半导体装置的制造方法制造方法及图纸

一种半导体装置的制造方法，所述半导体装置在具有绝缘表面的衬底上配备薄膜晶体管，所述制造方法包括： 在所述衬底上形成非单晶半导体； 依照所述薄膜晶体管的布局信息，在所述非单晶半导体中形成标记和岛状半导体层Ａ，所述半导体层是包括要变成所述薄膜晶体管有源层的区域的特定区域； 用所述标记作为定位参考，通过向所述岛状半导体层Ａ选择性地照射激光束形成晶化区；以及 刻蚀所述岛状半导体层Ａ的周围区域以形成岛状半导体层Ｂ，其变成所述薄膜晶体管的有源层区， 其中所述激光束是脉冲振荡的激光束，并且 所述脉冲振荡的激光束的脉冲宽度是５０ｎｓ或更多。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
激光退火被认为是一种晶化技术，其中给非晶半导体膜以高能量，只是不让玻璃衬底的温度升得太高，从而晶化非晶半导体膜。特别地，准分子激光器是典型的激光器，其振荡出400nm或更短波长的短波长的光，自从发展了激光退火就已经被使用了。激光退火以这样的方式进行激光束通过光学系统处理，使其在要被照射的表面上形成为点状形式或线性形式，衬底上要被照射的表面用处理过的激光束扫描；也就是，激光束的照射位置相对于要被照射的表面移动。然而，通过激光退火制备的结晶半导体膜包含大量晶粒的聚集体(通过传统的准分子激光晶化制备的普通晶粒尺寸大约是0.1-0.5μm)，并且，晶粒的位置和尺寸不均匀。至于在玻璃衬底上制备的TFT，为了隔离元件，由于结晶半导体膜是被形成为分隔成岛状的图形，不可能形成具有特定的位置和尺寸的晶粒。因此，几乎不可能用单晶半导体形成沟道形成区同时消除晶粒边界的影响。晶粒的界面(晶粒边界)是晶体的平移对称性消失的区域。众所周知，由于载流子的复合中心或俘获中心的影响，或者由晶体缺陷等引起的晶粒边界中势垒的影响，载流子的电流传输性能下降了，结果是，TFT中的关电流(off-current)增加了。已知一种称作超侧向(super lateral)生长的技术，与通过传统准分子激光晶化的晶粒尺寸相比，通过它可以形成更大的晶粒尺寸。这项技术的详细说明在“on the soper lateral growth phenomenonobserved in excimer laser-induced crystallization of the thinSi file，薄Si膜的准分子激光诱导晶化中观察到的超侧向生长现象，James S.Im.和H.J.Kim，Appl.Phy s.Let t.64(17)，25 April1996，pp2303-2305”中公开。在超侧向生长中，形成由于激光束的照射半导体完全熔融的部分和固相半导体区域保留的部分，然后，晶体生长在作为晶核的固相半导体区域周围开始。由于在完全熔融的区域发生成核要花一定的时间周期，在直到成核发生在完全熔融的区域中的这段时间周期中，晶体在上述作为晶核的固相半导体区域周围在相对于上述半导体膜表面的水平方向(下文中称作侧向)生长。因此，晶体长到膜厚度几十倍的长度。例如，相对于60nm厚的硅膜，发生1μm-2μm长度的侧向晶体生长。下文中，这种现象将称作超侧向生长。在上述超侧向生长的情形中，虽然能得到相对大的晶粒，但是得到超侧向生长处激光束的能量强度区域比普通准分子激光晶化中使用的强度高很多。并且，能量强度区域的范围非常窄。从晶粒位置控制的观点看，不可能控制得到大晶粒的位置。另外，大晶粒之外的区域是其中发生了无数成核的微晶区域或非晶区域；晶体的尺寸是不均匀的并且晶体表面的粗糙度非常大。因此，通常用在半导体装置的制造中的照射条件是能得到大约0.1μm-0.5μm的平均晶粒尺寸的条件。另外，根据“sequential lateral solidification of thinsilicon film on Sio2，(SiO2上薄硅膜的连续侧向固化)Robert S.Sposili and James S.Im，Appl.Phys.Lett.69(19)，4 November1996，pp2864-2866”，James S.Im等公开了连续侧向固化法(下文中称作SLS方法)，其中，通过人工控制，可以在所需的位置得到超侧向生长。根据SLS方法，脉冲振荡的准分子激光束穿过狭缝状的掩模照射到材料上。根据SLS方法，当材料和激光束之间的相对位置在每次发射中移动一段距离(大约0.75μm)时进行晶化，该距离粗略的等于通过超侧向生长形成的晶体长度；从而，晶体可以通过人工控制的超侧向生长来生长。如上所述，通过使用SLS方法有可能以超侧向生长的方式在人工控制的条件下在所需的位置上制备晶粒。然而，SLS方法有如下所述的下列问题。首先，问题是衬底处理效率(生产量)不够。如前所述，在SLS方法中，激光束每次发射的晶化距离大约是1μm。因此，激光束在材料表面上束斑与材料衬底之间的相对移动距离(输送间距)为1μm或更小是必要的。在使用脉冲振荡准分子激光的普通激光晶化中采用的条件下，激光束每次发射的输送间距是几个10μm或更多。不必说，在这样的条件下，无法制备SLS方法所特有的晶体。在SLS方法中，虽然使用脉冲振荡XeCl准分子激光，脉冲振荡XeCl准分子激光的最大振荡频率是300Hz。在这样的条件下，只有最多300μm左右的晶化区域在激光束的扫描方向上的距离上得到处理。以如上所述的处理速度，在诸如，例如，600mm×720mm尺度的大尺寸衬底的情形中，用SLS方法，要花非常长的时间周期来处理一片衬底。每片衬底要花很长的处理时间这个事实不仅仅是时间的问题，还是成本的问题。这就是说，实际上，在非晶半导体膜晶化的情形中，其表面处理是关键。例如，在衬底的表面中，用稀释的氢氟酸等除去自然氧化物膜作为预处理之后进行激光照射的情形中，比起首先受到激光照射的区域，有可能自然氧化物膜在最后受到激光照射的区域中再次生长。在这种情形中，完成的晶体中出现的碳、氧、氮的量，或诸如硼等污染杂质的量可以在衬底表面中变化，导致衬底表面中晶体管性能的不均匀性。第二，象光学系统趋向于复杂这样的问题保留在传统的SLS方法中。有必要将一个掩模放入光学系统中，该掩模处理衬底表面上狭缝状激光束功率的配置。通常，用于多晶硅薄膜晶体管的有源层硅的膜厚是几十nm或更厚。当使用脉冲振荡准分子激光时，激光晶化所必需的激光能量密度至少是200mJ/cm2(作为一个典型的例子，对于50nm的非晶硅膜，大约用30nsec脉冲宽度的XeCl准分子激光器400mJ/cm2的能量)。在SLS方法中，有超侧向生长的条件，其对于更强一点的能量密度区域是最适宜的。制备能够承受这么强的激光能量密度的狭缝状形式的掩模是困难的。在金属材料掩模的情形中，由于受到高能量密度的脉冲激光束照射，局部膜的温度升高并且迅速冷却下来。结果是，由于长期的使用可能引起剥落或微小图形结构的蜕变(至于用于抗蚀剂曝光的光刻，虽然使用诸如铬等的硬掩模材料，由于使用比硅晶化所必需的激光能量密度弱得多的能量密度，就没有诸如剥落或微小图形的结构蜕变这样的问题)。如上所述，存在这样一个因素，即光学系统变得复杂，导致在传统的SLS方法中设备维护的困难。另外，为了进行超侧向生长，有必要使激光束的空间光束功率特性很窄(以消除激光束照射区域和非照射区域之间光学功率的衰减区域)。在传统的SLS方法中，由于超侧向生长所必需的光束不能仅仅用普通的光学系统会聚，所以使用准分子激光器。因此，需要狭缝状掩模以便部分的遮挡激光束是可以理解的。本专利技术的目的是解决上述问题，另外，根据TFT的布局提高晶粒的位置控制，同时，提高晶化处理的处理速度。更特别地，本专利技术的目的是提供，该方法能够在人工控制下以超侧向生长的方式接连地形成大尺寸晶粒，并能够在激光晶化处理中提高衬底处理效率。另外，本专利技术提供，该方法能够在人工控制下以超侧向生长的方式接连地形成大尺寸晶粒，并能够在激光晶化过程中提高衬底处理效率，还提供使用传统激光照射方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体装置的制造方法，所述半导体装置在具有绝缘表面的衬底上配备薄膜晶体管，所述制造方法包括在所述衬底上形成非单晶半导体；依照所述薄膜晶体管的布局信息，在所述非单晶半导体中形成标记和岛状半导体层A，所述半导体层是包括要变成所述薄膜晶体管有源层的区域的特定区域；用所述标记作为定位参考，通过向所述岛状半导体层A选择性地照射激光束形成晶化区；以及刻蚀所述岛状半导体层A的周围区域以形成岛状半导体层B，其变成所述薄膜晶体管的有源层区，其中所述激光束是脉冲振荡的激光束，并且所述脉冲振荡的激光束的脉冲宽度是50ns或更多。2.根据权利要求1的方法，其中所述激光束用固态激光振荡器作为光源。3.根据权利要求1的方法，其中所述激光束使用选自YAG激光振荡器、YVO4激光振荡器、YLF激光振荡器、YAlO3激光振荡器、玻璃激光振荡器、红宝石激光振荡器、变石激光振荡器、Ti蓝宝石激光振荡器、镁橄榄石激光振荡器或Nd:YLF激光振荡器中的一个或多个光源。4.根据权利要求1的方法，其中所述激光束是二次谐波、三次谐波或四次谐波。5.根据权利要求1的方法，其中所述非单晶半导体表面上的所述激光束的束斑位置在每次激光振荡中移动0.3μm或更多和5μm或更少的距离。6.根据权利要求5的方法，其中所述束斑纵向中心轴与所述束斑的移动方向之间形成的角是直角。7.根据权利要求5的方法，其中所述束斑的移动方向保持在相对于所述薄膜晶体管沟道长度方向的水平方向上。8.一种半导...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，下村明久，大谷久，广木正明，田中幸一郎，志贺爱子，秋叶麻衣，笠原健司，
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：