專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由玻璃或類似材料作成的絕緣襯底上形成薄膜晶體管(TETs)的半導(dǎo)體器件，還涉及這種半導(dǎo)體器件的制造方法。
已知由玻璃或類似材料作成的絕緣襯底上的TFTs半導(dǎo)體器件包括有源液晶顯示器陣列和用這種TFTs激活象素的圖象偉感器。
一般，用于這些器件的TFTs由薄膜型的硅半導(dǎo)體制作。薄膜型的硅半導(dǎo)體大致分為非晶硅半導(dǎo)體(α-si)和晶體硅半導(dǎo)體。非晶硅半導(dǎo)體在低溫下制造。此外，它們也很容易用化學(xué)汽相淀積法制造。而且，還能很容易地批量生產(chǎn)。所以，非晶體硅半導(dǎo)體享有最廣泛的承認。然而，其物理性能，諸如導(dǎo)電率之類不如結(jié)晶硅半導(dǎo)體的性能。為了能由非晶體硅半導(dǎo)體達到較高速的特性，必須建立并渴望獲得一種制造包括結(jié)晶硅半導(dǎo)體TFTs的方法，大家都知道，結(jié)晶硅半導(dǎo)體包括多晶體硅、硅微晶、含有結(jié)晶元的非晶硅，以及半非晶硅，即性質(zhì)上介于結(jié)晶態(tài)與非結(jié)晶態(tài)之間的硅。
獲得這些結(jié)晶薄膜硅半導(dǎo)體的已知方法包括(1)制造時，直接產(chǎn)生結(jié)晶膜。
(2)形成非晶半導(dǎo)體膜以后，再使該膜受激光輻照，使激光能賦予該膜以結(jié)晶性。
(3)形成非晶半導(dǎo)體膜以后，將熱能加于該膜，使其晶化。
利用上述方法(1)，該技術(shù)難以形成整個表面均勻，物理特性良好的半導(dǎo)體膜。還有，該膜要在600℃以上的高溫下形成，因此，便宜的玻璃襯底不能用，于是，本方法存在有關(guān)成本問題。
至于方法(2)，目前最常用的是激元激光器。若采用激元激光器，因激光只能輻照小面積，于是生產(chǎn)率就低。而且，激光器的穩(wěn)定性也不足以均勻地加工大面積襯底的整個表面。因此，我們感到，該方法是下一代的技術(shù)。
上述方法(3)能夠加工比方法(1)和(2)為大的襯底面積。然而，超過600℃的高溫仍然需要。要用廉價的玻璃襯底，就需降低加熱的溫度。特別是，目前力求制造較大面積的液晶顯示器。隨著此種動向，就要采用較大的玻璃襯底。按這種方法使用較大玻璃襯底的場合，在實際上是半導(dǎo)體制造的加熱步驟中產(chǎn)生的收縮和應(yīng)力會使掩模對準的精度與其它步驟惡化。這就出現(xiàn)嚴重的問題。特別是，在目前最常用的Corning 7059情況下，應(yīng)變點是593℃，所以，如果需要施行已有的加熱與晶化步驟，則會誘發(fā)較大襯底畸變。除溫度問題之外，加熱時間，即晶化所需的時間成為問題。尤其，為了晶化，目前的工藝加熱所需時間長達數(shù)十小時或更長。因而，就需要縮短加熱時間。
本發(fā)明的目的是提供解決上述問題的方法。
本發(fā)明更具體的目的是提供一種通過形成非晶硅薄膜并在低溫下加熱該膜，以比迄今為短的時間使之晶化的薄膜結(jié)晶硅半導(dǎo)體的制造方法。
當然，根據(jù)本發(fā)明制造工藝的結(jié)晶硅半導(dǎo)體的物理性能可比或優(yōu)于已有技術(shù)制造的結(jié)晶硅半導(dǎo)體器件的物理性能，還能用于TFTs的有源區(qū)。
如上所述，我們用CVD工藝和濺射工藝形成了非晶硅半導(dǎo)體膜。這些膜受熱使之結(jié)晶化。我們根據(jù)這種加熱非晶硅半導(dǎo)體膜的方法進行試驗，并且討論該方法如下作為試驗，將非晶硅膜制作在玻璃襯底上。加熱使膜晶化。我們討論將膜加熱與晶化的機理。晶體在玻璃襯底和非晶硅界面處開始生長?？梢杂^察到超過給定膜厚處，晶體象垂直于襯底表面的柱狀生長。
上述現(xiàn)象可理解如下晶核或籽晶存在子玻璃襯底與非晶硅膜之間的界面上，而晶體生長從這些核發(fā)出?？梢哉J為，這些晶核是存在于襯底表面和玻璃表面的結(jié)晶元上的微量雜質(zhì)金屬元素?？梢哉J為，氧化硅(看作晶化玻璃)的結(jié)晶元就出現(xiàn)在玻璃面的表面上。
因此，可以想到，通過更積極地引入晶核就可使晶化溫度降低。為證明這種溫度降低的作用，可進行一項試驗。就是，將微量其他金屬淀積在襯底上。再使非晶硅薄膜形成在金屬膜上。然后，加熱非晶硅并使之晶化。在襯底上淀積了一些金屬的場所，證實可使晶化溫度降低?？梢栽O(shè)想為，晶體從外來物的晶核出發(fā)生長。我們還研究了能使溫度降低的多種金屬雜質(zhì)的機理。
結(jié)晶過程可以分成兩個階段，亦即，最初階段成核和晶體從核出發(fā)生長。最初階段成核的速度可通過在恒定溫度下測量直到出現(xiàn)點狀晶體的時間來辨別。由于薄膜淀積了一點上述的雜質(zhì)金屬，使該時間縮短了。這就說明，引入晶核會使晶化溫度下降。我們發(fā)現(xiàn)了料想不到的情況，特別是，研究了成核之后的晶核生長與改變加熱時間的關(guān)系。將某種金屬淀積成膜，而后將在金屬膜上形成的非晶硅薄膜晶化，成核后，以令人吃驚的速率生長晶體。這個現(xiàn)象的機理下面將更詳細地加以描述。
任何情況下，我們都發(fā)現(xiàn)，如果將某種微量金屬淀積成膜，再在該金屬膜上形成非晶硅薄膜，而后將非晶硅膜加熱并晶化，由于上述兩種作用在低于580℃溫度下，時間約4小時，造成了充分地晶化，這是以前決想不到的。顯示出最顯著作用的材料，而我們由顯示這種作用的雜質(zhì)金屬中選出的是鎳。
我們現(xiàn)在給出結(jié)構(gòu)的實施例，來說明鎳的作用。首先對由Corning7059制造的襯底不加處理，就是不在襯底上形成由微量鎳構(gòu)成的薄膜。在襯底上用等離子CVD形成非晶硅薄膜。將該薄膜在氮氣氛中加熱使膜晶化。面加熱溫度為600℃，所需的加熱時間為10小時或更長。對在襯底上形成含微量鎳薄膜的場合，加熱非晶硅薄膜約經(jīng)4小時就誘發(fā)了同樣的晶化。通過拉曼分光鏡研究晶化，這就證明鎳產(chǎn)生很大的作用。
正如從上描述可以理解的那樣，這里，在含微量鎳的薄膜上形成了非晶硅薄膜，所以能夠降低晶化溫度。還有，也能縮短晶化時間。設(shè)想將這個工藝應(yīng)用到制造TFTs。我們現(xiàn)在再詳述該工藝。
首先描述實現(xiàn)加微量鎳的方法。關(guān)于第一種方法，用微量鎳在襯底上形成薄膜，而后形成非晶硅膜。關(guān)于第二種方法，則先形成非晶硅膜，而后在非晶硅膜上用微量鎳形成薄膜。兩種方法同樣都能降低溫度。我們發(fā)現(xiàn)，膜還可用濺射或蒸發(fā)法形成。這就是說，該工藝過程不取決于形成膜的方法，這里，于襯底上將微量鎳淀積成薄膜，而在Corning 7059玻璃襯底上形成包括氧化硅薄膜并在氧化硅膜上用微量鎳形成鎳薄膜的方法，比在襯底上直接淀積微量鎳的方法成膜所產(chǎn)生的作用大得多。我們認為，這個事實是硅和鎳直接互相接觸對降低溫度是重要的，而在Corning 7059的情況下，不是硅的組分會妨礙硅和鎳間的接觸或之間的反應(yīng)。
加微量鎳的一種方法是形成一層與非晶硅層的頂面或底面接觸的薄膜。我們已證實，離子注入加鎳也能產(chǎn)生相同的作用，而注入的鎳摻雜劑濃度為高于1×1015原子/cm3，也使溫度下降。而摻雜劑濃度大于1×1023原子/cm3，則所得的拉曼譜尖峰形狀就會明顯不同于由單純硅所得的拉曼譜的尖峰形狀。所以，我們認為，可用的摻雜劑濃度范圍在1×1015和5×1019原子/cm3之間。這里，薄膜用作TFT的有源層，考慮到半導(dǎo)體的物理特性，就需要將摻雜劑濃度限定于1×1015～1×1012原子/cm3的范圍。加微量鎳對晶體生長的影響以及晶體結(jié)構(gòu)的特征在下面說明。此外，還說明了從這些特征所預(yù)測的晶化機理。
如不加鎳，核就無序地從與襯底界面處存在的晶核出發(fā)產(chǎn)生。還有，晶體從核出發(fā)無序地生長。據(jù)報導(dǎo)，根據(jù)制造方法，可以獲得(110)或(111)取向很好的晶體。當然，全薄膜上都可觀察到基本均勻的晶體生長。
為證實這種機理，我們用差動掃描熱量計(DSC)進行分析。用等離子輔助化學(xué)汽相淀積(PCVD)法，將非晶硅薄膜形成于襯底上。再將該薄膜連同襯底一起裝入容器中。以恒定速率升溫。在700℃附近看到清楚的熱產(chǎn)生峰。當然，這個溫度還隨升溫速率而漂移。當速率為10℃/min時，晶化始于700.9℃。于是，用三種不同的升溫速率進行測量。用OZawa氏法找出初始成核后的晶體生長激活能。該能置約為3.04ev。將反應(yīng)速率公式與理論曲線比較，確定哪個公式符合曲線。我們發(fā)現(xiàn)，不規(guī)則產(chǎn)生核及其生長模型最能說明激活能。這證明理論的正確性，籽晶不規(guī)則地從存在于襯底界面的晶核出發(fā)產(chǎn)生，而后晶體由核長出來。
除加微量鎳外進行同樣的測量，這時溫度以10℃/min的速率升高，則晶化始子619.9℃。從一系列測量找出晶體生長的激活能為1.87ev。這個數(shù)值證明了晶體生長被促進了。通過與理論曲線的比較，得出反應(yīng)速率公式接近一維界面反應(yīng)速率規(guī)則模型。這意味著，晶體以一定方向生長。由上述的熱分析所得的數(shù)據(jù)列于下面表1。通過測量加熱樣品時從每個樣品釋放出的熱量就可以得出該表1給出的激活能，并用叫做OZawa氏法的分析裝置測出的熱量來算出能量。
表1
上述表1給出的激活能是一種指示晶化容易程度的參數(shù)。隨激活能值增大，就更難于導(dǎo)致晶化。反之，因該值減小，則易于造成晶化。由表1可知，隨晶化推進，每個含鎳樣品的激活能都下降。也就是說，隨著晶化推進，更容易晶化。關(guān)于用現(xiàn)有方法不加鎳形成的結(jié)晶硅的情況，隨著晶化的推進，激活能增大，這表明，晶化處理較難誘發(fā)晶化。將加62％的鎳的硅薄膜結(jié)晶度相關(guān)的平均激活能量與不加鎳的硅薄膜結(jié)晶度相關(guān)的平均激活能比較，結(jié)果表明，加鎳的非晶硅膜容易晶化。
還用透視電子顯微鏡觀察了加鎳晶體的形狀。觀察的結(jié)果表明，摻鎳區(qū)在晶體生長方面不同于附近的區(qū)域。尤其是，觀察了摻鎳區(qū)剖面?？磥硎蔷Ц駡D象的波紋或干涉條紋基本上垂直子襯底。我們認為，所加的鎳或其化合物與硅形成誘發(fā)基本垂直于襯底的柱形晶體生長的晶核，按同樣方法，在環(huán)繞摻鎳區(qū)域的區(qū)域中對不加鎳的情形，則觀察到晶體生長成平行于襯底象針或柱狀。
再觀察鄰接摻鎳區(qū)的晶體形狀。首先，不希望沒有直接加微量鎳的區(qū)域被晶化了。在加了微量鎳的區(qū)域中的鎳濃度，在鄰按摻鎳區(qū)的橫向晶體生長區(qū)的鎳濃度，以及在較遠的非晶硅區(qū)的鎳濃度都用二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)測過。在顯然遠離摻鎳區(qū)的位置，沒有發(fā)生低溫晶化而保持非晶區(qū)。如圖4所示，在橫向晶體生長區(qū)的鎳濃度要低于摻鎳區(qū)的濃度。而非晶硅區(qū)的鎳濃度還要低約1個數(shù)量級大小。這就是說，鎳原子擴散到相當寬的區(qū)域。特別是，在曾經(jīng)直接加了鎳的區(qū)域中，鎳的濃度是高的。橫向生長部分(晶體平行于襯底生長的部分)比直接加了鎳的區(qū)域鎳濃度為低。
由鄰接摻鎳區(qū)的表面TEM圖象可以看出，平行于襯底的最大橫向晶體生長從摻鎳區(qū)起只幾百微米，而生長的總量隨時間推移和溫度的升高面增加。舉個例，在550℃下進行加工24小時，可看到生長約20μm。據(jù)證明，晶體生長以針或柱形推進，而晶體生長的端部(前端)則含鎳量濃集。用EDX測量有關(guān)以橫向生長為特性的柱形晶體的Ni空間分布，并且檢查分布與柱狀晶體之間的對應(yīng)關(guān)系。實施了對Si前端的EDX測量。結(jié)果示于

圖10(A)。圖10(B)表示對不含Ni膜層測量的結(jié)果以資參考，而它還可認為圖10(B)是指明檢測的下限。這兩者相比較表明前端含有大量的Ni。
由上述所得的試驗結(jié)果，現(xiàn)在讓我們考慮用機理來說明晶化的推進。首先，產(chǎn)生了晶核。通過加微量鎳減少了激活能，因為加鎳能在低溫下晶化。我們認為，一個原因是鎳起外來物的作用。另一個原因可能是鎳-硅金屬間化合物的晶格常數(shù)接近結(jié)晶硅的晶格常數(shù)。每個成核幾乎同時出現(xiàn)在鎳摻雜區(qū)的整個表面。結(jié)果，保持平面晶體生長。在這種情況下，由一維界面反應(yīng)速率規(guī)則過程給出反應(yīng)速率公式。于是，獲得實際上垂直于襯底的柱狀晶體。但是，由于膜厚的限制和由于應(yīng)力之類的影響，就不可能取得完全對準的晶軸。
平行于襯底的晶元此垂直于襯底的晶元更均勻。因而，柱狀或針形晶體能均勻地橫向環(huán)繞摻鎳區(qū)產(chǎn)生的晶核面生長。當然，可以預(yù)料，反應(yīng)速率公式要由一維界面反應(yīng)速率規(guī)則過程給出。因為用于晶體生長的激活能由于加如上述的鎳而減少了，可以預(yù)料，橫向生長速率很高，事實也如此。
下面描述鎳摻雜區(qū)和附近的橫向生長區(qū)的電特性。關(guān)于鎳摻入?yún)^(qū)的電特性，其導(dǎo)電率大約與幾乎沒加鎳的膜一樣。使該膜在約600℃晶化數(shù)十小時。從溫度與導(dǎo)電率的依存關(guān)系得出激活能。這里，鎳濃度是1017～1018原子/cm3，沒有發(fā)現(xiàn)任何看來對鎳能級有貢獻的效應(yīng)。亦即，這些試驗結(jié)果使我們認為，鎳摻入?yún)^(qū)可用作TFTs的有源層，只要該區(qū)有上述的濃度。試驗結(jié)果示于圖9。試驗中所用的樣品制備如下。將Corning 7059玻璃用做襯底。在玻璃上濺射形成SiO2底膜2000。然后，用SiH4/H2混合氣體，CVD法形成非晶硅膜，而后，利用Ni電極經(jīng)等離子處理加小量Ni。處理條件如下。
反應(yīng)氣體Ar/H2=25/50sccm反應(yīng)壓力10Pa襯底溫度300℃RF-功率 20w處理時間5min在430℃經(jīng)過1小時下排出氫之后，在450℃至700℃之間進行加熱晶化，進行晶化的氣氛是氮氣，氮氣流入又流出。通過測量形成在硅膜上的共平面型Al電極上的電流和電壓與溫度的依賴關(guān)系，我們檢查了結(jié)晶硅半導(dǎo)體的電特性(電導(dǎo)率)。由電導(dǎo)率得出圖9的激活能?？梢哉f，就我們的試驗而言，激活能值大致與結(jié)晶硅半導(dǎo)體一樣，至少在大約常用溫度范圍測置時，Ni能極對電特性(導(dǎo)電率)的影響仍很小。
相反，橫向生長部分的電導(dǎo)率要比鎳摻入?yún)^(qū)至少高一個數(shù)量級，也比結(jié)晶硅半導(dǎo)體高。由于電流的流動方向與橫向晶體生長方向一致，我們認為妨礙電子移動的晶界在兩極之間沒有或難以存在。這很符合TEM圖象的結(jié)果。就是說，載流子沿成針形或柱狀生長的晶體的晶界移動，因而，此載流子容易移動。
我們已證明，針形成或柱狀生長的晶體前端具有與鎳摻入?yún)^(qū)同樣的高鎳濃度。由此可以估計到，用這種重摻雜區(qū)來制造如TFTs這樣的器件，則器件的工作會受鎳影響。所以，平行于襯底生長的結(jié)晶硅膜的晶體起點和晶體生長的終點都不能用。只用中間區(qū)域是有好處的。
所以，在本發(fā)明中，如圖1(A)～(D)所示，將待晶化的非晶硅膜13和疊加的氧化硅膜14刻圖成島狀。再在該島上形成含有微量元素諸如硅化鎳的膜層15。這時非晶硅膜13的側(cè)面16上也形成了硅化鎳。如箭頭17所指，形成晶體從這些側(cè)面出發(fā)生長。制造諸如TFTs這樣的器件就不應(yīng)用重摻鎳的區(qū)域10和18。
這就是說，平行于襯底生長的結(jié)晶硅膜的晶體起點和晶體生長的終點或前端部都不能用?？墒褂弥虚g部分并用載流子容易移動的結(jié)晶硅膜。同時，也就是用輕摻鎳的區(qū)域。更具體地說，在晶化后，除去(例如腐蝕)促進晶化的摻金屬元素區(qū)和最后平行于襯底生長的部分，就能用輕摻鎳的區(qū)域。
在襯底上的新型結(jié)晶硅膜并不是單晶硅這很重要。本發(fā)明的特征在于，本膜層是一種以薄膜方式晶化了的結(jié)晶硅膜，而晶體生長的方向又平行子襯底。該膜實質(zhì)上不同于單晶硅。所以，把本新式的結(jié)晶硅膜稱為非單晶結(jié)晶硅膜。
按本發(fā)明，為促進晶化的元索可以從屬于周期表VIII族元素，即Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir和Pt選用。還有，過渡元索Sc、Ti、V、Cr、Mn、Cu和Zn也可以用。試驗表明，Au和Ag也能促進晶化。在上述各元素中，Ni產(chǎn)生特別明顯的作用。我們又證實，利用Ni作用而晶化了的硅膜來制造TFTs，也證實這些TFTs工作是滿意的。
促進晶化的金屬原子都濃集在平行于襯底生長的晶體前端。器件要制作在位于加了金屬元素的這些生長前端和起點之間的區(qū)域。因而，載流子能以高速度移動。同時，考慮到金屬元素對載流子運動的相反影響，應(yīng)減小金屬元素的濃度。因此，就獲得具有優(yōu)良特性的器件。
本發(fā)明的另一個特點，形成于襯底上的非單晶半導(dǎo)體膜(例如，硅膜)是通過在600℃以下加熱薄膜并且用強光輻照薄膜以提高結(jié)晶度而晶化的。同時，使薄膜做得更致密。
本發(fā)明的再一個特點，為促進晶化摻以金屬元素，諸如鎳之類的硅膜(例如，非單晶硅膜)被加熱使膜晶化。然后，用強光，諸如紅外光或激光(例如，波峰1.3μm的紅外光)來輻照該膜，使該膜受熱退火。就這樣，來改善結(jié)晶度。
按照本發(fā)明的用于促進晶化的元素可以從屬于周期表VIII族元素，亦即，F(xiàn)e、CO、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir和Pt選出。還有，可用過渡元素Sc、Ti、V、Cr、Mn、Cu和Zn。試驗表明Au和Ag也能促進晶化。上述元素中，Ni產(chǎn)生特別顯著的作用。我們已證實，用通過Ni的作用晶化的硅膜來制造TFTs，而且這些TFTs工作良好。
在600℃以下加熱晶化了的薄膜硅半導(dǎo)體受紅外光或激光輻照，選擇地使硅膜加熱。另外，還可提高結(jié)晶度。此時，紅外光不易被玻璃襯底吸取，因此能進行退火而不會大范圍地加熱玻璃襯底。
本發(fā)明的其它目的和特點，在描述的過程中將會清楚，這些描述如下圖1(A)到1(D)是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，說明用于制造TFTs的連續(xù)各步驟的TFTs的剖面圖；圖2(A)和2(B)是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例，說明用于制造TFTs的連續(xù)各步驟的TFTs的剖面圖3(A)和3(B)是根據(jù)本發(fā)明再一個實施例，說明用于制造TFTs的連續(xù)各步驟的TFTs的剖面圖；圖4是表示在硅膜中鎳濃度的曲線圖；圖5A到5(D)是根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的說明制造TFTs的連續(xù)各步驟的TFTs剖面圖；和圖6是按本發(fā)明的TFTs示意圖；圖7(A)到7(D)是根據(jù)本發(fā)明的還有一個實施例的說明制造TFTs的連續(xù)各步驟的TFT剖面圖；圖8(A)到8(E)是根據(jù)本發(fā)明的還有另一個實施例的說明制造TFTs的連續(xù)各步驟的TFTs剖面圖；圖9表示激活能與退火溫度之間的關(guān)系；和圖10(A)和10(B)表示EDX結(jié)果。
圖1(A)～1(D)和2(A)～2(B)是按本實施例制造TFTs的剖面圖，用來說明工藝步驟。首先，濺射氧化硅，在由Corning 7059制作的襯底11上作為2000厚的底膜12。然后，采取等離子輔助CVD(PCVD)法形成厚度為500～1500(例如，500)的所熟知的非晶硅膜13。此后，濺射形成厚度為200～2000(例如，1000)的氧化硅膜14。將非晶硅膜13和氧化硅膜14疊層光刻構(gòu)圖形成島狀。
上述步驟之后，濺射技術(shù)形成厚度為5～200(例如，100)的硅化鎳膜15。該硅化鎳膜15的組份由化學(xué)式為NiSix給出，其中0.4≤X≤2.5(例如，X=2.0)。重要的是，要使硅化鎳膜形成于非晶硅膜的側(cè)面。該膜也可以蒸發(fā)、CVD或等離子工藝過程來形成。按此方法，得到圖1(A)所見的形狀。在這里，促進晶化的金屬不是鎳，采用不是鎳的金屬則可用濺射、蒸發(fā)、等離子加工或CVD法形成薄膜15。
隨后，加熱該疊層，在300～600℃(例如，450℃)下經(jīng)1小時，以形成硅化鎳區(qū)16，接著除去硅化鎳膜15。使非晶硅膜13在550℃下，在還原氫氣氛(較佳為氫分壓0.1～1atm)或隋性氣氛(大氣壓下)退火4小時。此時，晶體平行于襯底11生長，如箭頭17所標示。
上述的步驟還可修改如下。在550℃對未形成硅化鎳的區(qū)域進行熱退火4小時。晶體直接從非晶硅膜13的側(cè)面16出發(fā)生長。然后，除去硅化鎳膜15。適合本修改步驟的場合，使晶化與硅化鎳16舶形成同時發(fā)生作用。但在這種情況下，熱退火時，有可能使鎳原子擴散。
上述步驟的結(jié)果，非晶硅膜被晶化了。于是，就可獲得結(jié)晶硅膜13(圖1(C))。此后，施行各向同性腐蝕，腐蝕去掉晶化了的硅膜13的側(cè)面18，因為這部分是由硅化鎳構(gòu)成的且含鎳濃度高于1021原子/cm3。用這種方法除去硅化鎳區(qū)，這時制造諸如TFTs之類的器件很重要。這一步驟之后，例如，執(zhí)行形成源/漏區(qū)的離子注入步驟，激活源/漏區(qū)的激活步驟，以及其它步驟。在上述步驟中，不可避免地加熱硅膜13，因此會使鎳原子從硅膜的鎳富含區(qū)向外擴散。尤其是，硅化鎳形成處，預(yù)計會有大量的鎳從該硅化鎳區(qū)向外擴散。這將影響TFTs的工作。所以，如上所述，在晶化之后除去硅化鎳區(qū)是有益的。
接著，除去氧化硅膜14，于是得到圖1(C)所示的形狀。晶體生長從兩側(cè)面開始，而其前端在晶化硅膜13的中部彼此疊合。由于該中部也是重摻鎳的，所以，也不要用這個重摻雜區(qū)做TFT的溝道形成區(qū)。
接著，如圖2(A)所示，由濺射法形成厚度1000的氧化硅膜201，作為柵絕緣膜。在該濺射步驟中，用由氧化硅構(gòu)成的靶，襯底溫度為200～400℃，例如，350℃。濺射氣氛由氧和氬組成。氧量與氧量之比為0到0.5，例如，小于0.1。
接著，濺射形成了厚度為6000～8000的鋁膜。該膜含0.1～2％的硅。將該鋁膜刻圖，形成柵電極19和21。使鋁電極的表面陽極氧化，在表面形成氧化層20和22。此陽極氧化在含1～5％酒石酸的乙二醇溶液中進行，獲得氧化層20和22的厚度為2000。這些氧化層20和22的厚度在后面離子摻雜步驟中決定了柵區(qū)的偏移量。所以柵區(qū)偏移長度可由上述陽極氧化步驟決定。
接著，將雜質(zhì)離子注入，把一種導(dǎo)電類型賦予形成源/漏和溝道的有源層區(qū)。本離子注入步驟中，用柵電極19及其周圍的氧化層20、柵電極及其周圍的氧化層22作掩膜注入雜質(zhì)，即磷和硼。磷烷(PH3)和乙硼烷(B2H5)用作摻雜劑氣體。使磷烷在60～90KV，例如，80KV下加速。而使乙硼烷在40～80KV，例如，65KV下加速。劑量為1×1015～8×1015離子/cm2。例如，磷的劑量為2×1015離子/cm2。硼的劑量則為5x1015離子/cm2。本摻雜步驟中，用光刻膠覆蓋某一區(qū)域，選擇性地注入元素。結(jié)果，形成了N-型摻雜區(qū)26，28和P-型摻雜區(qū)23、25。這樣，就可以形成一個P-溝道TFT(PTFT)的區(qū)域和一個N-溝道TFT(NTFT)的區(qū)域。
此后，通過激光或其它強光輻照使疊層退火?？捎肒rF激元激光器(具有波長為248nm和脈沖寬度為20nsec)發(fā)射的激光。也可以用其它激光器。發(fā)射出激光的能量密度為200～400mj/cm2，例如，250mj/cm2。向每個位置發(fā)射2～10發(fā)，例如，2發(fā)激光。激光輻照時，將襯底加熱到約200～450℃，這是有利的。由于鎳原子已經(jīng)擴散入先前的晶化區(qū)，所以在激光退火步驟中，激光輻射也促進了再結(jié)晶。還很容易激活賦予P型導(dǎo)電的雜質(zhì)區(qū)23和25與賦予N型導(dǎo)電的雜質(zhì)區(qū)26和28。
在本步驟中，用強光輻照而不用激光輻照的場所，采用波長為，如1.2μm的紅外光是有利的。紅外光很容易為硅吸收，且比之在1000℃以上進行熱退火可更有效退火。況且，紅外光不易被玻璃襯底吸收，因此能防止襯底過熱。而且，加工過程能在短時間內(nèi)完成。因而，用紅外光輻照是最適合于有玻璃收縮問題的步驟。
其后，等離子CVD形成厚6000的氧化硅膜29作為中間絕緣層。在該氧化膜29中形成連接孔。由多層金屬材料，例如，氮化鈦和鋁制成的膜制造TFTs的電極和導(dǎo)電互連線30、31、32。最后，將該疊層在350℃下，1大氣壓的氫中退火30分鐘。由此，完成了包括互補TFTs的半導(dǎo)體電路(圖2(B))。
本電路為包括互補PTFT和NTFT的CMOS結(jié)構(gòu)。上述的工藝步驟可作如下修改。同時制造兩個TFTs。兩個TFTs也可分成兩個獨立的TFTs。
本結(jié)構(gòu)中，載流子在源和漏之間運動的方向?qū)嵸|(zhì)上與晶體在溝道形成區(qū)生長的方向一致。因此，可得到高遷移率的TFTs。這就是，該載子沿針狀或柱形晶體的晶界移動。載流子受到阻力能夠減小。這樣就能制成高遷移率的TFTs。
本實施例的工藝步驟圖示在圖1(A)～1(D)和3(A)～3(B)中。按這個次序執(zhí)行制造步驟。本實施例中，使用厚度1.1mm與尺寸300mm×400mm的Corning7059做襯底201。圖1(A)～1(D)所示各步驟與實施例1的各步驟相同，因此，下面不再描述這些步驟。
如圖1(D)所示，得到晶化硅膜13之后，通過刻圖使各個器件隔開。如果各個器件之間的硅膜13的中部被除去，則按所要求的結(jié)果，就可以除去重摻鎳的硅膜13的中部。這樣，如圖3(A)所示，就決定了有源區(qū)(圖3(A)中的33、34和35)。形成變?yōu)闁沤^緣膜的氧化硅膜301。該氧化硅膜可濺射形成。在本實施例中，用等離子CVD法在氧環(huán)境中，由TEOS制成氧化硅膜。氧化硅膜的厚度為1000。
接著，通過CVD法形成主要由硅構(gòu)成的熟知的膜，且再光刻成圖形，以形成柵電極12。采用離子注入法，注入磷離子作為N-型雜質(zhì)。由自對準工藝形成源區(qū)33、溝道形成區(qū)34，以及漏區(qū)35。用激光或其它強光輻照硅膜，以改善由于離子注入惡化了的硅膜的結(jié)晶度。這時，激光的能量密度為250～3O0mj/cm2。激光輻照的結(jié)果，TFT源/漏區(qū)的薄層電阻從300變?yōu)?00Ω/cm2。用強光而不用激光時，用利用紅外輻射的燈退火是有效的。
接著，用氧化硅形成中間絕緣層36。以ITO制成象素電極37。再形成連接孔。又用鉻和鋁的多層膜，在TFTs的源/漏區(qū)上制成電極38和39。一個電極39還與ITO電極37連接。最后，將該疊層在200～300℃下在氫內(nèi)退火2小時，因而完成氫化作用。就這樣，完成了TFTs。這個步驟也同時對其他許多象素區(qū)進行加工。
本實施例制造的TFTs利用結(jié)晶硅膜作為形成源區(qū)、溝道形成區(qū)，以及漏區(qū)的有源層。該晶體硅膜含有沿載流子流方向生長的晶體。所以，載流子不橫穿晶體的晶界。也就是，載流子沿針形或柱狀晶體的晶界移動。因此，能造成高遷移率的TFTs。
圖1(C)圖解的步驟中，已除去了硅化鎳區(qū)。在圖1(D)至圖3(A)圖解的各步驟中，制成不包括硅膜13中部10的有源層。這樣一來，有源區(qū)就不會有重摻鎳的區(qū)。這可以提高TFTs的可靠性。就是在側(cè)面18形成硅化鎳。最后，生長著的晶體彼此相遇且在中部10終止，因此，這個部分也是重摻鎳區(qū)。在制成TFTs前腐蝕去這個部分是重要的。應(yīng)認為，本發(fā)明不限于TFTs。例如，利用這種有源層，制造諸如薄膜二極管之類的半導(dǎo)體器件也是有益的。
本實施例的工藝步驟示意性地表示在圖5(A)～5(D)中。首先，濺射氧化硅到Corning 7059制做的襯底401上，作為厚200的底膜402。接著形成由金屬、氧化硅及其類似物制成的掩模403。該掩模403容許底膜402露出縫形區(qū)。這就是，當從上面看圖5(A)表示的狀態(tài)，露出了底膜402的縫形部分；而其他部分仍被掩蔽著。在形成掩模403后，用濺射法在區(qū)400上選擇地形成厚度為5～200，例如，20的硅化鎳膜。硅化鎳的組份由化學(xué)式NiSix給出，其中0.4≤X≤2.5(例如，X=2.0)。在這個條件下，選擇地把鎳原子注入?yún)^(qū)400。
接著，除去掩膜403。用等離子CVD法，形成厚500～1500，例如，1000的本征(I-型)非晶硅膜(非單晶硅膜)404 。它經(jīng)波長峰值為0.5-5μm(本實施例為1到1.5μm)的紅外光照射幾秒到幾分鐘，使400區(qū)上的非晶硅膜變成為硅化鎳。這個步驟對鎳原子擴散透過硅膜是有效的。不用紅外光，則可用激光。
在550℃下，還原氫環(huán)境(較好，氧分壓為0.1～1atm)或隋性氣體環(huán)境(大氣壓下)中將該疊層退火4小時，使非晶膜晶化。此時，硅化鎳膜選擇地形成于400區(qū)上。而在該400區(qū)中，晶化成垂直于襯底401的結(jié)晶硅膜404。在除400區(qū)以外的區(qū)域中，則從400區(qū)出發(fā)橫向生長晶體，即平行于襯底生長晶體，如箭頭405所標示。
此步驟后，通過前述的紅外光照射使疊層退火。這就又促進了硅膜404的晶化。退火時，最好在表面上形成起保護膜作用的氮化硅膜，因為可改善硅膜404的表面態(tài)。在H2或HCl環(huán)境中進行此種退火也可有效地改善硅膜404的表面態(tài)。不用紅外光退火也可用激光輻射。
由于此種退火能選擇地加熱硅膜，加于玻璃襯底的熱量可被抑制到最小。還有，能很有效地減少硅膜中的缺陷和懸空鍵。
晶化步驟之后，使用紅外光或激光實施退火是重要的。用紅外光或激光，使還沒有熱晶化的膜中的非晶膜退火時，可以得到微米級大晶粒直徑的結(jié)晶硅膜。但是，晶體有不適于器件應(yīng)用的明確晶界。例如，某個明確晶界出現(xiàn)在溝道形成區(qū)內(nèi)，這就會以不希望有的結(jié)果，妨礙載流子的移動。
相反，如上所述，要是熱晶化使晶體平行于襯底生長，而且由這些晶體組成的硅膜又以紅外光或激光退火，則可使由平行于襯底生長的針形或柱狀晶體構(gòu)成的結(jié)晶結(jié)構(gòu)更致密。這樣還促進按一個方向一維各向異性的生長晶體。載流子沿這個方向移動就幾乎不受晶界的影響。
上述步驟的結(jié)果，使非晶硅膜晶化了，而且可獲得結(jié)晶硅膜404。此后，使各個器件分開，構(gòu)成TFTs的有源層區(qū)。此時，生長晶體的前端105不存在于成為溝道形成區(qū)405的部分中則是重要的，這樣可防止在源和漏之間移動的載流子受溝道形成區(qū)中鎳的影響。
接著，通過濺射技術(shù)，形成厚1000的氧化硅膜406作為柵絕緣膜，該濺射工藝中，使用氧化硅構(gòu)成的靶。襯底溫度200～400℃，例如，350℃。濺射環(huán)境由氧和氬構(gòu)成。氬量與氧量之比為0～0.5，例如小于0.1。
形成變?yōu)闁沤^緣膜的氧化硅膜之后，再用紅外光或激光輻射進行退火。該退火主要是消除氧化硅膜406與硅膜404之間的界面能級和該界面附近部位的能級。這對絕緣柵場效應(yīng)晶體管是十分有益的，在這種晶體管里，柵絕緣膜和溝道形成區(qū)之間的界面特性極重要。
此后，濺射形成厚6000～8000，例如，6000的鋁膜，此膜含0.1～2％的硅。將鋁膜刻成圖形，形成柵電極407和409。使鋁電極表面陽極化，在表面上形成氧化層408和410。該陽極氧化步驟在含有1～5％酒石酸的乙二醇溶液中進行。所獲得的氧化層408和410的厚度為2000。這些氧化層408和410的厚度決定了后一步驟離子摻雜的偏移柵區(qū)。因此，上述的陽極氧化步驟決定了偏移柵區(qū)的長度。
接著，注入雜質(zhì)離子，給形成源/漏與溝道的有源層區(qū)賦予一種導(dǎo)電類型。在本離子注入步驟中，用柵電極407及其周圍的氧化層408與柵電極409及其周圍氧化層410作為掩模而注入雜質(zhì)，亦即，磷和硼。采用磷烷(PH3)和乙硼烷(B2H5)做摻雜劑氣體。磷烷在60～90KV，例如，80KV下被加速，而乙硼烷則在40～80KV，例如，65KV下被加速。該劑量為1×1015～8×1015離子/cm2。例如，磷的劑量為2×1015離子/cm2，而硼劑量則為5×1015離子/cm2。在摻雜步驟中，某一區(qū)域蓋以光刻膠，而選擇性地注入元素。結(jié)果，形成了N-型摻雜區(qū)414、416和P-型摻雜區(qū)411、413。于是，就能形成一個P-溝道TFT(PTFT)的區(qū)域和一個N-溝道TFT(NTFT)的區(qū)域。
此后，通過激光輻照，使該疊層退火。采用由KrF激元激光器(具有波長為248nm及脈沖寬度為20nsec)發(fā)射的激光，但其他激光器也可以用。發(fā)射激光的能量密度為200～400mj/cm2，例如，250mj/cm2。每處發(fā)射2到10次，例如，2次。當激光輻照時，將襯底加熱至約200～450℃是有利的。由于使鎳原子擴散進先已晶化了的區(qū)域內(nèi)，在這個激光退火的步驟中，激光輻照會促使再晶化。為賦予導(dǎo)電類型P摻以雜質(zhì)的區(qū)域411和413，與為賦導(dǎo)電類型N而摻以雜質(zhì)的區(qū)域414和416都容易被激活。
本步驟也能用采用紅外光的燈來退火。紅外光易為硅吸收，并且容許可與高于1000℃進行熱退火相匹敵的有效退火。但是，紅外光不易為玻璃襯底所吸收，因此又可防止襯底過熱。而且，能在短時間內(nèi)完成加工過程。所以，采用紅外光輻照是最適合于有玻璃襯底收縮問題場合的一個步驟。
其次，通過等離子CVD形成厚6000的氧化硅膜418作為中間絕緣層。該中間絕緣層可由聚酰亞胺制成。連接孔就形成在該氧化硅膜418中。由金屬材料，例如，氮化鈦和鋁的多層膜制作TFTs的電極和導(dǎo)電互連線417、420、419。最后，在1大氣壓的氫氣氛中，350℃下，退火該疊層30分鐘。就這樣，完成了包含互補TFTs的半導(dǎo)體電路(圖5(D))。
本電路是包含互補PTFT和NTFT的CMOS結(jié)構(gòu)。上述步驟可作如下改進。同時制造兩個TFTs，或?qū)蓚€TFTs分開成兩個獨立和TFTs。
圖6是圖5(D)所示結(jié)構(gòu)的示意性頂視圖。應(yīng)注意到，在圖5(A)～5(D)和6中，同類的元件用相同的標號標出。如圖6所示，晶化沿箭頭標示的方向推進。晶體就是沿源區(qū)和漏區(qū)的連線生長。當這種結(jié)構(gòu)的TFTs工作時，載流子沿針形或柱狀生長的晶體，在源與漏間移動。特別是，載流子沿針形或柱狀晶體的晶界移動。所以能降低載流子受到的阻力，這就可使制成的TFTs具有高遷移率。
本實施例中，通過位于非晶硅膜404之下的底層402上選擇性地形成Ni薄膜而引入Ni原子，而且從該薄膜出發(fā)生長晶體。由于該Ni膜很薄，以致難以把它看作膜。在形成非晶硅膜404后，可以選擇性地形成硅化鎳膜。也就是，晶體生長既可從非晶膜的頂面開始生長，也可從底面開始生長。另一種可行的方法由淀積非晶硅膜，而后用離子摻雜法，把鎳離子注入該非晶硅膜404選定的部位組成。本方法的特征在于，能夠控制鎳元素的濃度。而且，可以使用等離子加工過程或CVD法。
制造一種絕緣柵場效應(yīng)晶體管的步驟如下。本實施例的工藝步驟示意性地表示于圖7(A)～7(D)。本例中，用厚1.1mm，尺寸為300mm×400mm的Corning 7059制成的玻璃襯底201。首先，濺射氧化硅作為有厚度2000的底膜202。然后，用金屬、氧化硅、光刻膠，或其它材料形成掩模203。濺射厚5～200，例如，20的硅化鎳膜。硅化鎳的組份由化學(xué)式NiSix給出，其中0.4≤X≤2.5(例如X=2.0)。就這樣，在區(qū)域204上選擇地形成了硅化鎳膜。
接著，用LPCVD或等離子CVD法形成厚1000的非晶硅膜205。此后，通過紅外光輻照或激光輻照使該膜退火，以便在含在硅化鎳的鎳與非晶硅膜205之間形成硅化物。此步驟也是意在使鎳原子有效地擴散到非晶硅膜內(nèi)。該疊層在400℃下脫氫1小時。接著，加熱退火使非晶硅膜晶化。此退火步驟在還原氫環(huán)境(以氫分壓為0.1～1atm較好)中，550℃下進行4小時。該熱退火也可在惰性氣體的環(huán)境，例如氮氣中進行。
在這個退火步驟，硅化鎳膜形成位于在非晶硅膜205下的區(qū)域204上。所以，晶化從這個區(qū)域開始。在這種晶化過程中，如圖7(B)中的一個箭頭標示的，在淀積了硅化鎳的區(qū)域204中，硅晶體垂直于襯底201生長。如另一箭頭所指示，在其上沒有淀積硅化鎳的區(qū)域(即，非區(qū)域204)晶體平行于襯底生長。
這個加熱步驟之后，除去掩膜103。該硅膜再通過紅外光或激光輻照熱退火。這樣就能獲得由結(jié)晶硅組成的半導(dǎo)體硅膜205。接著，將半導(dǎo)體硅膜205光刻成圖形，形成半導(dǎo)體硅島區(qū)，或TFTs的有源層。如箭頭所標示的生長晶體的前端不應(yīng)存在于有源層中，尤其不應(yīng)在溝道形成區(qū)中。特別是，圖7(B)中的箭頭的前端標示生長晶體的端頭，在水平箭頭的末端(即圖的左端)的鎳摻入?yún)^(qū)204和結(jié)晶硅膜205都要腐蝕除去。使用平行于結(jié)晶硅膜205生長的中間晶體部分作為有源層是有益的。這樣可防止TFTs特性受在生長晶體前端濃集的鎳原子的有害影響。
接著，在氧環(huán)境中用等離子CVD法由TEOS形成厚70～120nm典型地為100nm的柵絕緣膜206。設(shè)定襯底溫度低于400℃，較好為200～350℃，以防止使玻璃襯底收縮或變形。
其次，用紅外光或激光輻照再加熱該疊層，以改善硅膜205和氧化硅膜206之間的界面特性。然后，用CVD形成主要含硅的眾所周知的膜，且光刻構(gòu)成圖形，形成電極207。隨后，通過離子注入，注入磷離子作為N-型雜質(zhì)。再用自對準工藝形成源區(qū)208、溝道形成區(qū)209和漏區(qū)210。由KrF激光發(fā)射的激光輻照硅膜，以便改善因離子法入受損傷了的硅膜結(jié)晶度。此時，激光的能量密度為250～300mj/cm2。激光輻照的結(jié)果，TFTs源/漏區(qū)的薄層電阻由300變?yōu)?00Ω/cm2。本工藝步驟應(yīng)用利用紅外光的燈退火是有好處的。
在本實施例中，柵電極207主要由硅構(gòu)成，而且，此柵電極的膜可因上述的離子注入和隨后的退火變得更堅固。
接著，用氧化硅或聚酰亞胺形成中間絕緣層211。用ITO制造象索電極212。形成連接孔。用鉻和鋁的多層膜在TFTs的源/漏區(qū)制成電極213和214。一個電極214還與ITO電極212連接。最后，將該疊層在氫氣中，在200～300℃下退火2小時，因而完成硅的氫化作用。就以這樣的方法，完成TFTs。本步驟也同時制成其他眾多象素區(qū)。
本實施例中用的TFT采用結(jié)晶硅膜起形成源區(qū)、溝道形成區(qū)和漏區(qū)的有源層作用。該結(jié)晶硅膜包括沿載流子流動方生長的晶體。所以，載流子不穿過晶體的晶界。載流子沿著針形或柱狀晶體的晶界移動。這就能制成具有高遷移率的TFTs。本實施例制得的TFTs是N-溝道型，遷移率為90～130cm2/v.s，這個遷移率值遠優(yōu)于用600℃進行48小時熱退火誘發(fā)晶化所獲得的結(jié)晶硅膜的常規(guī)N-溝道TFT的遷移率80～100cm2/v.s。這里，在晶化步驟中用紅外光或激光的輻射退火，且在用紅外光或激光輻射退火之后，省去了形成柵絕緣膜的步驟，得到的TFTs通常具有低遷移率和低開/斷電流比。
就這樣，實現(xiàn)了圖8(B)所示的形態(tài)。在此狀態(tài)下，將鎳原子直接導(dǎo)入?yún)^(qū)域442。就是，該區(qū)域442重摻鎳。而晶體生長的端部是在區(qū)域443和441中。此區(qū)域441和443也都重摻了鎳。我們發(fā)現(xiàn)，在這些區(qū)的鎳濃度要高于中間晶化區(qū)鎳濃度幾乎一個數(shù)量級。
本實施例的特征在于，不使用這種重摻鎳的區(qū)域。如圖8(C)所示，用光刻膠在區(qū)444和445上制成掩模，然后腐蝕去掉區(qū)域441、442和443 。該腐蝕工藝可用垂直各向異性的RIE法進行。
腐蝕之后，除去掩模444和445。這樣，就得到圖8(D)所示的形狀。在這種情況下，晶體平行于襯底401生長。另外，還可能獲得相對輕摻鎳的結(jié)晶硅膜446和447。這些結(jié)晶硅膜446和447就用作TFTs的有源區(qū)，或形成薄膜二極管之類的薄膜半導(dǎo)體。為些，這些結(jié)晶硅膜是定向的。在膜中的鎳濃度約1017～1019原子/cm2。
本實施例中將硅膜446和447用作TFTs的有源層?；パaTFT電路由這些TFTs構(gòu)成。這種電路的結(jié)構(gòu)示于圖8(E)，而相似的結(jié)構(gòu)則示于圖5(D)。除圖5(D)所示結(jié)構(gòu)外，兩個TFTs的有源層彼此相連，且中間區(qū)域的鎳濃度也高。
這里，采取圖8(E)所示的結(jié)構(gòu)，而有源層為非重摻鎳層。這就提高了TFT工作的穩(wěn)定性。
本實施例，在形成柵絕緣膜之后，用紅外光或激光的輻射實施退火，這對改善柵絕緣膜與有源層446和447間的界面特性是很有好處的。
把非晶硅膜光刻構(gòu)圖形成島。再在非晶硅膜的側(cè)面上淀積促進晶化作用的金屬元素薄膜。這樣，就可使整個非晶硅膜成為由平行于襯底生長的晶體構(gòu)成的硅膜。除去此金屬膜后，使用晶化硅膜來構(gòu)制TFT。其結(jié)果是，能驅(qū)動具有高遷移率的TFTs。
通過加熱使結(jié)晶膜晶化。隨后，用紅外光或激光輻射使硅膜退火。這樣就促使晶化，并使膜層較致密。因此，能獲得結(jié)晶度良好的硅膜。而且，在硅膜上形成絕緣膜之后，用紅外光或激光輻射進行退火，可以降低界面能級。特別是，對這種制成的絕緣柵場效應(yīng)晶體管，會有很大的好處。
權(quán)利要求
1．一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括下列各步驟在一個玻璃襯底上，形成一個非單晶硅膜；通過加熱使所述硅膜晶化；在晶化之后對所述硅膜刻圖；形成柵絕緣膜，使之與所述硅膜相接觸；然后通過輻照包括紅外光的光而減少所述柵絕緣膜和所述硅膜之間的界面狀態(tài)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于所述光是激光或紅外光。
3．一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括下列各步驟在一個玻璃襯底上，形成一個非單晶硅膜；通過加熱使所述硅膜晶化；向所述硅膜部分摻入雜質(zhì)離子，以使所述硅膜部分具有雜質(zhì)導(dǎo)電型式；然后使所述硅膜的至少所述部分退火，以激發(fā)所述雜質(zhì)離子，其中所述退火的步驟是通過將包括紅外光在內(nèi)的光輻照到所述硅膜的所述部分而進行的。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于所述光是紅外光。
5．根據(jù)權(quán)利要求3的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于所述催化劑包括從下列物質(zhì)所組成的物質(zhì)組中所選出的材料Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Au和Ag。
6．根據(jù)權(quán)利要求3的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于由于所述退火步驟的結(jié)果，所述部分的薄層電阻率為300至800Ω/cm2。
7．根據(jù)權(quán)利要求3的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于所述柵絕緣膜是利用有機硅烷氣通過CVD形成的。
8．一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括下列各步驟在一個玻璃襯底上，淀積一個包括硅的非晶態(tài)半導(dǎo)體膜；配置催化劑材料，使之與所述半導(dǎo)體膜相接觸，所述催化劑材料能促進所述半導(dǎo)體膜的晶化；使配置了所述催化劑材料的所述半導(dǎo)體膜晶化；形成與所述半導(dǎo)體膜相接觸的柵絕緣膜；形成與所述柵絕緣膜相接觸的柵極；向所述晶化的半導(dǎo)體膜部分摻入雜質(zhì)離子；然后，通過將包括來自燈的紅外光在內(nèi)的光輻照到所述半導(dǎo)體膜的所述部分而激發(fā)摻入所述半導(dǎo)體膜的所述雜質(zhì)離子。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于下列步驟在摻入所述雜質(zhì)離子之前，陽極氧化至少所述柵極的所述表面。
10．根據(jù)權(quán)利要求8的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于由于所述激發(fā)的結(jié)果，所述部分的薄層電阻率為300至800Ω/cm2。
11．根據(jù)權(quán)利要求8的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于所述柵絕緣膜是利用有機硅烷氣通過CVD形成的。
12．一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括下列各步驟在一個玻璃襯底上，形成一個非單晶硅膜；通過加熱使所述硅膜晶化；向所述硅膜部分摻入雜質(zhì)離子，以使所述硅膜部分具有雜質(zhì)導(dǎo)電型式；然后使所述硅膜的至少所述部分退火，以激發(fā)所述雜質(zhì)離子，其中所述退火的步驟是通過將包括紅外光在內(nèi)的光輻照到所述硅膜的所述部分而進行的，以在所述硅膜的所述部分獲得800Ω/□或更小的薄層電阻。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于所述薄層電阻為300至800Ω/□。
14．根據(jù)權(quán)利要求12的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于所述硅膜的所述部分用作場效應(yīng)晶體管的源極和漏極。
15．根據(jù)權(quán)利要求12的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于當通過所述加熱使所述硅膜晶化時，將用以促進硅膜晶化的催化劑加到所述硅膜，所述催化劑包括從下列物質(zhì)所組成的物質(zhì)組中所選出的材料Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Au和Ag。
16．一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括下列各步驟在一個玻璃襯底上，淀積一個包括硅的非晶態(tài)半導(dǎo)體膜；配置催化劑材料，使之與所述半導(dǎo)體膜相接觸，所述催化劑材料能促進所述半導(dǎo)體膜的晶化；使配置了所述催化劑材料的所述半導(dǎo)體膜晶化；形成與所述半導(dǎo)體膜相接觸的柵絕緣膜；形成與所述柵絕緣膜相接觸的柵極；向所述晶化的半導(dǎo)體膜部分摻入雜質(zhì)離子；然后，激發(fā)摻入所述半導(dǎo)體膜的雜質(zhì)離子激發(fā)所述雜質(zhì)離子的所述步驟通過是將包括來自燈的紅外光在內(nèi)的光輻照到所述硅膜的所述部分而進行的，以在所述硅膜的所述部分獲得800Ω/□或更小的薄層電阻。
17．根據(jù)權(quán)利要求16的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于所述催化劑材料包括從下列物質(zhì)所組成的物質(zhì)組中所選出的材料Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、S、C、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Au和Ag。
18．根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于所述紅外光的波長為1.2μm。
19．根據(jù)權(quán)利要求3的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于所述紅外光的波長為1.2μm。
20．根據(jù)權(quán)利要求8的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于所述紅外光的波長為1.2μm。
21．根據(jù)權(quán)利要求12的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于所述紅外光的波長為1.2μm。
22．根據(jù)權(quán)利要求16的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于所述紅外光的波長為1.2μm。
全文摘要
制造TFTs的方法從在形成于襯底上的底層上選擇性地形成鎳膜開始。在鎳膜上再形成非晶硅膜而且加熱使之晶化。用紅外光輻照該晶化了的膜使之退火。從而獲得結(jié)晶度優(yōu)良的結(jié)晶硅膜。用這種結(jié)晶硅膜來構(gòu)成TFTs。
文檔編號H01L21/77GK1283868SQ9911805
公開日2001年2月14日 申請日期1999年8月19日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月22日
發(fā)明者張宏勇, 寺本聰 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所