薄膜半导体装置的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术旨在实现在较低的温度下制造优质薄膜半导体装置。在设置局部加热机构后形成活性半导体膜，对活性半导体膜照射脉冲激光进行熔融结晶化。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用以提高在基片上形成的结晶半导体薄膜的质量并可使其质量变动最小的技术。特别涉及应用该技术，以在基片上形成的结晶半导体膜作为半导体装置的沟道形成区的方式，显著改善薄膜半导体装置性能的、并可使半导体装置元件之间的质量均一的。但是，这种传统的薄膜半导体装置制造方法，难以控制准分子激光的能量密度，微小的能量密度变动都会使半导体膜甚至在同一基片内表现出较大的差异。并且，只要照射的能量密度稍微超出由膜厚与含氢量确定的阈值，就会对半导体膜造成严重的损伤，致使半导体特性与成品率显著下降。为此，要在基片内获得品质均一的多晶半导体膜，对激光能量密度的设定必须相当地低于最佳值，因此而不能获得形成造成多晶硅薄膜的足够能量密度，这已是不争的事实。并且，事实上即使以最佳能量密度进行激光照射，由于难以使构成多晶膜的晶粒长大，会使膜中残留较多的缺陷。基于这样的事实，传统的制造方法中存在这样一个有待解决的课题为了进行稳定的p-SiTFT等的薄膜半导体装置的制造，不得不牺牲已完成的薄膜半导体装置的电气特性。加之，传统的中，还存在成品薄膜半导体装置的电气特性参差不齐的问题，这也是公认的课题。用传统的准分子激光照射可获得最大1μm的晶粒，往往不可能确定晶粒与晶界的位置。因此，在薄膜半导体装置的沟道形成区中是否含有晶界也成为了几率事件。在沟道形成区中是否含有晶界，对于半导体装置的特性的变动有很大的影响。如果沟道形成区中存在较多的晶界，半导体装置的电气特性就会恶化；如果沟道形成区中存在的晶界数较少，半导体装置的电气特性就会比较好。鉴于以上情况，本专利技术的目的在于控制沟道形成区中晶界的位置，以提供无品质差异地稳定制造优质。专利技术的公开在介绍本专利技术的概要之后，将详细说明本专利技术的基础原理及实施例。如将完成的半导体装置激活区的长度设为L(μm)，局部加热机构形成工序或元件分离工序中局部加热机构的长度设为LHS(μm)，基于上述的主要工序构成，本专利技术具有L＜LHS的半导体装置激活区的长度L短于局部加热机构的长度LHS的特征。并且，此时以使局部加热机构在长度方向上包含半导体装置激活区的要求，形成加工或局部加热活性半导体膜的结构。局部加热机构的长度LHS(μm)以在7μm以下为宜。就半导体装置激活区的长度和局部加热机构的长度而论，理想的情况是按照使半导体装置激活区的长度L(μm)成为局部加热机构的长度LHS(μm)的一半以下(L＜LHS/2)的要求来加工形成活性半导体膜或局部加热机构，并按照使局部加热机构在长度方向上完全包含半导体装置激活区、且后者不包含局部加热机构长度方向中心附近的要求，进行活性半导体膜的加工。并且，如将完成的半导体装置激活区的宽度设为W(μm)，在加热结构形成工序或元件分离工序中局部加热机构的宽度设为WHS(μm)，根据上述的主要组成部分，本专利技术具有W＜WHS所示的半导体装置激活区的宽度W窄于局部加热机构的宽度WHS的特征。激活区的宽度W(μm)如能比局部加热机构的宽度WHS(μm)窄6μm以上，即W＜WHS-6μm，就更合适，如能窄到8μm以上(W＜WHS-8μm)则为理想状态。加工活性半导体膜时，使半导体装置激活区在宽度方向上为局部加热机构所包含。之后，对活性半导体膜进行加工，使半导体装置激活区长度方向的边缘位于局部加热机构长度方向的边缘的内侧约3μm以内，最好约4μm以内的位置。加热结构形成工序被作为包括如下工序的具体实例提出在基片上淀积第一半导体膜的第一半导体膜淀积工序，对该第一半导体膜进行规定形状加工的第一半导体膜加工工序，以及在第一半导体膜上形成下侧绝缘膜的下侧绝缘膜形成工序。第一半导体膜是以硅为主形成的半导体膜，其厚度最好在约25nm以上至约100nm以下，理想的情况是在约30nm以上至约70nm以下。下侧绝缘层的厚度以在约130nm以上至约180nm以下为适宜。活性半导体膜形成工序也可包括淀积非晶体半导体膜的非晶体半导体膜淀积工序，以及提高该非晶体半导体膜的结晶性的半导体膜改性工序。半导体膜改性工序包括使非晶体半导体膜在固相结晶的固相成长工序，以及使非晶体半导体膜经过熔融状态来改善结晶性的熔融结晶性改善工序。或者可以将上述两个工序结合，即由使非晶体半导体膜在固相结晶的固相成长工序，以及让经固相成长的半导体膜经由熔融状态来改善其结晶性的熔融结晶性改善工序来构成上述半导体膜改性工序。活性半导体膜是以硅为主的半导体膜，其厚度最好在约30nm以上至约70nm以下。非晶体半导体膜的形成过程包括，采用化学汽相淀积法(CVD法)的淀积工序。化学汽相淀积法中特别适用于非晶体半导体薄膜的淀积的，有低压化学汽相淀积法(LPCVD法)或等离子体化学汽相淀积法；据称，采用高真空型低压化学汽相淀积装置或高真空型等离子体化学汽相淀积装置进行非晶体半导体膜的淀积较为理想。高真空型低压化学汽相淀积装置，一般指能在半导体膜临淀积之前形成5×10-7Torr以下的背景真空度，且即使非晶体半导体膜以1.5nm/min以下的较低的淀积速度形成，也能在非晶体半导体膜中形成2×1016cm-3以下的氧原子浓度的成膜装置。同样地，高真空型等离子体化学汽相淀积装置，一般指能在半导体膜临淀积之前形成1×10-6Torr以下的背景真空度，且即使非晶体半导体膜的淀积速度在1nm/sec以下，也能在淀积的非晶体半导体膜中形成2×1016cm-3以下的氧原子浓度的成膜装置。在将已形成非晶体半导体膜的基片插入热处理炉后，在大略热平衡状态下进行固相成长工序，或者在快速热处理装置中进行该工序。在热处理炉中进行时，在约400℃以上至700℃以下的热处理温度下进行固相结晶。在熔融结晶性改善工序中，据称用氯化氙(XeCl)准分子激光器(λ＝308nm)或氟化氪(KrF)准分子激光器(λ＝248nm)产生的激光照射半导体膜。结晶化工序中，从活性半导体膜一侧，用在温度300K的多晶硅膜上吸收系数为约2×10-4nm-1以上至约1×10-1nm-1以下的光照射，进行活性半导体膜的熔融结晶化。对于结晶化工序而言，理想的多晶硅膜上的光吸收系数为约1×10-3nm-1以上至约1×10-2nm-1以下。设活性半导体膜的厚度为x(nm)，结晶化工序中被照射光在多晶硅膜上的吸收系数为μp-Si(nm-1)，为了使本专利技术有效地起作用，活性半导体膜的厚度x(nm)与照射光吸收系数μp-Si(nm-1)之积应满足0.105＜x×μp-Si＜1.609。比该值更适合的值为0.105＜x×μp-Si＜0.693，理想状态下，应满足0.105＜x×μp-Si＜0.405。结晶化工序中的照射光以采用激光为好，脉冲激光更为适宜。作为脉冲激光器的调Q谐振固体激光器的高次谐波就比较适用。这种光的波长在约370nm以上至约710nm以下，若在约450nm以上至约650nm以下的范围内则更为适宜。对于本专利技术，理想的脉冲激光波长为532nm。脉冲激光最好采用调Q谐振固体激光器(调Q固体激光器)的高次谐波。作为调Q固体激光器的激光媒质最好采用搀杂Nd离子的晶体与搀杂Yb离子的晶体、搀杂Nd离子的玻璃及搀杂Yb离子的玻璃等。具体而言，调Q谐振NdYAG激光的二次谐波(波长532nm)(简称YAG2ω)与调Q谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜半导体装置的制造方法，其特征在于，这种利用基片上形成的半导体膜作为半导体装置的激活区（半导体装置激活区）的薄膜半导体装置的制造方法包括如下各工序： 在基片上设置对后来成为半导体装置激活区的半导体膜（活性半导体膜）部位进行局部加热之局部加热机构的加热机构形成工序； 在所述加热机构形成工序后形成活性半导体膜的活性半导体膜形成工序； 在所述局部加热机构使所述活性半导体膜局部过热的状态下，使所述活性半导体膜熔融结晶化的结晶化工序；以及 对所述活性半导体膜作岛状加工来形成半导体装置激活区的元件分离工序。

【技术特征摘要】
JP 2000-6-12 175789/001.一种薄膜半导体装置的制造方法，其特征在于，这种利用基片上形成的半导体膜作为半导体装置的激活区(半导体装置激活区)的薄膜半导体装置的制造方法包括如下各工序在基片上设置对后来成为半导体装置激活区的半导体膜(活性半导体膜)部位进行局部加热之局部加热机构的加热机构形成工序；在所述加热机构形成工序后形成活性半导体膜的活性半导体膜形成工序；在所述局部加热机构使所述活性半导体膜局部过热的状态下，使所述活性半导体膜熔融结晶化的结晶化工序；以及对所述活性半导体膜作岛状加工来形成半导体装置激活区的元件分离工序。2.如权利要求1所述的薄膜半导体装置的制造方法，其特征在于所述半导体装置激活区的长度L(μm)加工成短于所述局部加热机构的长度LHS(μm)，即L＜LHS。3.如权利要求2所述的薄膜半导体装置的制造方法，其特征在于在所述元件分离工序中加工所述活性半导体膜，使所述半导体装置激活区在长度方向上为所述局部加热机构所包含。4.如权利要求1所述的薄膜半导体装置的制造方法，其特征在于在所述加热机构形成工序中，所述局部加热机构的长度LHS(μm)被加工成约7μm以下，即LHS＜7μm。5.如权利要求1所述的薄膜半导体装置的制造方法，其特征在于在所述元件分离工序中加工所述活性半导体膜，使所述半导体装置激活区的长度L(μm)为所述局部加热机构长度LHS(μm)的约一半以下，即L＜LHS/2。6.如权利要求5所述的薄膜半导体装置的制造方法，其特征在于在所述元件分离工序中加工所述活性半导体膜，使所述半导体装置激活区在长度方向上为所述局部加热机构所完全包含，且前者不包含所述局部加热机构的长度方向中心附近的部分。7.如权利要求1所述的薄膜半导体装置的制造方法，其特征在于在所述元件分离工序中，所述半导体装置激活区的宽度W(μm)被加工成短于所述局部加热机构的宽度WHS(μm)，即W＜WHS。8.如权利要求7所述的薄膜半导体装置的制造方法，其特征在于在所述元件分离工序中，所述半导体装置激活区的宽度W(μm)被加工成短于所述局部加热机构的宽度WHS(μm)约6μm以上，即W＜WHS-6μm。9.如权利要求7所述的薄膜半导体装置的制造方法，其特征在于在所述元件分离工序中加工所述活性半导体膜，使所述半导体装置激活区在宽度方向上为所述局部加热机构所包含。10.如权利要求7所述的薄膜半导体装置的制造方法，其特征在于在所述元件分离工序中加工所述活性半导体膜，使所述半导体装置激活区长度方向的边缘位于所述局部加热机构长度方向的边缘以内约1.5μm以上处。11.如权利要求1所述的薄膜半导体装置的制造方法，其特征在于所述加热机构形成工序包含在基片上淀积第一半导体膜的第一半导体膜淀积工序；将所述第一半导体膜加工成规定形状的第一半导体膜加工工序；以及在所述第一半导体膜上形成下侧绝缘膜的下侧绝缘膜形成工序。12.如权利要求11所述的薄膜半导体装置的制造方法，其特征在于所述第一半导体膜的厚度为约25nm以上至约100nm以下。13.如权利要求11所述的薄膜半导体装置的制造方法，其特征在于所述第一半导体膜的厚度为约30nm以上至约70nm以下。14.如权利要求11所述的薄膜半导体装置的制造方法，其特征在于所述第一半导体膜是以硅为主体的半导体膜。15.如权利要求11所述的薄膜半导体装置的制造方法，其特征在于所述下侧绝缘膜的厚度为约130nm以上至约180nm以下。16.如权利要求1所述的薄膜半导体装置的制造方法，其特征在于所述活性半导体膜形成工序包含淀积非晶体半导体膜的非晶体半导体膜淀积工序。17.如权利要求1所述的薄膜半导体装置的制造方法，其特征在于所述活性半导体膜形成工序...

【专利技术属性】
技术研发人员：次六宽明，宫坂光敏，小川哲也，时冈秀忠，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]