[发明专利]半导体薄膜制造方法及装置、光束成形掩模及薄膜晶体管

说明书

本发明是申请日为2005年3月31日、申请号为200510056200.X(代理人案卷号SPI051307-45)的同一发明名称的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于制造特别具有可控晶粒边界的半导体薄膜的一种方法及一种装置，以及涉及一种薄膜晶体管。

背景技术

作为用于构成液晶显示器中的像素的开关器件，使用形成在玻璃衬底上的薄膜晶体管(下文中简称为“TFT”)。近年来，除取得高度精细的液晶显示器以外，还存在用于提高TFT的运行速度的逐渐增长的需要，以便取得玻璃上系统，并且已关注用于形成高品质激光退火的多晶硅TFT的技术。

按图1所示的方式制造上述TFT。例如，如图1(1)中所示，非晶硅1201形成在于玻璃衬底1203的表面上所形成的绝缘膜1202上。然后，如图1(2)中所示，通过辐射激光1204到非晶硅1201的表面上形成多晶硅1201′。接着，如图1(3)中所示，在所得到的多晶硅1201′上形成源区1207、漏区1209、以及夹在源区1207和漏区1209之间的沟道(有源层)1208。在其上形成栅极绝缘膜1212和栅电极1206。在形成覆盖栅电极1206和栅极绝缘膜1212的层间绝缘膜1211之后，形成贯穿层间绝缘膜1211和栅极绝缘膜1212的接触孔。然后，在层间绝缘膜1211上，分别形成连接源区1207的接触孔的源电极1205和连接漏区1209的接触孔的漏电极1206。由此，完成TFT。

最近，存在用于进一步提高多晶TFT的运行速度的更加逐渐增长的需要。当沟道内的载流子(电子或空穴)的迁移率变得更大时，运行变得更快。然而，当在沟道内具有大量的晶粒边界时，降低了载流子的迁移率。因此，如下所述提出了关于提高载流子迁移率的技术，其中通过控制激光退火时晶体生长，减少了沟道内晶粒边界的数量。第一现有技术

在“在SiO₂上薄硅膜的连续横向固化(Sequential lateralsolidification of thin silicon film on SiO₂)”(Robert S.Sposili和James S.Im，应用物理学(Appl.phys.)Lett69(19)1996第2864-2866页)中公开了一种用于通过扫描窄线光束在扫描方向上形成大晶粒的技术。下面将介绍该技术。

首先，如图2(1)中所示，用指定的掩模使脉冲激光成形为窄线光束1302，并且沿衬底扫描成形的窄线光束1302以辐射到衬底的非晶硅1301上。从而，依序加热(退火)非晶硅1301。

如图2(2)中所示，通过窄线光束1302的第一次辐射，如下进行已溶解的非晶硅膜的结晶。首先，每个晶体向具有窄线扫描方向(光束宽度方向)的终止位置的已溶解区域的中心生长，其是位于起点的与相邻的未溶解区之间的固相和液相的界面。结果，固化的部分成为结晶的多晶硅1301′。而且，每个晶体在中心区域和附近碰撞，并中断了生长，由此在这些区域中形成晶粒边界。在垂直于扫描方向的方向(光束长度方向)上，沿扫描方向产生了大量晶粒边界。

随后，如图2(3)中所示，进行窄线光束1302′的第二次辐射。第二次窄线光束1302′的扫描量等于或小于沿第一次窄线光束1302的扫描方向结晶的晶粒的颗粒大小。

然后，如图2(4)中所示，根据第二次窄线光束1302′的辐射，使用由第一次辐射生长的晶粒作为籽晶进行晶体生长。

通过依序扫描激光辐射区重复非晶硅1301的溶解和结晶，可以形成沿扫描方向延伸的晶粒1303，如图2(5)中所示。

第二现有技术

日本专利待审公开No.11-64883公开了一种用于通过使光束成形为锯齿形光束形状来扫描和辐射的技术，通过利用包括图3(1)中所示的锯齿形图案中的屏蔽部分1402和透射部分1401的屏蔽掩模让光束穿过透射部分1401。在该技术中，用位于起点的光束图案的顶点，进行不仅在扫描方向上的生长，而且在垂直于扫描方向的方向上的晶体生长。结果，如图3(2)中所示，已公开了，能够形成其中按照锯齿形图案的周期控制定位的晶粒1502。在图3(2)中，参考数字1501是高密度晶粒边界区，1503是晶粒边界。