半导体膜,半导体器件,和制造方法技术

一种半导体薄膜，具有不规则网格图案的上述半导体薄膜的表面，其中： 具有在脊状分岔中伸出的凸起部分的脊；和 在包括由脊不规则地夹在中间的平整部分和凹面部分的区域中两个任意点之间提供了至少一条不被脊阻碍的通路。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有由薄膜晶体管(下文中被称为TFT)组成的电路的半导体器件和制造半导体器件的方法。例如，本专利技术涉及以液晶显示屏面为代表的电光器件和安装在电光器件上作为元件的电子设备。注意到本说明书中的术语半导体器件指示通常能够起到半导体特性作用的器件，电光器件、半导体电路和电子设备全都包括在半导体器件的范畴。有源矩阵液晶模块被认为是薄膜晶体管的典型实例。尤其是，和具有非晶体结构的硅薄膜(典型地，非晶硅薄膜)的TFT相比，具有晶体结构的硅薄膜(典型地，多晶硅薄膜)作为活性层的TFT(下文中被称为多晶硅TFT)具有较高的场效应迁移率，因此这样的TFT最近被多用途使用。尽管有多种获得具有晶体结构的硅薄膜的技术，特别是在日本未经审查的专利出版物NO.Hei.8-78329正式报告中举出的技术，其中在非晶硅薄膜中选择性的加入促进结晶化的金属元素(典型地是镍)，由此执行热处理来形成以附加区域作为起始点扩展的晶体硅薄膜。因为和其它技术相比，由此获得的晶体晶粒度非常大，并且场效应迁移率比较高，因此能够形成配备了各种功能的各种电路。例如，在将上述正式报告的技术应用到在液晶显示设备中携带的液晶模块的情况下，能够在一个衬底上形成用于控制例如执行用于每个功能块的图象显示的像素部分这样的像素部分的驱动电路、基于CMOS电路的移位寄存电路、电平移位电路、缓冲电路和采样电路等。而且，和不利用金属元素的方法相比较，上述正式报告的技术通过金属元素的作用能够将非晶硅薄膜的结晶温度降低大约50-100℃，因此能够使用玻璃衬底而不会在工艺中出现任何问题。而且，和不使用金属元素的方法相比较，在上述正式报告技术的结晶所需的时间减少了1/5到1/10，因此上述正式报告技术在生产率方面也是很出色的。为了解决上述各种问题，从广泛的各种角度来考虑所执行的许多试验的结果，才产生了本专利技术。当为了结晶而执行热处理的时候，最好将具有在其中添加了用于促进结晶的金属元素的非晶体结构的半导体薄膜中的阻碍结晶的氧浓度尽可能地减小，特别地要小于5×1018/cm3。已经发现通过在执行热处理以后将氧引入薄膜来解决上述问题，尤其是能够增加场效应的活动性。作为将氧导入具有晶体结构的半导体薄膜中的处理技术，通过利用臭氧水将具有晶体结构的半导体的表面氧化以后，通过在惰性气体环境或者真空中照射激光，可以将薄膜中的氧浓度设定为5×1018/cm3到1×1021/cm3。或者，作为将氧导入具有晶体结构的半导体薄膜中的另一个处理技术，通过在包含氧或者水分子的环境下照射激光，可以将薄膜的氧浓度设定为5×1018/cm3到1×1021/cm3。另外，利用电炉等在包含氧或者水分子的环境下执行氧化以后，通过在惰性气体环境或者真空中照射激光，可以将薄膜中的氧浓度设定为5×1018/cm3到1×1021/cm3。此外，通过离子搀杂或者离子注入增加氧以后，通过在惰性气体环境或者真空中照射激光可以将薄膜中的氧浓度设定为5×1018/cm3到1×1021/cm3，以便于在半导体薄膜中的氧浓度变成5×1018/cm3到1×1021/cm3。而且，在激光照射到半导体薄膜的情况下半导体薄膜立即从表面熔化，在那之后，由于对衬底的热传导而将熔化的半导体薄膜从衬底侧冷却和凝固。在凝固过程中发生重结晶，半导体薄膜变成具有较大晶粒度的晶体结构的薄膜，但是由于暂时的熔化引起了体积膨胀，并且在半导体表面中形成了被称为脊的不平坦。尤其是，在其上形成脊的表面变成了与顶栅TFT的栅极绝缘薄膜的分界面，因此元素特性有很大变化。除了上述处理方法，依据本专利技术在激光照射以后除去在半导体薄膜表面上的氧化膜，此外，然后在惰性气体环境或者真空中照射激光来使得具有晶体结构的半导体薄膜的表面变平。注意到与通过第一激光来执行具有非晶体结构的薄膜的结晶和通过利用第二激光(JP 2001-60551 A)来平整的技术不同，本专利技术涉及到将第一激光照射到具有晶体结构的半导体薄膜上。而且，本专利技术是这样的技术在其中添加了用于促进结晶的金属元素，形成了具有晶体结构的半导体薄膜，并且通过金属元素的添加又增加了水平度。由本说明书公开的本专利技术的第一方面涉及制造半导体器件的方法，包括在绝缘表面上形成具有非晶体结构的半导体薄膜的第一步；将金属元素添加到具有非晶体结构的半导体薄膜中的第二步；对具有非晶体结构的半导体薄膜进行热处理以便于形成具有晶体结构的半导体薄膜，然后从晶体半导体薄膜表面上除去氧化膜的第三步；将氧导入具有晶体结构的半导体薄膜中以便于使得薄膜中的氧浓度从5×1018/cm3到1×1021/cm3的第四步；从具有晶体结构的半导体薄膜的表面上除去氧化膜的第五步；和在惰性气体环境下或者真空中照射激光以便于使得具有晶体结构的半导体薄膜的表面变平第六步。而且，尽管当对具有非晶体结构的半导体薄膜进行热处理的时候在表面上形成氧化膜，但是也可以进行导入氧的处理而不用除去氧化膜。本专利技术的第二方面涉及到制造半导体器件的另一个方法，包括在绝缘表面上形成具有非晶体结构的半导体薄膜的第一步；将金属元素添加到具有非晶体结构的半导体薄膜中的第二步；对具有非晶体结构的半导体薄膜进行热处理以便于形成具有晶体结构的半导体薄膜的第三步；将氧导入具有晶体结构的半导体薄膜中以便于使得薄膜中的氧浓度从5×1018/cm3到1×1021/cm3的第四步；从具有晶体结构的半导体薄膜的表面上除去氧化膜的第五步；和在惰性气体环境下或者真空中照射激光以便于使得具有晶体结构的半导体薄膜的表面变平的第六步。而且，在本专利技术中，尽管将用于促进结晶的金属元素(典型的是Ni)添加到具有非晶体结构的半导体薄膜上以便于引起结晶，但是最好在结晶以后通过吸收技术等除去用于促进结晶的金属元素。本专利技术的第三方面涉及到制造半导体器件的另一种方法，包括在绝缘表面上形成具有非晶体结构的半导体薄膜的第一步；将金属元素添加到具有非晶体结构的半导体薄膜中的第二步；对具有非晶体结构的半导体薄膜进行热处理以便于形成具有晶体结构的半导体薄膜，然后从晶体半导体薄膜表面上除去氧化膜的第三步；将氧导入具有晶体结构的半导体薄膜中以便于使得薄膜中的氧浓度从5×1018/cm3到1×1021/cm3的第四步；从具有晶体结构的半导体薄膜的表面上除去氧化膜的第五步；和在惰性气体环境下或者真空中照射激光以便于使得具有晶体结构的半导体薄膜的表面变平第六步；和吸收金属元素来除去具有晶体结构的半导体薄膜中的金属元素或者降低其中的金属元素的浓度的第七步。而且，在本专利技术的每个前述方面中，用于执行第六步的激光的能量密度设定为430到560mJ/cm2，并且在第四步执行的激光照射使用具有比在第六步使用的激光的能量密度低30到60mJ/cm2的能量密度(在400到500mJ/cm2之间)的激光。而且，在本专利技术中包括通过上述制造方法获得的具有晶体结构的半导体薄膜。本专利技术的包含具有晶体结构的半导体薄膜的半导体器件的一方面包括具有下列部分的TFT具有沟道形成区、漏极区和源极区的半导体层；栅极绝缘薄膜；栅电极，其中在1×1016/cm3到5×1018/cm3浓度的半导体层中包含金属元素；和半导体层的表面的平均表面粗糙度(Ra值)等于或者小于通过AFM(原子力显微镜)获得的2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体薄膜，具有不规则网格图案的上述半导体薄膜的表面，其中具有在脊状分岔中伸出的凸起部分的脊；和在包括由脊不规则地夹在中间的平整部分和凹面部分的区域中两个任意点之间提供了至少一条不被脊阻碍的通路。2.依据权利要求1的半导体薄膜，其中在半导体薄膜中包含了1×1016/cm3到5×1018/cm3浓度的金属元素。3.依据权利要求2的半导体薄膜，其中金属元素是用于促进硅结晶的金属元素，可以是从包括Fe、Ni、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu和Au的组中选出的一个元素或者多个元素。4.依据权利要求1中任意一个的半导体薄膜，其中半导体薄膜表面的平均表面粗糙度(Ra值)等于或者小于2nm。5.包括TFT的半导体器件，TFT具有具有沟道形成区域、漏极区域和源极区域的半导体层；栅极绝缘薄膜；和栅电极，其中半导体层的表面具有不规则的网格图案；具有在脊状分岔中伸出的凸起部分的脊；和在包括由脊不规则地夹在中间的平整部分和凹面部分的区域中两个任意点之间提供了至少一条不被脊阻碍的通路。6.依据权利要求5的半导体器件，其中在半导体层中包含了1×1016/cm3到5×1018/cm3浓度的金属元素。7.依据权利要求6的半导体器件，其中金属元素是用于促进硅结晶的金属元素，可以是从包括Fe、Ni、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu和Au的组中选出的一个元素或者多个元素。8.依据权利要求5中任意一个的半导体器件，其中半导体层表面的平均表面粗糙度(Ra值)等于或者小于2nm。9.一种制造半导体器件的方法，包括在绝缘表面上形成具有非晶体结构的半导体薄膜的第一步；将金属元素添加到具有非晶体结构的半导体薄膜的第二步；加热处理具有非晶体结构的半导体薄膜以便于形成具有晶体结构的半导体薄膜，然后从结晶半导体薄膜表面上除去氧化膜的第三步；将氧导入具有晶体结构的半导体薄膜中以便于使得在薄膜中氧浓度从5×1018/cm3到1×1021/cm3的第四步；除去具有晶体结构的半导体薄膜表面上的氧化膜的第五步；和在惰性气体环境下或者真空中照射激光以便于平整具有晶体结构的半导体薄膜的表面的第六步。10.一种制造半导体器件的方法，包括在绝缘表面上形成具有非晶体结构的半导体薄膜的第一步；将金属元素添加到具有非晶体结构的半导体薄膜的第二步；加热处理具有非晶体结构的半导体薄膜以便于形成具有晶体结构的半导体薄膜的第三步；将氧导入具有晶体结构的半导体薄膜中以便于使得在薄膜中氧浓度从5×1018/cm3到1×1021/cm3的第四步；除去具有晶体结构的半导体薄膜表面上的氧化膜的第五步；和在惰性气体环境下或者真空中照射激光以便于平整具有晶体结构的半导体薄膜的表面的第六步。11.一种制造半导体器件的方法，包括在绝缘表面上形成具有非晶体结构的半导体薄膜的第一步；将金属元素添加到具有非晶体结构的半导体薄膜的第二步；加热处理具有非晶体结构的半导体薄膜以便于形成具有晶体结构的半导体薄膜，然后从结晶半导体薄膜表面上除去氧化膜的第三步；将氧导入具有晶体结构的半导体薄膜中以便于使得在薄膜中氧浓度从5×1018/cm3到1×1021/cm3的第四步；除去具有晶体结构的半导体薄膜表面上的氧化膜的第五步；在惰性气体环境下或者真空中照射激光以便于平整具有晶体结构的半导体薄膜的表面的第六步；和吸收金属元素以便于从具有晶体结构的半导体薄膜中除去金属元素或者降低其中的金属元素的浓度的第七步。12.依据权利要求9中的任意一个来制造半导体器件的方法，其中由第一步形成的在具有非晶体结构的半导体薄膜中的氧浓度小于5×1018/cm3。13.依据权利要求10中的任意一个来制造半导体器件的方法，其中由第一步...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫入秀和，志贺爱之，野村克己，牧田直树，松尾拓哉，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，夏普公司，
类型：发明
国别省市：