[发明专利]薄膜晶体管的多晶硅层及其显示器

说明书

本申请是第02152432.7号发明专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及一种多晶硅层及具有该多晶硅层的器件，尤其涉及一种薄膜晶体管(TFT)的多晶硅层及具有该多晶硅层的器件。 

背景技术

薄膜晶体管(TFT)的有源沟道区通常由多晶硅材料制成，因而包括有晶界。在晶界中，存在诸如悬空键(dangling bond)和变形键(strained bond)的缺陷，且这些缺陷作为电荷载流子的陷井。 

因此，诸如晶粒尺寸、晶粒尺寸均匀度、晶粒数量、晶界位置和晶界倾角的参数影响TFT的特性，诸如阈值电压、亚阈值斜率(sub-thresholdslope)、电荷载流子迁移率、漏电流和器件稳定性等。尤其是，晶界倾角影响TFT特性的一致性。 

对TFT的性能有不利影响的晶界被称作主晶界(primary boundary)。存在于有源沟道区上的主晶界的数量取决于晶粒尺寸和晶界倾角“θ”以及有源沟道区的大小(即长度L和宽度W)，如图1所示。 

假设可在具有给定沟道长度的有源沟道区上存在的主晶界的最大数量为“Nmax”，则在具有同样沟道长度的任意有源沟道区上存在的主晶界的数量可以是“Nmax”或“Nmax-1”。 

参照图2A和2B，图2A的TFT具有两个主晶界，且图2B的TFT具有三个主晶界。 

在显示器中，随着具有同样数量主晶界的TFT变得更占优势，可以获得具有良好TFT性能一致性的显示器。然而，当具有Nmax个主晶界的TFT和具有“Nmax-1”个主晶界的TFT在数量上相等时，则显示器具有最差的TFT性能一致性。 

同时，具有大的硅晶粒的有源沟道区可利用顺序横向凝固(sequential lateral solidification)(SLS)技术形成。采用这种有源沟道区制造的TFT呈现出与利用单晶硅制造的TFT的性能相似的性能。 

然而，显示器包括上百万个像素。液晶显示器(LCD)在每个像素上包括一个TFT，且有机电致发光(EL)显示器在每个像素上包括至少两个TFT。因此，不可能制造上百万个在有源沟道区上存在的主晶界数量上和晶粒生长方向上均相等的TFT。 

国际专利申请WO97/45827公开了一种使用SLS技术形成具有大的硅晶粒的有源沟道区的技术。利用PECVD技术、LPCVD技术或溅射技术沉积非晶硅层。之后，非晶硅层的整个部分或选定部分利用SLS技术晶化，如图3A和3B所示。 

在非晶硅层的整个部分或选定部分的晶化过程中，激光束或台阶(stage)可以上升或下降、或偏移。因此，在激光束扫描的各区域之间发生未对准，导致TFT与TFT之间有源沟道区中主晶界数量的不同。虽然在晶化过程中未在整个面板上发生非对准误差，但是根据面板上TFT的位置和大小，TFT与TFT之间主晶界的数量总是不同，除非TFT的位置和大小被设计来控制主晶界的数量和位置，这使得TFT的设计和制造工艺均变复杂。于是，包括在各TFT的有源沟道区中的主晶界的数量可以彼此不同，导致TFT性能的低劣的一致性。 

美国专利6,177,391公开了一种制造TFT的方法，其中，TFT的具有大的硅晶粒的有源沟道区利用SLS技术形成。当沟道方向平行于晶粒生长方向时，如图4A所示，晶界对电荷载流子方向的阻挡作用最小，因此，TFT可以具有与单晶硅相似的特性。然而，当沟道方向垂直于晶粒生长方向时，如图4B所示，晶界用作电荷载流子的陷井，因此，TFT的特性大大降低。 

实际上，可以制造其沟道方向垂直于晶粒生长方向的TFT。此时，通过将沟道方向相对于晶粒生长方向的角度倾斜30°至60°，TFT的特性一致性可以提高，而不会大幅降低TFT的性能。然而，此方法不能从有源沟道区将主晶界完全去除，因此TFT特性因主晶界的数量不同导致的非均匀性依然存在。 

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种多晶硅层，其可提供具有均匀特性的 薄膜晶体管。 

本发明的另一目的是提供一种具有均匀特性的显示器。 

本发明的其它目的和优点将在以下的说明中部分阐明，且将由该说明而清晰，或者可从本发明的实施中得到启示。 

本发明的前述和其它目的通过提供一种包括有源沟道区的薄膜晶体管(TFT)的多晶硅层实现，其中，最大数量的主晶界存在于有源沟道区上的几率不为0.5，该几率由以下等式获得：