[发明专利]用于制造半导体器件的方法

说明书

本发明涉及一种利用结晶薄膜半导体来制造半导体器件的方法。

最近，人们已经把注意力集中到由在一个玻璃或石英衬底上形成的薄膜半导体组成的晶体管。这样一种薄膜晶体管(TFT)是由在一个玻璃衬底或石英衬底的表面上形成的，具有厚度为几百至几千埃(A)的薄膜半导体构成的(绝缘栅场效应晶体管)。

TFT用在象有源矩阵型液晶显示装置的领域这样的应用领域里。一个有源矩阵型液晶显示装置具有在一个矩阵中排列的几十万个象素，并且为每个象素设置了作为无关元件的TFT，以便实现高质量的图像显示。实际上为有源矩阵型液晶显示装置设计的可适用的TFT使用了非晶硅的薄膜。

然而，以非晶硅的薄膜为基础的TFT在性能上仍然是劣质的。如果作为一个有源矩阵型的液晶显示需要较高的显示功能，那么利用一个非晶硅膜的TFT的特性太低了以致不能满足所需要的等级。

此外，已提出利用TFT在一单个衬底上制造一种集成的液晶显示系统，以便不仅实现象素转换，而且还实现了外围的驱动电路。然而，利用非晶硅薄膜的TFT不能构成一个外部驱动电路，因为它具有低的运行速度。特别是，一个基本问题是一个CMOS电路不能由一个非晶硅薄膜获得。这是由于利用非晶硅薄膜很难实现实际的P-沟道型TFT(也就是说，由于它的太低的性能，所以利用非晶硅薄膜的TFT实际上是不可能的)。

另一个技术提出：把其它的集成电路和用于处理或记录图像数据等的类似电路与象素区和周围驱动电路一起集成在一个单个衬底上。然而，利用一个非晶硅薄膜的TFT其特性太低了以致于不能够构成一种可处理图像数据的集成电路。

另一方面，具有一种用于制造使用结晶硅膜的TFT的方法，它与利用非晶硅薄膜的TFT相比较具有较好的特性。该制造TFT的方法包括步骤：形成一个非晶硅膜；和通过使非晶硅膜经受热处理或激光辐照把所产生的非晶硅膜变成一种结晶硅膜。通过使非晶硅膜结晶所得到的结晶硅膜一般地产生多晶结构或微晶结构。

与利用非晶硅膜的TFT相比，利用结晶硅膜能够获得具有较高优良特性的TFT。在用于评价TFT的指标之一的迁移率中，利用非晶硅膜的TFT产生0.5至1cm²/Vs或更低的迁移率(在一种N-沟道TFT)，但利用结晶硅膜的TFT具有大约为100cm²/Vs的迁移率或更高(在N-沟道TFT中)或对于P-沟道TFT具有大约为50cm²/Vs或更高。

通过使非晶硅膜结晶所获得的结晶硅膜具有一种多结晶结构。因此由于晶粒边界的存在产生了各种问题。例如，通过边界移动的载流子大大地限制了TFT的耐压。在高速操作中产生的特性变化或降低是另一个问题。此外，当TFT关断时，通过晶粒边界移动的载流子增加了关断电流(漏电流)。

在以较高集成的结构中制造一种有源矩阵型的液晶显示装置时，希望在一个单个玻璃衬底上不仅形成象素区而且形成外围电路。在这种情况下，需要在外围电路中设置的TFT操作一个大电流以便驱动在矩阵中排列的几十万的象素晶体管。

为了操作大电流必须利用具有宽沟道宽度的TFT。然而，即使沟道宽度应被加宽，但由于耐压的问题，利用结晶硅膜的TFT不能够实施。在制造实际可用的TFT时，在阈值电压中大的波动是另一个障碍。

由于涉及到阈值电压的波动和随时间的推移特性变化的问题，所以利用结晶硅膜的TFT不能应用到用于处理图像数据的集成电路。因此，以能够用来代替常规IC的TFT为基础的实际可用的集成电路不能够被实现。

为了克服利用非晶硅薄膜的TFT或利用多晶或微晶硅薄膜的TFT所涉及的问题，在现有技术中已经知道了一种用于制造一种利用特殊区域的TFT的方法，该制造TFT的方法包括步骤：在一个非晶硅薄膜的特殊区域中形成一个能够被认为是单晶的区域，随后利用这个特殊的区域形成一个TFT。利用该方法能够获得一个与在一个单晶硅薄片形成的晶体管(即一种MOS型晶体管)的特性相比具有更优良特性的TFT。

在JP-A-Hei-2-140915中公开了上述技术(术语“JP-A”代表“未审查而公开的日本专利申请)。在图2A中，该方法包括步骤：形成一作为籽晶的区域201，然后对其施加热处理以便从作为籽晶的区域201开始沿着箭头203的方向进行晶体生长，最后使构图成形状202的非晶硅区结晶。