專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造方法
背景技術(shù)：
激光退火被認(rèn)為是一種晶化技術(shù)，其中給非晶半導(dǎo)體膜以高能量，只是不讓玻璃襯底的溫度升得太高，從而晶化非晶半導(dǎo)體膜。特別地，準(zhǔn)分子激光器是典型的激光器，其振蕩出400nm或更短波長的短波長的光，自從發(fā)展了激光退火就已經(jīng)被使用了。激光退火以這樣的方式進(jìn)行激光束通過光學(xué)系統(tǒng)處理，使其在要被照射的表面上形成為點(diǎn)狀形式或線性形式，襯底上要被照射的表面用處理過的激光束掃描；也就是，激光束的照射位置相對于要被照射的表面移動(dòng)。
然而，通過激光退火制備的結(jié)晶半導(dǎo)體膜包含大量晶粒的聚集體(通過傳統(tǒng)的準(zhǔn)分子激光晶化制備的普通晶粒尺寸大約是0.1-0.5μm)，并且，晶粒的位置和尺寸不均勻。
至于在玻璃襯底上制備的TFT，為了隔離元件，由于結(jié)晶半導(dǎo)體膜是被形成為分隔成島狀的圖形，不可能形成具有特定的位置和尺寸的晶粒。因此，幾乎不可能用單晶半導(dǎo)體形成溝道形成區(qū)同時(shí)消除晶粒邊界的影響。
晶粒的界面(晶粒邊界)是晶體的平移對稱性消失的區(qū)域。眾所周知，由于載流子的復(fù)合中心或俘獲中心的影響，或者由晶體缺陷等引起的晶粒邊界中勢壘的影響，載流子的電流傳輸性能下降了，結(jié)果是，TFT中的關(guān)電流(off-current)增加了。
已知一種稱作超側(cè)向(super lateral)生長的技術(shù)，與通過傳統(tǒng)準(zhǔn)分子激光晶化的晶粒尺寸相比，通過它可以形成更大的晶粒尺寸。這項(xiàng)技術(shù)的詳細(xì)說明在“on the soper lateral growth phenomenonobserved in excimer laser-induced crystallization of the thinSi file，薄Si膜的準(zhǔn)分子激光誘導(dǎo)晶化中觀察到的超側(cè)向生長現(xiàn)象，James S.Im.和H.J.Kim，Appl.Phy s.Let t.64(17)，25 April1996，pp2303-2305”中公開。
在超側(cè)向生長中，形成由于激光束的照射半導(dǎo)體完全熔融的部分和固相半導(dǎo)體區(qū)域保留的部分，然后，晶體生長在作為晶核的固相半導(dǎo)體區(qū)域周圍開始。由于在完全熔融的區(qū)域發(fā)生成核要花一定的時(shí)間周期，在直到成核發(fā)生在完全熔融的區(qū)域中的這段時(shí)間周期中，晶體在上述作為晶核的固相半導(dǎo)體區(qū)域周圍在相對于上述半導(dǎo)體膜表面的水平方向(下文中稱作側(cè)向)生長。因此，晶體長到膜厚度幾十倍的長度。例如，相對于60nm厚的硅膜，發(fā)生1μm-2μm長度的側(cè)向晶體生長。下文中，這種現(xiàn)象將稱作超側(cè)向生長。
在上述超側(cè)向生長的情形中，雖然能得到相對大的晶粒，但是得到超側(cè)向生長處激光束的能量強(qiáng)度區(qū)域比普通準(zhǔn)分子激光晶化中使用的強(qiáng)度高很多。并且，能量強(qiáng)度區(qū)域的范圍非常窄。從晶粒位置控制的觀點(diǎn)看，不可能控制得到大晶粒的位置。另外，大晶粒之外的區(qū)域是其中發(fā)生了無數(shù)成核的微晶區(qū)域或非晶區(qū)域；晶體的尺寸是不均勻的并且晶體表面的粗糙度非常大。
因此，通常用在半導(dǎo)體裝置的制造中的照射條件是能得到大約0.1μm-0.5μm的平均晶粒尺寸的條件。
另外，根據(jù)“sequential lateral solidification of thinsilicon film on Sio2，(SiO2上薄硅膜的連續(xù)側(cè)向固化)Robert S.Sposili and James S.Im，Appl.Phys.Lett.69(19)，4 November1996，pp2864-2866”，James S.Im等公開了連續(xù)側(cè)向固化法(下文中稱作SLS方法)，其中，通過人工控制，可以在所需的位置得到超側(cè)向生長。根據(jù)SLS方法，脈沖振蕩的準(zhǔn)分子激光束穿過狹縫狀的掩模照射到材料上。根據(jù)SLS方法，當(dāng)材料和激光束之間的相對位置在每次發(fā)射中移動(dòng)一段距離(大約0.75μm)時(shí)進(jìn)行晶化，該距離粗略的等于通過超側(cè)向生長形成的晶體長度；從而，晶體可以通過人工控制的超側(cè)向生長來生長。
如上所述，通過使用SLS方法有可能以超側(cè)向生長的方式在人工控制的條件下在所需的位置上制備晶粒。然而，SLS方法有如下所述的下列問題。
首先，問題是襯底處理效率(生產(chǎn)量)不夠。如前所述，在SLS方法中，激光束每次發(fā)射的晶化距離大約是1μm。因此，激光束在材料表面上束斑與材料襯底之間的相對移動(dòng)距離(輸送間距)為1μm或更小是必要的。在使用脈沖振蕩準(zhǔn)分子激光的普通激光晶化中采用的條件下，激光束每次發(fā)射的輸送間距是幾個(gè)10μm或更多。不必說，在這樣的條件下，無法制備SLS方法所特有的晶體。在SLS方法中，雖然使用脈沖振蕩XeCl準(zhǔn)分子激光，脈沖振蕩XeCl準(zhǔn)分子激光的最大振蕩頻率是300Hz。在這樣的條件下，只有最多300μm左右的晶化區(qū)域在激光束的掃描方向上的距離上得到處理。以如上所述的處理速度，在諸如，例如，600mm×720mm尺度的大尺寸襯底的情形中，用SLS方法，要花非常長的時(shí)間周期來處理一片襯底。
每片襯底要花很長的處理時(shí)間這個(gè)事實(shí)不僅僅是時(shí)間的問題，還是成本的問題。這就是說，實(shí)際上，在非晶半導(dǎo)體膜晶化的情形中，其表面處理是關(guān)鍵。例如，在襯底的表面中，用稀釋的氫氟酸等除去自然氧化物膜作為預(yù)處理之后進(jìn)行激光照射的情形中，比起首先受到激光照射的區(qū)域，有可能自然氧化物膜在最后受到激光照射的區(qū)域中再次生長。在這種情形中，完成的晶體中出現(xiàn)的碳、氧、氮的量，或諸如硼等污染雜質(zhì)的量可以在襯底表面中變化，導(dǎo)致襯底表面中晶體管性能的不均勻性。
第二，象光學(xué)系統(tǒng)趨向于復(fù)雜這樣的問題保留在傳統(tǒng)的SLS方法中。有必要將一個(gè)掩模放入光學(xué)系統(tǒng)中，該掩模處理襯底表面上狹縫狀激光束功率的配置。通常，用于多晶硅薄膜晶體管的有源層硅的膜厚是幾十nm或更厚。當(dāng)使用脈沖振蕩準(zhǔn)分子激光時(shí)，激光晶化所必需的激光能量密度至少是200mJ/cm2(作為一個(gè)典型的例子，對于50nm的非晶硅膜，大約用30nsec脈沖寬度的XeCl準(zhǔn)分子激光器400mJ/cm2的能量)。在SLS方法中，有超側(cè)向生長的條件，其對于更強(qiáng)一點(diǎn)的能量密度區(qū)域是最適宜的。制備能夠承受這么強(qiáng)的激光能量密度的狹縫狀形式的掩模是困難的。在金屬材料掩模的情形中，由于受到高能量密度的脈沖激光束照射，局部膜的溫度升高并且迅速冷卻下來。結(jié)果是，由于長期的使用可能引起剝落或微小圖形結(jié)構(gòu)的蛻變(至于用于抗蝕劑曝光的光刻，雖然使用諸如鉻等的硬掩模材料，由于使用比硅晶化所必需的激光能量密度弱得多的能量密度，就沒有諸如剝落或微小圖形的結(jié)構(gòu)蛻變這樣的問題)。如上所述，存在這樣一個(gè)因素，即光學(xué)系統(tǒng)變得復(fù)雜，導(dǎo)致在傳統(tǒng)的SLS方法中設(shè)備維護(hù)的困難。另外，為了進(jìn)行超側(cè)向生長，有必要使激光束的空間光束功率特性很窄(以消除激光束照射區(qū)域和非照射區(qū)域之間光學(xué)功率的衰減區(qū)域)。在傳統(tǒng)的SLS方法中，由于超側(cè)向生長所必需的光束不能僅僅用普通的光學(xué)系統(tǒng)會(huì)聚，所以使用準(zhǔn)分子激光器。因此，需要狹縫狀掩模以便部分的遮擋激光束是可以理解的。
本發(fā)明的目的是解決上述問題，另外，根據(jù)TFT的布局提高晶粒的位置控制，同時(shí)，提高晶化處理的處理速度。更特別地，本發(fā)明的目的是提供半導(dǎo)體裝置的制造方法，該方法能夠在人工控制下以超側(cè)向生長的方式接連地形成大尺寸晶粒，并能夠在激光晶化處理中提高襯底處理效率。
另外，本發(fā)明提供半導(dǎo)體裝置的制造方法，該方法能夠在人工控制下以超側(cè)向生長的方式接連地形成大尺寸晶粒，并能夠在激光晶化過程中提高襯底處理效率，還提供使用傳統(tǒng)激光照射方法的制造方法，所述傳統(tǒng)激光照射方法不像傳統(tǒng)SLS方法，不需要在光學(xué)系統(tǒng)中結(jié)合入將襯底表面上激光束功率的配置處理成狹縫狀的形狀的掩模。
作為控制激光束相對于待處理物體的照射位置的第一裝置，兩種方法是可行的。兩種方法之一是置于臺(tái)子上待處理的物體的位置通過用臺(tái)子控制器驅(qū)動(dòng)臺(tái)子來改變的方法。另一個(gè)是激光束斑的照射位置在襯底位置固定的狀態(tài)下用激光光學(xué)系統(tǒng)移動(dòng)的方法。本發(fā)明中，上述兩種方法中的任何一種是可適用的；上述兩種方法組合的方法也是可適用的。
根據(jù)光掩模配置的數(shù)據(jù)(圖形信息)指定的位置是半導(dǎo)體膜中變成薄膜晶體管中溝道區(qū)、源區(qū)或漏區(qū)的部分，在晶化后在島狀半導(dǎo)體層B上通過光刻技術(shù)進(jìn)行圖形化處理而得到。
而且，本發(fā)明中，激光束照射之前，有必要讓半導(dǎo)體在島狀半導(dǎo)體膜A上受到圖形化處理，其是包括通過光刻技術(shù)由薄膜晶體管構(gòu)成的有源層形成區(qū)的特定區(qū)域，并在部分的半導(dǎo)體膜形成標(biāo)記。標(biāo)記對實(shí)現(xiàn)上述第四種裝置是必要的。另外，島狀半導(dǎo)體層A稍稍大于島狀半導(dǎo)體層B。圖2示出部分500作為島狀半導(dǎo)體層A的例子，部分501作為島狀半導(dǎo)體層B的例子。這就是說，這是一種樣式，即最終變成晶體管的溝道區(qū)、源區(qū)和漏區(qū)的島狀半導(dǎo)體層B包含在島狀半導(dǎo)體層A中。
使用具有上述第一裝置到第四裝置的激光照射器晶化島狀半導(dǎo)體層A。這時(shí)，用第四裝置，在已經(jīng)形成于絕緣表面上的半導(dǎo)體膜中圖形化處理之后留在襯底上作為島狀半導(dǎo)體層B的部分，被根據(jù)光掩模配置的數(shù)據(jù)而包含進(jìn)來。并且，使用標(biāo)記作為定位參考，激光束有選擇的照射到島狀半導(dǎo)體層A上以晶化該區(qū)域。
其次，島狀半導(dǎo)體層A的周邊部分通過光刻技術(shù)受到刻蝕，島狀半導(dǎo)體層B受到圖形化處理。島狀半導(dǎo)體層B用作晶體管的有源層。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，激光束以這樣的方式照射，即不是襯底表面中的整個(gè)半導(dǎo)體用激光束掃描，而是至少其中最小的不可缺少的部分被晶化。這就是說，半導(dǎo)體晶化后通過在島狀半導(dǎo)體層B上實(shí)施圖形化處理，有可能減少將激光束照射到要被除去的部分上所必需的時(shí)間。由于這樣，有可能減少激光晶化所必需的時(shí)間并提高襯底的處理速度。
有必要在形成島狀半導(dǎo)體層A之后，進(jìn)行激光束照射；之后，形成即將變成晶體管有源層的島狀半導(dǎo)體層B，以確保根據(jù)TFT的布局實(shí)現(xiàn)晶粒的位置控制。
通過將上述組成應(yīng)用到傳統(tǒng)SLS方法中，傳統(tǒng)SLS方法中襯底處理效率(生產(chǎn)量)不夠的問題就解決了。并且，得到了根據(jù)TFT布局確保晶粒的位置控制的裝置。
另外，根據(jù)本發(fā)明，激光晶化所必需的時(shí)間可以減少。另外，還得到提高襯底處理速度的方法和根據(jù)TFT布局確保晶粒的位置控制的方法。此外，不像傳統(tǒng)的SLS方法，還得到了不需要把處理襯底表面上激光束功率配置的掩模結(jié)合到光學(xué)系統(tǒng)的簡單方法。
為了得到超側(cè)向生長，有必要在側(cè)向晶體生長的方向(也就是，激光束照射之后半導(dǎo)體膜固液界面的方向)明顯地改變激光束的空間能量分布。這就是說，有必要盡可能地消除殘留在激光照射區(qū)和非照射區(qū)之間的光功率衰減區(qū)域的寬度。能夠得到滿意的超側(cè)向生長的衰減區(qū)域?qū)挾热缦露x；也就是，從光功率峰值位置到功率下降到50％的點(diǎn)之間的衰減區(qū)域的寬度是10μm或更少。
在傳統(tǒng)的SLS方法中，由于使用準(zhǔn)分子激光，超側(cè)向生長所必需的密度不能僅僅由普通的光學(xué)系統(tǒng)得到。因此，就可以理解為什么必需用狹縫狀掩模來部分遮擋激光束。
上述激光束的光源是照射脈沖振蕩固態(tài)激光振蕩器的二次諧波(或者三次諧波或四次諧波)的系統(tǒng)。與準(zhǔn)分子激光器相比，在固態(tài)激光器中，由于輸出激光束的展開角小，因激光器組成的緣故，只靠用作普通光學(xué)系統(tǒng)透鏡的柱透鏡，不可能將光束會(huì)聚成用于超側(cè)向生長最優(yōu)化的激光束的空間光束功率輪廓。
為了提高襯底處理的效率，希望選擇對于SLS方法是最優(yōu)化的重復(fù)頻率和輸送間距。對此的條件將在下面說明。單詞“輸送間距”表示每個(gè)激光束脈沖下襯底臺(tái)子的移動(dòng)距離。在SLS方法中，由于每次發(fā)射中超側(cè)向生長的距離局限于特定的長度，僅僅通過擴(kuò)大輸送間距無法提高襯底的處理效率。當(dāng)輸送間距增加時(shí)，有必要也相應(yīng)的提高激光束的重復(fù)頻率。用在傳統(tǒng)SLS方法中的XeCl準(zhǔn)分子激光的最大值是300Hz。另一方面，脈沖振蕩的固態(tài)激光振蕩器可以提高重復(fù)頻率到最大幾MHz。因此，與傳統(tǒng)SLS方法相比，通過在一個(gè)重復(fù)頻率驅(qū)動(dòng)脈沖振蕩的固態(tài)激光振蕩器可以大幅度提高處理能力。重復(fù)頻率的上限可以確定在能確保每一次激光束發(fā)射時(shí)超側(cè)向生長所必需的能量密度的范圍內(nèi)。該上限依賴于脈沖振蕩的固態(tài)激光振蕩器的最大輸出。(因?yàn)?，如果其它條件相同，當(dāng)頻率增加時(shí)，每個(gè)激光脈沖的能量密度就減少了。)另外，在固態(tài)激光振蕩器中，不是傳統(tǒng)的閃光燈激發(fā)而是半導(dǎo)體激光器激發(fā)固態(tài)激光振蕩器，這大大提高了激光束能量的穩(wěn)定性。結(jié)果是，有可能形成結(jié)晶度波動(dòng)更小的半導(dǎo)體。因此，有可能制造其中TFT性能的波動(dòng)更小的半導(dǎo)體裝置。
另外，與準(zhǔn)分子激光照射器相比，固態(tài)激光振蕩器在維護(hù)上更優(yōu)越。
此外，與準(zhǔn)分子激光照射器相比。固態(tài)激光器的脈沖寬度更長。由于采用更長的脈沖寬度，熔融和晶化的時(shí)間變得更長，可以形成更大的晶粒。
更進(jìn)一步，通過拉長脈沖寬度，有可能減少要用激光照射的半導(dǎo)體表面與半導(dǎo)體膜和與其底面相鄰的膜間界面(例如，基膜)之間的溫度差別。如上所述，通過減少溫度差別，核產(chǎn)生速度變得更慢了。


圖14示出晶化時(shí)脈沖寬度和基膜之間關(guān)系的模擬結(jié)果。當(dāng)半導(dǎo)體表面的最高可達(dá)到溫度分別是1500K、2000K和2500K時(shí)，隨著脈沖寬度加長基膜的溫度會(huì)變得更高，然后，溫度的水平變成固定的。并且，當(dāng)脈沖寬度大于50ns，優(yōu)選的，大于100ns時(shí)，有可能減少基膜溫度和界面最高可達(dá)到的溫度之間的溫度差別，這有可能使核生成速度更慢。
下表示出SLS方法中XeCl氣體激光照射器和Nd:YLF固態(tài)激光照射器的比較。
表1
由于上述組成，有可能提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其能夠在人工控制下以超側(cè)向生長的方式接連地形成大尺寸晶粒，能夠在激光晶化過程中提高襯底處理效率，還能提供使用傳統(tǒng)激光照射方法的制造方法，其不像傳統(tǒng)SLS方法那樣，不需要將把襯底表面上激光束功率的配置處理成為狹縫狀的形狀的掩模結(jié)合到光學(xué)系統(tǒng)中。
本發(fā)明中詞“半導(dǎo)體裝置”包括每種能夠利用半導(dǎo)體性能實(shí)現(xiàn)其功能的設(shè)備(例如，以液晶顯示器為代表的電子裝置和裝配了電子裝置作為其中一部分的電子設(shè)備)。
附圖簡要說明圖1是說明用于本發(fā)明中的激光照射器配置的示圖；圖2是示出在每一個(gè)脈沖下相對于待處理物體移動(dòng)的激光束斑的示圖；圖3A和3B是示出其在襯底上的相對運(yùn)動(dòng)方向通過旋轉(zhuǎn)襯底來改變的激光束照射斑點(diǎn)的示圖；圖4A和4B是示出晶體管溝道長度方向與激光束斑在相對運(yùn)動(dòng)中相互關(guān)系的示圖；圖5A和5B是示出標(biāo)記形成部分的示圖；圖6A至6D是示出有源矩陣襯底的制造方法的示圖；圖7A至7C是示出有源矩陣襯底的制造方法的示圖；圖8A至8C是示出有源矩陣襯底的制造方法的示圖；圖9是示有源矩陣襯底的制造方法的示圖；圖10A和10B是將在實(shí)施方案1中說明的激光照射器光學(xué)系統(tǒng)的示圖；圖11A是示出激光晶化之后表面SEM圖象的圖片；圖11B是示出晶粒邊緣的狀態(tài)的示圖；圖12A至12L是示出將在實(shí)施方案2中說明的根據(jù)本發(fā)明使用激光照射方法的半導(dǎo)體裝置制造方法的示圖；圖13A至13C示出將在實(shí)施方案4中說明的根據(jù)本發(fā)明使用激光照射方法的半導(dǎo)體裝置制造方法的示圖；圖14是示出在晶化時(shí)基膜溫度與脈沖寬度之間相互關(guān)系的仿真圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明現(xiàn)在，參考所附于此的圖，將詳細(xì)的說明實(shí)施本發(fā)明的樣式。
圖1示出說明根據(jù)本發(fā)明的激光照射方法的框圖。圖1中，分別示出作為控制脈沖激光束相對于待處理物體107的照射位置的第一裝置的兩種方法。方法之一是這樣的方法，即放在臺(tái)子108上的待處理物體107(襯底)的位置通過用臺(tái)子控制器101驅(qū)動(dòng)臺(tái)子108來改變。另一種方法是這樣的方法，即在襯底位置固定的狀態(tài)下，用光學(xué)系統(tǒng)103移動(dòng)激光束斑的照射位置。本發(fā)明中，可以采用兩種方法中的任一種方法；或者可以采用其中上述兩種方法互相組合的方法。
在上述兩種方法中，二者都表示了激光束斑相對于襯底的相對位置會(huì)改變的事實(shí)。下文中，這將稱作“掃描(激光束斑)”。
并且，激光照射器100具有脈沖振蕩器102，其是振蕩出脈沖激光束的第二裝置。脈沖激光振蕩器102可以根據(jù)處理的物體適當(dāng)?shù)乇舜颂鎿Q。另外，兩個(gè)脈沖激光振蕩器可以彼此組合起來使用。本發(fā)明中，可以用眾所周知的激光器。至于激光器，可以用脈沖振蕩的固態(tài)激光振蕩器或氣體激光振蕩器。當(dāng)使用脈沖振蕩氣體激光器時(shí)，只有通過使用計(jì)算機(jī)104的光掩模狀數(shù)據(jù)圖形化的控制應(yīng)用于此，其它的組成與普通SLS方法一致。在實(shí)施本發(fā)明的樣式中，將說明一種情形，其中使用了脈沖振蕩的固態(tài)激光振蕩器。
至于脈沖振蕩的固態(tài)激光振蕩器，作為光源，可以給出選自YAG激光、YVO4激光、YLF激光、YAlO3激光、玻璃激光、紅寶石激光、變石激光、Ti藍(lán)寶石激光、鎂橄欖石激光(Mg2SiO4)振蕩器中的一種或多種激光器，其摻雜了Cr3+、Cr4+、N3+、Er3+、Ce3+、Co2+、Ti3+、Yb3+、或V3+作為雜質(zhì)。
至于相關(guān)激光的基波，得到具有1μm左右基波的激光束，但是它依賴于摻雜材料而變化?？梢杂梅蔷€性光學(xué)元件得到相對于基波的二次諧波、三次諧波和四次諧波。
另外，激光照射器100具有與第三裝置相同的光學(xué)系統(tǒng)103，其能夠在待處理的物體中處理由脈沖振蕩器102振蕩的激光束的束斑。如果棒的形狀是圓形，從脈沖振蕩器102輸出的激光束的形狀形成為圓形；如果棒是平板形的形狀，其形狀則形成為矩形。通過如上所述用光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步重新形成激光束，有可能在待處理的物體107的表面上形成激光束的束斑。另外，依賴于處理的目的，可以將望遠(yuǎn)鏡、均化器等結(jié)合入光學(xué)系統(tǒng)103中以處理激光束。
再進(jìn)一步，激光照射器100有與第四裝置等價(jià)的計(jì)算機(jī)104。計(jì)算機(jī)104控制脈沖振蕩器102的振蕩，并控制臺(tái)子控制器101，其與第一裝置相同，以便于激光束的束斑覆蓋掩模圖形的數(shù)據(jù)所指定的位置。
除了上述四種裝置，該激光照射方法還可以包括控制待處理物體的溫度的裝置。
圖2示出襯底和激光束斑間的相對位置在每個(gè)激光束脈沖中被移動(dòng)(被掃描)的狀態(tài)。示出束斑507a、507b和507c的放大圖。
圖2中參考編號(hào)507a指脈沖照射時(shí)的激光束斑位置；507b指下一次脈沖照射時(shí)的激光束斑位置；507c指再下一次脈沖照射時(shí)的激光束斑位置。參考編號(hào)509a和509b分別指激光束的每一次脈沖下襯底臺(tái)移動(dòng)距離(輸送間距)。輸送間距需要是0.3μm或更多以及5μm或更少，更優(yōu)選的，是0.7μm或更多以及3μm或更少。
另外，至于光束，激光束邊緣部分的能量密度通常低于其它部分，不能使待處理物體上的處理很均勻。因此，優(yōu)選的是激光束被照射使得激光束的束斑507a縱向上的邊緣部分不與部分500重疊，部分500等價(jià)于晶化之后通過圖形化半導(dǎo)體膜得到的島狀半導(dǎo)體膜A。例如，當(dāng)掃描線性形式的束斑時(shí)，適配使得圖2中以參考編號(hào)508表示的區(qū)域在等價(jià)于上述島狀半導(dǎo)體膜A的部分500中不被照射到。
當(dāng)晶化后的半導(dǎo)體用作TFT的有源層時(shí)，優(yōu)選的是固定掃描方向使其平行于載流子在溝道形成區(qū)中運(yùn)動(dòng)的方向。這示于圖4A和圖4B中。圖4中參考編號(hào)529和539分別指激光照射之前形成的島狀半導(dǎo)體層A。參考編號(hào)528和538分別指激光照射之后作為島狀半導(dǎo)體層B而形成的區(qū)域。
圖4A示出具有一個(gè)溝道形成區(qū)的單柵TFT有源層的例子。給出包括島狀半導(dǎo)體層B的溝道形成區(qū)520以及分別要變成源區(qū)和漏區(qū)的雜質(zhì)區(qū)521和522。當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的激光振蕩器晶化半導(dǎo)體時(shí)，如箭頭所示，激光束的掃描方向固定使其平行于載流子在溝道形成區(qū)運(yùn)動(dòng)的方向(溝道長度方向)。參考編號(hào)523指激光束的束斑，其在箭頭所指的方向掃描。
并且，在圖4B中，示出提供了三個(gè)溝道形成區(qū)的三柵TFT有源層的例子。提供雜質(zhì)區(qū)533和534使得在其中間夾住溝道形成區(qū)530；另外，提供雜質(zhì)區(qū)534和535使得其中夾住溝道形成區(qū)531；另外，提供雜質(zhì)區(qū)535和536使得其中夾住溝道形成區(qū)532；當(dāng)根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體用激光振蕩器晶化時(shí)，激光束在箭頭的方向掃描。
然而，為電路布局的方便起見，對于用在有源矩陣顯示中的TFT，運(yùn)動(dòng)到各個(gè)有源層溝道形成區(qū)中的載流子方向在像素部分、信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路部分和掃描線驅(qū)動(dòng)部分有時(shí)可以互不相同。并且在這種情形中，本發(fā)明是有效的，并將參考圖3予以說明。
圖3示出激光束在掃描線驅(qū)動(dòng)電路區(qū)512的掃描方向不同于其它區(qū)的情形。首先，用襯底上形成的標(biāo)記作為定位參考，如圖3A所示，將變成信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路的區(qū)511和將變成像素部分的區(qū)510被激光照射。
其次，如圖3B所示，襯底臺(tái)轉(zhuǎn)90°，形成于襯底上的標(biāo)記再次被讀取?；诙ㄎ恍畔ⅲ瑢⒆兂蓲呙杈€驅(qū)動(dòng)電路的區(qū)512受激光照射。這樣，有可能改變襯底中激光束斑的相對移動(dòng)方向并照射襯底。
另外，可能有這樣的情形，即使在進(jìn)行激光照射時(shí)，激光束也不應(yīng)暫時(shí)照射到襯底表面。這種情形下，可以在作為待處理物體的襯底與激光振蕩器之間的光學(xué)系統(tǒng)中提供能夠暫時(shí)和完全遮擋激光束的AO(聲光)光調(diào)制裝置。
為了確定激光束的照射位置，有必要形成用來相對于其上的半導(dǎo)體膜定位的標(biāo)記。圖5示出標(biāo)記形成于半導(dǎo)體膜中的位置，其形成是為了制備有源矩陣型半導(dǎo)體裝置。圖5A示出一個(gè)半導(dǎo)體裝置由一個(gè)襯底制備的例子；圖5B示出四個(gè)半導(dǎo)體裝置由一個(gè)襯底制備的例子。
圖5A中，參考編號(hào)540指半導(dǎo)體膜形成于襯底上的區(qū)域；點(diǎn)畫線541指像素部分形成的區(qū)域；點(diǎn)畫線542指信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路形成的區(qū)域；點(diǎn)畫線543指掃描線驅(qū)動(dòng)電路形成的區(qū)域。參考編號(hào)544指標(biāo)記形成的區(qū)域(標(biāo)記形成部分)，并被提供定位在半導(dǎo)體的四個(gè)角上。
圖5A中，雖然標(biāo)記形成部分544分別提供在四個(gè)角上，本發(fā)明不限于此。假設(shè)得到半導(dǎo)體中激光束掃描區(qū)的定位和半導(dǎo)體的圖形化掩模，標(biāo)記形成部分的位置和數(shù)量不限于上述樣式。
圖5B中，參考編號(hào)550指形成于襯底上的半導(dǎo)體；點(diǎn)畫線551指在后續(xù)處理中用來切割襯底的劃線。圖5B中，沿著劃線551切割襯底，可以制造四個(gè)半導(dǎo)體裝置。通過切割得到的半導(dǎo)體裝置的數(shù)量不特別地限制于此。
參考編號(hào)552指標(biāo)記形成的部分(標(biāo)記形成部分)，并配備在半導(dǎo)體的四個(gè)角上。圖5B中雖然標(biāo)記形成部分552分別配備在四個(gè)角上，本發(fā)明不限于此。假設(shè)得到半導(dǎo)體中激光束掃描區(qū)的定位和半導(dǎo)體膜的圖形化掩模，標(biāo)記形成部分的位置和數(shù)量不限于上述樣式。
標(biāo)記在其中島狀半導(dǎo)體膜A以圖形化的方式形成的傳統(tǒng)的光刻過程中同時(shí)形成。
由于上述組成，晶化半導(dǎo)體之后，有可能減少激光束照射所必需的時(shí)間并且可以提高襯底的處理速度，因?yàn)榭梢允÷园鸭す馐丈涞接捎趰u狀半導(dǎo)體膜B的形成而被除去的半導(dǎo)體區(qū)域所必需的時(shí)間。實(shí)例實(shí)例1參考圖6至圖9，在實(shí)例1中，將說明有源矩陣襯底的制造方法。這里，為了方便起見，由在同一襯底上的CMOS電路、驅(qū)動(dòng)電路、以及具有像素TFT和保持電容的像素部分形成的襯底將被稱作有源矩陣襯底。
首先，在實(shí)例1中，使用由硼硅酸鋇玻璃和硼硅酸鋁玻璃等構(gòu)成的襯底600。至于襯底600，可以用不銹鋼襯底、金屬襯底、硅襯底、石英襯底的表面上形成有絕緣膜的襯底。并且，還可以用對實(shí)例1中的處理溫度具有抗熱性的塑料襯底。
然后，在襯底600上，由二氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅(silicon oxide nitride)膜等構(gòu)成的基膜601以眾所周知的方式形成(濺射、LPCVD、等離子體CVD等)。根據(jù)實(shí)例1，作為基膜601，使用由基膜601a和601b構(gòu)成的雙層基膜。然而，可以用上述絕緣膜的單層或雙層化膜的結(jié)構(gòu)(圖6A)。
其次，在基膜601上，非晶半導(dǎo)體膜692以眾所周知的方式(濺射、LPCVD、等離子體CVD等)形成25-150nm(優(yōu)選的30-120nm)的厚度(圖6A)。根據(jù)實(shí)例1，雖然形成了非晶半導(dǎo)體膜，微晶半導(dǎo)體膜或晶體半導(dǎo)體膜也是可應(yīng)用的。另外，可以使用具有非晶鍺硅膜的非晶結(jié)構(gòu)的化學(xué)化合物半導(dǎo)體。
其次，非晶半導(dǎo)體膜692進(jìn)行圖形化，通過在包含氟化鹵，例如，CIF、CIF3、BrF、BrF3、IF、IF、IF3等的氣氛中以各向異性干刻蝕的方式實(shí)施刻蝕，形成將會(huì)分別變成島狀半導(dǎo)體膜A的部分693a、693b和693c(圖6B)。
其次，島狀半導(dǎo)體膜A上的部分693a、693b和693c以激光晶化的方式被晶化。激光晶化根據(jù)本發(fā)明用激光照射方法實(shí)施。特別地，根據(jù)激光照射器的計(jì)算機(jī)中輸入的掩模信息，激光束選擇性地照射到島狀半導(dǎo)體膜A上的部分693a、693b和693c。不必說，不僅可以實(shí)施激光晶化，而且可以與另外眾所周知的晶化方法(RTA，用爐子退火的熱退火，使用加速晶化的金屬元素的熱晶化方法等)組合來實(shí)施晶化。
根據(jù)本發(fā)明的激光照射方法中，在眾所周知的激光光源中脈沖振蕩的固態(tài)激光振蕩器和氣體激光振蕩器是可用的。當(dāng)使用脈沖振蕩的氣體激光器時(shí)，只有利用計(jì)算機(jī)104借助光掩模配置的數(shù)據(jù)圖形的控制應(yīng)用于此，其它組成與普通的SLS方法一致。在實(shí)例1中，將說明使用脈沖振蕩的Nd:YLF激光器的情形。
圖10A和10B示出激光晶化處理設(shè)備。圖10A和10B示出Nd:YLF激光振蕩器激光光源1101在1.5W的輸出和1kHz的重復(fù)頻率的條件下使用的情形。激光光源1101是一種方法，其中YLF晶體和非線性光學(xué)元件置于諧振腔中，輸出527nm波長的二次諧波。不必說，非線性光學(xué)元件可以置于諧振器外面。另外，至于激光振蕩器1101，棒在配置上是圓柱形，從激光振蕩器1101中輸出后直接的束斑配置是圓形。即使當(dāng)棒的配置是平板形的形狀且輸出后束斑配置直接是矩形，如下所述，束斑可以通過光學(xué)系統(tǒng)重新形成成為所需的配置。
關(guān)于Nd:YLF激光，光束的展開角是3mm弧度；雖然光束尺寸在出口的直徑大約是2mm，它在距出口20cm遠(yuǎn)的位置處擴(kuò)展到大約1cm直徑。當(dāng)焦距f＝600mm的凸透鏡1102放在這個(gè)位置上，光束被重新形成為10mm直徑的平行光束。被圖10A所示的光學(xué)反射鏡1103-1105反射的激光束通過在圖10A中Y方向上具有曲率的凸圓柱形透鏡會(huì)聚。這里，Y方向是半導(dǎo)體表面上激光束的束斑移動(dòng)的方向，并且是束斑較短的方向。并且，圖10A中X方向是半導(dǎo)體表面上激光束的束斑的縱向方向，與半導(dǎo)體表面上激光束束斑的移動(dòng)方向以直角角度的交叉(光學(xué)反射鏡1103-1105置于設(shè)備布局的基底上，但是它不總是絕對必要的)。由于上述組成，作為照射表面的半導(dǎo)體表面上的束斑重新形成化成為10mm×10μm的線性形狀的光束。
然而，在照射表面上重新形成矩形、橢圓形或線性形狀的激光束的方法不限于上述方法。盡管圖中沒有示出，有可能通過在光學(xué)反射鏡1103和凸圓柱形透鏡1106之間放置凹圓柱形透鏡在縱向上拉長光束斑點(diǎn)。而且，有可能在凹圓柱形透鏡和激光振蕩器1101之間放置用來擴(kuò)展激光束的光束擴(kuò)展器或用來將激光束重新形成化為平行光束的光束準(zhǔn)直器。用1.5W輸出10mm×10μm束斑的激光光源將光束重新形成為線性形狀光束的方法已在此說明。然而，在更大輸出的激光光源的情形中，優(yōu)選的是僅僅在縱向上擴(kuò)大光束斑點(diǎn)尺寸，不改變較短方向上光束斑點(diǎn)的尺寸(當(dāng)前，在20V輸出下工作的LD激發(fā)Nd:YLF激光的振蕩器是可市場供應(yīng)的。)為了移動(dòng)半導(dǎo)體表面上激光束束斑的相對位置，讓襯底臺(tái)1109在Y方向上掃過(束斑較短的方向)。當(dāng)在1kHz激光脈沖重復(fù)頻率下、每個(gè)激光脈沖的照射下，襯底臺(tái)的掃過速度是3.0mm/sec，襯底和束斑間的相對位置在Y方向移動(dòng)3μm(輸送間距3μm)。
圖11A是根據(jù)實(shí)例1通過激光照射方法晶化的硅膜的SEM觀測結(jié)果，其中晶粒邊界以Secco刻蝕的方式可見化。圖11B和圖11A示出晶粒邊界和其尺寸以便于容易地理解。提到這點(diǎn)，不言自明的是在激光束掃描束斑的Y方向上進(jìn)行超側(cè)向生長的晶體連續(xù)地形成。晶粒邊界在激光束斑的垂直方向和掃描方向上周期性地保留著?？衫斫獾氖侵芷诘扔?μm，這是每次照射時(shí)激光脈沖的輸送間距。
由于上述激光晶化，島狀半導(dǎo)體膜A的部分694a、694b和694c的結(jié)晶性提高了(圖6C)。
其次，通過將島狀半導(dǎo)體膜A的部分694a、694b和694c分別圖形化成為所需的結(jié)構(gòu)，就形成島狀半導(dǎo)體膜B的部分602-606(圖6D)。
形成了島狀半導(dǎo)體膜B的部分602-606之后，為了控制TFT的閾值，可以摻雜微量的雜質(zhì)元素(硼或磷)?？刂崎撝档碾s質(zhì)摻雜可以在激光晶化之前或形成柵絕緣膜之后來進(jìn)行。
接下來，形成覆蓋島狀半導(dǎo)體膜602-606的柵絕緣膜607。柵絕緣膜607用包含硅的40-150nm厚度的絕緣膜用等離子體CVD或?yàn)R射的方式形成。根據(jù)實(shí)例1，柵絕緣膜607以等離子體CVD的方式用110nm厚度的氧氮化硅(silicon nitride oxide)膜(組分比Si＝32％，O＝59％，N＝7％，H＝2％)形成。不必說，柵絕緣膜不限于氧氮化硅膜，而且其它包含硅的絕緣膜可以形成成為單層或疊層的結(jié)構(gòu)。
另外，當(dāng)用二氧化硅膜時(shí)，柵絕緣膜可以用等離子體CVD的方式通過在40Pa的反應(yīng)壓力和300-400℃的襯底溫度下混合TEOS(四乙基原硅酸鹽，Tetraethyl Ortho Silicate)和O2，并在0.5-0.8W/cm2的電功率密度下高頻放電(13.56MHz)形成。以上述方式制備的二氧化硅膜在400-500℃進(jìn)行熱退火，從而作為柵絕緣膜得到極好的性能。
接下來，形成于柵絕緣膜607上的是20-100nm膜厚的第一導(dǎo)體膜608和100-400nm膜厚的第二導(dǎo)體膜609。根據(jù)實(shí)例1，由30nm膜厚的TaN膜構(gòu)成的第一導(dǎo)體膜608和由370nm膜厚的W膜構(gòu)成的第二導(dǎo)體膜609構(gòu)造在一起形成疊層。TaN膜以濺射的方式用Ta靶在含氮的氣氛中濺射形成。同樣，W膜用W靶以濺射的方式形成。除了上面這些，上述膜可以用六氟化鎢(WF6)以熱CVD的方式形成。任一情形中，為了使用膜作為柵電極，有必要降低電阻，至于W膜的電阻，希望低于20μΩcm。關(guān)于W膜，盡管有可能通過形成較大的晶粒來降低電阻，在諸如氧等的大量雜質(zhì)元素包含在W膜中的情形中，晶化受到阻礙，導(dǎo)致更大的電阻。因此，根據(jù)實(shí)例1，通過用高純W(純度等級(jí)99.9999％)作為靶實(shí)施濺射，并且，當(dāng)特別注意在膜形成過程中不要讓任何雜質(zhì)從大氣中進(jìn)入時(shí)，形成W膜達(dá)到9-20μΩcm的電阻。
根據(jù)實(shí)例1，第一導(dǎo)體膜608用TaN膜形成，第二導(dǎo)體膜609用W膜形成。然而，上面所述不限于此。在任一情形中，膜可以用選自Ta、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr和Nd的元素形成；或者，膜可以用含上述元素作為主要成分的合金材料或化合物材料形成。同樣，可以用以摻雜了象磷這樣的雜質(zhì)元素的多晶硅膜為代表的半導(dǎo)體或AgPdCu合金。另外，可以用以鉭(Ta)膜形成的第一導(dǎo)體膜和以W膜形成的第二導(dǎo)體膜的組合；以氮化鈦(TiN)膜形成的第一導(dǎo)體膜和以W膜形成的第二導(dǎo)體膜的組合；以氮化鉭(TaN)膜形成的第一導(dǎo)體膜和以W膜形成的第二導(dǎo)體膜的組合；以氮化鉭(TaN)膜形成的第一導(dǎo)體膜和以Al膜形成的第二導(dǎo)體膜的組合；或者以氮化鉭(TaN)膜形成的第一導(dǎo)體膜和以Cu膜形成的第二導(dǎo)體膜的組合。
另外，不限于雙層結(jié)構(gòu)，而且，例如可以用三層結(jié)構(gòu)，它由鎢膜、鋁和硅(Al-Si)膜的合金膜以及氮化鈦膜按順序建立起來。此外，當(dāng)采用三層結(jié)構(gòu)時(shí)，氮化鎢可以用來代替鎢；可以采用鋁和鈦的合金膜(Al-Ti)代替鋁硅合金膜(Al-Si)；可以用鈦膜代替氮化鈦膜。
重要的是根據(jù)導(dǎo)體膜材料收集最優(yōu)化的刻蝕方法和刻蝕劑的類型。
接下來，用光刻法形成抗蝕劑構(gòu)成的掩模610-615，并進(jìn)行第一刻蝕處理以形成電極和導(dǎo)線。第一刻蝕處理在第一和第二刻蝕條件下進(jìn)行(圖7B)。根據(jù)實(shí)例1，至于第一刻蝕條件，采用ICP(誘導(dǎo)耦合等離子體)刻蝕；至于刻蝕氣體，用CF4、Cl2和O2，氣體流速分別是25∶25∶10(sccm)。在1Pa的壓力下，500W的RF(13.56MHz)電功率加到線圈型電極上以產(chǎn)生等離子體，而進(jìn)行刻蝕。對襯底側(cè)(物體臺(tái))，同樣提供150W的RF(13.5 6MHz)電功率以在此加上一個(gè)基本是負(fù)的自偏壓。在第一刻蝕條件下，W膜受到刻蝕使得第一導(dǎo)電層邊緣形成為錐形配置。
這之后，不除去抗蝕劑構(gòu)成的掩模610-615，刻蝕條件變成第二刻蝕條件。至于刻蝕氣體，用CF4和Cl2，氣體流速分別是30∶30(sccm)。在1Pa的壓力下，500W的RF(13.56MHz)電功率提供給線圈型電極上以產(chǎn)生等離子體，以及刻蝕進(jìn)行大約30秒。對襯底側(cè)(物體臺(tái))，同樣提供20W的RF(13.56MHz)電功率以在此加上一個(gè)基本是負(fù)的自偏壓。在CF4和Cl2混合的第二刻蝕條件下，W膜和TaN膜都刻蝕到同樣的水平。為了進(jìn)行刻蝕而不在柵絕緣膜上留下任何殘余物，優(yōu)選的是增加刻蝕時(shí)間大約10-20％。
在上述第一刻蝕條件下，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整抗蝕劑所構(gòu)成的掩模的配置，由于加在襯底側(cè)的偏壓，第二導(dǎo)電層和第一導(dǎo)電層的邊緣形成為錐形配置。錐形部分的角度是15-45°。由于第一刻蝕過程，形成由第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層構(gòu)成的第一配置的導(dǎo)電層617-622(第一導(dǎo)電層617a-622a和第二導(dǎo)電層617b-622b)。參考編號(hào)616指柵絕緣膜，其中沒有被第一配置的導(dǎo)電層617-622覆蓋的區(qū)域形成為被刻蝕了大約20-50nm的薄區(qū)域。
接下來，不除去抗蝕劑構(gòu)成的掩模，進(jìn)行第二刻蝕處理(圖7C)。這種情形中，至于刻蝕氣體，用CF4、Cl2和O2，并選擇性地刻蝕W膜。然后，通過第二刻蝕處理，形成第二導(dǎo)電層628b-633b。另一方面，第一導(dǎo)電層617a-622a稍稍刻蝕一點(diǎn)，形成第二配置的導(dǎo)電層628-633。
然后，不除去抗蝕劑構(gòu)成的掩模，用給予島狀半導(dǎo)體N型的雜質(zhì)元素以低密度進(jìn)行第一摻雜處理。摻雜處理可以以離子摻雜或離子注入的方式進(jìn)行。至于離子摻雜的條件，劑量是1×103-5×1014原子/cm2；加速電壓是40-80keV。根據(jù)實(shí)例1，劑量是1.5×1013原子/cm2；加速電壓是60keV。
作為給予N型的雜質(zhì)元素，盡管可使用包括在15族中的元素，典型地，磷(P)或砷(As)，磷(P)用于實(shí)例1中。在這個(gè)情形中，導(dǎo)電層628-633作為阻擋給予N型的雜質(zhì)元素的掩模，雜質(zhì)區(qū)623-627以自對準(zhǔn)的方式形成。給予N型在1×1018-1×1020原子/cm3的密度范圍的雜質(zhì)元素內(nèi)被加入到雜質(zhì)區(qū)623-627。
除去抗蝕劑構(gòu)成的掩模后，形成由抗蝕劑構(gòu)成的新掩模634a-634c，并在比第一摻雜處理高的加速電壓下受到第二摻雜處理。至于離子摻雜的條件，劑量是1×1013-1×1015原子/cm2；加速電壓是60-120keV。至于摻雜處理，第二導(dǎo)電層628b、630b和632b用作阻擋雜質(zhì)元素的掩模，并進(jìn)行摻雜使得雜質(zhì)元素加入到第一導(dǎo)電層錐形部分下面的島狀半導(dǎo)體中。然后，加速電壓降低到低于第二摻雜處理時(shí)的電壓，進(jìn)行第三摻雜處理以得到圖8A所示的狀態(tài)。至于離子摻雜的條件，劑量是1×1015-1×1017原子/cm2；加速電壓是50-100keV。由于第二摻雜處理和第三摻雜處理，對與第一導(dǎo)電層重疊的低密度區(qū)636、642和648，給予N型的雜質(zhì)元素在1×1018-5×1019原子/cm3的密度范圍內(nèi)被加入；對高密度雜質(zhì)區(qū)635、641、644和647，給予N型的雜質(zhì)元素在1×1019-5×1021原子/cm3的密度范圍被加入。
當(dāng)然，至于第二摻雜處理和第三摻雜處理，通過調(diào)整適當(dāng)?shù)募铀匐妷?，有可能用一次摻雜處理分別形成低密度雜質(zhì)區(qū)和高密度雜質(zhì)區(qū)。
接下來，除去抗蝕劑掩模之后，形成新的抗蝕劑掩模650a-650c，并進(jìn)行第四摻雜處理。由于第四摻雜處理，對變成P溝道型TFT的島狀半導(dǎo)體，形成添加了給予與上述導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型的雜質(zhì)元素的雜質(zhì)區(qū)653、654、659和660。用第二導(dǎo)電層628b-632b作為阻擋雜質(zhì)元素的掩模，加入給予P型的雜質(zhì)元素以便以自對準(zhǔn)的方式的形成雜質(zhì)。根據(jù)實(shí)例1，雜質(zhì)區(qū)653、654、659和660通過用乙硼烷(B2H6)離子摻雜來形成(圖8B)。當(dāng)進(jìn)行第四摻雜處理時(shí)，用于形成N溝道型TFT的島狀半導(dǎo)體被抗蝕劑構(gòu)成的掩模650a-650c覆蓋。由于第一到第三摻雜處理，對雜質(zhì)區(qū)653、659和660，磷以彼此不同的密度被分別加入。通過進(jìn)行摻雜處理，從而在上述任一區(qū)域中，給予P型的雜質(zhì)元素的密度是1×1019-5×1021原子/cm3，由于雜質(zhì)區(qū)作為P型TFT的源區(qū)和漏區(qū)起作用，所以不會(huì)發(fā)生什么問題。
通過上面一步一步的實(shí)施，雜質(zhì)區(qū)形成于各個(gè)島狀半導(dǎo)體中。然后，進(jìn)行激活處理。至于激活處理，眾所周知的激光激活、熱激活或RTA激活可應(yīng)用于此。另外，激光激活處理步驟可以在第一夾層絕緣膜形成之后實(shí)施。
然后，除去抗蝕劑構(gòu)成的掩模650a-650c，形成第一夾層絕緣膜661。至于第一夾層絕緣膜661，用等離子體CYD或?yàn)R射方法，含硅的絕緣膜形成100-200nm的厚度。根據(jù)實(shí)例1，150nm膜厚的氧氮化硅(silicon nitride-oxide)通過等離子體CVD形成。當(dāng)然，第一夾層絕緣膜661不限于氧氮化硅膜。可以用其它含硅的單層或疊層絕緣膜。
然后，通過熱處理(在300-550℃熱處理1-12小時(shí))，膜被氫化。這個(gè)過程用包含在第一夾層絕緣膜661中的氫來終結(jié)島狀半導(dǎo)體的懸掛鍵。無論有沒有第一夾層絕緣膜，島狀半導(dǎo)體都能被氫化。至于其它氫化方法，膜可以受到等離子體氫化(用等離子體激發(fā)的氫)，或在含3-100％氫的氣氛中300-650℃受到熱處理1-12小時(shí)。
接下來，形成于第一夾層絕緣膜661上的是由無機(jī)絕緣膜材料或有機(jī)絕緣材料構(gòu)成的第二夾層絕緣膜662。根據(jù)實(shí)例1，1.6μm膜厚的丙烯酸樹脂膜用10-1000cp，優(yōu)選的40-200cp粘度的材料形成，其在表面上形成不均勻。
根據(jù)實(shí)例1，為了防止鏡面反射，通過形成第二夾層絕緣膜在像素電極的表面上形成不均勻面，所述絕緣膜其表面上形成不均勻面。另外，為了通過給予像素電極不均勻性以得到光散射，凸起部分可以在像素電極下面的區(qū)域形成。在這個(gè)情形中，由于突起部分可以用與形成TFT同樣的光掩模來形成，突起部分可以無需增加步驟的數(shù)目就形成了。突起部分可以適當(dāng)?shù)卦谝r底上像素部分區(qū)域而不是線路和TFT部分中形成。這樣，不均勻沿著形成于覆蓋凸起的絕緣膜表面上所形成的不均勻形成于像素電極的表面上。
另外，表面平整化的膜可以用作第二夾層絕緣膜662。在這種情形中，優(yōu)選的是，像素電極形成以后，加入諸如眾所周知的噴砂、刻蝕等工藝使得其表面不均勻以防止鏡面反射，從而反射光被散射，得到提高了的白電平(white level)。
接下來，形成第二夾層絕緣膜662之后，形成第三夾層絕緣膜672使其與第二夾層絕緣膜662接觸。
接下來，在驅(qū)動(dòng)電路686中，形成彼此電連接各個(gè)雜質(zhì)區(qū)的線路663-667。這些線路通過對由50nm膜厚的Ti膜和500nm膜厚的合金膜(Al和Ti的合金膜)構(gòu)成的疊層膜圖形化來形成。當(dāng)然，不限于雙層結(jié)構(gòu)，還可以采用單層結(jié)構(gòu)或三層結(jié)構(gòu)。同樣，用于線路的材料不限于Al和Ti。例如，線路可以通過圖形化疊層膜形成，該疊層膜中Al或Cu形成于TaN膜上，再在上面形成Ti膜(圖9)。
另外，在像素部分687中，形成像素電極670、柵線路669和連接電極668。由于有連接電極668，源線路(633a和633b的疊層)被形成以與像素TFT的電連接。同樣，柵線路669被形成以與像素TFT的柵電極的電連接。另外，像素電極670被形成以與像素TFT漏區(qū)658的電連接；另外，被形成以與作為構(gòu)成保持電容的電極起作用的島狀半導(dǎo)體606電連接。至于像素電極607，優(yōu)選的使用諸如由Al或Ag作為主要成分構(gòu)成的膜、具有優(yōu)越反射性的這些膜的層疊膜等等的材料。
通過實(shí)施上述步驟，由N溝道型TFT681和P溝道型TFT682構(gòu)成的CMOS電路，包括N溝道型TFT683的驅(qū)動(dòng)電路686，以及包括像素TFT684和保持電容685的像素部分687形成于同一襯底上。這樣，就完成了有源矩陣襯底。
驅(qū)動(dòng)電路686的N溝道型TFT681包括溝道形成區(qū)637、與構(gòu)成一部分柵電極的第一導(dǎo)電層628a重疊的低密度雜質(zhì)區(qū)636(GOLD區(qū))、和作為源區(qū)或漏區(qū)起作用的高密度雜質(zhì)區(qū)652。構(gòu)成通過電極666與N溝道型TFT681連接的CMOS電路的P溝道型TFT682括溝道形成區(qū)640、作為源區(qū)或漏區(qū)起作用的高密度雜質(zhì)區(qū)653以及引入了給予N型的雜質(zhì)元素和給予P型的雜質(zhì)元素的雜質(zhì)區(qū)654。另外，N溝道型TFT683包括溝道形成區(qū)643、與組成一部分柵電極的第一導(dǎo)電層630a重疊的低密度雜質(zhì)區(qū)642(GOLD區(qū))以及作為源區(qū)或漏區(qū)起作用的高密度雜質(zhì)區(qū)656。
像素部分的像素TFT684包括溝道形成區(qū)646、形成于柵電極之外的低密度雜質(zhì)區(qū)645(LDD區(qū))以及作為源區(qū)和漏區(qū)起作用的高密度雜質(zhì)區(qū)658。作為保持電容685的電極起作用的島狀半導(dǎo)體中添加給予N型的雜質(zhì)元素和給予P型的雜質(zhì)元素。保持電容685由使用絕緣膜616作為電介質(zhì)的電極(632a和632b的層疊)和島狀半導(dǎo)體膜構(gòu)成。
根據(jù)實(shí)例1，在像素結(jié)構(gòu)中，像素電極的末端部被如此放置以和源線路重疊使得像素電極之間的空間無需用任何黑矩陣就能被屏蔽。實(shí)例2實(shí)例2中將說明根據(jù)本發(fā)明使用激光照射方法的TFT的制造方法。
首先，如圖12A所示，非晶半導(dǎo)體膜形成于絕緣面上，然后，非晶半導(dǎo)體膜被刻蝕以形成島狀半導(dǎo)體6001和6002。圖12G是圖12A的俯視圖，沿著線A-A’的截面圖是圖12A。然后，如圖12B所示，形成非晶半導(dǎo)體膜6003以覆蓋島狀半導(dǎo)體6001和6002。優(yōu)選的是，在緊臨形成膜之前，膜用稀釋的氫氟酸清洗以從其表面上除去氧化物膜，然后立即形成非晶半導(dǎo)體膜6003。圖12H是圖12B的俯視圖，沿著線A-A’的截面圖是圖12B。
其次，如圖12C所示，讓非晶半導(dǎo)體膜6003受到圖形化處理，形成覆蓋島狀半導(dǎo)體膜6001和6002的島狀半導(dǎo)體膜A的膜6004。圖12I是圖12C的俯視圖，沿著線A-A’的截面圖是圖12C。然后如圖12D所示，激光束選擇性的照射到島狀半導(dǎo)體膜A的膜6004上以提高結(jié)晶度。圖12J是圖12D的俯視圖，沿著線A-A’的截面圖是圖12D。
接下來，如圖12E所示，對已經(jīng)提高了結(jié)晶度的島狀半導(dǎo)體膜A的膜6004圖形化以形成要變成島狀半導(dǎo)體膜B的膜6008。圖12K是圖12E的俯視圖，沿著線A-A’的截面圖是圖12E。然后，如圖12F所示，形成用島狀半導(dǎo)體膜B的膜6008作為有源層的TFT。盡管以下特定的制備過程可以隨著TFT配置而變化，典型地，實(shí)施下列步驟；即，形成柵絕緣膜6009以便于與島狀半導(dǎo)體膜B的膜6008接觸上的步驟；柵電極6010形成于柵絕緣膜上的步驟；雜質(zhì)區(qū)6011和6012以及溝道形成區(qū)6013形成于島6008中的步驟；形成覆蓋柵絕緣膜6009、柵電極6010和島6008的夾層絕緣膜6014的步驟；與雜質(zhì)區(qū)6011和6012連接的線路6015和6016形成于夾層絕緣膜6014上的步驟。圖12L是圖12 F的俯視圖，沿著線A-A’的截面圖是圖12 F。
適配雜質(zhì)區(qū)6011和6012中半導(dǎo)體膜的厚度使得它比溝道形成區(qū)6013中半導(dǎo)體膜的厚度厚。由于雜質(zhì)區(qū)的薄片電阻可以降低，優(yōu)選的得到滿意的晶體管特性。實(shí)例3實(shí)例3包括用催化劑晶化半導(dǎo)體的工藝。將只說明與實(shí)例1不同的點(diǎn)。當(dāng)使用催化劑元素時(shí)，優(yōu)選的采用日本專利公開號(hào)7-130652和日本專利公開號(hào)8-78329中公開的技術(shù)。
用Ni形成非晶半導(dǎo)體膜之后，對其進(jìn)行固相晶化(下文中，該晶化方法將稱作NiSPC)。例如，當(dāng)用日本專利公開號(hào)7-130652中公開的技術(shù)時(shí)，非晶半導(dǎo)體膜用含10ppm重量轉(zhuǎn)化的Ni的醋酸鎳鹽溶液涂覆以形成含鎳層。在500℃脫氫處理1小時(shí)之后，在500-650℃熱處理4-12小時(shí)；例如，在550℃處理8小時(shí)以使其晶化。至于適用的催化劑元素，除了鎳(Ni)，還可以用諸如鍺(Ge)、鐵(Fe)、鈀(Pd)、錫(Sn)、鉛(Pb)、鈷(Co)、鉑(Pt)、金(Au)等的元素。
涂覆醋酸鎳鹽和熱處理步驟的工藝可以在島狀半導(dǎo)體膜A形成之后實(shí)施。
根據(jù)本發(fā)明通過激光照射方法，已經(jīng)用NiSPC方式晶化了的島狀半導(dǎo)體膜A的結(jié)晶度進(jìn)一步提高了。由于通過激光束照射得到的多晶半導(dǎo)體包含催化劑元素，在激光晶化之后實(shí)施一道工藝(吸取，gettring)以便從結(jié)晶半導(dǎo)體膜中除去催化劑元素。至于吸取，日本專利公開號(hào)10-135468和日本專利公開號(hào)10-135469等公開的技術(shù)是適用的。
特別地，對激光照射后得到的多晶半導(dǎo)體中的一部分，磷被加入，在550-800℃溫度下鎳氣氛中熱處理5-24小時(shí)；例如在600℃的溫度下12小時(shí)。當(dāng)應(yīng)用本發(fā)明時(shí)，優(yōu)選的，把磷加入到將要變成島狀半導(dǎo)體膜A中TFT有源層的島狀半導(dǎo)體膜B之外的半導(dǎo)體區(qū)域中之后，進(jìn)行熱處理。
由于這樣，多晶半導(dǎo)體中加入了磷的區(qū)域起到吸取位的作用，留在多晶半導(dǎo)體中的磷可以在添加了磷的區(qū)域中被隔離。由于這樣，有可能得到島狀半導(dǎo)體，其中TFT溝道區(qū)中的催化劑元素的密度減少到小于1×1017原子/cm3，優(yōu)選的到大約1×1016原子/cm3。實(shí)例4實(shí)例4中將說明根據(jù)本發(fā)明用激光照射方法形成的TFT的結(jié)構(gòu)。
圖13A所示的TFT包括溝道形成區(qū)7001、夾在溝道形成區(qū)7001之間的第一雜質(zhì)區(qū)7002以及包括夾在第一雜質(zhì)區(qū)7002和溝道形成區(qū)7001之間的第二雜質(zhì)區(qū)7003的有源層。另外，與有源層相鄰的柵絕緣膜7004和形成于柵絕緣膜上的柵電極7005包含在TFT中。形成側(cè)壁7006使得它與柵電極的側(cè)面相鄰。
側(cè)壁7006與第二雜質(zhì)區(qū)7003重疊，被插入柵絕緣膜7004，它可以是導(dǎo)電的或絕緣的。當(dāng)側(cè)壁7006導(dǎo)電時(shí)，它可以用作包含側(cè)壁7006的柵電極。
圖13B所示的TFT包括溝道形成區(qū)7101、夾住溝道形成區(qū)7101的第一雜質(zhì)區(qū)7102，以及包括夾在第一雜質(zhì)區(qū)7102和溝道形成區(qū)7101之間的第二雜質(zhì)區(qū)7103的有源層。另外，與有源層相鄰的柵絕緣膜7104以及由建立在柵絕緣膜上的雙層導(dǎo)體膜7105和7106構(gòu)成的柵電極被包含進(jìn)來。形成側(cè)壁7107使得它與導(dǎo)體膜7105的上表面和導(dǎo)體膜7106的側(cè)面相鄰。
側(cè)壁7107可以是導(dǎo)電的或絕緣的。當(dāng)側(cè)壁7107是導(dǎo)電的時(shí)，它可以用作包括側(cè)壁7106的柵電極。
圖13C所示的TFT包括溝道形成區(qū)7201、夾住溝道形成區(qū)7201的第一雜質(zhì)區(qū)7202、以及包括形成于第一雜質(zhì)區(qū)7202和溝道形成區(qū)7201之間的第二雜質(zhì)區(qū)7203的有源層。另外，形成與有源層相鄰的柵絕緣膜7204、柵絕緣膜上的導(dǎo)體膜7205，覆蓋導(dǎo)體膜7205的側(cè)表面和上表面的導(dǎo)體膜7206以及與導(dǎo)體膜7206的側(cè)面相鄰的側(cè)壁7207。導(dǎo)體膜7205和導(dǎo)體膜7206作為柵電極起作用。
側(cè)壁7207可以是導(dǎo)電的或絕緣的。當(dāng)側(cè)壁7207是導(dǎo)電的時(shí)，它可以用作包括側(cè)壁7207的柵電極。
實(shí)例4可以與實(shí)例1-3的任何一個(gè)組合實(shí)施。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，有可能提供半導(dǎo)體裝置的制造方法，其能夠通過人工控制的超側(cè)向生長連續(xù)地形成大的晶粒，導(dǎo)致激光晶化過程中提高了的襯底處理效率，其不像傳統(tǒng)的SLS方法，使用簡單的激光照射方法而不需要專門的光學(xué)系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述半導(dǎo)體裝置在具有絕緣表面的襯底上配備薄膜晶體管，所述制造方法包括在所述襯底上形成非單晶半導(dǎo)體；依照所述薄膜晶體管的布局信息，在所述非單晶半導(dǎo)體中形成標(biāo)記和島狀半導(dǎo)體層A，所述半導(dǎo)體層是包括要變成所述薄膜晶體管有源層的區(qū)域的特定區(qū)域；用所述標(biāo)記作為定位參考，通過向所述島狀半導(dǎo)體層A選擇性地照射激光束形成晶化區(qū)；以及刻蝕所述島狀半導(dǎo)體層A的周圍區(qū)域以形成島狀半導(dǎo)體層B，其變成所述薄膜晶體管的有源層區(qū)，其中所述激光束是脈沖振蕩的激光束，并且所述脈沖振蕩的激光束的脈沖寬度是50ns或更多。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述激光束用固態(tài)激光振蕩器作為光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述激光束使用選自YAG激光振蕩器、YVO4激光振蕩器、YLF激光振蕩器、YAlO3激光振蕩器、玻璃激光振蕩器、紅寶石激光振蕩器、變石激光振蕩器、Ti藍(lán)寶石激光振蕩器、鎂橄欖石激光振蕩器或Nd:YLF激光振蕩器中的一個(gè)或多個(gè)光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述激光束是二次諧波、三次諧波或四次諧波。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述非單晶半導(dǎo)體表面上的所述激光束的束斑位置在每次激光振蕩中移動(dòng)0.3μm或更多和5μm或更少的距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述束斑縱向中心軸與所述束斑的移動(dòng)方向之間形成的角是直角。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述束斑的移動(dòng)方向保持在相對于所述薄膜晶體管溝道長度方向的水平方向上。
8.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述半導(dǎo)體裝置在具有絕緣表面的襯底上配備薄膜晶體管，所述制造方法包括在所述襯底上形成非單晶半導(dǎo)體；依照所述薄膜晶體管的布局信息在所述非單晶半導(dǎo)體上形成標(biāo)記和島狀半導(dǎo)體層A，該半導(dǎo)體層是包括要變成所述薄膜晶體管有源層的區(qū)域的特定區(qū)域；用所述標(biāo)記作為定位參考通過向包括所述島狀半導(dǎo)體層A的特定區(qū)域選擇性地照射激光束形成晶化區(qū)；以及刻蝕所述島狀半導(dǎo)體層A的周圍區(qū)域以形成島狀半導(dǎo)體層B，其變成所述薄膜晶體管的有源層區(qū)域，其中所述激光束是脈沖振蕩的激光束，并且所述脈沖振蕩的激光束的脈沖寬度是50ns或更多。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述激光束用固態(tài)激光振蕩器作為光源。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述激光束使用選自YAG激光振蕩器、YVO4激光振蕩器、YLF激光振蕩器、YAlO3激光振蕩器、玻璃激光振蕩器、紅寶石激光振蕩器、變石激光振蕩器、Ti藍(lán)寶石激光振蕩器、鎂橄欖石激光振蕩器或Nd:YLF激光振蕩器中的一個(gè)或多個(gè)光源。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述激光束是二次諧波、三次諧波或四次諧波。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述非單晶半導(dǎo)體表面上的所述激光束的束斑位置在每次激光振蕩中移動(dòng)0.3μm或更多和5μm或更少的距離。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述束斑縱向中心軸與所述束斑的移動(dòng)方向之間形成的角是直角。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述束斑的移動(dòng)方向保持在相對于所述薄膜晶體管溝道長度方向的水平方向上。
全文摘要
激光照射之前形成島狀半導(dǎo)體膜和標(biāo)記。標(biāo)記用作定位參考使得不會(huì)在襯底表面中整個(gè)半導(dǎo)體上實(shí)施激光照射，而是在至少是絕對必要的部分上實(shí)施最小化的晶化。由于激光晶化所需要的時(shí)間可以減少，有可能提高襯底處理的速度。通過向傳統(tǒng)SLS方法中應(yīng)用上述組成，提供了解決傳統(tǒng)SLS方法中襯底處理效率不夠這樣的問題的方法。
文檔編號(hào)H01L21/20GK1426088SQ02156040
公開日2003年6月25日 申請日期2002年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月11日
發(fā)明者山崎舜平, 下村明久, 大谷久, 廣木正明, 田中幸一郎, 志賀愛子, 秋葉麻衣, 笠原健司 申請人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所