專利名稱：薄膜晶體管、制造薄膜晶體管的方法、以及使用薄膜晶體管的顯示器的制作方法
背景技術：
本發明涉及薄膜晶體管、用于制造薄膜晶體管的方法以及使用該薄膜晶體管的顯示器。
非晶硅薄膜和多晶硅薄膜已經被用作半導體薄膜，該薄膜用于形成例如用作控制施加到液晶顯示器(LCD)中的像素的電壓的開關元件的薄膜晶體管(TFT)或者用于液晶顯示器的控制電路的薄膜晶體管。
在使用多晶硅薄膜作為半導體薄膜的TFT中，遷移穿過溝道區的電子或空穴的遷移率通常高于使用非晶硅薄膜作為半導體薄膜的TFT中的遷移率。因此，與使用非晶硅薄膜的晶體管相比，使用多晶硅薄膜的晶體管具有更高的開關速度，因此可以操作更快。這使得將用于形成LCD像素選擇電路和外圍驅動電路的TFT能夠形成在相同的襯底上，在該襯底上，形成像素控制薄膜晶體管；外圍驅動電路驅動LCD。此外，可以有利地增加其它部分的設計余量。通過將諸如驅動電路或DAC等外圍驅動電路合并到包括像素控制薄膜晶體管的顯示部分中，還可以實現成本和尺寸的減小以及提高的清晰度。
本申請人已經開發出用于在形成于絕緣襯底上的非單晶半導體薄膜中穩定制造大晶粒尺寸的結晶區的工業化技術。作為用于形成大晶粒尺寸的結晶區的方法，例如在Masakiyo MATSUMURA，SurfaceScience，Vol.21，No.5，pp.278至287，2000中的“Method for FormingGiant Crystal Grain Si Film Using Excimer Laser”中和MasakiyoMATSUMURA，Applied Physics，Vol.71，No.5，pp.543至547，2000中的“Method for Forming Giant Crystal Grain Si Film UsingExcimer Laser Light Irradiation”中已經提出了該結晶方法。大晶粒尺寸的結晶區的成功產業化不僅使液晶顯示器部分和用于像素的開關晶體管，還使諸如DRAM或者SRAM等存儲電路、運算和邏輯電路等形成在玻璃襯底上。這使整個液晶顯示器所需要的功率量以及其尺寸減小。
本發明者等人已經開發出用于形成更高性能的TFT的制造技術，該TFT提供實用且最優化的晶體管特性。例如，具有通過在非晶硅薄膜上執行熱處理而生長的大晶粒尺寸的晶體的單晶硅的表面與通過對由常規的剝離法(lift-off method)形成的單晶棒進行切片而形成的單晶硅晶片的表面不同。特別地，在顯微鏡下，前一種單晶硅具有不平坦的薄膜，并且其具有在晶體生長期間產生的復雜晶界。因此，已經發現僅通過在結晶區的任意部分處形成TFT不能獲得理想的晶體管特性。
發明內容
本發明的目的是提供一種呈現出最優化的晶體管特性的薄膜晶體管結構、用于制造該薄膜晶體管的方法以及使用該薄膜晶體管的顯示器。
根據本發明的實施例中描述的薄膜晶體管在半導體薄膜中具有源極區、溝道區和漏極區，該半導體薄膜具有沿水平方向生長晶體的結晶區，該薄膜晶體管具有位于溝道區上方的柵絕緣膜和柵電極，且其特征在于漏極或源極區的溝道區側邊緣設置在除晶體生長起始位置或垂直方向生長起始位置附近之外的結晶區中。
-根據本發明的實施例中描述的薄膜晶體管在半導體薄膜中具有源極區、溝道區和漏極區，該半導體薄膜具有沿水平方向生長晶體的結晶區，該薄膜晶體管具有位于溝道區上方的柵絕緣膜和柵電極，且其特征在于漏極或源極區的溝道區側邊緣設置在離垂直方向生長起始位置至少1.0μm的結晶區中。
根據本發明的實施例中描述的薄膜晶體管在半導體薄膜中具有源極區、溝道區和漏極區，該半導體薄膜具有沿水平方向生長晶體的結晶區，該結晶區具有朝向晶體生長末端升高的傾斜面。該薄膜晶體管具有位于溝道區上方的柵絕緣膜和柵電極，且其特征在于漏極或源極區的溝道區側邊緣設置在離垂直方向生長起始位置至少1.0μm的結晶區中。
薄膜晶體管中的結晶區是通過使用脈沖激光對非單晶半導體薄膜進行輻射而形成的單晶區域。在這種情況下，脈沖激光經由均化器和移相器得到以具有反向峰狀光強度分布。
根據本發明實施例的用于制造薄膜晶體管的方法，其特征在于包含使用具有反向峰狀光強度分布的激光輻射非單晶半導體膜以使被輻射的區域結晶以形成結晶區的步驟；以及通過將與溝道區相鄰的漏極或源極區的側邊緣設置在離結晶區中的晶體生長起始位置或者垂直生長起始位置至少1.0μm的結晶區中來形成薄膜晶體管的步驟。
具有上述構造或如上所述制造的薄膜晶體管可以形成在結晶區中以便具有比常規TFT更高的電子或空穴遷移率。
根據本發明實施例的顯示器具有設置在外圍電路部分中的上述薄膜晶體管，該外圍電路部分包括信號和掃描線驅動電路且其需要在高速下操作。使用上述薄膜晶體管可以實現系統顯示器，在該系統顯示器中，在同一襯底上形成諸如外圍電路部分和存儲電路部分等有源元件。
圖1是說明根據本發明的薄膜晶體管的結構的部分剖面視圖；圖2是按照步驟順序說明制造圖1所示TFT的工藝的工藝圖；
圖3是示出在圖1所示的n-溝道型薄膜晶體管中的遷移率特性和截止電流特性與漏極邊緣位置之間的關系的特性圖；圖4是示出在圖1所示的n-溝道型薄膜晶體管中的Vth特性和S值特性與漏極邊緣位置之間的關系的特性圖；圖5是示出在根據與圖1所示的不同的實施例的p-溝道型薄膜晶體管中的遷移率特性和截止電流特性與漏極邊緣位置之間的關系的特性圖；圖6是示出在根據與圖1所示的不同的實施例的p-溝道型薄膜晶體管中的Vth特性和S值特性與漏極邊緣位置之間的關系的特性圖；圖7是說明圖2所示的結晶工藝的結晶設備的結構的圖；圖8是進一步詳細地說明圖7所示照明光學系統的圖；圖9是說明其中通過圖2所示的結晶工藝來進行結晶的襯底結構以及被結晶的半導體薄膜的形狀的圖；圖10是按照步驟順序說明圖2所示的TFT制造工藝的實例的截面圖；圖11是按照步驟順序說明圖10所示的TFT制造工藝的后處理的截面圖；圖12是圖13的截面照片；圖13是從上面觀察到的圖12的照片；圖14是示出通過圖6和7所示工藝獲得的大量TFT的遷移率特性比較的特性圖；圖15是說明其中將圖1中的薄膜晶體管應用到液晶顯示器的實例的電路圖；圖16是n-溝道型TFT的特性圖，其示出對于與圖3所示不同的薄膜晶體管，薄膜晶體管的遷移率特性取決于其漏極邊緣形成位置；
圖17是p-溝道型TFT的特性圖，其示出對于與圖5所示不同的薄膜晶體管，薄膜晶體管的遷移率特性取決于其漏極邊緣形成位置；圖18是示出在與圖1所示的不同的薄膜晶體管中的漏電流與柵電壓之間的關系的特性圖，其中，在薄膜晶體管的形成中，漏極邊緣形成位置是變化的；圖19是示出在圖1中的n-溝道型薄膜晶體管中，Vth特性和S值特性與漏極邊緣位置之間的關系的另一實施例的特性圖；和圖20是示出通過圖6和7所示工藝獲得的大量TFT的遷移率特性比較的另一實施例的特性圖。
優選實施例詳述下面將參考附圖來說明本發明的實施例。下面的說明涉及本發明的一個實施例，其旨在說明本發明的一般原理。因此，該說明不是要將本發明限于該實施例部分或者限制為附圖具體所示的結構。在下述詳細說明和附圖中，用相似的參考標記表示相似的元件。
本發明人已經開發并申請了關于通過將漏極或源極端與晶體生長結束位置的附近對準來作為向沿水平方向上生長晶體的結晶區提供最優化的晶體管特性的方法的制造TFT的技術的專利。為了在沿水平方向上生長晶體的大晶粒尺寸結晶區內盡可能多地形成TFT，本發明人專心致力于研究在晶體生長起始位置附近的結晶區的晶體管特性。結果，本發明人已經發現呈現最優化的晶體管特性的區域。
在下述實施例中，TFT形成在沿水平方向上生長晶體的結晶區內。在該TFT中，漏極或源極區的溝道區側邊緣形成在結晶區中的不與晶體生長起始位置或垂直生長起始位置的附近相應的位置處。例如，TFT形成在結晶區中離晶體生長起始位置或垂直生長起始位置至少1.0μm處。這種方法使得可以提供最佳的特性。
參考圖1，將說明根據本發明的薄膜晶體管的實施例。圖1是示出其中形成薄膜晶體管的區域的放大的截面圖。該實施例具有下列特性。
在非單晶半導體層的激光輻射區中，在預定生長條件下，通過沿水平方向生長晶體來形成結晶區5。具體地，對結晶區5(7-S-C-D-8)進行成形以便使晶體生長從晶體生長起始位置7開始沿水平方向進行，在晶體生長結束位置8處，晶體升高到最大。使用光對非單晶半導體層，例如非晶硅膜進行輻射以使晶體在結晶區5中沿水平方向上生長，以結晶結晶區5。因此，結晶區5通常具有傾斜的表面，該表面具有的膜厚度從晶體生長起始位置7增加到晶體生長結束位置8。在該結晶區5中，電子或空穴的遷移率(μmax)沿晶體生長方向增加且其在晶體生長結束位置附近顯著增加。
本發明人已經發現在晶體生長起始位置7附近處分布了大量的精細晶粒。因此不期望通過將TFT的漏極邊緣與晶體生長起始位置7的附近對準來形成TFT。換句話說，通過將其漏極邊緣與晶體生長起始位置7的附近對準來形成TFT，會產生不期望的晶體管特性，例如，遷移率特性、Vth特性和截止電流特性。根據本實施例的TFT有效地利用上述的遷移率增加區域。
通過在水平方向上結晶非單晶半導體層的光輻射區域而形成的結晶區是具有傾斜表面的半導體薄膜，該傾斜表面是由于晶體生長從晶體生長起始位置7開始沿水平方向進行且其朝向晶體生長結束位置8升高而引起的。雖然原因不明，但是激光對升起部分的邊緣具有顯著的影響，其中從圖1的右側生長的結晶區5的末端與從圖1的左側生長的結晶區5的末端相碰撞。這導致在該區域中產生高的膜應力和磨損，因此降低了諸如遷移率等特性。因此，漏極或源極區的溝道區側邊緣理想地位于結晶區中的不與晶體生長起始位置7的附近相應的位置處。
此外，具有在水平方向上被結晶的非單晶半導體層的結晶區是具有傾斜表面的半導體薄膜，其膜厚度從晶體生長起始位置開始沿水平方向單調增加。在晶體生長結束位置處，漏極或源極區的溝道區側邊緣位于具有單調增加的膜厚度的傾斜表面的峰值附近。例如，非單晶半導體膜是諸如Si等多晶膜或者非晶膜。
現在，參考圖1說明驅動液晶顯示器的TFT的具體結構的實例。圖1中的TFT 1具有頂柵型薄膜晶體管結構。襯底2是絕緣襯底，但是其可以是在其表面形成有絕緣膜的半導體襯底或金屬襯底。在例如玻璃襯底2等絕緣襯底上設置例如氧化硅膜3等的絕緣膜。例如，氧化硅膜3是CVD膜或熱氧化物膜且具有例如1μm的厚度。
為了形成結晶區，在整個氧化硅膜3上設置非單晶半導體膜，例如非晶硅膜4(未示出)。非晶硅膜4具有30至300nm的厚度，更為具體地，例如200nm。例如通過等離子CVD來沉積非晶硅膜。
使用激光對整個非晶硅膜4或其預定區域進行輻射以形成圖1所示的結晶區5。結晶區5具有如圖9(b)中的L處所示的類似反向峰圖案的光強度分布。通過基于使用具有足夠熔化非晶硅膜4的能量的激光光束，例如KrF受激準分子激光的輻射的結晶來形成結晶區5。
在由具有如反向峰圖案的多個光強度分布的激光所結晶的結晶區5中，進行晶體生長，且膜厚度從晶體生長起始位置7開始沿水平方向連續增加。在晶體生長結束位置8附近，結晶區5具有與被結晶和升起的單晶硅膜相對應的橫截面形狀。在由具有如反向峰圖案的多個光強度分布的激光所結晶的結晶區5中，結晶的晶體生長結束位置8在相鄰的正向峰部分彼此碰撞。這產生了與升起的硅膜相對應的角形截面形狀。在本說明書中，其預定位置被結晶的半導體薄膜被定義為半導體薄膜4a。通過圖9(b)中的反向峰狀的光強度分布的脈沖寬度來確定晶體生長起始位置7與晶體生長結束位置8之間的長度。
在圖1所示的實施例中，通過在結晶區5中將TFT 1的溝道區C的漏極或源極邊緣放置在不與晶體生長起始位置7附近相對應的位置處來形成TFT 1。例如，通過在結晶區中將TFT 1的溝道區C的漏極邊緣10(側端10)放置在離晶體生長起始位置7至少1.0μm的位置處來形成TFT 1。溝道區C形成在漏極區D的附近，源極區S和溝道區C相鄰。
將諸如氧化硅膜等柵絕緣膜11設置在溝道區C上，以便與其對準。氧化硅膜可以是通過基于在300至400℃，例如350℃下的微波加熱CVD的直接氧化低溫工藝而形成的氧化膜。
柵電極12設置在柵絕緣膜11上，以便其與溝道區C對準。由此制造TFT 1。在本說明書中，TFT是具有TFT結構的元件且不僅可以用作晶體管還可以用于存儲器、電容器或電阻器。
現在，參考圖2的工藝圖，說明用于制造TFT 1的方法的實例。與圖1中那些元件相同的元件由相同的參考標記表示。省略其詳細說明以避免重復。
首先，制造結晶襯底。例如，將石英襯底或由非堿性玻璃組成的玻璃襯底2傳送到等離子體CVD設備。將玻璃襯底2放置并安裝于等離子體CVD設備中的預定位置處(步驟-1)。通過等離子體CVD在氣相中生長下層絕緣膜，例如氧化硅膜3(步驟-2)。例如，可以在500℃的襯底溫度和40分鐘的沉積時間下執行等離子體CVD。然后，通過等離子體CVD在氣相中生長將要被結晶的由非晶硅或多晶硅組成的非單晶半導體膜(步驟-3)；非單晶半導體膜是膜厚度為30至300nm(例如大約200nm)的非晶硅膜4。
例如通過LP-CVD(低壓CVD)在氧化硅膜3上沉積非晶硅膜4。非晶硅膜4(a-Si)具有例如200nm的厚度。例如在包括150sccm的流速、8Pa的壓力、450℃的襯底溫度和35分鐘的沉積時間的條件下，在Si2H6氣氛下執行LP-CVD工藝。在這種情況下，使用LP-CVD工藝，但是也可以使用例如PE-CVD(低溫等離子體CVD)工藝來代替。
非單晶半導體薄膜不限于非晶硅膜4(Si)。例如，可以使用諸如Ge或者SiGe等薄膜。此外，非單晶半導體薄膜的沉積不限于CVD工藝。例如，可以使用濺射設備來執行沉積。
然后，通過等離子體CVD，在非晶硅膜4上沉積膜厚為10至100nm(例如10nm)的可以透射入射光的覆蓋膜，例如氧化硅膜。覆蓋膜在形成大晶粒尺寸的結晶區上是有效的。例如通過LP-CVD工藝，在500℃的襯底溫度和10分鐘的沉積時間下，在非晶硅膜4上沉積氧化硅膜。覆蓋膜由絕緣膜組成并且發揮熱存儲作用。在隨后的步驟中，當使用激光進行結晶時，覆蓋膜減小了非單晶半導體膜2的溫度的降低速率。由此制造結晶的覆蓋膜(步驟-4)。
然后執行結晶步驟5和6。結晶襯底位于并安裝在結晶設備中的預定位置處。使用具有如圖9(b)所示的反向峰圖案的光強度分布的脈沖狀受激準分子激光來輻射傳送到結晶設備的結晶襯底中的結晶位置。加熱被輻射區域以熔化非單晶半導體薄膜(步驟-5)。
這種溫度分布使熱量存儲在覆蓋膜中。阻擋受激準分子激光以降低溫度同時保持溫度梯度與諸如圖9(b)所示的光強度分布相對應。使用該溫度降低工藝，由于覆蓋膜的熱存儲作用，溫度緩慢降低。因此，晶體生長沿溫度梯度發生，以形成大晶粒尺寸的結晶區(步驟-6)。
受激準分子激光例如可以是KrF受激準分子激光且其可以具有例如350mJ/cm2的能量密度。將結晶的位置信息預存儲在計算機中。在計算機的控制下自動執行下述工藝將襯底順序移動并放置在結晶襯底中的結晶位置處，然后使用用于結晶的激光輻射襯底以完成結晶步驟5和6。
結晶步驟5和6使用后面詳細說明的相位調制受激準分子激光結晶法。使用具有反向峰狀光強度分布R(見圖9(b))的受激準分子激光輻射覆蓋膜的表面。脈沖激光輻射使已經被激光輻射的非晶硅膜4的該區域熔化。阻擋脈沖激光降低了熔化區的溫度。已經達到凝固點的凝固位置在水平方向上移動。由此發生結晶生長，以形成結晶區5。
在結晶區5中，晶體生長從圖1所示的晶體生長起始位置7開始沿水平方向進行到晶體生長結束位置8。晶體的寬度例如為2.5μm。結果，非晶硅膜4被轉化為部分或全部結晶的半導體薄膜4a。可以執行一次或多次脈沖激光輻射。或者，可以將脈沖激光輻射與閃光燈的光輻射相結合。
因此，通常將形成的結晶區5進行整形，以便于晶體生長從晶體生長起始位置7開始沿水平方向前進，并且晶體向晶體生長結束位置8升高，如圖1所示。
然后，為了在大晶粒尺寸的結晶區中形成TFT 1，從所沉積的覆蓋膜除去氧化硅膜(步驟-7)。可以通過干法蝕刻工藝除去氧化硅膜。例如，可以使用BCl3或CH4作為干法蝕刻工藝的蝕刻氣體。
然后，使用其上已經完成結晶工藝的玻璃襯底2執行TFT制造工藝。本實施例的特征在于TFT形成在通過上述工藝所結晶的結晶區中的預定位置。如此形成TFT以便于將其漏極或源極區的溝道區側邊緣放置在結晶區中離結晶區中的晶體生長起始位置或垂直生長起始位置至少1.0μm的位置。
在本說明書中，“晶體生長起始位置”或“垂直生長起始位置”是結晶的單晶區中開始晶體生長的位置，如圖9(c)所示。換句話說，“晶體生長起始位置”7是不與精細晶粒部分相對應的單晶區中的生長起始位置，該精細晶粒部分總是產生在晶體生長起始部分且其中聚集了精細的晶粒。TFT的漏極或源極區的“溝道區側端”是溝道區和與溝道區相接觸的漏極或源極區之間的邊界位置。
首先，將玻璃襯底2傳送到等離子體CVD設備中的預定位置并放置和安裝在該位置。通過等離子體CVD，在從傳送的襯底暴露的結晶半導體薄膜的表面上沉積氧化硅膜，以便于形成柵絕緣膜11(步驟-8)。
然后，將其上已經形成柵絕緣膜11的玻璃襯底2傳送到濺射設備中，該濺射設備沉積形成柵電極的導體膜。隨后沉積鋁(Al)作為柵電極(步驟-9)。然后將襯底傳送到等離子體蝕刻設備，在那里，其經受等離子體蝕刻以形成柵電極12，同時只留下預定部分(步驟-9)。
為了形成源極和漏極區，將形成的柵電極12用作掩模以將高濃度雜質離子注入結晶區中。例如，雜質離子是用于N-溝道晶體管的磷離子和用于P-溝道晶體管的硼離子。隨后在氮氣氛中執行退火工藝(例如在600℃下持續1小時)，以激活雜質。由此在結晶區中形成源極區S和漏極區D，如圖1所示。導致在源極區S與漏極區D之間產生溝道區C，在該溝道區中載流子遷移(步驟-10)。
在柵絕緣層11和柵電極12上形成層間絕緣層(未示出)。然后在層間絕緣層中形成接觸孔(未示出)以將源和漏電極分別連接于源極區S和漏極區D。
然后，將構成柵電極、源和漏電極的金屬層，例如鋁，填充到接觸孔中并沉積于層間絕緣層(未示出)上。使用光刻技術將沉積于層間絕緣層上的金屬層蝕刻成預定圖案。這形成源和漏電極以制造n-溝道型薄膜晶體管(步驟-11)。TFT 1具有例如1μm的柵極長度。
從上述制造工藝中可以顯而易見地看出，如此形成TFT，以便于將與溝道區C相鄰的源極區S或漏極區D的側邊緣放置在結晶區中不與晶體生長起始位置7相對應的位置處。因此該位置是由作為離子注入掩模的柵電極12確定的。由此將柵電極12放置并安裝于結晶區中遠離晶體生長起始位置7的部分中。
參考圖3至6，說明由此制造的TFT的晶體管特性的測量。
圖3是特性曲線圖，其示出當如上所述在結晶區5中形成每個TFT 1時所觀察到的n-溝道TFT 1中的遷移率μFE[cm2/Vs]和截止電流[A]與漏極邊緣位置之間的關系。圖3示出了遷移率和截止電流特性，其中源-漏電極電壓Vds＝0.1V，源-柵電極電壓Vgs＝-5V。
遷移率μmax特性該特性曲線圖示出以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)遠離晶體生長起始位置7大約1.7至2.7μm或大約4.0至5.1μm的位置處的方式所制造的n溝道型TFT 1呈現適當的遷移率特性。以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)距離晶體生長起始位置7大約1.7μm的范圍內或者遠離晶體生長起始位置7大約2.9至3.7μm的位置處所制造的n溝道型TFT 1呈現不適當的遷移率特性。
另一實施例示出以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)遠離晶體生長起始位置7大約0.8至2.2μm或大約3.6至4.5μm的位置處的方式所制造的n溝道型TFT 1呈現適當的遷移率特性。以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)距離晶體生長起始位置7大約0.7μm的范圍內或者遠離晶體生長起始位置7大約2.3至3.6μm的距離處的方式所制造的n溝道型TFT 1呈現不適當的遷移率特性。
截止電流Ioff特性以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)遠離晶體生長起始位置7大約1.7至2.4μm或大約4.1至4.9μm的位置處的方式所制造的n溝道型TFT 1呈現較大的截止電流，即不適當的截止電流特性。另一方面，以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)距離晶體生長起始位置7大約0.7μm的范圍內或者遠離晶體生長起始位置7大約3.0至3.8μm或者4.6至5.0μm的位置處的方式所制造的n溝道型TFT 1呈現較小的截止電流，即適當的截止電流特性。
在另一實施例中，以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)遠離晶體生長起始位置7大約1.2至1.7μm或大約4.1至4.8μm的位置處的方式所制造的n溝道型TFT 1呈現較大的截止電流，即不適當的截止電流特性。另一方面，以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)距離晶體生長起始位置7大約1.2μm的范圍內或者遠離晶體生長起始位置7大約2.0至4.0μm或者4.7至5.0μm的位置處的方式所制造的n溝道型TFT 1呈現較小的截止電流，即適當的截止電流特性。
遷移率特性和截止電流特性以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)遠離晶體生長起始位置7大約0.8至1.3μm或大約1.8至2.3μm或大約3.6至4.2μm的位置處的方式所制造的TFT 1呈現適當的遷移率和截止電流特性。然而，以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)距離晶體生長起始位置7大約0.8μm的范圍內或者遠離晶體生長起始位置7大約1.3至1.7μm或大約2.3至3.6μm或大約4.2至5.0μm的位置處的方式所制造的TFT 1呈現不適當的遷移率和截止電流特性；這些區域難以利用。
在另一實施例中，以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)遠離晶體生長起始位置7大約0.8至1.2μm或大約1.8至2.2μm或大約3.6至4.2μm的位置處的方式所制造的TFT 1呈現適當的遷移率和截止電流特性。然而，以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)距離晶體生長起始位置7大約0.8μm的范圍內或者遠離晶體生長起始位置7大約1.3至1.7μm或大約2.3至3.6μm或大約4.2至5.0μm的位置處的方式所制造的TFT 1呈現不適當的遷移率和截止電流特性；這些區域難以利用。
圖4和圖19是特性曲線圖，其示出當在結晶區中形成TFT 1時所觀察到的n-溝道TFT 1中的閾值電壓Vth[V]和S值[V/dec]與漏極邊緣之間的關系；S值是開關移位區的傾斜值。Vth是TFT 1的切換電壓(閾值電壓)。S值是將漏電流改變一個數量級而同時保持漏電壓恒定的柵電壓。
該實施例，在圖1所示的TFT中，晶體生長起始位置7與晶體生長結束位置8之間(結晶區)的長度為2.5μm。根據反向峰狀光強度分布的脈沖寬度來限定結晶區。例如，已經建立了一種能夠實現批量生產5μm尺寸的結晶區的技術。
閾值電壓Vth如圖4所示，以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)遠離晶體生長起始位置7大約2.4至3.3μm或大約3.5至4.3μm的位置處的方式所制造的n溝道型TFT 1呈現相對穩定的閾值電壓Vth，即最優特性。
在另一個實施例中，如圖19所示，以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)遠離晶體生長起始位置7大約1.8至2.6μm或大約3.0至3.8μm的位置處的方式所制造的n溝道型TFT 1呈現相對穩定的閾值電壓Vth，即最優特性。
S值如圖4所示，以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)遠離晶體生長起始位置7大約1.7至3.0μm或大約3.7至5.0μm的位置處的方式所制造的n溝道型TFT 1呈現最小S值，即最優特性。
在另一實施例中，如圖19所示，以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)遠離晶體生長起始位置7大約1.2至2.6μm或大約3.0至4.5μm的位置處的方式所制造的n溝道型TFT 1呈現最小S值，即最優特性。
Vth和S值的特性上述結果表示為了穩定5μm尺寸的結晶區中的閾值電壓Vth以及S值，以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)遠離晶體生長起始位置7大約2.4至3.3μm或大約3.0至4.0μm的位置處的方式所制造的TFT 1呈現適當的特性。此外，以使漏極邊緣形成在距離晶體生長起始位置7大約1.5μm的范圍內或遠離晶體生長起始位置7大約3.2至3.7μm或大約5.0至5.5μm的位置處的方式所制造的TFT 1的S值過大；不能使用這些TFT 1。
在另一實施例中，上述結果表示為了穩定5μm尺寸的結晶區中的閾值電壓Vth以及S值，以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)遠離晶體生長起始位置7大約1.8至2.6μm或大約3.0至3.8μm的位置處的方式所制造的TFT 1呈現適當的特性。此外，以使漏極邊緣形成在距離晶體生長起始位置7大約1.5μm的范圍內或遠離晶體生長起始位置7大約2.6至3.2μm或大約4.5至5.6μm的位置處的方式所制造的TFT 1的S值過大；不能使用這些TFT 1。
圖5是特性曲線圖，其示出當如上所述在結晶區5中形成每個TFT 1時所觀察到的p-溝道TFT 1中的遷移率和截止電流與漏極邊緣位置之間的關系。圖5示出了遷移率μmax和截止電流Ioff特性，其中源-漏電極電壓Vds＝0.1V，源-柵電極電壓Vgs＝-5V。
遷移率特性以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)遠離晶體生長起始位置7大約0.7至2.6μm或大約3.1至4.5μm的位置處的方式所制造的p溝道型TFT 1呈現適當的遷移率特性。
偏移特性以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)遠離晶體生長起始位置7大約0.7至2.5μm或大約3.2至4.7μm的位置處的方式所制造的p溝道型TFT 1顯示出最小、適當范圍的截止電流。
以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)距離晶體生長起始位置7大約0.5μm的范圍內或遠離晶體生長起始位置7大約2.6至3.1μm的位置處的方式所制造的TFT 1顯示出較大的截止電流；這些區域難以利用。
圖6是特性曲線圖，其示出當如上所述在被結晶的結晶區中形成每個TFT 1時所觀察到的p-溝道TFT 1中的閾值電壓Vth和S值與漏極邊緣位置之間的關系。
閾值電壓Vth以使漏極邊緣形成在結晶區中遠離晶體生長起始位置7大約1.0至2.5μm或大約3.5至4.7μm的位置處的方式所制造的p溝道型TFT 1呈現出相對穩定的-1.5V的閾值電壓Vth，即最優特性。
另一方面，以使漏極邊緣形成在結晶區中距離晶體生長起始位置7大約1.0μm的范圍內或遠離晶體生長起始位置7大約2.6至3.2μm或大約4.6至5.0μm的位置處的方式所制造的p溝道型TFT 1的閾值電壓從-1.6V降低到-2.7V；在這些區域中，難以形成漏極邊緣。
S值以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)遠離晶體生長起始位置7大約1.0至2.5μm或大約3.0至4.7μm的位置處的方式所制造的TFT1呈現最小S值，即最優特性。
Vth和S值的特性上述結果表示為了穩定5μm尺寸的結晶區中的閾值電壓Vth以及S值，以使漏極邊緣形成在遠離晶體生長起始位置7大約1.0至2.5μm或大約3.0至4.7μm的位置處的方式所制造的薄膜晶體管呈現適當的Vth和S值特性。另一方面，在以使漏極邊緣形成在(在結晶區中)距離晶體生長起始位置7大約0.6μm的范圍內或遠離晶體生長起始位置7大約4.8至5.0μm的位置處的方式所制造的TFT 1中，觀察到減小的閾值電壓Vth和急劇增加的S值；這些區域難以利用。上述結果表示為了穩定5μm尺寸的結晶區中的閾值電壓Vth以及S值，遠離晶體生長起始位置7大約1.0至2.5μm或大約3.0至4.5μm有效地生產TFT。
現在參考圖7至9說明結晶設備的實例。該結晶設備形成如此形狀以便使晶體生長在從存在大量精細晶粒的晶體生長起始位置7開始沿水平方向上前進，且晶體朝著晶體生長結束位置8升高。結晶設備由照明系統15、設置在照明系統15的光軸上的相位調制元件16、設置在相位調制元件16的光軸上的圖像形成光學系統17以及支撐設置在圖像形成光學系統17的光軸上的結晶襯底18的臺架19組成。
照明系統15是圖8所示的光學系統，且例如由光源21和均化器22組成。光源21可以是KrF受激準分子激光光源21，其提供波長例如為248nm的光。或者，光源21可以是發射波長為308nm的脈沖光的XeCl受激準分子激光光源、發射波長為248nm的脈沖光的KrF受激準分子激光器或者發射波長為193nm的脈沖光的ArF受激準分子激光器。或者，光源21可以是YAG激光光源。或者，光源21可以是輸出能量足以熔化非單晶半導體薄膜、例如非晶硅膜4的另一種適當光源。均化器22設置在由光源21發射的激光的光軸上。
均化器22使由光源21發射的激光的光強度以及到相位調制元件16的光的入射角在光通量的橫截面中均化。均化器22例如具有光束擴展器23、第一復眼透鏡24、第一聚光器光學系統25、第二復眼透鏡26和第二聚光器光學系統27，將上述所有元件設置在來自光源的激光的光軸上。
來自光源21的激光入射到照明系統15，然后經由光束擴展器23放大。然后，該光入射到第一復眼透鏡24上。在第一復眼透鏡24的后焦平面上形成多個光源。來自多個光源的光通量以重疊方式照射第二復眼透鏡26的入射表面。結果，在第二復眼透鏡26的后焦平面上形成了比在第一復眼透鏡24的后焦平面上更多的光源。將來自形成于第二復眼透鏡26的后焦平面上的大量光源的光通量經由第二聚光器光學系統27入射到相位調制元件16。由此光通量以重疊方式照射相位調制元件16。
結果，均化器22中的第一復眼透鏡24和第一聚光器光學系統25構成第一均化器，其均化入射在相位調制元件16上的激光的入射角。第二復眼透鏡26和第二聚光器光學系統27構成第二均化器，其在相位調制元件16的表面的每個位置均化來自第一均化器的激光的光強度，光的入射角已經被均化。照明系統22由此形成具有幾乎均勻的光強度分布的激光。使用該激光輻射相位調制元件16。
相位調制元件16，即，移相器，調制均化器22發射的光的相位。也就是說，相位調制元件16是發射具有諸如圖9(b)所示的反向峰狀最小光強度分布的激光束的光學元件，圖9(b)是反向峰狀最小光強度分布的部分放大視圖。在該附圖中，橫坐標軸表示位置(輻射表面上的位置)，而縱坐標軸表示光強度(能量)。
用作相位調制元件的移相器16可以通過在例如石英基底材料等透明元件中制作臺階來形成。移相器16使激光束在臺階之間的邊界衍射以便于它們相互干涉，從而將周期性空間分布施加到激光強度上。在與臺階部分x＝0相對應的邊界周圍，移相器具有180°的橫向相位差。通常，當激光的波長定義為λ且在透明基底材料上形成折射率為n的透明介質時，為了獲得180°的相位差所需要的在透明介質與透明基底材料之間的膜厚度差t由t＝λ/2(n-1)給出。當石英基底材料具有1.46的折射率時，由于XeCl受激準分子激光具有308nm的波長，所以需要334.8nm大小的臺階來實現180°的相位差。例如，可通過選擇性蝕刻來形成該臺階。
或者，可以通過使用SiNx膜作為透明介質并通過PECVD、LPCVD等將其沉積來形成臺階部分。在該情況下，當該SiNx膜具有2.0的折射率時，可以將其在石英基底材料上沉積至154nm的厚度且然后對其蝕刻以形成臺階。已經穿過具有180°相位差的移相器的激光強度顯示出周期性變化的圖案。
在本實施例中，周期性相位掩模具有重復和周期性形成的臺階。在本實施例中，相移圖案的寬度與圖案之間的距離例如都是3μm。相位差不需要一定是180°，而是僅必須適當地改變用于結晶的激光強度。
如圖7所示，相位被相位調制元件16調制的激光經由圖像形成光學系統17入射到諸如非晶硅膜的結晶襯底18上。如此放置圖像形成光學系統17以便使相位調制元件16的圖案表面與結晶襯底18光學共軛。換句話說，校正臺架19的高度位置以便于將結晶襯底18設置在與相位調制元件16的圖案表面光學共軛的表面上(圖像形成光學系統17的圖像表面)。圖像形成光學系統17包括在正透鏡組31與正透鏡組32之間的孔徑光闌33。圖像形成光學系統17可以是光學透鏡，其將來自相位調制元件16的圖像投影到結晶襯底18上，而不改變其比例，或其將比例減小到例如五分之一。
孔徑光闌33具有多個包括具有不同尺寸的孔徑部分(透光部分)的孔徑光闌。這些孔徑光闌33關于光學路徑可以相互替換。或者，多個孔徑光闌33中的每一個可以具有能夠連續改變孔徑部分的可變闌(iris stop)。在任何情況下，將孔徑光闌33中的孔徑尺寸(或者圖像形成光學系統4的圖像側的數值孔徑NA)如此設定以便于在結晶襯底18上的半導體膜上產生需要的光強度分布。圖像形成光學系統可以是折射或反射光學系統或者兼反射折射光學系統。
如圖9(a)所示，結晶襯底18由作為下層絕緣膜的氧化硅膜3、非晶硅膜4和覆蓋膜35構成，通過化學氣相沉積工藝(CVD工藝)在例如用于液晶顯示器的玻璃襯底2上順序形成這些膜。下層絕緣膜例如由SiO2形成，且具有500至1000nm的膜厚度。下層絕緣膜3防止非晶硅膜4直接與玻璃襯底2接觸以免將從玻璃襯底2沉積的諸如Na等雜質混合到非晶硅膜4中。下層絕緣膜3還防止在非晶硅膜4結晶期間將熔解熱量直接傳輸到玻璃襯底2。下層絕緣膜3有效地存儲熔解熱以避免溫度快速降低，由此有助于形成大晶粒尺寸的晶體。
非晶硅膜4將要被結晶并且具有例如30至250nm的膜厚度。覆蓋膜35存儲在結晶工藝期間非晶硅膜4熔化時產生的熱量。該熱存儲效應有助于形成大晶粒尺寸的結晶區。覆蓋膜35是絕緣膜，例如氧化硅膜(SiO2)，且可以具有100至400nm，例如300nm的膜厚。
結晶襯底18被自動傳送到如圖7所示的結晶設備的臺架19上。然后將結晶襯底18放置在預定位置并由真空或靜電卡盤夾持。
現在，參照圖8至11說明結晶工藝。由圖8所示的激光光源21發射的脈沖激光入射到均化器22上，該均化器22均化激光的強度和到相位調制元件16的光的入射角。換句話說，均化器22將來自光源21的激光束在水平方向上傳播以獲得線性激光束(其具有例如200mm的線性長度)。均化器22還對光強度分布進行均化。例如，將多個X方向的柱面透鏡設置在Y方向上以形成多個設置在Y方向上的光通量，使用其它X方向的柱面透鏡重新分布光通量。相似地，將多個Y方向的柱面透鏡設置在X方向上以形成多個設置在X方向上的光通量，使用其它Y方向的柱面透鏡重新分布光通量。
激光可以例如是具有308nm波長的XeCl受激準分子激光。單觸發(one shot)脈沖的持續時間例如為20至200ns。在這些條件下，使用脈沖激光輻射相位調制元件16。進入周期性形成的相位調制元件16的脈沖激光束在臺階部分被衍射以便彼此干涉。相位調制元件16由此產生如圖9(b)所示的反向峰圖案的周期性變化的光強度分布。
在反向峰圖案狀光強度分布中，在最小光強度部分L與最大光強度部分P之間，期望輸出足以熔化非晶硅膜4的激光強度。將已經穿過相位調制元件16的脈沖激光入射到非晶硅膜4上，同時通過圖像形成光學系統17將其聚焦到結晶襯底18的表面上。
入射脈沖激光幾乎透射過覆蓋膜35并由非晶硅膜4吸收。結果，非晶硅膜4的被輻射區域被加熱并且熔化。通過覆蓋膜35和氧化硅膜3的存在來存儲熔化熱量。
當阻擋使用脈沖激光的輻射時，被輻射區域的溫度降低。在這種情況下，存儲在覆蓋膜35和氧化硅膜3中的熱量用以使溫度非常緩慢地降低。被輻射區的溫度按照由相位調制元件16產生的反向峰圖案狀的光強度分布降低。這使晶體生長沿水平方向從最小光強度部分L到最大光強度部分P連續進行。
換句話說，被輻射區中的熔化區中的凝固位置連續地從低溫側向高溫側移動。也就是說，如圖9(c)和9(d)所示，晶體生長從晶體生長起始位置7進行到晶體生長結束位置8。如圖9(d)所示，晶體在被輻射區中的晶體生長結束位置8的附近稍微升高。圖9(c)是說明覆蓋膜35被剝離后得到的非晶硅膜4中的結晶區5的形狀的平面圖。圖9(c)示出了晶體生長沿水平方向從晶體生長起始位置7進行到晶體生長末端位置8的形式。
圖9(d)是圖9(c)的截面圖。如圖9(d)所示，半導體薄膜4a的膜厚度從晶體生長起始位置7向晶體生長結束位置8增加。晶體具有傾斜表面，其在晶體生長結束位置8處有一峰值。因此，圖9(d)示出了角形晶體的截面。圖9(d)還示出如圖9(b)所示的多個反向峰狀光強度分布。單個反向峰狀光強度分布圖案導致具有一對角形變化以及僅一對升高部分的膜厚度分布。
由此完成了使用脈沖激光的結晶工藝。經過晶體生長的結晶區足夠大以容納一個或多個功能元件。圖9(b)、9(c)和9(d)使用虛線示出了它們的相互關系。特別地，在圖9(b)、9(c)和9(d)中，在反向峰狀光強度分布的反向峰部分L(晶體生長起始位置7)處開始晶體生長。晶體生長結束于正向峰部分P(晶體生長結束位置8)。圖9(d)示出單晶硅的膜厚度從晶體生長起始位置7連續增加到晶體生長結束位置8，晶體在結束位置8附近升高。
根據預存儲在控制器(未示出)中的程序來控制圖7所示的結晶設備20。具體地，如此控制結晶設備20以便于使用脈沖激光自動輻射非晶硅膜4中的結晶區。為了移動到下一個結晶區，例如可以移動臺架19來選擇被輻射位置。當然，可以通過使結晶襯底18和光源21相對于彼此移動來選擇結晶位置。
一旦選擇了結晶區并完成了對準，則發射下一個脈沖激光。重復這種激光發射使結晶襯底18在寬的范圍內被結晶。由此在整個襯底上執行結晶工藝。如圖9(d)所示的其中形成結晶區的非晶硅膜4稱為半導體薄膜4a。
現在，參考圖10和11，說明圖2所示的步驟-8后的TFT制造工藝的一部分的實例，在結晶的襯底上執行該部分工藝。與圖1至9中相同的部件由相同的參考標記表示，并省略了它們的詳細說明。
已經在結晶襯底的表面上沉積了SiO2膜、覆蓋膜35。SiO2膜還可以用作TFT的柵絕緣膜。然而，如果在結晶工藝期間由于磨損將來自非晶硅膜4的雜質混入SiO2膜中，則優選蝕刻掉SiO2膜。在本實例中，除去了SiO2。
如圖10(a)所示，將柵絕緣膜11，例如SiO2膜沉積在半導體薄膜4a上，其位于已經除去了覆蓋膜35的襯底表面上。例如通過LP-CVD工藝形成柵絕緣膜11。在半導體薄膜4a上沉積厚度為80nm的氧化硅膜。在下面的條件下進行LP-CVD，例如襯底溫度為500℃，沉積時間為45分鐘。
然后形成柵電極12。特別地，如圖10(b)中所示，在柵絕緣膜11上沉積柵電極層，例如鋁層40。通過例如濺射在柵絕緣膜11的氧化硅膜(SiO2膜)上沉積例如100nm厚的鋁層40。濺射條件包含例如100℃的襯底溫度和10分鐘的沉積時間。
選擇性地蝕刻鋁層40以在預定位置處形成柵電極12。為了實現該目的，通過將抗蝕劑膜涂敷到鋁層40來在該鋁層40上形成抗蝕劑圖案41。使用光掩模以選擇性地曝光抗蝕劑膜。除去抗蝕劑膜，并留下用于柵電極的掩模區以形成抗蝕劑圖案41，如圖10(c)所示。在該情況下，用于形成柵電極12的抗蝕劑圖案41的位置很重要。抗蝕劑圖案41形成在結晶區中不與晶體生長起始位置7的附近相對應的位置處。
然后使用抗蝕劑圖案41作為掩模來除去鋁層40。例如，執行干法蝕刻工藝以形成柵電極12，如圖10(d)所示。干法蝕刻工藝例如使用BCl3或CH4作為蝕刻氣體。隨后，如圖11(e)所示，除去柵電極12上的抗蝕劑圖案41。
然后，如圖11(f)中所示，使用柵電極12作為掩模將雜質摻雜到半導體薄膜4a中。如果本發明的TFT 1為n-溝道型，則將磷離子作為雜質注入到半導體薄膜4a中。如果本發明的TFT 1為p-溝道型，則將硼離子注入到半導體薄膜4a中。例如，諸如CMOS倒相器等邏輯電路由n-溝道型TFT和p-溝道型TFT的組合構成。因此執行用于形成n和p溝道型TFT的其中之一的離子注入，且使用諸如禁止不需要的離子注入的抗蝕劑等掩模來覆蓋其它TFT中的半導體薄膜4a。
在將離子注入到n和p溝道型TFT后，執行退火工藝以激活已經注入到半導體薄膜4a中的雜質，例如磷或硼。在氮氣環境中，在例如600℃的襯底溫度下進行3小時的熱處理以執行退火工藝。結果，如圖11(g)所示，在半導體薄膜4a中在柵電極12的相對側上形成具有高濃度雜質的源極S和漏極D區。
結果，源極S或漏極D區的側邊緣10形成在晶體生長結束位置8的附近，如圖1所示。然后在柵絕緣膜11和柵電極12上形成層間絕緣膜(未示出)。通過形成在層間絕緣膜中的通孔(未示出)，使用公知的工藝來形成源電極、漏電極和柵電極(未示出)等。可以使用這種方法形成TFT 1。
圖12示出如上所述制造的TFT 1的截面結構的顯微鏡照片。將漏極區D的側邊緣10設置在結晶區中的晶體生長結束位置8的附近。側邊緣10與形成在柵電極12下方的溝道區C接觸。圖12還示出疊層缺陷S1和D1已經出現在TFT中的源極S和漏極D區中并且其從半導體薄膜4a的較深部分延伸到較淺部分。圖12還示出柵電極12是傾斜的。
圖13是圖12的平面視圖。圖13示出與溝道區C相鄰的漏極區D的側邊緣10設置在晶體生長結束位置8的附近。
圖14和圖20示出形成在玻璃襯底上的n-型TFT的漏極側邊緣10關于晶體生長結束位置8的位置與n型TFT中的電子和空穴的遷移率之間的關系。漏極側邊緣10形成在晶體生長結束位置8的附近。
如圖14中所示，TFT 1顯示出150cm2/v.s的遷移率，在該TFT 1中，在距離晶體生長結束位置81.5μm的范圍內形成臨近溝道區C的漏極區D的邊緣10。特別地，其中在距離晶體生長結束位置8在0.05至0.2μm內形成與溝道區C相鄰的漏極區D的邊緣10的TFT 1呈現出300cm2/v.s的高遷移率。
圖14是大量n-型TFT的遷移率特性的繪圖。由其中在距離晶體生長結束位置81.5μm范圍內形成漏極邊緣(漏極區D的溝道區側邊緣)的n-型TFT來呈現出這些遷移率特性。用矩形繪制的特性表示其中在距離晶體生長結束位置81.5μm的范圍內形成源極邊緣(源極區S的溝道區側邊緣)的n-型TFT的遷移率特性。由顯示柵極電壓(橫坐標軸)對漏極電流(縱坐標軸)的特性曲線圖確定遷移率特性。當TFT中的邊緣形成在距離晶體生長結束位置81.5μm的范圍內時，無論該邊緣是屬于漏極區還是源極區，其所呈現的特性幾乎相同。
在圖14中，遠離晶體生長結束位置8的繪制數據(在下一結晶區結束位置8的附近)表示其中橫跨晶體生長結束位置8形成溝道區的TFT的特性。n-型TFT呈現圖14所示的特性，但從p-型TFT也可以獲得上述特性。此外，在本實例的TFT 1中，電流平行于晶體生長的方向，即水平方向流動。在晶體生長方向通過電流是最優的。
現在，參考圖15，說明其中將根據本發明的TFT應用于例如液晶顯示器等顯示器中的晶體管電路的實例。與圖1至14中那些相同的元件由相同的參考標記表示并省略其說明。
圖15示出一個有源矩陣型液晶顯示器50的顯示器部分的實例，該顯示器50包括透明襯底52、像素電極53、掃描線54、信號線55、反電極56、TFT 1、掃描線驅動電路57、信號線驅動電路58以及液晶控制器59。
上述薄膜晶體管構成包括掃描線驅動電路57和信號線驅動電路58的外圍電路部分，其必須在高速下操作。該顯示器可以實現包括用于外圍電路部分、存儲電路部分等的有源元件的系統顯示器。
形成根據本發明的TFT 1以使其具有如參考圖1所述的這種結構并構成必須以高速操作的外圍電路部分，其包括掃描線驅動電路57和信號線驅動電路58。包括掃描線驅動電路57和信號線驅動電路58的外圍電路部分期望由TFT組成，在該TFT中，源極區S的源極邊緣或者漏極區D的漏極邊緣形成在距離晶體生長結束位置80.05至0.2μm的范圍內。形成這種TFT可使外圍電路由具有優良特性的TFT構成，包括至少300cm2/v.s的遷移率(μmax)。
由此制造的顯示器可以實現包括用于外圍電路部分、存儲電路部分等的有源元件的系統顯示器。該顯示器在減小尺寸和重量上也是有效的。
現在，參照圖16至18說明TFT的另一個實例。圖16是示出以與溝道區相連的漏極區的部分的位置(漏極邊緣位置)在晶體生長起始位置和晶體生長結束位置之間變化的方式所制造的大量n-溝道型TFT的遷移率特性的圖。這些TFT具有與圖1所示的TFT相同的結構。然而，使用厚度為625μm的P-型硅晶片襯底取代玻璃襯底2。溝道區的膜厚度為200nm。
對于圖16所示的n-溝道型TFT，當漏極邊緣位于遠離晶體生長起始位置大約0.8μm時，遷移率開始增加，且當漏極邊緣位于距離晶體生長起始位置的0.8與2.3μm之間時，遷移率連續增加。特別地，其中遠離晶體生長起始位置大約1.6μm形成漏極邊緣的TFT顯示出760cm2/v.s的遷移率。當圖9所示的晶體生長起始位置7與晶體生長結束位置8之間的長度為2.5μm時，呈現出這些特性。由圖9(b)中的反向峰狀的光強度分布的脈沖寬度確定晶體生長起始位置7與晶體生長結束位置8之間的長度。關于晶體生長起始位置7與晶體生長結束位置8之間的長度，已經建立了例如能夠大批量生產5μm尺寸的結晶區的技術。
已經證實當晶體生長起始位置7與晶體生長結束位置8之間的長度為5μm時，對應于最優遷移率的漏極邊緣位置的值是圖16所示數據中那些值的兩倍。具體地，對于這種n-溝道型TFT，當漏極邊緣位于遠離晶體生長起始位置大約1.6μm時，遷移率開始增加，且當漏極邊緣位于距離晶體生長起始位置的1.6與4.6μm之間時，遷移率連續增加。
圖17示出p-溝道型TFT中的遷移率特性相對漏極邊緣位置的實例。如該附圖所示，當漏極邊緣位于遠離晶體生長起始位置大約1μm時，遷移率開始增加，且當漏極邊緣位于距離晶體生長起始位置的1與2.3μm之間時，遷移率連續增加。如圖16的情況，當晶體生長起始位置7與晶體生長結束位置8之間的長度為2.5μm時，呈現出這些特性。
圖18示出TFT中的漏極電流相對柵電壓的特性曲線圖，其中漏極邊緣形成在(1)晶體生長起始位置的附近、(2)在對于遷移率的最優位置或者(3)在晶體生長結束位置附近。如圖18所示，在對于遷移率的最優位置處(2)呈現出最優特性。圖16至18共有在晶體生長起始位置附近的位置(1)和對于遷移率的最優位置處的位置(2)以及在晶體生長結束位置附近的位置(3)之間的關系。
圖1所示的薄膜晶體管可以根據需要構成每個電路中的薄膜晶體管1和由薄膜晶體管組成的存儲器、電容器、電阻器等。換句話說，在本說明書中，術語“薄膜晶體管”包括可以由圖1所示的薄膜晶體管構成的元件，除了其功能之外。
由此制造的薄膜晶體管26可以應用于液晶顯示器或EL(電致發光)顯示器的驅動電路、或者用于每個像素電路中的存儲器(SRAM或DRAM)或CPU的集成電路。
如上所述，上述實施例提供具有高電子或空穴遷移率的TFT。顯示出這種高遷移率的TFT可應用于包含掃描線驅動電路57和信號線驅動電路58的外圍電路部分。
本發明提供呈現最優晶體管特性的TFT、用于制造該TFT的方法以及使用該TFT的顯示器。
已經說明并描述了本發明的幾個實施例。在本說明書中所述的本發明的實施例僅為示例性的并顯然可以在不脫離本發明的范圍的情況下進行改變。
權利要求
1.一種薄膜晶體管，其在半導體薄膜中具有源極區、溝道區和漏極區，該半導體薄膜具有晶體沿水平方向生長的結晶區，該薄膜晶體管在該溝道區上具有柵絕緣膜和柵電極，其特征在于該漏極或源極區的溝道區側邊緣設置在該結晶區中不與晶體生長起始位置或垂直方向生長起始位置相對應的位置處。
2.一種薄膜晶體管，其在半導體薄膜中具有源極區、溝道區和漏極區，該半導體薄膜具有晶體沿水平方向生長的結晶區，該薄膜晶體管在該溝道區上具有柵絕緣膜和柵電極，其特征在于該漏極或源極區的溝道區側邊緣設置在該結晶區中遠離垂直方向生長起始位置至少1.0μm。
3.一種薄膜晶體管，其在半導體薄膜中具有源極區、溝道區和漏極區，該半導體薄膜具有晶體沿水平方向生長的結晶區，該結晶區具有朝向晶體生長末端升高的傾斜表面，該薄膜晶體管在該溝道區上具有柵絕緣膜和柵電極，其特征在于該漏極或源極區的溝道區側邊緣設置在該結晶區中遠離垂直方向生長起始位置至少1.0μm。
4.根據權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于該結晶區為通過使用與脈沖激光相對應的激光輻射非單晶半導體膜而形成的單晶區，該脈沖激光通過移相器經由均化器制得以具有反向峰狀光強度分布。
5.根據權利要求2所述的薄膜晶體管，其特征在于該結晶區為通過使用與脈沖激光相對應的激光輻射非單晶半導體膜而形成的單晶區，該脈沖激光通過移相器經由均化器制得以具有反向峰狀光強度分布。
6.根據權利要求3所述的薄膜晶體管，其特征在于該結晶區為通過使用與脈沖激光相對應的激光輻射非單晶半導體膜而形成的單晶區，該脈沖激光通過移相器經由均化器制得以具有反向峰狀光強度分布。
7.一種用于制造薄膜晶體管的方法，該方法的特征在于包含使用具有反向峰狀光強度分布的激光輻射非單晶半導體膜以使被輻射的區域結晶以形成結晶區的步驟；以及通過將與溝道區相鄰的漏極或源極區的側邊緣設置在結晶區中至少遠離該結晶區中的晶體生長起始位置或者垂直生長起始位置1.0μm來形成薄膜晶體管的步驟。
8.一種顯示器，其具有根據權利要求1所述的薄膜晶體管，該薄膜晶體管設置在包括信號和掃描線驅動電路且需要在高速下操作的外圍電路部分中。
9.一種顯示器，其具有根據權利要求2所述的薄膜晶體管，該薄膜晶體管設置在包括信號和掃描線驅動電路且需要在高速下操作的外圍電路部分中。
10.一種顯示器，其具有根據權利要求3所述的薄膜晶體管，該薄膜晶體管設置在包括信號和掃描線驅動電路且需要在高速下操作的外圍電路部分中。
全文摘要
本發明提供呈現出更高電子或空穴遷移率的薄膜晶體管(TFT)、用于制造該薄膜晶體管的方法以及使用該薄膜晶體管的顯示器。因此，本發明提供一種薄膜晶體管，其在半導體薄膜(4a)中具有源極區(S)、溝道區(C)和漏極區(D)，該半導體薄膜(4a)具有沿水平方向生長晶體的結晶區，該薄膜晶體管在溝道區(C)上具有柵絕緣膜(11)和柵電極(12)，其中，將與溝道區(C)相鄰的漏極區(D)的漏極邊緣(10)形成在晶體生長結束位置(8)附近。
文檔編號H01L21/336GK1901231SQ20061015150
公開日2007年1月24日 申請日期2006年7月5日 優先權日2005年7月5日
發明者中崎能彰, 河內玄士朗, 蕨迫光紀, 松村正清 申請人:株式會社液晶先端技術開發中心