專利名稱：薄膜半導(dǎo)體器件、薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法、液晶顯示裝置、液晶顯示裝置的制造方法 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明首先涉及適用于有源矩陣型液晶顯示等的薄膜半導(dǎo)體器件及其制造方法。此外本發(fā)明涉及應(yīng)用了上述薄膜半導(dǎo)體器件的液晶顯示裝置和液晶顯示裝置的制造方法、電子設(shè)備、電子設(shè)備的制造方法。再有本發(fā)明涉及利用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD)的薄膜淀積方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著液晶顯示(LCD)的大畫面化和高清晰度化，其驅(qū)動(dòng)方式從單純的矩陣方式向有源矩陣方式發(fā)展，正在向能顯示大容量的信息的方向發(fā)展。有源矩陣方式使得具有超過幾十萬象素的液晶顯示成為可能，在每個(gè)象素中形成開關(guān)晶體管。作為各種液晶顯示的基板，使用可實(shí)現(xiàn)透射型顯示的熔融石英板或玻璃等透明絕緣基板。作為薄膜晶體管(TFT)的有源層，一般使用非晶硅或多晶硅等半導(dǎo)體膜，但在想用薄膜晶體管形成包括驅(qū)動(dòng)電路在內(nèi)的一體化時(shí)，工作速度快的多晶硅是有利的。在用多晶硅膜作為有源層時(shí)，使用熔融石英板作為基板，通常用工序最高溫度超過1000℃、稱之為高溫工藝的制造方法制成TFT。此時(shí)，多晶硅膜的遷移率的值約從10cm2·V-1·s-1至100cm2·V-1·s-1。另一方面，由于在用非晶硅膜作為有源層時(shí)工序最高溫度低至約400℃，因此使用普通的玻璃。非晶硅的遷移率的值約從0.1cm2·V-1·s-1至1cm2·V-1·s-1。
在向LCD的顯示畫面的大型化和低價(jià)格化發(fā)展時(shí)，使用廉價(jià)的普通玻璃作為絕緣基板是必不可少的。但是，如以上所述，非晶硅膜與多晶硅膜相比存在電特性顯著地差、工作速度慢等問題。此外，由于高溫工藝的多晶硅TFT使用熔融石英板，故存在LCD的大型化或低價(jià)格化較為困難的問題。因而現(xiàn)在迫切需要一種在普通的玻璃基板上制成以多晶硅膜等半導(dǎo)體膜作為有源層的薄膜半導(dǎo)體器件的技術(shù)。然而，在使用批量生產(chǎn)性良好的大型的普通玻璃基板時(shí)，為了避免基板變形應(yīng)使工序最高溫度低于400℃，這是很大的限制。即，在這樣的限制下，希望有形成這樣一種薄膜晶體管的有源層的技術(shù)，該薄膜晶體管能工作于液晶顯示，并能使驅(qū)動(dòng)電路高速工作。這種晶體管稱之為低溫工藝poly-SiTFT，正在進(jìn)行開發(fā)。
在SID(Society for Information Display)’93文摘P.387(1993)中示出了相當(dāng)于現(xiàn)有低溫工藝poly-Si TFT的第一現(xiàn)有技術(shù)。根據(jù)該技術(shù)，首先用LPCVD法以單硅烷(SiH4)作為原料氣體，在550℃的淀積溫度下淀積50nm的非晶硅(a-Si)膜，對(duì)該(a-Si)膜進(jìn)行激光照射，使a-Si膜變性為poly-Si膜。對(duì)poly-Si膜進(jìn)行圖形刻蝕后，用ECR-PECVD法在100℃的基板溫度下淀積作為柵絕緣膜的SiO2膜。在柵絕緣膜上用鉭(Ta)形成柵電極之后，以柵電極為掩模在硅膜上離子注入施主或受主雜質(zhì)，以自對(duì)準(zhǔn)(self align)方式形成晶體管的源極·漏極。此時(shí)，關(guān)于離子注入，使用稱之為離子摻雜裝置的質(zhì)量非分離型注入裝置，使用以氫稀釋了的磷化氫(PH3)或乙硼烷(B2H6)作為原料氣體。注入離子的激活溫度是300℃。其后淀積層間絕緣膜，用銦錫氧化物(ITO)或鋁(Al)制成電極或布線，從而完成薄膜半導(dǎo)體器件。因而，在該現(xiàn)有技術(shù)中工序最高溫度是用LPCVD法淀積a-Si膜(以下將其簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)PCVD a-Si)的550℃。
相當(dāng)于現(xiàn)有低溫工藝poly-Si TFT的第二現(xiàn)有技術(shù)以特開平6-163401為代表。該現(xiàn)有技術(shù)的特征在于用等離子CVD法(PECVD法)淀積a-Si后，用稱為所謂除氫退火的在300℃至約450℃的溫度下進(jìn)行淀積膜的熱處理，其后進(jìn)行激光照射，形成poly-Si膜。這一特征與第一現(xiàn)有技術(shù)中使用LPCVD a-Si不同。實(shí)際上在同一公報(bào)的0033段中如以下那樣敘述?！霸诓ＡЩ?康寧7059)1上在200℃的基板溫度下用等離子CVD法形成200nm厚的氧化硅鈍化膜2和100nm厚的非晶硅薄膜3。在300℃下進(jìn)行30分鐘的熱處理之后，將13W的氬離子激光聚焦為約50微米的直徑，以約11m/秒的速度進(jìn)行掃描照射(束點(diǎn)直徑×220000/秒的掃描速度)，進(jìn)行非晶硅薄膜3的多結(jié)晶化?！比缭摾荆瑸榱耸挂訪PCVD法形成的a-Si膜(以下將其簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)PCVD a-Si)結(jié)晶化，在結(jié)晶化工序之前必須進(jìn)行熱處理。如在不進(jìn)行熱處理或在其溫度較低的狀態(tài)下對(duì)LPCVD a-Si膜進(jìn)行激光照射，照射激光的能量強(qiáng)度弱時(shí)結(jié)晶化完全不能進(jìn)行，相反如果照射激光的能量強(qiáng)度強(qiáng)，則硅膜中受到損傷，結(jié)果LPCVD a-Si膜本身處于完全不能進(jìn)行結(jié)晶化的狀態(tài)。在

圖1中示出申請(qǐng)人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說明了這種情況。樣品是在玻璃基板(日本電氣玻璃公司，OA-2)上用平行平板型PECVD裝置淀積膜厚為2500埃的a-Si膜。成膜條件是單硅烷(SiH4)流量為225SCCM，氫(H2)流量為1300SCCM，高頻PECVD a-Si膜輸出為150W，壓力為1.3torr，電極面積為1656cm2，(因而外加功率密度為0.091W/cm2)電極間距離為24.4mm，基板溫度為300℃，此時(shí)的PECVD a-Si膜的成膜速度為547埃/分鐘。該膜是由現(xiàn)有技術(shù)得到的典型的PECVD a-Si膜，在膜中含有約10.3原子％的氫，Si原子的密度為4.38×1022cm-3。再有，圖5中示出該a-Si膜的紅外吸收譜(IR)，圖6中示出拉曼分光測(cè)定結(jié)果.在圖5的a-Si膜的紅外吸收譜中在2000 cm-1附近觀測(cè)到Si-H的伸縮模式。另一方面，在圖6的拉曼分光法中在480cm-1附近看到來自非晶硅的光學(xué)橫波成分，兩者的結(jié)果示出a-Si膜是在硅與氫結(jié)合的狀態(tài)下包含的非晶膜。圖1中示出將該P(yáng)ECVD a-Si膜在預(yù)定溫度的氮(N2)氣氛中進(jìn)行1小時(shí)的熱處理后，進(jìn)行激光照射的結(jié)果。圖1的橫軸表示熱處理溫度，縱軸表示激光照射的能量。橫軸的A.D.是As-Deposited的簡(jiǎn)略，意思是剛淀積后的膜，即，沒有進(jìn)行過任何熱處理的PECVD a-Si膜。在圖1中，A表示非晶質(zhì)(amorphous)的狀態(tài)，C是結(jié)晶化(Crystallized)的狀態(tài)，D的意思是膜受到損傷。例如，橫軸是A.D.，縱軸的150mJ·cm-2處的A是在沒有進(jìn)行過任何熱處理的PECVD a-Si膜上以150mJ·cm-2的能量密度進(jìn)行激光照射，由圖可見激光照射后的膜仍然是非晶質(zhì)。如該圖所示，在現(xiàn)有的PECVD a-Si膜中在As-Deposited的狀態(tài)下，如果能量強(qiáng)度弱(約小于160mJ·cm-2)，則完全不能進(jìn)行結(jié)晶化，如果能量強(qiáng)度強(qiáng)(約大于160mJ·cm-2)，膜中受到損傷，完全失去作為半導(dǎo)體的功能。如對(duì)PECVD a-Si膜進(jìn)行熱處理，結(jié)晶化的區(qū)域(圖1中用C示出的區(qū)域)隨著處理溫度的上升而變寬。例如在處理溫度為300℃的膜中結(jié)晶化的激光能量強(qiáng)度僅僅是180mJ·cm-2的一點(diǎn)，如處理溫度上升到390℃，則結(jié)晶化能量強(qiáng)度在從190mJ·cm-2到310mJ·cm-2的寬的范圍內(nèi)可進(jìn)行結(jié)晶化。在圖1中為了易于理解起見將硅膜的狀態(tài)單純地分類為非晶質(zhì)(A)、結(jié)晶化(C)、損傷(D)三個(gè)區(qū)域，但在結(jié)晶化能量區(qū)(C)內(nèi)也可更細(xì)地分類為結(jié)晶化良好的區(qū)域、比較接近非晶質(zhì)的結(jié)晶化區(qū)域和開始受到損傷的結(jié)晶化區(qū)域。在圖1中結(jié)晶化良好的區(qū)域C用圓圈圍起來。在該區(qū)域的結(jié)晶化膜用波長(zhǎng)分散型分光橢圓法測(cè)量或拉曼分光法測(cè)定的結(jié)晶化率為70％以上，顯示出比較高的結(jié)晶化率。因此，為了用激光照射法使結(jié)晶化，使成膜了的膜在約400℃以上的溫度下進(jìn)行熱處理成為必須的條件。由于激光照射時(shí)的每次激光發(fā)射的能量的離散度和使結(jié)晶化了的膜質(zhì)量在高的水平下達(dá)到均勻一致，實(shí)際上使熱處理溫度在450℃以上。在相當(dāng)于低溫工藝poly-Si TFT的第二現(xiàn)有技術(shù)中，使用以這種方法得到的多晶硅膜之后，用與第一現(xiàn)有技術(shù)相同的制造方法制成poly-SiTFT。因而在第二現(xiàn)有技術(shù)中的最高溫度是在PECVD a-Si膜結(jié)晶化工序之前進(jìn)行熱處理時(shí)的溫度，大致是450℃。
相當(dāng)于現(xiàn)有低溫工藝poly-Si TFT的第三現(xiàn)有技術(shù)以例如特開平5-275336為代表。該現(xiàn)有技術(shù)中在對(duì)PECVD a-Si膜進(jìn)行結(jié)晶化時(shí)，通過使激光的照射能量強(qiáng)度順序地增加，可在無損傷的情況下進(jìn)行結(jié)晶化。在該公報(bào)的權(quán)利要求1中這樣敘述“一種用激光的照射使氫化非晶質(zhì)半導(dǎo)體薄膜實(shí)現(xiàn)多結(jié)晶化的多結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜的制造方法，其特征在于使激光的照射能量順序地增大，從而使非晶質(zhì)半導(dǎo)體薄膜中的氫逐步地放出?！?，再者在該公報(bào)從0022至0026中有如下那樣地?cái)⑹觥?br> “0022關(guān)于在a-SiH膜上照射激光的方法，首先將激光的輸出能量減少到小于使a-SiH膜多結(jié)晶化所必須的能量的能量，在一定的能量下例如160mJ下(其中束大小為0.9cm×0.9cm，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的透射率為70％，故膜表面的能量密度是138mJ/cm2)進(jìn)行多次掃描照射，同時(shí)用質(zhì)量分析計(jì)監(jiān)視氫的量，在使氫的量與前一次掃描時(shí)的量相比變化不太大后，少許地增大輸出能量，例如增大到200mJ(能量密度為173mJ/cm2)，在該能量下進(jìn)行多次照射，同樣監(jiān)視氫的量，再次增大能量例如增大到240mJ(能量密度為207mJ/cm2)，進(jìn)行相同的工序，順序地增大能量，重復(fù)該工序，由此使a-SiH膜中的氫緩慢地放出，其后在a-SiH膜上以對(duì)于多結(jié)晶化來說是足夠的能量照射激光，使該a-SiH膜變?yōu)槎嘟Y(jié)晶化硅膜。再有，此時(shí)也可以在不改變激光的輸出能量的情況下通過縮小激光束來改變激光的照射能量(被處理面的每單位面積的能量)。
0023圖3是示意性地示出這種激光退火的情況的示意圖，81是玻璃基板(其中TFT的一部分以膜的形式附于其上)，82是用于形成象素部分中的TFT的a-SiH膜，83是用于形成驅(qū)動(dòng)部分的a-SiH膜。
0024如采用這樣的實(shí)施例，首先通過用激光以小的能量照射到a-SiH膜上來放出與該能量相稱的氫，用相同的能量的激光進(jìn)行多次掃描照射，使與該能量相稱的氫根據(jù)掃描次數(shù)逐步地減少，不久大部分都放出了。然后使激光的能量比前一次的照射能量少許增大，通過進(jìn)行同樣的工序，使得與更高的能量相稱的氫根據(jù)掃描照射的次數(shù)逐步地產(chǎn)生，同時(shí)減少，通過這樣地增大激光的照射能量，可使從對(duì)應(yīng)于小的能量的氫到對(duì)應(yīng)于大的能量的氫順序地放出。
0025因而由于一邊逐步地放出a-SiH膜中的氫而且監(jiān)視該氫的量，一邊向高能量的照射轉(zhuǎn)變，可在實(shí)質(zhì)上不損傷膜的情況下使所含有的氫大部分放出，使a-SiH膜實(shí)現(xiàn)多結(jié)晶化，由于在外加大的能量時(shí)膜中的氫含量已經(jīng)減少，故即使一下子將氫放出也不會(huì)損傷膜。與此相反，如將對(duì)a-SiH膜的結(jié)晶化來說是充分的激光能量照射到a-SiH膜上的話，由于一下子爆發(fā)性地使所含有的氫噴出，故使膜受到損傷。
0026在以上的工序中，在到達(dá)即使增大激光的照射能量氫的產(chǎn)生量也在預(yù)定量以下而且不是很快產(chǎn)生的階段時(shí)，開始實(shí)施激光的照射工序，該激光具有對(duì)上述a-SiH膜的結(jié)晶化來說是必要的能量?！痹谝赃@種方式得到多晶硅膜后，以下用與第一現(xiàn)有技術(shù)相同的制造方法制成poly-Si TFT。
此外，以往用薄板式PECVD法淀積薄膜時(shí)，安置與反應(yīng)室分開的預(yù)備加熱室，在該加熱室中進(jìn)行基板加熱后，傳送室的機(jī)械手將基板傳送到反應(yīng)室，將基板安置在反應(yīng)室后，在進(jìn)行幾分鐘的加熱后淀積薄膜。
但是在按照上述的各個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的低溫poly-Si TFT中存在下述的問題，這些問題成為妨礙批量生產(chǎn)的主要原因。
第一現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。
問題1-1).由于工序溫度高達(dá)550℃，故不能使用廉價(jià)的玻璃，引起制品價(jià)格提高。另外，在大型化的同時(shí)因玻璃本身的自重引起的變形增大，故不能使液晶顯示裝置達(dá)到大型化。
問題1-2).現(xiàn)在想要使LCD用的玻璃基板從360mm×460mm的尺寸增大到550mm×650mm的尺寸，但能適應(yīng)該大型化的LPCVD裝置不存在。
第二現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。
問題2-1).與LPCVD a-Si相比在整個(gè)基板上進(jìn)行均勻激光照射的適當(dāng)?shù)恼丈錀l件很嚴(yán)，如以上所述，熱處理溫度越低，其適用范圍越窄。因此，不得不使熱處理溫度從450℃提高到約500℃。與此相隨，不能應(yīng)用廉價(jià)的玻璃，引起價(jià)格的提高。另外，在向大型化進(jìn)展的同時(shí)，由于玻璃本身的自重引起的變形也增大，因此不能實(shí)現(xiàn)液晶顯示裝置(LCD)的大型化。相反在熱處理溫度低于約450℃時(shí)，因激光照射引起的結(jié)晶化程度在每批中或是均勻或是不均勻地變動(dòng)，因此不能進(jìn)行穩(wěn)定的生產(chǎn)，此外其結(jié)晶化度也低，故不能得到優(yōu)質(zhì)的結(jié)晶性半導(dǎo)體膜。
問題2-2).不管熱處理溫度是高是低，總之熱處理是必須的。因而除了PECVD裝置之外，熱處理爐是必要的。一般如在熱處理爐中附加真空裝置，則成為L(zhǎng)PCVD裝置，故熱處理爐的價(jià)格大致與LPCVD裝置的價(jià)格相同。根據(jù)這個(gè)原因，第二現(xiàn)有技術(shù)與第一現(xiàn)有技術(shù)相比價(jià)格較高。此外，工序變長(zhǎng)，產(chǎn)品的成品率下降。另外，與問題1-2)相同，目前不存在能與玻璃基板的大型化對(duì)應(yīng)的熱處理爐。
第三現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。
問題3-1).如上述的引用例所示，為了除氫，首先用135mJ/cm2的能量進(jìn)行多次掃描照射，其次用173mJ/cm2的能量進(jìn)行多次掃描照射，再用207mJ/cm2的能量進(jìn)行多次掃描照射，這樣順序地增大能量，重復(fù)同樣的工序。然后在放出含有氫的大部分之后，使a-Si膜結(jié)晶化。這樣至PECVD a-Si膜結(jié)晶化為止至少必須重復(fù)十幾次以上的激光照射。因此生產(chǎn)性顯著下降，引起產(chǎn)品價(jià)格的提高。此外在同一部位進(jìn)行幾次以上的激光照射時(shí)，必須很注意控制基板周邊的氣氛。如在大氣氣氛下進(jìn)行激光照射，空氣中的氧在每次激光照射中進(jìn)入半導(dǎo)體膜中。在除氫時(shí)將氧俘獲到除氫后的懸掛鍵(dangling bond)上，在結(jié)晶化的情況下，硅原子移動(dòng)時(shí)氧進(jìn)入到膜中。如激光照射的次數(shù)是幾次，來自空氣中的氧的進(jìn)入量很少，沒有什么問題，但在重復(fù)十幾次進(jìn)行激光照射時(shí)，就必須充分注意氧進(jìn)入到膜中的問題。(當(dāng)然對(duì)于Si、Ge、GaAs等一般的半導(dǎo)體物質(zhì)，如氧混入到半導(dǎo)體膜中，則半導(dǎo)體特性下降。)因而，在第三現(xiàn)有技術(shù)中如不在真空中或在非氧化性氣氛下進(jìn)行激光照射，就不能得到?jīng)]有氧混入的半導(dǎo)體膜。這一點(diǎn)意味著引起生產(chǎn)性的進(jìn)一步下降和產(chǎn)品價(jià)格的進(jìn)一步上升。
問題3-2).如在問題3-1)中所述，在該現(xiàn)有技術(shù)中在能量強(qiáng)度小的狀態(tài)下進(jìn)行激光照射后順序地提高能量強(qiáng)度。在由這樣的激光照射引起的結(jié)晶化的方法中，晶粒不變大，以比較小的粒徑的晶粒構(gòu)成結(jié)晶半導(dǎo)體膜。因而即使沒有氧混入也不能得到優(yōu)質(zhì)的半導(dǎo)體膜，故使用該半導(dǎo)體膜的薄膜半導(dǎo)體器件的特性也不會(huì)是良好的。
因此本發(fā)明的目的在于解決上述的各個(gè)問題。其第一個(gè)目的是提供以現(xiàn)實(shí)的和簡(jiǎn)便的方法，用能使用通常的大型玻璃基板的制造裝置和工序溫度穩(wěn)定地制造薄膜半導(dǎo)體裝置的方法。
另一方面，在使用非晶硅膜作為薄膜半導(dǎo)體器件的有源層時(shí)(以下將其簡(jiǎn)稱為a-Si TFT)，其遷移率是約0.1cm2·V-1·s-1，在例如768(行)×1024(列)×3(色)＝2359296(象素)的所謂高精細(xì)彩色LCD的開關(guān)元件中，存在響應(yīng)速度太慢而不能使用的問題。即，目前強(qiáng)烈地希望有一種用與以往使用的a-Si TFT相同的制造工序制造的遷移率在約1cm2·V-1·s-1以上的薄膜半導(dǎo)體器件及其制造方法。
因此本發(fā)明的其他的目的在于解決上述的課題。其第二個(gè)目的是提供一種采用與a-Si TFT相同的制造工序制造的、遷移率在約1cm2·V-1·s-1以上的薄膜半導(dǎo)體器件及其制造方法。
此外，由于在現(xiàn)有的薄板式PECVD裝置的薄膜淀積方法中預(yù)備加熱室的存在是不可缺少的，因此存在PECVD裝置成為大型化和其價(jià)格提高的問題。再者由于傳送室的機(jī)械手的溫度約為室溫，預(yù)備加熱溫度是約300℃以上，故從預(yù)備加熱室至反應(yīng)室的傳送中基板溫度下降，結(jié)果在反應(yīng)室中在基板安置后依然需要長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)備加熱期間，這是低生產(chǎn)性的原因之一。
因此本發(fā)明的其他目的在于解決上述課題，其第三個(gè)目的是即使在用薄板式PECVD裝置的薄膜淀積中也能提供簡(jiǎn)便而且具有高生產(chǎn)性的薄膜淀積方法。
發(fā)明的公開本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積膜厚約從40nm至300nm的半導(dǎo)體膜的工序，以含有該半導(dǎo)體膜構(gòu)成元素的化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體。其特征還在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜；上述原料氣體是硅烷(SiH4，Si2H6，Si3H8)。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的工序，其中以含有該半導(dǎo)體膜構(gòu)成元素的化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體，該原料氣體的濃度在6.25％以下。其特征在于此時(shí)上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。其特征還在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜；上述原料氣體是硅烷(SiH4，Si2H6，Si3H8)。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的工序，其中以含有該半導(dǎo)體膜構(gòu)成元素的化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體，半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室的壓力是約1.0Torr以上。其特征在于此時(shí)上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。其特征還在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜；上述原料氣體是硅烷(SiH4，Si2H6，Si3H8)。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的工序，其中以含有該半導(dǎo)體膜構(gòu)成元素的化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體，半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室內(nèi)的電極間距離約為17.8mm以上。其特征在于此時(shí)上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。其特征還在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜；上述原料氣體是硅烷(SiH4，Si2H6，Si3H8)。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的工序，其中以含有該半導(dǎo)體膜構(gòu)成元素的化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體，該原料氣體的濃度在6.25％以下，此時(shí)半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室的壓力是約1.0Torr以上。其特征也在于此時(shí)上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。其特征還在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜；上述原料氣體是硅烷(SiH4，Si2H6，Si3H8)。
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本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的第一工序和提高該半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性的第二工序，在上述第一工序中，以含有該半導(dǎo)體膜構(gòu)成元素的化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體。其特征也在于此時(shí)上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。其特征還在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜；上述原料氣體是硅烷(SiH4，Si2H6，Si3H8)。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的第一工序和提高該半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性的第二工序，在上述第一工序中，以含有該半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體，該原料氣體的濃度在6.25％以下。其特征也在于此時(shí)上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。其特征還在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜；上述原料氣體是硅烷(SiH4，Si2H6，Si3H8)。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的第一工序和提高該半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性的第二工序，在上述第一工序中，以含有該半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體，半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室的壓力是約1.0Torr以上。其特征也在于此時(shí)上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。其特征還在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜；上述原料氣體是硅烷(SiH4，Si2H6，Si3H8)。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的第一工序和提高該半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性的第二工序，在上述第一工序中，以含有該半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體，半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室內(nèi)的電極間距離約為17.8mm以上。其特征也在于此時(shí)上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。其特征還在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜；上述原料氣體是硅烷(SiH4，Si2H6，Si3H8)。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的第一工序和提高該半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性的第二工序，在上述第一工序中，以含有該半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體，該原料氣體的濃度在6.25％以下，半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室的壓力是約1.0Torr以上。其特征也在于此時(shí)上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。其特征還在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜；上述原料氣體是硅烷(SiH4，Si2H6，Si3H8)。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的第一工序和提高該半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性的第二工序，在上述第一工序中，以含有該半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體，該原料氣體的濃度在6.25％以下，半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室內(nèi)的電極間距離約為17.8mm以上。其特征也在于此時(shí)上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。其特征還在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜；上述原料氣體是硅烷(SiH4，Si2H6，Si3H8)。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的第一工序和提高該半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性的第二工序，在上述第一工序中，以含有該半導(dǎo)體膜構(gòu)成元素的化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體，半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室的壓力是約1.0Torr以上，半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室內(nèi)的電極間距離約為17.8mm以上。其特征也在于此時(shí)上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。其特征還在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜；上述原料氣體是硅烷(SiH4，Si2H6，Si3H8)。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的第一工序和提高該半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性的第二工序，在上述第一工序中，以含有該半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體，該原料氣體的濃度在6.25％以下，半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室的壓力是約1.0Torr以上，半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室內(nèi)的電極間距離約為17.8mm以上。其特征也在于此時(shí)上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。其特征還在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜；上述原料氣體是硅烷(SiH4，Si2H6，Si3H8)。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的第一工序和將光學(xué)能量或電磁波能量照射到該半導(dǎo)體膜上的第二工序，在上述第一工序中，以含有該半導(dǎo)體膜構(gòu)成元素的化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體。其特征也在于此時(shí)上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。其特征還在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜；上述原料氣體是硅烷(SiH4，Si2H6，Si3H8)。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件，在該器件中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成硅膜，以該硅膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的特征在于在用紅外吸收分光法測(cè)定該硅膜時(shí)，至少存在兩吸收峰即在2102cm-1附近(從約2098cm-1至約2106cm-1之間)的吸收峰和2084cm-1附近(從約2080cm-1至約2088cm-1之間)的吸收峰，該2102cm-1附近的吸收峰強(qiáng)度比2000cm-1附近(從約1980cm-1至約2020cm-1之間)的吸收峰強(qiáng)度強(qiáng)。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成硅膜，以該硅膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積硅膜的工序，在用紅外吸收分光法測(cè)定該硅膜時(shí)，至少存在兩個(gè)峰，即在2102cm-1附近(從約2098cm-1至約2106cm-1之間)的吸收峰和2084cm-1附近(從約2080cm-1至約2088cm-1之間)的吸收峰，該2102cm-1附近的吸收峰強(qiáng)度比2000cm-1附近(從約1980cm-1至約2020cm-1之間)的吸收峰強(qiáng)度強(qiáng)。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成硅膜，以該硅膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含形成硅膜的第一工序和提高該硅膜的結(jié)晶性的第二工序，在用紅外吸收分光法測(cè)定該硅膜時(shí)，至少存在兩個(gè)峰，即在2102cm-1附近(從約2098cm-1至約2106cm-1之間)的吸收峰和2084cm-1附近(從約2080cm-1至約2088cm-1之間)的吸收峰，該2102cm-1附近的吸收峰強(qiáng)度比2000cm-1附近(從約1980cm-1至約2020cm-1之間)的吸收峰強(qiáng)度強(qiáng)。其特征還在于，此時(shí)上述第一工序用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)來進(jìn)行。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成硅膜，以該硅膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含形成硅膜的第一工序和將光學(xué)能量或電磁波能量照射到該半導(dǎo)體膜上的第二工序，在用紅外吸收分光法測(cè)定該硅膜時(shí)，至少存在兩個(gè)峰即在2102cm-1附近(從約2098cm-1至約2106cm-1之間)的吸收峰和2084cm-1附近(從約2080cm-1至約2088cm-1之間)的吸收峰，該2102cm-1附近的吸收峰強(qiáng)度比2000cm-1附近(從約1980cm-1至約2020cm-1之間)的吸收峰強(qiáng)度強(qiáng)。其特征還在于，此時(shí)上述第一工序用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)來進(jìn)行。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件，在該器件中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的特征在于該半導(dǎo)體膜包含非晶質(zhì)成分和結(jié)晶質(zhì)成分兩者，該非晶質(zhì)成分為柱狀結(jié)構(gòu)。其特征還在于，此時(shí)上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含淀積有非晶質(zhì)成分和結(jié)晶質(zhì)成分兩者、該非晶質(zhì)成分為柱狀結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體膜的第一工序和提高該柱狀結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性的第二工序。其特征還在于，此時(shí)上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含淀積有非晶質(zhì)成分和結(jié)晶質(zhì)成分兩者、該非晶質(zhì)成分為柱狀結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體膜的第一工序和將光學(xué)能量或電磁波能量照射到該半導(dǎo)體膜上的第二工序。其特征還在于，此時(shí)上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積有非晶質(zhì)成分和結(jié)晶質(zhì)成分兩者、該非晶質(zhì)成分為柱狀結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體膜的第一工序和提高該柱狀結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性的第二工序。其特征還在于，此時(shí)上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積有非晶質(zhì)成分和結(jié)晶質(zhì)成分兩者、該非晶質(zhì)成分為柱狀結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體膜的第一工序和將光學(xué)能量或電磁波能量照射到該半導(dǎo)體膜上的第二工序。其特征還在于，此時(shí)上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于在形成該半導(dǎo)體膜時(shí)在成膜室內(nèi)存在氬(Ar)。其特征還在于，此時(shí)上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含用氬(Ar)作為稀釋氣體用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積處于混晶狀態(tài)的半導(dǎo)體膜的工序。其特征還在于，此時(shí)上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含存在氬(Ar)的氣氛下淀積處于混晶狀態(tài)的半導(dǎo)體膜的第一工序和使該處于混晶狀態(tài)的半導(dǎo)體膜結(jié)晶化的第二工序。其特征還在于，此時(shí)上述第二工序中的結(jié)晶化經(jīng)歷短時(shí)間的熔融狀態(tài)。其特征還在于，此時(shí)上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含存在氬(Ar)的氣氛下淀積處于混晶狀態(tài)的半導(dǎo)體膜的第一工序和將光學(xué)能量或電磁波能量照射到該處于混晶狀態(tài)的半導(dǎo)體膜的第二工序。其特征還在于，此時(shí)在上述第二工序中半導(dǎo)體膜處于短時(shí)間的熔融狀態(tài)。其特征還在于，此時(shí)上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含以氬(Ar)作為稀釋氣體，用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積處于混晶狀態(tài)的半導(dǎo)體膜的第一工序和使該處于混晶狀態(tài)的半導(dǎo)體膜結(jié)晶化的第二工序。其特征還在于，此時(shí)在上述第二工序中半導(dǎo)體膜處于短時(shí)間的熔融狀態(tài)。其特征還在于，此時(shí)上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
本發(fā)明是一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含以氬(Ar)作為稀釋氣體用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積處于混晶狀態(tài)的半導(dǎo)體膜的第一工序和將光學(xué)能量或電磁波能量照射到該處于混晶狀態(tài)的半導(dǎo)體膜的第二工序。其特征還在于，此時(shí)在上述第二工序中半導(dǎo)體膜處于短時(shí)間的熔融狀態(tài)。其特征還在于，此時(shí)上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
本發(fā)明的液晶顯示裝置的特征在于配備有上述的薄膜半導(dǎo)體器件。此外本發(fā)明的電子設(shè)備的特征在于配備有這樣的液晶顯示裝置。
本發(fā)明是一種液晶顯示裝置的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，在安置了將該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層的薄膜半導(dǎo)體器件的一邊的基板和另一邊的基板之間夾住液晶，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的第一工序和提高該半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性的第二工序，在上述第一工序中，以含有該半導(dǎo)體膜構(gòu)成元素的化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體。
本發(fā)明是一種具有液晶顯示裝置的電子設(shè)備的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，在安置了(以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層的)薄膜半導(dǎo)體器件的一邊的基板和另一邊的基板之間夾住液晶，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的第一工序和提高該半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性的第二工序，在上述第一工序中，將含有該半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素的化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體。
本發(fā)明是一種用等離子化學(xué)汽相淀積裝置(PECVD裝置)在基板上淀積薄膜的方法，該方法的特征在于包括在反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置基板的第一工序；在設(shè)置該基板后，將熱傳導(dǎo)率比成膜時(shí)導(dǎo)入該反應(yīng)室中的氣體高的氣體導(dǎo)入到該反應(yīng)室中而進(jìn)行該基板的第一預(yù)備加熱的第二工序；除了產(chǎn)生等離子體以外成膜的諸條件與成膜過程相同的、進(jìn)行該基板的第二預(yù)備加熱的第三工序；其后試驗(yàn)薄膜的成膜的第四工序。
本發(fā)明是一種用等離子化學(xué)汽相淀積裝置(PECVD裝置)在基板上淀積薄膜的方法，該方法的特征在于包括在反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置基板的第一工序；設(shè)置該基板后，在將反應(yīng)室保持于比成膜時(shí)高的壓力下進(jìn)行該基板的第一預(yù)備加熱的第二工序；除了產(chǎn)生等離子體以外，成膜的諸條件與成膜過程相同的、進(jìn)行該基板的第二預(yù)備加熱的第三工序；其后試驗(yàn)薄膜的成膜的第四工序。
本發(fā)明是一種用等離子化學(xué)汽相淀積裝置(PECVD裝置)在基板上淀積薄膜的方法，該方法的特征在于包括在反應(yīng)室內(nèi)設(shè)置基板的第一工序；設(shè)置該基板后，在比成膜時(shí)高的壓力下將熱傳導(dǎo)率比成膜時(shí)導(dǎo)入該反應(yīng)室中的氣體高的氣體導(dǎo)入到該反應(yīng)室中進(jìn)行該基板的第一預(yù)備加熱的第二工序；除了產(chǎn)生等離子體以外，成膜的諸條件與成膜過程相同的、進(jìn)行該基板的第二預(yù)備加熱的第三工序；其后試驗(yàn)薄膜的成膜的第四工序。
以下一邊參照附圖一邊詳細(xì)地說明本發(fā)明的基礎(chǔ)原理和實(shí)施例。圖3(a)～(d)是以剖面方式示出形成MIS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的薄膜半導(dǎo)體器件的制造工序的概略圖。在使用該圖描述與本申請(qǐng)的發(fā)明有關(guān)的TFT的制造方法的概略之后，詳細(xì)地說明各工序。
(1、本申請(qǐng)發(fā)明的薄膜半導(dǎo)體器件制造方法的概略)本發(fā)明中使用普通的無堿玻璃作為基板101的一例。首先在基板101上用常壓化學(xué)汽相淀積法(APCVD法)或PECVD法或?yàn)R射法等形成本身是絕緣性物質(zhì)的基底保護(hù)膜102。其次淀積以后成為薄膜半導(dǎo)體器件的有源層的本征硅膜等半導(dǎo)體膜。半導(dǎo)體膜用PECVD法或APCVD法等化學(xué)汽相淀積法(CVD法)、或?yàn)R射法或蒸發(fā)法等物理汽相淀積法(PVD法)來形成?？梢詫⑦@樣得到的半導(dǎo)體膜直接以as-deposited膜作為TFT的溝道部分等有源層來使用，或是可以再在這種半導(dǎo)體膜上短時(shí)間地照射激光等光學(xué)能量或電磁波能量，使之進(jìn)行結(jié)晶化。如果最初淀積的半導(dǎo)體膜是非晶質(zhì)，或是非晶質(zhì)與微結(jié)晶混在一起的混晶質(zhì)的話，則該工序稱為結(jié)晶化。另一方面，如果最初淀積的半導(dǎo)體膜是多結(jié)晶質(zhì)，則該工序稱為再結(jié)晶化。在本說明書中只要不是特別聲明，就是將兩者歸納起來只稱為結(jié)晶化或提高結(jié)晶性的工序。如果激光等的能量強(qiáng)度很高，則在結(jié)晶化時(shí)半導(dǎo)體膜一度熔融，經(jīng)過冷卻固化過程而實(shí)現(xiàn)結(jié)晶化。在本申請(qǐng)中將其稱為熔融結(jié)晶化法。與此相反，在不熔融的情況下以固相方式進(jìn)行的半導(dǎo)體膜的結(jié)晶化稱為固相生長(zhǎng)法(SPC法)。固相生長(zhǎng)法主要分成以下三類在從約550℃至650℃的溫度下進(jìn)行從幾小時(shí)至幾十小時(shí)的結(jié)晶化的熱處理法(Furnace-SPC法)、在從約不到1秒至約1分的短時(shí)間內(nèi)在從700℃至1000℃的高溫下進(jìn)行結(jié)晶化的快速熱處理法(RTA法)和在激光等的能量強(qiáng)度較低時(shí)產(chǎn)生的極短時(shí)間的固相生長(zhǎng)法(VST-SPC法)。本申請(qǐng)的發(fā)明可適用于這些結(jié)晶化方法中的任一種，但如從以高的生產(chǎn)率制造大型基板的觀點(diǎn)來看，特別適合于熔融結(jié)晶化法或RTA法、VST-SPC法。在這些結(jié)晶化方法中，由于照射時(shí)間非常短，而且照射區(qū)域?qū)τ谡麄€(gè)基板來說也是局部的，故在半導(dǎo)體膜的結(jié)晶化時(shí)不會(huì)使整個(gè)基板同時(shí)加熱到高溫，因此也不會(huì)產(chǎn)生因基板的發(fā)熱引起的變形或裂縫。其后對(duì)該半導(dǎo)體膜進(jìn)行圖形刻蝕，之后制成作為晶體管的有源層的半導(dǎo)體膜103(圖3(a))。
在半導(dǎo)體膜形成后，用CVD法或PVD法等形成柵絕緣膜104(圖3(b))。在形成絕緣膜時(shí)可考慮各種制造方法，但絕緣膜形成溫度最好在約350℃以下。這對(duì)于防止MOS界面或柵絕緣膜的熱劣化是重要的。同樣的情況也適用于以下的所有工序。必須將柵絕緣膜形成后的所有的工序溫度控制在350℃以下。通過這樣做，可容易地而且穩(wěn)定地制造高性能的薄膜半導(dǎo)體器件。一般來說，用CVD法或PVD法形成的氧化膜與在約1000℃以上的溫度下熱氧化而制成的氧化膜相比，其膜質(zhì)量較差。例如用紅外吸收分光法分析氧化硅膜時(shí)，在1080cm-1附近出現(xiàn)基于O-Si-O的伸展模式的主吸收峰。在膜質(zhì)量?jī)?yōu)良的熱氧化膜中，該主吸收峰在1086±10cm-1附近出現(xiàn)，其半峰高寬度約80±10cm-1，其吸收系數(shù)約33400±4000cm-1。與此相反，用CVD法或PVD法形成的氧化膜中，主吸收峰在1070±10cm-1附近出現(xiàn)，其半寬度約108±10cm-1，其吸收系數(shù)約24000±3000cm-1。因此希望在膜淀積后，對(duì)用CVD法或PVD法形成的質(zhì)量較差的氧化膜進(jìn)行膜質(zhì)改善處理。具體地說，該處理通過在約200℃至約400℃的溫度下，在含有氧分壓約為0.1大氣壓至3大氣壓的、含有作為改善氧化膜質(zhì)量的反應(yīng)催化劑的露點(diǎn)約為20℃至100℃的水蒸氣的氧化性氣氛中進(jìn)行約10分至5小時(shí)的氧化膜的熱處理來完成。例如以單硅烷(SiH4)和氧化亞氮(N2O)作為原料用PECVD法成膜的氧化膜在as-deposited膜狀態(tài)下主吸收峰在1068±10cm-1附近出現(xiàn)，其半峰高寬度約110cm-1，其吸收系數(shù)約23600cm-1。如對(duì)該氧化膜在約350℃下在含有氧分壓約為0.2大氣壓和露點(diǎn)約為80℃的水蒸氣的氣氛中進(jìn)行3小時(shí)的熱處理，剛才的主吸收峰趨向于1077cm-1附近，其半峰高寬度約95cm-1，其吸收系數(shù)約27500cm-1，可見得到改善。這與熱氧化膜相比膜質(zhì)量還是較差，但可以說作為在約350℃的低溫工序下制成的氧化膜，其質(zhì)量是較好的。以這種方式用低溫工藝形成氧化膜時(shí)，氧化膜淀積之后的在氧化性氣氛下的熱處理在良好的半導(dǎo)體器件制造方面是極為有效的。此外，薄膜半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體層在基底保護(hù)膜等氧化膜上制成時(shí)，最好也對(duì)該氧化膜進(jìn)行在含有水蒸氣等的氧化性氣氛下的熱處理。
接著，用PVD法或CVD法淀積成為柵電極105的薄膜。由于通常柵電極和柵布線用相同的材料在相同的工序中制成，故希望該材料的電阻低，對(duì)于約350℃的熱工序是穩(wěn)定的。在淀積成為柵電極105的薄膜后，進(jìn)行圖形刻蝕，接著在半導(dǎo)體膜中進(jìn)行雜質(zhì)離子注入106，形成源·漏區(qū)107和溝道區(qū)108。(圖3(c))此時(shí)，由于柵電極成為離子注入的掩模，故溝道成為只在柵電極下形成的自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。雜質(zhì)離子注入有兩種方法，一種是離子摻雜法，用質(zhì)量非分離型離子注入裝置注入雜質(zhì)元素的氫化物和氫，另一種是離子打進(jìn)法，用質(zhì)量分離型離子注入裝置只注入所要的雜質(zhì)元素。作為離子摻雜法的原料氣體，使用在氫中稀釋了的濃度約為0.1％至10％的磷化氫(PH3)或乙硼烷(B2H6)等的注入雜質(zhì)元素的氫化物。在離子打進(jìn)法中，在只注入所要的雜質(zhì)元素后，接著注入氫離子(質(zhì)子或氫分子離子)。如以上所述，為了使MOS界面或柵絕緣膜保持穩(wěn)定，離子摻雜法也好，離子打進(jìn)法也好，離子注入時(shí)的基板溫度必須在350℃以下。另一方面，為了在350℃以下的低溫下總是能穩(wěn)定地進(jìn)行注入雜質(zhì)的活化(在本申請(qǐng)中將其稱為低溫活化)，希望離子注入時(shí)的基板溫度在200℃以上。為了調(diào)整晶體管的閾值電壓而進(jìn)行溝道摻雜，或?yàn)榱耸挂缘蜐舛茸⑷氲碾s質(zhì)離子在低溫下可靠地進(jìn)行活化以便制成LDD結(jié)構(gòu)，離子注入時(shí)的基板溫度必須在250℃以上。這樣，若在高的基板溫度的狀態(tài)下進(jìn)行離子注入，則在伴隨半導(dǎo)體膜的離子注入而產(chǎn)生結(jié)晶破壞時(shí)，同時(shí)也產(chǎn)生再結(jié)晶化，結(jié)果可防止離子注入部分的非晶化。即，離子注入了的區(qū)域在注入后依然作為結(jié)晶質(zhì)而留下，即使其后的活化溫度約為350℃以下的低溫，當(dāng)然也可進(jìn)行注入離子的活化。在制造CMOS TFT時(shí)，使用聚酰亞胺樹脂等適當(dāng)?shù)难谀２牧?，交替地用掩模覆蓋NMOS或PMOS的一方，用上述方法進(jìn)行各自的離子注入。
其次，用PVD法或CVD法形成層間絕緣膜109。在離子注入和層間絕緣膜形成后，在350℃以下的適當(dāng)?shù)臒岘h(huán)境下進(jìn)行幾十分至幾小時(shí)的熱處理，進(jìn)行注入離子的活性化和層間絕緣膜的燒固。該熱處理也可在與前面在柵絕緣膜淀積后進(jìn)行的在含有水蒸氣的氧化性氣氛下的熱處理相同的條件下進(jìn)行。但是，為了使注入離子可靠地活性化，熱處理溫度最好也在約250℃以上。此外為了有效地進(jìn)行層間絕緣膜的燒固，最好使熱處理溫度在300℃以上。一般柵絕緣膜和層間絕緣膜的膜質(zhì)量不同。因此，在層間絕緣膜形成后在兩個(gè)絕緣膜中開接觸孔時(shí)，一般來說絕緣膜的刻蝕速度不同。在這種條件下接觸孔的形狀成為越往下越寬的倒園錐狀，或產(chǎn)生帽沿，在其后的電極形成時(shí)成為不能很好地進(jìn)行電導(dǎo)通的所謂接觸不良的原因。如能有效地對(duì)層間絕緣膜進(jìn)行燒固，則可將這種接觸不良的產(chǎn)生抑制在最小限度。在層間絕緣膜形成后，在源·漏上開接觸孔，采用PVD法或CVD法等形成源·漏引出電極110和布線，由此完成薄膜半導(dǎo)體器件。(圖3(d))。
此外在本章中是以柵電極對(duì)于半導(dǎo)體膜處于上側(cè)的類型的薄膜半導(dǎo)體器件為例來說明的，但本申請(qǐng)的發(fā)明也可適用于柵電極對(duì)于半導(dǎo)體膜處于下側(cè)的類型的薄膜半導(dǎo)體器件。
(2、有關(guān)本申請(qǐng)的發(fā)明的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的各個(gè)工序的詳細(xì)說明)(2-1、適用于本發(fā)明的基板和基底保護(hù)膜)首先說明適用于本發(fā)明的基板和基底保護(hù)膜。作為可適用于本發(fā)明的基板，可使用金屬等導(dǎo)電性物質(zhì)、碳化硅(SiC)或氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)等陶瓷材料、熔融石英或玻璃等透明絕緣性物質(zhì)、硅晶片等半導(dǎo)體基板和對(duì)其加工而制成的LSI、藍(lán)寶石(三方晶系A(chǔ)l2O3結(jié)晶)等結(jié)晶性絕緣物質(zhì)等。作為廉價(jià)的普通玻璃基板，可使用康寧日本株式會(huì)社制造的#7059玻璃或#1737玻璃，或日本電氣玻璃株式會(huì)社制造的OA-2玻璃、(株)NH Techno-glass制造的NA35玻璃等。不管基板的種類如何，只要至少基板的一部分由絕緣性物質(zhì)構(gòu)成，則就在該絕緣性物質(zhì)上淀積半導(dǎo)體膜。該絕緣性物質(zhì)在本申請(qǐng)中稱為基底保護(hù)膜。例如作為基板使用熔融石英時(shí)，因?yàn)榛灞旧硎墙^緣性物質(zhì)，故可直接在熔融石英基板上淀積半導(dǎo)體膜?；蚩蓪⒀趸枘?SiOx0＜x≤2)或氮化硅膜(Si3Nx0＜x≤4)等絕緣性物質(zhì)在熔融石英基板上作為基底保護(hù)膜形成后，淀積半導(dǎo)體膜。使用普通的玻璃時(shí)作為基板時(shí)，可直接在本身是絕緣性物質(zhì)的普通玻璃上淀積半導(dǎo)體膜，但為了不使玻璃中含有的鈉(Na)等可動(dòng)離子混入到半導(dǎo)體膜中，最好在玻璃基板上用氧化硅膜或氮化硅膜等絕緣性物質(zhì)形成基底保護(hù)膜之后，淀積半導(dǎo)體膜。通過這樣做，薄膜半導(dǎo)體器件經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間使用和在高電壓下使用，其工作特性沒有變化，這樣當(dāng)然就增加了穩(wěn)定性。在本申請(qǐng)中，將該穩(wěn)定性稱為晶體管的可靠性。除了在以藍(lán)寶石等結(jié)晶性絕緣物質(zhì)作為基板來使用的情況之外，最好在基底保護(hù)膜上淀積半導(dǎo)體膜。在使用各種陶瓷基板作為基板時(shí)，基底保護(hù)膜起到防止陶瓷中添加的助燒結(jié)原材料擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體部分的作用。此外，以金屬材料作為基板使用時(shí)，為了確保絕緣性，基底保護(hù)膜是必不可少的。再者，在半導(dǎo)體基板或LSI元件中，晶體管之間或布線之間的層間絕緣膜起到基底保護(hù)膜的作用。只要對(duì)于制造工序中的熱環(huán)境不產(chǎn)生伸縮或翹曲等變形，對(duì)于基板的大小或形狀完全不加任何限制。即，從直徑約3英寸(76.2mm)的園板到約560mm×720mm以上的長(zhǎng)方形基板，是任意的。
首先用純水洗凈基板后，在基板上通過APCVD法或LPCVD法、PECVD法等CVD法，或?yàn)R射法等PVD法，由氧化鋁膜、氧化鉭膜等氧化膜，或氮化硅膜等氮化膜來形成基底保護(hù)膜。在APCVD法中，在基板溫度約250℃至450℃下，如將單硅烷(SiH4)或氧作為原料，可淀積氧化硅膜。在PECVD法或?yàn)R射法中，在基板溫度從室溫到約400℃之間形成這些基底保護(hù)膜。為了防止來自基板的雜質(zhì)離子的擴(kuò)散進(jìn)入，基底保護(hù)膜具有足夠的厚度是必要的，其值最小約為100nm。如考慮批量間或基板間的離散度，厚度最好在約200nm以上，如厚度為300nm，則可充分地起到作為保護(hù)膜的功能。在以基底保護(hù)膜兼作IC元件間或?qū)⑦@些元件連接起來的布線等的層間絕緣膜時(shí)，通常將膜厚作成約400nm至600nm。
(2-2、本發(fā)明的半導(dǎo)體膜和用于將其成膜的原料物質(zhì))在本發(fā)明中將半導(dǎo)體膜淀積在任一種基板上。這一點(diǎn)在以下的全部發(fā)明中是共同的。作為適用于本發(fā)明的半導(dǎo)體膜的種類，除了硅(Si)或鍺(Ge)等單質(zhì)的半導(dǎo)體膜以外，可以是硅·鍺(SixGe1-x0＜x＜1)或硅·碳(SixC1-x0＜x＜1)或鍺·碳(GexC1-x0＜x＜1)等四族元素復(fù)合體的半導(dǎo)體膜，或鎵·砷(GaAs)、銦·銻(InSb)等三族元素和五族元素的復(fù)合體化合物半導(dǎo)體膜，或鎘·硒(CdSe)等二族元素和六族元素的復(fù)合體化合物半導(dǎo)體膜。或者，本發(fā)明也可適用于硅·鍺·鎵·砷(SixGeYGazAszx+y+z＝1)的所謂更進(jìn)一步的復(fù)合化合物半導(dǎo)體膜或在這些半導(dǎo)體膜中添加了磷(P)、砷(As)、銻(Sb)等施主元素的N型半導(dǎo)體膜，或在這些半導(dǎo)體膜中添加了硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)等受主元素的P型半導(dǎo)體膜。
在本發(fā)明中用CVD法淀積半導(dǎo)體膜時(shí)，將含有所淀積的半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素的化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體淀積半導(dǎo)體膜。例如半導(dǎo)體膜是硅(Si)時(shí)，作為原料氣體使用單硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、丙硅烷(Si3H8)、二氯硅烷(SiH2Cl2)等硅烷。在本說明書中，將乙硅烷或丙硅烷稱為高次硅烷(SinH2n+2n是大于2的整數(shù))。在鍺是半導(dǎo)體膜時(shí)，使用鍺烷(GeH4)，在將碳(C)或鎵(Ga)、砷(As)作為半導(dǎo)體膜時(shí)，使用甲烷(CH4)或三甲基鎵((CH3)3Ga)、砷化氫(AsH3)。此外，在半導(dǎo)體膜中添加磷(P)或硼(B)時(shí)，也共同使用磷化氫(PH3)和乙硼烷(B2H6)等。作為原料氣體，使用含有構(gòu)成上述的各種半導(dǎo)體膜的元素的化學(xué)物質(zhì)，但由于原料氣體的一部分必定會(huì)殘留在半導(dǎo)體膜中，故使用構(gòu)成元素的氫化物是更為理想的。例如在由二氯硅烷(SiH2Cl2)成膜的硅膜中，量的大小姑且不論，但必定會(huì)殘留氯(Cl)，在使用該硅膜作為半導(dǎo)體器件的有源層時(shí)，殘留的氯將成為晶體管特性變壞的主要原因。因而，與二氯硅烷相比，作為構(gòu)成元素的氫化物的單硅烷(SiH4)較為理想。原料氣體和根據(jù)需要添加的附加氣體的純度越高越好，但如考慮得到高純度氣體的技術(shù)方面的難度的增加和價(jià)格的上升，純度在99.9999％以上較為理想。通常半導(dǎo)體膜的成膜裝置的本底真空度是約10-6torr，成膜壓力是0.1torr至幾個(gè)torr。因此，從本底真空向成膜過程的雜質(zhì)進(jìn)入的比例約為10-5至10-6。在成膜中使用的原料氣體或附加氣體的純度對(duì)利用這些氣體的成膜裝置的本底真空度的成膜壓力相比如是同等程度的話，是足夠的。因而，在本發(fā)明中在成膜裝置中流過的氣體的純度在99.999％以上(雜質(zhì)的比例在1×10-5以下)是較為理想的，如純度在99.9999％(雜質(zhì)的比例在1×10-6以下)，作為原料的使用完全沒有障礙，如純度為本底真空度和成膜壓力的比的十倍(在本例中純度是99.99999％，雜質(zhì)的比例是1×10-7以下)，則完全沒有必要考慮來自氣體的雜質(zhì)進(jìn)入，是很理想的。
(2-3、在本發(fā)明中使用的PECVD裝置)首先使用圖2說明在本發(fā)明中使用的等離子化學(xué)汽相淀積裝置(PECVD裝置)的概略結(jié)構(gòu)。該P(yáng)ECVD裝置是薄板式電容耦合型裝置，使用工業(yè)用的頻率(13.56MHz)的高頻電源，在平行平板電極間產(chǎn)生等離子體。圖2的上圖是從上部看到的反應(yīng)室附近的概略圖，圖中的A-A’的剖面圖是圖2的下圖。依靠反應(yīng)容器202將反應(yīng)室201與外部氣體隔開，在成膜中大體成為0.1torr至10torr的減壓狀態(tài)。在反應(yīng)容器202內(nèi)，下部平板電極203和上部平板電極204互相平行地安置，這兩個(gè)電極形成平行平板電極。該平行平板電極間成為反應(yīng)室201。在本申請(qǐng)的發(fā)明中，使用470mm×560mm的平行平板電極，由于電極間距離從18.0mm至37.0mm是可變的，故反應(yīng)室201的容積根據(jù)電極間距離，從4738cm3至9738cm3。平行平板電極間距離通過使下部平板電極203的位置上下移動(dòng)，可自由地在10.0mm至40.0mm之間進(jìn)行設(shè)定。此外，在設(shè)定了預(yù)定的電極間距離時(shí)，在470mm×560mm的平板電極面內(nèi)的電極間距離的偏差只有0.5mm。因而，在電極間產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的偏差在平板電極面內(nèi)為2％以下，這樣在反應(yīng)室201內(nèi)產(chǎn)生極其均勻的等離子體。在下部平板電極203上放置應(yīng)淀積薄膜的基板205，基板邊緣部分2mm用遮蔽框206壓住。為了容易了解PECVD裝置的概略，在圖2的上圖中省略了遮蔽框206。在下部平板電極203的內(nèi)部設(shè)置了加熱器207，可將下部平板電極的溫度在250℃至400℃之間任意調(diào)整。在除了周邊2mm的下部平板電極203內(nèi)的溫度分布對(duì)于設(shè)定溫度是落在±5℃以內(nèi)，實(shí)質(zhì)上即使將基板205的大小作成360mm×465mm，基板內(nèi)的溫度偏差也可保持在±2℃以內(nèi)。例如在使用普通玻璃基板(康寧·日本株式會(huì)社制造的#7059玻璃，或日本電氣玻璃株式會(huì)社制造的OA-2玻璃、NH Techno-glass株式會(huì)社制造的NA35玻璃等)作為基板205時(shí)，遮蔽框206壓住基板，以便防止基板由于加熱器207的熱量而變形為凹型，同時(shí)不在基板的邊緣部分和背面形成不需要的薄膜。由原料氣體和附加氣體構(gòu)成的反應(yīng)氣體通過管道208導(dǎo)入到上部平板電極204內(nèi)，再穿過設(shè)置在上部平板電極內(nèi)的氣體擴(kuò)散板209之間，從整個(gè)上部平板電極的表面以大致均勻的壓力流出到反應(yīng)室201。如在成膜中反應(yīng)氣體的一部分在從上部平板電極流出的部位電離，則在平行平板電極間產(chǎn)生等離子體。反應(yīng)氣體的一部分乃至全部與成膜有關(guān)，與成膜無關(guān)的殘留反應(yīng)氣體和作為成膜的化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果而產(chǎn)生的氣體構(gòu)成排氣氣體，通過在反應(yīng)容器202周邊的上部設(shè)置的排氣孔210而排出。排氣孔210的流導(dǎo)與平行平板電極間的流導(dǎo)相比足夠大，排氣孔210的流導(dǎo)最好是平行平板電極間的流導(dǎo)的100倍以上。再者平行平板電極間的流導(dǎo)與氣體擴(kuò)散板209的流導(dǎo)相比足夠大，平行平板電極間的流導(dǎo)值最好是氣體擴(kuò)散板209的流導(dǎo)的100倍以上。根據(jù)這種構(gòu)成，從470mm×560mm的大型上部平板電極的整個(gè)表面以大致均勻的壓力將反應(yīng)氣體導(dǎo)入到反應(yīng)室，同時(shí)將排氣氣體在所有方向上以相等的流量從反應(yīng)室排出。各種反應(yīng)氣體的流量在導(dǎo)入管道208前通過質(zhì)量流量控制器調(diào)整到預(yù)定值。此外，反應(yīng)室內(nèi)的壓力通過在排氣孔出口設(shè)置的導(dǎo)通閥211調(diào)整到所需值。在導(dǎo)通閥211的排氣側(cè)設(shè)置渦輪分子泵等真空排氣裝置。在本申請(qǐng)的發(fā)明中使用無油的干泵作為真空排氣裝置的一部分，使反應(yīng)室內(nèi)的本底真空度約為10-5torr。在圖2中，用箭頭示出氣體流動(dòng)的概略。反應(yīng)容器202和下部平板電極203處于接地電位，用絕緣環(huán)212將其與上部平板電極204保持電絕緣狀態(tài)。在產(chǎn)生等離子體時(shí)，從高頻振蕩源213輸出的例如13.56MHz的高頻波通過阻抗匹配電路214加到上部平板電極204上。
本發(fā)明中使用的PECVD裝置通過實(shí)現(xiàn)了如以上所述的非常精巧的電極間控制和均勻的氣體流動(dòng)，成為可適應(yīng)360mm×465mm的大型基板的薄膜形成裝置。但是，如遵循這種基本概念，可容易地適應(yīng)基板的進(jìn)一步的大型化，實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)能適應(yīng)550mm×650mm的更大型的基板的裝置。此外在本發(fā)明中使用通用性最高的頻率為13.56MHz的高頻，但也可利用其他的該高頻波的整數(shù)倍的高頻波。例如2倍的27.12MHz或3倍的40.68MHz、4倍的54.24MHz等也是有效的。再者可利用100MHz～1GHz的VHF波。如果頻率是從約10MHz的高頻波到約幾百M(fèi)Hz的VHF波，可在平行平板電極間產(chǎn)生等離子體。因而，通過更換本申請(qǐng)的發(fā)明中使用的PECVD裝置的高頻振蕩源213和阻抗匹配電路214，可容易地使用所需的頻率的高頻波產(chǎn)生等離子體。一般來說，由于在高頻波的等離子體中若頻率提高則等離子體的電子溫度上升，游離基的產(chǎn)生變得容易，故對(duì)于下述的本發(fā)明的薄膜形成方法特別有效。
(2-4、本發(fā)明的半導(dǎo)體膜及其在PECVD法中的淀積)以下說明根據(jù)本發(fā)明的薄膜半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體膜和用PECVD法形成該膜的方法。在基板表面的至少一部分上設(shè)置了本身是氧化硅膜等絕緣性物質(zhì)的基底保護(hù)膜后，在該基底保護(hù)膜上形成半導(dǎo)體膜，最終制造以該半導(dǎo)體膜為晶體管的有源層的薄膜半導(dǎo)體器件。
將基板安置在下部平板電極203的溫度保持在380℃的PECVD裝置內(nèi)。除了建立等離子體這一點(diǎn)之外，PECVD裝置處于與成膜過程相同的狀態(tài)。例如流過50SCCM的單硅烷，3000SCCM的氬，將反應(yīng)室內(nèi)的壓力保持在1.5Torr。平行平板電極間距離是24.4mm。使所安置的基板與這樣的系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)后的基板表面溫度是349℃。如從基板安裝到PECVD裝置內(nèi)后至達(dá)到平衡狀態(tài)為止的時(shí)間稱為平衡時(shí)間，在保持在室溫的基板的情況下，平衡時(shí)間最短需要5分～6分。該平衡時(shí)間當(dāng)然因基板的厚度、熱容量、熱傳導(dǎo)系數(shù)、安置前的基板溫度和導(dǎo)入到反應(yīng)室的氣體的種類及其流量、壓力等的不同是不同的?；宓暮穸热鐝谋旧暾?qǐng)的發(fā)明中使用的1.1mm減薄到例如0.7mm，平衡時(shí)間也與厚度成比例地縮短到3分～4分。如果基板安置到反應(yīng)室內(nèi)前預(yù)先進(jìn)行預(yù)備加熱，則平衡時(shí)間還可縮短。特別是，如預(yù)先在比處于平衡狀態(tài)的基板表面溫度高約10℃的溫度下進(jìn)行預(yù)備加熱，可使平衡時(shí)間降低到約1分。平衡時(shí)間的縮短，不用說意味著生產(chǎn)率的提高和制品價(jià)格的降低。此外，一般來說，如反應(yīng)室的壓力降低，則在平衡狀態(tài)下的基板表面溫度也降低。因而在基板安置后的最初幾十秒至幾分間，將比成膜時(shí)導(dǎo)入到反應(yīng)室的氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)高的氣體(氫或氦等)導(dǎo)入到反應(yīng)室，或?qū)⒎磻?yīng)室保持于比成膜時(shí)高的壓力，或?qū)烧呓M合起來，用比成膜時(shí)高的壓力導(dǎo)入比成膜時(shí)導(dǎo)入到反應(yīng)室的氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)高的氣體到反應(yīng)室，進(jìn)行基板的第一預(yù)備加熱之后，可再在其后的幾十秒至幾分間，除了建立等離子體之外將上述諸條件(導(dǎo)入氣體的種類、氣體流量、反應(yīng)室內(nèi)的壓力、平行平板電極間的距離、下部平板電極溫度)作成與成膜過程相同而進(jìn)行第二預(yù)備加熱之后，試驗(yàn)成膜也行。反應(yīng)室內(nèi)從第一預(yù)備加熱氣氛到完全換成第二預(yù)備加熱氣氛為止，需要化費(fèi)足夠的時(shí)間，故進(jìn)行該第二預(yù)備加熱是較為理想的。在第二預(yù)備加熱期間中的時(shí)刻t(min)的第一預(yù)備加熱氣氛的殘留氣體的成分比x，即使考慮排氣最慢的完全混合系統(tǒng)，如用V(cc)表示反應(yīng)室體積、用P(Torr)表示成膜時(shí)的壓力、用Q(sccm)表示成膜時(shí)的氣體流量，則可表達(dá)為下式。
t＝-(P/760)·(V/Q)·ln(x)如將x＝10-6定義為完全置換，則該式可改寫為下式。
t＝(P/760)·(V/Q)×13.82因而，如將第二預(yù)備加熱期間取得比用該式計(jì)算的時(shí)間長(zhǎng)，則反應(yīng)室內(nèi)被完全地置換為第二預(yù)備加熱氣氛。通過這樣做，在第一預(yù)備加熱時(shí)導(dǎo)入的氣體不會(huì)在半導(dǎo)體膜淀積時(shí)殘留下來，這樣在半導(dǎo)體膜淀積中可始終維持相同的氣氛。再者，用第二預(yù)備加熱使成膜中的基板溫度保持為一定。結(jié)果，用第二預(yù)備加熱使氣氛和溫度達(dá)到穩(wěn)定，這樣在膜厚方向上可做到淀積均勻的膜，而且可進(jìn)一步縮短平衡時(shí)間。
以這種方式達(dá)到平衡狀態(tài)后，在上部平板電極204上加高頻波產(chǎn)生等離子體，進(jìn)行半導(dǎo)體膜的成膜。高頻波的輸出例如是600W。硅膜的淀積條件的一例如下。
硅烷流量SiH4＝50SCCM
氬流量Ar＝3000SCCM(原料濃度1.64％)高頻波輸出RF＝600W(0.228W/cm2)壓力P＝1.5Torr電極間距離S＝24.4mm下部平板電極溫度Tsus＝380℃基板表面溫度Tsub＝349℃在這樣的條件下半導(dǎo)體膜的淀積速度為0.327nm/s，用熱脫附氣體譜(TDS)測(cè)定的硅膜中的氫濃度為9.10原子％。此外，如用透射型電子顯微鏡觀察，該硅膜含有非晶質(zhì)成分和結(jié)晶質(zhì)成分兩者，非晶質(zhì)成分主要形成為柱狀結(jié)構(gòu)。結(jié)晶成分以島狀分布在柱狀的非晶質(zhì)成分中。另一方面，在圖7中示出該硅膜的拉曼分光測(cè)定結(jié)果。在圖6的現(xiàn)有技術(shù)的硅膜中未觀察到的520cm-1附近可見到峰值。這是來自硅膜中含有的結(jié)晶成分的拉曼移動(dòng)。即本申請(qǐng)發(fā)明獲得的硅膜是非晶質(zhì)和結(jié)晶質(zhì)混合一起的混晶質(zhì)膜。圖4中示出用該硅膜的紅外吸收分光法測(cè)定的光譜。如果與現(xiàn)有的a-Si膜(圖5)比較，可看到2102cm-1附近(吸收峰位置在約從2098cm-1至2106cm-1之間出現(xiàn))的吸收峰和2084cm-1附近(吸收峰位置在約從2080cm-1至2088cm-1之間出現(xiàn))的吸收峰的兩者清晰地分離而存在，可以看到其內(nèi)2102cm-1附近的吸收峰強(qiáng)度比2000cm-1附近(吸收峰位置在約從1980cm-1至2020cm-1之間出現(xiàn))的吸收峰強(qiáng)度要強(qiáng)。2000cm-1附近的吸收峰是耦合到a-Si上的氫(Si-H)的伸展模式。迄今已認(rèn)定在2090cm-1附近出現(xiàn)以與(SiH2)或(SiH2)n的形態(tài)結(jié)合的氫的伸展模式(文獻(xiàn)M.H.Brodskey，M.Cardona and J.J.CuomoPhys.Rev.B16(1977)3556或G.Lucovskey，R.J.Nemanich and J.C.KnightsPhys.Rev.B19(1979)2064)。但是，在本系統(tǒng)的情況下，與2000cm-1附近的吸收峰相比，2102cm-1附近或2084cm-1附近的吸收峰強(qiáng)得多這一點(diǎn)或在半導(dǎo)體膜中結(jié)晶成分較多這一點(diǎn)，如改變成膜條件結(jié)晶成分的比例增加，在2000cm-1附近的吸收減弱的同時(shí)2102cm-1附近或2084cm-1附近的吸收增強(qiáng)這一點(diǎn)，在用TDS法一邊提高半導(dǎo)體樣品的溫度一邊測(cè)定脫附放出的氫量時(shí)，在通常的情況下來自在2000cm-1附近具有峰值的樣品的氫的脫附放出在樣品溫度約300℃時(shí)為最大，與此相反，在本系統(tǒng)中的氫的脫附放出在樣品溫度約370℃時(shí)為最大這一點(diǎn)等，從以上各點(diǎn)可知，在2102cm-1附近或2084cm-1附近的出現(xiàn)的兩個(gè)吸收峰是本系統(tǒng)特有的，一般認(rèn)為是由于與非晶質(zhì)成分和結(jié)晶成分混在一起的膜中的結(jié)晶成分結(jié)合的氫的振動(dòng)有關(guān)而產(chǎn)生的。再有，在以氫用來作稀釋氣體，用PECVD法成膜的現(xiàn)有技術(shù)的微結(jié)晶(氫系統(tǒng)的微晶硅)中，由于在2102cm-1附近和2084cm-1附近不出現(xiàn)清晰地分離了的兩個(gè)吸收峰，故可以說這兩個(gè)吸收峰是氬系統(tǒng)的特征。換言之，紅外吸收譜的2102cm-1附近和2084cm-1附近的吸收峰是使用氬作為稀釋氣體對(duì)混晶質(zhì)膜進(jìn)行成膜時(shí)最容易出現(xiàn)的。結(jié)果，將含有半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素的硅的化學(xué)物質(zhì)的硅烷作為原料氣體，再者使用氬作為附加氣體用PECVD法淀積的硅膜是非晶質(zhì)成分主要采取柱狀結(jié)構(gòu)的混晶質(zhì)。再有，在該半導(dǎo)體膜中，大致含有從1％至10％的氫與非晶質(zhì)硅或結(jié)晶質(zhì)硅結(jié)合在一起，這些紅外峰是在2102cm-1附近和2084cm-1附近觀察到那樣的峰。此外，由于在本系統(tǒng)中得到的半導(dǎo)體膜在其成膜時(shí)不使用氟化硅烷(SiF4)等的鹵化物，故完全沒有進(jìn)入半導(dǎo)體膜中的鹵族元素，可形成純度非常高的膜。以下為了簡(jiǎn)單起見，將該半導(dǎo)體膜簡(jiǎn)稱為(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)膜。
這樣得到的本發(fā)明的(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)膜，在不進(jìn)行特別的結(jié)晶化工序的情況下，可直接用as-depodited膜作為薄膜半導(dǎo)體器件的有源層(即源區(qū)或漏區(qū)、溝道區(qū)、或發(fā)射區(qū)或收集區(qū)、基區(qū))來利用。由于本申請(qǐng)的發(fā)明的半導(dǎo)體膜如以上所述，是高純度的，在非晶質(zhì)中含有很多的結(jié)晶質(zhì)，而且大致10％以下的氫成為非晶質(zhì)或結(jié)晶質(zhì)中的缺陷或懸掛鍵的終端，故在使用該半導(dǎo)體膜制成薄膜半導(dǎo)體器件時(shí)，顯示出遷移率為約2cm2·V-1·s-1以上的良好的電特性。再者，本申請(qǐng)的發(fā)明的半導(dǎo)體膜反映該良好的膜質(zhì)量，用前面(1、本申請(qǐng)的發(fā)明的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的概略)所述的方法可制成MOS型TFT。即，即使不進(jìn)行特別的結(jié)晶化工序，離子注入法和在其后的約350℃的低溫活性化變?yōu)榭赡埽谝徽碌闹圃旆椒苓m用。如按照該制造方法，由于工序最高溫度是約350℃，可在普通的大型玻璃等的耐熱性低的基板上簡(jiǎn)單地制成自對(duì)準(zhǔn)型薄膜半導(dǎo)體器件。本申請(qǐng)的發(fā)明的薄膜半導(dǎo)體器件柵電極和源區(qū)、或漏區(qū)的重疊很小，與此相應(yīng)柵·源間或柵·漏間的寄生電容很小。因此，如用本申請(qǐng)的發(fā)明的薄膜半導(dǎo)體器件構(gòu)成電路，則該電路的工作速度很快，或如用于AMLCD的開關(guān)元件，則由于將元件作成微細(xì)化的元件，故可減少維持電容，可制成具有高的圖象質(zhì)量和高的開口率的顯示性能的液晶顯示裝置。
在用PECVD法淀積這種優(yōu)質(zhì)的半導(dǎo)體膜時(shí)的重要的參數(shù)是下述的五個(gè)附加氣體的種類、及其氣體流量比(原料氣體(單硅烷等)相對(duì)于總的氣體(附加氣體(氬等)和原料氣體的和)的濃度)、壓力、電極間距離、基板表面溫度。以下詳細(xì)地?cái)⑹鲞@些參數(shù)。
本申請(qǐng)的發(fā)明的特征之一在于用通用性高的PECVD法將剛淀積后的膜(As-deposited膜)作成結(jié)晶性比較高的混晶質(zhì)。一般來說，用PECVD法將As-deposited膜作成結(jié)晶性比較高的混晶質(zhì)是非常困難的。這是因?yàn)榛鍦囟炔坏?00℃，硅烷等的原料物質(zhì)的生長(zhǎng)膜表面處的遷移率減少，原料物質(zhì)的非晶質(zhì)狀態(tài)向結(jié)晶狀態(tài)轉(zhuǎn)變的選擇性遭到損失。因此，迄今在成膜中實(shí)施導(dǎo)入氟化硅烷等的處理，但同時(shí)這也成為使半導(dǎo)體膜的純度下降的原因。本申請(qǐng)的發(fā)明中通過導(dǎo)入大量的氬(Ar)等的附加氣體，依靠這些附加氣體對(duì)原料物質(zhì)的稀釋來解決在PECVD法中存在的這種缺點(diǎn)。為了在As-deposited狀態(tài)下形成結(jié)晶性高的混晶質(zhì)膜，不形成原料物質(zhì)的游離基或離子，而是形成氬(Ar)的游離基和離子，有必要用這些游離基和離子將能量運(yùn)到基板表面。由于原料氣體的游離基和離子引起氣相反應(yīng)，或在原料物質(zhì)到達(dá)基板表面的瞬間發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生選擇性的喪失，妨礙了半導(dǎo)體膜表面的結(jié)晶生長(zhǎng)。因此必須盡可能避免在等離子體中生成這樣的游離基或離子。如原料物質(zhì)以非活性狀態(tài)運(yùn)到生長(zhǎng)膜表面并在那里后吸附依靠稀釋氣體等供給反應(yīng)用的能量，則在As-deposited狀態(tài)下形成結(jié)晶性高的混晶質(zhì)膜。由此可見，要求原料氣體的稀釋，再者有必要選擇促進(jìn)原料物質(zhì)在基板表面反應(yīng)的氣體作為稀釋物質(zhì)。氬不用說是由單原子構(gòu)成的，因此電離電位的光譜非常單純。氬的一價(jià)電離電位是15.759eV，二價(jià)電離電位是27.629eV，三價(jià)電離電位是40.74eV。因而，在氬中稀釋少量的原料物質(zhì)建立等離子體時(shí)，電離的氬由一價(jià)離子和二價(jià)離子兩者占支配地位，由于電離能量較低，可有效地產(chǎn)生氬的游離基或離子。與此相反，在迄今作為稀釋氣體廣泛地使用的氫中，氫分子的電離電位在從15eV至18eV之間存在十幾個(gè)不同的電離電位。因此，與氬形成一個(gè)或兩個(gè)能量一致的等離子狀態(tài)相反(以光為例，是激光)，氫等的分子氣體形成多個(gè)能量混在一起的等離子狀態(tài)(以光為例，是白光)。與白色光相比激光能有效地輸送能量，其結(jié)果是如用電離能量低的氬稀釋原料氣體，能更有效地將能量運(yùn)送到基板表面。在半導(dǎo)體膜淀積時(shí)的稀釋物質(zhì)，除了氬之外，當(dāng)然還可以是氦(He)或氖(Ne)、氪(Kr)、氙(Xe)等所謂的稀有氣體元素。這是因?yàn)檫@些氣體也具有單純的電離電位譜。
與氫等相比，氬除了稀有氣體元素的優(yōu)良的能量輸送性之外，還具有刻蝕性。因此在非晶質(zhì)成分內(nèi)具有2個(gè)乃至3個(gè)非結(jié)合對(duì)(懸掛鍵)的不穩(wěn)定的半導(dǎo)體原子在成膜中用氬進(jìn)行刻蝕的概率變高，同樣，與結(jié)晶成分相比，非晶質(zhì)成分的刻蝕概率變高。其結(jié)果是，將氬作為稀釋氣體淀積的半導(dǎo)體膜與將氫或氦等其他的氣體作為稀釋氣體使用的半導(dǎo)體膜相比，具有懸掛鍵的數(shù)目減少，結(jié)晶化率(對(duì)于結(jié)晶成分的整體的比例)更加提高的趨勢(shì)。此外，由于以同樣的原理在成膜中不穩(wěn)定的原子依靠氬有選擇地除去，則淀積膜由比較穩(wěn)定的原子群構(gòu)成。這就意味著即使氬系統(tǒng)的半導(dǎo)體膜在短時(shí)間內(nèi)接受到大的能量供給，也難以產(chǎn)生來自半導(dǎo)體膜的原子濺射。換言之，可以說氬系統(tǒng)的半導(dǎo)體膜與氫系統(tǒng)等其他半導(dǎo)體膜相比在激光照射或快速熱處理等的結(jié)晶化時(shí)難以受到損傷，更適合于結(jié)晶化。此外，如前面有關(guān)TDS測(cè)定所述的那樣，與本申請(qǐng)的發(fā)明的氬系統(tǒng)的半導(dǎo)體膜結(jié)合的氫和與通常的半導(dǎo)體膜結(jié)合的氫相比，其脫離所要的活化能較大，要在更高的溫度下開始分離。這意味著在結(jié)晶化時(shí)，氬系統(tǒng)的半導(dǎo)體膜即使在短時(shí)間內(nèi)受到大量的能量供給(半導(dǎo)體膜的溫度上升速度是從約10℃/秒至1011℃/秒)，氫的放出比較緩慢地進(jìn)行，因此不會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶化時(shí)的膜損傷。與此相反，在使用氫或氦所謂的輕元素作為稀釋氣體時(shí)，在淀積膜中硅原子具有的4條鍵對(duì)內(nèi)3條變?yōu)閼覓戽I，只有剩下的1條與其他的硅原子結(jié)合的所謂不穩(wěn)定原子。在這樣的半導(dǎo)體膜中即使供給很小的能量，不穩(wěn)定原子的鍵被切斷，容易發(fā)生半導(dǎo)體原子的濺射或作為其宏觀現(xiàn)象而產(chǎn)生的膜損傷。此外，由于氫脫附活化能較低，即使半導(dǎo)體膜只受到較緩和的溫度上升(例如約10℃/分)，氫就爆發(fā)性地放出，由此產(chǎn)生膜剝離或損傷，妨礙結(jié)晶化。由此得出的結(jié)論是作為本申請(qǐng)的發(fā)明的稀釋氣體，最適合的是氬，其次是氦等稀有氣體。
氣體流量比中原料氣體濃度(原料氣體/(原料氣體+附加氣體))在約6.25％以下是必須條件。除了基板溫度以外的其他兩個(gè)參數(shù)中也存在必須條件，只有三個(gè)參數(shù)同時(shí)滿足必須條件時(shí)，才淀積本申請(qǐng)的發(fā)明的(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)膜。即使在其他兩個(gè)參數(shù)接近必須條件值時(shí)(仿佛要破壞必須條件時(shí))，只有在原料氣體濃度在約3.23％以下時(shí)才能可靠地形成(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)膜。由于如果濃度太低，則淀積速度緩慢，故不能忽視存在于本底真空度殘余氣體成分的氧或水、二氧化碳等雜質(zhì)氣體的影響，半導(dǎo)體膜的質(zhì)量變壞。如果濃度大致在0.36％以上，則不存在這種雜質(zhì)的影響，可得到優(yōu)質(zhì)的半導(dǎo)體膜。壓力的必須條件是1.0Torr以上。即使在其他兩個(gè)參數(shù)接近必須條件值時(shí)(仿佛要破壞必須條件時(shí))，只有在壓力約1.6Torr以上時(shí)才能可靠地形成(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)膜。假如壓力太高，則等離子體不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生異常放電。在本申請(qǐng)的發(fā)明的氣體流量比中，為了穩(wěn)定地建立均勻的等離子體，壓力最好在2.7Torr以下。電極間距離的必須條件是約17.8mm以上。即使在其他兩個(gè)參數(shù)接近必須條件值時(shí)(仿佛要破壞必須條件時(shí))，只有在電極間距離是約25.4mm以上時(shí)才能可靠地形成(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)膜。電極間距離過寬，等離子體仍然會(huì)變得不穩(wěn)定，從而產(chǎn)生異常放電。本申請(qǐng)的發(fā)明中，為了穩(wěn)定地建立均勻的等離子體，電極間距離要在約45.7mm以下。對(duì)于基板表面溫度，雖然不存在必須條件，但在約200℃以上時(shí)比較容易得到混晶質(zhì)膜，如果從使用廉價(jià)的大型基板而不發(fā)生問題的觀點(diǎn)出發(fā)，希望基板表面溫度取約400℃以下。為了對(duì)(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)膜進(jìn)行成膜，如以上所述，原料氣體濃度低些好，此外壓力高些好，再者電極間距離最好較寬。因此，如果氣體濃度降低，或壓力提高，或電極間距離加寬，則關(guān)于As-deposited膜的膜質(zhì)量方面，結(jié)晶化率進(jìn)一步變高，氫含量進(jìn)一步減少，2102cm-1附近的峰和2084cm-1附近的峰進(jìn)一步增強(qiáng)，如下面所述，通過激光照射或快速熱處理等，結(jié)晶化更容易進(jìn)行。關(guān)于氫的含量，例如使用(2-3)章中說明了的PECVD裝置，單硅烷流量取100sccm，氬流量取7000sccm，(單硅烷濃度1.41％)，高頻輸出取600W，(功率密度0.228W/cm2)，壓力取2.25Torr，電極間距離取35.56mm，下部平板電極溫度取380℃，淀積速度為0.1703nm/s時(shí)，用TDS測(cè)定，為約1.83原子％，可與用LPCVD法形成的非晶質(zhì)半導(dǎo)體膜一樣地降低。
如剛才所說明的那樣，在本系統(tǒng)中，促進(jìn)基板表面成膜反應(yīng)的能量是通過稀釋氣體的離子或游離基輸送的。但這些離子或游離基的壽命隨壓力或電極間距離顯示出呈指數(shù)函數(shù)方式地減少。這是因?yàn)?，壓力越高，或距離越長(zhǎng)，離子或游離基的碰撞幾率越增加。結(jié)果，成膜速度DR(nm/s)如下式所示。
DR＝d0exp{-(αS+βP)}這里，d0稱為指數(shù)前系數(shù)(Pre-exponential factor)(nm/s)，這是根據(jù)氣體流量或裝置形狀、高頻功率密度、基板溫度等而定的系數(shù)。該系數(shù)與硅烷等原料氣體流量有很強(qiáng)的正相關(guān)性。即，如原料氣體流量變大，則d0相應(yīng)地增大。S表示電極間距離(mm)，P是壓力(Torr)。順便指出，如使用(2-3)章中說明的PECVD裝置，單硅烷流量設(shè)為100sccm，氬流量設(shè)為7000sccm，高頻輸出設(shè)為600W，下部平板電極溫度設(shè)為380℃時(shí)，d0和α、β的值分別如下述。
d0＝8.70(nm/s)α＝0.0522(mm-1)β＝0.9258(Torr-1)本申請(qǐng)的發(fā)明的(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)膜是在用PECVD法、成膜速度對(duì)壓力與電極間距離的關(guān)系滿足上述指數(shù)函數(shù)關(guān)系式時(shí)形成的。
成膜速度的這種關(guān)系意味著，如果使原料氣體濃度與壓力、電極間距離所謂(Ar系統(tǒng))半導(dǎo)體膜中重要的三個(gè)參數(shù)保持在較為理想的方向，成膜速度低下。例如，即使在如下成膜條件下硅烷流量SiH4＝25SCCM氬流量Ar＝7000SCCM(原料濃度0.36％)壓力P＝2.7Torr電極間距離S＝45.7mm高頻波輸出RF＝600W(0.228W/cm2)下部平板電極溫度Tsus＝380℃基板表面溫度Tsub＝349℃經(jīng)30分鐘的淀積，淀積膜厚也只有約3nm(淀積速度DR＝0.0017nm/s)。如以下所述，因?yàn)樵诒∧ぐ雽?dǎo)體器件中，半導(dǎo)體膜厚一般約為從幾十nm至幾百nm，故從制造方面的觀點(diǎn)來看，該成膜速度太慢，可以說是不大實(shí)用的。另外，如(2-2)中所述，在本底真空度對(duì)成膜壓力的比或氣體中的雜質(zhì)的比例為從約10-5至10-6的系統(tǒng)中，希望成膜速度在約0.15nm/s以上。這是因?yàn)?，在這種量級(jí)的本底真空度或氣體純度的情況下，通過大于該成膜速度來消除進(jìn)入半導(dǎo)體膜中的氧或水、一氧化碳、二氧化碳等雜質(zhì)氣體的不良影響。如用小于約0.15nm/s的成膜速度來淀積膜，則膜變成密度低、含有大量空隙的低品質(zhì)的膜，另外半導(dǎo)體膜的純度也變壞了。因而，在滿足上述諸條件的同時(shí)，使淀積速度大于0.15nm/s來淀積高純度、高質(zhì)量(Ar系統(tǒng))的混晶質(zhì)膜是較為理想的。為什么將0.15nm/s的值定為閾值雖然尚未明確，但如果將剛才的壓力比或雜質(zhì)的比例變?yōu)閺?0-6至10-7量級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)高真空化和高純度化，則該成膜速度的下限降低到0.015nm/s以上是可能的。
如以上所述，假若著眼于制造上的實(shí)用性，所希望的成膜速度的下限是0.3nm/s量級(jí)。通過增加反應(yīng)室中的抽速，來達(dá)到同時(shí)滿足對(duì)于上述的各條件和成膜速度的限制。一般認(rèn)為，在氣體流量Q和反應(yīng)室內(nèi)壓力P、及反應(yīng)室中的抽速Sp之間存在下述關(guān)系P＝Q/Sp…(1)在上述的例子中，由于總的氣體流量Q＝7025SCCM，壓力P＝2.7Torr，反應(yīng)室中的抽速Sp＝Q/P＝2.60 SCCM/mTorr。(1SCCM/mTorr＝12.67 l/s)。如果該抽速Sp一增加，則，在保持壓力P為一定的情況下，可以增加氣體流量Q。由于成膜速度具有與原料氣體流量很強(qiáng)的正相關(guān)，故當(dāng)然可通過氣體流量Q來調(diào)整成膜速度。例如，如將抽速設(shè)為Sp＝26.0SCCM/mTorr，是剛才的例子的10倍，則可將硅烷流量設(shè)為SiH4＝250SCCM，氬流量設(shè)為Ar＝70000SCCM，也是氣體流量的10倍，結(jié)果，在將原料濃度或壓力等成膜條件保持與剛才的例子相同的情況下，可將成膜速度增大約10倍(0.017nm/s)。如增大反應(yīng)室中的抽速Sp，則本底真空度也更加趨于高真空化，也減少了雜質(zhì)氣體進(jìn)入半導(dǎo)體膜中的量。在本例子中，Sp＝2.60SCCM/mTorr，但為了以實(shí)際的成膜速度(0.3nm/s)形成高純度的、結(jié)晶性高的、密度大的(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)膜，希望反應(yīng)室中的抽速Sp在10SCCM/mTorr以上。
(2-5、TFT型薄膜半導(dǎo)體器件的溝道膜厚與晶體管特性)以下敘述在TFT型薄膜半導(dǎo)體器件中形成溝道的有源層半導(dǎo)體膜的厚度(在本申請(qǐng)中將其簡(jiǎn)稱為溝道膜厚)與晶體管特性的關(guān)系。一般在薄膜半導(dǎo)體器件中，成為溝道的半導(dǎo)體膜的最佳膜厚與其形成方法有很強(qiáng)的依賴關(guān)系。這是因?yàn)榘雽?dǎo)體膜的膜質(zhì)量隨其膜厚有很大的變化。例如，如SOS(藍(lán)寶石上的硅)或SOI(絕緣體上的硅)那樣，原則上半導(dǎo)體膜質(zhì)量與其膜厚無關(guān)的系統(tǒng)，則半導(dǎo)體膜越薄，晶體管的特性越好。(這里將該原理稱為基于工作理論的薄膜效應(yīng)。)這是因?yàn)樵诒〉陌雽?dǎo)體膜中，耗盡層迅速地?cái)U(kuò)展到整個(gè)半導(dǎo)體膜厚，在半導(dǎo)體膜表面馬上形成反型層(閾值電壓Vth變小)。另一方面，在以多結(jié)晶膜等的非單結(jié)晶膜作為溝道使用的薄膜半導(dǎo)體器件中，一般半導(dǎo)體膜的質(zhì)量隨膜厚的變化有很大的差異，因此上述機(jī)理變得更復(fù)雜。通常在多結(jié)晶膜中，膜越薄，其膜質(zhì)量越差。具體來說，如將厚膜與薄膜相比，在薄膜的情況下構(gòu)成薄膜的結(jié)晶粒(grain)的尺寸變小，同時(shí)結(jié)晶內(nèi)的缺陷或結(jié)晶粒界的陷阱數(shù)目也增加。如結(jié)晶粒的尺寸變小，則使用該結(jié)晶粒的薄膜半導(dǎo)體器件的遷移率變小。再者，結(jié)晶內(nèi)的缺陷或結(jié)晶粒界的陷阱數(shù)目的增加使耗盡層的擴(kuò)展變緩，實(shí)質(zhì)上增大了閾值電壓Vth。(這里將該原理稱為薄膜劣化?！辰Y(jié)果，基于剛才的工作理論的薄膜效應(yīng)與薄膜劣化當(dāng)然處于競(jìng)爭(zhēng)過程中。即使膜變薄而膜質(zhì)量不怎么變化的話(如薄膜劣化較小)，基于工作理論的薄膜效應(yīng)起作用，膜越薄，晶體管特性越好。相反，如膜變得很薄而膜質(zhì)量變壞(如薄膜劣化變大)，基于工作理論的薄膜效應(yīng)不起作用，則膜越薄，特性越壞。即，根據(jù)膜質(zhì)量與膜厚的依賴關(guān)系的大小，在膜變薄時(shí)晶體管特性或變好或變壞。這種膜質(zhì)量對(duì)于膜厚的依賴關(guān)系根據(jù)膜的形成方法的不同而不同，此外根據(jù)膜厚的不同而不同。因而，半導(dǎo)體膜的最佳膜厚由于薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的不同而完全不同，必須根據(jù)各自的制造方法來求出其最佳值。
(2-6、As-deposited混晶質(zhì)半導(dǎo)體膜的最佳膜厚)以下論述有關(guān)在(2-4)章中敘述的在As-deposited狀態(tài)下將(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)膜作為薄膜半導(dǎo)體器件的有源層半導(dǎo)體膜時(shí)的最佳膜厚。在膜厚從0至約40nm時(shí)，其膜質(zhì)量與普通的結(jié)晶化膜比較的話非常差。小的結(jié)晶粒以島狀處于散布在非晶質(zhì)的海中的狀態(tài)，結(jié)晶化度非常低，而且缺陷也非常多。因而，最小膜厚約為40nm。如膜厚為約60nm以上，在非晶質(zhì)中結(jié)晶成分開始產(chǎn)生，結(jié)晶成分對(duì)于非晶質(zhì)的比例隨膜厚的增加而增大。即，膜越厚，結(jié)晶性越改善。如膜厚在300nm以上，膜以大致相同的結(jié)晶狀態(tài)生長(zhǎng)。根據(jù)這種膜質(zhì)量對(duì)于膜厚的變化，晶體管特性對(duì)于膜厚的依賴關(guān)系也變化。由于在約300nm以上膜質(zhì)量幾乎不變化(由于幾乎沒有薄膜劣化)，基于工作理論的薄膜效應(yīng)起支配作用，膜越薄，晶體管特性越好。在膜厚從300nm至約200nm時(shí)，薄膜劣化開始起作用，但基于工作理論的薄膜效應(yīng)依然占支配地位，雖然與膜厚大于300nm的情況相比其趨勢(shì)變緩，但仍是膜越薄晶體管特性越好。在膜厚從約200nm至約60nm之間，薄膜劣化與基于工作理論的薄膜效應(yīng)相對(duì)抗，導(dǎo)通(on)狀態(tài)的晶體管特性取最大值。在膜厚不到60nm時(shí)，薄膜劣化戰(zhàn)勝基于工作理論的薄膜效應(yīng)，膜越薄，晶體管特性越壞。即，在本申請(qǐng)的發(fā)明的情況下，半導(dǎo)體膜的膜厚在約60nm至200nm之間時(shí)，晶體管特性最好，在約80nm至150nm之間更為理想。迄今敘述了導(dǎo)通狀態(tài)的特性作為晶體管特性，但關(guān)斷(off)狀態(tài)的漏泄電流也根據(jù)膜厚不同而不同。還沒有很好地了解薄膜半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通-關(guān)斷原理。在本申請(qǐng)的發(fā)明中，雖然原理還不清楚，但膜厚在130nm以上時(shí)，膜厚與關(guān)斷漏泄電流有強(qiáng)的正相關(guān)性，膜越厚，關(guān)斷漏泄電流越大。膜厚在130nm以下時(shí)，上述相關(guān)性減弱，關(guān)斷漏泄電流與膜厚無關(guān)。即，在膜厚從0至130nm之間，關(guān)斷漏泄電流為最小值，大致為一定。因此，導(dǎo)通狀態(tài)的晶體管特性為最佳和關(guān)斷漏泄電流為最小的膜厚是從約50nm至約130nm，更理想的膜厚范圍是從約80nm至約130nm。在將本發(fā)明的薄膜半導(dǎo)體器件用于LCD時(shí)，認(rèn)為有必要考慮光漏泄電流的影響。一般來說，薄膜半導(dǎo)體器件隨光照射其關(guān)斷漏泄電流增大。將其稱為光漏泄電流，光漏泄電流足夠小是良好的薄膜半導(dǎo)體器件的條件。在本申請(qǐng)的發(fā)明的薄膜半導(dǎo)體器件中，光漏泄電流大體與膜厚成比例。為了兼顧穩(wěn)定的制造和光漏泄電流，半導(dǎo)體膜厚最好是從約20nm至約100nm。如同時(shí)考慮關(guān)斷漏泄電流或光漏泄電流，及導(dǎo)通電流，滿足全部條件的系統(tǒng)是從約60nm至約130nm，理想的是從約80nm至約100nm。此外，如本發(fā)明那樣在350℃以下的低溫下進(jìn)行源·漏區(qū)的注入離子的活性化，通常是困難的。因此，為了穩(wěn)定地進(jìn)行活性化，必須對(duì)半導(dǎo)體膜厚設(shè)定下限。在本申請(qǐng)的發(fā)明中，該值約為70nm。此外，在采用LDD結(jié)構(gòu)時(shí)，由于LDD區(qū)的活性化是困難的，故希望膜厚在約90nm以上。
(2-7、本申請(qǐng)的發(fā)明的半導(dǎo)體膜的結(jié)晶化和熔融結(jié)晶化)已判明，在(2-4)中敘述了的本申請(qǐng)發(fā)明的半導(dǎo)體膜中如進(jìn)行激光照射等的結(jié)晶化，即使在結(jié)晶化工序之前不進(jìn)行熱處理，也由熔融結(jié)晶化法或SPC法實(shí)現(xiàn)結(jié)晶化。用圖8說明該情況。圖8中示出(2-4)中詳細(xì)敘述了的(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)as-deposited膜的用激光照射產(chǎn)生的結(jié)晶性的變化。即，在(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)中，用下述條件形成50nm的膜厚，硅烷流量SiH4＝50SCCM氬流量Ar＝3000SCCM(原料濃度1.34％)高頻波輸出RF＝600W(0.228W/cm2)壓力P＝1.5Torr電極間距離S＝24.4mm下部平板電極溫度Tsus＝380℃基板表面溫度Tsub＝349℃對(duì)該膜不進(jìn)行任何熱處理(用as-deposited膜)，直接照射波長(zhǎng)308nm的XeCl受激準(zhǔn)分子激光，研究其結(jié)晶性的變化。受激準(zhǔn)分子激光的半寬度約為45ns，用大致1cm×1cm的四角形以各個(gè)能量只照射一次。圖8的橫軸是在各次照射中基板面上的能量密度，縱軸示出這樣的激光照射后半導(dǎo)體膜的結(jié)晶化率。結(jié)晶化率由多波長(zhǎng)分散型橢圓儀測(cè)定。此外，圖中的黑圈示出由于激光照射的結(jié)果半導(dǎo)體膜受到損傷的情況，在圖1中相當(dāng)于D。在橢圓儀的測(cè)定中，如果結(jié)晶化率一超過70％，則可以說是多結(jié)晶狀態(tài)，故可知在激光能量密度為約100mJ·cm-2至約150mJ·cm-2之間時(shí)可得到良好的結(jié)晶化。在圖8中，能量密度為150mJ·cm-2時(shí)，結(jié)晶化率達(dá)到最大，為92％，可得到高質(zhì)量的結(jié)晶性半導(dǎo)體膜。如本例所示，如使用本申請(qǐng)的發(fā)明的(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)半導(dǎo)體膜，則即使完全不進(jìn)行迄今進(jìn)行的氫放出的熱處理，也可通過單純的激光照射，容易地制造具有高的結(jié)晶化率的高質(zhì)量多結(jié)晶半導(dǎo)體膜。
用這樣的制造方法得到poly-Si膜后，遵循(1.本申請(qǐng)的發(fā)明的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的概要)中敘述的制造方法采用低溫工藝可以制造poly-Si TFT。這樣就簡(jiǎn)單地制成反映了熔融結(jié)晶化膜具有的高的結(jié)晶性、遷移率約為100cm2·V-1·s-1的高性能薄膜半導(dǎo)體器件。
在(2-4)章中敘述了的本申請(qǐng)的發(fā)明的半導(dǎo)體膜在用拉曼分光測(cè)定等好容易才看到結(jié)晶結(jié)構(gòu)的存在，難以說是多結(jié)晶。此外，在密度也與現(xiàn)有的PECVD法中成膜的非晶質(zhì)硅一樣低，氫原子也多時(shí)，含有約低于20％的硅原子。這樣的膜為什么能實(shí)現(xiàn)良好的熔融結(jié)晶化的詳細(xì)原因尚不清楚，但一般認(rèn)為可能是因?yàn)榕c微結(jié)晶相比非晶質(zhì)區(qū)容易熔融，浮在熔融的硅液中的微結(jié)晶起到抑制熔融硅液的蒸發(fā)或飛濺的糊劑的作用，而在冷卻固化過程中起到結(jié)晶生長(zhǎng)核的作用之故。因此，使(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)半導(dǎo)體膜熔融結(jié)晶化的激光能量密度與以往相比也降低約50mJ·cm-2。這意味著使用相同的激光照射裝置用相同的激光輸出進(jìn)行半導(dǎo)體膜的熔融結(jié)晶化時(shí)，與現(xiàn)有的非晶質(zhì)膜相比本申請(qǐng)的(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)膜用一次激光照射使更寬的面積區(qū)域?qū)崿F(xiàn)結(jié)晶化。即，(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)膜減輕激光照射裝置的負(fù)擔(dān)，可提高生產(chǎn)性。
如(2-4)章詳細(xì)敘述的，在特殊的成膜條件下，即使用普通的PECVD法可在as-deposited的狀態(tài)下得到結(jié)晶性高的混晶質(zhì)膜。但是，這種膜不是象結(jié)晶化了的膜那樣的膜質(zhì)量?jī)?yōu)良的膜。另一方面，通常用PECVD法得到的膜只要不進(jìn)行氫放出或致密化的熱處理，使其結(jié)晶化是困難的。與此相反，結(jié)晶性高的(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)半導(dǎo)體膜可以非常容易由RTA法或VST-SPC實(shí)現(xiàn)結(jié)晶化，或由激光照射等實(shí)現(xiàn)熔融結(jié)晶化。一般認(rèn)為這是因?yàn)樵谝呀?jīng)as-deposited的狀態(tài)下大多數(shù)已結(jié)晶化，剩下的非晶質(zhì)成分較少，故即使在小的能量供給下，也可進(jìn)行剩下的非晶質(zhì)的結(jié)晶化。此外，在用高的能量進(jìn)行熔融結(jié)晶化時(shí)，由于多結(jié)晶成分也起到防止半導(dǎo)體原子的蒸發(fā)或飛濺的糊劑的作用，故可在不產(chǎn)生半導(dǎo)體膜損傷或表面變粗糙、消失的情況下進(jìn)行結(jié)晶化。結(jié)果，可以說與其將本申請(qǐng)發(fā)明的混晶質(zhì)半導(dǎo)體膜在as-deposited的狀態(tài)下作為薄膜半導(dǎo)體器件的有源層，還不如將其作為利用熔融結(jié)晶化制造工序最高溫度為約350℃以下的低溫poly-Si TFT時(shí)的最初的半導(dǎo)體膜更適用。即，在絕緣物質(zhì)上用PECVD法等形成本申請(qǐng)發(fā)明的結(jié)晶性高的混晶質(zhì)半導(dǎo)體膜，其次用RTA法或VST-SPC法等固相結(jié)晶化法或激光照射等熔融結(jié)晶化法使該膜結(jié)晶化，通過使其后的工序在約350℃以下進(jìn)行可容易地制造高性能的薄膜半導(dǎo)體器件。
如用PECVD法，并使氬等惰性氣體與單硅烷等含有半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素的化學(xué)物質(zhì)的單硅烷的流量比為約15∶1以下(單硅烷濃度6.25％以下)，則可得到本申請(qǐng)的發(fā)明的(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)半導(dǎo)體膜。一般來說，如用氫將單硅烷稀釋到3％，則仍用PECVD法形成混晶質(zhì)硅膜。但如根據(jù)申請(qǐng)人的實(shí)驗(yàn)，在氫-單硅烷系統(tǒng)的混晶質(zhì)膜中，進(jìn)行沒有熱處理的熔融結(jié)晶化是相當(dāng)困難的。偶爾在沒有熱處理的情況下也可進(jìn)行結(jié)晶化，但其重現(xiàn)性很差，而且能很好地進(jìn)行熔融結(jié)晶化的激光能量范圍充其量限定為約10mJ·cm-2以下。此外，即使進(jìn)行了結(jié)晶化，但產(chǎn)生微小的硅粉，晶體管特性的偏差增大，缺陷密度增大，完全不能實(shí)用。微小的硅粉的產(chǎn)生如(2-4)章中已說明的那樣，最終是起因于稀釋氣體即氫的非刻蝕性。與此相反，在氬-單硅烷系統(tǒng)的混晶質(zhì)硅膜中，通過調(diào)整半導(dǎo)體膜的膜厚或成膜條件，在激光能量從約50mJ·cm-2至約350mJ·cm-2很寬的能量范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)良好的結(jié)晶化。(當(dāng)然在(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)膜中在結(jié)晶化后不產(chǎn)生微小粉末。)其原因根據(jù)到現(xiàn)在為止的論述可歸納如下。
(1)由于是混晶質(zhì)，故即使供給能量較低，也可進(jìn)行結(jié)晶化。
(2)結(jié)晶成分起到抑制硅熔液的蒸發(fā)或飛濺的糊劑作用。
(3)依靠Ar的刻蝕性，as-deposited膜中作為濺射或微小粉末產(chǎn)生原因的不穩(wěn)定元素的含有量減少。
(4)混晶質(zhì)膜中的氫含有量減少。
(5)Ar系統(tǒng)混晶質(zhì)膜中的氫只留下強(qiáng)鍵的。因此，膜中的氫在溫度較高時(shí)緩慢地放出。因而，即使將預(yù)定的能量供給半導(dǎo)體膜，也不會(huì)產(chǎn)生氫系統(tǒng)硅膜中爆發(fā)性氫放出現(xiàn)象。
將氫系統(tǒng)混晶質(zhì)半導(dǎo)體膜作為用低溫工藝制成結(jié)晶性薄膜半導(dǎo)體器件時(shí)的最初的半導(dǎo)體膜也不是不適合，但從上述的論述可得出結(jié)論，在(2-4)中詳細(xì)敘述的本申請(qǐng)的發(fā)明的(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)半導(dǎo)體膜更為適合。
其次對(duì)本申請(qǐng)的發(fā)明的半導(dǎo)體膜進(jìn)行退火處理使之結(jié)晶化的方法進(jìn)行說明。在本申請(qǐng)的發(fā)明中，特別有用的退火處理是照射激光或高能光，進(jìn)行半導(dǎo)體膜的熔融結(jié)晶化或VST-SPC的方法。在這里，以氯化氙(XeCl)的受激準(zhǔn)分子激光(波長(zhǎng)308nm)為例敘述激光照射方法。激光脈沖強(qiáng)度的半峰高寬度(即，退火處理時(shí)間)是約10ns至約500ns的短時(shí)間。在本例中，激光脈沖強(qiáng)度的半峰高寬度是約45ns。由于照射時(shí)間是這樣的非常短的時(shí)間，故在混晶質(zhì)等的半導(dǎo)體膜的結(jié)晶化時(shí)基板不會(huì)受熱，因此也不會(huì)產(chǎn)生基板變形等。激光照射將基板從約室溫(25℃)上升至約400℃，激光照射在空氣中乃至本底真空度從約10-4至10-9Torr的真空中、或含有氫或微量的單硅烷等的還原性氣氛、氦或氬等惰性氣體氣氛下進(jìn)行。激光照射的一次照射面積是約5mm□至20mm□的正方形(例如8mm□)，將每次照射的照射區(qū)域錯(cuò)開約1％至99％而進(jìn)行(例如50％在剛才的例子中是4mm)。最初在水平方向(Y方向)上掃描后，其次在垂直方向(X方向)上錯(cuò)開適當(dāng)?shù)牧浚笤俅卧谒椒较蛏厦扛纛A(yù)定量錯(cuò)開而掃描，以后重復(fù)這種掃描，在整個(gè)基板表面進(jìn)行第一次激光照射。該第一次激光照射的能量密度最好在約50mJ·cm-2至約350mJ·cm-2之間。第一次激光照射結(jié)束后，根據(jù)需要在整個(gè)表面上進(jìn)行第二次激光照射。在進(jìn)行第二次激光照射時(shí)，最好使其能量密度比第一次高，可在約100mJ·cm-2至約1000mJ·cm-2之間。掃描方法與第一次激光照射相同，使正方形的照射區(qū)域在Y方向和X方向上以適當(dāng)量錯(cuò)開而掃描。再者，根據(jù)需要也可進(jìn)行使能量密度進(jìn)一步提高的第三次或第四次激光照射。這樣在高能量下進(jìn)行幾次激光照射后，如再次分階段降低能量密度進(jìn)行幾次激光照射，則結(jié)晶粒界變?yōu)榫哂袑?duì)稱性的對(duì)應(yīng)粒界，這樣可降低晶體管的閾值電壓，或提高遷移率，從而提高結(jié)晶性半導(dǎo)體膜的質(zhì)量。另外，如使用這種多階段的激光照射，則可使起因于激光照射端部的離散度完全消失。不限于多階段激光照射的各次照射，即使在通常的一階段照射中，也以在整個(gè)半導(dǎo)體膜上不受到損傷的能量進(jìn)行激光照射。除此以外，也將照射區(qū)域形狀作成寬度約為100微米以上，長(zhǎng)度為幾十厘米的線狀，可掃描該線狀激光，進(jìn)行結(jié)晶化。此時(shí)將各照射束的寬度方向的重疊取束寬的約5％至95％。假如束寬度是100微米，各束的重疊量是90％，則由于每一次照射，束前進(jìn)10微米，故在同一點(diǎn)受到10次激光照射。由于通常微量使半導(dǎo)體膜在整個(gè)基板上均勻地結(jié)晶化，希望照射進(jìn)行約5次以上的激光照射，故要求每次照射的束的重疊量是約80％以上。為了可靠地得到高結(jié)晶性的多結(jié)晶膜，最好將重疊量調(diào)整為約90％至約97％，以便在同一點(diǎn)進(jìn)行約10次至約30次的照射。迄今以XeCl受激準(zhǔn)分子激光作為激光光源為例進(jìn)行說明，但如在半導(dǎo)體膜的同一地點(diǎn)的激光照射時(shí)間在約10ms以內(nèi)，而且只照射基板的一部分，則包含連續(xù)振蕩激光在內(nèi)，但不限于激光振蕩源。例如可使用ArF受激準(zhǔn)分子激光或XeF受激準(zhǔn)分子激光、KrF受激準(zhǔn)分子激光、YAG激光、二氧化碳?xì)怏w激光、Ar激光、色素激光等各種激光。
其次參照?qǐng)D13說明照射高能光進(jìn)行結(jié)晶化的方法。高能光不是如激光那樣相位一致的光，但它通過光學(xué)系統(tǒng)(透鏡)聚焦來提高光的能量密度。高能光對(duì)基板上淀積的半導(dǎo)體膜連續(xù)地或非連續(xù)地進(jìn)行重復(fù)掃描，使半導(dǎo)體膜熔融結(jié)晶化或VST-SPC結(jié)晶化。高能光照射裝置50由電弧燈或鎢燈等的光源51和在其周邊安置的反射板52、聚焦透鏡或光成形透鏡和光掃描系統(tǒng)等的光學(xué)系統(tǒng)53等構(gòu)成。從光源發(fā)出的光依靠反射板52進(jìn)行一次成形，形成能量密度高的一次聚束光55。這一次聚束光依靠光學(xué)系統(tǒng)53成形為具有更高的能量密度的光，而同時(shí)具有掃描功能，變?yōu)閽呙杈凼?6，對(duì)淀積在基板60上的半導(dǎo)體膜61進(jìn)行照射。半導(dǎo)體膜上的同一點(diǎn)的處理時(shí)間由掃描方向的照射區(qū)域長(zhǎng)度和掃描速度來確定。例如照射區(qū)域成形為長(zhǎng)度(Y方向長(zhǎng)度)50mm，寬度(X方向長(zhǎng)度)5mm的長(zhǎng)方形，如掃描速度在X方向上是500mm/s，則處理時(shí)間為10ms。照射區(qū)域的溫度由投入到光源的功率、光的成形情況和處理時(shí)間來決定。在根據(jù)半導(dǎo)體膜的材料性質(zhì)或膜厚適當(dāng)?shù)卣{(diào)整這些值后，進(jìn)行高能光的照射。為了提高生產(chǎn)性希望處理面積在約100mm2以上，但為了對(duì)基板的熱影響為最小，要求處理面積在約500mm2以下。此外，處理時(shí)間也主要從考慮熱影響這一點(diǎn)出發(fā)，希望在約10ms以下。其結(jié)果是，在半導(dǎo)體膜61中，只有掃描聚束光56照射了的區(qū)域進(jìn)行了部分的結(jié)晶化，如重復(fù)該過程來掃描半導(dǎo)體膜的所希望的區(qū)域，則可完成結(jié)晶化。
其次說明使用了快速熱處理(RTArapid thermal anneal)裝置的結(jié)晶化方法。圖14(a)是在本申請(qǐng)的發(fā)明中使用的RTA裝置的概略剖面圖。在該裝置中，從基板11的輸送方向(箭頭X的方向)的上游側(cè)向著下游側(cè)安置了長(zhǎng)度為35cm的第一預(yù)備加熱區(qū)2、長(zhǎng)度為35cm的第二預(yù)備加熱區(qū)3、長(zhǎng)度為25cm的第三預(yù)備加熱區(qū)4、退火區(qū)5和冷卻區(qū)6。在第一至第三預(yù)備加熱區(qū)2～4和冷卻區(qū)6中，在基板輸送面的下側(cè)配置了加熱器，將基板加熱到所希望的溫度。在退火區(qū)5中，分別在上下配置對(duì)輸送來的基板11進(jìn)行高能光照射的電弧燈5A、5B和使該電弧燈聚束的反射板5C、5D。聚束了的電弧燈光成為細(xì)長(zhǎng)形的帶狀光(參照?qǐng)D14(b))。對(duì)于基板11的高能光的照射區(qū)域相當(dāng)于基板的輸送方向大概具有10mm的寬度。由于基板11以一定的速度輸送，根據(jù)該輸送速度確定RTA處理時(shí)間。例如在使基板11以15mm/秒輸送時(shí)，RTA處理時(shí)間為0.6667秒。在本申請(qǐng)中，使用RTA處理時(shí)間或結(jié)晶化退火工序的處理時(shí)間這樣的措詞指的是RTA光(高能光)照射期間的時(shí)間。RTA退火溫度由第一至第三預(yù)備加熱區(qū)的設(shè)定溫度和電弧燈5A、5B的輸出和基板輸送速度(即RTA處理時(shí)間)來確定。在本申請(qǐng)中說到RTA處理溫度或結(jié)晶化退火工序的溫度時(shí)，它指的是高能光照射區(qū)域5E的長(zhǎng)度方向終端5F的溫度。在本申請(qǐng)中使用的RTA裝置中，該溫度用紅外線溫度計(jì)來測(cè)定，從而進(jìn)行熱處理工序的管理。該溫度也相當(dāng)于RTA處理中的最高溫度。實(shí)際上在基板11上的溫度或一點(diǎn)的溫度分布顯示出圖14(c)那樣的變化。被處理基板通過第一至第三預(yù)備加熱區(qū)2～4后，一進(jìn)入退火區(qū)5，基板溫度就快速上升，在退火區(qū)5的出口附近達(dá)到溫度的峰值P。該最高溫度是在本申請(qǐng)中的RTA處理溫度。其后，基板一進(jìn)入冷卻區(qū)6，基板就緩慢地進(jìn)行冷卻。如使用這種RTA裝置，結(jié)晶化退火工序處理面積與基板面積相比足夠小。例如，如假定300mm×300mm的正方形作為基板，則由于高能光的照射區(qū)域是10mm×300mm(＝3000mm2)，故熱處理面積對(duì)于基板面積的比為3.3％。此外，在550mm×650mm的基板中，熱處理區(qū)域是10mm×550mm(＝5500mm2)，其比值是約1.5％。這樣，即使在用RTA法的結(jié)晶化中，能量照射時(shí)間是短時(shí)間的，由于對(duì)于整個(gè)基板來說只有局部進(jìn)行了熱處理，故不會(huì)由于基板發(fā)熱引起變形或裂縫。在進(jìn)行半導(dǎo)體膜的結(jié)晶化時(shí)，在RTA裝置中(圖14(a))將第一預(yù)備加熱區(qū)2的加熱器設(shè)定于從250℃至550℃之間的適當(dāng)?shù)臏囟龋韵聦⒌诙A(yù)備加熱區(qū)3的加熱器設(shè)定于從350℃至650℃之間的適當(dāng)?shù)臏囟?，將第三預(yù)備加熱區(qū)4的加熱器設(shè)定于從450℃至750℃之間的適當(dāng)?shù)臏囟?。將基?1的輸送速度調(diào)整于從2mm/秒至50mm/秒之間，與此相應(yīng)，RTA處理時(shí)間在從0.2秒至5秒的范圍內(nèi)變化。再者，對(duì)上側(cè)電弧燈5A和下側(cè)電弧燈5B的輸出分別從3W至21W之間獨(dú)立地進(jìn)行調(diào)整。結(jié)果，可將RTA處理溫度(用紅外線溫度計(jì)監(jiān)測(cè)到的退火區(qū)5處的基板溫度即燈光照射區(qū)域5E的終端5F處的溫度)自由地設(shè)定于從約400℃至約900℃。如在這些適當(dāng)?shù)奶幚項(xiàng)l件下對(duì)半導(dǎo)體膜進(jìn)行退火處理，則可完成半導(dǎo)體膜的結(jié)晶化。此外，除了電弧燈之外，也可利用鎢燈等的燈光。本申請(qǐng)的發(fā)明的(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)膜在as-deposited狀態(tài)下已存在很多結(jié)晶成分，而且即使在短時(shí)間內(nèi)供給大的能量也不產(chǎn)生膜的損傷或剝離、飛濺。因此，用RTA法也可容易而且穩(wěn)定地進(jìn)行結(jié)晶化，此外該能量供給量(與RTA處理溫度和處理時(shí)間的積成比例的量)也比較小即可，故可避免產(chǎn)生基板的變形或翹曲、裂縫等。
在用PECVD法制備的以往的a-Si膜中，即使是Furnace-SPC法，為避免氫的劇烈的放出，在結(jié)晶化之前使升溫速度為約10℃/分以下，在使溫度上升后進(jìn)行約450℃的熱處理是必不可少的。然而，在本申請(qǐng)的發(fā)明中，不僅在熔融結(jié)晶化法時(shí)，而且在Furnace-SPC法、VST-SPC法等所有的結(jié)晶化時(shí)，結(jié)晶化之前的熱處理都是不需要的。
(2-8、(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)-結(jié)晶化膜的最佳膜厚)這里就上述本申請(qǐng)發(fā)明的低溫工藝的薄膜半導(dǎo)體器件內(nèi)，將半導(dǎo)體膜作成(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)膜之后，進(jìn)行結(jié)晶化而制成的poly-Si TFT的最佳半導(dǎo)體膜厚進(jìn)行說明。用PECVD法等形成混晶質(zhì)膜時(shí)，作為膜來說與膜有關(guān)的膜厚為約10nm以上。但是，用PECVD法得到的半導(dǎo)體膜的密度是體膜密度的約85％至約95％。因此，如對(duì)用PECVD法得到的10nm的半導(dǎo)體膜進(jìn)行結(jié)晶化，其膜厚在結(jié)晶化后減少到9nm。因而，(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)-結(jié)晶化膜的最低膜厚是約9nm。如結(jié)晶化后的膜厚為約18nm以上，則熔融結(jié)晶化膜的晶體管特性開始變好。即，在(Ar系統(tǒng))混晶質(zhì)-熔融結(jié)晶化膜中，膜厚在約18nm以下時(shí)，薄膜退化占優(yōu)勢(shì)，從約18nm以上開始薄膜退化變小，基于工作理論的薄膜效應(yīng)開始與其對(duì)抗。接著是膜厚從約18nm以上至約90nm之間，在這之間的膜厚內(nèi)晶體管特性是最佳的。若膜厚比約90nm厚，則基于工作理論的薄膜效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)，晶體管特性隨膜厚的增加慢慢變壞。如半導(dǎo)體膜厚是約30nm以上，可進(jìn)行要求微細(xì)加工的高集成薄膜半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定生產(chǎn)。即，可用RIE在不產(chǎn)生接觸不良的情況下對(duì)接觸孔進(jìn)行開孔。如剛淀積后的膜厚是約50nm以上(結(jié)晶化后是約45nm以上)，則as-deposited膜內(nèi)的結(jié)晶成分增大，在不進(jìn)行熱處理的情況下可形成熔融結(jié)晶化的激光能量區(qū)域變寬。如用PECVD法剛淀積后的半導(dǎo)體膜厚是約120nm以下(結(jié)晶化后是約108nm以下)，則在激光照射等的熔融結(jié)晶化時(shí)，整個(gè)膜均勻地被加熱，可進(jìn)行良好的結(jié)晶化。如剛淀積后的膜厚在約200nm以上，則使激光從上部照射時(shí)，只有膜的上層部分被熔融，由于在下層部分殘留非晶質(zhì)部分，故與基于工作理論的薄膜效應(yīng)相一致，晶體管特性劇烈變壞。因而，熔融結(jié)晶化膜的上限膜厚是約180nm。在將本發(fā)明的薄膜半導(dǎo)體器件用于LCD時(shí)，最好要考慮關(guān)斷漏泄電流和光漏泄電流。如結(jié)晶化后的膜厚是約150nm以下，則晶體管在關(guān)斷時(shí)的漏泄電流足夠小。在本申請(qǐng)的發(fā)明的薄膜半導(dǎo)體器件中，光漏泄電流也大致與膜厚成比例。從兼顧穩(wěn)定的制造和光漏泄電流的觀點(diǎn)出發(fā)，半導(dǎo)體膜厚最好是從約10nm至約100nm。如膜厚到比約100nm還厚，則光漏泄電流不能忽略，不適合用于LCD。為了把薄膜半導(dǎo)體器件用作LCD的象素開關(guān)元件，關(guān)斷漏泄電流和光漏泄電流變得重要，而且要更多地考慮導(dǎo)通電流時(shí)，滿足所有的條件的系統(tǒng)為從約30nm至約150nm，理想的是從約45nm至約100nm。為了在約350℃的活化溫度下穩(wěn)定地制造LDD結(jié)構(gòu)，膜厚在約60nm以下是較為理想的。
如以上所述，如采用本申請(qǐng)的發(fā)明，則可得到下述的效果。
效果1-1).由于工序溫度低至350℃，則可使用廉價(jià)的玻璃，可實(shí)現(xiàn)制品的低價(jià)格。此外，可使高性能的有源矩陣基板的大型化變得容易，并且可容易地實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的液晶顯示裝置(LCD)的大型化。
效果1-2).可使用通用的PECVD裝置，可從現(xiàn)在的360mm×460mm的玻璃基板容易地改為550mm×650mm的所謂的更大型的基板。
效果1-3).半導(dǎo)體膜的結(jié)晶化之前的熱處理工序變得不需要，可用簡(jiǎn)單的工序得到高質(zhì)量的結(jié)晶性半導(dǎo)體膜。只通過現(xiàn)存的裝置就可容易地制造高性能薄膜半導(dǎo)體器件。
效果1-4).在整個(gè)基板上進(jìn)行均勻的激光照射的正常條件變寬。因此，即使激光照射能量有若干變動(dòng)，也可在整個(gè)基板上實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的結(jié)晶化。
效果1-5).在熔融結(jié)晶化工序中，由于混晶質(zhì)半導(dǎo)體膜內(nèi)的結(jié)晶成分控制結(jié)晶化過程，故基板間或批間的結(jié)晶性的變動(dòng)顯著變小。其結(jié)果是，可容易地而且穩(wěn)定地制造高性能薄膜半導(dǎo)體器件。
第三現(xiàn)有技術(shù)具有的問題。
效果1-6).對(duì)as-deposited半導(dǎo)體膜只用一次激光照射就可實(shí)現(xiàn)結(jié)晶化。因此生產(chǎn)性顯著提高。此外在同一部位進(jìn)行幾次以下的激光照射時(shí)，可不需要特別地控制基板周邊的氣氛。也可在大氣的氣氛下進(jìn)行激光照射。這意味著生產(chǎn)性的進(jìn)一步提高。
效果1-7).由于可比較自由地設(shè)定激光能量密度，故可選擇其最佳值，結(jié)果使激光照射后的結(jié)晶粒變大。因而使用了該結(jié)晶粒的薄膜半導(dǎo)體器件的特性也變得優(yōu)良。
效果1-8).使半導(dǎo)體膜熔融結(jié)晶化的激光能量密度與以往相比可降低約50mJ·cm-2。因而，在每一次激光照射中，可使比以往的非晶質(zhì)膜更寬的面積區(qū)域?qū)崿F(xiàn)結(jié)晶化，這樣就減輕了激光照射裝置的負(fù)擔(dān)，同時(shí)提高了生產(chǎn)性。
根據(jù)以上的結(jié)果可知，如采用本申請(qǐng)的發(fā)明，則可用現(xiàn)實(shí)的簡(jiǎn)便的方法，以通常的可使用大型玻璃基板的制造裝置和工序溫度，穩(wěn)定地制造非常良好的薄膜半導(dǎo)體器件。
此外，用本申請(qǐng)的發(fā)明可得到下述的其他的效果。
效果2-1).可用與現(xiàn)有的a-Si TFT相同的制造工序，在不經(jīng)過特別的結(jié)晶化工序的情況下，可容易地制造遷移率在1cm2·V-1·s-1以上的良好的薄膜半導(dǎo)體器件。
此外，用本申請(qǐng)的發(fā)明可得到下述的其他的效果。
效果3-1).在使用薄板式PECVD裝置的薄膜淀積中，在不安置特別的預(yù)備加熱室的情況下，能以高的生產(chǎn)性進(jìn)行薄膜淀積。因而，可制止PECVD裝置的大型化及其價(jià)格的上升。再者，在安置預(yù)備加熱室時(shí)，即使輸送室的機(jī)械手溫度是約室溫，在反應(yīng)室中也可使基板設(shè)置后的預(yù)備加熱期間為最短，可進(jìn)一步提高生產(chǎn)性。這樣，在使用薄板式PECVD裝置的薄膜淀積中，也可進(jìn)行簡(jiǎn)便的和具有高生產(chǎn)性的薄膜淀積。
附圖的簡(jiǎn)單說明圖1是示出現(xiàn)有的PECVD a-Si膜的激光結(jié)晶化特性的圖。圖2是示出本發(fā)明中使用的PECVD裝置的圖。圖3(a)～(d)是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的薄膜半導(dǎo)體器件制造的各工序中的元件剖面圖。圖4是示出本發(fā)明的半導(dǎo)體膜的紅外吸收譜的圖。圖5是示出現(xiàn)有的a-Si膜的紅外吸收譜的圖。圖6是示出現(xiàn)有的a-Si膜的拉曼分光譜的圖。圖7是示出本發(fā)明的半導(dǎo)體膜的拉曼分光譜的圖。圖8是示出本發(fā)明的半導(dǎo)體膜的激光結(jié)晶化特性的圖。圖9是示出本發(fā)明的半導(dǎo)體膜的紅外吸收譜的圖。圖10是示出本發(fā)明的半導(dǎo)體膜的拉曼分光譜的圖。圖11是示出本發(fā)明的半導(dǎo)體膜的激光結(jié)晶化特性的圖。圖12是示出在本發(fā)明中使用的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器的圖。圖13是本發(fā)明中使用的高能光照射裝置。圖14是本發(fā)明中使用的RTA裝置。
用于實(shí)施發(fā)明的最佳形態(tài)以下一邊參照附圖一邊更詳細(xì)地說明本發(fā)明。
(實(shí)施例1)說明根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體膜和用PECVD法形成該半導(dǎo)體膜的一例。PECVD裝置使用(2-3)中詳細(xì)敘述了的裝置，在基板表面的至少一部分上設(shè)置本身是氧化硅膜等絕緣性物質(zhì)的基底保護(hù)膜后，在該基底保護(hù)膜上形成半導(dǎo)體膜。
在下部平板電極203的溫度保持在380℃的PECVD裝置內(nèi)，在室溫下安置360mm×475mm×1.1mm的玻璃基板(OA-2)。在PECVD裝置的反應(yīng)爐內(nèi)安置基板后的制造方法如以下所述。
(預(yù)備加熱1)時(shí)間t＝90s氫流量H2＝100SCCM氦流量He＝3000SCCM高頻波輸出RF＝0W(不建立等離子體)壓力P＝3.0Torr電極間距離S＝37.1mm下部平板電極溫度Tsus＝380℃(預(yù)備加熱2)時(shí)間t＝60s硅烷流量SiH4＝100SCCM
氬流量Ar＝3000SCCM高頻波輸出RF＝0W(不建立等離子體)壓力P＝1.5Torr電極間距離S＝37.1mm下部平板電極溫度Tsus＝380℃(成膜)時(shí)間t＝164s硅烷流量SiH4＝100SCCM氬流量Ar＝3000SCCM(原料濃度3.23％)高頻波輸出RF＝600W(0.228W/cm2)壓力P＝1.5Torr電極間距離S＝37.1mm下部平板電極溫度Tsus＝349℃在預(yù)備加熱1中，將氫和氦通到反應(yīng)室內(nèi)，由于將壓力設(shè)定為高達(dá)3.0Torr，故即使直接將室溫的玻璃基板安置在反應(yīng)室中，也可將總的加熱時(shí)間縮短到2分30秒。由于電極間距離是3.71cm，故反應(yīng)室內(nèi)的體積為9765cm3，如取該值和氣體流量Q＝3100SCCM，壓力P＝1.5Torr的值計(jì)算在第二預(yù)備加熱期間中完全置換環(huán)境氣體的時(shí)間，則該時(shí)間t為t＝(P/760)·(V/Q)×13.82＝0.086分＝5.2秒由于第二預(yù)備加熱為60秒，是足夠長(zhǎng)的，故在第二預(yù)備加熱期間中可完全地置換環(huán)境氣體，不會(huì)在成膜時(shí)遺留第一預(yù)備加熱的影響。在這種條件下的半導(dǎo)體膜的淀積速度是0.365nm/s，半導(dǎo)體膜的膜厚是60nm。此外用熱脫附氣體譜(TDS)測(cè)定的硅膜中的氫濃度是10.39原子％。如用透射電子顯微鏡觀察，該硅膜為以非晶質(zhì)成分為主的柱狀結(jié)構(gòu)。圖9中示出該硅膜的紅外吸收分光法測(cè)定的光譜。由此可知，2102cm-1附近的吸收峰強(qiáng)度和2084cm-1附近的吸收峰強(qiáng)度比2000cm-1附近的吸收峰強(qiáng)度強(qiáng)。再者，在圖10中示出該硅膜的拉曼分光測(cè)定結(jié)果。在520cm-1附近看到來自結(jié)晶成分的拉曼偏移，顯示出本例的硅膜是混晶質(zhì)。
(實(shí)施例2)制成將由實(shí)施例1得到的半導(dǎo)體膜在as-deposited狀態(tài)下作為TFT的有源層的薄膜半導(dǎo)體器件。
首先在基板101上用PECVD法形成由氧化硅膜構(gòu)成的基底保護(hù)膜102，在不破壞真空的情況下在該基底保護(hù)膜上用實(shí)施例1的方法連續(xù)地淀積將成為薄膜半導(dǎo)體器件有源層的本征硅膜。基底保護(hù)膜的膜厚是300nm，半導(dǎo)體膜厚是90nm。因而，半導(dǎo)體膜的成膜時(shí)間為247秒。將這樣得到的半導(dǎo)體膜原封不動(dòng)地在as-deposited狀態(tài)下直接用作2構(gòu)成TFT的溝道部分等。將基板從PECVD裝置取出后，對(duì)半導(dǎo)體膜進(jìn)行圖形刻蝕，作成其后成為晶體管的有源層的半導(dǎo)體膜103。(圖3(a))。
其次用PECVD法形成柵絕緣膜104。(圖3(b))由氧化硅膜構(gòu)成的柵絕緣膜是以TEOS(Si-(O-CH2-CH3)4)和氧(O2)、水(H2O)為原料氣體，使用氬作為稀釋氣體，在基板表面溫度350℃下成膜的，其膜厚為100nm。在柵絕緣膜淀積后，在約350℃的溫度下，在含有約0.2氣壓的氧分壓和露點(diǎn)約80℃的水蒸氣的氣氛下對(duì)氧化膜進(jìn)行約3小時(shí)的熱處理，進(jìn)行絕緣膜的質(zhì)量改善。
其次，用濺射法淀積構(gòu)成柵電極105的鉭(Ta)薄膜。濺射時(shí)的基板溫度是150℃，膜厚是500nm。對(duì)成為柵電極的鉭薄膜進(jìn)行淀積后的圖形刻蝕，接著對(duì)半導(dǎo)體膜進(jìn)行雜質(zhì)離子注入106，形成源·漏區(qū)107和溝道區(qū)108。(圖3(c))此時(shí)柵電極成為離子注入的掩模，溝道構(gòu)成只在柵電極下形成的自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。使用質(zhì)量非分離型離子注入裝置進(jìn)行雜質(zhì)離子注入，使用在氫中稀釋的濃度約為5％的磷化氫(PH3)作為原料氣體。含有PH3+或H2+的總離子注入量是1×1016cm-2，源·漏區(qū)中的磷原子濃度為3×1020cm-2。離子注入時(shí)的基板溫度是250℃。
其次通過使用TEOS的PECVD法形成由氧化硅膜構(gòu)成的層間絕緣膜109。層間絕緣膜成膜時(shí)的基板表面溫度是350℃，膜厚是500nm。其后，在350℃的氧氣氛下進(jìn)行1小時(shí)的熱處理，進(jìn)行注入離子的活化和層間絕緣膜的燒固。接著在源·漏區(qū)上開接觸孔，用濺射法淀積鋁(Al)。濺射時(shí)的基板溫度是150℃，膜厚是500nm。對(duì)源·漏引出電極110和成為布線的鋁薄膜進(jìn)行圖形刻蝕，這樣就完成了薄膜半導(dǎo)體器件。(圖3(d))在測(cè)定這樣試制的薄膜半導(dǎo)體器件的晶體管特性時(shí)，將在源·漏電壓Vds＝4V、柵電壓Vgs＝10V下使晶體管導(dǎo)通時(shí)的源·漏電流Ids定義為導(dǎo)通電流ION，在95％的可靠系數(shù)下ION＝(9.10+0.87、-0.80)×10-7A。將在源·漏電壓Vds＝4V、柵電壓Vgs＝0V下使晶體管關(guān)斷時(shí)的關(guān)斷電流定義為關(guān)斷電流IOFF＝(6.50+3.28、-2.19)×10-13A。這里，測(cè)定是在溫度25℃下，對(duì)溝道長(zhǎng)度L＝5微米，寬度W＝20微米的晶體管進(jìn)行的。從飽和電流區(qū)求出的電子遷移率是3.53±0.17cm2·V-1·s-1，閾值電壓Vth＝9.10±0.11V。這樣，根據(jù)本發(fā)明，在與現(xiàn)有的a-Si TFT相同的工序最高溫度(350℃)下，而且用相同的制造工序(不需要結(jié)晶化工序)可制造具有現(xiàn)有的a-Si TFT3倍以上高遷移率的非常優(yōu)良的薄膜半導(dǎo)體器件。(實(shí)施例3)制造了用由實(shí)施例2得到的薄膜半導(dǎo)體器件作為由768(行)×1024(列)×3(色)＝2359296(象素)構(gòu)成的高精細(xì)彩色LCD的象素用的開關(guān)元件的有源矩陣基板。在本實(shí)施例3中，源電極和源布線的材料與實(shí)施例2相同，是鋁，但作為漏電極則用銦錫化合物(ITO)。制造將這樣得到的有源矩陣基板用作一對(duì)基板中的一個(gè)的液晶面板。在用所得到的液晶面板與外部的周邊驅(qū)動(dòng)電路或逆光照明單元共同組合起來制造液晶顯示裝置時(shí)，由于TFT是高性能的，而且晶體管的寄生電容非常小，故能以高開口率制造明亮的、顯示質(zhì)量高的液晶顯示裝置。此外，由于有源矩陣基板的制造工序也是穩(wěn)定的，故可穩(wěn)定地、而且以低成本制造液晶顯示裝置。
將該液晶顯示裝置組裝在全彩色的攜帶型個(gè)人計(jì)算機(jī)(筆記本PC)的框體內(nèi)。由于薄膜半導(dǎo)體器件是高性能的，故該筆記本PC成為具有非常美顯示畫面的良好的電子設(shè)備。另外，由于反映液晶顯示裝置具有高開口率的事實(shí)，故逆光照明的使用功率可降低，因此可實(shí)現(xiàn)電池的小型輕量化和長(zhǎng)時(shí)間的使用。由此就實(shí)現(xiàn)了可長(zhǎng)時(shí)間使用的、而且具有良好顯示畫面的小型輕量的電子設(shè)備。
(實(shí)施例4)在不對(duì)實(shí)施例1中得到的半導(dǎo)體膜進(jìn)行任何熱處理的情況下，在as-deposited狀態(tài)下進(jìn)行激光照射，試驗(yàn)結(jié)晶化。其結(jié)果在圖11中示出?？磮D11的方法與圖8相同。照射激光是波長(zhǎng)308nm的XeCl受激準(zhǔn)分子激光，其半峰高寬度是約45ns。束形狀大致是1cm×1cm的四角形，每個(gè)能量的激光分別只照射一次。從圖11可知，在激光能量密度為從約110mJ·cm-2到約160mJ·cm-2之間可對(duì)由實(shí)施例1得到的半導(dǎo)體膜進(jìn)行良好的結(jié)晶化。對(duì)該半導(dǎo)體膜進(jìn)行一階段的激光照射法時(shí)，在能量密度為125mJ·cm-2之時(shí)，結(jié)晶化率達(dá)到最大，即88％，可得到高質(zhì)量的結(jié)晶性半導(dǎo)體膜。如本實(shí)施例4所示，如使用本申請(qǐng)的發(fā)明的半導(dǎo)體膜，即使完全不做以往進(jìn)行的氫放出的熱處理等，也可在較低的激光能量密度下，通過單純的激光照射容易地制造具有高結(jié)晶化率的高質(zhì)量的多結(jié)晶半導(dǎo)體膜。
(實(shí)施例5)在不對(duì)實(shí)施例1中得到的半導(dǎo)體膜進(jìn)行任何熱處理的情況下，在as-deposited狀態(tài)下進(jìn)行激光照射形成結(jié)晶性半導(dǎo)體膜，制成以該半導(dǎo)體膜作為TFT的有源層的薄膜半導(dǎo)體器件。
首先在360mm×475mm的大型玻璃基板101上用PECVD法形成由氧化硅膜構(gòu)成的基底保護(hù)膜102，在不破壞真空的情況下在該基底保護(hù)膜上用實(shí)施例1的方法連續(xù)地淀積本征硅膜?；妆Ｗo(hù)膜的膜厚是300nm，半導(dǎo)體膜厚是60nm。以這樣得到的半導(dǎo)體膜在不進(jìn)行任何熱處理的情況下，在as-deposited狀態(tài)下直接進(jìn)行由激光照射產(chǎn)生的熔融結(jié)晶化。照射激光是波長(zhǎng)248nm的KrF受激準(zhǔn)分子激光，其半峰高寬度是33ns。激光束形狀為寬度120微米，長(zhǎng)度36厘米的線狀。每次照射的束寬度方向的重疊量是束寬度的90％。因而，每一次的照射中束移動(dòng)12微米，在半導(dǎo)體膜的同一點(diǎn)上受到10次激光照射。激光能量密度是150mJ·cm-2，激光照射在本底真空度大致為1×10-6Torr的真空中進(jìn)行。激光照射時(shí)的基板溫度是約25℃的室溫。如對(duì)這樣進(jìn)行結(jié)晶化的半導(dǎo)體膜用多波長(zhǎng)分散型橢圓儀來測(cè)定，則結(jié)晶化率是95％，膜厚是55nm。在拉曼分光測(cè)定中，在示出起因于結(jié)晶成分的拉曼偏移的515.9cm-1附近，出現(xiàn)半峰高寬度大致為4.5cm-1的尖銳的峰，這表明已制成結(jié)晶性非常高的高質(zhì)量膜。此外如用透射電子顯微鏡來觀察，該半導(dǎo)體膜的結(jié)晶粒徑由約200nm至500nm的結(jié)晶粒構(gòu)成。在結(jié)晶化工序完成后，對(duì)該結(jié)晶性半導(dǎo)體膜進(jìn)行圖形刻蝕，制成其后成為晶體管的有源層的半導(dǎo)體膜103。(第3圖(a))。
此后，從形成柵絕緣膜到形成源·漏引出電極和布線為止的所有工序，除了用離子注入的源·漏形成工序之外，與實(shí)施例2完全相同，這樣就完成了薄膜半導(dǎo)體裝置。(圖3(d))在本實(shí)施例5中，由于制成CMOS TFT，故在一片基板上制成NMOS TFT和PMOS TFT兩者。在形成NMOS TFT的源·漏時(shí)，用聚酰亞胺樹脂覆蓋PMOS TFT部分，相反，在形成PMOS TFT的源·漏時(shí)，用聚酰亞胺樹脂覆蓋NMOSTFT部分，這樣來制成CMOS TFT。NMOS TFT的雜質(zhì)離子注入與實(shí)施例2完全相同。PMOS TFT的雜質(zhì)離子注入也用質(zhì)量非分離型離子注入裝置來進(jìn)行。使用在氫中稀釋的濃度約為5％的硼烷(B2H6)作為原料氣體。含有B2H6+或H2+的總離子注入量是1×1016cm-2，源·漏區(qū)中的硼原子濃度為3×1020cm-2。離子注入時(shí)的基板溫度仍然是250℃。
測(cè)定這樣試制的薄膜半導(dǎo)體器件的晶體管特性。測(cè)定條件或定義與實(shí)施例2相同。(但是，PMOS TFT的Vgs或Vds對(duì)NMOS TFT的Vgs或Vds是反極性的。)在本實(shí)施例5中，以研究晶體管的性能和該基板內(nèi)的離散度為目的，對(duì)在大型基板上以無遺漏的方式制成的溝道長(zhǎng)度L＝5微米、寬度W＝5微米的50個(gè)晶體管進(jìn)行測(cè)定。其結(jié)果如以下所示。
NMOS TFTION＝(61.9+7.5、-5.7)×10-6AIOFF＝(1.66+0.63、-0.44)×10-12Aμ＝103.4±10.5cm2·V-1·s-1Vth＝2.17±0.14VPMOS TFTION＝(43+3.9、-3.4)×10-6AIOFF＝(4.64+1.19、-0.96)×10-13Aμ＝57.75±5.03cm2·V-1·s-1Vth＝-1.12±0.11V這樣，根據(jù)本發(fā)明，在與現(xiàn)有的a-Si TFT相同的工序最高溫度(350℃)下，而且在大型基板上可均勻地制造具有高遷移率的非常優(yōu)良的CMOS薄膜半導(dǎo)體器件。而且，由于用本實(shí)施例5得到的TFT具有優(yōu)質(zhì)的結(jié)晶性半導(dǎo)體膜和柵氧化膜，故晶體管的可靠性非常高，可在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定的工作。在現(xiàn)有技術(shù)的低溫工藝中，激光結(jié)晶化的均勻性不管在基板內(nèi)、批間都是很重要的課題。然而，如采用本發(fā)明，則可大幅度地降低導(dǎo)通電流或是關(guān)斷電流的離散度。這種均勻性的顯著改善加上激光發(fā)射源比較穩(wěn)定，就意味著即使對(duì)于激光源的變化，初期硅膜也是穩(wěn)定的。這是因?yàn)椋词辜す獍l(fā)射源多少有些變化，如圖11所示，結(jié)晶化的能量區(qū)域較寬，而且混晶質(zhì)膜中的結(jié)晶成分調(diào)整著熔融結(jié)晶化過程。按照這個(gè)原理，本發(fā)明對(duì)于批間的變化也有顯著的改善。因此，可通過本發(fā)明非常穩(wěn)定地實(shí)施利用激光照射的能量照射的硅等半導(dǎo)體膜的結(jié)晶化。因而，在用本發(fā)明的薄膜半導(dǎo)體器件形成電路時(shí)，不僅可容易地形成移位寄存器或模擬開關(guān)等所謂的簡(jiǎn)單電路，而且可容易地形成電平移動(dòng)或數(shù)字·模擬變換電路、再有時(shí)鐘脈沖發(fā)生器或圖象灰度(gamma)校正電路、定時(shí)控制電路等所謂較復(fù)雜的電路。
(實(shí)施例6)制造一種有源矩陣基板，該基板將由實(shí)施例5得到的NMOS薄膜半導(dǎo)體器件作為由200(行)×320(列)×3(色)＝192000(象素)構(gòu)成的彩色LCD象素用的開關(guān)元件，將6比特(bit)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器(列側(cè)驅(qū)動(dòng)器)和掃描驅(qū)動(dòng)器(行側(cè)驅(qū)動(dòng)器)置于由實(shí)施例5得到的CMOS薄膜半導(dǎo)體器件中。圖12示出6比特?cái)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器的電路圖。本實(shí)施例的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器由時(shí)鐘信號(hào)線和時(shí)鐘發(fā)生器電路、移位寄存電路、NOR門、數(shù)據(jù)圖象信號(hào)線、鎖存電路1、鎖存脈沖線、鎖存電路2、復(fù)位線1、AND門、基準(zhǔn)電位線、復(fù)位線2、按照電容分割的6位D/A變換器、CMOS模擬開關(guān)、共用電位線和源線復(fù)位·晶體管構(gòu)成，來自CMOS模擬開關(guān)的輸出與象素部分的源線相連。D/A變換器部分的電容滿足C0＝C1/2＝C2/4＝C3/8＝C4/16＝C5/32的關(guān)系。可將從計(jì)算機(jī)的視頻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(VRAM)輸出的數(shù)字圖象信號(hào)直接輸入到數(shù)字圖象信號(hào)線。在本實(shí)施例的有源矩陣基板的象素部分中，源電極和源布線、漏電極(象素電極)由鋁構(gòu)成，構(gòu)成反射型LCD。制造了以這樣得到的有源矩陣基板用作一對(duì)基板中的一個(gè)的液晶面板。在一對(duì)基板間夾住的液晶中使用了分散黑色顏料的高分子分散液晶(PDLC)，制成常黑模式(在液晶上不加電壓時(shí)是黑顯示)的反射型液晶面板。將所得到的液晶面板與外部布線連接，制造了液晶顯示裝置。結(jié)果，MNOS和PMOS的導(dǎo)通電阻和晶體管電容分別相等，而且TFT是高性能的，再者，晶體管寄生電容非常小，另外由于在整個(gè)基板表面上特性是均勻的，故6位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器也好，掃描驅(qū)動(dòng)器也好，都可在寬的工作范圍內(nèi)正常地工作，而且有關(guān)象素部分，由于開口率很高，即使使用黑顏料分散的PDLC，也可制成顯示質(zhì)量高的液晶顯示裝置。此外，由于有源矩陣基板的制造工序也是穩(wěn)定的，故可穩(wěn)定地、而且以低成本制造液晶顯示裝置。
將該液晶顯示裝置組裝在全彩色的攜帶型個(gè)人計(jì)算機(jī)(筆記本PC)的框體內(nèi)。由于有源矩陣基板內(nèi)置6比特?cái)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器，來自計(jì)算機(jī)的數(shù)字圖象信號(hào)直接輸入到液晶顯示裝置中，故電路結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，同時(shí)消耗功率非常小。有源薄膜半導(dǎo)體裝置是高性能的，該筆記本PC是具有非常美畫面的良好的電子設(shè)備。另外，反映液晶顯示裝置是具有高開口率的反射型的裝置的事實(shí)，不需要背照明，故可實(shí)現(xiàn)電池的小型輕量化和長(zhǎng)時(shí)間使用。由此制成可長(zhǎng)時(shí)間使用的、而且具有良好的顯示畫面的超小型輕量的電子設(shè)備。
工業(yè)上利用的可能性如以上所述，如采用本發(fā)明的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，則可使用低溫工藝制造高性能的薄膜半導(dǎo)體器件。在上述的低溫工藝中，可使用廉價(jià)的玻璃基板。因而，在將本發(fā)明應(yīng)用于有源矩陣基板的制造時(shí)，可容易地而且穩(wěn)定地制造大型和高質(zhì)量的液晶顯示裝置。此外，在用于其他的電子電路的制造時(shí)，也可容易地而且穩(wěn)定地制造高質(zhì)量的電子電路。
此外，由于本發(fā)明的薄膜半導(dǎo)體裝置是廉價(jià)和高性能的，故作為有源矩陣液晶顯示裝置的有源矩陣基板是最合適的。特別是作為要求高性能的內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器的有源矩陣基板是最合適的。
此外，由于本發(fā)明的薄膜半導(dǎo)體裝置是廉價(jià)和高性能的，故作為全彩色的筆記本PC和各種顯示器是最合適的。
此外，由于本發(fā)明的薄膜半導(dǎo)體裝置是廉價(jià)和高性能的，故一般來說是能被廣泛接受的吧。
權(quán)利要求
1.一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積膜厚約從40nm至300nm的半導(dǎo)體膜的工序，將含有該半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素的化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體。
2.一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的工序，其中將含有該半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素的化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體，該原料氣體的濃度在6.25％以下。
3.一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的工序，其中將含有該半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素的化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體，半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室的壓力是約1.0Torr以上。
4.一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的工序，其中將含有該半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素的化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體，半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室內(nèi)的電極間距離約為17.8mm以上。
5.權(quán)利要求2中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室的壓力是約1.0Torr以上。
6.權(quán)利要求2中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室內(nèi)的電極間距離約為17.8mm以上。
7.權(quán)利要求3中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室內(nèi)的電極間距離約為17.8mm以上。
8.權(quán)利要求2中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室的壓力是約1.0Torr以上，再者電極間距離約為17.8mm以上。
9.權(quán)利要求2中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。
10.權(quán)利要求3中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。
11.權(quán)利要求4中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。
12.權(quán)利要求5中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。
13.權(quán)利要求6中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。
14.權(quán)利要求7中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。
15.權(quán)利要求8中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。
16.權(quán)利要求1至15中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜；上述原料氣體是硅烷(SiH4，Si2H6，Si3H8)。
17.一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的第一工序和提高該半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性的第二工序，在該第一工序中，將含有該半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素的化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體。
18.權(quán)利要求17中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述原料氣體的濃度在6.25％以下。
19.權(quán)利要求17中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室的壓力是約1.0Torr以上。
20.權(quán)利要求17中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室內(nèi)的電極間距離約為17.8mm以上。
21.權(quán)利要求17中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述原料氣體的濃度在6.25％以下，而且上述半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室的壓力是約1.0Torr以上。
22.權(quán)利要求17中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述原料氣體的濃度在6.25％以下，而且上述半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室內(nèi)的電極間距離約為17.8mm以上。
23.權(quán)利要求17中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室的壓力是約1.0Torr以上，而且上述半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室內(nèi)的電極間距離約為17.8mm以上。
24.權(quán)利要求17中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述原料氣體的濃度在6.25％以下，而且上述半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室的壓力是約1.0Torr以上，再者上述半導(dǎo)體膜淀積中的反應(yīng)室內(nèi)的電極間距離約為17.8mm以上。
25.權(quán)利要求18中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。
26.權(quán)利要求19中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。
27.權(quán)利要求20中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。
28.權(quán)利要求21中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。
29.權(quán)利要求22中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。
30.權(quán)利要求23中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。
31.權(quán)利要求24中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜的淀積速度大于約0.15nm/s。
32.權(quán)利要求17至31中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜；上述原料氣體是硅烷(SiH4，Si2H6，Si3H8)。
33.一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的第一工序和將光學(xué)能量或電磁波能量照射到該半導(dǎo)體膜上的第二工序，在該第一工序中，將含有該半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素的化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體。
34.權(quán)利要求33中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜；上述原料氣體是硅烷(SiH4，Si2H6，Si3H8)。
35.一種薄膜半導(dǎo)體器件，在該薄膜半導(dǎo)體器件中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成硅膜，以該硅膜作為晶體管的有源層，該制造方法的特征在于在用紅外吸收分光法測(cè)定該硅膜時(shí)，至少存在2102cm-1附近(從約2098cm-1至約2106cm-1之間)的吸收峰和2084cm-1附近(從約2080cm-1至約2088cm-1之間)的吸收峰，該2102cm-1附近的吸收峰比2000cm-1附近(從約1980cm-1至約2020cm-1之間)的吸收峰強(qiáng)。
36.一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成硅膜，以該硅膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積硅膜的工序，在用紅外吸收分光法測(cè)定該硅膜時(shí)，至少存在2102cm-1附近(從約2098cm-1至約2106cm-1之間)的吸收峰和2084cm-1附近(從約2080cm-1至約2088cm-1之間)的吸收峰，該2102cm-1附近的吸收峰比2000cm-1附近(從約1980cm-1至約2020cm-1之間)的吸收峰強(qiáng)。
37.一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成硅膜，以該硅膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含形成硅膜的第一工序和提高該硅膜的結(jié)晶性的第二工序，在用紅外吸收分光法測(cè)定該硅膜時(shí)，至少存在2102cm-1附近(從約2098cm-1至約2106cm-1之間)的吸收峰和2084cm-1附近(從約2080cm-1至約2088cm-1之間)的吸收峰，該2102cm-1附近的吸收峰比2000cm-1附近(從約1980cm-1至約2020cm-1之間)的吸收峰強(qiáng)。
38.權(quán)利要求37中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述第一工序用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)來進(jìn)行。
39.一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成硅膜，以該硅膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含形成硅膜的第一工序和將光學(xué)能量或電磁波能量照射到該硅膜上的第二工序，在用紅外吸收分光法測(cè)定該硅膜時(shí)，至少存在2102cm-1附近(從約2098cm-1至約2106cm-1之間)的吸收峰和2084cm-1附近(從約2080cm-1至約2088cm-1之間)的吸收峰，該2102cm-1附近的吸收峰比2000cm-1附近(從約1980cm-1至約2020cm-1之間)的吸收峰強(qiáng)。
40.權(quán)利要求39中所述的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述第一工序用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)來進(jìn)行。
41.一種薄膜半導(dǎo)體器件，在該器件中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的特征在于該半導(dǎo)體膜包含非晶質(zhì)成分和結(jié)晶質(zhì)成分兩者，該非晶質(zhì)成分為柱狀結(jié)構(gòu)。
42.權(quán)利要求41中所述的薄膜半導(dǎo)體器件，其特征在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
43.一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含非晶質(zhì)成分和結(jié)晶質(zhì)成分兩者、該非晶質(zhì)成分為柱狀結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體膜的第一工序和提高該柱狀結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性的第二工序。
44.權(quán)利要求43中所述的薄膜半導(dǎo)體器件，其特征在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
45.一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含淀積包含非晶質(zhì)成分和結(jié)晶質(zhì)成分兩者、該非晶質(zhì)成分為柱狀結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體膜的第一工序和將光學(xué)能量或電磁波能量照射到該半導(dǎo)體膜上的第二工序。
46.權(quán)利要求45中所述的薄膜半導(dǎo)體器件，其特征在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
47.一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積包含非晶質(zhì)成分和結(jié)晶質(zhì)成分兩者、該非晶質(zhì)成分為柱狀結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體膜的第一工序和提高該柱狀結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性的第二工序。
48.權(quán)利要求47中所述的薄膜半導(dǎo)體器件，其特征在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
49.一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積包含非晶質(zhì)成分和結(jié)晶質(zhì)成分兩者、該非晶質(zhì)成分為柱狀結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體膜的第一工序和將光學(xué)能量或電磁波能量照射到該半導(dǎo)體膜上的第二工序。
50.權(quán)利要求49中所述的薄膜半導(dǎo)體器件，其特征在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
51.一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成處于混晶狀態(tài)的半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于在形成該半導(dǎo)體膜時(shí)在成膜室內(nèi)存在氬(Ar)。
52.權(quán)利要求51中所述的薄膜半導(dǎo)體器件，其特征在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
53.一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于以氬(Ar)作為稀釋氣體用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積處于混晶狀態(tài)的半導(dǎo)體膜。
54.權(quán)利要求53中所述的薄膜半導(dǎo)體器件，其特征在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
55.一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含在氬(Ar)存在的氣氛下淀積處于混晶狀態(tài)的半導(dǎo)體膜的第一工序和使該處于混晶狀態(tài)的半導(dǎo)體膜結(jié)晶化的第二工序。
56.權(quán)利要求55中所述的薄膜半導(dǎo)體器件，其特征在于上述第二工序中的結(jié)晶化經(jīng)歷短時(shí)間的熔融狀態(tài)。
57.權(quán)利要求55至56中所述的薄膜半導(dǎo)體器件，其特征在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
58.一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含在氬(Ar)存在的氣氛下淀積處于混晶狀態(tài)的半導(dǎo)體膜的第一工序和將光學(xué)能量或電磁波能量照射到該處于混晶狀態(tài)的半導(dǎo)體膜的第二工序。
59.權(quán)利要求58中所述的薄膜半導(dǎo)體器件，其特征在于上述第二工序中半導(dǎo)體膜處于短時(shí)間的熔融狀態(tài)。
60.權(quán)利要求58至59中所述的薄膜半導(dǎo)體器件，其特征在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
61.一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含用氬(Ar)作為稀釋氣體用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積處于混晶狀態(tài)的半導(dǎo)體膜的第一工序和使該處于混晶狀態(tài)的半導(dǎo)體膜結(jié)晶化的第二工序。
62.權(quán)利要求61中所述的薄膜半導(dǎo)體器件，其特征在于在上述第二工序中半導(dǎo)體膜處于短時(shí)間的熔融狀態(tài)。
63.權(quán)利要求61至62中所述的薄膜半導(dǎo)體器件，其特征在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
64.一種薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層，該薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于包含用氬(Ar)作為稀釋氣體用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積處于混晶狀態(tài)的半導(dǎo)體膜的第一工序和將光學(xué)能量或電磁波能量照射到該處于混晶狀態(tài)的半導(dǎo)體膜的第二工序。
65.權(quán)利要求64中所述的薄膜半導(dǎo)體器件，其特征在于在上述第二工序中半導(dǎo)體膜處于短時(shí)間的熔融狀態(tài)。
66.權(quán)利要求64至65中所述的薄膜半導(dǎo)體器件，其特征在于上述半導(dǎo)體膜是硅膜。
67.一種液晶顯示裝置，其特征在于具備權(quán)利要求35、41、42中任一項(xiàng)所述的薄膜半導(dǎo)體器件。
68.一種電子設(shè)備，其特征在于具備權(quán)利要求67中所述的液晶顯示裝置。
69.一種液晶顯示裝置的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，在安置以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層的薄膜半導(dǎo)體器件的一邊的基板和另一邊的基板之間夾住液晶，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的第一工序和提高該半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性的第二工序，在上述第一工序中，以含有該半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素的化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體。
70.一種具有液晶顯示裝置的電子設(shè)備的制造方法，在該制造方法中在至少一部分表面是絕緣性物質(zhì)的基板的該絕緣性物質(zhì)上形成半導(dǎo)體膜，在安置以該半導(dǎo)體膜作為晶體管的有源層的薄膜半導(dǎo)體器件的一邊的基板和另一邊的基板之間夾住液晶，該制造方法的特征在于包括用等離子化學(xué)汽相淀積法(PECVD法)淀積該半導(dǎo)體膜的第一工序和提高該半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性的第二工序，在上述第一工序中，以含有該半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素的化學(xué)物質(zhì)作為原料氣體，并使用氬(Ar)作為附加氣體。
71.一種用等離子化學(xué)汽相淀積裝置(PECVD裝置)在基板上淀積薄膜的方法，該方法的特征在于，包括在反應(yīng)室內(nèi)安置基板的第一工序；在安置該基板后，將熱傳導(dǎo)率比成膜時(shí)導(dǎo)入該反應(yīng)室中的氣體高的氣體通入到該反應(yīng)室中而進(jìn)行該基板的第一預(yù)備加熱的第二工序；除了產(chǎn)生等離子體以外成膜的諸條件與成膜過程相同的、進(jìn)行該基板的第二預(yù)備加熱的第三工序；其后試驗(yàn)薄膜的成膜的第四工序。
72.本發(fā)明是一種用等離子化學(xué)汽相淀積裝置(PECVD裝置)在基板上淀積薄膜的方法，該方法的特征在于，包括在反應(yīng)室內(nèi)安置基板的第一工序；安置該基板后，在將該反應(yīng)室保持比成膜時(shí)高的壓力下進(jìn)行該基板的第一預(yù)備加熱的第二工序；除了產(chǎn)生等離子體以外成膜的諸條件與成膜過程相同的、進(jìn)行該基板的第二預(yù)備加熱的第三工序；其后試驗(yàn)薄膜的成膜的第四工序。
73.一種用等離子化學(xué)汽相淀積裝置(PECVD裝置)在基板上淀積薄膜的方法，該方法的特征在于，包括在反應(yīng)室內(nèi)安置基板的第一工序；安置該基板后，在比成膜時(shí)高的壓力下將熱傳導(dǎo)率比成膜時(shí)通入該反應(yīng)室中的氣體高的氣體導(dǎo)入到該反應(yīng)室中進(jìn)行該基板的第一預(yù)備加熱的第二工序；除了產(chǎn)生等離子體以外成膜的諸條件與成膜過程相同的、進(jìn)行該基板的第二預(yù)備加熱的第三工序；其后試驗(yàn)薄膜的成膜的第四工序。
全文摘要
為了通過可使用廉價(jià)的玻璃基板的低溫工藝來制造高性能的薄膜半導(dǎo)體器件,在通過使用了作為原料氣體的硅烷和作為稀釋氣體的氬的PECVD法形成結(jié)晶性高的混晶質(zhì)半導(dǎo)體膜之后,用激光照射等方法提高結(jié)晶性來制造薄膜半導(dǎo)體器件,使用該薄膜半導(dǎo)體器件制成液晶顯示裝置或電子設(shè)備。在將本發(fā)明應(yīng)用于有源矩陣基板的液晶顯示裝置的制造時(shí),可容易地而且穩(wěn)定地制造大型和高質(zhì)量的液晶顯示裝置。此外,在應(yīng)用于其他的電子電路的制造時(shí),也可容易地而且穩(wěn)定地制造高質(zhì)量的電子電路。
文檔編號(hào)C23C16/24GK1173948SQ96191902
公開日1998年2月18日 申請(qǐng)日期1996年8月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月14日
發(fā)明者宮坂光敏 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社