專利名稱：半導(dǎo)體制造工藝和半導(dǎo)體器件制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造用于薄膜器件如薄膜絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(下文簡(jiǎn)稱“薄膜晶體管”或“TFT”)的晶狀半導(dǎo)體工藝；本發(fā)明還涉及使用上述晶狀半導(dǎo)體制造半導(dǎo)體器件的工藝。
用子薄膜器件如迄今為止公知的TFT的晶狀硅半導(dǎo)體薄膜，利用使非晶硅膜晶體化制造。非晶硅膜通過(guò)等離子體CVD(化學(xué)蒸鍍)或熱CVD來(lái)形成，使用一種裝置如電爐；溫度保持不低于600℃，延續(xù)12小時(shí)或更長(zhǎng)。只有在使非晶膜經(jīng)受持續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間的熱處理，才可能得到具有充分高質(zhì)量(如極好的場(chǎng)效應(yīng)和高可靠性)的晶狀硅半導(dǎo)體的薄膜。
然而，為獲得晶狀硅半導(dǎo)體薄膜，已有技術(shù)尚需解決許多問(wèn)題。問(wèn)題之一是導(dǎo)致工藝成本增加的低生產(chǎn)率。例如，如果結(jié)晶的工序要求24小時(shí)的持續(xù)時(shí)間，那么在同時(shí)必須加工720個(gè)襯底，理想狀態(tài)下，每個(gè)襯底耗費(fèi)工時(shí)2分鐘?？墒峭ǔ９軤顮t襯底同時(shí)熱處理最大數(shù)量可限制在50，在實(shí)際上處理僅僅使用一個(gè)裝置(反應(yīng)管)。發(fā)現(xiàn)單個(gè)襯底完成處理要花費(fèi)30分鐘。換言之，在2分鐘內(nèi)完成每個(gè)襯底的反應(yīng)至少需要15個(gè)反應(yīng)管。這意味著增加花費(fèi)成本，因此，由于成本過(guò)高，增加了產(chǎn)品價(jià)格。
熱處理溫度被認(rèn)為是另一個(gè)問(wèn)題。通常，用石英玻璃襯底制造TFT，上述襯底包括純凈硅氧化物或無(wú)堿硼硅酸鹽襯底，比如用Corming摻入制造的7059#玻璃襯底(下文簡(jiǎn)稱為“Corning7059襯底”)。前述襯底具有如此好的熱阻，以致于可用象半導(dǎo)體集成電路的常規(guī)晶片工藝同樣方法進(jìn)行處理。但是，其花費(fèi)大，并且隨襯底面積的增加，價(jià)格成指數(shù)地增加。因此目前，石英玻璃襯底的使用僅限于具有比較小的面積的TFT集成電路。
從另一方面來(lái)說(shuō)，與用石英玻璃制的那些相比，無(wú)堿硼硅酸鹽玻璃襯底價(jià)格低廉。然而，就它們的熱阻而言，則顯得不足。由于無(wú)堿玻璃襯底在550～650℃的溫度中會(huì)產(chǎn)生變形，更具體來(lái)說(shuō)，由于現(xiàn)有的材料在不高于600℃的溫度中會(huì)變形，所以任何600℃的熱處理都會(huì)導(dǎo)致襯底上形成不可逆的收縮和扭曲。這些變形特別明顯出現(xiàn)在對(duì)角線長(zhǎng)度大于10時(shí)的襯底上。人們相信在硅半導(dǎo)體膜上實(shí)施熱處理的溫度為550℃或更低，并且時(shí)間在4小時(shí)內(nèi)是必要的，以減少總工藝成本。
根據(jù)上述情況，本發(fā)明目的在于提供一種制造半導(dǎo)體的工藝，該半導(dǎo)體可經(jīng)受由上述條件實(shí)施的熱處理；并且提供了一種用這樣半導(dǎo)體制作的半導(dǎo)體器件的工藝。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種制作半導(dǎo)體的工藝，該工藝的特征在于包括襯底上形成絕緣物涂層；將所述絕緣涂層暴露在等離子體中；在涂層暴露到所述等離子體中后，在所述絕緣物涂層上形成非晶硅膜；并且通過(guò)所述硅膜光退火和/或?qū)λ龉枘崽幚?，溫度?00～650℃或不高于襯底玻璃轉(zhuǎn)換溫度，使所述硅膜晶體化。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供了一種制造半導(dǎo)體的工藝，其特征在于包括在襯底上形成絕緣物涂層；用掩模材料有選擇地覆蓋所述絕緣物膜；將所述襯底暴露在等離子體中；在將襯底暴露在所述等離子體后，在所述絕緣物涂層上形成非晶硅膜；通過(guò)使所述硅膜作光退火和/或使所述硅膜以400～650℃或不高于襯底的玻璃轉(zhuǎn)換溫度進(jìn)行熱處理，以使所述硅膜晶化；并有選擇性地腐蝕所述硅膜。
此外，按照本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例包括制造一種薄膜晶體管，其特征在于在襯底上形成絕緣物涂層；用掩膜材料有選擇地覆蓋所述絕緣物涂層；把所述襯底暴露在等離子體中；把襯底暴露到所述等離子體后在所述絕緣物涂層上形成非晶硅膜；通過(guò)使所述硅膜作光退火或/和在400～650℃或不高于襯底的玻璃轉(zhuǎn)換溫度下對(duì)所述硅膜進(jìn)行熱處理，以使所述硅膜晶體化；有選擇性地腐蝕所述硅膜；由用掩模材料預(yù)先涂敷的部分形成薄膜晶體管的溝道形成區(qū)。
按照本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例提供了一種制造半導(dǎo)體工藝，其特征在于包括在襯底上形成非晶硅膜；形成直接與所述硅膜上表面或下表面直接接觸的襯底，該襯底包括通過(guò)施加催化作用，促進(jìn)非晶硅晶體化的成分；并且利用使硅膜光退火和/或在400～650℃或不高于襯底的玻璃轉(zhuǎn)換溫度下加熱硅膜，以使硅膜晶體化。更準(zhǔn)確地說(shuō)，本工藝是通過(guò)用溶液涂敷非晶膜基底涂層的表面完成的，溶液含有水、酒精(單羥基的或多羥基的)、石油溶劑(可以是飽和的或不飽和的烴類)和類似物，醋酸鹽或硝酸鹽、任何形式的羧化物，或其他有機(jī)酸鹽成分在其中溶解或擴(kuò)散，上述成分促進(jìn)結(jié)晶。非晶涂敷膜的上表面可用其他方法提供涂層。然后使生成的非晶體涂層受到熱處理。
還有按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供一種制造半導(dǎo)體的工藝，其特征在于包括在襯底上形成絕緣物涂層；用掩模材料選擇性地涂敷所述絕緣物涂層；把所述襯底暴露到等離子體中，或形成襯底的涂層，該涂層含有起催化作用和促進(jìn)非晶硅結(jié)晶的成份；襯底受到上一步驟處理后，在所述絕緣物涂層上形成非晶硅膜；利用對(duì)所述硅膜作光退火和/或在400～650℃或不高于襯底的玻璃轉(zhuǎn)換溫度下，使所述硅膜進(jìn)行熱處理，以使所述硅膜晶體化；并且有選擇性腐蝕所述硅膜。


圖1展示了用以完成本發(fā)明實(shí)施例的工藝的裝置的示意圖(見(jiàn)例1)；圖2(A)～2(C)展示了順序側(cè)剖結(jié)構(gòu)的示意性圖示步驟，上述結(jié)構(gòu)利用按照本發(fā)明實(shí)施例的工藝獲得，工藝中應(yīng)用了選擇性結(jié)晶(例2)；圖3(A)至3(E)示意性展示了順序側(cè)剖結(jié)構(gòu)的圖示步驟，上述結(jié)構(gòu)由按照本發(fā)明實(shí)施例制造TFT的工藝獲得(例3)；圖4(A)至4(F)示意性展示了順序側(cè)剖結(jié)構(gòu)的圖示步驟，上述結(jié)構(gòu)由按照本發(fā)明實(shí)施例制造TFT的另一工藝獲得(例3)圖5展示了用以完成本發(fā)明工藝的裝置的示意圖(見(jiàn)例1)；圖6展示了Raman散射強(qiáng)度比率和在例1獲得的硅膜上觀測(cè)到的退火延續(xù)時(shí)間的變化，圖中，強(qiáng)度比率表示相對(duì)強(qiáng)度、采取標(biāo)準(zhǔn)試樣(單晶硅)的散射強(qiáng)度為1。
圖7展示了在例1獲得的硅膜上觀測(cè)到的Kaman散射強(qiáng)度比率隨退火持續(xù)時(shí)間的變化，圖中，強(qiáng)度比率表示相對(duì)強(qiáng)度，以標(biāo)準(zhǔn)試樣(單晶硅)的Raman散射強(qiáng)度為1；圖8(A)～8(D)示意性展示了順序側(cè)剖結(jié)構(gòu)的圖示步驟；所說(shuō)的結(jié)構(gòu)由另一個(gè)按照本發(fā)明實(shí)施例制造TFT的工藝獲得(例8)；圖9(A)～9(E)示意性展示了順序側(cè)剖結(jié)構(gòu)的圖示步驟；
上述結(jié)構(gòu)由另外又一個(gè)按照本發(fā)明實(shí)施例制造TFT的工藝獲得(例9)；圖10展示了在硅晶體內(nèi)Ni的濃度。
進(jìn)行廣泛研究之后，本發(fā)明者們找到了解決上述問(wèn)題的方法。更準(zhǔn)確地說(shuō)，本發(fā)明者們?cè)谝r底上制作了下絕緣物層，以防止雜質(zhì)從襯底硬擠進(jìn)半導(dǎo)體層。并且一經(jīng)將絕緣物層暴露到等離子體中后，就淀積非晶體硅層，再進(jìn)一步以光和/或熱使非晶體硅晶體化。這樣，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在所生成結(jié)構(gòu)上淀積的硅半導(dǎo)體膜很易被晶化。
上述發(fā)現(xiàn)可作如下解釋，在一種情況下，由于晶核生成需時(shí)很長(zhǎng)，可說(shuō)明為什么在約600℃溫度下的常規(guī)熱結(jié)晶工藝需要長(zhǎng)的時(shí)間周期的原因。在本說(shuō)明中，該時(shí)間周期稱之為潛在周期。由本發(fā)明者們根據(jù)24小時(shí)結(jié)晶過(guò)程的觀察，在該周期期間由子沒(méi)有形成晶核，所以在6小時(shí)的初始周期中，硅保持其原始非晶狀態(tài)。在6小時(shí)的后繼周期中，自然產(chǎn)生晶核，并在該步驟之后結(jié)晶?？梢钥吹剑延械墓に囘^(guò)程包括在整個(gè)工時(shí)中持續(xù)6～12小時(shí)的潛在周期。然而，在潛在周期期間這樣形成的晶核非常紊亂，且各處晶核濃度不同。這樣，在個(gè)別區(qū)域發(fā)現(xiàn)結(jié)晶經(jīng)常進(jìn)行，但在另外和區(qū)域，則基本觀察不到結(jié)晶發(fā)生。然而隨時(shí)間推移，在那些未曾觀察到成核的區(qū)域也出現(xiàn)成核現(xiàn)象，或該結(jié)晶區(qū)域延伸逐漸遍及整個(gè)襯底。可以看出獲得完全的結(jié)晶襯底需12小時(shí)或更長(zhǎng)的周期。
當(dāng)用等離子體處理基層絕緣物膜時(shí)，一種起促進(jìn)結(jié)晶的催化劑作用的物質(zhì)在絕緣物膜內(nèi)形成。加速成核的催化劑預(yù)示了，比如由于等離子體或來(lái)自構(gòu)成室或襯底材料的沉積造成的損害所引起的負(fù)擔(dān)或缺陷。更確切地說(shuō)明，在結(jié)晶過(guò)程中具有催化作用的材料如Ni、Fe、Co和Pt已發(fā)現(xiàn)具有顯著地催化劑作用?，F(xiàn)存的這些催化劑促進(jìn)成核和縮短潛在周期。但是，更大置的晶核可通過(guò)增加這些催化劑數(shù)量獲得。由此事實(shí)可以設(shè)想等離子體處理時(shí)間越長(zhǎng)產(chǎn)生核化濃度越高，并且導(dǎo)致細(xì)小晶體的生成。
在等離子體處理中要注意的另一方面是核化在整個(gè)襯底上以非常均勻的濃度進(jìn)行。這可通過(guò)觀察由本發(fā)明晶體化的硅膜光腐蝕表面來(lái)證實(shí)。更具體地說(shuō)，利用氟硝酸(fluoronitric acid)光腐蝕表面后在光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡和類似儀器下，通過(guò)觀察在等離子處理過(guò)的襯底上淀積的非晶硅膜以及在550℃,4小時(shí)條件下熱處理生成的結(jié)構(gòu)而獲得的試樣表面。然后可發(fā)現(xiàn)以大致相同間距形成象火山口一樣的微孔。認(rèn)為這些孔是由于易被腐蝕材料存在之故。換言之，腐蝕的圖形符合在硅膜內(nèi)側(cè)晶核濃度分布。可以設(shè)想，用象孔的密度分布圖形一樣的方法分布催化劑。在按照本發(fā)明的工藝中，優(yōu)選的Ni濃度是在從1×1015原子/cm3到1％原子范圍內(nèi)，更好的是Ni濃度在從1×1016原子/cm3到0.001％原子范圍。最佳是最小濃度在從1×1015到1×1017原子/cm3范圍內(nèi)，如SIMS(次離子質(zhì)譜儀)所觀察到的。如果Ni濃度大于上述值，那么生成的半導(dǎo)體性能會(huì)受到極大的損害。相反，如若Ni的濃度降至低于現(xiàn)定范圍，那么在590℃或更低溫度下不發(fā)生結(jié)晶。
利用平行板型等離子體發(fā)生裝置進(jìn)行處理可獲得等離子處理中的良好產(chǎn)品。此外，當(dāng)施加適當(dāng)偏壓時(shí)在室中使用陽(yáng)極區(qū)放電也可提供良好的產(chǎn)物?？傊?，使用由生成等離子體的Ni、Fe或Co制成的電極可獲得最佳生成物。
此外，在等離子體處理期間，把襯底加熱到100～500℃范圍，更容易發(fā)生結(jié)晶。更確切地說(shuō)，襯底最好被加熱到200℃或更高。這是由于較高的溫度可更易得到催化物。
由在含氮、氧、氬、氖或氪的氣氛中，特別是這些氣體的含量占整個(gè)體積10％或更多時(shí)生成等離子體，可獲得等離子體處理的最佳結(jié)果。氣體中最好攙入氫或氦。然而通過(guò)S1MS(次離子質(zhì)譜測(cè)定)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)品的硅膜是固有的或基本上是固有的，并且發(fā)現(xiàn)他們?cè)?×1019/cm3或更低的濃度中含有外部元素碳、氧、氮每一種。
根據(jù)本發(fā)明的工藝包括等離子體處理基層絕緣物膜表面?？墒?，當(dāng)受過(guò)等離子體處理的襯底一旦被暴露到大氣中時(shí)，灰塵、水和其它雜質(zhì)粘附到表面，使硅膜的結(jié)晶度受到大大損害。換言之，由于襯底在大氣中的暴露，產(chǎn)生了非均勻特性的襯底。通過(guò)在密閉系統(tǒng)進(jìn)行膜的淀積和等離子體處理能避免這樣的問(wèn)題。而且在上述密閉系統(tǒng)中保持一種氣氛，在該氣氛環(huán)境中。不用等離子體處理的襯底顯露到空氣中，可連續(xù)地進(jìn)行膜沉積。并且最好使襯底表面和絕緣涂層保持在足夠清潔狀態(tài)。比如最好借助紫外線照射、臭氧處理或同時(shí)并用，以從該表面除去碳、有機(jī)物等。
發(fā)明者們進(jìn)一步擴(kuò)展上述研究，并想出簡(jiǎn)單工藝，該工藝包括施加一種物質(zhì)，該物質(zhì)含有加速結(jié)晶過(guò)程的元素或其化合物，以獲得象通過(guò)等離子體處理絕緣物涂層表面所獲得的類似結(jié)果。使用這樣的方法，不用另外提供真空裝置，而只需常規(guī)設(shè)備。但是在使用這樣物質(zhì)中，人們擔(dān)心鹽中所含的氧和碳會(huì)擴(kuò)散進(jìn)硅膜中，并且降低硅膜的半導(dǎo)體性能。因此，本發(fā)明者們作這樣的研究，利用熱重分析法和差分熱分析發(fā)現(xiàn)通過(guò)適當(dāng)選擇材料，在450℃或更低溫度條件下使這樣的附加物質(zhì)分解產(chǎn)生氧化物或單體，這樣的物質(zhì)就不會(huì)進(jìn)一步發(fā)生擴(kuò)散進(jìn)入硅膜。尤其是當(dāng)在還原氣氛如氮?dú)庵蟹纸鈺r(shí)，發(fā)現(xiàn)鹽如醋酸鹽和硝酸鹽在400℃或更低溫度下形成單質(zhì)金屬。這些鹽首先在氧氣氛中通過(guò)分解產(chǎn)生氧化物，但是他們?cè)谳^高溫度下借助氧的解吸作用，最終形成單質(zhì)金屬。
在這樣摻入至少能加速部分硅膜結(jié)晶的元素后，使整個(gè)結(jié)構(gòu)在400～650℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行退火。與上述包括進(jìn)行等離子處理的工藝類似，發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過(guò)2小時(shí)后，在非晶硅膜上產(chǎn)生結(jié)晶。
然而，上述催化劑元素即Ni、Fe、Co和Pt本身并不利于硅。因此，他們的濃度最好盡可能地降低。本發(fā)明者們經(jīng)過(guò)深入地研究得知，從確保良好性能和可靠性觀點(diǎn)來(lái)看用于半導(dǎo)體器件如TFT的這些半導(dǎo)體成分的濃度范圍是從1×1015原子/cm3到1原子％。較好的是在1×1016原子/cm3到0.001原子％范圍。正如用SIMS(次離子質(zhì)譜儀)觀察到那樣，催化劑金屬元素的最小濃度最好是在1×1015到1×1019原子/cm3范圍。如果催化劑金屬元素的濃度低于該范圍，則不可能產(chǎn)生充分的結(jié)晶，如果該濃度超過(guò)該范圍，則相反會(huì)產(chǎn)生性能和可靠性都差的半導(dǎo)體。
下面參照非限定性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)說(shuō)明，但是應(yīng)當(dāng)清楚，本發(fā)明不僅限于此。
實(shí)施例1下面敘述使在Corgning 7059#襯底上形成的平面型非晶硅膜晶化的工藝。使用RF濺射將2000厚度硅氧化物膜淀積在襯底上作為基層膜，并且使所生成的硅氧化物膜在氮等離子體中進(jìn)行處理。如圖1所簡(jiǎn)示，等離子體處理裝置是平板型的。它包括室11、氣體入口系統(tǒng)12、抽氣系統(tǒng)13、RF電源14、以及Ni合金電極15和16，為的是使襯底17可設(shè)置在RF等離子體18下面。
進(jìn)行等離子體處理要在10Pa的反應(yīng)壓力下(這里真空度達(dá)10-3Pa或更低)，施加20W或60W的RF功率，持續(xù)5分鐘，同時(shí)使作為反應(yīng)氣體的氮以100SCCM(每分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方厘米)的流速流動(dòng)，并把襯底的溫度調(diào)至200℃。
然后，用等離子體CVD法淀積1500厚度的非晶硅膜，使其在溫度為430℃條件下保持1小時(shí)，從膜中除掉氫后，在膜上能出現(xiàn)固相生長(zhǎng)，這時(shí)其溫度變化從500至580℃，持續(xù)時(shí)間從10分鐘到8小時(shí)。在用上述溫度范圍對(duì)其加熱之前或之后或同時(shí)用激光照射，可實(shí)現(xiàn)固相生長(zhǎng)。
可用另外方法完成上述步驟，比如圖5所示具有2個(gè)或更多室的裝置，以致可使工序不間斷地進(jìn)行。具體來(lái)說(shuō)上述工藝包括在把等離子體處理過(guò)的硅氧化物基底暴露到空氣中之后淀積非晶硅膜。按照本發(fā)明的工藝對(duì)于表面狀態(tài)是敏感的，并且所得到的結(jié)晶硅膜易嚴(yán)重地受到在其暴露到空氣中期間粘附到襯底表面的雜質(zhì)的影響。
簡(jiǎn)要地參照?qǐng)D5所示的裝置，它包括濺射裝置室501；并且通過(guò)將電能由RF電源504施加到2個(gè)電極(試樣架和支撐板)502和503產(chǎn)生等離子體。作為試樣的襯底506和靶505設(shè)置在相應(yīng)電極上。在這情況下，靶505是氧化硅。室501還裝有用以摻入包括氧氣和氬氣的混合氣體的氣體系統(tǒng)507和用以摻入氮?dú)獾牧硪粴怏w系統(tǒng)508，在膜的淀積期間，通過(guò)前面系統(tǒng)提供氣體，和在等離子體處理期間通過(guò)后面系統(tǒng)提供氣體。還給室501裝有抽真空系統(tǒng)509。
裝置進(jìn)一步包括作為平行平面型等離子體CVD設(shè)備的室521。通過(guò)由電源524向室521內(nèi)側(cè)的2個(gè)電極522和523提供電源，在箱子521內(nèi)側(cè)可產(chǎn)生等離子體。試樣襯底525裝在電極522上面。通過(guò)經(jīng)氣體系統(tǒng)526向室中引入硅烷和氫氣混合物，以使由等離子體反應(yīng)形成的涂層形成在襯底上。雖然在圖中未展示，但機(jī)構(gòu)設(shè)置到這些室，使得襯底能被加熱到適當(dāng)溫度。
一個(gè)其中裝有襯底511的附加箱子510，設(shè)置在2個(gè)等離子體室之間。
在使用圖5所示裝置的工藝中，在室501內(nèi)用濺射完成硅氧化物膜淀積后，通過(guò)用氮置換室內(nèi)空氣，立即進(jìn)行氮等離子體處理。如果氧化硅靶會(huì)殘留在室內(nèi)，由于濺射，就會(huì)進(jìn)一步淀積上氧化硅膜。為了防止這種情況的出現(xiàn)，必須降低RF能量或必須使氧化硅靶與等離子體隔離。幸而如下文所述，與濺射所需的100W或更高的RF功率相比較，最好在60W功率或更低情況下進(jìn)行等離子體處理，更可取的是功率為20W，因此，在氮等離子中進(jìn)行處理期間不發(fā)生氧化硅淀積。但是，為了進(jìn)一步確保工藝，用于淀積氧化硅膜的室最好與用于等離子體處理的室分開(kāi)設(shè)置。在與上文所述的同樣條件下，如此淀積的非晶硅膜也受到固相結(jié)晶。
在非晶硅膜經(jīng)過(guò)固相晶體生長(zhǎng)后，通過(guò)Ar+激光Raman分光測(cè)量判斷其結(jié)晶程度。其結(jié)果如圖6和7所示。2個(gè)曲線中的縱座標(biāo)代表相應(yīng)強(qiáng)度，強(qiáng)度單位用標(biāo)準(zhǔn)試樣(單晶硅)的Raman峰值強(qiáng)度。由曲線可見(jiàn)未進(jìn)行等離子處理的試樣，在580可更低溫度下，持續(xù)8小時(shí)或更短時(shí)間進(jìn)行熱處理不產(chǎn)生結(jié)晶。與此相反，發(fā)現(xiàn)在RF功率為20W和60W進(jìn)行過(guò)等離子處理的2個(gè)試樣進(jìn)行結(jié)晶。
仔細(xì)研究這些結(jié)果可看出，結(jié)晶的發(fā)生是在等離子體處理中所加FR能量的函數(shù)。更具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)20W的低功率下進(jìn)行等離子體處理時(shí)，頗為緩慢地發(fā)生結(jié)晶。至少需要持續(xù)1小時(shí)的退火，以使非晶硅膜在550℃溫度下結(jié)晶。換言之，在該情況下潛在周期是1小時(shí)。然而經(jīng)1小時(shí)后，結(jié)晶迅速進(jìn)行，在退火的2小時(shí)內(nèi)達(dá)到飽和狀態(tài)。對(duì)照Raman峰值強(qiáng)度可看出，在2小時(shí)退火后，與標(biāo)準(zhǔn)試樣即單晶硅相比試樣獲得充分的結(jié)晶度。
與上述情況相反，在等離子體處理中施加60W大功率情況下，結(jié)晶較快地進(jìn)行。例如，4小時(shí)退火可使非晶硅膜在溫度低至480℃時(shí)晶化，并且把溫度增至550℃，退火僅持續(xù)10分鐘(即10分鐘的潛伏周期)，結(jié)晶便開(kāi)始，并且在1小時(shí)內(nèi)達(dá)到飽和狀態(tài)?？墒牵Y(jié)晶度是低的，與Raman強(qiáng)度相比可看出，在該情況下所得到的結(jié)晶度還不到20W低功率下使硅膜結(jié)晶所獲得的結(jié)晶度的70％。
此差別可用成核密度來(lái)解釋。那就是由于催化物密度低，當(dāng)?shù)凸β蕳l件下進(jìn)行等離子體處理時(shí)，成核濃度低。這樣，這些晶核的結(jié)晶要求在高溫和長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間下處理。但是，生成的細(xì)晶體具有高的結(jié)晶度及產(chǎn)生高的Raman強(qiáng)度比。相反通過(guò)在高功率狀態(tài)施加等離子體處理，以高密度產(chǎn)生催化物。由于以高濃度產(chǎn)生核化，所以結(jié)晶相對(duì)比較容易產(chǎn)生。然而在它們生長(zhǎng)期間晶核相互干擾，所以所獲得的膜結(jié)晶度低劣。
總之，應(yīng)用等離子體處理與無(wú)等離子體處理情況相比較，結(jié)晶能夠在低溫和短時(shí)間周期內(nèi)發(fā)生。顯然，通過(guò)應(yīng)用等離子體處理，在低溫和短時(shí)間周期內(nèi)獲得結(jié)晶。在本實(shí)施例中，通過(guò)控制RF能量來(lái)控制催化物的密度，然而，在其他因素如在等離子體處理期間所施加的壓力、氣體的類型和成分、試樣的溫度以及處理持續(xù)時(shí)間等對(duì)于控制催化物的密度都是重要因素。
實(shí)施例2下面描述利用等離子體選擇性處理氧化膜基底，以使非晶硅膜進(jìn)行選擇性晶化的工藝。參看圖2，通過(guò)濺射在Cornong 7059#襯底21上淀積2000厚度的氧化硅膜22作為基底，并通過(guò)自旋涂敷在基底上涂敷耐熱感光膠24。使生成的感光膠膜24作出布線圖案后，用象例1中同樣方法把整個(gè)襯底暴露在氮等離子體中，以便在氧化膜基底的暴露部分23上實(shí)施等離子體處理。實(shí)現(xiàn)等離子體處理?xiàng)l件除了把RF功率調(diào)至60W外，其余如例1中使用的一樣。從而獲得圖2(A)所示的結(jié)構(gòu)。
由于在該處的襯底被加熱至200℃或更高些，所以所使用的掩模材料必須至少能耐同樣的溫度。此外，在不使用等離子體時(shí)掩模材料最好是可更換的。這樣，由圖中這些點(diǎn)看最好使用掩模用的耐熱感光膠。換言之，也可使用無(wú)機(jī)材料如氮化鈦、氧化硅以及氮化硅。
接著借助低壓CVD，在淀積1500厚的非晶硅膜25后，作4小時(shí)550℃的退火。結(jié)果，看到結(jié)晶硅26，通過(guò)等離子體處理，形成未被掩模材料復(fù)蓋的周圍剩余部分。結(jié)晶延伸至由掩模材料(但僅僅是由等離子體處理的部分)蓋住的部分，沿長(zhǎng)度方向達(dá)約5μm。在由掩模材料蓋住的其他部分27上看不到結(jié)晶發(fā)生。通過(guò)照射激光的退火?？稍谏鲜?50℃加熱之前或之后或同時(shí)進(jìn)行。
顯然，受到等離子體處理的該部分結(jié)晶度要低于距那些等離子體處理部分5μm距離的周邊部分的結(jié)晶度。在直接受到等離子體處理的部分內(nèi)，事實(shí)是，微晶從多個(gè)獨(dú)立的晶核開(kāi)始生長(zhǎng)，然后它們彼此碰撞，妨礙了自身生長(zhǎng)。而另一方面，周圍部分不含有晶核，使晶體生長(zhǎng)的方向限止在一個(gè)單獨(dú)的方向上?？梢钥吹?，允許晶體生長(zhǎng)不受任何限制地進(jìn)行。
實(shí)施例3下面描述通過(guò)選擇性進(jìn)行等離子體處理，制作具有特別高遷移率TFT的工藝。更準(zhǔn)確地說(shuō)，掩模材料僅在所加工的TFT溝道形成區(qū)(即在柵接點(diǎn)下和島狀半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)的源區(qū)和漏區(qū)之間所限定的區(qū)域)的部分上形成，以免使該部分露在等離子體中。然而盡管結(jié)晶發(fā)生取決于退火溫度和持續(xù)時(shí)間，但在如前述例2所述從幾微米到10微米大小區(qū)域內(nèi)，該工藝不適合于具有過(guò)長(zhǎng)溝道過(guò)寬溝道的器件。
在等離子體處理中，氧化硅基底的表面因受等離子體碰撞而被損傷，況且還有各種外來(lái)物粘附到表面。但是這些損傷部分和起加速核化的催化劑作用的外來(lái)物，如果形成在TFT的溝道形成區(qū)域內(nèi)，也可能產(chǎn)生漏電流。此外只有通過(guò)應(yīng)用高結(jié)晶度的半導(dǎo)體才能獲得具有高遷移率的TFT。參照上述例2，在上述情況下，周圍部分要優(yōu)于等離子體處理過(guò)的部分。
參照?qǐng)D3，下面敘述按照本實(shí)施例的工藝。通過(guò)濺射在Cornong7059#襯底30上淀積2000厚氧化硅膜31作為基底，在其上涂覆耐熱感光膠，以形成像溝道同樣尺寸，即5μm×15μm的各個(gè)掩模32A和32B。另外，利用柵連接的圖案可構(gòu)圖成掩模；因?yàn)槿缦挛乃鲈谑狗蔷Ч枘D案成形后實(shí)現(xiàn)結(jié)晶，對(duì)于兩種考慮其效果也都是一樣的。把所得到的襯底放到等離子體33中，作等離子體處理，如圖3(A)所示。使用與例1中使用的同樣的等離子體處理裝置。當(dāng)以100SCCM(每分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方厘米)的流速使作為反應(yīng)氣體氮流動(dòng)，并且使襯底溫度保持在200℃時(shí)，通過(guò)在10Pa反應(yīng)壓強(qiáng)(真空度達(dá)10-3Pa或更低)下施加60W功率5分鐘來(lái)完成等離子體處理。
等離子體處理之后，除去掩模32A和32B，并且使用作為原料氣體的單硅烷(SiH4)，借助低壓CVD在其上淀積150.0厚非晶硅膜。接著作退火，溫度為550℃，時(shí)間為4小時(shí)，以能使該膜晶化。在退火之前或之后或同時(shí)，為使該膜晶體化可用激光照射上述膜。將這樣結(jié)晶化的膜作圖成形，以構(gòu)成島狀硅區(qū)域34A和34B，并且在這之后，使用四乙氧硅烷(TEOS)和氧作為原料氣體，通過(guò)等離子體CVD淀積1,000厚硅氧化物膜35。利用低壓CVD淀積N型多晶硅膜之后，使此生成結(jié)構(gòu)圖形化，以形成帶柵接觸點(diǎn)36A和36B的柵連接。圖3(B)展示了所得到的結(jié)構(gòu)。
然后，用等離子體摻雜引入雜質(zhì)。在這種情況下，磷化氫(PH3)氣體和乙硼烷(B2H6)氣體分別用作N型和P型雜質(zhì)源。用80Kev的加速電壓摻雜PH3；用65Kev的電壓摻雜B2H6。通過(guò)再使結(jié)構(gòu)經(jīng)550℃,4小時(shí)的退火，使雜質(zhì)活化，以形成雜質(zhì)區(qū)域37?？衫霉饽苋缂す馔嘶鸷烷W光燈退火的方法完成雜質(zhì)的活化，所生成的結(jié)構(gòu)如圖3(C)所示。
最后淀積5000厚的氧化硅膜作為層間絕緣體38，所用的方法是與制作TFT通常工藝一樣。借助在所產(chǎn)生的氧化硅膜中形成接觸孔，在源區(qū)和漏區(qū)形成連接和接觸點(diǎn)39A和39B。象這樣獲得的最終TFT結(jié)構(gòu)展示在圖3(D)中。
圖3(E)中所給出的是從上測(cè)所看到TFT線路的最終結(jié)構(gòu)。圖3(A)～3(D)是沿圖3(E)點(diǎn)劃線剖切的側(cè)剖視圖。這樣所獲得的TFT被發(fā)現(xiàn)其場(chǎng)效應(yīng)遷移率N溝道型為40～60cm2/Vs；P溝道型為30～50cm2/Vs。
實(shí)施例4下面說(shuō)明制作按照本發(fā)明的鋁柵TFT工藝。
參看圖4，利用濺射在Corning 7059#襯底40上淀積2,000厚氧化硅膜41作為基底。將整體襯底暴露到等離子體42中,如圖4(A)所示，以實(shí)施等離子體處理。使用例1中所用的相同的等離子體處理裝置。作上述等離子體處理的條件是時(shí)間為5分鐘，RF功率60W、反應(yīng)壓力10Pa(所達(dá)到的真空度為10-2Pa或更低)，同時(shí)使氬作為反應(yīng)氣體以100SCCM(每分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方厘米)的流速流動(dòng)，并且襯底溫度保持在200℃。
然后，利用單硅烷(SiH4)作為原料氣體，通過(guò)低壓CVD在其上淀積1500厚非晶硅膜43。接著實(shí)施退火，條件為550℃，持續(xù)4小時(shí)，以使膜晶化。在退火前或后或同時(shí)可用激光照射到膜，以使膜結(jié)晶。所得到的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4(B)。
將這樣晶化了的膜圖形化，以形成島狀硅區(qū)域44，隨后利用四乙氧硅烷(TEOS)和氧作為原料氣體，借助等離子體CVD淀積1,000厚氧化硅膜45。利用濺射淀積5000厚含1％硅的鋁膜之后，使鋁膜圖形化，以構(gòu)成柵連接和接觸點(diǎn)46。圖4(C)表示所得到的結(jié)構(gòu)。
接著把整個(gè)襯底浸入含3％酒石酸的甘醇溶液中，并在鉑陰極和鋁連接件(陽(yáng)極)46之間加電，以實(shí)施陽(yáng)極氧化。加電方法如下開(kāi)始電壓以2V/分鐘的速度增加，但達(dá)到220V后要保持恒定。當(dāng)電流下降到10μA/m2或更低點(diǎn)時(shí)斷電。這樣獲得2,000厚陽(yáng)極氧化物47展示在圖4(D)中。
然后，用等離子體攙雜引入雜質(zhì)。在這種情況下，PH3氣體和B2H6氣體分別用作N型和P型雜質(zhì)源。用80Kev的加速電壓攙雜PH3；用65Kev的電壓攙雜B2H6。通過(guò)進(jìn)一步用激光退火該結(jié)構(gòu)，所說(shuō)的激光退火是用波長(zhǎng)在248nm，激光束能量強(qiáng)度為250～300mj/cm2的KrF準(zhǔn)分子激光轟5次以形成雜質(zhì)區(qū)48。所得到的結(jié)構(gòu)展示在圖4(E)中。
最后，借助制作TFT一般工藝的同樣方法，淀積5000厚氧化硅膜作為層間絕緣體49。通過(guò)在所得到的氧化硅膜內(nèi)作出接觸孔，在源區(qū)和漏區(qū)形成連接和接觸點(diǎn)50A及50B、圖4(F)展示了利用上述工藝所獲得的最終結(jié)構(gòu)。
發(fā)現(xiàn)這樣制得的TFT其場(chǎng)效應(yīng)遷移率，N溝道型為40～60cm2/Vs；P溝道型為30～50cm2/Vs。此外，使用該TFT制作的移位電阻控制在6MHz時(shí)漏電壓17V,11MHz時(shí)漏電壓為20V。
實(shí)施例5下面所要描述的工藝有利用等離子件處理，通過(guò)選擇性處理氧膜基底，有選擇性地使非晶硅膜晶化；以及利用激光照射進(jìn)一步強(qiáng)化結(jié)晶過(guò)程。除了例2中描述的工藝外，本實(shí)施例還包括用激光照射處理。
參見(jiàn)圖8，利用濺射在Corning 7059#襯底21上淀積厚度為2000的氧化硅膜22作為基底。通過(guò)自旋涂敷在其上覆以耐熱感光膠24。使生成的感光膠膜24圖形化后，用例1同樣方法將整個(gè)襯底露在氮等離子體中，使在氧化膜基底暴露部分23上完成等離子體處理，除了將RF功率調(diào)至20W外，象例1中使用的同樣條件實(shí)施等離子體處理。圖8(A)表示用上述工藝獲得的結(jié)構(gòu)。
由于在該點(diǎn)的襯底被加熱到溫度為200℃或更高，所以其中所用的掩模材料至少也能耐同樣的溫度。此外，最好不用等離子體可除去掩模材料。根據(jù)圖中這些點(diǎn)，還是用耐熱感光膠作為掩模最佳。換言之，也可用無(wú)機(jī)材料如氮化鈦、氧化硅以及氮化硅。
然后，除掉感光膠24。
接著，在用減壓CVD淀積1500厚非晶硅膜后，進(jìn)行4小時(shí)，550℃的退火。結(jié)果，在等離子體處理中剩余的未遮蓋掩模層的周圍部分觀察到結(jié)晶化的硅26。結(jié)晶延伸至由掩模層(但是僅僅由等離子體處理的部分)覆蓋的部分，達(dá)到沿長(zhǎng)度方向約5μm。在由掩模覆蓋的其它部分27上面沒(méi)有觀察到結(jié)晶發(fā)生。
上述熱退火后，在生成結(jié)構(gòu)上用激光束80照射。通過(guò)用波長(zhǎng)248nm、脈寬20毫微秒、激光束能量密度200～400mj/cm2的KrF準(zhǔn)分子激光照射2次完成激光退火。在激光退火期間，襯底的溫度維持在150～300℃范圍內(nèi)，如加熱達(dá)200℃，會(huì)產(chǎn)生激光照射最佳效果。
其它可利用的激光包括那些波長(zhǎng)在308nm的XeCl準(zhǔn)分子激光和波長(zhǎng)在193nm的ArF準(zhǔn)分子激光。另外，在激光位置內(nèi)可照射強(qiáng)光。尤其是包括照射紅外光的RTA(快速熱退火)的應(yīng)用是有效的，因?yàn)樗茉诙痰臅r(shí)間周期內(nèi)可有選擇性地加熱硅膜。通過(guò)使用任何前述方法可獲得具有良好結(jié)晶度的硅膜。這樣，發(fā)現(xiàn)熱退火結(jié)果產(chǎn)生的結(jié)晶區(qū)26變成使結(jié)晶度得到進(jìn)一步改善的硅膜26′。由于激光照射的結(jié)果由剩余的非晶區(qū)27產(chǎn)生多晶膜27′。該膜27′雖然從表面上看來(lái)得到改進(jìn)，但利用Raman分光學(xué)分析證實(shí)結(jié)晶度差。而且通過(guò)傳輸電子顯微鏡觀察顯示無(wú)數(shù)微晶形成膜2.7′；并且晶粒取向較大的結(jié)晶構(gòu)成膜26′。
用例3(參閱圖3)中同樣的方法把所得到的晶狀硅膜26′加工成島狀部分，以獲得性能得到顯著改進(jìn)的TFT。更確切地說(shuō)，用本實(shí)施例得到的硅膜制作的N溝道TFT所產(chǎn)生的場(chǎng)效應(yīng)遷移率，其范圍是150～200cm2/Vs，并且門限電壓為0.5～1.5V，這與先前利用例2得到的硅膜產(chǎn)生的TFT的值形成鮮明對(duì)比，即是，遷移率范圍為50～90cm2/Vs，并且門限值為3～8V?？梢钥吹竭w移率大大增加，門限電壓的起伏大大減小。
通常，上述性能改善僅僅通過(guò)非晶硅膜的激光結(jié)晶實(shí)現(xiàn)。但是利用激光結(jié)晶已有技術(shù)工藝獲得的硅膜在膜的性能方面有相當(dāng)大的波動(dòng)。由于其結(jié)晶要求為400℃或更高溫度和能量強(qiáng)度為350mj/cm2或更高的激光束照射，所以它們不可能被大量生產(chǎn)。與已有技術(shù)相比，按照本發(fā)明實(shí)施例的工藝，襯底溫度低于傳統(tǒng)的工藝，并且激光束強(qiáng)度也低得多。此外，借助按照本發(fā)明工藝可獲得的性能穩(wěn)定的膜，在成品率方面與通過(guò)傳統(tǒng)熱退火工藝的固相生長(zhǎng)結(jié)晶制作的膜相比較也較高。由此生產(chǎn)的TFT還呈現(xiàn)均勻的特性。
通過(guò)本發(fā)明發(fā)現(xiàn)當(dāng)鎳濃度低時(shí)硅膜結(jié)晶不充分。因此，由于使用這樣的硅膜，產(chǎn)生特性差的TFT。然而，按照本例子的工藝提供了一種硅膜，它利用激光照射效應(yīng)補(bǔ)償不足的結(jié)晶度。因此用本實(shí)施例的不損害所生成的TFT特性的工藝，也可制造適合用于多種TFT的含Ni濃度低的硅膜。這樣可制出在活性層區(qū)域含Ni較少的，即從電穩(wěn)定性和可靠性觀點(diǎn)來(lái)看更加有利的器件。
實(shí)施例6本實(shí)施例提供這樣的一種工藝方法通過(guò)把由摻入加速結(jié)晶的催化劑配制的溶液涂敷在非晶體膜上表面，把催化劑引入到非晶硅膜內(nèi)。
在本實(shí)施例中，有選擇地?fù)饺氪呋瘎允沟迷谶@區(qū)域的晶體生長(zhǎng)而進(jìn)入不含催化劑的部分。用該方法不增加催化劑的濃度可獲得晶狀硅膜。
參看圖9。用濺射或等離子體CVD在Corning 7059#襯底901(大小為10cm2)上演積氧化硅膜902。然后，在用等離子體CVD淀積1000厚非晶硅膜后，再用濺射淀積500厚氧化硅膜905，以提供保護(hù)涂層。將按Ni重量計(jì)100ppm的5ml醋酸脂溶液(10cm2的正方形襯底)滴入到此結(jié)構(gòu)中。使旋涂器900在50rpm工作10秒，以實(shí)施自旋涂敷，從而在整個(gè)襯底表面上形成均勻含水膜907。此外，保持涂敷狀態(tài)5分鐘后，將生成結(jié)構(gòu)承受60秒鐘的自旋干燥，旋涂器900的速度控制在2,000rpm。另外通過(guò)提供給旋涂器150rpm或更低的轉(zhuǎn)速可再作60秒鐘的自旋干燥。圖9(A)展示了用上述工藝獲得的結(jié)構(gòu)。
接著,通過(guò)加熱使非晶體硅膜904晶化，條件是溫度為550℃，在氮?dú)夥罩?，持續(xù)8小時(shí)。在以這樣的方式熱處理期間晶體發(fā)生生長(zhǎng)，即晶體沿著箭頭916指出的方向橫向生長(zhǎng)，從摻入Ni的區(qū)域906到?jīng)]有摻入Ni的區(qū)域903。當(dāng)然，在直接摻入Ni的區(qū)域904內(nèi)也發(fā)生結(jié)晶過(guò)程。
參看圖9(A)，直接摻入了Ni的區(qū)域904發(fā)生結(jié)晶；并且在區(qū)域903結(jié)晶沿橫向進(jìn)行。圖10表示區(qū)域903中Ni的濃度分布。圖10內(nèi)的分布特性曲線是以用SIMS(輔助離子質(zhì)譜測(cè)定法)得到的Ni濃度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)作出的。已證實(shí)，直接摻入Ni的區(qū)域9.04的Ni濃度大致是一位數(shù)或高于圖10圖象中所顯示的濃度。
通過(guò)控制溶液的Ni濃度可調(diào)節(jié)在圖10的曲線中所示的Ni濃度分布。在本發(fā)明，溶液的Ni濃度調(diào)至100ppm。然而，已知即使溶液的該濃度調(diào)至10ppm也產(chǎn)生結(jié)晶。通過(guò)把溶液的Ni濃度調(diào)至10ppm，可把圖9中區(qū)域903的Ni濃度進(jìn)一步降低一位數(shù)。但是，通過(guò)減少溶液的Ni濃度卻出現(xiàn)了新問(wèn)題，這是由于沿橫向的晶體生長(zhǎng)距離916縮短了。
此外，其作用還在于進(jìn)一步改善了通過(guò)與實(shí)施例5類似的方式進(jìn)行激光束或與之等效的強(qiáng)光照射所獲得的晶狀硅膜的結(jié)晶度。然而在實(shí)施例5的情況下，由于Ni含有較高濃度，使鎳從硅膜中析出，在硅膜中形成大小約為0.1～10μm的Ni晶粒，所以使該膜的組織受到損害。與利用等離子體處理使膜內(nèi)Ni混合的實(shí)施例5的情況相比，在該情況下可大大降低Ni的濃度。因此，沒(méi)有硅化鎳析出，并且由于激光照射，可阻止發(fā)生膜表面變粗糙。
這樣結(jié)晶化的晶狀硅膜可直接用于TFT的活性層內(nèi)。尤其是因?yàn)樵搮^(qū)域含有很低濃度的催化劑，所以作為TFT活性層的區(qū)域903的應(yīng)用是非常有效的。
更準(zhǔn)確地說(shuō)，如圖9(B)及下面的附圖所示，利用上述晶體硅膜制作TFT的工藝包括把硅膜腐蝕成島狀部分，以形成島狀硅區(qū)域908。在腐蝕保護(hù)性氧化膜905之后，再把生成的結(jié)構(gòu)放置在溫度范圍為500～750℃，最好為550～650℃的氧化性氣氛中，以形成在硅區(qū)域表面起柵絕緣物膜作用的硅氧化膜909。在這個(gè)熱處理步驟中，利用把水蒸汽、一氧化二氮和類似物混入該氣氛中可進(jìn)一步加速氧化反應(yīng)。當(dāng)然，可把公知的氣相生長(zhǎng)工藝如等離子體CVD和濺射作為形成氧化硅膜909的替換方法使用，而不再進(jìn)行上述的熱氧化步驟。
這樣形成島狀硅區(qū)域908和氧化硅膜909之后，以可橫貫島狀硅區(qū)域方式組成連接物910，上述連接物起柵接觸點(diǎn)作用，用能作陽(yáng)極氧化的材料如鋁構(gòu)成。其內(nèi)最好使用按鈷重量計(jì)含0.05～0.3％的鋁，以防止小丘產(chǎn)生。從而獲得圖9(B)所示的結(jié)構(gòu)。
用象實(shí)施例4同樣的方法，對(duì)連接物910的表面實(shí)施陽(yáng)極氧化，以在其表面上形成0.1～1μm厚陽(yáng)極氧化膜911。所生成的結(jié)構(gòu)如圖9(C)所示。
然后用等離子體摻雜把雜質(zhì)摻入上述結(jié)構(gòu)。在這種情況下，用PH3氣體作為攙雜氣體。摻雜PH3時(shí)加速電壓為80Kev，再用波長(zhǎng)248nm，激光束能量強(qiáng)度為250～300mj/cm2的準(zhǔn)分子激光轟擊5次來(lái)激光退火該結(jié)構(gòu)，使所摻雜的雜質(zhì)激活。上述工藝形成雜質(zhì)區(qū)域912和913。在該情況下，柵接觸從雜質(zhì)區(qū)域以相應(yīng)于陽(yáng)極氧化物厚度X的距離移位。圖9(D)展示了所生成的結(jié)構(gòu)。
最后，用制作TFT一般工藝同樣的方法，淀積5000厚氧化硅膜作為層間絕緣體914。另外，用自旋涂敷制作透光聚酰亞胺膜915，使形成較光滑的表面。借助在所生成的膜內(nèi)作出接觸孔，在源區(qū)和漏區(qū)形成連接和接觸點(diǎn)917及918。圖9(E)展示了上述工藝制得的TFT最終結(jié)構(gòu)。
在本實(shí)施例中，用醋酸鹽溶液作為含催化劑的溶液。但是，也可使用從很寬的種類范圍中選出的含水溶液，以有機(jī)溶劑為基礎(chǔ)的溶液。化合物類溶液中可以不含催化劑，并且可在溶液中完全擴(kuò)散。
催化劑可加入從極性溶劑如水、酒精、酸類及氨中選擇的溶劑中。
當(dāng)選擇Ni作為催化劑時(shí)，借助Ni化合物把Ni加入極性溶劑。為此目的所使用的有代表性的Ni化合物包括Ni溴化物、Ni醋酸鹽、Ni草酸鹽、Ni碳酸鹽、Ni氯化物、Ni碘化物、Ni硝酸鹽、Ni硫酸鹽、Ni甲酸鹽、Ni乙酰醋酸鹽、Ni四環(huán)己基丁酸鹽、Ni氧化物、及Ni氫氧化物。
本發(fā)明所使用的溶劑包括非極性溶劑如苯、甲苯、二甲苯、四氯化碳、三氯甲烷、和乙醚。
以Ni化合物形式將Ni摻入所使用的溶劑。為此目的所使用的Ni化合物有Ni乙酰醋酸鹽和Ni二乙基己烷鹽。
在含催化劑的溶液中加入表面活化劑也是有益的，上述加入增加了溶液對(duì)于涂敷表面的粘著力，控制吸附性能。另外，表面活性劑可預(yù)先施加到用溶液涂覆的表面。當(dāng)金屬Ni被用作催化劑時(shí)，它必須預(yù)先溶解在以溶液形式使用的酸類中。
上述情況所涉及一種將催化劑--Ni完全溶入其中的溶液的實(shí)例。在溶液中Ni元需被充分溶解，并且也可使用其它形式的材料，比如乳化液，它包括均勻分散在彌散劑中的金屬Ni粉未和Ni化合物粉未。
上述情況也適合于使用除Ni以外的催化劑的任何材料。
非極性溶液比如Ni二乙基己烷鹽的甲苯溶液能直接施加到非晶硅膜表面。這時(shí)，將在涂覆保護(hù)膜中常用的粘結(jié)劑，預(yù)先涂到非晶硅膜也是有效的。但是，對(duì)其使用必須小心，因?yàn)閼?yīng)用劑量太大反而影響催化劑加入非晶硅膜內(nèi)。
催化劑加入溶液的量雖然取決于溶液的類型，但其量按重量計(jì)大體為1～200ppm，最好為1～50ppm。加入范圍取決于結(jié)晶膜的Ni濃度和耐氫氟酸性。
如上所述，本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)使非晶體硅甚至在更低的溫度和更短的時(shí)間周期內(nèi)發(fā)生結(jié)晶方面開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)新紀(jì)元。此外按照本發(fā)明的工藝適合于大批量生產(chǎn)。但使用的卻是最普通的設(shè)備、儀器和方法，因此，對(duì)于電子產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，這是個(gè)有益的和有前景的工藝。
更準(zhǔn)確地說(shuō)，例如通常固相生長(zhǎng)工藝要求退火工序延續(xù)至少24小時(shí)。認(rèn)為每個(gè)襯底工藝過(guò)程時(shí)間最好是2分鐘，要用15個(gè)退火爐才能實(shí)施工藝。然而，本發(fā)明能在8小時(shí)內(nèi)完成工藝，并且在最佳條件下，該工藝甚至可縮短至僅4小時(shí)或更少。這意味著，爐子數(shù)量減少至上述計(jì)算數(shù)量的1/6時(shí)，就可實(shí)行上述工藝。這導(dǎo)致提高生產(chǎn)率和減少設(shè)備投資，因此降低了襯底的工藝成本。所以，可生產(chǎn)廉價(jià)的TFT，確實(shí)，本發(fā)明對(duì)于工業(yè)有極大的好處。
當(dāng)通過(guò)參照特定實(shí)施例對(duì)本發(fā)作出詳細(xì)描述的時(shí)候，應(yīng)該清楚，該領(lǐng)域普通技術(shù)人員可作出各種變化和改進(jìn)，但并沒(méi)有脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1．一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括下列步驟；在第一室中在襯底上形成一層非晶半導(dǎo)體膜；用等離子體在第二室中在所述襯底上配置金屬元素；和加熱所述半導(dǎo)體膜，用所述金屬元素使其晶化；其中，所述襯底在所述第一室與所述第二室之間的傳遞是在不暴露于空氣中的情況下進(jìn)行的。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料選自由鎳、鐵和鈷組成的一組材料。
3．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述非晶半導(dǎo)體膜含有硅。
4．一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括下列步驟；在第一室中在襯底上形成一層非晶半導(dǎo)體膜；用等離子體在第二室中配置金屬元素，使其與所述半導(dǎo)體膜接觸；和加熱所述半導(dǎo)體膜，用所述金屬元素使其晶化；其中，所述襯底在所述第一室與所述第二室之間的傳遞是在不暴露于空氣中的情況下進(jìn)行的。
5．如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述材料選自由鎳、鐵和鈷組成的一組材料。
6．如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述非晶半導(dǎo)體膜含有硅。
7．一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括下列步驟在第一室中在襯底上形成一層非晶半導(dǎo)體膜；用等離子體在第二室中在所述半導(dǎo)體膜下面配置金屬元素；和加熱所述半導(dǎo)體膜，用所述金屬元素使其晶化；其中，所述襯底在所述第一室與所述第二室之間的傳遞是在不暴露于空氣中的情況下進(jìn)行的。
8．如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述材料選自由鎳、鐵和鈷組成的一組材料。
9．如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述非晶半導(dǎo)體膜含有硅。
10．一種制造半導(dǎo)體器件的裝置，包括第一室，供在襯底上形成半導(dǎo)體膜；第一室，供配置金屬元素，用等離子體使其與所述半導(dǎo)體膜接觸；第三室，將所述第一室與所述第二室連接起來(lái)，供在不暴露于空氣中的情況下傳遞所述襯底。
11．如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述材料選自由鎳、鐵和鈷組成的一組材料。
12．如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體膜含有非晶硅。
13．如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二室各包括至少一對(duì)電極、一個(gè)氣體入口系統(tǒng)、一個(gè)抽真空系統(tǒng)和一個(gè)電源。
14．如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述第二室中的至少一個(gè)電極含有所述金屬元素。
全文摘要
一種以較低結(jié)晶溫度和較短時(shí)間周期制造半導(dǎo)體的工藝，其工序是在襯底上形成絕緣物涂層；將所述絕緣物涂層暴露到等離子體中；在上述暴露工序之后，在所述絕緣物涂層上形成非晶硅膜；并且在400到650℃或更高溫度中，但不得高于襯底玻璃轉(zhuǎn)換溫度，熱處理所述硅膜。成晶核部位是這樣被控制的，選擇地將非晶硅膜暴露到等離子體中或選擇性地施加一種物質(zhì)，該物質(zhì)含有起催化作用的元素。也披露了用同樣方法制造薄膜晶體管的工藝。
文檔編號(hào)H01L29/786GK1316767SQ0013448
公開(kāi)日2001年10月10日 申請(qǐng)日期1994年2月3日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月3日
發(fā)明者高山徹, 張宏勇, 山崎舜平, 竹村保彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所