[发明专利]半导体装置和制造半导体装置的方法

说明书

发明领域

本发明涉及由具有晶体结构的半导体膜形成的半导体装置以及制 造半导体装置的方法，更具体地，涉及包括其沟道形成区由绝缘表面 上的结晶半导体膜形成的场效应晶体管的半导体装置和制造该半导体 装置的方法。

发明背景

已知在玻璃或其它绝缘膜衬底上形成非晶半导体膜并通过激光照 射晶化膜的技术。由具有晶体结构的半导体膜(结晶半导体膜)制造 的薄膜晶体管(下文中称作TFT)应用于平面显示装置(平板显示器)， 典型地，液晶显示装置。

激光以重结晶半导体衬底中非晶层或被破坏的层或者半导体膜的 技术的形式并以晶化形成于绝缘表面上的非晶半导体膜的技术的形式 应用于半导体制造过程。通常使用的激光振荡器是以准分子激光器为 代表的气体激光器或以YAG激光器为代表的固体激光器。

通过激光照射晶化非晶半导体膜的实例公开于JP62-104117A 中。这个实例中，激光扫描速度设定为束斑直径乘以每秒5000或更快 以通过高速扫描把非晶半导体膜制成多晶膜而不完全融化膜。另一个 已知的实例是用JP08-195375A中公开的激光处理设备并在照射前用 光学系统将激光处理成线形(linear)光束。

JP2001-144027A公开了制造TFT的技术，其中采用诸如Nd:YVO₄激光器的固体激光振荡器以便用其激光的二次谐波照射非晶半导体膜 并形成比以前的技术中更大晶粒尺寸的结晶半导体膜。

然而，在绝缘表面上形成具有更少缺陷和晶粒边界、或亚晶粒 (sub-grain)边界并且取向上更少波动的高质量结晶半导体膜的主流 方法一直是膜在高温加热并融化之后单晶衬底上半导体膜的重结晶， 其被认为是区域融化方法。

人们认为问题是该方法如已知的图形外延(graphoepitaxy)技术 那样利用基础的级差(level difference)，并且晶体沿着级差生长 以便在所得到的单晶半导体膜表面上留下级差。此外，单晶半导体膜 不能用图形外延在具有相对低畸变点的玻璃衬底上形成。

另一方面，当形成于平坦表面上的非晶半导体膜通过激光照射晶 化时，得到多晶并且诸如晶粒边界的缺陷随意地形成。因而不能得到 具有同样取向的晶体。

晶粒边界有大量的晶体缺陷，其作为载流子的陷阱并认为是降低 电子或空穴迁移率的原因。不可能形成没有伴随晶化产生的晶格不匹 配、基础的热应变、以及半导体的体积收缩引起的缺陷、晶粒边界、 或亚晶粒边界的半导体膜。因此，对于形成于绝缘表面上的结晶半导 体膜不可能通过晶化或重结晶达到形成于单晶衬底上的MOS晶体管的 质量而不粘结SOI(绝缘体上的硅)。

例如，当半导体膜形成于玻璃衬底上以建造TFT时，不考虑任意 形成的晶粒边界排列TFT，因而TFT沟道形成区的结晶性不能严格地控 制。任意形成的晶粒边界的晶体缺陷降低了性能并引起了元件之间性 能的波动。

发明简述

考虑到上述问题产生了本发明，本发明的一个目的因而是提供由 半导体元件或半导体元件组组成的半导体装置，其中沟道形成区中具 有尽可能少晶粒边界的结晶半导体膜形成于绝缘表面上，其能高速运 转、其具有高电流驱动性能、并在元件之间更少波动。

为了解决上述问题，本发明在具有绝缘表面的衬底上形成具有开 口的绝缘膜、在绝缘膜上及开口之上形成具有任意形成的晶粒边界的 多晶半导体膜或非晶半导体膜、并用结晶半导体膜形成填充开口的结 晶半导体膜。为了详细地阐述，结晶半导体膜通过融化半导体膜、将 融化的半导体灌入绝缘膜的开口、并晶化或重结晶半导体膜形成。然 后结晶半导体膜除了处于开口中的结晶半导体的部分之外被除去。形 成栅绝缘膜与结晶半导体膜的顶面接触并且在栅绝缘膜上形成栅电 极。上述是本发明的特征。