[发明专利]制造半导体器件的方法

说明书

本发明涉及一种制造集成电路的方法，或者更具体地涉及包括具有矩阵结构的矩阵器件(包括电——光显示器和半导体存储器)和作为开关元件的MOS或MIS(金属—绝缘体—半导体)型场效应元件(下文一般称之为MOS型元件)的半导体电路，其特征在于它的动态工作，诸如液晶显示和动态RAM(DRAM)及其驱动电路或类似图像传感器的集成驱动电路。本发明特别涉及一种采用薄膜半导体元件，诸如形成于绝缘表面的薄膜半导体晶体管或类似物，如MOS型元件的器件，还涉及具有薄膜晶体管的、其有源层是用晶体硅形成的器件。

通常，用于薄膜器件，如薄膜绝缘栅型场效应晶体管(TFT)结晶硅半导体薄膜是用等离子CVD或热CVD方法形成的非晶硅膜在一种设备，如电炉中，在温度高于600℃经24小时以上进行结晶化的方法制备的。为了得到良好的特征，如高场迁移率和高可靠性，需要进行很多小时的热处理。

然而，通常的方法存在许多问题。问题之一是其生产率低，随之而来的是产品的成本变得高。例如，若花24小时作晶体化处理时，而若每片衬底花费2分钟时间处理，在相同的时间内，必须处理720片衬底。然而一个常用的管式炉一次最多能处理50片衬底，当仅用一个设备(反应管)时，每片花30分钟。即，为在2分钟处理1片，就必须用15个反应管。这意味着必须增加投资规模，那是因为投资被大幅度折旧，但不能在产品成本中反映出来。

另一个问题在于热处理的温度。一般，用于制造TFT的衬底大致分为由纯氧化硅组成的玻璃，如石英玻璃、非碱硼硅酸玻璃，诸如Coning No 7059(下文称之为Coning 7059)。在这些衬底中，前者就温度而言不成问题，因为它的耐热性好，因而能按与正常半导体集成电路的片子加工工艺相同的方式来操作，然而，它的成本高，并随衬底面积的增大而指数增加。所以，它仅被用作面积比较小的TFT集成电路。

另一方面，与石英玻璃相比，非碱玻璃的成本虽然十分低，但在耐热方面还存在问题。因为它的应变点一般在550～650℃，对某些易于应用的材料，或低于600℃。当用600℃做热处理时，就会导致衬底出现不可逆的收缩或翘曲之类的问题。当衬底的对角线距离超过10cm时尤为显著。基于上述原因，人们认为必须保持热处理条件低于550℃，时间不超过4小时，以便降低硅半导体膜结晶化的成本。因而，本发明的一个目的是提供一种半导体的制造方法，其排除这些条件，以及采用这种半导体来制造半导体器件的方法。

近来。已进行有关具有薄膜有源层(或称为有源区)的绝缘栅型半导体器件的研究。特别是对薄膜绝缘栅晶体管或所谓的薄膜晶体管(TFT)做了热烈的研究。它们形成在透明的绝缘衬底上，用来控制每个图象和驱动它的在显示器件，如一个具有矩阵结构的液晶显示器中的矩阵，或用作一个同样形成于绝缘衬底上的图象传感器的驱动电路。根据所用的半导体的材料的晶体状态，它们被分成非晶硅TFT或结晶硅(或称多晶硅)TFT。

最近，正开展利用介于多晶和非晶硅之间的中间态的材料的研究。虽然中间态尚处于讨论中，但所有那些用任何热处理(如用强能量，象激光辐照，在450℃以上的温度的退火)获得的某些晶体状态，在本说明书中被称为结晶硅。

结晶硅TFT作为一个所谓的SOI技术远被用于单晶硅集成电路中，在高集成的SRAM中它被用作一个负载晶体管。然而，在这种情况下，很少用非晶硅TFT。

还有绝缘衬底上的半导体电路的工作速度可以很高，因为在衬底和布线之间没有电容耦合，因而提出一种技术，用它作很高速度的微处理机或很高速度的存储器。

一般，一个处于非晶态的半导体的场迁移率是低的，因而不能用于工作速度要求很高的TFT。还有，因为P型非晶硅的场迁移率显著的小，不能制成P—型TFT(PMOS的TFT)，因而，不能与N沟型TFT(NMOS的TFT)结合形成一个互补MOS电路(CMOS)。

然而，用非晶半导体形成的TFT有一个优点，OFF(关断)电流小。因而它可被用于：工作速度要求不是很高、仅一种导电类型即可、以及要求一个电荷保持能力高的TFT，如具有小矩阵规模的液晶显示的有源矩阵电路的晶体管。然而，将非晶硅TFT用于尖端应用，如具有大规模矩陈的液晶显示器中，是困难的。还有它自然不能用于显示的外围电路和要求工作速度高的图象传感器的驱动电路。