专利名称：薄膜晶体管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及薄膜晶体管，特别涉及用于液晶显示装置的驱动电路中的薄膜晶体管(元件)及其制造方法。
目前，由作为薄膜半导体元件的薄膜晶体管(TFT)驱动的液晶显示装置被广泛地用于笔记本型个人计算机和汽车导航等，并期望今后更加小型、重量轻及低成本。因此，追求可与象素部的驱动电路一体地形成显示部以及形成象素部的衬底上的多晶硅薄膜晶体管的开发、及在该方向上的高性能化。以下，参照附图来说明现有的多晶硅薄膜晶体管的制造方法。
图1是按照现有方法制作的称为顶栅型的薄膜晶体管的剖面结构图。在图中，1是石英或玻璃等透明绝缘性衬底。再有，从价格方面来看，一般使用玻璃。2是多晶硅薄膜。3是栅绝缘膜。4是栅极。5是层间绝缘膜。6是源极。7是漏极。13是衬底膜。再有，该衬底膜以防止衬底材料的一部分扩散到多晶硅薄膜中为目的而形成，但根据衬底材质或衬底的处理方法，也有未形成的情况。
实际上，根据作为制品的液晶显示装置的显示面和其周边部上形成的驱动电路决定的配置，这种象素部的开关和驱动电路用的薄膜晶体管在上下、左右方向也被排列成几行、几列。但是，这些是众所周知的技术，并且与本发明的意义没有直接关系，所以省略这种情况的专门图示。
以下，虽然是众所周知的技术，但由于与本发明的意义有直接的关系，所以概略地说明该薄膜晶体管的制造方法。
首先，在玻璃等透明绝缘性衬底1上，按等离子体化学气相生长法(PCVD)或溅射等来形成作为衬底膜的二氧化硅(硅)薄膜13。
接着，在该衬底上的整个面和规定位置上，通过PCVD、化学气相生长法(CVD)或溅射来形成非晶状的非晶硅薄膜。
接着，对该形成的非晶硅薄膜照射受激准分子激光，使非晶硅薄膜一次熔融，利用硅固化时的结晶来形成直径比较大的粒子组成的多晶硅薄膜2(所谓激光退火)。
接着，将该多晶硅薄膜加工成根据衬底上的晶体管(元件)的排列决定的规定形状。即，进行所谓的构图。
接着，通过常压CVD法、PCVD法或溅射法等形成该构图过的多晶硅薄膜，然后在其上部规定位置形成栅极4。
接着，形成层间绝缘膜5，而且在形成层间绝缘膜的各晶体管的源极及漏极的部分上通过腐蚀形成接触孔。
接着，利用接触孔形成各晶体管的源极6、漏极7，制作多晶硅薄膜晶体管。
除以上之外，不用说，根据需要来进行在源极和漏极区中作为元件功能发挥所必需物质的杂质离子、即磷(P)或硼(B)等杂质离子的注入和其后的不饱和键结合及赶出剩余水分的热处理，以及发挥元件功能所必需的布线等。但是，对于这些来说，由于是众所周知的技术，并且与本发明的意义没有直接的关系，所以省略其说明。
下面，说明激光退火的照射条件。
为了提高薄膜半导体元件的特性，增大结晶粒径，并且有粒径均匀的膜是必要的。而且，就用激光退火使结晶粒径增大而言，大能量下的照射和对同一地方进行多次照射是有效的，但这样一来，相反地，使粒径的均匀性损失，薄膜半导体元件特性的偏差增大，此外，热被传播到玻璃衬底，产生玻璃的变形和玻璃成分向薄膜半导体内的扩散，而且半导体元件的功能恶化。再有，为了慎重起见，如果进行记载，那么液晶显示装置使用的玻璃衬底的耐热温度为600℃。
因此，在目前，按折中结晶粒径的大小和均匀性及对玻璃衬底因热造成的不良影响的条件来照射激光，进行多晶。
除以上之外，考虑到硅膜厚等，还在使激光束的能量密度达到最佳等方面下工夫。但是，由于它们与本发明的意义没有直接的关系，所以省略说明。
但是，在该方法中，在熔融再结晶时，产生以下的问题。
1)图2是通过受激准分子激光熔融再结晶下形成的多晶硅薄膜的剖面图，如图所示，在多晶硅薄膜2的表面、特别是在结晶晶界上产生许多突起部11，而且，在该表面上，进入许多在作为晶体管元件的功能发挥上不需要物质的混入物(其它技术领域的‘杂质’)12、例如空气中的氧、来自水分的氢、从HEPA过滤器中飞散的玻璃片中的硼(B)等。
但是，在这种情况下，这些混入物通过激光照射因高温与非晶硅一起熔融，然后固化进行多晶时，不仅多处成为化学、物理上不稳定的表面，而且随着固化，在从硅下部向上部的表面不断偏析(比内部集中)。可以认为，突起物大多是偏析。因此，成为化学上不稳定的状态。例如，如果是氧，则与半导体的硅反应未变为二氧化硅，而变成非常复杂且不稳定的结合状态。再有，为慎重起见，如果进行记载，那么氧无论与4族的硅、碳等1比1(例如，一氧化碳和一氧化硅)、还是2比1(例如，碳气体或二氧化硅)地形成化合物等一定的组成。而且，由于熔融之后的固化并且其表面那样的特殊条件，成为更加复杂的化合物。
此外，作为半导体薄膜的材料，由于非纯硅具有熔点低、容易结晶、可获得高迁移率等各种特征，所以目前正在研究、开发在硅中使用混合最多30％的锗、或最多5％的碳的物质，但在这些情况下，由于原来为混合物，所以表面因凹凸而不一致，不仅混入物，而且半导体材料本身的偏析倾向增大。
而且，在顶栅型的晶体管中，其表面部分是与栅绝缘膜连接的部分。因此，通过表面的突起，对其上部的栅绝缘膜的绝缘性产生不良影响。此外，因上述理由，混入物的偏析使栅绝缘膜的界面部不稳定。因而，这些对作为元件的薄膜晶体管的性能和可靠性产生不良影响。此外，很可能成为作为半导体元件性能等偏差的原因。
接着，为了形成C-MOS结构，使用PH3、B2H6对源区、沟道区进行离子掺杂，而且进行用于激活的热处理，但如果有突起，则损失这些杂质离子的注入均匀性。因此，定性地造成TFT的特性偏差。
2)在上述的折中照射条件中，多晶硅可以确保作为薄膜半导体元件的功能区域的特性均匀性，但场致效应迁移率等的电特性与单晶硅半导体元件相比要小。因此，难以获得作为将来的液晶显示元件所必需的充分的电路功能。
因此，期望进行在激光退火后的表面、特别是在栅极部的界面上没有突起部，没有混入物的偏析，或表面稳定状态的多晶硅膜或性能优良的薄膜半导体元件的开发。
此外，期望进行确保衬底上多个形成的薄膜半导体元件的均一性，并且各个元件的场效应迁移率等电气特性优良的半导体元件的开发。
为了实现以上目的，本发明的第一发明组，在顶栅型的薄膜晶体管(元件)的制造时，对衬底上形成的非晶半导体薄膜、特别是对硅薄膜和以硅为主要成分的薄膜照射激光，形成进行多晶的多晶半导体薄膜后，将该多晶半导体薄膜暴露在活性反应性气体中而腐蚀除去表面层，由此将多晶半导体薄膜平坦化，并且可除去表面混入物的偏析。而且，在反应性气体的内容和反应性气体的腐蚀时的处理上用下了工夫。由此，形成迁移率高和可靠性高的薄膜半导体元件。
第二发明组在衬底上形成顶栅型的薄膜晶体管时，形成非晶半导体薄膜、特别是形成硅膜和以硅为主要成分的薄膜，在通过对该薄膜进行激光退火来进行多晶化方面与第一发明组相同。但是，本发明组的特征在于，在多晶半导体薄膜的表面平坦化、表面混入物的偏析部分的除去方面，除了机械方式之外，还采用化学研磨的手段。
而且，通过机械、化学研磨来平坦化，在除去混入物的衬底上才高硬度的陶瓷系薄膜，并且在适当的半导体薄膜形成和衬底强度维持上也使用该薄膜。
因此，还在该陶瓷系薄膜的材质和膜厚、工艺、机械性质方面用下了工夫。由此，形成迁移率高和可靠性高的薄膜半导体元件。
此外，第三发明组在衬底上形成非结晶半导体薄膜，特别是硅或以硅为主要成分的薄膜，在通过激光退火使其进行多晶方面与前面两个发明组相同。但是，在本发明组中，为了向多晶半导体的更大结晶的生长，并且除去在这些多晶半导体的表面上偏析出的混入物，具有在550℃以上的高温下伴随着热处理，在此时的气氛气体上下工夫的特征。
在本发明组中，在顶栅型的晶体管中，在将多晶硅薄膜的表面部分平坦化，没有混入物偏析出的突起，从而获得与栅绝缘膜的良好界面，或可以获得迁移率高和可靠性高的薄膜半导体元件方面，与前面的两个发明组相同，但在实现结晶生长方面，对底栅型的晶体管的应用上也多少有些不同。
附图的简要说明图1是按现有方法制造的多晶硅薄膜晶体管元件的剖面图。
图2示意地表示按现有的激光退火法形成的多晶硅薄膜的表面上的突起和混入物偏析的图。
图3是按照本发明第一实施例的制造方法制造的多晶硅膜薄膜晶体管的剖面图。
图4表示随着上述实施例的多晶硅薄膜晶体管的制造进展剖面结构不断变化的状况图。
图5表示随着本发明第二实施例的多晶硅薄膜晶体管的制造进展剖面结构变化的图。
图6表示按照本发明第三实施例的制造方法制造的多晶硅薄膜晶体管的剖面图。
图7表示随着上述实施例的多晶硅薄膜晶体管的制造进展剖面结构不断变化的状况图。
图8表示按照本发明第四实施例的制造方法制造的多晶硅薄膜晶体管的剖面图。
图9表示按照本发明第五实施例的制造方法制造的多晶硅薄膜晶体管的剖面图。
图10表示随着上述实施例的多晶硅薄膜晶体管的制造进展剖面结构不断变化的状况图。
图11表示本发明第五和第六实施例的多晶硅薄膜晶体管的制造性能试验的结果图。
图12表示本发明第六实施例的多晶硅薄膜晶体管的热处理所使用的装置的图。
图13表示基于上述第六实施例的制造方法制造的底栅型薄膜晶体管的剖面结构图。
符号的说明1 透明绝缘性衬底2 多晶硅薄膜3 栅绝缘膜4 栅电极膜5 层间绝缘膜6 源电极(膜)61 源电极下部的钛7 漏电极(膜)71 漏电极下部的钛8 高硬度的薄膜10 晶体管的形成区11 多晶硅薄膜的突起部110 多晶硅薄膜的晶晶界的隆起12 表面部的(偏析)杂质13 衬底膜14 平坦化膜15 非晶硅薄膜16 多晶硅的结晶晶界20 钟形烧结炉(bell jar)21 高频激励电源22 高频电极板23 高频电极板
24 加热器25 衬底托架26 网状电源实施发明的最佳形态以下，根据其实施例来说明本发明。
(第一实施例)本实施例与发明的第一方面有关，通过反应性气体使多晶硅薄膜表面平坦化和除去混入物的偏析出的部分。
图3是按照本发明第一实施例的薄膜晶体管的制造方法制作的薄膜晶体管的剖面图。图4是其主要制造工序的各状态下的剖面图。
在这两个图中，与图1、图2相同的部分被附以相同的符号。就此而言，其它实施例也一样。1是透明绝缘性衬底，在本实施例中使用コ一ニンゲ社的1737玻璃衬底。2是多晶硅薄膜。3是栅绝缘膜，在本实施例中按照PCVD法来形成二氧化硅薄膜。4是栅极，在本实施例中是耐热性和耐腐蚀性良好的钛薄膜。5是层间绝缘膜，在本实施例中按照常压化学气相生长法来形成二氧化硅薄膜。6是源极，7是漏极，在本实施例中，两电极都形成上部为电阻低的铝、下部61、71在与硅的接触部形成硅化物的电接触性良好的钛的双层结构，并通过溅射来制膜。13是衬底膜，在本实施例中按照PCVD法来形成二氧化硅薄膜。15是非晶硅薄膜，在本实施例中按照PCVD法来制膜。
以下，参照图4来说明该薄膜半导体元件的制造方法。
(a)在透明绝缘性衬底1上形成衬底膜13，然后在其上形成非晶硅薄膜15。
(b)使用光刻处理和干式腐蚀处理根据衬底上半导体元件的排列将非晶硅薄膜15加工成规定的图形。其中，不采用湿式腐蚀而采用干式腐蚀的原因在于，就沟道区长度为1μm～10μm左右大小的半导体元件的加工来说，从目前获得的精度和没有晶界的选择性腐蚀等方面看，后者更优秀。
(c)在约0.5Torr的氢气气氛下，通过对非晶硅薄膜15使用例如受激准分子激光的XeCl(波长308nm)的激光照射，通过熔融、固化(所谓的激光退火)，形成20～200nm厚度左右多晶硅薄2，尽管根据液晶显示装置的用途和使用的液晶的类型等多少有些不同，但最好形成30～100nm厚度左右的多晶硅薄膜。其结果，在多晶硅薄膜的上部表面上产生许多突起11，此外，在表面、尤其在突起部上偏析混入物12。再有，即使尽可能在真空中进行前面的各种处理，采取清洗衬底等各种对策，目前仍难以完全防止该混入物的对硅薄膜的混入。
(d)使用微波等离子体腐蚀装置在真空中对氟化碳(CF4)和氧(O2)的混合气体进行等离子体激励，仅将多价带电的活性种导入到该多晶硅薄膜表面。然后，通过活性的反应性气体来腐蚀除去多晶硅薄膜表面的一部分、尤其是突起部，使氧、氢、硼等混入物多的区域和突起减少，进行表面的平滑化。
再有，为慎重起见，如果进行记载，那么表面的突起部、尤其是混入物偏析出的部分与没有它们的部分相比，处于化学不稳定状态，所以进行腐蚀时容易被反应性气体除去。图2中没有示出，但在概念上如避雷针那样，一般认为对栅绝缘膜的绝缘性产生大的不良影响的针状的突起越多，其体积与表面积的比就越大，所以从这方面看也容易被反应除去。因此，可以说自然进行多晶硅薄膜的平面化。
(e)为了防止表面的再污染，原样保持真空，将衬底移动至其它腔室，在多晶硅薄膜表面上通过PCVD法形成二氧化硅薄膜作为栅绝缘膜。
然后，按与现有方法相同的方法来形成栅极4、层间绝缘膜5和源极6、漏极7，制造如图3所示结构的薄膜晶体管。
将该薄膜晶体管与按现有方法制造的薄膜晶体管的特性进行比较。其结果，相对于按现有方法制造的薄膜晶体管的迁移率为约120cm2/V·s，而本实施例的薄膜晶体管的迁移率为约200cm2/V·s，可判明特性极大地提高。
此外，在对栅极施加300V的DC来测定TFT特性恶化的BT试验中，85℃时的加速试验的结果，发现在通常保证条件(60℃)下可靠性提高约两位数。
而且，可提高TFT的绝缘性。
这是因为栅极正下方的多晶硅薄膜的表面杂质少并且变得平滑，而且在腐蚀后保持真空的状态下形成栅绝缘膜，所以判断为不露出污染物质的漂亮的界面。
此外，由于在硅膜表面上没有杂质，所以源极和漏极下部的钛和硅反应产生的硅化物的形成也顺利地进行，可定性地判断为性能提高。
再有，在本实施例中，在多晶化前构图形成非晶硅薄膜，但不用说，在多晶化后进行构图形成也可以。
此外，在多晶硅薄膜的腐蚀中，从开始就使用等离子体激励的活性种，但也可以最初使用还附加离子效果的反应性离子腐蚀，然后进行仅用等离子体激励的活性种的腐蚀。但是，此时，在最后阶段的腐蚀中，没有因离子轰击造成对多晶硅膜的损伤，所以最好仅使用由等离子体激励生成的活性种(根(radical))。
此外，不用说，活性种的生成也可以是紫外线照射等其它手段。
而且，在本实施例中，用CF4和O2气体的混合气体进行腐蚀，但在制造设施的环境条件或混入物如何，并且半导体的材料是硅锗、硅锗碳的情况等下，不言而喻，根据条件也可以使用其它组成比或种类的气体。
而且，在将来的技术发展之下，在多晶硅表面的突起部的除去上，湿式腐蚀会被改善，不用说，在开发其它腐蚀手段的情况下，也可以使用这些手段。
(第二实施例)本实施例也属于第一发明组。本实施例涉及使用树脂膜的多晶硅薄膜的平坦化。
以下，参照图5说明本实施例的薄膜晶体管的制造方法。
(a)与前面的第一实施例一样，在透明绝缘性衬底1上形成衬底膜13，然后，在其上形成非晶硅薄膜15。
(b)同样地，对非晶硅薄膜15照射受激准分子激光，得到多晶硅薄膜2。其结果，在多晶硅薄膜的表面上产生突起11和混入物的偏析12。
(c)在多晶硅薄膜2上，通过可获得本质上平坦膜的旋转涂敷法来形成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的平坦化膜。
(d)在真空中使用约75％的氟化碳(CF4)和约25％的氢的混合气体来进行反应性离子腐蚀。这种情况下，由于PMMA和多晶硅薄膜的腐蚀速度相同，所以如果进行腐蚀直至露出多晶硅薄膜的整个表面，自然获得多晶硅薄膜的顶部被切削的平滑的表面。此外，同样地，表面的混入物的偏析部也被除去。
(e)通过光刻处理和腐蚀处理将平滑化后的多晶硅薄膜2加工成规定的图形。
然后，与现有的方法同样，按照PCVD法来形成栅绝缘膜，形成栅极膜、层间绝缘膜和源极及漏极，制作与前面的实施例相同结构的薄膜晶体管。
由于用以上方法制造的薄膜晶体管的多晶硅薄膜的平滑化良好，迁移率达到约250cm2·V/s左右，特性极大地提高，并且与现有方式的薄膜晶体管相比，可发现可靠性的改善约为200倍左右。
在本实施例中，作为平坦化膜，使用PMMA，但并不限于此。即，例如，也可以使用光刻胶，如果适当地选择腐蚀玻璃，则可获得同样的效果。
此外，由于平坦化膜物质的腐蚀速度也以使多晶硅薄膜表面平坦化为目的，所以不必与多晶硅完全相同或大体相同(±5％，最好±1％)，如果关注相应腐蚀的停止，不用说，最好有±20％左右的不同。
此外，在本实施例中，作为腐蚀的对象是平滑并且均匀的PMMA膜，但多晶硅在腐蚀的最后阶段被除去。因此，即使是湿式腐蚀，多晶硅的晶界被有选择地腐蚀不多，进而必须稍微注意腐蚀的控制，但即使是目前的技术，也可以湿式腐蚀。
此外，即使在硅以外的半导体材料的情况下，不用说，进行该腐蚀速度对应的适当的平滑膜材料的选择。
此外，同样地，用反应性离子进行腐蚀直至多晶硅薄膜的突起露出，然后，仅用等离子体激励的活性种来进行腐蚀，但考虑到时间的限制，则也可以从一开始就仅用等离子体激励的活性种来腐蚀。但是，在多晶硅薄膜腐蚀的至少最后阶段，最好仅使用由等离子体激励或紫外线照射产生的活性种(基)。
而且，不言而喻，根据粘度低等物质的性质和种类，平坦化用的物质的涂敷除了旋转涂敷之外也可以采用其它方法，例如简单的涂敷也可以。
(第三实施例)本实施例与第二发明组有关，使用高硬度材料的薄膜来平坦化多晶硅薄膜。
以下，参照图6和图7来说明本实施例的薄膜半导体的制造方法。
图6是本实施例的薄膜晶体管元件的剖面图。图7表示随着该薄膜晶体管的制造工序的进展剖面变化状况的图。
在两图中，8是氮化硅组成的高硬度薄膜。
以下，参照图7来详细说明本实施例的薄膜半导体元件的制造方法。
(a)在表面上形成衬底膜13的透明绝缘性衬底(コ一ニング社1737玻璃衬底)1上的整个面上形成氮化硅膜。在本实施例中，按照PCVD法使用SiH4、N2及NH3的混合气体在约350℃温度下，将作为高硬度薄膜8的氮化硅膜形成至约0.1μm的厚度。该膜的硬度按显微维克斯(マイクロビツカ一ス)硬度约为2000，而多晶硅的硬度约为850。
(b)对于形成衬底上的晶体管的区域，通过光刻处理和干式腐蚀来除去在该部分上形成的该高硬度薄膜8。符号10所示的区域是形成晶体管的区域。
(c)在有选择地形成高硬度薄膜8的透明绝缘性衬底1上的整个面上形成非晶硅薄膜，对该非晶硅薄膜照射激光，使其熔融、固化来进行多晶，形成多晶硅薄膜2。此时，通过随着激光照射的熔融、固化，在多晶硅薄膜表面上产生许多的突起11和混入物的偏析部12。
(d)将该多晶硅薄膜连同衬底一起按所谓的CMP(ChemicalMechanical Polishing化学机械研磨)来研磨。即，将5～100nm粒径的胶态硅石等混入5～10％的纯水，而且在氨达到ph12左右的溶解后的研磨液中，对硅石进行机械、化学研磨。
而且，通过该研磨来平坦化，但由于氮化硅其硬度非常大，在氮化硅膜露出时刻，与多晶硅膜部同时进行的研磨也大都停止。其结果，多晶硅薄膜的厚度与氮化硅膜厚大致相同，变为与实用上相同的厚度。但是，该高硬度的氮化硅膜的厚度可以按照溅射或等离子体化学气相生长法来高精度地形成。因此，多晶硅薄膜的研磨后的膜厚也可以达到高精度。因此，该氮化硅膜的厚度通常为20～200nm，最好为30～100nm左右。
而且，作为近年来的半导体材料，正在尝试在硅中包含在周期表中其上下位置的碳、锗，但这种情况下，在作为混合物的半导体薄膜的表面上，与纯硅的情况相比，有产生大的凹凸的情况，但即使在这种情况下，尽管多少必需考虑最佳粒径、ph等，但平坦化没有问题，并且可能达到均质。
同时，根据衬底上的多晶硅薄膜的晶体管元件的排列，就可以完成形成决定的规定图形。
然后，清洗衬底，在多晶硅薄膜上形成栅绝缘膜后，在各个半导体元件上通过腐蚀来形成源极和漏极的接触孔，通过形成栅极、源极及漏极来形成多晶硅薄膜晶体管。
如图6所示，按照以上的方法制造的薄膜晶体管，多晶硅薄膜2的表面平坦，而且混入物也被除去。因此，可以使在其上形成的栅绝缘膜的界面达到非常良好的状态，其结果，薄膜晶体管的性能极大地提高。
将以上那样形成的本实施例的多晶硅薄膜晶体管和按照现有方法制作的多晶硅薄膜晶体管进行比较。在晶体管的沟道部宽度与长度W/L＝12/12μm、Vd＝6V的情况下，现有方式中，迁移率为120cm2/Vs。而另一方面，在本实施例的晶体管的情况下，则为190cm2/Vs。
此外，与现有的多晶硅薄膜晶体管相比，恶化速度慢约10倍左右，可确认可靠性良好。
接着，也可以将多晶硅薄膜2的膜厚形成比高硬度薄膜更厚那样的厚非晶硅膜。由此，通过研磨确实除去在多晶硅薄膜2的表面上偏析出的混入物。而且，由于使非晶硅膜多晶化时的膜厚增大，所以该部分多晶硅膜的晶粒变大。因此，迁移率变得更高。
此外，作为半导体的材料，在本实施例中使用非晶硅薄膜，但为了实现高迁移率等，也可以使用在硅中包含30％锗的硅锗化合物薄膜。
此外，也可以使用在硅锗中最多包含5％的硅锗碳化合物薄膜。
此外，作为高硬度薄膜，也可以使用氮氧化硅膜或氧化铝膜或氧化钛膜等。再有，在这些情况下，由于与本实施例同样是透明膜，所以研磨后也不必除掉该绝缘膜，可实现工序的简化。而且，在携带型装置的显示装置中使用的情况下，形成半导体薄膜的玻璃衬底无论多么薄，但对半导体薄膜的P、B等杂质离子注入后的不饱和键结合等的热处理时，由于是本来高硬度的陶瓷，所以多少有助于防止薄玻璃衬底因热变形。
此外，根据高硬度物质膜和半导体材料，研磨也可以是抛光等纯机械的方法。
不用说，作为非透明膜的金属薄膜和金属间化合物薄膜或碳化物薄膜等的高硬度薄膜，也可以在研磨后腐蚀除去。
不用说，在反射型显示装置的情况下，只要有绝缘性就不必除去。
(第四实施例)本实施例与前面的第三实施例比较的情况下，不同点在于，作为透明绝缘性衬底1上面的衬底膜，二代替氧化硅形成高硬度物质的氧化铝膜81。
因此，如与图7(d)相当的图8中明确所示那样，高硬度的物质薄膜在非多晶硅薄膜区中成为氧化铝膜81和氮化硅膜8两段。
因此，在杂质离子注入后的热处理时，即使稍微超过600℃的高温，也可防止玻璃衬底发生变形。因此，使薄膜晶体管的电场迁移率提高。
(第五实施例)本发明与第三发明组有关，涉及特别气氛中的热处理。
图9是按照本实施例的制造方法制造的薄膜晶体管的剖面结构图。图10表示其主要制作工序中半成品的薄膜晶体管的剖面的图。
以下，参照图10详细说明本实施例的制造方法。
(a)在透明绝缘性衬底1上形成衬底膜13，然后在其上形成非晶硅薄膜15。
(b)对非晶硅薄膜15照射受激准分子激光，进行多晶，形成多晶硅薄膜2。该多晶例如使用受激准分子激光XeCl(波长308nm)的激光，在氢气或氮气或真空中进行。其结果，在多晶硅薄膜上可发现表示在结晶晶界16的表面上隆起110的构造。
(c)通过光刻和腐蚀处理将该多晶硅薄膜2加工成规定的图形。
将这样的多晶硅薄膜2送入真空热处理炉，在根据玻璃衬底的耐变形性决定的达到上限的600℃下进行1小时的热处理。通过喇曼分光分析来评价热处理前后的多晶硅薄膜的结果示于图11。在该图中，1是通过激光进行多晶之后的膜，2是进行热处理后的膜。
由图可知，通过热处理峰值强度变大，并且峰值位置移动到高频侧。这表示通过热处理，从单晶硅的峰值位置在520cm-1附近使整个膜的热变形缓和，并且由于峰值强度变大产生结晶生长，从而可以确认本实施例的效果。
图10(d)示意地示出这样的结果。与图10(c)相比的情况下，随着结晶的生长，晶界16的数减少，并且突起也变小。
(e)然后，按照PCVD法来形成作为栅绝缘膜的二氧化硅薄膜3。
如上所述，在形成栅绝缘膜后，按与现有相同的方法来形成栅极4、层间绝缘膜5和源极6、漏极7，制造图9所示的薄膜晶体管。
作为该薄膜晶体管的特性，迁移率为约220cm2/V·s，阈值电压(Vth)为2V。另一方面，按现有方法制造的薄膜晶体管的迁移率为120cm2/V·s，Vth为3V。
此外，按同一条件来比较可靠性，发现本发明的薄膜晶体管相对于现有的薄膜晶体管约2位数的改善。
可以认为，主要是由于多晶硅薄膜的热变形的减少和晶粒生长造成的晶界变少，半导体的模质提高，其它半导体表面的晶界部的隆起也变少，栅极下面的栅极和绝缘膜进行良好、均匀的接触，杂质注入的均匀性也变得良好。
在本实施例中，在600℃、真空气氛下进行1小时的热处理，但如果在包含氢的不活泼气体气氛中进行热处理，则表面的氧化物、特别是不稳定的氧化物被还原，进一步改善多晶硅的模质，所以包含氢的不活泼气体的安排、准备、管理等必须进行，但这样做更好。
此外，在本实施例中，在将多晶硅薄膜加工成规定图形后进行热处理，但不用说，相反地，在热处理后加工成规定的图形也可以。
(第六实施例)本实施例涉及第三发明组。
以下，说明本发明第六实施例的薄膜晶体管的制造方法。
本实施例与前面的第五实施例大致相同，所以沿用前面实施例说明使用的图10来说明。
(a)与前面的第五实施例同样，在透明绝缘衬底1上按照PCVD法形成作为衬底膜的二氧化硅薄膜后，在其上面形成非晶硅薄膜。
(b)同样地，对非晶硅薄膜照射受激准分子激光，进行多晶。
作为此时的照射等条件，由于要增大多晶硅薄膜的结晶粒径，同时减小该粒径的偏差和表面的凹凸，所以考虑非晶硅薄膜的厚度和激光照射气氛等，使之达到最佳。
(c)在将多晶硅薄膜构图加工成规定形状后，用图12所示的可高温加热和生成等离子体的装置来进行热处理。
在该图中，20是石英制的钟形烧结炉(真空容器)。21是等离子体激励电源，在本实施例中使用13.56MHz。22和23是高频电极板。24是加热用加热器。25是衬底托架。26是网状电极。1是多晶膜形成的透明的绝缘性衬底。
使用该装置，在550℃温度下，按下部的两个箭头所示流动氢为20％、CHF3为3％、Ar为77％组成的气体，通过高频电源来产生等离子体，进行5小时热处理。
(d)在该方式的等离子体中，衬底上几乎没有激励电压，主要是氢根或氟根(radical)(原子状或多价原子)轰击衬底。但是，氟具有腐蚀除去多晶硅薄膜表面上存在的氧化膜的效果，而且与此相伴，也腐蚀除去晶界存在的氧化物或氧化膜。此外，还除去因热扩散造成的晶界的上表面上的氧化物。其结果，在晶界部露出干净的硅面，硅原子之间进行接触，造成晶粒的生长，而且伴随着该生长，表面的凹凸也变小，因此，同时达到模质的改善和表面形状的改善。
图11的3表示测定(d)模式所示状态下的多晶硅薄膜的喇曼分光分析的模质结果。从该图可知，与前面的实施例相比，峰值强度变大，峰值位置用在单晶硅峰值位置的520cm-1附近。由此，可确认结晶性被充分改善。
然后，与其它实施例一样，形成栅绝缘膜、栅极膜、层间绝缘膜、源极膜和漏极膜，制作薄膜晶体管。
以上那样制作的薄膜晶体管，其迁移率约为300cm2/V·s、Vth＝1.23V，与按现有方法制造的薄膜晶体管相比，特性被极大地改善。
此外，与按现有方法制造的薄膜晶体管相比，发现可靠性也改善约250倍。
在本实施例中，使用外部激励型的电极结构的高频电源，但不用说，该电源最好在钟形烧结炉内。
此外，不用说，也可以将多晶硅形成的透明绝缘衬底暴露在用与腐蚀装置相同的对抗电极方式产生的等离子体中。
此外，加热温度和加热时间与包含氟气体的情况不同，但作为气体，不用说，可以仅使用氢或包含氢气的不活泼气体。
此外，不言而喻，等离子体可以用紫外线照射等其它手段来产生。其次，在本实施例之前的第五实施例中，与第一至第四实施例不同，除去结晶晶界中存在的氧化物等，从促进结晶生长方面来看，可以采用底栅型的晶体管，获得伴随晶粒的生长迁移率提高那样的效果不成问题。
而且，不用说，虽不象顶栅型那样，但仍可获得可靠性的提高。
为了参考，图13表示对应于图9所示的顶栅型晶体管的底栅型的晶体管。
以上，根据几个实施例说明了本发明，但本发明当然不限于此。即，例如可如以下那样。
1)液晶显示装置不是通常文字处理机中使用的带背光的光透过型，而是反射型或使用G.H.单元的投影显示型。
2)反射型的情况下，尽管在基板上的象素部分需要形成其它用途反射膜等步骤，但如果基板为耐热性良好的金属或陶瓷的薄板，则第五和第六实施例的多晶硅薄膜的热处理温度提高到700℃～800℃。
3)如果衬底为石英，则多晶硅薄膜的热处理温度提高到700℃～800℃。
4)液晶显示装置本身被用于游戏机等，因此，该显示部和驱动电路部未形成整个面上形成。或者，非晶硅膜不形成在整个表面上，而形成在作为显示部和驱动电路的区域上。
5)为了确实防止玻璃中的碱金属向硅内扩散等，所以玻璃衬底的衬底绝缘膜不是单一膜，而具有二氧化硅和氮化硅的积层结构。
6)可除去多晶硅薄膜的突起和结晶晶界的隆起。
7)源极、漏极的下部的钛膜比图示的情况厚。或者，使用其它的金属。而且，仅用一种金属材料来形成两电极。
由以上说明可知，按照本发明，在顶栅型晶体管中，对非晶硅薄膜等照射准分子激光来进行多晶时，通过除去硅薄膜表面上产生的突起和粒面的隆起、及在表面特别是在突起部偏析出的混入物，使多晶的硅薄膜等的栅绝缘膜的界面达到平滑且高纯度的状态。因此，薄膜晶体管的特性和可靠性极大地提高。
此外，同样地，在顶栅型晶体管中，通过消除多晶硅薄膜等的表面突起和混入物的偏析，栅绝缘膜的界面部分的稳定性、再现性提高，由此，晶体管元件的特性提高，此外，也降低其偏差。从而进一步提高可靠性。
特别在顶栅型的晶体管中，通过将多晶化的硅等的薄膜在550℃以上的温度上、在氢、包含氢的不活泼气体或包含氢和氟的气体等离子体或局部加热，从而除去表面的氧化物，促进晶粒的生长，极大地提高该模质。
因此，晶体管元件的特性提高，此外，实现其偏差的下降。而且，可靠性也提高。
此外，晶体管的绝缘性提高，所以使栅极绝缘膜很薄地形成，TFT特性进一步提高。
此外，杂质离子的注入、表面的突起、粒面的隆起变得均匀，从而使晶体管的特性提高。
此外，源极、漏极的下端与半导体的电接触也良好。
权利要求
1.一种顶栅型薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，包括对衬底上形成的非晶半导体薄膜照射激光而形成多晶半导体薄膜的激光退火步骤；将所述多晶半导体薄膜暴露在活性的反应流体中，腐蚀除去其表面层并进行平坦化的平坦腐蚀步骤；以及将所述平坦腐蚀步骤之前或之后形成的多晶半导体薄膜图形化的构图步骤。
2.如权利要求1所述的顶栅型薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述平坦腐蚀步骤是使用反应性气体作为反应流体的平坦干式腐蚀步骤。
3.如权利要求2所述的顶栅型薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述平坦干式腐蚀步骤是至少在其最后阶段仅使用通过等离子体激励或紫外线照射生成的活性种(基)作为反应性气体的末段使用活性种平坦腐蚀步骤。
4.一种顶栅型薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，包括对衬底上形成的非晶半导体薄膜照射激光，形成多晶半导体薄膜的激光退火步骤；在所述多晶半导体薄膜上，形成腐蚀气体的除去速度与多晶硅相同的其它物质的薄膜，使衬底上多晶硅薄膜形成部分的表面平坦化的平坦用其它物质薄膜形成步骤；通过将所述其它物质薄膜暴露在活性反应流体中，直至露出所述多晶半导体薄膜的整个表面来进行除去腐蚀，使所述多晶半导体薄膜的表面平坦化的平坦化腐蚀步骤；和将所述表面平坦化前或进行过平坦化的多晶半导体薄膜加工成规定的图形的构图步骤。
5.如权利要求4所述的顶栅型薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述平坦腐蚀步骤是使用反应气体作为反应流体的平坦干式腐蚀步骤。
6.如权利要求5所述的顶栅型薄膜晶体管的制造方法，所述平坦干式腐蚀步骤是至少在其最后阶段仅使用作为反应性气体通过等离子体激励或紫外线照射生成的活性种(基)的末段使用活性种平坦腐蚀步骤。
7.如权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4、权利要求5或权利要求6所述的顶栅型薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，在所述激光退火步骤之前，在衬底上形成非结晶半导体薄膜时，作为非结晶半导体材料，有选择硅、硅锗、硅锗碳的硅系半导体材料选定步骤。
8.一种顶栅型薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，包括在衬底上非薄膜半导体元件形成的区域上形成比半导体硬度高的物质薄膜的高硬度薄膜形成步骤；在包括所述高硬度物质薄膜形成部分的衬底上形成非结晶半导体薄膜的非结晶半导体薄膜形成步骤；对所述形成的非结晶半导体薄膜照射激光，形成多晶半导体薄膜的激光退火步骤；和一边维持形成有所述多晶半导体薄膜的衬底面的平面性一边进行研磨，直至露出所述高硬度物质薄膜表面的研磨步骤。
9.如权利要求8所述的顶栅型薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述非晶半导体薄膜形成步骤是将非晶半导体薄膜形成得比高硬度物质薄膜厚更厚的非晶半导体薄膜形成步骤。
10.如权利要求8或权利要求9所述的顶栅型薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述高硬度薄膜形成步骤是形成氮化硅、氮氧化硅、氧化铝或氧化钛的薄膜的特定物质薄膜形成步骤。
11.如权利要求8或权利要求9所述的顶栅型薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述高硬度薄膜形成步骤是形成高硬度物质薄膜的厚度为0.1μm以下的0.1μm以下膜形成步骤。
12.如权利要求10所述的顶栅型薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述高硬度薄膜形成步骤是形成高硬度物质薄膜的厚度为0.1μm以下的0.1μm以下膜形成步骤。
13.如权利要求8或9所述的顶栅型薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述非晶半导体薄膜形成步骤是形成的非晶半导体薄膜的材料为硅、硅锗或硅锗碳的硅系薄膜形成步骤。
14.如权利要求10所述的顶栅型薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述非晶半导体薄膜形成步骤是形成的非晶半导体薄膜的材料为硅、硅锗或硅锗碳的硅系薄膜形成步骤。
15.如权利要求11所述的顶栅型薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述非晶半导体薄膜形成步骤是形成的非晶半导体薄膜的材料为硅、硅锗或硅锗碳的硅系薄膜形成步骤。
16.如权利要求12所述的顶栅型薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述非晶半导体薄膜形成步骤是形成的非晶半导体薄膜的材料为硅、硅锗或硅锗碳的硅系薄膜形成步骤。
17.一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，包括对衬底上形成的非晶半导体薄膜照射激光形成多晶半导体薄膜的激光退火步骤；对所述多晶半导体薄膜用550℃以上温度进行热处理的热处理步骤；和将所述热处理前或热处理结束后的多晶半导体薄膜加工成规定形状的构图步骤。
18.如权利要求17所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述热处理步骤是在包括氢气的非活泼气体气氛中进行的含氢气氛中的热处理步骤。
19.如权利要求17所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述热处理是在氢或包含氢的非活泼气体的等离子体气氛中、在包含氢和氟的气体的等离子体气氛中、在包含氢的活性激励种(基)的气体气氛中或在包含氢和氟的活性激励种(基)的气体气氛中进行热处理的特定气氛中的热处理步骤。
20.如权利要求17、权利要求18或19所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，在所述激光退火步骤前在衬底上形成非晶半导体薄膜时，作为非结晶半导体材料，有选择硅、硅锗或硅锗碳的硅系半导体材料选择步骤。
21.如权利要求17、权利要求18或19所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述制造的薄膜晶体管为顶栅型的。
22.如权利要求20所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述制造的薄膜晶体管为顶栅型的。
23.一种顶栅型薄膜晶体管，其特征在于，衬底上多晶半导体薄膜的非形成区域或此外，在多晶半导体薄膜的衬底侧有高硬度物质薄膜。
24.如权利要求23所述的顶栅型薄膜晶体管，所述高硬度物质薄膜是氮化硅、氮氧化硅、氧化铝或氧化钛的薄膜。
全文摘要
本发明方法可防止因激光退火形成的多晶硅薄膜的表面凹凸,特别防止因凹凸发生的混入物偏析而导致的晶体管元件的性能降低、质量偏差等。该方法包括,(1)化学、机械地磨消激光退火后的多晶硅薄膜的表面部的突起和混入物的偏析部分;(2)通过热处理进行晶体生长,并且一边除去表面的混入物,一边平化表面。
文档编号H01L21/336GK1307730SQ99808118
公开日2001年8月8日 申请日期1999年6月29日 优先权日1998年6月30日
发明者仓增敬三郎, 佐佐木厚, 河北哲郎 申请人:松下电器产业株式会社