为结晶方法。然而，由于被照射的非晶硅膜表面温度达1400℃左右，硅膜上表面容易发生氧化。具体地，因为在激光退火方法中要进行几次激光束照射，当在环境空气中进行激光照射时可能在硅膜上表面形成氧化硅(SiO2)。因此，可以在约10-7到10-6托的真空下进行激光束照射。为解决激光退火方法的这些问题，提出并研究了使用激光束的顺序横向固化(Sequential Lateral Solidification，SLS)方法。
SLS方法利用了硅膜晶粒沿着与硅膜液相区和固相区边界表面垂直的方向生长这一现象。在SLS方法中，通过调节激光束的能量密度和照射范围并移动激光束，可以使得晶粒沿着一个侧面方向生长(Robert S.Sposilli，M.A.Crowder和James S.Im，Material Research SocietySymp.Proc.第452卷，第956～957页，1997年)。
图1A示出了根据现有技术的顺序横向固化方法中使用的掩膜的平面示意图，而图1B示出了使用图1A所示掩膜结晶得到的半导体层的平面示意图。
在图1A中示出了用于SLS方法的掩膜10，其包括几微米宽的狭缝图案12，几微米宽的激光束，从而可以照射到半导体层上。虽然在图1A没有显示，相邻狭缝图案12之间的间隙可以是几微米。例如，狭缝图案12的宽度可以是约2μm至约3μm。
在图1B中，激光束(未示出)通过图1A所示掩膜10的狭缝图案12照射到非晶硅半导体层20上。受到激光束照射的半导体层20的区域22完全熔化，当熔化的硅固化时生长出晶粒24a和24b。晶粒24a和24b从被照射区域22的两端侧向生长出来，并在照射区域22的中心部分停止生长，从而在晶粒24a和24b相接处形成晶界28b。虽然在图1A和图1B没有显示，掩膜10具有多个狭缝图案12，而与掩膜10相对应的结晶部分可称为单元结晶区域。通过使用激光束重复照射包括照射区域22在内的半导体层20的不同区域，可以使得非晶硅的半导体层20完全结晶。
图2示出了通过根据现有技术的顺序横向固化方法结晶所得的半导体层的平面示意图。在图2中，多晶硅半导体层包括多个单元结晶区域30。在相邻单元结晶区域30之间经受激光束重复照射的位置，形成了第一和第二交叠区域40和50。第一交叠区域40沿着两相邻单元结晶区域30之间的垂直方向，而第二交叠区域50沿着两相邻单元结晶区域30之间的水平方向。由于激光束数次照射到第一和第二交叠区域40和50上，所以第一和第二交叠区域40和50形成了不均匀结晶。这些不均匀结晶部分会导致LCD器件显示质量的下降，特别是在使用这些不均匀部分来形成LCD器件中显示区TFT的情况下。
发明内容
本发明涉及一种制作多晶硅的方法和使用所制作的多晶硅的开关器件，其基本消除了由于现有技术的局限和缺点所导致的一个或者更多问题。
本发明的一个目的是提供一种制作多晶硅的方法，和使用所制作的多晶硅的开关器件，其中减小或者消除了半导体层中的不均匀部分，并缩短了制作时间。
本发明的另一个目的是提供一种结晶方法，其中使用掩膜和对准键来使半导体层的选定区域结晶。
本发明的另一个目的是提供一种结晶方法和光刻方法，该结晶方法和光刻方法使用同一个对准键，并提供一种形成对准键的方法。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明中进行阐述，一部分可以通过说明书而明了，或者可以通过本发明的实践而体验到。通过说明书、权利要求书和附图中具体指出的结构，可以实现或获得本发明的这些目的和其它优点。
本发明的一部分提供了一种形成晶体硅层的方法，该方法包括在具有第一区域和位于第一区域外围的第二区域的基板上形成非晶硅的半导体层；通过把激光束照射到第二区域中的半导体层上而形成至少一个凹形对准键；使用该至少一个对准键对第一区域的半导体层进行结晶处理。
本发明的一部分提供了一种形成开关元件的有源层的方法，该方法包括在具有第一区域和位于第一区域外围的第二区域的基板上形成非晶硅半导体层；通过把激光束照射到第二区域中的半导体层上形成至少一个凹形对准键；使用该至少一个对准键对第一区域中的半导体层进行结晶处理；使用该至少一个对准键对第一区域中的半导体层进行构图，以形成晶体硅有源层。对半导体层进行构图的步骤可以包括通过扫描来识别对准键的曝光步骤。
本发明的一部分提供了一种形成晶体硅层的方法，该方法包括在具有第一区域和位于第一区域外围的第二区域的基板上形成非晶硅半导体层；使用第一掩膜，通过把激光束照射到第二区域中的半导体层上形成至少一个凹形对准键；使用该至少一个对准键和第二掩膜对第一区域中的半导体层进行结晶处理。第一掩膜可以包括彼此分离的矩形透光区域。
本发明的一部分提供了一种形成开关元件的有源层的方法，该方法包括在具有第一区域和位于第一区域外围的第二区域的基板上形成非晶硅半导体层；使用第一掩膜，通过把激光束照射到第二区域中的半导体层上形成至少一个凹形对准键；使用该至少一个对准键和第二掩膜对第一区域中的半导体层进行结晶处理；使用至少一个对准键对第一区域中的半导体层进行构图，以形成晶体硅有源层。
本发明的一部分提供了一种制作开关元件的方法，该方法包括在具有第一区域和位于第一区域外围的第二区域的基板上形成非晶硅半导体层；通过把激光束照射到第二区域中的半导体层上形成至少一个凹形对准键；使用该至少一个对准键对第一区域中的半导体层进行结晶处理；使用该至少一个对准键对第一区域中的半导体层进行构图，以形成晶体硅有源层，该晶体硅有源层包括沟道区和位于沟道区两侧的源漏区；在该有源层上形成栅绝缘层；在栅绝缘层上形成栅极；在栅极上形成层间绝缘层，该层间绝缘层包括露出源区的第一接触孔和露出漏区的第二接触孔；在层间绝缘层上形成源极和漏极，源极通过第一接触孔与源区相连，漏极通过第二接触孔与漏区相连。
本发明的一部分提供了一种形成多晶硅半导体层的方法，该方法包括在具有第一区域和位于第一区域外围的第二区域的基板上形成非晶硅半导体层；熔化第二区域的半导体层以形成至少一个凹形对准键；使用该至少一个对准键对第一区域中的半导体层进行结晶处理。
本发明的一部分提供了一种开关元件，该开关元件包括具有第一区域和位于第一区域外围的第二区域的基板；位于第二区域中的至少一个凹形对准键；第一区域中的晶体硅有源层，该有源层包括沟道区和位于沟道区两侧的源区和漏区；有源层上的栅绝缘层；栅绝缘层上的栅极；栅极上的层间绝缘层，该层间绝缘层包括露出源区的第一接触孔和露出漏区的第二接触孔；和位于层间绝缘层上的源极和漏极，源极通过第一接触孔与源区相连，漏极通过第二接触孔与漏区相连。
可以理解，前面的概述和下面的详细描述都是示例性和说明性的，旨在为权利要求所限定的本发明提供进一步的解释。
附图帮助更好地理解本发明，并构成本申请的一部分，附图显示了本发明的实施例，并与说明书一起解释本发明的原理。
图1A示出了根据现有技术的顺序横向固化方法中使用的掩膜的平面示意图；图1B示出了使用图1A的掩膜结晶所得的半导体层的平面示意图；图2示出了根据现有技术的顺序横向固化方法结晶所得的半导体层的平面示意图；图3A到3C的平面示意图显示了根据本发明第一实施例制作晶体硅半导体层的流程；图4A示出了对准键的放大图，显示了图3C中“IVa”部分；图4B示出了对准键沿着图4A中“IVb-IVb”线的剖面示意图；图5A到5D的平面示意图示出了根据本发明第二实施例的制作晶体硅半导体层的流程；图6A示出了对准键的放大图，显示了图5D中“IXa”部分；图6B示出了对准键沿着图6A中“IXb-IXb”线的剖面示意图；
图7示出了由图5A到图5C的工艺制成的对准键的示例平面图；图8A的平面示意图示出了识别由图5A到5C的工艺制成的对准键的过程；图8B说明的图形示出了沿着图8A中“XII-XII”线的对准键识别结果；图9A和9B的示意图示出了根据本发明第二实施例使用对准键形成晶体硅的工艺；图10A和图10B示出了图9B中“XIII”部分的放大平面图，其示出了第一掩膜区域“XIIe”的两个不同例子；图11示出了根据本发明实施例制作晶体硅的方法的流程图；和图12的示意剖面图示出了根据本发明实施例的具有晶体硅的开关元件。
具体实施例方式
现在对附图所示的本发明优选实施例进行详细说明。只要可能，在所有附图中用相似的标号表示相同或相似的部分。
图3A到图3C的示意平面图示出了根据本发明的第一实施例制作晶体硅半导体层的工艺。
图3A显示了在具有第一区域“IIIa”和位于第一区域“IIIa”周围的第二区域“IIIb”的基板110上顺序形成的缓冲层112和非晶硅半导体层114。
图3B显示了通过结晶一部分非晶硅半导体层114而在基板110的第二区域“IIIb”的各个角部形成的对准键116。相应的，与第二区域“IIIb”的对准键116对应的半导体层114发生结晶，而第二区域“IIIb”的其它部分的半导体层114不结晶。例如，在第一实施例中，晶体硅的对准键116的形状为“”。在其它实施例中，对准键116可以有诸如“”、“S”、“E”、“□”、“+”和“◇”等形状。对准键不局限于这些形状，可以使用任何合适的形状。
在图3C中，使用对准键116作为基准点来选择性地使第一区域“IIIa”中的部分非晶硅半导体层114结晶。第一区域“IIIa”包括多个像素区域“P”。像素区域“P”可以是用于显示图像的单元区域，并可以包括一个在后续工艺中形成开关元件的有源层的第三区域“IIIc”。像素区域“P”可以是显示器件(例如液晶显示器)的像素区域，第三区域“IIIc”可以是薄膜晶体管。可以选择性地使第三区域“IIIc”中的非晶硅半导体层114结晶，而第一区域“IIIa”的其它部分中的非晶硅半导体层114不结晶。例如，可以使用具有与非晶硅的完全熔化态相对应的能量密度的激光束，通过顺序横向固化(SLS)方法，使第三区域“IIIc”中的非晶硅半导体层114结晶。
使用对准键116作为基准而选择性地使半导体层114结晶，并且可以容易地控制第三区域“IIIc”中的晶界位置，从而可以防止第一区域“IIIa”中与像素电极对应的其它部分的半导体层114结晶。因而避免了因半导体层114的结晶而在缓冲层112(图3A)或者基板110(图3A)中形成缺陷，并避免了这些缺陷所导致的显示图像的失真或瑕疵。
图4A为对准键的放大图，显示了图3C的“IVa”部分，图4B示出了对准键沿着图4A中“IVb-IVb”线的剖面图。
在图4A中，第二区域“IIIb”中的对准键116包括多个晶体硅对准图案116a，构成“”形状。相邻对准图案116a之间的半导体层114不结晶。因此，相邻对准图案116a之间的半导体层114含有非晶硅，而与对准键116对应的半导体层114含有晶体硅。
图4B示出了在基板110和半导体层114上形成的缓冲层112，包括在缓冲层112上形成的对准键116。对准键116包括多个对准图案116a，这些对准图案116a彼此隔开。相邻对准图案116a之间的半导体层114含有非晶硅。对应于(亦即包含)该多个对准图案116a的半导体层114的高度与相邻对准图案116a之间的半导体层114相等。换句话来说，半导体层114的上表面是平整的，没有台阶部分。然而，实施本发明并不要求上表面绝对平整。
在用于光刻处理的曝光设备中，一般使用对准键作为基准来将掩膜与基板对准。然而，如图4B所示，由于第一实施例中的对准键116没有台阶部分(也就是说，它并没有从基板表面突出来)，所以第一实施例中的对准键116不能用于光刻处理。因此，光刻处理需要另外或者单独的对准键，因而增加了工艺时间和生产成本。本发明的第二实施例提供了一种在结晶处理和光刻处理中都能使用的对准键。
图5A到5D的示意平面图示出了根据本发明第二实施例制作晶体硅半导体层的工艺。
图5A示出了在具有第一区域“VIIIa”和位于第一区域“VIIIa”外围的第二区域“VIIIb”的基板310上顺序形成的缓冲层312和非晶硅半导体层314。
图5B示出了通过能量密度高于与非晶硅完全熔化态对应的能量的激光束照射，去除第二区域“IIIb”中的部分半导体层314以形成对准键316。这项去除硅的技术可称作烧蚀。
一般来说，当激光束照射到半导体层上时，可以根据照射后半导体层的状态将激光束的能量密度带分成四个态i)部分熔化态，ii)近完全熔化态，iii)完全熔化态，和iv)烧蚀态。当照射具有与部分熔化态对应的第一能量密度的激光束时，半导体层的上部熔化，而半导体层的下部不熔化，从而在上部得到小晶粒的结晶结构。当照射具有与近完全熔化态对应的第二能量密度的激光束时，大部分半导体层熔化，从而得到大晶粒的结晶结构。在半导体层和基板之间的界面处存在未熔化部分，这些未熔化部分起到结晶的籽晶作用。虽然晶粒尺寸大，但籽晶的分布并不均匀，而且与近完全熔化态对应的能带宽度特别窄。当照射具有与完全熔化态对应的第三能量密度的激光束时，整个半导体层熔化。在这个状态下，发生均匀的成核反应(均匀成核)。然而，成核籽晶彼此竞争，从而得不到大尺寸的晶粒，而是得到均匀的细晶粒。当照射具有与烧蚀态对应的第四能量密度的激光束时，通过汽化而去除半导体层。另外，具有与烧蚀态对应的能量密度的激光束可用来切割或者淀积。
与烧蚀态对应的第四能量密度高于与完全熔化态对应的第三能量密度。在图5B中，把具有与烧蚀态对应的能量密度的激光束照射到第二区域“VIIIb”中的部分半导体层314上，通过汽化而去除了被照射的部分半导体层314，从而形成对准键316。
由于被照射部分中的半导体层314被去除了，所以对准键316具有凹形形状，通过对准键316而露出缓冲层312。烧蚀所需的能量密度可能高于与非晶硅半导体层314的完全熔化态对应的能量密度，并低于与约1μm的临界距离对应的能量密度。当具有第一尺寸的激光束照射到半导体层上时，半导体层的熔化部分具有比第一尺寸大的第二尺寸。因此，第二尺寸的边界可能包围并与第一尺寸的边界间隔开，第一尺寸的边界到第二尺寸的边界之间的距离称为临界距离。随着激光束能量密度的增大，临界距离也增大。因而，当照射具有与烧蚀态对应的较高能量密度的激光束时，临界距离可能大于约1μm。
例如，可以利用能量密度大约为549mJ/pulse的激光束来形成对准键。可在基板310的第二区域“VIIIb”的各个角部形成对准键316。另外，对准键316可以具有“”的形状。在另一实施例中，对准键116可以有诸如“”、“S”、“E”、“□”、“+”和“◇”等多种形状。对准键不局限于这些形状，还可以使用任何合适的形状。
在图5C中，使用凹形对准键316作为基准，选择性地使第一区域“VIIIa”中的部分半导体层314结晶。第一区域“VIIIa”包括多个像素区域，像素区域是显示图像的单元区域。像素区域可以包括在后续处理中形成开关元件的有源层的第三区域“VIIIc”。像素区域可以是诸如液晶显示器等的显示器件的像素区域，第三区域“VIIIc”可以是薄膜晶体管。可以选择性地使第三区域“VIIIc”中的非晶硅半导体层314结晶，而第一区域“VIIIa”的其它部分中的非晶硅半导体层314不结晶。例如，可以使用具有与非晶硅的完全熔化态对应的能量密度的激光束，通过顺序横向固化(SLS)方法，使第三区域“VIIIc”中的非晶硅半导体层314结晶。
在图5D中，可以使用对准键316作为基准，通过光刻处理，对第三区域“VIIIc”中的多晶硅半导体层314进行构图，以形成开关元件的有源层318。虽然图5D没有显示，但是光刻处理可以包括在半导体层314上形成光刻胶(PR)层的步骤，使用对准键316将光刻掩膜与半导体层314对准的步骤，通过光刻掩膜对光刻胶(PR)层进行曝光的步骤，对PR层进行显影以形成PR图案的步骤，和使用PR图案作为刻蚀掩膜刻蚀半导体层314以形成有源层318的步骤。光刻曝光设备一般通过检测对准键的台阶部分来对准光刻掩膜和基板。由于凹形对准键316具有台阶部分，所以在有源层318的光刻处理的曝光步骤中对准键316可以用作为基准。
在第一实施例中，在其它部分的半导体层结晶之前，结晶设备发出具有与烧蚀态对应的能量密度的激光，并照射到非晶硅半导体层的多个部分上。从而，不经额外的刻蚀步骤而获得了具有台阶部分的凹形对准键，在后面形成有源层的光刻处理中可以利用这个对准键。由于该对准键在结晶处理和光刻处理中都派上了用场，所以降低了生产成本，简化了制作工艺，从而提高了成品率。
图6A示出了对准键的放大图，显示了图5C中的“IXa”部分，图6B示出了对准键沿着图6A中“IXb-IXb”线的剖面示意图。
在图6A中，第二区域“VIIIb”中的半导体层314具有多个“”形的孔315。半导体层314下的缓冲层312(图5C)通过孔315而露出。各个孔315可用作对准图案316a，对准图案316a组成对准键316。虽然在第二实施例中，对准键316具有“”形状，在其它实施例中，对准键116可以有诸如“”、“S”、“E”、“□”、“+”和“◇”等多种形状。然而，任何合适的形状都可使用。
图6B示出了在基板310上形成的缓冲层312和在缓冲层312上形成的非晶硅半导体层314。半导体层314具有多个孔315，各个孔315用作为凹形对准图案316a。对准图案316a组成对准键316。在本发明的其它实施例中，对准键316的数量及形状可作多种改变。
图7示出了通过图5A到5C的处理制成的对准键的示例平面图。
图7示出了具有凹形对准图案的非晶硅半导体层。由于该对准图案为凹形，从而该对准图案与缓冲层或者基板相比具有台阶部分，并且该台阶部分显示为对准图案的边界处的白色部分。由于用于光刻处理的曝光设备也能识别该白色部分，所以该对准图案也可用于光刻处理。
图8A的平面示意图示出了识别通过图5A到5C的处理制成的对准键的过程，图8B示出了沿着图8A中“XII-XII”线识别对准键的结果。
图8A示出了在半导体层中形成的具有多个对准图案330a的对准键330。对准图案330a为凹形，并且相互间隔开。为了在曝光设备中识别对准键330，光源沿着扫描路径332扫描半导体层，接收器检测反射的光。例如，相邻对准图案330a之间的空间具有约60μm的第一宽度“d1”，对准图案330a的宽度大约为40μm(比例为3∶2)，对准图案330a的识别结果显示在图8B中。如图8B所示，当对准图案330a在其边界部分具有台阶时，该图形在与对准图案330a的台阶部分对应的位置处具有峰值。X轴表示半导体层的一维位置，Y轴表示接收器接收到的光强度。在图中，峰值之间的平坦部分对应于半导体层或通过对准图案330a露出来的缓冲层(或基板)的平坦上表面。宽度“d1”不限于60μm，本发明可以在大范围内实施，例如，“d1”的范围处于20-100μm的范围内。类似的，对准图案的宽度和比例是不限定的。
图9A到9B的示意图示出了根据第二实施例使用对准键形成晶体硅的过程。
在图9A中，把其上有非晶硅半导体层412的基板414设置在一个移动载台410上。基板414包括第一区域“XIIa”和位于第一区域“XIIa”外围的第二区域“XIIb”。尽管缓冲层没有显示出来，但可将缓冲层设置在基板414和半导体层412之间，如图6B所示。投射透镜430以特定的放大率把激光聚焦在半导体层412上，把掩膜载台432设置在投射透镜430上方。把用于形成对准键的掩膜434设置在掩膜载台432上，并把用于改变激光束方向的反射镜436设置在掩膜434上方。
照射到非晶硅半导体层412上的激光束可以具有与烧蚀态对应的能量密度，这个能量密度高于与完全熔化态对应的能量密度。因此，通过烧蚀而去除了被照射的半导体层412，从而形成相对于基板414具有台阶部分的凹形对准键。另外，激光束的能量密度可以低于与大约1μm的临界距离对应的能量密度。
掩膜434可以具有掩膜图案433，并且掩膜434可以设置为与基板414的第一角相对应。在本发明的其它实施例中，掩膜图案433可以具有不同的形状。也就是说，那些矩形可由正方形、圆形、椭圆、平行六面体或者其它合适的形状所替换。可以通过掩膜434照射激光束而得到位于第二区域“XIIb”中基板414的第一角上的第一凹形对准键416。可以通过重复移动载台410的移动和激光束的照射，在基板414的其它三个角上获得其它三个对准键。结果，使用图9A中的设备，通过烧蚀部分非晶硅半导体层414可获得四个凹形对准键416。
由于利用在后续处理用来结晶第一区域“XIIa”中半导体层的激光设备来形成对准键416，所以降低了制作成本，提高了处理效率。也避免了额外设备的费用。尽管在图9A没有表示，但对准键416和掩膜图案433的形状和大小可改变成所需的不同形状和大小。
图9B示出了将具有对准键416的基板414设置在移动载台410上，并将掩膜432设置在基板414上。将用于像素区域的掩膜440设置在掩膜载台432上。掩膜440可以具有多个彼此隔开的第一掩膜区域“XIIe”。各个第一掩膜区域“XIIe”可以包括一个第二掩膜区域“XIId”，该第二掩膜区域“XIId”可以具有缝隙(图9B没有显示)。设置在掩膜440上方的反射镜436改变激光束的路径。
使用凹形对准键416将掩膜440与半导体层412的像素区域“P”对准，把激光束照射到像素区域“P”中的半导体层412上，从而选择性地使像素区域“P”的半导体层412结晶。也就是说，多晶硅半导体层412的晶界位置是可控的，可使用凹形对准键416作为基准来确定这个位置。各个第一掩膜区域“XIIe”与半导体层412中的像素区域“P”对应，各个第二掩膜区域“XIId”与用作开关元件的有源层的第三区域“XIIc”对应。例如，第三区域“XIIc”中的半导体层412可通过顺序横向固化(SLS)方法来结晶。
由于使用对准键416选择性地使半导体层412结晶，可以精确控制晶界位置而实现均匀结晶。而且，由于凹形对准键416具有相对于基板414(或者缓冲层，如果存在)的台阶，在后续的光刻处理中可以识别并使用对准键416。另外，不需要另外的刻蚀步骤，可以使用照射激光束而获得凹形对准键416。因此，不需要用于光刻处理的另外或单独的对准键，简化了形成显示器件(例如液晶显示器)中的开关元件(例如薄膜晶体管)的总体制作工艺。
图10A和10B为图9B中“XIII”部分的放大图，示出了第一掩膜区域“XIIe”的两个不同例子。
在图10A，用于形成像素区域的各个第一掩膜区域“XIIe”包括具有一组缝隙442的第二掩膜区域“XIId”。缝隙442彼此隔开并沿着一个方向排列。当这样的用于形成像素区域的掩膜具有用来结晶像素区域中的半导体层的一组缝隙442时，可以沿着多个方向(例如两个垂直方向)把激光束照射到半导体层上。这种激光退火方法可称作多重扫描方法。第一掩膜区域“XIIe”中的第二掩膜区域“XIId”的其它部分遮挡激光束。
在图10B所示的另一例子中，用于形成像素区域的各个第一掩膜区域“XIIe”包括具有第一缝隙454构成的第一组450和第二缝隙456构成的第二组452的第二掩膜区域“XIId”。第一缝隙454彼此隔开，第二缝隙456彼此隔开。第一缝隙454与第二缝隙456交替布置。当这样的用于形成像素区域的掩膜具有用来结晶像素区域中的半导体层的由第一缝隙454和第二缝隙456构成的第一组450和第二组452时，可以沿着一个方向把激光束照射到半导体层上，这种激光退火方法可称作单次扫描方法。在单次扫描方法中，可以提高结晶处理的吞吐量，因为可以通过一个方向的扫描获得两个方向的扫描效果。第一掩膜区域“XIIe”中的第二掩膜区域“XIId”的其它部分遮挡激光束。
图11示出了根据本发明实施例的制作晶体硅的方法的流程图。这个方法的步骤可以使用上述图10A和图10B的掩膜在图9A和图9B的设备中执行。
参考图11，在ST1，提供结晶用掩膜。该结晶用掩膜包括上述的用于形成对准键的掩膜和用于结晶非晶硅半导体层的掩膜。另外，该结晶用掩膜可以包括用于形成驱动区域的掩膜。例如，具有用于以低通过率实现高结晶度的图案的掩膜可用作为用于形成显示器件的驱动区域的掩膜。而且，用于形成对准键的掩膜可以具有包括多个矩形区域的透光部分的图案。这多个透光部分可以一起构成一个“”形状的结构，不过，本发明不局限于这个结构。用于形成像素区域的掩膜可以具有一个或者更多与半导体层的开关元件区域对应的透光部分。
在ST2，如上所述，通过把激光束照射到基板上的非晶硅半导体层上，在基板的角部形成凹形对准键。由于激光束具有与烧蚀态对应的能量密度，所以通过烧蚀去除了被照射的半导体层，从而形成了具有凹部的对准键。基板(或者缓冲层，如果存在)可以通过对准键露出，在对准键的边界处，对准键可以具有相对于基板(或者缓冲层，如果存在)的台阶。
在ST3，使用对准键将用于像素区域的掩膜与半导体层对准，以使得用于形成像素区域的掩膜的透光部分与开关元件区域对应，并且激光束通过这个掩膜照射到用作开关元件的区域内的半导体层上。然后，结晶后的半导体层可用作开关元件的有源层。由于选择性地使开关元件区域结晶，所以显著提高了半导体层的结晶度。而且，由于使用对准键作为基准来使半导体层结晶，晶界位置易于控制，从而防止了在与像素电极对应的开放区域中半导体层发生结晶。因此，避免了因半导体层的结晶而在缓冲层或者基板中形成缺陷，也避免了这些缺陷导致的显示图像的瑕疵。
开关元件区域中的半导体层可以通过顺序横向固化(SLS)方法来结晶，其中激光束具有与硅的完全熔化态对应的能量密度。另外，可以使用对准键来对准用于形成驱动区域的掩膜，使其对应于围绕像素区域的驱动区域。可以通过该掩膜照射激光束而使驱动区域的半导体层结晶。由于使用对准键作为基准来使驱动区域的半导体层结晶，晶界位置易于控制。结果，可以观察到驱动电路的开关元件和开关电路本身性能的显著改善。
在ST4，接着使用同一对准键作为光对准键，通过光刻处理，对具有晶体硅的半导体层进行构图，以形成开关元件的半导体层(有源层)。该光刻处理包括在半导体层上形成光刻胶(PR)层，通过PR层的曝光和显影形成PR图案，利用该PR图案作为刻蚀掩膜，对基板上的半导体层进行构图。在曝光步骤中，利用同一对准键对准用于对半导体层进行构图的掩膜。因此，不需要用于对半导体层进行构图以形成开关元件的有源层的另外或者单独的对准键，简化了制作开关元件和液晶显示器件的总体工艺。
图12示出了根据本发明实施例的具有晶体硅的开关元件的剖面示意图。
图12中，在基板610上形成缓冲层612，在缓冲层612上形成多晶硅半导体层(有源层)614。可使用上述的结晶和构图方法形成多晶硅半导体层614，多晶硅半导体层614包括沟道区“VII”和位于沟道区“VII”两侧的源区和漏区“VIII”和“IX”。在沟道区“VII”中的半导体层614上形成栅绝缘层616，并在栅绝缘层616上形成栅极618。在栅极618和缓冲层612上形成层间绝缘层624。层间绝缘层624包括第一和第二接触孔620和622。第一和第二接触孔620和622分别露出源区和漏区“VIII”和“IX”中的半导体层614。在层间绝缘层624上形成源极和漏极626和628。源极626通过第一接触孔620与源区“VIII”中的半导体层614电连接，漏极628通过第二接触孔622与漏区“IX”中的半导体层614电连接。在源极和漏极626和628上形成有钝化层630。源区和漏区“VIII”和“IX”中的半导体层614掺有n(负)型或者p(正)型杂质。
如上所述，可以利用根据本发明的不同实施例的结晶处理来形成半导体层614。例如，可通过顺序横向固化(SLS)方法将单晶硅用于半导体层614。半导体层614、栅极618、源极626和漏极628构成了开关元件“T”，比如薄膜晶体管TFT。
在本发明中，由于使用凹形对准键来选择性地使半导体层结晶，提高了结晶特性的均匀性，并且可以容易和精确地控制晶界位置。结果，由于半导体层的晶界位置易于控制，驱动电路的驱动特性得到提高，由于选择性结晶，使用该半导体层的显示器件的显示质量提高了。而且，由于通过烧蚀去除半导体层而得到对准键，所以对准键具有相对于基板或者缓冲层的台阶。因此，凹形对准键可用于半导体层的结晶处理和光刻处理。所以，光刻处理不需要另外或者单独的对准键，简化了制作开关元件(如TFT)的总体工艺。
本发明的形成像素区域、开关元件和驱动区域的方法可用来形成液晶显示面板/器件或者其它合适的器件。
以上参照所示的实施例对本发明进行了具体说明，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，可以对本发明进行各种形式和细节上的变化。
权利要求
1.一种制作晶体硅层的方法，包括提供具有第一区域和位于第一区域外围的第二区域的基板；在该基板上形成非晶硅半导体层；把激光束照射到第二区域中的半导体层上，从而形成至少一个凹形对准键；和使用该至少一个对准键对第一区域中的半导体层进行结晶处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的激光束具有与烧蚀态对应的能量密度，此时通过汽化而去除半导体层。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的激光束具有第一能量密度，该第一能量密度高于与半导体层完全熔化的完全熔化态对应的第二能量密度，并且该第一能量密度低于第三能量密度，该第三能量密度使得从激光束边界到所述至少一个对准键的边界的临界距离大约是1μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其中选择性地对半导体层进行结晶处理的步骤形成了开关元件的晶体硅有源层。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第二区域的基板的四个角上形成所述的至少一个对准键。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在基板和半导体层之间形成缓冲层。
7.根据权利要求1所述的方法，其中基板通过所述至少一个对准键而露出。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述的至少一个对准键包括多个彼此隔开的凹形对准图案。
9.根据权利要求1所述的方法，其中使用同一激光设备执行形成所述至少一个对准键的步骤和半导体层的结晶步骤。
10.一种制作开关元件的有源层的方法，包括提供具有第一区域和位于第一区域外围的第二区域的基板；在基板上形成非晶硅半导体层；把激光束照射到第二区域的半导体层上而形成至少一个凹形对准键；使用该至少一个对准键结晶第一区域的半导体层；和使用该至少一个对准键对第一区域的半导体层进行构图，以由晶体硅形成有源层。
11.根据权利要求10所述的方法，其中对半导体层进行构图的步骤包括通过扫描识别所述至少一个对准键的曝光步骤。
12.一种制作晶体硅层的方法，包括提供具有第一区域和位于第一区域外围的第二区域的基板；在基板上形成非晶硅半导体层；使用第一掩膜把激光束照射到第二区域的半导体层上而形成至少一个凹形对准键；使用该至少一个对准键和第二掩膜对第一区域的半导体层进行结晶处理。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一掩膜包括多个彼此隔开的透光区域，各个透光区域具有矩形形状。
14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括在所述基板和半导体层之间形成缓冲层。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述基板通过所述至少一个对准键而露出。
16.根据权利要求12所述的方法，其中在所述第二区域中的基板的四个角上形成所述的至少一个对准键。
17.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二掩膜包括遮挡激光的第一掩膜区域和透射激光束的第二掩膜区域。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第二掩膜区域包括多个彼此隔开并沿着一个方向布置的缝隙。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述的多个缝隙包括第一缝隙和与第一缝隙交替的第二缝隙。
20.根据权利要求12所述的方法，其中使用同一激光设备执行形成所述至少一个对准键的步骤和半导体层的结晶步骤，该激光设备包括其上有基板的移动载台、聚焦激光束的投射透镜、其上有第一和第二掩膜之一的掩膜载台和改变激光束方向的反射镜。
21.一种制作开关元件的有源层的方法，包括提供具有第一区域和位于第一区域外围的第二区域的基板；在基板上形成非晶硅半导体层；使用第一掩膜把激光束照射到第二区域的半导体层上而形成至少一个凹形对准键；使用该至少一个对准键和第二掩膜对第一区域的半导体层进行结晶处理；和使用该至少一个对准键对第一区域的半导体层进行构图，以形成晶体硅有源层。
22.根据权利要求21所述的方法，其中对半导体层进行构图的步骤包括通过扫描识别所述至少一个对准键的曝光步骤。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述的激光束具有与通过汽化去除半导体层的烧蚀态对应的能量密度。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述的激光束具有第一能量密度，该第一能量密度高于与半导体层完全熔化的完全熔化态对应的第二能量密度，并且该第一能量密度低于第三能量密度，该第三能量密度使得从激光束边界到至少一个对准键边界之间的临界距离为大于1μm。
25.一种制作开关元件的方法，包括提供具有第一区域和位于第一区域外围的第二区域的基板；在基板上形成非晶硅半导体层；使用第一掩膜把激光束照射到第二区域的半导体层上而形成至少一个凹形对准键；使用该至少一个对准键和第二掩膜对第一区域的半导体层进行结晶处理；使用该至少一个对准键对第一区域的半导体层进行构图，以形成包括沟道区和沟道区两侧的源区和漏区的晶体硅有源层；在有源层上形成栅绝缘层；在栅绝缘层上形成栅极；在栅极上形成层间绝缘层，该层间绝缘层包括露出源区的第一接触孔和露出漏区的第二接触孔；和在层间绝缘层上形成源极和漏极，源极通过第一接触孔与源区相连，漏极通过第二接触孔与漏区相连。
26.根据权利要求25所述的方法，进一步包括在所述基板和半导体层之间形成缓冲层。
27.根据权利要求25所述的方法，进一步包括在所述源极和漏极上形成钝化层。
28.根据权利要求25所述的方法，其中所述源区和漏区掺有n(负)型和p(正)型杂质中的一种。
29.根据权利要求25所述的方法，其中所述的有源层、栅极、源极和漏极构成薄膜晶体管。
30.一种制作多晶半导体层的方法，包括提供具有第一区域和位于第一区域外围的第二区域的基板；在基板上形成非晶硅半导体层；烧蚀第二区域的半导体层以形成至少一个凹形对准键；和使用该至少一个对准键对第一区域的半导体层进行结晶处理。
31.根据权利要求30所述的方法，其中烧蚀半导体层的步骤包括把具有第一能量密度的激光束照射到所述第二区域的半导体层上。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述的第一能量密度高于与半导体层完全熔化的完全熔化态对应的第二能量密度，并且所述第一能量密度低于第三能量密度，该第三能量密度使得从激光束边界到所述至少一个对准键的边界的临界距离为大约1μm。
33.根据权利要求30所述的方法，其中所述的至少一个对准键具有相对于基板的台阶。
34.一种开关元件，包括具有第一区域和位于第一区域外围的第二区域的基板；第二区域中的至少一个凹形对准键；第一区域中的晶体硅有源层，该有源层包括沟道区和沟道区两侧的源区和漏区；有源层上的栅绝缘层；栅绝缘层上的栅极；栅极上的层间绝缘层，该层间绝缘层包括露出源区的第一接触孔和露出漏区的第二接触孔；和层间绝缘层上的源极和漏极，源极通过第一接触孔与源区相连，漏极通过第二接触孔与漏区相连。
35.根据权利要求34所述的元件，其中所述的有源层与所述至少一个对准键对准。
全文摘要
一种制作晶体硅层的方法，包括在具有第一区域和位于第一区域外围的第二区域的基板上形成非晶硅半导体层；通过把激光束照射到第二区域的半导体层上而形成至少一个凹形对准键；使用该至少一个对准键对第一区域的半导体层进行结晶处理。
文档编号H01L21/77GK1601700SQ20041006253
公开日2005年3月30日 申请日期2004年6月30日 优先权日2003年9月24日
发明者金荣柱 申请人:Lg.菲利浦Lcd株式会社