專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體裝置及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有結(jié)晶性的薄膜半導(dǎo)體。此外還涉及該薄膜半導(dǎo)體的制作方法。還涉及利用了該薄膜半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置以及該半導(dǎo)體裝置的制作方法。
人們都知道一種先在玻璃基板和石英基板上形成具有結(jié)晶性的硅膜，再用該硅膜來(lái)制作薄膜晶體管(以下稱(chēng)之為T(mén)FT)的技術(shù)。
該薄膜晶體管被稱(chēng)之為高溫多晶硅TFT和低溫多晶硅TFT。
高溫多晶硅TFT是把800℃或900℃以上這樣的比較高溫的加熱處理用作結(jié)晶性硅膜的制作方法的技術(shù)。可以說(shuō)該技術(shù)是利用了單晶硅圓片的IC制作工藝的派生技術(shù)。
當(dāng)然，作為制作高溫多晶硅TFT的基板，通常利用能耐上述加熱溫度的石英基板。
另一方面，低溫多晶硅TFT，利用便宜的玻璃基板作為基板(當(dāng)然，耐熱性不如石英基板)。
在構(gòu)成低溫多晶硅TFT的結(jié)晶性硅膜的制作中，利用玻璃基板可以耐受600℃以下的加熱和對(duì)玻璃基板幾乎沒(méi)有熱損傷的激光退火技術(shù)。
高溫多晶硅TFT的特征是可在基板上集成特性一致的TFT。
另一方面，低溫多晶硅TFT的特征是可以利用便宜且易于大面積化的玻璃基板作為基板。
此外，在現(xiàn)有技術(shù)中，不論是高溫多晶硅TFT還是低溫多晶硅TFT其特性沒(méi)什么大的不同，硬要說(shuō)出不同之處的話，在生產(chǎn)成品率和基板面內(nèi)的特性的均一性這一點(diǎn)上高溫多晶硅比較出色，而在生產(chǎn)性和生產(chǎn)成本這一點(diǎn)上低溫多晶硅有優(yōu)勢(shì)。
作為特性，兩者都可以得出遷移率約50～100(cm2/Vs)、S值為200～400(mV/dec)(VD＝1V)的TFT。
如果將這一特性與以非晶硅為樣品的TFT比較，雖然可以進(jìn)行約兩個(gè)數(shù)量級(jí)的高速工作，但和利用了單晶硅圓片的MOS型晶體管的特性相比，則大為遜色。一般地說(shuō)，利用了單晶硅圓片的MOS型晶體管的S值約為60～70(mV/dec)。其工作頻率也以高溫多晶硅TFT和低溫多晶硅TFT的約1～2個(gè)數(shù)量級(jí)高的值工作。
在現(xiàn)狀情況下，TFT被利用來(lái)在同一塊基板上集成有源矩陣式液晶顯示裝置的有源矩陣電路和周邊驅(qū)動(dòng)電路。即，可把有源矩陣電路和周邊驅(qū)動(dòng)電路用TFT制作在同一塊基板上。
在這樣的構(gòu)成中，要求周邊驅(qū)動(dòng)電路的源驅(qū)動(dòng)器電路工作在十幾MHz以上。但是，用現(xiàn)有的高溫多晶硅TFT和低溫TFT構(gòu)成的電路其工作速度的容許范圍只能達(dá)到約幾個(gè)MHz。
因而現(xiàn)狀是進(jìn)行工作分割(叫做分割驅(qū)動(dòng))等等以構(gòu)成液晶顯示。但是，這種方法，存在著因?yàn)榉指畹亩〞r(shí)的微妙的偏離而在畫(huà)面上出現(xiàn)條紋之類(lèi)的問(wèn)題。
此外，作為今后的技術(shù)，人們認(rèn)為除了周邊驅(qū)動(dòng)電路(由移位寄存器電路和緩沖器電路構(gòu)成)之外，還要把振蕩電路、D/A變換器、A/D變換器以及進(jìn)行各種圖象處理的數(shù)字電路也集成在同一基板上。
但是，上述振蕩電路、D/A變換器、A/D變換器以及進(jìn)行各種圖象處理的數(shù)字電路都必須工作在比周邊驅(qū)動(dòng)電路還要高的頻率上。
因此，用現(xiàn)有技術(shù)所能得到的高溫多晶硅TFT或低溫多晶硅TFT來(lái)構(gòu)成這些電路實(shí)質(zhì)上是不可能的。
還有，用利用了單晶硅圓片的MOS晶體管構(gòu)成的集成電路，使之在100MHz以上工作也已實(shí)用化。
在本申請(qǐng)書(shū)中所提出的發(fā)明，目的是制得可以構(gòu)成要求上述那樣的高速工作(一般要求十幾MHz以上的工作進(jìn)度)的電路的薄膜晶體管。
此外，還以提供一種可以得到與利用單晶硅圓片制成的MOS型晶體管相比擬的那種特性的薄膜晶體管為目的。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述晶體管的制作裝置。再一個(gè)目的是用具有上述那樣的高特性的薄膜晶體管提供一種具有必要功能的半導(dǎo)體裝置。
本申請(qǐng)書(shū)中所公開(kāi)的發(fā)明之一的特征是具有在帶有絕緣表面的基板上制作多個(gè)薄膜晶體管的構(gòu)成；構(gòu)成上述多個(gè)薄膜晶體管的有源層的結(jié)晶性硅膜利用從多個(gè)點(diǎn)放射狀地進(jìn)行單晶生長(zhǎng)的結(jié)晶性硅膜構(gòu)成。
上述構(gòu)成是在用具有示于圖3或圖6的那樣的結(jié)晶生長(zhǎng)形態(tài)的結(jié)晶性硅膜已構(gòu)成了薄膜晶體管的情況下制得的。
作為具有絕緣表面的基板，可以舉出玻璃基板(但是要求對(duì)工藝溫度的耐熱性)、石英基板和已在表面上形成了絕緣膜的半導(dǎo)體基板的例子。
從上述多點(diǎn)放射狀地進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)的結(jié)晶性硅膜，如后所述，可采用先利用以鎳為代表的助長(zhǎng)硅的結(jié)晶化的金屬元素的加熱處理使之結(jié)晶化，再經(jīng)在含鹵族元素的氧化性氣氛中進(jìn)行的熱氧化膜的形成，該熱氧化膜的除去等工序的辦法來(lái)制得。
另一發(fā)明的構(gòu)成的特征是具有在帶有絕緣表面的基板上邊已制作多個(gè)薄膜晶體管的構(gòu)成；構(gòu)成上述多個(gè)薄膜晶體管的有源層的結(jié)晶性硅膜由在特定的方向上進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)后的寬度為從大約等于膜度～約2000的細(xì)長(zhǎng)的多個(gè)結(jié)構(gòu)體構(gòu)成；上述特定的方向在各個(gè)薄膜晶體管中各不相同。
上述的構(gòu)成，在已制作成了使用了具有示于圖3或圖6的結(jié)晶生長(zhǎng)形態(tài)的結(jié)晶性硅膜的多個(gè)薄膜晶體管的情況下，規(guī)定在構(gòu)成各薄膜晶體管的有源層中的結(jié)晶生長(zhǎng)方向(結(jié)晶結(jié)構(gòu)的各向異性的方向)將變成分別不同的方向。
當(dāng)然，也將形成多個(gè)用具有相同結(jié)晶生長(zhǎng)方向的有源層構(gòu)成的薄膜晶體管，但大部分將按照上述構(gòu)成。
例如，在用具有圖3所示的那種結(jié)晶生長(zhǎng)形態(tài)的結(jié)晶性硅膜構(gòu)成有源矩陣電路的情況下，以幾百×幾百的數(shù)目排列成矩陣狀的多個(gè)薄膜晶體管將變成滿(mǎn)足上述構(gòu)成的晶體管。
公開(kāi)于本申請(qǐng)書(shū)中的發(fā)明的結(jié)晶性硅膜，已成為在示于圖8的那樣的特定的方向上結(jié)晶結(jié)構(gòu)連續(xù)延伸的硅膜結(jié)構(gòu)體。這種結(jié)晶結(jié)構(gòu)連續(xù)延伸的細(xì)長(zhǎng)的構(gòu)造體，寬度約為與膜厚相等～2000左右，并已變成為通過(guò)結(jié)晶晶粒邊界大約平行排列的狀態(tài)。
另外，更為宏觀地來(lái)看的話，則已變成為示于圖7或圖6的那樣地放射性地延續(xù)存在構(gòu)造體。
另一發(fā)明的構(gòu)成的特征是，具備有在絕緣表面上形成非晶質(zhì)硅膜的工序；借助于助長(zhǎng)硅結(jié)晶化的金屬元素的作用使上述非晶硅膜結(jié)晶化以得到結(jié)晶性硅膜的工序；
借助于在含鹵族元素的氧化性氣氛中在800是～1100℃下的加熱處理，在上述結(jié)晶性硅膜的表面上形成第1熱氧化膜的工序；除掉上述第1熱氧化膜的工序；在上述結(jié)晶硅膜的表面上形成第2熱氧化膜的工序，并將得到從多數(shù)點(diǎn)放射狀地進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)的硅膜。
在上述構(gòu)成中，要想提高所得到的結(jié)晶性硅膜的膜質(zhì)，重要的是要把第1和第2熱氧化膜的合計(jì)厚度做得比最終要得到的結(jié)晶性硅膜的厚度厚。
這是因?yàn)榻柚跓嵫趸さ男纬蓪O大地改善結(jié)晶性硅膜的膜質(zhì)。
作為助長(zhǎng)硅的結(jié)晶化的金屬元素，在重復(fù)性和效果這一點(diǎn)上極為理想的是鎳。一般來(lái)說(shuō)作為這種金屬元素，可以利用從Fe、Co、Ni、Lu、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Au中選出的一種或多種金屬。
在利用鎳元素的情況下，最終殘留于硅膜中的鎳的濃度約為1×104個(gè)原子/cm3～5×1018個(gè)原子/cm3。如果滿(mǎn)足熱氧化膜的吸雜條件，則該濃度的上限可以減至5×1017個(gè)原子/cm3的程度。該濃度的測(cè)量可以用SIMS(二次離子分析方法)來(lái)測(cè)量。
一般說(shuō)來(lái)，上述鎳濃度的下限約為1×1016個(gè)原子/cm3。這是因?yàn)樵诳紤]到與價(jià)格的平衡的情況下，要排除附著于基板或裝置上的鎳元素的影響通常是很困難的，因而殘留下這種程度的鎳元素。但是，借助于繼續(xù)進(jìn)行裝置的洗凈的程度和制作工序的完善，還可進(jìn)一步降低其殘留度。
這樣一來(lái)，在遵循一般的制作工序的情況下，殘留鎳元素的濃度將變成為1×1016個(gè)原子/cm3～5×1017個(gè)原子/cm3。
另外，在熱氧化膜的制作工序中，由于該金屬元素在熱氧化膜中進(jìn)行移動(dòng)的關(guān)系，在所得到的結(jié)晶性硅膜的厚度方向上的鎳元素的濃度分布中將會(huì)產(chǎn)生梯度分布。
一般說(shuō)觀察到結(jié)晶性硅膜中的該金屬元素的濃度向著形成熱氧化膜的界面該金屬元素的濃度變高的趨勢(shì)。此外，在有的條件下，還觀察到該金屬元素的濃度向著基板或襯底膜即向著背面一側(cè)的界面變高的趨勢(shì)。
此外，形成熱氧化膜時(shí)在氣氛中含有鹵族元素的情況下，該鹵族元素也將變成為顯示出與上述金屬元素同樣的濃度分布。即，將變成為顯示出含有濃度向著結(jié)晶性硅膜的表面和/或背面變高的濃度分布。
本申請(qǐng)書(shū)中所公布的發(fā)明中的結(jié)晶性硅膜，理想的是把其最終膜厚作成為100～750，更為理想的是作成為150?！?50。采用使之成為這種膜厚的辦法，就可以重復(fù)性更為顯著地好地得到圖6～圖8所示的那樣的晶體構(gòu)造。
這種最終的結(jié)晶性硅膜的膜厚，需要考慮根據(jù)熱氧化膜的膜形成引起的膜厚的減小來(lái)決定。
通過(guò)采用上述那樣的工序，就可以得到在本申請(qǐng)書(shū)中所公開(kāi)的結(jié)晶性硅膜，進(jìn)而可以得到利用其結(jié)晶構(gòu)造的獨(dú)特性的MOS型薄膜晶體管。
作為金屬元素的導(dǎo)入法可以舉出下述方法，它們是涂敷含有有關(guān)金屬元素溶液的方法，用CVD的導(dǎo)入的方法，應(yīng)用濺射法或蒸鍍法的方法，用利用含有有關(guān)金屬的電極進(jìn)行等離子體處理的方法和氣體吸附法等方法。
作為導(dǎo)入鹵族元素的方法，可以利用在氧化性氣氛中(例如氧氣氣氛中)含HCl、HF、HBr、Cl2、F2、Br2和CF4等等的方法。
另外，向形成非氧化膜時(shí)的整個(gè)氣氛中同時(shí)導(dǎo)入氫氣來(lái)利用濕氧化作用也是有效的。
用來(lái)形成熱氧化膜的溫度是極其重要的。如果是要想得到用下邊要講的單個(gè)器件可在幾十MHz以上進(jìn)行工作、且S值小于100(mV/dec)這樣的TFT，則必須把熱氧化膜形成時(shí)的加熱溫度優(yōu)選地設(shè)定為800℃以上，更為理想的是設(shè)定為900℃以上。
另外，把這一加熱溫度的上限定為本身即是石英基板的耐熱溫度的上限的1100℃左右是適當(dāng)?shù)摹?br> 在借助于加熱使非晶硅結(jié)晶化以獲得結(jié)晶性硅膜的技術(shù)中，通過(guò)使鎳元素保持與非晶硅膜的表面接連的狀態(tài)下施行加熱處理的辦法，可以得到結(jié)晶性硅膜，再在其表面上形成氧化膜。該氧化膜采用在含鹵族元素的氧化性氣氛中施行800℃～1100℃的加熱處理的辦法形成。
這樣一來(lái)，就可得到具有圖6～圖8所示的那樣的獨(dú)特的結(jié)晶狀態(tài)的結(jié)晶性硅膜。
在把利用本申請(qǐng)書(shū)所公開(kāi)的發(fā)明制得的PTFT和NTFT組合起來(lái)構(gòu)成9級(jí)的環(huán)形振蕩器的情況下，可以使之進(jìn)行400Mz以上的振蕩。
一般說(shuō)，當(dāng)考慮用環(huán)形振蕩器的振蕩頻率的10％左右來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)際的電路時(shí)，結(jié)果就變成為可以用上述的TFT構(gòu)成在40MHz左右的頻率下工作的電路。
倘像以上那樣地利用本發(fā)明，則可以得到可以構(gòu)成高速工作所要求(一般要求幾十MHz以上的工作速度)的薄膜晶體管。
因此，比如說(shuō)就可以把有源矩陣式的液晶顯示裝置的周邊電路一體化于同一塊基板上而無(wú)需進(jìn)行分割驅(qū)動(dòng)。
另外，關(guān)于S值，可以得到與利用100(mV/dec)以下這樣的單晶硅圓片制成的MOS型晶體管比擬的特性。
倘采用本發(fā)明，則可以提供一種把各種高速工作所要求的電路用TFT集成化于同一基板上的構(gòu)成。另外，還可以提供其制作方法。
下面簡(jiǎn)單地說(shuō)明附圖。


圖1示出了薄膜晶體管的制作工序。
圖2示出了薄膜晶體管的制作工序。
圖3的模式圖示出了晶體生長(zhǎng)狀態(tài)的要點(diǎn)。
圖4示出了薄膜晶體管的制作工序。
圖5示出了薄膜晶體管的制作工序。
圖6的電子顯微鏡照片照的是硅薄膜。
圖7的電子顯微鏡照片照的是硅薄膜。
圖8的電子顯微鏡照片照的是硅薄膜。
圖9示出了利用了本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的概要。
實(shí)施例1在本實(shí)施例中，涉及采用向非晶硅膜的整個(gè)表面選擇性地導(dǎo)入助長(zhǎng)硅的結(jié)晶化的金屬元素的方法，得到具有圖6所示的那樣的獨(dú)特的晶體生長(zhǎng)狀態(tài)的結(jié)晶性硅膜的方法。
圖1示出了本實(shí)施例的制作工序。首先，在石英基板201的上邊形成厚度為3000的氧化硅膜作為襯底膜202。另外，如果石英基板的表面的平滑性良好且清洗得很充分的話，該襯底膜202也可以不要。
還有，把石英基板用作基板在現(xiàn)有狀況下是理想的選擇，但只要是可承受加熱處理溫度的基板，也不受限于石英。比如說(shuō)也可以利用已在其表面上形成了氧化膜的半導(dǎo)體基板。
其次，用減壓CVD法形成厚度為500的將成為結(jié)晶性硅膜的起始膜的非晶硅膜203。
接下來(lái)，涂敷含有換算成重量為10ppm的鎳元素的醋酸鎳溶液。接著，用沒(méi)有畫(huà)出來(lái)的甩干機(jī)進(jìn)行甩干除掉多余的溶液。
這樣一來(lái)，就得到了鎳元素在用圖1(A)的虛線204所示的那種狀態(tài)下存在的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，可以得到鎳元素在開(kāi)口205的底部保持與非晶硅膜的一部分有選擇地連接的狀態(tài)。
作為鎳的導(dǎo)入方法，應(yīng)用上述溶液的方法在導(dǎo)入量的控制和重復(fù)性這些點(diǎn)上是出色的。但是也可以利用CVD法，濺射法，蒸鍍法，等離子處理和氣體吸附法等等導(dǎo)入以鎳為代表的助長(zhǎng)硅的結(jié)晶化的金屬元素。
其次，在已含有3％氫的、盡可能不含氧氣的氮?dú)夥罩?，進(jìn)行600℃8個(gè)小時(shí)的加熱處理。在該熱處理中進(jìn)行結(jié)晶化，得到示于圖1(B)中的結(jié)晶硅膜205。
用于這種晶體生長(zhǎng)的加熱處理可以在450℃～1100℃(上限受基板的耐熱性限制)下進(jìn)行。倘要確保某種程序的橫生長(zhǎng)距離，把加熱處理的溫度定為600℃以上是理想的。但是，采用使溫度超過(guò)600℃以上所產(chǎn)生的晶體生長(zhǎng)距離和結(jié)晶性的提高并不那么大。
也可在用該加熱而導(dǎo)致的結(jié)晶化之后進(jìn)行激光照射。即，也可用激光照射進(jìn)一步助長(zhǎng)結(jié)晶化。這種激光照射，具有使存在于膜中的鎳元素的結(jié)塊分散開(kāi)來(lái)，之后易于除去鎳元素的效果。另外，即使在這一階段進(jìn)行激光照射，也不會(huì)進(jìn)一步進(jìn)行橫向生長(zhǎng)。
作為激光，可以利用具有紫外波段的波長(zhǎng)的準(zhǔn)分子激光。例如，可以利用KrF準(zhǔn)分子激光(波長(zhǎng)248nm)或XeCl準(zhǔn)分子激光(波長(zhǎng)308nm)。
當(dāng)用于結(jié)晶化的加熱處理結(jié)束之后，接著在含有3％體積的HCl的氧氣氛中進(jìn)行950℃的加熱處理。在該工序中，在結(jié)晶性硅膜205的表面上形成厚度200的熱氧化膜209(圖1(C))。
隨著該熱氧化膜的形成，結(jié)晶性硅膜208的厚度減少約100。即硅膜的膜厚將變成約400。
在該工序中，隨著熱氧化膜的形成，把膜中的具有不穩(wěn)定的結(jié)合狀態(tài)的硅元素用于熱氧化膜的形成。這樣一來(lái)，就可以減少膜中的缺陷，就可得到更高的結(jié)晶性。
另外，借助于熱氧化膜的形成和氯的作用可同時(shí)進(jìn)行從膜中對(duì)鎳元素的吸雜作用。
當(dāng)然，對(duì)于用該工序形成膜的熱氧化膜209中來(lái)說(shuō)，結(jié)果將變成為可用比較高的濃度引入鎳元素。這樣一來(lái)，硅膜208中的鎳元素的濃度相對(duì)地減少了。
形成了熱氧化膜209之后，除掉該熱氧化膜209。這樣一來(lái)，就得到了使鎳元素的含有濃度減少后的結(jié)晶性硅膜208(圖1(D))。
經(jīng)這樣地處理所得出的結(jié)晶硅膜，如圖6所示，具有從多個(gè)局部區(qū)域(多個(gè)點(diǎn))開(kāi)始放射狀地進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)的狀態(tài)。圖6是用光學(xué)顯微鏡拍攝的放大像的照片。
圖7示出了把圖6的一部分進(jìn)一步放大后的圖象。圖7的照片是用TEM(透射電子顯微鏡)拍攝的。
這種結(jié)晶構(gòu)造的結(jié)晶晶粒邊界放射狀地向結(jié)晶生長(zhǎng)的方向延伸，而且在該方向上已變成為結(jié)晶構(gòu)造連續(xù)延伸的結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)構(gòu)造連續(xù)延伸的方向上，已被確認(rèn)結(jié)晶晶格的連續(xù)性大體上已被保持。
圖8是把圖7的一部分再次擴(kuò)大后的圖象。圖8的照片所拍攝的也是用TEM所觀察到的圖象。此外，示于圖3的是模式性地示出了在整個(gè)膜中的結(jié)晶生長(zhǎng)狀態(tài)的模式圖。
這樣得到的結(jié)晶性硅膜如圖6或圖7所示具有在一個(gè)方向上結(jié)晶構(gòu)造延續(xù)存在(該方向與結(jié)晶方向一致)的結(jié)構(gòu)。即，具有細(xì)長(zhǎng)的柱狀的結(jié)晶體借助于在多個(gè)方向上延續(xù)存在的結(jié)晶晶粒邊界多個(gè)平行地排列起來(lái)的那樣的構(gòu)造。
在這種特定的方向上結(jié)晶構(gòu)造延續(xù)存在的柱狀結(jié)晶體的寬度具有從約等于膜厚到2000左右的范圍。這樣一來(lái)，這些結(jié)晶構(gòu)造就變成了以在特定的方向(該方向大體上與上述結(jié)晶構(gòu)造的連續(xù)延伸方向一致)上延續(xù)存在的晶粒邊界為界微觀地看來(lái)多個(gè)平行排列起來(lái)的構(gòu)造。
在完成了熱氧化膜209的除去并如圖1(D)所示得到了結(jié)晶硅208之后，接著采用圖形刻蝕的辦法，形成用橫向生長(zhǎng)區(qū)域構(gòu)成的圖形302。這種島狀的區(qū)域302以后將成為T(mén)FT的有源層。
接下來(lái)，如圖2(A)所示，在形成了由302構(gòu)成的圖形之后，用等離子體CVD法，形成厚度為1000的氧化硅膜304，該氧化硅膜304以后起柵極絕緣膜的作用。
在形成了氧化膜304之后，采用在含3％HCl的氧氣氛中進(jìn)行950℃加熱處理的辦法，形成厚度為300的熱氧化膜303。該熱化膜如圖2(A)所示。被形成于將成為有源層的圖形302的表面上。
歸因于形成熱氧化膜211，將成為有源層的圖形302的膜厚變成250。
要想得到具有更高性能的TFT，理想的是把熱氧化膜303的膜厚作得比構(gòu)成有源層的結(jié)晶性硅膜的膜厚要厚。
一般說(shuō)，把熱氧化膜209與熱氧化膜303合起來(lái)的膜厚作成為比最終要得到的有源層的膜厚還厚是一個(gè)重要的關(guān)鍵因素。
該熱氧化膜211將構(gòu)成柵極絕緣膜的一部分。這樣一來(lái)，就得到了示于圖2(A)的狀態(tài)。
其次，用濺射法，形成厚度為4000的用于形成柵電極的鋁極。在該鋁膜中含有0.2重量％的鈧(Seandium)。
之所以使鋁膜中含有鈧(Secndium)，是由于要在以后的工序中抑制突起或金屬須的發(fā)生的緣故。所說(shuō)的突起或金屬須指的是起因于加熱時(shí)鋁的異常生長(zhǎng)的針狀或刺狀的突起部分。
在形成了鋁膜之后，形成沒(méi)有畫(huà)出來(lái)的致密的陽(yáng)極氧化膜。該陽(yáng)極氧化膜以含有3％的酒石酸的乙(撐)二醇溶液為電解溶液，以鋁膜為陰極，由金為陰極來(lái)形成。在這一工序中，在鋁膜上邊形成膜厚為100的具有致密的膜質(zhì)的陽(yáng)極氧化膜。
這一沒(méi)有畫(huà)出來(lái)的陽(yáng)極氧化膜起著改善與后邊要形成的光刻膠掩模的密接性的作用。
該陽(yáng)極氧化膜的膜厚可以用陽(yáng)極氧化時(shí)的所加電壓進(jìn)行控制。
其次形成光刻膠掩模306。接著，利用該光刻膠掩模對(duì)鋁膜進(jìn)行圖形刻蝕使之成為305所示的圖形。這樣就得到了圖2(B)所示的狀態(tài)。
在這里再次進(jìn)行陽(yáng)極氧化。在這里，把3％的草酸水溶液用作電解溶液。在該電解溶液中，采用把鋁圖形305作為陽(yáng)極的陽(yáng)極氧化的辦法，就可以形成用308表示的多孔質(zhì)狀的陽(yáng)極氧化膜。
在這一工序中，由于在上部存在密接性高的光刻膠掩模306的關(guān)系，放在鋁圖形的側(cè)面上選擇性地形成了陽(yáng)極氧化膜308。
該陽(yáng)極氧化膜的膜厚可生長(zhǎng)到幾個(gè)μm。在這里把該膜厚定為6000。另外，其生長(zhǎng)距離可以用陽(yáng)極氧化時(shí)間進(jìn)行控制。
接著去除光刻膠掩模306。接下來(lái)再次進(jìn)行致密的陽(yáng)極氧化膜的形成。即，再次進(jìn)行以上邊說(shuō)過(guò)的含有3％的酒石酸的乙(撐)二醇溶液為電解溶液的陽(yáng)極氧化。
在這一工序中，由于電解溶液將進(jìn)入到多孔質(zhì)狀的陽(yáng)極氧化膜308中去的關(guān)系，如用308所表示的那樣，可形成具有致密的膜質(zhì)的陽(yáng)極氧化膜。
把該致密陽(yáng)極氧化膜309的膜厚作成為1000。該膜厚可用所加電壓進(jìn)行控制。
其次刻蝕去掉已露出來(lái)的氧化硅膜304。同時(shí)，刻蝕熱氧化膜303。這種刻蝕利用干法刻蝕。
其中，310是剩下來(lái)的用CVD法形成膜的氧化硅膜。變成為在該剩下來(lái)的氧化硅膜下邊殘留下同樣形狀的熱氧化膜的狀態(tài)。
這樣一來(lái)就得到了示于圖2(c)的狀態(tài)。其次，用把醋酸、硝酸和磷酸混合起來(lái)的混合酸去除多孔質(zhì)狀的陽(yáng)極氧化膜308。于是得到示于圖2(D)的狀態(tài)。
得到圖2(D)所示的狀態(tài)之后，就進(jìn)行雜質(zhì)離子的注入。在這里，為了要制作N溝型的薄膜晶體管，故用等離子體摻雜法注入P(磷)離子。
在這一工序中，將形成進(jìn)行重?fù)诫s的311和315區(qū)和進(jìn)行輕摻雜的312和314區(qū)。這是因?yàn)槭Ｏ聛?lái)的氧化硅膜310起著半透過(guò)掩模的作用，并在該處把所注入的離子的一部分屏蔽起來(lái)的緣故。
接著，采用激光(或者應(yīng)用燈泡的強(qiáng)光)照射的辦法，使已注入了雜質(zhì)離子的區(qū)域活性化。這樣一來(lái)，就可以以自對(duì)準(zhǔn)方式形成源極區(qū)311、溝道形成區(qū)313、漏極區(qū)315、低濃度雜質(zhì)區(qū)312和314。
其中，用314表示的是被稱(chēng)之為L(zhǎng)DD(輕摻雜漏極區(qū))區(qū)的區(qū)域。
此外，在已把致密陽(yáng)極氧化膜309的膜厚作成厚達(dá)2000以上的情況下，可以用該膜厚在溝道形成區(qū)313的外側(cè)形成補(bǔ)償(offset)柵極區(qū)。
雖然在實(shí)施例中也已形成了補(bǔ)償柵極區(qū)，但由于其尺寸小，故因其存在而形成的影響不大，而且由于圖面將會(huì)變得復(fù)雜，故圖中沒(méi)有畫(huà)上。
還有，由于要形成厚達(dá)2000以上的具有致密的膜質(zhì)的陽(yáng)極氧化膜需要加上200V以上的電壓，涉及重復(fù)性和安全性，故必須多加注意。
在得到圖2(D)所示的狀態(tài)后，作為層間絕緣膜用等離子體CVD法形成氮化硅膜300，再用旋轉(zhuǎn)涂敷法形成聚酰亞胺樹(shù)脂膜316。
接下來(lái)形成接觸孔，并進(jìn)行源極電極317和漏極電極318的形成。這樣就完成了圖2(E)所示的TFT。
本實(shí)施例中所示的TFT，作為其特性可以得到以往不曾有過(guò)的極其高的特性。
例如，在NTFT(N溝TFT)中，可以得到遷移率為200～300(cm2/Vs)，S值為75～90(mV/dec)(VD＝1V)這么高性能的晶體管。在PTFT(P溝TFT)中，可以得到遷移率為120～180(cm2/Vs)、S值為75～100(mV/dec)(VD＝1V)這么高性能的晶體管。
特別是S值，和現(xiàn)有的高溫多晶硅TFT及低溫多晶硅TFT的值相比，是一個(gè)小于1/2的這么一個(gè)令人驚異的值。
利用這樣的TFT，可以在石英基板上邊形成運(yùn)放、存儲(chǔ)電路，各種延在電路和放大器。
實(shí)施例2本實(shí)施例示出了有源矩陣型液晶顯示裝置的有源矩陣電路部分的制作工序。
圖4示出了本實(shí)施例的制作工序的概況。先按照實(shí)施例1中所示的制作工序制得結(jié)晶硅膜。再按照示于圖1和圖2所示的制作工序得到圖2(D)(圖4(A))所示的狀態(tài)。
得到示于4(A)的狀態(tài)之后，作為第1層間絕緣膜，用等離子體CVD法形成厚度為2000的氮化硅膜401。再用旋轉(zhuǎn)涂敷法形成聚酰亞胺樹(shù)脂膜402。這樣就得到了圖4(B)的狀態(tài)。此外，作為樹(shù)脂材料，除了聚酰亞胺之外，還可以利用聚酰胺和聚酰亞胺胺化物(polyimideamide)。
其次，形成到達(dá)源極區(qū)域311和漏極區(qū)域315的接觸孔、形成源極電極403和漏極電極403。這些電極用鈦膜和鋁膜和鈦膜的疊層形成。此外，源極電極403被形成為從源極線延伸出來(lái)的電極(圖4(C))。
漏極電極403可把其一部分用作用于形成輔助電容的電極。
在形成源極和漏極電極之后，形成聚酰亞胺樹(shù)脂膜404作為第2層間絕緣膜。這樣就得到了圖4(C)的狀態(tài)。
其次，在樹(shù)脂層間絕緣膜404上形成開(kāi)口，再形成由鈦膜和鋁膜的疊層膜構(gòu)成的黑色矩陣(BM)405。該黑色矩陣405，除了原有的作為遮光膜的功能之外，還起著用來(lái)形成輔助電容的電極的作用。
在形成了黑色矩陣405之后，作為第3層間絕緣膜，形成聚酰亞胺樹(shù)脂膜406。接著形成通往漏極電極403的接觸孔、形成由ITO構(gòu)成的圖象電極407。
在這里，黑色矩陣405的圖形和圖象電極407的圖形借助于聚酰亞胺樹(shù)脂膜406重疊在一起的區(qū)域?qū)⒆兂奢o助電容。
實(shí)施例3本實(shí)施例是在實(shí)施例1所示的構(gòu)成中，相對(duì)于柵極電極或從柵極電極延伸出來(lái)的柵極布線的接觸的形成的作法進(jìn)行探討的例子。
在示于實(shí)施例1的構(gòu)成中，柵極電極的側(cè)面和上表面都變成了被具有致密的膜質(zhì)的陽(yáng)極氧化膜覆蓋了起來(lái)的狀態(tài)。
這樣的構(gòu)造在形成以鋁為材料的電極的情況下，在抑制突起、抑制布線之間的短路這些方面具有很大的效果。
但是，由于該膜質(zhì)很堅(jiān)固，故存在著比較難于形成接觸的問(wèn)題。
本實(shí)施例涉及解決這一問(wèn)題的構(gòu)成。圖5示出了本實(shí)施例的制作工序。與別的實(shí)施例相同的標(biāo)號(hào)、部位、詳細(xì)的制作條件等等，與別的實(shí)施例相同。
首先，如圖5(A)所示，制得由結(jié)晶性硅膜構(gòu)成的有源層圖形210。接著，得到由熱氧化膜211和CVD氧化膜304疊層起來(lái)的狀態(tài)。
在這里首先形成CVD膜，然后采用形成熱氧化膜的工序。
在得到示于圖5(A)的狀態(tài)之后，就形成鋁膜，再形成厚度為500的氮化硅膜。接下來(lái)，用光刻膠膜306施行圖形刻蝕，得到已形成了用305表示的鋁圖形和在其上邊的氮化硅膜501的狀態(tài)(圖5(B))。
得到了示于圖5(B)的狀態(tài)之后，先在已配置的光刻膠掩模306的狀態(tài)下形成多孔質(zhì)狀的陽(yáng)極氧化膜308，然后再形成具有致密的膜質(zhì)的陽(yáng)極氧化膜309。
這些陽(yáng)極氧化膜，僅僅在將成為柵極電極的鋁圖形307的側(cè)面上選擇性地形成。這是因?yàn)樵阡X圖形的上表面上已存在著氮化硅膜501的緣故。
在陽(yáng)極氧化膜的形成結(jié)束之后，除掉光刻膠腌模306。接著再除掉已露了出來(lái)的氧化硅膜304，還要除掉熱氧化膜211的一部分。
這樣就得到了圖5(C)所示的狀態(tài)。得出示于圖5(C)的狀態(tài)之后。先除掉光刻膠掩模306，再除掉多孔質(zhì)狀的陽(yáng)極氧化膜308。
接著再除掉氮化硅膜501。這樣就得出了示于圖5(D)的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，應(yīng)用等離子體摻雜法進(jìn)行賦與導(dǎo)電類(lèi)型的雜質(zhì)的摻雜。
其結(jié)果是以自對(duì)準(zhǔn)方式形成源極區(qū)311、低濃度雜質(zhì)區(qū)312和314、溝道區(qū)313和漏極區(qū)315。
在雜質(zhì)摻雜結(jié)束后，采用進(jìn)行激光照射的辦法，進(jìn)行摻雜時(shí)所產(chǎn)生的操作的退火和已摻雜的雜質(zhì)的活性化。
這樣就得到了示于圖5(D)的狀態(tài)。其次形成層間絕緣膜502。接著進(jìn)行接觸孔的形成、形成源極電極317、柵極引出電極503和漏極電極318，得到示于圖5(E)的狀態(tài)。
在這一工序中，由于在柵極電極的上表面上不存在陽(yáng)極氧化膜的關(guān)系，故通往柵極307的接觸孔的形成得以比較容易地進(jìn)行。
另外在圖中，雖然敘述為使源/漏極電極與柵極電極已形成于同一斷面上，但是實(shí)際上柵極引出電極形成于從柵極電極307延伸出來(lái)的部分上。
實(shí)施例4本實(shí)施例是對(duì)示于圖3的構(gòu)成進(jìn)一步加以改良的實(shí)施例。在本實(shí)施例中，作成為這樣的構(gòu)成先在構(gòu)成柵極電極的鋁膜上邊形成鈦膜，再在其上邊形成氮化硅膜。
即，在示于圖5(B)的構(gòu)成中，把用501所表示的膜作成為鈦膜與氮化硅膜的疊層膜。這樣一來(lái)，在以后的工序中，就可以抑制在鋁電極的上表面上產(chǎn)生突起。
實(shí)施例5本實(shí)施例是在示于實(shí)施例1的構(gòu)成中把玻璃基板用作基板時(shí)的例子。
在本實(shí)施例中，把變形點(diǎn)為667℃的康寧1737玻璃基板用作基板。接著進(jìn)行用于結(jié)晶化的加熱處理，條件是600℃，4個(gè)小時(shí)。
用于形成熱氧化膜的加熱處理在含有3體積％的HCl的氧氣氛中，在640℃的條件下進(jìn)行。在這種情況下，被形成的熱氧化膜的膜厚在處理時(shí)間為2小時(shí)期間將變成約30。這種情況與實(shí)施例1中所示的那種進(jìn)行950℃加熱處理的情況相比，其效果將變小。
實(shí)施例6本實(shí)施例是在實(shí)施例1所示的構(gòu)成中，在熱氧化膜的形成時(shí)的氣氛中不含HCl的情況的例子。這時(shí)，與在氣氛中含有HCl的情況相比，鎳的吸雜效果變小。
實(shí)施例7本實(shí)施例是在示于實(shí)施例1的構(gòu)成中，在形成熱氧化膜之后進(jìn)行激光照射的情況的例子。這樣的話，還可進(jìn)一步助長(zhǎng)結(jié)晶化。
實(shí)施例8本實(shí)施例示出的是利用了TFT的半導(dǎo)體裝置的例子。圖9示出了各種半導(dǎo)體裝置的例子。
示于圖9(A)的是被稱(chēng)之為攜帶式信息終端的裝置，可以從內(nèi)部的存儲(chǔ)裝置中調(diào)出所需要的信息在主機(jī)2001中具備的有源矩陣式液晶顯示裝置2005上進(jìn)行顯示，或者利用電話線路顯示已訪問(wèn)的信息。
作為顯示裝置的形態(tài)，也可以考慮使用有源矩陣式的EL顯示裝置。在與構(gòu)成顯示裝置的有源矩陣電路的同一塊基板上，作為集成化電路2006利用TFT已集成了各種信息處理電路和存儲(chǔ)電路。
另外，在主機(jī)2001中已備有攝象機(jī)部分2002，借助于對(duì)操作開(kāi)關(guān)2004進(jìn)行操作，就可攝入所需的圖象信息。被攝像機(jī)部分2002攝入的圖象，被從圖象接收部分引入裝置內(nèi)部。
示于圖9(B)的是被稱(chēng)之為頭戴式顯示器的裝置。該裝置把主機(jī)2101裝到頭部上，并具有用2個(gè)有源矩陣式的液晶顯示器2102在眼睛前近數(shù)cm的地方顯示圖象的功能。這種裝置可以虛擬現(xiàn)實(shí)地看到圖象。
示于圖9(C)的是車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)。該裝置具有用由天線2204接收到的來(lái)自人造衛(wèi)星的信號(hào)測(cè)量位置的功能，并在有源矩陣式液晶顯示裝置2202上邊顯示所測(cè)到的位置。另外，顯示信息的選擇由操作開(kāi)關(guān)2203進(jìn)行。
另外，還可不用液晶顯示裝置而代之以利用有源矩陣式EL顯示裝置。
示于圖9(D)的是攜帶式電話的例子。該裝置在主機(jī)2301中備有天線2306，還備有聲音輸入部分2303和聲音輸出部分2302。
在要打電話的時(shí)候用對(duì)操作鍵開(kāi)關(guān)2305進(jìn)行操作的辦法進(jìn)行。此外在顯示裝置2304上顯示各種圖象信息。作為顯示裝置，可以利用有源矩陣式液晶顯示裝置和有源矩陣式EL顯示裝置。
示于圖9(E)的，是攜帶式視頻錄相機(jī)。該裝置具備有把從圖象接受部分2406中攝入的圖象存儲(chǔ)于已裝于主機(jī)2401內(nèi)的磁帶上去的功能。
在集成化電路2407中對(duì)于圖象施行各種數(shù)字處理。該集成電路2407既可以由把以往一直利用的IC芯片組合起來(lái)的部件構(gòu)成，也可以用本申請(qǐng)書(shū)中所公開(kāi)的TFT來(lái)構(gòu)成，還可以用它們的組合來(lái)構(gòu)成。
由圖象接受部分所接受到的圖象或已存儲(chǔ)于內(nèi)部的磁帶上的圖象在有源矩陣式顯示裝置2402上顯示。裝置的操作可由操作開(kāi)關(guān)2404進(jìn)行。另外，裝置由電池2405供電。
示于圖9(F)的是投影式顯示裝置。該裝置具有在屏幕上邊顯示由主機(jī)2501投影的圖象的功能。
在主機(jī)2501中，具備有光源2502和把來(lái)自該光源的光進(jìn)行光學(xué)調(diào)制形成圖象的有源矩陣式液晶顯示裝置2503及用于對(duì)圖象進(jìn)行投影的光學(xué)系統(tǒng)2504。
此外，作為液晶顯示裝置的形式，除去示于(B)的裝置之外，還可以利用透射式或反射式的形式中的任一種形式。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征是具有在帶有絕緣表面的基板上邊已制作上多個(gè)薄膜晶體管的構(gòu)成；構(gòu)成上述多個(gè)薄膜晶體管的有源層的結(jié)晶性硅膜利用了從多個(gè)點(diǎn)放射狀地進(jìn)行了結(jié)晶生長(zhǎng)的結(jié)晶性硅膜構(gòu)成。
2.一種半導(dǎo)體裝置，其特征是具有在帶有絕緣表面的基板上邊已制作上多個(gè)薄膜晶體管的構(gòu)成；構(gòu)成上述多個(gè)薄膜晶體管的有源層的結(jié)晶性硅膜由在特定的方向上已進(jìn)行了結(jié)晶生長(zhǎng)的寬度為從約等于膜厚～2000的細(xì)長(zhǎng)的多個(gè)構(gòu)造體構(gòu)成；上述特定的方向在各個(gè)薄膜晶體管中都不相同。
3.按照權(quán)利要求1或2的半導(dǎo)體裝置，其特征是在整個(gè)結(jié)晶性硅膜的表面上都已形成了熱氧化膜，且該熱氧化膜的膜厚比上述結(jié)晶性硅膜的膜厚還要厚。
4.按照權(quán)利要求1或2的半導(dǎo)體裝置，其特征是在整個(gè)結(jié)晶性硅膜中含有助長(zhǎng)硅結(jié)晶化的金屬元素，作為該金屬元素已利用了鎳(Ni)；上述鎳元素的含有濃度為1×1014個(gè)原子/cm3～5×1018個(gè)原子/cm3。
5.按照權(quán)利要求1或2的半導(dǎo)體裝置，其特征是作為助長(zhǎng)硅結(jié)晶化的金屬元素，在整個(gè)結(jié)晶性硅膜中已含有鎳(Ni)；上述鎳元素的含有濃度為1×1016個(gè)原子/cm3～5×1017個(gè)原子/cm3。
6.按照權(quán)利要求1或2的半導(dǎo)體裝置，其特征是在整個(gè)結(jié)晶性硅膜中已含有助長(zhǎng)硅結(jié)晶化的金屬元素；作為該元素可以利用從Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu和Au中選出的一種或多種金屬元素。
7.按照權(quán)利要求1或2的半導(dǎo)體裝置，其特征是在整個(gè)結(jié)晶性硅膜中已含有助長(zhǎng)硅結(jié)晶化的金屬元素；該金屬元素具有向著結(jié)晶性硅膜的表面和/或背面其含有濃度變高的濃度分布。
8.按照權(quán)利要求1或2的半導(dǎo)體裝置，其特征是在整個(gè)結(jié)晶性硅膜中已含有鹵族元素，且該鹵族元素具有其含有濃度向著結(jié)晶性硅膜的表面和/或背面變高的濃度分布。
9.按照權(quán)利要求1或2的半導(dǎo)體裝置，其特征是結(jié)晶性硅膜的膜厚為100?！?50。
10.按照權(quán)利要求1或2的半導(dǎo)體裝置，其特征是在結(jié)晶性硅膜的表面上形成了熱氧化膜，且該熱氧化膜的厚度比結(jié)晶性硅膜的厚度還厚。
11.一種半導(dǎo)體裝置的制作方法，其特征是具有在絕緣表面上形成非晶質(zhì)硅膜的工序；借助于助長(zhǎng)硅結(jié)晶化的金屬元素的作用使上述非晶質(zhì)硅膜結(jié)晶化而得到結(jié)晶性硅膜的工序；借助于在含有鹵族元素的氧化性氣氛中，在800℃～1100℃下的加熱處理，在上述結(jié)晶性硅膜的表面上形成第1熱氧化膜的工序；和在上述結(jié)晶性硅膜的表面上形成第2熱氧化膜的工序；并得到從多個(gè)點(diǎn)放射狀地進(jìn)行了結(jié)晶生長(zhǎng)的結(jié)晶性硅膜。
12.按照權(quán)利要求11的半導(dǎo)體裝置的制作方法，其特征是第1和第2熱氧化膜的厚度合比最終所要得到的結(jié)晶性硅膜的厚度還厚。
13.按照權(quán)利要求11的半導(dǎo)體裝置的制作方法，其特征是把鎳(Ni)用作助長(zhǎng)硅結(jié)晶化的金屬元素。
14.按照權(quán)利要求11的半導(dǎo)體裝置的制作方法，其特征是作為助長(zhǎng)硅結(jié)晶化的金屬元素利用從Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Au中選出的一種或多種金屬元素。
全文摘要
本發(fā)明目的是獲得具有良好的特性的薄膜晶體管。使鎳元素與非晶質(zhì)膜203的特定的區(qū)域205保持選擇性地接連。采用施行加熱處理的辦法使之結(jié)晶化，再在含鹵族元素的氧化性氣氛中施行加熱處理的辦法形成熱氧化膜。這時(shí)進(jìn)行結(jié)晶性的改善和鎳元素的吸雜。這種結(jié)晶性硅膜將變成具有從多點(diǎn)放射狀地進(jìn)行了結(jié)晶生長(zhǎng)的那樣的構(gòu)造。于是可得到具有良好的特性的TFT。
文檔編號(hào)H01L21/84GK1163487SQ9710228
公開(kāi)日1997年10月29日 申請(qǐng)日期1997年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月19日
發(fā)明者山崎舜平, 寺本聰, 小山潤(rùn), 尾形靖, 早川昌彥, 納光明, 大谷久, 濱谷敏次 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所