專利名稱：半導(dǎo)體薄膜及其制造方法以及半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體薄膜，它具有一區(qū)域，其實(shí)質(zhì)上被看作單晶(下面稱作“單疇區(qū)域”)，其形成在具有絕緣表面的襯底上，并且涉及一種使用該半導(dǎo)體薄膜作為有源層的半導(dǎo)體器件。特別是，本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管，其使用結(jié)晶硅膜作為有源層。另外本發(fā)明還分別涉及上述半導(dǎo)體薄膜和上述薄膜晶體管的制造方法以及包含所述半導(dǎo)體薄膜和所述薄膜晶體管的各種電器和器件。
背景技術(shù)：
近年來，采用在具有絕緣表面的襯底上形成硅半導(dǎo)體薄膜(厚度幾百至幾千埃)來制成薄膜晶體管(TFT)的技術(shù)已引起人們極大的關(guān)注。薄膜晶體管可廣泛地應(yīng)用于各種電子器件，如IC和液晶顯示器件。
薄膜晶體管最重要的部分即心臟是溝道形成區(qū)域和溝道形成區(qū)與源和漏區(qū)之間的結(jié)部。也就是，可以說有源層最影響薄膜晶體管的性能。
由等離子體CVD法或低壓熱CVD法所制成的非晶硅薄膜通?？捎米靼雽?dǎo)體薄膜，以構(gòu)成薄膜晶體管的有源層。
目前，使用非晶硅膜的薄膜晶體管已實(shí)際使用了，然而，當(dāng)要求較高速度操作時(shí)，就需要使用具有結(jié)晶度的硅薄膜(稱作結(jié)晶硅膜)的薄膜晶體管。用以在襯底上形成結(jié)晶硅膜的公知方法的例子在日本未審專利公告號(hào)平6-232059和平-6-244103中進(jìn)行了描述，其是由本受讓人申請(qǐng)的。在這些公開出版物中所描述的方法中，結(jié)晶度優(yōu)異的結(jié)晶硅膜可通過使用金屬元素進(jìn)行5500C約4小時(shí)的熱處理以加速硅結(jié)晶來形成。
另外，日本未審專利公開號(hào)平7-321339公開了一種采用上述方法使結(jié)晶生長(zhǎng)幾乎與襯底平行的方法，本發(fā)明人稱這種類型的結(jié)晶區(qū)域?yàn)闄M向生長(zhǎng)區(qū)。
由上述方法制成的橫向生長(zhǎng)區(qū)是柱狀或針狀晶體的集合，它們是以相同方向排列的，因此結(jié)晶度優(yōu)異。人們知道，使用這種形式區(qū)域制成有源層的薄膜晶體管表現(xiàn)出較高性能。
然而，上述方法仍不能滿足形成薄膜晶體管，以構(gòu)成各種運(yùn)算電路，存儲(chǔ)電路等。這是由于結(jié)晶度仍不夠高的提供必要的性能。
例如，有源矩陣液晶顯示裝置或無源液晶顯示裝置的外部電路包括驅(qū)動(dòng)器電路，用以驅(qū)動(dòng)象素區(qū)域中的象素TFT，電路操作或控制視頻信號(hào)，存儲(chǔ)電路，用以存儲(chǔ)各種型式的信息，以及其它電路。
在這些電路中，需要用來操作或控制視頻信號(hào)的電路和用以存儲(chǔ)各種型式的信息的電路具有與在公知單晶片上形成的集成電路同樣的性能，因此，為了采用在襯底上所形成的薄膜半導(dǎo)體來集成上述電路，有必要在襯底上形成一結(jié)晶硅膜，其結(jié)晶度等同于單晶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是在具有絕緣表面的襯底上形成一單疇區(qū)，它的結(jié)晶度與單晶相同。本發(fā)明的進(jìn)一步目的就是提供一種半導(dǎo)體器件，它的有源層是由這種單疇區(qū)構(gòu)成。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，就是提供一種在具有絕緣表面的襯底上形成的半導(dǎo)體薄膜，所述半導(dǎo)體薄膜是由具有結(jié)晶度的單疇區(qū)組成，其已通過用具有等效能量的激光或強(qiáng)光的照射而得到改善，單疇區(qū)是柱狀或針狀結(jié)晶體的集合，其通常平行于襯底而伸展。
按照本發(fā)明的另一方面，就是提供一種半導(dǎo)體器件，其只使用上述單疇區(qū)作為有源層。單疇區(qū)具有一特點(diǎn)，那就是它實(shí)質(zhì)上沒有晶粒邊界。
按照本發(fā)明的再一方面，就是提供一種半導(dǎo)體器件，它通過一定方法制成，其包括下列步驟在具有絕緣表面的襯底上通過低壓熱CVD方法形成一非晶硅膜；在非晶硅膜上選擇地形成氧化硅膜；保持金屬元素，用以加速與非晶硅膜相鄰的硅的結(jié)晶；進(jìn)行熱處理，以便將至少部分非晶硅膜變?yōu)榻Y(jié)晶硅膜；除去氧化硅膜；并且用具有等效能量的激光或強(qiáng)光對(duì)非晶硅膜和/或結(jié)晶硅膜進(jìn)行照射，以便將結(jié)晶硅膜變?yōu)閱萎爡^(qū)。半導(dǎo)體器件具有一有源層，其只由單疇區(qū)構(gòu)成。
本發(fā)明人限定一區(qū)域?yàn)閱萎爡^(qū)，它可按照本發(fā)明通過轉(zhuǎn)變橫向生長(zhǎng)區(qū)而獲得，并且其實(shí)質(zhì)上可看作為單晶。單疇區(qū)具有一些特點(diǎn)，它實(shí)質(zhì)上不含晶界，并且?guī)缀鯖]有結(jié)晶缺陷，如位移和層積缺陷。
“實(shí)質(zhì)上無晶界”意指，晶界即使存在也是電不活潑的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種電不活潑的例子，如111雙晶晶界，111層積缺陷，221雙晶晶界，221扭轉(zhuǎn)雙晶晶界等等。(R.Simonkawa和Y.Hayashi，日本應(yīng)用物理雜志，Vol.27，PP.751-758，1987)。
本發(fā)明人考慮到，很有可能單疇區(qū)的晶界如上所述是電不活潑的晶界。也就是說，可將它們看作不活潑區(qū)，即使它們存在也不會(huì)妨礙載流子的電運(yùn)動(dòng)。單疇區(qū)，它是本發(fā)明最重要的概念，可通過下列方法制成。
首先，如圖1A中所示，晶體生長(zhǎng)只在區(qū)域101周圍進(jìn)行，其中已引入金屬元素。晶體生長(zhǎng)通常平行于襯底進(jìn)行，以便形成柱狀或針狀晶體。
用以加速結(jié)晶的金屬元素可以選自下列元素中的一個(gè)或多個(gè)，即Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Cu和Au。在這里可以使用Ni(鎳)作為一個(gè)實(shí)例。
按上述方法可形成橫向生長(zhǎng)區(qū)102。例如，當(dāng)在6000℃下進(jìn)行約6小時(shí)的熱處理時(shí)，橫向生長(zhǎng)長(zhǎng)度(圖1A中的X)達(dá)到100-200μm。
如圖1A中所示，可將所得橫向生長(zhǎng)區(qū)102分成八個(gè)部分A-H，其表現(xiàn)出仿佛每部分都是晶粒。這是由于缺陷如滑移會(huì)出現(xiàn)在部分A-H相互抵觸的位置上，以形成晶界。
圖1B是示意放大圖，其表示部分A-H的一部分。正如以圖1B)所看到的，每個(gè)橫向生長(zhǎng)區(qū)部分在顯微鏡下是柱狀或針狀晶體的集合。由于柱狀或針狀晶體聚集在一起，每部分在顯微鏡下會(huì)表現(xiàn)出象單晶粒子一樣。每個(gè)柱狀或針狀晶體是不含任何晶界的區(qū)域，因此它可以被看作為單晶，即單疇區(qū)。
由于每個(gè)晶體生長(zhǎng)同時(shí)從內(nèi)部除去雜質(zhì)元素即鎳，從而在結(jié)晶表面上形成金屬硅化物，由此，在晶界103上會(huì)分離出金屬元素。(見圖1B。
因此，圖1B的狀態(tài)僅僅是單疇區(qū)的集合。雖然每部分橫向生長(zhǎng)區(qū)具有相對(duì)優(yōu)良的結(jié)晶度，但它本身不是單疇區(qū)。
為了完成本發(fā)明，需要一步驟用以改善橫向生長(zhǎng)區(qū)102的結(jié)晶度，在本說明書中，該步驟具有給定的特定名字“單晶化步驟”。
特別是，在本發(fā)明的單晶化步驟中，上述所獲得的結(jié)晶硅膜是用具有等效能量的激光或強(qiáng)光照射的。
理想的是使用由紫外線準(zhǔn)分子激光器所發(fā)出的激光。特別是，可以使用KrF準(zhǔn)分子激光器(波長(zhǎng)248nm)，XeCl準(zhǔn)分子激光器(波長(zhǎng)308nm)或類似物。甚至可以通過使用紫外線燈而不是激光所發(fā)出的強(qiáng)光來獲得類似的結(jié)果。
用激光照射的結(jié)晶硅膜表面被局部加熱達(dá)到高溫，并且硅膜在瞬時(shí)熔化狀態(tài)下會(huì)改變。然而，實(shí)際上聚集在柱狀或針狀晶體之間晶界103上的金屬硅化物會(huì)優(yōu)先熔化，從而使柱狀或針狀晶體不容易熔化。
就是說，當(dāng)圖1B中所示橫向生長(zhǎng)區(qū)102用激光照射時(shí)，即使是瞬時(shí)的，晶界103也會(huì)優(yōu)先熔化，然后再結(jié)晶。在圖1C中，點(diǎn)劃線104表示通過暫時(shí)分解所形成的結(jié)，并接著在晶界103上再復(fù)合。
此時(shí)，靠近晶界的硅晶格會(huì)重新排列，并且由此使硅原子以優(yōu)良匹配方式再復(fù)合。因此，如圖1C中所示，先前柱狀或針狀晶體的集合如圖1B中所示的每部分A-H上實(shí)質(zhì)上不遺留晶界。
另外，由于先前在柱狀或針狀晶體中所存在的晶體缺陷如位移和層積缺陷現(xiàn)在消失了，所以先前柱狀或針狀晶體部分的結(jié)晶度也明顯地得到了改善。
此時(shí)，由于硅晶格的重新排列，部分A-H會(huì)膨脹，因此，會(huì)觀察到這樣的現(xiàn)象，硅膜會(huì)在晶界部分上凸起，其中晶界部分就是部分A-H相互抵觸的部分，(見圖1A)，即在每個(gè)單疇區(qū)的邊緣上。硅膜的凸起是與上述激光照射步驟有關(guān)的特征之一。
實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)在晶界上出現(xiàn)硅膜凸起時(shí)，晶粒的結(jié)晶度最優(yōu)，然而，原因目前還不清楚。
通過SEM觀察等已發(fā)現(xiàn)，例如在非晶硅膜厚度為500的情況下，硅膜凸起高度大約為500。
通過上述方法所形成的結(jié)晶硅膜會(huì)大大地改善結(jié)晶度，并且可以由單疇區(qū)組成，它的結(jié)晶度等效于單晶。
本發(fā)明一方面就是形成半導(dǎo)體器件的有源層，其可由薄膜晶體管為代表，它只使用如上所述的單疇區(qū)。
圖4表示在制造有源矩陣液晶顯示器件中以矩陣形式在具有絕緣表面的襯底401上所排列的有源層404。
區(qū)域402由虛線表示，它是用來表示選擇引入鎳的區(qū)域存在的位置。參考數(shù)字403表示由橫向生長(zhǎng)區(qū)相撞所形成的晶界的存在位置。區(qū)域402和403用虛線表示是由于它們是在有源層404形成以后是無法識(shí)別的。
如圖4中所示，薄膜晶體管的有源層404形成假設(shè)為矩陣形式，以便避免鎳引入?yún)^(qū)和晶界。
圖4是局部圖，并且相同情況可提供給所有襯底401上所形成的有源層404。也就是說，上百萬薄膜晶體管的有源層均可通過只使用單疇區(qū)其每區(qū)不含晶界而形成。


圖1A至1C表示單疇區(qū)是如何形成的；圖2A-2F表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例用以形成具有單疇區(qū)的半導(dǎo)體薄膜的方法；圖3A-3E表示按照本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造方法；圖4表示在單疇區(qū)域中所形成的有源層；圖5A-5E，6A-6D，和7A-7B表示按照本發(fā)明第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造方法；圖8A-8D表示按照本發(fā)明第六實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造方法；圖9A和9B表示按照本發(fā)明第七實(shí)施例的DRAM的結(jié)構(gòu)；圖10A和10B表示按照本發(fā)明第八實(shí)施例的SRAM的結(jié)構(gòu)；圖11表示SOI結(jié)構(gòu)的問題；圖12是人造石英靶的成分表；圖13A-13D表示按照本發(fā)明第十三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造方法；和圖14A-14F表示應(yīng)用產(chǎn)品的實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
下面將借助實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
實(shí)施例1本實(shí)施例取在具有絕緣表面的襯底上所形成的半導(dǎo)體薄膜作為半導(dǎo)體薄膜的一個(gè)實(shí)例，并且說明用來將橫向生長(zhǎng)區(qū)(結(jié)晶硅膜)變?yōu)閱萎爡^(qū)的方法，其通過用來改善前者結(jié)晶度的方法來進(jìn)行的。該方法將參照?qǐng)D2A-2F進(jìn)行描述。
在本實(shí)施例中所使用的結(jié)晶化方法就是，將鎳作為用以加速結(jié)晶化的金屬元素優(yōu)先地引非晶硅膜中，以便獲得結(jié)晶硅膜，其幾乎平行于襯底生長(zhǎng)。如上所述，該方法在日本未審專利公告號(hào)平7-321 339中進(jìn)行了描述。
首先，制備具有絕緣表面的襯底201。在本實(shí)施例中，通過濺射在玻璃襯底(或石英或硅襯底)上形成3000厚的氧化硅膜202作為底襯膜，其中使用了人造石英靶。(圖12是一種參考材料，它是人造石英靶的成分表)。
本發(fā)明人的研究已經(jīng)表明，當(dāng)非晶硅膜在以后結(jié)晶時(shí)，所得結(jié)晶硅膜在襯底膜致密時(shí)具有較好的結(jié)晶度。這就是為什么氧化硅膜202通過使用人造石英靶的濺射而形成的原因。
氧化硅膜202的表面極其平滑。例如，高度小于30，寬度大于100，平滑度即使通過用AFM(原子力顯微鏡)來觀察也很難識(shí)別。
然后，通過等離子體CVD法，濺射，或低壓熱CVD法形成100-750(最好是150-450)厚度的非晶硅膜203。在采用低壓熱CVD法情況下，可以使用乙硅烷(Si2H6)，丙硅烷(Si3H8)，或類似物作為膜形成氣體。
以上述厚度形成的非晶硅膜203不僅能夠通過激光照射有效進(jìn)行后面的單晶化步驟，而且還可以在將所得結(jié)晶硅膜用作其有源層時(shí)形成具有小截止電流的半導(dǎo)體器件。
在通過低壓熱CVD法所形成的非晶硅膜中，在后來的結(jié)晶步驟中天然核的出現(xiàn)率是小的。由于各晶體之間干擾的低速率(阻止晶體生長(zhǎng)的各晶體碰撞)對(duì)于橫向生長(zhǎng)長(zhǎng)度的增加是理想的。
在非晶硅膜203形成以后，在氧氣氛中用紫外光(UV)照射，由此在非晶硅膜203(見圖2A)上形成很薄的氧化膜(未示出)。氧化膜是為了改善在后面的溶液施加步驟中溶液的濕潤(rùn)度，以便引入鎳。
接著，通過使用石英靶的濺射形成500-1200厚度的氧化硅膜204，并且通過蝕刻只除去一部分氧化膜204，通過其可引入鎳。也就是說，氧化硅膜204可用作掩模用以優(yōu)先將鎳引入非晶硅膜203中。
暴露部分205可以如此形成，使得可以假設(shè)為一槽縫，其垂直于圖2A-2F的紙表面延伸(見圖2B)。
然后，將給定密度下的含鎳醋酸鎳鹽溶液滴入以形成液體膜206(見圖2C)。
考慮到在以后的加熱步驟中的殘余雜質(zhì)，最好是，將硝酸鎳鹽溶液用作為鎳鹽溶液。雖然醋酸鎳鹽溶液也可以使用，但其中所含的碳將會(huì)在以后的加熱步驟中保留在膜中成為碳化物。
在圖2C的情況下，用旋涂器進(jìn)行旋涂，以便建立一定狀態(tài)，使鎳在區(qū)域205處通過氧化膜(未示出)而保持與無定形硅膜203相鄰。
在惰性氣體氣氛中在4500℃下進(jìn)行大約1小時(shí)的脫氫以后，非晶硅膜203通過在5000-7000℃，典型地在5500-6000℃下進(jìn)行4-8小時(shí)的熱處理而結(jié)晶。在使用玻璃襯底的情況下，最好是，借助玻璃的耐熱性在低于6500℃下進(jìn)行熱處理，由此獲得結(jié)晶硅膜207(見圖2D)。
開始時(shí)在區(qū)域205上通過氧化膜(未示出)而保持與非晶硅膜203相接的鎳通過氧化膜(未示出)而擴(kuò)散到非晶硅膜203中，并且用作催化劑的加速結(jié)晶。特別是，鎳與硅反應(yīng)以生成硅化物，并且結(jié)晶繼續(xù)進(jìn)行下去，硅化物起著核的作用。
此時(shí)，晶體生長(zhǎng)繼續(xù)進(jìn)行，使得柱狀或針狀晶體幾乎與襯底201相平行地形成。在本實(shí)施例中，由于部分205假設(shè)為一槽縫，其垂直于圖2A-2F的紙表面延伸，晶體生長(zhǎng)幾乎以兩個(gè)相反方向(沿一個(gè)軸)繼續(xù)進(jìn)行，如箭頭208所示，每個(gè)晶體生長(zhǎng)可以達(dá)到幾百微米以上。
如果通過熱處理產(chǎn)生自然核，那么各生長(zhǎng)的柱狀或針狀晶體會(huì)相互干擾，以阻止相互的生長(zhǎng)。這種現(xiàn)象是所不期望的，因?yàn)樗鼤?huì)縮短橫向生長(zhǎng)區(qū)的生長(zhǎng)長(zhǎng)度。因此，理想的是建立一定條件，在該條件下更多的核是引入的鎳元素，并且在那里只存在很少的自然核。
引入鎳的濃度可以很容易地通過在溶液應(yīng)用步驟中調(diào)節(jié)鎳鹽溶液的濃度而進(jìn)行控制。
由于上述橫向生長(zhǎng)區(qū)是以相同方向排列的，所以每個(gè)晶體不會(huì)受到其它晶體的過多影響，因此，粗看起來，橫向生長(zhǎng)區(qū)看上去就象是長(zhǎng)度超過幾百微米的大晶粒。
然而，微觀地，它們只不過是柱狀或針狀晶體的集合。雖然每個(gè)晶體是單疇的，但橫向生長(zhǎng)區(qū)總的來說只不過是結(jié)晶度相對(duì)較高的區(qū)域，而不能看作是單疇區(qū)。
一旦完成了結(jié)晶熱處理，便可以除去用作優(yōu)先引入鎳的掩模的氧化硅膜204，這可以很容易地通過使用緩沖氫氟酸或類似物來完成。
在這種情況下，結(jié)晶硅膜207具有小于±30(最好是小于±20)的平整度。這可以認(rèn)為是由于在晶體生長(zhǎng)過程中硅膜表面用氧化硅膜204覆蓋的事實(shí)結(jié)果。
下面，將由上述步驟所獲得的結(jié)晶硅膜用具有等效能量的激光或強(qiáng)光進(jìn)行照射。在本實(shí)施例中，使用由KrF準(zhǔn)分子激光器(波長(zhǎng)248nm)所發(fā)出的激光，另外，還可使用XeCl準(zhǔn)分子激光器(波長(zhǎng)308nm)。
在該步驟中，構(gòu)成橫向生長(zhǎng)區(qū)的柱狀或針狀晶體通過激光照射局部被加熱到高溫，此時(shí)，聚集在柱狀或針狀晶體之間晶界(在圖1B中用標(biāo)號(hào)103所示)上的金屬硅化物(在本實(shí)施例中為硅化鎳)會(huì)首先熔化。
在瞬時(shí)熔化的晶界上，硅晶格重新排列，并且由此可使硅原子以良好匹配方式再結(jié)合。因此，晶粒邊界實(shí)質(zhì)上消失了，使橫向生長(zhǎng)區(qū)本身轉(zhuǎn)變?yōu)閱萎爡^(qū)。
進(jìn)一步地，在柱狀或針狀晶體中所存在的晶體缺陷如位移和積層缺陷幾乎消失，而先前柱狀或針狀區(qū)域的結(jié)晶度可得到較大改善。
如此獲得的結(jié)晶硅膜209是實(shí)質(zhì)上沒有晶界的單疇區(qū)，在單疇區(qū)中，結(jié)晶度等效于單晶。
實(shí)施例2本實(shí)施例涉及的是將第一實(shí)施例中的激光照射用具有等效能量的強(qiáng)光照射來代替的情況，RTA(迅速熱退光)是公知用于此目的的技術(shù)方法。
RTA是一種方法，其中紅外線，紫外線強(qiáng)光，或由燈發(fā)出的一些其它類型的光可應(yīng)用于進(jìn)行加工處理的目的。RTA具有一特點(diǎn)，就是實(shí)質(zhì)上只加熱薄膜的最外層，因?yàn)闇囟鹊目焖偕吆徒档退俾室约皫酌胫翑?shù)十秒的短加工處理時(shí)間。例如，可以在約10000℃的極高溫度下只退火玻璃襯底上的薄膜。
在制造過程中，短的加工處理時(shí)間意味著生產(chǎn)能力上的較大增強(qiáng)。由此，RTA就生產(chǎn)率來說也是很有效的方式。
實(shí)施例3本實(shí)施例涉及通過使用由第一實(shí)施例的方法所獲得的單疇區(qū)形成薄膜晶體管有源層的情況。雖然本實(shí)施例涉及的是頂柵極薄膜晶體管，但本發(fā)明可很容易地應(yīng)用于底柵極晶體管。
首先，如圖3A中所示，包含單疇區(qū)的半導(dǎo)體薄膜是通過第一實(shí)施例的方法形成的，并且只由單疇區(qū)所構(gòu)成的有源層303是通過制作布線圖形而形成的。如在第一實(shí)施例中所述，參考數(shù)字301和302分別表示石英襯底和氧化硅膜。
然后，用作柵極絕緣膜的1500厚氧化硅膜304可通過等離子體CVD法形成，另外，它可以是氮氧化硅膜或氮化硅膜。
構(gòu)成柵極的5000厚的鋁膜305可在其上通過濺射而形成?？梢允逛X膜305含有0.2wt％的鈧。代替鋁的，可以使用另外的金屬，如鉭或鉬。由此，獲得圖3A的狀態(tài)。
在鋁膜305的表面上通過使用電解液形成很薄的陽極氧化膜(未示出)，其電解液可通過將含有3％酒石酸的乙二醇溶液與氨水中和而獲得。在該電解液中，可將鋁膜305用作陽極，并將鉑用作陰極。
所得致密陽極氧化膜具有改善與后來形成的抗蝕掩模粘接性的作用。陽極氧化膜(未示出)的厚度可設(shè)置為100，它可以通過施加電壓來控制。
然后，將鋁膜305模制成島狀鋁圖形306，通過它可形成柵電極。在該步驟中所使用的抗蝕掩模(未示出)實(shí)際上可以保留(見圖3B)。
在圖3B狀態(tài)下，將鋁圖型306再進(jìn)行陽極化處理，其可用作陽極。將3％的草酸水溶液用作為電解液。在該陽極化步驟中，由于耐蝕掩模(未示出)的存在，陽極化處理只在鋁圖型306的側(cè)表面上進(jìn)行，使得形成如圖3C中所示的多孔陽極氧化膜307。多孔陽極氧化膜307允許生長(zhǎng)幾微米的長(zhǎng)度。
多孔陽極氧化膜307厚度可設(shè)定為7000，它可以通過陽極化時(shí)間來控制。
一旦多孔陽極氧化膜307如圖3C中所示而形成時(shí)，可除去耐蝕掩模(未示出)。然后，再進(jìn)行陽極化處理，以形成致密的陽極氧化膜308。在與前述致密陽極氧化膜形成步驟相同的條件下進(jìn)行該陽極化步驟。
然而，這時(shí)，致密陽極氧化膜308可形成800的厚度。由于電解液進(jìn)入多孔陽極氧化膜307內(nèi)部，從而形成圖3C所示的陽極氧化膜308。如果將陽極氧化膜308制成像大于1500那樣厚，那么在以后的雜質(zhì)離子注入步驟中會(huì)形成偏心式柵區(qū)。
在上述陽極化步驟中沒有陽極化的一部分鋁圖形306構(gòu)成柵電極309。
致密陽極氧化膜308在以后的步驟中將用以抑制在柵電極309表面上出現(xiàn)小丘。
在形成了致密陽極氧化膜308的情況下，注入雜質(zhì)離子以形成源和漏區(qū)。在本實(shí)施例中，注入P離子形成n溝道薄膜晶體管。在該步驟中形成高摻雜源和漏區(qū)310和311(見圖3C)。
然后，通過使用醋酸、磷酸和硝酸的混合酸只除去多孔陽極氧化膜307，然后，在比先前形成源和漏區(qū)310和311低的劑量再注入P離子。
因此，形成低濃度雜質(zhì)區(qū)312和313，其具有比源和漏區(qū)310和311低的雜質(zhì)濃度。進(jìn)一步地，以自對(duì)準(zhǔn)方式形成溝道形成區(qū)314(見圖3D)。
然后，為了將離子注入?yún)^(qū)退火，可以施加激光，紅外光，或紫外光。
如此，形成源區(qū)310，低濃度雜質(zhì)區(qū)312，溝道形成區(qū)314，低濃度雜質(zhì)區(qū)313，漏區(qū)311。低濃度雜質(zhì)區(qū)313通常被稱作LDD(輕摻雜漏)區(qū)。
在這種情況下，進(jìn)行3000-3500下0.5-1小時(shí)的等離子體氫化處理是有效的，該步驟的結(jié)果，使氫以低于5原子％(低于1×1021原子/cm3)，最好為1×1015到1×1021原子/cm3下加入有源層303。
由于這些氫原子是活性的，因此它們會(huì)中和并消除硅的懸空鍵和在有源層305與柵絕緣膜304之間邊界上的能量水平。
在按上述方法獲得圖3D的狀態(tài)以后，以氧化硅膜，硅氮化膜，硅氧氮化膜，樹脂膜，或其多層膜形成形成層間絕緣膜315。最好使用硅氮化膜，因?yàn)樗乐沽嗽谇耙徊襟E中已加入的氫原子由器件中逃逸。
然后，形成接觸，其后，形成源電極316和漏電極317。在生產(chǎn)有源矩陣液晶顯示裝置過程中，在象素TFT中不需要用于柵電極309的引出電極，另一方面，在同時(shí)在附加驅(qū)動(dòng)器電路的TFT中形成用于柵電極309的引出電極是必要的。
最后，整個(gè)器件通過在氫氣氛中在3500℃下進(jìn)行熱處理來氫化。如此，完成薄膜晶體管，如圖3E中所示。
得到的薄膜晶體管顯示出如此大的電場(chǎng)遷移率，使得可適應(yīng)高速操作，因?yàn)樗挠性磳邮怯蓡萎爡^(qū)構(gòu)成的。另外，由于在溝道區(qū)域和漏結(jié)中沒有晶界和鎳化合物等的聚集，所以薄膜晶體管非常可靠。
實(shí)施例4該實(shí)施例涉及一種通過使用第三實(shí)施例的TFT形成CMOS結(jié)構(gòu)的方法。圖5A-5E，6A-6D，和7A-7B表示按照本實(shí)施例的制造方法。順言之，按照本發(fā)明形成的結(jié)晶硅膜應(yīng)用范圍是廣泛的，并且用以形成CMOS結(jié)構(gòu)的方法不限于本實(shí)施例。
首先，按照第一實(shí)施例，在玻璃襯底501上形成氧化硅膜502，并在其上形成具有單疇區(qū)的結(jié)晶硅膜。通過將結(jié)晶硅膜制成圖形，從而獲得用于n溝道TFT的有源層503和用于P溝道TFT的有源層504。每個(gè)有源層503和504均只由單疇區(qū)制成。
接著，通過等離子體CVD法形成500-2,000，典型地為1000-1500厚度的氧化硅膜509作為柵絕緣膜。柵絕緣膜可以是另一種形式的絕緣膜，如硅氧氮膜或硅氮化膜。
如此，獲得圖5A的狀態(tài)。為了簡(jiǎn)化說明，本實(shí)施例將描述形成一對(duì)n溝道和P溝道薄膜晶體管的情況。通常，在相同玻璃襯底上可形成100對(duì)以上的n溝道和P溝道薄膜晶體管。
一旦獲得圖5A的狀況，就可形成將構(gòu)成柵電極的鋁膜506，如圖5B中所示。
為了抑制小丘和須狀物出現(xiàn)，可使鋁膜506包含0.2wt％的鈧。鋁膜506可通過濺射或電子束蒸發(fā)而形成。
小丘和須狀物意指由鋁的異常生長(zhǎng)所形成的刺或針狀凸起，它可能會(huì)引起相鄰布線或垂直間隔的布線之間的短路或串活。
代之以鋁，還可使用能夠陽極化的另外金屬，如鉭。
一旦形成鋁膜506，用鋁膜506作為陽極在電解液中會(huì)形成薄而致密的陽極氧化膜507。
電解液是通過將含3％酒石酸的乙二醇溶液與氨水中和所獲得的。致密陽極氧化膜可通過該陽極化方法形成，其厚度可以通過施加電壓而控制。
在本實(shí)施例中，設(shè)定陽極氧化膜507的厚度為100。陽極氧化膜507具有改進(jìn)以后形成的抗蝕掩模濕潤(rùn)性的作用。如此獲得圖5B的狀態(tài)。
然后，形成抗蝕掩模508和509。鋁膜506和陽極氧化膜507通過使用抗蝕掩模508和509制成圖型，如此獲得圖5C的狀況。
接著，用殘留的鋁圖型510和511作為陽極在電解液中進(jìn)行陽極化處理，其電解液是3％的草酸溶液。在該陽極化步驟中，陽極化處理只在殘留鋁膜510和511的側(cè)表面上進(jìn)行，因?yàn)殛枠O氧化膜507和耐蝕掩模508和509的殘留部分保留在鋁膜510和511的頂表面上。
在該陽極化處理步驟中，形成多孔陽極氧化膜512和513，它們?cè)试S生長(zhǎng)到幾微米的長(zhǎng)度。
在本實(shí)施例中，陽極化生長(zhǎng)長(zhǎng)度即厚度設(shè)定為7000。陽極化生長(zhǎng)長(zhǎng)度確定了將在以后形成的低濃度雜質(zhì)區(qū)的長(zhǎng)度。多孔陽極氧化膜512和513生長(zhǎng)長(zhǎng)度的經(jīng)驗(yàn)理想范圍是6000-8000。如此，獲得圖5D的狀態(tài)。
在該狀態(tài)下確定柵極51和52。一旦獲得圖5D的狀態(tài)，就可以除去抗蝕掩模508和509。
然后，使用電解液再進(jìn)行陽極化處理，其中電解液是通過將含3％酒石酸的乙二醇溶液與氨水中和而獲得的。在該步驟中，電解液進(jìn)入多孔陽極氧化膜512和513，使得形成致密的陽極氧化膜514和515，如圖5E中所示。
陽極氧化膜514和515的厚度可設(shè)定為500-4000，其厚度可通過電壓施加時(shí)間來控制。先前形成的致密陽極氧化膜507的殘留部分分別與陽極氧化膜514和515一致。
在圖5E的狀態(tài)下，用以產(chǎn)生n型導(dǎo)電的P(磷)離子可提供給整個(gè)表面，該摻雜可在0.2-5×1015cm-2，最好是1-2×1015cm-2的高劑量下通過等離子體摻雜或離子摻雜來進(jìn)行。
圖5E的步驟形成區(qū)域516-519，其中可以在高濃度下注入P離子。
然后，通過使用鋁混合酸除去多孔陽極氧化膜512和513。此時(shí)，恰好在陽極氧化膜512和513下的有源層503和504部分實(shí)質(zhì)上是本征的，因?yàn)樗臎]有經(jīng)過離子注入。
接著，抗蝕掩模520如此形成以致覆蓋了右手P溝道薄膜晶體管。如此獲得了圖6A的狀態(tài)。
在該狀態(tài)下，再注入P離子，如圖6B中所示，劑量設(shè)定為0.1-5×1014cm-2，最好為0.3-1×104cm-2的較小值。也就是說，在圖6B的步驟中P離子注入的劑量定為低于圖5E步驟的劑量。
因此，形成低濃度雜質(zhì)區(qū)522和524，區(qū)域521和525是以較高濃度用P離子摻雜的高濃度雜質(zhì)區(qū)。
該步驟的結(jié)果，使區(qū)521變?yōu)閚溝道薄膜晶體管的源區(qū)，區(qū)522和524變?yōu)榈蜐舛入s質(zhì)區(qū)，并且區(qū)525變?yōu)槁﹨^(qū)。由參考數(shù)字524表示的區(qū)通常稱作LDD(輕摻雜漏)區(qū)。區(qū)523實(shí)質(zhì)上成為本征溝道形成區(qū)。
雖然在圖中未示出，但在溝道形成區(qū)523和低濃度雜質(zhì)區(qū)522和524之間仍存在一定區(qū)域，其通過陽極氧化膜514防止了離子的摻雜。這些區(qū)域被稱作偏置柵區(qū)，并且它們像陽極氧化膜514厚度那么長(zhǎng)。
偏置柵區(qū)不用離子摻雜，因此其實(shí)質(zhì)上是本征的。由于對(duì)偏置柵區(qū)不施加?xùn)艍海虼藴系啦辉诖税l(fā)展，它們用作電阻成分以降低電場(chǎng)強(qiáng)度并防止損失。然而，如果偏置柵區(qū)太短，它們就不會(huì)起到上述作用，也就沒有起到上述有效作用的長(zhǎng)度的確定邊界。
然而，在除去抗蝕掩模520以后，如此形成抗蝕掩模526，使得其覆蓋左手n溝道薄膜晶體管，如圖6C所示。
在圖6C的狀態(tài)下，將B(硼)離子以0.2-10×1015cm-2，最好1-2×1015cm-2的劑量注入，該劑量值可以近似與圖5E步驟一樣來設(shè)定。
雖然通過該步驟形成的區(qū)527和531包含n型和P型雜質(zhì)二者，實(shí)質(zhì)上它們起著僅僅是墊(下稱接觸墊)的作用，用以與引出電極相接觸。也就是說，與左手n溝道薄膜晶體管的情況相比，區(qū)527和531明顯地區(qū)別于源和漏區(qū)。
就P溝道薄膜晶體管來說，發(fā)明人限定了區(qū)528和530分別作為源和漏區(qū)。
區(qū)528和530已通過只將B離子注入實(shí)質(zhì)上本征的區(qū)域來形成。由于不存在其它形式的離子，雜質(zhì)濃度在此可很容易地控制，并且因此P-i結(jié)可以最佳匹配方式形成。進(jìn)而，由于離子注入使結(jié)晶的無序度相對(duì)較低。
雖然通過使用陽極氧化膜515可形成偏置柵區(qū)，但沒有特別原因會(huì)形成偏置區(qū)，也就是說，經(jīng)驗(yàn)表明，降級(jí)幾乎不會(huì)出現(xiàn)在P溝道薄膜晶體管中。
以上述方法形成P溝道薄膜晶體管的源區(qū)528和漏區(qū)530。不摻任何雜質(zhì)，區(qū)529會(huì)成為溝道形成區(qū)。如上所述，區(qū)527和531成為接觸墊，用以允許電流分別流入或流出源區(qū)528和漏區(qū)530。
在圖6C步驟完成以后，除去抗蝕掩模526，以獲得圖6D的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，進(jìn)行激光照射，以激活注入的雜質(zhì)，并退火雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)。
在n溝道薄膜晶體管源和漏區(qū)521和525和P溝道薄膜晶體管源和漏區(qū)528和530的結(jié)晶度相互沒有很大不同的狀況下，進(jìn)行激光照射。這是因?yàn)镻溝道薄膜晶體管的源和漏區(qū)528和530通過圖6C步驟的離子注入不會(huì)受到很大損壞。
因此，通過在圖6D狀態(tài)下進(jìn)行激光照射而將兩個(gè)薄膜晶體管的源和漏區(qū)進(jìn)行退火過程中，可以校正退火作用中的差異。也就是說，可以校正n溝道和p溝道薄膜晶體管的性能差異。
一旦獲得圖6D的狀態(tài)，便可獲得4000厚的層間絕緣膜532，如圖7A中所示。層間絕緣膜532可以是氧化硅膜，硅氧氮膜，和硅氮化膜中的一個(gè)，或甚至可以設(shè)想是一種多層結(jié)構(gòu)。這些硅化物膜可以通過等離子體CVD法或熱CVD法來形成。
在形成接觸孔以后，可形成n溝道薄膜晶體管(NTFT)的源電極533和漏電極534。同時(shí)，形成P溝道薄膜晶體管(PTFT)的源電極535和漏電極536(見圖7B)。
CMOS結(jié)構(gòu)可通過進(jìn)行模制圖型而獲得，使得n溝道薄膜晶體管的漏電極534和P溝道薄膜晶體管的漏極536連接在一起，并且兩個(gè)TFT的柵電極連接在一起。
例如，在本實(shí)施例中所述CMOS薄膜電路可以使用在有源矩陣液晶顯示器件和有源矩陣EL顯示器件中。
在圖5E，6B，和6C的雜質(zhì)離子注入步驟中，活性層用氧化硅膜505作柵絕緣膜來覆蓋是重要的。如果在這種狀態(tài)下注入雜質(zhì)離子，可防止有源層表面不平滑或污染。這對(duì)于提高產(chǎn)量以及增強(qiáng)所得器件的可靠性有很大的貢獻(xiàn)。
實(shí)施例5本實(shí)施例涉及按照第一實(shí)施例在硅晶片上形成結(jié)晶硅膜的情況。在這種情況下，有必要在硅晶片上形成一絕緣層。通常，可形成熱氧化膜作為絕緣層。熱處理的通常溫度范圍為7000℃-13000℃，并且處理時(shí)間依據(jù)氧化膜所需厚度而改變。
硅晶片的熱氧化通常是在O2，O2-H2O，H2O，或O2-H2的氧化氣氛中進(jìn)行。也可廣泛地采用在含以HCl或Cl2形式的鹵素氣氛中氧化。
硅晶片是襯底的一種，它對(duì)于半導(dǎo)體器件如IC是不可缺少的。已開發(fā)出各種技術(shù)用于在硅晶片上形成各種器件。
按照本實(shí)施例，結(jié)晶度等效于單晶的結(jié)晶硅膜可與使用硅晶片的常規(guī)技術(shù)相結(jié)合，由此可以進(jìn)一步擴(kuò)大結(jié)晶硅膜的應(yīng)用范圍。
實(shí)施例6本實(shí)施例是第五實(shí)施例的一個(gè)實(shí)例，其中使用本發(fā)明結(jié)晶硅膜的TFT形成在IC上，其形成于硅晶片上。制造方法將參考圖8A-8D來概述。
圖8A表示通過普通方法在硅晶片上所形成的MOS-FET。參考數(shù)字801表示硅襯底，并且802和803表示絕緣膜，用以相互隔開各器件，其中膜通常是熱氧化膜。
源區(qū)804和漏區(qū)805通過注入雜質(zhì)離子而形成，用以賦予硅襯底801一種型式的導(dǎo)電率，并然后進(jìn)行擴(kuò)散步驟。如果硅襯底801是P型的，則注入賦予n型導(dǎo)電率的雜質(zhì)(磷)。如果硅襯底801是n型的，則注入賦予P型導(dǎo)電率的雜質(zhì)(硼)。
參考數(shù)字806表示溝道形成區(qū)。通過在離子注入以后進(jìn)行的擴(kuò)展步驟所形成的熱氧化膜部分在經(jīng)過厚度控制以后留在硅溝道形成區(qū)806上，用作柵絕緣膜。標(biāo)號(hào)807表示柵電極，它是由具有一種型式導(dǎo)電率的多晶硅膜構(gòu)成。
柵電極807用絕緣膜808如氧化硅膜來覆蓋，以便不與源電極809或漏電極810短路(見圖8A)。
一旦獲得圖8A的狀態(tài)，可形成層間絕緣膜811，它是氧化硅膜或硅氮化膜。在通過層間絕緣膜811形成接觸孔以后，形成用于漏電極810的引出線812(見圖8B)。
一旦獲得圖8B的狀態(tài)，露出表面可通過拋光如CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)來修平，由此使層間絕緣膜811平面化，并且除去引出線812的伸出部分。在圖8C中，參考標(biāo)號(hào)813表示平面化的層間絕緣膜，814表示其平滑表面。標(biāo)號(hào)815表示除去伸出部分的引出線。引出線816如此形成以便與引出線815連接。
接著，形成層間絕緣膜817。在層間絕緣膜817上可以完成本發(fā)明。也就是說，在層間絕緣膜817上可形成薄膜晶體管，它的有源層可通過使用單疇區(qū)而形成。
首先，按照第一實(shí)施例形成由單疇區(qū)所構(gòu)成的有源層818。接著在其上形成柵絕緣膜819和柵電極820。然后，將用以賦予一種型式電導(dǎo)率的雜質(zhì)注入有源層818。
在完成雜質(zhì)注入以后，用于以后形成低濃度雜質(zhì)區(qū)的側(cè)壁821可通過下列步驟形成。
首先，形成比柵電極820厚的絕緣膜(未示出)如氧化硅膜，以便將其覆蓋。當(dāng)絕緣膜通過各向異性腐蝕即干腐蝕除去時(shí)，絕緣膜只保留在柵電極820的側(cè)表面上。
在這種狀態(tài)下再進(jìn)行雜質(zhì)注入。結(jié)果，已第二次摻有雜質(zhì)的區(qū)域成為源和漏區(qū)，而由側(cè)壁821保護(hù)的區(qū)域成為低濃度雜質(zhì)區(qū)，它具有比源和漏區(qū)低的濃度。在雜質(zhì)注入以后，雜質(zhì)通過熱處理，激光照射或類似處理而激活。
一旦按上述方法構(gòu)成有源層，就可形成層間絕緣膜822如氧化硅膜或硅氮化膜。在通過層間絕緣膜822形成接觸孔以后，可形成源極823和漏極824。
通過按本實(shí)施例中所述在IC上完成本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)具有圖8D所示三維結(jié)構(gòu)的集成電路。由于在IC上所形成的TFT顯示出等效于在單晶上所形成的TFT，所以本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)具有比常規(guī)密度高的集成電路，而不會(huì)損害IC本身的性能。
實(shí)施例7本實(shí)施例涉及將按照本發(fā)明所形成的TFT提供給DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)的情況，本實(shí)施例將參照?qǐng)D9A和9B進(jìn)行描述。
DRAM是一種存儲(chǔ)器，其中信息可以以電荷的形式存儲(chǔ)在電容器中，通過與電容器串聯(lián)連接的TFT來控制作為信息的電荷輸入和輸出于電容器。圖9A表示一種電路，它包括TFT和電容器，其中電路構(gòu)成DRAM的一存儲(chǔ)單元。
當(dāng)由字線901給出一控制信號(hào)時(shí)，TFT903變?yōu)閷?dǎo)通，在這種情況下，當(dāng)電荷由位線902提供給電容器904時(shí)寫入信息，或是通過電容器904取出電荷而讀取信息。
圖9B表示DRAM的截面，參考標(biāo)號(hào)905表示襯底如石英襯底或硅襯底。在硅襯底的情況下，可以構(gòu)成稱作SOI結(jié)構(gòu)。
在襯底905上可形成氧化硅膜906作為襯底膜，并在其上形成按照本發(fā)明的TFT。如果襯底905是硅襯底，可以使用熱氧化膜作為襯底膜906。參考標(biāo)號(hào)907表示由單疇區(qū)構(gòu)成的有源層，它是按照本發(fā)明第一實(shí)施例形成的。
有源層907用柵絕緣膜908覆蓋，并在其上形成柵極909。在將層間絕緣膜910放置在上述結(jié)構(gòu)上以后，通過層間絕緣膜910形成源電極911。在形成源電極911的同時(shí)形成位線902和電極912。參考標(biāo)號(hào)913表示絕緣膜作為保護(hù)膜。
在電極912與位于電極912下的有源層907漏區(qū)之間形成電容器904。對(duì)電極912施加固定電壓。DRAM按存儲(chǔ)裝置操作，使得電荷借助于TFT由電容器904寫入或讀取。
DRAM適用于構(gòu)成高集成大規(guī)模存儲(chǔ)器，因?yàn)樗怯珊苌倭康脑M成只有一個(gè)TFT和一電容器。由于低價(jià)格的附加優(yōu)點(diǎn)，使DRAM的使用更為廣泛。
例如，在SOI結(jié)構(gòu)情況下，其中是在硅襯底上完成本發(fā)明，由于小的結(jié)面積，可以使TFT的柵漏電流變小。這大大有助于增加數(shù)據(jù)保持時(shí)間。
另外，在SOI襯底上所形成的DRAM單元具有一特性，即存儲(chǔ)容量可以變小，這樣就可以低壓操作。
實(shí)施例8
本實(shí)施例涉及將按照本發(fā)明所形成的TFT提供給SRAM(靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)的情況，本實(shí)施例將參照?qǐng)D10A和10B來進(jìn)行描述。
SRAM是一存儲(chǔ)器，其中可使用雙穩(wěn)態(tài)電路即觸發(fā)器作為存儲(chǔ)元件。SRAM通過使用雙穩(wěn)態(tài)電路的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)(通-斷和斷-通)來存儲(chǔ)二進(jìn)制信息值(0或1)。SRAM的優(yōu)點(diǎn)在于只要通電便能夠保持?jǐn)?shù)據(jù)。
存儲(chǔ)電路是由N-MOS或C-MOS電路構(gòu)成。在圖10A所示SRAM中，高阻值電阻可用作無源負(fù)載元件。
參考標(biāo)號(hào)11和12分別表示字線和位線。負(fù)載元件13是高阻值電阻。還可提供一對(duì)驅(qū)動(dòng)器晶體管14和一對(duì)存取晶體管15。
圖10B表示TFT的截面。在襯底16上形成氧化硅膜17作為底襯膜，其中襯底是石英或硅襯底，并且在其上形成按照本發(fā)明的TFT。參考標(biāo)號(hào)18表示由單疇區(qū)構(gòu)成的有源層，它是按照本發(fā)明第一實(shí)施例形成的。
有源層18用柵絕緣膜19覆蓋，并在其上形成柵電極20。在上述結(jié)構(gòu)上放置層間絕緣膜21以后，通過層間絕緣膜21形成源電極22。在源電極22形成的同時(shí)形成位線12和漏電極23。
在層間絕緣膜24置于上述結(jié)構(gòu)上以后，在其上形成多晶硅膜25作為高阻值負(fù)載。參考標(biāo)號(hào)26表示絕緣膜作為保護(hù)膜。
上述結(jié)構(gòu)的SRAM具有高速操作和高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。另外，它可以很容易地包含在一系列中。
實(shí)施例9近年來，就象第七和第八實(shí)施例所述的那樣對(duì)SOI結(jié)構(gòu)的研究已進(jìn)行了廣泛的努力，試圖突破在耗電方面的降低。在本實(shí)施例中，本發(fā)明對(duì)與SOI襯底相關(guān)的問題進(jìn)行了比較。
圖11概括了那些問題。如圖11中所示，有結(jié)晶度問題，如晶界能態(tài)和硅膜中的穩(wěn)定電荷，和外部引入問題，如金屬污染和硼濃度。
在本發(fā)明中，可改善結(jié)晶度，并且晶體可通過用具有等效能量的激光或強(qiáng)光照射結(jié)晶硅膜來化合(單晶化)。
該激光退火具有消除或大大降低對(duì)結(jié)晶度有相反影響的因素的作用，如管密度、晶界能態(tài)、穩(wěn)定電荷和滲入位錯(cuò)。
另外，圖11所示的沉淀很容易地熔化，并且如果它是硅化物型物質(zhì)會(huì)因激光的照射而消失。如果沉淀是氧化物型物質(zhì)，則期望通過激光照射使局部溫度增加而除去和擴(kuò)散氧從而使沉淀消失。
實(shí)施例10本實(shí)施例涉及通過使用第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件和第四實(shí)施例的CMOS結(jié)構(gòu)而在相同襯底上集成有源矩陣區(qū)域和周圍驅(qū)動(dòng)器電路以驅(qū)動(dòng)有源矩陣區(qū)的情況。
集成有源矩陣液晶顯示器件的一個(gè)襯底具有下列結(jié)構(gòu)。在有源矩陣區(qū)域中，至少提供一開關(guān)薄膜晶體管，用以以矩陣形式排列每個(gè)象素。用以驅(qū)動(dòng)有源矩陣區(qū)的周圍驅(qū)動(dòng)器電路設(shè)置在有源矩陣區(qū)域周圍。所有這些電路均可集成在單個(gè)玻璃襯底(或石英或硅襯底)上。
如果將本發(fā)明應(yīng)用于上述結(jié)構(gòu)，有源矩陣區(qū)和周圍驅(qū)動(dòng)器電路可以通過使用薄膜晶體管來形成，其性能等效于在單晶上所形成的MOS-FET。
特別是，有源矩陣區(qū)的每個(gè)象素TFT是由圖3的薄膜晶體管構(gòu)成，并且周圍驅(qū)動(dòng)器電路是通過使用圖5A-5E，6A-6D，和7A-7B的CMOS結(jié)構(gòu)而形成的。
有源矩陣區(qū)的薄膜晶體管要求具有盡可能小的截止電流，因?yàn)樗枰闺姾赏ㄟ^象素電極而保持一給定時(shí)間周期。
由于按照本發(fā)明的薄膜晶體管具有由單疇區(qū)構(gòu)成的有源層，所以實(shí)質(zhì)上有晶界，其中可能會(huì)有一通路，使截止電流沿其通路優(yōu)先流過。因此，按照本發(fā)明，可以在有源矩陣區(qū)域提供具有小截止電流的薄膜晶體管。
另一方面，CMOS電路通?？捎糜谥車?qū)動(dòng)器電路，為了改進(jìn)周圍驅(qū)動(dòng)器電路的性能，有必要減小構(gòu)成CMOS電路的n溝道薄膜晶體管與P溝道薄膜晶體之間的性能差異。
為此，第四實(shí)施例(圖5A-5E，6A-6D，和7A-7B)的CMOS結(jié)構(gòu)最適用。
在上述方法中，可以獲得集成有源矩陣液晶顯示器件，其中每個(gè)電路具有所需性能。
實(shí)施例11本實(shí)施例涉及在第三實(shí)施例中通過不同步驟形成柵絕緣膜的情況。
首先，通過與第一實(shí)施例相同的步驟形成包括單疇區(qū)的半導(dǎo)體薄膜，并且通過只使用單疇區(qū)來形成半導(dǎo)體器件的有源層。
然后，通過汽相法即以CVD法和PVD法為代表形成200-1500(在本實(shí)施例中為800)的絕緣膜，其具有硅作為主要成分(在本實(shí)施例中為氧化硅膜)，以便覆蓋有源層。氧化硅膜的厚度可考慮到最終獲得的介電擊穿電壓而確定。代替氧化硅膜的，還可以使用硅氧氮化膜或硅氮化膜。
一旦形成氧化硅膜，可在包含鹵素的氣氛中進(jìn)行熱處理。該熱處理的主要目的就是通過除氣除去包含在有源層中的金屬物質(zhì)如鎳。熱處理可在6000℃-11,000℃下進(jìn)行。為了獲得充分的除氣效果，最好溫度設(shè)置比7000℃高(最好為8000℃-10,000℃)。
在使用玻璃襯底時(shí)，考慮到其熱阻熱處理需要在6000℃-6500℃下進(jìn)行。當(dāng)襯底具有高熱阻即在石英襯底的情況下，熱處理的上限溫度可增至11,000℃(最好10000℃)。
在本實(shí)施例中，使用石英襯底，并且熱處理是在相對(duì)于氧含有0.5-10％(在本實(shí)施例中為3％)氯化氫的氣氛中進(jìn)行。如果HCl濃度高于上述范圍，結(jié)晶硅膜的表面會(huì)粗糙。處理溫度和時(shí)間可分別設(shè)置在9500℃下和0.5小時(shí)。
含鹵素的氣氛可以通過將一種或多種選自HCl，HF，HBr，Cl2，NF3，F(xiàn)2，和Br2的氣體加入氧氣氛中而形成。
該步驟的結(jié)果，借助于鹵素的金屬元素的除氣作用，使鎳從有源層中被除去，以達(dá)到小于1×1017原子/cm3的濃度(最好低于1×1016原子/cm3的濃度，并最好低于自旋濃度)。這些濃度值是通過SIMS(二次離子質(zhì)譜測(cè)定法)的測(cè)量結(jié)果所獲得的測(cè)量值。
熱氧化反應(yīng)是在有源層和氧化硅膜之間的界面上進(jìn)行的，使得形成大約200厚度的熱氧化膜。為了減小截止電流，設(shè)置一定條件是有效的，使得有源層的最終的厚度為200-300(典型地為250)。在本實(shí)施例中，具有硅作為主要成分的熱氧化膜和絕緣膜的薄膜質(zhì)量可通過在含鹵素的氣氛熱處理之后在氮?dú)夥罩性?500℃下進(jìn)行約1小時(shí)的熱處理而得到改善。
還有，要考慮鎳會(huì)聚集在構(gòu)成有源層的結(jié)晶硅膜晶界上。在除去鎳以后，在晶界上會(huì)出現(xiàn)許多懸空鍵，這些懸空鍵通過9500℃的熱處理而互相再化合，形成具有很少捕獲狀態(tài)和類似物的晶界。
在含有鹵素的氣氛中進(jìn)行熱處理的結(jié)果，使鹵素以高濃度保留在靠近有源層和柵絕緣膜之間的界面上，其中濃度按照SIMS測(cè)量為1×1019至11×1020原子/cm3。
另外，在有源層和氧化硅膜之間的界面上形成的熱氧化膜會(huì)與氧化硅膜一起構(gòu)成柵絕緣膜。由于缺陷能態(tài)的數(shù)量，在與有源層界面上的填隙硅原子等會(huì)在形成熱氧化膜時(shí)減少，在有源層和柵絕緣膜之間會(huì)建立非常優(yōu)良的界面條件。如上所述，金屬離子如鎳的濃度可通過進(jìn)行本實(shí)施例的熱處理而降低。這對(duì)于增加半導(dǎo)體器件的可靠性是非常重要的。另外，有源層的結(jié)晶態(tài)會(huì)改善，并且可形成具有優(yōu)良界面條件的柵絕緣膜。
因此，可以實(shí)現(xiàn)具有優(yōu)異電性能和高穩(wěn)定性的半導(dǎo)體器件。
實(shí)施例12在本實(shí)施例中，主要是注意有源層與柵絕緣膜之間界面條件的改善。特別是，在使用玻璃襯底時(shí)，本實(shí)施例是有效的。
首先，通過與第一實(shí)施例相同的步驟形成包括單疇區(qū)的半導(dǎo)體薄膜，并且通過只使用單疇區(qū)形成半導(dǎo)體器件的有源層。然后，通過與第11實(shí)施例相同的CVD法和PVD法形成200-1500厚度的氧化硅膜。
在這種狀態(tài)下，在5000-7000℃(典型地為6400℃-6500℃)下進(jìn)行熱處理。該溫度范圍的設(shè)定是為了形成熱氧化膜不會(huì)引起玻璃襯底的變形或使其翹曲。該熱處理可以在只有氧的氣氛中，或含有鹵素的氣氛中，或甚至是在含水汽的濕氣氛中進(jìn)行。
在本實(shí)施例條件下進(jìn)行熱處理時(shí)，在0.5-2小時(shí)后會(huì)形成數(shù)十埃(如，10-90)厚度的熱氧化膜。熱氧化膜的生長(zhǎng)隨著厚度接近上述范圍而趨于結(jié)束。
根據(jù)本發(fā)明人的知識(shí)，靜止電荷、缺陷能態(tài)等會(huì)集中在有源層和柵絕緣膜之間的界面附近(在10-30厚度區(qū)域上，其由界面伸向有源層側(cè)和柵絕緣膜側(cè)二者)，并因此不夸張地說，該區(qū)確定了有源層和柵絕緣膜之間的界面條件。
因此，有源層和柵絕緣膜之間的界面條件可以通過熱氧化靠近有源層的區(qū)域而得到改進(jìn)，其中區(qū)域?yàn)?0-30那么薄(在形成20-60厚度的新的熱氧化膜的同時(shí)，有源層的厚度減少了10-30)，因此，消除了靜止電荷，缺陷能態(tài)等。換句話說，為了提供優(yōu)異界面條件，形成數(shù)十埃薄的熱氧化膜就足夠了。
通過結(jié)合本實(shí)施例的熱氧化步驟，可以在低熱阻襯底如玻璃襯底上形成具有優(yōu)異性能的半導(dǎo)體器件。
實(shí)施例13本實(shí)施例涉及將結(jié)晶硅膜(多晶硅膜)用作柵電極的情況。本實(shí)施例將參照?qǐng)D13A-13D來進(jìn)行描述。
在圖13A中，參考標(biāo)號(hào)1301表示玻璃襯底；1302表示襯底膜；1303表示由單疇區(qū)構(gòu)成的有源層，該層是通過第一實(shí)施例的方法所獲得的；1304表示柵絕緣膜；和1305表示由多晶硅構(gòu)成的柵電極，它具有一種型式的導(dǎo)電率。
然后，將用賦予一種形式導(dǎo)電率的雜質(zhì)離子注入有源層1303，使得形成雜質(zhì)區(qū)1306和1307。
在完成了離子注入的情況下，通過低壓熱CVD法，等離子體CVD法，或?yàn)R射法形成0.5-1μm厚度的氧化硅膜。代之以氮化膜，還可以形成氧化硅膜。
由此，獲得圖13B的狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，腐蝕硅氮化膜1308，使得在柵電極1305的側(cè)表面上只保留硅氮化膜(內(nèi)腐蝕法)。殘留的硅氮化膜可用作側(cè)壁1309。
同時(shí)，除由柵電極1305和側(cè)壁1309所掩蓋部分以外，可除去柵絕緣膜1304，如圖13C所示。
在這種狀態(tài)下，以高于先前雜質(zhì)離子注入的劑量再注入雜質(zhì)離子。由于沒有雜質(zhì)離子注入位于側(cè)壁1309正下方的區(qū)域1310和1311中，所以雜質(zhì)的濃度在此沒有變化。然而，雜質(zhì)離子會(huì)進(jìn)一步地以高劑量注入到暴露區(qū)域1312和1313中。
第二次離子注入的結(jié)果，形成了源區(qū)域1312，漏區(qū)域1313，和具有比源和漏區(qū)1312和1313低的雜質(zhì)濃度的低濃度雜質(zhì)區(qū)1310和1311。區(qū)1311被稱作LDD區(qū)。在柵電極1305正下方的非摻雜區(qū)1314變?yōu)闇系佬纬蓞^(qū)。
由此，獲得圖13C的狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，形成300厚的鈦膜(未示出)，于是硅膜會(huì)與鈦膜反應(yīng)。在除去鈦膜以后，通過燈退火或類似方法進(jìn)行熱處理，使得在源和漏區(qū)1312和1313的暴露表面以及柵電極1305上形成硅化鈦膜1315-1317(見圖13D)。
代之以鈦膜的，還可以使用鉭膜，鎢膜，鉬膜，或類似膜。接著，在形成5000厚的氧化硅膜作為層間絕緣膜1318以后，形成源線1319，漏線1320，和柵線1321。由此，完成具有圖13D所示結(jié)構(gòu)的TFT。
在本實(shí)施例的TFT中，由于布線通過硅化鈦膜1315-1317與TFT連接，從而獲得優(yōu)良的歐姆接觸。
實(shí)施例14在本說明書中所用術(shù)語“半導(dǎo)體器件”廣義地指在半導(dǎo)體上操作的器件，并且包括按照實(shí)施例10所構(gòu)成的有源矩陣電光器件(液晶顯示器件，EL顯示器件，EC顯示器件，等等)，以及甚至包括這種電光器件的應(yīng)用產(chǎn)品。
本實(shí)施例涉及這種產(chǎn)品的應(yīng)用實(shí)例。使用本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的實(shí)例包括TV攝象機(jī)，頭部固定顯示器，汽車導(dǎo)航裝置，投影顯示(前和后型)，照相機(jī)，和私人電腦。這些裝置將參照?qǐng)D14A-14F簡(jiǎn)要描述。
圖14A表示便攜式計(jì)算機(jī)，它是由機(jī)身2001，攝象部分2002，圖象接受部分2003，操作開關(guān)2004，和顯示器件2005組成。本發(fā)明可應(yīng)用于包含在裝置中的顯示器件2005和集成電路等。
圖14B表示頭部固定顯示器，它是由機(jī)身2101，顯示器件2102，和帶部2103組成?？墒褂脙蓚€(gè)顯示器件2102，其尺寸相對(duì)較小。
圖14C表示汽車導(dǎo)航裝置，它是由機(jī)身2201，顯示器件2202，操作開關(guān)2203，和天線2204組成。本發(fā)明可應(yīng)用于包含在裝置中的顯示器件2202和集成電路等。顯示器件2202可用作監(jiān)視器。由于顯示器件2202主要用于地圖的顯示，所以分辨率的允許范圍相對(duì)較寬。
圖14D表示移動(dòng)電話(手持電話)機(jī)，它是由機(jī)身2301，聲音輸出部分2302，聲音輸入部分2303，顯示器件2304，操作開關(guān)2305，和天線2306組成。本發(fā)明可應(yīng)用于包含在裝置中的顯示器件2304和集成電路等。
圖14E表示攝象機(jī)，它是由機(jī)身2401，顯示器件2402，聲音輸入部分2403，操作開關(guān)2404，電池2405，和圖象接受部分2406組成。本發(fā)明可應(yīng)用于包含在裝置中的顯示器件2304和集成電路等。
圖14F表示前投影顯示器，它是由機(jī)身2501，光源2503，反射型顯示器件2503，光學(xué)系統(tǒng)(包括分光器，偏振器等)2504，和屏幕2505組成。由于屏幕2505較大以便用于在會(huì)議或會(huì)議上，所以要求顯示器件2503具有高的分辨率。
除上述電光裝置以外，本發(fā)明還可應(yīng)用于后投影顯示器和便攜式信息終端和手持終端。由此可見，本發(fā)明的應(yīng)用范圍很廣；本發(fā)明可應(yīng)用于每個(gè)領(lǐng)域中的顯示媒體。
至于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，就是在具有絕緣表面的襯底上形成單疇區(qū)，其實(shí)質(zhì)上可看作是單晶。半導(dǎo)體器件如薄膜晶體管的有源層可通過使用結(jié)晶硅膜而形成，它的結(jié)晶度等價(jià)于單晶。因此，可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體電路，它的性能等效于使用已知單晶的集成電路。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括一個(gè)襯底；形成在所述襯底上的一個(gè)絕緣膜，所述絕緣膜在其上表面上的表面粗糙度小于30；形成在一個(gè)有源矩陣區(qū)中的所述絕緣膜上的像素電極；形成在所述有源矩陣區(qū)中的所述絕緣膜上并且與所述像素電極連接的一個(gè)晶體管；形成在所述晶體管上的一個(gè)層間絕緣膜；其中所述晶體管包括形成在所述絕緣膜上的一個(gè)半導(dǎo)體膜并且包括一個(gè)溝道形成區(qū)。
2.按照權(quán)利要求1的器件，其中所述半導(dǎo)體器件是電視照相機(jī)、頭戴式顯示器、汽車導(dǎo)航裝置、投影顯示器、攝像機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)或者蜂窩電話。
3.按照權(quán)利要求1的器件，其中所述半導(dǎo)體器件是液晶顯示器、電致發(fā)光顯示器或者EC顯示器。
4.按照權(quán)利要求1的器件，其中所述半導(dǎo)體膜的厚度是200-300。
5.一種半導(dǎo)體器件，它包括一個(gè)由硅組成的襯底；形成在所述由硅組成的襯底上的一個(gè)絕緣膜，所述絕緣膜在其上表面上的表面粗糙度小于30；形成在一個(gè)有源矩陣區(qū)中的所述絕緣膜上的像素電極；形成在所述有源矩陣區(qū)中的所述絕緣膜上并且與所述像素電極連接的一個(gè)晶體管；形成在所述晶體管上的一個(gè)層間絕緣膜；其中所述晶體管包括形成在所述絕緣膜上的一個(gè)半導(dǎo)體膜并且包括一個(gè)溝道形成區(qū)。
6.按照權(quán)利要求5的器件，其中所述半導(dǎo)體膜的厚度是200-300。
7.按照權(quán)利要求5的器件，其中所述半導(dǎo)體器件是電視照相機(jī)、頭戴式顯示器、汽車導(dǎo)航裝置、投影顯示器、攝像機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)或者蜂窩電話。
8.按照權(quán)利要求5的器件，其中所述半導(dǎo)體器件是液晶顯示器、電致發(fā)光顯示器或者EC顯示器。
9.一種半導(dǎo)體器件，它包括一個(gè)襯底；形成在所述襯底上的一個(gè)絕緣膜，所述絕緣膜在其上表面上的表面粗糙度小于30；形成在一個(gè)有源矩陣區(qū)中的所述絕緣膜上的像素電極；形成在所述有源矩陣區(qū)中的所述絕緣膜上并且與所述像素電極連接的一個(gè)晶體管；形成在所述晶體管上的一個(gè)層間絕緣膜；其中所述晶體管包括形成在所述絕緣膜上的一個(gè)半導(dǎo)體膜并且包括一個(gè)溝道形成區(qū)，所述絕緣膜的所述粗糙度具有大于100的寬度。
10.按照權(quán)利要求9的器件，其中所述半導(dǎo)體器件是電視照相機(jī)、頭戴式顯示器、汽車導(dǎo)航裝置、投影顯示器、攝像機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)或者蜂窩電話。
11.按照權(quán)利要求9的器件，其中所述半導(dǎo)體器件是液晶顯示器、電致發(fā)光顯示器或者EC顯示器。
12.一種半導(dǎo)體器件，它包括一個(gè)由硅組成的襯底；形成在所述襯底上的一個(gè)絕緣膜，所述絕緣膜在其上表面上的表面粗糙度小于30；形成在一個(gè)有源矩陣區(qū)中的所述絕緣膜上的像素電極；形成在所述有源矩陣區(qū)中的所述絕緣膜上并且與所述像素電極連接的一個(gè)晶體管；形成在所述晶體管上的一個(gè)層間絕緣膜；其中所述晶體管包括形成在所述絕緣膜上的一個(gè)半導(dǎo)體膜并且包括一個(gè)溝道形成區(qū)，所述絕緣膜的所述粗糙度具有大于100的寬度。
13.按照權(quán)利要求12的器件，其中所述半導(dǎo)體器件是電視照相機(jī)、頭戴式顯示器、汽車導(dǎo)航裝置、投影顯示器、攝像機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)或者蜂窩電話。
14.按照權(quán)利要求12的器件，其中所述半導(dǎo)體器件是液晶顯示器、電致發(fā)光顯示器或者EC顯示器。
15.一種半導(dǎo)體器件，它包括一個(gè)襯底；形成在所述襯底上的一個(gè)絕緣膜，所述絕緣膜的上表面是通過化學(xué)機(jī)械拋光形成的水平表面；形成在所述絕緣膜上的薄膜晶體管，所述薄膜晶體管由所述絕緣膜上的晶體半導(dǎo)體膜形成；其中所述絕緣膜在其上表面上的表面粗糙度小于30。
16.按照權(quán)利要求15的器件，其中所述半導(dǎo)體器件是電視照相機(jī)、頭戴式顯示器、汽車導(dǎo)航裝置、投影顯示器、攝像機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)或者蜂窩電話。
17.按照權(quán)利要求15的器件，其中所述半導(dǎo)體器件是液晶顯示器、電致發(fā)光顯示器或者EC顯示器。
18.按照權(quán)利要求15的器件，其中所述絕緣膜在其上表面上的所述粗糙度具有大于100的寬度。
19.一種半導(dǎo)體器件，它包括一個(gè)襯底；在所述襯底上的至少一個(gè)布線；形成在所述襯底和事實(shí)上布線上的一個(gè)絕緣膜，所述絕緣膜的上表面是通過化學(xué)機(jī)械拋光形成的水平表面；由在所述絕緣膜上的晶體硅形成的半導(dǎo)體膜；形成在所述半導(dǎo)體膜中的溝道區(qū)；形成在所述溝道區(qū)上的柵絕緣膜；和形成在所述柵絕緣膜上的柵電極；其中所述絕緣膜在其上表面上的表面粗糙度小于30。
20.按照權(quán)利要求19的器件，其中所述半導(dǎo)體薄膜具有單疇區(qū)，所述單疇區(qū)是由多個(gè)柱狀或針狀結(jié)晶體構(gòu)成，與襯底平行伸展。
21.按照權(quán)利要求19的器件，其中所述半導(dǎo)體器件是電視照相機(jī)、頭戴式顯示器、汽車導(dǎo)航裝置、投影顯示器、攝像機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)或者蜂窩電話。
22.按照權(quán)利要求19的器件，其中所述半導(dǎo)體器件是液晶顯示器、電致發(fā)光顯示器或者EC顯示器。
23.按照權(quán)利要求19的器件，其中所述絕緣膜在其上表面上的所述粗糙度具有大于100的寬度。
24.按照權(quán)利要求19的器件，其中所述半導(dǎo)體膜含有用于促進(jìn)所述半導(dǎo)體膜結(jié)晶的金屬元素。
25.一種半導(dǎo)體器件，它包括一個(gè)襯底；形成在所述襯底上的一個(gè)絕緣膜，所述絕緣膜在其上表面上的表面粗糙度小于30；形成在所述絕緣膜上的像素電極；形成在所述絕緣膜上并且與所述像素電極連接的一個(gè)晶體管，所述晶體管包括形成在所述絕緣膜上的一個(gè)半導(dǎo)體膜并且包括一個(gè)溝道形成區(qū)；所述半導(dǎo)體薄膜具有單疇區(qū)，所述單疇區(qū)是由多個(gè)柱狀或針狀結(jié)晶體構(gòu)成，與襯底平行伸展。
26.按照權(quán)利要求25的器件，其中所述半導(dǎo)體膜含有用于促進(jìn)所述半導(dǎo)體膜結(jié)晶的金屬元素。
27.一種電致發(fā)光顯示器件，包括一個(gè)襯底；在所述襯底上的一個(gè)絕緣膜；形成在所述絕緣膜上的硅構(gòu)成的結(jié)晶半導(dǎo)體膜；其中所述絕緣膜在其上表面上的表面粗糙度小于30。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的電致發(fā)光顯示器件，其中還包括在所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜上的一個(gè)柵絕緣膜和在所述柵絕緣膜上的一個(gè)柵電極。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的電致發(fā)光顯示器件，其中所述絕緣膜是氧化硅膜。
30.包括根據(jù)權(quán)利要求27的電致發(fā)光顯示器件的一種電器，所述電器選自電視照相機(jī)、頭戴式顯示器、汽車導(dǎo)航裝置、投影顯示器、攝像機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)或者蜂窩電話。
31.一種電致發(fā)光顯示器件，包括一個(gè)襯底；在所述襯底上的一個(gè)絕緣膜，所述絕緣膜在其上表面上的表面粗糙度小于30；形成在所述絕緣膜上的硅構(gòu)成的結(jié)晶半導(dǎo)體膜；其中所述粗糙度的寬度大于100。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的電致發(fā)光顯示器件，其中還包括在所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜上的一個(gè)柵絕緣膜和在所述柵絕緣膜上的一個(gè)柵電極。
33.根據(jù)權(quán)利要求31的電致發(fā)光顯示器件，其中所述絕緣膜是氧化硅膜。
34.根據(jù)權(quán)利要求31的電致發(fā)光顯示器件，其中所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜的晶體與所述絕緣膜平行延伸。
35.包括根據(jù)權(quán)利要求31的電致發(fā)光顯示器件的一種電器，所述電器選自電視照相機(jī)、頭戴式顯示器、汽車導(dǎo)航裝置、投影顯示器、攝像機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)或者蜂窩電話。
36.一種電致發(fā)光顯示器件，包括一個(gè)襯底；在所述襯底上的一個(gè)絕緣膜，所述絕緣膜在其上表面上的表面粗糙度小于30；形成在所述絕緣膜上的硅構(gòu)成的結(jié)晶半導(dǎo)體膜；其中所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜的晶體與所述絕緣膜平行延伸。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的電致發(fā)光顯示器件，其中還包括在所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜上的一個(gè)柵絕緣膜和在所述柵絕緣膜上的一個(gè)柵電極。
38.根據(jù)權(quán)利要求36的電致發(fā)光顯示器件，其中所述絕緣膜是氧化硅膜。
39.根據(jù)權(quán)利要求36的電致發(fā)光顯示器件，其中所述粗糙度的寬度大于100。
40.包括根據(jù)權(quán)利要求36的電致發(fā)光顯示器件的一種電器，所述電器選自電視照相機(jī)、頭戴式顯示器、汽車導(dǎo)航裝置、投影顯示器、攝像機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)或者蜂窩電話。
41.一種動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，包括一個(gè)襯底；在所述襯底上的一個(gè)絕緣膜；至少一個(gè)字線；與所述字線垂直交叉的至少一個(gè)位線；形成在所述絕緣膜上、位于所述字線和所述位線的交叉點(diǎn)的、硅構(gòu)成的結(jié)晶半導(dǎo)體膜；在所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜上的層間絕緣膜；在所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜的漏區(qū)上的一個(gè)電極，所述層間絕緣膜位于所述電極和所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜之間；其中所述絕緣膜在其上表面上的表面粗糙度小于30。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，其中還包括在所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜上的一個(gè)柵絕緣膜和在所述柵絕緣膜上的一個(gè)柵電極。
43.根據(jù)權(quán)利要求41的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，其中所述絕緣膜是氧化硅膜。
44.包括根據(jù)權(quán)利要求41的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件的一種電器，所述電器選自電視照相機(jī)、頭戴式顯示器、汽車導(dǎo)航裝置、投影顯示器、攝像機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)或者蜂窩電話。
45.一種動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，包括一個(gè)襯底；在所述襯底上的一個(gè)絕緣膜，所述絕緣膜在其上表面上的表面粗糙度小于30；形成在所述絕緣膜上、位于字線和位線的交叉點(diǎn)的、硅構(gòu)成的結(jié)晶半導(dǎo)體膜；在所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜上的層間絕緣膜；在所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜的漏區(qū)上的一個(gè)電極，所述層間絕緣膜位于所述電極和所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜之間；其中所述粗糙度的寬度大于100。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，其中還包括在所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜上的一個(gè)柵絕緣膜和在所述柵絕緣膜上的一個(gè)柵電極。
47.根據(jù)權(quán)利要求45的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，其中所述絕緣膜是氧化硅膜。
48.根據(jù)權(quán)利要求45的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，其中所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜的晶體與所述絕緣膜平行延伸。
49.包括根據(jù)權(quán)利要求45的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件的一種電器，所述電器選自電視照相機(jī)、頭戴式顯示器、汽車導(dǎo)航裝置、投影顯示器、攝像機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)或者蜂窩電話。
50.一種動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，包括一個(gè)襯底；在所述襯底上的一個(gè)絕緣膜，所述絕緣膜在其上表面上的表面粗糙度小于30；形成在所述絕緣膜上、位于字線和位線的交叉點(diǎn)的、硅構(gòu)成的結(jié)晶半導(dǎo)體膜；在所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜上的層間絕緣膜；在所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜的漏區(qū)上的一個(gè)電極，所述層間絕緣膜位于所述電極和所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜之間；其中所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜的晶體與所述絕緣膜平行延伸。
51.根據(jù)權(quán)利要求50的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，其中還包括在所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜上的一個(gè)柵絕緣膜和在所述柵絕緣膜上的一個(gè)柵電極。
52.根據(jù)權(quán)利要求50的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，其中所述絕緣膜是氧化硅膜。
53.根據(jù)權(quán)利要求50的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，其中所述粗糙度的寬度大于100。
54.包括根據(jù)權(quán)利要求50的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件的一種電器，所述電器選自電視照相機(jī)、頭戴式顯示器、汽車導(dǎo)航裝置、投影顯示器、攝像機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)或者蜂窩電話。
55.一種靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，包括一個(gè)襯底；在所述襯底上的一個(gè)絕緣膜；至少一個(gè)字線；至少一個(gè)與所述字線垂直交叉的位線；形成在所述絕緣膜上、位于所述字線和所述位線的交叉點(diǎn)的、硅構(gòu)成的至少一個(gè)結(jié)晶半導(dǎo)體膜；在所述薄膜晶體管上的層間絕緣膜；在所述層間絕緣膜上的多晶硅膜，它與所述薄膜晶體管的漏區(qū)電連接；其中所述絕緣膜在其上表面上的表面粗糙度小于30。
56.根據(jù)權(quán)利要求55的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，其中還包括在所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜上的一個(gè)柵絕緣膜和在所述柵絕緣膜上的一個(gè)柵電極。
57.根據(jù)權(quán)利要求55的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，其中所述絕緣膜是氧化硅膜。
58.包括根據(jù)權(quán)利要求55的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件的一種電器，所述電器選自電視照相機(jī)、頭戴式顯示器、汽車導(dǎo)航裝置、投影顯示器、攝像機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)或者蜂窩電話。
59.一種靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，包括一個(gè)襯底；在所述襯底上的一個(gè)絕緣膜，所述絕緣膜在其上表面上的表面粗糙度小于30；形成在所述絕緣膜上、位于字線和位線的交叉點(diǎn)的、硅構(gòu)成的至少一個(gè)結(jié)晶半導(dǎo)體膜；在所述薄膜晶體管上的層間絕緣膜；在所述層間絕緣膜上的多晶硅膜，它與所述薄膜晶體管的漏區(qū)電連接；其中所述表面粗糙度的寬度大于100。
60.根據(jù)權(quán)利要求59的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，其中還包括在所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜上的一個(gè)柵絕緣膜和在所述柵絕緣膜上的一個(gè)柵電極。
61.根據(jù)權(quán)利要求59的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，其中所述絕緣膜是氧化硅膜。
62.根據(jù)權(quán)利要求59的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，其中所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜的晶體與所述絕緣膜平行延伸。
63.包括根據(jù)權(quán)利要求59的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件的一種電器，所述電器選自電視照相機(jī)、頭戴式顯示器、汽車導(dǎo)航裝置、投影顯示器、攝像機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)或者蜂窩電話。
64.一種靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，包括一個(gè)襯底；在所述襯底上的一個(gè)絕緣膜，所述絕緣膜在其上表面上的表面粗糙度小于30；形成在所述絕緣膜上、位于字線和位線的交叉點(diǎn)的、硅構(gòu)成的至少一個(gè)結(jié)晶半導(dǎo)體膜；在所述薄膜晶體管上的層間絕緣膜；在所述層間絕緣膜上的多晶硅膜，它與所述薄膜晶體管的漏區(qū)電連接；其中所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜的晶體與所述絕緣膜平行延伸。
65.根據(jù)權(quán)利要求64的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，其中還包括在所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜上的一個(gè)柵絕緣膜和在所述柵絕緣膜上的一個(gè)柵電極。
66.根據(jù)權(quán)利要求64的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，其中所述絕緣膜是氧化硅膜。
67.根據(jù)權(quán)利要求64的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件，其中所述表面粗糙度的寬度大于100。
68.包括根據(jù)權(quán)利要求64的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件的一種電器，所述電器選自電視照相機(jī)、頭戴式顯示器、汽車導(dǎo)航裝置、投影顯示器、攝像機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)或者蜂窩電話。
全文摘要
一種半導(dǎo)體薄膜，其形成有橫向生長(zhǎng)區(qū)，它是柱狀或針狀晶體的集合，其通常平行于襯底伸展。用具有等效能量激光或強(qiáng)光對(duì)半導(dǎo)體薄膜進(jìn)行照射，結(jié)果使相鄰的柱狀或針狀晶體結(jié)合在一起，形成實(shí)質(zhì)上沒有晶界的區(qū)域，即實(shí)質(zhì)上可看作單晶的單疇區(qū)。半導(dǎo)體器件可通過使用單疇區(qū)作為有源層而形成。本發(fā)明還涉及制造所述半導(dǎo)體薄膜的方法和含有該半導(dǎo)體薄膜的器件和電器。
文檔編號(hào)H01L21/77GK1495910SQ0214403
公開日2004年5月12日 申請(qǐng)日期1997年2月23日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月23日
發(fā)明者山崎舜平, 宮永昭治, 治, 司, 小山潤(rùn), 福永健司 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所