[发明专利]形成半导体器件的方法

说明书

本发明涉及低温下，低至450℃或更低的温度，制造绝缘栅半导体器件的工艺方法，还涉及以高成品率，制造包括有高集成度的所述器件的集成电路(IC)的方法。本发明涉及用上述工艺制造的半导体器件，进一步涉及高可靠性的半导体器件。依照本发明的半导体器件，适用于，例如，有源的阵列驱动液晶显示器，图象传感器驱动电路等，以及用于SOI集成电路及通用半导体集成电路(例如，微处理机、微控制器、微机、半导体存贮器等)的薄膜晶体管。

近来，人们致力于研究在绝缘衬底上制造绝缘栅半导体器件(MOS-FETS)。这种在绝缘衬底上有半导体集成电路的器件优点在于能高速驱动电路。与速度主要由存在于互连线与衬底之间电容造成的杂散电容而受限制的常规半导体IC相比，该新型半导体集成电路不会遇到这样的杂散电容。将绝缘衬底上有薄膜有源层的所述MOSFET，标记为薄膜晶体管(TFT)。这种TFT也可能出现在常规半导体IC中。例如用作SRAM的负载晶体管。

最近，要求在透光的衬底上制造半导体IC，例如象液晶显示器和图象传感器之类的光学器件中的驱动器电路。TFT也使用于这样的应用领域。但是，其中所用的电路要在大面积上形成。所以，该工艺过程要在更低的温度下进行。而且，当需要将半导体IC连接到在绝缘衬底上有多个端头的一器件连线端时，就建议在同一绝缘衬底上形成单块整个半导体IC，或至少形成其单块初极品。

通常，制造TFT要将非晶、半非品，或微晶的半导体薄膜在450℃到1200℃温度范围内退火，以获得改善了结晶性和有很高迁移率的一种结晶薄膜。TFT包括利用非晶体材料用半导体薄膜的非晶TFT，这种TFT是不能用的，因为TFT所达到的迁移率低至5cm²/VS，甚至更低，而一般该迁移率降到约1cm²/VS或更低的数值。因非晶TFT工作速度低，且限定用在N-沟型TFT，所以如果采用非晶TFT就被限在很窄的应用范围。所以这些TFT要在上述的温度范围内加速退火，以获得5cm²/VS或较高的迁移率值。只有退火之后，这些TFT才能制作P-沟TFT(PTFT)。

但是，前述的热处理却对所用衬底材料有严格限制。所谓的高温处理包括将温度加热到900至最高1200℃的步骤，使优质的热氧化膜可用作栅介质，因而，能用于这样的高温处理的应选物就是象石英、蓝宝石和尖晶石之类的昂贵衬底了，而且，这些昂贵的材料还难以获得大面积的衬底。

与高温处理情况比较，各种衬底材料却可选用于低温处理工艺，在温度不超过450到750℃范围内进行低温处理。然而，低温处理要长时间退火、由于热影响，从而会造成衬底变形与收缩之损害。

此外，通过把厚绝缘体膜加到半导体衬底与器件之间以隔离半导体衬底与器件并获得具有良好的结晶性，如同使用单晶半导体一样的元件来实现绝缘表面上形成MISFET，即绝缘栅半导体器件是极困难的。因此，非单晶半导体，即不是单晶半导体的一种结晶半导体常常用于MISFET。

非单晶半导体含有高密度缺陷，一般先与某一元素，如氢，中性化，实际上成为无缺陷态。例如通过氧化作用实施中性化处理。氢和半导体元素，如硅之间的原子键通常很弱，施加大于几十℃的热能便会很容易地破裂而引起最后所得化合物的分解。所以，当长时间加电压或电流时，由于半导体局部受热，氢易受解吸。这个现象明显地造成半导体特性退化。

根据上述情况的启发提出了本发明，因此本发明的目的是提供一种加工方法，温度不高于450℃，衬底材料不受限制，并且没有形变收缩问题。本发明的另一目的是提供一种这样结构的半导体器件，使用时能迅速释放所产生的热，以及还提供一种制造该器件的方法。

本发明的第1实施例提供一种薄膜半导体器件，该器件包括其上制备有薄膜的衬底，该薄膜包括用作主要构件的氮化铝，其上直接或间接设置半导体薄膜，包括用作主要构件的硅，以及其上还直接或间接设置由金属和半导体等材料制成的布线。

本发明还提供一种制造具有上述结构的薄膜半导体器件的方法。因而，本发明的第2实施例是提供一种方法，该方法包括形成一种含有氮化铝的薄膜，作为主要构件，在其上直接或间接形成包括硅的半导体膜，作为主要构件，以及还在其上直接或间接设置由金属和半导体之类材料制作的布线。