專利名稱：半導體器件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用結晶性硅膜制造半導體器件的方法，特別涉及可用于有源陣列型液晶顯示裝置或圖象傳感器等，且在玻璃等絕緣基片上形成薄膜晶體管(TFT)的半導器件體及其制造方法。更具體說，涉及具有以非晶硅薄膜晶化之后，將所得到的結晶性硅膜作為有源區(qū)的TFT半導體器件及其制造方法。
具有形成在玻璃等絕緣基片上的TFT半導體器件中，周知的是將TFT用于驅動象素的有源陣列型液晶顯示裝置或圖象傳感器等。這些裝置所用的TFT，一般都用薄膜硅半導體。
這種薄膜硅半導體大致可分成兩種類型非晶硅半導體和結晶硅半導體。
這兩種類型中，非晶硅半導體由于制造溫度低，用氣相淀積法容易制造，因此適于大量生產，所以最常使用。但是，與結晶硅半導體比較，非晶硅半導體的導電性等特性比較差。因此，為得到半導體器件的更高速度的特性，就強烈要求確定由結晶硅半導體器件制造TFT的方法。
眾所周知結晶硅半導體包括多晶硅、微晶硅、含有結晶成分的非晶硅、以及具有結晶性與非晶性之間狀態(tài)的半非晶硅等。為得到這些結晶硅半導體的方法中，下述方法已知的是(1)在薄膜的淀積步驟中，直接形成結晶膜的方法。
(2)先形成非晶半導體膜，再以激光輻照之，通過激光能，使其晶化的方法。
(3)先形成非晶半導體膜，再加以熱能，使其晶化的方法。
但是，上述方法(1)，由于形成膜的步驟與晶化同時進行，為得到大粒徑結晶硅，必須形成較厚的硅膜。因此，要在整個基片上均勻地形成特性良好的半導體膜，技術上就很困難。另外，因這種膜要在600℃以上的高溫下淀積，所以，不能使用廉價而耐熱性不足的玻璃基片，造成生產性和成本上的缺點。
而且，上述(2)的方法是利用熔融固化過程中的晶化現(xiàn)象，可得到小粒徑且晶界經過良好處理的高品質硅膜。但是，以現(xiàn)在一般常用的激光(例如準分子激光)，由于激光光束的照射面積較小，因此加工生產率也較小。另外，要全面均勻地處理大面積基片時，還有激光穩(wěn)定性不足的問題。因此，要使用激光的上述(2)的方法應是未來的技術。
上述(3)所示的利用熱能以使硅固相晶化的方法與先前敘述的(1)或(2)的方法相較之下，具有能在大面積的基片上均勻地形成薄膜結晶性硅膜的優(yōu)點。此方法的實例可見于日本專利公報特開昭62-122172號、特開平3-290924號及特開平4-165613號，在這些文獻中，是先將基片上所形成的硅半導體刻成圖形，使其圖形對應于其后形成為TFT的有源區(qū)域的器件區(qū)域，其后再使其晶化。具體來說，在日本專利公報特開昭62-122172號及特開平4-165613號中，是將基片上的器件區(qū)域除了留下的一部分之外使其非晶化，其后進行晶化熱處理，再以器件區(qū)域中留下來未被非晶化的部分為核，使非晶化的部分沿一個方向晶化。另外，日本專利公報特開平3-290924號是在基片上使器件區(qū)域形成島狀圖形。在此時，控制非晶硅膜中成為器件區(qū)域之核密度，使核密度及結晶生長距離與島狀圖形的大小的關系最優(yōu)化。
但是，利用熱能使硅固相晶化的方法中，在晶化之時，必須以600℃以上的高溫加熱處理數(shù)十小時。因此，為了同時使價廉的玻璃基片的使用成為可能且提高加工生產率，即必須同時解決降低加熱溫度，又能在短時間內使其晶化的兩個互相矛盾的要求。
還有，在上述方法中，由于利用固相晶化現(xiàn)象，晶粒與基片表面平行地延伸，產生粒徑為數(shù)μm的結晶。但是，在此一結晶生長過程中，生長出的結晶互相推擠，而形成晶界，因此晶界起載流子陷阱的作用，成為TFT中的載流子遷移率較低的原因。
上述公開公報中所記載的任一種方法的缺點都可以用下述方法來解決首先，將基片上所形成的非晶硅膜形成圖形，使其圖形對應于器件區(qū)域，然后使非晶硅膜晶化。由此抑制器件區(qū)域中的晶界發(fā)生，使晶粒直徑加大成為可能。但是，晶化時，仍然須要高溫及長時間加熱處理。
通過非硅膜熱處理而得到結晶硅膜的另一方法可見于日本專利公報特開平5-55142號及特開平5-136048號。在這些方法中，是在非晶硅膜中導入成為結晶生長核的外來物，其后進行熱處理，而得到以所導入的物質為核的大粒徑結晶硅膜。
更詳細地說，在日本專利公報特開平5-55142號所揭示的方法中，是將硅(Si+)等雜質以離子注入法導入非晶硅膜中，其后以加熱處理，形成具有大小約數(shù)μm的晶粒的多結晶硅膜。在特開平5-136048號公報所揭示的方法中，是將大小10～100nm的硅晶粒子與加壓氮氣同時噴鍍到非晶硅膜上，從而形成晶核。
在這些方法中，可借控制外來物的導入狀態(tài)，而控制結晶生長時的核形成及結晶生長方向。但是與上述的方法相同，為了晶化，必須進行加熱處理。例如，在特開平5-55142號公報的方法中，進行了溫度600℃、40小時的加熱處理。在特開平5-136048號公報的方法中，進行了溫度650℃以上的加熱處理。
因此，雖然利用加熱處理技術對于SOI基片或SOS基片是有效的。但不適用于價廉的玻璃基片。例如，有源陣列型液晶顯示裝置中所用的Corning 7095玻璃的玻璃形變溫度為593℃。因此，當對此玻璃進行上述方法中所揭示的600℃以上的加熱處理，則玻璃基片發(fā)生變形或彎曲的可能性極高。若考慮到基片大面積化的趨勢，這一點更是成為問題。
本發(fā)明的半導體器件的制造方法包括(a)在基片絕緣性表面上，形成非晶硅膜，該非晶硅被刻成圖形，以形成至少一個島狀區(qū)域，且在該島狀區(qū)域的至少所選定的區(qū)域中有選擇性地導入促進晶化的催化劑元素的步驟，及(b)加熱該非晶硅膜，在該選定區(qū)域的周圍部分上與該基片表面實質上平行的方向上進行該非晶硅膜的結晶生長，從而得到結晶硅膜的步驟，其中將該結晶硅膜用作半導體器件的器件區(qū)域。
在一個實施例中，上述步驟(a)還包括下列各步驟在上述基片上形成上述非晶硅膜，將該非晶硅膜刻成圖形以形成至少一個島狀區(qū)域，及在該島狀區(qū)域的至少所預定的區(qū)域中選擇性導入上述催化元素?；蛘?，上述步驟(a)還包含下列步驟在上述基片上形成上述非晶硅膜，在該島狀區(qū)域的至少所預定的區(qū)域中選擇性導入上述催化元素，及將該非晶硅膜刻成圖形，以形成至少一個島狀區(qū)域。
在另一個實施例中，是使上述結晶硅膜中的載流子遷移方向與上述非晶硅膜的結晶生長方向實質上平行，而制成上述半導體器件。
在又一個實施例中，該方法還包括一形成掩蔽層的步驟，該掩蔽層具有一限定上述島狀區(qū)域的上述所預定區(qū)域的開口，而透過該開口導入上述催化元素。
在又一個實施例中，其中器件區(qū)域中的源極區(qū)域或漏極區(qū)部分的至少一部分中導入上述催化元素。
在又一個實施例中，上這催化元素是選自由Ni，Co，Pd，Pt，Cu，Ag，Au，In，Sn，Al，P，As，及Sb所構成的組中的至少一種元素。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種半導體器件包括由結晶硅膜形成的有源區(qū)，該有源區(qū)是將促進晶化的催化元素選擇性地導入非晶硅膜，再將非晶硅膜加熱處理形成結晶硅膜的橫向結晶生長區(qū)域，選擇性地導入該催化元素的該預定區(qū)域則被除去。在一個實施例中，上述催化元素是選自由Ni，Co，Pd，Pt，Cu，Ag，Au，In，Sn，Al，P，As，及Sb所構成的組中的至少一種元素。在另一個實施例中，上述有源區(qū)域中的催化元素的濃度在1×1014原子/cm3～1×1018原子/cm3范圍內。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，一種半導體器件的制造方法包括下列步驟(a)在具有絕緣表面的基片上，形成非晶硅膜;(b)在該非晶硅膜的至少預定區(qū)域中，選擇性地導入促進該非晶硅膜晶化的催化元素;(c)加熱該非晶硅膜，在該預定區(qū)域的周圍部分沿與該基片表面，實質上與之平行的方向上，使該非晶硅膜產生結晶生長，以得到結晶硅膜;(d)除去被選擇性地導入該催化元素的預定區(qū)域;及(e)為提高該結晶硅膜的結晶性，以激光或強光輻照除去了該預定區(qū)域后位于其周圍的露出部分。
根據(jù)本發(fā)明之再一個方面，半導體器件包括一薄膜晶體管，它是利用在表面絕緣性基片上形成的硅膜的至少一部分結晶區(qū)而形成的，其中該結晶區(qū)是使一較該結晶區(qū)小，且使被選擇性地導入可促進非晶硅膜的晶化催化元素的選擇導入區(qū)域，進行結晶生長而獲得，而該薄膜晶體管的配置不與該選擇導入區(qū)域重疊。在一實施例中，上述薄膜晶體管還要被配置在上述結晶區(qū)域的結晶生長末端的內側。
根據(jù)本發(fā)明的再一個面，一種半導體器件的制造方法包括下列步驟(a)在具有絕緣性表面的基片上，形成非晶硅膜;(b)為了在該非晶硅膜上選擇性地導入促進該非晶硅膜晶化的催化元素，且為了形成第1對準標志，而在該非晶硅膜上形成具有開口的掩蔽層;(c)透過該開口在該非晶硅膜中選擇性地導入該催化元素，形成選擇導入區(qū)域;(d)通過加熱使該非晶硅膜的至少一部分成為結晶性區(qū)域;(e)用該掩蔽層，蝕刻被部分晶化了的該非晶硅膜，而除去該選擇導入區(qū)域的至少一部分，并在該部分已晶化了的非晶硅膜上形成該第1對準標志;及(f)利用該第1對準標志將該結晶性區(qū)域刻成島狀圖形。在一實施例中，該方法還包括利用上述第1對準標志形成第2對準標志的步驟。換句話說，該方法還包括利用上述掩蔽層形成第2對準標志的步驟。在另一實施例中，上述步驟(e)還包括用光能使上述第1對準標志附近區(qū)域露出，從而使該第1對準標志清楚可辨的步驟。
在一實施例中，該薄膜晶體管的配置實質上是使上述薄膜晶體管的導電方向與上述非晶硅膜的結晶生長方向平行?；蛘?，該薄膜晶體管的配置實質上是使上述薄膜晶體管的導電方向與上述非晶硅膜的結晶生長方向垂直。
在另一實施例中，上述催化元素是選自由Ni，Co，Pd，Pt，Cu，Ag，Au，In，Sn，Al，P，As，及Sb所構成的組中的至少一種。
在又一個實施例中，上述催化元素的導入濃度在1×1018原子/cm3～1×1020原子/cm3范圍內。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種半導體器件的制造方法包括下列步驟(a)在具有絕緣性表面的基片上，形成非晶硅膜;(b)為了在該非晶硅膜上選擇性地導入促進該非晶硅膜晶化的催化元素，且為了形成第1對準標志，而在該非晶硅膜上形成具有開口的掩蔽層;(c)透過該開口在該非晶硅膜中選擇性地導入該催化元素，形成選擇導入區(qū)域;(d)加熱處理使該非晶硅膜的至少一部分成為結晶性區(qū)域;(e)用該掩蔽層，除去該選擇導入領域，同時使該結晶性區(qū)域刻成島狀圖形，再在該部分已晶化了的非晶硅膜上形成第2對準標志。
根據(jù)本發(fā)明的又另一個方面，一種半導體器件包括用具有結晶性硅膜在具有絕緣性的基片上形成的器件溝道區(qū)域，其中該溝道區(qū)域由結晶硅膜形成，而該結晶硅膜是將促進該非晶硅膜晶化的催化元素選擇性地導入非晶硅膜的預定狹縫狀導入區(qū)域中，在預定的退火溫度中進行加熱處理，使該導入區(qū)域的周圍部分產生與該基片表面平行地結晶生長，而該溝道區(qū)域就配置在從該導入區(qū)域以預定退火溫度而使該結晶硅膜結晶生長的區(qū)域內。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，一種半導體器件的制造方法包含下列步驟(a)在絕緣性表面的基片上，形成非晶硅膜;(b)將促進該非晶硅膜晶化的催化元素選擇性地導入該非晶硅膜的預定狹縫狀導入區(qū)域;(c)加熱該非晶硅膜，使該預定區(qū)域的周圍部分的該非晶硅膜沿與該基片表面實質上平行的方向上產生結晶生長，從而得到結晶性硅膜;(d)用該結晶硅膜形成薄膜晶體管，其中薄膜晶體管配置在使該溝道區(qū)域位于從該導入區(qū)域起以該退火溫度使該結晶硅膜結晶生長的區(qū)域內。
在一實施例中，上述溝道區(qū)域配置在從上述催化元素的導入區(qū)域起120μm的范圍內。
在另一個實施例中，上述溝道區(qū)域是在上述晶硅膜具有一維結晶生長方向的區(qū)域內，且該結晶硅膜配置在從該一維結晶生長方向起分叉或彎曲數(shù)在2以下的區(qū)域內。更可取的是上述溝道區(qū)域配置在上述催化元素的導入區(qū)域起60μm的位置內。或是，上述溝道區(qū)域形成在該結晶硅膜從上述一維結晶生長方向起分叉或彎曲數(shù)在1以下的范圍內。最好上述溝道區(qū)域配置在上述催化元素的導入區(qū)域起30μm的位置內。
在又一個實施例中，上述薄膜電晶體之配置，系使在上述催化元素導入區(qū)域的長邊方向上的該溝道區(qū)域與該導入區(qū)域一邊的距離是在從該導入區(qū)域起以預定退火溫度使該結晶硅膜結晶生長的區(qū)域內。最好在上述催化元素導入區(qū)域的長邊方向上的該溝道區(qū)域與該導入區(qū)域之一邊間的距離較佳在30μm以上。
在又一個實施例中，上述催化元素導入區(qū)域的長邊方向的長度被設定為從該導入區(qū)域起到該結晶硅膜結晶生長距離的飽和值以上。最好上述催化元素導入區(qū)域的長邊方向的長度在120μm以上。
在又一個實施例中，上述催化元素導入區(qū)域的短邊方向的寬度被設定為從該導入區(qū)域起到該結晶硅膜結晶生長距離的飽和值以上。最好上述催化元素導入區(qū)域的短邊方向的寬度在5μm以上。
在又一個實施例中，是形成多個上述溝道區(qū)域，從而形成多個薄膜晶體管。最好將上述多個薄膜晶體管配置在上述催化元素導入區(qū)域的兩側。
在又一個實施例中，使上述結晶硅膜曝露于激光或其他高強度光，以提高結晶硅膜的結晶度。
在又一個實施例中，上述催化元素選自由Ni，Co，Pd，Pt，Cu，Ag，Au，In，Sn，Al，P，As，及Sb所構成的組中的至少一種元素。
于是，本發(fā)明的目的在于提供(1)一種利用橫向結晶生長區(qū)域以高效率在整個基片上形成高性能且可靠性及電氣特性穩(wěn)定的半導體器件而與各個器件的大小無關的半導體器件制造方法，(2)一種可縮短硅膜晶化所須時間的半導體器件制造方法，(3)一種可防止接觸不良或TFT特性惡化的半導體器件制造方法，(4)一種可適用自動對準的半導體器件制造方法，以及(5)上述方法所制得的半導體裝置。
本發(fā)明的這些及其他優(yōu)點，在本領域技術人員參考附圖并閱讀理解以下的詳細說明之后，將變得更清楚。


圖1是利用橫向結晶生長所得到的結晶硅膜，制成薄膜晶體管的結構一例的頂視平面圖。
圖2是利用橫向結晶生長所得到的結晶硅膜制成薄膜晶體管的結構的另一例的頂視平面圖。
圖3是表示促進硅膜橫向結晶生長的催化元素被導入區(qū)域形狀的示意平面圖。
圖4是表示催化元素導入區(qū)域的大小與橫向結晶生長距離的關系曲線圖。
圖5A-5D是表示本發(fā)明第1實施例中的半導體器件制造方法的各步驟示意剖面圖。
圖6是表示依照本發(fā)明第1實施例而制造的薄膜晶體管在基片上形成位置的示意平面圖。
圖7A-7D是表示本發(fā)明第2實施例中的半導體器件制造方法的各步驟示意剖面圖。
圖8A-8H是表示本發(fā)明第3實施例中的半導體器件制造方法的各步驟示意剖面圖。
圖9是說明本發(fā)明第3實施例的優(yōu)點的半導體器件示意剖面圖。
圖10A-10O是表示本發(fā)明第4實施例中的半導體器件的制造方法的各步驟示意剖面圖。
圖11A-11O是表示本發(fā)明第5實施例中的半導體器件制造方法的各步驟示意剖面圖。
圖12A-12T是表示本發(fā)明第6實施例中的半導體器件的制造方法的各步驟示意剖面圖。
圖13是表示依照本發(fā)明而制成的薄膜晶體管在基片上形成位置的示意平面圖。
圖14是表示依照本發(fā)明而制成的薄膜晶體管在基片上形成位置的另一示意平面圖。
圖15A及15B是表示依照本發(fā)明第8實施例制成的薄膜晶體管結構例的平面圖。
圖16A-16F是表示本發(fā)明第8實施例中的半導體器件制造方法的各步驟，沿圖15A的線16-16′所得的示意剖面圖。
圖17A及17B是表示依照本發(fā)明第9實施例制成的薄膜晶體管結構例的平面圖。
圖18A-18F是表示本發(fā)明第9實施例中的半導體器件制造方法的各步驟，沿圖17A線18-18′所得的示意剖面圖。
圖19是表示本發(fā)明第10實施例制成的薄膜晶體管結構例的平面圖。
圖20是表示本發(fā)明第11實施例制成的薄膜晶體管結構例的平面圖。
圖21A-21E是表示本發(fā)明第12實施例中的半導體器件制造方法的各步驟示意平面圖。
圖22是表示本發(fā)明第13實施例制成的薄膜晶體管結構例的平面圖。
圖23A-23E是表示本發(fā)明第13實施例中的半導體器件的制造方法的各步驟，沿圖22線23-23′所得的剖面圖。
圖24是利用橫向結晶生長所得到的結晶性硅膜所制成的薄膜晶體管結構例的平面圖。
圖25是表示橫向結晶生長距離與退火時間的關系曲線圖。
圖26是表示構成橫向結晶生長區(qū)域的針狀結晶或柱狀結晶的分叉及彎曲數(shù)與橫向結晶生長距離的關系曲線圖。
圖27是表示依照本發(fā)明制成的薄膜晶體管的制成位置指明的參數(shù)與橫向結晶生長距離的關系曲線圖。
圖28是表示本發(fā)明的催化元素導入區(qū)域大小與橫向結晶生長距離的關系曲線圖。
圖29是表示本發(fā)明的催化元素導入區(qū)域大小與橫向結晶生長距離的關系的另一曲線圖。
在說明本發(fā)明的實施例之前，首先將說明由本發(fā)明的同一發(fā)明人提議的另一種方法來說明利用加熱處理結晶硅膜的形成方法中，能同時降低晶化所須溫度及縮短處理時間，且對晶界的影響降至最小的結晶性薄膜的制作方法。應注意的是本發(fā)明人為了以某種程度解決上述各種問題點而提議的方法，為本發(fā)明之基礎技術，而并非是本發(fā)明的已有技術。
上述提議的方法是將Ni等雜質金屬元素作為結晶生長核而導入非晶硅膜中，使得晶化初期的核產生速度及其后的核生產速度大幅提高。用本方法可以用常規(guī)技術無法想像的580℃以下的低溫下加熱處理4小時左右即可得到充分的結晶性。
本方法的機理首先，以雜質金屬元素為核，在加熱步驟初期產生結晶核，其后以雜質金屬元素起催化作用而促進晶化，結晶生長即迅速地進行。按上述解釋，以下將雜質金屬元素稱為催化元素。
使非晶硅膜以普通的固相生長法晶化之后所得到的結晶性硅膜具有雙晶構造，而如上述，用催化元素促進晶化而得到的結晶性硅膜是由數(shù)根針狀結晶或柱狀結晶所構成。而且，各個針狀結晶或柱狀結晶內部則是理想的單結晶狀態(tài)。
此外，通過基片的選定區(qū)域導入催化元素，就可以在同一基片的各選定區(qū)域中，分別選擇性地形成結晶性硅膜與非晶硅膜。當繼續(xù)進行加熱處理時，則產生結晶生長區(qū)域從被選擇性地導入催化元素晶化區(qū)域起向其周圍的非晶區(qū)域橫向地(即與基片表面平行的方向)延伸的現(xiàn)象。此后，將橫向結晶生長區(qū)域稱為橫向生長區(qū)。
在橫向生長區(qū)中，針狀或柱狀結晶沿與基片平行的生長方向延伸，因為生長方向上沒有晶界，因此，利用此種橫向生長區(qū)域形成TFT的溝道區(qū)的話，就可得到高性能的TFT。更具體地說，當用橫向生長區(qū)域為有源區(qū)域制作TFT時，則與使用普通的固相生長法所形成的結晶硅膜的情形相比之下，場效應遷移率提高2倍。
而且，若在晶化之后照射以激光或其他強光，則可進一步提高其結晶性，得到更大的遷移率。即，若以激光或類似強光射照橫向生長區(qū)域，則由于結晶硅膜與非晶硅膜熔點不同，就可集中處理晶界。以普通的固相生長法所形成的結晶硅膜由于具有雙晶結晶構造，以激光或其他強光照射之后，未處理的部分仍殘存結晶缺陷在晶界內。相反，如上述導入催化元素而晶化的橫向生長區(qū)域，則由針狀結晶或柱狀結晶所形成，且其內部為單結晶狀態(tài)。因此，以激光或其他強光照射而處理內部晶界的話，可得到實質上呈單晶狀態(tài)的結晶性硅膜。
圖1及圖2為上述的利用橫向生長所制作的TFT6的一側的基片頂視平面圖。在整個基片上形成的非晶硅膜上，淀積由二氧化硅膜等構成的掩蔽膜7，在掩蔽膜7上形成的催化元素導入用開口。導入催化元素之后，在約550℃溫度下處理約4小時，使相當于非晶硅膜開口的區(qū)域100(即被導入催化元素區(qū)域100)結晶化。另外，非晶硅膜區(qū)域100以外的區(qū)域則仍保持非晶態(tài)。再繼續(xù)加熱處理8小時后，橫向結晶生長就以區(qū)域100為中心按箭頭1所示向各方向擴大，形成橫向結晶生長區(qū)域。其后，利用此橫向結晶生長區(qū)域，依照已知的方法形成TFT6。
在橫向結晶生長區(qū)域2中形成TFT6時，若將TFT6的源區(qū)3、溝道區(qū)4及漏區(qū)5相對于結晶生長方向(箭頭1所示)以如圖1所示設置時，就使載流子遷移方向與結晶生長方向一致，由于載流子移動方向上沒有結晶晶界，這就形成了具有高遷移率的TFT。
另外若將TFT6之源區(qū)3溝道4及漏區(qū)5相對于結晶生長方向。將如圖2所示設置時，載流子的移動方向與結晶生長方向交叉。因此，載流子在移動時要橫越過多個晶界，結果使得源極與漏極間的電阻增加。遷移率雖因此降低，但可得到關斷時漏電極較小的TFT。而且，按圖結構，可以消除去漏區(qū)5邊緣的電場集中處的晶界。其結果也可降低造成TFT工作的特性惡化的漏區(qū)邊緣處的晶界陷阱密度，可以制成具有高on-off比的TFT。
如上所述，由于使用上述技術，就可降低橫向結晶生長技術中晶化時的加熱溫度，以及縮短處理時間，得到高性能的TFT。此外，還可在同一基片上，分別制造對應各種要求的TFT。
但是，在橫向結晶生長步驟中，必須形成至少能復蓋半導體器件溝道區(qū)域的結晶生長距離。結晶生長無法到達的區(qū)域，在處理后作為非晶硅膜保留。因此，若結晶生長不充分，則使溝道區(qū)局部由結晶硅膜與局部由非晶硅膜形成，使得所形成的半導體器件特性明顯惡化。即使在待形成為源區(qū)及漏區(qū)的接觸區(qū)上殘留非晶硅膜，則接觸區(qū)域的電阻也會增大，而不能得到特性良好的半導體器件。為克服上述問題，必須實現(xiàn)十分大的橫向結晶生長，但其實現(xiàn)須要長時間的加熱處理，因而加工的生產率降低了。
此外，根據(jù)上述方法，是在基片上淀積非晶硅膜后，再在非晶硅膜的選定區(qū)域10上導入催化元素。其后進行加熱處理，從而使非晶硅膜沿橫向結晶，而形成橫向生長區(qū)域2。其后再使結晶生長后的硅膜刻成島狀圖形，而用作待形成為TFT的有源區(qū)域的器件區(qū)域。此法中，橫向結晶生長是由于催化元素被直接導入，而先晶化的區(qū)域10的端部濃集的催化元素向全方向擴散作用而進行。
例如導入催化元素區(qū)域10是如圖3所示的矩形，則圍繞區(qū)域10的角落部8的結晶生長方向1的自由度理論上為270°，因此催化元素處于易于移動的狀態(tài)。因此圍繞角落部8的催化元素的密度，要比沿區(qū)域10的周邊部9的密度小。結果，在角落部8的結晶生長距離與其他部分比較就較短，其周邊部的催化元素被推移到角落部8。結果催化導入區(qū)域10越小，結晶生長距離越短。
圖4是表示以Ni作為催化元素使用時，催化元素導入區(qū)域的大小與橫向結晶生長距離L的關系之一例。在圖4中，曲線A是催化元素為大劑量時的曲線圖，曲線B是催化元素為小劑量時的曲線圖。由此可得知橫向結晶生長距離L取決于催化元素導入區(qū)域的大小。若增加催化元素導入劑量，結晶生長距離將全面增大，但此劑量仍無法改善上述關系。結果，在制作作為有源陣列型液晶顯示器件的象素的開關元件而使用小尺寸TFT時，在這種情況下，由于無法得到足夠長的結晶生長距離，就特別成為問題。
另外，在橫向結晶生長中，由于在結晶生長方向上的非晶硅膜內部自然形成生長核，或是非晶硅膜中的氧、碳、氮及其他金屬元素等雜質影響，結晶生長方向有時會發(fā)生分叉。特別是在橫向結晶生長距離變大時，在其端部形成橫向結晶生長區(qū)域的針狀結晶或柱狀結晶的分叉或彎曲就會變多，難以得到結晶生長方向在一維方向上對齊的高品質結晶性硅膜。
而且，如圖3所示，在催化元素導入區(qū)域10的角部8附近，由于上述理由結晶生長方向特別混亂，對其他區(qū)域的結晶生長特性有很大影響。對用到結晶硅膜的TFT，結晶生長方向一致是保證完成器件具有高性能的基本條件，而上述現(xiàn)象有可能成為一大缺點。
其他問題方面，說明如下，先前所述的將催化元素有選擇性導入非晶硅膜中，是使用二氧化硅等所構成的掩蔽層而進行的，其導入區(qū)(即導入區(qū)域10)上的催化元素濃度較高。因此，必須將此導入區(qū)域10設置在遠離待形成TFT的區(qū)域，使區(qū)域10不與TFT的溝道區(qū)域3或源區(qū)5及漏區(qū)5重疊。但是擴大橫向生長距離有其限度，因此催化元素導入區(qū)域10實際上設置在形成TFT區(qū)域的附近。
為了促進結晶生長，對催化元素導入區(qū)域10照射激光或其他強光時，則催化元素會透過區(qū)域10表面析出并擴散，而大量地存在基片中。如果以此種基片上形成TFT等器件而得到半導體器件，就因催化元素的存在，就會反過來影響半導體器件的可靠性或電氣穩(wěn)定性。
另外，若以有源區(qū)域包含催化元素導入區(qū)域配置形成TFT，導入區(qū)域與TFT的溝道區(qū)域重疊，則取決于催化元素劑量會顯著地發(fā)生漏電流，使TFT特性惡化。另一方面，若導入催化元素區(qū)域與源或漏區(qū)重疊，則激活施放及受主元素時，該膜對進行激光照射的耐性不佳，激光照射后半導體膜表面會變粗糙。此外，催化元素導入區(qū)域對在半導體膜的絕緣膜上開接觸穿孔所用的蝕刻液的抗蝕耐性不佳，比其他區(qū)域被蝕刻得更快。結果會引起接觸失效。
此外，為了有效地利用橫向結晶生長以得到特性優(yōu)良的TFT，必須對催化元素導入區(qū)域精密地設定半導體膜的島狀圖形形成之后的掩蔽層對齊。常規(guī)方法中，是利用導入催化元素區(qū)域與未導入催化元素的區(qū)域之間存在的這些微濃淡差別而進行掩蔽層對準層，因此難以進行正確的對準。加之，大量生產時不可或缺的自動對準也不可能實現(xiàn)。
以下將參照附圖，通過實施例來說明本發(fā)明。
參照圖5A-5D說明本發(fā)明的第1個實施例中的TFT的制造方法。圖5A-5D是本實施例制造n型TFT的方法各步驟中的半導體器件剖面示意圖。
首先，在玻璃等絕緣性基片101上，以濺射法形成厚200nm氧化硅的基底覆膜102。
其次，用高等離子CVD工藝淀積厚度在50-150nm范圍內(例如100nm)的本征非晶硅膜。其后，以適當方法將非晶硅膜刻成圖形，除去不要區(qū)域，以提供器件間隔離，從而形成器件區(qū)域104。此器件區(qū)域104隨后成為TFT的有源區(qū)，即源區(qū)109、溝道區(qū)110及漏區(qū)111。實際上，在一個基片101上，可形成多個島狀器件區(qū)104。將本實施例制造方法使用在有源陣列型液晶顯示裝置的制造時，器件區(qū)域104(即島狀區(qū)域)就配置成陣列狀。
其次，再在器件區(qū)104上淀積由氧化硅膜或氮化硅膜等構成的掩蔽層103。或者，此掩蔽層103也可以是金屬掩蔽層。
其次，在掩蔽層103上設置開口100，使由非晶硅膜形成的器件區(qū)域104的一部分露出。此開口100是這樣形成的，使其橫跨島狀器件區(qū)域104。從上述基片101來看，圖6是開口100與元件區(qū)域104的位置關系圖。器件區(qū)104中只有對應于開口100的部分是露出的，其他部分都被掩蔽層103蓋住。
其次，在掩蔽層103上，以濺射法淀積厚0.5-20nm(例如2nm)的硅化鎳膜(未示出)。此時，在對應于開口100的部分，硅化鎳膜便直接形成在通過開口100的露出的非晶膜104部分上。接著除去掩蔽層103，結果就在相當于器件區(qū)104的開口100部分上，選擇性地留下硅化鎳膜。于是，在對應于器件區(qū)104的開口100的部分上，選擇性地導入微量鎳。
其次，對其中選擇性地導入鎳的上述半導體器件，在氫還原氣氛中，溫度550℃下，加熱處理16小時。在熱處理過程中，就按圖5B箭頭105所示的方法使非晶硅膜104進行晶化。此外，要求將上述加熱處理在氫氣分壓為0.1-1大氣壓的氫還原氣氛中進行。或者也可以在惰性氣體氣氛(大氣壓)下進行加熱處理。
當按上述方法進行橫向結晶生長時，鎳被直接且選擇性地導入非晶硅膜104中，因此，即使用微量的鎳，亦可更有效地進行鎳的選擇性導入。此外，按上述方法，晶化的加熱步驟是在鎳導入步驟后立刻進行。若在兩步驟之間進行其他步驟，則有可能由于鎳的氧化或蝕刻，對鎳導入區(qū)域造成損傷，但按本實施例的上述方法則不會產生這種問題。
熱處理后，在氧氣氣氛中或在氧氣和氬氣的混合氣氛中，以氧化硅為靶材，用濺射法，淀積厚100nm的氧化硅膜106，作為柵極氧化膜(參照圖5C)。濺射時，將基片溫度保持在200-400℃(例如350℃)。還有，濺射的氣氛中，氬氣與氧氣的比率(氬/氧比)為0.5以下，通常為0.1以下。
此后，用濺射法淀積厚400-800nm(例如600nm)的鋁膜，隨后，將如此淀積的鋁膜刻成圖形，而形成柵極107(參照圖5C)。此外，將如此柵極107的表面加以陽極氧化，在柵極107的表面上形成氧化層108。此陽極氧化步驟是將半導體器件浸在含酒石酸1-5%的乙二醇溶液中進行。所得到的氧化層108厚度通常為200nm。此氧化物層108在后述的離子摻雜步驟中，用于形成偏移柵極區(qū)域。因此，通過適當?shù)乜刂粕鲜鲫枠O氧化步驟的參數(shù)來控制氧化層108的厚度，就可確定偏移柵極區(qū)的長度。
其次，將柵極107及其表面的氧化物層108用作掩蔽層，通過離子摻雜法，在器件區(qū)域104上摻入磷或硼等雜質離子。具體說來，在摻入磷的情形中，是以磷烷(PH3)為添加氣體，加速電壓為60-90KV(例如80KV)，摻雜劑量為1×1015-8×1015cm-2(例如2×1015cm-2)。通過此離子摻雜步驟，摻入了雜質的區(qū)域109、111此后將用作TFT的源區(qū)及漏區(qū)，被柵極107及氧化物層108掩蔽而沒有摻入雜質的區(qū)域110則在以后用作TFT的溝道區(qū)。
進一步，在制作具有互補型結構的n型TFT及P型TFT電路時，通過將沒有必要摻雜的區(qū)域覆以適當?shù)乜坛蓤D形的光刻膠，可以選擇性地摻入不同導電型的元素，形成相應的n型及P型雜質區(qū)域。
其次，如圖5C所示，以激光束照射，使該基片退火，將摻入的雜質激活。激光源可用例如波長248nm，脈沖寬度20nm的KrF準分子激光，但也可用其他激光。激光的照射條件為能量密度為200-400mJ/cm2(例如250mJ/cm2)，每處進行2-10次照射(例如每處連續(xù)2次)。激光照射時的基片最好保持在200-450℃。
在此激光退火步驟中，通過導入鎳，在先前已結晶的區(qū)域容易進行再結晶。而摻了雜質的區(qū)域109、111，其雜質也容易被激活。
接著，如圖5D所示，用等離子CVD法，形成厚600nm的氧化硅膜112，做為層間絕緣膜。并且，在此氧化硅膜112上形成接觸孔，淀積適當金屬材料(如氮化鈦與鋁)的多層膜，形成TFT電極及互連線113、114。當將此TFT用作為液晶顯示裝置等的象素開關元件時，就不用金屬材料而用ITO(氧化銦錫)形成電極(象素電極)。
最后，在1大氣壓的氫氣氛中進行350℃，30分鐘熱處理，就完成TFT制造。
圖6是從上面看圖5D所示的完成后的半導體器件結構示意平面圖，顯示了選擇性地導入鎳的區(qū)域100與TFT的位置關系。在圖6中，微量的鎳被選擇性地導入區(qū)域100。其后借熱處理，按箭頭105所示的方向進行結晶生長。按本實施例的方法，在實施熱處理之前，先進行將非晶硅刻成島狀圖形，而提供器件間隔離。結果，導入區(qū)域100的鎳不向周圍區(qū)域擴散，而只朝箭頭105所示方向有效地進行一維的橫向結晶生長。結果，與常規(guī)的方法比較，可得到橫向結晶生長距離變得更長，可以得到結晶方向朝向同一方向的高品質結晶性硅膜。
此外，在圖6所示TFT結構中，所形成的TFT是使溝道區(qū)域110之內的載流子移動方向(即從源區(qū)109到漏區(qū)111連結的方向)與箭頭105所示的橫向結晶生長方向實質上平行。TFT的各區(qū)域配置方向(溝道區(qū)110內的載流子移動方向)與橫向結晶生長方向的關系不限于上述的一種。但是，如圖6所示，若使TFT各區(qū)域配置方向(溝道區(qū)110內的載流子移動方向)實質上與結晶生長方向對準平行，來配置TFT的有源區(qū)(器件區(qū)域)104，則載流移動不用橫跨晶界。這就提供了一種顯著增大的TFT的載流子遷移率。
參照圖7A-7D說明本發(fā)明第2個實施例中的TFT的制造方法。圖7A-7D是本實施例的制造n型TFT的方法各步驟的半導體器件剖面示意圖。
首先，在玻璃等絕緣性基片201上，以濺射法淀積厚200nm氧化硅的基底覆膜202。其次，再在基底覆膜202上淀積由氧化硅膜或氮化硅膜等構成的掩蔽層203?；蛘?，此掩蔽層203也可以是金屬掩蔽層。
其次，在掩蔽層203上位置開口200，使基底覆蓋膜202的一部分露出。在基底覆膜202中，只有相當于開口200的那個部分露出，其他部分被掩蔽層203蓋住。
其次，在掩蔽層203上，以濺射淀積厚0.5-20nm(例如2nm)的硅化鎳膜(未示出)。在對應于開口200區(qū)域，將硅化鎳膜直接形成在透過開口200露出的基底覆膜202上。其后通過除去掩蔽層203，結果選擇性地將硅化鎳膜保留在對應于基底覆膜202的開口200的區(qū)域上，于是，微量的鎳就選擇性地擴散到其后淀積的非晶硅膜中對應于開口200的區(qū)域上。
其次，用等離子CVD法淀積厚50-150nm范圍內(例如100nm)的本征非晶硅膜。其后，以適當方法在非晶硅膜上刻成圖形，除去不要部分，以提供器件間隔離，而形成器件區(qū)域204。此器件區(qū)域204隨后成為TFT之源區(qū)209、溝道區(qū)210及漏區(qū)211。實際上，在一個基片201上，可形成多島狀器件區(qū)204。將本實施例的制造方法使用在有陣列型液晶顯示裝置的制造時，器件區(qū)域204(即刻成島狀的圖形區(qū)域)是被配置成陣列圖形的。
其次，將上述的選擇性地導入了鎳的半導體器件，在氫氣還原氣氛中溫度550℃下經熱處理16小時。熱處理中，沿圖7B箭頭205所示的方法，進行非晶硅膜晶化。還要求上述熱處理最好在氫氣分壓0.1-1大氣壓的氫氣還原氣氛中進行?；蛟诙栊詺怏w氣氛(大氣壓)下進行熱處理也可。
當以上述方法進行橫向結晶生長時，鎳就被直接且選擇性地導入非晶硅膜中。因此，即使鎳的導入量為微量，也能有效地進行鎳的選擇性導入。此外，上述方法中晶化熱處理步驟是在鎳導入步驟后立刻進行。若在兩步驟之間進行其他步驟，則有可能因發(fā)生鎳之氧化或蝕刻，對鎳導入區(qū)域會造成損害，但以本實施例之上述方法則不會產生這種問題。
熱處理后，在氧氣氣氛中或在氧氣與氬氣的混合氣氛中，進行以氧化硅為靶材的濺射，淀積厚100nm的氧化硅膜206，做為柵極氧化膜(參照圖7C)。濺射時，基片溫度設定在200-400℃(例如350℃)。進一步，濺射時，氣氛中的氬氣與氧氣的比率(氬/氧比)為0.5以下，通常為0.1以下。
此后，以濺射法淀積厚400-800nm(例如600nm)的鋁膜，隨后，將如此淀積的鋁膜刻成圖形，而形成柵極207(參照圖7C)。還有，將此柵極207表面加以陽極氧化，在柵極207表面上形成氧化物層208。此陽極氧化步驟是將半導體器件浸在含酒石酸1-5%的乙二醇溶液中進行。這樣得到的氧化物層208的厚度通常約為200nm。此氧化物層208在后述的離子摻雜步驟中用于形成偏移柵極區(qū)域。因此，通過適當?shù)乜刂粕鲜鲫枠O氧化步驟的參數(shù)而控制氧化層208的厚度，就可確定偏移柵極區(qū)域的長度。
其次，將柵極207及其表面的氧化物層208用做掩蔽物，用離子摻雜法，在器件區(qū)域204上摻入磷或硼等雜質離子。具體來說，在摻入磷的情形中，是以磷烷(PH3)為摻雜氣體，加速電壓為60-90KV(例如80KV)，摻雜劑量為1×1015～8×1015cm-2(例如2×1015cm-2)。通過此離子摻雜步驟，被摻入雜質的區(qū)域209，211其后成為TFT的源區(qū)及漏區(qū)，被柵極107及氧化物層208掩蔽而沒有摻入雜質的區(qū)域210則在以后成為TFT的溝道區(qū)。
此外，在當按互補型結構制作n型TFT及p型TFT的電路時，通過將沒有必要摻入雜質必要的區(qū)域覆以適當?shù)乜坛蓤D形的光刻膠，可分別選擇性地摻入各自導電型的元素，形成相應的n型及p型的雜質區(qū)域。
其次，如圖7C所示，以激光束照射使基片退火，使摻入的雜質激活。激光可用例如波長248nm，脈沖寬度20ns的KrF準分子激光，但也可用其他激光。激光的照射條件為能量密度為200-400mJ/cm2(例如250mJ/cm2)，在每處進行2-10次照射(例如每處連續(xù)照射2個脈沖)。激光照射時的基片的溫度最好加熱至200-450℃。
在此激光退火步驟中，通過導入鎳，在先前已結晶的區(qū)域，容易進行結晶。又，在摻入雜質的區(qū)域209，211，雜質容易被激活。
接著，如圖7D所示，以等離子CVD法形成厚600nm的氧化硅膜212，做為層間絕緣膜。此外，在此氧化硅膜212上形成接觸孔，以適當?shù)慕饘俨牧?如氮化鈦)與鋁的多層膜形成TFT電極及金屬互連線213、214?；蛘?，在將此TFT用作液晶顯示裝置等的象素的開關元件時，不用金屬材料而用ITO(氧化銦錫)形成電極(圖素電極)。
最后，在1大氣壓的氫氣氣氛中進行250℃、30分鐘熱處理，完成TFT的制造。
如上所說，在本發(fā)明的第1及第2實施例中，是在非晶硅膜中導入促進晶化的催化元素，使橫向結晶生長與基片平行地進行，而得到結晶性硅膜。再利用這種結晶硅膜，制造器件。
在制造過程中，在為了橫向結晶生長而進行熱處理之前，先進行器件間隔離步驟，其中將非晶硅膜刻成圖形，形成島狀非晶硅膜。因此，只有島狀的非晶硅膜(即隔離了的器件區(qū)域)內部才有效地進行催化元素的擴散。與常規(guī)被導入催化元素按2維方向擴散的方法不同，可以實現(xiàn)結晶生長方向完全與一個方向對齊的一維橫向結晶生長。
此外，導入催化元素區(qū)域的形狀或大小所造成的橫向結晶生長距離的變動被克服，與所形成的半導體器件(即器件區(qū)域)的大小無關，從而可確保一定的橫向結晶生長距離。用這種結晶性硅膜，可在整個基片上，制成高性能且具有穩(wěn)定電氣特性的半導體器件。
而且，通過沿結晶生長方向配置源區(qū)，漏區(qū)形成TFT，可使載流子移動方向與結晶成長方向一致，而制成載流子移動不受晶界影響的具有高遷移率的半導體器件。
在上述第1及第2實施例的說明中，為導入鎳作為催化元素而形成極薄的鎳薄膜，使之與非晶硅膜的上表面或下表面接觸，從此表面開始結晶生長?；蛘?，在形成非晶硅膜后，也可能以離子摻入法將鎳離子選擇性地摻入至非晶硅膜中。以此離子摻入法，可通過控制摻入條件，控制所導入鎳元素的濃度。
另一種方法，也可通過在非晶硅膜表面上涂布醋酸鎳或硝酸鎳等鎳鹽水溶液的液相處理，而將微量鎳導入。此外，也可不形成鎳薄膜，而用由鎳電極構成的等離子電極將微量鎳導入。
而且，除鎳外，鈷、鈀、鉑、銅、銀、金、銦、錫、鋁、磷、砷或銻也可用作促進晶化的催化元素，亦可得到與上述相同的效果。
在上述說明中，是以液晶顯示用有源陣列型基片的應用為前提而說明本發(fā)明的第1及第2實施例。但很顯然，亦可應用于密接型圖像傳感器、單元驅動器型熱印字頭、作為有機物電致發(fā)光(EL)元件使用的單片驅動器型光寫入元件或顯示元件，以及三維IC等。若在這些應用例中使用本發(fā)明，則可實現(xiàn)半導體器件的快速響應，高分辨率等的高性能特性。
此外，本發(fā)明不限于上述實施例所說明的MOS型晶體管，也可應用于所有半導體器件，包括使用結晶性半導體的雙極晶體管或靜電感應型晶體管等。
將參照圖8A-8H說明本發(fā)明的第3個實施例。圖8A-8H是將本實施例應用于制造TFT時，在各制造步驟中的半導體器件示意剖面圖。
在上述的第1及第2實施例中，以及本實施例中，都是將促進晶化的催化元素選擇性地導入非晶硅膜中，再對非晶硅膜進行熱處理。于是，由于催化元素的擴散而引起橫向結晶生長，得到結晶性硅膜。其后，利用所得到結晶性硅膜制成TFT等半導體器件。
本實施例與上述二個實施例的不同之處是，在本實施例中，在進行以激光或其他強光照射的退火步驟以促進晶化之前，先除去導入區(qū)域的催化元素。用以防止在退火步驟中隨激光或其他強光照射而造成催化元素析出或擴散。此外，因此只將橫向結晶生長的形成區(qū)域用做器件區(qū)域，就可提高所制成半導體器件的可靠性及電氣穩(wěn)定性。而且，即使導入催化元素的劑量有所變動，TFT特性也不會因此受影響。
首先，如圖8A所示，在洗凈后的玻璃基片301上，以濺射法或其他技術淀積由厚50-200nm(例如100nm)的氧化硅所構成的基底覆膜302。
用作基底覆膜302的所需氧化硅厚度取決于玻璃基片301的表面狀態(tài)。如果該基片具有足夠的高度的表面平整度、和足夠低的對半導體特性有不良影響的雜質離子(鈉等)濃度，基底覆膜302的厚度可減薄，在某些情況下也可以省去。反之，對受損或有粗糙表面的基片的情形下，則必須形成比上述厚度更厚的基底覆膜302。
應知道，玻璃以外的基片材料也可用做基片301。
其次，用減壓CVD法、等離子CVD法、濺射法或其他技術淀積厚25-100nm(例如50nm)的本征(Ⅰ型)非晶硅膜303。接著，在非晶硅膜303上，形成厚100nm左右的由氧化硅等構成的掩蔽層304。此掩蔽層304具有為了在非晶硅膜303上選擇性導入促進晶化的催化元素而形成的開口。
其次，在此情況下，在非晶硅膜303上沒有被掩蔽層304覆蓋住的部分的導入區(qū)域305上，選擇性地導入催化元素(例如鎳)?？捎谜翦兎?、濺射法、等離子處理或溶液涂布等方法導入催化元素。
接著，加熱處理其中導入了催化元素的整個基片。于是，在導入區(qū)域305中，首先發(fā)生晶化。再繼續(xù)加熱處理的話，如圖8B所示，就從導入區(qū)域305向外側，即朝箭頭306所示的方向，實質上在與基片301表面平行的方向上推進晶化。若充分地進行加熱處理，則如圖8C所示，在鄰接導入催化元素區(qū)域305的已晶化區(qū)域308的更外側，實際上存在著不斷地進行結晶生長的結晶生長端307。結晶生長端307是在與基片301的表面實質上平行的方向上進行晶化時的結晶生長端部。而且與已晶化區(qū)域308比較，是作為催化元素導入的含鎳高濃度區(qū)域。在一具體實例中，上述的加熱處理是在氫還原氣氛下或惰性氣氛下溫度為520-580℃下進行數(shù)小時至數(shù)十小時(例如在550℃下進行8小時)退火處理。在圖8C所示階段，實際上的鎳濃度，典型地，在催化劑導入區(qū)域305或結晶生長端307處為1×1019～1×1020原子/cm3左右，而在已晶化區(qū)域308處則為1×1014～1×1018原子/cm3左右。
其次，如圖8D所示，除去掩蔽層304及硅膜的催化元素導入區(qū)域305。由此提供下述步驟中用于制造TFT的器件隔離，形成島狀結晶性硅膜309，再作TFT有源區(qū)(源區(qū)、漏區(qū)及溝道區(qū))。
其次，為提高結晶性硅膜309結晶度，如圖8E所示，對結晶性硅膜施加激光束。例如可用XeCl準分子激光(波長308nm)作為激光源。激光照射條件為基片溫度為200-450℃(例如為400℃)。激光能量密度為200-400mJ/cm2(例如300mJ/cm2)。
此后，如圖8F所示，將在結晶性硅膜309上淀積厚20-150nm(例如10nm)氧化硅膜，形成作為柵絕緣膜310。此柵絕緣膜(氧化硅膜)310是在150-600℃(較好300-450℃)下，以RF等離子CVD法分解，淀積TEOS及氧而形成。或者亦可將基片保持在350-600℃(較好400-550℃)下，以減壓CVD法或常壓CVD法分解，淀積TEOS及臭氧而形成。
其次，為了提高柵絕緣膜310本身的整體特性及結晶硅膜309與柵絕緣膜310的界面特性，在惰性氣體氣氛中在溫度400-600℃下，進行30-60分鐘的退火處理。其后，以濺射法淀積厚400-800nm(例如600nm)鋁膜，再將鋁膜刻成圖形，而形成柵電極311。
其次，柵電極311施以陽極氧化，在其表面上形成氧化物層312。此陽極氧化是在例如將基片浸入含有1-5%酒石酸的乙二醇溶液中，保持電流恒定，同時將所加電壓提高到220V，并保持基片在該狀態(tài)一小時。這樣形成的氧化物312厚度通常為200nm。此氧化物層312在后述的離子摻雜步驟中，用作形成偏移柵極區(qū)域。因此，通過適當?shù)目刂粕鲜鲫枠O氧化步驟的參數(shù)，來控制氧化物層312厚度，就可決定偏移柵極區(qū)域的長度。
其次，如圖8G所示，將柵極311及其表面的氧化物層312用作掩蔽物，用離子摻雜法，在器件區(qū)域313上摻入磷或硼等雜質離子。具體說來，是在磷烷(PH3)或乙硼烷(B6H6)為摻雜氣體。使用磷烷時，加速電壓為60-90KV(例如80KV)。使用乙硼烷時，加速電壓為40-80KV(例如65KV)，摻雜劑量為1×1015～8×1015cm-2。一般而言，摻磷時，為2×1015cm-2，摻硼時，為5×1015cm-2。借此摻雜步驟摻入了雜質的區(qū)域314A，其后將用作TFT的源區(qū)，漏區(qū)，被柵極311及氧化物層312掩蔽而沒有摻入雜質的區(qū)域314，則在以后用作TFT的溝道區(qū)。
此外，在制作包括n型TFT及p型TFT的互補型構成電路時，通過將沒有必要摻入雜質的區(qū)域覆以刻成適當圖形的光刻膠，就可選擇性地摻入不同導電型的元素，形成相應的n型及p型雜質區(qū)域。
其次，以激光照射進行退火，使摻入的雜質激活，同時改善在上述離子摻雜步驟中結晶性受損部分的結晶性。例如可用XeCl準分子激光(波長308nm)，能量密度以150-400mJ/cm3(較好250mJ/cm3)進行照射。如此形成的摻有雜質(磷或硼)的區(qū)域314A的薄層電阻通常為200-800Ω/□。
接著，如圖8H所示，淀積厚600nm的氧化硅膜時，則利用TEOS及氧，用等離子CVD法，或利用TEOS及臭氧經減壓CVD或常壓CVD法就可淀積形成。由此，可淀積出足以覆蓋基片表面上的臺階的優(yōu)良層間絕緣膜315?；蛘?，若利用以SiH4與NH3為原料氣體，用等離子CVD法，所淀積的氮化硅膜，形成層間絕緣膜315，則可向在有源區(qū)域及柵極絕緣膜間的界面供給氫原子。就具有減少使TFT特性退化的不成對鍵(懸鍵)的作用。
其次，在層間絕緣膜315上形成接觸孔，淀積金屬材料(如氮化鈦與鋁)的多層膜，形成TFT各電極及金屬互連線316、317。最后，在1大氣壓的氫氣氛中，350℃下進行30分鐘退火處理，完成TFT的制造。
以如此制得的本實施例的TFT用作象素電極轉換元件時，將電極及其有關的互連線316、317之一連接到ITO等透明導電膜構成的象素電極，再經與其有關的互連線向另一電極施加信號。另一方面，將本實施例的TFT用在薄膜集成電路時，在柵極311上也要開出接觸孔，形成必要的互連線。
如上制作的TFT為n型TFT時，具有場效應遷移率為120-150cm2/Vs，S值為0.2-0.4V/位，及閾值電壓2-3V的良好特性。在同一基片301內形成的多個TFT之間的特性變動，為場效應遷移率在±12%以內，閾值電壓在±8%以內。
相反，也就是上述工藝制造的TFT為p型TFT時，亦具有場效應遷移率為100-140cm2/VS，S值為0.3-0.5V/位，及閾值電壓為-2～-3V的良好特性。在同一基片301內形成的多個TFT之間的特性變動，場效應遷移率在±10%以內，閾值電壓在±5%以內。
在上述的本實施例的說明中，是使用鎳做為促進晶化的催化元素，顯然，使用其他元素鈷、鈀、鉑、銅、銀、金、銦、錫、鋁、磷、砷或銻等，亦可得到上述相同的效果。
在上述說明中，是使用脈沖激光(準分子激光照射)進行熱處理來改善結晶硅膜的結晶度?；蛘?，用其他激光(例如連續(xù)波Ar激光等)亦可進行相同的處理。而且，除激光外，亦可用使用紅外線或閃光燈在短時間內將工件加熱至1000-1200℃(硅監(jiān)測器的溫度)的其他技術，如RTA(快速熱退火)，或RTP(快速熱處理)，等與激光同等光強的強光。
在實施例的TFT不僅可用于有源陣列型液晶顯示裝置的驅動電路或象素部分，亦可在同一基片上形成具有CPU的元件。
在上述的說明中，是以用于液晶顯示的有源陣列型基片為前提而說明的，但是，很明顯，上述的半導體器件亦可應用于例如密接型圖象傳感器，單片驅動器熱印字頭，以有機物電致發(fā)光(EL)元件作為發(fā)光元件的單片驅動器光寫入元件或顯示元件，或三維IC等。若在這些應用例中使用本發(fā)明，則可實現(xiàn)半導體元件的高快速響應或高分辨率等的高性能特性。
如圖9所示，對在基片上仍保留催化元素的導入區(qū)域305進行激光或其他強光照射時，催化元素會從導入區(qū)域表面析出，或是大量的催化元素會擴散到結晶生長端307正下方的基底覆層302部分，形成催化元素析出或擴散區(qū)域318c。相反，如上所詳述的，以本實施例的方法，在整個結構表面照射激光或其他強光前，已除去了催化元素導入區(qū)域。而且，可以只用橫向晶體生長區(qū)域用為TFT溝道區(qū)域源、漏區(qū)。結果，可提高所完成半導體器件的可靠性及電氣穩(wěn)定性。
又，將本實施例所說明的方法形成的有源區(qū)域用于TFT時，則可用一種簡便的制造方法，在整個大面積基片上得到具有特性均勻且穩(wěn)定的高性能TFT的半導體器件。特別是，若將本實施例的方法應用于液晶顯示裝置的制造，則可同時滿足有源陣列型基片所要求的象素開關TFT特性的均勻，及構成外圍驅動電路的TFT所要求的高性能。結果，可在同一基片上，實現(xiàn)構成有源陣列電路及外圍驅動電路的單片驅動型有源陣型基片，以便縮小組件尺寸，提高性能以及降低成本。
將參照圖10A-10O，說明本發(fā)明的第4實施例的半導體制造方法。圖10A-10O所示是各步驟中半導體裝置示意剖面圖。
首先，如圖10A所示，在洗凈后的絕緣基片400(例如玻璃基片)的表面上，用濺射裝置淀積厚約100nm的二氧化硅膜做為基底覆膜401。基底覆膜401的必要膜厚，因玻璃基片400表面狀態(tài)而有所不同。當基片400具有表面夠平坦，對半導體特性有不良影響的雜質離子(鈉等)的濃度夠低時，也可以省去基底覆膜401。相反地，基片400的表面多處受損或粗糙等時，則必須淀積比上述厚度更厚的基底覆膜401。
其次，如圖10B所示，在基底覆膜401上，使用例如化學氣相淀積法(CVD法)或濺射法淀積厚10nm左右的非晶硅膜402。
其次，如圖10C所示，在非晶硅膜402上，用二氧化硅等形成掩蔽層403。為了在掩蔽層403中選擇性地導入促進非晶硅膜402晶化的催化元素，且為了形成對準標志，掩蔽層403具有其中形成的開口404、405。隨后，以蒸發(fā)、濺射、等離子處理或溶液涂布方法在非晶硅膜402中導入催化元素。于是，如圖10D所示，在對應于非晶硅膜402的開口404、405的部分，形成催化元素導入區(qū)域406、407。
其次，在此狀態(tài)下，加熱處理整個基片。首先在導入區(qū)域406，407上造成非晶硅膜402多晶化。再繼續(xù)加熱處理時，則如圖10E的箭頭408所示，從催化元素導入區(qū)域406，407朝向外側，在相對于與基片400實質上平行的方向上，進行多晶化。充分地進行加熱處理時，如圖10F所示，在相對于與基片400實質上平行的方向上形成多結晶的多晶化區(qū)域410，以及存在于多晶化區(qū)域410周圍，與多晶化區(qū)域410比較，催化元素濃度較高的結晶生長端409。各區(qū)域中催化元素的濃度，通常在結晶生長端409為1×1019～1×1020原子/cm3左右，在多晶化區(qū)域410為1×1018原子/cm3左右。
加熱處理結束后，如圖10G所示，以干法蝕刻將已晶化硅膜402蝕刻掉。從而，除去對應于硅膜402開口404，405的部分(即催化元素被直接導入的區(qū)域406，407)。特別是，除去對應于開口405的部分，在硅膜402上形成對準標志A。在后繼步驟中，用對準標志A進行掩蔽層對準，可將催化元素選擇性地導入用形成的掩蔽層403做為第一掩蔽層。而且，本實施例中雖完全除去硅膜402的區(qū)域406、407，蝕刻到進一步的蝕刻處理不要超過以后各步驟掩蔽層容易進行對準的程度。
其次，如圖10H所示除去掩蔽層403，使用在露出的硅膜402表面上先形成的對準標志A，來形成光刻膠圖形411。將此光刻膠圖形411用于形成硅膜402的島狀圖形，以及形成柵極以后的步驟中，用于掩蔽層對準的對準標志的形成。
其次，如圖10I所示，進行蝕刻，形成島狀硅膜402及柵極形成以后的用于掩蔽層對準的對準標志的形成。此時，如10H及10I所示，島狀硅膜402是避開已蝕刻的區(qū)域406、407、催化元素濃度較高的結晶生長端409，及未結晶化的區(qū)域而形成。在本實施例中，對準標志412是利用先已形成的對準標志而形成，但亦可用掩蔽層403的圖形形成。
此后，如圖10J所示，淀積覆蓋在整個基片400上的膜413。此膜413用作柵極絕緣膜。又如圖10K所示，在膜413的預定位置上形成TFT的柵極414。
其次，以柵極414做為掩蔽層，以自對準的方式將雜質415摻入島狀硅膜402中。雜質元素415可用選自V族元素之一的磷或Ⅲ族元素中的硼。將柵極414用作為掩蔽層，可將元素415摻到不與柵極414重疊的硅膜402的區(qū)域416中。此區(qū)域416在摻入雜質415之后可成為n型或p型導電型區(qū)域，在后述的步驟中則成為TFT的源及漏區(qū)。
其次，如圖10M所示，淀積覆蓋整個基片400的層間絕緣膜417。再如圖10N所示，在TFT的源及漏區(qū)之上方的層間絕緣膜417上設置通孔418。最后，如圖10O所示，在層間絕緣膜417上形成源極、漏極419，完成TFT制造。此源極、漏極419的一部分是由填充通孔418而形成。
于是，在本實施例中，催化元素導入區(qū)域406、407全部被蝕刻除去，因此用硅膜402形成的TFT的有源區(qū)域不會與催化元素導入區(qū)域406、407重疊。
催化元素導入區(qū)域406、407并不一定要全部除去，只要TFT的有源區(qū)域不與催化元素的導入區(qū)域406、407重疊，亦可只蝕刻除去一部分。例如，導入區(qū)域406、407中，若其后用蝕刻除去TFT形成區(qū)域附近的部分，則亦可留下對準標志412附近的部分。
此外，使用對準標志A，可從TFT形成區(qū)域除去結晶生長端409。還有，由于是利用對準標志A而形成新對準標志412，再利用對準標志412而形成TFT，故TFT形成區(qū)域不會與催化元素導入區(qū)406、407重疊。
將參照圖11A-11O說明本發(fā)明的第5實施例中的半導體裝置的制造方法。圖11A-11O是各步驟中的半導體器件剖面示意圖。
首先，如圖11A所示，在洗凈后的絕緣基片500(例如玻璃基片)的表面上，用濺射裝置淀積厚約100nm的二氧化硅膜做為基底覆膜501。所需基底覆膜510的膜厚依玻璃基片500表面狀態(tài)而有所不同。在當基片500具有的表面夠平坦、對半導體特性有不良影響的雜質離子(如鈉離子)的濃度夠低時，則基底覆膜501的厚度可以減薄。條件好的時候，亦可以省去基底覆膜501。相反地，基片500的表面多處受損或粗糙時，則必須淀積比上述厚度更厚的基底覆膜501。
其次，如圖11B所示，在基底覆膜501上，使用例如化學氣相淀積法(CVD法)或濺射法淀積厚100nm左右的非晶硅膜502。
其次，如圖11C所示，在非晶硅膜502上，用二氧化硅等形成掩蔽層503。為了在掩蔽層503中選擇性地導入促進非晶硅膜502晶化的催化元素，且為了形成對準標志，掩蔽層503具有形成開口504，505。隨后，以蒸發(fā)、濺射、等離子處理或溶液涂布方法在非晶硅膜502中導入催化元素。于是，如圖11D所示，在對應于非晶硅膜502的開口504，505部分，形成催化元素導入區(qū)域506、507。
其次，在此狀態(tài)下，加熱處理整個基片時，首先在導入區(qū)域506、507上造成非晶硅膜502多晶化。再繼續(xù)加熱處理時，則如圖11E的箭頭508所示，從催化元素導入區(qū)域506，507朝向外側，在相對于與基片500實質上平行的方向上，進行多晶化。充分地進行加熱處理時，如圖11F所示，在相對與基片500實質上平行的方向上形成多結晶的多晶化區(qū)域510，以及存在于多晶化區(qū)域510周圍，與多晶化區(qū)域510比較，催化元素濃度較高的結晶生長端509。各區(qū)域中催化元素的濃度，通常在結晶生長端509為1×1019～1×1020原子/cm3左右，在多晶化區(qū)域510為1×1018原子/cm3左右。
加熱處理結束后，如圖11G所示，用開口505形成光刻膠圖形511。此光刻膠圖形511用于形成硅膜502的島狀圖形，以及柵極形成以后步驟中，形成掩蔽層對準用的對準標志。
其次，如圖11H所示，用此光刻膠圖形511蝕刻掩蔽層503及硅膜502。所得到的島狀硅膜502是避開催化元素導入區(qū)域506、507、催化元素濃度較高的結晶生長端509，及未結晶化的區(qū)域而形成。此外，除了對準標志A之外，柵極形成以后的光刻步驟中所用的對準標志512亦被同時形成在硅膜502上。其后利用形成在硅膜502上的對準標志A或對準標志512進行掩蔽層對準，使掩蔽層503成為第一掩蔽層。而且，在本實施例中，對準標志512是利用硅膜502的島狀化所用的光刻膠圖形511來形成，但亦可用掩蔽層503的圖形來形成。
其次，如圖Ⅲ所示，除去光刻膠圖形511及掩蔽層503。接著如圖11J所示，淀積膜513覆蓋在整個基片500上。此膜513系用做柵極絕緣膜。此外，如圖11K所示，在膜513的預定位置上形成TFT的柵極514。
其次，以柵極514做為掩蔽層，自對準地將雜質515摻入到島狀化的硅膜502中。雜質515可用V族元素中之一的磷或Ⅲ族元素中之一的硼。將柵極514用作掩蔽層，可將元素515摻到硅膜502中不與柵極514重疊的區(qū)域516。在區(qū)域516在摻入雜質515之后，可成為n型或p型導電型區(qū)域，在后述的步驟中，則成為TFT的源區(qū)及漏區(qū)。
其次，如圖11M所示，淀積層間絕緣膜517覆蓋在整個基片500上。再如圖11N所示，在TFT的源極及漏極區(qū)的上方的層間絕緣膜517上形成通孔518。最后，如圖110所示，在層間絕緣517上形成源極、漏極519，完成TFT制造。此源極、漏極519的一部分是填充通孔518而形成。
于是，在本實施例中，將催化元素導入區(qū)域506，507全部蝕刻除去，因此用硅膜502形成的TFT有源區(qū)域不會與催化元素的導入區(qū)域506、507重疊。
催化元素導入區(qū)域506、507并不一定要全部除去，只要TFT有源區(qū)域不與區(qū)域506、507重疊，亦可只蝕刻去除一部分。例如導入區(qū)域506、507中，若其后用蝕刻除去TFT形成區(qū)域附近的部分，則亦可留下對準標志512附近的部分。
將參照圖12A～12T，說明本發(fā)明的第6個實施例的半導體器件的制造方法。圖12A～12T是各步驟中的半導體器件剖面示意圖。
首先，如圖12A所示，在洗凈后的絕緣基片600(例如玻璃基片)表面上，用濺射裝置淀積厚約100nm的二氧化硅膜做為基底覆膜601?；赘材?01的必要膜厚，因玻璃基片600表面狀態(tài)而有所不同。若基片600的表面夠平坦、對半導體特性有不良影響的雜質離子(鈉等)的濃度夠低時，基底覆膜601的厚度就可以減薄。條件允許時，亦可省去基底覆膜601。相反地，基片600的表面多處受損或粗糙時，則必須淀積比上述厚度更厚的基底覆膜601。
其次，如圖12B所示，在基底覆膜601上，使用例如化學氣相淀積法(CVD法)或濺射法淀積厚100nm左右的非晶硅膜602。
其次，如圖12C所示，在非晶硅膜602上，用二氧化硅等形成掩蔽層603。為了在掩蔽層603中選擇性地導入促進非晶硅膜602晶化的催化元素，且為了形成對準標志，掩蔽層603具有形成的開口604、605。隨后，以蒸發(fā)、濺射、等離子處理或溶液涂布方法在非晶硅膜602中導入非晶硅膜602的開口604、605部分，形成催化元素的導入區(qū)域606、607。特別是，對應于用于形成對準標志的開口605的導入區(qū)域，通常具有如圖12I所示的形狀。
其次，在此狀態(tài)下，加熱處理整個基片時，首先在導入區(qū)域606、607上造成非晶硅膜602多晶化。再繼續(xù)加熱處理時，則如圖12E的箭頭608所示，從催化元素導入區(qū)域606、607朝向外側，在相對于與基片600實質上平行的方向上，進行多晶化。充分地進行加熱處理時，如圖12F所示，在對應于與基片600實質上平行的方向上形成多結晶的多晶化區(qū)域610，以及存在于多晶化區(qū)域610的周圍，與多晶化區(qū)域610比較，催化元素濃度較高的結晶生長端609。各區(qū)域中催化元素的濃度，通常在結晶生長端609為1×1019～1×1020原子/cm2左右，在多晶化區(qū)域610為1×108原子/cm3左右。
其次，加熱處理結束后，如圖12G所示，除去掩蔽層603。在此狀態(tài)下，如圖12J所示，已導入催化元素的區(qū)域607與其他未導入催化元素的區(qū)域611、612之間的界線613不很清楚而只能用些微的濃淡差來判別。因此，為使界線613不很清楚，如圖12H所示，以波長為308nm的XeCl激光615照射對準標志附近的區(qū)域614?；蛘撸f可用波長為248nm的KrF激光。由此，如圖12K所示，在催化元素濃度較高的區(qū)域(即已導入催化元素的區(qū)域607)產生粗糙的表面。結果，使對準標志得以容易識別，界線613變得清楚。
上述處理中的激光照射條件隨催化元素的濃度或多結晶硅膜的厚度而不同。能量密度較好為200-400mJ/cm2，特別是多結晶硅膜的厚度為100nm時，能量密度定為250-300mJ/cm2。
其后利用形成在硅膜602上的對準標志616進行掩蔽層對準，使掩蔽層603成為第一掩蔽層。
其次，如圖12L所示，用對準標志616形成光刻膠圖形617。此光刻膠圖形617用于形成硅膜602的島狀圖形，以及柵極形成以后的步驟中，用于掩蔽層對準的對準標志的形成。
其次，如圖12M所示，用此光刻膠圖形617蝕刻硅膜602。所得到的島狀硅膜602是避開催化元素導入區(qū)域606、607、催化元素濃度較高的結晶生長端609，及未結晶化的區(qū)域而形成。此外，對準標志616的一部分及柵極形成以后使用的其他對準標志618亦同時形成在硅膜602上。而且，在本實施例中，雖然對準標志618是利用硅膜602的島狀化所用的光刻膠圖形617來形成，但亦可用掩蔽層603的圖形來形成。
其次，如圖12N所示，除去光刻膠圖形617。接著如圖120所示，淀積覆蓋整個基片600的膜619。此膜619用做柵極絕緣膜使用。此外，如圖12P所示，在膜619的預定位置上，形成TFT的柵極620。
其次，如圖120Q所示，以柵極620做掩蔽層，自對準地將雜質621摻到島狀化的硅膜602中。雜質621可用V族元素中之一如磷或Ⅲ族元素中之一如硼。將柵極620用做掩蔽層，可使元素621摻到硅膜602中不與柵極620重疊的區(qū)域622。此區(qū)域622在摻入雜質621之后，可成為n型或p型導電型區(qū)域，在后述的步驟中則成為TFT的源極及漏極區(qū)。
其次，如圖12R所示，淀積覆蓋整個基片600的層間絕緣膜623。再如圖12S所示，在TFT的源區(qū)及漏區(qū)上方的層間絕緣膜623上形成通孔624。最后，如圖12T所示，在層間絕緣膜623上形成源極、漏極625，完成TFT制造。此源極、漏極625的一部分電填充通孔624而形成。
在本實施例中，催化元素導入區(qū)域606、607全部被蝕刻除去，因此用硅膜602形成的TFT有源區(qū)域不會與催化元素導入區(qū)606、607重疊。
催化元素導入區(qū)域606、607并不一定要全部除去，只要TFT有源區(qū)域不與催化元素導入區(qū)域606、607重疊，亦可只蝕刻除去其中一部分。例如，導入區(qū)域606、607中，若其后用蝕刻除去TFT形成區(qū)域附近的部分，則亦可留下對準標志616附近的部分不蝕刻去。
如以上說明，本發(fā)明的第4～第6實施例在掩蔽層上設置開口，該開口部則用于將促進晶化的催化元素選擇性地導入硅膜及形成對準標志。再以該掩蔽層作為基準，在硅膜上形成用于掩蔽層對準的對準標志。這樣就能正確地使橫向結晶生長區(qū)域與TFT器件區(qū)域(在源區(qū)域)對準。特別是，可以實現(xiàn)目前為止非常困難的橫向結晶生長區(qū)域與TFT的器件區(qū)域(有源區(qū)域)的自動對準，為使用晶化半導體膜的大型半導體器件的大產生打開一條道路。
又，上述對準標志，是利用掩蔽層的開口而形成。當上述對準標志在基片上的硅膜上形成凹陷時就容易被識別，反之，如果對準標志與硅膜的其他部分在同一面上，其界線就不清楚，但為了容易辨別，可以用光能量照射使界線顯現(xiàn)。此外，通過在硅膜上形成適當?shù)男螤?，在光刻步驟中也能實現(xiàn)大量生產所必須的自動對準。
若選用Ni，Co，Pd，Pt，F(xiàn)e，Cu，Ag，Au，In，Sn，P，As及Sb中的至少一種元素做為催化元素，則可降低使硅膜多結晶化的熱處理的處理溫度，而可以使用玻璃基片。
若將催化元素的導入濃度設定在1×1018原子/cm3～1×2020原子/cm3之間，則可得到制作TFT時所利用的橫向結晶生長部分有足夠結晶生長的距離，并可防止將催化元素過量地導入硅膜時所造成的TFT特性劣化。
此外，由于可以控制結晶生長的方向，可以在同一基片中同時制作導電特性不同的TFT。例如，在制作有源陣列型TFT-LCD時，對須要較大遷移率的外圍驅動電路部分的TFT，就使工作時的載流子移動方向與結晶性硅膜的結晶生長方向相平行，對必須將漏電流降低的象素部分的TFT，則使工作時的載流子移動方向與結晶性硅膜的結晶生長方向相垂直，這樣就可配置各部分具有各自所須特性的TFT。
如上述，可以以較低的制造成本實現(xiàn)大型半導體器件的大量生產。
本實施例是說明本發(fā)明半導體器件中器件區(qū)域的多個配置例。
在圖13所示例中，在未圖示的基片表面上形成的絕緣膜(未圖示)上，至少形成一部分成為多結晶區(qū)域702的硅膜，多結晶區(qū)域702是將較多結晶區(qū)域702狹窄，其中已選擇性地導入催化元素的導入區(qū)域701的由橫向結晶生長而成。多結晶區(qū)域702的一端，為橫向結晶生長的生長端703。
在圖13例中，在多結晶區(qū)域702中，形成TFT的器件區(qū)域704，不與催化元素的導入區(qū)域701重疊。在這種配置下，器件區(qū)域704會橫跨生長端703的一部分，但通過適當?shù)呐渲肨FT的源區(qū)或漏區(qū)，可制得具有高遷移率的TFT。
另外，在圖14例中，在多結晶區(qū)域702中，形成TFT的器件區(qū)域704不與催化元素的導入區(qū)域701重疊，且被配置在此橫向生長的生長端703內側。在這種配置下，器件區(qū)域704不會橫跨生長端703，因此即使不特別考慮TFT的制作位置，亦可視需要制得具有高遷移率的TFT或開-關(ON-OFF)比大的TFT。
此外，在圖13及圖14所示配置中，為使TFT的溝道區(qū)域中載流子的移動方向與結晶生長方向一致時，即使載流子的移動方向上不存在晶界，就能進一步提高TFT的遷移率?；蛘?，當使TFT的溝道區(qū)域中的載流子移動方向與結晶生長方向正交時，使電場集中的漏極區(qū)端部無晶界，因而，降低了TFT運作時造成特性惡化的漏區(qū)端部的晶界陷阱能級密度，于是可制得具有開-關比大的TFT。換言之，使硅膜的晶粒生長方向與TFT的導電方向實質上相平行來配置TFT時，則可實現(xiàn)高遷移率的TFT。而硅膜的晶粒生長方向與TFT的導電方向實質上相垂重來配置TFT時，則可降低漏區(qū)端部的晶界陷阱能級密度。
此外，通過如上述使促進非晶半導體膜晶化的催化元素導入區(qū)域不與TFT的器件區(qū)域重疊而配置，可避開催化元素導入區(qū)域中所發(fā)生的TFT特性惡化現(xiàn)象。而且，通過將TFT的器件區(qū)域配置在橫向結晶生長的生長端內側，可降低TFT的漏區(qū)端部的晶界陷阱能級密度，防止接觸失效。此種配置可大大提高大型半導體器件制造時特別重要的制造成品率。
在上述說明中，硅膜是在形成于基片表面上的絕緣膜上形成的，但半導體膜的形成不限于上述說明的安排。例如，將硅膜直接形成在絕緣基片上，或在絕緣性基片上形成絕緣膜以后再形成之。
將參照圖15A、15B及16A～16F于下說明本發(fā)明的第8個實施例中半導體器件及其制造方法。本實施例是說明利用本發(fā)明在玻璃基片上制作n型TFT的情形。本實施例的TFT可用于有源陣列型液晶顯示裝置的驅動器電路或象素部分，此外，亦可用作在同一玻璃基片上形成CPU(中央處理器)的半導體器件。此外，實施本發(fā)明的TFT不僅可應用于液晶顯示裝置，而且可應用于一般所稱的薄膜集成電路。
圖15A及15B為根據(jù)實施例利用橫向結晶生長區(qū)域制作的TFT平面圖。圖16A～16F是沿圖15A的線16-16′切開的剖面圖，按圖號順序依次進行的制作步驟。特別是沿圖15A的線16-16′得到的剖面對應于圖16E或圖16F。
在以下說明的本實施例中，如圖15A所示，是沿著與區(qū)域800的長邊垂直的方向依此順序配置源區(qū)811、溝道區(qū)810及漏區(qū)812下制作TFT，但如圖15B所示，沿著與區(qū)域800的長邊平行的方向依序配置源區(qū)811、溝道區(qū)811及漏區(qū)812下，亦可用完全相同的方法毫無問題地制作TFT。
首先，如圖16A所示，在玻璃基片801上，以例如濺射法，形成由膜厚200nm左右的氧化硅膜所構成的基底覆膜802。形成此基底覆膜802是為了防止來自基片801的雜質擴散。其次，以減壓CVD(化學氣相淀積法)或等離子CVD法淀積膜厚25-100nm(例如80nm)的本征(I型)非晶硅膜803。
其次，將由氧化硅膜或氮化硅膜等所構成的掩蔽層804淀積在非晶硅膜803上。掩蔽層804具有其中所形成的開口，該開口使非晶硅膜部分呈狹縫狀露出。若從上面看圖16A的狀態(tài)，則如圖15A及15B所示，非晶硅膜的預定區(qū)域800透過開口部以狹縫狀露出，而其他部分則為掩蔽層804所覆蓋。
在設置掩蔽層804后，如圖16B所示，將鎳鹽(如醋酸鎳或硝酸鎳等)的水溶液805涂布在整個玻璃基片801上。用旋涂器涂布水溶液805，使膜厚度均勻后，進行干燥步驟。此水溶液805中的鎳濃度為50-200ppm范圍，較好為100ppm。在區(qū)域800中，析出的Ni離子與非晶硅膜803接觸，從而，將微量鎳選擇性地導入非晶硅膜803的區(qū)域800中，其后，在氫還原氣氛(較好為氫氣分壓0.1～1大氣壓的氫還原氣氛)下，或惰性氣氛(大氣壓)下，使全體基片在520-580℃溫度下，進行退火處理數(shù)小時至數(shù)十小時(例如在580℃下16小時)。從而，使非晶硅膜803晶化。
在已微量導入了鎳的區(qū)域800中，沿與玻璃基片801相垂的方向上發(fā)生非晶硅803的結晶化，于是形成結晶性硅膜803a。此區(qū)域800周圍，如圖16C箭頭806所示，結晶生長是從區(qū)域800朝橫方向(與基片801表面平行的方向)推進，而形成橫向結晶生長的結晶性硅膜803b。非晶硅膜803的其他部分則乃保持非晶態(tài)不結晶化。通常，如箭頭806所示的與基片801平行方向的橫向結晶生長距離L為140μm左右。
其后，除去掩蔽層804和結晶性硅膜803中不要的部分，以提供器件間隔離。其結果，如圖16D所示，得到被刻成島狀圖形的結晶性硅膜803b。此島狀結晶性硅膜803b在后述的步驟中成為TFT的有源區(qū)域(即源區(qū)811、漏區(qū)812及溝道區(qū)810)。
此時，將結晶性硅膜803b刻成圖形，使要成為TFT的溝道區(qū)810的部分配置于距催化元素(在本實施例中為Ni)導入區(qū)域800的距離a＝120μm以內的位置。即，在圖15A中，將距離a設定在120μm以下，來形成TFT溝道區(qū)域810。若距離a較好為60μm以下，最好為30μm以下，則因上述理由可得到所希望的效果。具體言之，在本實施例中，是使距離a成為20μm而將非晶硅膜803b形成圖形。
另外，在按圖15B所示結構制作TFT時，將結晶性硅膜803b刻成圖形，其圖形是使從區(qū)域800的溝道區(qū)810附近的側邊到溝道區(qū)810的區(qū)域800的遠側的側邊的距離a′為120μm以下。于是，可得到與上述相同的效果。
此后，淀積膜厚20～150(例如100nm)的氧化硅膜用作柵極絕緣膜807，而覆蓋將成為TFT有源區(qū)域的結晶性硅膜803b上。使用TEOS做為淀積氧化硅膜的原料。即將基片溫度保持在150～160℃，較好為300～450℃，以RF等離子CVD方法使TEOS與氧一起分解，淀積氧化硅膜?；蛘撸嗫蓪⒒瑴囟缺３衷?50～600℃，較好為400～550℃，以減壓等離子CVD法使TEOS與臭氧一起分解，淀積氧化硅膜。
形成柵極絕緣膜807之后，為了提高柵極絕緣膜807本身的整體特性及結晶性硅膜803b與柵極絕緣膜807間的界面特性，在惰性氣氛中，在400～600℃下進行退火處理30-60分鐘。接著，用濺射法淀積厚400-800nm(例如600nm)鋁膜。隨后，將鋁膜刻成圖形，而形成柵極808。
此外，對此柵極808進行陽極氧化，在柵極808表面形成氧化物層809。此陽極氧化是將基片浸入含有1-5%酒石酸的乙二醇溶液中，保持電流恒定同時將所加電壓提高到220V，并保持該狀態(tài)一小時而完成。所得到的氧化物層809的厚度通常為200nm。此氧化物層809在后述的離子摻雜步驟中，用作形成偏移柵極區(qū)域。因此，通過適當?shù)乜刂粕鲜鲫枠O氧化步驟的參數(shù)，控制氧化物層312厚度，可決定偏移柵區(qū)域的長度。
其次，將柵極808及其表面的氧化物層809做為掩蔽層，用離子摻雜法，在結晶性硅膜803b中摻入雜質(磷)。具體說來，以磷烷(PH3)為摻雜氣體，加速電壓為60-90KV(例如80KV)，摻雜劑量為1×1015～8×1015cm-2(例如2×1015cm-2)。通過此摻雜步驟，摻入了雜質的區(qū)域811a，812a，此后成為TFT的源極和漏區(qū)811和812，而被柵極808及氧化物層809掩蔽又沒有摻入雜質的區(qū)域810a，則在此后成為TFT的溝道區(qū)810。
其后，如圖16E所示，以激光照射進行退火處理，以便激活所摻入的雜質，同時改善在上述離子摻雜步驟中惡化的結晶性硅膜的結晶性。例如，可用XeCl準分子激光(波長308nm，脈沖寬度40nsec)作為激光源，將激光能量密度設定在150～400mJ/cm2(較好200～250mJ/cm2)進行照射。如摻入雜質的區(qū)域811、812的薄層電阻通常為200-800Ω/□。
其次，淀積厚600nm左右的氧化硅膜或氧化硅膜做為層間絕緣膜813。在使用氧化硅膜時，則使用TEOS及氧，通過等離子CVD法，或使用TEOS及臭氧，通過減壓CVD法或常壓CVD法來淀積。借此，這樣淀積層間絕緣膜813具有充分覆蓋基片表面上臺階的優(yōu)異臺階包覆層?；蛘?，若利用以SiH4與NH3為原料氣體，以等離子CVD法淀積氮化硅膜形成層間絕緣膜813，則可把氫原子供給包括源區(qū)811、溝道區(qū)810及漏區(qū)812的有源區(qū)域816與柵極絕緣膜807之間的界面。因此，具有減少使TFT特性惡化的不成對鍵的效果。
其次，在層間絕緣膜813上開出接觸孔817，并且淀積金屬材料(如氮化鈦與鋁)的多層膜，形成TFT的電極，及互連線814、815。最后，在1大氣壓的氫氣氛中，進行溫度為350℃的30分鐘退火處理，完成如圖16F所示的TFT818制造。
以如此制得的本實施例的TFT818用做有源陣列液晶顯示裝置的象素電極轉換元件時將電極及其有關的互連線814、815之一接到ITO(氧化銦錫)等透明導電膜所構成的象素電極，再從另一電極及其有關的互連線輸入信號。另一方面，將本實施例的TFT818用于集成電路時，在柵極808上亦開出接觸孔，通過此接觸，形成連接到柵極808的必要互連線。
如上制作的n型TFT具有良好的特性，場效應遷移率為80～120cm2/VS，且閾值電壓為2～3V。
下面將參照附圖17A、17B及18A-18F，說明本發(fā)明的第9個實施例中的半導體器件及其制造方法。本實施例是說明利用本發(fā)明在玻璃基片上制造p型TFT的情況。
圖17A和17B是根據(jù)本實施例，利用橫向結晶生長區(qū)制造的TFT，從基片上方看的平面圖。圖18A-18F是沿圖17A的線18-18′切開的剖面圖，按圖號順序進行制造的步驟。特別是，沿圖17A的線18-18′所得的剖面圖對應于圖18E或18F。
在以下說明的本實施例中，如圖17A所示，以這種方式制造TFT，使源區(qū)911、溝道區(qū)910及漏極區(qū)912沿與區(qū)域900長邊相垂直的方向配置?；蛘撸部捎猛耆嗤姆绞?，使源區(qū)911、溝道區(qū)910及漏區(qū)912沿與區(qū)域900長邊相平行的方向配置來制造TFT也毫無問題，如圖17B所示。
首先，如圖18A所示，在玻璃基片901上，用濺射法淀積厚約200nm的二氧化硅形成基底覆膜902。其次用減壓CVD或等離子CVD法，淀積厚為25-100nm(例如80nm)的本征(I型)非晶硅903。
其次，在非晶硅膜903上形成由二氧化硅膜或氮化硅膜構成的掩蔽層904。此掩蔽層904其中具有已形成的開口，通過此開口，露出狹縫狀的非晶硅膜部分。從上面看圖18A的狀態(tài)，則如圖17A及17B所示，其中非晶硅膜的預定區(qū)域900，通過開口的狹縫狀露出，而其他區(qū)域則為掩蔽層904所覆蓋。
在形成掩蔽層904后，如圖18B所示，用濺射法淀積厚0.5～20nm(例如2nm)的硅化鎳905(NiSiX，0.4≤X≤2.5，例如X＝2.0)。對淀積后的基片，在氫還原氣氛下或惰性氣氛中，在520～580℃下，經數(shù)小時至數(shù)十小時熱處理(例如在550℃下經16小時熱處理)。于是，使非晶硅膜903晶化。
在已選擇性地導入小量鎳的區(qū)域900，沿與玻璃基片相垂直的方向發(fā)生非晶硅膜903的晶化，形成結晶性硅膜903d。在區(qū)域900周圍，如圖18C箭頭906所示，結晶生長從區(qū)域900朝橫向(與基片901表面相平行的方向)進行，而形成通過橫向結晶生長的結晶性硅903b。非晶硅膜903的其余部分仍保持為未晶化的非晶態(tài)。通常，如箭頭906所示的與基片901平行的方向上的橫向結晶生長距離L約為80μm。
其后，除去掩蔽層904及結晶性硅膜中不要的部分，以提供器件隔離。結果，如圖18D所示，得到刻成島狀的結晶性硅膜903b。此島狀結晶性硅膜903b用作有源區(qū)，即后述步驟中，TFT的源區(qū)911、漏區(qū)912及溝道區(qū)910。
此時，以這種方式將結晶性硅膜903b刻成圖形，使如圖17(A)所示的距離(b)，即從TFT的溝道區(qū)910部分的短邊之一到催化元素(本實施例中為Ni)導入區(qū)900的短邊之一的距離在30μm以上。具體說，在本實施例中，使結晶性硅膜903b刻成圖形，該距離b為30μm。
另一方面，在按圖17(B)所示結構制造TFT時，將結晶性硅膜903b刻成圖形，使按距離b相同定義的b在30μm以上。于是，可以達到如上說明的類似效果。
其次，淀積厚20-150nm(例如100nm)的二氧化硅膜用作柵絕緣膜907，而覆蓋在將成為TFT有源區(qū)的結晶硅膜903b上。本實施例中，是淀積氧化硅膜，以氧化硅為靶材，在氧氣氛或氧與氫的混合氣氛中進行濺射。濺射時，基片保持在200～400℃下(例如350℃)。此外，濺射氣氛中的氬與氧之比(Ar/O2)設定在0.5以下，一般為0.1以下。
其次，用濺射法淀積厚400nm的鋁膜。其后將這種淀積的鋁膜刻成柵極908。其次，用柵極908為掩蔽，將雜質離子(硼)，用離子摻雜法，摻入有源區(qū)。更具體地說，用乙硼烷(B2H6)做摻雜氣體，加速電壓設定為40-80KV(例如 65KV)及摻雜劑量設為1×1015～8×1015cm-2(例如5×1015cm-2)。用離子摻雜步驟，摻以雜質的區(qū)域911a和912a，隨后用作TFT的源區(qū)911和漏區(qū)912，而被柵電極908掩蔽的區(qū)域910a因而沒有摻以雜質，隨后用作TFT的溝道區(qū)910。
其次，如圖18E所示，為了激活這樣摻入的雜質以及改善上述離子摻雜步驟中惡化了的結晶性硅膜的結晶度，施以激光束退火?？衫缬肒rF準分子激光(波長為248nm，脈寬為20ns)做激光源。激光的能量密度設為150-400mJ/cm2，較佳為200-250mJ/cm2，用以照射。區(qū)域911和912薄層電阻;其中因已摻入P-型雜質(硼)，通常為500-900Ω/□。
其次，淀積厚約600nm的氧化硅膜或氮化硅膜，作為層間絕緣膜913。對用氧化硅膜時，用TEOS與氧時，用等離子CVD法，利用TEOS與臭氧時，通過低壓CVD或常壓CVD法，淀積此氧化硅膜。因此所淀積的層間絕緣膜913給基片表面上包含著很多的臺階提供優(yōu)良的臺階覆蓋層。
其次，在層間絕緣膜913中開出各接觸孔916及917，淀積金屬材料(例如氮化鈦及鋁)的多層膜，形成TFT的各電極及金屬互連線914及915。最后，在氫氣氛中1大氣壓下，在350℃，進行退火30分鐘，完成如圖18F所示的TFT918制造。
當利用本實施例的如此制造的TFT，用作開關有源陣列型液晶顯示裝置的象素電極元件時，電極及其相關的互連線914或915之一接到由透明導電膜(例如ITO)形成的象素電極，而顯示裝置的信號加到其他電極及其相關的電極的互連線。另一方面，當將本實施例的TFT918用在薄膜集成電路的應用中時，還要開出直達柵電極908的接觸孔，通過接觸孔，形成連接柵極908的必要的互連線。
如上制造的P-型TFT具有良好的特性，場效應遷移率為60-80cm2/VS，而閾值電壓為-2～-8伏。
下面說明本發(fā)明的第10實施例的半導體器件及其制造方法。
圖19是根據(jù)本實施例，利用橫向結晶生長區(qū)形成的TFT，從基片上方看的平面圖，顯示出所制成的TFT的源區(qū)1011、漏區(qū)1012、及溝道區(qū)1010與催化元素導入區(qū)1000、橫向結晶生長區(qū)1003b的關系。
按與第8及第9實施例相同的步驟，在玻璃基片上形成基底覆膜及非晶硅膜(均未示出)。其次，淀積厚度為10-200nm(例如50nm)的氧化硅膜，用做促進非晶硅膜晶化的催化元素導入的掩蔽層1004。通過刻成圖形，使該氧化硅膜被蝕刻去區(qū)域1000，打開用于選擇性地將催化元素導入非晶硅膜預定區(qū)域1000的通孔。此時，以這種方式設置區(qū)域1000，使如圖19所示的實質上呈矩形的區(qū)域1000的長邊長度C，即與以后要制造的TFT有源區(qū)特定對應邊的長度在120μm以上。
其后，在通過掩蔽層1004呈狹縫狀露出的非晶硅膜區(qū)域1000上，按以上述第8及第9實施例相同的方法，導入鎳等催化元素。此外，在惰性氣氛中，在550℃使此非晶硅膜退火約16小時，加以晶化。于是，此非晶硅膜的區(qū)域1000變?yōu)榇怪鄙L結晶硅膜1003a，其中晶體生長發(fā)生在厚度方向，亦即，在與玻璃基片表面垂直的方向。另一方面，在區(qū)域1000的周圍形成了結晶性硅膜1003b，其中晶體生長從區(qū)域1000出發(fā)，沿與基片表面平行的橫方向進行。通常，沿由箭頭1006所示方向橫向結晶生長，所得的結晶性硅膜1003b的生長范圍L約為80nm。當基片上有多個催化元素導入區(qū)域1000時，從任何一個區(qū)域1000生長的結晶性硅膜1003b中都可得到橫向結晶生長穩(wěn)定均勻的距離L。
其次，除去此掩蔽層1004及不要的結晶性硅膜1103b的部分，以提供器件的隔離。
在上述步驟中，形成刻成島狀的結晶性硅膜，它將是TFT的有源區(qū)域，包括源區(qū)1011、漏區(qū)1012及溝道區(qū)1010。其后，通過與第8或第9實施例相同的步驟，完成TFT1013。
下面說明本發(fā)明的第11實施例的半導體器件及其制造方法。
圖20是根據(jù)本實施例，利用橫向結晶生長區(qū)域制造的TFT，從基片上方看的平面圖。圖20顯示要制造的TFT的源區(qū)1111、漏區(qū)1112及溝區(qū)1110，催化元素導入區(qū)域1100及橫向非晶生長區(qū)1103b之投影關系。
按與第8及第9實施例相同的步驟，在玻璃基片上形成基底覆膜及非晶硅膜(兩者都未示出)。其次，淀積厚度10-200nm(例如20nm)的氧化硅膜，用作導入催化元素促進非晶硅膜晶化用的掩蔽層1104。通過將此硅氧化膜刻成圖形，蝕刻在區(qū)域1100，開出通孔，為的是將催化元素選擇性地導入到非晶硅膜的一定區(qū)域1100。此時，以這樣方式提供此區(qū)域1100，如圖20所示，區(qū)域1100的X方向寬度d大于5μm。
其次，在通過掩蔽層1104呈狹縫狀露出的非晶硅膜區(qū)域1100上，按上述第8及第9實施例相同的方法導入鎳等催化元素。此外，在惰性氣氛中在550℃下，退火處理此非晶硅膜16小時，使之晶化。于是，非晶硅膜的區(qū)域1100變成在膜厚方向(即與玻璃基片表面垂直的方向)結晶生長的縱向生長結晶性硅膜1103a。另一方面，在區(qū)域1100周圍，形成從區(qū)域1100朝與玻璃基片表面平行的方向(即橫方向)結晶生長的結晶性硅膜1103b。沿箭頭1106所示方向橫向結晶生長，所得的結晶性硅膜生長的距離L約為80nm。當此基片表面存在多個催化元素導入區(qū)1100時，從任何一個區(qū)域1100生長的結晶性硅膜1103b中都可得到橫向結晶生長的穩(wěn)定均勻的距離L。
其次，除去此掩蔽層1104及結晶性硅膜1103b的不要部分，以提供器件間隔離。
在上述步驟中，形成刻成島狀圖形的結晶性硅膜，它將是TFT的有源區(qū)，包括源區(qū)1111、漏區(qū)1112及溝道區(qū)1110。其后，通過如第8或第9實施例相同的步驟，就完成了TFT1113。
下面將說明本發(fā)明的第12實施例。
在本實施例中，將說明把本發(fā)明用于玻璃基片上，制造多個TFT的情形。本發(fā)明的半導體器件可用在有源陣列型顯示裝置的驅動電路或象素部分，或者薄膜集成電路中。此后，將說明本發(fā)明應用于液晶顯示裝置的有源陣列部分內的象素開關TFT的具體情況。
圖21A-21E是根據(jù)本實施例，利用橫向結晶生長區(qū)域而形成TFT，從基片上方看的平面圖，顯示液晶顯示裝置的有源陣列顯示部分的各制造各步驟。在本實施例中，按圖號順序進行此制造步驟。雖然實際上的液晶顯示裝置的有源陣列顯示部分包含有數(shù)萬個TFT，但在本實施例中為清楚起見，只說明一個3×3的有源陣列顯示部分。
首先，在玻璃基片上淀積由氧化硅構成的基底膜，然后淀積厚約50nm的非晶硅膜。其次，形成待用于選擇性地導入促進非晶硅晶化的催化元素的掩蔽層1204。而且通過將此掩蔽層1204刻成圖形，蝕刻去預定的區(qū)域1200，提供一個通孔，經過選擇性地將催化元素導入非晶硅膜的預定區(qū)域1200中。
在掩蔽層1204中形成通孔后，用蒸發(fā)法淀積厚為1nm的鎳膜。其次，在惰性氣氛中，使基片經受熱處理，例如，在550℃下進行16小時。于是，此非晶硅膜被晶化。
在此階段，如圖21A所示，在微量鎳選擇性地導入了的區(qū)域1200中，沿與玻璃基片垂直的方向發(fā)生非晶硅膜的晶化，從而形成結晶性硅膜1203a。在區(qū)域1200周圍，如箭頭1206所示，結晶生長是從區(qū)域1200朝橫向方向(與基片平行的方向)進行，于是形成橫向結晶生長后的結晶性膜1203b。非晶硅膜的其余部分仍保持為非晶態(tài)。
其次，除去掩蔽層1204及結晶性硅膜1203b中的不要部分，以提供器件間隔離。結果，如圖21B所示，從一個鎳導入區(qū)域1200經過橫向結晶生長而得到的結晶性硅膜1203b中，形成多個TFT(本實施例為3個)的有源區(qū)1203C。此時，在圖21B中，藉著在先前的實施例中所說明的距離a為120μm以內、距離b為30μm以內、寬度d為5μm以上之位置上形成有源區(qū)域1203c，可如先前說明者達成更良好的效果。
此有源區(qū)域1203c在隨后的步驟中成為TFT的源區(qū)、漏區(qū)及溝道區(qū)。又，圖21B相當于在非晶硅膜上形成圖樣時形成光刻圖樣后的情況。其后，將結晶性硅膜1203b中不要的部分蝕刻掉，得到圖21c的情況。
其次，為覆蓋上述結晶性硅膜1203b的有源區(qū)域1203c，淀積膜厚120nm左右的氧化硅膜做為柵極絕緣膜。還有，其上淀積厚約500nm的鋁膜。于是，將這樣淀積的鋁膜刻成柵極及互連線1208，如圖21D所示。此后，用離子摻雜法，利用柵極1208為掩蔽，將雜質(磷或硼)摻入有源區(qū)1203c。由此步驟摻以雜質的區(qū)域1211a及1212a以后用作TFT1213的源區(qū)1211與漏區(qū)1212，而被柵極1208掩蔽的區(qū)1210a，因未能摻以雜質，以后則用作TFT1213的溝道區(qū)1210。
其次，用激光束進行退火處理，以便激活此摻入的雜質，以及改善上述離子摻雜步驟所形成的有源區(qū)1203c的結晶性硅膜的結晶度。
接著，淀積厚約600nm的氧化硅膜作為層間絕緣膜。再如圖21E所示，在層間絕緣膜中開出接觸孔，淀積金屬材料(例如氮化鈦及鋁)的多層膜，形成源電極及其相關的互連線1214，和漏電極1215。其后，使電極1215與ITO等透明導電膜所形成的象素電極1216連接，而后在氫氣氛中，350℃下進行30分鐘退火處理，完成如圖21E所示的TFT1213的制造。
在本實施例所制造的有源陣列基片中，從一個區(qū)域1200生長的結晶硅膜1203b中，分別形成3個TFT1213。這3個TFT1213具有一致的工作特性。
在常規(guī)技術中，當利用用結晶性硅膜于溝道區(qū)的TFT來制造3×3(共9個)有源陣列基片時，由于形成TFT的結晶性硅膜在結晶度上的差異，9個TFT間便在工作特性方向存在一定偏離。相反，本實施例可以使此偏離降低到一組包含3個TFT之間不出現(xiàn)此種偏離的程度。還有，即使存在一定偏離，也容易進行補償處理。因而在實際的具有根據(jù)本實施例的制造的m×n個TFT的有源陣列基片中，可以使m×n個TFT之間的工作特性偏離降低到這種程度，即可把此偏離作為m個TFT組中的1個來處理。結果，可簡化了有源陣列基片的制造過程。
在上述說明中，只是從狹縫狀區(qū)域1200生長的橫向結晶生長區(qū)1203b的寬度方向的右側，用于制造TFT1213。另一辦法是，區(qū)域1200的寬度方向的兩側都可以用于制造TFT1213，結果還可減小TFT1213間工作特性偏離達50%。
而且，根據(jù)本發(fā)明，將各區(qū)1200伸長，用從每個區(qū)域1200生長的橫向結晶生長硅膜來制造多個TFT，從而，在一個基片上，可以獲得有多個TFT的半導體器件，同時實現(xiàn)高度均勻的特性。
將結晶性硅膜用作TFT溝道區(qū)1210的TFT的特性主要由硅膜的結晶度決定。因此，結晶度上稍有差別便顯示在器件特性的偏差方向。然而，當用從一個區(qū)域1200開始的橫向結晶生長得到的結晶硅膜，制造多個TFT時，這些TFT的溝道區(qū)就各自具有相同的結晶度。結果，可得到多個TFT間特性均勻，偏離幾乎沒有的半導體器件。
本實施例特別在形成諸如液晶顯示裝置的有源陣列基片等，在一片基片上形成數(shù)萬個元件之時有效?？梢詫⑼ǔ４嬖谟诟鼽c的TFT特性偏離大大地降低為在行方向或列方向的各線間的偏離。
此外，還可同時利用伸長區(qū)1200兩側的橫向結晶生長的硅膜來制造更多的器件，會進一步減小各元件間的特性偏差。而且，可以利用伸長區(qū)域1200的兩側，制造特性穩(wěn)定的CMOS電路，將n-型TFT制作在一側，而p-型TFT形成在另一側。
下面將說明本發(fā)明的第13實施例。在本實施例中，是說明將本發(fā)明應用在玻璃基片上制造互補型有p-型TFT及n-型TFT的CMOS電路的情形。而且，在從一個催化元素導入區(qū)橫向結晶生長得到的結晶硅膜中，將n-型TFT和p-型TFT形成在導入區(qū)寬度方向的兩側。
圖22是根據(jù)本實施例，利用橫向結晶生長區(qū)制作的TFT，從基片上方看的平面圖。圖23A-23E是沿圖22的線23-23′切開的剖面圖，依圖順序號進行的制作步驟。
首先，如圖23A所示，在玻璃在片1301上，用濺射法，形成由厚度約100nm的氧化硅膜構成的基底覆膜1302。其次，用減壓CVD法，淀積厚為25-100nm(例如50nm)的本征的(I型)非晶硅膜1303。
其次，在非晶硅膜1303上面形成厚約50nm的由氧化硅膜或氮化硅膜制作的掩蔽層1304。其后，選擇性地除去此掩蔽層1304，而設置可導入催化元素的開口。圖23A的頂視圖，則如圖22，其中，非晶硅膜的預定區(qū)域1300透過開口呈狹縫狀露出，而其他區(qū)域則為掩層1304所覆蓋。如圖22所示，此區(qū)域1300是這樣形成的，使長度C為120μm以上，而寬度d為5μm以上。于是，在下述的步驟中，可得到足夠的橫向結晶生長距離L。
在設置掩蔽層1304后，將例如醋酸鎳或硝酸鎳等水溶液涂布在整個玻璃基片1301表面。接著，在用旋涂器施加水溶液膜后，進行干燥步驟，使之具有均勻厚度。水溶液中的鎳濃度為50-200ppm范圍，較佳為100ppm。在區(qū)域1300中，析出的鎳離子與非晶硅膜1303接觸，從而將微量鎳導入非晶硅膜1303的區(qū)域1300中。其后，在氫還原氣氛中或在惰性氣氛中，550℃下，將此整個基片以16小時熱處理。于是，使非晶硅膜1303晶化。
在選擇性導入了微量鎳的區(qū)域1300中，非晶硅膜1303的晶化發(fā)生與玻璃基片1301垂直的方向，從而形成結晶性硅膜1303a。區(qū)域1300周圍，如圖23B的箭頭1306所示，結晶生長要從區(qū)域1300朝橫向方向(與基片表面平行的方向)進行，而形成橫向結晶生長后的結晶性硅膜1303b。非晶硅膜1303的其余部分則仍保持未晶化的非晶態(tài)。
其次，除去掩蔽層1304，施加激光束予以退火處理，以改善結晶性硅膜1303b的結晶度?？梢岳缬肵eCl準分子激光(波長為308nm，脈寬40ns)，作為激光源。將基片加熱到200-450℃，例如400℃，而激光光能密度為200-400mJ/cm2，例如300mJ/cm2用于照射。
其次，除去結晶性硅膜1303b的不要部分，提供器件隔離。結果得到如圖23C所示的刻成島狀的結晶性硅膜1303b。此島狀化的結晶性硅膜1303b在以后步驟中，用作TFT的有源區(qū)1303n和1303p，亦即TFT的源區(qū)、漏區(qū)及溝道區(qū)。
通過以這種方式將非晶硅膜1303b刻成圖形，使距離a在120μm以下，距離b在30μm以上，則可得到具有一維方向對齊的橫向結晶生長的高品質結晶硅膜1303b。就使用此結晶硅膜，形成TFT的溝道區(qū)。
此后，淀積厚為100nm的氧化硅膜，覆蓋在將成為TF有源區(qū)1303n及1303p的結晶性硅膜1303b上，用作柵絕緣膜1307。TEOS用作淀積氧化硅膜的原料。也就是，在RF等離子CVD過程中，使TEOS和氧分解、淀積，而形成此膜，而基片保持在350℃。
此后，用濺射法，淀積厚400-800nm(例如600nm)的鋁膜(含硅0.1-2%)。接著將鋁膜刻成圖形，形成柵電極1308及1309。
其次，將柵極1308、1309作為掩蔽層，通過離子摻雜法，使雜質離子(磷及硼)摻入結晶性硅膜1303b。更具體說，磷烷(PH3)和乙硼烷(B2H6)用作摻雜氣體。用磷烷時，加速電壓設定為60-90KV(例如80KV)，而用乙硼烷時，此電壓為40-80KV(例如65KV)。摻雜的劑量為1×1015～8×1015cm-2，通常，對磷為2×1015cm-2，而對硼為5×1015cm-2。由柵極1308、1309掩蔽的區(qū)域因未能摻以雜質，就是相應TFT1320及1321的溝道區(qū)1310及1311。另外，用光刻膠覆蓋不必摻雜的區(qū)域，而有選擇性摻入相應的雜質元素。結果，形成n-型雜質區(qū)域1312及1313，p-型雜質區(qū)域1314及1315，而如圖23D所示，形成n-溝道型TFT(n-TFT)1320和p-溝道型TFT(p-TFT)1321。
其后，如圖23D所示，施以激光束，予以退火處理，使所摻入的雜質激活。例如KrF準分子激光(波長為248nm，脈寬為20ns)可用作激光源。激光光能密度為250mJ/cm2，進行照射時每處用2次。
接著，用等離子CVD法，淀積氧化硅膜用作層間絕緣膜1316，厚度約為600nm。再在層間絕緣膜1316上開出接觸孔1322-1325，又淀積金屬材料(例如氮化鈦與鋁)的多層膜，形成TFT1320、1321的各電極和金屬互連線1317-1319。最后，在1大氣壓氫氣氛中，在350℃下進行退火30分鐘，就完成如圖23E所示的TFT1320、1321的制造。
在如此制得的含本發(fā)明CMOS結構的半導體集成電路中，載流子的場效應遷移率，對n-TFT1320為140-170cm2/V.S，對p-TFT1321則為100-130cm2/V.S。閾值電壓，對n-TFT1320為1.5～2V，而對p-TFT1321則為-2～-3V。因此，得到了所希望的特性。
現(xiàn)在將說明根據(jù)本發(fā)明制造的半導體器件及其方法的一些特征。
圖24是表示根據(jù)本發(fā)明利用橫向結晶生長區(qū)域制造的TFT，從基片上方看的平面圖。在基片的整個表面上形成的非晶硅膜上淀積由氧化硅膜等構成的掩蔽膜1403，再在掩蔽層1403上開出催化元素導入的開口，以便將催化元素導入非晶硅膜露出的區(qū)域1400。在后繼的步驟中，使環(huán)繞及包含區(qū)域1400的非晶硅膜晶化，而結晶生長自區(qū)域1400始朝橫向進行，形成橫向結晶生長區(qū)域1401。就利用此形成的橫向結晶生長區(qū)域1401，來形成晶體管的溝道區(qū)1402。
其次，參照圖25-29，將說明圖24所示的各變數(shù)及其對TFT特性的影響。
圖25是表示在580℃退火溫度下，從區(qū)域1400起到橫向結晶生長區(qū)域1401的末端為止的距離(橫向結晶生長距離)L與退火時間的關系曲線圖。從圖25可以知道，在晶體生長初期，橫向結晶生長距離L與退火時間成正比地增大，在L＝140μm處達到飽和，超過L便無橫向生長。對橫向結晶生長距離L的這個限制是由于結晶生長因處于橫向生長方向末端的非晶硅區(qū)域內形成自然晶核而引起。亦即，當橫向結晶生長區(qū)域與因非晶硅區(qū)域中的自然晶核產生原始結晶生長區(qū)相碰時，橫向結晶生長便結束了。
曲線上的關鍵點在于，在此點處橫向結晶生長距離L結束正比于退火時間而增大。在此點起，在非晶硅區(qū)域中因自然晶核，結晶生長開始了，而因此形成的原始結晶生長區(qū)混入橫向結晶生長區(qū)域1401中。所以，如圖25可以知道，在橫向結晶生長距離L超過120μm的區(qū)域，使由橫向結晶生長形成的針狀或柱狀結晶和由原始固相生產形成的孿晶互混，使此區(qū)域的結晶硅膜的結晶度顯著劣化。因此，利用橫向結晶生長距離L在120μm以下的區(qū)域的結晶性硅膜，即在圖24中，在區(qū)域1400較近溝道區(qū)1402最遠離區(qū)域1400的側邊之間的距離a在120μm以內的區(qū)域中的結晶硅膜，可以得到特性優(yōu)良的半導體器件。
圖26是以構成橫向結晶生長區(qū)域的針狀或柱狀結晶每一結晶的分叉或彎曲數(shù)目為縱軸，以橫向結晶生長距離L為橫軸繪出的曲線圖。圖26縱軸繪出的數(shù)目是由透視電子顯微鏡(TEM)觀察測得每根針狀或柱狀結晶的分叉和彎曲數(shù)，再計算出比測得值的平均值而獲得。如圖26所示，每根針狀或柱狀結晶的分叉和彎曲數(shù)隨橫向結晶生長距離L的增長而指數(shù)式地增大。這是由于除與雜質影響相關的分叉和彎曲外，生長方向末端處，在非晶硅區(qū)域中產生的自然晶核的影響也隨退火時間的增長而增大。
每針狀或柱狀結晶分叉和彎曲的平均數(shù)在2以下的區(qū)域(具體說，即如圖26所示橫向結晶生長距離在60μm以下的區(qū)域)中，橫向結晶生長方向大致按一維方式排成一直線。呈現(xiàn)良好的結晶性。而且在每針狀或柱狀結晶的分叉和彎曲平衡數(shù)在1以下的區(qū)域(具體說，即如圖26所示橫向結晶生長距離L在30μm以下的區(qū)域)中，可得到接近理想的橫向結晶生長硅膜。
因此，使用分叉和彎曲平均數(shù)在上述范圍內的結晶性硅膜來形成溝道區(qū)1402的話，就可得到特性優(yōu)良，尤其是載流子遷移方面優(yōu)良有TFT。所以，形成TFT的溝道區(qū)1402的位置應這樣，圖26所示的距離a在60μm內，而較佳在30μm以內。
圖27是表示圖24所示的距離b(即TFT的溝道區(qū)的1402的一長邊到催化元素導入區(qū)域1400的一長邊的距離b)與X方向的橫向結晶生長距離L的關系曲線。具體說，圖27表示將非晶硅膜在550℃下退火處理16小時后測得的具體數(shù)據(jù)。從圖27可知，在距離b在30μm以下的區(qū)域中，可觀察到橫向結晶生長距離L減小。這是因為在區(qū)域1400的角部周圍，結晶生長方向發(fā)散，在該部分催化元素被大量消耗，而使得角部附近的橫向結晶生長距離L顯著地縮短。因此，圖24的區(qū)域1400的端部起的距離b在30μm以下的橫向結晶生長區(qū)1401中，由于催化元素不足，而且受到區(qū)域1400端部中附近無序的結晶生長方向的影響，而不會有一維的橫向結晶生長。
因此，從圖24中的區(qū)域1400末端起沿Y方向的距離b在30μm以上的位置，形成TFT的溝道區(qū)域1402，可得較以往性能及穩(wěn)定性更好的半導體器件。
圖28是表示圖24的區(qū)域1400的長邊(沿Y方向)的長度C與X方向的橫向結晶生長距離L的關系曲線。橫向結晶生長距離L是由圖24的區(qū)域1400長邊C的長度的中央附近的點測定，而區(qū)域1400沿X方向的寬度d為40μm。圖28的曲線顯示將非晶硅膜在550℃下退火16小時后所測得的數(shù)據(jù)。
如圖28所示，當區(qū)域1400的長度C小于120μm時，可觀察到橫向結晶生長距離的減小。即使提高催化元素的導入劑量，代表橫向結晶生長距離L的特性曲線K也變?yōu)樘匦郧€J，即，只是整個特性曲線移向橫向結晶生長距離L增大的方向，而橫向結晶生長距離L與區(qū)域1400的長度C關系不變。這是因如上所述，區(qū)域1400角部的結晶生長發(fā)散，催化元素大量在該部消耗，而使得在角部附近的橫向結晶生長距離顯著縮短。
于是，當圖24的區(qū)域1400的長度C小于120μm時，所得的橫向結晶生長區(qū)域1401不會有足夠的結晶生長距離。此外，由于催化元素量不足，而結晶生長方向受區(qū)域1400末端的擾亂，而不能獲得按一維方式排齊結晶生長方向的高品質橫向結晶生長區(qū)域1401。
因此，圖24中的區(qū)域1400的長度C定為120μm以上，才能穩(wěn)定地得到一定的橫向結晶生長距離L。這不只是以后的制造步驟容易進行，而且可利用其按一維方式排齊結晶生長方向的橫向結晶生長硅膜，而制得特性良好的半導體器件。
圖29是表示圖24的區(qū)域1400的短邊方向(X方向)的寬度d與X方向的橫向結晶生長距離L的關系曲線。此橫向結晶生長距離L是由圖24的區(qū)域1400的長邊C中央附近的點測得，而區(qū)域1400的長邊方向的長度C為120μm。圖29的曲線表示將非晶硅膜在550℃下退火16小時后測得的數(shù)據(jù)。
如圖29所示，當區(qū)域1400的短邊方向的寬度d小于5μm時，可觀察到橫向結晶生長距離L的減小。而且，當區(qū)域1400的寬度d在1μm以下時，則不產生橫向結晶生長。于是，當圖24中的區(qū)域1400的寬度d為5μm以下時，所得的橫向結晶生長區(qū)域1401就不會有足夠的結晶生長距離。此外，結晶生長距離L離散，不實用。
因此，將圖24中的區(qū)域1400的寬度定為5μm以上，就可穩(wěn)定地獲得一定橫向結晶生長距離L。這不僅使后續(xù)的制造步驟容易進行，而且能得到均勻性良好的半導體器件。
如上所述，在本發(fā)明的各實施例的半導體器件及其制造方法中，用激光或其他強光照射經過熱處理而得到的橫向結晶生長的結晶性硅膜，可集中式地對結晶硅膜的晶界部分進行退火。從而，大大降低固相結晶獲得的結晶硅膜所帶來的問題，即晶界產生的載流子陷阱能級。因此，可進一步提高結晶度。
在上述說明中，對導入鎳作為催化元素來說，是形成極薄的鎳膜，使其與非晶硅膜上的上或下表面接觸。由此表面始進行結晶生長?；蛘?，在形成非晶硅膜后，通過離子摻雜后，將鎳離子選擇性地摻入非晶硅膜。根據(jù)此離子摻雜法，待導入的鎳元素濃度可以通過控制摻雜條件來加以控制。
作為另一可取的方法，可用液態(tài)工藝過程導入微量元素鎳，其中將鎳鹽的水溶液，例如醋酸鎳或硝酸鎳涂布在非晶硅膜的表面上。也可不用形成薄鎳膜，而使用由鎳電極構成的等離子體電極，以便導入微量鎳。
而且，用于促進晶化的催化元素，除了鎳以外，用鈷、鈀、鉑、銅、銀、金、銦、錫、鋁、磷、砷或銻也都能得到上述說明的相同效果。從上述微量(約1018cm-3)能帶來加速晶化的元素中選出一種或幾種元素，因其導入也不會給半導體器件帶來損害。
在上述說明中，是使用脈沖激光的準分子進行熱處理，來改善結晶性硅膜的結晶度。或者，可以用其他激光(例如連續(xù)波Ar激光)也可進行相同的處理。而且，除激光外，也可使用紅外的或閃光燈，在短時間內將工件加熱到1000-1200℃(硅監(jiān)測器溫度)高溫的RTA(快速熱退火)或RTP(快速熱處理)等其他技術手段。
在上述已說明的實施例是以液晶顯示用有源陣列型基片的應用為前提的。但是，很明顯，所述的半導體器件同樣地可用于其他應用中，例如密接型圖象傳感器、單片驅動器熱印字頭、用有機物電發(fā)光(EL)元件作為光發(fā)射元件的單片驅動光寫入器件或顯示器，以及三維IC等。若這些應用中使用本發(fā)明，則可實現(xiàn)半導體器件高功能特性，諸如快速響應、高分辨率等等。
而且，本發(fā)明可以應用于一般的半導體工藝過程，不僅是上述實施例所說明的MOS型晶體管，也可用于其他半導體器件，包括使用結晶性半導體的雙極晶體管和靜電感應晶體管。
根據(jù)本發(fā)明，則在利用與基片平行地結晶生長的結晶性硅膜來制造TFT半導體器及其方法中，可以在大面積基片上，以簡單的制造過程形成由具有均勻穩(wěn)定特性的高品質TFT構成的半導體裝置。特別是，當將本發(fā)明的方法使用于液晶顯示器的制造時，則可同時滿足有源陣列型基片的象素開關TFT特性均勻與構成外圍驅動電路的TFT要求的高性能特性。結果，可以在同一基片上實現(xiàn)形成有源陣列電路和驅動電路的單片驅動有源陣列型基片，導致減小組件尺寸、增加功能，又降低成本。
本領域的技術人員都清楚，也容易在不脫離本發(fā)明的范圍及內容實質上作出各種各樣的改進。因此，不應認為所附的權利要求書僅限于說明書作出的記載，而應作更廣泛的解釋。
權利要求
1.一種半導體器件的制造方法，包括下列步驟(a)在具有絕緣表面的基片上，形成非晶硅膜，將該非晶硅膜刻成圖形，以形成至少一島狀區(qū)域，而將催化元素選擇性地導入至少一預定的島狀區(qū)域；以及(b)加熱處理非晶硅膜，在預定的非晶硅膜區(qū)域的周圍部分中沿與該基片表面實質上相平行的方向產生結晶生長，從而得到結晶性硅膜，其特征在于，將結晶性硅膜用于半導體器件的器件區(qū)域。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于步驟(a)還包括下列步驟在基片上形成非晶硅膜;將非晶硅膜刻成圖形，形成至少一個島狀區(qū)域;以及將催化元素導入島狀區(qū)域的至少預定的區(qū)域。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于步驟(a)還包括下列步驟在基片上形成非晶硅膜;將催化元素選擇性地導入至少所預定的區(qū)域;以及將非晶硅膜刻成圖形，形成至少一個島狀區(qū)域。
4.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于使該結晶性硅膜中的載流子移動方向實質上與非晶硅膜的結晶生長方向平行，而制造半導體器件。
5.根據(jù)權利要求1的方法，還包括形成掩蔽層的步驟，該掩蔽層具有限定該島狀區(qū)域的預定區(qū)域的開口，通過此開口將催化元素導入其中。
6.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于該器件區(qū)域內，將催化元素導入源區(qū)或漏區(qū)部分的至少一部分。
7.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于該催化元素選自由Ni、Co、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、Al、P、As和Sb所構成的組的至少一種元素。
8.一種半導體器件，包括用結晶性硅膜形成有源區(qū)域，其特征在于，該有源區(qū)域是用將促進晶化的催化元素選擇性地導入預定區(qū)域，將非晶硅膜熱處理得到的結晶性硅膜的橫向結晶生長區(qū)域，再除去該催化元素選擇性地導入的預定區(qū)域而形成。
9.根據(jù)權利要求8的半導體器件，其特征在于，該催化元素選自由Ni、Co、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、Al、P、As和Sb構成的組的至少一種元素。
10.根據(jù)權利要求8的半導體器件，其特征在于，該有源區(qū)域的催化元素濃度在1×1014原子/cm3～1×1018原子/cm3范圍內。
11.一種半導體器件的制造方法，包括下列步驟(a)在具有絕緣表面的基片上，形成非晶硅膜;(b)在該非晶硅膜的至少所預定的區(qū)域中選擇性地導入促進該非晶硅膜晶化的催化元素;(c)熱處理該非晶硅膜，在所預定區(qū)域的周圍部分沿實質上與該基片表面平行的方向發(fā)生結晶生長，從而得到結晶性硅膜;(d)除去已導入催化元素的該預定區(qū)域，以及(e)將除去該預定區(qū)域部位的周圍部分曝露于激光或其他強光，以改善結晶性硅膜的結晶度。
12.一種半導體器件，包括一利用結晶性區(qū)域形成的薄膜晶體管，而結晶性區(qū)域是在絕緣表面的基片上形成的硅膜的至少一部分，其特征在于，該結晶性區(qū)域是由比該結晶性區(qū)域小的選擇性導入區(qū)域，被選擇性地導入用以促進非晶硅膜晶化的催化元素，使其結晶生長而得到的，以及該薄膜晶體管的設置以便不與選擇的導入區(qū)域重疊。
13.根據(jù)權利要求12的半導體器件，其特征在于，該薄膜晶體管被設置在結晶區(qū)域的結晶生長末端更內側處。
14.根據(jù)權利要求12的半導體器件，其特征在于，該薄膜晶體管是這樣設置的，使薄膜晶體管的導電方向實質上與該非晶硅膜的結晶生長方向平行。
15.根據(jù)權利要求12的半導體器件，其特征在于，該薄膜晶體管是這樣設置的，使薄膜晶體管的導電方向實質上與該非晶硅膜的結晶生長方向垂直。
16.根據(jù)權利要求12的半導體器件，其特征在于，該催化元素選自由Ni、Co、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、Al、P、As和Sb構成的組的至少一種元素。
17.根據(jù)權利要求12的半導體器件，其特征在于，催化元素的劑量在1×1018原子/cm3～1×1020原子/cm3范圍內。
18.一種半導體器件的制造方法，包括下列步驟(a)在具有絕緣表面的基片上，形成非晶硅膜;(b)在該非晶硅膜上形成一掩蔽層，此掩蔽層具有用以選擇性導入促進該非晶硅膜晶化的催化元素的開口，以及用以形成第1對準標志;(c)通過該開口選擇性地將催化元素導入非晶硅膜中，而形成選擇導入區(qū)域;(d)熱處理該非晶硅膜，至少一部分形成結晶性區(qū)域;(e)用該掩蔽層蝕刻部分晶化過的非晶硅膜，除去選擇導入區(qū)域的至少一部分，并且在該部分晶化過的非晶硅上形成第1對準標志;(f)利用該第1對準標志，將結晶性區(qū)域刻成島狀圖形。
19.根據(jù)權利要求18的方法，還包括用第1對準標志，形成第2對準標志的步驟。
20.根據(jù)權利要求18的方法，還包括用掩蔽層形成第2對準標志的步驟。
21.根據(jù)權利要求18的方法，其中步驟(e)還包括將第1對準標志周圍部分曝露于光能之下，從而使第1對準標志清楚可分辨的步驟。
22.根據(jù)權利要求18的方法，其中薄膜晶體管是這樣配置的，使該薄膜晶體管的導電方向實質上與非晶硅膜的結晶生長方向平行。
23.根據(jù)權利要求18的方法，其中薄膜晶體管是這樣設置的，使該薄膜晶體管的導電方向實質上與非晶硅膜的結晶生長方向垂直。
24.根據(jù)權利要求18的方法，其中催化元素選自由Ni、Co、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、Al、P、As和Sb構成的組的至少一種元素。
25.根據(jù)權利要求18的方法，其中催化元素的劑量在1×1018～1×1020原子/cm3。
26.一種半導體器件的制造方法，包括下列步驟(a)在具有絕緣表面的基片上，形成非晶硅膜，(b)在該非晶硅膜上形成掩蔽層，該掩蔽層具有用以選擇性地導入促進該非晶硅膜晶化的催化元素的開口，以及用以形成第1對準標志;(c)通過該開口選擇性地將催化元素導入非晶硅膜中，而形成選擇導入區(qū)域;(d)熱處理該非晶硅膜，至少一部分形成結晶性區(qū)域;(e)將結晶區(qū)域刻成島狀圖形，再用掩蔽層除去選擇導入區(qū)域，還在該部分已晶化的非晶硅膜上形成第2對準標志。
27.一種半導體器件，包括溝道區(qū)域用結晶性硅膜，在具有絕緣表面的基片上形成的該器件，其特征在于，該溝道是用結晶性硅膜形成，該結晶性硅膜是由將促進該非晶硅膜晶化的催化元素選擇性地導入非晶硅膜的預定狹縫狀導入區(qū)域，在預定的退火溫度下熱處理該非晶硅膜，而使該導入區(qū)域周圍部分在與基片表面平行的方向發(fā)生結晶生長來得到，以及該溝道區(qū)域配置在以預定的退火溫度下從該導入區(qū)域起結晶生長的范圍內。
28.根據(jù)權利要求27的半導體器件，其特征在于，該溝道區(qū)配置在從導入區(qū)域起120μm以內的位置。
29.根據(jù)權利要求27的半導體器件，其特征在于，該溝道區(qū)域配置在結晶性硅膜具有一維結晶方向的范圍內，而且從一維結晶生長方向起該結晶膜的分叉和彎曲數(shù)在2以下的范圍內。
30.根據(jù)權利要求29的半導體器件，其特征在于，該溝道區(qū)域配置在從導入區(qū)域起60μm以內的位置。
31.根據(jù)權利要求29的半導體器件，其特征在于，該溝道區(qū)域配置在從一維結晶生長方向起結晶膜的分叉和彎曲數(shù)在1以下的范圍內。
32.根據(jù)權利要求31的半導體器件，其特征在于，該溝道區(qū)域配置在從導入區(qū)域起30μm以內的位置。
33.根據(jù)權利要求27的半導體器件，其特征在于，該溝道區(qū)域與在導入區(qū)域的長邊方向的導入區(qū)域側邊之間的距離在以預定退火溫度進行從導入區(qū)域起的晶化的范圍內。
34.根據(jù)權利要求33的半導體器件，其特征在于，該溝道區(qū)域與在導入區(qū)域長邊方向的導入區(qū)域側邊之間的距離在30μm以上。
35.根據(jù)權利要求27的半導體器件，其特征在于，該導入區(qū)域長邊方向的長度設定在結晶性硅膜的結晶生長范圍飽和值以上。
36.根據(jù)權利要求35的半導體器件，其特征在于，該導入區(qū)域長邊方向的長度在120μm以上。
37.根據(jù)權利要求27的半導體器件，其特征在于，該導入區(qū)域短邊方向的寬度設定在結晶硅膜的結晶生長范圍的飽和值以上。
38.根據(jù)權利要求37的半導體器件，其特征在于，該導入區(qū)域短邊方向的寬度在5μm以上。
39.根據(jù)權利要求27的半導體器件，包括多個溝道區(qū)域，從而形成多個薄膜晶體管。
40.根據(jù)權利要求39的半導體器件，其特征在于，多個薄膜晶體管配置在該導入區(qū)域的兩側。
41.根據(jù)權利要求27的半導體器件，其特征在于，將形成該溝道區(qū)域的該結晶性硅膜，在結晶生長后，曝露于高強度的激光或其他光之下。
42.根據(jù)權利要求27的半導體器件，其特征在于，該催化元素選自由Ni、Co、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、Al、P、As及Sb構成的組的至少一種元素。
43.一種半導體器件的制造方法，包括下列步驟(a)在具有絕緣表面的基片上，形成非晶硅膜;(b)將促進晶化的催化元素選擇性地導入該非晶硅膜的預定的狹縫狀導入區(qū)域;(c)熱處理該非晶硅膜，使該非晶硅膜的預定區(qū)域的周圍部分在實質上與基片表面平行的方向發(fā)生結晶生長，從而得到結晶性硅膜;及(d)用該結晶性硅膜，形成薄膜晶體管，其中，該薄膜晶體管是這樣配置的，使其溝道區(qū)域位于在預定退火溫度下，從該導入區(qū)域起結晶生長的范圍內。
44.根據(jù)權利要求43的方法，其中，該溝道區(qū)域配置在從導入區(qū)域起120μm以內的位置。
45.根據(jù)權利要求43的方法，其中，該溝道區(qū)域配置在該結晶性硅膜具有單一方向的結晶生長方向，且從一維結晶生長方向起該結晶性膜的分叉和彎曲數(shù)在2以下的范圍內。
46.根據(jù)權利要求45的方法，其中，該溝道區(qū)域配置在從導入區(qū)域起60μm以內的位置上。
47.根據(jù)權利要求45的方法，其中，該溝道區(qū)域在從該一維結晶生長方向起分叉和彎曲數(shù)在1以下的范圍內。
48.根據(jù)權利要求47的方法，其中，該溝道區(qū)域配置在從導入區(qū)域起30μm以內的位置上。
49.根據(jù)權利要求43的方法，其中，該薄膜晶體管是這樣設置的，使該溝道區(qū)域與在導入區(qū)域長邊方向的該導入區(qū)域的一側邊的距離在預定退火溫度下從導入區(qū)域起進行晶化的范圍內。
50.根據(jù)權利要求49的方法，其中，該溝道區(qū)域與該導入區(qū)域長邊方向的導入區(qū)域該側邊之間的該距離在30μm以上。
51.根據(jù)權利要求43的方法，其中，該導入區(qū)域長邊方向的長度設定在該結晶性硅膜的結晶生長范圍飽和值以上。
52.根據(jù)權利要求51的方法，其中，該導入區(qū)域長邊方向的長度在120μm以上。
53.根據(jù)權利要求43的方法，其中，該導入區(qū)域短邊方向的寬度設定在該結晶性硅膜的結晶生長范圍的飽和值以上。
54.根據(jù)權利要求53的方法，其中，該導入區(qū)域短邊方向的寬度在5μm以上。
55.根據(jù)權利要求43的方法，其中，形成多個溝道區(qū)域，從而形成多個薄膜晶體管。
56.根據(jù)權利要求55的方法，其中，該多個薄膜晶體管配置在該導入區(qū)域的兩側。
57.根據(jù)權利要求43的方法，還包括使結晶性硅膜曝露于高強度激光或其他光，提高該結晶性膜的結晶度的步驟。
58.根據(jù)權利要求43的方法，其中，該催化元素選自由Ni、Co、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、Al、P、As和Sb構成的組的至少一種元素。
全文摘要
將促進晶化的催化元素導入非晶硅膜中，在將已導入催化元素的非晶硅膜刻成圖形后，進行晶化熱處理。于是，該導入的催化元素只能有效地在島狀非晶硅膜內擴散。其結果，就得到具有按一個方向對齊的結晶生長方向及具有無晶界的高品質結晶性硅膜。利用此形成的結晶性硅膜，可在整個基片上有效地制造出高性能且特性穩(wěn)定的半導體器件，而無需考慮器件的尺寸。
文檔編號H01L21/84GK1112287SQ94120769
公開日1995年11月22日 申請日期1994年12月20日 優(yōu)先權日1993年12月20日
發(fā)明者牧田直樹, 船井尚, 山元良高, 三谷康弘, 野村克己, 宮本忠芳, 香西孝真 申請人:夏普公司