專利名稱：半導體器件的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體器件的制造方法。特別是涉及一種薄膜半導體的制造方法。
背景技術：
在絕緣襯底上形成的多晶硅薄膜晶體管中，通常具有MOS-FET(金屬氧化物半導體-場效應晶體管)的結構。作為此薄膜晶體管的制造方法，一般有在絕緣襯底上形成多晶硅半導體層之后，利用化學氣相生長(CVD)方法，在多晶硅膜之上層疊作為柵絕緣膜的氧化硅膜，并且在其上形成柵電極的方法。在用此方法制造出的多晶硅薄膜晶體管中，會在成為MOS界面的多晶硅的表面處存在結晶缺陷和雜質等。尤其是，在含有多晶硅膜表面的部分中形成的源區(qū)和漏區(qū)之間的區(qū)域中，若存在結晶缺陷等時，此區(qū)域中的電子或空穴的遷移率就會變低，并產生所謂閾值電壓增高的問題。
在日本專利申請?zhí)亻_平11-67758號公報中，公開了一種包含在氧化速度小的以氧為主要成分的氣氛中氧化多晶硅膜的工序的制造方法。在此制造方法中，緩慢進行多晶硅膜的表面層的氧化，能夠減少結晶缺陷，能夠使膜質量均勻，能夠抑制未氧化而殘留的多晶硅膜表面的凹凸。此外，通過兼用在氧化速度大的以水蒸氣為主要成分的氣氛中的氧化工序，就能夠加速多晶硅膜內的氧化速度，能夠形成結晶缺陷少的優(yōu)質半導體膜。此外，在1～50大氣壓的氣氛中進行這兩個工序時，在300～700℃下能夠更有效地生長氧化膜等，而不會損傷絕緣性襯底。而且，在此現(xiàn)有例中，作為形成多晶硅膜的方法，可使用爐退火方法(固相生長方法)、激光退火方法(熔融再結晶方法)等方法。
在特開平9-312403號公報中公開了一種將鎳元素與非晶硅膜的特定區(qū)域接觸并保持的制造方法。通過對設置有鎳元素的非晶硅膜實施加熱處理，就能夠進行平行于襯底的方向上的晶體生長。而且，通過在含有鹵族元素的氧化性氣氛中實施加熱處理，形成熱氧化膜。并且，使上述晶體生長方向和連接源/漏區(qū)的方向一致，制作薄膜晶體管(TFT)。利用此制造方法，就能夠獲得作為晶體管特性的遷移率及S值優(yōu)良的薄膜晶體管。
專利文獻1特開平11-67758號公報(第3-6頁、圖1-4)專利文獻2特開平9-312403號公報(第4-10頁、圖1-5)發(fā)明內容在特開平11-67758號公報或特開平9-312403號公報中公開的制造方法中，能夠在多晶硅膜的內部形成MOS界面。因此，形成多晶硅表面的結晶缺陷和雜質少的MOS界面，就能夠獲得晶體管特性優(yōu)良的薄膜晶體管。
但是，在特開平11-67758號公報中公開的制造方法中，為了形成多晶硅膜，采用對非晶硅膜照射激光，并將非晶硅膜轉換為多晶硅膜的一般的激光退火的方法。在此方法中，多晶硅的晶體生長從熔融的硅膜的下部、即從最深的溫度低的絕緣襯底的一側產生。由于晶體生長自硅膜的下部向上部，即向表面進行生長，所以越接近硅表面，結晶形成就越好。由于在此多晶硅膜上形成柵絕緣膜等，對多晶硅的表面進行氧化時，結晶性好的部分就成為氧化硅膜。另一方面，盡管要形成源區(qū)和漏區(qū)的MOS界面保持潔凈度，但仍會在多晶硅膜內部的結晶性差的部分處形成此MOS界面。由于在多晶硅膜中的結晶性差的部分處形成半導體層，因此就會存在所謂不能充分改善薄膜晶體管性能的問題。
在特開平9-312403號公報的制造方法中，由于在與絕緣襯底的主表面平行的方向上進行晶體生長后、氧化多晶硅膜的表面以形成氧化硅膜，所以認為對多晶硅膜的膜厚方向的結晶性沒有太大變化。即，可以認為，即使為了形成氧化硅膜而氧化多晶硅膜，殘留的硅膜也具有優(yōu)良的結晶性。但是，在此制造方法中，為了以平行于襯底的主表面的方向來進行晶體生長，就必須使硅膜中含有鎳，所以必須去除鎳。由此，就會存在所謂的工藝復雜的問題。此外，還會存在所謂需要在1000℃左右的高溫氣氛中進行制造的問題。
本發(fā)明正是為了解決上述問題而提出的，其目的在于，提供一種能夠容易地制造結晶性優(yōu)良的半導體器件的半導體器件的制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的半導體器件制造方法，包括在襯底上形成非晶硅膜的非晶硅的層疊工序；對非晶硅膜照射激光，將非晶硅膜的至少一部分變換為多晶硅膜的照射工序；在照射工序之后，在含氧的氣氛中氧化多晶硅膜表面的氧化工序，作為激光，可使用將350nm≤波長≤800nm的脈沖激光變換為在寬度方向上具有至少≥3(mJ/cm2)/μm的能量密度梯度的線形光束的激光。氧化工序在500℃≤溫度≤650℃且壓力≥10大氣壓的飽和水蒸氣壓的氣氛中進行。
根據(jù)本發(fā)明，能夠容易地制造出結晶性優(yōu)良的半導體器件。


圖1是說明根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造方法的第一工序的剖面圖。
圖2是說明根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造方法的第二工序的剖面圖。
圖3是說明根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造方法的第三工序的剖面圖。
圖4是說明根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造方法的第四工序的剖面圖。
圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造方法的第五工序的剖面圖。
圖6是說明根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造方法的第六工序的剖面圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的照射激光的裝置的簡圖。
圖8A是在根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造方法中，照射激光時的簡略斜視圖。
圖8B是在根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造方法中，說明照射激光的非晶硅膜的斜視圖。
圖9是在根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造方法中，對非晶硅膜照射激光時的說明圖。
圖10A是在根據(jù)本發(fā)明的制造方法中，使熔融部結晶時的說明圖。
圖10B是在根據(jù)現(xiàn)有技術的制造方法中，使熔融部結晶時的說明圖。
圖11是說明根據(jù)本發(fā)明形成的多晶硅膜的晶粒的平面圖。
圖12是放大根據(jù)本發(fā)明制造出的薄膜晶體管的MOS界面附近的剖面圖。
圖13是說明按各制造方法制造出的薄膜晶體管的遷移率的曲線圖。
圖14是說明按各制造方法制造出的薄膜晶體管的閾值電壓的曲線圖。
(附圖標記說明)1絕緣襯底、2非晶硅膜、3多晶硅膜、5氧化硅膜、6柵電極、7保護膜、8源·漏電極、10NdYAG激光器的二次諧波振蕩裝置、11可變衰減器、12移動臺、13靶、14線形光束成型光學系統(tǒng)、15聚光透鏡、16激光、20熔融部、21晶粒、22源·漏區(qū)、25，26長度、30，31，32激光分布、35溫度分布曲線、40，41，42，43，44，45，46，50，51，52箭頭。
具體實施例方式
(實施方式1)參照圖1至圖14，說明根據(jù)本發(fā)明的實施方式1中的半導體器件的制造方法。
圖1至圖6是說明根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造方法的一個例子的剖面圖。本實施方式的半導體器件是MOS-TFT。圖1是非晶硅層疊工序的說明圖。如箭頭40所示，使用CVD方法，在絕緣襯底1的上表面形成非晶硅膜2。作為絕緣襯底1，例如，除玻璃襯底等外，可使用在玻璃襯底的上表面上作為基底膜形成了氧化硅膜的襯底。在本實施方式中，作為絕緣襯底1，使用在玻璃襯底的上表面利用CVD方法形成了厚200nm的氧化硅膜的絕緣襯底。作為襯底上的薄膜材料，利用LPCVD(低壓CVD)形成厚度為70nm的非晶硅膜2。
圖2是照射工序的說明圖。對非晶硅膜2的上表面，按箭頭41的方向照射激光。利用激光的照射，加熱熔融非晶硅膜2。冷卻熔融的硅進行固化時，晶體結構就變?yōu)槎嗑ЫY構，形成多晶硅膜3。
接著，如圖3所示，進行使多晶硅膜3成為島狀的構圖。圖4是氧化工序的說明圖。通過在含氧的氣氛中進行配置，氧化多晶硅膜3的表面，隨后形成成為柵絕緣膜的氧化硅膜5。除了在氧化氣氛中進行此氧化工序之外，還優(yōu)選在飽和水蒸氣壓中進行。
接著，如圖5所示，在氧化硅膜5的上表面形成柵電極6。通過這些工序，就形成了MOS結構的基本部分。此后，在位于多晶硅膜3的表面中的柵電極6的兩肋區(qū)域中注入雜質，形成源區(qū)和漏區(qū)。并且，如圖6所示，在柵電極6的周圍，形成保護膜7和作為從源·漏區(qū)引出的引出電極的源·漏電極8。
圖7是在圖2的照射工序中使用的激光照射裝置的說明圖。在本實施方式中的激光中，使用NdYAG激光器的二次諧波。激光由NdYAG激光器的二次諧波振蕩裝置10振蕩。本實施方式中的激光的波長為532nm。如箭頭42所示，通過可變衰減器11及線形光束成型光學系統(tǒng)14，將振蕩的激光照射到在移動臺12上設置的靶13上。利用可變衰減器11將激光調整到規(guī)定的強度，利用線性成型光學系統(tǒng)14將激光轉換為線形光束外形。移動臺12構成為相對于激光進行靶13的相對移動。使用這種裝置，對靶13進行激光熱處理。
圖8A及圖8B，表示說明對非晶硅膜照射激光使非晶硅膜熔融的狀態(tài)的簡圖。利用在線性成型光學系統(tǒng)(參照圖7)的輸出部上形成的聚光透鏡15將激光轉換為線形光束的激光16。線性激光16照射到非晶硅膜2的主表面上。激光的寬度方向的能量密度的分布例如為高斯分布形狀。如激光分布30所示，聚光的激光的能量密度在寬度方向的中央部分最大。并且，隨著從中央向外側，能量密度慢慢地變低。照射中使用的激光16使用在寬度方向上具有至少≥3(mJ/cm2)/μm的能量密度梯度的激光。激光16的縱向方向中，能量密度是固定的。由此，照射的激光就成為了所謂的頂部平坦狀。
對非晶硅膜2照射NdYAG激光器的二次諧波時，由于非晶硅對二次諧波的吸收系數(shù)小，所以在非晶硅膜2的厚度方向上能夠進行基本上均勻的加熱。對于激光16的寬度方向，如溫度分布曲線35所示，與激光分布30中的能量密度為最大的位置相對應的位置成為最高的溫度，沿激光16的寬度方向溫度慢慢地變低。因此，如圖8B所示，在絕緣襯底上形成的非晶硅膜2，在深度方向整體基本上均勻地熔融，形成熔融部20。在激光16的寬度方向上只溶融一定的長度。在激光16的縱向方向上沿線形光束形成熔融部20。即，沿對應于激光分布30的能量密度最高部分的區(qū)域，形成熔融部20。
圖9表示對非晶硅膜2照射脈沖激光時的說明圖。照射激光時，通過移動移動臺，使非晶硅膜2與絕緣襯底1一起按箭頭43的方向移動。另一方面，激光的照射位置是固定的。在按線形光束的寬度方向移動移動臺的同時照射激光。例如，在圖8A中，一邊按箭頭43的方向移動移動臺，一邊進行激光的照射。在圖9中，激光分布30表示很近的激光的照射中的能量密度。激光分布31及激光分布32依次表示在過去進行激光照射時的能量密度的分布。在此照射工序中，在線形光束的寬度方向一邊按每一固定距離移動，一邊進行激光照射。當一次移動距離比線形光束的寬度長時，向同一位置照射激光的次數(shù)僅為一次。另一方面，通過使一次移動的距離比線形光束的寬度短，就如圖9所示，能夠向同一位置多次進行激光的照射，就能夠連續(xù)地進行非晶硅膜的多晶化。此外，由于一邊移動一邊照射脈沖激光，就能夠將非晶硅膜的一定區(qū)域整體轉換為多晶硅膜。
圖10A及圖10B是表示說明使熔融的硅冷卻固化，變成多晶的狀態(tài)的剖面圖。圖10A是根據(jù)本發(fā)明進行激光照射時的說明圖。如圖8B所示，絕緣襯底上的非晶硅膜2在整個厚度方向基本上均勻地熔融。由于非晶硅膜2的深度方向及線形光束的縱向方向中的溫差小，晶體生長，如箭頭45所示，為激光相對移動的方向即橫方向生長(一維方向生長)。因此，生長的晶粒按箭頭45所示的橫方向，即與絕緣襯底1的主表面平行的長方向生長。此外，能夠不依賴于深度方向地在整個深度方向上獲得結晶性優(yōu)良的多晶硅膜。
圖10B表示進行根據(jù)現(xiàn)有技術的激光照射的情況時的晶體生長的說明圖。在根據(jù)現(xiàn)有技術的制造方法中，通過使用準分子激光器(典型的準分子激光器是波長為308nm的XeCl激光器)的線形光束進行激光熱處理。利用準分子激光器時，非晶硅對激光的吸收系數(shù)非常大，在非晶硅膜的表面附近進行大部分激光的吸收。因此，非晶硅膜的表面附近溫度高，而非晶硅膜的膜下部溫度低，所以在非晶硅膜的厚度方向上生長晶體。即，通過根據(jù)現(xiàn)有技術的激光的照射，由于在非晶硅膜2的厚度方向產生溫度分布，所以如箭頭44所示，從溫度相對較低的絕緣襯底1的一側向相反側生長晶體。因此，越接近非晶硅膜的表面形成的多晶硅就越優(yōu)質。但是，隨后作為MOS界面的部分，由于位于非晶硅膜2的內部，所以結晶性差的部分就形成為半導體層。相反，通過根據(jù)本發(fā)明的制造方法，如上所述，就能夠形成不依賴于已轉變的多晶硅膜的厚度方向上的結晶性的優(yōu)質的晶粒。
例如，由于聚光光束的寬度方向的分布為高斯分布狀，所以對非晶硅膜照射的激光的能量密度梯度，除激光的能量外，還隨激光的寬度方向的位置而變化。對制造出的多晶硅膜的晶粒形狀進行觀察的結果表明，當能量密度梯度為≥3(mJ/cm2)/μm時，晶粒的形狀大大地偏離橫方向地進行生長。
圖11表示大量產生橫方向生長的情況下的晶粒的平面圖。箭頭50表示的方向為線形光束的縱向方向，箭頭51表示的方向為線形光束的寬度方向。在箭頭52表示的方向上相對地移動照射激光。各晶粒21按橫方向即箭頭51的方向生長。本實施方式中，能夠得到晶粒直徑為數(shù)μm左右大的晶粒。尤其可以獲得，晶粒21的生長方向即橫方向的長度25為垂直于生長方向的長度26的2倍或更大，晶粒21的縱向方向與線形光束的寬度方向(移動臺的移動方向)平行的多晶硅結晶陣列。通過形成這樣的晶體，就能夠提供電子或空穴遷移率大的半導體膜。尤其能夠提供在晶粒21的縱向方向遷移率大的半導體膜。
通過這樣的制造方法形成的多晶硅膜在壓力20大氣壓(2.026MPa)、溫度600℃的飽和水蒸氣壓氣氛中使其表面氧化，形成柵絕緣膜以制造出薄膜晶體管。在本說明書中，將在飽和水蒸氣壓的氣氛中使多晶硅膜的表面氧化形成氧化硅膜的方法稱為“HPA方法”。
圖12是表示使用根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造方法制造出的MOS-FET中的MOS界面附近的放大剖面圖。在柵電極6之下形成氧化硅膜5，進一步在其之下形成多晶硅膜3。在圖12中，示意地記載了在多晶硅膜3的內部生長的晶粒21。在作為多晶硅膜3的上表面的將柵電極投影到多晶硅膜3時成像區(qū)域一側的部分中，形成源·漏區(qū)22。在左右兩側形成源·漏區(qū)22。在柵電極6一側分別形成用于與源·漏區(qū)22導通的源·漏電極8。在照射工序中，此薄膜晶體管一邊按移動臺的移動方向(線形光束的寬度方向)如箭頭46所示的、平行于連結源區(qū)和漏區(qū)的方向進行移動，一邊進行照射。因此，晶粒生長成，使晶粒的縱向方向平行于箭頭46所示的連結源區(qū)和漏區(qū)的方向。此外，在多晶硅膜3的厚度方向中，沒有產生晶粒的紊亂，形成晶粒的形狀幾乎相同的多晶硅膜。驅動MOS-FET時，電子或空穴按箭頭所示的方向在源·漏區(qū)22之間移動。
圖13是表示比較用按現(xiàn)有技術的制造方法制造出的n溝道薄膜晶體管和用按本發(fā)明制造方法制造出的n溝道薄膜晶體管的電性能中的遷移率的曲線圖。作為根據(jù)現(xiàn)有技術的制造方法，使用在照射工序中使用準分子激光器形成多晶硅的方法。橫軸表示通過柵絕緣膜的制造方法及各方法形成的厚度，縱軸表示通過各制造方法制造出的薄膜晶體管的遷移率。橫軸中最右側的點是僅進行HPA方法形成氧化硅膜的薄膜晶體管?？梢钥闯?，根據(jù)本實施方式的制造方法(YAG2ω激光退火的方法)比基于現(xiàn)有技術的制造方法(準分子激光退火)的遷移率大。
圖14是表示比較用按現(xiàn)有技術的制造方法制造出的n溝道薄膜晶體管和用按本發(fā)明制造方法制造出的n溝道薄膜晶體管的電性能中的閾值電壓的曲線圖。橫軸表示形成的柵絕緣膜的厚度，縱軸表示閾值電壓。各制造方法與圖13所示的制造方法相同。橫軸中最左側的點是僅進行HPA方法形成氧化硅膜的薄膜晶體管?？梢钥闯?，本實施方式中的制造方法(YAG2ω激光退火的方法)比基于現(xiàn)有技術的制造方法(準分子激光退火)的閾值電壓低。
如此，通過采用本實施方式中的半導體的制造方法，能夠提供遷移率大的薄膜晶體管。此外，能夠提供閾值電壓低的薄膜晶體管。能夠獲得這些效果，估計是由因上述那樣的晶體生長方向不同而產生的晶粒形狀和大小合適所引起的。尤其是，因為晶粒的縱向方向平行于源區(qū)-漏區(qū)的方向，源區(qū)和漏區(qū)所夾持的區(qū)域能夠形成晶界少、遷移率高的高性能薄膜晶體管。如此，根據(jù)本發(fā)明的制造方法，就能夠提供具有優(yōu)良晶體管特性的半導體器件。
(實施方式2)參照圖13及圖14，說明根據(jù)本發(fā)明的實施方式2的半導體器件的制造方法。
在本實施方式中，與實施方式1相同，作為激光振蕩裝置使用波長為532nm的NdYAG激光器的二次諧波振蕩裝置，形成多晶硅膜。此后，作為氧化工序，首先使用在溫度為500℃、壓力為20大氣壓的飽和水蒸氣壓氣氛中氧化多晶硅膜的表面形成氧化硅膜的方法。
在此氧化條件中，為了獲得規(guī)定厚度的氧化膜就需要進行長時間的處理。為此，作為本實施方式的第一半導體器件，僅使多晶硅的表面氧化11nm厚度之后，直至到達規(guī)定膜厚為止，利用LPCVD方法，層疊35nm厚的氧化硅膜。制造出將此膜作為柵絕緣膜的n溝道薄膜晶體管。接著，作為本實施方式的第二半導體器件，使多晶硅的表面氧化，形成33nm厚的氧化膜之后，利用LPCVD方法，層疊10nm厚的氧化硅膜。制造出將此氧化硅膜作為柵絕緣膜的n溝道薄膜晶體管。此外，還制造出僅利用LPCVD方法形成氧化硅膜的薄膜晶體管。并且，對于這些制造方法，在形成多晶硅膜的照射工序中，使用現(xiàn)有技術的準分子激光器制造出薄膜晶體管。對于利用各制造方法制造出的薄膜晶體管，為了調查晶體管特性進行了電性能的測量。其結果一并記錄在圖13及圖14中。
圖13表示各半導體器件的遷移率。圖13的橫軸表示柵絕緣膜的結構，按從左到右的順序，分別表示利用LPCVD方法形成了58nm厚的氧化硅膜的晶體管；進行25分鐘HPA方法層疊11nm后、再利用LPCVD方法在其上層疊35nm氧化硅膜的薄膜晶體管；進行75分鐘HPA方法層疊33nm后、再利用LPCVD方法在其上層疊10nm氧化硅膜的薄膜晶體管；僅進行75分鐘HPA方法形成33nm厚的氧化硅膜的薄膜晶體管。
其結果，按本發(fā)明進行激光退火時，即使在組合HPA方法和LPCVD方法形成了氧化硅膜的情況下，也能夠獲得與僅利用HPA方法形成氧化硅膜的薄膜晶體管同樣的性能。在根據(jù)現(xiàn)有技術的制造方法(進行準分子激光退火的制造方法)中，多次使用HPA方法，即多次采用氧化多晶硅的表面的方法，就能表現(xiàn)出遷移率下降的傾向。另一方面，利用根據(jù)本發(fā)明的制造方法(執(zhí)行YAG2ω激光退火的方法)，即使多次采用HPA方法，也未觀察到遷移率的下降，且能夠提供遷移率大的薄膜晶體管。
圖14是表示各半導體器件的閾值電壓的曲線。橫軸表示柵絕緣膜的厚度，縱軸表示閾值電壓。表明與僅HPA方法、LPCVD方法和HPA方法、僅LPCVD方法中任何一種制造方法無關，按本發(fā)明的制造方法與按現(xiàn)有技術的制造方法比較，閾值電壓更低。還有，如果關注包含HPA方法的制造方法，則即使考慮曲線中虛線所示的膜厚的依賴關系，也會偏離到表示使用現(xiàn)有準分子激光退火的半導體器件的柵絕緣膜的膜厚的依賴關系的直線之外，表明閾值電壓將變低。
并且，通過使源區(qū)和漏區(qū)具有相同電位，并且在這些區(qū)域和柵電極之間施加電壓，測量絕緣破壞電壓即耐電壓。其結果表明，除HPA方法外還并用LPCVD方法形成的薄膜晶體管，對于使膜厚達到33nm的多晶硅膜的表面氧化的薄膜晶體管，提高了耐電壓。如此，通過使用除了HPA方法之外還使用LPCVD方法來形成作為柵絕緣膜的氧化硅膜，就能夠提供耐電壓高的薄膜晶體管。
如本實施方式，在進行在含有水蒸氣壓的氣氛中氧化多晶硅膜表面的氧化工序之后，通過利用化學氣相生長方法進一步地層疊氧化硅，維持MOS界面潔凈狀態(tài)，能夠短時間地形成所要厚度的氧化硅膜。
(實施方式3)在根據(jù)本發(fā)明的實施方式3中，在實施方式1的照射工序中，使用NdYAG激光器的三次諧波振蕩裝置代替NdYAG激光器的二次諧波振蕩裝置，來對非晶硅膜照射激光。自三次諧波振蕩裝置振蕩的激光波長為355nm。激光的光學系統(tǒng)和一邊移動絕緣襯底及非晶硅膜一邊照射激光等，除照射的激光以外，與實施方式1相同。
對非晶硅膜進行激光退火的結果，與實施方式1中的照射激光的波長532nm的情況相同，能夠觀察到向線形光束的寬度方向的橫向生長。此外，對于晶粒的直徑而言，可形成數(shù)μm左右的大晶粒。
使用此多晶硅膜，通過在壓力為20大氣壓、溫度為600℃的飽和水蒸氣壓的氣氛中氧化其表面，形成了柵絕緣膜。制造包括此柵絕緣膜的薄膜晶體管并對其進行了性能試驗。對于此薄膜晶體管，也與由照射實施方式1中的波長532nm的激光制造出的薄膜晶體管相同，能夠獲得高性能。
根據(jù)本實施方式及實施方式1，通過將振蕩激光的波長至少設為≥355nm、≤532nm，就能夠獲得進行橫向生長的晶粒，并且，能夠獲得高性能的薄膜晶體管。
(實施方式4)在根據(jù)本發(fā)明的實施方式4中，在實施方式1的照射工序中，使用鈦藍寶石激光振蕩裝置代替NdYAG激光器的二次諧波振蕩裝置。此激光振蕩裝置是可改變波長的振蕩裝置，能夠振蕩700～800nm的激光。激光的光學系統(tǒng)、和一邊移動絕緣襯底及非晶硅膜一邊照射激光等，除照射的激光之外，與實施方式1相同。
對非晶硅膜進行激光退火的結果，在任一波長下都能夠觀察到向線形光束的寬度方向的橫向生長，能夠形成具有數(shù)μm左右的大直徑的晶粒。
使用此多晶硅膜，通過在壓力為20大氣壓、溫度為600℃的飽和水蒸氣壓的氣氛中氧化其表面，制造形成柵絕緣膜的薄膜晶體管并對其進行了性能試驗。對于此薄膜晶體管，也與由照射實施方式1中的波長532nm的激光制造出的薄膜晶體管相同，能夠獲得高性能。
根據(jù)本實施方式及實施方式1，通過將照射激光的波長至少設為≥532nm、≤800nm，就能夠獲得進行橫向生長的晶粒，并且，能夠獲得高性能的薄膜晶體管。此外，根據(jù)在現(xiàn)有的技術中使用的準分子激光器(例如，波長308nm的XeCl激光器)中沒有觀察到橫向生長，以及實施方式3和本實施方式的結果可以看出，通過將振蕩激光的波長至少設為≥350nm、≤800nm，就能夠得到進行橫向生長的晶粒，且能夠獲得高性能的薄膜晶體管。
(實施方式5)在根據(jù)本發(fā)明的實施方式5中，與實施方式1相同，使用波長532nm的NdYAG激光器的二次諧波振蕩裝置，在形成多晶硅膜后的氧化工序中，在溫度為500℃、壓力為20大氣壓的飽和水蒸氣的氣氛中，氧化多晶硅膜的表面，形成了柵絕緣膜。
其結果，氧化膜的形成速度，與實施方式1中的氧化條件的溫度為600℃、壓力為20大氣壓的情況相比較，有相當大的下降，用于獲得規(guī)定膜厚的柵絕緣膜的處理時間變長。因此，在含有水蒸氣的氣氛中氧化多晶硅膜的表面的氧化工序，更優(yōu)選溫度≥600℃。另一方面，能夠獲得具有與實施方式1中的薄膜晶體管相同性能的薄膜晶體管。
根據(jù)本實施方式，在氧化工序中通過使溫度至少≥500℃且≤600℃，就能夠得到高性能的薄膜晶體管。
(實施方式6)在根據(jù)本發(fā)明的實施方式6中，與實施方式1相同，使用波長532nm的NdYAG激光器的二次諧波振蕩裝置，在形成多晶硅膜后的氧化工序中，在溫度為650℃、壓力為10大氣壓(1.013MPa)的飽和水蒸氣的氣氛中，氧化多晶硅膜的表面，形成了柵絕緣膜。
利用此方法得到的薄膜晶體管的性能，能夠得到與作為實施方式1中的激光退火的條件的溫度為600℃、壓力為20大氣壓的情況相同的效果。另一方面，在使溫度比650℃高的情況下，絕緣襯底的熱收縮變大，在形成薄膜晶體管的過程中產生構圖不合格，正常的晶體管的制造有困難。根據(jù)實施方式5及本實施方式的結果，優(yōu)選地，氧化工序中的溫度為2500℃且≤600℃。
根據(jù)實施方式1及實施方式3至實施方式6的結果，在含有水蒸氣的氣氛中氧化多晶硅膜的表面的氧化工序，優(yōu)選地，在溫度≥500℃且≤600℃、且壓力≥10大氣壓的飽和水蒸氣的氣氛中進行。在此條件下，通過氧化多晶硅膜，能夠短時間地形成規(guī)定厚度的氧化硅膜，且能夠形成致密的氧化硅膜。此外，能夠生產性良好的制造閾值電壓低的薄膜晶體管。
且，此次公開的上述實施方式的所有方面不限定于舉例示出的內容。本發(fā)明的范圍不由上述說明限定，而是由權利要求書限定，還包含與權利要求的范圍均等的含義及范圍內的所有變更。
本發(fā)明可適用于半導體器件的制造方法。尤其可以有效地適用于薄膜半導體的制造方法。
權利要求
1.一種半導體器件的制造方法，包括在襯底(1)上形成非晶硅膜(2)的非晶硅層疊工序；對上述非晶硅膜(2)照射激光(16)，將上述非晶硅膜(2)的至少一部分變換為多晶硅膜(3)的照射工序；以及在上述照射工序之后，在含氧的氣氛中氧化上述多晶硅膜(3)表面的氧化工序，作為上述激光(16)，使用將波長為≥350nm且≤800nm的脈沖激光變換成在寬度方向上具有至少≥3(mJ/cm2)/μm的能量密度梯度的線形光束的激光，在溫度為≥500℃且≤650℃、且壓力≥10大氣壓的飽和水蒸氣的氣氛中進行上述氧化工序。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體器件制造方法，其中包括利用化學氣相生長方法，對通過上述氧化工序已氧化了的上述多晶硅膜(3)的上表面進一步層疊氧化硅的工序。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的半導體器件制造方法，其中上述照射工序照射上述激光(16)，以使得上述寬度方向與連結要形成的薄膜晶體管的源區(qū)和漏區(qū)的方向平行。
全文摘要
一種半導體器件的制造方法，包括在襯底(1)上形成非晶硅膜(2)的非晶硅層疊工序；對上述非晶硅膜(2)照射激光(16)，將上述非晶硅膜(2)的至少一部分變換為多晶硅膜(3)的照射工序；以及在上述照射工序之后，在含氧的氣氛中氧化上述多晶硅膜(3)表面的氧化工序，作為上述激光(16)，使用將波長為≥350nm且≤800nm的脈沖激光變換成在寬度方向上具有至少≥3(mJ/cm
文檔編號H01L29/786GK1717781SQ20048000149
公開日2006年1月4日 申請日期2004年8月31日 優(yōu)先權日2003年9月5日
發(fā)明者井上滿夫, 宮川修, 坂本孝雄 申請人:三菱電機株式會社