半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术的目的是要得到具有良好的特性的薄膜晶体管。使非晶硅膜２０３的特定的区域２０５保持有选择地与镍元素相接。然后通过加热处理，进行用２０７示出的那种朝向与基板平行的方向的结晶生长。再通过在含有卤族元素的氧化性气氛中的加热处理，形成热氧化膜２０９。此时，进行结晶性的改善、镍元素的吸杂。然后使上述结晶生长方向与源／漏区的联结方向一致来制造薄膜晶体管。通过这样做，可得到迁移率为２００（ｃｍ↑［２］／Ｖｓ）以上，Ｓ值为１００（ｍＶ／ｄｅｃ）以下的那种具有良好特性的ＴＦＴ。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本说明书公开的专利技术涉及具有结晶性的薄膜半导体。还涉及薄膜半导体的制造方法。还涉及利用该薄膜半导体的半导体装置。还涉及该半导体装置的制造方法。已知在玻璃基板、石英基板上形成具有结晶性的硅膜并用该硅膜制造薄膜晶体管(以下称之为TFT)的技术。将该薄膜晶体管称之为高温多晶硅TFT、低温多晶硅TFT。高温多晶硅TFT是利用800℃、900℃以上的比较高的温度的加热处理作为结晶性硅膜的制造方法的技术。该技术可以说是利用单晶硅晶片的IC的制造工艺的派生技术。当然，作为制造高温多晶硅TFT的基板，要利用能耐受上述加热温度的石英基板。另一方面，低温多晶硅TFT利用廉价的玻璃基板(当然其耐热性相对于石英基板是较差的)作为基板。在构成低温多晶硅TFT的结晶性硅膜的制造方面，利用玻璃基板能耐受的600℃以下的加热或相对于玻璃基板来说几乎没有热损伤的激光退火技术。高温多晶硅TFT具有能在基板上集成特性一致的TFT的特征。另一方面，低温多晶硅TFT具有能利用廉价且容易大面积化的玻璃基板作为基板的特征。还有，在目前的技术中，高温多晶硅TFT也好，低温多晶硅TFT也好，其特性没有大的差别。即，在两者中都可得到迁移率约为50～100(cm2/Vs)，S值约为200～400(mV/dec)(VD＝1V)的特性。该特性与利用单晶硅晶片的MOS型晶体管的特性比较大为逊色。一般来说，利用单晶硅晶片的MOS型晶体管的S值约为60～70(mV/dec)。在目前情况下，为了在同一基板上将有源矩阵型液晶显示装置的有源矩阵电路和周边驱动电路进行集成而利用TFT。即，在同一基板上用TFT来制成有源矩阵电路和周边驱动电路。在这种构成中，要求周边电路的源驱动器进行十几MHz以上的工作。但目前的用高温单晶硅TFT和低温多晶硅TFT构成的电路的工作速度的界限只达到几MHz。因而，目前的解决办法是将工作进行分割(称之为分割驱动)来构成液晶显示。但是，该方法存在由于分割的定时的微妙的偏移等原因而在画面上出现条状花纹等问题。此外，正在考虑除了周边驱动电路以外，再将振荡电路、D/A转换器、A/D转换器、还有进行各种图象处理的数字电路集成于同一基板上。但是，上述振荡电路、D/A转换器、A/D转换器、还有进行各种图象处理的数字电路需要在比周边驱动电路更高的频率下工作。因而，用由目前的技术得到的高温多晶硅TFT、低温多晶硅TFT来构成这些电路是困难的。还有，能进行100MHz以上的工作的由利用单晶硅晶片的MOS晶体管构成的集成电路已达到实用化。在本说明书中公开的专利技术的一个目的是得到能构成上述那种高速工作(一般来说是几十MHz以上的工作速度)所要求的电路的薄膜晶体管。此外，本专利技术的另一个目的是提供能得到与利用单晶硅晶片制造的MOS晶体管比美的那种特性的薄膜晶体管。另一个目的是提供该薄膜晶体管的制造方法。再一个目的是用具有那种良好特性的薄膜晶体管提供具有必要的功能的半导体装置。在本说明书中公开的专利技术之一的特征在于这是一种利用了将在具有绝缘表面的基板上形成的结晶性硅膜作为有源层的薄膜晶体管的半导体装置该结晶性硅膜在预定的方向上具有带有连续性的结晶结构，并在上述预定的方向上具有延伸的结晶粒界；在上述薄膜晶体管中，将联结源区和漏区的方向与上述预定方向形成为具有一个预定角度；在上述结晶粒界处杂质偏析。具有上述那种结晶状态的结晶性硅膜的例子在图6和图7中示出。在图7中示出的是将图6的一部分进一步放大了的图。图6和图7中所示的是用透射电子显微镜(TEM)观察到的厚度为250埃的结晶性硅膜的表面的照片。为了得到图6和图7示出的那种硅膜，通过采用实施例1中示出的那种制造工序来实现。在图6和图7中，示出从图的左下朝向右上具有连续性的结晶结构延伸的状态。此外也示出在该结晶结构的连续性延伸的方向上大体平行地形成多个结晶粒界的状态。从图7示出的结晶结构可清楚看出，该结晶性硅膜是由多个具有在特定的方向上延伸的结晶结构的结晶体的集合来构成的。该结晶体的宽度约为500埃～2000埃，或从约等于结晶性硅膜的膜厚～2000埃。即，在相对于结晶结构的连续性存在的方向成直角或大体直角的方向上，存在多个以一定间隔分开的清晰的结晶粒界，该方向成为结晶结构不连续的方向。即，在该方向上结晶结构的连续性受到损害。在该结晶结构的连续性延伸的方向上大体上保持晶格结构的连续性，与其他方向比较，在载流子移动时的散射和陷阱等非常少。即，对于载流子来说，可看作是上述结晶结构连续的方向已变成为不受到或难以受到来自结晶粒界的散射的实质上的单晶状态。而且已确认在上述结晶粒界处氧、卤族元素偏析的状态。这是通过分析使电子束聚焦进行照射时产生的X射线谱而确认的。一般认为，该氧、卤族元素在结晶化后的热氧化膜的形成时在结晶粒界处偏析。上述专利技术的构成规定了该结晶结构的连续方向与联结薄膜晶体管的源区和漏区的方向的关系。如要达到高速工作的目标，则使上述的结晶结构的连续方向与联结源区和漏区的方向一致或大体一致是较为理想的。通过这样做，在MOS型的薄膜晶体管的工作中，可做成载流子最容易移动的结构。此外，通过将上述两个方向的夹角设定为预定的角度，可控制要得到的薄膜晶体管的特性。例如，在同一基板上制造多个薄膜晶体管群时，通过形成多个使上述两个角度的夹角不同的晶体管群，可使该晶体管群的特性不同。此外，在具有N字型、コ字型、还有M字型等形状的有源层弯曲的那种薄膜晶体管的情况下，可如下述那样来做。即，在联结源区和漏区的线不是直线而是曲线的那种薄膜晶体管情况下，可如下述那样来做。此时，将上述的结晶结构的连续性的方向设定为与沟道区中的载流子的移动方向(对于作为整体来观察时的载流子的移动方向)一致。在该情况下也可预期在载流子的移动方向与结晶结构的连续性的方向的夹角做成0度时可望得到最高速的工作。本专利技术的另一种构成的特征在于这是一种利用了将在具有绝缘表面的基板上形成的结晶性硅膜作为有源层的薄膜晶体管的半导体装置；该结晶性硅膜在结晶粒界的延伸方向上具有各向异性；在上述薄膜晶体管中，使联结源区和漏区的方向与上述延伸方向形成为具有一个预定角度；在上述结晶粒界处杂质偏析。本专利技术的另一种构成特征在于这是一种利用了将在具有绝缘表面的基板上形成的结晶性硅膜作为有源层的薄膜晶体管的半导体装置；该结晶性硅膜在结晶粒界的延伸方向上具有各向异性；在上述薄膜晶体管中，使沟道区中载流子的移动方向与上述延伸方向形成为具有一个预定角度；在上述结晶粒界处杂质偏析。在本说明书中公开的专利技术的结晶性硅膜中，需要对于非晶硅膜导入以镍为代表的有助于硅的结晶化的金属元素，再进行加热处理，和在含有卤素的气氛中的加热处理。在用于形成该热氧化膜的加热处理的阶段中进行气氛中的氧和卤族元素朝向粒界的析出。作为上述金属元素，在重现性和效果等方面来看，镍是极为理想的。一般来说，作为这种金属元素，可利用从Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Au等选出的一种或多种金属。在利用镍元素时，在硅膜中最终残留的镍的浓度约为1×1014原子/cm3～5×1018原子/cm3。如缩短热氧化膜的吸杂条件，该浓度的上限可降低到约5×1017原子/cm3。可利用SIMS(2次离子分析法)来进行该浓度的监测。一般来说，上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包括：　　　　具有绝缘表面的基板；　　　　以矩阵形式排列的多个像素；和　　　　设置在像素处的多个薄膜晶体管，　　　　其中每个薄膜晶体管具有包括多个硅结晶化的沟道区和不大于１００ｍＶ／ｄｅｃ的Ｓ值。

【技术特征摘要】
JP 1996-1-19 26210/96;JP 1996-1-20 26037/96;JP 1991.一种半导体装置，包括具有绝缘表面的基板；以矩阵形式排列的多个像素；和设置在像素处的多个薄膜晶体管，其中每个薄膜晶体管具有包括多个硅结晶化的沟道区和不大于100mV/dec的S值。2.根据权利要求1的装置，其中包括多个硅结晶化的沟道区利用有助于硅的结晶化的材料来结晶化。3.根据权利要求1的装置，进一步包括具有形成在所述多个薄膜晶体管上的氮化硅的层间绝缘膜。4.根据权利要求1的装置，进一步包括形成具有在所述多个薄膜晶体管上的树脂的层间绝缘膜。5.根据权利要求1的装置，其中便携式信息终端装置通过电话线从内部的存储装置读取信息。6.根据权利要求1的装置，其中沟道区具有沿一个方向延伸的结晶结构。7.根据权利要求1的半导体装置，其中所述半导体装置是便携式信息终端。8.根据权利要求1的半导体装置，其中所述半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，寺本聪，小山润，尾形靖，早川昌彦，纳光明，大谷久，滨谷敏次，
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]