[發明專利]半導體元件和使用半導體元件的半導體裝置

有效

• 申請號: 200710154325.5
• 申請日: 2003-03-05
• 公開（公告）號: CN101217150A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發明（設計）人: 山崎舜平;加藤清;磯部敦生;宮入秀和;須澤英臣
• 申請（專利權）人: 株式會社半導體能源研究所
• 主分類號: H01L27/12
• 分類號: H01L27/12;H01L29/786
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 張雪梅;王小衡

本申請是申請日為2003年3月5日、申請號為03107081.7的專利申請“半導體元件和使用半導體元件的半導體裝置”的分案申請。

技術領域

本發明涉及用帶有晶體結構的半導體膜形成的半導體元件和制造該半導體元件的方法，并涉及裝備有集成了半導體元件和制造該半導體元件方法的電路的半導體裝置。本發明尤其涉及使用場效應晶體管(典型地，薄膜晶體管)和結晶半導體膜的薄膜二極管。該場效應晶體管用結晶半導體膜形成溝道形成區，其作為半導體元件形成于絕緣表面上。

背景技術

發展了形成以這樣的方式生產使得非晶半導體膜形成于絕緣襯底上并晶化的諸如晶體管的半導體元件的技術。尤其，照射激光束和晶化非晶硅膜的技術應用到薄膜晶體管(TFT)的制造技術中。用帶有晶體結構半導體膜(結晶半導體膜)生產的晶體管應用于以液晶顯示裝置為代表的平面型顯示裝置(平板顯示器)。

通過在半導體制造工藝中使用激光束，發展了形成于半導體襯底或半導體膜上的非晶半導體膜或損壞的層的重結晶的技術，和形成于絕緣表面上的非晶半導體膜的晶化技術。應用于該半導體制造工藝的激光振蕩裝置的廣泛使用的激光束以諸如準分子激光的氣體激光和諸如YAG激光的固體激光為代表。

通過激光束的照射對非晶半導體膜晶化的實例公開于JP-A-62-104117中，其建議了用高速掃描對非晶半導體膜的多晶化，其中激光束的掃描速度設為高于束斑直徑×5000/秒，而不使非晶半導體膜造成完全融化的狀態。此外，U.S.Pat?No.4,330,363公開了基本上在半導體膜上形成單晶區的技術，其通過照射延伸的激光束以島的形狀形成。或者JP-A-8-195357公開了使用諸如激光處理設備的非晶半導體膜的晶化方法，其在光學系統中在照射前以線形形式處理光束。

另外，JP-A-2001-144027建議了這樣的技術，使得帶有大晶粒尺寸的結晶半導體膜通過用諸如Nd:YVO₄激光器的固體激光振蕩裝置將二次諧波的激光束照射到非晶半導體膜上形成。晶體管就這樣構成了。

然而，當晶化通過將激光束照射到形成于平坦表面上的非晶半導體膜上實現時，晶體被制成多晶，產生不適當形成的諸如晶粒邊界的缺陷。因而，無法得到沒有偏差的晶體取向。

晶體缺陷包括在晶粒邊界中，導致載流子陷阱。這可以認為是電子或空穴遷移度下落的要因因素。并且，由于晶化、施加在基材上的熱應力或晶格不匹配引起的半導體膜的體積收縮，不能形成既沒有偏差也沒有晶體缺陷的半導體膜。因此，如果諸如粘結背蝕(bond-and-etchback)SOI(絕緣體上的硅)的特殊方法被排除在外，形成于絕緣表面上的晶化的或重結晶的結晶半導體膜不能得到與形成于單晶襯底上的MOS晶體管等價的質量。

上述平板顯示裝置等具有形成于玻璃襯底上的半導體膜，以構成晶體管。然而，幾乎不可能排列晶體管，以便于消除不適當形成的晶粒邊界。即，不可預計地包括在其中的晶體缺陷或晶粒邊界不能通過嚴格控制晶體管溝道形成區的可晶化性消除。因此，這產生了不僅是晶體管電學性質差，而且是每個元件性能變化的成因因素。

尤其，當結晶半導體膜用激光束形成于當前大量工業使用的非堿性玻璃襯底上時，激光束的焦點根據非堿性玻璃襯底本身波動(surge)的影響而變化，作為結果，涉及到引起結晶變化的問題。另外，為了讓非堿性玻璃襯底避免被堿金屬污染，有必要制備諸如絕緣膜的保護膜作為基礎膜。且幾乎不可能在上面形成結晶半導體膜，帶有大晶粒尺寸且沒有已被消除了的晶粒邊界和晶體缺陷。

發明內容

考慮到上述問題，本發明的目的是提供半導體裝置，具有形成于絕緣襯底上、尤其是在玻璃襯底作為支撐基底的絕緣表面上、沒有至少在溝道形成區中存在的晶粒邊界的結晶半導體膜，由高電流驅動能力和多個元件中幾乎沒有變化并能高速運轉的半導體元件組或半導體元件構成。

為了克服上述問題，本發明中，包括以線形條狀圖形延伸的凸起或凹處的絕緣膜形成于帶有絕緣表面的襯底上。非晶半導體膜形成于絕緣膜上。然后形成結晶半導體膜，其以這樣的方式晶化，使得半導體膜在對應于絕緣膜凹處的部分(下文中只稱作凹處)中融化并灌注。另外，形成結晶半導體膜，其在進行了不必要區域的刻蝕去除之后，從結晶半導體膜(今后作為半導體元件的一部分)中以島的形狀被分離出來。柵絕緣膜和柵電極提供在結晶半導體膜上，使得形成溝道形成區的部分可以作為形成于凹處上的結晶半導體膜。