專利名稱：制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過使用激光退火方法生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種利用激光光束來改進(jìn)非晶體半導(dǎo)體薄膜晶化或結(jié)晶特性的技術(shù)。
相關(guān)技術(shù)說明現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)了一種利用激光退火方法使在如玻璃的襯底上形成的非晶體半導(dǎo)體薄膜晶化的技術(shù)。在說明書中敘述的激光退火方法包括一種重晶化在半導(dǎo)體襯底或半導(dǎo)體薄膜上形成的受損層或者非晶體層的技術(shù)，一種使在襯底上形成的非晶體半導(dǎo)體薄膜晶化的技術(shù)，或一種改進(jìn)具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜(結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜)的結(jié)晶特性的技術(shù)。在應(yīng)用于半導(dǎo)體的激光退火的激光振蕩機(jī)械中，通常用于激光退火的是以受激準(zhǔn)分子激光器為典型的氣體激光器，或以YAG激光器為典型的固態(tài)激光器。
傳統(tǒng)激光退火方法的一個(gè)實(shí)例在公開號(hào)為2-181419的日本專利中披露，這是一種使激光光束均勻地照射到被照射物質(zhì)的方法，一種點(diǎn)型光束掃描的方法在公開號(hào)為62-104117的日本專利中披露，一種照射方法，其中激光處理機(jī)械利用光學(xué)系統(tǒng)使光束按線型發(fā)生變形，在公開號(hào)為8-195357的日本專利中披露。
在上述公開號(hào)為62-104117的日本專利中，一種技術(shù)是將激光光束的掃描速率設(shè)置為不低于光束點(diǎn)直徑×5000/秒，并且非晶體半導(dǎo)體薄膜的多晶化是在非晶體半導(dǎo)體薄膜還沒有完全熔化時(shí)完成的。按照這樣的方法即延伸的激光光束照射到以孤立形狀形成的半導(dǎo)體區(qū)域，來獲得實(shí)質(zhì)單晶體區(qū)域的技術(shù)在專利號(hào)為4,330,363的美國(guó)專利中作了說明。
激光退火方法的一個(gè)特征是只有吸收激光光束能量的區(qū)域才能被選擇加熱，而不象利用輻射加熱或傳導(dǎo)加熱的退火方法。例如，利用受激準(zhǔn)分子激光器的激光退火選擇地和局部地加熱半導(dǎo)體薄膜以完成半導(dǎo)體薄膜的晶化或?qū)ΣＡбr底幾乎無熱損的活化處理。
近年來，激光退火的活化應(yīng)用集中于在玻璃盤上形成多晶硅薄膜，該技術(shù)應(yīng)用于用作液晶顯示設(shè)備的開關(guān)元件的薄膜晶體管(TFT)的形成中。受激準(zhǔn)分子激光器的使用只對(duì)半導(dǎo)體薄膜形成的區(qū)域產(chǎn)生熱影響，因此可以使用低成本的玻璃襯底。
利用激光退火從被晶化的多晶硅薄膜制成的TFT能在相對(duì)較高的頻率下被驅(qū)動(dòng)，這使得TFT不僅能在象素元件中提供作為開關(guān)元件，而且能作為驅(qū)動(dòng)電路在玻璃襯底上形成。一種圖案的設(shè)計(jì)規(guī)則是在5μm到20μm數(shù)量級(jí)，分別在玻璃襯底的驅(qū)動(dòng)電路和象素部分中形成每個(gè)TFT106到107的數(shù)量級(jí)。
通過熔化-凝固的處理，使用激光退火方法實(shí)現(xiàn)了非晶體硅薄膜的晶化，特別是考慮到晶化包括結(jié)晶的晶核形成階段和從結(jié)晶晶核的晶體生長(zhǎng)階段。但是，使用脈沖激光光束的晶化就不能控制晶核形成的位置和晶核形成的密度，這導(dǎo)致在當(dāng)前情況下會(huì)出現(xiàn)預(yù)料的自發(fā)結(jié)晶晶核。因此，晶體顆粒在玻璃襯底的任選位置產(chǎn)生，并且僅能獲得0.2μm到0.5μm數(shù)量級(jí)那么小的大小。顆粒的邊界常常包括很多晶體瑕疵，使得晶體瑕疵被認(rèn)為是TFT電場(chǎng)效應(yīng)遷移率限制的一個(gè)因素。
據(jù)說非熔化區(qū)域是在脈沖激光退火中形成的。在脈沖激光退火中，不能實(shí)現(xiàn)較大的晶體顆粒，因?yàn)橛山Y(jié)晶晶核引起的晶體生長(zhǎng)是主要因素。具體地說，這樣的晶體，即在其中的TFT溝道區(qū)域不存在顆粒邊界，并且從元件級(jí)的觀點(diǎn)該晶體實(shí)質(zhì)上被認(rèn)為是單晶體，是不可能形成的。
在晶化的情況下，薄膜的收縮不僅在顆粒邊界而且在任何位置都會(huì)由于密度導(dǎo)致產(chǎn)生的瑕疵和混亂。特別地指出，如果是體積收縮的瑕疵，則當(dāng)利用激光退火方法使被分成孤立型的半導(dǎo)體薄膜晶化時(shí)，這些瑕疵就在外部產(chǎn)生。
另一方面，利用連續(xù)波激光光束的掃描，通過熔化-凝固處理來實(shí)現(xiàn)晶化的這種方法被認(rèn)為接近區(qū)域熔煉方法，并且通過連續(xù)的晶體生長(zhǎng)能實(shí)現(xiàn)較大晶粒。一個(gè)問題是最終獲得的晶體的品質(zhì)取決于首先被晶化成籽晶的區(qū)域的結(jié)晶特性。
能加熱半導(dǎo)體薄膜的激光光束的波長(zhǎng)存在于從紫外線區(qū)域到紅外線區(qū)域的較寬范圍內(nèi)，并且，從半導(dǎo)體吸收系數(shù)的觀點(diǎn)，當(dāng)選擇性地加熱在襯底上形成的半導(dǎo)體薄膜或獨(dú)立形成的半導(dǎo)體區(qū)域時(shí)，認(rèn)為具有從紫外線區(qū)域到可見光區(qū)域范圍內(nèi)波長(zhǎng)的激光光束都是可應(yīng)用的。但是，甚至在可見光區(qū)域也能獲得的相對(duì)高功率的固態(tài)激光器的光，由于較長(zhǎng)的相干長(zhǎng)度，將在照射表面產(chǎn)生干涉，使激光光束的均勻照射很困難。
利用連續(xù)波激光光束的晶化，比利用脈沖激光光束具有較長(zhǎng)時(shí)間的熔化狀態(tài)，增加了將雜質(zhì)從外部帶入晶體的概率，并且其偏析雖然改進(jìn)了結(jié)晶特性，但引起瑕疵的產(chǎn)生。因此，晶體的品質(zhì)將更壞。
從前述的觀點(diǎn)看，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種通過控制結(jié)晶取向使結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜的取向均勻的形成結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜的技術(shù)，以及獲得結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜并在其中減少了雜質(zhì)濃度的技術(shù)。
發(fā)明概述為了解決上述問題，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是至少在可見光區(qū)域具有透明性的襯底上形成第一半導(dǎo)體區(qū)域，在第一半導(dǎo)體區(qū)域上形成勢(shì)壘薄膜，穿過勢(shì)壘薄膜形成覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域頂表面和側(cè)表面的保溫薄膜，利用連續(xù)波激光光束從第一半導(dǎo)體區(qū)域的一個(gè)邊緣穿過襯底到另一個(gè)邊緣的掃描來晶化第一半導(dǎo)體區(qū)域，消除保溫薄膜和勢(shì)壘薄膜，然后，通過蝕刻第一半導(dǎo)體區(qū)域形成第二半導(dǎo)體區(qū)域，作為TFT的活性層。按照這樣的方式，即為了載流子的平滑漂移，激光光束掃描的方向和TFT的溝道長(zhǎng)度方向被安排在幾乎相同的方向上，來形成由蝕刻形成的第二半導(dǎo)體區(qū)域的一種圖案。
當(dāng)通過激光光束的照射使加熱到熔化狀態(tài)的第一半導(dǎo)體區(qū)域在激光光束的照射之后被快速冷卻時(shí)，提供保溫薄膜來阻止第一半導(dǎo)體區(qū)域變成微晶體。已經(jīng)知道當(dāng)半導(dǎo)體區(qū)域從熔化狀態(tài)被快速冷卻時(shí)，被產(chǎn)生的很多晶體晶核將變成微晶體，但是，通過提供保溫薄膜可以阻止這種情況的發(fā)生。也就是說，通過提供保溫薄膜，在激光光束照射后，凝固過程中的冷卻速率得到減緩，這將使得晶體生長(zhǎng)時(shí)間加長(zhǎng)。
如果保溫薄膜消除了，提供勢(shì)壘薄膜作為蝕刻阻塞物。硅類型半導(dǎo)體和具有可選擇作為蝕刻的材料如氧化硅或氮化硅被用作勢(shì)壘薄膜。還可以使用具有良好熱傳導(dǎo)性的材料諸如氮化鋁、氧化鋁或氮氧化鋁。
通過吸氣法處理來消除雜質(zhì)元素諸如在晶化處理過程中在第一半導(dǎo)體區(qū)域中偏析的金屬。在這種吸氣法處理中，在保溫薄膜和勢(shì)壘薄膜消除后，在第一半導(dǎo)體區(qū)域上形成了非晶體半導(dǎo)體薄膜，通過加熱處理金屬性元素偏析在非晶體半導(dǎo)體薄膜中，然后非晶體半導(dǎo)體薄膜和勢(shì)壘薄膜將被消除。在第一半導(dǎo)體區(qū)域晶化之后進(jìn)行吸氣法處理，這將使雜質(zhì)如偏析在半導(dǎo)體區(qū)域的金屬被消除。這將會(huì)獲得高純度的晶體。
利用蝕刻在襯底上形成的非晶體半導(dǎo)體薄膜，被形成固定圖案的物質(zhì)可應(yīng)用于第一半導(dǎo)體區(qū)域。也就是說可能由非晶體半導(dǎo)體形成。還可能由預(yù)先晶化的物質(zhì)來形成。
在此情況下，作為一種生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，在襯底上形成非晶體半導(dǎo)體薄膜，在加入催化劑元素后，利用加熱處理使非晶體半導(dǎo)體薄膜晶化以形成結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜，利用蝕刻晶體半導(dǎo)體薄膜形成第一半導(dǎo)體區(qū)域，形成覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域的勢(shì)壘區(qū)域，穿過勢(shì)壘薄膜形成覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域的頂表面和側(cè)表面的保溫薄膜，通過連續(xù)波激光光束從第一半導(dǎo)體區(qū)域的一個(gè)邊緣穿過襯底到另一個(gè)邊緣的掃描改進(jìn)第一半導(dǎo)體區(qū)域的結(jié)晶特性，消除保溫薄膜和勢(shì)壘薄膜，并且，按照這樣的方式即激光光束的掃描方向和薄膜晶體管的溝道長(zhǎng)度方向被安排在幾乎相同的方向上，通過蝕刻第一半導(dǎo)體區(qū)域，形成第二半導(dǎo)體區(qū)域。
作為生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的另一個(gè)方法是，在襯底上形成非晶體半導(dǎo)體薄膜，在可選擇地加入催化劑元素后，利用加熱處理，使非晶體半導(dǎo)體薄膜從催化劑元素被選擇加入與襯底平行的方向的區(qū)域中晶化，以形成結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜，通過蝕刻結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜形成第一半導(dǎo)體區(qū)域，形成覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域的勢(shì)壘區(qū)域，穿過勢(shì)壘薄膜形成覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域的頂表面和側(cè)表面的保溫薄膜，通過連續(xù)波激光光束從第一半導(dǎo)體區(qū)域的一個(gè)邊緣穿過襯底到另一個(gè)邊緣的掃描改進(jìn)第一半導(dǎo)體區(qū)域的結(jié)晶特性，消除保溫薄膜和勢(shì)壘薄膜，并且，按照這樣的方式即激光光束的掃描方向和薄膜晶體管的溝道長(zhǎng)度方向被安排在相同的方向上，通過蝕刻第一半導(dǎo)體區(qū)域，形成第二半導(dǎo)體區(qū)域。
一種形成籽晶區(qū)域的技術(shù)，在第一半導(dǎo)體區(qū)域晶化應(yīng)用于這種方法，即確定最終形成TFT活性層的第二半導(dǎo)體層的晶體取向方法之前，籽晶區(qū)域與第一半導(dǎo)體區(qū)域接觸并變成籽晶。
在這種情況下，作為本發(fā)明的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，在襯底上形成第一非晶體半導(dǎo)體薄膜，在加入催化劑元素后，利用加熱處理使第一非晶體半導(dǎo)體薄膜晶化以形成第一結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜，通過蝕刻第一結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜形成籽晶晶體區(qū)域，在襯底上形成與籽晶晶體區(qū)域重疊的第二非晶體半導(dǎo)體薄膜，第二非晶體半導(dǎo)體薄膜被蝕刻以形成至少部分與籽晶晶體區(qū)域重疊的第一半導(dǎo)體區(qū)域，形成覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域的的勢(shì)壘薄膜，穿過勢(shì)壘薄膜形成覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域的頂表面和側(cè)表面的保溫薄膜，通過連續(xù)波激光光束從與籽晶區(qū)域重疊的第一半導(dǎo)體區(qū)域的一個(gè)邊緣穿過襯底到另一邊緣的掃描，使第一半導(dǎo)體區(qū)域晶化，消除保溫薄膜和勢(shì)壘薄膜，并且通過按照這樣的方式，即激光光束的掃描方向和薄膜晶體管的溝道長(zhǎng)度方向被安排在相同的方向上，利用蝕刻第一半導(dǎo)體區(qū)域和籽晶晶體區(qū)域，形成第二半導(dǎo)體區(qū)域。
作為生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的另一個(gè)方法，在襯底上形成包含硅和鍺的第一非晶體半導(dǎo)體薄膜，在加入催化劑元素后，利用加熱處理使第一非晶體半導(dǎo)體薄膜晶化以形成第一結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜，通過蝕刻第一結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜形成籽晶晶體區(qū)域，在襯底上形成與籽晶晶體區(qū)域重疊的第二非晶體半導(dǎo)體薄膜，第二非晶體半導(dǎo)體薄膜被蝕刻以形成至少部分與籽晶晶體區(qū)域重疊的第一半導(dǎo)體區(qū)域，消除保溫薄膜和勢(shì)壘薄膜，并且通過按照這樣的方式，即激光光束的掃描方向和薄膜晶體管的溝道長(zhǎng)度方向被安排在相同的方向上，利用蝕刻第一半導(dǎo)體區(qū)域和籽晶晶體區(qū)域，形成第二半導(dǎo)體區(qū)域。
當(dāng)催化劑元素被加入到將被晶化的、包含硅和鍺的非晶體半導(dǎo)體薄膜中時(shí)，能獲得具有較高取向速率的{101}晶體表面的結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，發(fā)展要求鍺的濃度在不低于0.1％和不高于10％的范圍內(nèi)，最好在基于硅的不低于1％和不高于5％的范圍內(nèi)。如果鍺的濃度高于高極限值時(shí)，因?yàn)樽匀痪Ш说漠a(chǎn)生，產(chǎn)生硅和鍺合金(不考慮帶有添加金屬元素的化合物而產(chǎn)生的晶核)，自然晶核的產(chǎn)生變得顯著，所以，獲得的多晶體半導(dǎo)體薄膜的取向比率不會(huì)增加。如果鍺的濃度較于低極限值時(shí)，由于不能產(chǎn)生足夠的畸變，故該取向比率不會(huì)增加。具有較高取向速率的{101}晶體表面的結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜被做成籽晶區(qū)域，這將導(dǎo)致最終形成的第三半導(dǎo)體區(qū)域有較高晶體取向，并獲得結(jié)晶半導(dǎo)體的單一取向。
從Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Cu和Au中選擇一個(gè)或多個(gè)元素的催化劑元素可應(yīng)用于包含硅和鍺的非晶體半導(dǎo)體薄膜中。形成厚度為10nm到20nm的非晶體半導(dǎo)體薄膜。金屬性元素被添加到非晶體硅薄膜中以執(zhí)行加熱處理，形成硅和金屬性元素的化合物(硅化物)，并且通過擴(kuò)散化合物使晶化繼續(xù)下去。添加到非晶體硅薄膜中的鍺不與化合物發(fā)生反應(yīng)，但圍繞化合物存在以產(chǎn)生局部畸變。這種畸變將對(duì)增加晶核形成的臨界半徑的過程起作用，這將影響晶核形成密度的降低和晶體取向極限的減小。
在結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜中，吸氣法處理對(duì)于消除由用作晶化催化劑元素或經(jīng)歷熔化狀態(tài)而從薄膜外部帶進(jìn)的雜質(zhì)是一種可應(yīng)用的方法。加入了周期律的18組元素(稀有氣體元素)，如磷或氬的非晶體半導(dǎo)體或結(jié)晶半導(dǎo)體對(duì)形成畸變場(chǎng)的吸氣法位置(偏析雜質(zhì)的區(qū)域)是很適合的。吸氣法處理能使催化劑元素和晶化過程中被污染的金屬性元素被消除掉。這就可能使由雜質(zhì)引起的瑕疵密度減小。
通過上述說明的方法，通過蝕刻第一半導(dǎo)體區(qū)域而形成的第二半導(dǎo)體區(qū)域就可能是被認(rèn)為實(shí)質(zhì)上單一晶體的晶體。也就是說，連續(xù)波激光光束的掃描方向變成與TFT的溝道長(zhǎng)度方向相同(平行方向)，這將使得由單一晶體顆粒構(gòu)成的結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜在整個(gè)溝道形成區(qū)域上形成。
在本發(fā)明的構(gòu)成中，襯底是由用作半導(dǎo)體的襯底，如包括鋇硼硅酸鹽玻璃和鋁矽酸鹽玻璃或石英的非堿性玻璃制成的。
氣體激光振蕩設(shè)備和固態(tài)激光振蕩設(shè)備，最好是能連續(xù)振蕩的激光振蕩設(shè)備被應(yīng)用到本發(fā)明的激光振蕩設(shè)備中。帶有晶體如YAG，YVO4，YLF和YAIO3，并在這些晶體中摻雜了Cr，Nd，Er，Ho，Ce，Co，Ti或Tm的激光振蕩設(shè)備可應(yīng)用于連續(xù)波固態(tài)激光振蕩設(shè)備?；ǖ牟ㄩL(zhǎng)依賴于摻雜劑材料，并且，激光振蕩設(shè)備在波長(zhǎng)為1μm到2μm之間振蕩。通過使用具有從可見光區(qū)域到紫外線區(qū)域的波長(zhǎng)的激光光束，其最好具有基波的二次諧波到四次諧波，激光光束被選擇地吸收入半導(dǎo)體薄膜中以使非晶體半導(dǎo)體薄膜晶化。典型地，如果非晶體半導(dǎo)體薄膜晶化，則使用NdYVO4激光(基波是1064nm)的二次諧波(532nm)。也可用氣體激光振蕩設(shè)備，如氬氣激光器和氪氣激光器。
無論如何，從半導(dǎo)體薄膜的吸收系數(shù)而言，連續(xù)波激光光束的波長(zhǎng)希望是在400nm到700nm的范圍。如果光的波長(zhǎng)大于所述范圍，因?yàn)榘雽?dǎo)體的吸收系數(shù)比較小，所以，當(dāng)增加功率密度用于熔化時(shí)，甚至襯底也遭到熱損。如果光的波長(zhǎng)小于所述范圍，因?yàn)楣鈳缀醵急话雽?dǎo)體的表面吸收了，所以半導(dǎo)體不能從內(nèi)部加熱，使得在表面條件的影響下，隨機(jī)晶體生長(zhǎng)變?yōu)橹饕蛩亍?br> 從固態(tài)激光振蕩設(shè)備輻射的激光光束具有很強(qiáng)的相干性，在一個(gè)照射面上產(chǎn)生干擾，這樣，提供一種結(jié)構(gòu)作為消除干擾的設(shè)備，在該結(jié)構(gòu)中，從不同激光振蕩設(shè)備輻射的多個(gè)激光光束疊加在照射部分上。該結(jié)構(gòu)不僅使得消除干擾，而且還在照射部分上增加實(shí)質(zhì)的能量密度。該結(jié)構(gòu)也可以是另一種設(shè)備，在該結(jié)構(gòu)中從不同的激光振蕩設(shè)備輻射的多個(gè)激光光束被疊加在光學(xué)系統(tǒng)光通路的同一個(gè)光軸上。
帶有上述消除干擾裝置的激光處理設(shè)備的結(jié)構(gòu)包括n(n是一個(gè)自然數(shù))個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，第n個(gè)光學(xué)系統(tǒng)具有第n個(gè)激光振蕩設(shè)備，用于在第n個(gè)Y軸方向上操作激光光束的偏轉(zhuǎn)單元，用于在第n個(gè)X軸向上和在第n個(gè)fθ透鏡上掃描激光光束的偏轉(zhuǎn)單元，n個(gè)被聚集并利用n個(gè)光學(xué)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)的光束照射在與所處理的物質(zhì)幾乎相同的半導(dǎo)體薄膜位置上。一個(gè)電鏡可以應(yīng)用于該偏轉(zhuǎn)單元。
在上述激光處理設(shè)備的結(jié)構(gòu)中，可以輻射出具有足夠熔化半導(dǎo)體的能量密度的激光光束，而不在被照射部分上產(chǎn)生干涉，通過由偏轉(zhuǎn)單元控制激光光束位置的激光光束的掃描，甚至在較大的襯底上也僅有一個(gè)形成半導(dǎo)體區(qū)域的特定區(qū)域可以被處理，結(jié)果，可以提高晶體處理的生產(chǎn)量。
本發(fā)明指的非晶體半導(dǎo)體薄膜不僅包括在狹義上的一種具有完全非晶體結(jié)構(gòu)的材料，還包括一種包含精細(xì)結(jié)晶粒子狀態(tài)、所謂的精細(xì)晶體半導(dǎo)體薄膜和局部包含晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜。典型地，可以用非晶體硅薄膜，還可以用非晶體硅鍺薄膜和非晶體碳化硅薄膜。
附圖簡(jiǎn)述當(dāng)結(jié)合附圖參考所做的說明時(shí)，就會(huì)看到本發(fā)明的上述和其它目的，在這些附圖中圖1A-1C說明依據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件方法的概念；
圖2A和2B表示依據(jù)本發(fā)明的晶化過程細(xì)節(jié)的視圖；圖3表示依據(jù)本發(fā)明的晶化過程細(xì)節(jié)的視圖；圖4表示依據(jù)本發(fā)明的晶化過程細(xì)節(jié)的視圖；圖5表示依據(jù)本發(fā)明的晶化過程細(xì)節(jié)的視圖；圖6表示應(yīng)用于本發(fā)明的一種激光照射設(shè)備模式結(jié)構(gòu)的頂視圖；圖7表示應(yīng)用于本發(fā)明的一種激光照射設(shè)備模式結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖8表示應(yīng)用于本發(fā)明的一種激光照射設(shè)備模式結(jié)構(gòu)；圖9表示應(yīng)用于本發(fā)明的一種激光照射設(shè)備模式結(jié)構(gòu)；圖10A和10B表示依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的晶化過程的視圖；圖11A和11B表示依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的晶化過程的視圖；圖12A和12B表示依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的晶化過程的視圖；圖13A和13B表示依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的晶化過程的視圖；圖14表示TFT襯底的構(gòu)造以及構(gòu)成TFT的半導(dǎo)體區(qū)域的結(jié)構(gòu)與激光光束掃描方向之間關(guān)系；圖15A-15C是表示依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的晶化過程的視圖；圖16A-16B是表示依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的晶化過程的視圖；圖17A-17B是表示依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的晶化過程的視圖；圖18A是表示依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的晶化過程的視圖；圖19A-19C是表示依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的晶化過程的視圖；圖20A-20B是表示依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的晶化過程的視圖；圖21A-21B是表示依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的晶化過程的視圖；圖22A-22B是表示依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的晶化過程的視圖；圖23A-23C是表示具有CMOS結(jié)構(gòu)TFT制造過程的剖面圖；圖24是表示TFT襯底結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖25是表示TFT襯底結(jié)構(gòu)的頂視圖；圖26是表示TFT襯底電路結(jié)構(gòu)示例的方框圖；圖27A和27B是表示帶有發(fā)光器件的半導(dǎo)體器件的象素元件構(gòu)結(jié)剖面圖；圖28A-28G是依據(jù)本發(fā)明帶有半導(dǎo)體器件的電子設(shè)備的示例；圖29A-29D是依據(jù)本發(fā)明帶有半導(dǎo)體器件的電子設(shè)備的示例；圖30是依據(jù)本發(fā)明帶有半導(dǎo)體器件的電子設(shè)備的示例；
優(yōu)選實(shí)施例詳述以下將參考附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳述。圖1A中的透視圖表示在襯底101上形成阻擋層102、第一半導(dǎo)體區(qū)域103、勢(shì)壘薄膜104和保溫薄膜105的狀態(tài)。非堿性玻璃盤可以用作襯底101。第一半導(dǎo)體區(qū)域103是由半導(dǎo)體材料，如硅、硅和鍺的化合物或合金以及硅和碳的化合物或合金制成的。硅是這些材料中最合適的。第一半導(dǎo)體區(qū)域103的厚度在30nm到200nm的范圍內(nèi)。
襯底101是由半導(dǎo)體襯底，如包含鋇硼硅酸鹽玻璃和鋁矽酸鹽玻璃或石英的非堿性玻璃制成的。還可用合成樹脂，如聚乙烯萘(polyethylene naphthalate)和聚醚砜。
形成由虛線所示的TFT活性層的第二半導(dǎo)體區(qū)域106是從第一半導(dǎo)體區(qū)域103形成的。第二半導(dǎo)體區(qū)域106在第一半導(dǎo)體區(qū)域103的一個(gè)邊緣部分內(nèi)形成?；钚詫影s質(zhì)區(qū)域，雜質(zhì)區(qū)域中的價(jià)電子由諸如TFT溝道形成區(qū)域和源區(qū)或耗盡區(qū)來控制。
在一個(gè)方向上掃描激光光束107，以使第一半導(dǎo)體區(qū)域103被晶化。還可以在平行于第一掃描方向上前后擺動(dòng)。激光光束波長(zhǎng)帶使用了這樣的波長(zhǎng)，即激光光束可以穿過襯底，并且形成第一半導(dǎo)體區(qū)域的主要半導(dǎo)體材料吸收該激光光束。如果半導(dǎo)體材料是非晶體硅，雖然它依賴于氫的含量，但是考慮到非晶體硅薄膜的厚度，用具有波長(zhǎng)在可見光區(qū)域的400nm到700nm范圍內(nèi)的激光光束照射。這就使得可以穿過襯底101來選擇加熱第一半導(dǎo)體區(qū)域103和保溫薄膜105。在這個(gè)波長(zhǎng)帶中，非晶體硅的吸收系數(shù)大約為103到105/cm。因此，最合適的激光光束是從激光振蕩設(shè)備輻射的連續(xù)波激光光束，這些激光振蕩設(shè)備帶有晶體，如摻雜Cr，Nd，Er，Ho，Ce，Co，Ti或Tm的YAG，YVO4，YLF和YAIO3的晶體。使用其二次諧波，以獲得波長(zhǎng)在400nm到700nm范圍內(nèi)的激光光束。例如，如果使用NdYVO4激光，則得到波長(zhǎng)為532nm的激光光束作為二次諧波。
具體地說，波長(zhǎng)為532nm的光穿透由非晶體硅薄膜制成的第一半導(dǎo)體區(qū)域103的深度大約為100nm到1000nm，它足夠達(dá)到具有20nm到200nm厚度的第一半導(dǎo)體區(qū)域的內(nèi)部。也就是說，從半導(dǎo)體薄膜內(nèi)部加熱以及對(duì)激光光束照射區(qū)域中幾乎所有的半導(dǎo)體薄膜均勻加熱都是可能的。激光光束的波長(zhǎng)并不局限于532nm這個(gè)值，考慮到形成第一半導(dǎo)體區(qū)域103的半導(dǎo)體材料的吸收系數(shù)，就可能確定激光光束的波長(zhǎng)。
如圖1A所示的照射方法，激光光束以與玻璃襯底表面的法線成θ角度從襯底101的側(cè)面照射過來。激光光束在照射表面的形狀不特別局限于橢圓和矩形，但最好比分成孤立形狀的第一半導(dǎo)體區(qū)域103的一條邊的長(zhǎng)度還長(zhǎng)。
通過非晶體半導(dǎo)體薄膜的晶化，產(chǎn)生包含氫的脫氣以及由于原子重排的密度收縮。這將使在非晶體區(qū)域與晶體區(qū)域的界面上的晶格匹配不能保持，結(jié)果產(chǎn)生畸變。如圖1A所示，第二半導(dǎo)體區(qū)域106在第一半導(dǎo)體區(qū)域103的晶化區(qū)域內(nèi)部形成TFT活性層，而第二半導(dǎo)體區(qū)域106的形成還將消除畸變區(qū)域。
當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體區(qū)域被激光光束照射加熱到熔化狀態(tài)，并在激光光束照射之后快速冷卻時(shí)，保溫薄膜能阻止第一半導(dǎo)體區(qū)域變成微晶體。已知當(dāng)半導(dǎo)體區(qū)域從熔化狀態(tài)快速冷卻時(shí)，將產(chǎn)生很多的結(jié)晶晶核變成微晶體，但是，通過提供保溫薄膜可阻止其發(fā)生。也就是說，通過提供保溫薄膜，可以減緩在激光光束輻射之后凝固過程中的冷卻速率，這使得晶體生長(zhǎng)時(shí)間變長(zhǎng)。
可以發(fā)現(xiàn)，在利用激光光束加熱達(dá)到熔化狀態(tài)之后的半導(dǎo)體冷卻和凝固過程中晶化繼續(xù)進(jìn)行。圖2A和2B示意出了保溫薄膜有與無時(shí)冷卻過程中的熱量傳播方向。當(dāng)在襯底上形成的半導(dǎo)體薄膜被激光光束加熱后，在冷卻過程中有兩種含量，這兩種含量被分成傳播到襯底側(cè)的含量和傳播成氣相的含量，前者所占比例比熱傳導(dǎo)大。
圖2A表示在襯底201上形成的阻擋層202、第一半導(dǎo)體區(qū)域203、勢(shì)壘薄膜204和保溫薄膜205的狀態(tài)。圖2A中所示的箭頭指示熱量傳播的方向。這里有兩個(gè)熱量傳播的路徑，其一是傳播到襯底側(cè)和第一半導(dǎo)體區(qū)域203形成區(qū)域的保溫薄膜的側(cè)面，另一個(gè)是從保溫薄膜205的熱量保持區(qū)域206傳播到第一半導(dǎo)體區(qū)域203。這使得第一半導(dǎo)體區(qū)域203將從中心部分開始冷卻。在此情況下，晶化從第一半導(dǎo)體區(qū)域的中心部分向外部進(jìn)行。圖2B表示如果沒有保溫薄膜，第一半導(dǎo)體區(qū)域203的邊緣部分冷卻最快，因?yàn)闊崃總鞑釗p比率較大。在此情況下，晶化從第一半導(dǎo)體區(qū)域的邊緣部分向內(nèi)部進(jìn)行，并且由于在中心部分中生長(zhǎng)的晶體表面相互對(duì)著，這些會(huì)形成顆粒邊界。
在圖1A所示的第一半導(dǎo)體區(qū)域103的部分特性形狀中有籽晶區(qū)域110。通過從該部分照射激光光束，可以形成具有單一晶體取向的半導(dǎo)體區(qū)域。晶體生長(zhǎng)從首先在籽晶區(qū)域110形成的晶體中，或預(yù)先形成的晶體中出現(xiàn)。在籽晶區(qū)域中的晶體就是熟知的籽晶晶體，它可能是偶然形成的晶體，還可以是其晶體取向由于添加催化劑元素或特定元素而有意固定的晶體。
從獲得具有相對(duì)高取向比率的結(jié)晶半導(dǎo)體觀點(diǎn)看，通過采用催化劑元素的非晶體半導(dǎo)體薄膜的晶化是合適的?？蓱?yīng)用的催化劑元素是從Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Cu和Au中選擇的一個(gè)或多個(gè)元素。形成厚度為30nm到200nm的非晶體半導(dǎo)體薄膜。
鍺是合適的特定元素，通過添加鍺，可以獲得具有高取向比率{101}晶體表面的結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，結(jié)果的進(jìn)展要求鍺的濃度范圍在不低于0.1％和不高于10％的范圍內(nèi)，最好是在基于硅的基礎(chǔ)上不低于1％和不高于5％的范圍內(nèi)。金屬性元素被加入到非晶體硅薄膜中以完成加熱處理，形成硅和金屬性元素的化合物(硅化物)，并且通過擴(kuò)散化合物使晶化繼續(xù)下去。添加到非晶體硅薄膜中的鍺不與化合物發(fā)生反應(yīng)，但圍繞化合物存在以產(chǎn)生局部畸變。這種畸變將對(duì)增加晶核形成的臨界半徑的過程起作用，這將影響晶核形成密度的降低和晶體取向極限的減小。
以下將參考圖3到圖5來解釋籽晶區(qū)域110的各種模式。圖3表示從籽晶區(qū)域110中晶體生長(zhǎng)的過程。所照射的激光光束107從提供在第一半導(dǎo)體區(qū)域103的一個(gè)邊緣中的籽晶區(qū)域110掃描到具有熔化半導(dǎo)體的另一邊緣，這將使得晶體沿著激光光束107掃描的方向生長(zhǎng)。保溫薄膜105將在第一半導(dǎo)體區(qū)域103上面或激光光束的非入射面的表面上形成。激光光束是連續(xù)波，其維持連續(xù)的熔化區(qū)域。這樣就會(huì)使晶體連續(xù)生長(zhǎng)。
如圖所示，形成保溫薄膜105，并被第一半導(dǎo)體區(qū)域103所覆蓋，激光光束107照射位于第一半導(dǎo)體區(qū)域103及其兩端的保溫薄膜105。如使用圖2A所示的那樣，這將阻止晶化從第一半導(dǎo)體區(qū)域103的邊緣部分開始進(jìn)行，并且，一定能實(shí)現(xiàn)依賴于籽晶區(qū)域110的結(jié)晶特性的晶體生長(zhǎng)。晶體生長(zhǎng)具有單一晶體取向。在籽晶區(qū)域110中晶體的進(jìn)展可能是偶然的，通過添加催化劑元素如Ni，使獲得具有取向{101}晶體表面的晶體的概率變高。添加鍺大大提高這種概率。
在籽晶區(qū)域中，晶體的形狀增長(zhǎng)的可選擇性可以是如圖4中所示的從第一半導(dǎo)體區(qū)域103投影到籽晶區(qū)域110的形狀。投影部分的寬度是1μm到5μm，這就阻止多個(gè)晶體顆粒的自發(fā)產(chǎn)生。
如果籽晶區(qū)域110是利用其他半導(dǎo)體112在第一半導(dǎo)體區(qū)域103形成之前而形成，則圖5中所示的另一個(gè)模式是合適的形狀，在所選擇的區(qū)域111中，晶體取向被選為從籽晶區(qū)域110開始的一個(gè)方向上，并且，所選區(qū)域111被連接到第一半導(dǎo)體區(qū)域103。半導(dǎo)體112是通過來自第一半導(dǎo)體區(qū)域103的一個(gè)不同層而形成的，并且，通過添加催化劑元素而晶化的結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜，或者，通過添加催化劑元素，從包含在硅中添加鍺的非晶體硅半導(dǎo)體薄膜中晶化的結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜，都可用于半導(dǎo)體112。因?yàn)榻Y(jié)晶半導(dǎo)體薄膜有較高的晶體取向，所以，由半導(dǎo)體107就能以較好再生率獲得具有相同晶體取向的結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜。
籽晶區(qū)域的模式不局限于這里所示的模式，具有相同效果的另一個(gè)模式也可能合適。如果使用具有與{101}晶體表面不同的晶體取向的籽晶晶體，則可以實(shí)現(xiàn)按照晶體取向的晶體生長(zhǎng)。
通過圖1A中所示模式的連續(xù)波激光光束的照射，在整個(gè)第一半導(dǎo)體區(qū)域103被晶化之后，最好增加吸氣法處理。雖然經(jīng)連續(xù)激光光束的照射半導(dǎo)體變成熔化狀態(tài)，但是其時(shí)間依賴于光束掃描速率。掃描速率大約為10cm/sec到100cm/sec，但是，不能很好地阻止從外部來的雜質(zhì)污染?？諝獾某煞秩缪?、氮和碳最好不作為雜質(zhì)，設(shè)備構(gòu)成要素中的元素如以氣相飄浮的Fe，Ni和Cr或金屬性雜質(zhì)也最好不作為雜質(zhì)。雜質(zhì)的第一污染物途徑是黏著在阻擋層102或勢(shì)壘薄膜104以及第一半導(dǎo)體區(qū)域的界面上的雜質(zhì)。
在吸氣法處理中，在緊鄰第一半導(dǎo)體區(qū)域形成畸變場(chǎng)的半導(dǎo)體薄膜形成之后，通過加熱處理來偏析雜質(zhì)。添加了磷的非晶體半導(dǎo)體和添加了周期律的18組元素如氬的非晶體半導(dǎo)體都適合作為形成畸變場(chǎng)的半導(dǎo)體薄膜。加熱的溫度在500到800℃的范圍內(nèi)，并且使用退火爐和快速退火爐(RTA)。同時(shí)利用激光光束照射可以加速反應(yīng)。
通過圖1B中所示的蝕刻，將形成作為活性層的第二半導(dǎo)體區(qū)域106。然后，形成如圖1C所示的門絕緣薄膜108和門電極109，通過給半導(dǎo)體區(qū)域添加一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)形成源區(qū)和耗盡區(qū)，并且通過提供要求的導(dǎo)線可以獲得TFT。從圖1C和圖1A的比較，可以清楚看到激光光束的掃描方向和在已完成的TFT溝道長(zhǎng)度方向是在相同方向上的。
在激光光束的這樣照射方法中，連續(xù)波激光光束使得較大顆粒的晶體在掃描方向上生長(zhǎng)。有必要設(shè)置適當(dāng)?shù)膮?shù)，如激光光束的掃描速率或能量密度，例如，提供5W(532nm)輸出的激光光束集中在20μm×400μm的尺寸上，并且掃描速率設(shè)置為10cm/sec到100cm/sec。但是，由脈沖激光經(jīng)受的熔化-凝固的晶體生長(zhǎng)速率大約是1m/sec，以低于脈沖激光的速率掃描激光光束以使晶體退火，這使得在固態(tài)-液態(tài)界面上連續(xù)的晶體生長(zhǎng)。這可以實(shí)現(xiàn)顆粒增大。激光光束的掃描方向不限于這一個(gè)方向，最好的還是向后-向前擺動(dòng)掃描。提供保溫薄膜，晶體化可以從第一半導(dǎo)體的中心部分向外部進(jìn)行，這可以實(shí)現(xiàn)顆粒增大。
一種實(shí)現(xiàn)晶化的激光處理設(shè)備的模式如圖6和7的結(jié)構(gòu)所示。最好的激光處理設(shè)備的模式通過在襯底任選指定位置上激光光束的照射實(shí)現(xiàn)晶化，并且通過從多個(gè)方向上的激光光束的照射來提高產(chǎn)量。特別地，在這種結(jié)構(gòu)中，多個(gè)激光光束重疊在一個(gè)照射表面上，這就帶來用于激光處理和激光干涉消除的必要的能量密度。
圖6是表示激光處理設(shè)備的結(jié)構(gòu)頂視圖，而圖7是相應(yīng)于圖6的剖面圖。在圖6和圖7的說明中，為說明方便起見，使用了共同的參考數(shù)字。
第一光學(xué)系統(tǒng)401包括激光振蕩設(shè)備301a、一組透鏡302a、第一電鏡303a、第二電鏡304a和fθ透鏡305a。第一電鏡303a和第二電鏡304a是提供給偏轉(zhuǎn)裝置的。
第二光學(xué)系統(tǒng)402和第三光學(xué)系統(tǒng)403具有與第一光學(xué)系統(tǒng)相同的結(jié)構(gòu)。激光光束的偏轉(zhuǎn)方向由第一電鏡和第二電鏡的旋轉(zhuǎn)角控制，以照射凸臺(tái)(stage)306上的所處理物質(zhì)307。光束的半徑是任意的，因?yàn)樘峁┻@組透鏡302，如果必要的話還提供一個(gè)狹縫，粗略地講，直徑幾十到幾百的圓形、橢圓形和矩形是合適的。在圖6和圖7中的凸臺(tái)306是固定的。由于凸臺(tái)306可以與激光光束的掃描同步，使得在XYθ方向上的可移動(dòng)成為可能。
第一到第三光學(xué)系統(tǒng)在照射位置上將照射在作為被處理物質(zhì)的半導(dǎo)體薄膜上的激光光束疊加，以獲得所要求用于激光退火的能量密度，并可以消除光的干涉。從不同的激光振蕩設(shè)備照射來的激光光束具有不同的相位角，使得通過疊加激光光束就可以減少干涉。
雖然在圖中表示了這種結(jié)構(gòu)，在其中從第一到第三光學(xué)系統(tǒng)的照射來的三個(gè)激光光束被疊加。但是，相同的效果不局限于這些數(shù)量的激光光束，還可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)激光光束疊加的效果。如果激光處理設(shè)備具有與圖6和圖7相同效果的性能，則激光處理設(shè)備的結(jié)構(gòu)不局限于圖6和圖7所示的結(jié)構(gòu)。如果光束的分布具有高斯分布，其峰值位置稍微移動(dòng)進(jìn)行疊加，則疊加的光束分布可以是均勻的。
可以應(yīng)用具有圖8所示結(jié)構(gòu)的設(shè)備作為激光處理設(shè)備的另一種結(jié)構(gòu)。圖8表示激光處理設(shè)備結(jié)構(gòu)的正面圖和側(cè)視圖，該設(shè)備由激光振蕩設(shè)備801、高反射鏡802到804、形成橢圓形光束的光學(xué)系統(tǒng)805和凸臺(tái)808組成。形成橢圓形光束的光學(xué)系統(tǒng)805的一個(gè)例子是圓柱形透鏡806和凸透鏡807的組合，圓柱形透鏡806使得光束的形狀為橢圓形，凸透鏡用來聚集光束。這樣，光束組成為橢圓形，其結(jié)果有較寬的照射面積。這能使處理的速率得到改進(jìn)。
在這樣的設(shè)備中，凸臺(tái)808是移動(dòng)裝置，通過移動(dòng)雙軸方向，可以完成襯底809的激光退火?？赡芤?0cm/sec到80cm/sec的均勻速率連續(xù)地移動(dòng)，還可能在大于襯底一邊的范圍內(nèi)在一個(gè)方向上移動(dòng)，而在另一個(gè)方向上，可以執(zhí)行不連續(xù)步進(jìn)反饋，其運(yùn)動(dòng)程度與橢圓光束的主軸一樣。由配備微處理器的控制單元810同步操作激光振蕩設(shè)備801和凸臺(tái)808的振蕩。選擇激光光束入射角的特定角度，可以阻止在襯底809上反射的激光光束(光反饋)再次射入光學(xué)系統(tǒng)。
圖9表示凸臺(tái)814固定并且激光光束在襯底809表面上掃描的模式的實(shí)例。圖8表示激光處理設(shè)備的正面圖和側(cè)視圖，其中激光處理設(shè)備包括激光振蕩設(shè)備801、高反射鏡802和803、形成橢圓光束的光學(xué)系統(tǒng)811、一對(duì)能在XY方向掃描的電鏡812和fθ透鏡813。形成橢圓光束的光學(xué)系統(tǒng)811的一個(gè)實(shí)例是將凹透鏡和凸透鏡組合。這樣形成的激光光束為橢圓形，其結(jié)果有較寬的照射面積。這能使處理的速率得到改進(jìn)。偏轉(zhuǎn)方向由電鏡的旋轉(zhuǎn)角度來控制，使得激光光束照射到凸臺(tái)814上的襯底809的任意位置。由裝備有微處理器的控制單元810操作激光振蕩設(shè)備801的振蕩與該對(duì)電鏡812的同步。絕緣體815阻止反射在輻射表面的激光光束(光反饋)再射入激光振蕩設(shè)備以對(duì)光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生損壞。
激光處理設(shè)備具有如上所述的配置，如圖1A所示的激光光束的掃描方向和TFT的溝道長(zhǎng)度方向幾乎在相同的方向上，晶體取向變成單一取向，并且可以改進(jìn)電場(chǎng)效應(yīng)移動(dòng)率。提供了籽晶區(qū)域，在其上形成了具有被控晶體表面的籽晶晶體，這能形成具有單一取向的活性層。在頂部門極類型的TFT中，這能消除在活性層上形成的門絕緣薄膜的薄膜品質(zhì)離差，還能減少閾值電壓的離差。本發(fā)明還能應(yīng)用于底部門極類型的TFT(反交錯(cuò)類型)中。
實(shí)施例以下將參考實(shí)施例的附圖對(duì)依據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法的具體實(shí)例進(jìn)行說明。
實(shí)施例1實(shí)施例1是通過對(duì)形成在襯底上的非晶體硅薄膜的光刻來形成的固定抗蝕性圖案，利用蝕刻處理形成第一半導(dǎo)體區(qū)域，在第一半導(dǎo)體區(qū)域上形成勢(shì)壘薄膜和保溫薄膜，并且利用連續(xù)波激光光束從襯底側(cè)的照射使第一半導(dǎo)體區(qū)域晶化。
在圖10A和10B中，在由鋁矽酸鹽玻璃制成的玻璃盤401上，利用厚度為100nm的氮氧化硅薄膜來形成勢(shì)壘薄膜402。在勢(shì)壘薄膜402上的第一半導(dǎo)體區(qū)域403是通過等離子CVD技術(shù)形成的100nm厚的非晶體硅薄膜。第一半導(dǎo)體區(qū)域403的頂表面和側(cè)表面均覆蓋有200nm厚的氧化硅薄膜作為勢(shì)壘薄膜404，并且，氧化硅薄膜上覆蓋有200nm厚非晶體硅薄膜作為保溫薄膜405。圖10A是第一半導(dǎo)體區(qū)域403的頂視圖，圖10B表示包含襯底的第一半導(dǎo)體區(qū)域403的剖面結(jié)構(gòu)。如虛線所示的，雖然在該階段還沒有實(shí)施，形成TFT活性層的第二半導(dǎo)體區(qū)域407a和407b應(yīng)該在第一半導(dǎo)體區(qū)域403的邊緣部分內(nèi)形成。
籽晶區(qū)域406在第一半導(dǎo)體區(qū)域403的縱向的一個(gè)側(cè)面上形成。通過激光光束掃描籽晶區(qū)域406，晶體表面出現(xiàn)在籽晶區(qū)域406中。這將成為第一半導(dǎo)體區(qū)域403的晶體表面。
圖11A和11B表示通過使用連續(xù)波激光光束的晶化階段。激光光束409的照射面積可能小于第一半導(dǎo)體區(qū)域403的面積，但以這樣的方式照射激光光束，即激光光束的掃描方向與第一半導(dǎo)體區(qū)域403的水平方向相交。在這種情況下相交不總是必要的。照射角度可以具有大約30到90度范圍內(nèi)的相交角。
激光光束的橫切面形狀可以是任意的，如矩形的、直線的和橢圓的形狀。如圖11A和11B所示的激光光束的照射，使得晶化從第一半導(dǎo)體區(qū)域403的一個(gè)邊緣到其他邊緣生長(zhǎng)。可以采用如圖6到圖9所示的任何結(jié)構(gòu)的激光處理機(jī)械用作激光光束409的照射。由光學(xué)系統(tǒng)聚集的激光光束照射在第一半導(dǎo)體區(qū)域403和在第一半導(dǎo)體區(qū)域403的兩側(cè)面的保溫薄膜405上。被激光光束照射加熱到熔化狀態(tài)的第一半導(dǎo)體區(qū)域403在激光光束照射后快速冷卻，采用這種方式，保溫薄膜起到阻止從第一半導(dǎo)體區(qū)域403的兩側(cè)邊緣部分開始的另一種晶化的繼續(xù)進(jìn)行。
因此，利用激光光束409的照射，晶體從籽晶區(qū)域406生長(zhǎng)，并且形成被晶化的第一半導(dǎo)體區(qū)域408。
利用帶有三氟化氮(NF3)和六氟化硫(SF6)，并同時(shí)干燥蝕刻來消除保溫薄膜405，如圖12A和圖12B所示。利用包含氫氟酸的水溶液來消除勢(shì)壘薄膜404，使得第一半導(dǎo)體區(qū)域408能被選擇地保留下來。如圖12B所示，通過蝕刻被晶化的第一半導(dǎo)體區(qū)域408形成第二半導(dǎo)體區(qū)域407a和407b。通過在第二半導(dǎo)體區(qū)域407a和407b上形成一個(gè)門極絕緣薄膜、一個(gè)門極電極和一個(gè)導(dǎo)電類型的雜質(zhì)區(qū)域，來形成TFT的頂部門極類型。在此之后，根據(jù)特殊場(chǎng)合的要求可以形成引線和夾層電介質(zhì)等。
有源矩陣類型的顯示設(shè)備的功能機(jī)構(gòu)可以分成象素部分和驅(qū)動(dòng)電路部分，在顯示設(shè)備中的驅(qū)動(dòng)電路部分結(jié)合使用了TFT。在TFT中，利用由實(shí)施例1形成的第二半導(dǎo)體區(qū)域作為活性層，同時(shí)在一個(gè)襯底上形成象素部分和驅(qū)動(dòng)電路部分。
圖14詳細(xì)表示了TFT襯底與激光光束的照射方向之間的關(guān)系。在TFT襯底1201上用虛線表示了形成象素部分1202和驅(qū)動(dòng)電路部分1203和1204的區(qū)域。每個(gè)區(qū)域都形成第一半導(dǎo)體區(qū)域，并且，在圖14中局部放大的視圖1304、1305和1306表示了在該段激光光束的掃描方法。
例如，驅(qū)動(dòng)電路部分1203是一個(gè)形成掃描線驅(qū)動(dòng)電路的區(qū)域，并且在其局部放大的視圖1305中，形成包括第二半導(dǎo)體區(qū)域1258(用虛線表示)的第一半導(dǎo)體區(qū)域1251。第一半導(dǎo)體區(qū)域1251的排列使得連續(xù)波激光光束1405以圖中箭頭所示的方向掃描?？梢匀我獠捎玫诙雽?dǎo)體區(qū)域1258的形狀，但是，溝道長(zhǎng)度方向與激光光束掃描的方向排成一條直線。
提供在與驅(qū)動(dòng)電路部分1203相交的方向上的驅(qū)動(dòng)電路部分1204是數(shù)據(jù)線驅(qū)動(dòng)電路的構(gòu)成區(qū)域，并且包括第二半導(dǎo)體區(qū)域1257的第一半導(dǎo)體區(qū)域1250也在這里形成。激光光束1404的掃描方向與形成在第二半導(dǎo)體區(qū)域1257(局部放大的視圖1304)的溝道部分的溝道長(zhǎng)度的方向排列成一條直線。象素部分1202與驅(qū)動(dòng)電路部分相似，如局部放大的視圖1306所示。第二半導(dǎo)體區(qū)域1259是從第一半導(dǎo)體區(qū)域1252形成的。激光光束1406的掃描方向與在第二半導(dǎo)體區(qū)域1259中形成的溝道部分的溝道長(zhǎng)度方向排列成一條直線。利用這種排列，所有激光光束均可以以相同的方向掃描，這使得處理時(shí)間減少。
如上所示，保溫薄膜在第一半導(dǎo)體區(qū)域中形成，并且照射連續(xù)波激光光束。這使得晶體顆粒擴(kuò)展在要做的激光光束的掃描方向上，并且在該晶體顆粒中有均勻取向的晶體生長(zhǎng)。但是，有必要設(shè)置適當(dāng)?shù)募?xì)節(jié)參數(shù)，如激光光束的掃描速率和能量密度。這可以通過將激光光束的掃描速率設(shè)置在10cm/sec到100cm/sec的范圍內(nèi)來實(shí)現(xiàn)。據(jù)說由脈沖激光通過熔化-凝固的晶體生長(zhǎng)速率是1m/sec。激光光束以低于1m/sec的速率掃描并執(zhí)行退火，這能使在固體-液體界面上連續(xù)晶體生長(zhǎng)，并可實(shí)現(xiàn)晶體的較大顆粒。
實(shí)施例2在實(shí)施例1中的激光光束的掃描可以不僅在一個(gè)方向上掃描，而且還可以前-后擺動(dòng)掃描。在這種情況下，如圖13A和13B的實(shí)施例所示，可以在第一半導(dǎo)體區(qū)域403的兩側(cè)面提供籽晶區(qū)域406a和406b。如果前-后擺動(dòng)掃描，每次擺動(dòng)都將改變激光的能量密度，以使晶體生長(zhǎng)能同步(phased)。激光光束掃描還用作氫提取處理，萬一非晶體硅薄膜的晶化，常常需要進(jìn)行氫提取處理。首先以低能量密度的掃描提取出氫之后，利用較高能量密度的第二次掃描可以完成晶化。這種生產(chǎn)方法還生產(chǎn)出晶體半導(dǎo)體薄膜，其中晶體顆粒擴(kuò)展在激光光束掃描的方向上。
實(shí)施例3實(shí)施例3的目的是使在襯底上形成的非晶體硅薄膜預(yù)先晶化，并利用連續(xù)波激光光束增大晶體顆粒。
如圖15A所示，阻擋層502和非晶體硅薄膜503象實(shí)施例1那樣在玻璃襯底上形成。利用等離子CVD技術(shù)，作為屏蔽絕緣薄膜504的100nm厚的氧化硅薄膜在阻擋層502和非晶體硅薄膜503上形成，并且提供一個(gè)開口505。為了添加Ni作為催化劑元素，旋轉(zhuǎn)涂覆(spin-coated)包含5ppm醋酸鎳的水溶液。Ni與非晶體硅薄膜在開口505中接觸反應(yīng)。開口505形成的位置位于第一半導(dǎo)體區(qū)域的籽晶區(qū)域，其中第一半導(dǎo)體區(qū)域在籽晶區(qū)域之后或外面形成。
然后，如圖15B所示，經(jīng)過4個(gè)小時(shí)溫度為580℃的加熱處理，晶化出非晶體硅薄膜。通過催化劑元素的作用，從開口505到與襯底表面平行的方向上有晶化生長(zhǎng)。以這樣方式形成的晶體硅薄膜507是由條狀或針狀晶體的聚集構(gòu)成的。每個(gè)晶體的生長(zhǎng)具有特定方向?qū)傩裕⑶沂侨庋劭梢姷降?，這樣結(jié)晶取向是均勻的。晶體硅薄膜507的特性是具有特定方向上的較高取向比率。
完成了加熱處理，利用蝕刻消除屏蔽絕緣薄膜504，以便可以獲得如圖15C所示的晶體硅薄膜507。
通過如圖16A和16B所示的光刻，晶體硅薄膜507被蝕刻成固定的圖案，以形成第一半導(dǎo)體區(qū)域508。然后，由20nm厚的氧化硅薄膜形成勢(shì)壘薄膜509，并且由250nm厚的非晶體硅薄膜形成保溫薄膜510。在其中應(yīng)該形成作為TFT活性層的第二半導(dǎo)體區(qū)域511a和511b的區(qū)域位于第一半導(dǎo)體區(qū)域508的內(nèi)部。使用NdYVO4激光振蕩機(jī)械的連續(xù)振蕩的二次諧波(532nm)從襯底側(cè)照射該區(qū)域。如圖16A和16B所示，連續(xù)波激光光束512在一個(gè)方向掃描或前-后擺動(dòng)掃描。
通過這樣的激光光束的照射使晶體硅薄膜熔化以重晶化。利用這種重晶化，發(fā)生晶體生長(zhǎng)，并且這種生長(zhǎng)是晶體顆粒在激光光束掃描的方向上擴(kuò)展。在這種情況下，具有均勻晶體表面的晶體硅薄膜可預(yù)先形成，以阻止具有不同晶體表面的晶體的析出和錯(cuò)位的產(chǎn)生。在以下說明的實(shí)施例中，TFT可以利用與實(shí)施例1相同的處理來形成。
實(shí)施例4以與實(shí)施例3相同的方法，形成玻璃襯底501、阻擋層502和非晶體硅薄膜503，然后，作為催化劑元素的Ni被添加到表面。不只限于添加Ni的方法，也可以采用如旋轉(zhuǎn)涂覆、蒸氣沉淀和噴鍍方法。如果采用旋轉(zhuǎn)涂覆，要應(yīng)用包含5ppm醋酸鎳的水溶液來形成包括催化劑元素506(圖17A)的層。
然后，經(jīng)過4個(gè)小時(shí)溫度為580℃的加熱處理，非晶體硅薄膜503將被晶化。因此可獲得如圖17B所示的晶體硅薄膜507。形成的晶體硅薄膜507還可由條狀或針狀晶體聚集構(gòu)成。每個(gè)晶體的生長(zhǎng)具有特定方向?qū)傩?，并且是肉眼可見到的，這樣結(jié)晶取向是均勻的。晶體硅薄膜507的特性是具有特定方向上的較高取向比率。以與實(shí)施例3相同的方法來進(jìn)行在加熱處理之后的過程中的處理。
實(shí)施例5在實(shí)施例3或?qū)嵤├?中，在第一半導(dǎo)體區(qū)域508形成之后，通過吸氣法處理方法，可以加入保持催化劑元素在濃度上不低于1019/cm3的消除處理過程。如圖18所示，勢(shì)壘薄膜509保留在第一半導(dǎo)體區(qū)域508上，并且在勢(shì)壘薄膜513上形成添加了1×1020/cm3到1×1021/cm3氬的非晶體硅薄膜作為吸氣點(diǎn)514。
經(jīng)過12個(gè)小時(shí)溫度為600℃在退火爐中的加熱處理或30到60分鐘溫度為650到750℃的照射(1amp)退火或氣體加熱退火加熱處理，作為催化劑元素添加到晶體硅薄膜507中的Ni可以在吸氣點(diǎn)514被偏析出來。這種處理使得在晶體硅薄膜507中催化劑元素的濃度低于1017/cm3。
吸氣點(diǎn)514可以被選擇蝕刻。在該步驟中，當(dāng)每個(gè)保溫薄膜510和吸氣點(diǎn)被選擇蝕刻時(shí)，勢(shì)壘薄膜509可以用作蝕刻阻塞物。在完成吸氣法處理后，可按照與實(shí)施例3或?qū)嵤├?相同的方法繼續(xù)進(jìn)行處理。
實(shí)施例6在第一半導(dǎo)體區(qū)域中的晶體取向按照這種方式是一致的，即具有固定晶體取向的晶體半導(dǎo)體薄膜預(yù)先在籽晶區(qū)域中形成。如圖19A所示，阻擋層602在玻璃襯底601上形成，并且非晶體硅薄膜603在阻擋層602上形成。為了通過晶化形成籽晶區(qū)域，沒有必要獲得太厚的非晶體硅薄膜603。因此，足夠形成大約30到100nm范圍的厚度。然后，形成包括催化劑元素的層604。這種形成的方法可以用與實(shí)施例3或?qū)嵤├?相同的方法來完成。
通過晶化的加熱處理，就得到了晶體硅薄膜605。在該段可以用與實(shí)施例5相同的方式來進(jìn)行吸氣法處理。晶體硅薄膜605通過光刻被蝕刻成一種固定圖案以形成位于圖19C所示籽晶區(qū)域位置上的籽晶晶體606。一個(gè)150nm厚的非晶體硅薄膜607在玻璃襯底601上形成。
如圖20A和20B所示，非晶體硅薄膜607通過光刻被蝕刻成一種固定的圖案，以形成第一半導(dǎo)體區(qū)域608。籽晶區(qū)域609在第一半導(dǎo)體區(qū)域608的邊緣部分上形成。籽晶晶體606已經(jīng)在該區(qū)域上形成，并與籽晶區(qū)域609重疊。一個(gè)區(qū)域，在其中形成由虛線表示的第二半導(dǎo)體區(qū)域612a和612b，被安排在第一半導(dǎo)體區(qū)域608的內(nèi)部。勢(shì)壘薄膜610和保溫薄膜611在第一半導(dǎo)體區(qū)域608上形成。
連續(xù)波激光光束613從第一半導(dǎo)體區(qū)域的一個(gè)邊緣向另一個(gè)邊緣掃描以使圖21A和21B所示的區(qū)域晶化。連續(xù)波激光光束613從籽晶區(qū)域609中掃描，使得要形成的晶化區(qū)域614可以按照具有與籽晶晶體606相同的晶體取向來形成。保溫薄膜可以阻止按照這種方式，即第一半導(dǎo)體區(qū)域通過激光光束照射加熱成熔化狀態(tài)并在激光光束照射之后很快冷卻下來的方式，從第一半導(dǎo)體區(qū)域兩側(cè)邊緣部分產(chǎn)生另一種晶體化。
如圖22A和22B所示，被晶化的第一半導(dǎo)體區(qū)域608通過光刻被蝕刻成一種第二半導(dǎo)體區(qū)域612a和612b應(yīng)該形成的固定圖案。通過在第二半導(dǎo)體區(qū)域612a和612b上形成一個(gè)門極絕緣薄膜、一個(gè)門極電極和一個(gè)導(dǎo)電型雜質(zhì)區(qū)，就可以得到頂部門極類型的TFT門電極和一個(gè)導(dǎo)體類型的雜質(zhì)區(qū)域。
實(shí)施例7
在實(shí)施例6中，籽晶晶體606還可以由包含鍺的晶體硅薄膜形成。這意味著形成一種代替圖19A中的非晶體硅薄膜的非晶體硅薄膜，其包含鍺的濃度在0.1％到10％范圍，最好在1％到5％范圍內(nèi)。其它的處理可以與實(shí)施例6相同的方式來執(zhí)行。
使用包含鍺的晶體硅薄膜的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是具有較高的取向比率，這使{101}晶體表面的晶體取向比率提高到40％到90％。第一半導(dǎo)體區(qū)域的取向比率可以按照由結(jié)晶硅薄膜形成籽晶晶體的方式來提高。
實(shí)施例8依據(jù)實(shí)施例1到7中的任何一個(gè)實(shí)施例，可以將實(shí)施例5中說明的吸氣法處理在由連續(xù)波激光光束所晶化的第一半導(dǎo)體區(qū)域中執(zhí)行。吸氣法處理的方法與實(shí)施例5中的相同。通過進(jìn)行吸氣法處理，可以消除晶化過程中被污染和偏析的金屬性雜質(zhì)。
實(shí)施例9在實(shí)施例9中，將參考圖23A到23C說明通過使用在實(shí)施例1到8中形成的第二半導(dǎo)體區(qū)域，產(chǎn)生CMOS類型TFT的例子。
圖23A表示在玻璃襯底701上形成的作為活性層的第二半導(dǎo)體區(qū)域703a和703b、門極絕緣薄膜704和門極電極705a和705b狀態(tài)以及形成的阻擋層702。厚度80nm的門極絕緣薄膜按這種方式形成，即氮氧化硅薄膜由作為反應(yīng)氣體的SiH4，N2O，O2通過等離子CVD方法作成。因?yàn)樵诘诙雽?dǎo)體區(qū)域703a和703b中的晶體的取向比率較高，所以可以降低在第二半導(dǎo)體區(qū)域上形成的門極絕緣薄膜的薄膜品質(zhì)離差。這可以降低TFT閾值電壓的離差。導(dǎo)電材料，如Al，Ta，Ti，W和Mo或這些金屬性元素的合金適合用于制作門極電極705a和705b的材料。門極電極形成400nm的厚度。Al可以用作門極電極，并且氧化物薄膜通過穩(wěn)定化的陽極氧化作用在其表面上形成。
圖23B表示雜質(zhì)區(qū)的形成，其中，用作n溝道類型TFT的源區(qū)或耗盡區(qū)706、LDD區(qū)707以及用作p溝道類型TFT的源區(qū)或耗盡區(qū)708均由離子摻雜方法形成。
在由離子摻雜方法將雜質(zhì)成分射入的區(qū)域中，結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞變成了非晶體結(jié)構(gòu)。為了通過激活雜質(zhì)元素來恢復(fù)結(jié)晶結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)較低的電阻，要完成激光處理。激光處理可以利用依據(jù)本發(fā)明的激光處理機(jī)械來做。同時(shí)，以激光在氫氣(減少空氣)中照射的方式可以實(shí)現(xiàn)氫化作用。
由圖23C所示的氮化硅薄膜或氧化硅薄膜形成第一夾層電介質(zhì)710。進(jìn)一步，由有機(jī)樹脂材料或具有介電常數(shù)不大于4的低介電常數(shù)材料形成第二夾層電介質(zhì)711。丙烯酸和聚酰亞胺是很有用的有機(jī)樹脂材料。SiOF、聚芳醚阿人(poly-arylether)、BCB(苯并環(huán)丁烯)、氟化聚酰亞胺、a-CF是很有用的低介電常數(shù)材料。形成到達(dá)每個(gè)半導(dǎo)體層雜質(zhì)區(qū)域的接觸孔，然后利用Al、Ti和Ta形成引線713和714。由氮化硅薄膜來形成鈍化薄膜715。
如上所述，可獲得n溝道類型TFT 750和p溝道類型TFT760。雖然圖23C中的每個(gè)TFT表示為單元素，但是，通過這些TFT不僅能構(gòu)造CMOS電路，而且還能構(gòu)造單溝道類型的NMOS電路和PMOS電路。在依據(jù)本發(fā)明的第二半導(dǎo)體區(qū)域，晶體生長(zhǎng)是平行于溝道長(zhǎng)度方向的，以使充分地消除載流子通過的顆粒邊界。這就能獲得較高電場(chǎng)效應(yīng)遷移率。這樣產(chǎn)生的TFT能用于生產(chǎn)有源矩陣類型的液態(tài)晶體顯示設(shè)備和具有發(fā)光器件的顯示設(shè)備，并且還能用作其中在玻璃盤上形成存儲(chǔ)器或微處理器的TFT。
實(shí)施例10以下將參考圖24，說明通過使用與實(shí)施例9相同方法生產(chǎn)的TFT，實(shí)現(xiàn)有源矩陣驅(qū)動(dòng)類型顯示設(shè)備的TFT襯底(襯底是在其上形成TFT的)構(gòu)成的實(shí)施例。圖24表示在一個(gè)襯底上形成的n溝道類型TFT 801、p溝道類型TFT 802、具有n溝道類型TFT 803和n溝道類型TFT 804的驅(qū)動(dòng)電路部分806、具有電容器元件805的象素部分807的剖視圖。圖25是按照?qǐng)D24中直線B-B’，與圖24中所示的象素部分807的縱向剖視圖相應(yīng)的頂視和剖視結(jié)構(gòu)。
在驅(qū)動(dòng)電路部分806中的n溝道類型TFT 801具有這樣的結(jié)構(gòu)，即如圖23C所示的在實(shí)施例9中說明的在n溝道類型的TFT 750中，提供了與門極電極交疊的LDD區(qū)域。該結(jié)構(gòu)通過熱載流子效應(yīng)抑制了性能降低。p溝道類型TFT 802與p溝道類型TFT 760有相同的形狀，并且是單一耗盡結(jié)構(gòu)。由n溝道類型的TFT和p溝道類型TFT可形成移位寄存器電路、緩沖器電路、電平移相電路和鎖存器電路。n溝道類型的TFT 803具有象圖23C中所示的n溝道類型的TFT 750那樣的LDD結(jié)構(gòu)。通過較小電流，該LDD結(jié)構(gòu)可適用于采樣電路。
通過對(duì)實(shí)施例1到實(shí)施例8中所示方法的適當(dāng)組合，可形成第二半導(dǎo)體區(qū)域，其中雜質(zhì)區(qū)如溝道形成區(qū)域和LDD區(qū)域是在TFT中形成的。在第二半導(dǎo)體區(qū)域中的晶體生長(zhǎng)是在溝道長(zhǎng)度方向(或者，平行與襯底并向著溝道長(zhǎng)度的方向)，這樣使通過顆粒邊界的載流子概率大大地減小。這就獲得了較高的電場(chǎng)效應(yīng)遷移率和相當(dāng)優(yōu)秀的特性。參考數(shù)字814到816是連接到每個(gè)TFT源區(qū)或耗盡區(qū)的連線。
半導(dǎo)體區(qū)域820在n溝道類型TFT804的象素部分807中形成活性層，n溝道類型TFT 804具有這樣的結(jié)構(gòu)，即LDD結(jié)構(gòu)的TFT是串聯(lián)連接的，n溝道類型TFT 804的一端通過連接導(dǎo)線811與數(shù)據(jù)線810連接，另一端與象素電極連接。門極線812與門極電極824是電連接的。添加硼的雜質(zhì)區(qū)域在半導(dǎo)體區(qū)域821上形成，作為電容器元件805的一個(gè)電極。電容器元件805有作為電介質(zhì)的絕緣薄膜823(與門極絕緣薄膜相同的薄膜)，并且由電容器電極822和半導(dǎo)體區(qū)域821構(gòu)成。半導(dǎo)體區(qū)域820和821相當(dāng)于在實(shí)施例1到8中形成的第二半導(dǎo)體區(qū)域。
在這些TFT中，形成溝道形成區(qū)域或雜質(zhì)區(qū)域的第二半導(dǎo)體區(qū)域的取向比率是高而平直的，使得可以減少形成在第二半導(dǎo)體區(qū)域的門絕緣薄膜的薄膜品質(zhì)離差。這使得TFT的閾值電壓的離差也減少了。結(jié)果，使用較低的電壓就能驅(qū)動(dòng)TFT，并且具有減小電功率消耗的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)樗谋砻媸瞧街钡?，電?chǎng)不集中在凸起部分。因此，就可能抑制由產(chǎn)生在耗盡區(qū)邊緣的熱載流子效應(yīng)引起的性能降低。盡管在源區(qū)和耗盡區(qū)之間的載流子漂移的擴(kuò)散濃度在接近門絕緣薄膜交界處變得較高，但是載流子并不分散，并且通過平滑作用移動(dòng)得很平滑，這就導(dǎo)致較高的電場(chǎng)效應(yīng)遷移率。
為了從TFT襯底中生產(chǎn)液晶顯示設(shè)備，有必要在提供相反的襯底，在其上面對(duì)面地形成相互之間距離大約為3到8μm的公共電極，并且有必要形成一個(gè)取向薄膜和一個(gè)液晶層?？赡懿捎矛F(xiàn)有技術(shù)中的這些技術(shù)。
圖26表示這樣一個(gè)有源矩陣襯底的電路結(jié)構(gòu)。在象素部分901中用于驅(qū)動(dòng)TFT 900的驅(qū)動(dòng)電路部分包括數(shù)據(jù)線驅(qū)動(dòng)電路902和掃描線驅(qū)動(dòng)電路903，并且如果需要還安排移位寄存器電路、緩沖器電路、電平移相電路和鎖存電路。在此情況下，掃描線驅(qū)動(dòng)電路903提供有視頻信號(hào)，并且來自于控制器904的視頻信號(hào)和來自于定時(shí)產(chǎn)生器907的用于掃描驅(qū)動(dòng)電路的定時(shí)信號(hào)均被輸入到掃描線驅(qū)動(dòng)電路903中。來自于定時(shí)產(chǎn)生器907的數(shù)據(jù)線驅(qū)動(dòng)電路的定時(shí)信號(hào)被輸入到數(shù)據(jù)線驅(qū)動(dòng)電路902中，并且，數(shù)據(jù)線驅(qū)動(dòng)電路902向掃描線輸出一個(gè)信號(hào)。微處理器906完成對(duì)控制器904控制、將視頻信號(hào)數(shù)據(jù)輸入到存儲(chǔ)器905、從外部接口908的輸入和輸出、以及整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行管理這些控制工作。
用于形成該電路的TFT可以由具有實(shí)施例10中所示結(jié)構(gòu)的TFT來形成。形成TFT溝道形成區(qū)域的第二半導(dǎo)體區(qū)域，是被認(rèn)為實(shí)質(zhì)上單一晶體的區(qū)域，這使得TFT的特性得到提高，而且在諸如玻璃的襯底上可以形成各種功能電路。
實(shí)施例11以下將參考


作為使用TFT襯底的另一個(gè)實(shí)施例，使用發(fā)光器件的顯示設(shè)備的例子。圖27A和27B是表示在其中將TFT安排在每個(gè)象素元件中的顯示設(shè)備的象素元件結(jié)構(gòu)的剖面圖。在圖27A和27B中所示的n溝道類型的TFT 2100和2102，以及p溝道類型的TFT 2101具有與實(shí)施例9中相同的結(jié)構(gòu)，所以在實(shí)施例11中省略了對(duì)其的細(xì)節(jié)說明。
圖27A表示在襯底2001上通過阻擋層2002形成為象素元件的n溝道類型的TFT 2100和p溝道類型的TFT 2101的結(jié)構(gòu)。在此情況下，n溝道類型的TFT 2100是用作開關(guān)的TFT，p溝道類型的TFT 2101是用于電流控制的TFT，并且它的耗盡側(cè)連接到發(fā)光元件2105的一個(gè)電極上。p溝道類型的TFT 2101的目的是控制流向發(fā)光元件的電流。對(duì)在一個(gè)象素元件中提供的TFT數(shù)量沒有限制，并且可以依據(jù)顯示設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方法來選擇適當(dāng)?shù)碾娐方Y(jié)構(gòu)。
在圖27A中所示的發(fā)光元件2105包括陽極層2011、具有發(fā)射極有機(jī)化合物層2012和陰極層2013，并且在發(fā)光元件2105上形成鈍化層2014。有機(jī)化合物層包括發(fā)光層、空穴注入層、電子注入層、空穴傳導(dǎo)層和電子傳導(dǎo)層。在有機(jī)化合物層的發(fā)光中，有兩種發(fā)光，也就是說，如果從單倍激發(fā)狀態(tài)返回接地狀態(tài)(熒光)，以及從三倍激發(fā)狀態(tài)到接地狀態(tài)(磷光)，就發(fā)光，并且有機(jī)化合物的發(fā)光包括它們中一種或兩種發(fā)光。
具有較高逸出功的材料，如氧化銦、氧化錫和氧化鋅，被用作形成陽極的材料，而具有較低逸出功的材料，如包括MgAg、AlMg、Ca、Mg、Li，AlLi和AlLiAg的堿性金屬或堿性稀土金屬，典型地是鎂化合物被用作作為陰極的材料。陰極還可以由1nm到20nm厚的氟化鋰層和Al層的組合層或銫層和Al層較薄的組合層來構(gòu)成。陽極與p溝道類型TFT2101耗盡區(qū)側(cè)的導(dǎo)線2010連接，形成隔離墻層2003以覆蓋陽極2011的末端部分。
鈍化層2014在發(fā)光元件2105上形成。鈍化層2014由一種材料制成，該材料具有比氧氣或蒸氣高的勢(shì)壘特性，如氮化硅、氮氧化硅和象碳(DLC)的鉆石。這種構(gòu)成使從發(fā)光元件發(fā)出的光能從陽極側(cè)輻射出來。
在另一方面，圖27B表示在襯底2001上穿過阻擋層2002形成為象素元件的n溝道類型的TFT 2100和n溝道類型的TFT2102的結(jié)構(gòu)。在此情況下，n溝道類型的TFT 2100是用作開關(guān)的TFT，n溝道類型的TFT 2102是用于電流控制的TFT，并且它的耗盡側(cè)與發(fā)光元件2106的一個(gè)電極相連接。
在發(fā)光元件2106中，其材料具有較高逸出功、用作陽極材料，如氧化銦、氧化錫和氧化鋅的薄膜2016在導(dǎo)線2015上形成，并與n溝道類型的TFT 2102的耗盡側(cè)連接，而有機(jī)化合物層2018在薄膜2016上形成。
陰極結(jié)構(gòu)包括由1nm到2nm厚的具有較低逸出功的材料制成的第一陰極層2019，以及被提供了減小陰極電阻功能的第二陰極層2017。包括銫、銫與銀的合金、氟化鋰、MgAg、AlMg、Ca、Mg、Li。AlLi和AlLiAg的堿性金屬或堿性稀土金屬，典型的是鎂的化合物，被用作第一陰極層2019。10nm到20nm厚的金屬性金屬如Al和Ag，或10nm到100nm厚的透明導(dǎo)體薄膜如氧化銦、氧化錫和氧化鋅，被用作第二陰極層2017。鈍化薄膜2020形成在發(fā)光元件2106上。這種構(gòu)成使從發(fā)光元件發(fā)出的光能從陰極側(cè)輻射出來。
在圖27B中的發(fā)光元件2106的另一種模式可以包括陰極層2016，它的材料是包括銫、銫與銀的合金、氟化鋰、MgAg、AlMg、Ca、Mg、Li，AlLi和AlLiAg的堿性金屬或堿性稀土金屬，典型地是鎂的化合物，作為陰極材料，它形成在與n溝道類型TFT 2102的耗盡側(cè)連接的導(dǎo)線2015上，另一種模式還可以包括有機(jī)化合物層2018，大約1nm到2nm厚的第一陽極層2019，以及由透明導(dǎo)體薄膜形成的第二陽極層2017。第一陽極層是利用真空蒸氣方法由具有較高逸出功的材料如鎳、鉑和鉛制成的。
如上所述，利用有源矩陣驅(qū)動(dòng)的發(fā)光元件可以制成顯示設(shè)備。在這些TFT中，形成溝道形成區(qū)域或雜質(zhì)區(qū)域的第二半導(dǎo)體區(qū)域的取向比率是高而平直的，這樣能減小在第二半導(dǎo)體區(qū)域形成的門極絕緣薄膜的薄膜品質(zhì)的離差。這也能減小TFT的閾值電壓的離差。結(jié)果，就能使用較低的電壓驅(qū)動(dòng)TFT，并且有降低電功率消耗的優(yōu)點(diǎn)。在顯示設(shè)備中，要求用于電流控制的TFT的電流驅(qū)動(dòng)電路，其連接到發(fā)光元件，具有較高性能，使得TFT適合用于顯示設(shè)備。這里沒有表示出結(jié)構(gòu)，其中在鄰近象素部分提供的驅(qū)動(dòng)電路部分可以與實(shí)施例10中的相同。
實(shí)施例12本發(fā)明能應(yīng)用于各種半導(dǎo)體器件中。半導(dǎo)體器件包括移動(dòng)信息終端(電子記事本、移動(dòng)計(jì)算機(jī)、蜂窩電話等等)、視頻便攜攝像機(jī)、數(shù)碼像機(jī)、個(gè)人電腦、電視接收機(jī)和各種投影類型的顯示設(shè)備、如圖28A到28G，圖29A到29D和圖30所示的例子。
圖28A是依據(jù)本發(fā)明的電視接收機(jī)的例子，該電視接收機(jī)由外殼3001、支撐物3002和顯示部分3003組成。依據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的TFT襯底應(yīng)用于顯示部分3003中，并且該電視接收機(jī)可以由本發(fā)明來完成。
圖28B是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)視頻攝像機(jī)的實(shí)例，該視頻攝像機(jī)由機(jī)身3011、顯示部分3012和聲音輸入部分3013、操作開關(guān)3014、電池3015和圖像接收部分3016組成。依據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的TFT襯底應(yīng)用于顯示部分3012中，并且該視頻攝像機(jī)可以由本發(fā)明來完成。
圖28C是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)個(gè)人筆記本電腦的實(shí)例，該個(gè)人電腦由機(jī)身3021、支撐物3022、顯示部分3023和鍵盤3024組成。依據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的TFT襯底應(yīng)用于顯示部分3023中，并且該個(gè)人電腦可以由本發(fā)明來完成。
圖28D是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)PDA(個(gè)人數(shù)字助理)的實(shí)例，該P(yáng)DA由機(jī)身3031、指示筆3032、顯示部分3033、操作按鈕3034和外部接口3035組成。依據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的TFT襯底應(yīng)用于顯示部分3033中，并且該個(gè)人電腦可以由本發(fā)明來完成。
圖28E是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)聲音復(fù)制系統(tǒng)，更具體的說是車載視聽系統(tǒng)的實(shí)例，該視聽系統(tǒng)包括機(jī)身3041、顯示部分3042和操作開關(guān)3043和3044。依據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的TFT襯底應(yīng)用于顯示部分3042中，并且該視聽系統(tǒng)可以由本發(fā)明來完成。
圖28F是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)數(shù)碼照相機(jī)的實(shí)例，該數(shù)碼照相機(jī)由機(jī)身3051、顯示部分A3052和目鏡部分3053、操作開關(guān)3054、顯示部分B3055和電池3056組成。依據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的TFT襯底應(yīng)用于顯示部分A3052和B3055中，并且該數(shù)碼照相機(jī)可以由本發(fā)明來完成。
圖28G是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)蜂窩電話的實(shí)例，該蜂窩電話由機(jī)身3061、聲音輸出部分3062、聲音輸入部分3063、顯示部分3064、操作開關(guān)3065和天線3066組成。依據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的TFT襯底應(yīng)用于顯示部分3064中，并且該蜂窩電話可以由本發(fā)明來完成。
圖29A是正投式投影機(jī)，它包括投影設(shè)備2601和屏幕2602。圖29B是背投式投影機(jī)，它包括機(jī)身2701、投影設(shè)備2702、反射鏡2703和屏幕2704。
圖29C表示在圖29A和29B中說明的投影設(shè)備2601和2702的結(jié)構(gòu)的實(shí)例。投影設(shè)備2601和2702由光源光學(xué)系統(tǒng)2801、反射鏡2802和2804到2806、分光鏡2803、棱鏡2807、液晶顯示器2808、相位差盤2809和投影光學(xué)系統(tǒng)2810組成。投影光學(xué)系統(tǒng)2810由包括投影透鏡的光學(xué)系統(tǒng)組成?？蓱?yīng)用單盤方法。雖然在實(shí)施例中表示的是三盤的實(shí)例，這里沒有特別的限制。諸如光學(xué)透鏡、具有偏振功能的薄膜、調(diào)節(jié)相位差的薄膜和IR薄膜的光學(xué)系統(tǒng)可以適當(dāng)?shù)靥峁┯趫D29C中由箭頭表示的光的路徑中。
圖29D表示在圖29C中說明的光源光學(xué)系統(tǒng)2801的結(jié)構(gòu)的實(shí)例。在實(shí)施例中，光源光學(xué)系統(tǒng)2801包括反射鏡2811、光源2812、透鏡陣列2813和2814、偏振轉(zhuǎn)換元件2815和聚光透鏡2816。在圖29D中表示的光源光學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)例，但這里沒有特別的限制。可以將諸如光學(xué)透鏡、具有偏振功能的薄膜、調(diào)節(jié)相位差的薄膜和IR薄膜的光學(xué)系統(tǒng)適當(dāng)提供給光源光學(xué)系統(tǒng)中。
圖30是一個(gè)電子記事本，它由機(jī)身3101、顯示部分A3102、顯示部分B3103、存儲(chǔ)媒介3104、操作開關(guān)3105和天線3106組成?？蓪㈦娮幽@示應(yīng)用于顯示部分B3103中。顯示部分A3102和顯示部分B3103的驅(qū)動(dòng)電路和象素部分可以由依據(jù)本發(fā)明的TFT襯底來形成。該電子記事本可以由本發(fā)明來完成。
在該說明書中說明的電子設(shè)備是一個(gè)實(shí)例，因此，本發(fā)明是特別適用于、但并不是專用于這些實(shí)例。
如上所述，依據(jù)本發(fā)明，形成第一半導(dǎo)體區(qū)域，以這樣的方式，即連續(xù)波激光束的掃描方向與TFT的溝道長(zhǎng)度方向安排在相同的方向上，晶體取向變成單一取向，這就改進(jìn)了電場(chǎng)效應(yīng)遷移率。在籽晶區(qū)域中提供具有被控晶體表面的籽晶晶體，這能形成具有單一取向的第二半導(dǎo)體區(qū)域。這就減小了形成在第二半導(dǎo)體上的門極絕緣薄膜的薄膜品質(zhì)的離差，并減小在頂部門極類型TFT中的閾值電壓的離差。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成第一半導(dǎo)體區(qū)域；形成一個(gè)覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域的勢(shì)壘薄膜；形成一個(gè)穿過勢(shì)壘薄膜覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域頂表面和側(cè)表面的保溫薄膜；通過連續(xù)波激光光束從第一半導(dǎo)體區(qū)域的一個(gè)邊緣穿過襯底向另一個(gè)邊緣的掃描，晶體化第一半導(dǎo)體區(qū)域；消除保溫薄膜和勢(shì)壘薄膜；以及采用這樣的方式，即激光光束的掃描方向和薄膜晶體管溝道長(zhǎng)度的方向安排在相同的方向上，蝕刻第一半導(dǎo)體區(qū)域，以形成第二半導(dǎo)體區(qū)域。
2.依據(jù)權(quán)利要求1的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中，連續(xù)波激光光束按照多個(gè)激光光束重疊在被照射表面的方式，照射在被照射表面上。
3.依據(jù)權(quán)利要求1的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中，連續(xù)波激光光束的波長(zhǎng)在400nm到700nm范圍之間。
4.依據(jù)權(quán)利要求1的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中，使用從固態(tài)激光振蕩設(shè)備輻射的連續(xù)波激光光束的諧波。
5.依據(jù)權(quán)利要求1的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中的半導(dǎo)體器件被加入到從一組電子設(shè)備選擇的電子設(shè)備中，該組電子設(shè)備包括電視機(jī)、視頻攝像機(jī)、筆記本類型的計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、聲音復(fù)制系統(tǒng)、數(shù)碼照相機(jī)、蜂窩電話、正投類型投影儀、背投類型的投影儀和電子圖書。
6.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成第一半導(dǎo)體區(qū)域；形成一個(gè)覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域的勢(shì)壘薄膜；形成一個(gè)穿過勢(shì)壘薄膜覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域頂表面和側(cè)表面的保溫薄膜；通過連續(xù)波激光光束從第一半導(dǎo)體區(qū)域的一個(gè)邊緣穿過襯底向另一個(gè)邊緣的掃描，晶化第一半導(dǎo)體區(qū)域；消除保溫薄膜；在第一半導(dǎo)體區(qū)域上形成一個(gè)非晶體半導(dǎo)體薄膜；通過加熱處理，偏析金屬性元素到非晶體半導(dǎo)體薄膜上；消除非晶體半導(dǎo)體薄膜和勢(shì)壘薄膜；以及采用這樣的方式，即激光光束的掃描方向和薄膜晶體管溝道長(zhǎng)度方向安排在相同的方向上，蝕刻第一半導(dǎo)體區(qū)域來形成第二半導(dǎo)體區(qū)域。
7.依據(jù)權(quán)利要求6的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中，連續(xù)波激光光束按照多個(gè)激光光束重疊在被照射表面的方式，照射在被照射的表面上。
8.依據(jù)權(quán)利要求6的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中，連續(xù)波激光光束的波長(zhǎng)在400nm到700nm范圍之間。
9.依據(jù)權(quán)利要求6的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中，使用從固態(tài)激光振蕩設(shè)備輻射的連續(xù)波激光光束的諧波。
10.依據(jù)權(quán)利要求6的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中的半導(dǎo)體器件被加入到從一組電子設(shè)備選擇的電子設(shè)備中，該組電子設(shè)備包括電視機(jī)、視頻攝像機(jī)、筆記本類型的計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、聲音復(fù)制系統(tǒng)、數(shù)碼照相機(jī)、蜂窩電話、正投類型投影儀、背投類型的投影儀和電子圖書。
11.一種生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成一個(gè)非晶體半導(dǎo)體薄膜區(qū)域；將催化劑元素添加到非晶體半導(dǎo)體薄膜中；加熱非晶體半導(dǎo)體薄膜以形成結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜；通過蝕刻結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜形成第一半導(dǎo)體區(qū)域；形成覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域的勢(shì)壘薄膜；形成一個(gè)穿過勢(shì)壘薄膜覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域頂表面和側(cè)表面的保溫薄膜；通過連續(xù)波激光光束從第一半導(dǎo)體區(qū)域的一個(gè)邊緣穿過襯底向另一個(gè)邊緣的掃描，以改進(jìn)第一半導(dǎo)體區(qū)域的結(jié)晶特性；消除保溫薄膜和勢(shì)壘薄膜；以及采用這樣的方式，即激光光束的掃描方向和薄膜晶體管溝道長(zhǎng)度的方向安排在相同的方向上，蝕刻第一半導(dǎo)體區(qū)域來形成第二半導(dǎo)體區(qū)域。
12.依據(jù)權(quán)利要求11的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中在連續(xù)波激光光束掃描之后，消除保溫薄膜，并且進(jìn)行吸氣法處理以消除催化劑元素；
13.依據(jù)權(quán)利要求11的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中，連續(xù)波激光光束按照多個(gè)激光光束重疊在被照射表面的方式，照射在被照射的表面上。
14.依據(jù)權(quán)利要求11的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中，連續(xù)波激光光束的波長(zhǎng)在400nm到700nm范圍之間。
15.依據(jù)權(quán)利要求11的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中，使用從固態(tài)激光振蕩設(shè)備輻射的連續(xù)波激光光束的諧波。
16.依據(jù)權(quán)利要求11的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中的半導(dǎo)體器件被加入到從一組電子設(shè)備選擇的電子設(shè)備中，該組電子設(shè)備包括電視機(jī)、視頻攝像機(jī)、筆記本類型的計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、聲音復(fù)制系統(tǒng)、數(shù)碼照相機(jī)、蜂窩電話、正投類型投影儀、背投類型的投影儀和電子圖書。
17.一種生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，包括形成一個(gè)在襯底上形成的非晶體半導(dǎo)體薄膜；選擇地給非晶體半導(dǎo)體薄膜添加催化劑元素；加熱非晶體半導(dǎo)體薄膜以形成結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜，其中，非晶體半導(dǎo)體薄膜是從按照與襯底平行的方向選擇地添加催化劑的區(qū)域進(jìn)行晶化的；通過蝕刻結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜形成第一半導(dǎo)體區(qū)域；形成覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域的勢(shì)壘薄膜；形成一個(gè)穿過勢(shì)壘薄膜覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域頂表面和側(cè)表面的保溫薄膜；通過連續(xù)波激光光束從第一半導(dǎo)體區(qū)域的一個(gè)邊緣穿過襯底向另一個(gè)邊緣的掃描，來改進(jìn)第一半導(dǎo)體區(qū)域的結(jié)晶特性；消除保溫薄膜和勢(shì)壘薄膜；以及采用這樣的方式，即激光光束的掃描方向和薄膜晶體管溝道長(zhǎng)度的方向安排在相同的方向上，蝕刻第一半導(dǎo)體區(qū)域來形成第二半導(dǎo)體區(qū)域。
18.依據(jù)權(quán)利要求17的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中在連續(xù)波激光光束掃描之后，消除保溫薄膜，并且進(jìn)行吸氣法處理以消除催化劑元素；
19.依據(jù)權(quán)利要求17的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中，連續(xù)波激光光束按照多個(gè)激光光束在被照射表面重疊的方式，照射在被照射的表面上。
20.依據(jù)權(quán)利要求17的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中，連續(xù)波激光光束的波長(zhǎng)在400nm到700nm范圍之間。
21.依據(jù)權(quán)利要求17的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中，使用從固態(tài)激光振蕩設(shè)備輻射的連續(xù)波激光光束的諧波。
22.依據(jù)權(quán)利要求17的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中的半導(dǎo)體器件被加入到從一組電子設(shè)備選擇的電子設(shè)備中，該組電子設(shè)備包括電視機(jī)、視頻攝像機(jī)、筆記本類型的計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、聲音復(fù)制系統(tǒng)、數(shù)碼照相機(jī)、蜂窩電話、正投類型投影儀、背投類型的投影儀和電子圖書。
23.一種生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成第一非晶體半導(dǎo)體薄膜；給第一非晶體半導(dǎo)體薄膜添加催化劑元素；加熱第一非晶體半導(dǎo)體薄膜以形成第一結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜；通過蝕刻第一結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜形成籽晶晶體區(qū)域；形成與襯底上籽晶晶體區(qū)域重疊的第二非晶體半導(dǎo)體薄膜；蝕刻第二半導(dǎo)體薄膜以形成與籽晶晶體區(qū)域至少部分重疊的第一半導(dǎo)體區(qū)域；形成覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域的勢(shì)壘薄膜；形成穿過勢(shì)壘薄膜覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域頂表面和側(cè)表面的保溫薄膜；通過連續(xù)波激光光束從與籽晶晶體區(qū)域重疊的一個(gè)邊緣穿過襯底向另一個(gè)邊緣掃描，晶化第一半導(dǎo)體區(qū)域；消除保溫薄膜和勢(shì)壘薄膜；以及采用這樣的方式，即激光光束的掃描方向和薄膜晶體管溝道長(zhǎng)度的方向安排在相同的方向上，蝕刻第一半導(dǎo)體區(qū)域來形成第二半導(dǎo)體區(qū)域。
24.依據(jù)權(quán)利要求23的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中在第一半導(dǎo)體區(qū)域晶化之后，消除保溫薄膜，并且進(jìn)行吸氣法處理以消除催化劑元素；
25.依據(jù)權(quán)利要求23的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中，連續(xù)波激光光束按照多個(gè)激光光束重疊在被照射表面的方式，照射在被照射的表面上。
26.依據(jù)權(quán)利要求23的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中，連續(xù)波激光光束的波長(zhǎng)在范圍400nm到700nm之間。
27.依據(jù)權(quán)利要求23的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中，使用從固態(tài)激光振蕩設(shè)備輻射的連續(xù)波激光光束的諧波。
28.依據(jù)權(quán)利要求23的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中的半導(dǎo)體器件被加入到從一組電子設(shè)備選擇的電子設(shè)備中，該組電子設(shè)備包括電視機(jī)、視頻攝像機(jī)、筆記本類型的計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、聲音復(fù)制系統(tǒng)、數(shù)碼照相機(jī)、蜂窩電話、正投類型投影儀、背投類型的投影儀和電子圖書。
29.一種生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成包含硅和鍺的第一非晶體半導(dǎo)體薄膜；給第一非晶體半導(dǎo)體薄膜添加催化劑元素；加熱第一非晶體半導(dǎo)體薄膜以形成第一結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜；通過蝕刻第一結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜形成籽晶晶體區(qū)域；形成與襯底上籽晶晶體區(qū)域重疊的第二非晶體半導(dǎo)體薄膜；蝕刻第二非晶體半導(dǎo)體薄膜以形成與籽晶晶體區(qū)域至少部分重疊的第一半導(dǎo)體區(qū)域；形成覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域的勢(shì)壘薄膜；形成一個(gè)穿過勢(shì)壘薄膜覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域頂表面和側(cè)表面的保溫薄膜；通過連續(xù)波激光光束從第一半導(dǎo)體區(qū)域一個(gè)邊緣穿過襯底向另一個(gè)邊緣掃描，晶化第一半導(dǎo)體區(qū)域；消除保溫薄膜和勢(shì)壘薄膜；以及采用這樣的方式，即激光光束的掃描方向和薄膜晶體管溝道長(zhǎng)度的方向安排在相同的方向上，蝕刻第一半導(dǎo)體區(qū)域來形成第二半導(dǎo)體區(qū)域。
30.依據(jù)權(quán)利要求29的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中在晶化第一半導(dǎo)體區(qū)域之后，消除保溫薄膜，并且進(jìn)行吸氣法處理以消除催化劑元素；
31.依據(jù)權(quán)利要求29的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中，連續(xù)波激光光束按照多個(gè)激光光束重疊在被照射表面的方式，照射在被照射的表面上。
32.依據(jù)權(quán)利要求29的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中，連續(xù)波激光光束的波長(zhǎng)在400nm到700nm范圍之間。
33.依據(jù)權(quán)利要求29的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中，使用從固態(tài)激光振蕩設(shè)備輻射的連續(xù)波激光光束的諧波。
34.依據(jù)權(quán)利要求29的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中的半導(dǎo)體器件被加入到從一組電子設(shè)備選擇的電子設(shè)備中，該組電子設(shè)備包括電視機(jī)、視頻攝像機(jī)、筆記本類型的計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、聲音復(fù)制系統(tǒng)、數(shù)碼照相機(jī)、蜂窩電話、正投類型投影儀、背投類型的投影儀和電子圖書。
全文摘要
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種通過控制晶體取向，形成其取向均勻的結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜的技術(shù)，以及獲得在其中雜質(zhì)濃度得到減少的結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜的技術(shù)。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是第一半導(dǎo)體區(qū)域在可見光區(qū)域具有透明特性的襯底上形成，勢(shì)壘薄膜在第一半導(dǎo)體區(qū)域上形成，覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域頂表面和側(cè)表面的熱量保持膜穿過勢(shì)壘薄膜而形成，第一半導(dǎo)體區(qū)域利用連續(xù)波激光光束從第一半導(dǎo)體區(qū)域的一個(gè)邊緣穿過襯底向另一個(gè)邊緣的掃描而晶化，消除保溫薄膜和勢(shì)壘薄膜，然后，通過蝕刻第一半導(dǎo)體區(qū)域形成TFT活性層的第二半導(dǎo)體區(qū)域。采用這樣的方式，即為了載流子的平滑漂移，激光光束的掃描方向和TFT的溝道長(zhǎng)度方向被安排在幾乎相同的方向上，來形成由蝕刻形成的第二半導(dǎo)體區(qū)域的一種圖案。
文檔編號(hào)H01L21/336GK1407601SQ0214149
公開日2003年4月2日 申請(qǐng)日期2002年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月30日
發(fā)明者山崎舜平 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所