專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮镃N200410086184.4(申請(qǐng)日為1994年12月2日)的專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
本發(fā)明涉及利用有結(jié)晶性的半導(dǎo)體制作的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
使用薄膜半導(dǎo)體形成的薄膜晶體管(下稱(chēng)TFT等)是已公知的，這種TFT是在襯底上形成薄膜半導(dǎo)體、使用該薄膜半導(dǎo)體構(gòu)成的。這種TFT被用于各種集成電路，特別是電光學(xué)裝置、尤其作為設(shè)有有源矩陣型液晶顯示裝置的各像素的開(kāi)關(guān)元件、作為在外圍電路部分形成的驅(qū)動(dòng)元件引起了人們的普遍關(guān)注。
用于TFT的薄膜半導(dǎo)體，雖然使用無(wú)定形硅膜簡(jiǎn)便，但是其電特性低。為了提高TFT的特性，可以使用具有結(jié)晶性的硅薄膜。具有結(jié)晶性的硅膜，被稱(chēng)作多晶硅、聚硅、微晶硅等。為了制得這種具有結(jié)晶性的硅膜，可以首先形成無(wú)定形硅膜，然后通過(guò)加熱使之結(jié)晶化而得到。
但是，通過(guò)加熱進(jìn)行結(jié)晶化，加熱溫度需600℃以上，加熱時(shí)間為10小時(shí)以上，這對(duì)于用玻璃作為襯底是有困難的。例如，在有源型液晶顯示裝置中使用的康寧7059玻璃的變形溫度是593℃，在大面積的襯底情況，對(duì)于加熱600℃以上是有問(wèn)題的。
根據(jù)本發(fā)明人的研究，在無(wú)定形硅膜表面上沉積微量鎳或鈀以及鉛等元素，然后加熱，在550℃處理4小時(shí)，可以使之結(jié)晶化。
為了引進(jìn)上述微量元素(促進(jìn)結(jié)晶化的催化劑元素)，可以進(jìn)行等離子體處理或蒸鍍，而且可利用離子注入。所謂等離子體處理，是在平行片型或陽(yáng)極光柱型的等離子體CVD裝置中，使用含催化劑元素的材料作為電極，在氮或氫等氣氛中使之產(chǎn)生等離子體，從而在無(wú)定形硅膜上摻入催化劑元素的方法。
但是，上述元素在半導(dǎo)體中大量存在對(duì)于由這些半導(dǎo)體制作的器件的可靠性和電穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生不利影響。這是不能令人滿意的。
也就是說(shuō)，上述鎳等促進(jìn)結(jié)晶化的元素(催化劑元素)，雖然在使無(wú)定形硅進(jìn)行結(jié)晶化時(shí)是必要的，但是，希望盡量地不包含在已結(jié)晶化了的硅中，為了實(shí)現(xiàn)這一目的，作為催化劑元素要選擇在結(jié)晶性硅中惰性傾向強(qiáng)的，同時(shí)要使對(duì)于結(jié)晶化是必要的催化劑元素的量要盡量地少，必須用最低限量進(jìn)行結(jié)晶化。因此，必須精密地控制引入上述催化劑元素的量。
另外，以鎳作為催化劑元素時(shí)，形成無(wú)定形硅膜、通過(guò)等離子體處理方法加入鎳，制造結(jié)晶性硅膜、通過(guò)詳細(xì)研究其結(jié)晶化過(guò)程等，已搞清楚了下述事項(xiàng)(1)在用等離子體處理法將鎳引入無(wú)定形硅膜中時(shí)、在進(jìn)行熱處理之前，鎳已經(jīng)侵入到無(wú)定形硅膜內(nèi)的相當(dāng)深度。
(2)結(jié)晶的起始晶核是從引入了鎳的表面處生成的。
(3)在使用蒸鍍法將鎳在無(wú)定形硅膜上成膜的場(chǎng)合，也與進(jìn)行等離子體處理時(shí)同樣地發(fā)生結(jié)晶化。
從上述事項(xiàng)可以得出結(jié)論通過(guò)等離子處理而導(dǎo)入的鎳并不是全部有效地起作用，亦即，可以認(rèn)為，即使大量的鎳被引入，也存在有未充分起作用的鎳。因此，可認(rèn)為硅與鎳連接點(diǎn)(面)在低溫結(jié)晶化時(shí)起作用。而且可以得出需要將鎳盡可能分散成微細(xì)的原子狀的結(jié)論。亦即結(jié)論是「需要在無(wú)定形硅膜的表面附近，在低溫結(jié)晶化可能的范圍內(nèi)，將濃度盡量低的鎳以原子狀分散地引入為最好」。
作為僅僅在無(wú)定形硅膜表面附近引入極微量鎳的方法，換言之作為僅僅在無(wú)定形硅膜表面附近引入極微量促進(jìn)結(jié)晶化的催化劑元素的方法，雖然可以舉出蒸鍍法，但是，問(wèn)題是蒸鍍法不好控制，嚴(yán)密地控制催化劑元素的加入量是有困難的。
另外，已證實(shí)晶體生長(zhǎng)是從引入上述促進(jìn)結(jié)晶化的催化劑元素的區(qū)域向未引入催化劑元素的區(qū)域進(jìn)行的。這樣，進(jìn)行晶體生長(zhǎng)的區(qū)域中催化劑元素的濃度是低的，作為半導(dǎo)體器件的活性層使用是非常有用的，但是，有選擇地引入催化劑元素的方法，在工業(yè)上還是有問(wèn)題的。
本發(fā)明的目的是，在使用催化劑元素、于600℃以下熱處理而制造具有結(jié)晶性的薄膜硅半導(dǎo)體的過(guò)程中，達(dá)到下列要求(1)控制引入催化劑元素的量，并且將其控制在最低限度的量；(2)成為有選擇地引入催化劑元素的方法；
(3)成為高生產(chǎn)率的方法。
本發(fā)明為滿足上述要求，采用下述手段得到了有結(jié)晶性的硅膜。
緊挨著在表面上利用光刻形成了掩膜圖案的無(wú)定形硅膜上，保持促進(jìn)該無(wú)定形硅膜結(jié)晶化的催化劑元素單質(zhì)或含有該催化劑元素的化合物，在上述催化劑元素單質(zhì)或含該催化劑元素的化合物與上述無(wú)定形硅膜處于相連接的狀態(tài)下進(jìn)行加熱處理，使上述無(wú)定形硅膜結(jié)晶化。
具體地說(shuō)，是將含催化劑元素的溶液涂敷在利用光刻形成所希望的圖案的無(wú)定形硅膜表面上，通過(guò)進(jìn)行催化劑元素的引入實(shí)現(xiàn)上述的構(gòu)成。
本發(fā)明的一個(gè)突出特征是，在與利用光刻形成掩膜圖案的無(wú)定形硅膜的表面相接的情況下導(dǎo)入催化劑元素。
另外，本發(fā)明的特征是，使用通過(guò)催化劑元素的作用而被結(jié)晶化的結(jié)晶性硅膜構(gòu)成具有半導(dǎo)體器件的PN、PI、NI等的至少一種電學(xué)結(jié)的活性區(qū)為特征。作為半導(dǎo)體器件，可以舉出薄膜晶體管(TFT)、二極管、光敏感元件。
采用本發(fā)明的構(gòu)成方案，可得到如下基本結(jié)果(a)溶液中的催化劑元素濃度經(jīng)預(yù)先嚴(yán)格控制，能夠達(dá)到有更高的結(jié)晶性而且所含該元素的量更少。
(b)只要將溶液與無(wú)定形硅膜表面相接觸，被引入無(wú)定形硅膜中的催化劑元素的量由溶液中的催化劑元素的濃度決定。
(c)吸附在無(wú)定形硅膜表面上的催化劑元素，主要用于促進(jìn)結(jié)晶化，因此可以以必要的最小濃度引入催化劑元素。
(d)利用光刻圖有選擇地引入催化劑元素，利用從催化劑元素的引入?yún)^(qū)域橫向結(jié)晶生成的區(qū)域容易地形成半導(dǎo)體器件。
作為在無(wú)定形硅膜上涂敷含有促進(jìn)結(jié)晶化的元素的溶液的方法，涂敷溶液可以使用水溶液、有機(jī)溶劑溶液等。這里所說(shuō)的“含有”包括下述二種含義，即作為化合物含有和只通過(guò)分散使含有的意思。這些溶液需要考慮與加入的含催化劑元素的化合物的適宜性，以及與薄膜表面的接觸角來(lái)進(jìn)行決定。特別是圖案微細(xì)的情況下，使用接觸角小的材料，連圖案內(nèi)部都可以均勻處理。
含有催化劑元素的溶劑，可以從極性溶劑例如水、醇、酸、氨中選擇使用。
使用鎳作為催化劑，在鎳含于極性溶劑中的場(chǎng)合，鎳是以鎳的化合物被引入的。作為這種鎳化合物可以從具有代表性的溴化鎳、乙酸鎳、草酸鎳、碳酸鎳、氯化鎳、碘化鎳、硝酸鎳、硫酸鎳、甲酸鎳、乙酰丙酮鎳、4-環(huán)己基丁酸鎳、氧化鎳、氫氧化鎳中選擇使用。
含催化劑元素的溶劑是非極性溶劑時(shí)，可以從苯、甲苯、二甲苯、四氯化碳、氯仿、醚類(lèi)、三氯乙烯、氫氟烴中選擇使用。再有，這里所說(shuō)的極性、非極性并不是嚴(yán)格的指有無(wú)偶極矩，而是基于一般的化學(xué)性質(zhì)而說(shuō)的。
這時(shí)，鎳是以鎳的化合物的形式被引入的。這種鎳化合物有代表性的，可從乙酰丙酮鎳、2-乙基己酸鎳中選擇使用。
另外，在含催化劑元素的溶液中加入表面活性劑也是有用的。這是為了提高對(duì)于被涂敷表面的粘合性，控制吸附性。這種表面活性劑也可以預(yù)先涂敷在被涂敷的表面上。
在鎳單質(zhì)被用作催化劑元素的場(chǎng)合，需要將其溶于酸制成溶液。
以上描述的雖然是使用將催化劑元素鎳完全溶解的溶液例子，但是，也可以使用鎳未完全溶解，由鎳單質(zhì)或鎳化合物組成的粉末均勻地分散在分散劑中的乳濁液。
以上所述，對(duì)于使用鎳以外的材料作為催化劑元素也同樣適用。
使用鎳作為促進(jìn)結(jié)晶化的催化劑元素，在使用水之類(lèi)的極性溶劑作為含鎳溶液的溶劑的場(chǎng)合，如果在無(wú)定形硅膜上直接涂敷這些溶液，往往含有不沾溶液的情況出現(xiàn)。這時(shí)，首先形成100以下的薄氧化膜，在其上涂敷含催化劑元素的溶液，這樣就能夠均勻地涂敷溶液。另外在溶液中添加表面活性劑之類(lèi)的物質(zhì)，對(duì)于改善潤(rùn)濕性也是有效的。
另外，作為溶液，使用象2-乙基己酸鎳的甲苯溶液這樣的非極性溶劑，可以在無(wú)定形硅膜表面上直接涂敷。這時(shí)，預(yù)先涂敷像在保護(hù)膜涂敷時(shí)使用的粘著劑這樣的物質(zhì)是有效的。但是，必須注意，涂敷量過(guò)多時(shí)，相反會(huì)妨礙向無(wú)定形硅中添加催化劑元素。
溶液中所含的催化劑元素的量，也與溶液的種類(lèi)有關(guān)，作為大致的傾向，鎳量相對(duì)于溶液可為200ppm～1ppm，最好是50ppm～1ppm(按重量換算)這是根據(jù)在結(jié)晶化結(jié)束后的膜中的鎳濃度和耐氫氟酸性決定的值。
利用在無(wú)定形硅膜表面上形成的保護(hù)性掩膜，選擇性地涂敷含催化劑元素的溶液，可以有選擇的進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。特別是，這時(shí)在硅膜表面上從涂敷了溶液的區(qū)域向未涂敷溶液的區(qū)域，能夠在大致平行的方向上進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。在本說(shuō)明書(shū)中把在該硅膜表面上以大致平行的方向進(jìn)行晶體生長(zhǎng)的區(qū)域稱(chēng)作在橫向上晶體生長(zhǎng)的區(qū)域。
另外，已確認(rèn)在該橫向上進(jìn)行晶體生長(zhǎng)的區(qū)域，催化劑元素的濃度低。作為半導(dǎo)體器件的活性層區(qū)域，利用結(jié)晶性硅膜是有益的，在活性層區(qū)域中雜質(zhì)濃度低是所希望的。因此，利用上述橫向上進(jìn)行晶體生長(zhǎng)的區(qū)域形成半導(dǎo)體器件的活性層區(qū)域，在器件制造上是有用的。
本發(fā)明中使用鎳作為催化劑元素可以得到最顯著的效果，其它可利用的催化劑元素的種類(lèi)，理想的有Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、P、As、Sb。另外，還可以使用從VIII族元素、IIIb、IVb、Vb元素中選擇的一種或幾種元素。
用Fe(鐵)作為催化劑元素時(shí)，作為鐵的化合物可以使用下列已知的鐵鹽，例如，溴化亞鐵(FeBr2·6H2O)、溴化鐵(FeBr3·6H2O)、乙酸鐵(Fe(C2H3O2)3·xH2O)、氯化亞鐵(FeCl2·4H2O)、氯化鐵(FeCl3·6H2O)、氟化鐵(FeF3·3H2O)、硝酸鐵(Fe(NO3)3·9H2O)、磷酸亞鐵(Fe3(PO4)2·8H2O)、磷酸鐵(FePO4·2H2O)。
用Co(鈷)作為催化劑元素時(shí)。作為它的化合物可以使用下列鈷鹽，例如，溴化鈷(CoBr·6H2O)、乙酸鈷(Co(C2H3O2)2·4H2O)、氯化鈷(COCl2·6H2O)、氟化鈷(CoF2·xH2O)、硝酸鈷(Co(NO3)2·6H2O)。
用Ru(釕)作為催化劑元素時(shí)，作為其化合物可以使用下列已知的釕鹽，例如氯化釕(RuCl3·H2O)。
用Rh(銠)作為催化劑元素時(shí)，作為它的化合物可以使用已知的銠鹽，例如，氯化銠(RhCl3·3H2O)。
用Pd(鈀)作為催化劑元素時(shí)，作為它的化合物可以使用已知的鈀鹽，例如氯化鈀(PdCl2·2H2O)。
用Os(鋨)作為催化劑元素時(shí)，作為它的化合物可以使用已知的鋨鹽，例如氯化鋨(OsCl3)。
用Ir(銥)作為催化劑元素時(shí)，作為它的化合物可以使用已知的銥鹽，例如三氯化銥(Ircl3·3H2O)、四氯化銥(IrCl4)。
用Pt(鉑)作為催化劑元素時(shí)，作為它的化合物可以使用已知的鉑鹽，例如氯化鉑(PtCl4·5H2O)。
用Cu(銅)作為催化劑元素時(shí)，作為它的化合物，可從乙酸銅(Cu(CH3·COO)2)、氯化銅(CuCl2·2H2O)、硝酸銅(Cu(NO3)2·3H2O)中選用。
用Au(金)作為催化劑元素時(shí)，作為它的化合物，可從三氯化金(AuCl3·xH2O)、氯化金鹽(AuHCl4·4H2O)、四氯金鈉(AuNaCl4·2H2O)中選用。
另外，催化劑元素的引入方法，并不限于使用水溶液和乙醇等溶液，可以廣泛地利用含有催化劑元素的物質(zhì)，例如，可以使用含有催化劑元素的金屬化合物或氧化物。


圖1表示實(shí)施例的制造工序。
圖2表示實(shí)施例的制造工序。
符號(hào)的說(shuō)明11......玻璃襯底12......無(wú)定形硅膜13......氧化硅膜14......含有鎳的乙酸溶液膜15......旋轉(zhuǎn)器[實(shí)施例1]本實(shí)施例是有關(guān)利用光刻掩膜在無(wú)定形硅膜表面上形成所希望的掩膜圖案，通過(guò)從該掩膜圖案上涂敷含鎳溶液，在無(wú)定形硅膜上有選擇的引入鎳的例子。
圖1表示本實(shí)施例中的制造工序的示意圖。首先，在玻璃襯底(康寧7059，10cm角)上形成起遮蔽作用的抗蝕圖21。掩膜可以是正型，也可以是負(fù)型。
采用通常的光致蝕刻圖案形成工序，形成必要的光致蝕刻掩膜21的圖案。然后，在氧氣氛中用紫外線照射，形成薄的氧化硅膜20。這種氧化硅膜20的制作是通過(guò)在氧氣氛中用UV光照射5分鐘進(jìn)行的。該氧化硅膜20的厚度為20～50(圖1(A))。
這種極薄的氧化硅膜20是為了改善在后續(xù)的工序中涂敷的含鎳溶液在無(wú)定形硅膜12上的潤(rùn)濕性。另外，代替使用UV光。用加熱至70℃的過(guò)氧化氫水浸漬5分鐘而得到氧化膜也是可以的。此外利用加熱形成氧化膜也是可以的。
在這種狀態(tài)下，滴下(10cm見(jiàn)方襯底的場(chǎng)合)5ml含有100ppm鎳的乙酸鹽溶液。在該乙酸鹽溶液中加入表面活性劑，通過(guò)刻蝕劑作到了溶液不再被排拒。這種溶液的涂敷是用旋涂器以50rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)涂敷10秒鐘，使整個(gè)襯底表面上形成均勻的水膜。進(jìn)行在這種狀態(tài)下，保持5分鐘后，用旋轉(zhuǎn)器以2000rpm的轉(zhuǎn)速，進(jìn)行60秒的轉(zhuǎn)動(dòng)干燥。這種“保持”操作也可以在旋涂器上一邊以0～150rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)一邊同時(shí)進(jìn)行(圖1(B))。
然后，通過(guò)氧拋光將光刻掩膜21除去，形成有選擇性的吸附鎳元素的區(qū)域，光刻掩膜的除去也可以通過(guò)在氧中進(jìn)行退火來(lái)實(shí)現(xiàn)。
然后，通過(guò)在550度(氮?dú)夥?、4小時(shí)的加熱處理，使無(wú)定形硅膜12結(jié)晶化。這時(shí)，從引入鎳的區(qū)域22、按23所示的方向，向未引入鎳的區(qū)域在橫向上進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。在圖1(C)中，24是直接引入鎳進(jìn)行結(jié)晶化的區(qū)域，25是在橫向上進(jìn)行結(jié)晶化的區(qū)域。業(yè)已證實(shí)區(qū)域25在大致<111>軸方向上進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。
在經(jīng)過(guò)上述加熱處理結(jié)晶化的工序之后，進(jìn)行激光或強(qiáng)光照射退火是有效的。這可使結(jié)晶性硅膜的結(jié)晶性效果進(jìn)一步提高。作為激光可以用KrF準(zhǔn)分子激光或XeCl激光，作為強(qiáng)光使用紅外光也是有效的。因?yàn)榧t外光難以被玻璃基片吸收，而可被硅選擇性地吸收。因而可得到大的退火效果。
在本實(shí)施例中，通過(guò)改變?nèi)芤簼舛群捅３謺r(shí)間，在鎳被直接引入的區(qū)域中，可以將鎳的濃度控制在1×1016原子·厘米-3～1×1019原子·厘米-3的范圍。同樣可將橫向生長(zhǎng)區(qū)域的濃度控制在低于上述濃度范圍。
按本實(shí)施例所述方法形成的結(jié)晶硅膜具有良好的耐氧氟酸性，根據(jù)本發(fā)明人的知識(shí)，用等離子體處理引入鎳，經(jīng)結(jié)晶化得到的結(jié)晶性硅膜其耐氫氟酸性是低的。
例如，在結(jié)晶性硅膜上形成作為柵極絕緣膜或?qū)娱g絕緣膜而起作用的氧化硅膜，然后為了形成電極經(jīng)過(guò)開(kāi)孔工序，有時(shí)形成電極的操作是必要的。這時(shí)，普通采取用緩沖氫氟酸除去氧化硅膜的工序，但是，在結(jié)晶性硅膜的耐氫氟酸性低時(shí)，只除去氧化硅膜是困難的，有可能產(chǎn)生腐蝕結(jié)晶性硅膜的問(wèn)題。
但是，對(duì)于結(jié)晶性硅膜具有耐氫氟酸性的情況來(lái)說(shuō)，氧化硅膜和結(jié)晶性硅膜的腐蝕速度的差異(選擇比)增大，因此，能夠選擇性的僅僅除去氧化硅膜，這在制造工序上具有非常大的意義。
如上所述，在橫向上結(jié)晶成長(zhǎng)的區(qū)域，催化劑元素的濃度小而且結(jié)晶性好，所以把這個(gè)區(qū)用作半導(dǎo)體器件的活性區(qū)是有用的。例如。用作薄膜晶體管的溝道形成區(qū)是極其有用的。本實(shí)施例是使催化劑元素鎳含在非水溶液醇中，涂敷在無(wú)定形硅膜上的例子。本實(shí)施例中作為鎳的化合物使用的是乙酰丙酮鎳，使該化合物含在醇中，只要使鎳的濃度成為所需要的濃度即可。之后的工序與實(shí)施例1的相同。
下面對(duì)具體條件進(jìn)行說(shuō)明。首先，作為鎳化合物，準(zhǔn)備好乙酰丙酮鎳。該物質(zhì)在醇中是可溶的，由于分解溫度低，所以在結(jié)晶化工序中加熱時(shí)可能容易分解。
作為醇使用乙醇，為了調(diào)制成含鎳量為100ppm，首先將乙醇中的乙酰丙酮鎳的量換算成鎳的量，制備好含鎳的溶液。
將該溶液涂敷在利用光刻漆形成所希望的光刻圖的無(wú)定形硅膜上。這里之所以使用光刻清漆，是因?yàn)樵?00℃烘烤了的光刻清漆，在醇中是不溶解的。另外，無(wú)定形硅膜，在形成氧化硅的基底膜(2000厚)的100mm見(jiàn)方的玻璃襯底上，厚度為1000，是用等離子體CVD法形成的。
在上述無(wú)定形硅膜上溶液的涂敷，比實(shí)施例1使用水溶液的場(chǎng)合少就可以達(dá)到目的。這是由于醇的接觸角比水的更小。這里，相對(duì)于100mm見(jiàn)方的面積，滴2ml就可以。
在該狀態(tài)保持5分鐘。然后，用旋轉(zhuǎn)器進(jìn)行干燥，這時(shí)旋轉(zhuǎn)器以1500rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)1分鐘。接著在350℃、在氮?dú)夥罩屑訜?0分鐘，使鎳鹽分解。在這過(guò)程中鎳向無(wú)定形硅膜內(nèi)擴(kuò)散，催化劑元素鎳被引入到無(wú)定形硅膜內(nèi)。然后，利用肼進(jìn)行濕腐蝕或通過(guò)拋光除去由光刻清漆形成的掩膜。接著在550℃加熱4小時(shí)進(jìn)行結(jié)晶化。這樣就得到了具有結(jié)晶性的硅膜。
當(dāng)然，在本實(shí)施例中也與實(shí)施例1同樣地從引入催化劑元素的區(qū)域向未引入催化劑元素的區(qū)域進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，從而得到在橫向上晶體生長(zhǎng)的結(jié)晶性硅區(qū)域。本實(shí)施例是通過(guò)在形成光刻圖的無(wú)定形硅膜上形成含催化劑元素鎳的氧化膜，有選擇性地引入催化劑元素鎳的例子。
本實(shí)施例是使用含有促進(jìn)結(jié)晶化的催化劑元素的OCD溶液，在無(wú)定形硅膜上形成含上述催化劑元素的氧化膜，然后通過(guò)加熱使之結(jié)晶化的例子。所謂OCD溶液是“東京應(yīng)化工業(yè)公司的Ohka DiffusionSource”，是將硅化合物和添加物溶于有機(jī)溶劑中形成的溶液。該溶液涂敷后通過(guò)烘烤可以簡(jiǎn)便地形成氧化硅膜。另外，還可以容易形成添加雜質(zhì)的氧化硅膜。
本實(shí)施例中使用康寧7059玻璃作為襯底。其大小為100mm×100mm。
首先，通過(guò)等離子CVD法或LPCVD法形成100～1500的無(wú)定形硅膜。這里成膜厚度為1000。
為了除掉污染和天然氧化膜，進(jìn)行氫氟酸處理，形成所希望的光刻圖。這時(shí)需要選擇對(duì)于OCD溶液中所含的有機(jī)溶劑具有耐受性的光刻膠材料。
然后形成含催化劑元素鎳的氧化膜。該氧化膜是用以下原料制作的。該氧化膜由圖1所示實(shí)施例1中被涂敷溶液14的部分所形成。
首先，作為基礎(chǔ)使用東京應(yīng)化工業(yè)公司制造的OCD Type2Si59000，將乙酰丙酮鎳(II)溶于醋酸甲酯中，然后與上述OCD溶液混合，調(diào)整制備含SiO2為2.0重量％、鎳為200～2000ppm的溶液。
將該溶液10ml向無(wú)定形硅膜表面滴下，用旋涂器以2000rpm的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂敷。隨后在150℃預(yù)烘烤30分鐘，形成含鎳的氧化硅膜，厚度約為1300。預(yù)烘烤溫度可以根據(jù)鎳化合物的分解溫度決定。
用剝離液將光刻膠除去。然后在加熱爐中，在550℃和氮?dú)夥罩羞M(jìn)行4小時(shí)加熱處理。結(jié)果可得到在襯底上形成的有結(jié)晶性的硅薄膜。同時(shí)從引入鎳的區(qū)域向未引入鎳的區(qū)域在橫向上進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)。
上述加熱處理可以在450℃以上的溫度進(jìn)行，如果溫度低，加熱時(shí)間就必須延長(zhǎng)，生產(chǎn)效率下降。如果加熱溫度超過(guò)550℃，作為襯底使用的玻璃襯底的耐熱性就將發(fā)生問(wèn)題。
OCD溶液中的鎳元素的濃度是由與OCD溶液中SiO2濃度的相互關(guān)系決定的。不是單方面決定的。而且，取決于結(jié)晶化時(shí)的加熱溫度和加熱時(shí)間，從由OCD形成的氧化硅膜向結(jié)晶性硅膜中的擴(kuò)散量有所不同，因而，必須在也考慮這些因素的基礎(chǔ)上決定鎳元素的濃度。本實(shí)施例中表示選擇性地引入鎳，利用從該部分在橫向(與襯底平行方向)上進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)的區(qū)域形成電子器件的例子。采用這種構(gòu)成時(shí)，可以進(jìn)一步降低在器件活性層區(qū)的鎳濃度，從器件的電穩(wěn)定性和可靠性方面，可認(rèn)為這是很理想的構(gòu)成。
作為本實(shí)施例中的鎳元素引入方法，采用實(shí)施例1～實(shí)施例3中的哪一種方法都可以。
本實(shí)施例是關(guān)于用來(lái)控制有源矩陣的象素的TFT的制造工序。圖2表示本實(shí)施例的制作工序。首先，將襯底201洗凈、用TEOS(四乙氧基硅烷)和氧作為原料氣體，采用等離子體CVD法形成厚度為2000的氧化硅底膜202。然后。通過(guò)等離子體CVD法形成厚度為500～1500(例如1000)的本征(I型)無(wú)定形硅膜203。接下來(lái)形成掩膜205、這樣就形成無(wú)定形硅膜的曝露區(qū)域206。
用實(shí)施例1所示的方法，涂敷含有促進(jìn)結(jié)晶化的催化劑鎳元素的溶液(這里是乙酸鹽溶液)。乙酸溶液中鎳的濃度是100ppm。其詳細(xì)工序和條件與實(shí)施例1相同。該工序用實(shí)施例2或?qū)嵤├?所示的方法也是可以的。
然后，在氮?dú)夥罩泻?00～620℃(例如550℃)下進(jìn)行4小時(shí)的加熱退火，使硅膜203結(jié)晶化。結(jié)晶化是以鎳和硅膜的接觸區(qū)206作為出發(fā)點(diǎn)，按照箭頭所示與襯底平行的方向上進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)。圖中區(qū)域204表示鎳被直接引入而結(jié)晶化的部分，區(qū)域203表示在橫向上進(jìn)行結(jié)晶化的部分。該203區(qū)表示的在橫向上的結(jié)晶，約為25μm。業(yè)已證實(shí)其結(jié)晶生長(zhǎng)方向大致是<111>軸向(圖2(A))。
接著，除去氧化硅膜205。這時(shí)也同時(shí)除去在206區(qū)表面形成的氧化膜。然后，將硅膜204形成布線圖案后、經(jīng)干腐蝕、形成島狀的活性層區(qū)208。這時(shí)，圖2(A)中206表示的區(qū)域，是鎳直接被引入的區(qū)域，是鎳的高濃度區(qū)域。另外已確認(rèn)結(jié)晶生長(zhǎng)的頂端，也同樣存在鎳的高濃度。業(yè)已證實(shí)。這些區(qū)域與其中間的區(qū)域相比，鎳的濃度是高的。從而，本實(shí)施例中，在活性層208，這些鎳的高濃度區(qū)與溝道形成區(qū)做到了不重疊。
然后，在含100體積％水蒸氣的10個(gè)大氣壓、500～600℃(有代表性的是550℃)的氣氛中，放置1小時(shí)，使活性層(硅膜)208的表面氧化，形成氧化硅膜209。氧化硅膜的厚度為1000。經(jīng)熱氧化形成氧化硅膜209之后，使襯底保持在氨氣氛(1個(gè)大氣壓、100％)、400℃的條件下。在該狀態(tài)下，用波長(zhǎng)在0.6～4μm(例如0.8～1.4μm)有峰值的紅外光對(duì)襯底照射30～180秒，對(duì)氧化硅膜209施行氮化處理。另外，這時(shí)，也可以將0.1～10％的HCl混入上述氣氛中。
用鹵燈作為紅外線的光源。紅外光的強(qiáng)度，調(diào)整到使監(jiān)測(cè)器的單晶硅晶片上的溫度為900～1200℃。具體地說(shuō)，就是監(jiān)控嵌入硅片的熱電偶的溫度并將其反饋到紅外線光源。本實(shí)施例中，升溫按一定的速度，即50～200℃/秒，降溫是自然冷卻到20～100℃。由于這種紅外光照射就是選擇性地加熱硅膜，所以能夠把對(duì)玻璃襯底的加熱控制到最小限度(圖2(B))。
接著，用濺射法形成厚度3000～8000(例如6000)的鋁膜(含鈧0.01～0.2％)。然后，將鋁膜形成圖案，成為柵電極210。(圖2(C))。
進(jìn)而，將該鋁電極的表面進(jìn)行陽(yáng)極氧化、在表面形成氧化物層211。該陽(yáng)極氧化在含有1～5％酒石酸的乙二醇溶液中進(jìn)行。得到的氧化物層211的厚度是2000。再有，因?yàn)樵撗趸?11，在后續(xù)的離子摻雜工序中成為形成補(bǔ)償柵區(qū)的厚度，所以補(bǔ)償柵區(qū)的長(zhǎng)度可以在上述陽(yáng)極氧化工序中決定。(圖2(D))。
接著，采用離子摻雜法(也稱(chēng)作等離子體摻雜法)，以柵電極部分即柵電極210和其周?chē)难趸瘜?11作為掩膜，向活性層區(qū)(構(gòu)成源極/漏極、溝道)中添加賦予自(身)匹配的N導(dǎo)電型和雜質(zhì)(這里是磷)。摻雜氣體使用磷化氫(PH3)，加速電壓為60～90KV，例如80KV，劑量為1×1015～8×1015cm-1，例如為4×1015cm-2。結(jié)果，可形成N型雜質(zhì)區(qū)212和213。從圖中也可看到雜質(zhì)區(qū)與柵電極之間只有距離X被拋下成為偏置狀態(tài)。這樣的偏置狀態(tài)，特別是在減小對(duì)柵電極加反向電壓(N溝道TFT場(chǎng)合是負(fù)值)時(shí)的漏電流(也稱(chēng)斷態(tài)電流)方面是有效的。尤其是，在控制像本實(shí)施例的有源矩陣象素的TFT上，為了得到良好的圖面，希望在象素電極上累積的電荷不逃逸，減少漏電流，因此設(shè)置偏置是有效的。
然后，通過(guò)激光照射進(jìn)行退火，激光使用的是KrF準(zhǔn)分子激光(波長(zhǎng)248nm，脈沖寬度20nsec)，也可以使用其他激光。激光照射條件是，能量密度為200～400mJ/cm2，例如250mJ/cm2，一處進(jìn)行2-10次照射，例如一個(gè)地方照射2次。由于這種激光照射時(shí)將襯底加熱到200～450℃，因此也可使效果增大。(圖2(E))。
接著，通過(guò)等離子體CVD法形成厚度6000的氧化硅膜214作為層間絕緣物。進(jìn)而，通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂敷法形成透明的聚酰亞胺膜215，將表面平整化。在這樣形成的平面上采用濺射法形成厚度800的透明導(dǎo)電性膜(ITO膜)，將其進(jìn)行圖案形成，形成象素電極216。
然后，在層間絕緣物214、215上形成接觸孔，利用金屬材料，例如氮化鈦和鋁的多層膜形成TFT的電極·布線217、218。最后，在1個(gè)氣壓的氫氣氛中和350℃下進(jìn)行30分鐘的退火，完成了具有TFT的有源矩陣的象素電路。(圖2(F))。
利用光刻膠保護(hù)膜選擇性地引入催化劑元素，在低溫、短時(shí)間使之結(jié)晶化，用得到的結(jié)晶性硅膜制造半導(dǎo)體器件，可得到生產(chǎn)率高、特性好的器件。
另外，在實(shí)施例中是在襯底上涂敷含催化劑元素的溶液，不過(guò)預(yù)先在襯底表面上涂敷這種溶液，在其上形成無(wú)定形硅膜也未偏離本發(fā)明的主題。
權(quán)利要求
1.半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括在襯底上形成半導(dǎo)體層的工序；在上述半導(dǎo)體層上形成柵極絕緣膜的工序；在上述柵極絕緣膜上形成柵電極的工序；在半導(dǎo)體層和柵電極上形成第一絕緣膜的工序；在第一絕緣膜上形成包含有機(jī)材料的第二絕緣膜的工序；在第二絕緣膜上形成像素電極的工序；和在第二絕緣膜和部分像素電極上形成電極，該電極通過(guò)在柵極絕緣膜，第一絕緣膜和第二絕緣膜中開(kāi)的接觸孔直接與半導(dǎo)體層相連。
2.權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述柵極絕緣膜包含氧化硅。
3.權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述有機(jī)材料包含聚酰亞胺。
4.權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述像素電極包含ITO。
5.權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述電極包含多層膜，該多層膜包含氮化鈦和鋁。
6.半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括在襯底上形成半導(dǎo)體層的工序；在上述半導(dǎo)體層上形成柵極絕緣膜的工序；在上述柵極絕緣膜上形成柵電極的工序；在半導(dǎo)體層和柵電極上形成包含無(wú)機(jī)材料的第一絕緣膜的工序；在第一絕緣膜上形成包含有機(jī)材料的第二絕緣膜的工序；在第二絕緣膜上形成像素電極的工序；和在第二絕緣膜和部分像素電極上形成電極，該電極通過(guò)在柵極絕緣膜、第一絕緣膜和第二絕緣膜中開(kāi)的接觸孔直接與半導(dǎo)體層相連，
7.權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述柵極絕緣膜包含氧化硅。
8.權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述無(wú)機(jī)材料包含氧化硅。
9.權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述有機(jī)材料包含聚酰亞胺。
10.權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述像素電極包含ITO。
11.權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述電極包含多層膜，該多層膜包含氮化鈦和鋁。
12.半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括在襯底上形成半導(dǎo)體層的工序；在上述半導(dǎo)體層上形成柵極絕緣膜的工序；在上述柵極絕緣膜上形成柵電極的工序；在半導(dǎo)體層和柵電極上形成第一絕緣膜的工序；在第一絕緣膜上形成包含有機(jī)材料的第二絕緣膜的工序；在第二絕緣膜上形成像素電極的工序；和在形成像素電極后，在第二絕緣膜上形成電極的工序，該電極通過(guò)在柵極絕緣膜、第一絕緣膜和第二絕緣膜中開(kāi)的接觸孔直接與半導(dǎo)體層相連。
13.權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述柵極絕緣膜包含氧化硅。
14.權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述有機(jī)材料包含聚酰亞胺。
15.權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述像素電極包含ITO。
16.權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述電極包含多層膜，該多層膜包含氮化鈦和鋁。
17.半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括在襯底上形成半導(dǎo)體層的工序；在上述半導(dǎo)體層上形成柵極絕緣膜的工序；在上述柵極絕緣膜上形成柵電極的工序；在半導(dǎo)體層和柵電極上形成包含無(wú)機(jī)材料的第一絕緣膜的工序；在第一絕緣膜上形成包含有機(jī)材料的第二絕緣膜的工序；在第二絕緣膜上形成像素電極的工序；和在形成像素電極后，在第二絕緣膜上形成電極的工序，該電極通過(guò)在柵極絕緣膜、第一絕緣膜和第二絕緣膜中開(kāi)的接觸孔直接與半導(dǎo)體層相連。
18.權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述柵極絕緣膜包含氧化硅。
19.權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述無(wú)機(jī)材料包含氧化硅。
20.權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述有機(jī)材料包含聚酰亞胺。
21.權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述像素電極包含ITO。
22.權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述電極包含多層膜，該多層膜包含氮化鈦和鋁。
23半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括在襯底上形成半導(dǎo)體層的工序；在上述半導(dǎo)體層上形成柵極絕緣膜的工序；在上述柵極絕緣膜上形成柵電極的工序；在半導(dǎo)體層和柵電極上形成第一絕緣膜的工序；在第一絕緣膜上形成包含有機(jī)材料的第二絕緣膜的工序在第二絕緣膜上形成像素電極的工序，和在第二絕緣膜上形成一對(duì)電極的工序，該一對(duì)電極通過(guò)在柵極絕緣膜、第一絕緣膜和第二絕緣膜中開(kāi)的接觸孔直接與半導(dǎo)體層相連并且該一對(duì)電極中的一個(gè)與像素電極電連接。
24.權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述柵極絕緣膜包含氧化硅。
25.權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法。其中所述有機(jī)材料包含聚酰亞胺。
26.權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法。其中所述像素電極包含ITO。
27.權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述電極包含多層膜，該多層膜包含氮化鈦和鋁。
28.半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括在襯底上形成半導(dǎo)體層的工序；在上述半導(dǎo)體層上形成柵極絕緣膜的工序；在上述柵極絕緣膜上形成柵電極的工序；在半導(dǎo)體層和柵電極上形成包含無(wú)機(jī)材料的第一絕緣膜的工序；在第一絕緣膜上形成包含有機(jī)材料的第二絕緣膜的工序；在第二絕緣膜上形成像素電極的工序；和在第二絕緣膜上形成一對(duì)電極的工序，該一對(duì)電極通過(guò)在柵極絕緣膜、第一絕緣膜和第二絕緣膜中開(kāi)的接觸孔直接與半導(dǎo)體層相連，并且該一對(duì)電極中的一個(gè)與像素電極電連接。
29.權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述柵極絕緣膜包含氧化硅。
30.權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述無(wú)機(jī)材料包含氧化硅。
31.權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述有機(jī)材料包含聚酰亞胺。
32.權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述像素電極包含ITO。
33.權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述電極包含多層膜，該多層膜包含氮化鈦和鋁。
全文摘要
本發(fā)明的目的是，在使用促進(jìn)結(jié)晶化的催化劑元素于550℃進(jìn)行4小時(shí)加熱處理而得到結(jié)晶性硅的方法中，精確地控制催化劑元素的引入量。在玻璃襯底11上形成的無(wú)定形硅膜12，進(jìn)而在該無(wú)定形硅膜12上形成掩膜21，將含有10～200ppm(需調(diào)整)鎳等催化劑元素的乙酸鹽溶液(或其它水溶液)14滴下。在該狀態(tài)下保持一定的時(shí)間用旋轉(zhuǎn)器15進(jìn)行旋轉(zhuǎn)干燥，然后在550℃進(jìn)行4小時(shí)加熱處理，得到結(jié)晶性硅膜。
文檔編號(hào)H01L21/77GK1925137SQ20061009997
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期1994年12月2日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月2日
發(fā)明者大谷久, 安達(dá)廣樹(shù), 宮永昭治, 高山徹 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所