專利名稱：薄膜晶體管、薄膜晶體管基板及電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于有源矩陣顯示器等中的薄膜晶體管以及多晶半導(dǎo)體薄 膜的制造方法。
下面，用"TFT (thin film transistor)"來表示薄膜晶體管，并用 "Si"來表示硅。
背景技術(shù)：
近年來，多晶SiTFT作為在玻璃基板上形成集成電路的薄膜元件，正 被積極開發(fā)。作為多晶Si薄膜的形成方法，通常使用準(zhǔn)分子激光 (excimer laser)方法，具體地首先形成非晶硅Si膜，然后通過照射準(zhǔn) 分子激光來熔化非晶Si膜并使其再結(jié)晶，從而形成多晶Si膜。作為準(zhǔn)分 子激光方法中使用的激光退火裝置，目前市場上售有在其短軸方向上以幾 十pm的間距掃描照射照射口徑為300mmX0.4mm左右的激光的裝置。若 使用此激光退火裝置，則能夠形成亞^m級晶粒隨機排列的多晶Si膜，因 此，能夠以高成品率批量生產(chǎn)遷移率為150cn^/Vs左右的TFT。但是，今 后為實現(xiàn)TFT的高性能化，需要擴大結(jié)晶粒徑并控制晶粒位置。
多晶Si膜的大粒徑化技術(shù)在日本專利第2689596號公報、日本專利申 請?zhí)亻_平8-71780號公報、日本專利申請?zhí)亻_平11-274095號公報、MRS Bulletin 21巻(1996年)3月刊、以及第61次應(yīng)用物理學(xué)會學(xué)術(shù)演講預(yù)稿 集(2000年)No.2等中均有公開。
在日本專利第2689596號公報中公開的多晶Si膜的大粒徑化技術(shù)是利用兩層的非晶Si膜來使薄膜部分大粒徑化的技術(shù)。但是，在該大粒徑化技 術(shù)中，對于基于激光照射條件的膜的熔化狀態(tài)以及膜厚之外的膜的結(jié)構(gòu)， 沒有任何記載或啟示。另外，對于晶粒的位置控制也沒有任何記載或啟不。
另一方面，改進準(zhǔn)分子激光退火方法，從而通過一邊控制激光照射位
置一邊形成與TFT的溝道長度相匹配的幾nm的晶粒，推進了偽單晶Si TFT (pseudo single crystal SiTFT)的開發(fā)。
例如，在上述MRS Bulletin 21巻(1996年)中公開了這樣的技術(shù) 通過以0.75pm的間距向形成為島形狀的非晶Si薄膜照射寬度為5pm的極 細的線狀光束，來形成由大致平行排列的結(jié)晶粒界構(gòu)成的單向生長多晶Si 薄膜。另外，在上述第61次應(yīng)用物理學(xué)會學(xué)術(shù)演講預(yù)稿集(2000年)中 公開了這樣的技術(shù)使用移相掩模來制造具有pm級強度周期的激光，從 而根據(jù)照射位置來形成生長至3pm左右的Si晶粒。
在這些通過激光照射位置來控制晶粒位置的情況下，在TFT形成過程 中，需要使得到的晶粒和TFT溝道區(qū)域高精度地對準(zhǔn)。因此，例如在上述 第61次應(yīng)用物理學(xué)會學(xué)術(shù)演講預(yù)稿集(2000年)中公開的那樣，需要在 基板上設(shè)置用于步進器(stepper)的對準(zhǔn)標(biāo)記，并在激光照射裝置上設(shè)置 讀取標(biāo)記用的照相機。
但是，如果設(shè)置這樣的照相機，激光照射裝置就會變得又大又復(fù)雜。 尤其LCD用玻璃基板目前已達到了 11112左右的大小，因此，如果設(shè)置與 退火室不同的另外的讀取標(biāo)記用的腔室的話，裝置占有面積就會明顯增 大。另外，為了進行基板的定位，除了 X、 Y兩軸之外還需要進行0校 正，因此，需要能夠進行微調(diào)用的精密操作的復(fù)雜的環(huán)節(jié)。所以，這樣的 裝置可能會存在成本增加和運行效率下降的問題。另外，由于讀取基板標(biāo) 記和定位需要時間，所以退火步驟的處理能力下降。
并且，當(dāng)使用移相掩模時，由于需要將掩模幾乎緊貼到非晶Si表面 上，所以在激光退火中從非晶Si膜表面游離出來的Si原子會污染掩模。 因此，必須頻繁地更換高價格的掩模。從而，存在作為生產(chǎn)設(shè)備的激光退 火裝置價格變高，而且裝置的運行效率也會下降的問題。本發(fā)明的目的是提供一種可簡單地實現(xiàn)低閾值電壓、高載流子遷移率 以及低漏電流等性能的薄膜晶體管和多晶半導(dǎo)體薄膜的制造方法等。艮口， 本發(fā)明的目的是提供一種不使用高價且復(fù)雜的激光照射裝置就能夠具有被 位置控制的溝道區(qū)域的薄膜晶體管以及多晶半導(dǎo)體薄膜的制造方法等。

發(fā)明內(nèi)容
為了達到上述目的，本發(fā)明涉及的TFT由具有熱容量大的大熱容量部
分和熱容量小的小熱容量部分的多晶半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成，并且小熱容量部分 至少被用作溝道部分。此外，多晶半導(dǎo)體薄膜由下述的晶粒膜形成，所述 晶粒膜通過小熱容量部分完全熔化而大熱容量部分不完全熔化的能量密度 的激光退火而形成。
這里，完全熔化的能量密度是指微晶化閾值以上的能量密度。通過非 晶半導(dǎo)體膜的激光退火而得到的多晶半導(dǎo)體膜的結(jié)晶粒徑依賴于激光的能
量密度。而且已知以下事實隨著能量密度的增加，所述半導(dǎo)體膜結(jié)晶生 長的結(jié)晶粒徑也增大，但一旦超過了某一特定的能量密度，所述結(jié)晶粒徑
就會變得非常微細(例如在Si的情況下為20nm以下)。但是，根據(jù)膜 厚，在通過激光照射而熔化之后，不結(jié)晶而是非晶化。將此時的能量密度 稱為微晶化閾值。
微晶化被認(rèn)為是通過下述而產(chǎn)生的根據(jù)非晶半導(dǎo)體膜的熔化狀態(tài)從
不完全熔化向完全熔化變化，再結(jié)晶時的晶核生成機理由以基板和非晶半 導(dǎo)體膜之間的界面為成核位置的異質(zhì)成核變?yōu)闆]有特殊的成核位置的同質(zhì) 成核。該晶核生成機理的變化依賴于基板和非晶半導(dǎo)體膜之間的界面所達 到的溫度、膜厚方向上的溫度分布、以及膜的冷卻速度等。因此，微晶化 閾值依賴于非晶半導(dǎo)體膜的膜厚、非晶半導(dǎo)體膜的結(jié)構(gòu)、非晶半導(dǎo)體膜的
光學(xué)常數(shù)、脈沖激光的波長以及脈寬等。例如，經(jīng)激光退火過的多晶Si膜 的微晶化閾值顯示為比激光照射前的非晶Si膜大14y。。另外，若能量密度 進一步增大，就會因為燒蝕(ablation)而發(fā)生膜脫落。
當(dāng)以小熱容量部分完全熔化而大熱容量部分不完全熔化的能量密度進 行激光退火的處理時，大熱容量部分的溫度達到微晶化閾值以下。因此，在大熱容量部分中，基板和非晶半導(dǎo)體膜之間的界面成為主要的成核位 置，結(jié)晶從基板和非晶半導(dǎo)體膜之間的界面向非晶半導(dǎo)體膜表面方向生 長。另一方面，小熱容量部分由于完全熔化，所以基板和非晶半導(dǎo)體膜之 間的界面上的晶核生成被抑制。因此，在大熱容量部分生長的晶粒成為晶 種，并且，該晶種從大熱容量部分沿著從與小熱容量部分之間的界面朝向 小熱容量部分的橫向(膜面方向)生長，從而可以得到粗大粒徑的晶粒 (粗大晶粒)。
這里，如果能量密度過高，從而導(dǎo)致小熱容量部分和大熱容量部分均 完全熔化的話，在小熱容量部分和大熱容量部分上均會生長微晶化組織。 相反，如果能量密度過低從而導(dǎo)致大熱容量部分的熔化不充分的話，將會 在基板和非晶半導(dǎo)體膜之間的界面附近殘留非晶半導(dǎo)體膜區(qū)域。這樣，晶 種會在從小熱容量部分和大熱容量部分的界面靠近小熱容量部分的一側(cè)形 成，因而粗大晶粒的粒徑變小。而且，當(dāng)能量密度過低從而小熱容量部分 不完全熔化時，由于在基板和非晶半導(dǎo)體膜之間的界面上引起晶核的生 成，所以在大熱容量部分和小熱容量部分上均形成隨機生成的異質(zhì)(例如
在Si的情況下小于lpm)晶粒。
因此，選定這樣的條件照射能量密度在小熱容量部分上大于等于微 晶化閾值且小于燒蝕閾值，而在大熱容量部分則大于等于非晶半導(dǎo)體膜在 膜厚方向上完全多晶化的值且小于微晶化閾值。
因此，作為本發(fā)明中的激光退火的能量密度，所謂小熱容量部分完全 熔化的能量密度是大于等于小熱容量部分的微晶化閾值且小于燒蝕閾值的 能量密度，所謂大熱容量部分不完全熔化的能量密度是大于等于大熱容量 部分的多晶化閾值且小于微晶化閾值的能量密度。另外，作為本發(fā)明中的 激光退火的能量密度，所謂小熱容量部分完全熔化的能量密度也可以是大 于等于小熱容量部分的微晶化閾值的能量密度，所謂大熱容量部分不完全
熔化的能量密度也可以是小于大熱容量部分的微晶化閾值的能量密度。
另外，本發(fā)明的TFT也可以如下構(gòu)成使小熱容量部分位于兩個大熱
容量部分之間，并使這些大熱容量部分之間的距離根據(jù)位置而不同。 小熱容量部分與每個大熱容量部分具有界面。從這些界面向小熱容量部分的區(qū)域內(nèi)分別有粗大晶粒生長，并且粗大晶粒相互沖突(collide)的 面成為晶界。若中間夾著小熱容量部分的兩個大熱容量彼此之間的距離在 任何位置均恒定，則這些大熱容量部分和小熱容量部分之間的兩個界面平 行，因而晶界也被形成在與兩個界面等距離的位置上。即，晶界的位置被 一維控制。與此相對，當(dāng)大熱容量部分彼此之間的距離根據(jù)位置而不同 時，由于這些大熱容量部分和小熱容量部分之間的兩個界面不平行，所以 晶界也被形成在復(fù)雜的位置上。S卩，晶界的位置被二維控制。
另外，多晶半導(dǎo)體薄膜的大熱容量部分的膜厚較厚，小熱容量部分的 膜厚較薄?；蛘撸辉谛纬纱鬅崛萘坎糠值陌雽?dǎo)體薄膜的區(qū)域的基板上形 成下層膜。
若向具有上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜照射某一能量密度的激光，膜厚較厚 的部分或具有下層膜的部分例如由于單位質(zhì)量的能量值小，溫度難以上 升，因而成為大熱容量部分。另一方面，膜厚薄的部分或沒有下層膜的部 分例如由于單位質(zhì)量的能量值大，溫度易于上升，因此成為小熱容量部 分。
所述下層膜由金屬膜、金屬硅化膜或金屬氮化膜等熱容量大的材料構(gòu) 成。在小熱容量部分位于大熱容量部分彼此之間的情況下，可以得到從大 熱容量部分和小熱容量部分的界面向小熱容量部分一側(cè)生長的粒徑粗大的 晶粒(粗大晶粒)。溝道部分被形成在粗大晶粒的列上。另外也可以如下
形成小熱容量部分位于兩個大熱容量部分之間，具有從這些大熱容量部
分和小熱容量部分的界面向小熱容量部分一側(cè)生長并彼此接觸的兩排粗大 晶粒。通過在兩列粗大晶粒每一排上形成溝道部分來形成雙柵結(jié)構(gòu)。小熱 容量部分可以是具有由粒徑粗大的晶粒形成的區(qū)域和由粒徑細小的晶粒形 成的區(qū)域的結(jié)構(gòu)。在包含粒徑細小的晶粒的區(qū)域形成雜質(zhì)導(dǎo)入?yún)^(qū)域。此 時，雜質(zhì)導(dǎo)入?yún)^(qū)域被形成為低濃度雜質(zhì)導(dǎo)入?yún)^(qū)域。
本發(fā)明涉及的薄膜晶體管包括提供到同一基板上的低閾值電壓的TFT 和將多晶膜或微晶膜用于溝道部分的中閾值電壓的TFT。另外，也可以在 同一基板上具有由本發(fā)明涉及的TFT形成的低閾值電壓的TFT、將多晶膜 或微晶膜用于溝道部分的中閾值電壓的TFT、以及將非晶膜用于溝道部分的高閾值電壓的TFT。另外，也可以通過使用不同閾值電壓的TFT來形成 薄膜集成電路。
本發(fā)明涉及的多晶半導(dǎo)體薄膜的制造方法包括半導(dǎo)體膜形成步驟， 在基板上形成具有熱容量大的大熱容量部分和熱容量小的小熱容量部分的 非單晶半導(dǎo)體薄膜；以及退火步驟，向非單晶半導(dǎo)體薄膜照射小熱容量部
分完全熔化而大熱容量部分不完全熔化的能量密度的激光。優(yōu)選的是，在 退火步驟中，激光是被加工成具有短軸和長軸的線狀的斑直徑的脈沖激 光，并一邊在短軸方向上以小于等于多晶半導(dǎo)體薄膜粒徑的短軸方向的移 動距離依次移動所述激光， 一邊進行照射。當(dāng)形成非單晶半導(dǎo)體薄膜時， 使小熱容量部分位于兩個大熱容量部分之間，并使這些大熱容量部分之間 的距離根據(jù)位置而不同。也可以使大熱容量部分僅存在于被激光照射的區(qū) 域的一部分上。
另外，可以將本發(fā)明涉及的薄膜晶體管基板安裝到液晶顯示裝置、有 機電致發(fā)光(EL)顯示裝置、移動電話機、移動信息終端或電子設(shè)備中。 另外，本發(fā)明可以改變成如下結(jié)構(gòu)。
艮P，由具有熱容量不同的區(qū)域的多晶半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成，具有彼此相對 的大熱容量部分和位于這些大熱容量部分之間的小熱容量部分，所述小熱 容量部分至少被用作溝道部分，所述多晶半導(dǎo)體薄膜由下述的晶粒膜形 成，所述晶粒膜通過所述小熱容量部分完全熔化而所述大熱容量部分不完 全熔化的能量密度的激光退火而形成，并且使所述大熱容量部分彼此之間 的距離不同。
另外，也可以為以下結(jié)構(gòu)由具有熱容量不同的區(qū)域的多晶半導(dǎo)體薄
膜構(gòu)成，所述小熱容量部分至少被用作溝道部分，大熱容量部分通過所述 多晶半導(dǎo)體薄膜與金屬膜、金屬硅化膜或金屬氮化膜等接觸而形成，所述 多晶半導(dǎo)體薄膜由下述的晶粒膜形成，所述晶粒膜通過所述小熱容量部分 完全熔化而所述大熱容量部分不完全熔化的能量密度的激光退火而形成。
另外，也可以為以下結(jié)構(gòu)由具有熱容量不同的區(qū)域的多晶半導(dǎo)體薄 膜構(gòu)成，小熱容量部分至少被用作溝道部分，所述多晶半導(dǎo)體薄膜由下述 的晶粒膜形成，所述晶粒膜通過所述小熱容量部分完全熔化而所述大熱容量部分不完全熔化的能量密度的激光退火而形成。
另外，也可以是具有從所述大熱容量部分和小熱容量部分的界面向所 述小熱容量部分一側(cè)生長的粗大晶粒的列的結(jié)構(gòu)。在所述小熱容量部分 中，也可以在與所述粗大晶粒列鄰接的區(qū)域上形成細小晶粒。
另外，本發(fā)明的TFT也可以具有雙柵結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的TFT基板具有僅將所述粗大晶粒列用作溝道部分的低閾值電 壓TFT和將所述粗大晶粒列以外的區(qū)域用作溝道部分的中閾值電壓TFT。
另外，本發(fā)明的TFT基板除了所述閾值電壓TFT和所述中閾值電壓 TFT以外，還可以具有將非晶半導(dǎo)體用作活性層的高閾值電壓TFT。
并且，本發(fā)明的TFT基板也可以具有薄膜集成電路，該薄膜集成電路 由所述具有不同閾值電壓的TFT形成。
本發(fā)明的電子設(shè)備的特征在于具有所述TFT基板。這樣的電子設(shè)備也 可以是液晶顯示裝置、有機EL顯示裝置、移動電話機或移動信息終端。
本發(fā)明的多晶半導(dǎo)體薄膜的制造方法向具有熱容量不同的區(qū)域的非單 晶半導(dǎo)體薄膜照射被加工成線狀的脈沖激光，從而在所述小熱容量部分形 成被位置控制的粗大晶粒，其中所述脈沖激光具有小熱容量部分完全熔化 而大熱容量部分不完全熔化的能量密度，在該多晶半導(dǎo)體薄膜的制造方法 中，可以以小于等于多晶半導(dǎo)體薄膜在所述激光的短軸方向上的粒徑的移 動距離， 一邊在短軸方向上依次移動所述脈沖激光， 一邊進行照射。
另外，也可以具有相對的大熱容量部分，并使所述相對的大熱容量部 分之間的距離在激光照射區(qū)域內(nèi)變化。并且，所述大熱容量部分也可以僅 存在于激光照射區(qū)域的一部分上。
并且，本發(fā)明也可以具有以下結(jié)構(gòu)被形成在所述小熱容量部分上的 所述溝道部分的溝道寬度方向上的端部不比所述大熱容量部分的溝道寬度 方向上的端部向外突出。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，在進行蝕刻處理等時，由粗大晶粒形成的溝道區(qū)域 不會被過蝕刻，從而能夠提供具有與設(shè)計值相同的閾值電壓的薄膜晶體 管。


圖1的[1] [4]是本發(fā)明第一實施方式的截面圖，制造步驟按照圖1的 [1]至[4]的順序進行；
圖2的[1] [4]是本發(fā)明第一實施方式的平面圖，制造步驟按照圖2的 [1]至[4]的順序進行；
圖3是示出本發(fā)明的比較例的平面圖4的[1] [3]是接在圖1之后的TFT制造步驟的截面圖，其中，圖 4[1]是第一例，圖4[2]是第二例，圖4[3]是第三例；
圖5的[l]是接在圖4[2]所示步驟之后的TFT制造步驟的截面圖，圖5 的[2]和[3]分別是中閾值電壓TFT的截面圖6的[l] [4]是本發(fā)明第二實施方式的截面圖，制造步驟按照圖6 的[1]至[4]的順序進行；
圖7的[l] [3]是本發(fā)明第三實施方式的截面圖，制造步驟按照圖7 的[1]至[3]的順序進行；
圖8的[l] [2]是示出現(xiàn)有例的平面圖，制造步驟按照圖8的[1]至[2] 的順序進行；
圖9的[l] [2]是本發(fā)明第四實施方式的截面圖，制造步驟按照圖9 的[1]至[2]的順序進行；
圖IO的[I] [3]是示出本發(fā)明第一實施例中的大熱容量部分和小熱容 量部分的界面的平面圖，其中，圖10[1]是第一例，圖10[2]是第二例，圖 10[3]是第三例；
圖H的[l] [3]是本發(fā)明第二實施例的截面圖，其中，圖ll[l]是第 一制造步驟，圖11[2]是第二制造步驟的第一例，圖11[3]是第二制造步驟 的第二例；
圖12的[l] [4]是本發(fā)明第三實施例的截面圖(其一)，制造步驟按 照圖12[1] [4]的順序進行；
圖13的[1]和[2]是本發(fā)明第三實施例的截面圖(其二)，制造步驟按 照圖13[1]至圖13[2]的順序進行；
圖14的[1]和[2]是本發(fā)明第五實施方式的示意圖，其中，圖14[1]是方框圖，圖14[2]是外觀圖15的[1]和[2]是本發(fā)明第六實施方式的示意圖，其中，圖15[1]是方
框圖，圖15[2]是外觀圖;
圖16的[1]和[2]是本發(fā)明比較例的示意圖，其中，圖16[1]是平面圖， 圖16[2]是沿圖16[1]中XVI—XVI線的截面圖17的[1]和[2]是本發(fā)明第七實施方式的示意圖，其中，圖17[1]是平 面圖，圖17[2]是示出避免了粗大晶粒被過度蝕刻的截面圖18的[1]和[2]是本發(fā)明第七實施方式的示意圖，圖18的[l]和[2]是 平面圖。
具體實施例方式
下面，對本發(fā)明的實施方式進行詳細的說明。 (第一實施方式)
圖1的[1] [4]以及圖2的[1] [4]所示的本發(fā)明實施方式的特點在 于，使半導(dǎo)體薄膜的膜厚不同地形成多晶晶粒膜。
首先，在絕緣板12上沉積非晶Si膜14 (圖l[l]、圖1[2])。接著， 使用光刻膠(PR)法和干式蝕刻(DE)法對非晶Si膜實施圖形化，使非 晶Si膜14的膜厚改變，由此形成熱容量不同的區(qū)域、即大熱容量部分16 和小熱容量部分18。此時，從表面觀察，使大熱容量部分16和小熱容量 部分18的界面形成為矩形波形狀(圖1[2]、圖2[2])。因此，隔著小熱容 量部分18而相對的大熱容量部分16彼此之間的距離D1、 D2不固定。
接著，向非晶Si膜14照射準(zhǔn)分子激光20。將準(zhǔn)分子激光20的能量 密度設(shè)為小熱容量部分18完全熔化而大熱容量部分16不完全熔化的能量 密度。結(jié)果，粗大晶粒26從大熱容量部分16和小熱容量部分18的界面向 小熱容量部分18—側(cè)生長，并且位置控制良好地形成為列形狀(圖1[3]、 圖1[4])。
這里，完全溶解的能量密度是指微晶化閾值以上的能量密度。在非晶 Si膜的激光退火中，形成的多晶Si膜的結(jié)晶粒徑依賴于激光的能量密度 (例如參考日本專利申請?zhí)亻_平11-274095號公報)。即，已知以下事實結(jié)晶粒徑隨著能量密度增加而不斷變大，但如果超過某一特定的能量
密度的話，就會變?yōu)闃O其細小，如20nm以下(根據(jù)膜厚，在經(jīng)激光照射
而熔化之后不結(jié)晶而是被非晶化)。將此時的能量密度稱為微晶化閾值。 當(dāng)薄膜的熔化狀態(tài)從不完全熔化向完全熔化變化時，再結(jié)晶時的晶核
生成機理由以基板和Si膜之間的界面為成核位置的異質(zhì)成核向沒有特殊成
核位置的同質(zhì)成核變化。由此可以認(rèn)為發(fā)生了微晶化。另外，當(dāng)完全熔化
時，基板和Si膜的界面上的晶核生成受到抑制，其結(jié)果，晶核生成的潛伏
時間變得非常長。
該晶核發(fā)生機理的變化依賴于基板和薄膜的界面所達到的溫度、膜厚 方向上的溫度分布、膜的冷卻速度等。因此，微晶化閾值依賴于薄膜的膜 厚、薄膜的結(jié)構(gòu)、薄膜的光學(xué)常數(shù)、脈沖激光的波長和脈寬等而變化。例
如，經(jīng)激光退火過的多晶Si膜的微晶化閾值顯示為比激光照射前的非晶Si 膜大約大14%的值。另外，若能量密度進一步增大，就會因為燒蝕而發(fā)生 膜脫落。
在本實施方式中，小熱容量部分18不全部微晶化而是在小熱容量部 分18中形成粗大晶粒26的機理是源于有大熱容量部分16存在。即，由于 以微晶化閾值以下的能量密度照射大熱容量部分16，因而基板和Si的界 面成為主要的成核位置。另一方面，通過小熱容量部分18被完全熔化， 基板和Si的界面上的晶核生成受到抑制。因此，在大熱容量部分16中形 成的成核位置24成為晶種，并獲得向小熱容量部分18的橫向(膜面方 向)生長的粗大晶粒26。如果選定隔著小熱容量部分18而相對的大熱容 量部分16彼此之間的距離，則粗大晶粒26形成為列狀，并將小熱容量部 分18分為兩部分(圖1的[3]和[4])。此時，在兩排粗大晶粒26的結(jié)晶生 長端部形成近似垂直于溝道方向的晶界34。
這里，在低于小熱容量部分18的微晶化閾值的能量密度下，在小熱 容量部分18上也形成從基板和Si之間的界面成核的小的晶粒。另一方 面，在大熱容量部分16的微晶化閾值以上的能量密度下，大熱容量部分 16和小熱容量部分18雙方均被微晶化。
另外，在本實施方式中，如圖2所示，隔著小熱容量部分18而相對的大熱容量部分16彼此之間的距離不固定。與這些距離相應(yīng)的區(qū)域被定
義為短距離區(qū)域28和長距離區(qū)域30。因此，首先在相對短距離區(qū)域28 上，從不同方向結(jié)晶生長的兩排粗大晶粒26在將小熱容量部分18分為兩 部分的地點彼此沖突并因此而停止生長，從而在該結(jié)晶生長端部形成晶界 34。此時，從不同方向結(jié)晶生長的兩排粗大晶粒26未到達長距離區(qū)域30 中的將小熱容量部分18分為兩部分的地點，由此有熔液(melt) 32殘留 (圖2[3])。隨著時間的推移，長距離區(qū)域30的粗大晶粒26生長并充填 該熔液32的殘留區(qū)域。于是，兩排粗大晶粒26的結(jié)晶生長端部彼此沖突 并同樣地形成晶界34 (圖2[4p 。
本實施方式的TFT由具有膜厚薄的小熱容量部分18和膜厚厚的大熱 容量部分16的多晶Si膜36構(gòu)成，其中膜厚薄的小熱容量部分18至少被 用于溝道部分。并且，多晶半導(dǎo)體薄膜由通過下述能量密度的激光退火而 形成的晶粒膜構(gòu)成，所述能量密度具有使小熱容量部分完全熔化而使大熱 容量部分不完全熔化的大小。由于通過從小熱容量部分18和大熱容量部 分16的界面生長的列狀粗大晶粒26來形成溝道部分，所以使用一般的激 光退火裝置就能夠容易地實現(xiàn)低閾值電壓、高載流子遷移率以及低漏電流 等性能。
圖3是示出本發(fā)明的比較例的平面圖。下面，根據(jù)圖2的[1] [4]以及 圖3來進行說明。
如上所述，本實施方式可以通過進行二維位置控制來形成粗大晶粒 26。另一方面，本比較例是中間夾著小熱容量部分的大熱容量部分16彼 此之間的距離為恒定的示例。此時，盡管能夠進行粗大晶粒26的位置控 制，但是該控制僅限于一維控制，而不能對箭頭35方向上的晶粒位置進 行控制?？梢钥紤]所要求的TFT的性能及其均勻性、以及在TFT制造步 驟中的圖形精度和其均勻性以及再現(xiàn)性等因素來選擇粗大晶粒26的控制 是采用一維控制還是二維控制。
圖4的[1] [3]是接在圖1之后的TFT制造步驟的截面圖，其中，圖 4[1]是第一例，圖4[2]是第二例，圖4[3]是第三例。下面，根據(jù)圖1的 [1] [4]以及圖4的[1] [3]來進行說明。接在圖1[4]所示的步驟之后，對由粗大晶粒26構(gòu)成的多晶Si膜36進 行圖形化，沉積柵絕緣膜37，并僅在由小熱容量部分18的粗大晶粒26構(gòu) 成的多晶Si膜36上經(jīng)柵絕緣膜37而形成柵電極38 (圖4[lp 。
由小容量部分18的粗大晶粒26構(gòu)成的多晶Si膜36的位置不依賴于 激光照射的位置，而是依賴于使用了 PR法的大熱容量部分16的位置。因 此，在TFT的形成中，無需使用特殊的激光退火裝置，通過步進器就能夠 容易地使由小熱容量部分18的粗大晶粒26構(gòu)成的多晶Si膜36的位置與 柵電極38的位置高精度地對準(zhǔn)。柵電極38的位置決定溝道區(qū)域39的位 置。
粗大晶粒26隔著晶界34而形成為兩列。圖4[1]的TFT橫跨小熱容量 部分18的兩個粗大晶粒26而形成了柵電極38 (溝道區(qū)域39)，并獲得 了低遷移率且高閾值電壓的特性。圖4[2]的TFT僅在由小熱容量部分18 的一個粗大晶粒26構(gòu)成的多晶Si膜36上形成了柵電極40 (溝道區(qū)域 41)，并獲得了高遷移率且低閾值電壓的特性。圖4[3]的TFT在由小熱容 量部分18的兩個粗大晶粒26構(gòu)成的多晶Si膜36上分別形成了柵電極 42a、 42b (溝道區(qū)域43a、 43b)，并獲得了高遷移率且低閾值電壓的特 性。這里所稱的"低遷移率且高閾值電壓"是相對本發(fā)明涉及的偽單晶 TFT而言的，而與現(xiàn)有技術(shù)相比可達到高性能。
如上所述，通過粗大晶粒26的粒徑和所要求的溝道長度的結(jié)合，可 以獲得遷移率和閾值電壓不同的多種TFT特性。圖4[1]的TFT是通過控制 使晶界34形成為一個平面(相對于溝道長度方向的一個平面)的。圖4[2] 的TFT是沒有與溝道長度方向近似垂直的晶界34的偽單晶TFT，具有高 遷移率且低閾值電壓的特性。圖4[3]的TFT是沒有與溝道長度方向近似垂 直的晶界34的偽單晶TFT，并且是與形成為兩排的粗大晶粒26的每一排 相應(yīng)地形成溝道部分的雙柵結(jié)構(gòu)的偽單晶TFT。
圖5的[l]是接在圖4[2]所示步驟之后的TFT制造步驟的截面圖，圖5 的[2]和[3]分別是中閾值電壓TFT的截面圖。下面，根據(jù)圖4的[1] [3]以 及圖5的[1] [3]來進行說明。
接在圖4[2]所示的步驟之后，通過導(dǎo)入雜質(zhì)來形成源/漏極區(qū)域46。在這里，根據(jù)需要也可以設(shè)置LDD區(qū)域。接著，沉積層間絕緣膜47，開 接觸孔48并形成源/漏電極49，由此完成了TFT (圖5[lp 。
另外，在圖5[2]的TFT中，在大熱容量部分16的小粒徑區(qū)域50上設(shè) 置柵電極52，從而將小粒徑區(qū)域50用作溝道部分。此時，小粒徑區(qū)域50 的結(jié)晶粒徑小于上述粗大晶粒26的粒徑。其原因是大熱容量部分16的 膜厚較厚，熱容量大，因此結(jié)晶生長受到抑制，從而導(dǎo)致結(jié)晶粒徑變小。
圖5[3]的TFT通過在小熱容量部分18的微晶化區(qū)域54上設(shè)置柵電極 56而將微晶化區(qū)域54用作溝道部分。
此時，微晶化區(qū)域54的結(jié)晶粒徑小于上述小粒徑區(qū)域50的粒徑。其 原因是小熱容量部分18的膜厚較薄，熱容量小，并且不存在與小熱容 量部分18形成界面的大熱容量部分16，因此，沒有如上述的在大熱容量 部分16中形成的粗大晶粒朝著小熱容量部分18結(jié)晶生長的情況，而且在 小熱容量部分18中結(jié)晶粒徑被微細化。
下面，粗大晶粒是指在本發(fā)明中通過完全熔化和非完全熔化的熔融差 而形成的晶粒。另外，小晶粒是指在非完全熔化下形成的晶粒，特別是指 在大熱容量部分16中形成的晶粒。另外，微小晶粒是指在完全熔化且在 同質(zhì)成核的情況下形成的晶粒。并且，這些結(jié)晶粒徑具有粗大晶粒的粒徑 〉小晶粒的粒徑〉微小晶粒的粒徑的關(guān)系。
這些TFT與圖5[1]中的將粗大晶粒26用作溝道部分的高性能TFT相 比，顯示出高閾值電壓的特性。因此，通過改變大熱容量部分18的配 置，可以容易地在同一基板上分開制作閾值電壓不同的多種TFT。
通過使用閾值電壓不同的多種TFT，可以形成具有電平位移電路和電 源升壓電路等薄膜集成電路的TFT基板。使用該TFT基板能夠形成通過 輸入低電源電壓可獲得高工作電壓的低功耗電子設(shè)備。另外，根據(jù)電子設(shè) 備，還可以獲得使用未照射激光而殘留有非晶Si膜的區(qū)域形成了更高閾值 電壓的非晶Si TFT的TFT基板。
特別是當(dāng)將Si膜制成30nm以下的薄膜時，會有由于蝕刻接觸孔的步 驟中Si膜被穿透而步驟成品率變差的傾向。與此相對，在本實施方式中， 由于大熱容量部分16被做成更厚，所以Si膜不會因蝕刻而穿透，因此可以改善成品率。
(第二實施方式)
根據(jù)圖6[1]至圖6[4]來說明本發(fā)明的第二實施方式。在圖6[1]至圖 6[4]所示的本發(fā)明的實施方式中，通過使用熱容量大的下層膜而使半導(dǎo)體 薄膜具有熱容量差。下面，進行詳細的說明。
在絕緣基板12上沉積金屬膜58 (圖6[1])。金屬膜58優(yōu)選是W、 Ti、 Ta等在一般的半導(dǎo)體制造工藝中使用的高熔點金屬，也可以是這些高 熔點金屬的硅化物或氮化物。接著，對金屬膜58進行圖形化，并將該圖 形化了的金屬膜58用作下層膜(圖6[2p 。
接著，沉積非晶Si膜14 (圖6[3])。其結(jié)果是，與金屬膜58接觸的 區(qū)域成為大熱容量部分16，其余的區(qū)域成為小熱容量部分18。接著，向 非晶Si膜14照射準(zhǔn)分子激光。激光的能量密度是小熱容量部分18完全熔 化而大熱容量部分16不完全熔化的能量密度。其結(jié)果，粗大晶粒從大熱 容量部分16和小熱容量部分18的界面向小熱容量部分18 —側(cè)生長(圖 6[4])。
與第一實施方式中利用膜厚差來形成熱容量不同的區(qū)域的情況相比， 當(dāng)利用作為下層膜的金屬膜58的有無來形成熱容量不同的區(qū)域時，粗大 晶粒26的粒徑有擴大的傾向。這是因為由于金屬膜58的冷卻效果，金 屬膜58和非晶Si膜14的界面更優(yōu)先成為成核位置，因此，在大熱容量部 分16中晶核生成的潛伏時間變得更短，其結(jié)果，大熱容量部分16中的晶 核生成的潛伏時間和小熱容量部分18中的晶核生成的潛伏時間的時間差 變大。
與第一實施方式一樣，在本實施方式中也可以通過精密控制形成使溝 道部分與粗大晶粒26對應(yīng)的TFT。并且，在使大熱容量部分16與TFT的 源/漏極層對應(yīng)的情況下，將金屬膜58用作與配線之間的接觸部分，由此 可以減少接觸電阻。
特別是當(dāng)將Si膜制成30nm以下的薄膜時，會有由于蝕刻接觸孔的步 驟中Si膜被穿透而步驟成品率變差的傾向。與此相對，在本實施方式中， 由于金屬膜58成為蝕刻阻止層，所以不會出現(xiàn)成品率變差的現(xiàn)象。(第三實施方式)
根據(jù)圖7的[1] [3]來說明本發(fā)明的第三實施方式。
在絕緣基板上形成了非晶Si膜，該非晶Si膜具有使大熱容量部分16 成為帶狀的熱容量差(圖7[lp 。接著，以小熱容量部分18完全熔化而大 熱容量部分16不完全熔化的能量密度照射準(zhǔn)分子激光60，該準(zhǔn)分子激光 是被加工成光束短軸的寬度為10jum以下的極細的線狀光束。準(zhǔn)分子激光 60以其長軸側(cè)橫跨大熱容量部分16和小熱容量部分18的方式來進行照 射，并且光束寬度(光束短軸方向)窄。因此，結(jié)合熱容量差的效果，在 被夾在大熱容量部分16之間的小熱容量部分18上形成進行了二維位置控 制的粗大晶粒26 (圖7[2p 。
接著， 一邊在光束寬度方向上移動一邊掃描照射準(zhǔn)分子激光60。掃描 間距設(shè)為粗大晶粒26在掃描方向上的粒徑以下。其結(jié)果，粗大晶粒26作 為晶種在掃描方向上連續(xù)生長，從而形成與掃描距離相應(yīng)長度的連續(xù)生長 晶粒62 (圖7[3p 。
這里，在不在非晶Si膜14上設(shè)置熱容量差的現(xiàn)有示例中，盡管如圖 8[2]所示的那樣可獲得在掃描方向上連續(xù)生長的晶粒63，但其生長位置不 能如圖8[1]所示的那樣在光束長軸方向上進行控制。另外，光束長軸方向 的結(jié)晶粒徑(晶粒寬度)也小。即，在本發(fā)明中，通過使用具有熱容量差 的非晶Si膜，可以形成晶粒寬度擴大的連續(xù)生長晶粒62并同時對其進行 位置控制。
連續(xù)生長晶粒62的位置依賴于使用PR法的大熱容量部分16的位 置。因此，在TFT的形成中，可以使用步進器來容易并高精度地對準(zhǔn)連續(xù) 生長晶粒62的位置和溝道位置。 (第四實施方式)
根據(jù)圖9來說明本發(fā)明的第四實施方式。
在絕緣基板上形成設(shè)置了熱容量差的非晶Si膜14 (圖9[1])。大熱 容量部分16僅被點綴在激光照射開始預(yù)定位置的附近，光束長度方向上 的大熱容量部分16的寬度在掃描方向上逐漸變細。與第三實施方式一 樣，使用 線狀的準(zhǔn)分子激光60并以結(jié)晶粒徑以下的間距來進行掃描照射。該結(jié)晶粒徑相當(dāng)于在被夾在大熱容量部分16中間的小熱容量部分18 中形成的晶粒的掃描方向上的粒徑。此時，激光退火的照射能量密度被設(shè)
定為小熱容量部分18完全熔化而大熱容量部分16不完全熔化的能量密 度。
在被夾在大熱容量部分16中間的小熱容量部分18中形成的粗大晶粒 26成為晶種，并在掃描方向上連續(xù)生長。此時，通過控制大熱容量部分 16的形狀和大熱容量部分16的間隔，可以形成晶粒寬度擴大的連續(xù)生長 晶粒62，該連續(xù)生長的晶粒62即使在掃描過程中大熱容量部分16消失也 會不間斷地連續(xù)生長。即，僅通過控制晶種位置，就可以獲得位置被控制 的連續(xù)生長晶粒62。
若要在沒有大熱容量部分16的區(qū)域上也能夠良好地控制并維持連續(xù) 生長，則在大熱容量部分16的后端形成的楔形角度a和大熱容量部分16 的間隔x的值尤其重要，大熱容量部分16的后端角a優(yōu)選為30度至90 度，大熱容量部分16的間隔x優(yōu)選為光束長度方向上的結(jié)晶粒徑的大約 兩倍以內(nèi)的尺寸。
連續(xù)生長晶粒62的位置依賴于使用PR法的大熱容量部分16的位 置。因此，在TFT的形成中，可以使用步進器來容易并高精度地對準(zhǔn)連續(xù) 生長晶粒62的位置和溝道位置。
在第五和第六實施方式中，使用在上述實施方式中描述的本發(fā)明的 TFT基板來形成電子設(shè)備。本發(fā)明的TFT基板具有本發(fā)明的低閾值電壓 TFT、中閾值電壓TFT、大閾值電壓TFT等。并且，在第五實施方式中， 作為電子設(shè)備形成移動電話機，在第六實施方式中，作為電子設(shè)備形成移 動信息終端，當(dāng)然，電子設(shè)備不限于這些。 (第五實施方式)
根據(jù)圖14的[1]和[2]來說明本發(fā)明的第五實施方式。
圖14[1]所示的有機EL顯示裝置100包括信號線101、電源線 102、使用低閾值電壓TFT和中閾值電壓TFT的電源升壓電路103、使用 低閾值電壓TFT的數(shù)據(jù)線驅(qū)動電路104、使用低閾值電壓TFT和中閾值電 壓TFT的放大電路105、使用低閾值電壓TFT的柵線驅(qū)動電路106、使用低閾值電壓TFT和中閾值電壓TFT的電平位移電路107、以及使用中閾值 電壓TFT的電流鏡像素電路陣列(current mirror pixel circuit array)(顯示 區(qū)域)108等。
圖14[2]所示的移動電話機150將沒有圖示的收發(fā)電路、信號處理電路 等收納在機殼151內(nèi)，并包括圖14[1]的有機EL顯示裝置100、揚聲器 152、天線153、開關(guān)類部件154、以及擴音器155等。 (第六實施方式)
根據(jù)圖15的[1]和[2]來說明本發(fā)明的第六實施方式。
圖15[1]所示的液晶顯示裝置200包括信號線201、電源線202、使 用低閾值電壓TFT和中閾值電壓TFT的電源升壓電路203、使用低閾值電 壓TFT的數(shù)據(jù)線驅(qū)動電路204、使用低閾值電壓TFT和中閾值電壓TFT 的放大電路205、使用低閾值電壓TFT的柵線驅(qū)動電路206、使用低閾值 電壓TFT和中閾值電壓TFT的電平位移電路207、使用大閾值電壓TFT 的像素TFT陣列(顯示區(qū)域)208等。
圖15[2]所示的移動信息終端250將沒有圖示的收發(fā)電路、信號處理電 路等收納在機殼251內(nèi)，并包括圖15[1]的液晶顯示裝置200、筆式輸入 裝置252、以及開關(guān)類部件253等。 (發(fā)明的實施例) (第一實施例)
使用圖1[1] [4]、圖2[1] [4]、圖4[1] [3]、圖5[1] [3]以及圖 10[1] [3]來說明基于本發(fā)明第一實施方式的第一實施例。
將康寧(coming) 1737玻璃基板用作絕緣基板，其中作為覆蓋膜沉積 了膜厚為300nm的SiOj莫。接著，通過PECVD (plasma enhanced CVD， 等離子體增強化學(xué)氣相沉積)法來沉積非晶Si膜14，使其膜厚達到 70nm。接著，通過在50(TC下進行IO分鐘的退火來進行非晶Si膜14的脫 氫處理(圖l[l])。
接著，通過PR法和DE法對非晶Si膜進行圖形化，使一部分區(qū)域成 為膜厚30nm的薄膜。由此，膜厚厚的部分成為大熱容量部分16，膜厚薄 的部分成為小熱容量部分18。此時，將大熱容量部分16和小熱容量部分18的界面設(shè)為矩形波狀。中間夾著小熱容量部分18而相對的大熱容量部
分16彼此之間的距離在短距離區(qū)域28設(shè)為3pm，在長距離區(qū)域30設(shè)為 4)am，并將各個區(qū)域上的大熱容量部分16和小熱容量部分18之間界面的 長度(膜面方向)設(shè)為1.5,(圖1[2]、圖2[2])。
接著，以能量密度為400mJ/cm2的條件照射激光。膜厚為30nm的部 分的微晶化閾值是370mJ/cm2，膜厚為70nm的部分的微晶化閾值是 470mJ/cm2，由此選定了上述的照射能量密度。其結(jié)果，在大熱容量部分 16和小熱容量部分18的界面附近出現(xiàn)了成核位置24，并向小熱容量部分 18橫向生長的粗大晶粒26經(jīng)二維位置控制而形成。粗大晶粒26在主要的 晶粒成長方向上的粒徑在短距離區(qū)域28上為1.5jum，在長距離區(qū)域30上 為2pm，并且在小熱容量部分18的中央附近形成了晶界34 (圖1[3]、 [4]、圖2[3]、 [4])。
這里，照射的能量密度是小熱容量部分18完全熔化而大熱容量部分 16不完全熔化的值，進一步優(yōu)選為不低于在大熱容量部分16的膜厚方向 使膜完全晶化的值且不大于在小熱容量部分18中發(fā)生燒蝕的值。當(dāng)然要 避免在小熱容量部分18中出現(xiàn)燒蝕。當(dāng)在大熱容量部分16中殘留有非晶 相時，由于粗大晶粒26的成核位置24從大熱容量部分16和小熱容量部分 18的界面位置被推向小熱容量部分18 —側(cè)，從而導(dǎo)致粗大晶粒26的粒徑 減少。因此，當(dāng)利用膜厚差來設(shè)置熱容量差時，如果膜厚差過大就很難選 定合適的能量密度。合適的膜厚比優(yōu)選1 : 1.5至1 : 8左右，如果對從準(zhǔn)分 子光源的穩(wěn)定性角度考慮的能量密度的穩(wěn)定性加以考慮的話，進一步優(yōu)選 為1 : 1.8至1 :6。
并且，即使小熱容量部分18不完全熔化，也可以生成具有一定程度 大小的晶粒。例如，在340mJ/cn^下可以使直徑0.6)im的晶粒生長。但 是，與完全熔化的時候相比，晶粒小且排列不規(guī)則，另外晶界34的位置 也不規(guī)則。本實施例中的粗大晶粒26的粒徑為1.5)am以上，并且晶界34 被控制在小熱容量部分18的中心位置。
另外，在這里雖然使大熱容量部分16和小熱容量部分18的界面為矩 形波狀，但是不限于此形狀，例如如圖IO所示，大熱容量部分16彼此之間的距離也可以不固定。另外，盡管不需要使相對的界面對稱，但會使晶 界34的形狀變得復(fù)雜。
接著，通過PECVD法來沉積Si02膜并使其膜厚達到50nm，作為柵 絕緣膜37。接著，通過濺射法來沉積WSiJ莫，并通過PR法和DE法來形 成柵電極40 (圖4[2])。之后，通過導(dǎo)入雜質(zhì)來形成源/漏極區(qū)域46，并 形成層間絕緣膜47、接觸孔48、源/漏電極49等，由此完成TFT (圖 5[1])。
可以根據(jù)所需的柵極長度、TFT特性等而使TFT的溝道區(qū)域橫跨兩排 粗大晶粒26 (圖4[1])，也可以將所述溝道區(qū)域做在一排粗大晶粒26之 內(nèi)(圖4[2])，還可以在兩排粗大晶粒26的每一排內(nèi)側(cè)做成所述溝道區(qū) 域，從而構(gòu)成雙柵結(jié)構(gòu)(圖4[3p 。將這樣的粗大晶粒26作為溝道區(qū)域而 利用的TFT顯示出高遷移率且低閾值電壓的特性。
例如，在圖5[1]所示的結(jié)構(gòu)中，使溝道長度為lpm并將其形成在粗大 晶粒26內(nèi)部時的n溝道TFT的遷移率和閾值電壓分別為400cm2/Vs和 0.6V。另一方面，僅將大熱容量部分16作為活性層來形成TFT時，遷移 率和閾值電壓分別為160cr^/Vs和1.5V (圖5[2])。另外，僅將小熱容量 部分18作為活性層，即將微晶化的多晶Si膜作為溝道區(qū)域而形成TFT 時，遷移率和閾值電壓分別為70cn^/Vs和2.2V (圖5[3p 。
使用如上述形成的閾值電壓為0.6V的TFT和1.5V的TFT來制作了具 有電平位移電路、電源升壓電路、驅(qū)動電路、以及電流鏡像素電路等的薄 膜集成電路。然后，制作了具有該薄膜集成電路，并在2.5V的輸入下可 進行IOV驅(qū)動的2.1型QVGA有機EL顯示裝置。接著，制作了作為顯示 元件安裝了該有機EL顯示裝置的移動電話機。 (第二實施例)
使用圖11的[1] [3]來說明基于本發(fā)明第一實施方式的第二實施例。 與第一實施例一樣，在絕緣基板12上沉積非晶Si膜14，并形成大熱 容量部分16和小熱容量部分18。這里，使大熱容量部分16和小熱容量部 分18的界面為直線形狀，并使大熱容量部分16彼此之間的間距為5|im。 其結(jié)果，在以與第一實施例相同的條件照射激光時，如圖ll[l]所示，在兩排粗大晶粒26之間形成了寬度為lpm的微晶化區(qū)域64。
根據(jù)所要求的TFT的漏電流特性和擊穿電壓，需要設(shè)置LDD (輕摻 雜漏)區(qū)域66。圖11[2]是具有單側(cè)LDD結(jié)構(gòu)的TFT結(jié)構(gòu)示例。圖11[3] 是具有雙側(cè)LDD結(jié)構(gòu)的雙柵TFT結(jié)構(gòu)示例。此時，如果將微晶化區(qū)域64 作為LDD區(qū)域66來使用，就會有利于增大LDD區(qū)域66的層間電阻。因 此，可以形成漏電流值更低、擊穿電壓更高的TFT。
如果微晶化區(qū)域64橫跨溝道區(qū)域41和LDD區(qū)域66，則遷移率就會 降低并且由于晶界的漂移電導(dǎo)而導(dǎo)致漏電流增大。因此，為了得到高遷移 率、低閾值電壓且低漏電流特性的TFT，優(yōu)選使微晶化區(qū)域64僅位于 LDD區(qū)域66的內(nèi)部。 (第三實施例)
使用圖12的[1] [4]和圖13的[1] [2]來說明基于本發(fā)明第二實施方 式的第三實施例，即，說明在同一基板上形成了顯示三種閾值電壓特性的 TFT的液晶顯示裝置用TFT基板的制造方法。
三種TFT分別是將粗大晶粒用于溝道區(qū)域的低閾值電壓多晶Si TFT (低閾值電壓TFT) 68、將微晶化晶粒用于溝道區(qū)域的中閾值電壓多晶Si TFT (中閾值電壓TFT) 70、以及高閾值電壓非晶Si TFT (高閾值電壓 TFT) 72。
將日本電氣硝子會社制造的OA-10玻璃基板用作絕緣基板74，其中 作為覆蓋膜沉積了膜厚為lOOnm的Si膜。接著，通過濺射法來沉積Ta膜 76并使其膜厚達到80nm。接著，對Ta膜76進行圖形化，以使在低閾值 電壓TFT 68中Ta膜76被用作形成大熱容量部分的輔助膜，在高閾值電 壓TFT 72中Ta膜76被用作柵電極。并且，低閾值電壓TFT 68中的圖形 化后的Ta膜彼此之間的距離為5pm (圖12[1])。
接著，作為高閾值電壓TFT 72的柵絕緣膜，通過PECVD法來沉積膜 厚為350nm的SiN膜78。接著，通過圖形化來去除低閾值電壓TFT 68和 中閾值電壓TFT70的區(qū)域上的SiN膜78 (圖12[2p 。
接著，通過PECVD法來沉積膜厚為40nm的非晶Si膜80。接著，通 過在50(TC下進行IO分鐘的退火來進行非晶Si膜80的脫氫處理。接著，向低閾值電壓TFT 68和中閾值電壓TFT 70的區(qū)域上的非晶Si膜80照射 激光82。此時的能量密度是膜厚40nm的微晶化閾值(410mJ/cm2)以上 的430mJ/cm2。其結(jié)果，在低閾值電壓TFT 68的溝道區(qū)域上形成了粒徑為 2.5pm的兩排粗大晶粒。由于在大熱容量部分的形成中使用了 Ta膜76， 所以粗大晶粒的直徑比第二實施例的2pm變大了。另外，在中閾值電壓 TFT 70的溝道區(qū)域上形成了粒徑為20nm以下的微晶化晶粒。另一方面， 高閾值電壓TFT72的溝道區(qū)域保持非晶相狀態(tài)(圖12[3p 。
接著，對部分晶化的非晶Si膜80進行圖形化以使其成為各個TFT的 活性層。接著，通過PECVD法來沉積SiOj莫84，使其膜厚達到50nm。 接著，對SiOJ莫84進行圖形化，以便在低閾值電壓TFT 68和中閾值電壓 TFT 70中SiCy莫84被用作柵絕緣膜，而在高閾值電壓TFT 72中SiCy莫 84被用作溝道保護膜(圖12[4])。
接著，沉積下層為n+—微結(jié)晶Si層并且上層為Cr層的兩層膜86。使 用PECVD法來沉積n+ —微結(jié)晶Si層并使其膜厚達到80nm，使用濺射法 來沉積Cr層并使其膜厚達到150nm。接著，對兩層膜86進行圖形化，以 便在低閾值電壓TFT 68和中閾值電壓TFT 70中兩層膜86被用作柵電 極，在高閾值電壓TFT72中兩層膜86被用作源/漏電極(圖13[1])。
接著，通過離子摻雜法向低閾值電壓TFT 68和中閾值電壓TFT 70的 源/漏極區(qū)域以及LDD區(qū)域中導(dǎo)入雜質(zhì)。接著，對整個TFT進行等離子體 氫化處理。
接著，沉積作為層間絕緣膜的SiN膜88。接著，在低閾值電壓TFT 68和中閾值電壓TFT 70上開接觸孔90，沉積作為源/漏電極的Al膜92， 并將Al膜92圖形化為預(yù)定形狀。接著，沉積作為鈍化膜的SiN膜94。最 后，在高閾值電壓TFT 72上開接觸孔96，沉積作為像素電極的ITO膜 98，并對ITO膜98進行圖形化(圖13[2p 。
通過上述的處理而形成的低閾值電壓TFT 68、中閾值電壓TFT 70和 高閾值電壓Si TFT的閾值電壓分別為0.6V、 2.2V禾卩5V。
使用如上述形成的低閾值電壓TFT 68和中閾值電壓TFT 70來形成具 有電平位移電路、電源升壓電路、驅(qū)動電路等的薄膜集成電路，并制作將高閾值電壓TFT 72用作像素開關(guān)并且在2.5V的輸入下有20V的輸出的 3.5型SXGA液晶顯示裝置。然后，制作將該液晶顯示裝置用作顯示元件 而安裝的便攜式信息終端(PDA)。 (第四實施例)
使用圖7來說明基于本發(fā)明第三實施方式的第四實施例。 與第一實施例一樣，在絕緣基板上形成具有大熱容量部分16和小熱 容量部分18的非晶Si膜14。這里，大熱容量部分16彼此之間的距離為 4pm。接著，以420mJ/cn^的能量密度照射口徑為長30mmX寬3lim的細 線狀準(zhǔn)分子激光60。其結(jié)果，在小熱容量部分18中形成了光束長度方向 和光束寬度方向的粒徑分別為2pm和1.2pm的粗大晶粒26。接著，將粗 大晶粒26用作晶種，并以0.8pm的間距掃描照射準(zhǔn)分子激光60，可以得 到位置精度高的連續(xù)生長晶粒62。
圖8示出了不設(shè)置熱容量差而是使用與以往一樣的非晶Si膜14并進 行了細線狀光束的掃描照射的情況。在圖8中，連續(xù)生長的晶粒63在光 束長度方向上的生長位置沒有被控制，光束長度方向的結(jié)晶粒徑小到lpm 左右。而且，晶粒生長方向也沒有完全被控制，因而若斜著生長，那么也 會形成與其他晶粒相撞而結(jié)束生長的短的晶粒。 (第五實施例)
使用圖9來說明基于本發(fā)明第四實施方式的第五實施例。 與第四實施例一樣，在絕緣基板上形成具有大熱容量部分16和小熱 容量部分18的非晶Si膜14，并掃描照射細線狀的激光60。但是，僅在激 光照射開始位置的附近設(shè)置大熱容量部分16，并使大熱容量部分16彼此 之間的距離x為4pm，晶種形成位置的大熱容量部分16彼此之間的距離x 為2pm，后端角a為60度，光束掃描方向上的最大的大熱容量部分16的 長度為7|im。
其結(jié)果，即使不在光束掃描區(qū)域的整個寬度上設(shè)置大熱容量部分16， 也可以形成位置被控制的連續(xù)生長的晶粒62。
本發(fā)明當(dāng)然不限于上述實施方式和實施例。例如，也可以在基板上形 成第一非晶Si膜，對第一非晶Si膜的一部分進行蝕刻，并在包含被蝕刻的第一非晶Si膜的基板上形成第二非晶Si膜，由此來形成小熱容量部分 和大熱容量部分。
(第七實施方式)
接著，使用圖16至圖18來說明本發(fā)明的第七實施方式。 在有大熱容量部分16和小熱容量部分18的情況下進行蝕刻時，存在 以下兩個問題。
如圖16[1]所示，第一個問題與大熱容量部分16和小熱容量部分18 分別被連成帶狀的情況下的蝕刻有關(guān)。圖16[1]所示的大熱容量部分16的 膜厚較厚，小熱容量部分18的膜厚較薄，從而大熱容量部分16和小熱容 量部分18之間具有膜厚差。
(1) 如圖16[1]所示，當(dāng)使用掩模301與大熱容量部分16的膜厚相 應(yīng)地進行蝕刻時，如圖16[2]所示，對具有小熱容量部分18的區(qū)域302的 粗大晶粒26進行側(cè)面蝕刻，還對下層的絕緣板12進行過蝕刻。
(2) 相反地，當(dāng)與小熱容量部分18的膜厚相應(yīng)地進行蝕刻時，大熱 容量部分16中的膜沒有被完全除去，從而大熱容量部分16的膜還殘留部 分膜厚。
在上述(2)的情況下，當(dāng)想從具有如圖16[1]所示的那樣連續(xù)的大熱 容量部分16的區(qū)域303，制作出在圖16[1]的上下方向上排列的多個TFT 時，不同TFT的大熱容量部分16彼此之間有可能無法分離，從而是以連 接的狀態(tài)形成。
為了解決這個問題，需要使大熱容量部分16與各個TFT單體相應(yīng)地 獨立。 一旦將大熱容量部分16獨立，即使由于進行與小熱容量部分18的 膜厚相應(yīng)的蝕刻而使大熱容量部分16的膜殘留部分膜厚，也不會有什么 問題。
因此，在本發(fā)明的第七實施方式中，如圖17[1]所示，從沒有圖示的 大熱容量部分形成彼此獨立的兩個大熱容量部分16。即使在這種情況下， 兩個大熱容量部分16彼此之間夾著一個小熱容量部分18。如圖H[l]所 示，從大熱容量部分16結(jié)晶生長的粗大晶粒26朝著位于兩個大熱容量部 分16之間的區(qū)域(形成溝道區(qū)域的小熱容量部分)結(jié)晶生長，同時向各大熱容量部分16的周邊部分呈放射狀結(jié)晶生長。
當(dāng)在粗大晶粒26如圖17[1]所示的那樣生長的情況下，與圖16[1]— 樣，使用掩模301并與小熱容量部分18的薄的膜厚相應(yīng)地進行蝕刻時， 如圖17[2]所示，對粗大晶粒26不進行側(cè)面蝕刻，對下層的絕緣基板12也 不進行過蝕刻。另一方面，大熱容量部分16的膜沒有被完全除去，從而 大熱容量部分16的膜還殘留部分膜厚，但由于大熱容量部分16獨立形 成，所以可將不同TFT的大熱容量部分16完全分開。
下面說明第二個問題。參考圖17[1]可知，粗大晶粒26結(jié)晶生長，直 到在位于兩個大熱容量部分16之間的溝道區(qū)域上形成晶界。但是，如圖 17[1]所示，在沒有被大熱容量部分16進行位置控制的區(qū)域，粗大晶粒26 在具有大熱容量部分16的曲率半徑r的拐角部分左右分開地結(jié)晶生長，并 在向左右分開的部分形成微晶化區(qū)域64。若溝道區(qū)域包括該微晶化區(qū)域 64，則會給TFT的特性帶來不良影響。
因此，如圖18的[l]、 [2]所示，本發(fā)明的第七實施方式的特點在于 在小熱容量部分形成的溝道區(qū)域的溝道寬度方向上的端部18a不比大熱容 量部分16的溝道寬度方向上的端部16a向外突出。因此，在本發(fā)明的第七 實施方式中，可以在小熱容量部分18上形成的溝道區(qū)域的溝道寬度方向 上的兩個端部18a之間形成具有W寬度的溝道區(qū)域，其中，所述兩個端部 18a不比大熱容量部分16的溝道寬度方向上的端部16a向外突出。由此， 在溝道寬度方向具有W寬度的溝道區(qū)域中不包括微晶化區(qū)域64，溝道區(qū) 域全部由粗大晶粒26形成，因此，可以確保TFT的期望特性。
為了在小熱容量部分的兩個端部18a之間形成寬度為W的溝道區(qū)域， 例如使用圖18[1]、 [2]所示的掩模301進行蝕刻。
圖18[1]所示的本發(fā)明第七實施方式中的掩模301具有虛線所示的長方 形的形狀。然后與小熱容量部分18的膜厚相應(yīng)地進行蝕刻。此時，大熱 容量部分16的膜沒有被完全除去，從而殘留大熱容量部分16的膜剩有部 分膜厚的區(qū)域304，但由于大熱容量部分16獨立形成，所以可將不同TFT 的大熱容量部分16彼此完全分開。
圖18[2]所示的本發(fā)明第七實施方式中的掩模301如虛線所示，在大熱容量部分16上和在溝道區(qū)域的小熱容量部分上大小不同。用于覆蓋溝道
區(qū)域的小熱容量部分的掩模301與圖18[1]相同，被形成為與形成在小熱容 量部分上的溝道區(qū)域的溝道寬度方向上的尺寸W相一致的長方形形狀。另 一方面，用于覆蓋大熱容量部分16的掩模301具有比用來覆蓋小熱容量 部分的掩模301大的面積。即，用于覆蓋大熱容量部分16的掩模301形成 為這樣的長方形形狀，其長邊具有比大熱容量部分16的溝道寬度方向上 的端部16a更突出的長度，其短邊具有比大熱容量部分16的溝道方向上的 端部16b更突出的長度。
若使用圖18[2]所示的第七實施方式的掩模301進行蝕刻，則由于只有 膜厚薄的多余的粗大晶粒26從掩模301露出來，所以只有小熱容量部分 18被蝕刻。
但不僅限于圖18[1]、 18[2]所示的掩模301的形狀。另外，雖然使兩 個大熱容量部分16和小熱容量部分18之間的界面形狀為矩形波形狀或三 角波形狀，但不限于此。
工業(yè)實用性
根據(jù)本發(fā)明，通過小熱容量部分完全熔化而大熱容量部分不完全熔化 的能量密度的激光退火來形成多晶半導(dǎo)體薄膜，從而由從小熱容量部分和 大熱容量部分之間的界面生長的粗大晶粒構(gòu)成溝道部分，因此，可以使用 一般的激光退火裝置簡單地實現(xiàn)低閾值電壓、高載流子遷移率以及低漏電 流等性能。另外，當(dāng)根據(jù)位置而使大熱容量部分之間的距離不同時，由于 這些大熱容量部分和小熱容量部分之間的兩個界面不平行，所以可以對從 界面生長的晶粒的位置進行二維控制。
換言之，本發(fā)明可以起到以下的效果。可以簡單地形成被位置控制的 粗大晶粒，從而能夠容易地形成對準(zhǔn)晶粒位置和溝道位置的高性能TFT。 此外，可以容易地在同一基板上形成閾值電壓不同的多種TFT。此外，通 過使用具有由閾值電壓特性不同的多種TFT形成的薄膜集成電路的TFT 基板，可以獲得輸入電壓低且功耗低的電子設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管，其特征在于，由具有熱容量大的大熱容量部分和熱容量小的小熱容量部分的多晶半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成，所述小熱容量部分至少被用作溝道部分，所述多晶半導(dǎo)體薄膜由下述的晶粒膜形成，所述晶粒膜通過所述小熱容量部分完全熔化而所述大熱容量部分不完全熔化的能量密度的激光退火而形成，并且形成于所述小熱容量部分上的所述溝道部分的溝道寬度方向上的端部比所述大熱容量部分的溝道寬度方向上的端部位于內(nèi)側(cè)。
2. 如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述小熱容量部分的晶粒膜通過所述小熱容量部分完全熔化的不小于 微晶化閾值的能量密度的激光退火而形成，所述大熱容量部分的晶粒膜通過所述大熱容量部分不完全熔化的小于 微晶化閾值的能量密度的激光退火而形成。
3. 如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于， 所述小熱容量部分的晶粒膜通過所述小熱容量部分完全熔化的不小于微晶化閾值且小于燒蝕閾值的能量密度的激光退火而形成，所述大熱容量部分的晶粒膜通過所述大熱容量部分不完全熔化的不小 于多晶化閾值且小于微晶化閾值的能量密度的激光退火而形成。
4. 如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于， 所述小熱容量部分由所述大熱容量部分的晶種結(jié)晶生長而成的晶粒膜形成。
5. 如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述多晶半導(dǎo)體薄 膜的大熱容量部分的膜厚厚，所述多晶半導(dǎo)體薄膜的小熱容量部分的膜厚 薄，將所述小熱容量部分的膜厚與所述大熱容量部分的膜厚之比設(shè)定在1 比1.5至1比8的范圍內(nèi)。
6. 如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，僅在形成所述大熱容量部分的半導(dǎo)體薄膜的區(qū)域的基板上形成下層膜， 所述下層膜與所述半導(dǎo)體膜直接接觸。
7. 如權(quán)利要求6所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述下層膜由金屬膜、金屬硅化膜或金屬氮化膜等熱容量大的膜形成。
8. 如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，形成所述小熱容量 部分的晶粒膜是從所述大熱容量部分和所述小熱容量部分的界面向所述小 熱容量部分一側(cè)生長而成的。
9. 如權(quán)利要求8所述的薄膜晶體管，其特征在于，在所述晶粒膜上形 成了所述溝道部分。
10. 如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述小熱容量部 分被夾在兩個所述大熱容量部分之間，具有從這些大熱容量部分和所述小 熱容量部分的界面向所述小熱容量部分一側(cè)生長并相互接觸的兩排晶粒 膜。
11. 如權(quán)利要求IO所述的薄膜晶體管，其特征在于，在所述兩排結(jié)晶 粒膜的每一個上形成了所述溝道部分。
12. 如權(quán)利要求8所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述小熱容量部 分的晶粒膜由粗大直徑的晶粒膜和微小直徑的晶粒膜構(gòu)成。
13. 如權(quán)利要求12所述的薄膜晶體管，其特征在于，在包含所述微小 直徑的晶粒膜的區(qū)域形成了雜質(zhì)導(dǎo)入?yún)^(qū)域。
14. 如權(quán)利要求13所述的薄膜晶體管，其特征在于，在包含所述微小 直徑的晶粒膜的區(qū)域形成了低濃度雜質(zhì)導(dǎo)入?yún)^(qū)域。
15. 如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述小熱容量部 分被夾在兩個大熱容量部分之間而形成，所述兩個大熱容量部分彼此獨立地形成。
16. —種薄膜晶體管基板，其特征在于，在同一基板上具有由權(quán)利 要求1至15中任一項所述的薄膜晶體管構(gòu)成的低閾值電壓的薄膜晶體 管，和將多晶膜或微晶膜用于溝道部分的中閾值電壓的薄膜晶體管。
17. —種薄膜晶體管基板，其特征在于，在同一基板上具有由權(quán)利 要求1至15中任一項所述的薄膜晶體管形成的低閾值電壓的薄膜晶體管；將多晶膜或微晶膜用于溝道部分的中閾值電壓的薄膜晶體管；以及將非晶膜用于溝道部分的高閾值電壓的薄膜晶體管。
18. 如權(quán)利要求16所述的薄膜晶體管基板，其特征在于，具有由不同 閾值電壓的所述薄膜晶體管形成的薄膜集成電路。
19. 如權(quán)利要求17所述的薄膜晶體管基板，其特征在于，具有由不同 閾值電壓的所述薄膜晶體管形成的薄膜集成電路。
20. —種液晶顯示裝置，其特征在于，具有權(quán)利要求16至19中任一 項所述的薄膜晶體管基板。
21. —種有機電致發(fā)光顯示裝置，其特征在于，具有權(quán)利要求16至19 中任一項所述的薄膜晶體管基板。
22. —種移動電話機，其特征在于，具有權(quán)利要求16至19中任一項 所述的薄膜晶體管基板。
23. —種便攜式信息終端，其特征在于，具有權(quán)利要求16至19中任 一項所述的薄膜晶體管基板。
24. —種電子設(shè)備，其特征在于，具有權(quán)利要求16至19中任一項所 述的薄膜晶體管基板。
全文摘要
本發(fā)明提供了薄膜晶體管、薄膜晶體管基板及電子設(shè)備。薄膜晶體管的特征在于，由具有熱容量大的大熱容量部分和熱容量小的小熱容量部分的多晶半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成，所述小熱容量部分至少被用作溝道部分，所述多晶半導(dǎo)體薄膜由下述的晶粒膜形成，所述晶粒膜通過所述小熱容量部分完全熔化而所述大熱容量部分不完全熔化的能量密度的激光退火而形成，并且形成于所述小熱容量部分上的所述溝道部分的溝道寬度方向上的端部比所述大熱容量部分的溝道寬度方向上的端部位于內(nèi)側(cè)。
文檔編號H01L29/04GK101562197SQ20091014043
公開日2009年10月21日 申請日期2004年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月27日
發(fā)明者奧村展 申請人:日本電氣株式會社