專利名稱：：制造結(jié)晶硅半導(dǎo)體和薄膜晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及其主要成分是具有結(jié)晶硅的半導(dǎo)體的制造方法，特別是涉及用于半導(dǎo)體元件例如薄膜晶體管的結(jié)晶硅半導(dǎo)體的制造方法。通常，采用薄膜半導(dǎo)體的薄膜晶體管(以下稱為TFT)是已知的。TFT是由形成在襯底上的薄膜半導(dǎo)體來構(gòu)成的。TFT用于各種集成電路，尤其是電光器件例如液晶顯示，特別是有源矩陣型液晶顯示器件各個象素的開關(guān)元件或者形成在外圍電路部分的驅(qū)動元件。采用非晶硅膜作為TFT的薄膜半導(dǎo)體雖然簡單方便，但其電特性較差。為了改善TFT的性能，最好采用具有結(jié)晶性的硅薄膜。為了提供具有結(jié)晶性的硅膜，首先形成非晶硅，之后通過對其加熱或者在其上輻照高能電磁波例如激光束來進行晶化。但是，經(jīng)加熱而晶化需要在600℃以上的加熱溫度花費10小時以上的時間周期，因此難以使用玻璃襯底。例如，有源型液晶顯示器常用的Corning7059玻璃的形變點是593℃，因此，考慮襯底的膨脹時，在600℃以上加熱就成為問題。而且，所獲得的結(jié)晶硅膜的性能劣于通過如下的激光輻照射而提供的膜。已經(jīng)揭示出，采用具有加速非晶硅的晶化催化作用的元素，以解決上述問題，這公開在日本未審查專利公開244103/1994、244104/1994、244105/1994、244205/1994和296023/1994。亦即，業(yè)已揭示，通過使極少量的鎳、鈀、鉛等元素附著于非晶硅膜并隨后加熱，可以在約4小時的處理時間內(nèi)，于600°以下典型地為550℃進行晶化。但是，在這種工藝中，以如此短的時間周期在如此低的溫度獲得的硅膜中仍留有催化元素，使用此硅膜的TFT的特性是不好的。特別是，TFT中最嚴重的問題是，當在柵極上施加反向偏壓(在N溝道TFT是負電壓，在P溝道TFT是正電壓)時，漏極電流(截止電流或泄漏電流)的絕對值較大，而且在各個元件中此值相當分散。特別地，當此硅膜用于有源矩陣型液晶顯示器件中的象素的開關(guān)晶體管時，大的截止電流會導(dǎo)致嚴重問題。如果布置在象素電極的薄膜晶體管的截止電流較大，則象素電極不能在預(yù)定的時間周期內(nèi)保持電荷，從而引起屏幕閃爍和模糊顯示。從現(xiàn)狀來看，本發(fā)明之目的是提供一種結(jié)晶硅半導(dǎo)體膜的制造方法，通過使用促進硅晶化的催化元素使硅膜晶化的步驟，實現(xiàn)降低TFT的截止電流、降低每個元件的截止電流值以及離散度，特別是提供一種能在低溫處理并適于批量生產(chǎn)的結(jié)晶硅半導(dǎo)體的制造方法。為在到上述目的，本發(fā)明通過使用下列步驟來提供具有結(jié)晶性的硅膜。首先，通過各種化學汽相淀積(CVD)工藝、例如等離子CVD工藝或熱CVD工藝，在絕緣表面上淀積氧化硅膜。此步驟中的膜形成溫度是450℃以下，300～350℃更好。可以通過等離子CVD工藝，采用例如四乙氧基硅烷(TEOS)和氧或者甲硅烷(SiH4)和一氧化二氮(N2O)，或者通過熱CVD工藝，采用單硅烷和氧進行淀積。通過各種CVD工藝，在如上述已淀積的氧化硅膜上，淀積非晶硅膜。例如，通過采用甲硅烷作為原材料的等離子CVD工藝，在非晶硅膜的制備中，膜形成溫度最好在295～305℃。但是，必須在不使氧化硅膜與空氣接觸的條件下來形成非晶硅膜。亦即，必須連續(xù)進行氧化硅膜的形成和非晶硅膜的形成。為此目的，最好采用公知的多室系統(tǒng)的膜形成裝置(組合加工設(shè)備)。之后，在非晶硅膜上，以層、膜或者簇的形式，形成催化元素的單一物質(zhì)或含有促進非晶硅膜晶化的催化元素的化合物。以下，稱催化元素單一物質(zhì)的層或者含有催化元素的化合物的層為催化劑層。以下將說明催化劑層的形成方法。而且，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當采用鎳作為催化元素時，可達到最顯著的效果。其它可使用的催化元素是Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、Pd、P、As和Sb。隨后，對非晶硅膜進行熱處理，由此使非晶硅膜部分或全部晶化。在晶化工藝中，當催化劑層未覆蓋非晶硅膜的整個面時，不僅催化劑層覆蓋的區(qū)域發(fā)生晶化，而且結(jié)晶從該區(qū)域向周圍部位推進。在晶化步驟，在400℃以上的溫度對非晶硅膜加熱，以推進其中已引入了催化元素的非晶硅膜的結(jié)晶化。對于普通的玻璃襯底，加熱溫度是400℃～750℃。但是，耐熱溫度隨玻璃襯底的種類而不同，因此，加熱溫度的上限可以是玻璃的變形點。例如，對于Corning7059玻璃，其玻璃變形點是593℃，對于Corning1737玻璃，是667℃。具體地，從玻璃襯底的耐熱性和生產(chǎn)率來看，把加熱溫度確定為約550℃是適宜的。已經(jīng)清楚，加熱溫度越高，硅膜結(jié)晶性改進越好。因此，在最大限度地改進硅膜的結(jié)晶性時，在盡可能高的溫度加熱硅膜，只要襯底能承受此溫度。在此情況下，最好使用能承受約1000℃的溫度的石英襯底。例如，石英襯底可在約800℃～1000℃的溫度加熱。在加熱步驟之后，通過輻照激光束或等效強光束，可以進一步促進結(jié)晶化。通過增加此步驟，可使在前面步驟未能晶化的部位晶化，其中在前述步驟已晶化的部位被用作晶核。通過本發(fā)明方法的晶化與通過輻照激光來而進行的傳統(tǒng)晶化之間的基本差異在于，由于在傳統(tǒng)方法中非晶硅膜從無晶核的狀態(tài)熔融隨后結(jié)晶，所以確定結(jié)晶性的條件非常嚴格。亦即，當不存在晶核時，晶化工藝中冷卻速率是決定結(jié)晶性的主要因素。但是，冷卻速率隨激光束的能量密度和環(huán)境溫度而明顯不同，因而激光能量密度的最佳范圍必然變窄。如果能量過高，則從熔融態(tài)的冷卻速率過大，導(dǎo)致非晶態(tài)。而且，如果能量過低，膜整體不能熔融，仍保持非晶部分。此時，當存在晶核時，有利于晶化而且對冷卻速率的依賴性不明顯。而且，大部分膜已結(jié)晶化，即使激光束的能量密度較低，也能保證適宜的性能。按此方式，可以穩(wěn)定地提供結(jié)晶性有極大改善的結(jié)晶硅膜?？梢栽谳^短時間周期內(nèi)輻照非相干強光束、特別是紅外線，來代替激光束輻照。紅外線很難被玻璃吸收，但易于被硅薄膜吸收，因此形成在玻璃襯底上的硅薄膜可以被選擇地加熱，這是所期望的。這種在短時間內(nèi)照射紅外線的工藝稱為快速熱退火(RTA)或者快速熱處理(RTP)。作為形成催化劑層的方法有淀積工藝，其中采用真空裝置，用于濺射催化元素的單一物質(zhì)或其化合物，還有一種淀積工藝，是將含有催化元素的溶液在空氣中涂覆在非晶硅膜表面。尤其是在后者的工藝中，元需基本投資即可重現(xiàn)地進行淀積。以下將對后-工藝做詳細說明。在后-工藝中可以使用水溶液、有機溶液等作為溶液。在此說明書中，＂含有催化劑＂表示作為化合物含有催化劑，或者以分散形式含有催化劑。作為含催化元素的溶劑，可以選擇極化的水溶劑、醇、酸或者氨。此時可以在非晶硅膜表面形成薄氧化膜，因為當溶液直接涂覆在硅膜上時，溶液會被排斥。在氧化膜的形成中可以采用熱氧化、通過氧化劑如過氧化氫的氧化、通過紫外線照射的氧化等。向含催化元素的溶液添加表面活性劑來代替形成氧化膜也是有用的。此添加是用于對待涂覆面的粘著增強和吸附控制。表面活性劑可以預(yù)先涂覆在待涂覆表面?？梢允褂没旧虾凶鳛槭杷鶊F的約10～20個碳原子的烴鏈作為表面活性劑。例如，作為表面活性劑，有氫氟酸混合溶液、氟化銨和水的溶液，其中含有選自以下表面活性劑組成的集合中至少一種材料，這些表面活性劑包括脂肪酸和羧酸的鹽、脂肪酸銨和脂族醇。脂肪酸可表示為CnH2n＋1COOH(n是5-11的整數(shù))。脂肪酸的鹽可表示為CnH2n＋1CONH3R(n是5～11的整數(shù)，R代表氫原子或者具有5～10個碳數(shù)的烷基)。脂肪酸銨可表示為通式CmH2m＋1NH2(m是7-14的整數(shù))。脂族醇可表示為通式CnH2n＋1OH(n是6～12的整數(shù))。表面活性劑的具體實例如以下表1～表3所示。以下表面活性劑當其粘附于非晶硅膜表面時具有分散金屬元素的作用。表1表2</tables>表3<<p>當使用鎳作為催化劑而且鎳包含在極化溶劑中時，鎳是以鎳化合物的形式被引入的。有代表性的鎳化合物選自溴化鎳、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，氧化鎳和氫氧化鎳。而且，當使用鎳的單一物質(zhì)作為催化元素時，必須把鎳溶于酸中形成溶液。包含催化元素的溶劑可以選自非極化溶劑，如苯、甲苯、二甲苯、四氯化碳、三氯甲烷和醚。此時以鎳化合物的形式引入鎳。有代表性的鎳化合物可以包括乙酰丙酮鎳和2-乙基己烷鎳。雖然上述實例使用的溶液中，鎳作為催化元素完全溶解，但也可使用乳劑，其中包括鎳的單一物質(zhì)或鎳化合物在內(nèi)的粉末均勻地分散于懸浮媒質(zhì)中，即使鎳未完全溶解?；蛘?，也可使用形成氧化膜的溶液。這種溶液包括東京應(yīng)化工業(yè)(株)TokyoOhkaKogyoK.K.)制造的OCD(應(yīng)化擴散源)。使用OCD溶液時，涂覆在待處理的面上，并在約200℃烘焙，由此簡便地形成氧化硅膜。另外，本發(fā)明中可以采用溶液，因為能向其中自由地添加雜質(zhì)。上述條件同樣適用于采用鎳之外的材料作為催化元素的情況。溶液中的鎳含量盡管取決于溶液種類，但按慣例以相對于溶液的鎳含量，最好在0.1ppm～200ppm，1ppm～50ppm(重量)更好。此值的是根據(jù)已完成晶化的膜中鎳濃度或者耐化學性(例如耐氫氟酸性)而確定。已經(jīng)揭示，采用結(jié)晶硅膜制備的TFT的大截止電流是由晶體晶化中所用的催化元素的過量存在引起的，而且截止電流的大的離散性是由于催化元素的分凝。因此，如果在晶化步驟之后使催化元素被阻止在硅晶粒之外，而且催化元素濃度低得能避免分凝，則可降低截止電流。原本上催化元素不能穩(wěn)定地存在于硅晶粒中，而且以自然形態(tài)被排斥在外。但是，在硅膜的頂部和底部實際地形成有穩(wěn)固的阻擋層(勢壘層)，所以催化元素被含于其內(nèi)而且在晶界上分凝。本發(fā)明的特征之一是連續(xù)形成氧化硅膜的底層和非晶硅膜。亦即，在氧化硅膜與非晶硅膜之間沒有因空氣中的濕氣、二氧化碳等而形成的雜質(zhì)層。在本發(fā)明中，氧化硅膜的底層和非晶硅膜，是在450℃以下的低溫淀積的，所以氧化硅膜非常軟，而且被非晶硅膜所排斥的催化元素迅速地滲入氧化硅膜。相反，如果底層由具有穩(wěn)固的阻擋作用的氮化硅制做，則催化元素幾乎不被膜吸收。而且，即使對于氧化硅膜，如果在超過450℃的溫度對其處理，則氧化硅被硬化，催化元素的吸收受到阻礙。在晶化初期，氧化硅與硅之間的界面處于不確定狀態(tài)(一種在由理想配比組分構(gòu)成的不同物質(zhì)之間的界面無法識別的狀態(tài))。但是，隨著晶化的進展，界面變得確定。多數(shù)的催化元素存在于晶化的前端，并隨晶化的推進而移動。所以，在所有的硅膜均已最終晶化的狀態(tài)下，多數(shù)的催化元素被吸收于氧化硅膜中。通過退火步驟，初始的軟氧化硅膜被充分硬化，而且已被氧化硅膜吸收的催化元素幾乎沒有不返回結(jié)晶硅膜。而且，可以充分地減少陷阱能級。因此，在連續(xù)元件形成的可靠性上不會產(chǎn)生問題。圖1(A)、1(B)、1(C)、1(D)、1(E)和1(F)展示了實施例1的制造步驟(剖面圖)。圖2(A)、2(B)和2(C)展示了實施例1的制造步驟(頂視圖)。圖3(A)、3(B)、3(C)、3(D)、3(E)和3(F)展示了實施例2的制造步驟(剖面圖)。圖4(A)、4(B)、4(C)、4(D)、4(E)和4(F)展示了實施例3的制造步驟(剖面圖)。實施例1圖1(A)、1(B)、1(C)、1(D)、1(E)和1(F)展示了實施例1。在襯底(Corning7059玻璃)101上，形成氧化硅膜的底層102，厚度為1000～5000，例如1000。以TEOS和氧作為原材料氣體的采用等離子CVD來形成氧化硅膜102。膜形成時的襯底溫度為250℃。在TEOS中混入1～50％的三氯乙烯(TCE)，典型地為20％。由TCE在氧化硅膜的底層102中引入氯，從而增強排出含在硅膜中的催化元素的效果。連續(xù)地，以甲硅烷作為原材料通過等離子CVD，形成非晶硅膜103，厚度為100～1500，例如800。非晶硅膜103的膜形成溫度是300℃。采用具有兩個膜形成室的組合加工設(shè)備，并使氧化硅膜102的表面不與空氣接觸，如此連續(xù)地進行氧化硅膜102和非晶硅103的形成。之后，通過等離子CVD工藝，形成構(gòu)成掩模的氧化硅膜104，厚度為500～3000，例如1000。氧化硅膜104的形成也由上述組合加工設(shè)備在與氧化硅膜的底層102相同的條件下進行。而且，通過公知的光刻法在氧化硅膜104上構(gòu)成圖形，通過開孔，選擇地露出非晶硅膜103。再者，把非晶硅膜103置于過氧化氫的水溶液中，由此在非晶硅膜103的暴露部位形成厚度為10～100的極薄氧化硅膜(圖中未示出)。由于氧化硅膜太薄，所以無法知道其確切厚度。作為形成這種氧化硅膜的另一種工藝，可以采用在氧氣氛中輻照紫外線的氧化反應(yīng)。作為此例的條件，可以在氧氣氛中輻照射1～15分鐘的紫外線。而且，可采用熱氧化工藝。涂覆氧化硅膜是為了在涂覆含鎳乙酸溶液的后續(xù)步驟中，使乙酸溶液能遍布于非晶硅膜103的整個表面，即改善浸潤性。當把乙酸溶液直接涂覆在非晶硅膜103的表面時，非晶硅膜排斥乙酸溶液，因此無法在非晶硅膜103的整個表面引入鎳，并不能進行均勻晶化。在此步驟形成這種薄氧化硅膜的目的是減輕非晶硅膜103的水排斥性。接著，制備添加有鎳的乙酸溶液。鎳濃度為100ppm。在整個表面上滴落2ml的乙酸溶液并保持此狀態(tài)達5分鐘。采用旋涂機進行旋轉(zhuǎn)干燥(2000rpm，60秒)。涂完溶液后，將此狀態(tài)保持1～10分鐘。雖然非晶硅膜103中最終含有的鎳濃度可以由保持時間來控制，但最大的控制因素仍是溶液濃度。通過一次或多次涂覆鎳溶液的步驟，在旋轉(zhuǎn)干燥之后，在非晶硅膜103的暴露表面上，可以形成平均膜厚為幾A至幾百A的含鎳層(催化劑層)105。此例中，在后續(xù)的加熱步驟中層中的鎳在非晶硅膜103中擴散，并起促進晶化的催化劑作用。順便提及，催化劑層105不必是完整的膜(圖1(A))。而且，在加熱爐中，在500～580℃的氮氣氛下進行1～12小時的加熱，本例中在550℃加熱8小時，結(jié)果，從氧化硅膜104的開孔部位開始推進結(jié)晶化，從而提供結(jié)晶的硅區(qū)106和107。其它區(qū)108和109仍是非晶硅狀態(tài)(圖1(B))。圖2(A)是展示過程狀態(tài)的頂視圖。如圖2(A)所見，結(jié)晶硅區(qū)從打孔部位擴展成為橢圓形狀(圖2(A))。之后，除去氧化硅膜104，對硅膜蝕刻構(gòu)圖，由此形成島形硅膜區(qū)110和111。通過在垂直方向具有各向異性的RIE工藝，進行硅膜的蝕刻。由此形成TFT的有源層。隨后，在氧氣氛中550℃進行熱處理，由此在島形硅膜區(qū)110和111的表面上形成極薄的(最多為100)氧化硅膜112。在氮氣氛或者空氣中，在其上輻照幾次KrF準分子激光(波長248nm，脈寬30nsec)，能量密度為200～400mJ/cm2，例如300mJ/cm2，由此進一步促進島形硅膜區(qū)110和111的結(jié)晶性。除了KrF準分子激光，也可使用其它準分子激光，例如XeCl激光(波長308nm)、ArF激光(波長193nm)、XeF激光(波長353nm)等。而且，也可使用RTA方法。(圖1(C))。隨后，通過濺射法或等離子CVD法，形成厚1000的氧化硅膜113作為柵絕緣膜。在使用濺射法時，以氧化硅為靶，濺射時襯底溫度為200～400℃，例如350℃，濺射氣氛由氧氣和氬氣構(gòu)成，氬/氧＝0～0.5，例如0.1以下。(圖1(D))。連續(xù)地，采用低壓CVD工藝，形成厚度為3000～8000、例如6000的硅膜(含0.1～2％的磷)。順便提及，最好連續(xù)地進行氧化硅膜113的形成步驟和硅膜的形成步驟。對硅膜構(gòu)圖，形成柵電極114～116。圖2(B)是展示此過程狀態(tài)的頂視圖。圖2(B)中的虛線橢圓圖形對應(yīng)于圖2(A)中的區(qū)106和107。(圖2(B))。接著，采用離子摻雜工藝，以柵電極114～116為掩模，把雜質(zhì)(磷和硼)注入有源層。使用磷化氫(PH3)和乙硼烷(B2H6)作為摻雜氣體。前者的加速電壓為60～90KV，例如80KV，而后者加速電壓為40～80KV，例如65KV。劑量為1×1014～8×1015cm-2，例如對于磷是1×1015cm-2，對于硼是2×1015cm-2。摻雜中，通過用光致抗蝕劑區(qū)覆蓋無需摻雜的部位，來選擇地摻入各種元素。結(jié)果，形成N型雜質(zhì)區(qū)118和119和P型雜質(zhì)區(qū)117。之后，在550～600℃進行退火，從而使注入了離子的雜質(zhì)區(qū)117～119激活。結(jié)果，使摻有提供P型雜質(zhì)(硼)的雜質(zhì)區(qū)117和摻有提供N型雜質(zhì)(磷)的雜質(zhì)區(qū)118和119被激活(圖1(E))。連續(xù)地，采用等離子CVD工藝，形成厚6000的氧化硅膜120作為層間絕緣體。在層間絕緣體120中形成接觸孔(接觸孔開孔位置如圖2(C)所示)，其中由鋁膜形成TFT的電極/引線121～125。最后，在1個大氣壓的氫氣氛中于310℃進行30分鐘退火。退火也可以在把氫離子注入有源層之后再進行，亦即在圖1(C)或圖1(D)的步驟中以10～100KeV對氫離子加速，由此代替氫退火(圖1(F))。按此方式可形成具有TFT的電路。本實施例中，通過采用N溝道TFT和P溝道TFT的互補電路，可以在同一襯底上，形成具有有源矩陣電路和用于驅(qū)動有源矩陣電路的邏輯電路的集成電路(通稱為單片或有源矩陣電路)，形成在圖2(B)左側(cè)島形區(qū)110上的TFT主要用作邏輯電路，右側(cè)島形區(qū)111的TFT用作有源矩陣電路的開關(guān)晶體管，不過這是用于衡量TFT的基本特性所需的最小電路。實施例2圖3(A)、3(B)、3(C)、3(E)和3(F)表示實施例2中制造步驟的過程簡圖。采用等離子CVD工藝，以甲硅烷和一氧化二氮作為原材料，在玻璃襯底(Corning1737)201上首先形成氧化硅膜的底覆蓋層202，厚度為1000～5000，例如2000。膜形成溫度是350℃。而且，采用等離子CVD工藝，以甲硅烷為原材料，在其上淀積厚1000的非晶硅膜203。膜形成溫度是250℃。使用具有兩個膜形成室的組合加工設(shè)備，連續(xù)地形成氧化硅膜202和非晶硅膜203。接著，在非晶硅膜203上，采用過氧化氫水溶液，形成極薄氧化硅膜。如同實施例1，在襯底上滴落5ml的含1～30ppm、例如10ppm鎳的乙酸溶液(10cm2襯底的情形)，并用旋涂機以50rpm進行10秒的旋涂，由此在襯底整個表面上形成均勻的水膜。保持此狀態(tài)5分鐘，使用旋涂機以2000rpm進行60秒的旋轉(zhuǎn)干燥。保持步驟可通過以0～150rpm旋轉(zhuǎn)旋涂機來進行。按此方式形成含鎳催化劑層204(圖3(A))。隨后，在氮氣氛中于550℃進行4小時退火，由此使非晶硅膜203結(jié)晶。此時，鎳從非晶硅膜203向氧化硅膜的底層202移動，結(jié)晶從頂部向底部推進。按此方式，獲得結(jié)晶硅膜205，其中觀察到有尺寸大約為幾個μm的非晶成分。(圖3(B))。晶化步驟之后，通過退火工藝輻照XeCe激光(波長308nm)，進一步提高了硅膜205的結(jié)晶性。如果在激光束輻照步驟對襯底201或者待用激光束輻照的面加熱，則可使均勻性更為提高并能降低所需的激光能量密度。加熱溫度最好在200℃～450℃。通過此步驟，硅膜205中的非晶成分完全結(jié)晶，從而提高了結(jié)晶性。按此步驟提供了結(jié)晶硅膜206(圖3(C))。而且，可以通過快速熱退火(RTA)來完成此步驟。具體地，輻照30～180秒的紅外線，其峰值波長為0.6～4μm，這里是0.8～1.4μm。氣氛中可混合0.1～10％的HCl。采用鹵素燈作為紅外線光源。調(diào)整紅外線強度，使單晶硅晶片上的監(jiān)視器溫度在900～1200℃的范圍。具體地，對埋置在硅晶片中的熱電偶的溫度進行監(jiān)測并反饋至紅外線光源。此例中，溫度上升速率恒定地在50～200℃/秒，降溫速率在自然冷卻的20～100℃/秒。可以在襯底保持室溫的狀態(tài)進行紅外線照射。但是，為了提高效果，可以在襯底預(yù)先加熱至200～450℃如400℃的狀態(tài)進行紅外線照射。接著，對結(jié)晶硅膜206蝕刻，由此形成島形硅膜區(qū)207和208。采用在垂直方向具有各向異性的RIE工藝，對結(jié)晶硅膜206進行蝕刻。之后，采用等離子CVD工藝，以甲硅烷和一氧化二氮為原材料，形成厚1000的氧化硅膜209作為柵絕緣膜。形成膜時襯底溫度為200～400℃，例如350℃，此步驟之后，在氮氣或一氧化二氮氣氛中，于550～650℃進行熱退火(圖3(D))。連續(xù)地，采用濺射法形成鋁膜(含0.1～2％的鈧)，厚度為3000～8000，例如4000。而且，對鋁膜蝕刻，由此形成柵電極210～212。通過在電解液中通電，在柵電極210～212上進行陽極氧化，由此在柵電極210～212的頂面和側(cè)面上形成氧化鋁膜，厚度為1000～3000，這里是2000。在含1～5％酒石酸的1，2-亞乙基二醇溶液中進行陽極氧化。順便提及，此氧化鋁層為在后續(xù)的離子摻雜步驟形成偏移柵區(qū)提供了一個厚度，由上述陽極氧化步驟可以確定偏移柵區(qū)的長度。(參見日本未審查專利公開114724/1993、267667/1993和291315/1994)接著，采用離子摻雜工藝，以柵電極部位(柵電極210～212和周圍的氧化層)為掩模，按自對準方式向有源層區(qū)添加提供P或N導(dǎo)電類型的雜質(zhì)。使用磷化氫(PH3)和乙硼烷(B2H6)作為摻雜氣體。前者，加速電壓為80KV，劑量為5×1014cm-2，后者，加速電壓為65KV，劑量為1×1015cm-2。摻雜中，通過用光致抗蝕劑覆蓋不必要的部位，使各種元素選擇地摻入。結(jié)果，形成N型雜質(zhì)區(qū)214和215和P型雜質(zhì)區(qū)213。之后，通過輻照激光來進行退火，使注入離子后的雜質(zhì)區(qū)激活。雖然激光來束用KrF準分子激光(波長248nm，脈寬20nses)，但也可用其它激光束來替換。作為輻照激光束的條件，能最密度是200～400mJ/cm2，例如250mJ/cm2，輻照次數(shù)是2～10，例如每一位置2次。在輻照激光束時使襯底加熱至大約200～450℃，可以促進電阻的均勻性。按此方式，使雜質(zhì)區(qū)213～215激活。可以用RTA工藝代替激光退火進行雜質(zhì)的激活(圖3(E))。連續(xù)地，采用等離子CVD工藝，形成厚6000的氧化硅膜216作為層間絕緣。而且，在層間絕緣216中形成接觸孔，用金屬材料如鉻膜形成TFT的電極引線217～221(圖3(F))。實施例3圖4(A)、4(B)、4(C)、4(E)和4(F)展示了實施例3。采用熱CVD工藝以甲硅烷和氧氣為原材料，在石英襯底上形成厚2000的氧化硅的底覆蓋層302。膜形成溫度是420℃。而且，采用等離子CVD工藝在其上形成厚500的非晶硅膜303。使用具有兩個膜形成室的多室膜形成裝置，連續(xù)地形成氧化硅膜的底層302和非晶硅膜303。而且，采用實施例2中的旋涂工藝，形成厚20～50的乙酸鎳層304。但是，在此實施例中，向乙酸鎳水溶液添加1％(體積)的表面活性劑(高醇基非離子表面活性劑)。因此，與實施例2不同，這里無需在非晶硅膜303的表面上形成氧化硅膜。(圖4(A))。之后，在氮氣氛中于550℃進行4小時退火，由此使非晶硅膜303結(jié)晶。如實施例2一樣，以鎳與非晶硅膜303接觸的區(qū)域為起點，在縱向推進結(jié)晶。按此方式獲得結(jié)晶硅膜305。在此實施例中，殘余的非晶區(qū)小于實施例2的情形，這是因為表面活性劑的作用。退火完成后，通過輻照KrF準分子激光進一步改善結(jié)晶硅膜305的結(jié)晶性(圖4(B))。接著，對結(jié)晶硅膜305蝕刻，形成島形有源層區(qū)306和307。采用垂直方向具有各向異性的RIE工藝對結(jié)晶硅膜305蝕刻。之后，通過在1個大氣壓的含10％水蒸汽的氧氣氛中、于650～850℃典型地為750℃放置3～5小時，使有源層區(qū)306和307的表面氧化，厚度為200～800，典型地為500，由此形成氧化硅膜308和309。從膜厚控制性來看，熱解氧化工藝(氫∶氧＝1.8～1.0(體積比))在形成氧化硅膜308和309中是有效的。氧化硅膜308和309的厚度為400～1600，在本例中為1000。形成氧化硅膜308和309后，在一個大氣壓的一氧化二氮氣氛中，于800℃進行一小時退火，由此除去氧化硅膜308和309中的氫(圖4(C))。連續(xù)地，采用濺射法形成鋁膜(含0.1～2％鈧)，厚度為3000～8000，例如5000。而且，對鋁膜構(gòu)圖，形成柵電極310～312。如實施例2那樣，通過在電解液中通電，在柵電極310～312上進行陽極氧化，由此在柵電極310和312的頂面和側(cè)面上形成氧化鋁膜，厚度為1000～3000，這里是2000。接著，采用離子摻雜工藝，以柵電極部位、即柵電極310～312及周圍氧化層為掩模，把提供P或N導(dǎo)電類型的雜質(zhì)按自調(diào)整方式添加至有源層區(qū)(構(gòu)成源/漏、溝道)。采用磷化氫(PH3)和乙硼烷(B2H6)作為摻雜氣體。前者，加速電壓為80KV，劑量是5×1014cm-2，后者，加速電壓為65KV，劑量是1×1015cm-2。結(jié)果，形成N型雜質(zhì)區(qū)314和315和P型雜質(zhì)區(qū)313。之后，通過輻照激光束進行退火，使離子注入的雜質(zhì)激活。作為激光束，采用KrF準分子激光(波長248nm，脈寬20nsec)。接著，采用等離子CVD工藝，形成氧化硅膜316。重要的是，對于柵電極的側(cè)面，氧化硅膜316在涂覆性能上是優(yōu)異的。氧化硅膜316的厚度是0.5～1μm，例如0.7μm(圖4(D))。而且，采用干式腐蝕等方式，對絕緣氧化硅膜316進行各向異性腐蝕。亦即，只在垂直方向上選擇地腐蝕。結(jié)果，使構(gòu)成源或漏的區(qū)313～315的表面暴露出來，并使具有大致為三角形的絕緣體317、318和319仍留在各個柵電極310～312(包括周圍的陽極氧化層)的側(cè)面。具有大致為三角形的絕緣體317～319的尺寸、尤其是寬度，是由預(yù)先形成的氧化硅膜316的厚度、腐蝕條件和柵電極310～312(包括周圍的陽極氧化層)的高度所決定的。而且，所得的絕緣體317～319的形狀不限于三角形，但該形狀是隨氧化硅膜316的臺階覆蓋范圍和膜厚而變化的。例如，當膜厚較小時該形狀變成方形。而且，通過濺射法形成厚50～500的鈦膜320。也可以用鉬、鎢、鉑、鈀等來替代鈦(圖4(E))。而且，在膜形成之后，在200～650℃，最好是400～500℃進行退火，由此鈦膜320與構(gòu)成源或漏的雜質(zhì)區(qū)313～315中的硅反應(yīng)，從而在源/漏區(qū)形成硅化物層321、322和323。之后，用過氧化氫水溶液和銨的水溶液對鈦膜320的未反應(yīng)部位(主要是淀積在絕緣體317～319或陽極氧化層上)進行腐蝕。而且，采用熱CVD工藝，在整個表面形成厚6000的氧化硅膜作為層間絕緣324。在TFT的源/漏形成接觸孔，淀積鈦和鋁的復(fù)合層并蝕刻，從而形成引線/電極325～329。鈦層和鋁層的厚度分別是800和5000。最后，在一個大氣壓的氫氣氛中，于350℃進行30分鐘退火，由此制成TFT電路。(圖4(F))。根據(jù)本發(fā)明，可以穩(wěn)定地提供具有優(yōu)異的結(jié)晶性的硅膜。由本發(fā)明提供的結(jié)晶硅膜尤為適用于制造TFT，如實施例所述，因此本發(fā)明在工業(yè)上極為有用。權(quán)利要求1.一種結(jié)晶硅半導(dǎo)體的制造方法，包括以下步驟(1)采用化學汽相淀積工藝(CVD)，于450℃以下的溫度，在絕緣表面上形成氧化硅膜；(2)在不使氧化硅膜暴露于空氣的條件下，在氧化硅膜上淀積非晶硅膜；(3)通過把促進非晶硅膜晶化的催化元素混入非晶硅膜并對非晶硅膜加熱，使非晶硅膜部分或全部結(jié)晶。2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中采用選自下列元素集合中一種或多種元素作為催化元素Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、P、As和Sb。3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，在步驟(2)與(3)之間還包括以下步驟用一種溶液涂覆非晶硅膜的實體表面，該溶液中含有催化元素的化合物溶解或分散于極化溶劑中。4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中在極化溶劑中混有表面活性劑。5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在450℃以下進行非晶硅膜的淀積。6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括對在晶化步驟已經(jīng)吸收了催化元素的氧化硅膜進行退火的步驟。7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中氧化硅膜的形成厚度達1000～5000A。8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中采用等離子CVD，以四乙氧基硅烷和氧氣為材料氣體，進行氧化硅膜的形成。9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中在四乙氧基硅烷中混有三氯乙烯。10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中采用等離子化學汽相淀積，以甲硅烷為材料氣體，進行非晶硅膜的淀積。11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在氮氣氛中、500～580℃的溫度下進行非晶硅膜的加熱。12.一種結(jié)晶硅半導(dǎo)體的制造方法，包括以下步驟(1)采用化學汽相淀積工藝(CVD)，于450℃以下的溫度，在絕緣表面上形成氧化硅膜；(2)在不使氧化硅膜暴露于空氣的條件下，在氧化硅膜上淀積非晶硅膜；(3)通過把促進非晶硅膜晶化的催化元素混入非晶硅膜并通過對非晶硅膜加熱，使非晶硅膜的部分或全部晶化。(4)向硅膜輻照激光，以改善在步驟(3)晶化的硅膜的結(jié)晶性。13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中采用選自下列元素集合中一種或多種元素作為催化元素Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、P、As和Sb。14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，在步驟(2)與(3)之間還包括以下步驟用一種溶液涂覆非晶硅膜的實體表面，該溶液中含有催化元素的化合物溶解或分散于極化溶劑中。15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中在極化溶劑中混有表面活性劑。16.一種薄膜晶體管的制造方法，包括以下步驟(1)采用化學汽相淀積工藝(CVD)，在450℃以下的溫度，在絕緣表面上形成氧化硅膜；(2)在不使氧化硅膜暴露于空氣的條件下，在氧化硅膜上淀積非晶硅膜；(3)通過把促進非晶硅膜結(jié)晶的催化元素混入非晶硅膜并對非晶硅膜加熱，使非晶硅膜的部分或全部晶化；(4)在步驟(3)之后把硅膜刻成至少一個硅島；(5)在硅島之上形成柵絕緣膜；(6)在柵絕緣膜上形成柵電極；(7)以柵電極為掩模向硅島注入雜質(zhì)。17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中采用選自由Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、P、As和Sb所組成的集合中之一種或多種元素作為催化元素。18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，在步驟(2)與(3)之間還包括以下步驟用一種溶液涂覆非晶硅膜的實體表面，該溶液中含有催化元素的化合物溶解或分散于極化溶劑。19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中在極化溶劑中混有表面活性劑。20.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中在450℃以下的溫度進行非晶硅膜的淀積。全文摘要為了提供呈現(xiàn)適合于半導(dǎo)體器件如薄膜晶體管(TFT)等的性能的結(jié)晶硅膜，采用CVD工藝在玻璃襯底上沉積氧化硅膜，并在不使氧化硅膜與空氣接觸的條件下，在其上連續(xù)淀積非日硅膜。通過添加催化元素如鎳，在500-600℃對非晶性的結(jié)晶硅膜。通過使用此結(jié)晶硅膜，可實現(xiàn)性能改進的(尤其是小的截止電流)半導(dǎo)體器件如TFT等。文檔編號H01L21/20GK1131342SQ9512167公開日1996年9月18日申請日期1995年12月16日優(yōu)先權(quán)日1994年12月16日發(fā)明者山崎舜平,坂間光范,竹村保彥申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所