半导体薄膜制造方法及装置、光束成形掩模及薄膜晶体管制造方法及图纸

提供一种半导体薄膜的制造方法，其能够减少半导体薄膜中的晶粒边界的数量并还能够控制晶粒边界的方向。如图６（１）中所示，当第一光束辐射到非晶硅上时，放射状地形成具有位于中心的凹形的顶端的温度梯度。从而，如图６（２）中所示，在凹形顶端中形成不仅是在光束宽度方向上而且是在光束长度方向上生长的晶粒。在第二光束等之后，利用在凹形顶端中所形成的晶粒作为籽晶重复生长。结果，与常规窄线光束的情况相比，用位于起点的凹形的顶端形成有更宽宽度的条状晶粒。此外，通过设定凹形图案的周期在垂直于光束扫描方向的方向上等于或小于晶粒直径，能够形成连续成直线排列的条状晶粒。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。在第一现有技术所述的激光退火的情况下，能够在激光的扫描方向上(在光束宽度方向上)延伸晶粒。然而，在与激光的扫描方向正交的方向(光束长度方向)上没有温度梯度，使得在光束长度方向上任意地产生晶粒边界。因此，可以产生这种缺点使得中断晶粒的生长，并使得光束长度方向上的晶粒+变成1μm那样短。结果，当通过提供沟道以便载流子平行于扫描方向移动来制造TFT时，由于不可控制晶粒边界的位置，所以具有在沟道中所产生的晶粒边界。从而，恶化了载流子的迁移率，并增加了迁移率和阈值电压的波动。此外，当通过提供沟道以便载流子沿垂直于扫描方向的方向移动来制造TFT时，由于不可控制晶粒边界的位置，所以具有由于截断载流子的跃迁在沟道中所产生的晶粒边界。从而，恶化了载流子的迁移率，并增加了迁移率和阈值电压的波动。另外，在每次扫描步骤中，沿晶粒边界产生隆起部(protrusion)。由于任意地形成在光束宽度方向上的晶粒边界，所以在光束宽度方向上的隆起部的定位变得任意。在含有沟道内的隆起部的TFT中，在隆起部中集中了运行时的电场，由此引起阈值电压波动。也就是，在第一现有技术中所制造的TFT中阈值电压中的漂移变得很大，第一现有技术中沟道内的隆起部的定位和数量变得任意。在用第二现有技术中介绍的屏蔽掩模的激光退火中，在屏蔽掩模上的光束形状通常为矩形形状(激光辐射区1403)，如图3(1)中所示。从而，当让激光穿过锯齿形图案的掩模时，与形成窄线光束的第一现有技术相比降低了激光的透射率。结果，辐射到衬底上的光束长度变得更短，并且在单次扫描辐射中得到的多晶区变得更窄。因此，延长了用于处理衬底所需的时间。此外，在所得到的晶体中，在辐射的起始位置和终止位置中的宽范围内产生图3(2)中所示的高密度晶粒边界区1501。同样，在制造掩模的步骤中，与形成直线图案的情况相比，形成复杂的锯齿形图案增加了成本。此外，为了形成锯齿形图案光束，对激光退火装置来说，具有高分辨率的光学系统成为必要。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供能够控制在形成晶体膜时在半导体薄膜上所形成的晶粒边界的位置的一种半导体薄膜制造方法、用于半导体薄膜制造方法的光束成形掩模、使用光束成形掩模制造半导体薄膜的半导体薄膜制造装置、以及用制造装置制造的薄膜晶体管。为了取得上述目的，一种半导体薄膜的制造方法，用于通过辐射激光束到形成在绝缘衬底上的半导体薄膜上在半导体薄膜上生长晶粒，该方法包括一使激光束成形的步骤，其中在使激光束成形的步骤中，使要辐射到半导体薄膜上的激光束的一部分辐射图案成形为控制图案。用本专利技术，由于在一部分辐射图案中成形的控制图案，在半导体薄膜中产生温度梯度。由于温度梯度，晶体膜要被连续形成在半导体薄膜上。从而，能确保进行晶粒边界的位置控制，使得能够获得具有用于形成有源层的充分面积的晶体膜。辐射图案被成形为矩形以及还在矩形的一边具有控制图案的形状。在通过控制图案进行晶粒边界的位置控制的同时，在半导体薄膜上生长条状晶粒。由此，不中断条状晶粒的生长，以及能进行晶粒边界的位置控制。本专利技术不局限于用其中激光束不扫描的单脉冲(single shot)在半导体薄膜上形成晶体膜的情况。在扫描激光束的情况下，当扫描激光束时，通过把含有控制图案的辐射图案的激光束辐射到半导体薄膜上，在夹在平行的晶粒边界之间的区域中形成由条状晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体薄膜的制造方法，用于通过辐射激光束到在绝缘衬底上所形成的半导体薄膜上以在半导体薄膜上生长晶粒，该方法包括使激光束成形的步骤，其中在使激光束成形的步骤中，使要辐射到半导体薄膜上的激光束的一部分辐射图案成形为控制图案。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：中田充，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]