[发明专利]薄膜晶体管、薄膜晶体管基板及电子设备

说明书

本申请是申请日为2004年3月15日、申请号为200480018201.9、发明名称为“薄膜晶体管、薄膜晶体管基板、电子设备及多晶半导体薄膜的制造方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于有源矩阵显示器等中的薄膜晶体管以及多晶半导体薄膜的制造方法。

下面，用“TFT(thin film transistor)”来表示薄膜晶体管，并用“Si”来表示硅。

背景技术

近年来，多晶Si TFT作为在玻璃基板上形成集成电路的薄膜元件，正被积极开发。作为多晶Si薄膜的形成方法，通常使用准分子激光(excimer laser)方法，具体地：首先形成非晶硅Si膜，然后通过照射准分子激光来熔化非晶Si膜并使其再结晶，从而形成多晶Si膜。作为准分子激光方法中使用的激光退火装置，目前市场上售有在其短轴方向上以几十μm的间距扫描照射照射口径为300mm×0.4mm左右的激光的装置。若使用此激光退火装置，则能够形成亚μm级晶粒随机排列的多晶Si膜，因此，能够以高成品率批量生产迁移率为150cm²/Vs左右的TFT。但是，今后为实现TFT的高性能化，需要扩大结晶粒径并控制晶粒位置。

多晶Si膜的大粒径化技术在日本专利第2689596号公报、日本专利申请特开平8-71780号公报、日本专利申请特开平11-274095号公报、MRSBulletin 21卷(1996年)3月刊、以及第61次应用物理学会学术演讲预稿集(2000年)No.2等中均有公开。

在日本专利第2689596号公报中公开的多晶Si膜的大粒径化技术是利用两层的非晶Si膜来使薄膜部分大粒径化的技术。但是，在该大粒径化技术中，对于基于激光照射条件的膜的熔化状态以及膜厚之外的膜的结构，没有任何记载或启示。另外，对于晶粒的位置控制也没有任何记载或启示。

另一方面，改进准分子激光退火方法，从而通过一边控制激光照射位置一边形成与TFT的沟道长度相匹配的几μm的晶粒，推进了伪单晶SiTFT(pseudo single crystal Si TFT)的开发。

例如，在上述MRS Bulletin 21卷(1996年)中公开了这样的技术：通过以0.75μm的间距向形成为岛形状的非晶Si薄膜照射宽度为5μm的极细的线状光束，来形成由大致平行排列的结晶粒界构成的单向生长多晶Si薄膜。另外，在上述第61次应用物理学会学术演讲预稿集(2000年)中公开了这样的技术：使用移相掩模来制造具有μm级强度周期的激光，从而根据照射位置来形成生长至3μm左右的Si晶粒。

在这些通过激光照射位置来控制晶粒位置的情况下，在TFT形成过程中，需要使得到的晶粒和TFT沟道区域高精度地对准。因此，例如在上述第61次应用物理学会学术演讲预稿集(2000年)中公开的那样，需要在基板上设置用于步进器(stepper)的对准标记，并在激光照射装置上设置读取标记用的照相机。

但是，如果设置这样的照相机，激光照射装置就会变得又大又复杂。尤其LCD用玻璃基板目前已达到了1m²左右的大小，因此，如果设置与退火室不同的另外的读取标记用的腔室的话，装置占有面积就会明显增大。另外，为了进行基板的定位，除了X、Y两轴之外还需要进行θ校正，因此，需要能够进行微调用的精密操作的复杂的环节。所以，这样的装置可能会存在成本增加和运行效率下降的问题。另外，由于读取基板标记和定位需要时间，所以退火步骤的处理能力下降。

并且，当使用移相掩模时，由于需要将掩模几乎紧贴到非晶Si表面上，所以在激光退火中从非晶Si膜表面游离出来的Si原子会污染掩模。因此，必须频繁地更换高价格的掩模。从而，存在作为生产设备的激光退火装置价格变高，而且装置的运行效率也会下降的问题。

本发明的目的是提供一种可简单地实现低阈值电压、高载流子迁移率以及低漏电流等性能的薄膜晶体管和多晶半导体薄膜的制造方法等。即，本发明的目的是提供一种不使用高价且复杂的激光照射装置就能够具有被位置控制的沟道区域的薄膜晶体管以及多晶半导体薄膜的制造方法等。

发明内容

为了达到上述目的，本发明涉及的TFT由具有热容量大的大热容量部分和热容量小的小热容量部分的多晶半导体薄膜构成，并且小热容量部分至少被用作沟道部分。此外，多晶半导体薄膜由下述的晶粒膜形成，所述晶粒膜通过小热容量部分完全熔化而大热容量部分不完全熔化的能量密度的激光退火而形成。