專利名稱：Mis半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通常稱為MIS半導(dǎo)體器件(也稱為絕緣柵半導(dǎo)體器件)的金屬(M)一絕緣體(I)一半導(dǎo)體(S)器件。上述的MIS半導(dǎo)體器件包括，例如，MOS晶體管和薄膜晶體管等等。
在現(xiàn)有技術(shù)中，采用自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，制造MIS半導(dǎo)體器件。按照上述技術(shù)，在半導(dǎo)體基片或者半導(dǎo)體膜上面，形成柵電極，而它們之間設(shè)置一層?xùn)沤^緣膜，利用柵電極作為掩模，把雜質(zhì)引入半導(dǎo)體基片或半導(dǎo)體膜中。熱擴(kuò)散、離子注入、等離子摻雜和激光摻雜是引入雜質(zhì)的典型方法。利用自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，基本上可能使摻雜區(qū)(源和漏)的邊緣和柵電極邊緣對(duì)準(zhǔn)，消除柵電極和摻雜區(qū)(可能產(chǎn)生寄生電容的結(jié)構(gòu))之間的重迭以及柵電極與摻雜區(qū)(可能減少有效遷移率)之間距離的分離。
然而，現(xiàn)有技術(shù)工藝存在下述問題，在摻雜區(qū)和它們的相鄰在柵電極下形成的有源區(qū)(溝道形成區(qū))之間形成的空間載流子濃度梯度是太陡，于是，產(chǎn)生非常大的電場，特別是當(dāng)對(duì)柵電極施加反向偏壓時(shí)增加漏電流(OFF電流)。
為了解決上述問題，本發(fā)明人和其他人發(fā)現(xiàn)，通過相對(duì)于摻雜區(qū)輕微地偏移柵電極，上述問題可能得到改善，而且，由可陽極氧化的材料形成柵電極和利用所提到的陽極氧化膜作掩模引入雜質(zhì)，可能獲得300nm或更小的偏移，并且具有良好的重復(fù)性。
此外，就離子注入、等離子摻雜和其它方法，包括以高速把離子注入到半導(dǎo)體基片或者半導(dǎo)體膜中的情況來說，半導(dǎo)體基片或者膜的結(jié)晶性需要被改善(激活)，因?yàn)樽⑷腚x子處的結(jié)構(gòu)的結(jié)晶性，由于穿入離子而受到損傷。在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)實(shí)踐，通過采用600℃或較高的溫度加熱方法來改善結(jié)晶性，按照最近發(fā)展趨勢(shì)，要求較低的處理溫度。按照上述觀點(diǎn)，本發(fā)明人和其它人表明，利用激光或者相當(dāng)?shù)母邚?qiáng)度光也能實(shí)行激活，并且，上述激活對(duì)于大量生產(chǎn)有顯著的優(yōu)點(diǎn)。
圖2表示，根據(jù)上述基本原理制造薄膜晶體管的工藝步驟。首先，在整個(gè)基片201上面淀積底部絕緣膜202，然后，形成島狀的晶體半導(dǎo)體區(qū)203，在其上形成作為柵絕緣膜的絕緣膜204。再利用能陽極化的材料形成柵連線205(圖2(A))。
接著，陽極氧化柵連線，以便在柵連線的表面上，形成陽極氧化膜206，其厚度為300nm或更少，優(yōu)選為250nm或更少。利用陽極氧化膜作為掩模，采用象離子注入或者離子摻雜那樣的方法引入雜質(zhì)(例如磷(P))，形成摻雜區(qū)207(圖2(B))。
此外，從上面照射象激光那樣的高強(qiáng)度的光，以便激活引入雜質(zhì)的區(qū)域(圖2(C))。
最后，淀積層間絕緣體208，在摻雜區(qū)上面開出各接觸孔，形成用于連接摻雜區(qū)的電極209，于是，完成了薄膜晶體管的制造(圖2(D))。
然而，發(fā)現(xiàn)在上述工藝中，在摻雜區(qū)和有源區(qū)(正好位于柵的下面和由兩摻雜區(qū)包圍的半導(dǎo)體區(qū))之間的邊界(由圖2(C)中的x表示的)是不穩(wěn)定的，并且長時(shí)間使用后，由于漏電流增加等等，會(huì)使可靠性降低。即從該工藝可見，有源區(qū)的結(jié)晶性，在整個(gè)工藝過程中基本上保持不變;另一方面，與有源區(qū)鄰接的摻雜區(qū)，在開始具有與有源區(qū)相同的結(jié)晶性，但是，在引入雜質(zhì)的工藝過程中，它們的結(jié)晶性受到損傷。在連續(xù)的激光照射步驟中，修復(fù)了摻雜區(qū)，但是難于恢復(fù)原始的結(jié)晶性。此外，發(fā)現(xiàn)，特別是與有源區(qū)接觸的摻雜區(qū)部分，不能被充分地激活，因?yàn)槟遣糠滞３植皇芗す廨椪?。這使摻雜區(qū)和有源區(qū)之間的結(jié)晶性產(chǎn)生不連續(xù)性，會(huì)產(chǎn)生俘獲等。特別是當(dāng)采用包括注入高速離子的方法引入雜質(zhì)時(shí)，產(chǎn)生雜質(zhì)離子散射和穿透柵極下面的區(qū)域，以致于損傷這些區(qū)域的結(jié)晶性。不可能用激光或者其它光激活柵電極下面的那個(gè)區(qū)域，因?yàn)樗鼈兪翘幱跂烹姌O的掩蔽之下。
解決該問題的一種方法是從反面輻射激光或者其它光，以便激活這些區(qū)域。按照這種方法，可充分地激活有源區(qū)和摻雜區(qū)之間的邊界，因?yàn)闁胚B線不阻擋光。然而，這種方法需要基片材料是透光的，當(dāng)然，利用硅片或者類似物作為基片時(shí)，不能使用這種方法，此外，多數(shù)玻璃材料不容易透過波長小于300nm的紫外光，因此，例如，實(shí)現(xiàn)極大生產(chǎn)率的KrF受激準(zhǔn)分子激光(波長248nm)不能被利用。
由于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種MIS半導(dǎo)體器件，例如，MOS晶體管和薄膜晶體管，其中由于在有源區(qū)和摻雜區(qū)之間在結(jié)晶性方面實(shí)現(xiàn)連續(xù)性，增強(qiáng)了器件的可靠性。
本發(fā)明如此制作裝置，使得由高強(qiáng)度光源，例如激光或者閃光燈，發(fā)射的能量，從上面照射到摻雜區(qū)用于激活摻雜區(qū)，不僅摻雜區(qū)，而且與它相鄰的一部分有源區(qū)，特別是有源區(qū)和摻雜區(qū)之間的邊界，也受到光能的輻照。為了達(dá)到此目的，移掉一部分形成柵電極的材料。
按照本發(fā)明的第一種方案，包括下述工藝步驟第1步驟，其中為了形成摻雜區(qū)，在晶體半導(dǎo)體基片或者半導(dǎo)體膜上形成起掩蔽作用的材料，然后用此材料作為掩模，把雜質(zhì)引入半導(dǎo)體基片或者半導(dǎo)體膜中;第2步驟，其中如此除掉掩蔽材料，使光能可以照射到摻雜區(qū)和有源區(qū)，在這種情況下，照射的光能用于激活;第3步驟，其中，在有源區(qū)上形成柵電極(柵連線)。
當(dāng)使用此工藝時(shí)，如果要形成偏移區(qū)，用于形成摻雜區(qū)的掩模圖形，要使其寬度大于柵電極圖形的寬度。如果柵電極圖形的寬度大于雜質(zhì)注入的掩模圖形的寬度，所得到的柵電極將與摻雜區(qū)重疊。
此外，在各步驟中當(dāng)使用不同的光掩模時(shí)，難于精確地把掩模放置在相同的位置。特別在大量生產(chǎn)中不可能按本發(fā)明要求的那樣達(dá)到1μm或者更小的偏移條件。另一方面，利用相同光掩模進(jìn)行覆蓋是相當(dāng)容易的。例如，假設(shè)采用某個(gè)光掩模，形成連線圖形，然后再利用這個(gè)圖形作掩模形成摻雜區(qū)，接著再除掉連接區(qū)。當(dāng)利用上述相同光掩模隨后形成連線時(shí)，幾乎沒有產(chǎn)生偏移。然而，此后對(duì)連線表面進(jìn)行陽極氧化，結(jié)果連線的導(dǎo)電表面縮小，并實(shí)現(xiàn)所希望的偏移。
另一方面，如果首先陽極氧化形成的連線則所得到的陽極氧化表面向前進(jìn);如果利用陽極氧化連線作為掩模形成摻雜區(qū)，在初始形成連線圖形的外面形成摻雜區(qū)。然后，陽極氧化第2連線，連線的導(dǎo)電表面縮小會(huì)增加偏移。
因而，由可陽極化的材料形成柵電極、然后陽極氧化柵電極，可以比較容易地獲得希望的偏移。人們認(rèn)識(shí)到，所得到的陽極氧化層還能用來防止各層間的短路。也認(rèn)識(shí)到，除了陽極氧化以外，用層間絕緣體或類似物覆蓋柵電極(連線)，還可以減少與上層連線的耦合電容。
按照本發(fā)明的第2種方案，工藝步驟包括第一步驟，其中在晶體半導(dǎo)體或者半導(dǎo)體膜上面形成作為柵電極絕緣膜的絕緣膜，然后用該絕緣膜作掩模，用自對(duì)準(zhǔn)方法把雜質(zhì)引入到半導(dǎo)體基片或者半導(dǎo)體膜中;第2步驟，其中，如此選擇腐蝕柵電極的邊界，使柵電極相對(duì)于摻雜區(qū)偏移、結(jié)果使光能可以輻射到摻雜區(qū)和有源區(qū)之間的邊界，在這種條件下照射的光能起到激活作用。
最好，由可陽極氧化的材料形成柵電極，曝露于光能之后，把柵電極陽極氧化以便用高阻陽極氧化層覆蓋它的表面，再用層間絕緣體或者類似物進(jìn)一步覆蓋陽極氧化物以減少與上層連線的耦合電容。
按照本發(fā)明的第3種方案，包括下述工藝步驟第一步驟，其中，在晶體半導(dǎo)體基片或者半導(dǎo)體膜上面，形成作為柵絕緣膜的絕緣膜，接著用適當(dāng)?shù)牟牧闲纬蓶胚B線(柵電極)，用柵連線作為柵電極，用電化學(xué)反應(yīng)方法(即電鍍)由導(dǎo)電材料或者類似物電化學(xué)涂覆電極的表面;第2步驟，采用如此處理過的柵電極區(qū)(柵電極和在其表面上淀積的導(dǎo)電材料)作為掩模，以自對(duì)準(zhǔn)方法把雜質(zhì)引入到半導(dǎo)體基片或者半導(dǎo)體膜中;以及第3步驟，其中，如此除掉以前淀積材料的部分或全部，以致于使光能可以照射到摻雜區(qū)和有源區(qū)的邊界，在這種條件下，照射的光能起到激活的作用。
最好，由陽極化的材料形成柵電極，受光能照射后，陽極氧化柵電極以便用高阻陽極氧化層覆蓋它的表面，再用層間絕緣體或者類似物覆蓋陽極氧化層，以便減少與上層連線的耦合電容。
用于本發(fā)明優(yōu)選的可陽極氧化的材料包括鋁、鈦、鉭、硅、鎢和鉬?？梢詥为?dú)地或以合金形式使用這些材料，以形成單層或多層結(jié)構(gòu)的柵電極。人們知道可以把微量的其它元素加入到上述的材料。對(duì)于陽極氧化，通常使用濕法工藝，其中，陽極氧化在電解液中完成，但是也應(yīng)知道可以采用公知的等離子陽極氧化方法(在減壓等離子氣氛中氧化)。還應(yīng)知道，氧化工藝不限于上述陽極氧化，還可以采用其它適當(dāng)?shù)难趸椒ā?br> 適用于本發(fā)明的光能能源包括受激準(zhǔn)分子激光器。例如，KrF激光器(波光為248nm)，XeCl激光器(308nm)，ArF激光器(193nm)，XeF激光器(353nm)等;NaYAG激光器(1064nm)及其第2、第3和第4諧波;相干光源，例如，二氧化碳?xì)怏w激光器，氬離子激光器，銅蒸氣激光器，等等;非相干光源，例如，氙閃光燈，氪弧燈，等等。
由上述工藝制造的MIS半導(dǎo)體器件，其特征是從頂上住下看，摻雜區(qū)(源和漏)的結(jié)和柵電極區(qū)(包括柵電極和其相連的陽極氧化層)基本上是相同的形狀(類似的形狀)，使柵電極(由導(dǎo)電的表面和所隔絕的連接的陽極氧化物限定的區(qū)域)相對(duì)于摻雜區(qū)偏移。
當(dāng)柵電極沒有在其上形成象陽極氧化層那樣的氧化層時(shí)，在柵電極周圍沒有形成的氧化層，則柵電極相對(duì)于摻雜區(qū)偏移，偏移的寬度優(yōu)選為0.1到0.5μm。
本發(fā)明還能控制象陽極氧化層，諸如在相同基片上形成的各個(gè)氧化層的厚度，例如，通過對(duì)每個(gè)連線施加電壓進(jìn)行調(diào)整。在這種情況下，可以相互無關(guān)地設(shè)置適合于各自目的的柵區(qū)部分的氧化層厚度和電容器部分(或者各連線之間交點(diǎn)處的部分)的厚度的適當(dāng)值。


圖1(A)到1(E)表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例(剖面圖)。
圖2(A)到2(D)表示現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例(剖面圖)。
圖3(A)到3(F)表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例(剖面圖)。
圖4(A)至圖4(C)表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例(頂視平面圖)。
圖5(A)到5(E)表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例(剖面圖)。
圖6(A)到6(F)表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例(剖面圖)。
圖7(A)到7(E)表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例(剖面圖)。
圖8(A)到8(F)表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例(剖面圖)。
圖9(A)到9(C)表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例(頂視平面圖)。
圖10(A)到10(F)表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例(剖面圖)。
實(shí)施例1圖1表示本實(shí)施例的工藝過程。該實(shí)施例涉及在絕緣基片上制造薄膜晶體管的制造過程。由玻璃形成所示的基片101;利用無堿玻璃、例如，Coning7059或者石英，或者類似物形成該基片。本實(shí)施例由于考慮到成本，使用Coning7509基片。在基片上面淀積作為底層氧化膜的氧化硅膜102。利用濺射或者化學(xué)汽相淀積(CVD)技術(shù)淀積氧化硅膜。在本實(shí)施例，利用四乙氧基硅烷(TEOS)和氧作為原料氣體通過等離子CVD進(jìn)行該膜的淀積。把基片加熱到200到400℃的溫度。淀積氧化硅底膜到500至2000埃的厚度。
接著，淀積非晶硅膜，并且形成島狀圖形。通常利用等離子CVD和低壓CVD技術(shù)淀積那樣的非晶硅膜。本實(shí)施例，利用甲硅烷(SiH4)作為原料氣體，通過等離子CVD淀積非晶硅膜。淀積非晶硅膜到200至700埃的厚度。用激光(波長為248nm和脈沖寬度為20nsec的KrF激光器)照射該膜。在輻射激光之前，把基片在真空中在300到550℃溫度條件下，加熱0.1到3小時(shí)，以便抽出非晶硅膜中含有的氫氣。激光的能量密度是250到450mJ/cm2。在激光輻照期間，把基片保持在溫度250到550℃。結(jié)果，使非晶硅膜結(jié)晶化，形成晶體硅膜103。
接著形成作為柵絕緣膜的氧化硅膜104，厚度為800到1200埃。本實(shí)施例，采用同形成氧化硅底膜102相同的方法，進(jìn)行該膜的淀積。然后，涂覆掩模材料，該材料通常由下述材料形成，有機(jī)材料，例如聚酰亞胺、導(dǎo)電材料，例如，鋁，鉭，鈦，或其它金屬、半導(dǎo)體，例如，硅，或者導(dǎo)電的金屬氮化物，例如，氮化鉭，或者氮化鈦。本實(shí)施例，使用光敏聚酰亞胺形成掩模材料105，厚度為2000至10000埃(圖1(A))。
然后，利用等離子摻雜技術(shù)，摻入硼(B)或者磷(P)離子以形成摻雜區(qū)106。通常所設(shè)定離子的加速能量要與柵絕緣膜104的厚度相匹配。典型地，對(duì)于1000埃厚的柵絕緣膜，對(duì)硼的合適加速能量是50到65Kev，磷的加速能量是60到80Kev。發(fā)現(xiàn)2×1014cm-2到6×1015cm-2的劑量是適合的，還發(fā)現(xiàn)用較低的劑量，可以獲得較高可靠性的器件。圖中所示摻雜區(qū)的剖面，僅僅是說明效果，而應(yīng)該知道，由于離子散射等的原因，實(shí)際上該區(qū)或多或少地延伸到所示剖面的外面。(圖1(B))。
完成摻雜后，要腐蝕掉聚酰亞胺掩模材料105。而該腐蝕是在氧等離子氣氛中進(jìn)行的。結(jié)果，如圖1(C)所示，該圖顯示出摻雜區(qū)106及它們兩側(cè)的有源區(qū)。按此條件下，進(jìn)行激光輻照以便激活摻雜區(qū)。使用的激光器是KrF受激準(zhǔn)分子激光(波長為248nm、脈沖寬度為20nsec)，而激光的能量密度是250至450mJ/cm2。在激光輻照期間，把基片保持在溫度250到550℃，以獲得更有效的激活。一般對(duì)于磷摻雜區(qū)，基片溫度為250℃，激光能量300mJ/cm2、以劑量為1×1015cm-2所獲得薄層電阻為500到1000Ω/口。此外，本實(shí)施例，由于摻雜區(qū)和有源區(qū)的邊界也被激光輻照，因邊界部分變化而降低可靠性的現(xiàn)有技術(shù)中的制造問題被大大地緩和。
此后，通過刻成圖形，形成比掩模材料105窄的寬度為0.2μm的鉭柵電極(連線)，再對(duì)柵電極施加電流進(jìn)行陽極氧化，形成厚度為1000到2500埃的陽極氧化層。為了進(jìn)行陽極氧化，把基片浸在含有1-5%的檸檬酸的乙二醇溶液中，聯(lián)結(jié)所有柵電極構(gòu)成正電極，同時(shí)使用鉑構(gòu)成負(fù)電極;在此條件下，以每分鐘1到5伏的速率增加施加的電壓。于是所形成的柵電極107是明顯地相對(duì)于摻雜區(qū)處于偏移的狀態(tài)。在柵電極上面制造的陽極氧化層，不僅決定薄膜晶體管偏移的量而且也起到防止與上部連線短路的作用;因此，對(duì)氧化層唯一的要求，是具有能夠?qū)崿F(xiàn)該目的的厚度，根據(jù)具體情況，上述陽極氧化層的形成，可能不是必要的(圖1(D))。
最后，利用，例如，TEOS作為原料氣體，通過等離子CVD，形成作為層間絕緣體的氧化硅膜108，厚度為2000至1000埃，再把該膜開成窗孔圖形，通過該窗口形成每個(gè)電極109，每個(gè)電極109都由多層金屬膜或其它材料構(gòu)成，例如，由厚度為200埃的氮化鉭和厚度為5000埃的鋁組成的多層膜，上述電極用于連接摻雜區(qū)，于是完成薄膜晶體管的制造(圖1(E))。
實(shí)施例2
圖3和圖4表示本實(shí)施例的工藝過程。圖3是表示沿圖4(頂視平面圖)點(diǎn)劃線剖開的剖面圖。首先，在基片(Coning7059)301上面形成氧化硅底層膜，再形成厚度為1000到1500埃非晶硅膜。然后，在氮或氬的氣氛中，在600℃下進(jìn)行退火24到48小時(shí)，使已刻成圖形的非晶硅結(jié)晶化。于是，形成島狀晶體硅302。此外，淀積作為柵絕緣膜的氧化硅膜303，厚度為1000埃，在其上形成鉭連線(5000埃厚)304，305和306(圖3(A))。
其次，把電流施加到上述連線304到306上面，在它們的表面上，形成厚度為2000到2500埃的第1陽極氧化層307，308和309。利用上述處理過的連線作掩模，通過等離子摻雜，把雜質(zhì)摻入硅膜302，形成摻雜區(qū)310(圖3(B)和4(A))。
接著，除去上述處理過的鉭連線和陽極氧化層，以便露出有原區(qū)的表面。在此條件下輻照KrF受激準(zhǔn)分子的激光，以便進(jìn)行激活(圖3(C))。
此后，利用鉭形成與前述的連線304到306完全相同的圖形(連線311，312，313)。僅在要形成接觸孔的連線313的部分，形成1到5μm厚的聚酰亞胺膜314。對(duì)于聚酰亞胺最好用光敏的聚酰亞胺材料，因?yàn)槿菀卓坛蓤D形(圖3(D)和4(B))。
按此條件，把電流加到連線311到313，形成厚度為2000到2500埃的第2陽極氧化層315，316和317。然而，以前形成聚酰亞胺的部分沒有被陽極氧化，而成為一個(gè)接觸孔318(圖3(E))。
最后，淀積厚度為2000到5000埃的氧化硅膜319作為層間絕緣體，通過該層開出各接觸孔。全部除掉在連線312(圖4(C)中點(diǎn)線322內(nèi)部的部分)一部分上面淀積的層間絕緣體，以便露出下面的第2陽極氧化層316。然后形成由氮化鉭(厚度為5000埃)和鋁(厚度為3500埃)的多層膜構(gòu)成的每一個(gè)連線/電極320和321，結(jié)果完成電路的制造。由此，在部分322旁邊的連線321和連線312構(gòu)成電容，并且通過接觸孔323和連線313相連(圖3(F)和4(C))。
實(shí)施例3圖5表示本實(shí)施例的工藝過程。圖5是表示制造薄膜晶體管工藝步驟次序的剖面圖。首先在基片(Coning7059)501上面形成氧化硅底膜502，再形成厚度為1000到1500埃島狀的非晶硅膜。然后在氮或氬氣氛中以500到600℃的溫度進(jìn)行退火2到48小時(shí)，以便使非晶硅結(jié)晶化。于是形成島狀晶體硅503。此外，再淀積作為柵絕緣膜的氧化硅膜504，厚度為1000埃。此后，用濺射的方法，淀積含1到2%硅的鋁膜(厚度為5000埃)還采用旋轉(zhuǎn)涂覆方法涂上光刻膠。接著，采用公知的光刻工藝進(jìn)行構(gòu)圖。由此工藝形成的光刻膠506作為掩模，利用反應(yīng)離子腐蝕技術(shù)(RIE)進(jìn)行各向異性腐蝕，形成一個(gè)鋁柵電極/連線505(圖5(A)。
然后，把腐蝕方法轉(zhuǎn)換為常規(guī)的等離子方法進(jìn)行各向同性腐蝕。結(jié)果，使鋁柵電極/連線的側(cè)面凹進(jìn)去。通過調(diào)整腐蝕時(shí)間，控制柵電極凹入尺寸為2000至3000埃。接著，采用等離子摻雜，把雜質(zhì)摻入硅膜503形成摻雜區(qū)507(圖5(B))。
接著，除掉光刻膠506露出柵電極/連線，在該條件下，通過輻照KrF受激準(zhǔn)分子的激光實(shí)行激活。在該輻照步驟，摻雜區(qū)和有源區(qū)之間的邊界(在圖5(C)中由X表示)也曝露在激光輻照下(圖5(C))。
此后，把基片浸在含酒石酸的乙二醇溶液中，陽極氧化該柵連線，在其表面上形成2000到2500埃的陽極氧化層508。
最后，淀積氧化硅膜作為層間絕緣體509，厚度為2000到5000埃，然后開接觸孔露出摻雜區(qū)。然后，形成由氮化鉭(500埃厚)和鋁(3500埃)的多層膜構(gòu)成的每一個(gè)連線/電極510，從而完成薄膜晶體管的制造(圖5(E))。
實(shí)施例4圖6表示本實(shí)施例的工藝過程。在基片(Coning7059)上面形成氧化硅底膜，再形成厚度為1000到1500埃的島狀非晶硅膜。接著，在氮或者氬氣氛中，以500到600℃的溫度進(jìn)行退火2到48小時(shí)，以便使非晶硅結(jié)晶化。于是，形成島狀晶體硅602。此外，淀積氧化氧化硅膜603作為柵絕緣膜，厚度為1000埃，再形成鋁連線(厚度為5000埃)604，605和606(圖6(A))。
其次，在連線604到606的表面上面，分別形成陽極氧化層607，608和609。接著利用上述已處理的連線作為掩模，用等離子摻雜的方法把雜質(zhì)摻入硅膜602中，形成摻雜區(qū)610(圖6(B))。
接著，把鋁連線604到606和陽極氧化層一起腐蝕掉，露出半導(dǎo)體區(qū)602的表面。按此條件，通過輻照KrF受激準(zhǔn)分子的激光進(jìn)行激活(圖6(C))。
此后，用同以前形成的連線604到606相同的圖形形成鋁連線611，612和613。然后，形成聚亞酰胺膜，厚度為1到5μm，用它覆蓋連線611。對(duì)于聚酰亞胺，最好用光敏聚酰亞胺材料，因?yàn)樗菀妆豢坛蓤D形(圖6(D))。
按此條件，把電流施加到連線611到613，形成厚度為2000到2500埃的陽極氧化層615和616。然而，覆蓋聚酰亞胺的連線611部分沒有被陽極氧化(圖6(E))。
最后，淀積氧化硅膜617作為層間絕緣體，厚度為2000到5000埃，然后開接觸孔露出摻雜區(qū)610。全部除掉淀積在連線613的部分620上面的層間絕緣體，露出陽極氧化層616。形成由氮化鉭(500埃厚)和鋁(3500埃厚)的多層膜構(gòu)成的每個(gè)連線/電極618和619，而完成電路的制造。在此情況下，部分620旁邊的連線619和連線613一起以陽極氧化層616作為電介質(zhì)形成一個(gè)電容器(圖6(F))。
實(shí)施例5圖7表示本實(shí)施例的工藝過程。該實(shí)施例是涉及在絕緣基片上制造薄膜晶體管。由玻璃形成所示的基片701;使用無堿玻璃，例如Coning7059，或者石英或者類似物，形成基片。本實(shí)施例中，考慮到成本，使用Coning7059做基片。在基片上淀積氧化硅膜702作為底層氧化膜?？梢岳脼R射或者化學(xué)汽相淀積(CVD)技術(shù)淀積氧化硅膜。本實(shí)施例中，利用四乙氧基硅烷(TEOS)和氧作為原料氣體，通過等離子CVD進(jìn)行上述膜的淀積?；訜岬綔囟?00到400℃。淀積厚度為500到2000埃的氧化硅底膜。
其次，淀積非晶硅膜和形成島狀形狀。通常采用等離子CVD和低壓CVD技術(shù)淀積上述的非晶硅膜。本實(shí)施例中，利用甲硅烷(SiH4)作為原料氣體淀積非晶硅。淀積厚度為200到700埃的非晶硅膜。用激光(波長為248nm、脈沖寬度20ngec的KrF激光)輻照該膜。在輻照激光之前，把基片在真空中加熱0.1到3小時(shí)，溫度為300到500℃，以便抽出非晶硅中包含的氫氣。激光的能量密度是250到450mJ/cm2。在輻照激光期間，把基片保持在250到550℃的溫度。結(jié)果使非晶硅結(jié)晶化，形成晶體硅膜703。
接著，形成氧化硅膜704作為柵絕緣膜，其厚度為800到1200埃。在本實(shí)施例中，利用同形成氧化硅底膜702一樣的方法，進(jìn)行上述膜的淀積。然后，利用下述可陽極氧化的材料形成柵電極705，該材料例如，象鋁、鉭、或者鈦那樣的金屬氮化物，象硅那樣的半導(dǎo)體，或者象氮化鉭或者氮化鈦那樣的導(dǎo)電金屬。在本實(shí)施例，使用鋁形成柵電極705，厚度為2000到10000埃。此時(shí)，因?yàn)橛昧姿峥涛g鋁，所以各向同性地腐蝕鋁，結(jié)果得到如圖(圖7(A))所示的剖面圖形。
此后，把電流施加到柵連線705，在其表面上形成厚度為2000到2500埃的金屬膜706。利用類似于所謂電鍍工藝的方法，形成金屬膜。可用銅、鎳、鉻、鋅、錫、金、銀、鉑、鈀、銠等作為金屬膜的材料。對(duì)于這些金屬，易腐蝕的材料是優(yōu)選的金屬。本實(shí)施例選用鉻。首先，把鉻酸酐溶解在0.1%-0.2%，的硫酸溶液中，產(chǎn)生1-30%的溶液。然后，把基片浸在該溶液中，把柵連線連到陰極上。同時(shí)用鉑作為相反的電極(陽極)。按此條件，在保持溫度在45到55℃狀態(tài)下，施加電流100到4000A/m2。
通過用上述工藝，用鉻膜涂覆柵連線表面后，摻入硼(B)或磷(P)離子，形成摻雜區(qū)707。通常，設(shè)定離子的加速能量要與柵絕緣膜704的厚度匹配;典型地，對(duì)厚度為1000埃柵絕緣膜，對(duì)于硼，適當(dāng)?shù)募铀倌芰渴?0到65Kev，對(duì)于磷是60到80Kev。發(fā)現(xiàn)2×1014cm-2到6×1015cm-2的劑量是合適的，也發(fā)現(xiàn)，以較低的劑量，可以獲得較高可靠性的器件。因?yàn)閹в腥缟纤鲂纬傻你t膜涂層來摻入雜質(zhì)，因而在柵電極(鋁)和摻雜區(qū)之間產(chǎn)生偏移。圖中所示摻雜區(qū)的剖面，僅僅是為了說明效果，應(yīng)該了解到，由于離子散射等的原因，實(shí)際上該區(qū)或多或少的延伸到所示剖面的外面。(圖7(B))。
在完成摻雜以后，只腐蝕掉在電鍍步驟時(shí)形成的鉻膜。把基片浸在含有1-5%酒石酸的乙二醇溶液中，把柵極連線和陽極相連，同時(shí)利用鉑電極作為陰極;按此條件，施加電流進(jìn)行氧化，溶解在柵連線上形成的鉻涂層。因?yàn)樵谌芤褐腥芙獾你t附著在鉑電極上面。再生的鉻可重復(fù)使用，于是實(shí)現(xiàn)了不向外面釋放有害鉻的封閉裝置。
當(dāng)完全除掉柵連線中的鉻時(shí)，于是，柵電極中的鋁受到陽極氧化，但是可通過限制施加的電壓抑制陽極氧化。例如，當(dāng)把施加電壓限制在10伏或者更小時(shí)，鋁的陽極氧化很少發(fā)生。
按照此種方式，僅僅腐蝕掉鉻涂層而露出連線的表面。結(jié)果，如圖7(C)所示，顯示出摻雜區(qū)707和位于摻雜區(qū)側(cè)面的有源區(qū)之間的邊界(由x表示)。按此條件，進(jìn)行激光輻照，激活摻雜區(qū)。使用的激光是KrF受激準(zhǔn)分子激光(波長為248nm，脈沖寬度為20，nsec)，激光的能量密度是250-450mJ/cm2。在輻照激光期間，把基片保持在250到550℃，以獲得更有效的激活。典型地，對(duì)磷摻雜區(qū)，用劑量為1×1015cm-2，基片溫度為250℃，激光能量為300mJ/cm2，則獲得薄層電阻500-1000Ω/口。此外，在本實(shí)施例中，由于，摻雜區(qū)和有源區(qū)之間的邊界也曝露于激光輻照之下，現(xiàn)有技術(shù)中，因邊界部分的惡化而引起可靠性降低的制造問題被大大地減輕了。在此工藝步驟，因?yàn)榧す庵苯拥剌椪盏綎胚B線露出的表面，所以希望連線表面能夠充分地反射激光或者給連線本身提供非常大的熱阻。萬一不能提供非常大的表面反射，則要求提供某些預(yù)防措施，例如，在上表面設(shè)置熱阻材料(圖7(C))。
此后，陽極氧化該柵電極，在其表面上形成陽極氧化層708，厚度為1500到2500埃。為了實(shí)現(xiàn)陽極氧化，把基片浸在含有1-5%檸檬酸的乙二醇溶液中，聯(lián)結(jié)所有的柵電極形成正電極，同時(shí)利用鉑形成負(fù)電極;按此條件，以每分鐘1到5伏的速率增加施加的電壓。由于陽極氧化工藝使導(dǎo)電表面變凹，陽極氧化層708不僅僅決定薄膜晶體管的偏移量，而且也能起到防止與上層連線之間的短路作用。因此，只要求該氧化具有能達(dá)到目的的厚度，根據(jù)具體情況，可以不必形成上述的陽極氧化層(圖7(D))。
最后，通過等離子CVD，例如，用TEOS作為原料氣體，形成氧化硅膜709作為層間絕緣體，厚度為2000至1000埃，并把該膜開出窗口圖形，穿過窗口，形成連接摻雜區(qū)的電極710，該電極由多層金屬膜或者其它材料，例如，由200埃厚的氮化鈦和5000埃厚的鋁組成的多層膜構(gòu)成，于是完成了薄膜晶體管的制造(圖7(E))。
實(shí)施例6圖8和圖9表示按照本實(shí)施例進(jìn)行的工藝過程。圖8是沿圖9中(頂視圖)短劃線剖開的剖面圖。首先在基片(Coning7059)801上面形成氧化硅底膜，再形成非晶硅，厚度為1000到1500埃。然后，在氮或氬氣氛中，以600℃退火24小到48小時(shí)，使非晶硅結(jié)晶化。于是形成一個(gè)島狀的晶體硅802。此外，淀積氧化硅膜803作為柵絕緣膜，厚度為1000埃，再在其上形成鋁連線(厚度為5000埃)804，805和806(圖8(A))。
然后，把基片浸在電解液中，給這些連線804到806加電流，在其相關(guān)表面形成厚度為2000到2500埃的鉻涂層807，808和809。利用這種已處理的連線作掩模，通過等離子摻雜，把雜質(zhì)摻入硅膜802，形成摻雜區(qū)810(圖8(B)和9(A))。
其次，只腐蝕掉鉻涂層807到809，露出連線的表面，在這種條件下，通過輻照KrF受激準(zhǔn)分子激光進(jìn)行激活(圖8(C))。
此后，僅在將要形成接觸孔的連線806的部分，形成厚度為1到5μm的聚酰亞胺膜811。對(duì)于聚酰亞胺，光敏的聚酰亞胺材料是優(yōu)先選用的材料，因?yàn)樗菀妆豢坛蓤D形(圖8(D)和9(B))。
在此條件下，把基片浸在電解液中，把電流加到連線804到806上面，形成厚度為2000到2500埃的陽極氧化層812，813和814。然而，在以前形成聚酰亞胺的部分沒有被陽極氧化，變成為一個(gè)接觸孔815(圖8(E))。
最后，淀積厚度為2000到5000埃的氧化硅膜816作為層間絕緣體，穿過該層開出各個(gè)接觸孔。在連線805的部分(在圖9(C)中點(diǎn)線內(nèi)的部分)上面淀積層間絕緣體被全部除掉，露出下面的陽極氧化層813。然后，形成由氮化鉭(厚度為500埃)和鋁(3500埃)組成的多層膜構(gòu)成的各連線電極817和818，完成電路的制造。在此種情況下，部分819旁邊的連線818和連線805形成一個(gè)電容，并且通過接觸孔820和連線806相連(圖8(F)和9(C))。
實(shí)施例7圖10表示按本實(shí)施例的工藝過程。在基片(Coning7059)上面形成氧化硅底膜，再形成厚度1000到1500埃的非晶硅。接著，在氮或氬的氣氛中在600℃下進(jìn)行退火24到48小時(shí)，使非晶硅結(jié)晶化。于是，形成島狀晶體硅902。此外，淀積氧化硅膜903作為柵絕緣膜，厚度為1000埃，再形成鉭連線(厚度為5000埃)904，905和906(圖10(A))。
然后，在這些連線上面通過電鍍形成厚度為500到1500埃的鉻鍍層907，908和909。利用該已處理的連線作為掩模，通過等離子摻雜，把雜質(zhì)摻入硅膜902中，于是，形成摻雜區(qū)910(圖10(B))。
接著，只去掉鉻鍍膜907到909，以便露出摻雜區(qū)和位于摻雜區(qū)側(cè)面的有源區(qū)之間的邊界。在這種條件下，通過照射KrF受激準(zhǔn)分子激光進(jìn)行激活(圖10(C))。
此后，形成厚度為1到5μm的聚酰亞胺膜911，用于覆蓋連線904。對(duì)于聚酰亞胺，光敏聚酰亞胺材料是優(yōu)先選用的材料，因?yàn)樗菀妆豢坛蓤D形(圖10(D))。
在此條件下，把電流加到浸在電解液中的連線904到906，形成厚度為2000到2500埃的陽極氧化膜912和913。然后，用聚酰亞胺覆蓋的連線部分沒有被陽極氧化(圖10(E))。
最后，淀積氧化膜914作為層間絕緣體，厚度為2000到5000埃，而且打開接觸孔露出摻雜區(qū)910。全部除掉在連線906的部分上面淀積的層間絕緣體，以便露出陽極氧化層913。然后，形成由氮化鈦(厚度為500埃)和鋁(厚度為3500埃)的多層膜構(gòu)成的各連線/電極915和916，而完成了電路的制造。在這種情況下，在部分917旁邊的連線916和連線906共同形成一個(gè)電容器，而陽極氧化層913作為電介質(zhì)(圖5(F))。
于是，本發(fā)明是有效地增強(qiáng)了象MOS晶體管和薄膜晶體管那樣的由低溫工藝制造的MIS半導(dǎo)體器件的可靠性，舉一個(gè)特殊的例子，把器件貯存10小時(shí)以上，其所處狀態(tài)是源極接地，對(duì)漏或柵或兩者加電壓20V或以上，或-20V或以下。沒有觀察到對(duì)晶體管的特性有顯著的影響。
對(duì)實(shí)施例的描述集中于薄膜晶體管，但是應(yīng)該認(rèn)識(shí)到在單晶半導(dǎo)體基片上制造的其它MIS半導(dǎo)體器件，也可以獲得本發(fā)明的效果。此外，除了上述實(shí)施例中使用硅之外，也可以利用象硅一鍺合金，碳化硅、鍺、硒化鎘，硫化鎘，砷化鎵等那樣的半導(dǎo)體材料，以便獲得上述相同的效果。
因而本發(fā)明為工業(yè)應(yīng)用提供了便利。
權(quán)利要求
1.一種制造MIS半導(dǎo)體器件的方法，包括下列步驟通過選擇地向半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)，形成摻雜區(qū)；通過用光照射所述的半導(dǎo)體，改善所述摻雜區(qū)的結(jié)晶性。
2.按照權(quán)利要求1的方法，還包括在所述的改善步驟之后，在由摻雜區(qū)夾著的半導(dǎo)體區(qū)上面，形成其表面陽極氧化了的連線步驟。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其中，所述的光是一種激光或者是相當(dāng)于激光的光。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其中，在所述摻雜區(qū)之間的所述半導(dǎo)體上面在設(shè)有掩模的條件下，形成所述的摻雜區(qū)。
5.按照權(quán)利要求4的方法，還包括下列步驟在所述的改善步驟之前，除掉所述的掩模;以及在所述的改善步驟之后，在所述雜質(zhì)區(qū)之間所述的半導(dǎo)體的部分上面，形成柵電極，而所述的部分和柵電極之間具有絕緣膜，其中，在從所述摻雜區(qū)之一到所述摻雜區(qū)的另一個(gè)的方向上，所述掩模具有大于所述柵電極的寬度。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其中，從選自相干光源和非相干光源組成的組中的一個(gè)光源，發(fā)射所述的光。
7.一種制造MIS半導(dǎo)體器件的方法，包括下步驟在半導(dǎo)體上形成導(dǎo)電材料的連線，而它們之間設(shè)有絕緣層;利用所述的連線作掩模，把雜質(zhì)用自對(duì)準(zhǔn)方法摻入所述的半導(dǎo)體中;在摻入雜質(zhì)之前或之后，腐蝕所述連線的兩側(cè)面;以及用光照射所述的區(qū)域，改善摻雜區(qū)的結(jié)晶性。
8.按照權(quán)利要求7的方法，其中所述的光是一種激光或者相當(dāng)于激光的光。
9.按照權(quán)利要求7的方法，其中，從選自相干光源和非相干光源組成的組中的一個(gè)光源，發(fā)射所述的光。
10.按照權(quán)利要求7的方法，還包括在照射光以后，對(duì)所述連線進(jìn)行陽極氧化的步驟。
11.一種制造MIS半導(dǎo)體器件的方法，包括在具有掩模的半導(dǎo)體頂部，由可陽極氧化的導(dǎo)電材料形成連線的第1步驟，而所述的連線和所述的半導(dǎo)體之間設(shè)有絕緣膜;陽極氧化所述連線表面的一個(gè)步驟;利用在陽極氧化步驟中已經(jīng)處理過的所述連線作掩模，把雜質(zhì)摻入所述半導(dǎo)體區(qū)的步驟;除掉所述連線以便露出所述摻雜區(qū)和由所述摻雜區(qū)夾合的有源區(qū)的步驟;利用光照射所述的區(qū)域，改善摻雜區(qū)結(jié)晶性的步驟;利用與第1步驟使用的所述掩模有相同圖形的掩模，形成連線的第2步驟。
12.按照權(quán)利要求11的方法，其中，所述的光是一種激光或者相當(dāng)于激光的光。
13.按照權(quán)利要求11的方法，其中，由選自相干光源和非相干光源組成的一組中的一種光源，發(fā)射所述的光。
14.一種制造MIS半導(dǎo)體器件的方法，包括下列步驟在半導(dǎo)體的有源區(qū)上面由導(dǎo)電材料形成連線，而它們之間設(shè)有絕緣膜;在所述連線上面選擇地形成涂膜;利用其上形成所述涂膜的所述連線作為掩模，以自對(duì)準(zhǔn)方法把雜質(zhì)摻入半導(dǎo)體中，以便形成夾合半導(dǎo)體中所述有源區(qū)的摻雜區(qū);在摻雜后至少除掉涂膜的一部分，以便露出所述有源區(qū)和每個(gè)所述摻雜區(qū)之間的邊界或者至少露出所述邊界附近的部分;在所述除掉步驟之后，通過由光照射所述區(qū)域改善所述摻雜區(qū)的結(jié)晶性。
15.按照權(quán)利要求14的一種方法，還包括在所述改善步驟以后，陽極氧化所述連線的步驟。
16.按照權(quán)利要求14的方法，其中所述的光是一種激光或者相當(dāng)于激光的光。
17.按照權(quán)利要求14的方法，其中，由選自相干光源和非相干光源構(gòu)成的一組中的一種光源發(fā)射所述的光。
18.一種MIS半導(dǎo)體器件包括一個(gè)源和一個(gè)漏;一個(gè)位于所述源和所述漏之間溝道;一個(gè)位于所述源和所述溝道之間的第1個(gè)結(jié);一個(gè)位于所述漏和所述溝道之間的第2個(gè)結(jié);由柵電極和在所述柵電極的所述表面上面形成的陽極氧化層組成的柵部件，所述的柵極部件位于所述的溝道上面，而它們之間有絕緣層;其特征在于，所述的第1結(jié)和所述的第2結(jié)在一個(gè)平面上形成的形狀，基本上與在所述的一個(gè)平面平行的平面上形成柵極部件的形狀相同，而且，所述的源和所述的漏與所述的柵電極偏移。
19.一種MIS半導(dǎo)體器件包括一個(gè)源和一個(gè)漏;一個(gè)位于所述源和所述漏之間的溝道;一個(gè)僅導(dǎo)體組成的柵部件，并且為柵部件在所述溝道上，在所述溝道和所述柵部件之間設(shè)置絕緣膜;其特征在于，至少所述源和所述漏之一與所述柵部件偏移0.1到0.5μm。
20.一種MIS半導(dǎo)體器件，其特征在于，在相同基片上面的連線圖形中，柵極上面的氧化層和在形成電容器的一個(gè)電極連線上面的氧化層有不同的厚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及采用低溫工藝制造高可靠性的MIS半導(dǎo)體器件。公開了一種制造MIS半導(dǎo)體器件的方法，其中，在半導(dǎo)體基片或者半導(dǎo)體薄膜中有選擇地形成摻雜區(qū)，于是采取預(yù)防措施，以便激光或者相當(dāng)?shù)母邚?qiáng)度光能照射到摻雜區(qū)和其相鄰的有源區(qū)之間的邊界，并且從上面照射激光或者相當(dāng)?shù)母吖鈴?qiáng)的光，而達(dá)到激活的效果。
文檔編號(hào)H01L29/423GK1093491SQ94101919
公開日1994年10月12日 申請(qǐng)日期1994年1月18日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月18日
發(fā)明者山崎舜平, 竹村保彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所