專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
本說明書公開的發(fā)明涉及薄膜晶體管及其制造方法?；蛘呱婕安捎帽∧ぞw管構(gòu)成的電路和器件。
使用薄膜半導(dǎo)體的薄膜晶體管(以下稱為TFT等)是公知的。這是在襯底上形成薄膜半導(dǎo)體、特別是硅半導(dǎo)體膜，采用此薄膜半導(dǎo)體構(gòu)成的。
TFT用于各種集成電路，特別是用于有源矩陣型液晶顯示裝置。
有源矩陣型顯示裝置具有對(duì)于各個(gè)以矩陣狀配置的象素電極作為開關(guān)元件配置TFT的構(gòu)造。
而且，直至矩陣電路以外的周邊驅(qū)動(dòng)電路也由TFT構(gòu)成(稱為周邊驅(qū)動(dòng)電路一體型)也是公知的。
作為TFT的其他用途，可以列舉各種集成電路和多層結(jié)構(gòu)集成電路(立體型IC)。
作為在TFT使用的硅膜，使用由等離子體CVD法等汽相法成膜的非晶硅膜是簡便的。此技術(shù)已經(jīng)基本確立。
但是，使用非晶硅膜的TFT，與一般的半導(dǎo)體集成電路中使用的單晶硅半導(dǎo)體相比，其電氣特性低得多。因此，現(xiàn)狀是僅限于用于有源矩陣電路的開關(guān)元件的用途。
作為今后的技術(shù)趨勢(shì)，要求有源矩陣電路和周邊驅(qū)動(dòng)電路、進(jìn)而用于進(jìn)行圖象處理的電路和振蕩電路等，在同一襯底上集成化構(gòu)成。
對(duì)于提高使用非晶硅膜的TFT的特性而言，不采用非晶硅膜，只要采用結(jié)晶硅膜就行。
單晶硅以外，有結(jié)晶性的硅膜稱作多晶硅(polysilicon)、微晶硅等。
為了獲得具有這種結(jié)晶性的硅膜，首先形成非晶硅膜，然后通過加熱(熱退火)進(jìn)行結(jié)晶化就行。此方法由于一邊保持固體狀態(tài)一邊使非晶狀態(tài)變化成結(jié)晶狀態(tài)，所以稱為固相生長法。
但是，在硅的固相生長中，必須在600℃以上的溫度進(jìn)行20小時(shí)的加熱，存在作為襯底難以使用廉價(jià)的玻璃襯底的問題。
例如，有源型液晶顯示裝置中使用的康寧7059玻璃，其玻璃形變點(diǎn)是593℃，考慮襯底大面積化的情況，在600℃以上進(jìn)行長時(shí)間的熱退火就存在問題。
而且，為了進(jìn)行結(jié)晶化的熱處理時(shí)間要花費(fèi)20小時(shí)以上，因此生產(chǎn)率上存在問題。
對(duì)于這些問題，本發(fā)明人開發(fā)了以下公開的技術(shù)。這些是，在非晶硅膜表面上堆積微量的鎳或鈀等中的一種金屬元素，然后加熱，在550℃進(jìn)行4小時(shí)處理時(shí)間的結(jié)晶化。(特開平6-244103)當(dāng)然，如果在600℃進(jìn)行4小時(shí)的熱退火，則可獲得結(jié)晶性更好的硅膜。
根據(jù)此技術(shù)，可以在廉價(jià)玻璃襯底上獲得生產(chǎn)率高而且具有大面積的結(jié)晶硅膜。
為了引入上述微量的金屬元素(促進(jìn)結(jié)晶化的金屬元素)，其中有通過濺射法堆積金屬元素或者其化合物的被膜的方法(特開平6-244104)，通過象旋涂法形成金屬元素或者其化合物的被膜的方法(特開平7-130652)，通過熱分解、等離子體分解等方法分解含有金屬元素的氣體、形成被膜的方法(特開平7-335548)。
而且，針對(duì)特定部分選擇地進(jìn)行金屬元素的引入，之后，通過加熱，可以從金屬元素的引入部分向周圍使結(jié)晶生長擴(kuò)展(橫向生長法或者橫生長法)。由這種方法獲得的結(jié)晶硅在結(jié)晶結(jié)構(gòu)上具有方向性，隨方向性呈現(xiàn)極佳的特性。
采用如上所述的某種金屬元素(例如鎳)的結(jié)晶性硅膜的制造方法，是非常優(yōu)異的。但是，使用此結(jié)晶性硅膜制造TFT時(shí)，可知存在元件特性偏差、可靠性較差的問題。
本說明書公開的發(fā)明，其目的在于提供一種制造TFT的技術(shù)，在使用利用金屬元素獲得的結(jié)晶性硅膜、制造TFT的情況下，可使元件特性偏差小。
本說明書公開的發(fā)明之一，如

圖1和圖2所示制備工序的一例，其特征在于包括以下工序采用促進(jìn)硅結(jié)晶化的金屬元素，在絕緣表面上形成結(jié)晶性硅膜107(圖1(A)和(B))；在所述結(jié)晶性硅膜上形成掩膜109(圖1(C))；利用所述掩膜，在結(jié)晶性硅膜的特定區(qū)域111、112對(duì)所述金屬元素吸雜(圖2(E))；利用所述掩膜109(進(jìn)行側(cè)腐蝕形成115)形成元件有源層116(圖2(H))。
另一發(fā)明的構(gòu)成，其特征在于包括以下工序采用促進(jìn)硅結(jié)晶化的金屬元素，在絕緣表面上形成結(jié)晶性硅膜；在所述結(jié)晶性硅膜上形成掩膜；利用所述掩膜，對(duì)所述結(jié)晶性硅膜選擇地?fù)诫s選自氮、磷、砷、銻、鉍中的元素；進(jìn)行加熱處理，在所述進(jìn)行摻雜的區(qū)域?qū)λ鼋饘僭剡M(jìn)行吸雜；利用所述掩膜除去所述進(jìn)行摻雜的區(qū)域。
在上述構(gòu)成中，作為摻雜劑最有效的是磷。
另一發(fā)明的構(gòu)成，其特征在于包括以下工序采用促進(jìn)硅結(jié)晶化的金屬元素，在絕緣表面上形成結(jié)晶性硅膜；在所述結(jié)晶性硅膜上形成掩膜；利用所述掩膜，對(duì)所述結(jié)晶性硅膜選擇地?fù)诫s選自氮、磷、砷、銻、鉍中的元素；進(jìn)行加熱處理，在所述摻雜區(qū)域?qū)λ鼋饘僭剡M(jìn)行吸雜；采用進(jìn)行吸雜的區(qū)域，利用所述掩膜形成元件有源層。
另一發(fā)明的構(gòu)成，如圖1和圖2中所示的具體制備工序例，其特征在于包括采用促進(jìn)硅結(jié)晶化的金屬元素，在絕緣表面上形成結(jié)晶性硅膜107(圖1(A)和(B))；在所述結(jié)晶性硅膜107上形成掩膜109(圖1(C))；利用所述掩膜109，對(duì)所述結(jié)晶性硅膜選擇地?fù)诫s選自氮、磷、砷、銻、鉍中的元素(此時(shí)是磷)(圖1(D))；進(jìn)行加熱處理，在所述進(jìn)行摻雜的區(qū)域111、112對(duì)所述金屬元素進(jìn)行吸雜(圖2(E))；利用所述掩膜113，對(duì)進(jìn)行吸雜的區(qū)域中的與所述進(jìn)行摻雜的區(qū)域相鄰的區(qū)域進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)式的腐蝕(圖2(H))。
上述工序中，其特征在于，利用掩膜109進(jìn)行磷的摻雜，再通過對(duì)掩膜109進(jìn)行側(cè)腐蝕(如115所示)，獲得如116所示的圖形。
通過這樣的工序，可以除去與113的111、112鄰接的區(qū)域，可以抑制鎳元素對(duì)116的區(qū)域的影響。
在本說明書公開的發(fā)明中，作為促進(jìn)硅的結(jié)晶化的金屬元素，最好采用Ni，并且可以利用選自Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Au中的一種或者多種元素。
而且，可以利用由SixGe1-x(0＜x＜1)表示的化合物膜代替結(jié)晶性硅膜。
此時(shí)，初始膜的非晶硅膜也可以是由SixGe1-x(0＜x＜1)表示的化合物膜。
圖1是TFT的制備工序圖。
圖2是TFT的制備工序圖。
圖3是TFT的制備工序圖。
圖4是進(jìn)行磷摻雜的區(qū)域和不進(jìn)行磷摻雜的區(qū)域中的鎳元素濃度圖。
圖5是TFT的制備工序圖。
圖6是獲得結(jié)晶性硅膜的工序圖。
圖7是在同一襯底上制備PTFT和NTFT的工序圖。
圖8是在同一襯底上制備PTFT和NTFT的工序圖。
圖9是在同一襯底上制備PTFT和NTFT的工序圖。
圖10是底柵型TFT的制備工序圖。
圖11是底柵型TFT的制備工序圖。
圖12是利用發(fā)明的裝置的概略構(gòu)成圖。
圖13是TFT的一部分制備工序圖。
(實(shí)施例1)圖1～圖3展示了本實(shí)施例的制備工序。首先如圖1(A)所示，利用等離子體CVD法或者濺射法，在玻璃襯底101上形成厚300nm的氧化硅膜作為基底膜102。
然后，利用減壓熱CVD法形成50nm厚的非晶硅膜103。非晶硅膜的厚度可在20～10nm的范圍內(nèi)選擇。
除了非晶硅膜之外，也可以使用由SixGe1-x(0＜x＜1)表示的含硅化合物。
再利用等離子體CVD法形成120nm厚的圖中未示出的氧化硅膜。通過對(duì)此氧化硅膜制圖，形成如104所示的掩膜。
在此掩膜上形成105所示的槽狀開口。此開口105從圖面的前側(cè)向深度方向具有縱向的細(xì)長形狀(圖1(A))。
然后，采用旋涂器涂敷含濃度為10ppm(重量換算)的鎳的乙酸鎳溶液，除去多余的溶液。
這樣，獲得如圖1(A)的106所示的鎳元素與樣品表面保持接觸的狀態(tài)。
在圖1(A)的狀態(tài)下，在開口105的區(qū)域中，成為鎳元素選擇地與非晶硅膜103表面保持接觸的狀態(tài)。
作為鎳的導(dǎo)入法，有等離子體CVD法、濺射法、從含鎳電極放電的等離子體處理、氣體吸附法、離子注入法等方法。
然后在600℃的氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行4小時(shí)的加熱處理。在此工序中，鎳元素從設(shè)置開口105的區(qū)域向非晶硅膜中擴(kuò)散，由此如箭頭106所示發(fā)生結(jié)晶化。
可看出此結(jié)晶化沿襯底平行的方向進(jìn)行的尤為特別(圖1(B))。
這樣，獲得如106所示的朝襯底平行方向進(jìn)行結(jié)晶生長的結(jié)晶硅膜107。
用于上述結(jié)晶化的加熱條件，可以做550℃～700℃的范圍內(nèi)選擇。使用鎳元素的情況，提高加熱溫度，效果并不能相應(yīng)提高。
結(jié)晶化結(jié)束后除去氧化硅膜制成的掩膜104。然后提高照射紅外線光，對(duì)硅膜進(jìn)行退火。在此工序中，可減少發(fā)生結(jié)晶化的區(qū)域中的缺陷、提高結(jié)晶化。
而且，除了紅外線也可以照射紫外區(qū)域的準(zhǔn)分子激光。照射激光可促進(jìn)膜中的非平衡狀態(tài)，具有使鎳元素易于運(yùn)動(dòng)的作用。當(dāng)然，這具有促進(jìn)結(jié)晶化的作用。
然后通過等離子體CVD法形成圖中未示出的氧化硅膜和氮化硅膜。膜厚分別是200nm。
然后，如圖1(C)所示，形成光刻膠掩膜108，采用干腐蝕法對(duì)在先成膜的氧化硅膜和氮化硅膜進(jìn)行制圖。
這樣獲得氧化硅膜圖形109和氮化硅膜圖形110層疊的狀態(tài)。此層疊圖形是在107所示的進(jìn)行生長的區(qū)域上形成的(圖1(C))。
然后如圖1(D)所示，在暴露的硅膜表面進(jìn)行磷的摻雜。由此，采用等離子體摻雜法，在111和112的區(qū)域加速注入磷離子。
以上展示了利用加速注入磷離子的方法進(jìn)行摻雜的例子，但是作為摻雜方法也可以采用以下的其它方法。
(1)形成含磷的膜，進(jìn)行激光退火和加熱處理。
(2)通過涂敷形成PSG膜的溶液，形成含成膜磷的膜，進(jìn)行激光退火和加熱處理。
(3)在含磷的氣氛中進(jìn)行激光退火。
然后進(jìn)行加熱處理。在氮?dú)夥罩幸?00℃、2小時(shí)的條件進(jìn)行此加熱處理。此加熱處理可在400℃～襯底形變點(diǎn)的范圍內(nèi)選擇。一般在400℃～650℃的范圍內(nèi)選擇為好。
在此加熱處理中，如圖2(E)的114所示，鎳元素從113的區(qū)域向111、112的區(qū)域移動(dòng)。亦即，存在于113的鎳元素向111和112的區(qū)域吸雜。
觀察到的現(xiàn)象是基于以下原因(1)在111和112的區(qū)域選擇地?fù)诫s的磷容易與鎳結(jié)合。
(2)111和112的區(qū)域在摻雜時(shí)受到損傷，高密度地形成俘獲鎳的缺陷。因此，在此區(qū)域鎳元素易于移動(dòng)。
磷和鎳具有表示為Ni3P、Ni5P2、Ni2P、Ni3P2、Ni2P3、NiP2、NiP3的多種結(jié)合狀態(tài)，而且這些狀態(tài)非常穩(wěn)定(至少在700℃以下的溫度氣氛中是穩(wěn)定的)。因此，形成從113的區(qū)域向111和112的區(qū)域鎳的單方向移動(dòng)。
經(jīng)過圖2(E)所示工序，在113的區(qū)域與111和112的區(qū)域中鎳元素濃度形成數(shù)倍的差異。
如圖4所示，展示了通過SIMS(二次離子分析方法)，在與本實(shí)施例相同條件下處理的樣品中，對(duì)摻雜磷的區(qū)域(相當(dāng)于圖2(E)的111區(qū)域)和未摻雜區(qū)域(相當(dāng)于圖2(E)的113區(qū)域)測(cè)試其中鎳元素的殘留濃度的結(jié)果。
圖4(A)所示的測(cè)試曲線，展示了磷離子加速注入的區(qū)域中的鎳元素濃度。圖4(B)所示的測(cè)試曲線，展示了未加速注入磷離子的區(qū)域中的鎳元素濃度。
而且，在磷離子注入和之后不進(jìn)行加熱處理的情形，證實(shí)2個(gè)區(qū)域中未觀察到濃度有特別不同。
圖2(E)所示的工序結(jié)束后，如圖2(F)所示，以氮化硅膜的圖形110作為掩膜，對(duì)氧化硅膜的圖形109進(jìn)行各向同性的腐蝕。亦即對(duì)氧化硅膜109進(jìn)行側(cè)腐蝕。
這樣，獲得周圍被側(cè)腐蝕的氧化硅膜的圖形115(圖2(F))。
然后，除去氮化硅膜的圖形110(圖2(G))。
然后，如圖2(H)中所示的那樣，以氧化硅膜的圖形115作為掩膜，除去暴露的硅膜。這樣，獲得由圖1(B)的106所示的進(jìn)行結(jié)晶生長的區(qū)域構(gòu)成的結(jié)晶硅膜的圖形116。
利用進(jìn)行鎳的吸雜的區(qū)域113形成此硅膜的圖形116。此硅膜的圖形116以后成為TFT的有源層。
在此圖形116的形成中，通過采用圖2(F)～(G)所示工序，使在111和112區(qū)域高濃度存在的鎳元素向最終殘留的116圖形中的蔓延得以抑制。
亦即，以圖2(F)的工序，使被側(cè)腐蝕的氧化硅膜115的腐蝕區(qū)域部分成為余量系數(shù)，防止在111和112區(qū)域存在的鎳元素進(jìn)入116的圖形。
圖2(H)所示工序結(jié)束后，除去氧化硅膜的圖形115。通過等離子體CVD法形成厚100nm的氧化硅膜117，覆蓋硅膜的圖形116(圖2(I))。
然后形成圖中未示出的鋁膜，再使用光刻膠掩膜119形成鋁膜的圖形118(圖2(I))。
然后通過陽極氧化法，形成厚500nm的多孔質(zhì)的陽極氧化膜120(氧化鋁膜)。此時(shí)，利用存在光刻膠掩膜119的關(guān)系，多孔質(zhì)的陽極氧化膜120在圖形側(cè)面形成(圖3(J))。
為了形成多孔質(zhì)陽極氧化膜120，作為電解液使用含3％乙二酸的水溶液。
然后除去光刻膠掩膜119，再次進(jìn)行陽極氧化。此工序中，作為電解液使用的是用氨水中和含3％酒石酸的乙二醇溶液。
在此工序中，形成121所示的具有致密膜質(zhì)的陽極氧化膜。此具有致密膜質(zhì)的陽極氧化膜121的膜厚是80nm。
在此工序中，由于電解液浸入多孔質(zhì)的陽極氧化膜120的內(nèi)部的關(guān)系，所以在鋁圖形122的周圍表面形成陽極氧化膜121(圖3(J))。
而且，殘存的鋁圖形122成為柵電極。
這樣，獲得圖3(J)所示的狀態(tài)。然后通過干腐蝕法除去露出的氧化硅膜117。
經(jīng)過這些工序，獲得殘存的氧化硅膜123。這樣獲得圖3(K)所示的狀態(tài)。
然后除去多孔質(zhì)的陽極氧化膜120。
進(jìn)行磷摻雜。這里，為了制備NTFT(N溝道型的TFT)而進(jìn)行磷摻雜(圖3(L))。
這里，作為磷摻雜方法使用等離子體摻雜。
如果制備PTFT(P溝道型TFT)，則可進(jìn)行硼摻雜。
當(dāng)進(jìn)行磷摻雜時(shí)，對(duì)有源層的圖形116進(jìn)行選擇地?fù)诫s磷。
在此工序中，以自對(duì)準(zhǔn)的方式形成源區(qū)11、低濃度雜質(zhì)區(qū)12、溝道區(qū)13、低濃度雜質(zhì)區(qū)14、漏區(qū)15(圖3(L))。
這里，由于以下原因12和14的區(qū)域成為低濃度雜質(zhì)區(qū)。(所謂低濃度，是指與源區(qū)和漏區(qū)相比決定溝道型的雜質(zhì)濃度低)在12和14的區(qū)域上殘存有氧化硅膜123。因此，在12和14的區(qū)域加速注入的磷離子的一部分被氧化硅膜123遮蔽。結(jié)果，與11和15的區(qū)域相比，在12和14的區(qū)域磷摻雜濃度更低。
而且，13的區(qū)域成為溝道區(qū)。這樣?xùn)烹姌O122及其周圍的陽極氧化膜121成為掩膜，所以不會(huì)進(jìn)行磷摻雜。
在忽略離子蔓延和電場(chǎng)擴(kuò)散的情況下，利用陽極氧化膜121的膜厚部分，形成與溝道區(qū)鄰接的偏置柵區(qū)域(起與低濃度雜質(zhì)區(qū)同樣的高電阻區(qū)域的作用)。
但是，本實(shí)施例中，陽極氧化膜121的膜厚薄至80nm，在考慮摻雜時(shí)的磷離子蔓延等的情況下，可以忽略其存在。
然后，通過等離子體CVD法形成氧化硅膜16作為層間絕緣膜，再通過等離子體CVD法形成氮化硅膜17(圖3(M))。
之后形成聚酰亞胺樹脂膜124。利用樹脂膜時(shí)可使其表面平坦化。除聚酰亞胺之外，還可利用聚酰胺、氨基聚酰亞胺、丙稀酸樹脂、環(huán)氧樹脂等。
然后形成接觸用開口，形成源電極125和漏電極126。
這樣，完成圖3(M)所示的薄膜晶體管。
(實(shí)施例2)本實(shí)施例是關(guān)于圖1～圖3所示制備工序的改進(jìn)。
圖5展示了本實(shí)施例的制備工序。
首先，根據(jù)圖1(A)和(B)所示的制備工序，在玻璃襯底501上獲得至少一部分結(jié)晶化的結(jié)晶性硅膜503。這里，502是基底的氧化硅膜(圖5(A))。
然后形成圖中未示出的氧化硅膜。并且，如圖5(B)所示利用光刻膠掩膜504對(duì)此氧化硅膜制圖，獲得505所示的圖形(圖5(A))。
再利用等離子體法加速注入磷離子。在圖5(B)的506和507所示的區(qū)域加速注入磷離子。而且，在500的區(qū)域不加速注入磷離子。
然后如圖5(C)所示，利用光刻膠掩膜504，對(duì)氧化硅膜圖形505的側(cè)面如508所示地進(jìn)行腐蝕(側(cè)腐蝕)。
之后，除去光刻膠掩膜504。
這樣，如圖5(D)所示地進(jìn)行加熱處理。此加熱處理在氮?dú)夥罩小?00℃下進(jìn)行2小時(shí)。
在此工序中，鎳元素從500的區(qū)域向506和507的區(qū)域移動(dòng)。亦即，500區(qū)域含有的鎳元素向506和507的區(qū)域吸雜。
圖5(D)所示加熱處理工序結(jié)束后，如圖5(E)所示，以氧化硅膜圖形509作為掩膜對(duì)硅膜制圖。
在此工序中，完全去除506和507的區(qū)域，再去除500區(qū)域與506和507區(qū)域鄰接的區(qū)域(在先(C)工序中與側(cè)腐蝕的區(qū)域?qū)?yīng))。
這樣，可以抑制鎳元素向最終作為元件有源區(qū)使用的區(qū)域蔓延。
獲得圖5(E)所示狀態(tài)，去除氧化硅膜圖形509，獲得510所示的硅膜圖形。這樣制備以硅膜圖形510作為有源層的TFT。
(實(shí)施例3)本實(shí)施例展示了利用與實(shí)施例1所示向與襯底平行方向結(jié)晶生長不同的方法進(jìn)行結(jié)晶化的例子。本實(shí)施例中還展示了利用鎳獲得結(jié)晶性硅膜的方法。
本實(shí)施例所示的，不是通過如實(shí)施例1所示的選擇地導(dǎo)入鎳元素，向與襯底平行方向結(jié)晶生長的方法，而是關(guān)于通過在非晶硅膜全面導(dǎo)入鎳元素，使其全面一樣地結(jié)晶化的方法。
圖6展示了本實(shí)施例的制備工序。首先在玻璃襯底601上形成氧化硅膜602作為底膜。然后通過減壓熱CVD法或者等離子體CVD法形成非晶硅膜603。這樣獲得如圖6(A)所示狀態(tài)。
然后，在非晶硅膜603的全面涂敷乙酸鎳溶液。此時(shí)，采用旋涂器吹掉多余的溶液。
涂敷溶液前最好在非晶硅膜603表面預(yù)先形成極薄的氧化膜。通過這樣，可使硅膜表面的浸潤性(親水性)良好，可以抑制溶液不沾。氧化膜的形成方法可以是通過在氧氣氛中照射UV光、用臭氧水的處理等進(jìn)行。
這樣，如圖6(B)的604所示，獲得鎳元素在非晶硅膜603表面保持接觸的狀態(tài)。
然后通過施加加熱處理，獲得結(jié)晶性硅膜604(圖6(C))。
此加熱處理可以在氮?dú)夥罩小?00℃、4小時(shí)的條件下進(jìn)行。
在此加熱處理工序中，不是獲得圖1所示的向特定方向的結(jié)晶生長，而是獲得膜整體同樣的結(jié)晶生長狀態(tài)。
此制備工序與圖1所示制備工序比較具有簡便的特征。但是，在制備TFT時(shí)，利用圖1所示的橫向生長法可以獲得高的性能。
(實(shí)施例4)本實(shí)施例展示了同時(shí)制備PTFT和NTFT的工序。而且，其構(gòu)成是在來自有源層的鎳元素的吸雜基礎(chǔ)上，再一次進(jìn)行從溝道和低濃度雜質(zhì)區(qū)向源和漏區(qū)的鎳元素吸雜。
圖7～圖9展示了本實(shí)施例的制備工序。
首先，如圖7(A)所示，在玻璃襯底701上形成底膜702，再通過圖1和圖6所示方法，獲得結(jié)晶性硅膜(或者一部分結(jié)晶化的硅膜)703。
然后層疊圖中未示出的氧化硅膜和氮化硅膜，利用光刻膠掩膜707、709對(duì)其制圖。
這樣，獲得氧化硅膜圖形704和氮化硅膜圖形706構(gòu)成的層疊膜圖形。同樣，獲得氧化硅膜圖形705和氮化硅膜圖形708構(gòu)成的層疊膜圖形。
這樣，獲得圖7(A)所示狀態(tài)。
然后，除去光刻膠掩膜707和708，如圖7(B)所示，通過等離子體摻雜法進(jìn)行磷離子摻雜。
在此工序中，在710、711、712的區(qū)域進(jìn)行磷的摻雜。
之后，通過施加加熱處理，使鎳元素在710、711、712的區(qū)域吸雜。
然后，如圖7(C)所示，利用氮化硅膜圖形706對(duì)氧化硅膜圖形704的側(cè)面進(jìn)行側(cè)腐蝕。這樣，獲得如715所示的被側(cè)腐蝕的氧化硅膜圖形713。
同樣，獲得被側(cè)腐蝕的氧化硅膜圖形714。
然后利用氧化硅膜圖形713和714，除去露出區(qū)域的硅膜(圖7(D))。
這里獲得的硅膜圖形716和717，由鎳元素向710、711、712的區(qū)域吸雜、鎳元素濃度降低的區(qū)域構(gòu)成。
然后通過等離子體CVD法形成起柵絕緣膜作用的氧化硅膜718。再形成鋁膜，通過使用光刻膠掩膜71、72對(duì)其制圖，獲得鋁圖形719、720。
這樣獲得圖7(E)所示狀態(tài)。
然后如圖8(F)所示，利用陽極氧化法形成多孔質(zhì)的陽極氧化膜721、724。
之后除去光刻膠掩膜71、72，形成絕緣致密膜質(zhì)的陽極氧化膜723、726。在此狀態(tài)確定柵電極722、725。
獲得圖8(F)狀態(tài)后，進(jìn)行圖8(G)所示的磷摻雜。此摻雜是為了在被摻雜區(qū)域再次吸雜而進(jìn)行的。
之后，在400℃進(jìn)行1小時(shí)的加熱處理。在此工序中，731區(qū)域殘留的鎳元素向727和728的區(qū)域吸雜。而且732區(qū)域殘留的鎳元素向729和730的區(qū)域吸雜。
這樣，731和732區(qū)域再次進(jìn)行徹底的吸雜。亦即，從731和732區(qū)域徹底進(jìn)行鎳元素的除去(圖8(H))。
此加熱處理重要的是以柵電極722、725的耐受條件(主要是溫度上限)來進(jìn)行。
作為柵電極，在利用硅或硅化物的情形，可以在玻璃襯底耐受的溫度進(jìn)行處理。此時(shí)，可以獲得更高的吸雜效果。
727、728、729、730的區(qū)域最終成為源和漏區(qū)，即使鎳元素濃度多少有些高也對(duì)TFT的工作基本無影響。
與此相反，731和732的區(qū)域是形成溝道和低濃度雜質(zhì)區(qū)的區(qū)域，對(duì)鎳元素的存在敏感。
亦即，溝道區(qū)是在從柵電極施加的電壓的作用下載流子密度變化的區(qū)域，如果存在成為阱的金屬元素，則對(duì)工作有不利影響。
而且，由于低濃度雜質(zhì)區(qū)、特別是漏側(cè)的低濃度雜質(zhì)區(qū)，具有緩和溝道區(qū)與漏區(qū)之間施加的強(qiáng)電場(chǎng)的功能，所以可施加比較強(qiáng)的電場(chǎng)。
半導(dǎo)體中的鎳元素起載流子的俘獲能級(jí)的作用。
而且，如果在施加較強(qiáng)電場(chǎng)的區(qū)域存在俘獲能級(jí)，則產(chǎn)生通過此能級(jí)的載流子的移動(dòng)，半導(dǎo)體特性的變化。
因此，上述低濃度雜質(zhì)區(qū)殘留鎳元素是導(dǎo)致漏電流的發(fā)生和耐壓降低問題的主要原因。
經(jīng)圖8(H)所示的加熱的吸雜工序結(jié)束后，腐蝕掉露出的氧化硅膜718(圖8(I))。
在此狀態(tài)獲得733、734所示的殘留的氧化硅膜。
再除去多孔質(zhì)的陽極氧化膜721、724(圖8(I))。
在圖8(I)所示的狀態(tài)下進(jìn)行再次磷摻雜。
在此工序中，在735的區(qū)域進(jìn)行高濃度摻雜，在736的區(qū)域進(jìn)行低濃度摻雜，在737的區(qū)域不進(jìn)行摻雜，在738的區(qū)域進(jìn)行低濃度摻雜，在739的區(qū)域進(jìn)行高濃度摻雜。
以自對(duì)準(zhǔn)方式同時(shí)形成NTFT的漏區(qū)740、低濃度雜質(zhì)區(qū)741、溝道區(qū)742、低濃度雜質(zhì)區(qū)743、源區(qū)744。
然后在NTFT的上部形成光刻膠掩膜745，此次通過等離子體摻雜法進(jìn)行硼摻雜。
通過進(jìn)行此次摻雜，在先摻雜磷的區(qū)域?qū)щ婎愋娃D(zhuǎn)換，成為P型。
這樣，如圖8(J)所示，以自對(duì)準(zhǔn)方式形成PTFT的源區(qū)745、低濃度雜質(zhì)區(qū)746、溝道區(qū)747、低濃度雜質(zhì)區(qū)748、漏區(qū)749。
然后，如圖9(K)所示，作為絕緣膜，形成氧化硅膜750、氮化硅膜751、樹脂膜752。
然后進(jìn)行接觸孔的形成，形成PTFT的源電極753、漏電極754。而且，形成NTFT的源電極756、漏電極755。
這樣，如圖9(L)中所示的那樣可以在同一襯底上以同一工序制備NTFT和PTFT。
本實(shí)施例中，進(jìn)行來自構(gòu)成TFT的有源層的鎳的吸雜(圖7(C))、再進(jìn)行來自溝道區(qū)和低濃度雜質(zhì)區(qū)的鎳的吸雜(圖8(H)的工序)，徹底排除了鎳元素對(duì)TFT的元件特性的影響。
通過這樣，可以獲得具有高性能和高可靠性的元件。這對(duì)構(gòu)成集成電路是重要的。
(實(shí)施例5)本實(shí)施例的構(gòu)成是通過與圖1所示制備工序不同的方法獲得結(jié)晶性硅膜。
本實(shí)施例所示構(gòu)成是利用本發(fā)明人已申請(qǐng)的特愿平8-335152所記載的技術(shù)。
利用圖1說明制備工序的概略。這里，作為襯底101使用石英襯底代替玻璃襯底。這是由于以后在900℃以上這樣的玻璃襯底不能承受的高溫下的加熱處理是必要的緣故。
首先，在石英襯底101上形成氧化硅膜102作為底膜。而且，石英襯底可以獲得良好的平坦性，所以此時(shí)也可不形成底膜。
然后，通過減壓熱CVD法形成厚50nm的非晶硅膜。再形成氧化硅膜構(gòu)成的掩膜104(圖1(A))。
這樣，涂敷乙酸鎳溶液，獲得鎳元素與表面保持接觸的狀態(tài)(圖1(A))。
在氮?dú)夥罩?00℃下進(jìn)行4小時(shí)加熱處理，進(jìn)行圖1(B)所示的結(jié)晶化。
然后除去掩膜104，再次進(jìn)行加熱處理。此加熱處理在含有3體積％的HCl的氧氣氛中950℃溫度下進(jìn)行30分鐘。此工序的結(jié)果是形成30nm厚的熱氧化膜，硅膜膜厚從50nm減至35nm。
此工序是本實(shí)施例的特征。在此工序中，以氣氛中的氯化鎳的形式從膜的整體除去鎳元素。
在熱氧化膜的形成中，隨著與膜中晶格間硅原子不穩(wěn)定結(jié)合的硅原子的消耗，明顯地提高了膜的結(jié)晶性。
上述熱處理結(jié)束后，除去形成熱氧化膜。之后根據(jù)圖1(C)以下的工序制備TFT。
本實(shí)施例中，由于熱氧化膜形成工序的效果至少在900℃以上才能獲得，所以作為襯底必須使用石英襯底或陶瓷襯底。然而可以獲得非常高性能的元件。
本實(shí)施例中，通過進(jìn)行熱氧化膜形成工序所得效果，和之后如實(shí)施例1所示鎳的吸雜效果相迭加，可使元件特性進(jìn)一步穩(wěn)定。
本實(shí)施例所示制備工序可以利用圖6所示制備工序。
(實(shí)施例6)本實(shí)施例展示了制備底柵型(逆交錯(cuò)型)TFT的情況。
首先如圖10(A)所示在玻璃襯底1001上形成氧化硅膜1002作為底膜。這樣，采用硅化物材料形成柵電極1003。
再形成覆蓋柵電極1003、起柵絕緣膜作用的氧化硅膜1000。
然后通過圖1和圖6的方法獲得結(jié)晶性硅膜1004。由此獲得圖10(A)所示狀態(tài)。
然后利用光刻膠掩膜1007，獲得氧化硅膜圖形1005和氮化硅膜圖形1006(圖10(B))。
進(jìn)行磷摻雜。結(jié)果，在1008和1009的區(qū)域加速注入磷離子。而且，在1010的區(qū)域不注入磷離子。
然后如圖10(C)所示，進(jìn)行加熱處理。在此工序中，在1010區(qū)域存在的鎳元素向1008、1009區(qū)域吸雜。
然后利用氮化硅膜圖形1006對(duì)氧化硅膜圖形1005側(cè)腐蝕，形成1011的圖形(圖10(D))。
然后除去氮化硅膜1006，再利用氧化硅膜圖形1011對(duì)硅膜1010區(qū)域制圖。這樣，獲得圖11(E)所示的結(jié)晶性硅膜構(gòu)成的1012圖形。
然后如圖11(F)所示配置氮化硅膜構(gòu)成的掩膜1013，通過等離子體摻雜法進(jìn)行磷摻雜。
摻雜結(jié)束后照射激光，進(jìn)行摻雜劑的激活和被摻雜區(qū)域的退火。
在此工序中形成源區(qū)1014、溝道區(qū)1015、漏區(qū)1016。
然后如圖11(G)所示形成氧化硅膜1017、樹脂膜1018。
這樣，形成接觸孔，形成源電極1019、漏電極1020。由此獲得底柵型TFT。
(實(shí)施例7)本實(shí)施例是在圖7～圖9的TFT制備工序中，采用摻雜硅或者硅化物作為柵電極的例子。
此時(shí)，在圖8(C)所示工序中，由于可以施加600℃這樣的溫度，所以可進(jìn)一步提高吸雜效果。
(實(shí)施例8)本實(shí)施例展示了利用本說明書公開的發(fā)明的裝置概略。圖12中展示了各裝置的概要。
如圖12(A)所示，是便攜式信息處理終端，具有利用電話線路通信的功能。
此電子裝置在本體2001內(nèi)部裝備有利用薄膜晶體管發(fā)集成電路2006。這樣，裝備有有源矩陣型液晶顯示器2005、圖象攝取部2002以及操作開關(guān)2004。
如圖12(B)所示，是稱為頭帶式顯示器的電子裝置。此裝置利用皮帶2103在頭上安裝本體2120，具有似乎是在眼前顯示圖象的功能。利用與左右眼對(duì)應(yīng)的液晶顯示裝置2102產(chǎn)生圖象。
這種電子裝置為了小型輕量化利用其中使用薄膜晶體管的電路。
如圖12(C)所示，具有根據(jù)來自人造衛(wèi)星的信號(hào)顯示地圖信息和各種信息的功能。由天線2204接收來自衛(wèi)星的信息，在本體2201內(nèi)部裝備的電子電路中處理，由液晶顯示裝置2202顯示必要的信息。
利用操作開關(guān)2203進(jìn)行此裝置的操作。為了使整體構(gòu)成小型化這種裝置中也利用其中使用薄膜晶體管的電路。
如圖12(D)所示，是移動(dòng)電話。此電子裝置在本體2301上裝備有天線2306、聲音輸出部2302、液晶顯示部2304、操作開關(guān)2305、聲音輸入部2303。
圖12(E)所示電子裝置，是稱為攝象機(jī)的便攜式攝象裝置。此電子裝置具有通過開閉部件安裝在本體2401上的液晶顯示器2402、安裝在開閉部件上的操作開關(guān)2404。
而且，在本體2401上裝備有圖象攝象部2406、集成電路2407、聲音輸入部2403、操作開關(guān)2404、電池2405。
如圖12(F)所示的電子裝置是投影式液晶顯示裝置。此裝置在本體2501上裝備有光源2502、液晶顯示裝置2503、光學(xué)系統(tǒng)2504，具有在屏幕2505上投影圖象的功能。
而且，作為以上所示的電子裝置中的液晶顯示裝置，均可利用透射型或者反射型中的任一種。從顯示特性來說透射型有利，在追求低耗電能和小型輕量化時(shí)，反射型有利。
作為顯示裝置，可以利用有源矩陣型EL顯示器和等離子體顯示器等的平面顯示器。
(實(shí)施例9)本實(shí)施例展示了采用利用金屬元素獲得的結(jié)晶性硅膜、獲得該金屬元素被吸雜的(除去的)圖形的其它工序。
圖13展示了本實(shí)施例的制備工序。首先如圖13(A)所示在玻璃襯底1301上形成底膜1302，再利用鎳元素形成結(jié)晶性硅膜1303。
然后形成氧化硅膜1302構(gòu)成的掩膜。這樣，進(jìn)行磷摻雜。由此工序在1303、1305區(qū)域進(jìn)行磷摻雜。而且，在1304區(qū)域不進(jìn)行磷摻雜(圖13(B))。
在圖13(B)狀態(tài)進(jìn)行熱處理，在1304區(qū)域存在的鎳元素向1303、1305區(qū)域吸雜。
然后，利用氧化硅膜構(gòu)成的掩膜1302除去1303、1305區(qū)域(圖13(C))。
然后，利用氧化硅膜構(gòu)成的掩膜1302對(duì)1306區(qū)域側(cè)腐蝕。這樣獲得結(jié)晶性硅膜構(gòu)成的1307所示的圖形(圖13(D))。
然后除去氧化硅膜構(gòu)成的掩膜1302，獲得圖13(E)所示狀態(tài)。之后，利用結(jié)晶性硅膜構(gòu)成的圖形1307制備TFT。
(實(shí)施例10)本實(shí)施例中，在圖2所示工序，在進(jìn)行氧化硅膜圖形109的側(cè)腐蝕之前，利用該圖形除去111、112區(qū)域，之后進(jìn)行圖形109的側(cè)腐蝕，再腐蝕露出的113區(qū)域的周邊部。
通過這樣，雖然工序復(fù)雜，但是可以徹底地抑制腐蝕111和112區(qū)域時(shí)飛散的鎳向最終殘存的116區(qū)域蔓延。
通過利用本說明書公開的發(fā)明，可以提供在采用利用金屬元素獲得的結(jié)晶性硅膜獲得TFT的情形中，獲得元件特性偏差少的TFT的技術(shù)。
權(quán)利要求
1.半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于包括以下工序采用促進(jìn)硅結(jié)晶化的金屬元素，在絕緣表面上形成結(jié)晶性硅膜；在所述結(jié)晶性硅膜上形成掩膜；利用所述掩膜，在結(jié)晶性硅膜的特定區(qū)域?qū)λ鼋饘僭匚s；利用所述掩膜形成元件有源層。
2.半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于包括以下工序采用促進(jìn)硅結(jié)晶化的金屬元素，在絕緣表面上形成結(jié)晶性硅膜；在所述結(jié)晶性硅膜上形成掩膜；利用所述掩膜，對(duì)所述結(jié)晶性硅膜選擇地?fù)诫s選自氮、磷、砷、銻、鉍中的元素；進(jìn)行加熱處理，在所述進(jìn)行摻雜的區(qū)域?qū)λ鼋饘僭剡M(jìn)行吸雜；利用所述掩膜除去所述進(jìn)行摻雜的區(qū)域。
3.半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于包括以下工序采用促進(jìn)硅結(jié)晶化的金屬元素，在絕緣表面上形成結(jié)晶性硅膜；在所述結(jié)晶性硅膜上形成掩膜；利用所述掩膜，對(duì)所述結(jié)晶性硅膜選擇地?fù)诫s選自氮、磷、砷、銻、鉍中的元素；進(jìn)行加熱處理，在所述摻雜區(qū)域?qū)λ鼋饘僭剡M(jìn)行吸雜；采用進(jìn)行吸雜的區(qū)域，利用所述掩膜形成元件有源層。
4.半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于包括采用促進(jìn)硅結(jié)晶化的金屬元素，在絕緣表面上形成結(jié)晶性硅膜；在所述結(jié)晶性硅膜上形成掩膜；利用所述掩膜，對(duì)所述結(jié)晶性硅膜選擇地?fù)诫s選自氮、磷、砷、銻、鉍中的元素；進(jìn)行加熱處理，在所述進(jìn)行摻雜的區(qū)域?qū)λ鼋饘僭剡M(jìn)行吸雜；利用所述掩膜，對(duì)進(jìn)行吸雜的區(qū)域中的與所述進(jìn)行摻雜的區(qū)域相鄰的區(qū)域進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)式的腐蝕。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，作為促進(jìn)硅的結(jié)晶化的金屬元素，可以選擇Ni(鎳)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～4的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，作為促進(jìn)硅的結(jié)晶化的金屬元素，利用選自Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Au中的一種或者多種元素。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～4的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，利用由SixGe1-x(0＜x＜1)表示的化合物膜代替結(jié)晶性硅膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求2～4的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，選擇磷作為摻雜元素。
全文摘要
采用其中利用鎳使非晶硅膜結(jié)晶化的結(jié)晶性硅膜,獲得特性穩(wěn)定的TFT。利用掩膜109在111、112區(qū)域加速注入磷離子。通過施加加熱處理,使113區(qū)域存在的鎳向111、112區(qū)域吸雜。之后,對(duì)掩膜109側(cè)腐蝕,獲得115的圖形。利用此圖形115除去111、112的區(qū)域,再對(duì)113的區(qū)域制圖。這樣獲得除去鎳元素的116區(qū)域。再以此116區(qū)域作為有源層制備TFT。
文檔編號(hào)H01L21/77GK1195879SQ9810773
公開日1998年10月14日 申請(qǐng)日期1998年2月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月26日
發(fā)明者山崎舜平, 大谷久, 大沼英人 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所