[发明专利]半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有由薄膜晶体管(以下也称为TFT)构成的电路的半导体装置及其制造方法。例如，本发明涉及作为部件安装有以液晶显示面板为代表的电光装置或具有有机发光元件的发光显示装置的电子设备。

在本说明书中，半导体装置指的是能够通过利用半导体特性而工作的所有装置，因此电光装置、发光显示装置等的显示装置、半导体电路以及电子设备都是半导体装置。

背景技术

近年来，通过使用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜(厚度大约为几nm至几百nm)构成薄膜晶体管(TFT)的技术引人注目。薄膜晶体管广泛地应用于电子装置如IC或电光装置，尤其是作为显示装置的开关元件，正在积极地进行研究开发。

现在，使用由非晶半导体膜构成的薄膜晶体管或由多晶半导体膜构成的薄膜晶体管等作为显示装置的开关元件。

关于由非晶半导体膜构成的薄膜晶体管，使用氢化非晶硅膜等的非晶半导体膜，因此对过程温度有一定的限制，从而不进行氢从膜中脱离的400℃以上的温度下的加热或因膜中的氢蒸发而产生表面粗糙的强度下的激光照射等。再有，氢化非晶硅膜是通过使氢与悬空键键合而消除悬空键以提高电特性的非晶硅膜。

此外，作为多晶半导体膜如多晶硅膜等的形成方法，已知如下技术：为了不发生表面粗糙，预先进行降低非晶硅膜中的氢浓度的脱氢化处理，然后，用光学系统将脉冲振荡受激准分子激光束加工为线形并用线形光束对经脱氢化的非晶硅膜边扫描边照射，以实现结晶化。

将多晶半导体膜用作沟道形成区的薄膜晶体管具有如下优点：与将非晶半导体膜用作沟道形成区的薄膜晶体管相比，其迁移率高两位数以上；并且可以在同一个衬底上一体形成显示装置的像素部和其外围驱动电路。然而，与将非晶半导体膜用作沟道形成区的情况相比，其工序由于半导体膜的结晶化步骤而被复杂化，这导致成品率的降低及成本的上升。

此外，在专利文献1中公开了其沟道形成区由晶体结构和非晶结构混合而成的半导体构成的FET(Field effect transistor，即场效应晶体管)。

另外，作为显示装置的开关元件，采用使用微晶半导体膜的薄膜晶体管(参照专利文献2及3)。

此外，作为现有的薄膜晶体管的制造方法，已知如下方法：在栅极绝缘膜上形成非晶硅膜，然后在其上形成金属膜并对该金属膜照射二极管激光，以将非晶硅膜改变为微晶硅膜(非专利文献1)。根据上述方法，形成在非晶硅膜上的金属膜用来将二极管激光的光能转换成热能的膜，该膜随后为完成薄膜晶体管制造而被去除。就是说，在上述方法中，非晶硅膜只通过来自金属膜的传导加热而被加热，以形成微晶硅膜。

[专利文献1]美国专利第5591987号

[专利文献2]日本专利申请公开H4-242724号公报

[专利文献3]日本专利申请公开2005-49832号公报

[非专利文献1]Toshiaki Arai等，SID 07 DIGEST，2007，p.1370-1373

除了通过将激光照射到非晶硅来形成微晶半导体膜的方法以外，还有通过等离子体CVD法来形成微晶半导体膜的方法。在该方法中，可以通过对硅烷气体进行氢稀释来形成微晶半导体膜。关于在栅电极上隔着栅极绝缘膜而设有半导体层的反交错型TFT结构，在成膜初期形成的半导体区域成为沟道形成区。因此，在成膜初期中形成的半导体区域的质量越优良，获得的TFT的电特性如高场效应迁移率等也就越优良。

然而，在通过等离子体CVD法形成微晶半导体膜的方法中，因氢稀释，即氢气流量的增大而造成成膜速度的降低。

若成膜速度慢，则成膜时间变长，因此有在成膜时包含在膜中的杂质变多的忧虑，该杂质降低TFT的电特性。

此外，若为提高微晶半导体膜的成膜速度而降低氢浓度，则成为沟道形成区的区域成为非晶半导体区域，这会导致薄膜晶体管的电特性降低。

另外，将微晶半导体膜用作沟道形成区的的反交错型TFT，与将非晶半导体膜用作沟道形成区的反交错型TFT相比，可以提高场效应迁移率。但是，有截止电流也随之提高的倾向。

发明内容

本发明提供一种质量优良的微晶半导体膜的制造方法，还提供一种半导体装置的制造方法，该半导体装置与将非晶硅膜用作沟道形成区的TFT相比提高场效应迁移率，并降低截止电流值。