[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

本发明涉及薄膜晶体管(TFT)的结构及其制造工艺。本发明也涉及到一种在绝缘基片上制造绝缘栅半导体器件的工艺和通过在绝缘基片上组装上许多所说的绝缘栅半导体器件来得到集成电路(IC)的制造工艺。这里提到的术语“绝缘基片”指的是任何有绝缘表面的制品，如果不特别说明，它不仅包括由绝缘材料例如玻璃制成的产品，而且也包括其上有绝缘层的由例如半导体和金属等材料制成的产品。按照本发明的半导体器件作为液晶显示有源阵列的TFTs、图象传感器的驱动电路或SOI(在绝缘材料上的硅)集成电路和常规半导体集成电路(例如微处理器和微控制器，微计算机，和半导体存储器)是有用的。

近来，对在绝缘基片上制造绝缘栅半导体器件(MOSFET)的工艺进行了深入仔细的研究。在绝缘基片上形成的这种型式的集成电路(ICs)考虑到有利于高速驱动，因为在绝缘材料上的这种ICs不会有杂散电容的影响。与这些ICs相反，常规IC的工作速度受杂散电容即连线和基片之间的电容的限制。此已在绝缘基片上形成并包括薄膜有源层的MOSFETs叫作薄膜晶体管(TFT)。这些TFTs在形成多层集成电路中是必有可少的。现在，TFT能在常规半导体IC中提到，例如作为(SRAM)的负载晶体管。

某些新产品，例如像液晶显示这样光学器件和图象传感器的驱动电路，要求将半导体IC形成在透明基片上。

然而可能发觉TFTs已组装在其中，此ICs必须形成在较宽大的区域上，因而制造TFTs需要低温处理。此外，在有许多引互端的器件中，每条都与在绝缘基片上的半导体ICs连接，建议通过形成更低层的半导体IC或者整个半导体IC自身整体地形成在同样的绝缘基片上来降低安装密度。

按常规，高质量的TFTs已通过在450～1200℃温度范围内热退火非晶膜、半非晶膜或微晶膜用制造一高性能半导体膜(即一有足够高迁移率的半导体膜)而得到。也能制造一种使用半导体非晶材料膜的非晶TFT，然而，因为非常低的5cm²/vs的迁移率或者通常约1cm²/vs的更低的迁移率造成的低下的工作速度，或者因为不能提供P沟道TFT(PTFT)，使其应用范围受到极大地限制。有5cm²/vs或更高迁移率的TFT仅在450～1200℃温度范围进行过热退火后才能得到。PTFT仅在使膜经过这样的退火处理才能制造出来。

然而在包括加热至高温的热处理工艺中仅能使用严格挑选的基片材料。更准确地说，包括在900～1200℃范围高温加热的所谓高温处理是有益的，因为它允许使用能通过热氧化作用得到的像栅介电层那样的高质量膜，但适用于高温处理的基片只限于使用昂贵的材料如石英、蓝宝石和尖晶石制成的基片、它们不适合广泛使用。

与上述高温工艺相比，最高温度范围为450～750℃低温工艺允许使用从更广的变化范围选择的基片材料。但是这样的工艺要求长时间的退火处理、而且源/漏区的薄层电阻由于杂质的激活不足而维持高阻值。还力求使有源层结晶化和通过激光束或类似能量束照射使源极/源区活化(这种工艺在下文中称为激光处理)，但发现难以降低薄层电阻。在所制造的场迁移率高于150cm²/vs的TFT中，最重要的是，使薄层电阻不高于200Ω/cm²。

在器件中，例如在包括其上有集成元件的玻璃基片的图象传感器和有源阵列驱动的液晶显示器件中，使用TFT也是公知的。图9示意性地示出常规TFT的横截面图。图12示意性地示出另一常规TFT的横截面图和制造此TFT的相连工艺步骤的实例。图9(A)示出了一使用制作在玻璃基片上的薄膜硅半导体的绝缘栅效应晶体管(下文中简称为“TFT”)。参看图9(A)，作为基底的厚约2000硅氧化膜62形成在玻璃基片61上，在硅氧化膜62上形成由硅半导体膜构成的有源层，此硅半导体膜具有源/漏区63和65以及沟道形成区64。所制作的非晶的或结晶(多晶或微晶)的硅半导体层厚约1000。

作为栅绝缘膜的厚约1000的氧化硅膜66形成在有源层上。在其上设置铝栅接触区67，此接触区为通过阳极氧化形成厚约2000的氧化层68所包围。层间绝缘体69用氧化硅等形成、并在其中制成源/漏触区70和71以及连接到栅极接触区67的接触孔72。在图9(A)中，连接到栅级接触区67的接触孔72与源/漏接触70和71所在的平面不在同一平面，而是超出该平面或在平面之前。