專利名稱：半導(dǎo)體薄膜及半導(dǎo)體裝置的制造方法、半導(dǎo)體裝置、集成電路、電光學(xué)裝置及電子機器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體薄膜以及半導(dǎo)體裝置的制造方法。特別是關(guān)于可良好地形成基本呈單晶體狀態(tài)的硅膜的半導(dǎo)體薄膜的形成方法的改良。
在這些文獻中，公布了以下的內(nèi)容在基片上的絕緣膜開孔，在這個絕緣膜上以及孔內(nèi)形成非晶體硅膜以后，在這個非晶體硅膜上照射激光，使所述的孔的底部的非晶體硅膜保持非熔化狀態(tài)，而使其他部分的非晶體硅膜成為熔化狀態(tài)，由此使被保持為非熔化狀態(tài)的非結(jié)晶硅作為結(jié)晶核心使之產(chǎn)生結(jié)晶成長，形成基本單結(jié)晶狀態(tài)的硅膜。
在所述兩文獻形成的方法中，孔的剖面如果不充分地小，會在孔的底部形成多個結(jié)晶核心，而為了形成這樣(小)的直徑(50nm～150nm)的孔，必須有昂貴的精密的暴光裝置以及蝕刻裝置。
而且，大型液晶顯示器等，在大的玻璃基片上形成多個薄膜晶體管時，采用所述裝置開孔也是困難的。
為了解決所述問題，本發(fā)明提供一種包括在二層的硅膜之間設(shè)置具有貫通孔的絕緣膜的工序；激光照射以后，使硅膜一部分熔化，與貫通孔連接的絕緣膜的下層側(cè)的硅膜至少有一部分經(jīng)過該的貫通孔到絕緣膜的上層側(cè)的硅膜至少有一部分，連續(xù)形成基本單晶體硅膜的工序的半導(dǎo)體薄膜的制造方法。把這個方法稱為本發(fā)明的基本方法。
根據(jù)本發(fā)明，激光照射以后熔化的硅的凝固，從絕緣膜的上層側(cè)的硅膜下層側(cè)的硅膜開始，通過絕緣膜的貫通孔到達絕緣膜上層側(cè)的硅膜，因此在絕緣膜下層側(cè)的硅膜上生成多個結(jié)晶粒，通過把其中一個結(jié)晶粒作為核心發(fā)生結(jié)晶成長，將以絕緣膜上層側(cè)的硅膜的面內(nèi)的貫通孔為中心的區(qū)域構(gòu)成基本單晶體狀態(tài)的硅膜。因此，絕緣膜貫通孔的孔徑只要與構(gòu)成在絕緣膜下層側(cè)的硅膜上產(chǎn)生的多結(jié)晶的一個結(jié)晶粒的大小相同或稍小(例如直徑為0.2μm～1.0μm)便可，所以只要形成比用以往的方法形成的貫通孔的直徑大的貫通孔便可充分達到要求。
另外，本發(fā)明所說的基本單晶體，并不限于結(jié)晶粒是單一的情況，也包括與此相近似的情況，即，雖然是由多個結(jié)晶組合而成，但是那個數(shù)量很小，從半導(dǎo)體薄膜的質(zhì)量的觀點來看，與幾乎是由單晶體形成的半導(dǎo)體薄膜具有同等的性質(zhì)。
本發(fā)明中的‘貫通孔’，說的是夾在絕緣膜上下層的連接通路，而不管其剖面是什么形狀。而且貫通孔也不必要具有同一個直徑的柱狀，剖面的直徑每個部分也可以不同。
本發(fā)明中所說的‘連續(xù)形成’是指不產(chǎn)生界面的結(jié)晶成長。
另外，本發(fā)明還提供一種包括在第1絕緣膜之上形成第1非晶體硅膜的工序；在第1非晶體硅膜上形成第2絕緣膜，該第2絕緣膜的面內(nèi)的規(guī)定位置形成貫通孔的工序；通過在第2絕緣膜和貫通孔內(nèi)堆積非晶體硅膜，在第2絕緣膜上形成第2非晶體硅膜的工序；在第2非晶體硅膜上照射激光，使第2非晶體硅膜成為完全熔化狀態(tài)的同時，使第1非晶體硅膜一部分熔化，由此第2非晶體硅膜的面內(nèi)的貫通孔為中心的區(qū)域成為基本單晶體狀態(tài)的硅膜的工序的半導(dǎo)體薄膜的制造方法。把這個方法成稱為本發(fā)明的第1方法。
另外，本發(fā)明還提供一種包括在第1絕緣膜上形成由該第1絕緣膜不同的材料組成的第2絕緣膜的工序；在第2絕緣膜的面內(nèi)的規(guī)定位置形成貫通孔的工序；在第1絕緣膜的貫通孔的位置形成比該貫通孔的剖面更大的凹部的工序；通過在第2絕緣膜上和貫通孔以及凹部內(nèi)堆積非晶體硅，在該第2絕緣膜上形成非晶體硅膜的工序；在非晶體硅膜上照射激光，在使該非晶體硅膜成為完全熔化狀態(tài)的同時，使凹部的非晶體硅一部分成為熔化狀態(tài)，由此，該非晶體硅膜的面內(nèi)的貫通孔為中心的區(qū)域成為基本單晶體狀態(tài)的硅膜的工序的半導(dǎo)體薄膜的制造方法。把這個方法稱為本發(fā)明的第2方法。
并且，本發(fā)明還提供一種包括在第1絕緣膜面內(nèi)的規(guī)定位置形成凹部的工序；在凹部內(nèi)堆積非晶體硅的工序；在第1絕緣膜上形成第2絕緣的工序；在第2絕緣膜的凹部的位置形成比凹部的剖面更小的貫通孔的工序；通過在第2絕緣膜和貫通孔內(nèi)堆積非晶體硅，在第2絕緣膜上形成非晶體硅膜的工序；在非晶體硅膜上照射激光，在使該非晶體硅膜成為完全熔化狀態(tài)的同時，使凹部的非晶體硅一部分成為熔化狀態(tài)，由此，該非晶體硅膜的面內(nèi)的貫通孔為中心的區(qū)域成為基本單晶體狀態(tài)的硅膜的工序的半導(dǎo)體薄膜的制造方法。把這個方法稱為本發(fā)明的第3方法。
本發(fā)明還提供一種包括在第1絕緣膜上形成第1非晶體硅膜的工序；通過在第1非晶體硅膜上照射激光，使第1非晶體硅膜變化成為多結(jié)晶硅膜的工序；在多結(jié)晶硅膜上形成第2絕緣膜的工序；在第2絕緣膜上形成貫通孔的工序；為掩埋貫通孔，在第2絕緣膜上形成第2非晶體硅膜的工序；在第2非晶體硅膜上照射激光，使多晶體硅膜為非熔化狀態(tài)或者一部分成為熔化狀態(tài)的同時，通過第2非晶體硅膜成為完全熔化狀態(tài)，以貫通孔為中心的第2非晶體硅膜變化為基本單晶體硅膜的工序的半導(dǎo)體薄膜的制造方法。把這個方法稱為本發(fā)明的第4方法。
根據(jù)本發(fā)明的第1方法，激光照射以后硅的凝固，從第1非晶體硅膜硅膜先開始，通過第2絕緣膜的貫通孔，直到完全熔化狀態(tài)的第2非晶體硅膜。因此在第1非晶體硅膜上生成多個結(jié)晶粒，其中一個結(jié)晶粒作為核心發(fā)生結(jié)晶成長，以第2非結(jié)晶粒硅膜的面內(nèi)的貫通孔為中心的區(qū)域成為基本單晶體狀態(tài)的硅膜。因此，第2絕緣膜貫通孔的剖面大小，與成為第1非晶體上產(chǎn)生的多晶體的一個結(jié)晶粒的大小相同或稍小(例如直徑0.2μm～1.0μm)便可，所以也可以形成比用以往的方法形成的更大直徑的貫通孔。另外，貫通孔的第2絕緣膜的厚度與貫通孔剖面的大小(剖面如果是圓形即為其直徑)為同等程度的厚度即可。
根據(jù)本發(fā)明的第2以及第3方法，激光照射后的硅的凝固，首先從凹部的非晶體硅開始，通過第2絕緣膜的貫通孔，直到完全熔化狀態(tài)的非晶體硅膜。所以，在凹部內(nèi)的非晶體硅上產(chǎn)生很多結(jié)晶粒，由其中一個結(jié)晶粒作為核心產(chǎn)生結(jié)晶，以非晶體硅膜的面內(nèi)的貫通孔為中心的區(qū)域成為基本單晶體狀態(tài)的硅膜。因此，只要第2絕緣膜的貫通孔剖面的大小，與成為第1非晶體上產(chǎn)生的多晶體的一個結(jié)晶粒的大小相同或稍小(例如直徑0.2μm～1.0μm)便可，所以也可以形成比用以往的方法形成的更大直徑的貫通孔。而貫通孔的第2絕緣膜的厚度與貫通孔剖面的大小(剖面如果是圓形即為其直徑)為同等程度的厚度即可。
根據(jù)本發(fā)明的第4方法，激光照射后的硅的凝固，首先從多晶體硅膜上變化的第1非晶體硅膜的表面先開始，通過第2絕緣膜的貫通孔，直到完全熔化狀態(tài)的非晶體硅膜。所以，多結(jié)晶硅膜的結(jié)晶粒的其中一個結(jié)晶粒作為核心產(chǎn)生結(jié)晶生長，以非晶體硅膜的面內(nèi)的貫通孔為中心的區(qū)域成為基本單晶體狀態(tài)的硅膜。因此，只要第2絕緣膜的貫通孔剖面的大小，與成為第1非晶體上產(chǎn)生的多晶體的一個結(jié)晶粒的大小相同或稍小(例如直徑為0.2μm～1.0μm)便可，所以也可以形成比用以往的方法形成的更大直徑的貫通孔。而貫通孔的第2絕緣膜的厚度與貫通孔剖面的大小(剖面如果是圓形即為其直徑)為同等程度的厚度即可。
所以，根據(jù)本發(fā)明的第1～第4的方法，不需要如以往的方法那樣，為了形成促使單結(jié)晶成長的細(xì)微孔(貫通孔以及凹部)而使用昂貴且精密的暴光裝置以及蝕刻裝置。
即，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體薄膜的制造方法，貫通孔的孔徑與包含在多結(jié)晶硅膜中的一個結(jié)晶粒的大小相同或比它小就可以。
另外，在本發(fā)明的第1～第4發(fā)明中，第1絕緣膜以及第2絕緣膜也可以是氧化硅膜，也可以在第1絕緣膜的下層形成氮化硅膜。
進而，在本發(fā)明的第2以及第3發(fā)明中，第1絕緣膜也可以是氮化硅膜，第2絕緣膜也可以是氧化硅膜。
進而，本發(fā)明也可以還包括使用在所述的各個本發(fā)明中制造的基本單晶體硅膜作為半導(dǎo)體膜而形成半導(dǎo)體裝置的工序。
另外，在本發(fā)明中，所謂“半導(dǎo)體裝置”，是指具備基本單晶體硅膜的裝置，包括晶體管、二極管、電阻、電感器、電容器及其它的不論是有源元件還是無源元件的分立元件。
在本發(fā)明半導(dǎo)體裝置的制造方法中，理想的是，使用不包括基本單晶體的硅膜的面內(nèi)的貫通孔部分作為半導(dǎo)體薄膜而形成半導(dǎo)體裝置。因為離貫通孔越遠結(jié)晶膜的性質(zhì)越穩(wěn)定。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，被制造的半導(dǎo)體裝置是薄膜晶體管，在對應(yīng)形成該薄膜晶體管的位置上設(shè)置貫通孔。
用本發(fā)明的基本方法制造的半導(dǎo)體裝置具有貫通孔的絕緣膜、在貫通孔內(nèi)部，在與該貫通孔連接的絕緣膜的下層的至少一部分，及與該貫通孔連接的絕緣膜的上層至少一部分上連續(xù)形成的基本單晶體硅膜，基本單晶體硅膜為半導(dǎo)體薄膜。
使用本發(fā)明第1方法制造的半導(dǎo)體裝置具有作為絕緣膜的下層的基本多結(jié)晶硅膜，從多結(jié)晶硅膜至少一部分到貫通孔以及絕緣膜的上層為止連續(xù)形成單結(jié)晶硅膜。即，通過激光照射，非晶體的硅膜成為多晶體硅膜，基本單晶體硅膜是由該多晶體硅膜的結(jié)晶粒成長而成的。
用本發(fā)明的第2或第3方法制造的半導(dǎo)體裝置，包括作為絕緣膜的下層的在連接貫通孔的部分上具有凹部的絕緣膜，基本單晶體硅膜從凹部的至少一部分到貫通孔以及絕緣膜的上層為止連續(xù)形成。即，通過用激光照射，使形成的多晶體硅的結(jié)晶粒的一個成長，而促使基本單晶體硅膜的成長。
用本發(fā)明的第4方法制造的半導(dǎo)體裝置具有作為絕緣膜的下層的多晶體硅膜，以包含在多晶體硅膜中的結(jié)晶粒為核心，直到絕緣膜的上層連續(xù)形成基本單晶體硅膜。即，通過激光照射使非晶體硅膜變成多晶體硅，從該結(jié)晶粒之中的一個成長為基本單晶體硅。
即，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，具備在第1絕緣膜上形成的多晶體硅膜、在多晶體硅膜上形成的具有貫通孔的第2絕緣膜、通過貫通孔接觸多晶體硅膜的以包含在多晶體硅膜中的結(jié)晶粒為核心在第2絕緣膜上形成的基本單晶體硅膜。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置包括具有包含基本多結(jié)晶狀態(tài)硅的凹部的第1絕緣膜、形成在第1絕緣膜上的在連接凹部的位置上具有貫通孔的第2絕緣膜、通過貫通孔與凹部內(nèi)的多結(jié)晶硅接觸、以多結(jié)晶硅中包含的結(jié)晶粒為核心形成在第2絕緣膜上的基本單結(jié)晶硅膜。
在本發(fā)明中，第1絕緣膜及第2絕緣膜也可以是氧化硅膜，在第1絕緣膜的下層還可以再形成氮化硅膜。氮化硅膜的形成是任意的。
在本發(fā)明中，使用基本單晶體硅的面內(nèi)的不包含貫通孔的部分作為半導(dǎo)體薄膜來構(gòu)成。因為距離貫通孔越遠，結(jié)晶的性質(zhì)越穩(wěn)定。
在本發(fā)明中，構(gòu)成半導(dǎo)體薄膜的基本單晶體硅膜與貫通孔是分離的。即，在制造基本單晶體硅膜時，為了從貫通孔連續(xù)地形成結(jié)晶，作為半導(dǎo)體薄膜使用的區(qū)域與貫通孔之間結(jié)晶是連接的，但是在半導(dǎo)體薄膜形成以后，通過蝕刻等使貫通孔與使用區(qū)域的半導(dǎo)體薄膜分離也沒有問題。所以，半導(dǎo)體裝置制造完成后，在貫通孔內(nèi)有沒有基本單晶體硅都可以。
本發(fā)明還包括具有本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的集成電路、電光學(xué)裝置及電子機器。
這里所謂‘集成電路’，是指集成了具有一定功能的半導(dǎo)體裝置以及相關(guān)的配線等的電路(芯片)。
本發(fā)明的電光學(xué)裝置，具有多個像素區(qū)域、在每個像素區(qū)域設(shè)置的半導(dǎo)體裝置、由半導(dǎo)體裝置控制的電光學(xué)元件，半導(dǎo)體裝置是用本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法制造的。
這里所謂‘電光學(xué)裝置’，一般是指包括具有本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置、在電作用下發(fā)光或者改變外部光的狀態(tài)的電光學(xué)裝置，包括自身發(fā)光的和控制外部光通過的兩種裝置。例如包括作為電光學(xué)元件的液晶元件、具有分散有電泳粒子的分散介質(zhì)的電泳元件、EL(電致發(fā)光元件)、通過使施加電場而產(chǎn)生的電子撞擊發(fā)光板使之發(fā)光的電子發(fā)射元件的有源矩陣型顯示裝置等。
本發(fā)明還包括具有用本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法制造的半導(dǎo)體裝置的電子機器。
這里所謂的‘電子機器’，一般是指具有本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，能發(fā)揮一定功能的電子機器，例如由電光學(xué)裝置、存儲器等構(gòu)成。其構(gòu)成沒有特別的限定，例如包括IC卡、移動電話、攝像機、個人計算機、頭盔顯示裝置、背部或前部型投影儀、具有顯示功能的傳真裝置、數(shù)碼相機的取景器、移動式TV、DSP裝置、PDA、電子筆記本、電光顯示盤、宣傳公告用的顯示器等。
圖2是表示用本發(fā)明的半導(dǎo)體裝造方法制造的薄膜晶體管的例的俯視圖。
圖3A至圖3D是說明本發(fā)明實施例1的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖(相當(dāng)于圖2的A-A剖面)。
圖4A至圖4C是表示向貫通孔的基本單晶體硅的殘留形態(tài)的剖面圖(相當(dāng)于圖2的C-C剖面)。
圖5是由本發(fā)明實施例2的半導(dǎo)體裝造方法制造的薄膜晶體管的剖面圖(相當(dāng)于圖2的A-A剖面)圖6A至圖6D是說明本發(fā)明實施例3的半導(dǎo)體薄膜的制造方法的剖面圖，表示激光照射工序后到結(jié)晶粒成長過程的工序圖(相當(dāng)于圖2的B-B剖面)。
圖7是用本發(fā)明實施例3的半導(dǎo)體裝置制造方法制造的薄膜晶體管的剖面圖(相當(dāng)于圖2的A-A剖面)
圖8A至圖8E是說明本發(fā)明實施例4的半導(dǎo)體薄膜的制造方法的剖面圖，表示向第2絕緣膜上形成非晶體硅膜過程的工序圖(相當(dāng)于圖2的B-B剖面)。
圖9是用本發(fā)明實施例4的半導(dǎo)體裝置制造方法制造的薄膜晶體管的剖面圖(相當(dāng)于圖2的A-A剖面)

圖10A至圖10E是表示本發(fā)明實施例5的半導(dǎo)體薄膜的制造工序的剖面圖(相當(dāng)于圖2的B-B剖面)。
圖11是用本發(fā)明實施例5的半導(dǎo)體裝裝置制造方法制造的薄膜晶體管的剖面圖(相當(dāng)于圖2的A-A剖面)圖12A至圖12E是表示本發(fā)明實施例6的半導(dǎo)體薄膜的制造工序的剖面圖(相當(dāng)于圖2的B-B剖面)。
圖13是用本發(fā)明實施例6的半導(dǎo)體裝置制造方法制造的薄膜晶體管的剖面圖(相當(dāng)于圖2的A-A剖面)圖14是用本發(fā)明實施例7的半導(dǎo)體裝置制造方法制造的薄膜晶體管的剖面圖(相當(dāng)于圖2的A-A剖面)圖15是本發(fā)明實施例8的電光學(xué)裝置的構(gòu)成圖。
圖16是實施例9的電子機器的例子，圖16A是移動電話、圖16B是攝像機、圖16C是便攜式個人計算機、圖16D是頭盔顯示裝置、圖16E是背式投影儀、圖16F前置投影儀的應(yīng)用的例子。
(實施例1)本發(fā)明的實施例1，是應(yīng)用所述第1方法的半導(dǎo)體薄膜制造方法的實例。圖A至圖D表示的是說明本實施例1的半導(dǎo)體薄膜的制造方法的剖面圖。
首先，如圖1A所示，在玻璃基片1上形成氧化硅膜(第1絕緣膜)。作為在玻璃基片1上形成氧化硅膜2的方法，可以舉出等離子化學(xué)氣相堆積法(PECVD)、低壓化學(xué)氣相堆積法(LPCVD)、濺射法等氣相堆積法。例如通過使用PECVD法，可以形成100nm厚的氧化硅膜2。
其次，在氧化硅膜2上形成第1非晶體硅膜3。作為在氧化硅膜2上形成第1非晶體硅膜3的方法，可以采用PECVD法、LPCVD法、常壓化學(xué)氣相堆積法(APCVD)、濺射法。例如由LPCVD法可以形成50nm厚的氧化硅膜4。
然后，在第1非晶體硅膜3上形成氧化硅膜4(第2絕緣膜)。關(guān)于該氧化硅膜4的形成可以與氧化硅膜2的制造方法同樣考慮。例如，由PECVD法形成500nm厚的氧化硅膜4。
然后，在氧化硅膜4的規(guī)定位置上形成貫通孔H。例如通過采用光刻工序以及蝕刻工序，在氧化硅膜4的面內(nèi)的規(guī)定位置形成其剖面為直徑0.5μm的圓形的貫通孔H。例如作為蝕刻法可以采用CF4氣體和H2氣體的等離子由反應(yīng)性離子蝕刻工序進行。
其次，如圖1B所示，在氧化硅膜4的上面和貫通孔H的內(nèi)部形成非晶體硅膜5。例如采用LPCVD法，可以在氧化硅膜4的上面和貫通孔H內(nèi)形成50～500nm范圍規(guī)定厚度的第2非晶體硅膜5。而為了使高純度的硅膜容易地在貫通孔H內(nèi)確實地堆積，建議采用LPCVD工序形成非晶體硅膜5。
其次，如圖1C所示，在第2非晶體硅膜5上照射激光使之部分熔化。例如使用XeCI脈沖激元激光器(波長308nm脈沖幅度30nsec)能量密度0.4～1.5J/cm2(非晶體硅膜4的厚度50nm～500nm，理想為50nm～250nm)進行激光照射，可以使部分熔化。
這里，被照射的XeCI脈沖紀(jì)元激光在非晶體硅膜5的表面近旁幾乎全被吸收。這是因為XeCI脈沖紀(jì)元激光的波長(308nm)的非晶體硅以及晶體硅的吸收系數(shù)分別是0.139nm-1和0.149nm-1都比較大的緣故。而且，氧化硅膜4對于前述的激光基本透明，不吸收這個激光的能量，不會由于激光照射而熔化。
由此，第2非晶體硅膜5變成完全熔化狀態(tài)，第1非晶體硅膜3變成部分熔化狀態(tài)。其結(jié)果激光照射后的硅的凝固，先從第1非晶體硅膜3開始，通過氧化硅膜4的貫通孔H，到達完全熔化狀態(tài)的第2非晶體硅膜5。這里，完全熔化狀態(tài)的第2非晶體硅膜5在凝固時，通過氧化硅膜4的貫通孔的結(jié)晶粒作為核心長成結(jié)晶。
所以，將貫通孔H剖面的尺寸做成與由激光照射的第1非晶體硅膜3上發(fā)生的多個結(jié)晶粒(基本多結(jié)晶狀態(tài)的硅膜3a)的一個結(jié)晶粒的大小相同或稍許小一點，成為基本多晶體狀態(tài)的硅膜3a的多數(shù)結(jié)晶粒中的一個，通過貫通孔H到達第2非晶體硅膜5，這一個結(jié)晶粒作為核心產(chǎn)生結(jié)晶成長。由此，以第2非晶體硅膜5的面內(nèi)的貫通孔H為中心的區(qū)域成為基本單晶體狀態(tài)的硅膜5。圖1D表示的就是這種狀態(tài)。
該基本單晶體狀態(tài)的硅膜5a可獲得內(nèi)部缺陷少、在半導(dǎo)體膜的電氣特性的方面，減少了在能帶的禁帶中央附近的俘獲能級密度的效果。而由于沒有結(jié)晶粒界，所以可獲得明顯減少在電子、空穴等載體流動時的壁壘的效果。如果將這個硅膜用于薄膜晶體管的能動層(源/漏區(qū)域、通道形成區(qū)域)，則可以得到截止電流很小遷移率很大的優(yōu)質(zhì)的晶體管。
其次，如下所述形成薄膜晶體管T。圖2是本實施例制造的半導(dǎo)體裝置(薄膜晶體管)的俯視圖，圖3A至圖3D相當(dāng)于圖2的A-A線剖面的剖面圖。而圖1A至圖1D相當(dāng)于圖2B-B線剖面的剖面圖。
首先，如圖3A所示，在包含基本單晶體狀態(tài)的硅膜5a的硅膜上形成圖形，形成薄膜晶體管T用的半導(dǎo)體區(qū)域(半導(dǎo)體膜)5b。這里如圖2所示，最好將基本單晶體狀態(tài)的硅膜5a的面內(nèi)不包含貫通孔H的部分分配在薄膜晶體管T的通道形成區(qū)域8。因為離貫通孔越遠結(jié)晶的性質(zhì)越穩(wěn)定。
其次，如圖3B所示，在氧化硅膜4以及半導(dǎo)體區(qū)域5a的上面形成氧化硅膜10。例如氧化硅膜10可以通過采用電子回旋加速器共鳴PECVD法(ECR-CVD法)或者PECVD法而形成。這個氧化硅膜10作為薄膜晶體管的控制極絕緣膜發(fā)揮作用。
其次，如圖3C所示，由濺射法形成鉭或鋁金屬薄膜以后，通過形成圖形而形成控制極6。然后，把該控制極作為掩膜，注入成為給予體或受體的雜質(zhì)離子，將源/漏區(qū)域7和通道形成區(qū)域8對控制電極6自我整合地制作。
在制作NMOS晶體管時，例如把作為雜質(zhì)元素的磷(P)以1×1016cm-2的濃度注入源/漏區(qū)域。其后，以照射能量密度400mj/cm2程度進行XeCI激元激光照射，或者采用250℃至450℃溫度的熱處理，使所述雜質(zhì)元素活性化。
其次，如圖3D所示，在氧化硅膜10以及控制極6的上面形成氧化硅膜12。例如，用PECVD法形成約500nm厚的氧化硅膜9。其次，在氧化硅膜10、12上開一個直到源漏區(qū)域7的接觸孔C，在接觸孔C以及氧化硅膜12上的接觸孔C的周圍用濺射法堆積鋁，形成源漏電極13。與此同時，在氧化硅膜12上開直到控制極6的接觸孔，形成控制極6用的端子電極14(參照圖2)。通過以上的步驟，可以制作本發(fā)明半導(dǎo)體裝置的薄膜晶體管T。
如上所述，根據(jù)本實施例1，貫通孔H的剖面的大小，與在第1非晶體硅膜3上生成的多晶體的一個結(jié)晶粒的大小相同或稍許小一點都可以，開貫通孔H的氧化硅膜4的厚度也可以與貫通孔H的剖面的大小同樣程度的厚度。即，貫通孔H的剖面的大小能夠比用以往技術(shù)的方法形成的孔的大小稍大。
其結(jié)果，不必要如以往技術(shù)那樣為了生成單晶體形成孔(貫通孔)而采用高價精密的暴光裝置以及蝕刻裝置。因此即使在超過300mm四方的大型玻璃基片上形成多個晶體管的情況下，也可以穩(wěn)定地得到優(yōu)良的特性。
而且在本實施例1中，單晶體的成長方向是在貫通孔H的上部從上面向橫方向變化，在基本單晶體狀態(tài)的硅膜5a的面內(nèi)的貫通孔H的部分容易產(chǎn)生偏斜、缺陷。對此，在本實施例的方法中，如圖2所示，避開容易產(chǎn)生偏斜、缺陷的所述部分，而選擇不包括基本單晶體狀態(tài)的硅膜5a的面內(nèi)的貫通孔H的部分作為半導(dǎo)體薄膜5b使用形成薄膜晶體管T。
根據(jù)本實施例這種方法的結(jié)果，比起基本單晶體狀態(tài)的硅膜5a的面內(nèi)包括貫通孔的部分作為通道形成區(qū)域8使用的情況，可以得到截止電流值小，具有更陡峭的閾值特性(子閾值振動小)、移動性大等具有非常優(yōu)秀特性的晶體管。
而在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，最好在離開貫通孔一段距離的位置配置半導(dǎo)體膜，而且在基本單晶體狀態(tài)的硅膜形成后，為了形成半導(dǎo)體薄膜的圖形，在完成的半導(dǎo)體裝置中貫通孔和半導(dǎo)體薄膜在基本單晶體狀態(tài)的硅膜上不連接的情況很多。即，貫通孔在半導(dǎo)體裝置的近旁作為半導(dǎo)體制造中的一個痕跡而殘留下來。
例如，如圖4所示，在對基本單晶體硅膜5a進行蝕刻時，在蝕刻到貫通孔H的內(nèi)部，除去了基本單晶體硅的情況下，在貫通孔的內(nèi)部用氧化硅膜10掩埋。
而且，如圖4B所示，可認(rèn)為是，根據(jù)該基本單晶體硅5a的蝕刻強度在貫通孔H的內(nèi)部殘留的一些單晶體硅的堆積被氧化硅所掩埋。
進而如圖4C所示，可認(rèn)為是，根據(jù)基本單晶體硅的強度，形成如同正好被蝕刻到背后那樣基本單晶體硅被蝕刻到第2氧化硅膜的表面，在貫通孔H的內(nèi)部填充有基本單晶體硅的狀態(tài)。
這樣，貫通孔H的內(nèi)部是如何殘留著基本單晶體硅的，可以由以后的蝕刻工序等來決定。對于以后的實施例也是同樣。
(實施例2)圖5是表示用本發(fā)明實施例2的半導(dǎo)體裝置的制造方法形成的薄膜晶體管的剖面圖。
實施例2的半導(dǎo)體制造方法，基本上與所述實施例1的半導(dǎo)體薄膜以及半導(dǎo)體裝置的制造方法相同。但是，該實施例2的方法的不同點是，在所述實施例1中，如圖1A所示在玻璃基片1上形成氧化硅膜2之前，先在玻璃基片1上形成氮化硅膜20。
作為氮化硅膜20的形成方法，可以采用PECVD法、LPCVD法、常壓化學(xué)氣相堆積法(APCVD法)、濺射法。例如用LPCVD法，可形成例如50nm厚的氮化硅膜。在這個氮化硅膜20上，與所述的實施例1同樣地，形成氧化硅膜2，在這個氧化硅膜2上形成第1非晶體硅膜3。關(guān)于這些膜的制造方法及其它的制造方法，與所述實施例1相同，因此省略說明。這里，氧化硅膜2的膜厚例如是100nm～10μm，最好是100nm～200nm。
根據(jù)本實施例2，除了可以收到所述實施例1的同樣效果以外，由于玻璃基片1上的絕緣膜是氮化硅膜20和氧化硅膜2的二層構(gòu)造，比實施例1的方法，絕緣膜從基片遮擋了激光熱處理時發(fā)生的熱量，更好地降低了對基片的熱損害。
而對于半導(dǎo)體膜不希望有的雜質(zhì)，即，在基片上包含有鈉、鋁或者硼元素的情況下，由于基片上的絕緣層是二層構(gòu)造，所以，可以獲得有效地防止這些雜質(zhì)從基片向半導(dǎo)體膜擴散的新的效果。
進而在本發(fā)明中，由于是在第2非晶體硅膜完全熔化的條件下實施激光熱處理，基片由于受熱而容易受到大的損害，但是根據(jù)本實施例2，通過在基片上采用二層結(jié)構(gòu)的絕緣層，可以減輕該熱損害。由于達到了該減輕熱損害的效果以及所述防止雜質(zhì)擴散的效果，可得到特性優(yōu)良的薄膜晶體管。
進而在本發(fā)明中，從第2絕緣膜上的硅結(jié)晶成長的觀點來看，希望第2絕緣膜的表面平坦，在熔化的非晶體硅膜上不產(chǎn)生結(jié)晶粒。比較氧化硅膜和氮化硅膜，氧化硅膜比氮化硅膜更具有表面平坦的特性。因此，根據(jù)本實施例2，作為第1絕緣膜以及第2絕緣膜是由表面平坦性良好的氧化硅膜形成的，在第1絕緣膜與基片之間形成了氮化硅膜，所以收到了在熔化的非晶體硅膜上很難發(fā)生結(jié)晶的效果。
(實施例3)本發(fā)明的實施例3，是應(yīng)用所述第2方法的半導(dǎo)體薄膜制造方法的實例。圖6A圖6D是說明本發(fā)明實施例3的半導(dǎo)體薄膜的制造方法的剖面圖。
首先，如圖6A所示，在玻璃基片1上形成氮化硅膜21(第1絕緣膜)。例如可以用PECVD法形成厚度2μm的氮化硅膜。然后，在這個氮化硅膜21上形成氧化硅4。例如可以用PECVD法形成厚度為500nm的氧化硅膜4。
其次，在這個狀態(tài)下，在氧化硅膜4上形成光致抗蝕膜，通過進行光刻工序在規(guī)定位置上形成具有貫通孔的抗蝕圖形，通過把該抗蝕圖形作為掩膜，進行干式蝕刻，首先在氧化硅膜4的面內(nèi)的規(guī)定位置形成貫通孔H，然后在其下側(cè)的氮化硅膜21上形成凹部22。
對于在氧化硅膜4上形成貫通孔H的蝕刻可采用與所述實施例1同樣的方法進行。例如，可以采用作為蝕刻氣體使用CF4的RIE(反應(yīng)性離子蝕刻法)法進行。另外，在氮化硅膜21上形成凹部22的蝕刻法，例如可以采用作為蝕刻氣體使用NF3和CI2的CDE(Chemical Dry Etching)法進行。貫通孔H為截面圓直徑為0.5μm的大致定形的圓柱狀，凹部22的剖面從貫通孔的正下方逐漸擴大，底部剖面圓的直徑比貫通孔H剖面圓的直徑大，例如可以是其三倍的程度。圖6A表示這種狀態(tài)。
其次，如圖6B所示，通過在氧化硅膜4的上面和貫通孔H以及凹部22內(nèi)堆積非晶體硅，在氧化硅膜4的上面形成非晶體硅膜5。為了容易地且確實地在貫通孔H以及凹部22內(nèi)堆積高純度的硅，理想的是采用LPCVD法形成非結(jié)晶粒硅膜5。由此，例如可以形成50nm～500nm最好在50nm～250nm范圍內(nèi)的規(guī)定厚度的非晶體硅膜5。
其次，如圖6C所示，與所述實施例1一樣，在非晶體硅膜5上照射激光使之產(chǎn)生熔化。例如可以使用XeCI脈沖激元激光器(波長308nm、脈沖幅度30nsec)能量密度0.4～1.5J/cm2(非晶體硅膜4的厚度50nm～500nm，理想為50nm～250nm)進行激光照射。
由此，非晶體硅膜5呈完全熔化狀態(tài)，凹部22內(nèi)的非晶體硅呈部分熔化狀態(tài)。其結(jié)果，激光照射后的凝固，先從凹部22內(nèi)的非晶體硅開始，通過氧化硅膜4的貫通孔H，直到完全熔化狀態(tài)的非晶體硅膜5a。這里，完全熔化狀態(tài)的非晶體硅膜凝固時，以通過氧化硅膜4的貫通孔H的結(jié)晶粒核心生成結(jié)晶。
所以，通過預(yù)先使貫通孔剖面的尺寸與在凹部22內(nèi)的非晶體硅中產(chǎn)生的多個結(jié)晶粒(呈基本多結(jié)晶狀態(tài)的硅5c)的一個結(jié)晶粒的大小相同或者稍小，使構(gòu)成基本多結(jié)晶狀態(tài)的硅的多個結(jié)晶粒中的一個，通過貫通孔H到達非晶體硅膜，而產(chǎn)生以這一個結(jié)晶粒為核心的結(jié)晶成長。由此，在以非晶體硅膜5的面內(nèi)的貫通孔H為中心的區(qū)域上形成基本單結(jié)晶狀態(tài)的硅膜5a。圖6D表示這種狀態(tài)。
使用該硅膜5a，用所述實施例1的半導(dǎo)體裝置制造方法同樣的方法可以制造出薄膜晶體管。圖7是表示用這個半導(dǎo)體裝置的制造方法形成的薄膜晶體管的剖面圖。
而在圖7中，為了方便，凹部22放在薄膜晶體管的正下方那樣地表示，實際上凹部22不限制一定要在薄膜晶體管的正下方，可以設(shè)置在任意位置。
以上，根據(jù)本實施例3，可以收到所述實施例1同樣的效果。即，在基本單晶體狀態(tài)的硅膜5a中，內(nèi)部缺陷少，從半導(dǎo)體膜電氣特性的觀點來看，能帶的禁帶中央部附近的俘獲能級密度變小。而且由于沒有結(jié)晶粒界，可以大大地減少電子、空穴那樣的載體流動的壁壘。將這個硅膜5a用于薄膜晶體管的有源層(源/漏區(qū)域或通道形成區(qū)域)，可以得到截至電流小，遷移率大的優(yōu)良的晶體管。
即，這樣的薄膜晶體管，截至電流小，具有陡峭的閾值下特性(子閾門振動值小)，遷移率大，是特別優(yōu)秀性能的晶體管。
另外，根據(jù)本實施例3，只要貫通孔H的剖面的大小與成為在凹部22內(nèi)的非晶體硅上生成的多晶體的一個結(jié)晶粒的大小相同或者稍小便可，開貫通孔的氧化硅膜4的厚度也可以與貫通孔H的剖面的大小同樣程度的厚度。即，貫通孔H剖面的大小，可以比以往技術(shù)的方法形成孔大。
其結(jié)果，不必要如以往技術(shù)那樣為了生成單晶體形成孔(貫通孔)而采用高價精密的暴光裝置以及蝕刻裝置。因此，即使在超過300mm四方的大型玻璃基片上形成多個晶體管的情況下，也可以穩(wěn)定地得到優(yōu)良的特性。
進而根據(jù)本實施例3，非晶體硅膜的形成工序一次完成，可以比所述的實施例1的方法進一步降低生產(chǎn)成本。
(實施例4)本發(fā)明實施例4是應(yīng)用所述第3方法的半導(dǎo)體薄膜制造方法的實例。圖8A至圖8D是說明本發(fā)明實施例4的半導(dǎo)體薄膜制造方法的剖面圖。
首先，如圖8A所示，在玻璃基片1上形成氮化硅膜21(第1絕緣膜)。氮化硅膜21的形成方法與所述實施例3相同。例如由PECVD法可以形成厚度300nm的氮化硅膜21。其次，通過進行光刻工序以及蝕刻工序，在這個氮化硅膜21的面內(nèi)規(guī)定的位置形成凹部23。該凹部23的剖面例如為圓形的圓筒體狀，剖面圓的直徑可以為3μm，深度可以為100nm。
其次，如圖8B所示，在氮化硅膜21上形成非晶體硅膜5d。例如由LPCVD法可以形成非晶體硅膜5d。這個非晶體硅膜5d的形成，在凹部23內(nèi)全部堆積了非晶體硅，在氮化硅膜21的凹部23周圍的膜面上也堆積了非晶體硅。
然后如圖8C所示，通過在非晶體硅膜5d上進行蝕刻工序，只留下氮化硅膜21的凹部23內(nèi)的非晶體硅5d，露出凹部23以外的氮化硅膜21的表面。在這個凹部形成的非晶體硅5d，以后通過激光照射，一部分成熔化狀態(tài)，變化為多晶體硅。
其次，如圖8D所示，在氮化硅膜21上形成氧化硅膜4。例如通過所述實施例1的同樣方法，形成厚度500nm的氧化硅膜4。然后，在氧化硅膜4的凹部對應(yīng)的部分形成貫通孔H。例如通過進行光刻以及蝕刻工序，在氧化硅膜4的面內(nèi)的凹部23的中心部，可以形成剖面圓直徑為0.5μm的貫通孔H。
其次，如圖8E所示，在氧化硅膜4上和貫通孔H內(nèi)形成非晶體硅膜5。例如與所述實施例相同，由LPCVD法可以在氧化硅膜4上形成50nm～500nm，最好是50nm～250nm的范圍的規(guī)定厚度的非晶體硅膜5。
其次，以所述實施例3相同的方法，在非晶體硅膜5上照射激光，使非晶體硅膜部分熔化。其結(jié)果，凹部23內(nèi)的非晶體硅膜5d一部分熔化，多晶體化，由這個多結(jié)晶的結(jié)晶粒的一個長成結(jié)晶，可以形成基本單晶體硅膜。
使用這個基本單結(jié)晶的硅膜，可以用所述實施例1的半導(dǎo)體裝置制造方法相同的方法，制作出薄膜晶體管。圖9表示的是由這個半導(dǎo)體裝置的制造方法形成的薄膜晶體管的剖面圖。
另外，在圖9中，為了方便，凹部23表示位于薄膜晶體管的正下方，其實凹部23不一定位于薄膜晶體管的正下方，可以設(shè)在任意位置。
以上，根據(jù)本實施例4，可以收到與所述實施例3同樣的效果。即，在基本單結(jié)晶狀態(tài)的硅膜中，在內(nèi)部沒有缺陷從半導(dǎo)體膜的電氣特性來看，能帶的禁帶中央部附近的俘獲能級密度變小。而且由于沒有結(jié)晶粒界，可以大大地減少電子、空穴那樣的載體流動的壁壘。將這個硅膜5a用于薄膜晶體管的有源層(源/漏區(qū)域或通道形成區(qū)域)，可以得到截至電流小，具有陡峭的閾值下特性(子閾門振動值小)，遷移率大，性能非常優(yōu)良的晶體管。
另外，根據(jù)本實施例4，只要貫通孔H的剖面的大小與成為在凹部22內(nèi)的非晶體硅上生成的多晶體的一個結(jié)晶粒的大小相同或者稍小便可，開貫通孔的氧化硅膜4的厚度和貫通孔H的剖面的大小同樣程度的厚度也可以。即，貫通孔H剖面的大小，可以比用以往技術(shù)的方法形成的孔大。
其結(jié)果，不必要如以往技術(shù)那樣為了生成單晶體形成孔(貫通孔)而采用高價精密的暴光裝置以及蝕刻裝置。因此即使在超過300mm四方的大型玻璃基片上形成多個晶體管的情況下，也可以穩(wěn)定地得到優(yōu)良的特性。
而且，根據(jù)本實施例4，比起所述實施例3更容易控制在第1絕緣膜上形成的凹部的形狀，另一個有利點是更容易在那個凹部上堆積非晶體硅。
(實施例5)本發(fā)明實施例5，是應(yīng)用所述第4方法的半導(dǎo)體薄膜制造方法的實例。在圖10A至圖10E中，表示了說明本發(fā)明實施例5的半導(dǎo)體薄膜制造方法的剖面圖。
本實施例的制造方法可以認(rèn)為是與所述實施例1基本相同。
首先，如圖10A所示，在玻璃基片1上形成氧化硅膜2。這里，作為向玻璃基片上形成氧化硅膜1的方法，例如可以使用等離子化學(xué)氣相堆積法(PECVD法)、低壓化學(xué)氣相堆積法(LPCVD法)、濺射法等的氣相堆積法。例如可以由PECVD法形成厚度200nm的氧化硅膜2。
其次，在氧化硅膜2上形成非晶體硅膜3。這里，作為向氧化硅膜2上形成非晶體硅膜3的方法，例如可以使用PECVD法、LPCVD法、常壓化學(xué)氣相堆積法(APCVD)、濺射法等的氣相堆積法。例如可以由LPCVD法形成厚度50nm的非晶體硅膜3。
進一步，通過在這個非晶體硅膜3上進行激光照射R1，使非晶體硅膜3變化成多結(jié)晶硅膜3b。例如可以使用XeCI脈沖激元激光器(波長308nm、脈沖幅度30nsec)能量密度0.4J/cm2～1.5J/cm2進行激光照射。而且對非晶體硅膜3的同一個部位例如可以照射20次激光R1。
具體地，如同在‘Laser processing of amorphous for large-areapolysiliconimagers’(J.B.Boyce等Thin solid Films，vol.383(2001)p.137-142)記載的那樣，通過在同一個部位進行多次激光R1照射，非晶體硅膜3可以變化成在膜面內(nèi)具有結(jié)晶方位(111)的多晶體硅膜3b。
其次，如圖10B所示，在多結(jié)晶硅膜3b上形成氧化硅膜4。例如通過PECVD法可以在多結(jié)晶硅膜3b上形成厚度為500nm～2μm范圍的氧化硅膜4。
其次，在氧化硅膜4上形成貫通孔H。例如通過進行光刻以及蝕刻工序，可以在氧化硅膜4的面內(nèi)的規(guī)定位置形成剖面直徑50nm～500nm程度的基本圓形的貫通孔H。而蝕刻工序，例如可以采用CF4氣體和CHF2氣體的等離子由反應(yīng)性離子蝕刻工序進行。
其次，如圖10C所示，在氧化硅膜上以及貫通孔內(nèi)形成非晶體硅膜5。例如由LPCVD法為掩埋貫通孔H內(nèi)，在氧化硅膜4上堆積50nm～500nm最好50nm～250nm范圍厚度的非晶體硅膜5。而通過由LPCVD法形成非晶體硅膜4，在貫通孔H內(nèi)確實埋入非晶體硅膜5的同時，可以使高純度的非晶體硅膜5在氧化硅膜4上很容易地堆積。
其次，如圖10D所示，在氧化硅膜4上堆積的非晶體硅膜5進行激光照射R2。例如可以使用XeCI脈沖激元激光器(波長308nm、脈沖幅度30nsec)，使能量密度能夠?qū)?yīng)厚度為50nm～500nm，最好為50nm～250nm的非晶體硅膜5地，進行0.4J/cm2～1.5J/cm2程度的激光照射R2。
這里，在非晶體硅膜5上照射的XeCI脈沖激元激光，在非晶體硅膜5的表面近旁幾乎全部被吸收。這是因為XeCI脈沖激元激光的1波長(308nm)的非晶體硅以及結(jié)晶性硅的吸收系數(shù)分別是0.139nm-1和0.149-1都很大的緣故。
由此，可以在保持氧化硅膜4下的多結(jié)晶硅膜3b處于非熔化狀態(tài)或者部分熔化的狀態(tài)下，使非晶體硅膜5處于完全熔化狀態(tài)。
這樣，可以使激光照射R2后的凝固先從多結(jié)晶硅膜3b開始，通過氧化硅膜4的貫通孔H，到達呈完全熔化狀態(tài)的非晶體硅膜5。這里，完全熔化狀態(tài)的非晶體硅膜5凝固時，以通過氧化硅膜4的貫通孔的結(jié)晶粒為核心長成結(jié)晶。所以，在多結(jié)晶硅膜3b中包含的多個結(jié)晶粒的一個的大小相同或者稍小那樣，通過設(shè)定貫通孔H剖面的尺寸，在多結(jié)晶硅膜3b中包含的多個結(jié)晶粒的一個的結(jié)晶方位，通過貫通孔H可以傳到非晶體硅膜5，這一個結(jié)晶粒作為核心的結(jié)晶長成，可以使之在氧化硅膜4上產(chǎn)生。
由此，如圖10E所示，在以非晶體硅膜5的面內(nèi)的貫通孔為中心的區(qū)域，可以形成結(jié)晶方位齊全的基本單結(jié)晶硅膜5a。
使用這個硅膜5a，以與所述實施例1的半導(dǎo)體裝置的制造方法相同的方法可以制作薄膜晶體管。圖11表示了由這個半導(dǎo)體裝置的制造方法形成的薄膜晶體管的剖面圖。
以上，根據(jù)本實施例5，可以取得與所述實施例1同樣的效果。即，這個基本單晶體狀態(tài)的硅膜5a無內(nèi)部缺陷，從半導(dǎo)體膜的電氣特性來說，能帶的禁帶中央附近的俘獲能級密度被變小。而由于在這個基本單結(jié)晶硅膜5a中沒有結(jié)晶界，電子、空穴等載體流動的壁壘都得到大幅度減少。將這個硅膜用于薄膜晶體管的有源層(源/漏區(qū)域、通道形成區(qū)域)，可以容易地得到截止電流很小、遷移率很大的優(yōu)質(zhì)的晶體管。
而，在多結(jié)晶硅膜3b上形成氧化硅膜之前，以光刻以及蝕刻工序?qū)@個多結(jié)晶硅膜進行加工，只保留貫通孔H附近也可以。
(實施例6)本發(fā)明的實施例6是所述第4方法的半導(dǎo)體薄膜制造方法的變形例有關(guān)的實例。圖12A至圖12E表示的是說明本發(fā)明實施例6的半導(dǎo)體薄膜的制造方法的剖面圖。
實施例6與所述實施例5基本相同。但是，使非晶體硅膜3變化為多晶體硅膜3b以后，將多晶體硅膜3b做成規(guī)定形狀的圖以后，設(shè)置氧化硅膜4，這一點與所述實施例5不同。
即，在圖12A中，順序在玻璃基片上形成氧化硅膜2以及非晶體硅膜3以后，通過對這個非晶體硅膜進行激光照射R1，使非晶體硅膜3變成多結(jié)晶硅膜3b。而通過進行光刻以及蝕刻工序，對多結(jié)晶硅膜3b作圖。
其次，如圖12B所示，例如由PECVD法，在多結(jié)晶硅膜3b上形成氧化硅膜4，例如通過進行光刻以及蝕刻工序在多結(jié)晶硅膜3b上的氧化硅膜4的規(guī)定位置上形成貫通孔H。
其次，如圖12所示，例如由LPCVD法，掩埋貫通孔H內(nèi)，在氧化硅膜4上堆積非晶體硅膜。
其次，如圖12D所示，通過對堆積在氧化硅膜4上的非晶體硅膜5進行激光照射R2，使多結(jié)晶硅膜3b在非熔化狀態(tài)或者保持部分熔化狀態(tài)下，而非晶體硅膜5在完全熔化狀態(tài)。
其次，如圖12E所示，激光照射R2以后，使非晶體硅膜5凝固，在以非晶體硅膜5的面內(nèi)的貫通孔H為中心的區(qū)域，形成基本單結(jié)晶硅膜5a。
而在所述實施例中，我們說明的是對非晶體硅膜3以規(guī)定的條件進行激光照射后，再進行非晶體硅膜3的圖形形成，而先圖形形成非晶體硅膜3以后，再進行激光照射形成多晶體硅膜3b也可以。
使用這個硅膜5a，以所述實施例1的半導(dǎo)體裝置的制造方法相同的方法，可以制作薄膜晶體管。圖13表示的是由這個半導(dǎo)體制造方法形成的薄膜半導(dǎo)體的剖面圖。
在圖13中，為了方便，多結(jié)晶硅膜3b表示在薄膜晶體管的正下方的位置，但是多結(jié)晶硅膜3b不限制在薄膜晶體管的正下方，可以設(shè)在任意位置。
以上，根據(jù)實施例6，可以收到與所述實施例1同樣的效果。即，在二層的非晶體硅膜3、5之間設(shè)置的氧化硅膜4上形成貫通孔，而且通過將其玻璃基片1側(cè)的非晶體硅膜3作為結(jié)晶方位基本齊備的多結(jié)晶膜3b，可以抑制以往技術(shù)的方法的情況下產(chǎn)生的基本單結(jié)晶粒的結(jié)晶方位的不一致。
其結(jié)果，使用本實施例6的結(jié)晶方位一致的基本單晶體的半導(dǎo)體裝置可以降低其特性的不一致，例如，如果是薄膜晶體管，可以容易地獲得截至電流小，具有陡峭的閾值下特性，遷移率大的具有優(yōu)秀性能的薄膜晶體管。
(實施例7)圖14表示的是用本發(fā)明實施例7的半導(dǎo)體裝置制造方法形成的薄膜半導(dǎo)體的剖面圖。
本實施例7的半導(dǎo)體裝置的制造方法，基本上與所述實施例6的半導(dǎo)體薄膜以及半導(dǎo)體裝置的制造方法相同。但是，如圖12A所示，實施例7的方法在所述實施例6中，在玻璃基片1上形成氧化硅膜2之前，在玻璃基片1上形成氮化硅膜20，只有這一點不同。
即，在圖14中，例如通過采用等離子化學(xué)氣相堆積法(PECVD)、低壓化學(xué)氣相堆積法(LPCVD法)、濺射法等的氣相堆積法，在玻璃基片上形成氮化硅膜20。
然后，在這個氮化硅膜20上，與圖12的構(gòu)成相同，順序形成氧化硅膜2、多結(jié)晶硅膜3b、以及氧化硅膜4，在氧化硅膜4上形成基本單結(jié)晶硅膜5a。
然后，在基本單結(jié)晶5a的貫通孔H不存在的區(qū)域5b上通過氧化硅膜10形成控制電極6，在控制電極6的兩側(cè)的基本單晶體硅膜5b上形成源/漏區(qū)域7。
而在控制電極6上，通過氧化硅膜12形成源漏電極13以及控制電極用的端子電極14，源漏電極13，通過接觸孔C與源漏區(qū)域7連接，控制電極用的端子電極14通過別的接觸孔與控制電極6連接。
這里，氮化硅膜20的厚度，例如為50nm，氧化硅膜2的厚度，例如可以是100nm～200nm。
以上，本實施例7，可以得到與所述實施例1同樣的效果。即，在玻璃基片上形成氮化硅膜20以后，通過形成氧化硅膜2，使玻璃基片1的上面的絕緣膜成為氮化硅膜20以及氧化硅膜的二層構(gòu)造，因此，絕緣膜，將激光照射R1、R2發(fā)生的熱量，從玻璃基片1上隔離的效果得到提高，減輕了對玻璃基片的熱損害。
在本發(fā)明中，為了在氧化硅膜4上形成單結(jié)晶硅膜5，在非晶體硅膜5完全熔化的條件下進行激光照射，因此玻璃基片容易受到熱損傷，但是在本實施例中，由于玻璃基片1上的二層絕緣層構(gòu)造，可以減輕這個熱損傷。
而且根據(jù)本實施例，由于玻璃基片1上的二層絕緣層構(gòu)造，對于半導(dǎo)體薄膜所不希望有的雜質(zhì)，即鈉、鋁或者硼元素如果包含在玻璃基片中時，也可以有效地防止這些雜質(zhì)質(zhì)從玻璃基片1向半導(dǎo)體薄膜擴散。
進一步，通過本實施例，由于有效地減輕了熱損傷以及防止雜質(zhì)質(zhì)的擴散，可以容易地得到特性優(yōu)良的薄膜晶體管。而且從氧化硅膜4上的硅的結(jié)晶成長的觀點看，希望氧化硅膜4的表面要平坦，在熔化的非晶體硅膜上不發(fā)生結(jié)晶核心。
這里，比較一下氧化硅膜2和氮化硅膜20，氧化硅膜2比氮化硅膜20的表面平坦性更好。因此，作為非晶體硅膜3、5的正下方的絕緣膜，采用表面平坦性良好的氧化硅膜2、4氧化硅膜2與玻璃基片1之間形成氮化硅膜20是更理想的。而本實施例中，為了減輕激光照射時對玻璃基片1的熱損傷，說明的是采用絕緣膜的二層構(gòu)造，實際上也可以采用三層機構(gòu)的絕緣膜。
(實施例8)本發(fā)明實施例8是具備根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法制造的半導(dǎo)體裝置的電光學(xué)裝置有關(guān)的實施例。
圖15表示的是本實施例8的電光學(xué)(顯示)裝置100的連接圖。本實施例的顯示裝置100，由在各像素區(qū)域G由電場發(fā)光效應(yīng)而可以發(fā)光的發(fā)光層OELD、以及為了驅(qū)動它而存儲電流的保持電容C、進而由本發(fā)明的制造方法而制造的半導(dǎo)體裝置，這里是薄膜晶體管T1～T4構(gòu)成。從驅(qū)動區(qū)域101出來的掃描線Vsel以及發(fā)光控制線提供到各像素區(qū)域G。從驅(qū)動區(qū)域102出來的數(shù)據(jù)線Idata以及電源線Vdd也提供到各像素區(qū)域G.。通過對掃描線Vsel和數(shù)據(jù)線的控制，執(zhí)行對各像素區(qū)域的電流程序，就可以控制發(fā)光部OELD的發(fā)光。
根據(jù)實施例8，由于具備由本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法制造的半導(dǎo)體裝置，收到與所述各實施例的同樣的效果。即，該半導(dǎo)體裝置具備的半導(dǎo)體薄膜，無內(nèi)部缺陷，從半導(dǎo)體膜的電氣特性來說，能帶的禁帶中央附近的俘獲能級密度小，而且，由于沒有結(jié)晶界，電子、空穴等載體流動的壁壘都得到大幅度減少，成為截止電流很小、遷移率很大的優(yōu)質(zhì)的半導(dǎo)體裝置。
而且，所述驅(qū)動電路，是使用電場發(fā)光元件于發(fā)光要素情況的電路的例子，也可以是其他的電路構(gòu)成。例如，驅(qū)動區(qū)域101或102利用本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，或者利用液晶顯示元件于發(fā)光要素，通過電路構(gòu)成的種種變化是可能的。
(實施例9)本發(fā)明實施例9是具備根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法制造的半導(dǎo)體裝置的電子機器有關(guān)的實施例。圖16A～圖16F列舉了本實施例9的電子機器的例子。
圖16A是根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的半導(dǎo)體裝置等被搭載在移動電話上的例子，該移動電話30具備電光學(xué)裝置(顯示盤)31、聲音輸出部32、聲音輸入部33、操作部34、以及天線部35。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，例如適用于顯示盤31、設(shè)在內(nèi)置電路中的半導(dǎo)體裝置的制造。
圖16B是根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的半導(dǎo)體裝置等被搭載在攝像機上的例子，該攝像機40具備電光學(xué)裝置(顯示屏)41、操作部42、聲音輸出部43、以及圖像接收部44。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，例如適用于顯示盤41、設(shè)在內(nèi)置電路中的半導(dǎo)體裝置的制造。
圖16C是根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的半導(dǎo)體裝置等被搭載在便攜式個人計算機上的例子，該計算機50具備電光學(xué)裝置(顯示屏)51、操作部52、以及照相機部53。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，例如適用于顯示盤41、設(shè)在內(nèi)置電路中的半導(dǎo)體裝置的制造。
圖16D是根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的半導(dǎo)體裝置等被搭載在頭盔式顯示器的例子，該頭盔顯示器60具備電光學(xué)裝置(顯示屏)61、光學(xué)收納部62、以及帶子部63。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，例如適用于顯示盤61、設(shè)在內(nèi)置電路中的半導(dǎo)體裝置的制造。
圖16E是根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的半導(dǎo)體裝置等被搭載在背投式投影儀的例子，該投影儀70具備電光學(xué)裝置(光調(diào)制器)71、光源72、光學(xué)合成系統(tǒng)73、反射鏡73～75、以及顯示屏幕安裝在機箱76之內(nèi)。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，例如適用于光調(diào)制器71、設(shè)置在內(nèi)置電路中的半導(dǎo)體裝置的制造。
圖16F是根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的半導(dǎo)體裝置等被搭載在前置式投影儀上的例子，該投影儀80具備電光學(xué)裝置(圖像顯示源)81、以及光學(xué)系統(tǒng)82安裝在機箱83內(nèi)，在顯示屏幕上表示圖像。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，例如適用于圖像顯示源41、設(shè)置在內(nèi)置電路中的半導(dǎo)體裝置的制造。
不限于以上的例子，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法適用于所有電子機器的制造。例如其它帶有顯示裝置的傳真機、數(shù)字相機的取景器、便攜式TV、DSP裝置、PDA、電子筆記本、電子公告板、宣傳公告用的顯示器、IC卡等都可以適用。
本發(fā)明的電子機器可以收到所述各實施例的半導(dǎo)體裝置同樣的效果。即，這個半導(dǎo)體裝置裝備的半導(dǎo)體薄膜，無內(nèi)部缺陷，從半導(dǎo)體膜的電氣特性來說，能帶的禁帶中央附近的俘獲能級密度小，而且，由于沒有結(jié)晶界，電子、空穴等載體流動的壁壘都得到大幅度減少，成為截止電流很小、遷移率很大的優(yōu)質(zhì)的晶體管。
而且，本發(fā)明并不限定所述各實施例，在本發(fā)明專利申請范圍內(nèi)記載的要旨范圍內(nèi)，可以作各種各樣的變形、變更。
如以上說明的那樣，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體薄膜以及半導(dǎo)體裝置的制造方法，在二層硅膜之間設(shè)置具有貫通孔的絕緣膜，通過激光照射，使所述硅膜部分熔化，由于從所述貫通孔然后的所述絕緣膜的下層側(cè)的所述硅膜的至少一部分經(jīng)過該貫通孔直到所述絕緣末的上層側(cè)的所述硅膜的至少一部分連續(xù)形成基本單結(jié)晶硅膜，所以只要絕緣膜貫通孔的直徑與成為在絕緣膜下層側(cè)的硅膜產(chǎn)生的多結(jié)晶的一個的結(jié)晶粒的大小相同或稍小便可，比用以往方法形成的孔形成更大直徑的貫通孔也可以。由此不必要使用昂貴的精密的暴光裝置、蝕刻裝置。而像大型液晶顯示器那樣的機器可以通過在大的玻璃基片上很容易地形成高性能的半導(dǎo)體裝置。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置、集成電路以及電子機器，由于具有基本單結(jié)晶硅膜，可以得到截至電流小、具有陡峭的閾值特性、遷移率大、性能優(yōu)良的半導(dǎo)體裝置。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體薄膜的制造方法，具備在二層硅膜之間設(shè)置具有貫通孔的絕緣膜的工序、和通過激光照射使所述硅膜部分熔化，連接所述貫通孔地從所述絕緣膜下層側(cè)的所述硅膜的至少一部分經(jīng)過該貫通孔到達所述絕緣膜上層側(cè)的所述硅膜的至少一部分連續(xù)形成基本單結(jié)晶硅膜的工序。
2.一種半導(dǎo)體薄膜的制造方法，具備在第1絕緣膜上形成第1非晶體硅膜的工序、在第1非晶體硅膜上形成第2絕緣膜，并在該第2絕緣膜的面內(nèi)的規(guī)定位置上形成貫通孔的工序、通過在所述第2絕緣膜上和所述絕緣孔內(nèi)堆積非晶體硅膜，在第2絕緣膜上形成第2非晶體硅膜的工序、通過對所述第2非晶體硅膜進行激光照射，使所述第2非晶體硅膜形成完全熔化的狀態(tài)，并且使所述第1非晶體硅膜處于部分熔化狀態(tài)，將以所述第2非晶體硅膜面內(nèi)的所述貫通孔為中心的區(qū)域構(gòu)成基本單結(jié)晶狀態(tài)的硅膜的工序。
3.一種半導(dǎo)體薄膜的制造方法，具備在第1絕緣膜上形成由與該第1絕緣膜不同的材料構(gòu)成的第2絕緣膜的工序、在所述第1絕緣膜的面內(nèi)的規(guī)定位置上形成貫通孔的工序、在所述第1絕緣膜的所述貫通孔的位置形成比該貫通孔的截面大的凹部的工序、通過在所述第2絕緣膜和所述貫通孔以及所述凹部內(nèi)堆積非晶體硅膜，在該第2絕緣膜上形成非晶體硅膜的工序、通過對所述第2非晶體硅膜進行激光照射，使該非晶體硅膜形成完全熔化的狀態(tài)，并且使所述凹部內(nèi)的非晶體硅膜形成部分熔化狀態(tài)，將以該非晶體硅膜面內(nèi)的所述貫通孔為中心的區(qū)域構(gòu)成基本單結(jié)晶狀態(tài)的硅膜的工序。
4.一種半導(dǎo)體薄膜制造方法，具備在第1絕緣膜的面內(nèi)的規(guī)定位置上形成凹部的工序、在所述凹部內(nèi)堆積非晶體硅膜的工序、在所述第1絕緣膜上形成第2絕緣膜的工序、在所述第2絕緣膜的所述凹部的位置形成比所述凹部的剖面稍小的貫通孔的工序、通過在所述第2絕緣膜上和所述貫通孔內(nèi)堆積非晶體硅膜，在所述第2絕緣膜上形成非晶體硅膜的工序、通過對所述非晶體硅膜進行激光照射，使該非晶體硅膜形成完全熔化狀態(tài)，并且使所述凹部內(nèi)的非晶體硅膜形成部分熔化狀態(tài)，將以該非晶體硅膜面內(nèi)的所述貫通孔為中心的區(qū)域構(gòu)成基本單結(jié)晶狀態(tài)的硅膜的工序。
5.一種半導(dǎo)體薄膜的制造方法，具備在第1絕緣膜上形成第1非晶體硅膜的工序、通過對所述第1非晶體硅膜進行激光照射，使所述第1非晶體硅膜變化為多結(jié)晶硅膜的工序、在所述多結(jié)晶硅膜上形成第2絕緣膜的工序、在所述第2絕緣膜上形成貫通孔的工序、在所述第2絕緣膜上形成掩埋所述貫通孔的第2非晶體硅膜的工序、通過對所述第2非晶體硅膜進行激光照射，在所述多結(jié)晶硅膜的非熔化狀態(tài)或部分熔化狀態(tài)下，使所述第2非晶體硅膜形成完全熔化狀態(tài)，使以所述貫通孔為中心的所述第2非晶體硅膜變化成為基本單結(jié)晶狀態(tài)的硅膜的工序。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項所述的半導(dǎo)體薄膜的制造方法，所述貫通孔的直徑與所述多結(jié)晶硅膜中包含的結(jié)晶粒中之一的大小相同或稍小。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任意一項所述的半導(dǎo)體薄膜制造方法，所述第1絕緣膜以及第2絕緣膜是氧化硅膜，在所述第1絕緣膜的下層形成氮化硅膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或4項所述的半導(dǎo)體薄膜的制造方法，所述第1絕緣膜為氮化硅膜，所述第2絕緣膜為氧化硅膜。
9.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括使用通過利用權(quán)利要求1至8中任意一項所述的半導(dǎo)體裝置制造方法制造的所述基本單結(jié)晶硅膜作為半導(dǎo)體薄膜而形成半導(dǎo)體裝置的工序。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，使用所述基本單結(jié)晶裝狀態(tài)硅膜的面內(nèi)的不包含所述貫通孔的部分作為所述半導(dǎo)體薄膜，形成所述半導(dǎo)體裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述半導(dǎo)體裝置是薄膜晶體管，對應(yīng)形成該薄膜晶體管的位置設(shè)置所述貫通孔。
12.一種半導(dǎo)體裝置，具備具有貫通孔的絕緣膜、在所述貫通孔的內(nèi)部，在與所述貫通孔連接的所述絕緣膜的下層至少一部分，以及與該貫通孔連接的所述絕緣膜的上層的至少一部分上連續(xù)形成的基本單結(jié)晶硅膜，所述基本單結(jié)晶硅膜為半導(dǎo)體薄膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置，作為所述絕緣膜的下層具備基本多結(jié)晶硅膜，從所述多結(jié)晶硅膜的至少一部分到所述貫通孔以及所述絕緣膜的下層連續(xù)形成所述單結(jié)晶硅膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置，作為所述絕緣膜的下層具備與所述貫通孔連接的部分上形成有凹部的絕緣膜，從所述凹部的至少一部分到所述貫通孔以及所述絕緣膜的上層連續(xù)形成所述基本單結(jié)晶硅膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置，作為所述絕緣膜的下層具備多結(jié)晶硅膜，以包含在所述多結(jié)晶硅膜中的結(jié)晶粒為核心到所述絕緣膜的上層連續(xù)形成所述基本單結(jié)晶硅膜。
16.一種半導(dǎo)體裝置，具備在第1絕緣膜上形成的多結(jié)晶硅膜、具有在所述多結(jié)晶硅膜上形成的貫通孔的第2絕緣膜、通過所述貫通孔與所述多結(jié)晶硅膜接觸，并以包含在所述多結(jié)晶硅膜中的結(jié)晶粒為核心在所述第2絕緣膜上形成的基本單結(jié)晶硅膜。
17.一種半導(dǎo)體裝置，具備具有包含基本多結(jié)晶狀態(tài)的硅膜的凹部的第1絕緣膜、形成在所述第1絕緣膜上的，在與所述凹部連續(xù)的位置上具有貫通孔的第2絕緣膜、通過所述貫通孔與所述凹部內(nèi)的所述多結(jié)晶硅膜接觸，并以所述多結(jié)晶硅膜中包含的結(jié)晶粒為核心在所述第2絕緣膜上形成的基本單結(jié)晶硅膜。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的半導(dǎo)體裝置，所述第1絕緣膜以及第2絕緣膜是氧化硅膜，在所述第1絕緣膜的下層進一步形成氮化硅膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求12至18中任意一項所述的半導(dǎo)體裝置，使用所述基本單結(jié)晶硅膜的面內(nèi)的不包含所述貫通孔的部分作為所述半導(dǎo)體薄膜來構(gòu)成半導(dǎo)體裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求12至19中任意一項所述的半導(dǎo)體裝置，構(gòu)成所述半導(dǎo)體薄膜的所述基本單結(jié)晶硅膜與所述貫通孔是分離的。
21.一種集成電路，具有權(quán)利要求12至20中任意一項所述的半導(dǎo)體裝置。
22.一種電光學(xué)裝置，具有權(quán)利要求12至20中任意一項所述的半導(dǎo)體裝置。
23.一種電子機器，具有權(quán)利要求12至20中任意一項所述的半導(dǎo)體裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體薄膜以及半導(dǎo)體裝置的制造方法。該方法是在二層硅膜之間設(shè)置具有貫通孔的絕緣膜，通過激光照射使硅膜部分熔化，從連接貫通孔的絕緣膜的下層側(cè)的硅膜的至少一部分經(jīng)過該貫通孔直到絕緣膜的上層側(cè)的至少一部分，形成連續(xù)的基本單結(jié)晶硅膜。由于絕緣膜的貫通孔直徑可以與成為在絕緣膜下層側(cè)的硅膜上生成的多結(jié)晶的一個的結(jié)晶粒的大小相同或稍小，所以只要比用以往的方法形成的孔的直徑大的貫通孔便可充分達到要求。這樣就不必要使用昂貴的精密的曝光裝置、蝕刻裝置。而且能夠容易地在如大型液晶顯示器等那樣的大型基片上形成多個高性能的半導(dǎo)體裝置。
文檔編號H01L21/336GK1465093SQ02802263
公開日2003年12月31日 申請日期2002年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月18日
發(fā)明者廣島安 申請人:精工愛普生株式會社