專利名稱：半導(dǎo)體膜及其制造方法及使用它的半導(dǎo)體器件與顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成一種多晶半導(dǎo)體膜的一種方法，以及用這種方法制造的一種半導(dǎo)體器件和一種顯示設(shè)備。更具體地，本發(fā)明涉及一種形成多晶半導(dǎo)體膜的方法，這種半導(dǎo)體膜具有少量的晶體缺陷，形成于非單晶的絕緣膜或非單晶的絕緣襯底上。該多晶半導(dǎo)體膜是通過給非晶半導(dǎo)體膜施加熱能和光能(強(qiáng)輻射)進(jìn)行制造的。而且，本發(fā)明涉及一種包括由該方法形成的多晶半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體器件，如液晶驅(qū)動(dòng)器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、半導(dǎo)體邏輯電路等。本發(fā)明涉及包括這種半導(dǎo)體器件的顯示設(shè)備。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上已經(jīng)有通過施加能量使在非單晶絕緣膜或襯底上提供的非晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶的已知方法。
這種方法的一個(gè)例子公開于TECHNICAL REPORT OF IEICE(theInstitute of Electronics，Information and CommunicationEngineers)，第100卷，第2期，ED2000-14(4月，2000)27-32頁(此后叫做傳統(tǒng)實(shí)例1)。特別地，用PE-CVD(等離子體強(qiáng)化化學(xué)氣相淀積)在玻璃襯底上形成厚度為40-50nm的非晶硅膜，然后用準(zhǔn)分子激光輻照此非晶硅膜，以使這層膜結(jié)晶成晶粒尺寸為700nm的多晶硅膜。在傳統(tǒng)實(shí)例1中，當(dāng)使用由這種方法獲得的多晶硅膜制造薄膜晶體管(TFT)時(shí)，遷移率改善至320cm2/V·sec。
一種結(jié)晶方法公開于日本Laid-Open Publication No.2000-150382(此后叫做傳統(tǒng)實(shí)例2)。特別地，在非晶硅膜的表面引入催化物質(zhì)，所得的非晶硅膜相繼進(jìn)行熱處理和激光輻照，以使之結(jié)晶，這樣可獲得改善的結(jié)晶度的結(jié)晶硅膜。
圖7是解釋在傳統(tǒng)實(shí)例2中描述的結(jié)晶方法的示意圖。
在傳統(tǒng)實(shí)例2的方法中，用PE-CVD在玻璃襯底1上形成厚度為100nm的非晶硅膜2，此后，在非晶硅膜2上形成厚度約為2nm的氧化硅膜3，以改善膜的可濕性。
然后，把含有用作加速結(jié)晶的催化物質(zhì)的鎳的溶液涂敷在氧化硅膜3上，隨之以旋涂和干燥，因此在氧化硅膜3上形成溶液膜4。
然后，在此情況下，在550℃下退火4小時(shí)以使該非晶硅膜2結(jié)晶。
然后，用具有248nm的波長及200-350mJ/cm2能量密度的KrF準(zhǔn)分子激光輻照已結(jié)晶的硅膜2，以改善其結(jié)晶度。
在傳統(tǒng)實(shí)例2的這種結(jié)晶方法中，因?yàn)槭褂么呋镔|(zhì)加速結(jié)晶，可在短時(shí)間內(nèi)在低溫條件下獲得結(jié)晶硅膜。
然而，傳統(tǒng)實(shí)例1的方法具有如下缺陷。用激光對(duì)非晶硅膜的輻照未得到優(yōu)化，因此獲得了具有幾個(gè)微米的小直徑的晶粒，潛在地導(dǎo)致多晶硅膜包含有大量晶界。這些晶界起著復(fù)合中心的作用，它為載流子提供俘獲能級(jí)。因此，當(dāng)用包含有大量晶界的多晶制造TFT時(shí)，TFT的遷移率降低。
傳統(tǒng)實(shí)例1的方法還有如下缺點(diǎn)。因?yàn)椴灰子谟米銐蚍€(wěn)定的激光均勻地輻照大面積襯底的整個(gè)表面，很難形成具有均勻結(jié)晶度的硅膜。
傳統(tǒng)實(shí)例2的方法具有如下缺陷。在該方法中，為改善結(jié)晶度，用激光輻照用引入催化物質(zhì)結(jié)晶的硅膜2。未公開激光輻照的最佳條件。在用該方法形成的硅膜中可能存在大量的晶體缺陷。
如果這種具有大量晶體缺陷的半導(dǎo)體膜用于制造如液晶驅(qū)動(dòng)器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、半導(dǎo)體邏輯電路等的半導(dǎo)體器件(晶體管)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一些問題，如載流子遷移率小、閾值電壓高等。而且，在制造在液晶驅(qū)動(dòng)器等中的大量半導(dǎo)體器件(晶體管)之間，載流子遷移率和閾值電壓具有大的離散。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體膜，該半導(dǎo)體膜包括在具有絕緣表面的襯底上提供的多晶半導(dǎo)體膜。構(gòu)成多晶半導(dǎo)體膜的相鄰晶粒之間的幾乎所有晶向角之差處于小于10°或58°-62°的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，為小于10°或58°-62°的相鄰晶粒之間的晶向角之差的比例為0.5-1。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，多晶半導(dǎo)體膜由硅制成。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種形成半導(dǎo)體膜的方法，包括以下步驟在具有絕緣表面的襯底上形成非晶半導(dǎo)體膜；在非晶半導(dǎo)體膜表面中引入催化物質(zhì)以加速結(jié)晶；對(duì)非晶半導(dǎo)體膜施加第一能量，以使該非晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶成結(jié)晶半導(dǎo)體膜；對(duì)結(jié)晶半導(dǎo)體膜施加第二能量，以使相鄰晶粒之間的晶向角之差處于小于10°或58°-62°的范圍內(nèi)。結(jié)晶半導(dǎo)體膜的結(jié)晶度增加，從而轉(zhuǎn)化為多晶半導(dǎo)體膜。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一能量是熱能，而第二能量是強(qiáng)光。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，強(qiáng)光的能量密度使得輻照后處于小于10°或58°-62°的相鄰晶粒之間的晶向角之差內(nèi)的比例最高。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體膜由硅制成。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，催化物質(zhì)是一種金屬，選自包含F(xiàn)e、Co、Ni、Cu、Ge、Pd和Au的組，或是包含了至少一種這些金屬的化合物，亦或是至少一種這些金屬與包含了至少一種這些金屬的一種化合物的組合。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在非晶半導(dǎo)體膜表面的催化物質(zhì)的濃度大于或等于1×1011原子/cm2，且小于或等于1×1016原子/cm2。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，強(qiáng)光是準(zhǔn)分子激光。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，它包括上述半導(dǎo)體膜。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種顯示設(shè)備，它包括上述半導(dǎo)體器件。
因此，此處描述的這一發(fā)明結(jié)合了使以下的優(yōu)點(diǎn)成為可能，即提供一種形成具有減少的晶體缺陷并具有良好結(jié)晶度的半導(dǎo)體膜的方法，以及用這一方法制造的半導(dǎo)體器件和顯示設(shè)備。
通過閱讀并理解下面參照附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白本發(fā)明的這些及其他優(yōu)點(diǎn)。


圖1是解釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)例1的形成結(jié)晶半導(dǎo)體膜的方法的截面圖。
圖2A和2B是解釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)例2的形成結(jié)晶半導(dǎo)體膜的方法的截面圖。
圖3是解釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)例3的形成結(jié)晶半導(dǎo)體膜的方法的截面圖。
圖4是解釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)例4形成半導(dǎo)體器件的方法的截面圖。
圖5A和5B是解釋制造包括根據(jù)實(shí)例4的半導(dǎo)體器件的顯示設(shè)備的方法的截面圖。
圖6顯示了熱處理后結(jié)晶硅膜中相對(duì)于晶體取向的取向誤差長度(misorientation length)。
圖7是解釋傳統(tǒng)實(shí)例2中描述的結(jié)晶方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式
發(fā)明人把他們的注意力集中到，當(dāng)通過引入加速結(jié)晶的催化物質(zhì)并加熱使非晶硅膜結(jié)晶，并用準(zhǔn)分子激光輻照該膜以改善其結(jié)晶度時(shí)，為用準(zhǔn)分子激光輻照選擇合適的條件上。這些發(fā)明人從實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)，在對(duì)已通過引入催化物質(zhì)和隨后的熱處理的進(jìn)行結(jié)晶的結(jié)晶硅膜，再在合適的條件下用準(zhǔn)分子激光輻照，那么相鄰晶粒之間的幾乎所有晶體取向之差處于小于10°或58°-62°的范圍內(nèi)，即為晶體缺陷較少的良好結(jié)晶度。
下面將詳細(xì)描述這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)。
使用PE-CVD在玻璃襯底上形成厚度為50nm的非晶硅膜，其中膜的成長溫度為300℃，使用SiH4氣體。
此后，用濺射在非晶硅膜上形成鎳薄膜，其中在薄膜表面鎳的原子濃度為1×1013-5×1013原子/cm2。
然后，在電爐中在550℃條件下對(duì)所獲得的非晶硅膜加熱4小時(shí)。這次熱處理允許引入的鎳與非晶硅膜中的硅反應(yīng)，從而在非晶硅膜的整個(gè)表面上隨機(jī)地形成硅化鎳。進(jìn)而硅化鎳起到晶核的作用，加速非晶硅膜的結(jié)晶。硅化鎳被橫向移動(dòng)，同時(shí)使非晶硅結(jié)晶。結(jié)晶硅膜在硅化鎳通過的那些位置形成。
然后，為了改善用硅化鎳結(jié)晶的結(jié)晶硅膜的結(jié)晶度，用XeCl準(zhǔn)分子激光輻照該膜以形成多晶硅膜(為清楚起見，這里把熱處理后的硅膜叫做結(jié)晶硅膜，而把經(jīng)準(zhǔn)分子激光輻照后的硅膜叫做多晶硅膜)。
為改善結(jié)晶程度，在熱處理后把準(zhǔn)分子激光指向結(jié)晶硅膜，其能量密度在280mJ/cm2-380mJ/cm2之間變化，以此研究準(zhǔn)分子激光能量密度的合適條件。
可以用EBSP(電子背散射衍射圖)方法測量由熱處理獲得的結(jié)晶硅膜以及由準(zhǔn)分子激光輻照獲得的多晶硅膜的結(jié)晶取向。在EBSP方法中，電子束指向要測量結(jié)晶取向的樣品上。利用表示了被樣品散射電子束的電子背散射(Kikuchi)衍射圖樣，可以測量結(jié)晶取向，角度精度為±1°或更小。
根據(jù)EBSP方法，用電子束以0.05μm的測量間距掃描具有4μm×12μm面積的硅膜，從而測量出相鄰測量點(diǎn)之間的結(jié)晶取向的角度差(即取向誤差)。
圖6顯示了熱處理后在結(jié)晶硅膜中出現(xiàn)的相對(duì)于晶體取向的方向取向誤差的數(shù)值，該值轉(zhuǎn)化成了長度。
參見圖6，取向誤差長度分布在從作為測量精度下限的1°到約65°之間。取向誤差長度在1-10°和58-62°的范圍內(nèi)較大。
取向誤差長度在1°-10°范圍內(nèi)較大的原因如下所述。
當(dāng)含有所引入的鎳的非晶硅膜被熱處理時(shí)，鎳與硅發(fā)生反應(yīng)，從而在非晶硅膜的整個(gè)表面上隨機(jī)地形成硅化鎳。這樣形成的硅化鎳起到使非晶硅膜結(jié)晶的晶核作用。結(jié)晶過程從晶核相對(duì)于襯底橫向地進(jìn)行。
在結(jié)晶時(shí)，硅化鎳起到晶核作用，晶體在非晶硅膜中的生長以針或柱的形式延伸。為了釋放應(yīng)力，結(jié)晶取向在晶體生長過程中逐漸改變。因此，存在許多小角度的方向取向誤差，所以取向誤差長度在1°-10°范圍內(nèi)較大。
取向誤差長度在58°-62°范圍內(nèi)較大的原因如下所述。
為了改善結(jié)晶度，用準(zhǔn)分子激光輻照結(jié)晶硅膜，該膜是把包含引入的鎳的非晶硅膜進(jìn)行熱處理而獲得的。
當(dāng)準(zhǔn)分子激光的能量密度高時(shí)，一部分結(jié)晶硅膜局部融化。當(dāng)融化的晶體再結(jié)晶時(shí)，形成了小的晶粒。這些小晶粒就是取向誤差處在58°-62°范圍內(nèi)的原因。注意，造成取向誤差處于在58°-62°范圍內(nèi)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)得到研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)是孿晶結(jié)構(gòu)。這種孿晶結(jié)構(gòu)由結(jié)晶取向相對(duì)于作為旋轉(zhuǎn)軸的<111>取向旋轉(zhuǎn)58°-62°形成的晶體及在旋轉(zhuǎn)前具有晶體取向的晶體組成。兩種晶體之間的邊界基本上沒有復(fù)合中心。
下面的表1示出了多晶硅膜取向誤差長度的測量結(jié)果，而指向熱處理后的結(jié)晶硅膜的準(zhǔn)分子激光的能量密度在280mJ/cm2-380mJ/cm2之間變化。表1示出了三個(gè)取向誤差角區(qū)域的取向誤差長度，即1°-10°、58°-62°和1-62°。
表1中的(d)欄示出了用具有每種能量密度的準(zhǔn)分子激光輻照獲得的多晶硅膜制造的N溝道TFT的遷移率。
表1

參見表1，當(dāng)準(zhǔn)分子激光的能量密度在280mJ/cm2-320mJ/cm2之間時(shí)，大多數(shù)取向誤差處于1°-10°之間?？梢韵嘈?，低取向誤差角小時(shí)，晶格缺陷數(shù)量小，遷移率高。當(dāng)準(zhǔn)分子激光的能量密度從280mJ/cm2-320mJ/cm2之間增加時(shí)，取向誤差長度降低，結(jié)晶程度改善。另外，隨著結(jié)晶度的增加，遷移率趨于增加。
當(dāng)能量密度從320mJ/cm2-330mJ/cm2之間增加時(shí)，取向誤差處于58°-62°范圍內(nèi)的數(shù)量迅速增加?？梢哉J(rèn)為，當(dāng)加上具有330mJ/cm2能量密度的準(zhǔn)分子激光時(shí)，結(jié)晶硅膜從表面直到襯底界面局部融化，并開始了再結(jié)晶。
當(dāng)準(zhǔn)分子激光的能量密度處于330mJ/cm2-360mJ/cm2范圍內(nèi)時(shí)，大多數(shù)取向誤差長度處于1°-10°或58°-62°范圍內(nèi)。在任一種晶體結(jié)構(gòu)中，復(fù)合中心的數(shù)量小，電性能并沒有降低，從而獲得了高遷移率。
當(dāng)用具有略低于使結(jié)晶硅膜從表面直至襯底界面局部融化的最低能量密度的320mJ/cm2的準(zhǔn)分子激光輻照多晶硅膜時(shí)(表1中的情況)，取向誤差長度小，并可以認(rèn)為質(zhì)量最高。遷移率也具有最高值。
當(dāng)能量密度超過370mJ/cm2時(shí)，取向誤差長度在1°-10°和58°-62°的取向誤差角范圍內(nèi)基本上相同，而取向誤差長度在1-62°的取向誤差角范圍內(nèi)增大。其原因可以認(rèn)為是在結(jié)晶硅在完全融化后，可以預(yù)期結(jié)晶硅是非常小的晶體。在此情況下，存在大量的取向誤差角在1°-10°或58°-62°之外的取向誤差，因此存在大量的復(fù)合中心。因此，可以認(rèn)為這些復(fù)合中心起到載流子俘獲能級(jí)的作用，導(dǎo)致TFT的遷移率降低。
根據(jù)表1，為使TFT遷移率為200cm2/V·sec，準(zhǔn)分子激光的最佳能量密度在范圍300mJ/cm2-350mJ/cm2。在此條件下用準(zhǔn)分子激光輻照以進(jìn)行多晶硅膜的結(jié)晶時(shí)，大多數(shù)取向誤差處于1°-10°或58°-62°范圍內(nèi)的角。
用下面的表達(dá)式(1)表達(dá)相鄰晶粒之間晶體取向之差的比例(P)，上面的表1示出了該比例。
當(dāng)準(zhǔn)分子激光的能量密度在范圍300mJ/cm2-350mJ/cm2之間時(shí)，相鄰晶粒之間晶體取向差處于1°-10°或58°-62°的比例為至少0.5。因此合適的比例為0.5-1。
當(dāng)相鄰晶粒之間晶體取向差處于1°-10°或58°-62°之間的比例最高時(shí)，獲得最高的遷移率。
其中P表示相鄰晶粒之間晶體取向差處于1°-10°或58°-62°之間的比例，取向誤差(1°-10°)表示取向誤差1°-10°的取向誤差長度，取向誤差(58°-62°)表示取向誤差58°-62°的取向誤差長度，而取向誤差(1°-65°)表示取向誤差1°-65°的取向誤差長度。
此后，將參考附圖以具體實(shí)例描述根據(jù)本發(fā)明形成多晶半導(dǎo)體膜的方法。本發(fā)明不限于下面的實(shí)例1至實(shí)例4。
(實(shí)例1)圖1是解釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)例1的形成結(jié)晶半導(dǎo)體膜方法的截面圖。
用PB-CVD在玻璃襯底11的整個(gè)表面上形成厚度為50nm的非晶硅膜12。SiH4氣體用作成膜的材料氣體，襯底溫度是300℃。
然后，采用濺射方法淀積鎳(Ni)以在非晶硅膜12的整個(gè)表面上形成鎳薄膜13。在實(shí)例1中，在鎳薄膜13中鎳原子濃度為1×1013/cm2。
然后用電爐進(jìn)行熱處理。熱處理?xiàng)l件例如為550℃下4小時(shí)。熱處理允許在鎳薄膜13中的鎳與非晶硅膜12中的硅反應(yīng)，從而形成硅化鎳。硅化鎳起到晶核的作用，從而允許結(jié)晶。
此后，用XeCl準(zhǔn)分子激光輻照通過加熱晶化的硅膜12，從而改善結(jié)晶度。在此情況下，準(zhǔn)分子激光的能量密度設(shè)置在300-350mJ/cm2范圍內(nèi)。
通過上述步驟，形成了多晶硅膜，使得幾乎所有的相鄰晶粒之間的晶體取向角之差處于小于10°或58°-62°范圍內(nèi)。
(實(shí)例2)圖2A和2B是解釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)例2的形成結(jié)晶半導(dǎo)體膜的方法的截面圖。
如圖2A所示，用SiH4氣體采用PE-CVD方法在玻璃襯底11的整個(gè)表面上形成厚度為50nm的非晶硅膜12。
此后，在整個(gè)非晶硅膜12上形成厚度為100nm的SiO2膜14。此后，用RIE方法把SiO2膜的一個(gè)預(yù)定部分除去，而該部分用作催化物質(zhì)引入?yún)^(qū)15。例如，該催化物質(zhì)引入?yún)^(qū)15的形狀為具有寬度為10μm的線形。
此后，如圖2B所示，用濺射方法在SiO2膜14上形成鎳薄膜13。在實(shí)例2中，在鎳薄膜13中鎳的原子濃度為5×1013原子/cm2。
然后用電爐進(jìn)行熱處理。熱處理?xiàng)l件為550℃下4小時(shí)。熱處理允許在催化物質(zhì)引入?yún)^(qū)15中的鎳與非晶硅膜12中的硅反應(yīng)，從而形成硅化鎳。硅化鎳起到晶核的作用，從而允許結(jié)晶。硅化鎳相對(duì)于襯底表面橫向運(yùn)動(dòng)，允許非晶硅膜12中的硅結(jié)晶。隨著硅化鎳的移動(dòng)形成結(jié)晶硅膜。
此后從通過加熱轉(zhuǎn)化為結(jié)晶硅的硅膜12上除去SiO2膜14。
此后，用XeCl準(zhǔn)分子激光輻照硅膜12，從而改善結(jié)晶度。在此情況下，準(zhǔn)分子激光的能量密度設(shè)置在300-350mJ/cm2范圍內(nèi)。
通過上述步驟，形成了多晶硅膜，幾乎其所有的相鄰晶粒之間的晶體取向角之差處于小于10°或58°-62°之間。
(實(shí)例3)圖3是解釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)例3的形成結(jié)晶半導(dǎo)體膜方法的截面圖。
用PE-CVD在玻璃襯底11的整個(gè)表面上形成厚度為50nm的非晶硅膜12。SiH4氣體用作成膜的材料氣體，襯底溫度是300℃。
然后，通過采用濺射方法淀積鎳(Ni)以在非晶硅膜12的整個(gè)表面上形成鎳薄膜13。在實(shí)例3中，在鎳薄膜13中鎳原子濃度為1×1013/cm2。
然后用電爐進(jìn)行熱處理。熱處理?xiàng)l件例如為550℃下4小時(shí)。熱處理允許在鎳薄膜13中的鎳與非晶硅膜12中的硅反應(yīng)，從而形成硅化鎳。硅化鎳起到晶核的作用，從而允許結(jié)晶。
此后，進(jìn)行高溫?zé)崽幚?900℃-1000℃)，從而改善其結(jié)晶度。高溫?zé)崽幚淼哪康氖窍蚍蔷Ч枘?2施加熱能代替激光能來改善其結(jié)晶度。高溫?zé)崽幚聿皇筍i融化。所得到的取向誤差分布基本上與用具有300mJ/cm2-320mJ/cm2的激光能量密度的準(zhǔn)分子激光輻照的多晶硅膜相同。
通過上述步驟，形成了多晶硅膜，幾乎其所有的相鄰晶粒之間的晶體取向角之差處于小于10°或58°-62°范圍內(nèi)。
(實(shí)例4)圖4是解釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)例4制造半導(dǎo)體器件的方法的一個(gè)截面圖。
在實(shí)例4中，用在實(shí)例1至實(shí)例3任何之一中描述的結(jié)晶硅膜形成半導(dǎo)體器件，如薄膜晶體管等。在實(shí)例4中制造的半導(dǎo)體器件用于液晶驅(qū)動(dòng)器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、半導(dǎo)體邏輯電路等中。
下面將參見圖4具體描述實(shí)例4的方法。
用在實(shí)例1至實(shí)例3任何之一中描述的制造結(jié)晶半導(dǎo)體膜的方法在玻璃襯底21上形成多晶硅膜。此后，用CF4氣體和O2氣體以RIE方法將該多晶硅膜圖形化為預(yù)定形狀以形成島狀多晶硅膜22。此后，用TEOS(四乙氧基甲硅烷)氣體和O3氣體對(duì)具有多晶硅膜22的整個(gè)襯底表面進(jìn)行等離子體CVD，從而形成柵極SiO2膜23。
此后，用濺射方法在已經(jīng)形成柵極SiO2膜23的玻璃襯底21上形成WSi2層。此后，使用CF4氣體和O2氣體以RIE方法刻蝕結(jié)晶硅膜22的基本上是中間的部分以便獲得圖案使得只在基本上中間部分保留WSi2層。結(jié)果，形成了WSi2多晶柵電極24。
此后，為了形成薄膜晶體管的源極和漏極區(qū)域，用離子摻雜方法向結(jié)晶硅膜22中引入雜質(zhì)。在實(shí)例4中，在引入雜質(zhì)時(shí)，上述WSi2多晶柵電極24用作掩模。因此，除了其上提供了WSi2多晶柵電極24的部分以外結(jié)晶硅膜22中引入了雜質(zhì)。當(dāng)制作n型晶體管時(shí)，所引入雜質(zhì)為磷(P)。當(dāng)制作p溝道晶體管時(shí)，所引入雜質(zhì)為硼(B)。
此后，用TEOS氣體和O3氣體用等離子體CVD方法在玻璃襯底21的整個(gè)表面上形成SiO2膜25。然后，使用CF4氣體和CHF3氣體以RIE方法，在結(jié)晶硅膜22的將成為源極區(qū)域和漏極區(qū)域的那些部分上形成接觸孔26。
此后，用濺射方法在整個(gè)襯底表面上淀積Al。此后，使用BCl3氣體和Cl2氣體以RIE方法形成Al導(dǎo)體27，它通過在SiO2膜25上提供的接觸孔26與結(jié)晶硅膜22電相連。
此后，使用SiH4氣體、NH3氣體或N2氣體以等離子體CVD方法，在整個(gè)襯底表面上形成SiN保護(hù)膜28。此后，用CF4氣體和CHF3氣體刻蝕SiN保護(hù)膜28的一部分，以形成電連接到Al導(dǎo)體27的通孔29。因此，完成了包括半導(dǎo)體晶體管、電阻器和電容器等的半導(dǎo)體器件。
(實(shí)例5)圖5A和5B是解釋制造包括根據(jù)實(shí)例4的半導(dǎo)體器件的顯示設(shè)備的方法的截面圖。
在實(shí)例5中，將描述制造如液晶顯示設(shè)備等的顯示設(shè)備的方法，該設(shè)備包括用類似于在實(shí)例4中的方法制造的半導(dǎo)體器件。
此后，將參考圖5A和5B對(duì)實(shí)例5進(jìn)行描述。
根據(jù)實(shí)例4的方法，在如玻璃襯底的絕緣襯底21上制造半導(dǎo)體器件。注意，在實(shí)例4和實(shí)例5中，類似的標(biāo)號(hào)表示類似的部分，不詳細(xì)描述在絕緣襯底21上提供的半導(dǎo)體器件的每一部分。
此后，在其上已提供SiN保護(hù)膜28的整個(gè)襯底表面上形成ITO膜。此后，用HCl氣體和FeCl3氣體刻蝕以對(duì)所獲得的結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖形化，從而形成像素電極30，它經(jīng)在SiN保護(hù)膜28中提供的通孔29與半導(dǎo)體器件的Al導(dǎo)體27電相連。
此后，使用SiH4氣體、NH3氣體或N2氣體以等離子體CVD方法，在整個(gè)襯底表面上形成SiN膜31。進(jìn)一步，用膠版印刷方法在SiN膜31上形成聚酰亞胺膜32。為了使其起到對(duì)準(zhǔn)膜的作用，對(duì)聚酰亞胺膜32進(jìn)行打磨處理。
另一方面，如圖5B所示，以熱壓接合方式把具有R(紅)、G(綠)和B(藍(lán))光敏樹脂膜的膜印制在另一玻璃襯底41上。所得到的結(jié)構(gòu)通過光刻法圖形化。進(jìn)一步，在每個(gè)R、G和B光敏區(qū)域之間形成阻擋光的黑色基質(zhì)部分。由此制造濾色器42。
用濺射方法在濾色器42的整個(gè)表面上形成ITO膜(反電極43)。用膠版印刷方法在反電極43上形成聚酰亞胺膜44，隨后對(duì)聚酰亞胺膜44進(jìn)行打磨處理。
用密封樹脂把具有濾色器42等的玻璃襯底41(圖5B)和具有半導(dǎo)體器件等(如圖5A)的玻璃襯底21相互粘接起來，這里襯底41和21的打磨側(cè)互相面對(duì)。在這種情況下，在玻璃襯底41和21之間分布有球形二氧化硅顆粒，使得玻璃襯底41和21均勻隔開。向玻璃襯底41和21之間的空間注入液晶(顯示媒質(zhì))，然后向玻璃襯底41和21中每個(gè)的外側(cè)各粘接一個(gè)極化器。在玻璃襯底41和21的周邊上安裝驅(qū)動(dòng)器IC等。由此完成了液晶顯示器。
下面描述本發(fā)明的范圍。
在實(shí)例1-3中，構(gòu)成半導(dǎo)體膜的襯底是玻璃襯底或石英襯底。具有SiO2膜和SiN膜等的Si晶片可以用作該襯底。
在實(shí)例1-3中，硅膜的制造是用本發(fā)明方法制造半導(dǎo)體膜的一個(gè)具體實(shí)例。根據(jù)本發(fā)明的制造結(jié)晶半導(dǎo)體膜的方法不限于硅膜，而可以應(yīng)用于SiGe膜等。
在實(shí)例1-3中，非晶硅膜是使用SiH4氣體以PE-CVD方法形成的。也可使用其他的方法，如使用Si2H6氣體的低氣壓CVD方法、濺射方法等。
在實(shí)例1-3中，半導(dǎo)體膜的厚度50nm。根據(jù)本發(fā)明的形成半導(dǎo)體膜的方法可應(yīng)用于形成厚度為50-150nm的半導(dǎo)體膜。
在實(shí)例1-3中，作為催化物質(zhì)的鎳是用濺射淀積法引入的。可以使用其他方法，如真空淀積法、鍍膜法、離子摻雜法、CVD法、旋涂法等。當(dāng)使用旋涂法引入催化物質(zhì)時(shí)，包含催化物質(zhì)的溶液理想地包括從由水、甲醇、乙醇、正丙醇或丙酮組成的組中選取的溶劑。當(dāng)用鎳作為催化物質(zhì)時(shí)，乙酸鎳可溶解于上述溶劑之中，所得的溶液可以涂敷到絕緣襯底或非晶硅膜上。
在實(shí)例1-3中，鎳用作加速結(jié)晶的催化物質(zhì)?？梢允褂脧挠蒄e、Co、Ni、Cu、Ge、Pd和Au組成的組中選取的一種金屬元素，或包含至少一種這些金屬的一種化合物，或至少一種這些金屬與包含至少一種這些金屬的一種化合物的組合。
用于輻照半導(dǎo)體膜的激光包括具有相應(yīng)于紫外光波長段的準(zhǔn)分子激光器和具有相應(yīng)于可見到紫外光波長段的YAG激光器。這些激光器的選用取決于半導(dǎo)體膜的類型和厚度。例如，因?yàn)楣鑼?duì)紫外光的吸收系數(shù)高，因此具有相應(yīng)于紫外光波長段的準(zhǔn)分子激光器適于融化薄硅膜。因?yàn)楣鑼?duì)可見到紫外光波長段的吸收系數(shù)低，具有相應(yīng)于可見到紫外光波長段YAG激光器適于融化厚硅膜。在實(shí)例1-3中，因?yàn)楣枘な呛穸葹?0nm的薄膜合適用準(zhǔn)分子激光器。
如上所述，以下述步驟形成本發(fā)明的半導(dǎo)體膜在具有絕緣表面的襯底上形成非晶半導(dǎo)體膜；在非晶半導(dǎo)體膜表面中引入加速結(jié)晶的催化物質(zhì)；向非晶半導(dǎo)體膜施加第一能量以使之結(jié)晶；向結(jié)晶半導(dǎo)體膜施加第二能量，使得幾乎所有的相鄰晶粒之間的晶體取向角之差處于小于10°或58°-62°的范圍內(nèi)，其中結(jié)晶半導(dǎo)體膜的結(jié)晶度增加到轉(zhuǎn)化為多晶半導(dǎo)體膜。結(jié)果，形成了具有少量缺陷的多晶半導(dǎo)體膜，而幾乎所有的相鄰晶粒之間晶體取向角之差處于小于10°或58°-62°的范圍內(nèi)。這種具有改善的結(jié)晶度的半導(dǎo)體膜可用于半導(dǎo)體器件，如TFT，從而可能使半導(dǎo)體器件具有更高的性能。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在不偏離本發(fā)明的精神與范圍的情況下，明顯可以有各種其它修改方案，并可易于實(shí)施。因此，不要認(rèn)為此后所附的權(quán)利要求的范圍限于此處提出的那些描述，而從廣義上解釋權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體膜，包括在具有絕緣表面的襯底上提供的多晶半導(dǎo)體膜，其中構(gòu)成多晶半導(dǎo)體膜的相鄰晶粒之間幾乎所有的晶體取向角之差處于小于10°或58°-62°的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體膜，其中處于1°-10°或58°-62°的相鄰晶粒之間晶體取向角之差的比例為0.5-1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的一種半導(dǎo)體膜，其中多晶半導(dǎo)體膜是由硅制成的。
4.一種制造半導(dǎo)體膜的方法，包括步驟在具有絕緣表面的襯底上形成非晶半導(dǎo)體膜；在非晶半導(dǎo)體膜表面上引入加速結(jié)晶的催化物質(zhì)；向非晶半導(dǎo)體膜施加第一能量以使非晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶為結(jié)晶半導(dǎo)體膜；以及向結(jié)晶半導(dǎo)體膜施加第二能量，使得幾乎所有的相鄰晶粒之間晶體取向角之差處于小于10°或58°-62°的范圍內(nèi)，其中結(jié)晶半導(dǎo)體膜的結(jié)晶度增加到轉(zhuǎn)化為多晶半導(dǎo)體膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中第一能量是熱能，而第二能量是強(qiáng)光。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中強(qiáng)光的能量使得經(jīng)過強(qiáng)光輻照后相鄰晶粒之間晶體取向角之差在小于10°或58°-62°范圍內(nèi)的比例為最高。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中該半導(dǎo)體膜是由硅制成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中催化物質(zhì)是從由Fe、Co、Ni、Cu、Ge、Pd和Au組成的組中選取的一種金屬，或包含至少一種這些金屬的一種化合物，或至少一種這些金屬與包含至少一種這些金屬的一種化合物的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，在非晶半導(dǎo)體膜表面的催化物質(zhì)的濃度大于或等于1×1011原子/cm2，且小于或等于1×1016原子/cm2。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，，其中強(qiáng)光是準(zhǔn)分子激光。
11.一種半導(dǎo)體器件，包括根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體膜。
12.一種顯示設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件。
全文摘要
在具有絕緣表面的襯底上提供的包含多晶半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體膜。幾乎所有的構(gòu)成該多晶半導(dǎo)體膜的相鄰晶粒之間晶體取向角之差處于小于10°或58°－62°之間。
文檔編號(hào)G02F1/1362GK1497675SQ0310161
公開日2004年5月19日 申請日期2003年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月11日
發(fā)明者水木敏雄, 中村好伸, 伸 申請人:夏普公司