專利名稱：用于半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于具有薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件的制造方法，并且具體地涉及一種形成用于形成薄膜晶體管的有源層的晶態(tài)(crystalline)半導(dǎo)體膜的技術(shù)。
背景技術(shù)：
形成薄膜晶體管(下面被稱作TFT)的有源層的方法的一個例子是，已經(jīng)開發(fā)出一種技術(shù)，在具有絕緣表面的基底上形成非晶半導(dǎo)體薄膜，以便通過激光退火方法、熱退火方法等來使該膜結(jié)晶。
激光退火方法是一種結(jié)晶技術(shù)，利用這種技術(shù)，不用顯著增加玻璃基底的溫度，而僅對非晶半導(dǎo)體膜施加高能量，就可以使該膜結(jié)晶。特別是，能產(chǎn)生波長小于或等于400nm的較短波長的光振蕩的受激準分子激光器是一種典型的激光器，從開發(fā)激光退火方法的初始階段以來，就一直使用這種激光器。激光退火方法的操作如下通過光學(xué)系統(tǒng)對激光束進行處理，使其在受照射表面上呈點或線形，并將該處理過的激光束掃描整個基底上的受照射表面(該激光的照射位置相對于受照射表面移動)。
然而，在使用激光退火方法形成的晶態(tài)半導(dǎo)體膜中，由多個晶粒聚集起來形成了膜(使用傳統(tǒng)受激準分子激光器結(jié)晶方法獲得的顆粒尺寸一般是0.1到0.5μm左右)，且就晶粒的位置和尺寸而言，晶粒是隨機排列的。
當為了分隔元件而將晶態(tài)半導(dǎo)體膜分隔成島狀圖案分布時，形成了在玻璃基底上制造的TFT。因此，不可能指定晶粒的位置和尺寸來形成TFT。因此，如果不通過顆粒邊界來施加影響，使用單獨的晶態(tài)半導(dǎo)體膜很難形成通道(channel)形成區(qū)。
晶粒的分界面(interface)(顆粒邊界)對應(yīng)一個區(qū)，在該區(qū)打破了晶體的平移對稱性。眾所周知，由于在載流子(carrier)的復(fù)合中心或俘獲中心中的勢壘(potential barrier)或顆粒邊界中的勢壘的影響，這將降低載流子的電流轉(zhuǎn)移特性，其中的勢壘是由于晶體缺陷等引起的，并造成在TFT中OFF電流的升高。
這里，已知一種稱為超級橫向生長(super lateral growth)的技術(shù)，該技術(shù)可以提供的顆粒尺寸大于傳統(tǒng)受激準分子激光器結(jié)晶方法中的顆粒尺寸。James S.Im和H.J.Kim在“On the super lateralgrowth phenomenon observed in excimer laser-inducedcrystallization of thin Si films(關(guān)于在受激準分子激光器引起的薄硅膜結(jié)晶過程中觀察到的超級橫向生長現(xiàn)象)，Appl.Phys.Lett.64(17)，1996年4月25日，pp.2303-2305”中對這種技術(shù)進行了具體闡述。
根據(jù)超級橫向生長，通過外加激光形成一個部分，該部分中的半導(dǎo)體膜完全熔化，并形成另一部分，該部分中固態(tài)半導(dǎo)體區(qū)保留了下來，并以固態(tài)半導(dǎo)體區(qū)為晶核來開始晶體生長。由于需要一些時間來使完全熔化的區(qū)展示成核現(xiàn)象，所以直到在完全熔化的區(qū)成核之前，相對于以固態(tài)半導(dǎo)體區(qū)作為晶核的半導(dǎo)體膜的膜表面，晶體在水平方向(下面被稱作橫向)生長。因此，晶粒生長到這樣一種程度，使晶粒的長度等于膜厚度的幾十倍。例如，對于厚度為60nm的硅膜，出現(xiàn)橫向晶體生長，該晶體長度為1μm到2μm。下面將這種現(xiàn)象稱為超級橫向生長。
在上述的超級橫向生長的情況中，可以獲得較大的晶粒，但是在要通過超級橫向生長實現(xiàn)的激光能量強度區(qū)中，能量強度遠遠高于在一般受激準分子激光器的結(jié)晶中使用的能量強度。同樣，由于能量密度區(qū)的范圍非常窄，從控制該晶粒的位置的角度看，不可能控制所獲得的具有大尺寸顆粒的晶粒的位置。進一步，除獲得具有大顆粒尺寸的晶粒的區(qū)之外，其他區(qū)成為微晶區(qū)，在該微晶區(qū)中，成核現(xiàn)象發(fā)生在多個位置或非晶區(qū)中。在這種區(qū)中，晶粒的尺寸不統(tǒng)一，且該晶體的表面粗糙度非常大。因此，一般用于制造半導(dǎo)體器件的照射條件是這樣一種條件，在這種條件下可以輕易獲得0.1μm到0.5μm的統(tǒng)一顆粒尺寸。
另外，正如Rober t S.Sposili和James S.Im在“Sequentiallateral solidification of thin silicon films on SiO2(SiO2上的薄硅膜的順序橫向固化)，Appl.Phys.Lett.69(19)，1996年11月4日，pp.2864-2866”中所描述的，James S.Im等人公開了一種順序橫向固化方法(下面被稱作SLS方法)，使用這種方法可以在人為控制下，在任意位置上實現(xiàn)超級橫向生長。在這種方法中，通過一種縫形的掩膜(mask)對樣本施加脈沖振蕩受激準分子激光。在這種方法中，在執(zhí)行結(jié)晶時，樣本與激光的相對位置改變一個距離，該距離近似對應(yīng)于通過每次激光發(fā)射引起的超級橫向生長所獲得的晶體長度(大約0.75μm)，因此，通過使用人為控制的超級橫向生長，可以連續(xù)地形成晶體。
如上所述，根據(jù)SLS方法，當有人為控制時，受超級橫向生長影響的晶粒可以形成于任何地點。然而，這會導(dǎo)致以下問題。
首先，作為第一個問題，要提到的是較低的基底處理效率(生產(chǎn)率)。如上所述，在SLS方法中，每次發(fā)射激光時，結(jié)晶前進大約1μm的距離。因此，必須使在樣本基底上激光的聚束光點的相對移動距離(進給間距(feeding pitch))等于或小于1μm。根據(jù)用于使用脈沖振蕩受激準分子激光器的一般激光結(jié)晶條件，每次發(fā)射激光的進給間距是幾十μm或更多。然而不用說，在上面的條件下不能制造SLS方法所特有的晶體。SLS方法使用了最大振蕩頻率為300Hz的脈沖振蕩XeCl受激準分子激光器。這只能允許用以下方式形成結(jié)晶區(qū)在激光掃描的方向上，結(jié)晶每秒的最大前進距離是300μm左右。在上述程度的處理速度下，當基底尺寸增大，例如增大到600mm×720mm時，在傳統(tǒng)的SLS方法中每個基底都需要大量的處理時間。
每個基底需要大量的處理時間這一事實，它所導(dǎo)致的不僅僅是時間和花費的問題。實際上在非晶半導(dǎo)體結(jié)晶時，對其表面的處理非常重要。例如，作為預(yù)處理，使用稀釋的氫氟酸等將自然氧化膜除去，然后在一些情況下還要使用激光照射。在基底表面中，與在開始就受到激光照射作用的區(qū)相比，在最后才受到激光照射作用的區(qū)上可能會出現(xiàn)再生的自然氧化膜。在這種情況中，基底表面中的碳、氧、氮化物元素等元素的數(shù)量或如硼等污染雜質(zhì)的數(shù)量可能是不同的，而這些元素將帶入到所完成的晶體中來。另外，這可能會導(dǎo)致基底表面中的晶體管的特性存在差異。
作為第二個問題，要提到在傳統(tǒng)SLS方法中趨于復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)。需要在該光學(xué)系統(tǒng)中加入一種掩膜，來對激光進行處理，使之在基底表面上呈縫形。通常，用于多晶硅薄膜晶體管的有源層硅的膜厚度是幾十nm或更多。當使用脈沖振蕩受激準分子激光器時，進行激光結(jié)晶需要至少200mJ/cm2(作為一個典型的例子，對于厚度為50nm的非晶硅膜，使用脈沖寬度為30納秒的XeCl受激準分子激光器進行激光結(jié)晶所需要的激光能量密度是400mJ/cm2)的激光能量密度。在SLS方法中，根據(jù)超級橫向生長的最佳條件，必須有比上述能量密度稍高的區(qū)。很難制造出能抵抗這樣高的激光能量密度的縫形掩膜。在使用金屬制成的掩膜的情況中，當施加具有高能量密度的脈沖激光時，膜的某些部分會受到溫度的突然上升或突然下降的影響。這就涉及到，例如，經(jīng)過長時間的使用，會出現(xiàn)膜的脫落現(xiàn)象或微小圖案形狀的破碎現(xiàn)象(在實施防曝光的光刻法中，使用了例如鉻的堅硬掩膜材料，但與硅結(jié)晶所需的激光能量密度相比，這里使用的激光能量密度較低，所以不會出現(xiàn)膜的脫落以及微小圖案形狀的破碎等問題)。如上所述，傳統(tǒng)的SLS方法涉及復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)和器件難于維護的因素。
進一步，為了實現(xiàn)超級橫向生長，需要使激光的空間光束強度分布比較陡(從而盡量消除位于激光的照射區(qū)和非照射區(qū)之間的光強衰減區(qū))。在SLS方法中可以想象，既然僅使用在受激準分子激光器振蕩時使用的一般光學(xué)系統(tǒng)，不能獲得超級橫向生長所必需的陡峭的溫度斜坡特性，就需要用縫形掩膜來部分地擋住激光。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述內(nèi)容，提出了本發(fā)明，并因此本發(fā)明的一個目的是解決上述的問題，和根據(jù)TFT排列，實現(xiàn)對晶粒的位置控制，同時在結(jié)晶過程期間加快處理速度。更具體地說，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于半導(dǎo)體器件的制造方法，其中通過人為控制的超級橫向生長，能夠連續(xù)形成具有大顆粒尺寸的晶體，并能夠增加在激光結(jié)晶過程期間的基底處理效率。
進一步，本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于半導(dǎo)體器件的制造方法，其中通過人為控制的超級橫向生長，能夠連續(xù)形成具有大顆粒尺寸的晶體，并能夠提高在激光結(jié)晶過程期間的基底處理效率，而且另外，采用了一種簡單的激光照射方法，其中不需要像在傳統(tǒng)SLS方法中那樣，在光學(xué)系統(tǒng)中加入用于將激光處理為在基底表面上呈縫形狀的掩膜。
應(yīng)用于本發(fā)明的一種激光照射儀器包括用于控制激光對待處理的物體的照射位置的第一裝置，用于使激光振蕩的第二裝置(激光振蕩儀器)，用于處理激光的第三裝置(光學(xué)系統(tǒng))，和第四裝置，該第四裝置用于控制第二裝置的振蕩，并用于控制第一裝置，使得由第三裝置處理的激光的聚束光點覆蓋基于有關(guān)光掩膜形狀的數(shù)據(jù)(圖案信息)確定的位置。
作為用于控制激光對待處理物體的照射位置的第一裝置，具有兩種方法一種方法是使用載物臺(stage)控制器來驅(qū)動載物臺，即，這種方法是改變放置在載物臺上的待處理物體(基底)的位置；另一種方法是在固定基底位置的同時，使用激光光學(xué)系統(tǒng)改變激光點的照射位置。本發(fā)明可以采用上述兩種方法的任一個或組合采用這兩個方法。
需要注意的是，基于有關(guān)光掩膜形狀的數(shù)據(jù)(圖案信息)確定的位置對應(yīng)于用作晶體管的通道形成區(qū)、源區(qū)和漏區(qū)的每個部分，這些部分是通過光刻法，在結(jié)晶之后將半導(dǎo)體膜構(gòu)圖成島狀半導(dǎo)體層而獲得的。
在第四裝置中，根據(jù)有關(guān)光掩膜形狀的數(shù)據(jù)，可以在將絕緣表面上形成的半導(dǎo)體膜構(gòu)圖之后，在基底上以呈島狀半導(dǎo)體層的形式保留下來的部分進行控制。
接下來，為了能夠至少使包含以島狀半導(dǎo)體層的形式保留下來的部分的區(qū)結(jié)晶，確定第一激光的掃描部分，并控制第一裝置，以使聚束光點覆蓋掃描部分，從而使該半導(dǎo)體膜部分地結(jié)晶。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，不通過激光掃描在基底表面內(nèi)的整個半導(dǎo)體膜來實現(xiàn)照射，而掃描該激光，以便至少最低使必需的部分結(jié)晶。就是說，有可能省去對某些部分施加激光的時間周期，這些部分在對半導(dǎo)體膜結(jié)晶之后通過構(gòu)圖形成島狀半導(dǎo)體層時被刪除。于是，激光結(jié)晶所需的時間周期可以被縮短，并且另外可以加快基底的處理速度。將上述結(jié)構(gòu)應(yīng)用到傳統(tǒng)的SLS方法中，就成為解決傳統(tǒng)SLS方法的內(nèi)在問題的一種手段，而在傳統(tǒng)SLS方法中，基底處理效率(生產(chǎn)率)差。
進一步，根據(jù)本發(fā)明，除了可以縮短激光結(jié)晶時間周期和加快基底處理速度的方法外，還提供了一種簡單的方法，在這種方法中，不用像傳統(tǒng)的SLS方法一樣，在光學(xué)系統(tǒng)中加入掩膜來處理激光，以使之在基底表面上呈縫形。
為了實現(xiàn)超級橫向生長，需要使激光的空間光束強度分布(profile)為陡的(從而盡量消除位于激光的照射區(qū)和非照射區(qū)之間的光強衰減區(qū))。在傳統(tǒng)SLS方法中，可以想象，既然僅通過在使激準分子激光器振蕩時使用的一般光學(xué)系統(tǒng)，不能獲得超級橫向生長所必需的陡峭的溫度斜坡特性，就需要用縫形掩膜來部分地擋住激光。發(fā)射激光的儀器是發(fā)射脈沖振蕩的固體(solid)激光振蕩儀器的二次諧波(或三次諧波，或四次諧波)的儀器。在固體激光器中，發(fā)射的激光的發(fā)散角度與受激準分子激光器相比是小的，所以使用這種激光結(jié)構(gòu)，有可能僅通過用作一般光學(xué)系統(tǒng)透鏡的柱面透鏡，來使光束會聚，以便獲得對超級橫向生長是最佳的激光的空間光束強度分布。
另外，為了增加基底處理效率，希望采用一種對SLS方法是最佳的重復(fù)頻率和進給間距。下面將描述其條件。進給間距是指基底載物臺對于激光的每次脈沖的移動距離。在SLS方法中，對于每次激光發(fā)射，超級橫向生長的距離都有限制，并因此只通過增加進給間距是不能提高基底處理效率的。如果增加進給間距，要求相應(yīng)地提高激光的重復(fù)頻率。SLS方法中使用的XeCl受激準分子激光器具有最大值為300Hz的頻率。另一方面，在根據(jù)本發(fā)明的脈沖振蕩的固體激光振蕩儀器中，重復(fù)頻率可以最大增加到幾個MHz。所以，使用脈沖振蕩的固體激光振蕩儀器執(zhí)行具有高重復(fù)頻率的照射，以便與傳統(tǒng)的SLS方法相比，生產(chǎn)率能夠顯著提高。重復(fù)頻率的上限可以被確定在一個范圍內(nèi)，在這個范圍中，對于每次發(fā)射的激光，確保超級橫向生長所必需的能量密度，這根據(jù)脈沖振蕩的固體激光振蕩儀器主體的最大輸出來決定(這是因為如果其他條件相同，當頻率增加時，對于每次激光發(fā)射的能量密度減小)。
進一步，在固體激光振蕩儀器中，希望采用使用半導(dǎo)體激光激勵的固體激光振蕩儀器，而不采用使用傳統(tǒng)的閃光燈(flash lamp)激勵的固體激光振蕩儀器，這是因為激光能量的穩(wěn)定性極大改善。
利用上述的結(jié)構(gòu)，可以提供一種用于半導(dǎo)體器件的制造方法，在該制造方法中，通過人為控制的超級橫向生長，可以連續(xù)地形成具有大顆粒尺寸的晶粒，且可以提高在激光結(jié)晶過程期間的基底處理效率，并且另外采用了一種簡易的激光照射方法，其中不用像在傳統(tǒng)SLS方法中一樣在光學(xué)系統(tǒng)中加入掩膜來處理激光，以使之在基底表面上呈縫形狀。
具體地，本發(fā)明提供一種用于具有薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在絕緣表面上形成非晶半導(dǎo)體膜；和照射激光，以便對其中形成薄膜晶體管的有源層的區(qū)域執(zhí)行晶化，其中該激光是具有幾個MHz的重復(fù)頻率的脈沖振蕩的激光；和其中該激光在非晶半導(dǎo)體膜上移動的方向與其中載流子在薄膜晶體管中在通道形成區(qū)中移動的方向平行。
本發(fā)明還提供一種用于具有薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在絕緣表面上形成非晶半導(dǎo)體膜；在非晶半導(dǎo)體膜上形成標記；和根據(jù)具有用作參考的標記的薄膜晶體管的排列信息，有選擇地照射激光，以便對其中形成薄膜晶體管的有源層的區(qū)域執(zhí)行晶化，其中該激光是具有幾個MHz的重復(fù)頻率的脈沖振蕩的激光；和其中該激光在非晶半導(dǎo)體膜上移動的方向與其中載流子在薄膜晶體管中在通道形成區(qū)中移動的方向平行。
本發(fā)明又提供一種用于具有薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在絕緣表面上形成非晶半導(dǎo)體膜；和照射激光，以便對其中形成薄膜晶體管的有源層的區(qū)域執(zhí)行晶化，其中該激光是具有幾個MHz的重復(fù)頻率并從固體激光振蕩儀器中發(fā)射出的脈沖振蕩的激光；和其中該激光在非晶半導(dǎo)體膜上移動的方向與其中載流子在薄膜晶體管中在通道形成區(qū)中移動的方向平行。
需要注意的是，在本發(fā)明中，“半導(dǎo)體器件”這一名詞泛指這樣一些器件，這些器件可通過使用半導(dǎo)體特性來起作用(例如，利用液晶顯示面板代表的電子設(shè)備，以及包含這些電子設(shè)備作為其中部件的電子儀器)。


在附圖中圖1表示本發(fā)明中使用的激光照射儀器的結(jié)構(gòu)；圖2A和2B表示一種狀態(tài)，其中對于每個脈沖，相對于待處理的物體移動激光點；圖3表示一種狀態(tài)，其中當改變激光點在基底上的相對移動方向時，進行激光照射；圖4A和4B表示激光點相對于TFT的有源層的相對移動的方向；圖5A和5B表示標記形成位置；圖6A到6C表示有源矩陣基底的制造方法；圖7A到7C表示有源矩陣基底的制造方法；圖8A到8C表示有源矩陣基底的制造方法；圖9表示有源矩陣基底的制造方法；圖10A和10B表示根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式
1的激光照射儀器的光學(xué)系統(tǒng)；圖11A和11B分別表示通過SEM觀察到的表面圖像和激光結(jié)晶后的顆粒邊界的狀態(tài)；圖12A和12B表示標記的結(jié)構(gòu)；和圖13A表示在平行于通道長度方向的方向中移動激光掃描方向時掃描激光以執(zhí)行晶化的情況中的TFT特性；圖13B表示在垂直于通道長度方向的方向中移動激光掃描方向時掃描激光以執(zhí)行晶化的情況中的TFT特性；和表1是表示移動性和亞閾值(S-值)。
具體實施例方式
下面將參考附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細描述。
圖1是表示本發(fā)明的激光照射方法的框圖。作為控制脈沖激光相對于待處理的物體107的照射位置的第一裝置，圖1顯示了兩種方法一種方法是使用載物臺控制器101來驅(qū)動載物臺108，即，這種方法是改變位于載物臺的待處理的物體107(基底)的位置，另一種方法是固定載物臺的位置的情況下，通過光學(xué)系統(tǒng)103來移動激光點的照射位置。本發(fā)明可以使用上述兩種方法的任一個，也可以將它們結(jié)合使用。
上述兩種方法都涉及改變激光點相對于基底的位置，為了方便起見，將其稱為“(激光點的)掃描”。
另外，激光照射儀器100還包括一種對應(yīng)用于振蕩脈沖激光的第二裝置的脈沖激光振蕩儀器102。該脈沖激光振蕩儀器102可以根據(jù)處理的目的進行適當改動。在本發(fā)明中，可使用一種眾所周知的激光器。將脈沖振蕩氣體激光振蕩儀器或固體激光振蕩儀器用作激光器。當使用脈沖振蕩氣體激光器時，結(jié)構(gòu)與SLS方法中的結(jié)構(gòu)基本相同，除了通過計算機104使用與光掩膜形狀相關(guān)的數(shù)據(jù)模式來對位置進行了控制。在本實施方式中，將會描述應(yīng)用脈沖振蕩固體激光振蕩儀器的情況。
脈沖振蕩固體激光器樣例包含YAG激光器，YVO4激光器，YLF激光器，YAlO3激光器，玻璃激光器，紫翠玉激光器，藍寶石激光器和鎂橄欖石激光器(Mg2SiO4)，還有一種用作激光介質(zhì)晶體并摻雜了作為雜質(zhì)的Cr3+，Cr4+，Nd3+，Er3+，Ce3+，Co2+，Ti3+，Yb3+或V3+的激光器。所述激光的基波根據(jù)摻雜的材料改變，但可獲得具有大約1μm的基波的激光?？梢酝ㄟ^使用非線性光學(xué)元件來獲得相對于基波的二次諧波，三次諧波和四次諧波。
進一步，激光照射儀器100包括對應(yīng)第三裝置的光學(xué)系統(tǒng)103，該光學(xué)系統(tǒng)103可以處理在待處理的物體上從激光振蕩儀器102中振蕩的激光的聚束光點。在棒(rod)形狀為圓柱形時，從激光振蕩儀器102中發(fā)射出的激光的形狀變成圓形；或在棒形狀為板形時，激光的形狀變成矩形。通過光學(xué)系統(tǒng)進一步將上述激光定形(shape)，可以使激光的聚束光點在待處理的物體107的表面上形成需要的形狀。
另外，激光照射儀器100包括對應(yīng)第四裝置的計算機104。該計算機104控制激光振蕩儀器102的振蕩，并且也能夠控制對應(yīng)第一裝置的載物臺控制器101，以便激光的聚束光點覆蓋根據(jù)有關(guān)掩膜圖形的數(shù)據(jù)確定的位置。
需要注意的是，除了上述四種裝置，還可以向該激光照射方法提供一種用來控制待處理的物體的溫度的裝置。
參照圖2A和2B，將描述一種在半導(dǎo)體膜500上進行激光掃描的方法，其中的半導(dǎo)體膜500是為了制造有源矩陣半導(dǎo)體器件而形成的。在圖2A中，虛線501、502和503所示的部分分別對應(yīng)形成象素部分、信號線驅(qū)動電路和掃描線驅(qū)動電路的部分。
圖2B顯示了這樣一種狀態(tài)，其中對于每個激光脈沖，基底和激光光點的相對位置就被移動(掃描)，并且也以放大視圖顯示了聚束光點507a、507b和507c。
圖2B所示的聚束光點507a對應(yīng)在某脈沖照射時刻的激光的聚束光點位置，聚束光點507b對應(yīng)下一次脈沖照射時刻的激光的聚束光點位置，并且聚束光點507c對應(yīng)于下一次之后的脈沖照射時刻的激光的聚束光點位置。另外，509a和509b表示的是對于每次激光脈沖，基底載物臺移動的距離(進給間距)。該進給間距要求為0.3μm或更大和5μm或更小，最好是大于或等于0.7μm和小于或等于3μm。
進一步，與其他部分比較，通常激光在聚束光點的邊緣部分上的能量密度較低，因此在一些情況中，可以對待處理的物體進行不統(tǒng)一的處理。因此，最好以這樣一種方式照射激光激光的聚束光點507a的縱向方向的邊緣部分不與對應(yīng)島狀半導(dǎo)體膜的部分506重疊，該島狀半導(dǎo)體膜是在結(jié)晶之后，通過分布半導(dǎo)體膜獲得的。例如，當用線性聚束光點進行掃描時，應(yīng)以這樣一種方式進行照射圖2B所示的區(qū)508不與對應(yīng)島狀半導(dǎo)體膜的部分506重疊。
通過圖2B所示的方法，如圖2A所示，激光掃描過形成象素部分、信號線驅(qū)動電路和掃描線驅(qū)動電路的部分。
需要注意的是，在圖2A中，對于象素部分501、信號線驅(qū)動電路502和掃描線驅(qū)動電路503，激光的掃描方向相同。然而，本發(fā)明不限于這種結(jié)構(gòu)。
圖3顯示了一種情況，在這種情況中，激光在掃描線驅(qū)動電路503區(qū)內(nèi)的掃描方向與在其他區(qū)內(nèi)的掃描方向不同。在這種情況中，在掃描線驅(qū)動電路503中，激光在Y方向進行掃描，而在象素部分501、信號線驅(qū)動電路502上掃描的激光則在與Y方向垂直的X方向進行掃描。
進一步，當使用結(jié)晶之后的半導(dǎo)體膜作為TFT的有源層時，最好將掃描的方向確定為平行于載流子在通道形成區(qū)內(nèi)的移動方向。結(jié)合圖4A和4B將會對這一點進行解釋。
圖4A是一種具有單通道形成區(qū)的單-柵TFT的有源層的樣例，其中形成了作為源/漏區(qū)的雜質(zhì)區(qū)521、522，以便使通道形成區(qū)520夾在該雜質(zhì)區(qū)521、522之間。當使用本發(fā)明的激光振蕩儀器將半導(dǎo)體膜結(jié)晶時，將激光的掃描方向確定為平行于通道形成區(qū)內(nèi)的載流子沿箭頭所指移動的方向(通道長度方向)。參照數(shù)字523代表在箭頭所指的方向掃描的激光的聚束光點。
圖4B也表示具有三個通道形成區(qū)的三-柵TFT的有源層的示例，其中形成了雜質(zhì)區(qū)533、534，以便使通道形成區(qū)530夾在該雜質(zhì)區(qū)533、534之間。同樣，形成雜質(zhì)區(qū)534和雜質(zhì)區(qū)535，使通道形成區(qū)531夾在雜質(zhì)區(qū)534和535之間。還有，形成雜質(zhì)區(qū)535和雜質(zhì)區(qū)536，以便使通道形成區(qū)532夾在雜質(zhì)區(qū)535和536之間。當使用本發(fā)明的激光振蕩儀器將半導(dǎo)體膜晶化時，該激光在箭頭所指的方向進行掃描。
需要注意的是，為了確定激光的掃描部分，需要在半導(dǎo)體膜上形成標記，這些標記用于確定掩膜對于該半導(dǎo)體膜的相對位置，圖5A和5B顯示了在半導(dǎo)體膜上形成標記的位置，為了制造有源矩陣半導(dǎo)體器件而在半導(dǎo)體膜上形成這些標記。需要注意的是，圖5A顯示了一種情況，在這種情況中，在一個基底上形成一個半導(dǎo)體器件，而圖5B顯示了一種情況，在這種情況中，在一個基底上形成四個半導(dǎo)體器件。
在圖5A中，參照數(shù)字540代表在基底上形成的半導(dǎo)體膜，用虛線541、542和543代表的部分分別對應(yīng)形成象素部分、信號線驅(qū)動電路和掃描線驅(qū)動電路的部分。參照數(shù)字544表示形成于半導(dǎo)體膜的四個角落的部分，在這些部分中形成了標記(標記形成部分)。
在圖5A中，四個標記形成部分544分別形成于四個角落，但本發(fā)明不限于這種結(jié)構(gòu)。只要激光在半導(dǎo)體膜上的掃描部分能與用于分布半導(dǎo)體膜的掩膜的位置對準，標記形成部分的位置和數(shù)目就不限于上述的形式。
在圖5B中，550代表的是在基底上形成的半導(dǎo)體膜，551代表的是在之后的步驟中將基底分開時使用的劃線。在圖5B中，沿劃線551將基底分開，來制造四個半導(dǎo)體器件。需要注意的是，通過這樣分開而獲得的半導(dǎo)體器件數(shù)目不限于此。
參照數(shù)字552表示形成于半導(dǎo)體膜的四個角落的部分，在這些部分中形成了標記(標記形成部分)。在圖5B中，四個標記形成部分552分別形成于四個角落，但本發(fā)明不限于這種結(jié)構(gòu)。只要激光在半導(dǎo)體膜上的掃描部分能與用于分布半導(dǎo)體膜的掩膜的位置對準，標記形成部分的位置和數(shù)目就不限于上述的形式。
需要注意的是，使用激光器來形成標記是最簡單的方法。當標記形成時，所使用的激光器的典型例子有YAG激光器、CO2激光器等。然而不用說，可以用其他激光器來形成標記。預(yù)先將金屬掩膜或玻璃掩膜處理成標記形狀，然后用上述激光器通過該金屬掩膜或玻璃掩膜對半導(dǎo)體膜進行照射，這樣就可以形成標記。另外，具有10μm或更少的光點尺寸的會聚激光在被掃描的同時被照射，以便也能夠形成標記。
使用上述結(jié)構(gòu)，可以省去對某些部分施加激光的時間周期，這些部分在半導(dǎo)體膜結(jié)晶之后形成島狀半導(dǎo)體膜時得到刪除。于是可以縮短激光照射所需的時間周期，還可以提高基底的處理速度。
實施方式1在本實施方式中，參照圖6A到9，將會描述一種有源矩陣基底的制造方法。這里為了方便，將CMOS電路、驅(qū)動電路、具有象素TFT的象素部分和儲能電容器等全部形成于其上的基底稱為有源矩陣基底。
首先，在本實施方式中，使用了由例如硼硅酸鋇玻璃或硼硅酸鋁玻璃的玻璃制成的基底600。進一步，可以使用石英基底或硅基底或金屬基底或其表面覆蓋了絕緣膜的不銹鋼基底作為基底600。作為替換，可以使用其熱阻能抵抗本實施方式的處理溫度的塑膠基底。
接下來，在基底600上，使用已知的方法(濺射方法、LPCVD方法、等離子CVD方法等)來用例如氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜的絕緣膜來形成基膜601。在本實施方式中，可以使用包含兩層，即基膜601a和601b，的基膜來作為基膜601。然而，可以使用一種單-層膜，或一種結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中用上述的絕緣膜將使其分為兩層或更多層層疊結(jié)構(gòu)(圖6A)。
接下來，使用已知的方法(濺射方法、LPCVD方法、等離子CVD方法等)來在基膜上形成厚度為25到150nm(最好是30到120nm)的非晶半導(dǎo)體膜692(圖6A)。需要注意的是，在本實施方式中，形成了非晶半導(dǎo)體膜，但是可能形成微晶半導(dǎo)體膜或晶態(tài)半導(dǎo)體膜。同樣可以使用具有如非晶硅鍺膜的非晶結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體膜。
接下來，通過一種激光結(jié)晶方法來使非晶半導(dǎo)體膜692結(jié)晶。使用本發(fā)明的激光照射方法來進行激光晶化。具體來說，根據(jù)輸入到激光振蕩儀器的計算機中的有關(guān)掩膜的信息，只是有選擇性地對在指定區(qū)內(nèi)的非晶半導(dǎo)體進行激光照射。不用說，可以將激光結(jié)晶方法與其他已知的結(jié)晶方法(使用RTA或爐內(nèi)退火的熱結(jié)晶方法，使用金屬元素加速結(jié)晶的熱結(jié)晶方法等)結(jié)合使用，來進行激光結(jié)晶。
根據(jù)本發(fā)明的激光照射方法，在已知的激光源中，可以使用脈沖振蕩氣體激光振蕩儀器或固體激光振蕩儀器。當使用脈沖振蕩氣體激光器時，只是通過計算機利用有關(guān)光掩膜形狀的數(shù)據(jù)圖案來進行控制，其他的結(jié)構(gòu)遵循一般的SLS方法。在本實施方式中，將描述使用脈沖振蕩Nd:YLF激光器的情況。
圖10A顯示了一種激光結(jié)晶處理儀器。在圖10A中，用例子來表示一種情況，在這種情況中，在輸出為1.5W、重復(fù)頻率為1kHz的條件下使用Nd:YLF激光振蕩儀器101。激光源101應(yīng)用了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)中，將YLF晶體和非線性光學(xué)元件放入諧振腔中，并發(fā)射波長為527nm的二次諧波。不用說，可以將非線性光學(xué)元件放在該諧振腔的外部。進一步，將激光源101設(shè)置成棒形狀為圓柱形，且從該激光源101剛發(fā)射出來的聚束光點的形狀為圓形。然而，即使該棒的形狀應(yīng)該為板形，且剛發(fā)射出來的聚束光點的形狀為矩形，也可以通過下面描述的光學(xué)系統(tǒng)來使聚束光點具有需要的形狀。
在這種Nd:YLF激光器中，光束的發(fā)散角度為3毫弧度，且光束的直徑在光發(fā)射端口處為2mm，但是在離開光發(fā)射端口20cm處，該直徑擴展到1cm。當在這個位置放置焦距f＝600mm的單凸透鏡102時，該光束的尺寸將變?yōu)橹睆酱蠹s10mm，從而獲得了平行光。通過具有在圖10A和10B的Y方向的曲率的凸柱面透鏡106，可以使經(jīng)圖10A所示的光學(xué)鏡103到105反射的激光發(fā)生會聚。在這種情況中，Y方向?qū)?yīng)激光的聚束光點在半導(dǎo)體膜表面上移動的方向，即，聚束光點的橫方向。同樣，圖10B的X方向?qū)?yīng)半導(dǎo)體膜表面上的激光的聚束光點的縱方向，該縱方向垂直于半導(dǎo)體膜表面的激光的聚束光點的移動方向(沒有提供光學(xué)鏡103到105，這是由于盡管從實質(zhì)上講是需要的，但也必須根據(jù)儀器的設(shè)計布局來提供)。使用上述的結(jié)構(gòu)，可以獲得一種線性光束，該線性光束在作為受照射表面的半導(dǎo)體膜上具有10mm×10μm的聚束光點。
這里，使激光束在受照射表面成為矩形或橢圓形或線性激光的方法不限于此。盡管沒有示出，可以將凹柱面透鏡置于光鏡103和凸柱面透鏡106之間，來在縱方向增加聚束光點。同樣，在凹柱面透鏡和激光源101之間，可以加入用于將激光變?yōu)槠叫泄獾墓馐鴾手眱x，或加入用于擴展激光的擴束器。進一步，這里顯示一種方法，在這種方法中，使用輸出為1.5W的激光源來獲得具有10mm×10μm的聚束光點的線性光束，但是當使用具有更高輸出的激光源時，希望聚束光點僅在縱方向增大，而不在橫方向增大(目前，一種Nd:YLF激光振蕩儀器已經(jīng)商業(yè)化了，該儀器使用LD激勵，可用輸出為20W)。
為了移動激光的聚束光點在半導(dǎo)體膜表面上的相對位置，要使基底載物臺101在Y方向(聚束光點的橫方向)掃動。假設(shè)激光脈沖的重復(fù)頻率為1kHz，且基底載物臺的掃動速度為3.0mm/sec，那么每當激光脈沖被照射一次時，基底與聚束光點的相對位置在Y方向移位3μm(進給間距3μm)。
在使用本實施方式的激光照射方法而結(jié)晶的硅膜上進行干燥蝕刻，使得顆粒邊界變得明顯之后，通過SEM觀察到的圖像顯示在圖11A上。圖11B以易于理解的方式顯示了圖11A中的晶體的尺寸和顆粒邊界。從圖11A和11B中可以清楚地看出，受超級橫向生長作用的晶體在掃描激光的聚束光點的Y方向連續(xù)形成。需要注意的是，在垂直于激光聚束光點的掃描的方向，周期性地出現(xiàn)顆粒邊界，且其周期正好對應(yīng)于3μm，它是每當激光脈沖照射一次時獲得的進給間距。
使用上述的激光結(jié)晶方法，在非晶半導(dǎo)體膜中，形成了其中連續(xù)形成具有大尺寸顆粒的晶粒的區(qū)693、694和695，其中的晶粒是通過人為控制的超級橫向生長來獲得的(圖6B)。
下面，將半導(dǎo)體膜組分布成需要的形狀，并從結(jié)晶區(qū)693、694和695形成島狀半導(dǎo)體膜602到606(圖6C)。
在形成島狀半導(dǎo)體膜602到606之后，為了控制TFT的閾值電壓，可以摻雜微量的雜質(zhì)元素(硼或磷)。同樣，為控制閾值電壓而進行的雜質(zhì)摻雜可以在激光結(jié)晶之前或柵絕緣膜形成之后進行。
接下來，形成了覆蓋島狀半導(dǎo)體膜602到606的柵絕緣膜607。通過等離子CVD方法或濺射方法，將厚度為40到150nm的含硅絕緣膜形成柵絕緣膜607。在本實施方式中，通過等離子CVD方法，將厚度為110nm的氮氧化硅膜(成分比例Si＝32％，O＝59％，N＝7％，和H＝2％)形成柵絕緣膜607。不用說，柵絕緣膜不限于氮氧化硅膜，而是可以應(yīng)用單層或具有其他含硅絕緣膜的多層結(jié)構(gòu)。
進一步，當使用氧化硅膜時，可以通過混合TEOS(四乙基的原硅酸酯)和O2，且在反應(yīng)壓力為40帕，基底溫度為300到400℃，高頻(13.56MHz)的功率密度為0.5到0.8W/cm2的條件下，通過等離子CVD方法進行放電來形成該氧化硅膜。這樣形成的氧化硅膜通過隨后的400到500℃的熱退火就可以得到具有令人滿意的特性的柵絕緣膜。
下面，將膜厚度為20到100nm的第一導(dǎo)電膜608和膜厚度為100到400nm的第二導(dǎo)電膜609疊加在柵絕緣膜607上。在本實施方式中，將由厚度為30nm的TaN膜形成的第一導(dǎo)電膜608和由厚度為370nm的W膜形成的第二導(dǎo)電膜609疊加。TaN膜是通過濺射方法形成的，此時，使用Ta靶在含氮的空氣中進行濺射。W膜是使用W靶通過濺射方法形成的。W膜也可以通過使用六氟化鎢(WF6)的熱CVD方法來形成。在任意一種情況中，需要使用于柵電極的膜的電阻很低，并且W膜的電阻率最好是20μΩcm或更低?？梢酝ㄟ^增大顆粒尺寸來使W膜獲得低電阻率，但是當W膜中包含大量例如氧的雜質(zhì)元素時，結(jié)晶就會受到抑制從而使該膜具有較高的電阻。因此在本實施方式中，通過使用高純度W(純度99.9999％)靶的濺射方法來形成W膜，進一步，要充分考慮到在膜形成的時候沒有汽相的雜質(zhì)混入。因此，可以獲得電阻率為9到20μΩcm的W膜。
需要注意的是，在本實施方式中，盡管第一導(dǎo)電膜608和第二導(dǎo)電膜609分別由TaN和W制成，但并不對其加以特殊限制。對于這兩種膜，也可以使用Ta、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、和Nd中的一種元素或主要由上述元素組成的合金材料化合物材料。同樣，也可以使用摻雜了例如磷的雜質(zhì)，并以多晶硅膜為代表的半導(dǎo)體膜。另外，也可以使用AgPdCu合金。同樣，可以使用下列組合由鉭(Ta)膜形成的第一導(dǎo)電膜和由W膜形成的第二導(dǎo)電膜；由氮化鈦(TiN)膜形成的第一導(dǎo)電膜和由W膜形成的第二導(dǎo)電膜；由氮化鉭(TaN)膜形成的第一導(dǎo)電膜和由W膜形成的第二導(dǎo)電膜；由氮化鉭(TaN)膜形成的第一導(dǎo)電膜和由Al膜形成的第二導(dǎo)電膜；由氮化鉭(TaN)膜形成的第一導(dǎo)電膜和由Cu膜形成的第二導(dǎo)電膜。
另外，該結(jié)構(gòu)不限于兩-層結(jié)構(gòu)，也可以采用三-層結(jié)構(gòu)，在該三層結(jié)構(gòu)中，鎢膜、鋁硅合金(Al-Si)膜和氮化鈦膜按敘述順序?qū)盈B。在這種情況中，可以使用氮化鎢代替鎢，鋁鈦合金(Al-Si)膜代替鋁硅合金(Al-Si)膜，或鈦膜代替氮化鈦膜。
需要注意的是，根據(jù)導(dǎo)電膜的材料來適當?shù)剡x擇最佳蝕刻方法或蝕刻劑是非常重要的。
接下來，通過一種光刻方法，形成了由抗蝕劑形成的掩膜610到615，并進行了第一蝕刻處理，以便形成電極和配線。在第一和第二蝕刻條件下進行第一蝕刻處理(圖7B)。在本實施方式中，將使用下面的條件作為第一條件。也就是說，使用一種感應(yīng)耦合等離子體(ICP)蝕刻方法，使用CF4、Cl2和O2作為蝕刻氣體，分別將這些氣體中的流率設(shè)定為25∶25∶10(sccm)，并將500W的RF(13.56MHz)功率施加到1Pa的壓力下的線圈類型的電極，來生成用于蝕刻的等離子體。同時將150W的RF(13.56MHz)功率施加到基底一側(cè)(樣本載物臺)，這樣就向那里施加了實質(zhì)上為負的自偏電壓。在第一蝕刻條件下對W膜進行蝕刻，并將第一導(dǎo)電層的末端部分形成為錐形。
下面，不去掉由抗蝕劑形成的掩膜610到615，條件改為第二蝕刻條件，并在下面所說的作為第二蝕刻條件的條件中進行30秒的蝕刻。就是說，使用CF4和CL2作為蝕刻氣體，分別將這兩種氣體中的流率設(shè)定為30∶30(sccm)，并將500W的RF(13.56MHz)功率施加到1Pa的壓力下的線圈類型的電極，來生成等離子體。同時將20W的RF(13.56MHz)功率施加到基底一側(cè)(樣本載物臺)，這樣就向那里施加了實質(zhì)上為負的自偏電壓。在使用CF4和Cl2的混合物的第二蝕刻條件下，對W和TaN膜進行了相同程度的蝕刻。需要注意的是，為了進行蝕刻并不在柵絕緣膜上遺留未蝕刻的部分，需要將蝕刻時間增加10到20％。
在上述第一蝕刻過程中，將由抗蝕劑形成的掩膜形成需要的形狀，這就可能會導(dǎo)致這樣一種現(xiàn)象由于向基底一側(cè)所施加的偏置電壓的效應(yīng)，造成第一和第二導(dǎo)電層的末端部分成錐形?？梢詫⑦@些錐形部分的錐角設(shè)定為15到45。因此，通過第一蝕刻處理，形成了具有由第一和第二導(dǎo)電層組成的第一形狀(包括第一導(dǎo)電層617a到622a和第二導(dǎo)電層617b到522b)的導(dǎo)電層617到622。616表示的是柵絕緣膜，在該柵絕緣膜中，將未被具有第一形狀的導(dǎo)電層617到622覆蓋的區(qū)蝕刻掉20到50nm左右，并使其變薄。
接下來，不去掉由抗蝕劑形成的掩膜，來進行第二蝕刻處理(圖7C)。這里使用CF4、Cl2和O2作為蝕刻氣體，對W膜進行選擇性的蝕刻。此時，通過第二蝕刻處理形成了第二導(dǎo)電層628b到633b。另一方面，幾乎不對第一導(dǎo)電層617a到622a進行蝕刻，并形成具有第二形狀的導(dǎo)電層628到633。
于是，不去掉由抗蝕劑形成的掩膜，來進行第一摻雜處理，將帶來n-類型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素以低濃度加入到島狀半導(dǎo)體膜中?？梢酝ㄟ^離子摻雜方法或離子注入方法來進行該摻雜處理。離子摻雜方法的條件如下將劑量設(shè)定為1×1013到5×1014原子/cm2，并將加速電壓設(shè)定為40到80kV。在本實施方式中，進行離子摻雜方法的條件是劑量是1.5×1013原子/cm2，加速電壓為60kV?？梢允褂脤儆诮M15的元素，典型地是磷(P)或砷(As)，作為帶來n-類型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素。這里使用了磷(P)。在這種情況中，對于帶來n-類型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素來說，導(dǎo)電層628到633起掩膜的作用，雜質(zhì)區(qū)623到627以自對準的方式形成。將帶來n-類型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素以1×1018到1×1020原子/cm3的濃度范圍加入雜質(zhì)區(qū)623到627。
當去掉由抗蝕劑形成的掩膜之后，新形成了由抗蝕劑形成的掩膜634a到634c，并在高于第一摻雜過程中的加速電壓下，進行第二摻雜處理。該離子摻雜方法的條件如下將劑量設(shè)定為1×1013到1×1015原子/cm2，并將加速電壓設(shè)定為60到120kV。摻雜處理以這樣的一種方式進行對于雜質(zhì)元素，使用第二導(dǎo)電層628b到632b作為掩膜，將雜質(zhì)元素加入位于第一導(dǎo)電層的錐形部分之下的島狀半導(dǎo)體膜中。接下來，使用低于第二摻雜過程中的加速電壓來進行第三摻雜處理，來獲得圖8A所示的狀態(tài)。離子摻雜方法的條件如下將劑量設(shè)定為1×1015到1×1017原子/cm2，并將加速電壓設(shè)定為50到100kV。通過第二和第三摻雜處理，將帶來n-類型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素在1×1018到5×1019原子/cm3的濃度范圍內(nèi)，加入到與第一導(dǎo)電層重疊的低濃度雜質(zhì)區(qū)636、642和648，將帶來n-類型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素在1×1019到5×1021原子/cm3的濃度范圍內(nèi)，加入到高濃度雜質(zhì)區(qū)635、641、644和647。
不用說，也可以通過將加速電壓設(shè)定為適當?shù)闹担靡淮螕诫s處理代替第二和第三摻雜處理來形成低和高濃度雜質(zhì)區(qū)。
接下來，在去掉抗蝕掩膜之后，新形成了抗蝕掩膜650a到650c，來進行第四摻雜處理。通過該第四摻雜處理，在每個都起p-通道TFT的有源層作用的島狀半導(dǎo)體膜中，形成了加入帶來導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素的雜質(zhì)區(qū)653、654、659和660，其中的導(dǎo)電性與上述的導(dǎo)電性相反。對于雜質(zhì)元素來說，使用導(dǎo)電層629a到632a作為掩膜，并通過自對準的方式，將帶來p-類型導(dǎo)電性的雜質(zhì)加入到其中來形成雜質(zhì)區(qū)。在本實施方式中，通過離子方法，使用乙硼烷(B2H6)形成雜質(zhì)區(qū)653、654、659和660(圖8B)。在第四摻雜過程中，在每個都形成n-通道TFT的島狀半導(dǎo)體膜上覆蓋了由抗蝕劑形成的掩膜650a到650c。通過第一到第三摻雜處理，將磷以不同濃度加入雜質(zhì)區(qū)639、647和648。然而，在任何區(qū)內(nèi)，摻雜處理以這種方式進行將帶來p-類型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素在1×1019到5×1021原子/cm3的濃度范圍內(nèi)加入其中。因此，當上述雜質(zhì)區(qū)的每個都起p-通道TFT的源/漏區(qū)作用時，不會產(chǎn)生問題。
通過到此為止的處理，在島狀半導(dǎo)體膜上分別形成了雜質(zhì)區(qū)。去掉由抗蝕劑形成的掩膜650a到650c，下面是一種激發(fā)處理?？梢愿鶕?jù)已知的激光激發(fā)、熱激發(fā)和RTA激發(fā)來進行激發(fā)處理。并且，應(yīng)將進行激光激發(fā)處理的時間定在第一層間絕緣膜的形成之后。
接下來，形成了第一層間絕緣膜661。通過等離子CVD方法或濺射方法，使厚度為50到200nm的含硅絕緣膜形成第一層間絕緣膜661。在本實施方式中，通過等離子CVD方法形成厚度為50nm的氮氧化硅膜。不用說，第一層間絕緣膜661不限于氮氧化硅膜，也可以使用單層或多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)使用了其他含硅的絕緣膜。
然后，進行熱處理(在300到550℃進行1到12小時的熱處理)來達到氫化作用。在該步驟中，包含于第一層間絕緣膜661中的氫用于終止島狀半導(dǎo)體膜中的懸空鍵。在這種情況中，考慮第一層間絕緣膜的存在，可以對島狀半導(dǎo)體膜進行氫化。作為氫化的其他方法，可以使用等離子氫化(使用等離子激勵的氫)或使用在包含3到100％的氫的空氣中，在300到650℃的溫度下進行1到12個小時的熱處理。
接下來，在第一層間絕緣膜661上形成由無機絕緣膜材料或有機絕緣膜材料形成的第二層間絕緣膜。在本實施方式中，形成了厚度為1.6μm的丙烯酸類樹脂膜。在這種情況中，使用的膜粘度為10到1000cp，最好是40到200cp，且其表面為平面。在形成表面為平面的膜的情況中，在形成象素電極之后，要加入使用已知方法的步驟來使表面為平面，該方法例如噴砂處理方法或蝕刻方法。然后，通過防止鏡面反射來使反射光散射，因而白度級別得到了令人滿意的增加。
在本實施方式中，在表面上形成平面性，然而，可以在象素電極的表面形成表面不平整的第二層間絕緣膜，以便使象素電極的表面不平整，從而防止鏡面反射。另外，可以在象素電極之下的區(qū)形成凸起部分，以便通過使象素電極的表面不平整來得到光散射性質(zhì)。在這種情況中，可以使用像在形成TFT中一樣的光掩膜來形成凸起部分，以便可以形成該凸起部分而不增加步驟數(shù)。這里，該凸起部分可以恰當?shù)匦纬捎诨咨铣渚€和TFT部分之外的象素部分區(qū)。因此，形成于象素電極表面的不平整度與形成于覆蓋凸起部分的絕緣膜表面上的不平整一致。
接下來，在形成第二層間絕緣膜662之后，形成了第三層間絕緣膜672，以便與第二層間絕緣膜662相連。
接下來，在驅(qū)動電路686中，形成了每個都與雜質(zhì)區(qū)實現(xiàn)電氣連接的配線663和667。需要注意的是，通過分布由厚度為50nm的Ti膜和厚度為500nm的合金膜(由Al和Ti制成的合金)組成的層合膜來形成配線。不用說，該膜不限于二-層結(jié)構(gòu)，也可以是單-層結(jié)構(gòu)，還可以是具有三層或更多層的層狀結(jié)構(gòu)。同樣，配線使用的材料也不限于Al和Ti。例如，可以將Al和Cu沉積在TaN膜上，并將Ti膜形成于其上作為層合膜，然后再分布該層合膜來形成配線(圖9)。
同樣，在象素部分687中，形成象素電極670、柵配線669和連接電極668。通過連接電極668，實現(xiàn)了源配線與象素TFT的電氣連接。柵配線669與象素TFT的柵電極實現(xiàn)了電氣連接。象素電極670與象素TFT的漏區(qū)和島狀半導(dǎo)體膜659實現(xiàn)了電氣連接，其中該島狀半導(dǎo)體膜659起組成儲能電容器的一個電極的作用。進一步，令人滿意的是，象素電極670由主要包含Al或Ag的膜制成，或由例如層合膜的反射率較高的材料制成。
如上所述，可以在相同基底上形成包含n-通道TFT681與p-通道TFT682的CMOS電路，包含n-通道TFT683的驅(qū)動電路686，和包含象素TFT684與電容存儲器685的象素部分687。到此完成了有源的矩陣基底。
驅(qū)動電路686的n-通道TFT681包含通道形成區(qū)637，與第一導(dǎo)電層628a部分相重合組成柵電極的低濃度雜質(zhì)區(qū)636(金區(qū))，和起源/漏區(qū)作用的高濃度雜質(zhì)區(qū)652。通過電極666，與n-通道TFT681相連來組成CMOS電路的p-通道TFT682，該CMOS電路包括通道形成區(qū)640、起源/漏區(qū)作用的高濃度雜質(zhì)區(qū)653和雜質(zhì)區(qū)654，在雜質(zhì)區(qū)中，引入了帶來n-類型導(dǎo)電性和p-類型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素。同樣，n-通道TFT683包含通道形成區(qū)643、與第一導(dǎo)電層630a部分相重合來組成柵電極的低濃度雜質(zhì)區(qū)642(金區(qū))和起源/漏區(qū)作用的高濃度雜質(zhì)區(qū)656。
象素部分中的象素TFT684包含通道形成區(qū)646、形成于柵電極之外的低濃度雜質(zhì)區(qū)645(LDD區(qū))和起源/漏區(qū)作用的高濃度雜質(zhì)區(qū)658。將帶來n-類型導(dǎo)電性和p-類型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素加入起存儲電容器685的一個電極作用的島狀半導(dǎo)體膜。該存儲電容器685是由電極(由導(dǎo)電層632a和第二導(dǎo)電層632b層疊組合而成)和島狀半導(dǎo)體膜形成的，該島狀半導(dǎo)體膜使用絕緣膜616作為絕緣材料。
在本實施方式的象素結(jié)構(gòu)中，為了在不使用黑色矩陣的情況下給象素電極之間的間隙遮擋住光線，需要將象素電極排列并使其末端部分與源配線重疊。
實施方式2在本實施方式的情況中，包含使用催化劑來使半導(dǎo)體膜結(jié)晶的步驟。這里只顯示與具體實施方式
1不同的一點。當使用催化劑時，最好使用JP 7-130652A和JP 8-078329A中公開的技術(shù)。
當非晶半導(dǎo)體膜形成之后，對其使用Ni來進行固相結(jié)晶。例如，當使用JP 7-130652A中公開的技術(shù)時，將包含重量為10ppm的鎳的乙酸鎳溶液加到非晶半導(dǎo)體膜上，來形成含鎳層。在500℃的溫度下進行1小時的脫氫步驟之后，需要在500到650℃的溫度下進行4到12小時的熱處理，例如，在550℃的溫度下進行8小時的熱處理來達到結(jié)晶。需要注意的是，下面的元素是除鎳(Ni)之外的可用的催化元素，即鍺(Ge)、鐵(Fe)、鈀(Pd)、錫(Sn)、鉛(Pb)、鈷(Co)、鉑(Pt)、銅(Cu)、金(Au)等。
接下來，使用本發(fā)明的激光照射方法，進一步增強了由NiSPC結(jié)晶獲得的半導(dǎo)體膜的結(jié)晶度。經(jīng)激光照射獲得的多晶半導(dǎo)體膜包含催化元素，且在激光結(jié)晶之后，要進行從晶態(tài)半導(dǎo)體膜中去除催化元素(吸氣法)的步驟。JP 10-135468 A和JP 10-135469 A中公開的技術(shù)可以用于吸氣法。
具體地說，將磷部分地加入經(jīng)激光照射獲得的多晶半導(dǎo)體膜，然后在含氮的空氣中，在550到800℃的溫度下進行5到24小時的熱處理，例如在600℃的溫度下進行12小時的熱處理。此時，多晶半導(dǎo)體膜中被加入磷的區(qū)域起吸氣場所的作用，存在于多晶半導(dǎo)體膜中的磷與該吸氣場所隔離。接下來，通過分布，將多晶半導(dǎo)體膜中的加入磷的區(qū)域去除，這樣可以獲得島狀半導(dǎo)體膜，該島狀半導(dǎo)體膜中的催化元素濃度被降為1×1017原子/cm3或更少，最好是1×1016原子/cm3左右。
實施方式3在本實施方式中，描述了在標記形成部分423中形成的標記的樣例。本實施方式可以與具體實施方式
1或2結(jié)合執(zhí)行。
圖12A是顯示本實施方式的標記的頂視圖。參照數(shù)字421和422代表半導(dǎo)體膜中形成的作為參照的標記(下面被稱作參照標記)，該標記每個都具呈矩形。將參照標記421排列成矩形的長邊位于所有標記的水平方向，每個參照標記421在垂直方向按照規(guī)律間隔進行排列。將參照標記422排列成矩形的長邊位于所有標記的垂直方向。每個參照標記422在水平方向按照規(guī)律間隔進行排列。
參照標記421用作對掩膜在垂直方向進行定位的參照，而參照標記422用作對掩膜在水平方向進行定位的參照。424和425表示用于分布該半導(dǎo)體膜的掩膜的標記，該標記每個都呈矩形。進一步，標記424和425將用于分布該半導(dǎo)體膜的掩膜定位成矩形的長邊分別位于水平和垂直方向。然后，將用于分布該半導(dǎo)體膜的掩膜以以下方式定位標記424位于兩個確定的相鄰參照標記421的正中點，425位于兩個確定的相鄰參照標記422的正中點。
圖12B是顯示形成于半導(dǎo)體膜中的參照標記的透視圖。使用激光，將形成于基底431上的半導(dǎo)體膜430部分地雕刻成矩形，該雕刻部分起參照標記421和422的作用。
需要注意的是，這里僅通過舉例的方法描述了本實施方式的標記，本發(fā)明的標記不限于上述內(nèi)容。本發(fā)明可以應(yīng)用任何標記，只要在半導(dǎo)體結(jié)晶之前通過激光來形成該標記，進一步，也可以在結(jié)晶之后通過激光照射來形成該標記。
實施方式4在本實施方式中，將描述相對于在通道形成區(qū)中載流子移動的方向(通道長度方向)，掃描激光的聚束光點的方向(激光掃描方向)的影響，這種影響在使用結(jié)晶后的半導(dǎo)體膜作為TFT的有源層時，使用數(shù)據(jù)施加在TFT特性上。
為了確定激光掃描的方向，如圖5A和5B所示，在半導(dǎo)體膜上形成了標記，這些標記用于確定掩膜相對于半導(dǎo)體膜的位置。這里，在圖5A中，在四個角落分別形成了四個標記形成部分544，但本發(fā)明不限于這種結(jié)構(gòu)。只要半導(dǎo)體膜上的激光掃描部分可以與用于分布半導(dǎo)體膜的掩膜的位置對準，標記形成部分的位置和數(shù)量就不限于上述形式。
圖13A和13B分別顯示了兩種分別情況中的TFT特性，一種情況是激光掃描方向在平行于通道長度方向的方向中移動時，掃描激光以執(zhí)行結(jié)晶；另一種情況是激光掃描方向在垂直于通道長度方向的方向中移動時，掃描激光以執(zhí)行結(jié)晶。同樣在表1中顯示了分別從這兩幅圖中計算出的移動性和亞閾值(S-值)。
如表1所示，移動性和亞閾值都清楚地展示出各向異性的性質(zhì)。移動性的值在平行掃描時高于在垂直掃描時，平行掃描時該值為240.4cm2/Vs，垂直掃描時該值為213.8cm2/Vs。S-值在平行掃描時低于在垂直掃描時，平行掃描時該值為0.219V/dec，垂直掃描時該值為0.262V/dec。從半導(dǎo)體特性的角度看，希望得到的是高移動性和低S-值。因此，優(yōu)選方案是激光掃描的方向平行于載流子在通道形成區(qū)內(nèi)移動的方向。
也如圖11A和11B中所示，當使用SLS方法進行結(jié)晶時，受超級橫向生長作用的晶體在掃描激光的聚束光點的方向上連續(xù)形成。此時，在平行于激光掃描的方向出現(xiàn)造成載流子分散的顆粒邊界(GB)。因此，可以想象如果載流子移動方向垂直于激光的掃描方向，GB則垂直于載流子移動方向出現(xiàn)，這使TFT特性惡化。
根據(jù)本發(fā)明可以提供半導(dǎo)體器件的制造方法，使用這種方法，可以通過人為控制的超級橫向生長，來連續(xù)形成具有大顆粒尺寸的晶粒，且在激光結(jié)晶步驟中可以提高基底處理效率，這種方法還采用了簡易的激光照射方法，該激光照射方法不像傳統(tǒng)SLS方法中一樣需要專門的光學(xué)系統(tǒng)。
進一步，使用標記，可以使載流子在通道形成區(qū)內(nèi)移動的方向與激光的光點移動的方向?qū)?，從而制造出具有令人滿意特性的TFT。
表1

權(quán)利要求
1.一種用于具有薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在絕緣表面上形成非晶半導(dǎo)體膜；和照射激光，以便對其中形成薄膜晶體管的有源層的區(qū)域執(zhí)行晶化，其中該激光是具有幾個MHz的重復(fù)頻率的脈沖振蕩的激光；和其中該激光在非晶半導(dǎo)體膜上移動的方向與其中載流子在薄膜晶體管中在通道形成區(qū)中移動的方向平行。
2.一種用于具有薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在絕緣表面上形成非晶半導(dǎo)體膜；在非晶半導(dǎo)體膜上形成標記；和根據(jù)具有用作參考的標記的薄膜晶體管的排列信息，有選擇地照射激光，以便對其中形成薄膜晶體管的有源層的區(qū)域執(zhí)行晶化，其中該激光是具有幾個MHz的重復(fù)頻率的脈沖振蕩的激光；和其中該激光在非晶半導(dǎo)體膜上移動的方向與其中載流子在薄膜晶體管中在通道形成區(qū)中移動的方向平行。
3.一種用于具有薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在絕緣表面上形成非晶半導(dǎo)體膜；和照射激光，以便對其中形成薄膜晶體管的有源層的區(qū)域執(zhí)行晶化，其中該激光是具有幾個MHz的重復(fù)頻率并從固體激光振蕩儀器中發(fā)射出的脈沖振蕩的激光；和其中該激光在非晶半導(dǎo)體膜上移動的方向與其中載流子在薄膜晶體管中在通道形成區(qū)中移動的方向平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的用于半導(dǎo)體器件的制造方法，其中通過激光的照射，在整個厚度上熔化非晶半導(dǎo)體膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的用于半導(dǎo)體器件的制造方法，其中該激光是二次諧波、三次諧波或四次諧波。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的用于半導(dǎo)體器件的制造方法，其中通過柱面透鏡，將該激光會聚在非晶半導(dǎo)體膜上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的用于半導(dǎo)體器件的制造方法，其中每當激光振蕩1個脈沖時，該激光在非晶半導(dǎo)體膜的表面上的光點位置就相對移動一個固定距離，該固定距離為0.3μm或更大和5μm或更小。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的用于半導(dǎo)體器件的制造方法，其中在非晶半導(dǎo)體膜上光點的相對移動方向垂直于該光點的縱向方向。
9.根據(jù)權(quán)利要求3的用于半導(dǎo)體器件的制造方法，其中該固體激光振蕩儀器使用半導(dǎo)體激光激勵。
全文摘要
根據(jù)TFT排列，實現(xiàn)對晶粒的位置控制，并且同時增加在結(jié)晶過程期間的處理速度。更具體地說，提供了一種用于半導(dǎo)體器件的制造方法，在這種制造方法中，通過人為控制的超級橫向生長，能夠連續(xù)形成具有大顆粒尺寸的晶體，并能夠提高在激光結(jié)晶過程期間的基底處理效率。在該用于半導(dǎo)體器件的制造方法中，不對基底表面內(nèi)的整個半導(dǎo)體膜進行激光照射，而是形成作為定位參照的標記，以便至少最低使必需的部分結(jié)晶。因此，激光結(jié)晶所需的時間周期可以被縮短，從而使之有可能加快基底的處理速度。將上述結(jié)構(gòu)應(yīng)用到傳統(tǒng)的SLS方法，以便有可能解決傳統(tǒng)SLS方法固有的基底處理效率差的問題。
文檔編號H01L21/20GK1825553SQ20061000581
公開日2006年8月30日 申請日期2002年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月30日
發(fā)明者山崎舜平, 下村明久, 大谷久, 廣木正明, 田中幸一郎, 志賀愛子, 秋葉麻衣, 笠原健司 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所