CN107004604B - 薄膜晶体管、薄膜晶体管的制造方法以及激光退火装置 - Google Patents

薄膜晶体管、薄膜晶体管的制造方法以及激光退火装置 Download PDF

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Abstract

本发明是在基板(5)上层叠地具备栅极电极(1)、源极电极(3)、漏极电极(4)以及半导体层(2)的薄膜晶体管，上述半导体层(2)是多晶硅薄膜(8)，为与上述源极电极(3)和上述漏极电极(4)分别对应的区域的上述多晶硅薄膜(8)的晶体粒径比被上述源极电极(3)和上述漏极电极(4)夹着的沟道区域(10)的上述多晶硅薄膜(8)的晶体粒径小的结构。

Description

薄膜晶体管、薄膜晶体管的制造方法以及激光退火装置
技术领域
本发明涉及具备多晶硅薄膜的半导体层的薄膜晶体管，特别是涉及想要以简单的工艺实现能降低漏电流的结构的薄膜晶体管、薄膜晶体管的制造方法以及激光退火装置。
背景技术
一般地，薄膜晶体管(以下称为“TFT(Thin Film Transistor)”)具有在基板上层叠地具备栅极电极、源极电极、漏极电极以及半导体层的结构。在该情况下，采用多晶硅薄膜作为半导体层的TFT的电子迁移率高，用于低功耗的显示器。
多晶硅薄膜的半导体层是通过对覆盖基板的整个面的非晶硅薄膜的至少与栅极电极对应的区域均匀地进行激光退火处理而使其多晶硅化从而形成的。在该情况下，与源极电极和漏极电极分别对应的区域的非晶硅薄膜也与源极电极和漏极电极间的沟道区域同样被进行退火处理而成为多晶硅薄膜，因此存在电极间的电场强度变高而TFT截止时的漏电流变大的问题。
为了应对该问题，现有的TFT采用了对在对应于沟道区域和源极电极的区域与对应于沟道区域和漏极电极的区域之间的多晶硅薄膜注入杂质而使其与沟道区域相比为较低浓度的LDD(Lightly Doped Drain：轻掺杂漏极)结构(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2007-335780号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在这样的现有的TFT中，需要对多晶硅薄膜注入杂质的工序，存在制造工艺复杂而制造成本增加的问题。
因此，本发明的目的在于，应对该问题而提供想要以简单的工艺实现能降低漏电流的结构的薄膜晶体管、薄膜晶体管的制造方法以及激光退火装置。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明的薄膜晶体管在基板上层叠地具备栅极电极、源极电极、漏极电极以及半导体层，上述半导体层是多晶硅薄膜，与上述源极电极和上述漏极电极分别对应的区域的上述多晶硅薄膜的晶体粒径比被上述源极电极和上述漏极电极夹着的沟道区域的上述多晶硅薄膜的晶体粒径小。
另外，本发明的薄膜晶体管的制造方法是在基板上层叠地具备栅极电极、源极电极、漏极电极以及半导体层的薄膜晶体管的制造方法，包含激光退火工序，在上述激光退火工序中，对覆盖在上述基板上的非晶硅薄膜的至少与上述栅极电极对应的区域照射激光而使其成为多晶硅薄膜，形成上述半导体层，上述激光退火工序是以比被上述源极电极和上述漏极电极夹着的沟道区域少的照射量对与上述源极电极和上述漏极电极分别对应的区域照射激光而实施的，使得与上述源极电极和上述漏极电极分别对应的区域的上述多晶硅薄膜的晶体粒径比上述沟道区域的上述多晶硅薄膜的晶体粒径小。
而且，本发明的激光退火装置对在基板上层叠地具备栅极电极、源极电极、漏极电极以及半导体层的薄膜晶体管的至少与上述栅极电极对应的区域的非晶硅薄膜进行激光退火而使其成为多晶硅薄膜，形成上述半导体层，具备：激光照射光学系统，其将激光照射到上述基板上；以及控制单元，其为了以比被上述源极电极和上述漏极电极夹着的沟道区域的激光退火少的激光的照射量来实施与上述源极电极和上述漏极电极分别对应的区域的激光退火而控制激光的照射量，使得与上述源极电极和上述漏极电极分别对应的区域的上述多晶硅薄膜的晶体粒径比上述沟道区域的上述多晶硅薄膜的晶体粒径小。
发明效果
根据本发明，只需控制非晶硅薄膜的激光退火的激光的照射量，就能使得与源极电极和漏极电极分别对应的区域的多晶硅薄膜的晶体粒径比被源极电极和漏极电极夹着的沟道区域的多晶硅薄膜的晶体粒径小。因此，能使得与源极电极和漏极电极分别对应的区域的电子的迁移率比沟道区域低，能降低TFT截止时的漏电流。
另外，在仅对沟道区域均匀地进行了退火处理的情况下，在退火处理后产生了形成在半导体层上的源极电极和漏极电极相对于沟道区域的位置偏移时，该位置偏移有可能对TFT的电特性产生影响，但是根据本发明，使半导体层的多晶硅薄膜的晶体粒径在与源极电极和漏极电极分别对应的区域和沟道区域中阶段性地变化，因此能增加上述位置偏移的容许量。因此，TFT的制造变得容易。
附图说明
图1是示出本发明的薄膜晶体管的一实施方式的截面图。
图2是以截面示出本发明的薄膜晶体管的激光退火的说明图。
图3是以平面示出本发明的薄膜晶体管的激光退火的说明图。
图4是示出上述激光退火的激光的照射量的分布的说明图。
图5是示出本发明的激光退火装置的一实施方式的主视图。
图6是示出本发明的激光退火装置所使用的荫罩和微透镜阵列的一构成例的图，(a)是俯视图，(b)是(a)的O-O线截面向视图。
图7是示出本发明的激光退火装置的控制单元的一构成例的框图。
图8是示出本发明的激光退火装置的激光退火动作的说明图。
图9是示出本发明的激光退火装置所使用的荫罩和微透镜阵列的另一构成例的说明图，(a)示出使微透镜与栅极电极的配置一致的情况下的开口的配置例，(b)示出使开口与栅极电极的配置一致的情况下的微透镜的配置例。
图10是对图9(b)的微透镜的配置进行解说的说明图。
具体实施方式
以下，基于附图详细说明本发明的实施方式。图1是示出本发明的薄膜晶体管的一实施方式的截面图。该薄膜晶体管(TFT)为了驱动显示器的像素电极，而设置于纵横交叉地设置在TFT基板上的多个数据线和栅极线的交叉部，具备栅极电极1、半导体层2、源极电极3以及漏极电极4。
上述栅极电极1在包括透明玻璃的基板5上按固定的排列间距矩阵状地形成有多个，电连接到与上述基板5的横向平行地延伸而形成的多个栅极线6(参照图3)，而由设置在显示区域外的栅极驱动电路供应扫描信息。
覆盖上述栅极电极1而设置有半导体层2。该半导体层2是对覆盖在基板5上的非晶硅薄膜7的至少与栅极电极1对应的区域照射紫外线的激光L，对非晶硅薄膜7进行激光退火而形成的多晶硅薄膜8，设置为与栅极电极1之间隔着绝缘膜9。并且，该半导体层2具有与后述的源极电极3和漏极电极4分别对应的区域的多晶硅薄膜8的晶体粒径比被源极电极3和漏极电极4夹着的沟道区域10的多晶硅薄膜8的晶体粒径小的结构。
这样的结构的半导体层2是以比沟道区域10的激光L的照射量少的照射量来实施与源极电极3和漏极电极4分别对应的区域的非晶薄膜的激光退火而形成的。以下，将与源极电极3对应的半导体层2的区域称为“源极区域11”，将与漏极电极4对应的半导体层2的区域称为“漏极区域12”。
详细地说，如图2、3所示，上述激光退火是使照射形状被整形为与上述沟道区域10相同的形状的脉冲激光(以下，简称为“激光L”)的照射位置以激光L的照射部一部分重叠的状态从与栅极电极1对应的区域内的源极电极3侧或漏极电极4侧的一端朝向另一端步进移动而实施的。在本实施方式中，示出激光L的照射位置在从源极电极3侧朝向漏极电极4侧的方向(图3所示的箭头方向)上步进移动的情况。
更详细地说，在以激光L的n次照射(n为3以上的整数)实施激光退火的情况下，激光L的照射位置的步进移动量设定为与上述沟道区域10在源极电极3和漏极电极4的相对方向(图3所示的箭头方向)上的宽度d的1/n相等的量。
具体地说，在沟道区域10的源极-漏极间的宽度例如为4μm，例如以总计20次的激光照射来执行激光退火的情况下，上述步进移动量设定为4μm/20＝0.2μm。
激光L的照射可以在后述的激光照射光学系统14(参照图5)和基板5每次相对地步进移动d/n时进行。或者，也可以一边在从栅极电极1的漏极电极4侧朝向源极电极3侧的方向(与图3的箭头相反的方向)上以固定速度搬运基板5，一边在基板5每移动d/n时照射激光L。或者，还可以使用为了在将从漏极电极4侧朝向源极电极3侧的方向(与图3的箭头相反的方向)的栅极电极1的排列间距设为w2时，对在该方向上相互离开(w2－d/n)的位置进行照射而设置有多个开口25的荫罩21(参照图6)，一边在该方向上以固定速度搬运基板5，一边在基板5从最初的照射位置起每移动w2时照射激光L。
在上述半导体层2上，在栅极电极1的一端侧设置有源极电极3。该源极电极3电连接到与上述栅极线6交叉地设置的省略图示的数据线，由设置在显示区域外的源极驱动电路供应数据信号。
在上述半导体层2上，在栅极电极1的另一端侧设置有漏极电极4。该漏极电极4向显示器的省略图示的像素电极供应经由上述数据线和源极电极3供应的数据信号，因此设置为与上述像素电极电连接。
并且，在上述源极电极3和漏极电极4上，形成有包括绝缘膜的省略图示的保护膜。
接着，说明制造这样构成的TFT的方法。
本发明的TFT的制造方法是在基板5上层叠地具备栅极电极1、源极电极3、漏极电极4以及半导体层2的TFT的制造方法，包含如下激光退火工序：对形成在基板5上的非晶硅薄膜7的至少与栅极电极1对应的区域照射紫外线的激光L而使其成为多晶硅薄膜8，形成半导体层2。
此外，本发明的TFT除了半导体层2的结构不同这一点以外与公知的TFT结构相同，因此基本的制造方法可采用现有技术。因此，在此说明与现有技术不同的半导体层2的形成，特别是激光退火工序。
本发明的TFT的制造方法的激光退火工序的特征在于，以比沟道区域10的激光L的照射量少的照射量来实施源极区域11和漏极区域12的激光退火，使得源极区域11和漏极区域12的多晶硅薄膜8的晶体粒径比沟道区域10的多晶硅薄膜8的晶体粒径小。
详细地说，上述激光退火工序是使激光L的照射部的照射形状被整形为与上述沟道区域10相同的形状的激光L的照射位置以上述照射部在源极电极3和漏极电极4的相对方向上的一部分重叠的状态从与栅极电极1对应的区域内的源极电极3侧或漏极电极4侧的一端朝向另一端步进移动而实施的。
更详细地说，在以激光L的n次照射(n为3以上的整数)实施激光退火的情况下，上述激光退火工序是将上述激光L的照射位置的步进移动量设定为与沟道区域10在源极电极3和漏极电极4的相对方向上的宽度d的1/n相等的量而实施的。
以下，参照图2和图3说明激光退火工序。在此，作为一例说明通过5次激光照射来实施激光退火的情况。
首先，如图2(a)和图3(a)所示，将非晶硅薄膜7上的激光L的照射形状被整形为与上述沟道区域10相同的形状的紫外线的激光L在与栅极电极1对应的区域内对源极电极3侧端部区域的非晶硅薄膜7照射1次(第1次照射)。由此，非晶硅薄膜7的由激光L照射的部分瞬间被加热而熔融，硅分子的键合状态从非晶(非结晶)状态变为多晶(多结晶)状态而成为多晶硅薄膜8。
在此使用的激光是波长为355nm的YAG激光或波长为308nm的准分子激光。
接着，激光L的照射位置向漏极电极4方向(图2(a)和图3(a)所示的箭头方向)步进移动d/5，与上述同样照射1次激光L(第2次照射)。
详细地说，如图2(a)所示，使激光L相对于基板5(或栅极电极1)在箭头方向上步进移动，对从图2(a)和图3(a)所示的第1次激光照射位置如图2(b)和图3(b)所示在箭头方向上偏移了d/5的栅极电极1上的位置照射1次激光L(第2次照射)。由此，由激光L照射的非晶硅薄膜7的部分瞬间被加热而熔融，硅分子的键合状态从非晶状态变为多晶状态，成为多晶硅薄膜8。
在该情况下，第1次的激光L的照射部和第2次的照射部的重叠部与第1次的照射部相比激光L的照射量增加而照射能量变高，上述重叠部的结晶化(晶体生长)被促进。其结果是，该部分的多晶硅薄膜8的晶体粒径与其它部分的多晶硅薄膜8的晶体粒径相比变大。
接着，与上述同样，使激光L相对于基板5在箭头方向上步进移动，对从图2(b)和图3(b)所示的第2次的激光L的照射位置如图2(c)和图3(c)所示在箭头方向上偏移了d/5的栅极电极1上的位置照射1次激光L(第3次照射)。由此，第1次～第3次的3次激光L的照射部的重叠部分的激光L的照射量与先前的2次激光L的照射量相比进一步增加而照射能量变得更高，上述重叠部分的多晶硅薄膜8的结晶化(晶体生长)进一步被促进。其结果是，该部分的多晶硅薄膜8的晶体粒径变得更大。
然后，与上述同样，使激光L相对于基板5在箭头方向上步进移动，对从图2(c)和图3(c)所示的第3次的激光L的照射位置如图2(d)和图3(d)所示在箭头方向上偏移了d/5的栅极电极1上的位置照射1次激光L(第4次照射)。由此，第1次～第4次的4次激光L的照射部的重叠部分的激光L的照射量与先前的3次激光L的照射量相比进一步增加而照射能量进一步变高，上述重叠部分的多晶硅薄膜8的结晶化(晶体生长)进一步被促进。其结果是，该部分的多晶硅薄膜8的晶体粒径变得更大。
之后，与上述同样，使激光L相对于基板5在箭头方向上步进移动，对从图2(d)和图3(d)所示的第4次的激光L的照射位置如图2(e)和图3(e)所示在箭头方向上偏移了d/5的栅极电极1上的位置(漏极电极4侧端部区域)照射1次激光L(第5次照射，最后的激光照射)。由此，结束与栅极电极1对应的区域的非晶硅薄膜7的激光退火，形成多晶硅薄膜8的半导体层2。
在该情况下，第1次～第5次的5次激光L的照射部的重叠部分(沟道区域10的中央部)的激光L的照射量与先前的4次激光L的照射量相比进一步增加而照射能量进一步变高，上述重叠部分的结晶化(晶体生长)进一步被促进。其结果是，该部分的多晶硅薄膜8的晶体粒径变得更大。
另外，从沟道区域10的中央部往漏极电极4侧端部，激光L的照射部的重叠次数减少，因此激光L的照射量减少。因此，从沟道区域10的中央部往漏极电极4侧端部，照射能量减少，多晶硅薄膜8的晶体粒径逐渐变小。
如上所述，通过使激光L的照射位置按每d/n步进移动，如图4所示，能使激光L向栅极电极1上的非晶硅薄膜7的照射量具有分布。即，能使源极区域11和漏极区域12的激光L的照射量比沟道区域10少，能比沟道区域10抑制源极区域11和漏极区域12的多晶硅化的进行。由此，能使源极区域11和漏极区域12的多晶硅薄膜8的晶体粒径比沟道区域10的多晶硅薄膜8的晶体粒径小。
此外，激光退火所需要的激光L的照射次数n可以如下决定：能得到充分的照射能量以至少使沟道区域10的非晶硅薄膜7的整个膜厚熔融。
这样，根据本发明，能使源极区域11和漏极区域12的多晶硅薄膜8的晶体粒径比沟道区域10的多晶硅薄膜8的晶体粒径小。因此，能使半导体层2的源极区域11和漏极区域12的电子迁移率比沟道区域10的电子迁移率低，能降低TFT截止时的漏电流。
接着，参照图5说明用于实施上述激光退火工序的本发明的激光退火装置。
本发明的激光退火装置具备搬运单元13、激光照射光学系统14、对准单元15、拍摄单元16以及控制单元17。
上述搬运单元13在图5所示的箭头A方向上以固定速度搬运在最表面形成有非晶硅薄膜7的TFT基板18，能以预先形成于TFT基板18的栅极线6与搬运方向(箭头A方向)平行的方式定位载置TFT基板18。
在上述搬运单元13的上方，配设有激光照射光学系统14。该激光照射光学系统14将紫外线的激光L适当地照射到TFT基板18上的预先设定的规定位置，从激光L的行进方向上游侧往下游侧按顺序具备激光器19、耦合光学系统20、荫罩21以及微透镜阵列22。
在此，上述激光器19以脉冲的方式发出紫外线的激光L，例如是波长为355nm的YAG激光或波长为308nm的准分子激光。
另外，上述耦合光学系统20将从激光器19放出的激光L扩展并且均匀化而照射到后述的荫罩21，包含省略图示的光束扩张器、光学积分器、准直仪透镜。
而且，上述荫罩21将1束激光L分离成多束激光L，如图6(b)所示，在形成于透明的石英基板23上的铬(Cr)或铝(Al)等的遮光膜24上设置有用于将照射到TFT基板18上的激光L的照射形状整形为与沟道区域10的形状吻合的多个开口25，上述荫罩21形成为与激光L的照射形状相似的形状。
详细地说，如图6(a)所示，在上述荫罩21中，将开口列26在搬运方向上设置多列，开口列26是以矩阵状地形成于TFT基板18上的栅极电极1在与搬运方向(箭头A方向)交叉的方向上的排列间距w1的2倍以上的整数倍的间距(在图6(a)中由2w1示出)将多个开口25排列成1条直线而形成的，并且为了能对处在激光L穿过位于搬运方向上游侧的多列开口列26(以下称为“第1开口群27”)的各开口25而照射的各栅极电极1之间的其它多个栅极电极1也照射激光L，将后续的多列开口列26(以下，称为“第2开口群28”)设置为在与搬运方向交叉的方向上错开规定尺寸(在图6(a)中由w1示出)。
更详细地说，上述第1和第2开口群27、28的各开口列26由与激光退火的激光L的照射次数n相等的列数(在图6(a)中由5列示出)形成。在该情况下，当将开口25的搬运方向的宽度设为D，将该方向的栅极电极1的排列间距设为w2，将激光退火的激光L的照射次数设为n时，第1和第2开口群27、28中的相邻的开口列26间的距离设定为(w2±d/n)。并且，第1和第2开口群27、28的位于各开口群27、28的搬运方向上游侧的开口列26间的距离设定为搬运方向的栅极电极1的排列间距w2的m倍(m为激光L的照射次数n以上的整数)。此外，在图6(a)中示出n＝5并且相邻的开口列26间的距离为(w2－d/n)的情况。
上述微透镜阵列22将上述开口25缩小投影到栅极电极1上，如图6所示，以使光轴中心与上述第1和第2开口群27、28的各开口25的中心一致的方式配置有多个微透镜(聚光透镜)29。在该情况下，微透镜29的缩小倍率设定为能使开口25的像与沟道区域10的形状吻合地聚焦在栅极电极1上的非晶硅薄膜7上。由此，开口25的搬运方向的宽度D以微透镜29的上述缩小倍率被缩小而与沟道区域10的源极-漏极间的宽度d一致。
对准单元15设置成能使上述荫罩21和微透镜阵列22一体地在与搬运方向交叉的方向上移动。该对准单元15用于使激光L适当地照射到目标位置，能使荫罩21和微透镜阵列22追随一边相对于搬运方向左右振动一边被搬运的TFT基板18的动作而移动。
在上述搬运单元13侧，在搬运面的下侧设置有拍摄单元16。该拍摄单元16从TFT基板18的里面侧透过TFT基板18的透明玻璃而对在TFT基板18的表面形成的栅极电极1和栅极线6进行拍摄，是具有细长状的受光面的线照相机，该受光面具备多个受光元件，该多个受光元件在与搬运方向交叉的方向上排列成1条直线。并且，拍摄单元16配置为：使受光面的长边中心线与位于上述荫罩21的搬运方向(箭头A方向)的最上游侧的开口列26a的中心线一致，或者拍摄从上述开口列26a向搬运方向上游侧离开预定的规定距离的位置。
控制单元17设置成与上述搬运单元13、激光照射光学系统14、对准单元15以及拍摄单元16电连接。该控制单元17为了以比被源极电极3和漏极电极4夹着的沟道区域10的激光退火少的激光L的照射量来实施源极区域11和漏极区域12的激光退火而控制激光L的照射量，使得与TFT基板18的源极电极3和漏极电极4分别对应的区域的多晶硅薄膜8的晶体粒径比沟道区域10的多晶硅薄膜8的晶体粒径小。
详细地说，上述控制单元17控制上述照射位置的步进移动量，使得照射形状被整形为与沟道区域10相同的形状的激光L的照射位置以一部分重叠的状态从与栅极电极1对应的区域内的源极电极3侧或漏极电极4侧的一端朝向另一端步进移动。由此，能使激光L的照射量具有分布，使得沟道区域2的激光L的照射量比其它部分多。
更详细地说，控制单元17对TFT基板18在源极电极3和漏极电极4的相对方向(搬运方向)的移动速度和激光L的照射定时进行控制，使得激光退火由经过多个开口25中的与该方向对应地排列的多个开口25的多束激光L的多重照射来实施。
并且，如图7所示，上述控制单元17具备搬运单元驱动控制器30、激光器驱动控制器31、对准单元驱动控制器32、图像处理部33、计算部34、存储器35以及控制部36。
在此，搬运单元驱动控制器30控制搬运单元13的驱动，从而使其以预先设定的固定速度在箭头A方向上搬运TFT基板18。另外，激光器驱动控制器31控制激光器19的驱动，从而使其以规定的时间间隔以脉冲的方式发出激光L。而且，对准单元驱动控制器32进行控制，使得荫罩21和微透镜阵列22追随一边相对于搬运方向左右振动一边被搬运的TFT基板18的动作而一体地在与搬运方向交叉的方向上移动。
图像处理部33基于拍摄单元16所拍摄的图像信息，根据搬运方向的亮度变化，检测栅极电极1的与搬运方向交叉的边缘部，并且根据与搬运方向交叉的方向的亮度变化(受光面的长轴方向的亮度变化)检测与搬运方向平行地延伸的栅极线6的边缘部的位置，将上述各检测信息和拍摄单元16中预先设定的基准位置信息输出给后述的计算部34。
计算部34从图像处理部33输入栅极电极1的与搬运方向交叉的边缘部的检测信息，计算从该检测时点起TFT基板18的移动距离，当TFT基板18的移动距离与移动距离的目标值一致，与荫罩21的位于搬运方向的最上游侧的开口列26a的开口25对应的激光L的照射位置与栅极电极1上的源极电极3侧端部区域的最初的照射位置一致时，向激光器驱动控制器31输出1个脉冲的激光L的发光指令。另外，计算部34基于与搬运方向平行的栅极线6的边缘部的位置信息中的预先设定的栅极线6的边缘部的位置信息和拍摄单元16中预先设定的基准位置信息来计算两者间的距离，算出该距离和对准目标值的偏移量，将该偏移量(位置偏移信息)输出给对准单元驱动控制器32。由此，对准单元驱动控制器32驱动对准单元15，从而基于上述位置偏移信息对位置偏移进行校正。
存储器35保存TFT基板18的搬运速度、上述各目标值等，是能改写的存储装置。并且，控制部36统一控制整个装置，使得上述各元件适当地动作。
接着，说明这样构成的激光退火装置的动作。在此，关注1个栅极电极1，说明以激光L的5次照射执行激光退火的情况。
首先，搬运单元13由控制单元17控制而开始在图5的箭头A方向上以固定速度搬运TFT基板18。
接着，由拍摄单元16从TFT基板18的里面侧透过TFT基板18对形成于表面的栅极电极1和栅极线6进行拍摄。在该情况下，拍摄单元16所拍摄的图像由图像处理部33进行处理，当根据搬运方向的亮度变化检测出位于搬运方向的最下游侧的栅极电极1的与搬运方向交叉的边缘部时，以检测出该边缘部的时点为基准，在计算部34中计算TFT基板18的移动距离。并且，当该移动距离与存储器35中保存的移动距离的目标值一致，与荫罩21的位于搬运方向的最上游侧的开口列26a的开口25对应的激光L的照射位置与栅极电极1上的源极电极3侧端部区域的预先设定的最初的照射位置一致时，从计算部34向激光器驱动控制器31输出1个脉冲的激光L的发光指令。
另外，在图像处理部33中，根据拍摄单元16所拍摄的图像在与搬运方向交叉的方向上的亮度变化检测出与搬运方向平行的栅极线6的边缘部，将该位置信息输出给计算部34。在计算部34中，基于所输入的位置信息中的预先设定的栅极线6的边缘部(例如，朝向搬运方向，右侧边缘部)的位置信息和拍摄单元16中预先设定的基准位置信息计算两者间的距离，算出该距离和存储器35中保存的对准目标值的偏移量，将该偏移量(位置偏移信息)输出给对准单元驱动控制器32。
对准单元驱动控制器32驱动对准单元15，从而基于上述位置偏移信息对位置偏移进行校正，使荫罩21和微透镜阵列22一体地在与搬运方向交叉的方向上微动。由此，荫罩21和微透镜阵列22能追随TFT基板18在与搬运方向交叉的方向上的动作而进行动作，使激光L适当地照射到栅极电极1上的预先设定的规定位置。荫罩21和微透镜阵列22对TFT基板18的追随动作在TFT基板18的搬运中总是执行。
激光器驱动控制器31基于从计算部34输入的发光指令驱动激光器19，使其发出1个脉冲的激光L。由激光器19发出的激光L由耦合光学系统20将光束直径扩大，亮度分布被均匀化而照射到荫罩21。
照射到荫罩21的激光L由设置于荫罩21的多个开口25分离成多束激光L。而且，如图8(a)所示，分离成的多束激光L通过与各开口25分别对应地设置的微透镜29聚光到栅极电极1上的非晶硅薄膜7的上述最初的照射位置。此时，在非晶硅薄膜7上，开口25的像被缩小投影，而与沟道区域10相同形状的部分被激光L照明。由此，由第1次照射的激光L照明的上述最初的照射位置的非晶硅薄膜7瞬间被加热而熔融，非晶硅薄膜7的一部分多晶硅化(多结晶化)。
在计算部34中，计算TFT基板18的移动距离。并且，当TFT基板18的移动距离移动了与存储器35中保存的栅极电极1的搬运方向的排列间距w2相等的距离，如图8(b)所示，栅极电极1到达搬运方向下游侧的下一微透镜29之下时，从计算部34向激光器驱动控制器31输出第2次照射的发光指令。由此，激光器驱动控制器31驱动激光器19发出第2次照射的激光L。
如图8(b)所示，第2次照射的激光L通过微透镜29聚光在栅极电极1上的非晶硅薄膜7上。并且，由第2次照射的激光L照明的部分的非晶硅薄膜7瞬间被加热而熔融，非晶硅薄膜7的一部分多晶硅化。此时，如图8(a)所示，开口25和微透镜29在搬运方向上以(w2－d/5)的间距设置，因此第2次照射的激光L的照射位置为比第1次照射的激光L的照射位置向搬运方向上游侧偏移了d/5的位置。此外，d是沟道区域10的搬运方向的宽度尺寸。
第1次照射的激光L的照射部和第2次照射的激光L的照射部的重叠部分被赋予比第1次照射的激光L的照射部高的照射能量，该部分的多晶硅薄膜8的结晶化被促进。
以后，如图8(c)～(e)所示，每当TFT基板18被搬运w2时发出激光L，第3次～第5次照射的激光L照射到栅极电极1上的非晶硅薄膜7。在该情况下，第3次～第5次照射的激光L的照射位置为向搬运方向上游侧每次偏移d/5的位置。
这样，第1次～第5次照射的激光L的照射部的重叠数量越多的部分，激光L的照射量越增加，照射能量越高，多晶硅薄膜8的结晶化(晶体生长)越被促进。其结果是，激光L的照射量多的沟道区域10的多晶硅薄膜8的晶体粒径比激光L的照射量少的源极区域11和漏极区域12的多晶硅薄膜8的晶体粒径大。这样，形成源极区域11和漏极区域12的多晶硅薄膜8的晶体粒径比沟道区域10的多晶硅薄膜8的晶体粒径小的半导体层2。
此外，在上述实施方式中，说明了搬运方向的开口25和微透镜的排列间距为(w2－d/5)的情况，但是本发明不限于此，上述排列间距也可以是(w2+d/5)。
另外，在上述实施方式中，说明了使开口25的中心和微透镜29的光轴一致而形成荫罩21和微透镜阵列22的情况，但是本发明不限于此，如图9(a)所示，也可以使微透镜29的搬运方向的排列间距与栅极电极1的该方向的排列间距w2一致而形成微透镜阵列22。在该情况下，开口25可以是以使正中间的开口25的中心与对应的微透镜29的光轴一致的状态在搬运方向上按(w2±D/n)的排列间距配置。此外，图9(a)示出(w2+D/n)和n＝5的情况。
或者，如图9(b)所示，也可以使开口25的搬运方向的排列间距与栅极电极1的该方向的排列间距w2一致而形成荫罩21。在该情况下，微透镜29可以是以使正中间的微透镜29的光轴与对应的开口25的中心一致的状态在搬运方向按(w2±D×d/{(D+d)×n})(图9(b)示出(w2－D×d/{(D+d)×n})和n＝5的情况。)的排列间距配置。
关于这一点，参照图10进行详细说明。首先，关注并考虑图9(b)所示的正中间的开口25、微透镜29右边的开口25和微透镜29。在该情况下，如图10所示，当将开口25的中心和微透镜29的光轴中心之间的偏移量设为Δ时，投影到栅极电极1上的开口25的像的中心处于相对于微透镜29的光轴偏移了Δ×d/D的位置。在此，d/D相当于微透镜29的缩小倍率。因此，开口25的中心线和栅极电极1上的开口25的像的中心线之间的距离为(1+d/D)×Δ。
在该情况下，由于是使正中间的开口25的中心和微透镜29的光轴一致，因此正中间的开口25的像的中心线与开口25的中心线一致，但是正中间的开口25右边的开口25的像处于从该开口25的中心线的位置偏移了(1+d/D)×Δ的位置。并且，由于该偏移量为d/n，因此能表示为(1+d/D)×Δ＝d/n，而Δ＝D×d/{(D+d)×n}。因此，微透镜29只要以使正中间的微透镜29的光轴与对应的开口25的中心一致的状态在搬运方向上按(w2±Δ)即(w2±D×d/{(D+d)×n})的排列间距配置即可。
而且，在上述实施方式中，说明了微透镜阵列22与各开口25对应地分别具备1个微透镜的情况，但是也可以与多个开口25(开口群)对应具备1个微透镜29。在该情况下，可以是以由后续的多个开口群插补由搬运方向上游侧的多个开口群所对应的多个微透镜29投影的与搬运方向交叉的方向的多个区域之间的区域的方式设置多个开口群和微透镜29。
附图标记说明
1…栅极电极
2…半导体层
3…源极电极
4…漏极电极
5…基板
7…非晶硅薄膜
8…多晶硅薄膜
10…沟道区域
11…源极区域
12…漏极区域。

Claims (6)

1.一种薄膜晶体管，其特征在于，在基板上依次层叠地具备：
栅极电极；
绝缘层，其覆盖上述栅极电极而设置；
多晶硅薄膜的半导体层，其具有与上述栅极电极相同的宽度，配置在上述栅极电极的正上方；以及
源极电极和漏极电极，上述源极电极覆盖上述半导体层的一端而设置，上述漏极电极覆盖上述半导体层的另一端而设置，
上述半导体层的两端的在上述源极电极与上述栅极电极之间以及在上述漏极电极与上述栅极电极之间的区域分别为源极区域和漏极区域，
上述半导体层的被上述源极区域和漏极区域夹着的区域为沟道区域，
在上述半导体层中，上述源极区域和上述漏极区域的上述多晶硅薄膜的晶体粒径比上述沟道区域的上述多晶硅薄膜的晶体粒径小。
2.一种薄膜晶体管的制造方法，是在基板上层叠地具备栅极电极、源极电极、漏极电极以及半导体层的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，
包含激光退火工序，在上述激光退火工序中，对覆盖在上述基板上的非晶硅薄膜的至少与上述栅极电极对应的区域照射激光而使其成为多晶硅薄膜，形成上述半导体层，
上述激光退火工序是将照射形状被整形为与被在上述源极电极与上述栅极电极之间的源极区域和在上述漏极电极与上述栅极电极之间的漏极区域夹着的沟道区域相同的形状的激光的照射位置以照射部一部分重叠的状态从与上述栅极电极对应的区域内的上述源极电极侧或上述漏极电极侧的一端朝向另一端步进移动，从而以比上述沟道区域少的照射量对上述源极区域和上述漏极区域照射激光而实施的，使得上述源极区域和上述漏极区域的上述多晶硅薄膜的晶体粒径比上述沟道区域的上述多晶硅薄膜的晶体粒径小。
3.根据权利要求2所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，
在以上述激光的n次照射实施上述激光退火的情况下，上述激光的照射位置的步进移动量等于上述沟道区域在上述源极电极和上述漏极电极的相对方向上的宽度的1/n，
其中，n为3以上的整数。
4.一种激光退火装置，对在基板上层叠地具备栅极电极、源极电极、漏极电极以及半导体层的薄膜晶体管的至少与上述栅极电极对应的区域的非晶硅薄膜进行激光退火而使其成为多晶硅薄膜，形成上述半导体层，
上述激光退火装置的特征在于，具备：
激光照射光学系统，其将激光照射到上述基板上；以及
控制单元，其以将照射形状被整形为与被在上述源极电极与上述栅极电极之间的源极区域和在上述漏极电极与上述栅极电极之间的漏极区域夹着的沟道区域相同的形状的激光的照射位置以照射部一部分重叠的状态从与上述栅极电极对应的区域内的上述源极电极侧或上述漏极电极侧的一端朝向另一端步进移动的方式控制上述照射位置的步进移动量，从而为了以比上述沟道区域的激光退火少的激光的照射量来实施上述源极区域和上述漏极区域的激光退火而控制激光的照射量，使得上述源极区域和上述漏极区域的上述多晶硅薄膜的晶体粒径比上述沟道区域的上述多晶硅薄膜的晶体粒径小。
5.根据权利要求4所述的激光退火装置，其特征在于，
上述激光照射光学系统具备：荫罩，其具有用于将上述激光的照射形状整形为与上述沟道区域的形状吻合的开口；以及聚光透镜，其使上述开口缩小聚焦到上述非晶硅薄膜上。
6.根据权利要求5所述的激光退火装置，其特征在于，
在上述基板上，按固定的排列间距矩阵状地配置而具备多个上述薄膜晶体管，
上述荫罩与多个上述薄膜晶体管对应地设置有多个上述开口，
上述控制单元对上述激光照射光学系统和上述基板在上述源极电极和上述漏极电极的相对方向上的相对移动速度和上述激光的照射定时进行控制，使得上述激光退火由经过多个上述开口中的与上述源极电极和上述漏极电极的相对方向对应排列的多个上述开口的多束上述激光的多重照射来实施。
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