薄膜半导体器件的制造方法技术

为了利用可以使用廉价的玻璃基板的低温处理来制造高性能的薄膜半导体器件，在不到４５０℃的温度下形成硅膜、结晶化之后、在最高工作温度为３５０℃以下的条件下制造了薄膜半导体器件。当将本发明专利技术用于有源矩阵液晶显示器件的制造时，可以容易而稳定地制造出大型高质量的液晶显示器件。而且，当用于其他的电子电路的制造时也可以容易而稳定地制造出高质量的电子电路。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及适用于有源矩阵液晶显示等的薄膜半导体器件制造方法、薄膜半导体器件、液晶显示装置和电子仪器
技术介绍
近年来，伴随液晶显示(LCD)的大画面化和高分辨率化，其驱动方式由单纯的矩阵方式向有源矩阵方式过渡，因此能显示大容量的信息。有源矩阵方式可以对具有超过数十万个像素的画面进行液晶显示，对每一个像素形成一个开关晶体管。使用可以进行透过型显示的熔融石英板和玻璃等透明绝缘基板作为各种液晶显示基板。通常使用非晶硅和多晶硅等半导体膜作为薄膜晶体管(TFT)的有源层，但是，对于想要由薄膜晶体管形成与驱动电路的一体化的情况，使用工作速度快的多晶硅则较为有利。当以多晶硅膜作为有源层时，使用熔融石英板作为基板，通常用最高工作温度超过1000℃的所谓高温处理的制造方法来作成TFT。另一方面，当以非晶硅膜作为有源层时，使用通常的玻璃板。对于要促进LCD的显示画面大型化和低价格化的场合使用这种便宜的普通玻璃作为绝缘基板则是必不可缺的。但是，如上所述，非晶硅膜存在着其电特性比多晶硅膜差得远和工作速度慢等内在的问题。而且，高温处理的多晶硅TFT由于使用熔融石英板，因而存在难以实现LCD的大型化和低价格化的问题。结果，迫切需要以在通常的玻璃基板上生成多晶硅膜等的半导体膜作为有源层从而制成薄膜半导体器件的技术。然而，使用易批量生产的大型普通玻璃时，为了避免基板变形，最高工作温度须在约570℃以下，因此受到很大的限制。也就是说，很希望有这样一种技术，该技术能在上述限制下形成可得到液晶显示工作的薄膜晶体管并形成可使驱动电路高速工作的薄膜晶体管的有源层。这就是现在所谓的低温处理Poly-Si TFT。以往的低温处理Poly-Si TFT在SID(Society forInformation Display)’93文摘的P.387(1993)中已示出。按照该技术，首先，使用甲硅烷(SiH4)作为原料气体在550℃的淀积温度下用LPCVD法淀积非晶硅膜(α-Si)、对该α-Si膜施加激光照射，使α-Si膜变质为Poly-Si膜。将Poly-Si膜形成电路图形后，用ECR-PECVD法将作为绝缘栅膜的SiO2膜在100℃的基板温度下进行淀积。在绝缘栅膜上用钽(Ta)形成栅极后，以栅极作为掩模将施主或受主杂质以离子注入方式注入到硅膜内，以自对准(self-align)方式形成晶体管的源/漏极。这时的离子注入使用所谓离子掺杂法的质量非分离型的注入装置，使用由氢稀释了的磷化氢(PH3)和乙硼烷(B2H6)作为原料气体。注入离子的激活温度是300℃。其后淀积层间绝缘膜、用氧化铟锡(ITO)和铝(Al)等制成电极和布线等，从而完成薄膜半导体器件。但是，依据以往技术的低温处理Poly-Si TFT，存在如下的内在问题，这些问题成为阻碍批量生产的主要因素。(问题1)由于工作温度高达550℃，所以不能使用便宜的玻璃，招致产品价格的提高。加之，因玻璃自身的重量变形随着大型化而增大，因而不能实现液晶显示装置的大型化。(问题2)对整个基板进行均匀的激光照射的这样一种适当的照射条件是较苛刻的、故适用范围窄。因此，随每一批产品的不同，结晶化有时均匀有时不均匀，因此不能进行稳定的生产。(问题3)当用离子掺杂法以及继而在大约300℃～350℃的低温下对相对于栅极来说源/漏极是自对准的自对准TFT进行激活性化时，常常会产生不能激活的问题。即源漏阻抗会达到数千兆欧姆。这一问题在想要作成轻掺杂漏极(LDD)TFT时更加突出，明显地成为成品率低下的原因。(问题4)低温处理Poly-Si TFT中只有用ECR-PECVD法制成的SiO2才显示良好的晶体管特性，但ECR-PECVD装置由于ECR源的大型化有困难因而不适于LCD的大型化。此外，合格率极低。因此，不能得到适合大型基板的适于批量生产的实用的栅极氧化膜制造装置。(问题5)用激光照射等的熔融结晶化来形成硅等的半导体膜时产生局部凝集，因此，在基板内半导体膜的电特性产生很大的变动、半导体膜表面变得粗糙从而使栅源间和栅漏间的耐压性能降低。(问题6)当使用廉价而普通的玻璃作为基板时，有效地防止杂质从基板混入半导体膜的衬底保护膜不是显示出最好的电特性的薄膜半导体器件的衬底保护膜。即，如果为了防止杂质的混入而将衬底保护膜作得厚一些，则由于衬底保护膜的应力使薄膜半导体器件的电特性变坏或者使薄膜半导体器件发生裂缝。(问题7)当用等离子体化学汽相淀积法(PECVD法)形成半导体膜时，清洗成膜室内部时构成清洗气体的元素氟(F)和碳(C)等残留在成膜室内，接着在淀积半导体膜时作为杂质混入半导体膜中。其结果，基板间杂质的混入量不同，因而不能稳定地制造出优良的薄膜半导体器件。(问题8)当用低压化学汽相淀积法(LPCVD法)淀积半导体膜时，随着淀积温度的降低要兼顾基板内的均匀性和淀积速度是困难的。即，当淀积温度降低时淀积速度也下降，为了弥补这一点，若加大压力的话则基板内的均匀性则明显变坏。这一倾向随着基板的增大而更加显著，成为大型LCD的批量生产的一个大的障碍。(问题9)在薄膜半导体器件的电特性的离散性方面除了基板内部的离散之外，还有同一批产品内的基板之间的离散和批与批之间产品的离散这样三种类型的离散。在以往技术的薄膜半导体器件及其制造方法中对这三种类型的离散都不能控制，特别是对于批与批之间的离散则几乎没有任何考虑。(问题10)用PECVD法形成半导体膜时，半导体膜和衬底保护膜的接合性差，在半导体膜上会产生无数个弹坑状的孔，还会引起大量的膜的剥落。因此，本专利技术的目标是解决上述问题，其目的旨在提供用现实的简单的手段在可以使用通常的大型玻璃基板的工作温度下稳定地制造良好的薄膜半导体器件的方法。专利技术的公开参照附图说明本专利技术的基础原理和作用。第1图(a)～(d)是用剖面示出形成MIS场效应晶体管的薄膜半导体器件的制造工序的概略图。在利用该图概要叙述低温处理Poly-Si TFT的制造方法，之后再详细说明本专利技术的各个工序。(1、本专利技术的薄膜半导体器件的制造方法的概要)在本专利技术中作为基板101的一个例子使用普通的无碱玻璃。首先用常压化学汽相淀积法(APCVD法)、PECVD法或溅射法等形成作为绝缘性物质的衬底保护膜102。接着淀积作为薄膜半导体器件的有源层的纯硅膜的半导体膜。半导体膜由LPCVD法、PECVD法、APCVD法等化学汽相淀积法(CVD法)或溅射法、蒸发法等物理汽相淀积法(PVD法)形成。对这样得到的半导体膜用激光等光学能量或电磁波能量进行短时间的照射使其结晶化。若最初淀积的半导体膜或是非晶质的、或是非晶质和微结晶混合的混晶质，该工序称之为结晶化。另一方面，若最初淀积的半导体膜是多结晶质的，该工序称之为再结晶化。本说明书中只要没有特别声明，把两者都笼统称之为结晶化。如果是激光等能量强度很高，结晶化时半导体膜一度熔融再经过冷却固化过程而结晶化。在本申请中，将此称之为熔融结晶化法。与此相对，把不经过熔融在固相下进行半导体膜的结晶化的方法称为固相生长法(SPC法)。固相生长法主要分成三类，在550℃左右到650℃左右温度下经过数小时到数十小时的结晶化的热处理法(Furnace-SPC法)；在不到1秒至1分钟左右的短时间内、在700℃到1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜半导体器件，该器件具有至少在基板表面的一部分上设有作为绝缘性物质的衬底保护膜的基板和在该基板的衬底保护膜上形成的构成晶体管有源层的半导体膜，其特征在于，上述衬底保护膜其表面粗细度以中心线平均粗细度表示在３．０ｎｍ以下。

【技术特征摘要】
JP 1994-6-15 133374/94;JP 1995-3-29 72144/951.一种薄膜半导体器件，该器件具有至少在基板表面的一部分上设有作为绝缘性物质的衬底保护膜的基板和在该基板的衬底保护膜上形成的构成晶体管有源层的半导体膜，其特征在于，上述衬底保护膜其表面粗细度以中心线平均粗细度表示在3.0nm以下。2.权利要求1中所述的薄膜半导体器件，其特征在于，上述衬底保护膜其表面粗细度以中心线平均粗细度表示在1.5nm以下。3.一种薄膜半导体器件的制造方法，该方法中至少在基板表面的一部分上设有作为绝缘性物质的衬底保护膜，进而在该衬底保护膜上形成半导体膜，将该半导体膜作为晶体管有源层，其特征在于，具有在表面粗细度以中心线平均粗细度表示在1.5nm以下的衬底保护膜上使半导体膜成膜的第1工序和使该半导体膜熔融结晶化的第2工序。4.一种薄膜半导体器件，该器件具有至少在基板表面的一部分上设有作为绝缘性物质的衬底保护膜的基板和在该基板的衬底保护膜上形成的构成晶体管有源层的半导体膜，其特征在于，上述衬底保护膜是至少由两类不同的膜叠合起来的层叠膜，在该两类不同的膜中，形成最上层的膜是氧化硅膜(SiOx，0≤X≤2)。5.权利要求4中所述的薄膜半导体器件，其特征在于，在上述两类不同的膜中，形成最下层的膜是氮化硅膜(Si3Ox，0＜X≤4)。6.权利要求5中所述的薄膜半导体器件，其特征在于，上述氧化硅膜的膜厚在100nm到500nm之间，上述氮化硅膜的膜厚在50nm到500nm之间。7.一种薄膜半导体器件，该器件具有场效应晶体管和形成该场效应晶体管的布线之间电绝缘性的层间绝缘膜，该场效应晶体管具有至少在基板表面的一部分上设有作为绝缘性物质的衬底保护膜的基板、在该基板的衬底保护膜上形成的半导体膜、绝缘栅膜和栅极，该薄膜半导体器件的特征在于，上述衬底保护膜的膜厚和上述绝缘栅膜的膜厚以及上述层间绝缘膜的膜厚之和在2μm以下。8.一种半导体薄膜器件的制造方法，该方法中至少在基板表面的一部分上设有作为绝缘性物质的衬底保护膜，进而在该衬底保护膜上形成半导体膜，将该半导体膜作为晶体管有源层，其特征在于，具有成膜工序，该成膜工序用一台PECVD装置使该衬底保护膜和该半导体膜连续成膜，该成膜工序具有将附着在该PECVD装置的成膜室内的薄膜除去的第1工序；在该成膜室内使钝化膜成膜的第2工序；在该成膜室内放置基板的第3工序；在该基板上使衬底保护膜成膜的第4工序；在该衬底保护膜上使半导体膜成膜的第5工序和从该成膜室中取出基板的第6工序。9.一种薄膜半导体器件的制造方法，该方法中在基板面积(S)在90000mm2以上的基板的至少基板表面的一部分上设有作为绝缘性物质的衬底保护膜，进而在该衬底保护膜上形成半导体膜，将该半导体膜作为晶体管有源层，其特征在于，具有使半导体膜成膜的工序，当将多块基板放置在LPCVD装置的成膜室内用LPCVD法使该半导体膜成膜以及设置LPCVD装置内的基板间隔为(d(mm))时，在满足d≥0.02×S1/2的关系式的条件下使半导体膜成膜10.一种薄膜半导体器件的制造方法，该方法中至少在基板表面的一部分上设置作为绝缘性物质的衬底保护膜，进而在该衬底保护膜上形成含硅的半导体膜，将该半导体膜作为晶体管的有源层，该方法的特征在于具有以高次硅烷(SihH2n＋2，n为2以上的整数)为原料气体用LPCVD法使该半导体膜成膜、在单位面积的高次硅烷流量(R)大于1.13×10-3sccm/cm2的条件下使半导体膜成膜的工序。11.权利要求10中所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征在于，具有在R大于2.27×10-3sccm/cm2的条件下使半导体膜成膜的工序。12.一种薄膜半导体器件的制造方法，该方法中至少在基板表面的一部分上设置作为绝缘性物质的衬底保护膜，进而在该衬底保护膜上形成含硅的半导体膜，将该半导体膜作为晶体管的有源层，该方法的特征在于具有利用在不到450℃的淀积温度下通过以高次硅烷(SinH2n＋2，n为2以上的整数)至少作为原料气体的一种来使用的LPCVD法使上述半导体膜成膜，这时在半导体膜的淀积速度(DR)大于0.20nm/min的条件下使半导体膜成膜的工序。13.权利要求12中所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征在于，具有在DR大于0.60nm/min的条件下使半导体膜成膜的工序。14.一种薄膜半导体器件，该器件具有至少在基板表面的一部分上设置作为绝缘性物质的衬底保护膜的基板和在该基板上形成的构成晶体管有源层的半导体膜，该装置的特征在于，上述半导体膜是通过不到450℃的淀积温度下的LPCVD法成膜之后的结晶化而形成的半导体膜，该膜是膜厚为10nm以上、140nm以下的半导体膜。15.一种薄膜半导体器件的制造方法，该方法中至少在玻璃基板表面上形成半导体膜，将该半导体膜作为晶体管的有源层，该方法的特征在于，具有下述成膜工序利用保温箱式纵型LPCVD装置使上述半导体膜成膜，这时将具有不同的变形温度点的至少两种以上的许多块玻璃基板按二块一组背靠背地组合在一起大致水平地放置在该保温箱式纵型LPCVD装置内，在将该二块一组的玻璃基板中的变形温度点高的玻璃基板放在下侧的状态下淀积半导体模。16.一种薄膜半导体器件的制造方法，该方法中至少在基板表面的一部分上设置作为绝缘性物质的衬底保护膜，进而在该衬底保护膜上形成半导体膜，将该半导体膜作为晶体管的有源层，该方法的特征在于，用PECVD装置使上述半导体膜成膜，这时，具有包括向衬底保护膜照射氧等离子体的第1工序和在不破坏真空的条件下连续地在该衬底保护膜上使半导体膜成膜的第2工序的成膜工序。17.权利要求16中所述薄膜半导体器件的制造方法，其特征在于，在上述第1工序和上述第2工序之间进行成膜室的抽真空。18.一种薄膜半导体器件的制造方法，该方法中至少在基板表面的一部分上设置作为绝缘性物质的衬底保护膜，进而在该衬底保护膜上形成半导体膜，将该半导体膜作为晶体管的有源层，该方法的特征在于，用PECVD装置使上述半导体膜成膜，这时，具有包括衬底保护膜照射氢等离子的第1工序和在不破坏真空的条件下连续地在该衬底保护膜上使半导体膜成膜的第2工序的成膜工序。19.一种薄膜半导体器件的制造方法，该方法中至少在基板表面的一部分上设置作为绝缘性物质的衬底保护膜，进而在该衬底保护膜上形成半导体膜，将该半导体膜作为晶体管的有源层，该方法的特征在于，用PECVD装置使该半导体膜成膜，这时，具有包括向衬底保护膜照射氧等离子体的第1工序，在不破坏真空的条件下连续地向衬底保护膜照射氢等离子体的第2工序和在不破坏真空的条件下连续地在该衬底保护膜上使半导体成膜的第3工序的成膜工序。20.权利要求19中所述的薄膜半导体器件的制造方法，其特征在于，在上述第1工序和上述第2工序之间进行成膜室的抽真空。21.一种薄膜半导体器件的制造方法，该方法中至少在基板表面的一部分上设置作为绝缘性物质的衬底保护膜，进而在衬底保护膜上形成半导体膜，将该半导体膜作为晶体管的有源层，该方法的特征在于，用PECVD装置使上述半导体膜成膜，这时，具有包含在该衬底保护膜上使半导体膜成膜的第1工序和在不破坏真空的条件下连续地向该半导体膜照射氢等离子体的第2工序的成膜工序。22.一种薄膜半导体器件的制造方法，该方法中至少在基板表面的一部分上设置作为绝缘性物质的衬底保护膜，进而在该衬底保护膜上形成半导体膜，将该半导体膜作为晶体管的有源层，该方法的特征在于，用PECVD装置使上述半导体膜成膜，这时，具有包含在该衬底保护膜上使半导体膜成膜的第1工序和在不破坏真空的条件下连续地向该半导体膜照射氧等离子体的第2工序的成膜工序。23.一种薄膜半导体器件的制造方法，该方法中至少在基板表面的一部分上设置作为绝缘性物质的衬底保护膜，进而在该衬底保护膜上形成半导体膜，将该半导体膜作为晶体管的有源层，该方法的特征在于，用PECVD装置使上述半导体膜成膜，这时，具有包含在该衬底保护膜上使半导体膜成膜的第1工序，在不破坏真空的条件下向该半导体膜照射氢等离子体的第2工序和在不破坏真空的条件下连续地向该半导体膜照射氧等离子体的第3工序的成膜工序。24.一种薄膜半导体器件的制造方法，该方法中至少在基板表面的一部分上设置作为绝缘性物质的衬底保护膜，进而在该衬底保护膜上形成半导体膜，将该半导体膜作为晶体管的有源层，该方法的特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫坂光敏，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]