[发明专利]半导体装置及其制作方法

说明书

本发明涉及具有结晶性的薄膜半导体。此外还涉及该薄膜半导体的制作方法。还涉及利用了该薄膜半导体的半导体装置以及该半导体装置的制作方法。

人们都知道一种先在玻璃基板和石英基板上形成具有结晶性的硅膜，再用该硅膜来制作薄膜晶体管(以下称之为TFT)的技术。

该薄膜晶体管被称之为高温多晶硅TFT和低温多晶硅TFT。

高温多晶硅TFT是把800℃或900℃以上这样的比较高温的加热处理用作结晶性硅膜的制作方法的技术。可以说该技术是利用了单晶硅圆片的IC制作工艺的派生技术。

当然，作为制作高温多晶硅TFT的基板，通常利用能耐上述加热温度的石英基板。

另一方面，低温多晶硅TFT，利用便宜的玻璃基板作为基板(当然，耐热性不如石英基板)。

在构成低温多晶硅TFT的结晶性硅膜的制作中，利用玻璃基板可以耐受600℃以下的加热和对玻璃基板几乎没有热损伤的激光退火技术。

高温多晶硅TFT的特征是可在基板上集成特性一致的TFT。

另一方面，低温多晶硅TFT的特征是可以利用便宜且易于大面积化的玻璃基板作为基板。

此外，在现有技术中，不论是高温多晶硅TFT还是低温多晶硅TFT其特性没什么大的不同，硬要说出不同之处的话，在生产成品率和基板面内的特性的均一性这一点上高温多晶硅比较出色，而在生产性和生产成本这一点上低温多晶硅有优势。

作为特性，两者都可以得出迁移率约50～100(cm²/Vs)、S值为200～400(mV/dec)(V_D＝1V)的TFT。

如果将这一特性与以非晶硅为样品的TFT比较，虽然可以进行约两个数量级的高速工作，但和利用了单晶硅圆片的MOS型晶体管的特性相比，则大为逊色。一般地说，利用了单晶硅圆片的MOS型晶体管的S值约为60～70(mV/dec)。其工作频率也以高温多晶硅TFT和低温多晶硅TFT的约1～2个数量级高的值工作。

在现状情况下，TFT被利用来在同一块基板上集成有源矩阵式液晶显示装置的有源矩阵电路和周边驱动电路。即，可把有源矩阵电路和周边驱动电路用TFT制作在同一块基板上。

在这样的构成中，要求周边驱动电路的源驱动器电路工作在十几MHz以上。但是，用现有的高温多晶硅TFT和低温TFT构成的电路其工作速度的容许范围只能达到约几个MHz。

因而现状是进行工作分割(叫做分割驱动)等等以构成液晶显示。但是，这种方法，存在着因为分割的定时的微妙的偏离而在画面上出现条纹之类的问题。

此外，作为今后的技术，人们认为除了周边驱动电路(由移位寄存器电路和缓冲器电路构成)之外，还要把振荡电路、D/A变换器、A/D变换器以及进行各种图象处理的数字电路也集成在同一基板上。

但是，上述振荡电路、D/A变换器、A/D变换器以及进行各种图象处理的数字电路都必须工作在比周边驱动电路还要高的频率上。

因此，用现有技术所能得到的高温多晶硅TFT或低温多晶硅TFT来构成这些电路实质上是不可能的。

还有，用利用了单晶硅圆片的MOS晶体管构成的集成电路，使之在100MHz以上工作也已实用化。

在本申请书中所提出的发明，目的是制得可以构成要求上述那样的高速工作(一般要求十几MHz以上的工作进度)的电路的薄膜晶体管。

此外，还以提供一种可以得到与利用单晶硅圆片制成的MOS型晶体管相比拟的那种特性的薄膜晶体管为目的。本发明的另一个目的是提供上述晶体管的制作装置。再一个目的是用具有上述那样的高特性的薄膜晶体管提供一种具有必要功能的半导体装置。

本申请书中所公开的发明之一的特征是：具有在带有绝缘表面的基板上制作多个薄膜晶体管的构成；

构成上述多个薄膜晶体管的有源层的结晶性硅膜利用从多个点放射状地进行单晶生长的结晶性硅膜构成。

上述构成是在用具有示于图3或图6的那样的结晶生长形态的结晶性硅膜已构成了薄膜晶体管的情况下制得的。

作为具有绝缘表面的基板，可以举出玻璃基板(但是要求对工艺温度的耐热性)、石英基板和已在表面上形成了绝缘膜的半导体基板的例子。

从上述多点放射状地进行结晶生长的结晶性硅膜，如后所述，可采用先利用以镍为代表的助长硅的结晶化的金属元素的加热处理使之结晶化，再经在含卤族元素的氧化性气氛中进行的热氧化膜的形成，该热氧化膜的除去等工序的办法来制得。

另一发明的构成的特征是：