TWI269372B - Semiconductor device and a method of manufacturing the same, integrated circuit, electro-optical device, and electronic apparatus - Google Patents

Description

1269372 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於MOS電晶體等之場效型之半導體裝置 之改良技術。 【先前技術】 近年來，持續硏究開發使用以低溫製程所形成之結晶 φ性半導體膜（例如，多晶矽膜），形成電流驅動能力高之 薄膜電晶體之技術。一般而言，多晶矽膜是藉由對非晶矽 膜執行照射雷射使其結晶化而所形成。但是，如此所形成 之多晶矽膜於結晶化之時在各處生長之晶粒間的境界（晶 界）則***而成爲突起狀，比面之凹凸有變大之傾向。在 該多晶矽膜之上側形成閘極絕緣膜及閘極電極之場效型之 薄膜電晶體（TFT )，是在多晶矽膜之表面的突起部分集 中電場，容易產生閘極絕緣膜之絕緣破壞。對於如此之問 鲁題，在日本特開2000-40828號公報（專利文獻1 )中揭示 有形成多晶矽膜之後，藉由硏磨該表面而予以平坦化，來 迴避薄膜電晶體中之閘極絕緣膜之絕緣破壞的技術。 但是，於爲了開發薄膜電晶體之微細化，而使閘極絕 緣膜之膜厚更薄之時，半導體膜之邊緣部分的閘極絕緣膜 則容易變薄。尤其，使用濺鍍法或CVD法等之階差覆蓋 性（step coverage )爲低之成膜法，形成閘極絕緣膜之時 ，該傾向更爲明顯。當閘極電極被形成橫穿該邊緣部分之 時，則在該部分產生電場集中，導致絕緣破壞之事態變多 -4- (2) 1269372 。依此’產生薄膜電晶體之信賴性下降的不良狀況。上述 先行技術要達成緩和如此半導體膜邊緣部分之電場集中則 有困難，期待更佳改良技術。 [專利文獻]日本特開2000-40828號公報 【發明內容】 在此’本發明之目的是對於薄膜雩晶體等之半導體裝 •置，迴避半導體膜邊緣部分之閘極絕緣膜的絕緣破壞或發 生洩漏，而提高半導體裝置之信賴性。 [用以解決課題之手段] 爲了達成上述目的，本發明之半導體裝置之製造方法 ，包含有在絕緣基板上島狀形成半導體膜之第1工程；包 含上述半導體膜之邊緣部以第1絕緣膜覆蓋上述半導體膜 之第2工程；避開該半導體膜之邊緣部而開口上述半導體 φ膜上部之第1絕緣膜的第3工程；至少在上述絕緣膜之開 口部之半導體膜上形成相對性比上述第1絕緣膜之厚度還 薄之第2絕緣膜的第4工程；和在上述第2絕緣膜上形成 電極配線膜之第5工程。 依據如此之製造工程，製造半導體裝置，依此可以消 除電場集中於閘極絕緣膜中之部分，並可提升閘極絕緣膜 之信賴性。 第1工程是包含有在上述絕緣基板上形成上述半導體 膜的工程；藉由熱處理使上述半導體膜予以多晶化的工程 -5- (3) 1269372 •，使上述多晶化後之半島導體之表面予以平坦化的工程： 和將上述多晶化後之半導體膜圖案製作成元件形成區域的 工程爲佳。依此，可以取得表面平坦之多晶性半導體膜， 並依據該半導體表面之凹凸可以迴避產生電場集中於閘極 絕緣膜中之部分。 上述第4工程是藉由上述半導體膜之熱氧化而形成上 述第2絕緣膜的工程爲佳。依此，可以取得薄且絕緣性優 φ良之閘極絕緣膜。 上述第4工程是使絕緣材料堆積於上述半導體膜上而 形成上述第2絕緣膜的工程爲佳。依此，可以不用減少半 導體膜之膜厚，在該半導體膜上形成閘極絕緣膜。 再者，本發明之半導體裝置具備有被島狀形成在絕緣 基板上的半導體膜；在上述絕緣基板上，開口上述半導體 膜上面，包圍包含該半導體膜之邊緣部之外周圍而被形成 的區域分離絕緣膜；至少在上述區域分離絕緣膜之開口部 #之上述半導體膜上面，被形成相對性比上述區域分離絕緣 膜還薄之閘極絕緣膜；和被形成在上述閘極絕緣膜上之閘 極電極。 依據如此之構成，可以取得消除電場集中於閘極絕緣 膜中之部分而提高閘極絕緣膜之信賴性的半導體裝置。 上述閘極絕緣膜是在上述半導體膜上面被形成自該半 導體膜之邊緣部離開爲佳。依此，迴避在閘極絕緣膜中產 生成爲強電場之部分。 上述區域分離絕緣膜至少被形成爲上述閘極絕緣膜之 -6 - (4) 1269372 厚度之2倍以上的厚度爲佳。依此，可以在區域分離絕緣 膜確保充分絕緣性。 再者，本發明之積體電路、光電裝置及電子機器是具 備有上述構成之半導體裝置。 [發明效果] 若依據本發明，閘極絕緣膜因避開半導體膜之邊緣部 鲁而所形成，故可以防止因局部性電場集中所引起之閘極絕 緣膜破壞。 【實施方式】 針對本實施形態予以說明。 [實施例1] 第1圖是說明當作本發明之實施形態之半導體裝置的 •薄膜電晶體之構造的平面圖。第2圖是同第1圖所示之薄 膜電晶體中之II-II線方向（通道寬方向）的薄膜電晶體 截面圖。對兩圖所對應之部分賦予相同符號。薄膜電晶體 如後述般，是當作有機EL顯示裝置或液晶顯示裝置等之 畫素驅動元件等被使用者。 如第1圖及第2圖所示般，薄膜電晶體1是使用疊層 半導體膜、絕緣膜及電極之構造（MOS構造）的電場電晶 體，包含有在基板1 0上形成絕緣膜1 1之絕緣基板、被形 成島狀之半導體膜12、隔離半導體膜之絕緣膜（第1絕緣 -7- (5) 1269372 膜）1 3、閘極絕緣膜（第2絕緣膜）14、閘極電極1 8、源 極電極20、汲極電極22、絕緣膜（保護膜）24而所構成 〇 基板1 〇爲例如玻璃、水晶玻璃、塑膠等之基板。絕 緣膜11爲氧化矽膜或氮化矽膜等之基底絕緣膜。絕緣膜 11是防止雜質自半導體膜12之電性絕緣和基板10侵入至 半導體膜12。 ϋ 半導體膜1 2爲擔任薄膜電晶體之活性區域者，使用 結晶性半導體膜。於本實施形態中，以使用多晶矽膜（聚 矽膜）當作半導體膜12。 絕緣膜13是包圍在基板10上被形成島狀之島狀半導 體膜12之周圍，並自無圖示之其他半導體膜12絕緣半導 體膜12，執行元件區域分離。再者，絕緣膜13是覆蓋該 半導體膜12之邊緣部12a，並形成露出（開口）邊緣部 12a之上面。絕緣膜13是被形成幾乎與半導體膜12相同 書之膜厚。以絕緣膜13而言，適合使用例如氧化矽（Si02 )膜、矽氮化物（Si3N4)膜、磷矽酸鹽玻璃（PSG)膜等 。該絕緣膜1 3必須形成比較厚之膜厚，另一方面，因不 像閘極絕緣膜1 4般需要求絕緣耐壓、固定電荷密度等之 特性，故可以採用適合高速成膜之製造條件而予以形成。 閘極絕緣膜1 4是被形成使能夠覆蓋露出於絕緣膜i 3 之開口部之半導體膜12上面。該實施例中，使在電漿環 境下露出之半導體膜12予以氧化而形成氧化砂之絕緣膜 ，當作閘極絕緣膜1 4。就以閘極絕緣膜1 6而言，例如即 -8 - (6) 1269372 使形成矽氮化物（Si3N4)膜等亦可。閘極絕緣膜16雖然 要形成厚膜之必要性較少，但是針對絕緣耐壓、固定電壓 電荷密度等要求高特性，故採用可取得更良好膜質之製造 條件（一般爲低速成膜）而形成。如後述般，即使依據 CVD般之堆疊製程執行閘極絕緣膜14亦可。 閘極絕緣膜14因自半導體膜12之邊緣部12a離開， 故邊緣部1 2a附近難以受到局部性高電場之影響，可迴避 φ絕緣破壞。 閘極電極1 8是被形成能夠通過在絕緣膜1 3及閘極絕 緣膜1 4之上側，即半導體膜〗2之規定位置之上側。更詳 細而言，閘極電極1 8是如第1圖所示般，被形成能夠橫 穿半導體膜12之平行兩邊。該閜極電極18是由鉅、鉻、 鋁等之導電體膜所構成。 源極電極20及汲極電極22皆是貫通絕緣膜24而連 接於半導體膜12。該些源極電極20等是由例如鋁等之導 •電體膜所構成。 絕緣膜24是被形成能夠覆蓋閘極電極1 8及絕緣膜1 8 等之上面。該絕緣膜24肩負當作保護膜之任務，使用例 如氧化矽（Si02 )膜、矽氮化物（Si3N4 )膜、磷矽酸鹽玻 璃（PSG)膜等。 [實施例2] 接著’參照第3圖所示之工程圖，說明上述半導體裝 置之製造方法。 -9- (7) 1269372 (半導體膜形成） 首先，如第3圖（A)所示般，依據電漿CVD法在玻 璃基板10上形成氧化矽（Si02)之絕緣膜11。 在該上，依據PECVD法、PECVD法、LPCVD法、常 壓化學氣相堆疊法（APCVD法）、濺鍍法等之成膜法， 形成非晶質矽膜當作半導體膜1 2。藉由對該非晶質矽膜執 φ行照射準分子雷射等之處理（雷射退火處理），將非晶質 矽膜變換成多晶矽膜。此時，依據執行雷射照射之結晶化 處理而所取得之多晶矽膜之表面，多產生因各晶粒之境界 (晶界）***而生成之凹凸30。 在此，以將半導體膜予以硏磨至半導體膜12之表面 凹凸平坦化爲止較佳。本實施形態中，採用CMP法（化 學性機械性硏磨法）執行本工程。就以CMP法的硏磨最 佳條件是可以組合使用例如軟質聚亞安酯製的墊片，和將 0矽石分散於氨水系或是胺類系之鹼溶液的硏磨劑（漿）’ 採用壓力30000Pa、旋轉數50次/分、硏磨劑之流量爲 200secm之條件。 接著，如第3圖（B)所示般，藉由對平坦化後之半 導體膜12，執行光阻塗佈、圖案曝光、顯像、蝕刻處理等 所構成之圖案形成處理（圖案製作），在基板1〇上事先 預定之元件形成區域，形成由多晶矽膜所構成之島狀半導 體膜12。 -10- (8) 1269372 (第1絕緣膜形成） 如第3圖（C)所示般，在絕緣膜11及半導體膜12 上形成元件分離之絕緣膜1 3。絕緣膜1 3是例如藉由依據 PECVD法形成氧化矽（Si02)膜、矽氮化物（Si3N4)膜 、磷矽酸鹽玻璃（PSG)膜等而所取得。絕緣膜13是被形 成在半導體膜12之邊緣部比後述工程之閘極絕緣膜14厚 許多。例如，形成閘極絕緣膜1 4之膜厚之兩倍以上膜厚 (第1絕緣膜之開口） 如第3圖（D )所示般，對絕緣膜1 3施予圖案製作， 開口除去半導體膜12之邊緣部的半導體膜上面。 (形成第2絕緣膜） 如第3圖（E)所示般，在露出於絕緣膜13之開口部 φ的半導體膜12上，形成第2絕緣膜膜14。絕緣膜14是當 作閘極絕緣膜使用，必須爲薄且高耐壓。絕緣膜1 4是藉 由例如在含有氧之環境下，使屬於半導體膜12之多晶矽 表面予以熱氧化而所取得。依此’在開口部之半導體膜12 上形成具有相對性比絕緣膜1 3薄之厚度的閘極絕緣膜1 4 。閘極絕緣膜14是自半導體膜12之邊緣部12a分離’因 在該邊緣部分不被形成’故不會有因絕緣膜14之覆蓋性 (階差部之覆蓋性）所引起之膜厚減少之問題° -11 - (9) 1269372 (形成電極膜） 如第3圖（F)所示般，藉由濺鍍法在絕緣膜13及閘 極絕緣膜14上形成鉅、鋁等之金屬薄膜之後，藉由圖案 製作，在閘極絕緣膜1 6上之規定位置形成閘極電極及配 線膜1 8。 (形成源極/汲極區域） 接著，將閘極電極18遮蔽，對半導體膜12，注入爲 施體或受體之雜質離子。依此，在閘極電極18之下側形 成通道形成區域，在以外之部分（被離子注入之部分）形 成源極/汲極區域。並且，施予熱處理而執行雜質元素之 活性化。 (形成保護膜） 如第3圖（G )所示般，在閘極電極膜18及絕緣膜 φ 13上形成絕緣膜24當作保護膜。就以絕緣膜24而言，例 如以PECVD法形成大約500nm之氧化矽膜。 (形成源極、汲極電極配線） 並且，貫通絕緣膜24，形成到達半導體膜1 2之源極/ 汲極區域的接觸孔20、22。接觸孔20及22是藉由在絕緣 膜24上形成開口接觸孔部之罩幕，並對絕緣膜24執行向 異性蝕刻而所形成。並且，藉由濺鍍法在該接觸孔內及絕 緣膜24上堆疊鋁，並予以圖案製作，依此，形成源極電 -12 - (10) 1269372 極20、汲極電極22及連接配線。 如此一來，本發明之實施形態因閘極絕緣膜不被形成 在半導體膜之邊緣部分或是階差部分，故無電場集中於閘 極絕緣膜之部分，提高閘極絕緣膜之信賴性。再者，因閘 極絕緣膜非覆蓋階差部分之構成，故對於形成閘極絕緣膜 可以使用階差被覆率差之成膜或堆疊製程。 φ [實施例3] 參照第4圖，針對本發明之半導體裝置之製造方法的 另一實施形態予以說明。於同圖中，對於與第3圖對應之 部分，賦予相同符號，省略該部分說明。 於該實施例中，藉由堆疊製程執行閘極絕緣膜14之 形成。即使於該實施例中，首先，也如第4圖（A)至同 圖（D)所示般，執行從在基板10上形成半導體膜12至 絕緣膜13之開口爲止的工程。該因與第3圖（A)至同圖 φ ( D )所示之工程（半導體膜形成〜第2絕緣膜形成）相同 ，故省略該說明。

接著，如第4圖（E)所示般，在絕緣膜13及露出於 絕緣膜13之開口部的半導體12上形成第2絕緣膜14。因 絕緣膜1 4是當作閘極絕緣膜使用，故需要薄且高耐壓。 絕緣膜14是藉由PECVD法等之堆疊製程形成由氧化矽膜 所構成之閘極絕緣膜I 6。例如，使用四乙基矽酸鹽（ TEOS )及氧（〇2 )當作原料氣體，以將各流量設爲 50sccm、5slm，環境溫度設爲350°C，RF功率設爲l.3k\V -13- (11) 1269372 、壓力設爲200Pa之條件，形成氧化矽膜 速度成爲30nm/min左右，可以取得具備 膜之耐壓特性等的良好氧化矽膜。 依此，在開口部之半導體膜12上形 膜之厚度薄的閘極絕緣膜1 4。閘極絕緣膜 膜12之邊緣部12a離開，因不形成該邊 有因絕緣膜1 4之覆蓋性（階差部之覆蓋 φ厚減少的問題。 接著，如第4圖（F)及同圖（G)所 述之第3圖（F)及同圖（G)相同之工程 膜、形成源極/汲極區域、形成保護膜、〗 電極配線，而完成薄膜半導體。 如此一來，即使在本發明之半導體裝 第2實施形態中，因閘極絕緣膜不被形成 緣部分1 2a，故無電場集中於閘極絕緣膜 ϋ閘極絕緣膜之信賴性。再者，因閘及絕緣 膜之邊緣的構成，故形成閘極絕緣膜可以 差之成膜或是堆疊製程。 [實施例4] 接著，針對包含上述半導體裝置而所 、光電裝置、電子機器之具體例予以說明< 第5圖是包含半導體裝置而所構成之: 電路圖。本實施形態之光電裝置（顯示裝 。於此時，成膜 有適合閘極絕緣 成相對性比絕緣 14是自半導體 緣部分，故不會 性）所引起之膜 示般，執行與已 ，執行形成電極 形成源極、汲極 置之製造方法之 於半導體膜之邊 中之部分，提高 膜非覆蓋半導體 使用階差被覆率 構成之積體電路 6電裝置1〇〇之 置）100，是在 -14- (12) 1269372 各畫素區域具備有藉由電場發光效果可發光之發光層 OELD，記憶用以驅動此之電流的保持電容，並具備本發 明所涉及之半導體裝置（薄膜電晶體T1〜T4 )而所構成。 驅動器1 01是將掃描線Vsel及發光控制線Vgp供給至各 畫素區域自驅動器1 〇 2供給資料線I d at a及電源線V d d至 各畫素區域。藉由控制掃描線Vsel和資料線I data，執行 相對於各畫素區域的電流程式，成爲可控制發光部OELD φ 的發光。 並且，上述驅動電路爲發光要素使用電場發光元件之 時的電路之一例，亦可其他之電路構成。再者，也以藉由 本發明所涉及之半導體裝置形成構成各個驅動器101、102 之積體電路爲佳。 第6圖是說明包含上述光電裝置而所構成之電子機器 之具體例的圖。第6圖（A)是行動電話之適用例，該行 動電話530是具備天線部531、聲音輸出部532、聲音輸 φ入部533、操作部534及本媽營之光電裝置1〇〇。如此本 發明所涉及之光電裝置是可當作顯示部利用。第6圖（B )爲攝影機之適用例，該攝影機540是具備有受像部541 、操作部542、聲音輸入部543及本發明之光電裝置100 。第6圖（C)是電視之適用例，該電視550具備有本發 明之光電裝置100。並且，即使對個人電腦等所使用之螢 幕裝置，亦可同樣適用本發明所涉及之光電裝置。第6圖 (D )爲可捲取式電視5 60之適用例，該捲取式電視560 是具備有本發明之光電裝置1〇〇。再者，電子機器是不限 -15- (13) 1269372 定於該些，可適用具有顯示功能之各種電子機器。例如， 電子機器不限定於此，可適用具有顯示機能之各種電子機 器。例如，該些之外，也包含有附有顯示功能之傳真裝置 、數位照相機之取景器、攜帶型TV、電子記事本、光電 揭不板、宣傳廣告用顯不器等。並且，本發明所涉及之半 導體裝置以，就光電裝置之構成品而言，除包含在上述之 電子機器之情形以外，亦可以單獨當作電子機器之構成零 Φ件使用。 再者，本發明並不限定於上述例，本發明所涉及之半 導體裝置之製造方法，是可適用於各種電子機器之製造。 例如，亦可適用於具有顯示功能之傳真裝置、數位照相機 之取景器、攜帶型TV、PDA、電子記事本、電揭示板、 宣傳廣告用顯示器、1C卡等。 並且，本發明並不限定於上述之各實施形態，只要在 本發明之宗旨範圍內亦可作各種變形。 φ 例如，上述之實施形態雖然採用多晶矽膜當作半導體 膜之一例，但是半導體膜並不限定於此，即使使用其他半 導體材料亦可。再者，即使使用將聚矽氨烷（

Polysilazane )溶解於有機溶媒中等之液體材料而形成半 導體膜（矽膜）或絕緣膜（氧化矽膜）亦可。 再者，上述實施形態雖然採用薄膜電晶體當作場效型 之半導體元件之一例，但是即使對於單晶SOI ( silicon oninsulator)電晶體中，藉由餓刻等使各電晶體互相間予 以元件分離之構造的半導體裝置等，亦可以同樣適用本發 -16- (14) 1269372 明。 【圖式簡單說明】 第1圖是說明本實施形態之薄膜電晶體之構造的平面 圖。 第2圖是第1圖所示之薄膜電晶體之圖中II-II方向 (通道寬方向）中之截面圖。 第3圖（A)〜（G)是說明薄膜電晶體之製造方法的圖示 〇 第4圖（A)〜（G)。是說明薄膜電晶體之其他製造方法 的圖示 第5圖是包含半導體裝置而所構成之光電裝置之電路 圖。 第ό圖（A)〜（D)是說明電子機器之具體例的圖示。 【主要元件之符號說明】 1 :薄膜電晶體 10 :基板 1 1 :基底絕緣膜 12 :半導體膜 13 :第1絕緣膜（元件分離膜） 14 :第2絕緣膜（閘極絕緣膜） 1 8 :閘極電極膜 2〇 :源極電極 22 :汲極電極 -17-

Claims (1)

1. (1) 1269372 十、申請專利範圍 1· 一種半導體裝置之製造方法，其特徵爲··包含有 在絕緣基板上島狀形成半導體膜之第1工程； 包含上述半導體膜之邊緣部以第1絕緣膜覆蓋上述半 導體膜之第2工程； 避開該半導體膜之邊緣部而開口上述半導體膜上部之 第1絕緣膜的第3工程； 至少在上述絕緣膜之開口部之半導體膜上形成相對性 比上述第1絕緣膜之厚度還薄之第2絕緣膜的第4工程； 和 在上述第2絕緣膜·上形成電極配線膜之第5工程。 2·如申請專利範圍第1項所記載之半導體裝置之製造 方法，其中，第1工程是包含有 在上述絕緣基板上形成上述半導體膜的工程； 藉由熱處理使上述半導體膜予以多晶化的工程； ί吏上述多晶化後之半島導體之表面予以平坦化的工程 •和 上述多晶化後之半導體膜圖案製作成元件形成區域 的工程。 3 ·如申請專利範圍第1項所記載之半導體裝置之製造 力法’其中，上述第4工程是藉由上述半導體膜之熱氧化 而形成上述第2絕緣膜的工程。 4·如申請專利範圍第1項所記載之半導體裝置之製造 $法’其中，上述第4工程是使絕緣材料堆積於上述半導 -18 - (2) 1269372 體膜上而形成上述第2絕緣膜的工程。 5. —種半導體裝置，其特徵爲：具備有 被島狀形成在絕緣基板上的半導體膜； 在上述絕緣基板上，開口上述半導體膜上面’包圍包 含該半導體膜之邊緣部之外周圍而被形成的區域分離絕緣 膜； 至少在上述區域分離絕緣膜之開口部之上述半導體膜 φ上面，被形成相對性比上述區域分離絕緣膜還薄之閘極絕 緣膜；和 被形成在上述閘極絕緣膜上之閘極電極。 6·如申請專利範圍第5項所記載之半導體裝置，其中 ’上述閘極絕緣膜是在上述半導體膜上面被形成自該半導 體膜之邊緣部離開。 7 ·如申請專利範圍第5項所記載之半導體裝置，其中 ’上述區域分離絕緣膜至少被形成爲上述閘極絕緣膜之厚 φ度之2倍以上的厚度。 8·—種積體電路，其特徵爲：具備有申請專利範圍第 5項至第7項中之任一項所記載之半導體裝置。 9·-種光電裝置，其特徵爲：具備有申請專利範圍第 5項至第7項中之任一項所記載之半導體裝置。 1〇·—種電子機器，其特徵爲：具備有申請專利範圍 第5項至第7項中之任一項所記載之半導體裝置。 -19-