專利名稱：薄膜半導(dǎo)體及其制造方法、半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜半導(dǎo)體，具有可認為基本是單晶(此后稱之為“單疇區(qū)”)的區(qū)，并形成于具有絕緣表面的襯底上，還涉及一種用該薄膜半導(dǎo)體作有源層的半導(dǎo)體器件。特別涉及一種由結(jié)晶硅膜構(gòu)成有源層的薄膜晶體管。
近年來，由在具有絕緣表面的襯底上形成的薄膜硅膜(其厚度為幾百到幾千埃)構(gòu)成薄膜晶體管的技術(shù)引起了人們的極大關(guān)注。薄膜晶體管已廣泛用于諸如IC和液晶顯示器件等電子器件。
薄膜晶體管的最重要部分也可說是薄膜晶體管的心臟，是溝道形成區(qū)和聯(lián)接溝道形成區(qū)與源/漏區(qū)的結(jié)部分。即，有源層是影響薄膜晶體管性能的最關(guān)鍵部分。
對于構(gòu)成薄膜晶體管的有源層的薄膜半導(dǎo)體，一般利用等離子CVD或低壓熱CVD法形成非晶硅膜。
用非晶硅膜的薄膜晶體管目前已能實際應(yīng)用，但在需要更高速度時，必須使用高結(jié)晶度薄膜硅(此后稱之為結(jié)晶硅膜)制作的薄膜晶體管。
例如，在有源矩陣型液晶顯示器件或無源型液晶顯示器件中，外圍電路中必須有驅(qū)動設(shè)置于像素區(qū)的像素TFT的驅(qū)動電路、處理圖像信號的電路和記錄各種信息的存儲電路。
另外，在上述電路中，需要處理和控制圖像信號的電路和記錄各種信息的存儲電路具有比用單晶片制作的已有集成電路好的性能。因此，在利用形成于襯底上的薄膜半導(dǎo)體集成上述電路時，必須在襯底上形成比單晶的結(jié)晶度高的結(jié)晶硅膜。
已知在襯底上形成結(jié)晶硅膜的方法有本發(fā)明者公開于日本特許公開6-232059和6-244103中的技術(shù)。公開于上述文獻中的技術(shù)包括利用能加速硅結(jié)晶的金屬元素在550℃熱處理約4小時形成結(jié)晶度極佳的結(jié)晶硅膜。
然而，即使對薄膜晶體管的有源層使用上述技術(shù)，在所得薄膜晶體管用作構(gòu)成運算電路、存儲器電路等各種電路的晶體管時，仍不能滿足需要，因為作為有源層其結(jié)晶度還不足以滿足所需特性的要求。
特別是，要求結(jié)晶度可與單晶相比的結(jié)晶硅膜基本上沒有晶界。這是因為晶界可作為阻止電子在晶體間流進流出的通路勢壘能級。
在使用上述技術(shù)時，本發(fā)明者把晶體生長工藝分為四步，即如下所述的第一至第四步。下面參照圖3(A)-3(F)進行說明。
參見圖3(A)，在襯底表面上形成氧化硅膜301作緩沖層。再于其上形成非晶硅膜303。由于氧化硅膜表面上的表面粗糙度或灰塵使其表面上形成了凹凸部分302(圖中僅示出了凸起部分)。
把含加速結(jié)晶的金屬元素的溶液滴到非晶硅膜303表面上，并進行旋涂。這樣得到圖3(A)所示狀態(tài)，其中鎳層304在非晶硅膜303表面上鋪開。
此后，在500-700℃的溫度范圍進行熱處理，使非晶硅膜303結(jié)晶。然而，用玻璃襯底時，考慮到玻璃襯底的耐熱性，最好在650℃以下進行熱處理。
這樣，如圖3(B)中箭頭所示，金屬元素各向同性地向非晶硅膜303內(nèi)部擴散，到達該膜與氧化硅膜301的界面。這是第一步。
然后，在金屬元素移動到氧化硅膜301和非晶硅膜303間的界面后，在凹凸部分302分凝。這是第二步。發(fā)生這種現(xiàn)象的原因是，金屬元素要尋找能級穩(wěn)定位置，因此，此時，凹凸部分302便充當了分凝點(圖3(C))。
這樣，因為金屬元素的濃度很高，于是便作為分凝點的在凹凸部分302產(chǎn)生了晶核。金屬元素為鎳時，根據(jù)本發(fā)明者的研究，在鎳濃度為1×1020原子/cm3以上時產(chǎn)生晶核。
晶體的生長起始于晶核。首先，在基本垂直于硅膜表面的方向進行結(jié)晶。這是第三步。(圖3(D))。
在基本垂直于硅膜表面的方向進行結(jié)晶的區(qū)305(此后稱之為垂直生長區(qū))中，進行結(jié)晶時，以很高濃度聚集的金屬元素上推到硅膜表面。因此，金屬元素也會聚集在位于凹凸部分302上邊的非晶硅膜303表面上。結(jié)果，與其它區(qū)相比，獲得了為含高濃度金屬元素區(qū)的垂直生長區(qū)305。
然后，晶體從與垂直生長區(qū)305接觸的非晶硅膜303的界面306在基本平行于襯底的方向開始生長(圖3(E)中箭頭所指方向)。這是第四步。晶體307為柱狀或針狀晶體，其高度大約等于非晶硅膜303的膜厚(圖3(E))。
因為晶體307沿基本平行于襯底的方向生長，所以當與對面的晶體相碰時生長便會停止。這樣，如圖3(F)所示，碰撞發(fā)生的邊界便變成晶界308。這樣形成的晶體區(qū)309變成結(jié)晶度較均勻的區(qū)(此后稱之為“橫向生長區(qū)”)。
這樣，在常規(guī)結(jié)晶形態(tài)中，由于以此方式有規(guī)律地形成了大量分凝點，晶核密度高，各晶粒妨礙了彼此的生長。結(jié)果，粒徑變小。
即，在用由上述技術(shù)形成的結(jié)晶硅膜形成薄膜晶體管的有源層時，例如，不可避免地將晶料邊界引入了硅膜內(nèi)部。因此，實際上不可能得到等同于單晶的結(jié)晶度。
通過減小晶核密度可經(jīng)增大晶粒直徑，但晶核的位置取決于金屬元素的分凝點。根據(jù)常規(guī)技術(shù)，有規(guī)律地形成將變成分凝點的點(例如，圖3(A)所示的凹凸部分302)，無法控制其位置。
本發(fā)明的目的是在表面上有絕緣層的襯底上形成結(jié)晶度像單晶一樣好的單疇區(qū)。另一個目的是獲得具有由單疇區(qū)構(gòu)成的有源層的半導(dǎo)體器件。
所以根據(jù)本發(fā)明的一個方案，提供一種形成于表面上有絕緣層的襯底上的薄膜半導(dǎo)體，其特征在于所述薄膜半導(dǎo)體包括可基本認為是單晶的單疇區(qū)，該區(qū)的結(jié)晶度可通過激光照射或通過其能量與激光能量相等的強光照射而得以提高，其中所述單疇區(qū)由聚集的大量基本平行于襯底的柱狀或針狀晶體形成；在與薄膜晶體管的下表面接觸的所述絕緣膜上有意形成凹凸圖形。
根據(jù)本發(fā)明的另一方案，提供一種只利用上述單疇區(qū)作有源層的半導(dǎo)體器件。特點是單疇區(qū)內(nèi)基本上沒有晶界。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方案，提供一種制造薄膜晶體管的方法，包括下列步驟在具有絕緣表面的襯底上濺射形成氧化硅膜；使所述氧化硅膜構(gòu)圖成所要求形狀，有意形成凹凸圖形；在所述氧化硅膜上低壓熱CVD形成非晶硅膜；形成加速非晶硅膜結(jié)晶的金屬元素；通過熱處理使所述非晶硅結(jié)晶成結(jié)晶硅膜；用激光照射或用有與所述激光能量相同的強光照射所述結(jié)晶硅膜，其中通過用激光照射或用有與激光相同能量的強光照射，使所述結(jié)晶硅膜形成單疇區(qū)。另外一特征為用上述步驟形成的單疇區(qū)構(gòu)成有源層。
本發(fā)明者將用本發(fā)明所獲得的區(qū)域定義為可以認為基本是單晶的區(qū)域，即，單疇區(qū)。這樣，單疇區(qū)定義為基本無晶界區(qū)，其中幾乎沒有由于躍遷和堆垛層錯引起的晶體缺陷。
“基本無晶界”是指即使存在晶界，該區(qū)在電學(xué)上也不活潑。這種電惰性晶界包括{111}欒晶界、{111}堆垛層錯、{221}欒晶界、{221}扭曲欒晶邊界等。(見R.SimokawatY.Hayashi；Jpn.j.Appl.Phys.27(1987)pp.751到758)。
本發(fā)明者假定包含于單疇區(qū)中的晶界是電惰性晶界的可能性極高。即，相信明顯的晶界為不會電驅(qū)動載流子運動的電惰性區(qū)。
因此，本發(fā)明者研究了一種加大晶粒直徑用以減少晶界的方法。結(jié)果首次發(fā)現(xiàn)了控制晶核的方法。
該方法包括首先給與非晶硅膜的下表面接觸的絕緣膜提供一極光滑的表面態(tài)。從而利用人造石英靶的濺射形成氧化硅膜，用作非晶硅膜下的緩沖層(作為參考，

圖14給出了人造石英靶的組分)。這樣形成的氧化硅膜致密且光滑，含極少在常規(guī)工藝中將變成分凝點的凹凸部分。
然后，將這樣得到的氧化硅膜構(gòu)圖，有意形成凹凸圖形。即，有意形成加速結(jié)晶的金屬元素的分凝點，從而可以控制產(chǎn)生晶核的位置。
即，本發(fā)明的優(yōu)點是，在設(shè)計器件時，可以在所要求的位置按所要求的尺寸設(shè)計晶體。這極有利于工業(yè)生產(chǎn)。
本發(fā)明的特征還在于，用低壓熱CVD法形成非晶硅膜。由低壓熱CVD法形成的該非晶硅膜幾乎不含氫，且比由等離子CVD法形成的非晶硅膜更致密。因此，根據(jù)本發(fā)明的非晶硅膜的特征在于它幾乎不含天然晶核。
大量天然晶核會妨礙對晶核的控制。因此，如果天然晶核少的話，便很容易控制晶核。
然后，還研究了將這樣所得的大尺寸晶體轉(zhuǎn)變成單晶的方法(更準確地說，是形成單疇區(qū)的方法)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過用激光照射或用有與激光相同能量的強光照射這樣所得的晶體，便可以獲得單疇區(qū)。
圖1(A)-1(F)是展示具有單疇區(qū)的薄膜半導(dǎo)體的形成步驟的剖面圖；圖2(A)-2(C)展示了單疇區(qū)的結(jié)構(gòu)；
圖3(A)-3(F)是展示具有單疇區(qū)的薄膜半導(dǎo)體的形成步驟的剖面圖；圖4(A)-4(E)展示了半導(dǎo)體器件的制作工藝；圖5是說明SOI技術(shù)的缺陷的示意圖；圖6展示了單疇區(qū)的結(jié)構(gòu)；圖7展示了形成于單疇區(qū)上的有源層；圖8(A)-8(E)展示了半導(dǎo)體器件的制作工藝；圖9(A)-9(D)展示了半導(dǎo)體器件的制作工藝；圖10(A)和10(B)展示了半導(dǎo)體器件的制作工藝；圖11(A)-11(D)展示了半導(dǎo)體器件的制作工藝；圖12(A)和12(B)展示了DRAM的結(jié)構(gòu)；圖13(A)和13(B)展示了DRAM的結(jié)構(gòu)；圖14是展示人造石英靶組分的表；圖15(A)-15(D)展示了半導(dǎo)體器件的制作工藝；圖16(A)-16(F)應(yīng)用產(chǎn)品的示意圖。
下面將結(jié)合實施例詳細說明本發(fā)明的的構(gòu)成。但應(yīng)該明白，本發(fā)明并不只限于此。
實施例1本實施例描述了單疇區(qū)的形成工藝，這是本發(fā)明最重要的思想。圖1(A)-1(F)是具有絕緣表面的襯底上形成的硅的剖面圖。
參見圖1(A)，用濺射法在玻璃襯底101上形成氧化硅膜102。也可以用石英襯底或硅襯底代替玻璃襯底。濺射中使用人造石英靶。利用人造石英靶形成的氧化硅膜102的表面極平坦且光滑。更具體地，例如，表面粗糙高度在30埃范圍內(nèi)，其寬度為100埃以上。即使用AFM(原子力顯微鏡)觀察，也很難發(fā)現(xiàn)不規(guī)則。
在形成了氧化硅膜102后，進行構(gòu)圖，有意形成凹凸圖形103。在本實施例中，為有意形成凸起部分而形成微型島狀方形圖形。然而，為形成凹下部分而形成的圖形具有同樣的作用。凹凸圖形103的高度約相當于將在此后形成的非晶硅膜厚的一半。
在構(gòu)圖成所要求形狀后，利用等離子CVD法、濺射法或低壓熱CVD法，形成100-750埃(最好是150-450埃)厚的非晶硅膜104。在使用低壓熱(VD法時，用氣態(tài)乙硅烷(Si2H6)或丙硅烷(Si3H8)作淀積膜的氣體。
把非晶硅膜104的厚度控制在上述范圍內(nèi)，不僅可以有效地進行激光照射轉(zhuǎn)變成單晶的步驟，而且可以用這樣獲得的結(jié)晶硅膜作半導(dǎo)體器件的有源層來制造低截止電流半導(dǎo)體器件。
由低壓熱CVD法形成的非晶硅膜在以后的結(jié)晶步驟產(chǎn)生的天然晶核的比例很低。天然晶核的比例也即不受如鎳等加速非晶硅膜結(jié)晶的金屬元素產(chǎn)生晶核的比例的影響。
從在以后的結(jié)晶步驟獲得大直徑晶體的角度看，上述作用是有利的，因為這樣便可以減小使晶體間相互影響(相互碰撞，阻止晶體生長)的比例。
在形成非晶硅104時，必須十分注意用作緩沖層的氧化硅膜102的表面的清潔度。與參考常規(guī)技術(shù)的上述說明一樣，沾污會提供產(chǎn)生晶核的金屬元素的分凝點，金屬元素的作用是加速結(jié)晶化。
在形成非晶硅膜104后，在氧氣氛中用UV(紫外)光照射，在非晶硅膜104的表面上形成非常薄的氧化膜(圖中未示出)。提供該氧化膜為的是改善非晶硅膜對在以后為引入金屬元素而涂敷溶液步驟中所用溶液的潤濕性。
然后，在非晶硅膜104表面上，滴上含一定濃度的加速結(jié)晶的金屬元素的溶液，形成未圖示的含水膜。金屬元素是選自由Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu和Au組成的組中的一種或多種元素，但根據(jù)本發(fā)明者的研究，發(fā)現(xiàn)Ni(鎳)是最有效的。
考慮到在以后加熱步驟中殘留雜質(zhì)的問題，最好使用硝酸鎳溶液。盡管也可以用醋酸鎳溶液，但醋酸鎳溶液含碳，恐怕碳會在以后的步驟中作為殘留物留在膜內(nèi)。
參見圖1(A)，用旋涂機進行旋涂，使鎳層105形成于具有氧化膜(未示出)的非晶硅膜104上，此氧化膜(未示出)夾在鎳層與非晶硅膜之間。
這時在位于凹凸圖形103上邊的非晶硅膜104中形成與凹凸圖形103相應(yīng)的凹凸部分106。這樣。由于表面張力，凹凸部分106的外圍趨于形成一種鎳局部聚集區(qū)。這樣，在以后的結(jié)晶步驟中，它可以使第四步結(jié)晶(即在基本平行于襯底方向上的結(jié)晶)很容易地進行。
按本實施例，要在非晶硅膜104上進行溶液涂敷步驟。然而，在形成非晶硅膜104前在緩沖層即氧化硅膜102上進行該步驟也同樣有效。而且，該溶液可以加到氧化硅102和非晶硅膜104的表面上。
在實現(xiàn)了圖1(A)所示狀態(tài)后，在惰性氣體氣氛中，在450℃溫度下，加熱所得結(jié)構(gòu)約1小時去氫。然后，在500-700℃的溫度范圍內(nèi)，最好在550-600℃溫度范圍內(nèi)，熱處理4-8小時，使非晶硅膜104結(jié)晶。然而，對于在玻璃襯底上形成膜的情況，考慮到玻璃的耐熱性，熱處理溫度最好不高于650℃。結(jié)晶是以以下所述方式進行的。
第一步，加熱激活鎳，使之按箭頭所指方向(圖1(B))各向同性地擴散到非晶膜104內(nèi)。
然后，第二步，鎳在氧化硅膜102和非晶硅膜104之間的界面處遷移，在凹凸圖形103分凝。即，凹凸圖形103是作有意形成的分凝點(圖1(C))。
鎳在分凝點即凹凸圖形103處的濃度變?yōu)榧s1×1020原子/cm3以上，于是產(chǎn)生了便于在基本垂直于硅膜表面的方向結(jié)晶的晶核。在第三步中形成的垂直生長區(qū)107含很高濃度的鎳(圖1(D))。
第四步，晶體從上述垂直生長區(qū)107開始生長，生長在基本平行于硅膜的方向進行。這樣形成的橫向生長區(qū)108由大量聚集且基本在一個方向取向的柱狀或針狀晶體構(gòu)成，因此，從結(jié)晶度的觀點來看，該區(qū)優(yōu)于垂直生長區(qū)107。
因為分凝點是有控制地有意形成的，所以可以不受其它晶粒影響使晶體直徑變大。即，通過適當?shù)卦O(shè)計形成分凝點的位置，可以在要求的位置獲得要求尺寸的晶體。
然而，因為晶粒直徑的極限取決于熱處理的溫度和時間，所以應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)成本等適當?shù)卮_定晶粒大小。而且，還應(yīng)考慮在以后的將晶體轉(zhuǎn)變成單晶步驟中晶體生長的問題。
這樣便得到了如圖1(F)所示的結(jié)晶硅膜109。應(yīng)該注意的是，本發(fā)明基本不同于已知圖形外延(graphoepitaxy)技術(shù)。
圖形外延是通過使底涂層膜表面變成規(guī)則的形狀，而使結(jié)晶硅膜統(tǒng)一取向，從而利用非晶硅膜的從最穩(wěn)定表面開始結(jié)晶的性質(zhì)的一種技術(shù)。
本發(fā)明的特征在于，底膜的表面形態(tài)改變，以改變表面能級，由此產(chǎn)生加速結(jié)晶的金屬元素的易分凝區(qū)。因此，本發(fā)明不同于為形成晶核而改變表面形態(tài)的圖形外延技術(shù)。
圖2(A)是從上面看結(jié)晶硅膜109的平面圖。參見圖2(A)，在本實施例中，在第三步形成的垂直生長區(qū)201(相當于圖1(D)中的區(qū)107)為微方形島狀圖形。在第四步形成的橫向生長區(qū)202(相當于圖1(F)中的區(qū)109)從產(chǎn)生于中心處用作垂直生長區(qū)201的晶核開始生長。因為本實施例中的垂直生長區(qū)201可當成點，所以可以形成基本為六角形的橫向生長區(qū)202。
對橫向生長區(qū)為六角形的原因可以作如下解釋。對于硅膜的晶體形態(tài)，都知道由(111)面包圍的晶核通常生長成六角形晶粒。
在本實施例中，用鎳作加速結(jié)晶的金屬元素。本發(fā)明者已指出，在結(jié)晶期間硅化鎳形成于柱狀或針狀晶體的前邊緣部分和側(cè)表面部分上。
還知道，(111)面是硅化鎳的的穩(wěn)定面?？紤]到這種情況，便能理解為什么作為晶核的垂直生長區(qū)201主要被(111)面即硅化鎳的穩(wěn)定面所包圍的原因。
這樣，便可以容易地理解為什么從一點即垂直生長區(qū)201開始生長的橫向生長區(qū)在第四步中結(jié)晶生長成接近六角形。
以上方式形成的橫向生長區(qū)202可以分成示于圖2(A)中的六部分A-F。在這種情況下，這六部分A-F顯然是分立的晶粒。這是因為如滑移位錯等缺陷形成于A-F相互碰撞的區(qū)中，并由此形成了晶界。
圖2(B)是取自區(qū)A-F的放大的單個部分的放大圖。參見圖2(B)，區(qū)A-F中每一區(qū)皆由大量柱狀或針狀晶體聚集而成。因此，宏觀上看因為這些晶體密集地聚集在一起使每區(qū)皆表現(xiàn)為單個晶粒。
柱狀或針狀晶體皆是基本上沒有內(nèi)部晶界的單疇。
而且，因為每一晶體皆是靠從內(nèi)部消除如鎳等雜質(zhì)生長的，所以金屬硅化物形成于晶體的表面上。這樣，如圖2(B)所示，金屬元素即鎳在晶界203分凝。
因此，示于圖2(B)的情況示出了大量單疇聚集形成了提高了結(jié)晶度的區(qū)，但區(qū)A-F并不構(gòu)成單個的單疇區(qū)。
為了實現(xiàn)本發(fā)明，必須有一提高橫向生長區(qū)202的結(jié)晶度的附加步驟。在本發(fā)明中，這一步被特別稱為“單晶形成步驟”。
根據(jù)本發(fā)明的單晶形成步驟具體包括用激光照射或用有相同能量的強光照射這樣獲得的結(jié)晶硅膜。
為實現(xiàn)上述目的，最好是用發(fā)射紫外區(qū)的激光的準分子激光器。更具體地，可用KrF準分子激光器(波長248nm)、XeCl準分子激光器(波長308nm)等。另外，用由紫外線燈發(fā)出的強光也可以獲得同樣的效果。
在用激光照射結(jié)晶硅膜時，所照射的表面被局部加熱到達到瞬時產(chǎn)生熔化狀態(tài)的高溫。如圖2(B)所示，然而，實際上，在柱狀或針狀晶體的晶界部分203分凝的金屬硅化物首先熔化，柱狀或針狀晶體不容易熔化。
即，在用激光照射構(gòu)成示于圖2(B)結(jié)構(gòu)的橫向生長區(qū)時，晶界203首先但暫時熔化，然后重結(jié)晶。參見圖2(C)，其中虛線204表示的是圖2(B)中晶界203的暫時分離和復(fù)合形成的接合界面。
在本例中，靠近晶界203的硅晶格復(fù)新排列進行復(fù)合，使硅原子能很好匹配。這樣，圖2(B)所示的分立區(qū)A-F內(nèi)聚集的大量柱狀或針狀晶體基本上沒有晶界。如圖2(C)所示。
而且，因為存在于針狀或柱狀晶體中的如位錯和堆疊層錯等晶體缺陷極大的減少，所以起先為柱狀或針狀晶體的那些部分的結(jié)晶度也極大提高。
在這種情況下，區(qū)A-F中的每一區(qū)的體積皆因硅晶格的重新排列而變大。結(jié)果，觀察到圖2(A)中所示的晶界處(即單疇區(qū)外圍部分)硅膜升高，區(qū)A-F在此相互碰撞。硅膜的升高是在進行激光照射處理時表現(xiàn)出來的特性。
在晶界處發(fā)生硅膜升高，這是一種獲得高晶體內(nèi)結(jié)晶度的已知現(xiàn)象，但為什么會如此的原因尚不清楚。
而且，在用500埃厚的非晶硅膜時，例如，SEM觀察表明，硅膜的升高約為500埃。
通過上述工藝步驟這樣形成的結(jié)晶硅膜可產(chǎn)生結(jié)晶度極大提高并與單晶的結(jié)晶度相同的單疇區(qū)。
本發(fā)明的另一方案包括利用上述單疇區(qū)單獨形成以薄膜晶體管為代表的半導(dǎo)體器件的有源層。
在制造有源矩陣型液晶顯示器件時，圖7示出了在具有絕緣表面的襯底上按矩陣形設(shè)置的有源層24。
參見圖7，虛線22表示存在垂直生長區(qū)的部分。因為在形成有源層24后，觀察不到其中橫向生長區(qū)碰撞而形成的晶界的部分23，所以由虛線表示該區(qū)。
如圖7所示，薄膜晶體管的有源層24按矩陣形的圖形形成，以此方式可以使有源層中不包括垂直生長區(qū)和晶界。
圖7是局部圖，但對于形成于襯底21上的整個有源層來說是同樣的。即，只利用無晶界的單疇區(qū)可以形成幾百萬薄膜晶體管的有源層。
實施例2本實施例與實施例1所述情況相似，只是用有與激光能量相同的強光代替激光照射。已知的RTA(快速熱退火)技術(shù)用于本實施例。
RTA是一種用由燈等產(chǎn)生的如紅外光或紫外光等強光照射工件的方法。該方法的特征在于，能在大約幾到幾十秒的短時間內(nèi)完成該處理，并能高速加熱和冷卻。這樣，便能只加熱最外表面上的薄膜。更具體地，例如，能在約1000℃的極高溫度下只對玻璃襯底表面上的薄膜退火。
利用該方法，處理時間短，所發(fā)在生產(chǎn)時可以極大地提高產(chǎn)量。因此，該方法對于提高生產(chǎn)率來說是很有效的。
實施例3本實施例是用在實施例1中所述的工藝步驟所得的單疇區(qū)構(gòu)成的薄膜晶體管的有源層的實例。盡管在本實施例中說明的是頂柵型結(jié)構(gòu)，但也可以用于底柵型結(jié)構(gòu)中。
參見圖4(A)，根據(jù)實施例1中所述的工藝步驟形成包括單疇區(qū)的薄膜晶體管，并構(gòu)圖。形成只由單疇區(qū)構(gòu)成的有源層403。同樣，像實施例1所述的那樣，參考標號401表示的是玻璃襯底，參考標號402表示的是氧化硅膜。
然后，利用等離子CVD法形成作柵絕緣膜的氧化硅膜404，其厚為1500埃。也可以用氧氮化硅膜或氮化硅膜代替氧化硅膜。
此后，利用濺射法形成5000埃厚的鋁膜405，以制備柵電極。在鋁膜405中加有0.2wt％濃度的鈧。也可用如鉭或鉬等金屬代替鋁。這樣便可獲得圖4(A)所示的狀態(tài)。
在形成鋁膜405后，形成極薄陽極氧化膜(圖中未示出)。用由氨水中和的含3％酒石酸的1，2-亞乙基二醇作電解液，形成陽極氧化膜。這樣，用鋁膜405作陽極，用鉑作陰極，在電解液中進行陽極氧化。
該步形成的陽極氧化膜是致密的，它的作用是使在此后形成的光刻膠掩模與鋁膜緊密接觸。在本實施例中，圖中未示出的陽極氧化膜厚約100埃。通過所加電壓可以控制該膜厚。
使鋁膜405構(gòu)圖，形成島形鋁膜406作為柵極409的底層。如圖4(B)所示，只留下該步驟中所用的部分光刻膠(未圖示)。
實現(xiàn)了圖4(B)所示的狀態(tài)后，再利用鋁膜圖形406作陽極進行陽極氧化。此時用3％的草酸水溶液作電解液。在陽極氧化步驟中，因為圖中未示出的光刻膠掩模仍存在，所以只在鋁膜圖形406的側(cè)面上進行陽極氧化。這樣，形成陽極氧化膜407，如圖4(C)所示。
在該步驟所得的陽極氧化膜407是多孔的，可以生長幾百微米厚。
然而，在本實施例中，通過控制陽極氧化的時間周期形成了7000埃厚的多孔陽極氧化膜407。
如圖4(C)所示，在形成多孔陽極氧化膜407后，除去圖中未示出的光刻膠掩模。然后在與先前形成致密陽極氧化膜相同的條件下再進行陽極氧化，形成另一致密陽極氧化膜408。然而，陽極氧化膜408的厚度為800埃。
在該步，因為電解液滲透到多孔陽極氧化膜407內(nèi)，所以形成了如圖4(C)所示的陽極氧化膜408。
如果形成的陽極氧化膜408的厚度為1500?；蚋瘢憧梢栽谝院蟮淖⑷腚s質(zhì)離子步驟中形成偏移柵區(qū)。
致密的陽極氧化膜408的作用是防止以后步驟中在柵極409表面產(chǎn)生小丘。
在形成了陽極氧化膜408后，注入雜質(zhì)離子，形成源/漏區(qū)。在本步，注入P離子形成N溝道薄膜晶體管。
這樣，便得到了源區(qū)410和漏區(qū)411，其中摻有高濃度的雜質(zhì)(圖4(C))。
在利用醋酸、磷酸和硝酸的混合酸選擇地除去了多孔氧化膜407后，，再注入P離子，但劑量低于先前形成源/漏區(qū)410和411所用的劑量。
以此方式，能夠形成含低于源區(qū)410和漏區(qū)411雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)的低雜質(zhì)濃度區(qū)412和413。以自對準的方式形成區(qū)414，作為溝道形成區(qū)(圖4(D))。
在注入雜質(zhì)離子后，用激光、紅外光或紫外光照射，使該注入了離子的區(qū)退火。
于是便形成了源區(qū)410、低濃度雜質(zhì)區(qū)412、溝道形成區(qū)414、低濃度雜質(zhì)區(qū)413和漏區(qū)411。低濃度雜質(zhì)區(qū)413為普通已知的LDD(輕摻雜漏)區(qū)。
在300-350℃的溫度范圍進行0.5-1小時的等離子氫化處理。通過該處理驟，把氫以按原子計5％(1×1021原子/cm3)以下即1×1015-1×1021原子/cm3的濃度摻入有源層403。
因為這樣摻入到有源層403中的氫是活潑的，所以能通過中和硅的懸空鍵或有源層/柵絕緣膜的界面密度而被去除。
在實現(xiàn)了圖4(D)所示狀態(tài)后，形成層間絕緣膜415。層間絕緣膜415是由氧化硅膜或氮化硅膜、氧氮化硅膜、樹脂膜、或這些膜的疊層構(gòu)成的。最好用氮化硅膜，因為該膜能防止先前摻入的氫被重新排除到器件外。
然后，在形成了接觸孔后，形成源極416和漏極417。在有源矩陣型液晶顯示器中形成像素TFT時，沒有必要從柵極409抽取引出電極，但對于用于外圍驅(qū)動電路的TFT電路，同時必須形成從柵極409抽取的引出電極。
在350℃的氯氣氛中進行熱處理，使整個器件氫化，得到如圖4(E)所示的完成了的薄膜晶體管。
這樣得到的薄膜晶體管包括由單疇區(qū)構(gòu)成的有源層。因此，能取得能使器件高速工作的極佳場效應(yīng)遷移率。而且，因為溝道區(qū)和漏的結(jié)部分沒有晶界或鎳化合物的分凝等發(fā)生，所以可以制造高可靠薄膜晶體管。
實施例4近來，包含形成于具有氧化硅膜的硅襯底上的單晶即稱作SOI結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)已引起人們的極大關(guān)注。由于低能耗器件的突破，對于SOI結(jié)構(gòu)的研究迅速發(fā)展。
實際上，根據(jù)本發(fā)明的單疇區(qū)其結(jié)晶度與單晶一樣好。因此，能很容易地將它應(yīng)用于SOI技術(shù)。在本發(fā)明中，考慮了與本發(fā)明相比SOI結(jié)構(gòu)還存在的問題。
SOI技術(shù)中仍存在的問題概括于圖5中。參見圖5，可以看出，這些問題包括那些關(guān)于結(jié)晶性的問題，例如硅膜和固定電荷的界面態(tài)密度，還包括那些由外部因素引起的問題，例如金屬污染和硼濃度。
在本發(fā)明中，用激光或用具有與激光相同能量的強光照射結(jié)晶硅膜，提高結(jié)晶度，并使晶體彼此重新復(fù)合(形成單晶)。
激光退火的作用是可以除去或極大地減少對結(jié)晶度產(chǎn)生不利影響的因素，例如管道密度、界面態(tài)密度、固定電荷、穿透渡越等等。
而且，在圖5所示的沉積物是硅化物基物質(zhì)時，在用激光照射下可以容易地熔化和蒸發(fā)。在沉積物是氧化物基物質(zhì)時，可望實現(xiàn)使溫度升高以引起氧分離并擴散的激光作用。因此，可以消除氧化物。
實施例5本實施例與實施例1所述情況相似，只是改變了形成于氧化硅膜上的作緩沖層的凹凸圖形。
本實施例中形成矩形成槽形圖形代替實施例1中的微方形島狀圖形。盡管在本實施例中形成凹下部分，但形成凸起部分也可獲得同樣的效果。
這里略去了非晶硅膜的結(jié)晶步驟，因為該步驟與實施例1中所述步驟相同。結(jié)晶后晶粒的形狀見圖6。
參見圖6，橫向生長區(qū)602是從提供來作晶核的垂直生長區(qū)601開始形成的。本實施例與實施例1的不同在于晶核可認為一條線，而不是一個點。
這樣，所得晶粒便大概呈延長的六角形。橫向生長區(qū)602由八個區(qū)A-H構(gòu)成。然而，因為垂直生長區(qū)601長度Y遠長于寬度X，所以當在石英襯底上形成膜時，區(qū)A-C和F-H與區(qū)D和E比起來相當小。
形成上述形狀的凹下和凸起圖形的優(yōu)點是，區(qū)D和E變成比實施例中所得區(qū)大的單疇區(qū)。即，通過只利用這些區(qū)形成薄膜晶體管的有源層，可以在單個單疇中形成有同樣結(jié)晶度的大量有源層。
實施例6本實施例是用實施例3中所述的TFT形成CMOS結(jié)構(gòu)的實例。本實施例的制造工藝步驟示于圖8-10。本發(fā)明形成的結(jié)晶硅膜的應(yīng)用范圍很廣泛，形成CMOS結(jié)構(gòu)的方法并不只限于本實施例所述這樣。
首先，根據(jù)實施例1所述，在玻璃襯底31上形成氧化硅膜32，并在其上得到包括單疇區(qū)的結(jié)晶硅膜。使這樣得到的結(jié)晶硅膜構(gòu)圖，從而得到分別單由單疇區(qū)構(gòu)成的有源層33和有源層34，它們分別用于N溝道型TFT和P溝道型TFT。
在形成有源層33和34后，利用等離子CVD法形成作柵絕緣膜的氧化硅膜35。該膜的厚度為500-2000埃，最好為1000-1500埃。而且，也可以用如氧氮化硅膜或氮化硅膜之類的其它絕緣膜作柵絕緣膜代替氧化硅膜。
于是，便得到圖8(A)所示狀態(tài)。為了簡化說明，下面說明形成一對N溝道型薄膜晶體管和P溝道型薄膜晶體管的情況。通常，一個單元包括形成于單個玻璃襯底上的幾百個以上的N溝道型薄膜晶體管和P溝道型薄膜晶體管。
在得到圖8(A)所示狀態(tài)后，形成構(gòu)成柵極1和2的鋁膜36，如圖8(B)所示。在鋁膜中摻入了0.2wt％濃度的鈧，用以抑制小丘和晶須的產(chǎn)生。鋁膜可以利用如濺射法和電子束蒸發(fā)淀積法形成。
小丘和晶須是鋁的不正常生長所致的脊骨狀或針狀突起。小丘和晶須會引起相鄰布線或相間布線間的短路和串線。
也可以用其它可陽極氧化的金屬如鉭代替鋁膜。
在形成了鋁膜36后，用鋁膜36作陽極，在電解液中進行陽極氧化，形成薄且致密的陽極氧化膜37。
在本實施例中，用由氨中和的含3％酒石酸的1，2-亞乙基二醇作電解液。利用本陽極氧化法可以得到致密的陽極氧化膜。通過所加電壓可以控制膜厚。
在本實施例中，陽極氧化37的厚度為約100埃。陽極氧化膜37可以增強在以后步驟形成的光刻膠掩模的粘附性。于是得到圖8(B)所示狀態(tài)。
然后，形成光刻膠掩模38和39。利用光刻膠掩模38和39，使鋁膜36和形成于鋁膜之上的陽極氧化膜37構(gòu)圖，形成圖形40和41(圖8(C))。
然后，用3％草酸溶液作電解液，用保留的鋁膜圖形40和41作陽極，進行陽極氧化。
在陽極氧化步驟中，只在保留的鋁膜圖形40和41的側(cè)面上選擇地進行陽極氧化。這是因為致密的陽極氧化膜及光刻膠掩模38和39仍存在于鋁膜圖形40和41的上表面上。
通過本陽極氧化步驟，形成了多孔陽極氧化膜42和43。其厚度可以是約幾百微米。
本實施例中，累積陽極氧化的距離為7000埃，這相當于膜厚。以后將形成的低濃度雜質(zhì)區(qū)的長度取決于該累積陽極氧化的距離。由經(jīng)驗知，多孔陽極氧化膜42和43的生長距離最好在6000-8000埃范圍內(nèi)。于是便得到圖8(D)所示狀態(tài)。
此時形成柵極1和2。在得到了圖8(D)所示狀態(tài)后，除去光刻膠掩模38和39。
用由氨中和的含3％酒石酸的1，2-亞乙基二醇作電解液，再進行陽極氧化。在該步，電解液滲透到多孔陽極氧化膜42和43中。結(jié)果獲得示于圖8(E)的致密陽極化膜44和45。
致密陽極氧化膜44和45的厚度在500-4000埃范圍內(nèi)。改變加電壓的時間可以控制該膜的厚度。先前形成的致密陽極氧化膜37的保留部分與陽極氧化膜44和45構(gòu)成一體。
參見圖8(E)，將P(磷)作為形成N型導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的雜質(zhì)離子摻入整個表面。
本次摻雜的劑量是0.2-5×1015/cm2，最好是1-2×1015/cm2。摻雜方法可以是等離子摻雜或離子摻雜。
圖8(E)所示步驟的結(jié)果是，形成了重注入P離子的區(qū)46、47、48和49。
此后，用混有鋁的酸除去多孔陽極氧化膜42和43。此時，剛好在陽極氧化膜42和43之下的有源層區(qū)基本上是本征的，這是因為沒有離子注入其中。
然后，形成光刻膠掩模50，覆蓋構(gòu)成右側(cè)的P溝道薄膜晶體管的部分。于是便得到了圖9(A)所示狀態(tài)。
在得到了圖9(A)所示狀態(tài)后，如圖9(B)所示再注入P離子。P離子的注入是以低劑量0.1-5×1014/cm2進行的，但劑量最好為0.3-1×1014/cm2。
即，控制示于圖9(B)的步驟中P離子注入的劑量，使之低于示于圖8(E)的步驟的注入劑最。
這樣，輕摻雜區(qū)52和54便變成低濃度雜質(zhì)區(qū)。區(qū)51和55為以較高濃度注入磷離子的高濃度雜質(zhì)區(qū)。
進行了該步驟，區(qū)51變成N溝道型薄膜晶體管的源區(qū)。區(qū)52和54為低濃度雜質(zhì)區(qū)，區(qū)55為漏區(qū)。區(qū)53基本上是本征溝道形成區(qū)。低濃度雜質(zhì)區(qū)54為普通已知的LDD(輕摻雜漏)區(qū)。
盡管圖中未特別示出，但由陽極氧化膜44掩蔽離子注入的區(qū)存在于溝道形成區(qū)53及低濃度雜質(zhì)區(qū)52和54之間。該區(qū)標為偏移柵區(qū)，且延伸相當于陽極氧化膜44膜厚的距離。
偏移柵區(qū)基本為本征的，因為沒有離子注入其中，但因為其上沒加?xùn)烹妷?，它不?gòu)成溝道。這樣，它用作減小電場強度和抑制退化的電阻器。然而，在其距離(偏移柵區(qū)寬度)短時，它不能用作有效的偏移柵區(qū)。而且，沒有明顯區(qū)分有效作用極限的界線。
然后，除去光刻膠掩模50，形成覆蓋圖9(C)中左邊的N溝道型薄膜晶體管的光刻膠掩模56。
參見圖9(C)，注入B(硼)離子作為形成P型導(dǎo)電的雜質(zhì)。本實施例中B離子的劑量約為0.2-10×1015/cm2，最好為1-2×1015/cm2。圖9(C)中B離子的劑量高于圖8(E)中的P離子劑量。
在本步驟形成的區(qū)57和61含形成N型或P型導(dǎo)電的雜質(zhì)，但實際上它們只是作接觸盤(此后稱接觸盤)用于與引出電極接觸。更具體地，與在左邊的N型薄膜晶體管不同，區(qū)57和61顯然與源/漏有區(qū)別。
本發(fā)明者定義區(qū)58和區(qū)60分別為P溝道薄膜晶體管的源區(qū)和漏區(qū)。
區(qū)58和60是只將B離子注入基本是本征區(qū)形成的。因此，因為除B離子外沒有其它離子存在，所以容易控制雜質(zhì)濃度，實現(xiàn)很好的自對準PI結(jié)。而且，可以將由離子注入引起的結(jié)晶度變差抑制在較低水平。
利用陽極氧化膜45能形成偏移柵區(qū)。然而，由經(jīng)驗可知，P溝道型薄膜晶體管幾乎不退化。因此，不必特別提供偏移柵區(qū)。
以此方式形成P溝道型薄膜晶體管的源區(qū)58和漏區(qū)60。因區(qū)59中沒有特別注入雜質(zhì)，因而變成溝道形成區(qū)。與上述一樣，形成接觸盤57和61，分別從源區(qū)58和漏區(qū)60引出電流。
完成了圖9(C)所示步驟后，除去光刻膠掩模56，實現(xiàn)圖9(D)所示狀態(tài)。然后用激光照射，激活注入的雜質(zhì)，并對注入雜質(zhì)離子的區(qū)退火。
于是，激光照射對所示的N溝道薄膜晶體管的一對源/漏區(qū)51和55及P溝道薄膜晶體管的一對源/漏區(qū)58和60產(chǎn)生作用，這些區(qū)之間結(jié)晶性不存在很大差異。
因為P溝道薄膜晶體管的源/漏區(qū)58和60沒有在離子注入時受很大損傷，所以這兩區(qū)之間的結(jié)晶性也不存大很大差異。
所以在圖9(D)所示狀態(tài)對兩薄膜晶體管的源/漏區(qū)進行激光照射退火時，能修正退火效果間的差異。即，能夠修正N和P溝道薄膜晶體管特性上的差異。
實現(xiàn)圖9(D)所示狀態(tài)后，形成4000埃厚的層間絕緣膜62，如圖10(A)所示。層間絕緣膜62可以是氧化硅膜、氧氮化硅膜或氮化硅膜。而且，還可以是多層結(jié)構(gòu)?？梢岳玫入x子CVD或熱CVD形成該硅化物膜。
然后，在形成了接觸孔后，形成N溝道薄膜晶體管(NTFT)的源極63和漏極64。還同時形成P溝道薄膜晶體管(PTFT)的源極65和漏極66(圖10(B))。
此后，進行構(gòu)圖，使N溝道薄膜晶體管的漏極64可以與P溝道薄膜晶體管的漏極66連接。進一步連接兩TFT的柵極，從而完成CMOS結(jié)構(gòu)。
本實施例的CMOS型薄膜電路可以用于有源矩陣型液晶顯示器件和有源矩陣型EL顯示器件。
在圖8(E)、9(B)和9(C)所示的雜質(zhì)注入步驟中，重要的是用構(gòu)成柵絕緣膜的氧化硅膜35覆蓋有源層。
在這種狀態(tài)下注入雜質(zhì)離子，便可以抑制有源層的表面粗糙度和污染。這對于提高產(chǎn)生率和器件的可靠性是極為有利的。
實施例7本實施例是實施例1中所述的結(jié)晶硅膜形成于硅晶片上的實例。必須在硅晶片的表面上提供絕緣層，通常該層為熱氧化層。
一般在700-1300℃的溫度范圍內(nèi)進行熱處理，處理的時間取決于所要求的氧化膜的厚度。
硅晶片的熱氧化一般是在O2、O2-H2O、H2O或燃燒過的O2-H2氣氛中進行的。在加入了如HCl或Cl2等鹵素的氣氛中氧化也已被廣泛實際應(yīng)用。
硅晶片是如IC等半導(dǎo)體器件所不可缺少的一種襯底。目前已研制出了在晶片上形成各種半導(dǎo)體元件的各種技術(shù)。
利用本實施例，把結(jié)晶性與單晶一樣好的結(jié)晶硅膜與利用硅晶片的常規(guī)技術(shù)相結(jié)合，可以進一步擴大結(jié)晶硅膜的應(yīng)用范圍。
實施例8本實施例是實施例7的一種特殊情況，其中利用根據(jù)本發(fā)明的結(jié)晶硅膜的TFT形成于IC上，該IC正在硅晶片上形成。圖11(A)-11(D)概括地示出了制造工藝。
圖11(A)示出了通過普通工藝形成于硅晶片上的MOS-FET。其中包括硅襯底71及絕緣膜72和73，這些絕緣膜一般是氧化膜，用于使各元件間相互隔離。在將雜質(zhì)離子注入硅襯底71使之導(dǎo)電后，通過擴散工藝形成源區(qū)74和漏區(qū)75。所以，在硅襯底71是P型時，注入使之為N型導(dǎo)電的雜質(zhì)，即磷。相反，在硅襯底是N型時，注入使之為P型導(dǎo)電的雜質(zhì)，即硼。
區(qū)76為溝道形成區(qū)。在該區(qū)中，通過控制在離子注入后的擴散工藝中形成的部分氧化膜的厚度，使之覆蓋硅表面，該氧化膜可以作柵絕緣膜。用單一導(dǎo)電類型的多晶硅膜作柵極77。
用如不與源極79和漏極80電短路的結(jié)構(gòu)中的氧化硅膜之類的絕緣膜78覆蓋柵極77。(圖11(A))。
在實現(xiàn)了圖11(A)所示狀態(tài)后，形成層間絕緣膜81。氧化硅膜、氮化硅膜等皆可用作層間絕緣膜。在形成層間絕緣膜81后，形成接觸孔，形成到漏極的引出布線82(圖11(B))。
然后，在實現(xiàn)了圖11(B)所示狀態(tài)后，進行拋光。也就是說利用CMP(化學(xué)機械拋光)技術(shù)使暴露的表面平面化。這樣使層間絕緣膜81平面化，除去引出布線82的突出部分。
在圖11(C)中，平面化的表面84形成于平面化的層間絕緣膜83上。再也觀察不到引出布線85的突出部分，并形成引出布線86與之互連。
此后，形成層間絕緣膜87。本發(fā)明可應(yīng)用于層間絕緣膜87。也即，在層間絕緣膜87上形成利用單疇區(qū)作有源層的薄膜晶體管。
首先，根據(jù)實施例1，利用單疇區(qū)形成有源88。然后，形成柵絕緣膜89，再形成柵極90。然后，注入使有源層為單一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)。
在雜質(zhì)注入后，形成側(cè)壁91，以便在以后步驟形成低濃度雜質(zhì)區(qū)。側(cè)壁91的形成方法如下。
利用氧化硅膜等，形成覆蓋柵極90的絕緣膜(圖中未示出)，其厚度不小于柵極90的厚度。然后，進行各向異性于腐蝕，除去這樣淀積的絕緣膜。于是絕緣膜便只留在柵極90的側(cè)面上，形成側(cè)壁91。
此時，再進行雜質(zhì)注入。第二次注入雜質(zhì)的區(qū)變成源區(qū)和漏區(qū)，被側(cè)壁91掩蔽的區(qū)構(gòu)成含低于源區(qū)和漏區(qū)雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)區(qū)。進行熱處理或用激光照射，將這樣形成的雜質(zhì)區(qū)激活。
以上述方式，在構(gòu)成有源層后，形成氧化硅膜或氮化硅膜作層間絕緣膜92。然后，在形成接觸孔后，又形成源極93和漏極94。
如本實施例所述，將本發(fā)明應(yīng)用于IC，可以實現(xiàn)如圖11(D)所示的三維結(jié)構(gòu)的集成電路。因為根據(jù)本發(fā)明形成于IC上面的TFT具有與形成于單晶上的TFT一樣好的性能，所以可以毫無損失地保持IC原有的性能，這樣便可以容易地生產(chǎn)高集成度的集成電路。
實施例9本實施例是將本發(fā)明制造的TFT應(yīng)用于DRAM(動態(tài)隨機存取存儲器)中的實例。下面結(jié)合圖12(A)和12(B)對此加以說明。
DRAM是把將要記錄的信息作為一個電荷存儲于電容中的存儲器。一個電荷形式的信息在與電容串聯(lián)的的TFT的控制下輸入輸出。包括構(gòu)成DRAM單個存儲單元的TFT和電容的電路示于圖12(A)中。
在通過字線1201提供柵信號時，TFT1203設(shè)定為導(dǎo)通狀態(tài)。此時，電容1204從位線1202側(cè)充電以寫入信息，或充電的電容放電以讀出信息。
圖12(B)示出了DRAM的剖面結(jié)構(gòu)?；w1205是由石英或硅襯底制造的。如果用硅襯底，則構(gòu)成稱作SOI結(jié)構(gòu)。
在基體1205上形成氧化硅膜1206作基底膜，應(yīng)用本發(fā)明在其上形成TFT。如果基體1205是硅襯底，則可以用熱氧化膜作基底膜1206。還形成由根據(jù)實施例1形成的單疇區(qū)構(gòu)成的有源層1207。
有源層1207由柵絕緣膜1208覆蓋著，其上形成有柵極1209。在其上疊置了層間絕緣膜1210后，形成源極1211。位線1202和電極1212與源極1211同時形成。并形成包括絕緣膜有保護膜1213。
電極1212保持著固定電動勢，從而在電極1212和位于電極1212下的有源層的漏區(qū)之間形成電容1214。也即，存儲元件通過寫入或讀出由TFT在電容中積累的電荷進行工作。
DRAM的特征在于，單個存儲器可以由極少的元件即TFT和電容構(gòu)成。所以用于高集成度地構(gòu)成大規(guī)模存儲器。而目，因為可以將其價格控制在很低水平，所以可以大量應(yīng)用之。
例如，在利用本發(fā)明在硅襯底上形成SOI結(jié)構(gòu)時，因為結(jié)面積小，所以可以使TFT的漏電流最小。這可以大大加長數(shù)據(jù)記憶延續(xù)時間。
另外，形成于SOI襯底上的DRAM單元還有一個特征，即因為能將電容值設(shè)定的很低，所以它能在低電壓下工作。
實施例10本實施例是在SRAM(靜態(tài)隨機存取存儲)器中使用由本發(fā)明制造的TFT的實例。對此的說明見圖13(A)和13(B)。
SRAM是一種存儲器，它利用如存儲元件的觸發(fā)器等雙穩(wěn)態(tài)電路，根據(jù)雙穩(wěn)態(tài)即雙穩(wěn)態(tài)電路的導(dǎo)通-截止或截止-導(dǎo)通記錄二元信息值(0或1)。這種存儲器的優(yōu)點是，只要加電能它便能保持記憶。
存儲器電路由N-MOS或C-MOS構(gòu)成。示于圖13(A)的SRAM是一種包括作無源負載元件的大電阻的電路。
在存儲器中形成有字線1301和位線1302。負載1303由大電阻構(gòu)成。兩結(jié)驅(qū)動晶體管1304和兩對存取晶體管1305構(gòu)成了SRAM。
圖13(B)示出了TFT的剖面結(jié)構(gòu)。襯底1306為石英襯底或硅襯底。氧化硅膜1307形成于襯底1306上作基底膜，利用本發(fā)明將TFT形成于其上。還形成由根據(jù)實施例1形成的單疇區(qū)構(gòu)成的有源層1308。
有源層1308由柵絕緣膜1309覆蓋著，其上形成有柵極1310。在其上疊置了層間絕緣膜1311后，形成源極1312。位線1302與漏極1313與源極1312同時形成。
在所得結(jié)構(gòu)上再形成層間絕緣膜1314，并形成多晶硅膜1315作高阻負載。并形成包括絕緣膜的保護膜。
上述構(gòu)成的SRAM能高速工作，可靠性高，而且能容易地嵌入系統(tǒng)。
實施例11本實施例是利用實施例3的半導(dǎo)體器件和實施例6的CMOS結(jié)構(gòu)在同一基體上集成有源矩陣區(qū)和驅(qū)動有源矩陣區(qū)的外圍電路的實例。
一種構(gòu)成源有矩陣型集成液晶顯示器件的基本構(gòu)成如下。更具體地，在有源矩陣區(qū)中，給按矩陣設(shè)置的每個像素提供至少一個用于開關(guān)的薄膜晶體管，在有源矩陣區(qū)的外圍中有驅(qū)動有源矩陣區(qū)的外圍電路。這些電路全部集成于單個玻璃襯底上(或石英襯底或硅襯底)。
通過將本發(fā)明應(yīng)用于上述構(gòu)成，便可以由具有與形成于單晶上的MOS-FET同樣性能的薄膜晶體管構(gòu)成有源矩陣區(qū)和外圍電路。
也就是說，有源矩陣區(qū)的像素TFT由圖4(E)所示的薄膜晶體管構(gòu)成，而外圍電路由示于圖8-10的MOS結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
因為存儲在像素電極中的電荷必須保持一定時間，所以要求盡可能的低地抑制有源陣區(qū)的薄膜晶體管的截止電流值。
因為根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管包括由單疇區(qū)構(gòu)成的有源層，所以基本上沒有構(gòu)成截止電流優(yōu)先流過的通道(電流通道)的晶界。因此，能提供小截止電流的薄膜晶體管。
另一方面，CMOS電路已廣泛用于外圍驅(qū)動電路。為了實現(xiàn)高性能CMOS電路，構(gòu)成CMOS電路的N溝道型和P溝道型晶體管的特性必須盡可能的一致。
在實施例6中參照圖8-10所述的CMOS電路最適于實現(xiàn)這種目的。
利用包括具有最佳特性的電路便可以這樣形成集成液晶顯示器件。
實施例12本實施例是與實施例3相似的實例，只是柵絕緣膜在不同的步驟中形成。
首先，與實施例1中所述相同的工藝形成包括單疇區(qū)的薄膜半導(dǎo)體，只選擇地利用單疇區(qū)形成半導(dǎo)體器件的有源層。
然后，利用以CVD或PVD工藝為代表的汽相淀積工藝形成厚200-1500埃(本實施例中為800埃)的絕緣膜(本實施例中為氧化硅膜)，該膜含硅作為其主要成分，以此覆蓋有源層。該膜的厚度取決于最終耐受的絕緣電壓。也可以用氧氮化硅膜或氮化硅膜代替氧化硅膜。
在形成了氧化硅膜后，在含鹵素的氣氛中進行熱處理。熱處理的主要目的是通過吸雜除去殘留在有源層內(nèi)的金屬殘留物，例如鎳。熱處理的溫度可以在600-1100℃范圍內(nèi)，但為了充分吸雜，一般在超過700℃的溫度下進行熱處理(最好在800-1000℃范圍內(nèi))。
在用玻璃作襯底時，考慮到襯底的耐熱性，必須在600-650℃溫度范圍內(nèi)進行上述熱處理。在用高耐熱性材料例如石英作襯底時，加熱溫度的上限可以升高到約1100℃(最好為1000℃)。
在本實施例中，在加入了0.5-10％(本實施例中為3％)氯化氫(HCl)的氧氣氣氛中對石英襯底進行熱處理。如果HCl的濃度高于上述范圍，則結(jié)晶硅膜的表面會變粗糙。在本實施例中，在950℃的溫度下，熱處理0.5小時。
為了制備含鹵素的氣氛，應(yīng)在氧氣氛中加入選自由HCl、HF、HBr、Cl2、NF3、F2、和Br2組成的材料組中的至少一種或多種。
上述步驟的結(jié)果是，鹵素的吸雜作用影響了金屬元素，吸雜使有源層中的鎳元素濃度降低到了1×1017原子/cm3或更低(較好為1×1016原子/cm3或更低，最好為在自旋密度或更低)。上述濃度是由SIMS(二次離子質(zhì)譜儀)觀察到的值。
進行熱氧化反應(yīng)，由此在有源層和氧化硅膜的界面處形成約200埃厚的熱氧化膜。將最終有源層的膜厚設(shè)定在200-300埃范圍(一般為250埃)內(nèi)，便可以有效地降低截止電流。
在本實施例中，在含鹵素的氣氛中的上述熱處理之后，還要在氮氣氣氛中，在950℃下，進行1小時附加熱處理。以此方式，提高熱氧化膜和含硅的絕緣膜的膜質(zhì)量。
相信鎳會在構(gòu)成有源層的結(jié)晶硅膜的晶界分凝。于是，因除去鎳而產(chǎn)生了大量懸空鍵。大量懸空鍵通過950℃的熱處理而復(fù)合，形成俘獲密度減小的晶界。
在含鹵素氣氛中進行熱處理，結(jié)果是在靠近有源層和柵絕緣膜間界面處，殘留有高濃度的鹵素。根據(jù)SIMS的結(jié)果，殘留鹵素的濃度為1×1019原子/cm3-1×1020原子/cm3。
上述形成于有源層和氧化硅膜間界面處的熱氧化膜與上述氧化硅膜一起構(gòu)成柵絕緣膜。因為有源層界面處的缺陷數(shù)量、點陣間硅原子數(shù)減少，所以有源層和柵絕緣膜間的界面態(tài)極佳。
如上所述，根據(jù)本實施例，通過進行熱處理，可以降低如鎳等金屬元素的濃度。從提高半導(dǎo)體器件可靠性觀點出發(fā)，對于半導(dǎo)體器件來說非常重要的是，減少如鎳等金屬元素的濃度。改善有源層的結(jié)晶態(tài)，可以形成界面態(tài)極佳的柵絕緣膜。
如上所述，可以獲得電特性極佳、可靠高的半導(dǎo)體器件。
實施例13本實施例是改善有源層和柵絕緣膜間界面態(tài)的實例。在用玻璃襯底時本技術(shù)特別有效。
首先，用與實施例1中所述相同的工藝形成包括單疇區(qū)的薄膜半導(dǎo)體，只選擇地利用單疇區(qū)形成半導(dǎo)體器件的有源層。然后，利用CVD或PVD工藝形成厚200-1500埃的氧化硅膜。
在500-700℃(一般為640-659℃)溫度范圍內(nèi)進行熱處理。設(shè)置這樣的溫度范圍目的是能形成熱氧化膜，而且玻璃襯底不發(fā)生任何形變或翅曲。熱處理可以在只含氧的氣氛中或在含鹵素的氣氛中進行。也可以在含水蒸汽的濕氣氛中進行。
在本實施例的條件下進行熱處理時，熱處理大約0.5-2小時，可以形成薄于幾十埃例如10-90埃的熱氧化膜。在膜厚達到飽和值后，便不再進行熱氧化膜的生長。
根據(jù)本發(fā)明的認識，固定電荷、缺陷密度等集中在很靠近有源層和柵絕緣膜間界面處(即從界面到有源層側(cè)和柵絕緣膜側(cè)所測長度在約10-30埃的區(qū))。因此，不能夸大該區(qū)確定有源層和柵絕緣膜間界面態(tài)的作用。
所以，為了使有源層和柵絕緣膜間界面態(tài)極佳，只需僅僅熱氧化有源層的界面處寬度為10-30埃(有源層厚度減小10-30埃，而最新研究結(jié)果是20-60埃厚的熱氧化膜)的區(qū)，除去固定電荷、缺陷密度等。換言之，僅僅形成薄于約幾十埃厚的熱氧化膜，便可使界面態(tài)極佳。
通過本實施的熱氧化步驟，便可在耐熱層很差的襯底如玻璃襯底上制造性能極佳的半導(dǎo)體器件。
實施例14本實施例是用結(jié)晶硅膜(多晶硅膜)作柵極的實例。下面將參照圖15(A)-15(D)進行說明。
參見圖15(A)，該結(jié)構(gòu)包括玻璃襯底1501、基底膜1502、由利用實施例1中所述工藝得到的單疇區(qū)構(gòu)成的有源層1503、柵絕緣膜1504和由單一導(dǎo)電類型的多晶硅膜構(gòu)成的柵極1505。
摻入使有源層1503形成單一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子。以此方式，通過雜質(zhì)注入步驟形成雜質(zhì)區(qū)1506和1507。
雜質(zhì)離子注入完成后，形成0.5-1微米厚的氮化硅膜1508。用低壓熱CVD、等離子CVD、和濺射法中的一種可形成該膜。也可以用氧化膜代替氮化硅膜。
于是得到15(B)所示狀態(tài)。在得到15(B)所示狀態(tài)后，利用深腐蝕工藝腐蝕氮化硅膜1508，只留下柵極1505側(cè)壁上的氮化硅膜。這樣留下的氮化硅膜作側(cè)壁1509。
除去除用作掩模的柵極1505和側(cè)壁1509的區(qū)外的柵絕緣膜1504，從而得到圖15(C)所示狀態(tài)。
然后，對圖15(C)所示結(jié)構(gòu)注入雜質(zhì)離子。在這種情況下，摻雜劑量設(shè)定為高于先前離子主入的劑量。因為沒有對剛好在側(cè)壁1509下的區(qū)1510和1511進行離子注入，所以這些區(qū)的雜質(zhì)離子濃度保持不變。然而，給暴露區(qū)1512和15113又重注入了雜質(zhì)離子。
這樣進行離子注入兩次，從而能形成含濃度低于源區(qū)1512和漏區(qū)1513的雜質(zhì)的輕摻雜漏區(qū)(LDD區(qū))1510和1511及源/漏區(qū)。剛好在柵極1505下的區(qū)是未摻雜區(qū)，由它構(gòu)成溝道形成區(qū)1514。
在通過上述工藝步驟得到圖15(C)所示狀態(tài)后，形成圖中未示出的300埃厚的鈦膜，并使之與硅膜反應(yīng)。然后，在除去了鈦膜后，進行如燈退火等的熱處理，在源區(qū)1512、漏區(qū)1513和柵極1505的暴露表面上形成硅化鈦膜1515-1517(圖15(D))。
也可以用鉭膜、鎢膜、鉬膜等代替上述鈦膜。
然后，形成5000埃厚的氧化硅膜作層間絕緣1518，形成源布線1519、漏布線1520和柵布線1521。從而完成圖15(D)所示結(jié)構(gòu)的TFT。
根據(jù)本實施例結(jié)構(gòu)的TFT中，布線通過硅化鈦膜1515-1517與TFT相連。因此，歐姆接觸極佳。
實施例15這里所說半導(dǎo)體器件是指利用半導(dǎo)體工作的器件，它包括實施例11所述實例的有源矩陣型電光器件(液晶顯示器件、EL顯示器件、EC顯示器件等)，及電光器件嵌入其中的應(yīng)用產(chǎn)品。
在本實施例中，將參照附圖對應(yīng)用產(chǎn)品進行說明。利用本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括TV攝像機、頭戴式顯示器、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、投影式顯示器(包括前面型和背面型)、視頻攝像機、個人計算機等。下面結(jié)合圖16(A)-16(F)進行簡要說明。
圖16(A)示出了由主體2001、攝像機2002、圖像接受機2003、操作開關(guān)2004、和顯示器2005構(gòu)成的汽車計算機。本發(fā)明應(yīng)用于如顯示器2005中或嵌入該顯示器內(nèi)的集成電路中。
圖16(B)示出了由主體2101、顯示器2102、條帶部分2103構(gòu)成的頭戴式顯示器。利用了兩種較小型顯示器2102。
圖16(C)示出了由主體2201、顯示器2202、操作開關(guān)2203和天線2204構(gòu)成的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)。本發(fā)明應(yīng)用于例如顯示器2202或裝入該顯示器中的集成電路。顯示器2202用作監(jiān)視器，但因為它用于顯示地圖，其圖像清晰度范圍較寬。
圖16(D)是由主體2301、語音輸出部分2302、語音輸入部分2303、顯示器2304、操作開關(guān)2305和天線2306構(gòu)成的手提電話。本發(fā)明應(yīng)用于例如顯示器2304或裝于該顯示器中的集成電路。
圖16(E)示出了由主體2401、顯示器2402、語音輸入部分2304、操作開關(guān)2404、電池2405和圖像接受機2406構(gòu)成的視頻攝像機。本發(fā)明應(yīng)用于例如顯示器2304或裝于該顯示器中的集成電路。
圖16(F)是由主體2501、光源2502、反射式顯示器2503、光系統(tǒng)(包括光束分裂器和偏振器)2504和熒光屏2505構(gòu)成的前面型投影顯示器。因為熒光屏2505用作會議用的大面積顯示器，所以顯示器2503需要高清晰度。
除上述的電光器件外，本發(fā)明還可應(yīng)用于例如背面型投影顯示器或如便攜式終端等手提信息終端設(shè)備。如上所述，本發(fā)明的應(yīng)用范圍極廣，本發(fā)明可應(yīng)用于各種合任何類型的顯示介質(zhì)。
如上所述，本發(fā)明的特征在于，通過有意形成晶核點，可以控制晶粒直徑。本發(fā)明還有一特征是，這樣形成的較大直徑的晶粒通過激光照射等可以轉(zhuǎn)變成單晶。
本發(fā)明的效果是，可以在表面上有絕緣膜的襯底上形成被認為基本是單晶的單疇區(qū)。也就是說，利用具有與單晶一樣好的高結(jié)晶度的結(jié)晶硅膜，可以構(gòu)成如薄膜晶體管等半導(dǎo)體器件的有源層。
所以可以獲得性能與已知用單晶片的集成電路相同的半導(dǎo)體電路。
盡管結(jié)合特定的實施例對本發(fā)明作了詳細說明，但顯然，在不脫離本發(fā)明精神實質(zhì)和范圍的情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以作出各種變化和改型。
權(quán)利要求
1.一種形成于表面上形成有絕緣膜的襯底上的薄膜半導(dǎo)體，所述薄膜半導(dǎo)體包括可基本認為是單晶的單疇區(qū)，該區(qū)的結(jié)晶度可通過激光照射或通過能量與激光能量相等的強光照射而得以提高，其特征在于所述單疇區(qū)由聚集的大量基本平行于襯底的柱狀或針狀晶體形成；在與薄膜晶體管的下表面接觸的所述絕緣膜上有意形成至少一個凹凸圖形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的薄膜半導(dǎo)體，其特征在于單疇區(qū)中基本上沒有晶界。
3.一種形成于表面上形成有絕緣膜的襯底上的薄膜半導(dǎo)體，所述薄膜半導(dǎo)體包括基本沒有晶界的單疇區(qū)，該區(qū)的結(jié)晶度可通過激光照射或通過能量與激光能量相等的強光照射而得以提高，其特征在于所述單疇區(qū)由聚集的大量基本平行于襯底的柱狀或針狀晶體形成；在與薄膜晶體管的下表面接觸的所述絕緣膜上有意形成至少一個凹凸圖形。
4.一種包括下列步驟的方法制造的薄膜晶體管在具有絕緣表面的襯底上濺射形成氧化硅膜；使所述氧化硅膜構(gòu)圖成所要求形狀，有意形成凹凸圖形；在所述氧化硅膜上低壓熱CVD形成非晶硅膜；在所述氧化硅膜和/或所述非晶硅膜上形成加速結(jié)晶的金屬元素；通過熱處理使所述非晶硅結(jié)晶成結(jié)晶硅膜；用激光照射或用有與所述激光相同能量的強光照射所述結(jié)晶硅膜，使所述結(jié)晶硅膜變成單疇區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4的薄膜晶體管，其特征在于所述單疇區(qū)的膜厚為150-450埃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4的薄膜晶體管，其特征在于所述單疇區(qū)的外部是由激光照射或有與激光相同能量的強光照射形成的凸面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4的薄膜晶體管，其特征在于所述單疇區(qū)的外部的膜厚大于單疇區(qū)的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4的薄膜晶體管，其特征在于以1×1015-1×1021原子/cm3的濃度向構(gòu)成單疇區(qū)的薄膜半導(dǎo)體中加入氫。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4的薄膜晶體管，其特征在于所述單疇區(qū)包括為在所述凹凸圖形上的垂直生長區(qū)的第一區(qū)；及為橫向生長區(qū)的第二區(qū)，該區(qū)由起始于所述垂直生長區(qū)且基本沿平行于硅膜表面的方向晶體生長所得，其中所述垂直生長區(qū)含高于所述橫向生長區(qū)濃度的金屬元素。
10.一種制造薄膜半導(dǎo)體的方法，包括下列步驟在具有絕緣表面的襯底上濺射形成氧化硅膜；使所述氧化硅膜構(gòu)圖成所要求形狀，有意形成凹凸圖形；在所述氧化硅膜上低壓熱CVD形成非晶硅膜；在所述氧化硅膜和/或所述非晶硅膜上形成加速結(jié)晶的金屬元素；通過熱處理使所述非晶硅結(jié)晶成結(jié)晶硅膜；用激光照射或用有與所述激光相同能量的強光照射所述結(jié)晶硅膜，其中通用激光照射或用有與激光相同能量的強光照射使所述結(jié)晶硅膜形成單疇區(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的制造薄膜半導(dǎo)體的方法，其特征在于，結(jié)晶硅膜由聚集的大量柱狀或針狀晶體基本平行于所述襯底形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的制造薄膜半導(dǎo)體的方法，其特征在于，借助利用人造石英靶的濺射法進行形成氧化硅膜的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的制造薄膜半導(dǎo)體的方法，其特征在于，加速結(jié)晶的金屬元素是選自由Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu和Au組成的元素組中的一種或多種元素。
14.一種具有有源層的半導(dǎo)體器件，所述有源層由形成于具有絕緣膜的襯底上的薄膜半導(dǎo)體構(gòu)成，所述絕緣膜形成于襯底的表面上，所述薄膜半導(dǎo)體包括其結(jié)晶度可通過激光照射或通過能量與激光能量相等的強光照射而得以提高的單疇區(qū)，其特征在于，所述單疇區(qū)由聚集的大量基本平行于襯底的柱狀或針狀晶體形成；在與只由單疇區(qū)構(gòu)成的所述有源層的下表面接觸的所述絕緣膜上有意形成至少一個凹凸圖形。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述有源層基本上沒有晶界。
16.一種具有有源層的半導(dǎo)體器件，所述有源層由形成于具有絕緣膜的襯底上的薄膜半導(dǎo)體構(gòu)成，所述絕緣膜形成于襯底的表面上，所述薄膜半導(dǎo)體包括基本沒有晶界且其結(jié)晶度可通過激光照射或通過能量與激光能量相等的強光照射而得以提高的單疇區(qū)，其特征在于，所述單疇區(qū)由聚集的大量基本平行于襯底的柱狀或針狀晶體形成；在與只由單疇區(qū)構(gòu)成的所述有源層的下表面接觸的所述絕緣膜上有意形成至少一個凹凸圖形。
17.一種由下列步驟制造的半導(dǎo)體器件在具有絕緣表面的襯底上濺射形成氧化硅膜；使所述氧化硅膜構(gòu)圖成所要求形狀，有意形成至少一個凹凸圖形；在所述氧化硅膜上低壓熱CVD形成非晶硅膜；在所述非晶硅膜上形成加速結(jié)晶的金屬元素；通過熱處理使所述非晶硅結(jié)晶成結(jié)晶硅膜；用激光照射或用有與所述激光相同能量的強光照射所述結(jié)晶硅膜，使所述結(jié)晶硅膜變成單疇區(qū)，其中由所述單疇區(qū)構(gòu)成有源層。
18.一種具有由薄膜半導(dǎo)體制成的有源層的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件由包括下列步驟的方法制造在具有絕緣表面的襯底上濺射形成氧化硅膜；使所述氧化硅膜構(gòu)圖成所要求形狀，有意形成至少一個凹凸圖形；在所述氧化硅膜上低壓熱CVD形成非晶硅膜；在所述非晶硅膜上形成加速結(jié)晶的金屬元素；通過熱處理使所述非晶硅結(jié)晶成結(jié)晶硅膜；用激光照射或用有與所述激光相同能量的強比照射所述結(jié)晶硅膜，使所述結(jié)晶硅膜變成單疇區(qū)；只利用所述單疇區(qū)形成有源層；利用汽相法形成覆蓋所述有源層且含硅作主要成分的絕緣膜；在含鹵素的氣氛中進行熱處理用于吸雜，除去加速所述有源層的所述結(jié)晶的金屬元素，同時在所述有源層和所述含硅作主要成分的絕緣膜間界面處形成熱氧化膜；及在氮氣氣氛中進行熱處理，從而提高所述含硅作主要成分的絕緣膜的質(zhì)量，所述絕緣膜包括熱氧化膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的半導(dǎo)體器件，其特征在于，層疊膜包括含硅作主要成分的所述絕緣膜和作柵絕緣膜的所述熱氧化膜，及靠近所述有源層和所述柵絕緣膜間界面處有高濃度的鹵族元素。
20.根據(jù)權(quán)利要求14-19的半導(dǎo)體器件，其特征在于，有源層的厚度在150-450埃范圍內(nèi)。
21.根據(jù)權(quán)利要求14-19的半導(dǎo)體器件，其特征在于，以1×1015-1×1021原子/cm3的濃度向有源層中加入氫。
22.一種具有有源層的半導(dǎo)體器件，所述有源層由絕緣膜上的薄膜半導(dǎo)體制成，絕緣形成于IC上側(cè)上，IC集成于硅襯底上，其特征在于，所述薄膜半導(dǎo)體包括基本沒有晶界且其結(jié)晶度可通過激光照射或通過能量與激光能量相等的強光照射而得以提高的單疇區(qū)；所述單疇區(qū)由聚集的大量基本平行于襯底的柱狀或針狀晶體形成；及在與由單疇區(qū)構(gòu)成的有源層的下表面接觸的所述絕緣膜上有意形成至少一個凹凸圖形。
23.一種制造具有有源層的半導(dǎo)體器件的方法，所述有源層由薄膜半導(dǎo)體構(gòu)成，所述方法包括下列步驟在具有絕緣表面的襯底上濺射形成氧化硅膜；使所述氧化硅膜構(gòu)圖成所要求形狀，有意形成至少一個凹凸圖形；在所述氧化硅膜上低壓熱CVD形成非晶硅膜；在所述非晶硅膜上形成加速結(jié)晶的金屬元素；通過熱處理使所述非晶硅結(jié)晶成結(jié)晶硅膜；用激光照射或用有與所述激光相同能量的強光照射所述結(jié)晶硅膜，其中，用激光照射或用有與所述激光相同能量的強光照射所述結(jié)晶硅膜使所述結(jié)晶硅膜變成單疇區(qū)；及只利用所述單疇區(qū)形成所述有源層。
24.一種制造具有有源層的半導(dǎo)體器件的方法，所述有源層由薄膜半導(dǎo)體構(gòu)成，所述方法包括下列步驟在具有絕緣表面的襯底上濺射形成氧化硅膜；使所述氧化硅膜構(gòu)圖成所要求形狀，有意形成至少一個凹凸圖形；在所述氧化硅膜上低壓熱CVD形成非晶硅膜；在所述非晶硅膜上形成加速結(jié)晶的金屬元素；通過熱處理使所述非晶硅結(jié)晶成結(jié)晶硅膜；用激光照射或用有與所述激光相同能量的強光照射所述結(jié)晶硅膜，使所述結(jié)晶硅膜變成單疇區(qū)；只利用所述單疇區(qū)形成所述有源層；利用汽相法形成覆蓋所述有源層且含硅作主要成分的絕緣膜；在含鹵素的氣氛中進行熱處理用于吸雜，除去加速結(jié)晶的金屬元素，同時在所述有源層和所述含硅作主要成分的絕緣膜界面處形成熱氧化膜；及在氮氣氣氛中進行熱處理，從而提高所述含硅作主要成分的絕緣膜的質(zhì)量，所述絕緣膜包括熱氧化膜。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或24的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，所述結(jié)晶硅膜由聚集的大量柱狀或針狀晶體基本平行于所述襯底形成。
26.根據(jù)權(quán)利要求23或24的制造薄膜半導(dǎo)體的方法，其特征在于，借助利用人造石英靶的濺射法進行形成氧化硅膜的步驟。
27.根據(jù)權(quán)利要求23或24的制造薄膜半導(dǎo)體的方法，其特征在于，加速結(jié)晶的金屬元素是選自由Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu和Au組成的元素組中的一種或多種元素。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種薄膜半導(dǎo)體，可以認為該薄膜半導(dǎo)體基本上是單晶，本發(fā)明還涉及一種包括由薄膜半導(dǎo)體構(gòu)成的有源層的半導(dǎo)體器件。在與非晶硅膜的下表面接觸的絕緣膜上有意形成至少一個凹凸圖形，從而形成至少一個加速結(jié)晶的金屬元素在此分凝的點。因此，在凹凸圖形所在位置選擇地形成了晶核，該方法能控制晶體直徑。于是獲得結(jié)晶硅膜。用激光照射或用有與激光相同能量的強光照射結(jié)晶硅膜，可以提高其結(jié)晶度，從而獲得其中基本上沒有晶界的單疇區(qū)。
文檔編號H01L21/20GK1162189SQ97104828
公開日1997年10月15日 申請日期1997年2月23日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月23日
發(fā)明者山崎舜平, 宮永昭治, 小山潤, 福永健司 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所