[发明专利]退火方法

说明书

本发明为下述申请的分案申请，原申请信息如下：

申请日：2003年9月25日

申请号：03160364.5

发明名称：半导体装置、退火方法、退火装置和显示装置

技术领域

本发明涉及在多晶膜(多晶半导体薄膜)的表层部分上制造场效应晶体管的技术、以及适用于由制造场效应晶体管用的多晶半导体薄膜基片和场效应晶体管组合而成的液晶显示装置和信息处理装置等电子设备制造技术的半导体装置，涉及制造该半导体装置用的退火方法和退火装置、以及采用该半导体装置的显示装置。

背景技术

液晶显示器(LCD)的显示方法有对各个像素进行开关的有源矩阵方式。在有源矩阵方式的像素开关中，主要采用场效应晶体管之一种的非晶硅薄膜晶体管(以下简称为a-SiTFT)。

在液晶显示器的研究开发中，技术课题有：(1)高精细化、(2)高开口率化、(3)轻量化、(4)低成本化。为解决这些课题，作为场效应晶体管的一种的多晶硅薄膜晶体管(以下简称为Poly-SiTFT)作为取代非晶硅薄膜晶体管(a-SiTFT)的产品深受关注。Poly-SiTFT，与a-SiTFT相比，载流子迁移率高2个数量级以上，所以能减小元件尺寸，并且也能形成集成电路，因此，液晶显示器上也能安装驱动电路和运算电路。

在这种Poly-SiTFT的制作中，利用受激准分子激光结晶法。受激准分子激光结晶法，例如在日经マイクロデバイス增刊平板显示器1999年(日经BP公司1998年、132-139页)中有详细叙述。

现参照图1A～1D，详细说明采用过去的受激准分子激光结晶法的Poly-SiTFT的制造方法。如图1A所示，在玻璃基片5上依次淀积底层保护膜(例如SiO₂膜、SiN膜和SiN/SiO₂积层膜等)102和非晶硅薄膜103。然后，如图1B所示，当利用光学系统把光束整形成为四方形状或长方形状的受激准分子激光(XeCl和KrF等)50照射到非晶硅薄膜103上时，非晶硅薄膜103在50～100毫微秒的短时间内，经过熔化、凝固过程，从非晶结构变换成多晶结构。用受激准分子激光50在箭头105的方向上进行扫描，当非晶硅薄膜103进行局部急冷急热时，如图1C所示形成多晶硅薄膜106。

利用图1C所示的多晶硅薄膜106来制作图1D所示的薄膜晶体管。在多晶硅薄膜106的上部形成SiO₂薄膜的栅绝缘膜107。进一步在多晶硅薄膜106的特定区内分别掺入杂质元素，这样即形成源区109和漏区108。源区109和漏区108之间是沟道区106。在栅绝缘膜107上设置栅电极110，形成保护膜111，并且形成源电极112和漏电极113。这种Poly-SiTFT，当在栅电极110上加电压时，能控制源区109和漏区108之间所流过的电流。

但是，一般像素部内所用的TFT，在有源矩阵控制中为了保持电荷，不要求过高的迁移率，而是要求低截止电流。为了降低截止电流，放宽漏端的电场强度，所以必须增大TFT的沟道长度，但不能降低像素部的开口率。其结果，像素用TFT尺寸较大。

另一方面，被用于驱动电路和运算电路的TFT要求高速动作，所以要求高迁移率，截止电流没有多大问题。因此，尤其沟道长度的微细化对高速化是有效的，所以必须缩短TFT的沟道长度。其结果，驱动电路和运算电路用TFT尺寸减小。

这样，在像素用TFT和驱动电路/运算电路用TFT中要求的特性和尺寸完全不同。这些TFT希望全部在同一基片上同时(实质上是在同一工序中)形成，否则将丧失把这些不同种类的TFT制作在液晶显示器电路内的经济性优点。

但是，利用上述过去的激光退火法只能形成具有一定结晶性的Poly-SiTFT。因此，若用过去的方法在同一基片内制作不同尺寸的TFT，则产生以下问题(1)和(2)。

(1)尺寸大的TFT，沟道区内的晶粒界增多，所以，虽然阈值电压偏差减小(截止电流降低)，但动作慢。

(2)尺寸小的TFT，沟道区内的晶粒界减少，所以，动作快(高速动作)，但阈值电压偏差增大(截止电流大)。

这样，利用过去的方法，不能在同一基片内同时制作要求尺寸和特性不同的全部多种TFT。

发明的内容