專利名稱：薄膜晶體管、半導(dǎo)體器件、顯示器、結(jié)晶方法和薄膜晶體管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜晶體管、半導(dǎo)體器件、顯示器、結(jié)晶方法和薄膜晶體管的制備方法。
背景技術(shù)：
由于薄膜晶體管(本文后面稱之為TFT)具有可以在任意物質(zhì)的表面上形成晶體管的特性，因此可以直接在例如顯示器的顯示板表面上形成顯示器的電路。在初始開發(fā)階段的TFT中，已在沉積于襯底上的非晶硅層中形成溝道區(qū)。在現(xiàn)有TFT中，在通過使非晶硅層結(jié)晶而形成的多晶硅薄膜中形成溝道區(qū)。因此，使載流子遷移率大約增加10倍。
多晶硅薄膜具有粒徑為約0.1μm的微單晶不規(guī)則分散的結(jié)構(gòu)。在該多晶硅薄膜中形成溝道區(qū)的TFT中，由于微單晶因此在溝道區(qū)有大量晶粒間界。這些晶粒間界表示阻止電子或空穴在溝道區(qū)移動(dòng)。由于在相鄰TFT之間的晶粒間界的數(shù)量不同，因此在這些TFT的特性方面產(chǎn)生波動(dòng)。以這種方式在多晶硅薄膜中形成的TFT具有在各TFT之間的特性產(chǎn)生波動(dòng)的問題。
本發(fā)明人已提出了一種形成大尺寸晶粒的結(jié)晶方法，其中為了獲得特性與硅晶片上形成的晶體管的特性相同的晶體管的目的，可以在一個(gè)單晶粒中形成一個(gè)或多個(gè)TFT(Surface Science Vol.21，No.5，P278-287 )，并且他們已繼續(xù)進(jìn)行了將該方法工業(yè)化的技術(shù)的開發(fā)。由于TFT形成于單晶粒中，因此晶體管特性未受到晶粒間界的負(fù)面影響，并且與晶粒間界存在于溝道區(qū)的傳統(tǒng)TFT不同，TFT特性大大提高。
因此，已在為顯示板的玻璃襯底上沉積的非晶半導(dǎo)體薄膜或多晶半導(dǎo)體薄膜中形成顯示器如液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)電路。隨著IT市場(chǎng)的擴(kuò)大，處理的信息數(shù)字化，處理加速，并且在顯示器中也需要高圖像質(zhì)量。為了滿足該要求，例如優(yōu)選形成驅(qū)動(dòng)晶體半導(dǎo)體中每一像素的TFT。這樣增加了轉(zhuǎn)換速度(switching speed)，并且也可以獲得高圖像質(zhì)量。
而且，除了像素開關(guān)電路(switching circuit)之外，顯示器包括將數(shù)字視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬視頻信號(hào)的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器；處理數(shù)字視頻數(shù)據(jù)的信號(hào)處理電路如門陣列；驅(qū)動(dòng)電路如信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路或掃描線驅(qū)動(dòng)電路等。需要將這些電路集成到與像素開關(guān)電路的相同的顯示板襯底上。為了滿足該需要，需要開發(fā)一種具有較高載流子遷移率的TFT。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題研究了本發(fā)明，并且本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有高遷移率并且遷移率和閾電壓特性波動(dòng)很小的薄膜晶體管。本發(fā)明的另一目的是提供一種具有上述特性的半導(dǎo)體器件、包括該薄膜晶體管作為構(gòu)成元件的顯示器、實(shí)現(xiàn)這些特性的結(jié)晶方法和該薄膜晶體管的制備方法。
在本發(fā)明中，一種薄膜晶體管包括襯底；直接或間接地設(shè)置在所述襯底上的非單晶半導(dǎo)體薄膜(例如，非晶硅或多晶硅薄膜)；晶粒陣列，它形成于所述非單晶半導(dǎo)體薄膜中并且由在縱向延伸并且在寬度方向彼此相鄰排列的帶狀晶粒構(gòu)成；和源區(qū)和漏區(qū)，它們包括所述晶粒陣列中多個(gè)晶粒并且成型使得電流在所述晶粒的縱向流過，其中所述晶粒是通過在所述非單晶半導(dǎo)體薄膜中產(chǎn)生晶種，然后在縱向由各個(gè)所述晶種生長(zhǎng)晶體而形成的。
優(yōu)選地，所述晶粒的晶體生長(zhǎng)方向優(yōu)先在<110>取向。
在所述薄膜晶體管中，設(shè)置在所述源區(qū)和所述漏區(qū)之間并且面對(duì)柵絕緣薄膜的溝道區(qū)的面的取向在{001}-{112}的范圍內(nèi)。
優(yōu)選地，所述晶粒具有在4-15μm的范圍內(nèi)的長(zhǎng)度和在0.2-0.6μm的范圍內(nèi)的寬度。
優(yōu)選地，所述非單晶半導(dǎo)體薄膜具有小于50nm的厚度。
優(yōu)選地，以直角與所述晶體生長(zhǎng)方向交叉的所述寬度方向優(yōu)先以圍繞所述晶體生長(zhǎng)方向作為軸在<110>-<111>的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的方向取向。
本發(fā)明的一種半導(dǎo)體器件包括襯底；直接或間接地設(shè)置在所述襯底上的非單晶半導(dǎo)體薄膜；和晶粒陣列，它形成于所述非單晶半導(dǎo)體薄膜中并且由在縱向延伸并且在寬度方向彼此相鄰排列的帶狀晶粒構(gòu)成；其中所述晶粒是通過在所述非單晶半導(dǎo)體薄膜中產(chǎn)生晶種，然后在縱向由各個(gè)所述晶種生長(zhǎng)晶體而形成的，和所述晶粒的晶體生長(zhǎng)方向優(yōu)先在<110>取向。
在所述半導(dǎo)體器件中，優(yōu)選所述晶粒具有在4-15μm的范圍內(nèi)的長(zhǎng)度和在0.2-0.6μm的范圍內(nèi)的寬度。
優(yōu)選地，所述非單晶半導(dǎo)體薄膜具有小于50nm的厚度。
優(yōu)選地，以直角與所述晶體生長(zhǎng)方向交叉的寬度方向優(yōu)先以圍繞所述晶體生長(zhǎng)方向作為軸在<110>-<111>的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的方向取向。
本發(fā)明的一種半導(dǎo)體器件包括襯底；直接或間接地設(shè)置在所述襯底上的非單晶半導(dǎo)體薄膜；和晶粒陣列，它形成于所述非單晶半導(dǎo)體薄膜中并且由在縱向延伸并且在寬度方向彼此相鄰排列的帶狀晶粒構(gòu)成；其中所述晶粒是通過在所述非單晶半導(dǎo)體薄膜中產(chǎn)生晶種，然后在縱向由各個(gè)所述晶種生長(zhǎng)晶體而形成的，和所述晶粒的薄膜平面的法線方向優(yōu)先在圍繞晶體生長(zhǎng)方向作為軸在{100}-{112}的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的方向取向。
本發(fā)明的一種顯示器包括襯底；直接或間接地設(shè)置在所述襯底上的非單晶半導(dǎo)體薄膜；晶粒陣列，它形成于所述非單晶半導(dǎo)體薄膜中并且由在縱向延伸并且在寬度方向彼此相鄰排列的帶狀晶粒構(gòu)成，所述晶粒是通過在所述非單晶半導(dǎo)體薄膜中產(chǎn)生晶種，然后在縱向由各個(gè)所述晶種生長(zhǎng)晶體而形成的；具有源區(qū)和漏區(qū)的薄膜晶體管，所述源區(qū)和漏區(qū)包括所述晶粒陣列中多個(gè)晶粒并且成型使得電流在縱向流過；和由這些薄膜晶體管構(gòu)成的像素開關(guān)電路。
本發(fā)明的一種結(jié)晶方法包括在襯底上直接或間接地形成非單晶半導(dǎo)體薄膜；形成光吸收性絕緣薄膜，它在所述非單晶半導(dǎo)體薄膜上吸收一部分激光；和用具有光強(qiáng)分布的所述激光照射所述絕緣薄膜，其中多個(gè)反峰圖案連續(xù)在所述絕緣薄膜的表面上形成，從而在所述非單晶半導(dǎo)體薄膜中形成晶粒陣列，所述晶粒陣列由在縱向延伸并且在寬度方向彼此相鄰排列的帶狀晶粒構(gòu)成，所述晶粒經(jīng)過結(jié)晶使得縱向優(yōu)先在{110}取向。
在所述結(jié)晶方法中，優(yōu)選地，假定在所述反峰構(gòu)圖(inverse-peak-patterned)光強(qiáng)分布中最大強(qiáng)度部分的光強(qiáng)是1，那么最小強(qiáng)度部分的光強(qiáng)在0.5-0.8的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明中，一種薄膜晶體管的制備方法，包括在襯底上直接或間接地形成非單晶半導(dǎo)體薄膜；形成光吸收性絕緣薄膜，它在所述非單晶半導(dǎo)體薄膜上吸收一部分激光；用具有光強(qiáng)分布的所述激光照射所述絕緣薄膜，其中多個(gè)反峰圖案連續(xù)在所述絕緣薄膜的表面上形成，從而在所述非單晶半導(dǎo)體薄膜中形成晶粒陣列，所述晶粒陣列由在縱向延伸并且在寬度方向彼此相鄰排列的帶狀晶粒構(gòu)成，所述晶粒經(jīng)過結(jié)晶使得縱向優(yōu)先在{110}取向；形成源區(qū)和漏區(qū)，使得電流在包括所述晶粒陣列中的多個(gè)晶粒的區(qū)域在縱向流過。
根據(jù)本發(fā)明，可以獲得具有高遷移率并且遷移率或閾電壓特性波動(dòng)很小的薄膜晶體管。


圖1是顯示本發(fā)明的TFT中形成溝道區(qū)的結(jié)晶區(qū)的晶面與TFT的遷移率之間的關(guān)系的圖；圖2是顯示通過本發(fā)明的結(jié)晶方法形成的晶粒陣列的平面圖；圖3是顯示溝道區(qū)是由圖2的晶粒陣列構(gòu)成的TFT的構(gòu)造的橫截面圖；圖4是顯示非晶硅層的厚度變化時(shí)晶粒在縱向的位置與晶粒的寬度之間的關(guān)系的圖；圖5是顯示非晶硅層的厚度變化時(shí)薄膜厚度與晶粒寬度之間的關(guān)系的圖；圖6是顯示非晶硅層的厚度變化時(shí)薄膜厚度與在薄膜表面的法線方向的晶體取向之間的關(guān)系的圖；圖7是顯示非晶硅層的厚度變化時(shí)薄膜厚度與晶體生長(zhǎng)方向的晶體取向之間的關(guān)系的圖；圖8是顯示非晶硅層的厚度變化時(shí)薄膜厚度與晶粒寬度方向的晶體取向之間的關(guān)系的圖；圖9是用于形成圖2所示晶粒陣列的結(jié)晶設(shè)備的構(gòu)造圖；圖10A-10D是顯示移相器的構(gòu)造、透射光的光強(qiáng)分布、和在圖9中所示的結(jié)晶設(shè)備中加工的襯底的構(gòu)造的典型圖；圖11是顯示在厚度為30nm的非晶硅層結(jié)晶時(shí)薄膜面的法線方向、晶體生長(zhǎng)方向和寬度方向的晶體取向的圖；圖12是顯示在厚度為30nm的非晶硅層結(jié)晶時(shí)薄膜面的法線方向、晶體生長(zhǎng)方向和寬度方向的晶體取向的另一實(shí)施例的圖；圖13A-13D是顯示采用本發(fā)明方法的底-柵-型TFT制備方法的一系列步驟的橫截面圖；圖14A-14C是顯示采用本發(fā)明方法的頂-柵-型TFT制備方法的一系列步驟的橫截面圖；圖15是顯示本發(fā)明的顯示器的一個(gè)實(shí)施方式的透視圖；圖16是顯示在厚度為40nm的非晶硅層結(jié)晶時(shí)薄膜面的法線方向、晶體生長(zhǎng)方向和寬度方向的晶體取向的圖；圖17是顯示在厚度為50nm的非晶硅層結(jié)晶時(shí)薄膜面的法線方向、晶體生長(zhǎng)方向和寬度方向的晶體取向的圖。
發(fā)明詳述參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。在各圖中，相同部件用相同附圖標(biāo)記表示，并省略多余的描述。
已發(fā)現(xiàn)TFT在溝道區(qū)的遷移率與形成溝道區(qū)的晶體的取向表面之間存在圖1所示的關(guān)系。在圖1中，TFT的源區(qū)用S表示，漏區(qū)用D表示，并且在S和D之間的電流方向用箭頭顯示。
當(dāng)用激光照射襯底上的非晶硅層，并且晶體在橫向(即，與襯底表面平行的方向)單向生長(zhǎng)時(shí)，在襯底上形成結(jié)晶區(qū)。圖1的上面部分顯示的特性是晶體生長(zhǎng)方向是<110>的結(jié)晶區(qū)中形成的TFT的遷移率特性。當(dāng)與TFT的柵絕緣薄膜接觸的溝道區(qū)的表面的晶體取向在{001}-{112}的范圍內(nèi)時(shí)，遷移率μEF最高并且在685-500cm2/Vs的范圍內(nèi)。當(dāng)溝道區(qū)的表面的晶體取向是{110}時(shí)，遷移率μEF在450-300cm2/Vs的范圍內(nèi)。當(dāng)溝道區(qū)的表面的晶體取向是{111}時(shí)，遷移率μEF在300-230cm2/Vs的范圍內(nèi)。
圖1的下面部分顯示的特性是在晶體生長(zhǎng)方向是<100>的結(jié)晶區(qū)中形成TFT時(shí)的遷移率特性。當(dāng)溝道區(qū)的表面的晶體取向是{001}時(shí)，遷移率μEF是500cm2/Vs。當(dāng)溝道區(qū)的表面的晶體取向是{010}時(shí)，遷移率μEF是346cm2/Vs。
由上面的數(shù)據(jù)看出，具有最佳遷移率μEF的TFT是在溝道區(qū)的表面的晶體取向是{001}-{112}時(shí)制得的。
上面的TFT是通過下面的步驟制得的在襯底上直接或間接地形成非單晶半導(dǎo)體薄膜；用激光照射該非單晶半導(dǎo)體薄膜以產(chǎn)生晶種；然后在橫向(即，與襯底表面平行的方向)單向地由各自晶種生長(zhǎng)晶體，由此獲得由在縱向(即，晶體生長(zhǎng)方向)延伸的帶狀晶粒構(gòu)成并且在寬度方向彼此相鄰排列的晶粒陣列；和在包括多個(gè)晶粒陣列的晶粒的區(qū)域形成源區(qū)和漏區(qū)以便電流在晶粒的縱向流過。
參照?qǐng)D2和3更詳細(xì)地描述TFT。圖2是顯示通過結(jié)晶非晶硅層形成的放大的晶粒陣列的平面圖。圖3是顯示溝道區(qū)由圖2的晶粒陣列構(gòu)成的TFT的構(gòu)造的橫截面圖。在襯底1(例如，玻璃襯底)上形成襯底絕緣薄膜，例如SiO2層2。在該SiO2層2上形成非單晶半導(dǎo)體薄膜例如非晶硅層。該非晶硅層以50nm或更小的厚度例如30nm的厚度沉積。
如圖2所示，通過PMELA法由薄的非晶硅層形成晶粒陣列5。在該晶粒陣列中，延伸的晶粒4在寬度方向彼此相鄰地排列。每個(gè)晶粒4具有晶體生長(zhǎng)方向比寬度方向長(zhǎng)的帶狀形狀，并且晶粒具有4-15μm的長(zhǎng)度和0.2-0.6μm的寬度。晶粒4的生長(zhǎng)方向優(yōu)先在<110>取向。
在晶粒陣列5中，晶粒4在寬度方向排列。使用該晶粒陣列5形成TFT 6。該TFT 6提供有源區(qū)S和漏區(qū)D，以便電子和空穴沿晶粒界面7移動(dòng)。換句話說，形成源區(qū)S和漏區(qū)D，使得電流(空穴移動(dòng)方向)在晶體生長(zhǎng)方向流動(dòng)。
如圖3所示，形成在源區(qū)S和漏區(qū)D之間包括多個(gè)例如4或5個(gè)相鄰的晶粒4的溝道區(qū)Ch。在溝道區(qū)，無(wú)論晶粒在縱向的位置如何，晶粒4的寬度基本上恒定。柵絕緣薄膜8，例如表面氧化物薄膜和溝道區(qū)Ch的SiO2薄膜的層合薄膜放置在源區(qū)S和漏區(qū)D之間的溝道區(qū)Ch上。
獲得令人滿意的遷移率特性的條件是面對(duì)柵絕緣薄膜8的溝道區(qū)的面的取向是在{001}-{112}的范圍內(nèi)。柵電極9放置在柵絕緣薄膜8上。以這種方式構(gòu)建TFT 6。在圖2中，附圖標(biāo)記11代表晶體生長(zhǎng)起始點(diǎn)。
接下來(lái)，詳細(xì)描述圖2所示的晶粒陣列5。圖4和圖5顯示了晶粒4距離晶體生長(zhǎng)起始點(diǎn)11的距離與晶粒4的寬度之間的關(guān)系。圖4顯示相對(duì)于具有各自厚度的非晶硅(100-30nm)距離晶體生長(zhǎng)起始點(diǎn)11的距離與平均寬度之間的關(guān)系。圖5顯示非晶硅層的厚度與晶體生長(zhǎng)終點(diǎn)的平均寬度之間的關(guān)系。
圖4和圖5顯示當(dāng)非晶硅層的厚度減小時(shí)，寬度方向的生長(zhǎng)飽和的位置接近晶體生長(zhǎng)起始點(diǎn)11，TFT 6的溝道區(qū)的區(qū)域擴(kuò)大，并且平均寬度減少。換句話說，當(dāng)顯示在寬度方向生長(zhǎng)的飽和狀態(tài)的區(qū)域變大時(shí)，意味著可以形成在較大結(jié)晶區(qū)的遷移率或閾電壓特性沒有任何波動(dòng)的TFT 6。
當(dāng)在顯示在寬度方向生長(zhǎng)的飽和特性的區(qū)域內(nèi)形成TFT 6(圖3)時(shí)，在溝道區(qū)C內(nèi)移動(dòng)的電子或空穴與晶粒界面7平行地移動(dòng)。當(dāng)電子或空穴與晶粒界面7平行地移動(dòng)時(shí)，TFT的遷移率上升。而且，遷移率特性(μFE)或閾電壓特性(Vth)的波動(dòng)減少。
為了有效地利用該結(jié)晶區(qū)，需要形成更薄的非晶硅層。寬度減少使得形成一個(gè)TFT 6所需的彼此鄰近排列的晶粒數(shù)增加。類似地，晶粒增加可以降低遷移率特性(μFE)和閾電壓特性(Vth)的波動(dòng)。例如，在非晶硅層具有100μm的厚度的情況下，寬度方向的生長(zhǎng)開始飽和的位置距離晶體生長(zhǎng)起始點(diǎn)11為3.5μm(圖2)。
另一方面，在非晶硅層具有50μm的厚度的情況下，寬度方向的生長(zhǎng)開始飽和的位置距離晶體生長(zhǎng)起始點(diǎn)11為0.5μm。在非晶硅層具有30μm的厚度的情況下，寬度方向的生長(zhǎng)開始飽和的位置距離晶體生長(zhǎng)起始點(diǎn)11為0.5μm。當(dāng)非晶硅層的厚度小于50μm時(shí)，以這種方式可以生產(chǎn)在大結(jié)晶區(qū)遷移率特性(μFE)或閾電壓特性(Vth)的波動(dòng)較小的TFT 6。當(dāng)晶粒4的長(zhǎng)度是4-15μm時(shí)，可以生產(chǎn)在寬度為0.2-0.6μm的范圍內(nèi)遷移率特性(μFE)或閾電壓特性(Vth)的波動(dòng)較小的TFT 6。
圖6、7和8顯示了非晶硅層的厚度與晶體取向之間的關(guān)系。這些圖顯示了與非晶硅層的厚度相關(guān)的薄膜面的法線方向的晶體取向、晶體生長(zhǎng)方向的晶體取向和寬度方向的晶體取向。這些圖顯示了通過電子背散射花樣(EBSP)分析具有各自厚度的每一非晶硅層的結(jié)構(gòu)的結(jié)果的圖。各圖顯示了一個(gè)以圖式顯示該結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和取向的反極性點(diǎn)的圖。
從圖7看出，在非晶硅層的厚度小于50nm的情況下，縱向即晶體生長(zhǎng)方向的取向在<110>優(yōu)先取向。而且，晶粒的薄膜面的法線方向優(yōu)先在圍繞晶體生長(zhǎng)方向作為軸的{100}-{112}的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的方向取向。例如，在晶體生長(zhǎng)方向優(yōu)先在<110>取向，并且法線方向在{100}-{112}的范圍內(nèi)取向的情況下，當(dāng)在該結(jié)晶區(qū)形成TFT時(shí)，可以生產(chǎn)在TFT特性方面遷移率大并且波動(dòng)較小的TFT。
與晶體生長(zhǎng)方向以直角交叉的寬度方向優(yōu)先在圍繞晶體生長(zhǎng)方向作為軸的{110}-{111}的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的方向取向。這些數(shù)據(jù)說明可以選擇非晶硅層3的厚度以控制晶體取向。
從圖4和圖5看出，隨著非晶硅層3的厚度降低，平均寬度降低，并且構(gòu)成延伸的晶粒4的陣列，如圖2所示。例如，在非晶硅層3的厚度為30-50nm的情況下，晶粒4具有8μm的長(zhǎng)度。在非晶硅層3的厚度為100nm的情況下，由于薄膜面方向的熱擴(kuò)散，因此在照射之后即刻的周期性V形光強(qiáng)分布不容易保持。由于該分布隨時(shí)間的消逝而破壞，因此晶粒4的長(zhǎng)度降低。這里，周期性V形光強(qiáng)分布是通過后面所述的PMELA法以在非單晶半導(dǎo)體薄膜中形成大粒徑結(jié)晶區(qū)的能量線的光強(qiáng)分布。
而且，從圖6、7和8看出，隨著非晶硅層3的厚度降低，取向開始出現(xiàn)。當(dāng)厚度為30nm時(shí)，縱向即晶體生長(zhǎng)方向優(yōu)先在<110>取向，與晶體生長(zhǎng)方向以直角交叉的寬度方向優(yōu)先在圍繞晶體生長(zhǎng)方向作為軸的{110}-{111}的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的方向取向，并且薄膜面的法線方向優(yōu)先在圍繞晶體生長(zhǎng)方向作為軸的{100}-{112}的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的方向取向。這是由于通過PMELA法薄膜經(jīng)過結(jié)晶過程。
在例如薄膜面的法線方向、晶體生長(zhǎng)方向和寬度方向的方向描述晶體生長(zhǎng)。如上所述，具有生長(zhǎng)潛力的晶核在非晶硅層3與襯底的SiO2層2之間的界面和光強(qiáng)度最小化的線上密集地產(chǎn)生。由于伴隨厚度降低而在非晶硅層3與SiO2層2之間的界面的能量的影響的增加以及對(duì)厚度小于50nm的非晶硅層3的厚度方向的晶體生長(zhǎng)的限制，因此非晶硅層3的薄膜面的法線方向容易在非晶硅層3與SiO2層2之間的界面的能量為最小的{100}取向。
對(duì)于寬度方向，彼此相鄰密集地產(chǎn)生并且具有生長(zhǎng)潛力的晶核在橫向同時(shí)生長(zhǎng)。這些晶體在寬度方向生長(zhǎng)，但是該生長(zhǎng)受到相鄰生長(zhǎng)的晶體的限制，并且產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。因此，寬度方向容易在為最致密面的{111}取向。橫向晶體生長(zhǎng)方向是非?？斓伢E冷和固化系統(tǒng)的溫度梯度的方向，并且這些晶體容易在為具有高速的生長(zhǎng)末端的{100}和{110}取向。
這里，考慮到幾何條件，晶體不同時(shí)在法線方向的{100}和寬度方向的{111}取向。它們彼此不以直角交叉。類似地，生長(zhǎng)的橫向不能是<100>。在界面能的影響大的情況下發(fā)生的晶體取向的實(shí)例包括法線方向的取向是{100}的晶體取向、生長(zhǎng)方向的取向是<110>的晶體取向和寬度方向的取向是<110>的晶體取向。在寬度方向的壓縮應(yīng)力的影響大的情況下發(fā)生的晶體取向的實(shí)例包括法線方向的取向是{112}的晶體取向、晶體生長(zhǎng)方向的取向是<110>的晶體取向和寬度方向的取向是<111>的晶體取向。
接下來(lái)，參照?qǐng)D9描述形成晶粒陣列5的設(shè)備(結(jié)晶設(shè)備)。圖9顯示通過使用PMELA法形成在寬度方向排列圖2所示的延伸的晶粒4的晶粒陣列5的一個(gè)設(shè)備的實(shí)例。在該實(shí)例中，設(shè)備是使用激光作為能量線的激光退火設(shè)備。
激光退火設(shè)備40包括投影式光學(xué)系統(tǒng)33。在該光學(xué)系統(tǒng)33中，沿激光軸24依次排列XeCl激基激光振蕩器21、光束均勻器22、第一聚光透鏡23、第二聚光透鏡26、掩模27、移相器36和焦闌縮小透鏡28。放置待處理的襯底32的XYZθ平板29放置在焦闌縮小透鏡28的成像位置。XYZθ平板29包含加熱器30以便在結(jié)晶期間根據(jù)需要可以對(duì)加工的襯底32加熱。激光退火設(shè)備40以這種方式構(gòu)造。
移相器36位于掩模27和縮小透鏡28之間。移相器36調(diào)節(jié)入射激光的相，并在激光截面產(chǎn)生在中間位置具有最小光強(qiáng)的反峰構(gòu)圖的光強(qiáng)分布，如圖10D所示。移相器36是包括提供有階梯式部分的半透明襯底的光學(xué)設(shè)備，并且入射光經(jīng)該階梯式部分衍射以調(diào)節(jié)相。
移相器36是石英襯底51的表面經(jīng)過蝕刻由此形成由具有周期性不同的尺寸(面積)的階梯式點(diǎn)部分(凹槽52)構(gòu)成的重復(fù)圖案的掩模，如圖10A和10B圖示。階梯式點(diǎn)部分是通過蝕刻形成的凹槽52形成的。在該實(shí)例的移相器36中，如圖10A所示，排列有以在襯底上的轉(zhuǎn)換值計(jì)其尺寸(面積)間隔為16μm的周期性不同的階梯式點(diǎn)部分。該階梯式部分加工成例如154nm的尺寸以獲得90°的相差。
圖10A是移相器36的平面圖。為了顯示調(diào)節(jié)區(qū)的狀態(tài)，放大顯示該移相器的一個(gè)單元。圖10B是圖10A的一個(gè)橫截面圖。圖10C是待處理的襯底32的橫截面圖。圖10D是顯示在激光截面的光強(qiáng)分布的光強(qiáng)受到圖10A的移相器36的調(diào)節(jié)的波形圖。該波形圖與圖10A有關(guān)。透鏡28(圖9)是將通過移相器36形成的圖像投影在待處理的襯底32的表面上的光學(xué)系統(tǒng)。
XYZθ平板29經(jīng)過構(gòu)造使得該平板的位置可以在X、Y和Z軸向的每一方向并圍繞Z-軸可旋轉(zhuǎn)地調(diào)節(jié)。XYZθ平板29可以在每次發(fā)出脈沖激光時(shí)通過預(yù)先存儲(chǔ)的程序以逐步的方式自動(dòng)地將加工的襯底32移動(dòng)到下一個(gè)照射位置。
接下來(lái)，參照?qǐng)D9描述一個(gè)使用激光退火設(shè)備40的結(jié)晶方法的實(shí)例。在位于XYZθ平板29上的待處理的襯底32的襯底1(例如，玻璃襯底)上依次層合襯底絕緣薄膜2、非晶半導(dǎo)體層(例如，具有50nm和更小例如30nm的厚度的非晶硅層3)和光吸收性的蓋薄膜37。
光吸收性的蓋薄膜37例如是SiOx薄膜，并且“x”是小于2的值。值“x”優(yōu)選在1.4-1.9的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在1.4-1.8的范圍內(nèi)。SiOx薄膜是Si和O的組成比不同的氧化硅薄膜。
用于顯示器的襯底1是半透明絕緣襯底例如玻璃襯底或塑料襯底。襯底絕緣薄膜2具有防止雜質(zhì)從襯底1擴(kuò)散的功能，并且具有防止在結(jié)晶過程襯底1受熱的功能。非晶硅層3通過熱處理轉(zhuǎn)變成由大晶粒構(gòu)成的陣列以形成功能元件如薄膜晶體管。
光吸收性的蓋薄膜37是對(duì)生長(zhǎng)大晶粒具有絕緣效果的絕緣層。光吸收性的蓋薄膜37吸收激光產(chǎn)生熱量，并貯存由非晶硅層3吸收激光獲得的熱量。在本實(shí)施例中，在具有50nm或更小的厚度的非晶硅層的結(jié)晶期間要求光吸收性的蓋薄膜37用于增加非晶硅層3的長(zhǎng)度。以這種方式形成待處理的襯底32。
接下來(lái)，將待處理的襯底32放置在XYZθ平板29上的預(yù)定位置。XeCl激基激光振蕩器21(圖9)發(fā)出能量足夠熔融待處理的襯底32的非晶硅層3的照射區(qū)的脈沖激光。該激光例如在待處理的襯底32上具有300-700mJ/cm2的能量。單位發(fā)射的脈沖持續(xù)時(shí)間例如是30納秒。在激光25以波長(zhǎng)為308nm的延長(zhǎng)束從XeCl激基激光振蕩器21發(fā)出之后，該光首先被由兩組(分別是X-和Y-方向)小透鏡構(gòu)成的光束均勻器22分成發(fā)散光束。光束均勻器22用于在得自激光振蕩器21的激光的截面使光強(qiáng)均勻化。
第一聚光透鏡23將從光束均勻器22分光束的每一中心光束的激光會(huì)聚。第一聚光透鏡23與第二聚光透鏡26共軛地放置。掩模27放置在第二聚光透鏡26的發(fā)射光路中。該掩模27攔截?zé)o效激光。即，將分光束的每一中心光束通過聚光透鏡23(凸透鏡#1)會(huì)聚到掩模27的中心。由于每一激光束是略為發(fā)散型，因此將掩模27的整個(gè)表面照亮。
掩模27上的所有點(diǎn)都用從分開的微發(fā)射區(qū)發(fā)出的所有光束群照射。因此，即使在激光發(fā)射面上在光強(qiáng)方面存在面內(nèi)波動(dòng)，掩模27的光強(qiáng)也變均勻。通過掩模27的每一區(qū)域的光束群的中心光束，即通過光束均勻器22中心的透鏡對(duì)的發(fā)散光束群通過第二聚光透鏡26(凸透鏡#2)在掩模27附近轉(zhuǎn)變成平行光束。激光以平行光束經(jīng)移相器36通過焦闌縮小透鏡28，并且垂直進(jìn)入位于XYZθ平板29上的襯底1。
移相器36調(diào)節(jié)入射激光25的相，并發(fā)出具有反峰構(gòu)圖的光強(qiáng)分布的透射光。縮小透鏡28是用于將從1/1縮小至1/20例如1/5的透鏡，并且與待處理的襯底32的表面共軛地放置?？s小透鏡28在待處理的襯底32的光吸收性的蓋薄膜37的表面上形成具有反峰構(gòu)圖的光強(qiáng)分布的透射光的圖像。
光吸收性的蓋薄膜37吸收一部分入射激光，并且大多數(shù)的剩余光被非晶硅層3吸收。結(jié)果，非晶硅層3的光接收區(qū)吸收具有圖10D中所示的光強(qiáng)分布的激光，并該區(qū)域?qū)⑷刍?。該熔融層加熱非晶硅?上的蓋薄膜37。
在用脈沖激光照射結(jié)束之后，熔融區(qū)的溫度開始降低。此時(shí)，由于光吸收性的蓋薄膜37處于高溫狀態(tài)，因此熔融區(qū)的溫度慢慢降低。非晶硅層3的最小強(qiáng)度部分B逐漸通過圖10D所示的反峰構(gòu)圖的光強(qiáng)分布中的固化點(diǎn)。隨著該固化點(diǎn)在橫向移動(dòng)，晶體生長(zhǎng)。
首先通過固化點(diǎn)的最小部分B是結(jié)晶起始點(diǎn)11。在最小強(qiáng)度部分B和最大強(qiáng)度部分U之間的光強(qiáng)度決定晶粒4的長(zhǎng)度。在反峰構(gòu)圖的光強(qiáng)分布中在最大強(qiáng)度部分U的光強(qiáng)度是1的情況下，當(dāng)最小強(qiáng)度部分B的光強(qiáng)度在0.5-0.8的范圍內(nèi)選擇時(shí)，可以獲得具有最佳長(zhǎng)度的晶粒陣列。當(dāng)最小強(qiáng)度部分B具有0.5或更小的光強(qiáng)度時(shí)，在照射區(qū)形成晶體在橫向沒有生長(zhǎng)的非結(jié)晶區(qū)或微晶區(qū)。當(dāng)最小強(qiáng)度部分B具有0.8或更大的光強(qiáng)度時(shí)，光強(qiáng)度的上升梯度受到調(diào)節(jié)，并且不能形成長(zhǎng)晶體。
這種結(jié)晶方法是通過根據(jù)來(lái)自激光振蕩器21的脈沖激光的發(fā)射計(jì)時(shí)每隔預(yù)定距離逐步移動(dòng)XYZθ平板29來(lái)移動(dòng)照射區(qū)進(jìn)行的。該退火過程以預(yù)定步驟重復(fù)，由此使非晶硅層3在襯底1上接連地結(jié)晶。根據(jù)該結(jié)晶方法，可以在用于LCD的具有邊長(zhǎng)例如大于1m的大面積的襯底1上使非晶硅層3結(jié)晶。為了移動(dòng)照射區(qū)，可以將激光和平板29相對(duì)地移動(dòng)。
已發(fā)現(xiàn)在使用上面方法使厚度小于50nm的非晶硅層3結(jié)晶的情況下可以控制晶體取向。
而且，通過掩模27的相同位置的光束群聚焦在襯底表面的一個(gè)點(diǎn)。即，用均勻光強(qiáng)度在襯底表面上形成掩模27的縮小圖像。照射襯底表面的隨機(jī)點(diǎn)的光束群由包括中心光束的分光束構(gòu)成。在某一光束和中心光束之間形成的角度是由光束均勻器22的幾何形狀決定的角度，即通過將掩模中光束與中心光束之間形成的角度乘以焦闌透鏡28的放大倍數(shù)獲得的值。
在通過投影方法激光退火過程中，移相器36的構(gòu)圖時(shí)間乘以縮小透鏡28的放大倍數(shù)獲得的值優(yōu)選在8-30μm的范圍內(nèi)。當(dāng)該值過大時(shí)，晶粒在橫向的生長(zhǎng)中途停止，并且照射區(qū)的整個(gè)表面不能用晶粒覆蓋。如果該值過小，那么長(zhǎng)成的晶顆在橫向的長(zhǎng)度縮短，并且這不利于粒徑的擴(kuò)大。
在該投影法中，通過XYZθ平板29相對(duì)容易地逐漸移動(dòng)襯底，并且該方法作為大規(guī)模生產(chǎn)的方法是有效的。在激光退火期間退火薄膜的結(jié)構(gòu)需要是在上層形成光吸收性的SiOx薄膜并在下層形成絕緣薄膜的結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)非晶硅層3吸收激光并熔融時(shí)，在非晶硅層3中保持熱，并且襯底1的溫度因從非晶硅層3熱擴(kuò)散而不會(huì)快速升高。
接下來(lái)，描述使用圖9的激光退火設(shè)備40(結(jié)晶設(shè)備40)使待處理的襯底32的非晶硅層3結(jié)晶的方法的一個(gè)實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
(實(shí)施方式1)作為結(jié)晶條件，圖10C所示的待處理的襯底32以下面的層合結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在入射光側(cè)的最上層的蓋薄膜37是SiOx(厚320nm)/SiO2(厚30nm)的層合薄膜。非單晶半導(dǎo)體薄膜是非晶硅層3(a-Si層)。襯底絕緣薄膜是SiO2薄膜(厚1000nm)2。襯底1是玻璃襯底。非晶硅層3的厚度在30、40、50和100nm的四個(gè)水平變化，并且制備待處理的襯底32。
應(yīng)注意的是，制備包括厚度為100nm的非晶硅層3的待處理的襯底32作為參照實(shí)例。蓋薄膜37的層合薄膜由具有光吸收性特性的SiOx薄膜(厚320nm)和具有透射特性的SiO2薄膜構(gòu)成。SiOx薄膜是Si和O的組成與二氧化硅薄膜的Si和O的組成不同的氧化硅薄膜，并且衰變系數(shù)k是0.02。SiOx薄膜是“x”小于2.0的氧化硅薄膜。理想地，光示縫隙(optical gap)可以從Si(至1.1eVvx＝0)到SiO2(至9eVx＝2)。用于結(jié)晶的激光例如激基激光的波長(zhǎng)可以控制使得吸收系數(shù)在0-105cm-1的范圍內(nèi)變化。特別是在“x”在1.4≤x≤1.9的范圍內(nèi)的情況下，確認(rèn)令人滿意的晶體生長(zhǎng)。SiOx薄膜的光吸收性系數(shù)α約為7000cm-1。
圖9的激光退火設(shè)備40具有在待處理的襯底32的入射面上形成放置在掩模27附近的移相器36的圖像的光學(xué)系統(tǒng)。即，激光退火設(shè)備40是將移相器36投影到待處理的襯底32的表面上的光學(xué)系統(tǒng)，并且它們具有共軛關(guān)系。應(yīng)注意的是移相器36的圖案在待處理的襯底32上經(jīng)具有1/5倍的放大倍數(shù)的成像光學(xué)系統(tǒng)的焦闌縮小透鏡而縮小至1/5。
如圖10A所示，具有不同面積的點(diǎn)構(gòu)圖的階梯式部分(高階梯52、低階梯51)排列于移相器36的表面上。待處理的襯底32用激光25經(jīng)具有圖10A所示的圖案的移相器36照射。激光25的相經(jīng)移相器36調(diào)節(jié)，并且形成反峰圖案(V形)重復(fù)的光強(qiáng)分布，如圖10D所示。在圖10D中，將一個(gè)反峰圖案放大并顯示。
移相器36形成使得V形光強(qiáng)分布的周期是16μm。移相器36的相差例如是90°。移相器36是指調(diào)節(jié)激光的相的空間強(qiáng)度調(diào)節(jié)光學(xué)元件。在非晶硅層(a-Si層)的厚度分別是30nm、40nm、50nm和100nm的情況下，根據(jù)激光的輻射能發(fā)射用于結(jié)晶非晶硅層(a-Si層)3的激光的能量密度分別是500mJ/cm2、500mJ/cm2、500mJ/cm2和600mJ/cm2。
激光源21是波長(zhǎng)例如為308nm的XeCl激基激光，并且單位發(fā)射的脈沖持續(xù)時(shí)間是30納秒。能量密度是顯示用于結(jié)晶的激光的能量密度的量度。能量密度是指單位面積的脈沖的一個(gè)發(fā)射的能量，并且特別是指在光源或照射區(qū)(輻射場(chǎng))測(cè)定的激光的平均光強(qiáng)。
在圖6-8中顯示了以這種方式結(jié)晶的晶粒的晶體取向。圖6顯示為在厚度分別為30nm、40nm、50nm和100nm的非晶硅層(a-Si層)3用激光照射并結(jié)晶時(shí)在晶粒的薄膜面的法線方向的晶體取向。顯示在薄膜的厚度為30nm時(shí)在法線方向的晶體取向在{100}面的附近強(qiáng)烈地取向(黑色部分)。
顯示在厚度為40nm時(shí)晶體方向在{111}面的附近強(qiáng)烈地取向(黑色部分)。顯示在厚度為50nm時(shí)晶體方向在{100}面以及{100}面的附近弱地取向(陰影線部分)。顯示在厚度為100nm時(shí)晶體方向在{100}面和{110}面之間以及在{110}面和{111}面之間弱地取向(陰影線部分)。
圖7顯示了在厚度分別為30nm、40nm、50nm和100nm的非晶硅層(a-Si層)3用激光照射并結(jié)晶時(shí)晶體生長(zhǎng)方向的晶體取向。顯示在薄膜的厚度為30nm時(shí)晶體生長(zhǎng)方向在{110}面的附近強(qiáng)烈地取向(黑色部分)。顯示在厚度為40nm時(shí)晶體生長(zhǎng)方向在{110}面的附近類似地強(qiáng)烈取向(黑色部分)。顯示在厚度為50nm時(shí)晶體生長(zhǎng)方向在{100}面的附近類似地強(qiáng)烈取向(黑色部分)。顯示在厚度為100nm時(shí)晶體生長(zhǎng)方向在{100}面和{110}面之間弱地取向(陰影線部分)。
圖8顯示了在厚度分別為30nm、40nm、50nm和100nm的非晶硅層3用激光照射并結(jié)晶時(shí)寬度晶體生長(zhǎng)方向的晶體取向。顯示在薄膜的厚度為30nm時(shí)該寬度方向在{111}面的附近強(qiáng)烈地取向(黑色部分)。
類似地顯示在厚度為40nm時(shí)晶體生長(zhǎng)方向在{111}面的附近弱地取向(陰影線部分)。顯示在厚度為50nm時(shí)晶體生長(zhǎng)方向在{111}面和{110}面的附近類似地弱取向(陰影線部分)。顯示在厚度為100nm時(shí)晶體生長(zhǎng)方向在{111}面的附近弱地取向(陰影線部分)。
圖11顯示了圖6-8中在厚度為30nm的非晶硅層(a-Si層)3用激光照射并結(jié)晶時(shí)晶粒的薄膜面的法線方向、晶體生長(zhǎng)方向和寬度方向的晶體取向的列舉。
從這些結(jié)果看出，薄膜面的法線方向圍繞晶體生長(zhǎng)方向作為軸在{100}-{112}的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的方向優(yōu)先取向。晶體生長(zhǎng)方向在<110>優(yōu)先取向。以直角與晶體生長(zhǎng)方向交叉的寬度方向圍繞晶體生長(zhǎng)方向作為軸在<110>-<111>的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的方向優(yōu)先取向。如上所述，可以改變非晶硅層3的厚度由此控制晶體取向。
(實(shí)施方式2)以與實(shí)施方式1相同的方式，結(jié)晶設(shè)備是投影式光學(xué)系統(tǒng)。移相器36的圖案的周期以在襯底上的轉(zhuǎn)換值計(jì)例如是16μm，并且階梯式部分設(shè)備t例如是154nm。相差例如是90°。在此時(shí)形成的周期性V形光強(qiáng)分布中，強(qiáng)度的最大值為相對(duì)值1，并且最小值為相對(duì)值0.5。
作為結(jié)晶條件，以與實(shí)施方式1相同的方式，待處理的襯底32具有以下薄膜結(jié)構(gòu)。蓋薄膜37具有SiOx(厚320nm)/SiO2(厚30nm)的層合結(jié)構(gòu)。非晶硅層是a-Si層(30nm)。襯底絕緣薄膜是SiO2薄膜(1000nm)。襯底1是玻璃襯底。激光的輻射能量密度例如是500mJ/cm2。該激光的激光源21是波長(zhǎng)例如為308nm的XeCl激基激光，并且以與實(shí)施方式1相同的方式單位發(fā)射的脈沖持續(xù)時(shí)間是30納秒。
圖12顯示了在上面條件下使薄膜結(jié)晶時(shí)晶粒的薄膜面的法線方向、晶體生長(zhǎng)方向和寬度方向的晶體取向的列舉。圖12是顯示通過本實(shí)施方式的結(jié)晶方法獲得的結(jié)構(gòu)的取向特性的反極性點(diǎn)的圖。
通過本結(jié)晶方法獲得的晶粒陣列是由圖2所示的延伸的帶狀晶粒構(gòu)成的陣列，并且晶粒長(zhǎng)8μm并且平均寬度為0.2μm。縱向，即晶體生長(zhǎng)方向在<110>優(yōu)先取向。以直角與晶體生長(zhǎng)方向交叉的寬度方向圍繞晶體生長(zhǎng)方向作為軸在<110>-<111>的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的方向優(yōu)先取向。薄膜面的法線方向圍繞晶體生長(zhǎng)方向作為軸在{100}-{112}的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的方向優(yōu)先取向。
(實(shí)施方式3)在本實(shí)施方式中，使用圖9的投影式光學(xué)系統(tǒng)，并且以與實(shí)施方式1相同的方式使用由具有圖10A所示周期性不同尺寸的點(diǎn)圖案構(gòu)成的移相器36。移相器36的圖案的周期以在襯底上的轉(zhuǎn)換值計(jì)例如是16μm，并且階梯式部分設(shè)備t例如是103nm。移相器36的相差例如是60°。在此時(shí)形成的周期性V形光強(qiáng)分布中，強(qiáng)度的最大值為相對(duì)值1，并且最小值為相對(duì)值0.66。
作為結(jié)晶條件，待處理的襯底32具有以下薄膜結(jié)構(gòu)。蓋薄膜37具有SiOx(320nm)的光吸收性薄膜和SiO2(30nm)的透光且蓄熱的薄膜的層合結(jié)構(gòu)。非晶硅層3是a-Si層(30nm)。襯底絕緣薄膜是SiO2薄膜(1000nm)。襯底1是玻璃襯底。發(fā)射的激光的輻射能量密度例如是500mJ/cm2。激光源21是波長(zhǎng)例如為308nm的XeCl激基激光，并且以與實(shí)施方式2相同的方式單位發(fā)射的脈沖持續(xù)時(shí)間是30納秒。
圖12是通過本實(shí)施方式的結(jié)晶方法獲得的結(jié)構(gòu)的取向特性的反極性點(diǎn)的圖。通過本結(jié)晶方法獲得的晶粒陣列是由圖6所示的延伸的帶狀晶粒構(gòu)成的陣列，并且晶粒長(zhǎng)8μm并且平均寬度為0.2μm。
(實(shí)施方式4)接下來(lái)，參照?qǐng)D13描述在如上所述形成的結(jié)晶區(qū)中形成TFT的方法的一個(gè)實(shí)例。應(yīng)注意的是，本文描述了形成N-溝道型TFT的一個(gè)實(shí)施例，但是該方法并不僅限于N-溝道型TFT。以基本上相似的方法可以形成P-溝道型TFT，只是簡(jiǎn)單地改變雜質(zhì)的類型(摻雜物的類型)。這里，將描述具有底柵(bottom gate)結(jié)構(gòu)的TFT的制備方法。
如圖13A所示，在襯底1例如由玻璃制成的絕緣襯底上，形成厚度為100-300nm的Al、Ta、Mo、W、Cr和Cu中至少一種作為柵電極的材料的薄膜或者合金薄膜。該金屬薄膜經(jīng)構(gòu)圖，并加工成底型柵電極61。
接著，如圖13B所示，在柵電極61和暴露的絕緣襯底上沉積柵絕緣薄膜62、63。柵絕緣薄膜62、63具有例如氮化物薄膜(SiNx)和氧化物薄膜(SiO2)的雙層結(jié)構(gòu)。柵絕緣薄膜62的柵極氮化物薄膜例如可以使用SiH4氣體和NH3氣體的混合物作為原料氣體通過等離子體CVD法(PE-CVD法)沉積。應(yīng)注意的是，該柵極氮化物薄膜可以使用常壓CVD或減壓CVD代替等離子體CVD進(jìn)行沉積。
氮化物薄膜具有例如50nm的厚度。作為柵絕緣薄膜63的氧化物薄膜以例如約200nm的厚度沉積在氮化物薄膜上。在該氧化物薄膜上連續(xù)沉積非單晶薄膜例如非晶硅層3，使厚度為50nm或更小，例如為30nm。而且，在非晶硅層3上依次沉積例如由SiO2/SiOx制成的蓋薄膜37，其厚度例如分別為30nm和320nm。在不破壞沉積室的真空系統(tǒng)的情況下(例如，沒有暴露于大氣下)，將柵絕緣薄膜62、63、非晶硅層3和具有雙層結(jié)構(gòu)的蓋薄膜37連續(xù)沉積。
在使用等離子體CVD法進(jìn)行上面沉積方法的情況下，當(dāng)在550℃的溫度、氮?dú)猸h(huán)境下加熱約2小時(shí)時(shí)，將非晶硅層3中包含的氫從非晶硅層3排出。以這種方式制造待結(jié)晶的襯底32。
接下來(lái)，在待結(jié)晶的襯底32中進(jìn)行厚度為50nm的薄的非晶硅層3的結(jié)晶過程。該結(jié)晶過程例如可以使用圖9的激光退火設(shè)備40進(jìn)行。例如，蓋薄膜37用激光25照射，并且非晶硅層3的照射區(qū)通過例如上面第一到第三實(shí)施方式中所述的方法結(jié)晶。
作為激光25，可以使用激基光束。在將待用激光25照射的區(qū)域調(diào)整并聚焦之后，用激光25照射該區(qū)域，并將移相器36的周期性圖案轉(zhuǎn)移到該照射區(qū)。而且，在移動(dòng)該照射區(qū)以使該區(qū)域不與其它區(qū)域重疊時(shí)，重復(fù)用激光25照射，并將預(yù)定區(qū)域的照射區(qū)結(jié)晶。以這種方式，將非晶硅層3的預(yù)定區(qū)域結(jié)晶，并形成多晶半導(dǎo)體薄膜65。
接下來(lái)，通過例如蝕刻的方法將表面上的蓋絕緣薄膜37剝離，并將已形成結(jié)晶區(qū)的非晶硅層3的表面曝光。以這種方式，對(duì)于由厚度為50nm或更小的薄的非晶硅層3結(jié)晶的區(qū)域的表面，如圖6-8所示，晶體生長(zhǎng)方向在<110>優(yōu)先取向形成在晶體生長(zhǎng)方向比寬度方向長(zhǎng)的晶粒陣列，如圖2所示。
如圖13C所示，為了將TFT的閾電壓Vth控制到所需值的目的而進(jìn)行離子注入。在本實(shí)施例中，將硼B(yǎng)+離子注入使得劑量在約5×1011-4×1012/cm2的范圍內(nèi)。在該Vth離子注入中，使用在10keV下加速的離子束。
接著，將SiO2以例如約100nm-300nm的厚度沉積在用前面的方法例如通過等離子體CVD法結(jié)晶的多晶半導(dǎo)體薄膜65上。在本實(shí)例中，將硅烷氣體SiH4和氧氣等離子體分解由此沉積SiO2。而且，以這種方式沉積的SiO2構(gòu)圖成預(yù)定形狀，從而形成塞薄膜66。
在這種情況下，使用背面曝光技術(shù)將塞薄膜66構(gòu)圖以與柵電極61匹配。將位于塞薄膜66正下方的一部分多晶半導(dǎo)體薄膜65保護(hù)為溝道區(qū)Ch。如上所述，預(yù)先通過離子注入將B+離子以相對(duì)少劑量注入以獲得高閾電壓Vth。
接下來(lái)，使用塞薄膜66作為掩模通過離子摻雜將雜質(zhì)(例如，P+離子)注入半導(dǎo)體薄膜65中，并形成LDD區(qū)。此時(shí)，該劑量例如是5×1012-1×1013/cm2，并且加速電壓例如是10keV。
而且，將光刻膠構(gòu)圖涂布到塞薄膜66和該薄膜的相對(duì)面上的LDD區(qū)上。接下來(lái)，使用掩模以高濃度注入雜質(zhì)(例如，P+離子)，并且形成源區(qū)S和漏區(qū)D。在注入雜質(zhì)期間，例如可以使用離子摻雜(離子淋浴)。在這種情況下，在不進(jìn)行質(zhì)量分離的情況下通過加速電場(chǎng)注入雜質(zhì)。在本實(shí)施例中，以約1×1015/cm2的劑量注入雜質(zhì)，并且形成源區(qū)S和漏區(qū)D。離子注入的加速電壓例如是10keV。
應(yīng)注意的是，盡管未顯示，但是在形成P-溝道型TFT的情況下，在用光刻膠涂布N-溝道區(qū)TFT區(qū)之后，可以使用B+離子代替P+離子作為雜質(zhì)以約1×1015/cm2的劑量進(jìn)行離子摻雜。應(yīng)注意的是這里可以使用質(zhì)量分離型離子注入設(shè)備注入雜質(zhì)。之后，通過快速熱退火(RTA)104將注入到多晶半導(dǎo)體薄膜65內(nèi)的雜質(zhì)激活。視情況而定，可以使用激基激光進(jìn)行附能激光退火(energizedlaser annealing)(ELA)。之后，將半導(dǎo)體薄膜65和塞薄膜66的不需要的部分同時(shí)構(gòu)圖以將TFT的每個(gè)元件區(qū)分離。
最后，如圖13D所示，將SiO2沉積為約100-200nm的厚度而形成夾層絕緣薄膜67。在形成夾層絕緣薄膜67之后，通過等離子體CVD法將SiNx沉積為約200-400nm的厚度而形成鈍化薄膜68。在該階段，在氮?dú)夂托纬蓺怏w和真空下于約350-400℃下熱處理1小時(shí)，以將夾層絕緣薄膜67中包含的氫原子擴(kuò)散到半導(dǎo)體薄膜65中。
之后，將用于形成源S電極的接觸孔打開，并通過濺射將Mo、Al等的電極材料層沉積為100-200nm的厚度。接下來(lái)，電極材料層構(gòu)圖成預(yù)定形狀以起絲狀電極(wiring electrode)69的作用。而且，在以約1μm的厚度形成由丙烯酸類樹脂等制得的壓平層(flatteninglayer)70之后，將用于漏D電極的接觸孔打開。通過濺射在壓平層70上沉積由ITO等制得的透明導(dǎo)電薄膜之后，將該薄膜構(gòu)圖成預(yù)定形狀以形成像素電極(pixel electrode)71。以這種方式制得TFT 112。
(實(shí)施方式5)接下來(lái)，參照?qǐng)D14-14C描述將本發(fā)明的方法用于具有頂柵(topgate)結(jié)構(gòu)的TFT的制備的過程。首先，如圖14A所示，將襯底薄膜81、82作為兩個(gè)緩沖層通過等離子體CVD法連續(xù)沉積在絕緣襯底1上。
第一層襯底薄膜81由SiNx(x＜2)薄膜構(gòu)成，并且該薄膜的厚度是100-500nm。第二層襯底薄膜82由SiN2薄膜構(gòu)成，并且該薄膜的厚度類似地是100-500nm。將由非晶硅制成的非單晶半導(dǎo)體薄膜4通過等離子體CVD法或LPCVD法以50nm或更小(例如，30nm)的厚度沉積在由該SiO2薄膜構(gòu)成的襯底薄膜82上。
而且，將由SiO2/SiOx制成的蓋薄膜37在非單晶半導(dǎo)體薄膜3上依次分別沉積為30nm和320nm的厚度。在使用等離子體CVD法沉積由非晶硅制成的非單晶半導(dǎo)體薄膜3的情況下，在氮?dú)猸h(huán)境、400-450℃的溫度下進(jìn)行退火約1小時(shí)以使薄膜中的氫解吸。
接下來(lái)，例如通過上面實(shí)施方式1-3中所述的結(jié)晶方法將該薄的非晶半導(dǎo)體薄膜3結(jié)晶。調(diào)節(jié)待用激光25照射的區(qū)域之后，將激光25聚焦到該待照射的區(qū)域上，以便可以將移相器36的周期性圖案轉(zhuǎn)移到照射區(qū)，并且用激光25照射該區(qū)域。而且，在移動(dòng)該照射區(qū)以使該區(qū)域不與其它區(qū)域重疊時(shí)，重復(fù)用激光25照射，并將該薄的非晶半導(dǎo)體薄膜3的預(yù)定區(qū)域結(jié)晶。
接下來(lái)，通過蝕刻將蓋薄膜37剝離。這里，如果需要的話，為了高閾電壓Vth預(yù)先以與上面實(shí)施方式相同的方式進(jìn)行離子注入。特別是，將B+離子注入到薄的半導(dǎo)體薄膜3中，使劑量在約5×1011-4×1012/cm2的范圍內(nèi)。在這種情況下，加速電壓約為10keV。
接下來(lái)，如圖14B所示，將結(jié)晶的硅半導(dǎo)體薄膜85構(gòu)圖成島狀。在該薄膜上，通過等離子體CVD法、常壓CVD法、減壓CVD法、ECR-CVD法、濺射法等以100-400nm的厚度沉積SiO2，并形成柵絕緣薄膜83。在本實(shí)施例中，柵絕緣薄膜83具有100nm的厚度。
接下來(lái)，將Al、Ti、Mo、W、Ta、摻雜多晶硅或它們的合金，以200-800nm的厚度沉積在柵絕緣薄膜83上。將該薄膜構(gòu)圖成預(yù)定形狀，并形成柵電極88。
接下來(lái)，通過離子注入法使用質(zhì)量分離將P+離子注入到結(jié)晶的半導(dǎo)體薄膜85中，并形成LDD區(qū)。使用柵電極88作為掩模將這些離子注入到襯底1的整個(gè)表面，劑量是6×1012-5×1013/cm2。加速電壓例如是90keV。應(yīng)注意的是，位于柵電極88正下方的溝道區(qū)Ch得到保護(hù)，并且預(yù)先通過Vth離子注入注入的B+離子原樣保留。
在將這些離子注入到LDD區(qū)之后，形成抗蝕劑圖案以涂布柵電極88及其外圍。使用抗蝕劑圖案作為掩模通過質(zhì)量未分離型離子淋浴摻雜法以高密度將P+離子注入到結(jié)晶的半導(dǎo)體薄膜85中，并形成源區(qū)S和漏區(qū)D。在這種情況下，劑量例如是約1×1015/cm2。加速電壓例如是90keV。在摻雜氣體中，使用用氫稀釋的20％PH3氣體。
為了形成CMOS電路，在形成用于P-溝道TFT的抗蝕劑圖案之后，使用5-20％的B2H6/H2氣體作為摻雜氣體注入離子。劑量是約1×1015-3×1015/cm2，并且加速電壓例如是90keV。應(yīng)注意的是，可以使用質(zhì)量分離型離子注入設(shè)備形成源區(qū)S和漏區(qū)D。
接下來(lái)，將注入到結(jié)晶的半導(dǎo)體薄膜85內(nèi)的摻雜物激活。該激活可以使用RTA 104通過使用紫外燈以與實(shí)施方式4相同的方式進(jìn)行。
最后，如圖14C所示，沉積由PSG燈制成的夾層絕緣薄膜90以涂布柵電極89。在沉積夾層絕緣薄膜90之后，通過等離子體CVD法將SiNx沉積為約200-400nm的厚度以形成鈍化薄膜91。
在該階段，在氮?dú)狻?50℃下進(jìn)行退火1小時(shí)以將夾層絕緣薄膜91中包含的氫原子擴(kuò)散到半導(dǎo)體薄膜85中。之后，制成接觸孔。而且，通過濺射在鈍化薄膜91上沉積Al-Si之后，將該層構(gòu)圖成預(yù)定形狀以起絲狀電極92的作用。
而且，在以約1μm的厚度形成由丙烯酸類樹脂等制得的壓平層93之后，在該層中制造接觸孔。通過濺射在壓平層93上沉積由ITO等制得的透明導(dǎo)電薄膜之后，將該薄膜構(gòu)圖成預(yù)定形狀以形成像素電極94。
甚至在圖14A-14C所示的TFT中，通過參照?qǐng)D13A-13D中所示的TFT所述類似的方法將非單晶半導(dǎo)體薄膜3結(jié)晶。然而，實(shí)施方式6中具有頂柵結(jié)構(gòu)的TFT與實(shí)施方式5中具有底柵結(jié)構(gòu)的TFT的區(qū)別在于前者在形成柵電極89的圖案之前進(jìn)行結(jié)晶。因此，就由玻璃等制成的絕緣襯底的收縮而言，允許大于具有底柵結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體設(shè)備的收縮。因此，可以使用具有較大輸出功率的激光照射設(shè)備進(jìn)行結(jié)晶。以這種方式制得TFT 113。
(實(shí)施方式6)接下來(lái)，參照?qǐng)D15描述使用實(shí)施方式5或6的TFT的有源矩陣型顯示器的一個(gè)實(shí)例。
顯示板100具有包括一對(duì)絕緣襯底101、102的平板結(jié)構(gòu)以及保持在這兩個(gè)襯底之間的電光材料103。液晶材料廣泛地用作電光材料103。將像素矩陣區(qū)104和驅(qū)動(dòng)電路部分集成并形成于下面的絕緣襯底101上。驅(qū)動(dòng)電路部分分成垂直驅(qū)動(dòng)電路105和水平驅(qū)動(dòng)電路106。
而且，在絕緣襯底101的周圍部分的上端形成用于外部連接的末端部分107。末端部分107與垂直驅(qū)動(dòng)電路105和水平驅(qū)動(dòng)電路106經(jīng)金屬線108相連。在像素矩陣區(qū)104形成行柵極金屬線109和列信號(hào)金屬線110。在金屬線109和110之間的相交部分形成像素電極111或驅(qū)動(dòng)該電極的TFT 112(或113)。
TFT 112(或113)的柵電極61、89與相應(yīng)的柵極金屬線109相連，漏區(qū)D與相應(yīng)的像素電極111相連，并且源區(qū)S與相應(yīng)的信號(hào)金屬線110相連。柵極金屬線109與垂直驅(qū)動(dòng)電路105相連，并且信號(hào)金屬線110與水平驅(qū)動(dòng)電路106相連。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中制備用于轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)像素電極111的TFT112(或113)、以及垂直驅(qū)動(dòng)電路105和水平驅(qū)動(dòng)電路106中所含的TFT。因此，這些TFT具有比傳統(tǒng)實(shí)例的高的遷移率。因此，不僅驅(qū)動(dòng)電路而且更高性能的處理電路都可以集成并形成。
(實(shí)施方式7)使用圖9中所示的激光退火設(shè)備40用尺寸與上述每一實(shí)施方式中的不同的移相器36(圖10A，B)進(jìn)行結(jié)晶。移相器36的細(xì)節(jié)如下以襯底上的轉(zhuǎn)換值計(jì)圖案周期是16μm；階梯式部分深度t是103nm；并且相差是60°。在通過該移相器36獲得的激光的光強(qiáng)分布(圖10D)中，強(qiáng)度的最大值為相對(duì)值1，并且最小值為相對(duì)值0.66。
用于本實(shí)施方式的待處理的襯底32具有以下薄膜結(jié)構(gòu)。蓋薄膜具有SiOx(320nm)和SiO2(30nm)的層合結(jié)構(gòu)。非晶硅層由a-Si(40nm)制成。下面的絕緣薄膜由SiO2(1100nm)制成。襯底是玻璃襯底。激光的輻射能量密度是500mJ/cm2。該激光是波長(zhǎng)為308nm的XeCl激基激光，并且單位發(fā)射的脈沖持續(xù)時(shí)間是30納秒。
圖16顯示了通過用激光照射待處理的襯底32而結(jié)晶的a-Si(40nm)的結(jié)構(gòu)。圖16是顯示結(jié)晶結(jié)構(gòu)的取向特性的反極性點(diǎn)的圖。如圖2所示，該結(jié)構(gòu)是延伸的帶狀晶粒4的陣列，其中晶粒長(zhǎng)8μm并且平均寬度為0.4μm。從圖16看出，縱向即晶體生長(zhǎng)方向在<110>優(yōu)先取向，在厚度為30nm的層中其它取向的波動(dòng)大于<110>。
如圖16(a)所示，薄膜面的法線方向在{111}取向，并且圍繞{100}也弱地取向。這與非晶硅層具有30nm的厚度的情形不同。這種取向據(jù)推測(cè)是在結(jié)晶結(jié)束之后即刻在{100}-{112}的范圍內(nèi)的取向圍繞作為軸的晶體生長(zhǎng)方向<110>經(jīng)受雙晶變形的情形下產(chǎn)生的。這是由于平均寬度大于在厚度為30nm的層中的平均寬度，并且容易產(chǎn)生雙晶變形。
如圖16(b)所示，晶體生長(zhǎng)方向在<110>強(qiáng)烈并且優(yōu)先取向。在使用本實(shí)施方式的結(jié)晶的硅薄膜制備TFT的情況下，放置晶體管以便晶體生長(zhǎng)方向與電流流動(dòng)的方向一致。在這種情況下，電流的方向基本上在<110>取向，但是薄膜面的法線方向的晶體取向在{100}-{111}的范圍內(nèi)波動(dòng)。因此，需要擴(kuò)大溝道寬度以減少晶體取向波動(dòng)的影響。該結(jié)晶的Si薄膜的結(jié)構(gòu)比具有30nm的厚度的薄膜的結(jié)構(gòu)差。
如圖16(c)所示，晶粒4的寬度方向弱且優(yōu)先地在<111>取向。
(實(shí)施方式8)使用圖9中所示的激光退火設(shè)備40用具有與實(shí)施方式7相同尺寸的移相器36(圖10A，B)進(jìn)行結(jié)晶。因此，已通過該移相器36調(diào)節(jié)相的激光的光強(qiáng)分布也與實(shí)施方式7的光強(qiáng)分布相同。即，假定光強(qiáng)的最大值U為相對(duì)值1，那么最小值B為相對(duì)值0.66。
待處理的襯底32與實(shí)施方式7的待處理的襯底32的區(qū)別僅在于非晶硅層3的厚度。即，本待處理的襯底32具有以下薄膜結(jié)構(gòu)。蓋薄膜具有SiOx(320nm)和SiO2(30nm)的層合結(jié)構(gòu)。非晶硅層由a-Si(50nm)制成。下面的絕緣薄膜由SiO2(1100nm)制成。襯底是玻璃襯底。激光具有與實(shí)施方式7相同的條件。
圖17顯示了通過結(jié)晶包括具有50nm的厚度的非晶硅層3的待處理的相應(yīng)襯底32而獲得的結(jié)晶區(qū)的結(jié)構(gòu)。圖17是顯示該結(jié)構(gòu)的取向特性的反極性點(diǎn)的圖。該結(jié)構(gòu)是延伸的晶粒4的陣列，其中晶粒長(zhǎng)8μm并且平均寬度為0.5μm?？v向即晶體生長(zhǎng)方向在<100>優(yōu)先取向，并且這與薄膜具有30nm或40nm的厚度的情形相差很大。薄膜面的法線方向(圖17(a))和與晶體生長(zhǎng)方向以直角交叉的寬度方向(圖17(c))弱地取向，并且這些方向有波動(dòng)。
在使用本實(shí)施方式的結(jié)晶的硅薄膜制備TFT的情況下，放置晶體管以便晶體生長(zhǎng)方向與電流的方向一致。在這種情況下，電流的方向基本上在<100>取向，但是薄膜面的法線方向的晶體取向有波動(dòng)。因此，需要擴(kuò)大溝道寬度以減少晶體取向波動(dòng)的影響。該結(jié)晶的Si薄膜的結(jié)構(gòu)比具有30nm的厚度的薄膜的結(jié)構(gòu)差。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，可以獲得具有高遷移率并且在遷移率或閾電壓特性方面波動(dòng)較小的TFT。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管，特征在于包括襯底(1)；直接或間接地設(shè)置在襯底(1)上的非單晶半導(dǎo)體薄膜(3)；晶粒陣列(5)，它形成于非單晶半導(dǎo)體薄膜(3)中并且由在縱向延伸并且在寬度方向彼此相鄰排列的帶狀晶粒(4)構(gòu)成；和源區(qū)(S)和漏區(qū)(D)，它們包括晶粒陣列(5)中多個(gè)晶粒(4)并且成型使得電流在晶粒(4)的縱向流過，其中晶粒(4)是通過在非單晶半導(dǎo)體薄膜(3)中產(chǎn)生晶種(11)，然后在縱向由各個(gè)晶種(11)生長(zhǎng)晶體而形成的。
2.如權(quán)利要求1的薄膜晶體管，特征在于晶粒(4)的晶體生長(zhǎng)方向優(yōu)先在<110>取向。
3.如權(quán)利要求1的薄膜晶體管，特征在于設(shè)置在源區(qū)(S)和漏區(qū)(D)之間并且面對(duì)柵絕緣薄膜(8)的溝道區(qū)(Ch)的面的取向在{001}-{112}的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1的薄膜晶體管，特征在于晶粒(4)具有在4-15μm的范圍內(nèi)的長(zhǎng)度和在0.2-0.6μm的范圍內(nèi)的寬度。
5.如權(quán)利要求1的薄膜晶體管，特征在于非單晶半導(dǎo)體薄膜(8)具有小于50nm的厚度。
6.如權(quán)利要求1的薄膜晶體管，特征在于以直角與所述晶體生長(zhǎng)方向交叉的所述寬度方向優(yōu)先以圍繞所述晶體生長(zhǎng)方向作為軸在<110>-<111>的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的方向取向。
7.一種半導(dǎo)體器件，特征在于包括襯底(1)；直接或間接地設(shè)置在襯底(1)上的非單晶半導(dǎo)體薄膜(3)；和晶粒陣列(5)，它形成于非單晶半導(dǎo)體薄膜(3)中并且由在縱向延伸并且在寬度方向彼此相鄰排列的帶狀晶粒(4)構(gòu)成；其中晶粒(4)是通過在非單晶半導(dǎo)體薄膜(3)中產(chǎn)生晶種(11)，然后在縱向由各個(gè)晶種(11)生長(zhǎng)晶體而形成的，和晶體生長(zhǎng)方向優(yōu)先在<110>取向。
8.如權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，特征在于晶粒(4)具有在4-15μm的范圍內(nèi)的長(zhǎng)度和在0.2-0.6μm的范圍內(nèi)的寬度。
9.如權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，特征在于非單晶半導(dǎo)體薄膜(3)具有小于50nm的厚度。
10.如權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，特征在于以直角與所述晶體生長(zhǎng)方向交叉的寬度方向優(yōu)先以圍繞所述晶體生長(zhǎng)方向作為軸在<110>-<111>的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的方向取向。
11.一種半導(dǎo)體器件，特征在于包括襯底(1)；直接或間接地設(shè)置在襯底(1)上的非單晶半導(dǎo)體薄膜(3)；和晶粒陣列(5)，它形成于非單晶半導(dǎo)體薄膜(3)中并且由在縱向延伸并且在寬度方向彼此相鄰排列的帶狀晶粒(4)構(gòu)成；其中晶粒(4)是通過在非單晶半導(dǎo)體薄膜(3)中產(chǎn)生晶種(11)，然后在縱向由各個(gè)晶種(11)生長(zhǎng)晶體而形成的，和晶粒(4)的薄膜平面的法線方向優(yōu)先在圍繞晶體生長(zhǎng)方向作為軸在{100}-{112}的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的方向取向。
12.一種顯示器，特征在于包括襯底(1)；直接或間接地設(shè)置在襯底(1)上的非單晶半導(dǎo)體薄膜(3)；晶粒陣列(5)，它形成于非單晶半導(dǎo)體薄膜(3)中并且由在縱向延伸并且在寬度方向彼此相鄰排列的帶狀晶粒(4)構(gòu)成，所述晶粒(4)是通過在非單晶半導(dǎo)體薄膜(3)中產(chǎn)生晶種(11)，然后在縱向由各個(gè)晶種(11)生長(zhǎng)晶體形成的；具有源區(qū)(S)和漏區(qū)(D)的薄膜晶體管，所述源區(qū)和所述漏區(qū)包括晶粒陣列(5)中多個(gè)晶粒(4)并且成型使得電流在縱向流過；和由這些薄膜晶體管構(gòu)成的像素開關(guān)電路。
13.一種結(jié)晶方法，特征在于包括在襯底上直接或間接地形成非單晶半導(dǎo)體薄膜(3)；形成光吸收性絕緣薄膜(37)，它在非單晶半導(dǎo)體薄膜(3)上吸收一部分激光；和用具有光強(qiáng)分布的所述激光照射絕緣薄膜(37)，其中多個(gè)反峰圖案連續(xù)在所述絕緣薄膜(37)的表面上形成，從而在非單晶半導(dǎo)體薄膜(3)中形成晶粒陣列(5)，所述晶粒陣列由在縱向延伸并且在寬度方向彼此相鄰排列的帶狀晶粒(4)構(gòu)成，所述晶粒(4)經(jīng)過結(jié)晶使得縱向優(yōu)先在<110>取向。
14.如權(quán)利要求13的結(jié)晶方法，特征在于假定在所述反峰構(gòu)圖光強(qiáng)分布中最大強(qiáng)度部分的光強(qiáng)是1.0，那么最小強(qiáng)度部分的光強(qiáng)在0.5-0.8的范圍內(nèi)。
15.一種薄膜晶體管的制備方法，特征在于包括在襯底上直接或間接地形成非單晶半導(dǎo)體薄膜(3)；形成光吸收性絕緣薄膜(37)，它在非單晶半導(dǎo)體薄膜(3)上吸收一部分激光；用具有光強(qiáng)分布的激光照射絕緣薄膜(37)，其中多個(gè)反峰圖案連續(xù)在所述絕緣薄膜的表面上形成，從而在所述非單晶半導(dǎo)體薄膜(3)中形成晶粒陣列(5)，所述晶粒陣列由在縱向延伸并且在寬度方向彼此相鄰排列的帶狀晶粒(4)構(gòu)成，所述晶粒(4)經(jīng)過結(jié)晶使得縱向優(yōu)先在<110>取向；形成源區(qū)(S)和漏區(qū)(D)，使得電流在包括晶粒陣列(5)中多個(gè)晶粒(4)的區(qū)域在縱向流過。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高遷移率并且遷移率或閾電壓特性波動(dòng)很小的薄膜晶體管。厚度小于50nm并且設(shè)置在絕緣襯底(1)上的非單晶半導(dǎo)體薄膜(3)用具有反峰構(gòu)圖光強(qiáng)分布的激光照射以在橫向單向地生長(zhǎng)晶體。因此，在晶體生長(zhǎng)方向具有比寬度長(zhǎng)的尺寸的帶狀晶粒(4)，在寬度方向彼此相鄰地排列形成晶粒陣列(5)。形成TFT的源區(qū)(S)和漏區(qū)(D)，使得電流在包括該晶粒陣列(5)的多個(gè)晶粒(4)的區(qū)域內(nèi)在所述晶體生長(zhǎng)方向流過。
文檔編號(hào)H01L21/268GK1929151SQ20061008425
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2006年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者加藤智也, 松村正清, 中崎能彰 申請(qǐng)人:株式會(huì)社液晶先端技術(shù)開發(fā)中心