[发明专利]薄膜半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用以提高在基片上形成的结晶半导体薄膜的质量并可使其质量变动最小的技术。特别涉及应用该技术，以在基片上形成的结晶半导体膜作为半导体装置的沟道形成区的方式，显著改善薄膜半导体装置性能的、并可使半导体装置元件之间的质量均一的薄膜半导体装置的制造方法。

技术背景

在可采用以多晶硅薄膜晶体管(p-SiTFT)为代表的薄膜半导体装置所广泛使用的玻璃基片的、以约600℃以下的低温进行制造的场合，至今采用如下所述的制造方法。首先，在基片上以低压化学汽相淀积法(LPCVD法)淀积厚度约50nm的构成半导体膜的非晶硅膜。接着，用XeCl准分子激光器(波长308nm)照射该非晶硅膜，形成多晶硅膜(p-Si膜)。由于非晶硅和多晶硅对XeCl准分子激光(波长308nm)的吸收系数分别为0.139nm^-1和0.149nm^-1，照射在半导体膜上的激光中的90％被自表面至15nm处的膜层所吸收。其后，用化学汽相淀积法(CVD法)与物理汽相淀积法(PVD法)形成用以构成栅绝缘膜的氧化硅膜。然后，用钽等制成栅电极，构成由金属(栅电极)-氧化膜(栅绝缘膜)-半导体(多晶硅膜)形成的场效应晶体管(MOS-FET)。最后，在上述绝缘膜上淀积层间绝缘膜，在开接触孔后在金属薄膜上布线，薄膜半导体装置的制作遂告完成。

但是，这种传统的薄膜半导体装置制造方法，难以控制准分子激光的能量密度，微小的能量密度变动都会使半导体膜甚至在同一基片内表现出较大的差异。并且，只要照射的能量密度稍微超出由膜厚与含氢量确定的阈值，就会对半导体膜造成严重的损伤，致使半导体特性与成品率显著下降。为此，要在基片内获得品质均一的多晶半导体膜，对激光能量密度的设定必须相当地低于最佳值，因此而不能获得形成造成多晶硅薄膜的足够能量密度，这已是不争的事实。并且，事实上即使以最佳能量密度进行激光照射，由于难以使构成多晶膜的晶粒长大，会使膜中残留较多的缺陷。基于这样的事实，传统的制造方法中存在这样一个有待解决的课题：为了进行稳定的p-SiTFT等的薄膜半导体装置的制造，不得不牺牲已完成的薄膜半导体装置的电气特性。

加之，传统的薄膜半导体装置的制造方法中，还存在成品薄膜半导体装置的电气特性参差不齐的问题，这也是公认的课题。用传统的准分子激光照射可获得最大1μm的晶粒，往往不可能确定晶粒与晶界的位置。因此，在薄膜半导体装置的沟道形成区中是否含有晶界也成为了几率事件。在沟道形成区中是否含有晶界，对于半导体装置的特性的变动有很大的影响。如果沟道形成区中存在较多的晶界，半导体装置的电气特性就会恶化；如果沟道形成区中存在的晶界数较少，半导体装置的电气特性就会比较好。

鉴于以上情况，本发明的目的在于控制沟道形成区中晶界的位置，以提供无品质差异地稳定制造优质薄膜半导体装置的制造方法。

发明的公开

在介绍本发明的概要之后，将详细说明本发明的基础原理及实施例。

发明概述

本发明涉及以在基片上形成的半导体膜作为半导体装置的激活区(半导体装置激活区)加以利用的薄膜半导体装置的制造方法。半导体装置的激活区，就场效应晶体管而言，指沟道的形成区、沟道形成区与源区之间的结合区以及沟道形成区与漏区之间的结合区等三个区域。而就双极晶体管而言，则指基极区、发射极/基极结合区以及集电极/基极结合区等三个区域。构成本发明的主要工序包括：用以在基片上形成(对后来成为半导体装置激活区的半导体膜(活性半导体膜)的部位进行局部加热的)加热结构的加热结构形成工序；用以在该加热结构形成工序之后，形成活性半导体膜的活性半导体膜形成工序；用以在用局部加热机构使活性半导体膜局部过热的状态下，使活性半导体膜熔融结晶化的结晶化工序；以及，用以对经熔融结晶化的活性半导体膜进行岛状加工，形成半导体装置激活区的元件分离工序。