[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置及其制造方法。更详细的是涉及一种具备适合于液晶显示装置等显示装置的薄膜晶体管等的半导体装置及其制造方法、以及使用它们而得到的显示装置。

背景技术

半导体装置是具备利用了半导体的电气特性的有源元件的电子装置，广泛地应用于例如音频设备、通信设备、计算机、以及家电设备等。尤其是，具备薄膜晶体管(以下也称为“TFT”)等的三端子有源元件的半导体装置在广泛的领域被利用，用作有源矩阵型液晶显示装置(以下也称为“液晶显示器”)等显示装置中的开关元件、控制电路等。

近年来，在具备用于这样的液晶显示器等的TFT的半导体装置中，强烈要求低功耗化，在TFT中也要求低功耗化。作为TFT的低功耗化的方法，可以举出构成TFT的各构件的微细化等，尤其是必须通过配置于半导体层和栅电极之间的栅绝缘膜的薄膜化来降低TFT的阈值电压(Vth)。作为栅绝缘膜通常使用界面特性优越的氧化硅膜。在将包括氧化硅膜的单层构造的栅绝缘膜薄膜化的情况下，TFT的低阈值工作成为可能。但是在这种情况下，栅绝缘膜的击穿耐压下降、半导体层和栅电极之间的漏电流增加等故障容易发生。

此外，作为用于液晶显示器的TFT的半导体层，近年来使用多晶硅(以下也称为“p-Si”)。由此实现将驱动电路、控制电路等外围驱动电路和像素部在基板上一体化形成的液晶显示器，即所谓的单片液晶显示器(monolithic liquid crystal display)。作为在基板上的p-Si的形成方法，一般使用照射激光使非晶硅(以下也称为“a-Si”)结晶化、即所谓的激光退火法(laser annealing method)。但是，在使用该方法的情况下，由于在p-Si层的表面发生大的突起，所以当使栅绝缘膜薄膜化时，栅绝缘膜对p-Si层的覆盖特性(以下也称为“栅绝缘膜的覆盖性”)尤为恶化。此外，突起的前端容易发生电场集中，成为使击穿耐压进一步下降的因素。其结果是，在使用了多晶硅作为半导体层的TFT(以下也称为“p-TFT”)中，绝缘破坏、漏电流等故障变得容易发生。因此，在使用p-TFT作为开关元件的液晶显示器中，在招致在面板初始状态的点缺陷不良、器件的可靠性不良等不良增加、成品率下降的方面上有用心设计的余地。

相对于此，公开有一种通过使用等离子化的气体对多晶硅薄膜进行各向同性刻蚀(isotropic etching)从而使多晶硅薄膜平坦化的技术(例如，参照专利文献1。)。此外，还公开有一种通过利用激光照射等给予多晶硅层再结晶能量从而形成平坦化了的多晶硅层的技术(例如，参照专利文献2。)。进而，还公开有一种通过对在第一薄膜(硅氧化膜)以及第二薄膜上形成的非晶半导体膜(非晶硅薄膜)进行激光加热，形成具有大晶粒直径并且均匀化及平坦化了的多晶半导体膜(多晶硅薄膜)的技术(例如，参照专利文献3。)。根据这些，因为p-Si层被平坦化，所以可能会抑制绝缘破坏、漏电流等故障。但是，抑制在使栅绝缘膜薄膜化时的击穿耐压下降的效果并不充分。

因此，在对半导体层使用了平坦化的多晶硅等多晶半导体的半导体装置中，即使在使栅绝缘膜薄膜化的情况下，在防止绝缘耐压下降这一方面还有改善的余地。

专利文献1：日本专利申请公开2000-133634号公报

专利文献2：日本专利申请公开2001-60551号公报

专利文献3：日本专利申请公开2001-127302号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明正是鉴于上述现状而作出的，其目的是提供一种即使栅电极被薄膜化也具有高击穿耐压和高可靠性的半导体装置及其制造方法、以及使用它们的显示装置。

用于解决问题的方案

本发明人在对具有高击穿耐压和高可靠性的半导体装置进行种种研究时，着眼于多晶硅层等多晶半导体层和栅绝缘膜的形态。而且，发现在以往的只有多晶半导体层被平坦化了的半导体装置中，在多晶半导体层的图形端部中的栅绝缘膜的覆盖变得不充分，招致击穿耐压下降，并且发现多晶半导体层的表面粗糙度是9nm以下，栅绝缘膜通过具有氧化硅膜设在多晶半导体层一侧、包括介电常数比氧化硅高的材料的膜设在栅电极一侧的层叠构造，从而即使栅电极被薄膜化，也能实现具有高击穿耐压和高可靠性的半导体装置，想到能够完全解决上述问题，而达到了本发明。