半导体元件和使用半导体元件的半导体装置制造方法及图纸

提供有高电流驱动能力、能够高速运转并在多个半导体元件中几乎没有变化的半导体元件。它以下述事实为特征：半导体元件有包括多个晶体取向的第一结晶半导体区，第一结晶半导体区连接到导电的第二结晶半导体区，其中第一结晶半导体区在平行于在绝缘表面上的线形条状图形中延伸的绝缘膜的方向延伸，且第二结晶半导体区被提供，包括以线形条状图形延伸的绝缘膜。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用带有晶体结构的半导体膜形成的半导体元件和制造 该半导体元件的方法，并涉及装备有集成了半导体元件和制造该半导 体元件方法的电路的半导体装置。本专利技术尤其涉及使用场效应晶体管 (典型地，薄膜晶体管)和结晶半导体膜的薄膜二极管。该场效应晶 体管用结晶半导体膜形成沟道形成区，其作为半导体元件形成于绝缘 表面上。
技术介绍
发展了形成以这样的方式生产使得非晶半导体膜形成于绝缘衬底 上并晶化的诸如晶体管的半导体元件的技术。尤其，照射激光束和晶 化非晶硅膜的技术应用到薄膜晶体管(TFT)的制造技术中。用带有晶 体结构半导体膜(结晶半导体膜)生产的晶体管应用于以液晶显示装 置为代表的平面型显示装置(平板显示器)。通过在半导体制造工艺中使用激光束，发展了形成于半导体衬底或 半导体膜上的非晶半导体膜或损坏的层的重结晶的技术，和形成于绝 缘表面上的非晶半导体膜的晶化技术。应用于该半导体制造工艺的激 光振荡装置的广泛使用的激光束以诸如准分子激光的气体激光和诸如 YAG激光的固体激光为代表。通过激光束的照射对非晶半导体膜晶化的实例公开于JP-A- 62 -104117中，其建议了用高速扫描对非晶半导体膜的多晶化，其中激 光束的扫描速度设为高于束斑直径x 5000/秒，而不使非晶半导体膜 造成完全融化的状态。此外，U. S.PatNo. 4， 330， 363公开了基本上在 半导体膜上形成单晶区的技术，其通过照射延伸的激光束以岛的形状 形成。或者JP-A-8-195357公开了使用诸如激光处理设备的非晶半导 体膜的晶化方法，其在光学系统中在照射前以线形形式处理光束。另外，JP-A-2001-144027建议了这样的技术，使得带有大晶粒尺 寸的结晶半导体膜通过用诸如Nd:YV04激光器的固体激光振荡装置将 二次谐波的激光束照射到非晶半导体膜上形成。晶体管就这样构成 了。然而，当晶化通过将激光束照射到形成于平坦表面上的非晶半导体 膜上实现时，晶体被制成多晶，产生不适当形成的诸如晶粒边界的缺 陷。因而，无法得到没有偏差的晶体取向。晶体缺陷包括在晶粒边界中，导致载流子陷阱。这可以认为是电子 或空穴迁移度下落的要因因素。并且，由于晶化、施加在基材上的热 应力或晶格不匹配引起的半导体膜的体积收缩，不能形成既没有偏差 也没有晶体缺陷的半导体膜。因此，如果诸如粘结背蚀(bond-and-etchback) SOI (绝缘体上的硅)的特殊方法被排除在外，形成于绝缘 表面上的晶化的或重结晶的结晶半导体膜不能得到与形成于单晶衬底 上的M0S晶体管等价的质量。上述平板显示装置等具有形成于玻璃衬底上的半导体膜，以构成晶 体管。然而，几乎不可能排列晶体管，以便于消除不适当形成的晶粒 边界。即，不可预计地包括在其中的晶体缺陷或晶粒边界不能通过严 格控制晶体管沟道形成区的可晶化性消除。因此，这产生了不仅是晶 体管电学性质差，而且是每个元件性能变化的成因因素。尤其，当结晶半导体膜用激光束形成于当前大量工业使用的非碱性 玻璃衬底上时，激光束的焦点根据非碱性玻璃衬底本身波动(surge) 的影响而变化，作为结果，涉及到引起结晶变化的问题。另外，为了 让非碱性玻璃衬底避免被碱金属污染，有必要制备诸如绝缘膜的保护 膜作为基础膜。且几乎不可能在上面形成结晶半导体膜，带有大晶粒 尺寸且没有已被消除了的晶粒边界和晶体缺陷。
技术实现思路
考虑到上述问题，本专利技术的目的是提供半导体装置，具有形成于绝 缘衬底上、尤其是在玻璃衬底作为支撑基底的绝缘表面上、没有至少 在沟道形成区中存在的晶粒边界的结晶半导体膜，由高电流驱动能力 和多个元件中几乎没有变化并能高速运转的半导体元件组或半导体元 件构成。为了克服上述问题，本专利技术中，包括以线形条状图形延伸的凸起或 凹处的绝缘膜形成于带有绝缘表面的衬底上。非晶半导体膜形成于绝 缘膜上。然后形成结晶半导体膜，其以这样的方式晶化，使得半导体 膜在对应于绝缘膜凹处的部分(下文中只称作凹处)中融化并灌注。 另外，形成结晶半导体膜，其在进行了不必要区域的刻蚀去除之后， 从结晶半导体膜(今后作为半导体元件的一部分)中以烏的形状被分 离出来。栅绝缘膜和栅电极提供在结晶半导体膜上，使得形成沟道形 成区的部分可以作为形成于凹处上的结晶半导体膜。附带的，至于包括凹处和凸起(今后只称作凸起)的绝缘膜，形成 于凸起上的结晶半导体膜的可晶化性与形成于凹处上的结晶半导体膜 相比要差。然而，本专利技术中，形成于凸起上的结晶半导体膜确实地(positively )用作电极(如果是薄膜晶体管，它相当于源区或漏区) 或线路。当用作线路时，由于关于占有面积的设计灵活性很高，适用 性扩大了，从而线路长度可以调节以用作电阻，或假定弯曲形状的形 式，有可能作为保护电路起作用。凹处可以通过在绝缘衬底的表面之上的直接刻蚀处理令人满意的 形成，或者可以通过使用氧化硅、氮化硅或氧氮化硅膜并进行这些膜 的刻蚀处理的间接刻蚀处理形成。根据半导体元件和尤其包括晶体管 沟道形成区的岛状半导体膜的排列形成凹处，并优选的形成，至少与 沟道形成区一致。而且，凹处以延伸的方式提供在沟道长度的方向上。 凹处的宽度(在限定为沟道形成区的情形中是沟道宽度方向)形成为 0. Olium或更多且2fiin或更少，或者优选的形成为0. l|um-l|Lim，深度形 成为0. Oljum或更多且3lum或更少，或者优选的为0. ljum或更多且2jlud 或更少。当然，还有可能在绝缘表面上形成绝缘岛状膜，并确实地形成凸 起。该情形中，由于以线形条状图形相邻地延伸的凸起相对地形成对 应于凹处的部分。因而，可以才艮据包括半导体元件沟道形成区的岛状 半导体膜的排列形成凹处，宽度也可以包含在前面提到的范围中。用等离子体CVD法、溅射法和减压CVD法形成的多晶半导体膜或 非晶半导体膜，或者用固相生长形成的多晶半导体膜应用于半导体膜，其在第一阶段形成，从绝缘膜覆盖到凹处。此外，如本专利技术所用 的非晶半导体膜不仅包括狭义上完整非晶结构的膜，而且包括其中包括细晶颗粒的状态或所谓的细晶半导体膜，并且局部地包括晶体结构 的半导体膜也包括在内。典型地，应用非晶硅膜，此外，非晶锗硅膜、非晶碳化硅膜等也可以应用。而且，通过用众所周知的方法晶化这些 非晶半导体膜形成多晶半导体膜。非晶半导体膜被融化并晶化的装置包括限定气体激光振荡装置或固体激光振荡装置作为光源的脉沖振荡，或连续振荡器激光束。要照 射的激光束线性地在光学系统中会聚，分布强度在长度方向有均匀的 区域，要照射的激光束还可以在正交方向有分布。短束固体激光振荡装置被应用于用作光源的激光振荡装置，尤其优选地应用片状(slab) 激光振荡装置。或者还可以应用固体激光振荡装置和片状结构放大器 的组合。固体激光振荡装置使用Nd、 Tm、和Ho掺杂的棒，或尤其使用 Nd、 Tm、和Ho掺杂的诸如YAG、 YV0 YLF、 YAl(h的晶体。作为片状 材料，使用诸如Nd: YAG、 Nd: GGG(轧、镓、石榴石)、或GSGG的Nd: GSGG (钆、钪、镓、石榴石)的晶体。片状激光在平板状激光介质中以Z 字型光路前进，重复全反射。顺从上述激光束的强光也可以令人满意的被照射。会聚发自诸如卣 素灯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包括：在第一方向上延伸的第一到第三绝缘层；以及包括第一到第四区域的结晶半导体层，其中第一区域位于第一和第二绝缘层之间并且在第一方向上延伸，其中第二区域位于第二和第三绝缘层之间并且在第一方向上延伸，其中第三区域连接到第一区域和第二区域并且范围超过第二绝缘层，并且其中第四区域连接到第一区域和第二区域并且范围超过第二绝缘层。

【技术特征摘要】
JP 2002-3-5 59418/2002;JP 2002-4-19 118322/20021、一种半导体装置，包括在第一方向上延伸的第一到第三绝缘层；以及包括第一到第四区域的结晶半导体层，其中第一区域位于第一和第二绝缘层之间并且在第一方向上延伸，其中第二区域位于第二和第三绝缘层之间并且在第一方向上延伸，其中第三区域连接到第一区域和第二区域并且范围超过第二绝缘层，并且其中第四区域连接到第一区域和第二区域并且范围超过第二绝缘层。2、 根据权利要求l的半导体装置，其中第三区域和第四区域每一 个都是导电的。3、...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，加藤清，矶部敦生，宫入秀和，须泽英臣，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]