專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示為代表的電光器件的制造方法，適用于液晶顯示結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的制造方法，和具有不同特性的薄膜器件的選擇形成方法。
近年來(lái)，已公知使用薄膜晶體管的液晶顯示器。在稱為有源矩陣型的液晶顯示器中，薄膜晶體管配置成多個(gè)按矩陣形排列的像素，以控制各個(gè)象素的象素電極中所保持的電荷存貯和放電。由于有源矩陣型液晶顯示器能顯示清晰而高速的移動(dòng)圖形，因此它可望在未來(lái)的顯示領(lǐng)域作為主要的顯示裝置。
在同一襯底上形成有源矩陣型液晶顯示器結(jié)構(gòu)中的按像素區(qū)配置的薄膜晶體管，和構(gòu)成驅(qū)動(dòng)像素用的外圍驅(qū)動(dòng)電路的薄膜晶體管，已是公知的。用這種結(jié)構(gòu)，可在一個(gè)襯底上將象素區(qū)和外圍驅(qū)動(dòng)電路集成為薄膜集成電路，由此可大大減小液晶顯示器的重量和厚度。
通常設(shè)置在像素區(qū)和外圍驅(qū)動(dòng)電路中的薄膜晶體管所要求的特性是不同的。配置在像素區(qū)中的薄膜晶體管要求有小的截止電流(也稱漏電流)。薄膜晶體管的＂截止電流＂，是指薄膜晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，允許流過(guò)薄膜晶體管的源與漏之間的電流。＂大的截止電流＂使電荷作為截止電流流出，無(wú)論薄膜晶體管是否截止，都不能保持在像素電極中，由此，變?yōu)樵谝蟮臅r(shí)間周期中不能顯示圖像的狀態(tài)。
另一方面，要求配置在外圍驅(qū)動(dòng)電路中的薄膜晶體管有大的導(dǎo)通電流流過(guò)，和能高速動(dòng)作的特性。換言之，要求具有高遷移率。像素區(qū)中設(shè)置的薄膜晶體管，由于它不要求進(jìn)行如此快的高速動(dòng)作，因此，不要求具有高＂遷移率＂。
為此，要求設(shè)置在像素區(qū)和外圍驅(qū)動(dòng)電路中的薄膜晶體管，分別具有不同的特性。因而，在同一襯底上集成設(shè)置在像素區(qū)中和外圍驅(qū)動(dòng)電路中的薄膜晶體管時(shí)，需要在所需的區(qū)域內(nèi)，通過(guò)器件工藝、選擇地形成具有所需特性的薄膜晶體管。
考慮了上述內(nèi)容，構(gòu)成本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種技術(shù)，用該技術(shù)在同一襯底上可區(qū)別地形成具有不同特性的薄膜晶體管。
本發(fā)明的另一目的是提供一種技術(shù)，用該技術(shù)，按有源矩陣型液晶顯示器的制造方法，在同一襯底上可區(qū)別地形成設(shè)置在像素區(qū)中的薄膜晶體管和構(gòu)成外圍驅(qū)動(dòng)電路的薄膜晶體管。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，按本發(fā)明，提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包括下述工藝步驟形成非晶硅膜；形成具有半透明特性的薄膜，它包含促使所述非晶硅膜的一部分上的硅結(jié)晶的金屬元素；通過(guò)熱處理，使具有半透明特性的薄膜區(qū)內(nèi)的非晶硅膜晶化；給非晶硅膜加激光。
所述方法中，非晶硅膜可以是通過(guò)等離子CVD技術(shù)、熱分解CVD技術(shù)或其它公知的膜形成技術(shù)，在有絕緣表面的襯底上形成的，厚度為幾百至幾千的膜。具有絕緣表面的襯底可以是玻璃襯底，石英襯底，諸如在玻璃襯底或石英襯底的表面上形成的氧化硅膜或氮化硅膜的具有絕緣膜的襯底，或其上形成有絕緣膜的半導(dǎo)體襯底或?qū)щ娨r底。通常，構(gòu)成液晶顯示器的情況下，采用以玻璃襯底為代表的半透明襯底作襯底。
在所述方法中，在所述非晶硅膜的一部分上形成具有半透明特性的薄膜工藝，它包含促使硅結(jié)晶的金屬元素，以選擇地促使至少部分非晶硅膜晶化。
促使硅結(jié)晶的金屬元素可以是從Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Cu或Au中選出的一種或多種元素，已發(fā)現(xiàn)鎳(Ni)具有優(yōu)異的重復(fù)性和顯著的效果。而且，需要這樣引入這些金屬元素，使其在硅膜中的濃度必須設(shè)定在能促使硅結(jié)晶并防止硅半導(dǎo)體的特性劣化的范圍內(nèi)，即，設(shè)定金屬元素的濃度范圍為1×1016cm-3至5×1019cm-3，更好的范圍是1×1017cm-3至5×1019cm-3。更具體地說(shuō)，具有半透明特性的薄膜中的金屬元素的濃度必須調(diào)節(jié)成使硅膜中金屬元素的濃度被設(shè)定在上述濃度范圍內(nèi)。
所述方法中，通過(guò)熱處理，由金屬元素促使硅結(jié)晶的作用，使非晶硅膜區(qū)域的一部分選擇地結(jié)晶并引入到該區(qū)域內(nèi)。通常，非晶硅膜經(jīng)過(guò)熱處理而結(jié)晶。非晶硅膜的結(jié)晶溫度通常為580至620℃，盡管該溫度隨膜形成方法或膜形成條件而有所不同。
熱處理中由于采用促進(jìn)硅結(jié)晶的金屬元素，可使非晶硅膜在較低的溫度下和較短的時(shí)間周期內(nèi)結(jié)晶。
在利用促使硅結(jié)晶的金屬元素的情況下，由于熱處理所需的時(shí)間周期縮短，沒(méi)引入促使結(jié)晶的金屬元素的非晶硅膜一般不結(jié)晶。例如，當(dāng)加熱溫度為650℃時(shí)，要獲得優(yōu)良的結(jié)晶特性，加熱時(shí)間必須為4小時(shí)。然而，在該熱處理?xiàng)l件下，其中沒(méi)用促使結(jié)晶的金屬元素的非晶硅膜不結(jié)晶。
按本發(fā)明，用上述事實(shí)，在某一非晶硅膜不結(jié)晶的溫度下進(jìn)行所述的熱處理，只在引入了促進(jìn)硅晶化的金屬元素的區(qū)域內(nèi)，非晶硅膜被選擇地結(jié)晶。
更具體地說(shuō)，在450℃以上的溫度下進(jìn)行熱處理，可實(shí)現(xiàn)選擇結(jié)晶。通常，在溫度低于600℃的情況下，非晶硅膜被結(jié)晶時(shí)，結(jié)晶所需的時(shí)間在100小時(shí)以上。本發(fā)明中，由于引入了促進(jìn)硅結(jié)晶的金屬元素，加熱時(shí)間可減至普通加熱時(shí)間的1/10以下。然而，當(dāng)溫度為450℃以下時(shí)，熱處理所需的時(shí)間為幾十小時(shí)以上，這是不實(shí)際的。
而且，本發(fā)明中，在450℃以上的溫度下進(jìn)行熱處理，使引入了促進(jìn)硅結(jié)晶的金屬元素的區(qū)域選擇地結(jié)晶。
而且，在用玻璃襯底(包括石英襯底)作襯底的情況下，必須將所述熱處理溫度的上限規(guī)定在玻璃襯底的變形點(diǎn)以下。在盡可能高的溫度下，但不高于玻璃襯底的形變點(diǎn)的溫度下進(jìn)行熱處理是有效的。因而，按本發(fā)明，在不低于450℃但不高于玻璃襯底的形變點(diǎn)的溫度下進(jìn)行熱處理，由此使引入了促進(jìn)硅結(jié)晶的金屬元素的區(qū)域選擇地結(jié)晶。
所述方法中，經(jīng)過(guò)熱處理，同時(shí)形成一個(gè)非晶硅膜結(jié)晶化的區(qū)域，和一個(gè)非晶硅膜仍保持不變的區(qū)域。熱處理完成之后，用激光輻照形成更進(jìn)一步增進(jìn)選擇結(jié)晶區(qū)的結(jié)晶特性的第一結(jié)晶區(qū)，同時(shí)，使仍保持非晶硅的區(qū)域晶化成第二結(jié)晶區(qū)。應(yīng)注意，在激光輻照工藝中，激光可選擇地只輻照需要用激光輻照的區(qū)域。
由于用熱處理和激光輻照使第一結(jié)晶區(qū)結(jié)晶化，因此，它具有極其優(yōu)異的結(jié)晶特性。第二結(jié)晶區(qū)由于只用激光輻照而使其結(jié)晶，因而，第二結(jié)晶的結(jié)晶特性比第一結(jié)晶區(qū)的結(jié)晶特性差。然而，第二結(jié)晶區(qū)有細(xì)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，以致使晶界不明顯。更具體地說(shuō)，用穩(wěn)定的低輸出范圍內(nèi)的激光輻照，因而能穩(wěn)定地獲得低陷阱能級(jí)的結(jié)晶硅膜。
由于第二結(jié)晶區(qū)只用激光輻照而結(jié)晶，因而必須用高能量密度激光輻照。然而，若用這樣的能量密度的激光輻照，由于第一結(jié)晶區(qū)已用加熱而結(jié)晶，它的結(jié)晶取向可能被損壞。而且，具有會(huì)促進(jìn)結(jié)晶這種程度的能量密度的激光必定會(huì)輻射到第一區(qū)域。
為此，按本發(fā)明，通過(guò)用作引入金屬元素的半透明薄膜進(jìn)行激光輻照，從而使激光能量密度通過(guò)薄膜而減小。因而，由于在第二區(qū)域上沒(méi)有形成半透明薄膜，用能使其結(jié)晶化的這種能量密度的激光輻照其上。同時(shí)，由于第一區(qū)域表面上形成了半透明薄膜，可用能量密度較輻照第二區(qū)域的激光能量密度低的激光輻照其上。換言之，在一個(gè)激光輻照工藝過(guò)程中，可用具有所需能量密度的激光輻照一個(gè)區(qū)域。
按這種方法，由于第一結(jié)晶區(qū)表面上形成了半透明薄膜，半透明薄膜迭壓在其表面上，當(dāng)用激光輻照其上時(shí)，而使其表面粗糙度得到抑制。
具有半透明特性的薄膜可用能以所需透射率透過(guò)激光的材料制成。具有半透明特性的這種薄膜可以是氧化硅膜。而且，可以用調(diào)節(jié)半透明薄膜的厚度和調(diào)節(jié)摻入薄膜中的雜質(zhì)濃度來(lái)改變透射率的方法，來(lái)調(diào)節(jié)激光的能量密度。
本發(fā)明中，用所述工藝，盡管用金屬元素獲得的第一結(jié)晶硅膜具有受保留在膜中的金屬的影響而增大的截止電流值，由于它具有高結(jié)晶特性，因而可形成具有高遷移率的薄膜晶體管。而且，例如它可適當(dāng)?shù)赜糜谟性淳仃囆鸵壕э@示器的外圍電路。
另一方面，僅用激光輻照而結(jié)晶的第二結(jié)晶硅膜的結(jié)晶特性不完善。因而，在整個(gè)膜上很難均勻地獲得高遷移率。然而，隨著具有穩(wěn)定激光功率的低輸出范圍內(nèi)的激光輻照，可穩(wěn)定地獲得低陷阱能級(jí)的結(jié)晶硅膜。而且，由于犧性了遷移率而獲得具有低截止電流特性的結(jié)晶硅膜，它可以用于，例如，有源矩陣型液晶顯示器的像素區(qū)內(nèi)設(shè)置的薄膜晶體管。
而且，按本發(fā)明，作為所述結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)改型，提供了半導(dǎo)體器件的制造方法，它包括以下工藝步驟形成非晶硅膜；在所述非晶硅膜的一部分上形成具有半透明特性的包含促進(jìn)硅結(jié)晶金屬元素的薄膜；通過(guò)熱處理使整個(gè)非晶硅晶化；給已形成的具有半透明特性的所述薄膜的區(qū)域的至少一部分上加激光，并給未形成具有半透明特性的薄膜的至少一部分上加激光。
所述方法的特征是，在不低于非晶硅膜的結(jié)晶溫度的溫度下進(jìn)行預(yù)定時(shí)間周期的熱處理，使整個(gè)非晶硅膜結(jié)晶化。
若用玻璃襯底作襯底，熱處理溫度的上限應(yīng)適當(dāng)?shù)匾?guī)定在玻璃襯底的變形點(diǎn)。
在所述熱處理工藝中，與包含金屬元素的半透明薄膜連接的區(qū)域內(nèi)的非晶硅膜變成具有優(yōu)良結(jié)晶特性的第一結(jié)晶區(qū)。另一方面，不與包含金屬元素的半透明薄膜連接的區(qū)域內(nèi)的非晶硅膜變成第二結(jié)晶區(qū)，第二結(jié)晶區(qū)的結(jié)晶特性比第一結(jié)晶區(qū)的結(jié)晶特性差。換言之，選擇地形成結(jié)晶特性不同的結(jié)晶區(qū)。
而且，按本發(fā)明，提供具有像素區(qū)和外圍電路區(qū)的液晶顯示器制造方法，所述方法包括下述工藝步驟在有絕緣表面的襯底上形成非晶硅膜；在所述外圍電路區(qū)的至少一部分中的非晶硅膜上形成半透明的包含促進(jìn)硅晶化的金屬元素的薄膜；用熱處理，使已形成的所述半透明薄膜區(qū)內(nèi)的所述非晶硅膜晶化；用在其上已加過(guò)激光的所述硅膜形成薄膜晶體管。
所述方法中，借助金屬元素的作用，使設(shè)置在有源矩陣型液晶顯示器的外圍電路區(qū)內(nèi)(主要是外圍驅(qū)動(dòng)電路內(nèi))的薄膜晶體管結(jié)晶化，并在用經(jīng)激光輻照已促進(jìn)結(jié)晶化的區(qū)(結(jié)晶硅膜)構(gòu)成設(shè)置在像素區(qū)內(nèi)的薄膜晶體管之前，用經(jīng)激光輻照促進(jìn)晶化了的區(qū)域(結(jié)晶硅膜)構(gòu)成薄膜晶體管。應(yīng)注意，外圍驅(qū)動(dòng)電路包括用視頻信號(hào)處理的模擬電路和數(shù)字電路等，存儲(chǔ)器，而驅(qū)動(dòng)像素的薄膜晶體管的文字驅(qū)動(dòng)器電路除外。在構(gòu)成外圍電路的全部薄膜晶體管不需要具有高遷移率的情況下，構(gòu)成外圍電路的全部區(qū)域不必引入鎳元素。
而且，在所述方法中，也可以提高熱處理溫度，使整個(gè)非晶硅膜結(jié)晶化。
在具有所述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明中，在經(jīng)受熱處理之前，在部分非晶硅膜上形成包含促進(jìn)硅晶化金屬的半透明薄膜，由此，可選擇地使部分區(qū)域結(jié)晶化。而且，用激光輻照，進(jìn)一步改善已結(jié)晶區(qū)的結(jié)晶特性，而余下的非晶區(qū)可以結(jié)晶化。按此方法，可形成具有不同電特性的結(jié)晶硅薄膜。用具有不同電特性的區(qū)域構(gòu)成薄膜晶體管，因而可選擇地制成具有所需電特性的薄膜晶體管。
用通過(guò)熱處理，借助促進(jìn)結(jié)晶的金屬元素的作用而結(jié)晶的區(qū)域構(gòu)成的薄膜晶體管具有高遷移率，因而能高速操作，并能有大的導(dǎo)通電流流過(guò)。用僅經(jīng)激光輻照而結(jié)晶的區(qū)域構(gòu)成的薄膜晶體管，不具有允許高速操作和大的導(dǎo)通電流流過(guò)的特性，但能獲得較低的截止電流特性。
因而，用選擇地引入促進(jìn)硅結(jié)晶的金屬元素獲得的區(qū)域構(gòu)成形成有源矩陣液晶顯示器的外圍驅(qū)動(dòng)器區(qū)的薄膜晶體管，并用只經(jīng)激光輻照而結(jié)晶的區(qū)域構(gòu)成設(shè)置在像素區(qū)內(nèi)的薄膜晶體管，可在同一襯底上，同時(shí)形成具有外圍驅(qū)動(dòng)器電路區(qū)和像素區(qū)所要求的各自特性的薄膜晶體管。
半透明薄膜有把金屬引入非晶硅膜中的作用，還有降低激光輻射能量密度的作用。為此，具有低能量密度的激光輻照到經(jīng)過(guò)熱處理而結(jié)晶化，存在于半透明薄膜之下的硅膜，而具有高能量密度的激光輻照在仍然保持非晶的硅膜上。
附圖包括在本說(shuō)明書中并構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分，說(shuō)明實(shí)例與描述一起，用于解釋本發(fā)明的目的，優(yōu)點(diǎn)和原理。附圖中，圖1A至1D是展示在玻璃襯底上形成結(jié)晶硅膜的工藝圖；圖2A至2C是展示薄膜晶體管的制造工藝圖；圖3A至3C是展示薄膜晶體管的制造工藝圖。
將結(jié)合


本發(fā)明的實(shí)施例。
該實(shí)施例展示出了在同一玻璃襯底上，在有源矩陣型液晶顯示器的制造中，有區(qū)別地制造構(gòu)成外圍驅(qū)動(dòng)器電路的薄膜晶體管，和構(gòu)成像素區(qū)的薄膜晶體管的工藝。
如圖1A所示，在玻璃底襯101上形成厚3000A的氧化硅膜102作為底膜。之后，通過(guò)等離子CVD技術(shù)或熱分解CVD技術(shù)，在其上形成厚500的非晶硅膜103。
玻璃襯底101可以是康寧7059玻璃襯底(形變點(diǎn)為593℃)，康寧1737玻璃襯底(形變點(diǎn)為667℃)，或康寧7940石英玻璃(形變點(diǎn)為990℃)。
再通過(guò)UV氧化技術(shù)，在非晶硅膜103上，形成厚度約100的形成阻擋膜的極薄氧化膜104。紫外氧化技術(shù)是一種在氧化氣氛中輻照UV光形成極薄氧化膜的技術(shù)。形成氧化膜104的方法可以通過(guò)熱氧化技術(shù)或等離子CVD技術(shù)進(jìn)行。氧化膜104起阻擋膜的作用，以在后面的工藝中抑制促進(jìn)硅結(jié)晶的金屬的擴(kuò)散。(圖1A)。
隨后，通過(guò)旋涂技術(shù)，在氧化膜104上涂敷包含鎳元素的OCD溶液，隨后，在200℃烘烤30分鐘，由此形成含鎳的氧化硅膜。在該烘烤工藝中，極薄氧化膜104起阻擋膜作用，以防止鎳元素由此擴(kuò)散進(jìn)入非晶硅膜103中(圖1B)。
＂OCD溶液＂是指形成氧化硅底涂層的涂敷溶液，由TOKYO OHKAKOGYO CO，LTD制造。用OCD溶液，在膜104上形成包含鎳的氧化硅膜，以形成保護(hù)膜光刻膠膜。
用這種溶液而引入鎳元素的方法可保持鎳元素(金屬元素)，使其與非晶硅膜103均勻地接觸(或直接接觸)。因而，在均質(zhì)晶體生長(zhǎng)中，這種方法是有效的。
此后，用濃度減小了的緩沖氫氟酸，選擇地除去含鎳的氧化硅膜105和氧化膜104。按該方式，獲得圖1C所示狀態(tài)。該狀態(tài)下，保留了含有鎳的氧化硅膜105的區(qū)，變成形成外圍驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)置的薄膜晶體管區(qū)。換言之，除去了該氧化硅膜105的區(qū)域變成形成像素區(qū)中設(shè)置的薄膜晶體管的區(qū)域。
獲得圖1C所示狀態(tài)之后，進(jìn)行熱處理，使非晶硅膜103結(jié)晶。在550℃下經(jīng)4小時(shí)進(jìn)行熱處理。熱處理工藝中，鎳擴(kuò)散進(jìn)入非晶硅膜103之前，從氧化硅膜105傳輸進(jìn)氧化膜104，并借助鎳的作用，使非晶硅膜106晶化成結(jié)晶硅膜106。另一方面，非晶硅膜107在熱處理工藝的條件下不晶化。
熱處理工藝必須在450℃至600℃的溫度下進(jìn)。溫度不高于450℃時(shí)，在留下的氧化硅膜105下面的非晶硅膜103不能被晶化。當(dāng)在不低于600℃的溫度下進(jìn)行熱處理時(shí)，整個(gè)非晶硅膜103被晶化。若整個(gè)非晶硅膜103被晶化，就不能實(shí)現(xiàn)選擇地制造具有不同特性的薄膜晶體管的目的。
熱處理工藝完成之后，用KrF準(zhǔn)分子激光(波長(zhǎng)248nm)輻照，在該工藝中，由于激光作用，使非晶硅膜107晶化成結(jié)晶硅膜108。另一方面，激光在透過(guò)氧化膜104和氧化硅膜105之后，輻照到結(jié)晶硅膜106上，由此更有助于它的結(jié)晶特性。
該狀態(tài)中，由于結(jié)晶硅膜106的表面迭壓了氧化膜104和氧化硅膜105，它表面上的粗糙度的構(gòu)成得到抑制。另一方面，即使在結(jié)晶硅膜108的表面上形成了粗糙，由于沒(méi)有促進(jìn)硅結(jié)晶的鎳元素引入結(jié)晶硅膜108中，也不會(huì)形成造成任何問(wèn)題的那種程度的粗糙。
為了獲得結(jié)晶硅膜106和108，激光的最佳輻照能量密度是不同的。輻照能量密度的最佳值與膜厚、膜的質(zhì)量有關(guān)，也與膜形成方法的種類和激光種類有關(guān)。在該實(shí)施例中，為了有助于結(jié)晶硅膜106的晶化，最佳的輻照能量密度為310至320mJ/cm2，為形成結(jié)晶硅膜108，最佳的輻照能量密度為360至390mJ/cm2。
在那種工藝中，由于存在氧化硅膜105，可以用各自適當(dāng)?shù)妮椪漳芰棵芏鹊募す廨椪赵趨^(qū)域106和108上。
在該狀態(tài)下，圖1C所示狀態(tài)中，當(dāng)輻照能量密度為360至390mJ/cm2的激光輻照在非晶硅膜107上時(shí)，在接近最佳條件下，非晶硅膜107被晶化，變成結(jié)晶硅膜108。另一方面，通過(guò)氧化硅膜105能量密度衰減到310至320mJ/cm2的激光輻照到結(jié)晶硅膜106上。為實(shí)現(xiàn)這種接近最佳的條件，必須確定對(duì)該激光波長(zhǎng)的氧化硅膜105的透射率，即必須確定膜厚和膜質(zhì)量等條件。
在接近最佳條件下用激光輻照，能獲得結(jié)晶硅膜106和108。
然而，由于在晶界中鎳是分凝的，因此，在結(jié)晶硅膜106中存在載流子通過(guò)晶界的移動(dòng)。通過(guò)晶界的載流子移動(dòng)，引起薄膜晶體管截止?fàn)顟B(tài)時(shí)的漏電流。為此，用結(jié)晶硅膜106構(gòu)成有源層的薄膜晶體管具有截止電流減小的特性。然而，由于結(jié)晶硅膜106具有優(yōu)異的結(jié)晶特性，薄膜晶體管可允許較大的導(dǎo)通電流通過(guò)，并實(shí)現(xiàn)高速操作。
結(jié)晶硅膜108的結(jié)晶特性比結(jié)晶硅膜106的結(jié)晶特性差，因而，晶界的存在不明顯，膜質(zhì)量好。而且，通過(guò)晶界的載流子移動(dòng)也不那么明顯。因而，用結(jié)晶硅膜108構(gòu)成有源層的薄膜晶體管不能提供大遷移率，也不能實(shí)現(xiàn)高速操作，但能產(chǎn)生優(yōu)異的截止電流特性。
用緩沖氫氟酸除去留下的氧化硅膜105和氧化膜104，由此獲得圖2A所示狀態(tài)。
隨后，對(duì)用加熱和激光輻照和借助鎳作用而結(jié)晶化的結(jié)晶硅膜106和用激光輻照而晶化的結(jié)晶硅膜108分別構(gòu)圖，由此形成薄膜晶體管的有源層201、202和203，如圖2B所示。有源層201和202由借助鎳作用而結(jié)晶化的結(jié)晶硅膜106構(gòu)成，用以構(gòu)成設(shè)置在外圍驅(qū)動(dòng)器電路中的薄膜晶體管的有源層。另一方面，用只經(jīng)激光輻照而晶化的結(jié)晶硅膜108構(gòu)成有源層203，由此，用以形成設(shè)置在像素區(qū)內(nèi)的薄膜晶體管的有源層。而且，在這些有源層201至203的表面上形成厚1000構(gòu)成柵絕緣膜的氧化硅膜204(圖2B)。
此后，用電子束汽相淀積技術(shù)，形成主要含鋁與鈧的、厚度為6000的膜，之后構(gòu)圖，由此形成主要含鋁的柵電極205至207。之后，用柵電極205至207作陽(yáng)極，在電解液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化，由此形成厚2000的氧化層208至210。氧化層205至207在后面進(jìn)行的雜質(zhì)離子工藝中用作掩模，并起到形成偏移柵區(qū)的作用(圖2C)。
獲得圖2C所示狀態(tài)之后，在硼離子注入有源層201之前再形成圖3A所示的光刻膠掩模301，復(fù)蓋在有源層202和203上。該工藝中，以自對(duì)準(zhǔn)方式，形成P+型源區(qū)和漏區(qū)302和305，溝道形成區(qū)304和偏移柵區(qū)303。
隨后，除去光刻膠掩模301，形成光刻膠掩模306以復(fù)蓋有源層201。用磷離子注入到有源層202和203中。用自對(duì)準(zhǔn)方式，形成n+型源區(qū)310和311，漏區(qū)307和314，溝道形成區(qū)309和313，偏移柵區(qū)308和312。此后，除去光刻膠掩模306，并用激光輻照到整個(gè)襯底上，因而，激活源區(qū)302、310和311，和漏區(qū)305，307和314(圖3B)。
通過(guò)等離子CVD技術(shù)，形成氧化硅膜315，作為層間絕緣膜。而且，隨著接觸孔的形成，形成薄膜晶體管的P-溝道源和漏電極316和317，薄膜晶體管的n-溝道源電極319和320和漏電極318和321。該結(jié)構(gòu)中，漏電極317和318相互連接，形成構(gòu)成外圍驅(qū)動(dòng)器電路的CMOS結(jié)構(gòu)。
按所述方式，同時(shí)形成設(shè)置在外圍驅(qū)動(dòng)器電路中的薄膜晶體管和設(shè)置在像素區(qū)內(nèi)的薄膜晶體管。
在熱處理之前，在非晶硅膜的表面上形成包含促進(jìn)硅晶化的金屬元素的半透明薄膜，之后，激光輻照到半透明薄膜上，由此，可在要求的區(qū)域內(nèi)選擇地形成具有所需特性的薄膜晶體管。用該技術(shù)，可形成有源矩陣型顯示器的外圍電路區(qū)中和像素區(qū)中設(shè)置的薄膜晶體管，使其分別具有所需的特性。
已提出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明，只為了說(shuō)明和描述發(fā)明，它并不是使發(fā)明終止或限制在所公開(kāi)的確切形式上，在上述技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)或在本發(fā)明的實(shí)踐中，可能有各種改型和變化。為了說(shuō)明本發(fā)明的原理，選擇并說(shuō)明了上述實(shí)施例，在這些實(shí)施例的實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)本行業(yè)的普通技術(shù)人員而言，可以按各種實(shí)施例來(lái)利用，而且預(yù)計(jì)可以用各種改型來(lái)適合于實(shí)際應(yīng)用。應(yīng)想到，本發(fā)明的范圍是由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下工藝步驟形成非晶硅膜；在所述非晶硅膜的一部分上形成具有半透明特性的薄膜、它包含促使硅晶化的金屬元素；用熱處理，選擇地晶化已形成的所述具有半透明特性的薄膜區(qū)域中的所述非晶硅膜；和給已形成的所述具有半透明特性的薄膜的至少一部分區(qū)域和沒(méi)有形成具有半透明特性的薄膜區(qū)的至少一部分區(qū)域加激光。
2.按權(quán)利要求1的方法，其特征是，所述具有半透明特性的薄膜是氧化硅膜。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，所述具有半透明特性的薄膜是透過(guò)激光的薄膜。
4.按權(quán)利要求1的方法，其特征是，促進(jìn)晶化的金屬元素是從Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Cu和Au構(gòu)成的集合中選出的一種或多種元素。
5.按權(quán)利要求1的方法，其特征是，所述硅膜中含濃度為1×1016至5×1019cm-3的促進(jìn)晶化的所述金屬元素。
6.按權(quán)利要求1的方法，其特征是，所述硅膜中含濃度為1×1017至5×1019cm-3的促進(jìn)晶化的所述金屬元素。
7.按權(quán)利要求1的方法，還包括在形成所述的包含所述金屬元素，具有半透明特性的薄膜之前，在所述非晶硅膜上形成防止所述金屬擴(kuò)散的阻擋膜的步驟。
8.按照權(quán)利要求7的方法，其特征是，所述阻擋膜是氧化膜。
9.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括下列步驟形成非晶硅膜；在所述非晶硅膜的一部分上形成具有半透明特性的薄膜，它含有促進(jìn)硅晶化的金屬元素；在450℃至600℃的溫度下進(jìn)行熱處理，使已形成的具有半透明特性的所述薄膜的一個(gè)區(qū)域內(nèi)的非晶硅膜結(jié)晶化；和在其上加激光。
10.按權(quán)利要求9的方法，其特征是，所述具有半透明特性的薄膜是氧化硅膜。
11.按權(quán)利要求9的方法，其特征是，所述具有半透明特性的薄膜是透過(guò)激光的薄膜。
12.按權(quán)利要求9的方法，其特征是，促進(jìn)結(jié)晶化的金屬是從Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Cu和Au組成的集合中選出的一種或多種元素。
13.按權(quán)利要求9的方法，其特征是，所述硅膜中包含濃度為1×1016到1×1019cm-3的促進(jìn)晶化的金屬元素。
14.按照權(quán)權(quán)利要求9的方法，其特征是，所述硅膜中包含濃度為1×1017至5×1019cm-3的促進(jìn)晶化的金屬元素。
15.按權(quán)利要求9的方法，還包括在形成包含所述金屬元素的具有所述半透明特性的所述薄膜之前，在非晶硅膜上形成防止所述金屬元素?cái)U(kuò)散的阻擋層的步驟。
16.按權(quán)利要求15的方法，其特征是，所述阻擋膜是氧化膜。
17.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括下列步驟在玻璃襯底上形成非晶硅膜；在所述非晶硅膜的一部分上形成具有半透明特性的薄膜，它包含促進(jìn)硅結(jié)晶化的金屬元素；在不低于450℃但不高于所述玻璃襯底的變形點(diǎn)的溫度下進(jìn)行熱處理，使已形成的具有半透明特性的所述薄膜的一個(gè)區(qū)域內(nèi)的所述非晶硅膜結(jié)晶化，和在其上加激光。
18.按權(quán)利要求17的方法，其特征是，具有半透明特性的所述薄膜是氧化硅膜。
19.按權(quán)利要求17的方法，其特征是，具有半透明特性的所述薄膜是能透過(guò)激光的薄膜。
20.按權(quán)利要求17的方法，其特征是，促進(jìn)晶化的金屬元素是從Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Cu和Au組成的集合中選出的一種或多種元素。
21.按權(quán)利要求17的方法，其特征是，所述硅膜包含濃度為1×1016至5×1019cm-3的促進(jìn)晶化的金屬元素。
22.按權(quán)利要求17的方法，其特征是，所述硅膜包含濃度為1×1017至5×1019cm-3的促進(jìn)晶化的金屬元素。
23.按權(quán)利要求17的方法，還包括在形成包含所述金屬元素的具有半透明特性的所述薄膜之前，在所述非晶硅膜上形成防止所述金屬元素?cái)U(kuò)散的阻擋膜的步驟。
24.按權(quán)利要求23的方法，其特征是，所述阻擋膜是氧化膜。
25.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括下列步驟在玻璃襯底上形成非晶硅膜；所述非晶硅膜上形成具有半透明特性的薄膜，它包含促進(jìn)硅結(jié)晶化的金屬元素；在不低于所述非晶硅膜晶化的溫度但不高于所述玻璃襯底的變形點(diǎn)的溫度下進(jìn)行熱處理，使所述非晶硅膜結(jié)晶化；和在其上加激光。
26.按權(quán)利要求25的方法，其特征是，具有半透明特性的所述薄膜是氧化硅膜。
27.按權(quán)利要求25的方法，其特征是，具有半透明特性的所述薄膜是能透過(guò)激光的薄膜。
28.按權(quán)利要求25的方法，其特征是，促進(jìn)晶化的金屬元素是從Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Cu和Au組成的集合中選出的一種或多種元素。
29.按權(quán)利要求25的方法，其特征是，所述硅膜包含濃度為1×1016至5×1019cm-3的促進(jìn)結(jié)晶化的金屬元素。
30.按權(quán)利要求25的方法，其特征是，所述硅膜包含濃度為1×1017至5×1019cm-3的促進(jìn)結(jié)晶化的金屬元素。
31.按權(quán)利要求25的方法，還包括在形成包含所述金屬元素的具有所述半透明特性的所述薄膜之前，在所述非晶硅膜上形成防止所述金屬擴(kuò)散的阻擋膜的步驟。
32.按權(quán)利要求31的方法，其特征是，所述阻擋膜是氧化膜。
33.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下步驟形成非晶膜；在所述非晶硅膜的一部分上形成具有半透明特性的薄膜，它包含促進(jìn)硅結(jié)晶化的金屬元素；用熱處理，使具有半透明特性的所述薄膜的一個(gè)區(qū)域內(nèi)的所述非晶硅膜結(jié)晶化，和在其上加激光；其中，在所述加激光的步驟中，促進(jìn)在所述具有半透明特性的薄膜下的硅膜結(jié)晶化，并使沒(méi)有形成具有半透明特性的薄膜區(qū)內(nèi)的非晶硅膜結(jié)晶化。
34.按權(quán)利要求33的方法，其特征是，具有半透明特性的所述薄膜是氧化硅膜。
35.按權(quán)利要求33的方法，其特征是，具有半透明特性的所述薄膜是能透過(guò)激光的薄膜。
36.按權(quán)利要求33的方法，其特征是，促進(jìn)結(jié)晶化的金屬元素是從Fe，Co，Ni，Ru，Ph，Pd，Os，Ir，Pt，Cu和Au組成的集合中選出的一種或多種元素。
37.按權(quán)利要求33的方法，其特征是，所述硅膜包含濃度為1×1016至5×1019cm-3的促進(jìn)結(jié)晶化的所述金屬元素。
38.按權(quán)利要求33的方法，其特征是，所述硅膜包含濃度為1×1017至5×1019cm-3的促進(jìn)結(jié)晶化的所述金屬元素。
39.按權(quán)利要求33的方法，還包括在形成包含所述金屬元素的具有半透明特性的所述薄膜之前，在所述非晶硅膜上形成防止所述金屬元素?cái)U(kuò)散的阻擋膜的步驟。
40.按權(quán)利要求39的方法，其特征是，所述阻擋膜是氧化膜。
41.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括下列步驟形成非晶硅膜；所述非晶硅膜上形成具有半透明特性的薄膜，它包括促進(jìn)硅結(jié)晶化的金屬元素進(jìn)行熱處理，使已形成具有半透明特性的所述薄膜的一個(gè)區(qū)域內(nèi)的所述非晶硅膜晶化；和通過(guò)具有半透明特性的所述薄膜將激光加到所述硅膜上。
42.按權(quán)利要求41的方法，其特征是，所述具有半透明特性的薄膜是氧化硅膜。
43.按權(quán)利要求41的方法，其特征是，所述具有半透明特性的薄膜是能透過(guò)激光的薄膜。
44.按權(quán)利要求41的方法，其特征是，所述促進(jìn)晶化的金屬是從Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Cu和Au組成的金屬集合中選出的一種或多種元素。
45.按權(quán)利要求41的方法，其特征是，所述硅膜包含濃度為1×1016至5×1019cm-3的促進(jìn)結(jié)晶化的金屬元素。
46.按權(quán)利要求41的方法，其特征是，所述硅膜包含濃度為1×1017至5×1019cm-3的促進(jìn)結(jié)晶化的金屬元素。
47.按權(quán)利要求41的方法，還包括在形成包含金屬元素的具有半透明特性的所述薄膜之前、在所述非晶硅膜上形成防止所述金屬元素?cái)U(kuò)散的阻擋膜的步驟。
48.按權(quán)利要求47的方法，其特征是，所述阻擋膜是氧化膜。
49.一種具有像素區(qū)和外圍電路區(qū)的有源矩陣型液晶顯示器的制造方法，所述方法包括下列步驟在有絕緣表面的襯底上形成非晶硅膜；在所述外圍電路區(qū)的至少一部分中的所述非晶硅膜上形成含有促進(jìn)硅結(jié)晶化的金屬元素的半透明薄膜；進(jìn)行熱處理，使已形成的半透明薄膜區(qū)內(nèi)的所述非晶硅膜結(jié)晶化；給已結(jié)晶化的硅膜加激光；和用其上已加激光的所述硅膜形成薄膜晶體管。
50.按權(quán)利要求49的方法，其特征是，所述半透明薄膜是氧化硅膜。
51.按權(quán)利要求49的方法，其特征是，所述半透明薄膜是能透過(guò)激光的薄膜。
52.按權(quán)利要求49的方法，其特征是，促進(jìn)結(jié)晶化的金屬元素是從Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Cu和Au組成的集合中選出的一種或多種元素。
53.按權(quán)利要求49的方法，其特征是，所述硅膜包含濃度為1×1016至5×1019cm-3的促進(jìn)晶化的所述金屬元素。
54.按權(quán)利要求49的方法，其特征是，所述硅膜包含濃度為1×1017至5×1019cm-3的促進(jìn)結(jié)晶化的所述金屬元素。
55.一種具有像素區(qū)和外圍電路區(qū)的有源矩陣型液晶顯示器的制造方法，所述方法包括下列步驟在有絕緣表面的襯底上形成非晶硅膜；在所述外圍電路區(qū)內(nèi)的所述非晶硅膜上形成包含促進(jìn)硅結(jié)晶化的金屬元素的半透明薄膜；在450℃至600℃的溫度下進(jìn)行熱處理，使已形成的半透明薄膜區(qū)內(nèi)的所述非晶硅非結(jié)晶化；給已結(jié)晶化的硅膜上加激光；和用其上已加激光的所述硅膜形成薄膜晶體管。
56.按權(quán)利要求55的方法，其特征是，所述半透明薄膜是氧化硅膜。
57.按權(quán)利要求55的方法，其特征是，所述半透明薄膜是能透過(guò)激光的薄膜。
58.按權(quán)利要求55的方法，其特征是，促進(jìn)結(jié)晶化的金屬元素是以Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Cu和Au組成的集合中選出的一種或多種元素。
59.按權(quán)利要求55的方法，其特征是，所述硅膜包含濃度為1×1016至5×1019cm-3的促進(jìn)晶化的金屬元素。
60.按權(quán)利要求55的方法，其特征是，所述硅膜包含濃度為1×1017至5×1019cm-3的促進(jìn)晶化的金屬元素。
61.一種具有像素區(qū)和外圍電路區(qū)的有源矩陣型液晶顯示器的制造方法，所述方法包括下列步驟在玻璃襯底上形成非晶硅膜；在所述外圍電路區(qū)內(nèi)所述非晶硅膜上，形成包含促進(jìn)硅結(jié)晶化的金屬元素的半透明薄膜，在不低于所述非晶硅膜結(jié)晶化溫度但不高于所述玻璃襯底的變形點(diǎn)的溫度下進(jìn)行熱處理，使所述非晶硅膜上的硅結(jié)晶化；給已晶化的硅膜上加激光；和用其上已加激光的所述硅膜形成薄膜晶體管。
62.按權(quán)利要求61的方法，其特征是，所述半透明薄膜是氧化硅膜。
63.按權(quán)利要求61的方法，其特征是，所述半透明薄膜是能透過(guò)激光的薄膜。
64.按權(quán)利要求61的方法，其特征是，促進(jìn)晶化的金屬元素是以Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Cu和Au組成的集合中選出的一種或多種元素。
65.按權(quán)利要求61的方法，其特征是，所述硅膜中包含濃度為1×1016至5×1019cm-3的促進(jìn)結(jié)晶化的金屬。
66.按權(quán)利要求61的方法，其特征是，所述硅膜中包含濃度為1×1017至5×1019cm-3的促進(jìn)結(jié)晶化的金屬元素。
67.一種具有像素區(qū)和外圍電路區(qū)的有源矩陣型液晶顯示器的制造方法，所述方法包括下列步驟在玻璃襯底上形成非晶硅膜；在所述外圍電路區(qū)內(nèi)的所述非晶硅膜上形成半透明薄膜，它包含促進(jìn)硅結(jié)晶化的金屬元素；在450℃至所述玻璃襯底的形變點(diǎn)的溫度下進(jìn)行熱處理，使已形成的半透明薄膜區(qū)內(nèi)的所述非晶硅膜結(jié)晶化。給已晶化的硅膜上加激光；和用其上已加激光的所述硅膜形成薄膜晶體管。
68.按權(quán)利要求67的方法，其特征是，所述半透明薄膜是氧化硅膜。
69.按權(quán)利要求67的方法，其特征是，所述半透明薄膜是能透過(guò)激光的薄膜。
70.按權(quán)利要求67的方法，其特征是，促進(jìn)結(jié)晶化的金屬元素是從Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Cu和Au組成的集合中選出的一種或多種金屬元素。
71.按權(quán)利要求67的方法，其特征是，所述硅膜中包含濃度為1×1016至5×1019cm-3的促進(jìn)結(jié)晶化的金屬元素。
72.按權(quán)利要求67的方法，其特征是，所述硅膜中包含濃度為1×1017至5×1019cm-3的促進(jìn)結(jié)晶化的金屬元素。
73.按權(quán)利要求67的方法，其特征是，所述半透明薄膜是氧化硅膜。
74.按權(quán)利要求67的方法，其特征是，所述半透明薄膜是能透過(guò)激光的薄膜。
75.按權(quán)利要求67的方法，其特征是，促進(jìn)結(jié)晶化的金屬元素是從Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Cu和Au組成的集合中選出的一種或多種元素。
76.按權(quán)利要求67的方法，其特征是，所述硅膜中包含濃度為1×1016至5×1019cm-3的促進(jìn)結(jié)晶化的金屬元素。
77.按權(quán)利要求67的方法，其特征是，所述硅膜中包含濃度為1×1017至5×1019cm-3的促進(jìn)結(jié)晶化的金屬元素。
全文摘要
在同一襯底上選擇地形成各個(gè)具有不同特性的多個(gè)薄膜晶體管，在玻璃襯底上順序形成氧化硅膜，非晶硅膜、防止鎳元素?cái)U(kuò)散的阻擋膜和促進(jìn)硅結(jié)晶化的含鎳元素的氧化膜，并對(duì)其構(gòu)圖和熱處理，使氧化膜下面的非晶硅膜結(jié)晶化而已去掉了氧化膜的非晶硅膜仍保持原狀不變，因此，在該膜上加激光，在已由加熱而結(jié)晶化的硅膜上，透過(guò)氧化膜后雖減弱了激光輻照，也有助于結(jié)晶特性。結(jié)果，在結(jié)晶化工藝中獲得兩種不同的結(jié)晶硅膜。
文檔編號(hào)H01L29/66GK1133489SQ9512050
公開(kāi)日1996年10月16日 申請(qǐng)日期1995年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月20日
發(fā)明者大谷久 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所