发明名称 薄膜半导体及其制造方法,半导体装置及其制造方法
摘要 本发明有关一薄膜半导体,其可视为一单晶,及包含由薄膜半导体形成一主动层之半导体装置。至少一凹或凸图案有意形成于与一非晶矽膜下表面接触之一绝缘膜上,故形成至少一晶格供加速结晶之金属元素离析。因此,一晶核选择地形成于凹及凸图案所处部分中,并进行控制一结晶直径。因此,得到一结晶矽膜。结晶矽膜之结晶度藉照射一雷射光或能量与雷射光相当强光而提高,藉以形成其中无晶界实质存在单域区中。
申请公布号 TW316993 申请公布日期 1997.10.01
申请号 TW086101617 申请日期 1997.02.13
申请人 半导体能源研究所股份有限公司 发明人 小山润;山崎舜平;宫永昭治;福永健司
分类号 H01L21/00 主分类号 H01L21/00
代理机构 代理人 林志刚 台北巿南京东路二段一二五号七楼;林敏生 台北巿南京东路二段一二五号七楼伟成第一大楼
主权项 1.一种薄膜半导体,位于其表面上形成绝缘膜之基片上,薄膜半导体包含一单域区可实质视为一单晶,藉照射雷射光或能量等于雷射光强光而提高结晶度,其中:以多数柱状或针状结晶集合大致与基片平行而形成单域区;及故意形成至少凹或凸图案于与薄膜半导体下表面接触之绝缘膜上。2.如申请专利范围第1项之薄膜半导体,其中单域区实质无结晶粒边界。3.一种薄膜半导体,位于其表面上形成绝缘膜之基上,薄膜半导体包含一单域区实质无结晶粒边界,藉照射雷射光或能量等于雷射光之强光而提高结晶度,其中:以多数柱状或针状结晶集合大致与基片平行而形成单域区;及故意形成至少凹或凸图案于与薄膜半导体下表面接触之绝缘膜上。4.一种薄膜半导体,以下列步骤之方法制成:喷飞形成氧化矽膜于具一绝缘面之基片表面上;藉定图案氧化矽膜成预定形状而故意形成至少一凹或凸图案;以低压热CVD形成非结晶矽膜于氧化矽膜上;形成加速结晶之金属元素至氧化矽膜及/或非结晶矽膜;以热处理结晶非结晶矽膜成结晶矽膜;及照射雷射光或能量与雷射光相当之强光至结晶矽膜而修改结晶矽膜成单域区。5.如申请专利范围第1至4项其中之一之薄膜半导体,其中单域区膜厚150至450A。6.如申请专利范围第1至4项其中之一之薄膜半导体,其中单域区外部受雷射光或能量相当雷射光之强光照射而成凸部。7.如申请专利范围第1至4项其中之一之薄膜半导体,其中单域区外部膜厚大于单域区者。8.如申请专利范围第1至4项其中之一之薄膜半导体,其中以11015至11021原子/cm3浓度加入氢于构成单域区之薄膜半导体中。9.如申请专利范围第1至4项其中之一之薄膜半导体,其中单域区包含:一第一区,为凹或凸图案上一垂直生长区;及一第二区,为一横向生长区,由垂直生长区开始结晶生长并生长于大约与矽膜表面平行之方向,其中垂直生长区含金属元素浓度高于横向生长区者。10.一种薄膜半导体之制造方法,包含步骤为:喷飞形成氧化矽膜于具一绝缘面基片表面上;藉定图案氧化矽膜成预定形状而故意形成至少一凹或凸图案;以低压热CVD形成非结晶矽膜于氧化矽膜上;形成加速结晶之金属元素至氧化矽膜及/或非结晶矽膜;以热处理结晶非结晶矽膜成结晶矽膜;及照射雷射光或能量与雷射光相当之强光至结晶矽膜而修改结晶矽膜成单域区,其中照射雷射光或能量与雷射光相当之强光将结晶矽膜形成一单域区。11.如申请专利范围第10项之薄膜半导体制造方法,其中以多数柱状或针状结晶集合大约平行基片而形成结晶矽膜。12.如申请专利范围第10项之薄膜半导体制造方法,其中利用人工石英标的以喷飞进行氧化矽膜形成步骤。13.如申请专利范围第10项之薄膜半导体制造方法,其中加速结晶之金属元素为一或多数元素选自Fe,Co,Ni,Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt,Cu及Au构成之群。14.一种半导体装置,具一互动层,互动层包含一薄膜半导体位于其表面上形成一绝缘膜之基片上,薄膜半导体包含一单域区,其结晶度受雷射光或能量与雷射光相当之强光照射而提高,其中:以多数柱状或针状结晶集合大约与基片平行而成单域区,及至少一凹或凸部故意形成于与单域区单独构成之互动层下表面接触之绝缘膜上。15.如申请专利范围第14项之半导体装置,其中互动层实质无结晶粒边界。16.一种半导体装置,具一互动层,互动层包含一薄膜半导体位于其表面上形成一绝缘膜之基片上,薄膜半导体包含一实质无结晶粒边界之单域区,其结晶度受雷射光或能量与雷射光相当之强光照射而提高,其中:以多数柱状或针状结晶集合大约与基片平行而成单域区,及至少一凹或凸部故意形成于与单域区单独构成之互动层下表面接触之绝缘膜上。17.一种半导体装置,以下列步骤之制造方法制成:以喷飞形成氧化矽膜于一绝缘面之基片表面上;藉定图案氧化矽膜成预定形状而故意形成至少一凹或凸图案;以低压热CVD形成非结晶矽膜于氧化矽膜上;形成加速结晶之金属元素至非结晶矽膜;以热处理结晶非结晶矽膜成结晶矽膜;及照射雷射光或能量相当于雷射光之强光至结晶矽膜而变化结晶矽膜成单域区,其中仅以单域区形成互动层。18.一种具薄膜半导体制成互动层之半导体装置,半导体装置由以下步骤之方法制成:以喷飞形成氧化矽膜于一绝缘面之基片表面上;藉定图案氧化矽膜成预定形状而故意形成至少一凹或凸图案;以低压热CVD形成非结晶矽膜于氧化矽膜上;形成加速结晶之金属元素至非结晶矽膜;以热处理结晶非结晶矽膜成结晶矽膜;照射雷射光或能量相当于雷射光之强光至结晶矽膜,藉以变化结晶矽膜成单域区;仅使用单域区形成互动层;以蒸气相位法形成一绝缘膜盖住互动层并包含矽为主要成分;于含卤素元素之气氛中进行热处理以吸气并除去加速互动层结晶之金属元素,同时形成一热氧化膜于互动层与含矽为主要成分绝缘膜间界面;及于气态氮气氛下进行热处理,以提高含矽为主要成分而含热氧化膜之绝缘膜之膜品质。19.如申请专利范围第18项之半导体装置,其中:一层化膜包含具矽为主要成分之绝缘膜及热氧化膜作为闸极绝缘膜,及高浓度卤素元素出现于互动层与闸极绝缘膜间界面附近。20.如申请专利范围第14或19项其中之一之半导体装置,其中互动层膜厚介于150至450A。21.如申请专利范围第14至19项其中之一之半导体装置,其中加入互动层之氢浓度为11015至11021原子/cm3。22.一种半导体装置,具一互动层,互动层由一绝缘膜上薄膜半导体制成,绝缘膜位于整合于一矽基片上之IC上侧,包含:薄膜半导体包含实质无结晶粒边界之单域区,并照射雷射光或能量与雷射光相当之光而提高结晶度;以多数柱状或针状结晶集合大约平行基片而形成单域区;及故意形成至少一凹或凸图案于仅以单域区构成之互动层下表面接触之绝缘膜上。23.一种半导体装置制造方法,半导体装置具一包含薄膜半导体之互动层,方法包含步骤为:以喷飞形成氧化矽膜于具一绝缘面之基片表面上;藉定图案氧化矽膜成预定形状而故意形成至少一凹或凸图案;以低压热CVD形成非结晶矽膜于氧化矽膜上;形成加速结晶之金属元素至非结晶矽膜;以热处理结晶非结晶矽膜成结晶矽膜;及对结晶矽膜照射雷射光或能量相当于雷射光之强光,其中:以照射雷射光或能量与雷射光相当之强光之步骤而变化氧化矽膜成一单域区;及仅使用单域区形成互动层。24.一种半导体装置制造方法,半导体装置具一包含薄膜半导体之互动层,方法包含步骤:以喷飞形成氧化矽膜于具一绝缘面之基片表面上;定图案氧化矽膜成预定形状而故意形成至少一凹或凸图案;以低压热CVD形成非结晶矽膜于氧化矽膜上;形成加速结晶之金属元素至非结晶矽膜;以热处理结晶非结晶矽膜成结晶矽膜;照射雷射光或能量相当于雷射光之强光至结晶矽膜而变化结晶矽膜成一单域区;仅使用单域区形成互动层;以蒸气相位法形成一绝缘膜盖住互动层并包含矽为主要成分;于卤素元素气氛下进行热处理以吸气并除去加速结晶之金属元素,同时形成热氧化膜于互动层与含矽为主要成分绝缘膜间界面;及于气态氮气氛下进行热处理,藉以提高含矽为主要成分并包含热氧化膜之绝缘膜之膜品质。25.如申请专利范围第23或24项之半导体装置制造方法,其中以多数柱状或针状结晶集合大约与基片平行而形成结晶矽膜。26.如申请专利范围第23或24项之半导体装置制造方法,其中利用人工石英标的以喷飞形成氧化矽膜之形成步骤。27.如申请专利范围第23或24项之半导体装置制造方法,其中加速结晶之金属元素为一或多数元素选自Fe,Co,Ni,Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt,Cu及Au构成之群。图示简单说明:图一(A)至一(F)截面图说明具单域区之薄膜半导体之形成步骤;图二(A)至二(C)显示单域区之结构;图三(A)至三(F)截面图说明具单域区之薄膜半导体之形成步骤;图四(A)至四(E)说明半导体装置之制程;图五说明SOI技术之问题;图六说明一单域区结构;图七说明一单域区上之互动层;图八(A)至八(E)说明一半导体装置之制程;图九(A)至九(D)说明一半导体装置之制程;图十(A)至十(B)说明一半导体装置之制程;图十一(A)至十一(D)说明一半导体装置之制程;图十二(A)至十二(B)为一DRAM之结构;图十三(A)至十三(B)为一SRAM之结构;图十四表说明一人工石英标的之组成;图十五(A)至十五(D)显示一半导体装置之制程;及图十六(A)至十六(F)解释应用产品。
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