[发明专利]半导体薄膜、薄膜晶体管、其制造方法以及半导体薄膜的制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及结晶定向性高的半导体薄膜、薄膜晶体管、半导体薄膜和薄膜晶体管的制造方法、以及半导体薄膜的制造装置。

背景技术

液晶显示装置(LCD)作为现有的普通薄型面板(panel)的一种，具有耗电少、体积小、重量轻等特征。通过对这些特征的充分利用，LCD被广泛应用于个人电脑(personal computer)的监视器(monitor)或携带信息终端设备的监视器等。另外，近年来也被广泛用于TV中，正在逐渐取代现有的阴极射线管(cathode-ray tube)。但是，LCD存在着视角和对比度(contrast)局限较大以及很难满足显示动画时的高速响应需求等问题。作为解决(clear)了这类问题的新一代薄型面板用设备(device)，人们开始使用EL显示装置。这是一种在像素显示部中使用EL元件之类的发光体的电场发光型显示装置。这种EL显示装置是自发光型的，其具备视角广、对比度高、响应速度快等LCD所不具备的特征。

这些显示装置中使用薄膜晶体管(TFT)作为开关(switching)元件。TFT大多采用使用半导体薄膜的MOS结构。TFT分为逆交错(staggered)型和顶栅(top gate)型等不同种类，半导体薄膜也有非晶半导体薄膜和多晶半导体薄膜之分。根据显示装置的用途和性能对其做出适当选择。在小型面板中多数使用多晶半导体薄膜。这是因为，这样可以提高显示区域的开口率，有助于实现TFT的小型化。已知的多晶半导体薄膜的制作方法是，首先在作为基底膜而形成的硅(silicon)氧化膜(SiO₂膜)等的上层形成非晶半导体薄膜后，通过激光照射使半导体薄膜多晶化(专利文献1)。

已知也有在制作出这种多晶半导体薄膜之后制造TFT的方法。具体是，首先在多晶半导体薄膜上形成由SiO₂等构成的栅极(gate)绝缘膜，然后形成栅电极。接着，通过栅极绝缘膜向多晶半导体薄膜导入P(磷(Phosphorus))或B(硼(Boron))等杂质，由此形成源极(source)·漏极(drain)区域。另外，所谓的源极·漏极区域指的是多晶半导体薄膜含有杂质的导电性区域。继而，以后在源极区域中连接源极(source)电极，在漏极区域中连接漏极(drain)电极。这里，源极·漏极区域所包夹的区域就是沟道(channel)区域。其后，覆盖着栅电极和栅极绝缘膜形成层间绝缘膜。继而，在层间绝缘膜和栅极绝缘膜上开口，形成到达多晶半导体薄膜的源极·漏极区域的接触孔(contact hole)。在层间绝缘膜上形成金属膜，并进行构图(patterning)以连接到形成在多晶半导体膜上的源极·漏极区域，形成源极·漏极电极。其后，以连接着漏电极形成像素电极或EL元件，由此形成TFT。

另外，在对非晶半导体薄膜应用众所周知的激光照射法以形成多晶半导体薄膜的情况下，采用由具有约0.2～1.0um左右的随机(random)大小的结晶排列而成的结构。在使用这种具有各种不同结晶粒径(结晶大小)的多晶半导体薄膜形成TFT的情况下，TFT特性会变得参差不齐。这是因为，沟道内所存在的晶粒的尺寸(size)和数量因TFT的配置场所而不同。由此，TFT特性受到影响。在将具有这种特性偏差的TFT用于像素内或周边驱动电路的情况下，写入各个像素的电压或电流也会出现偏差。这会在视觉上形成显示不均匀(uneven)，导致显示特性下降。

因此，人们正在研究怎样使具有这种随机偏差的晶粒尺寸变得均匀，以减少TFT特性的参差不齐。例如，在非专利文献1中描述的是，在真空室腔(chamber)内将基板温度保持在350℃，在此状态下照射Nd：YAG激光的第2高次谐波(以下称为YAG-2ω激光)。进而，将基板旋转90°后再次照射YAG-2ω激光，就可以获得排列成格子状、间隔大致相等的晶粒。在使用借助于这种方法所形成的多晶半导体薄膜制作TFT的情况下，可以使沟道内所存在的晶粒尺寸和数量变得均匀。因此，可以认为，这样做可以降低TFT特性的偏差。

【专利文献1】特开2003-17505号公报

【非专利文献1】Y. Nakata，A.Shimoyama和S.Horita著，《AM-LCD2000》，p265-268