[发明专利]薄膜晶体管及制造方法以及包括其的有机发光显示设备

说明书

技术领域

本发明的各方面涉及薄膜晶体管及其制造方法以及包括其的有机发光二极管(OLED)显示设备。尤其是，本发明的各方面涉及在形成覆盖(capping)层、形成结晶化诱导(crystallization inducing)金属层和使非晶硅(amorphoussilicon)层结晶化为多晶硅层的超级晶粒硅(SGS)结晶化方法中具有带特定拉曼谱(Raman spectrum)峰值的多晶硅层的薄膜晶体管、制造该薄膜晶体管的方法以及包括该薄膜晶体管的OLED显示设备非晶。

背景技术

通常，多晶硅层具有高的场效应迁移率，可以应用于高速工作电路，并且可以容易地用于制造CMOS电路。因此，在形成薄膜晶体管的半导体层中广泛使用多晶硅层。使用这种多晶硅层的薄膜晶体管可以用作有源矩阵液晶显示器(AMLCD)的有源器件或有源矩阵OLED显示设备的开关器件或驱动器件。

为了形成用于薄膜晶体管中的多晶硅层，可以使用蒸发法、采用高退火的技术或激光退火方法。激光退火方法可以在低温下进行，并且可以提供具有高场效应迁移率的多晶硅层。然而，激光退火方法需要昂贵的激光设备，因此，人们正在开发替代技术。

当前，人们在使用结晶化诱导金属使非晶硅层结晶化的方法上进行了很多的研究。使用结晶化诱导金属的方法具有的优点是，可以比固相结晶化(SPC)方法的温度更低、时间更短地进行结晶化。使用金属的结晶化的类型包括金属诱导结晶化(MIC)和金属诱导横向结晶化(MILC)。然而，这些使用金属的结晶化方法可能导致薄膜晶体管的器件特性由于金属污染而降质。

同时，为了形成具有良好质量的多晶硅层同时减少金属量，有人建议通过借助于离子注入设备来调节金属的离子浓度而使用高退火、快速热退火(RTA)或激光照射从而形成具有优良质量的多晶硅层。同样，为了使采用MIC的多晶硅层的表面平坦化，人们建议采用这样一种方法，即，使粘性的有机层与液体金属混合，使用旋涂方法沉积薄膜，然后对其进行退火以诱导结晶化。

然而，即使在这些结晶化方法中，仍然存在晶粒大小均匀性和使晶粒的大小更大的问题，这些是多晶硅层中最重要的因素。为了解决这些问题，已经提出了一种制造多晶硅层的方法，即使用覆盖层的结晶化方法。该方法包括在衬底上沉积非晶硅层，在非晶硅层上形成覆盖层，在覆盖层上形成结晶化诱导金属层以及通过使用激光束的退火处理使衬底退火或使金属催化剂通过覆盖层扩散到非晶硅层中以形成晶种，从而得到多晶硅层。

该方法的优点是防止了结晶化诱导金属受到比要求的更多的污染，因为金属是通过覆盖层扩散。然而，采用该方法，大量金属仍保留在多晶硅层中。同样，这样会很难确定是否存在足够量的结晶化诱导金属用以使非晶硅层结晶化成多晶硅层以形成薄膜晶体管，是否形成了足够量的晶种以及是否为结晶化进行了足够长时间的退火处理。

发明内容

本发明的各方面提供了通过SGS结晶化来使非晶硅层结晶化成多晶硅层的一种方法，它用特定范围中的拉曼谱峰值限定了晶种区域、晶粒边界区域以及设置在晶种区域和晶粒边界区域之间的晶体生长区域中的多晶硅层的晶粒。

根据本发明的一个方面，薄膜晶体管包括：衬底；设置在衬底上的半导体层，包括源极区域、漏极区域和沟道区域，并由多晶硅层构成；设置成与半导体层的预定区域对应的栅极电极；设置在半导体层和栅极电极之间的栅极绝缘层；以及分别电连接到半导体层的源极区域和漏极区域的源极和漏极电极，其中多晶硅层包括相互具有不同拉曼谱峰值的多个区域。

根据本发明的另一个方面，制造薄膜晶体管的方法包括：准备衬底；在衬底上形成非晶硅层；在非晶硅层上形成覆盖层；在覆盖层上形成结晶化诱导金属层；使衬底退火，使结晶化诱导金属通过覆盖层扩散到非晶硅层中，以及使非晶硅层结晶化成由相互具有不同拉曼谱峰值的多个区域构成的多晶硅层；除去覆盖层和结晶化诱导金属层；在多晶硅层上形成图案以形成半导体层；在半导体层上形成栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成栅极电极；在栅极电极上形成层间绝缘层；以及蚀刻层间绝缘层和栅极绝缘层，和形成电连接到半导体层预定区域的源极和漏极电极。

根据本发明的另一个方面，一种OLED显示设备包括：衬底；设置在衬底上的半导体层，包括源极区域、漏极区域和沟道区域，并由多晶硅层构成；设置成与半导体层的预定区域对应的栅极电极；设置在半导体层和栅极电极之间的栅极绝缘层；分别电连接到半导体层的源极区域和漏极区域的源极和漏极电极；连接到源极或漏极电极的第一电极；设置在第一电极上的有机层；以及设置在有机层上的第二电极，其中多晶硅层包括相互具有不同拉曼谱峰值的多个区域。