專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
本申請是分案申請，原申請的申請日為1994年2月15日，申請?zhí)枮?4103242.6，發(fā)明名稱為“一種半導(dǎo)體器件及其制造方法”。
本發(fā)明涉及一種用于薄膜器件，例如薄膜絕緣柵型場效應(yīng)晶體管(薄膜晶體管或TFT)的晶態(tài)半導(dǎo)體的制造方法。
通常，采用使由等離子CVD方法或熱CVD方法形成的非晶硅薄膜在如電爐設(shè)備中，在高于600℃溫度下結(jié)晶化來制造用于像薄膜絕緣柵型場效應(yīng)晶體管(TFT)薄膜器件的晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜。
然而，這種常規(guī)方法存在許多問題。最大的問題是極難獲得好的產(chǎn)品。這是因?yàn)樗@得的晶態(tài)硅膜是多晶的，并且晶粒間界的控制也存在困難，且其可靠性和產(chǎn)量亦不高，這是由于其分散(dispersion)特性所造成的。這就是說，由于用常規(guī)熱處理獲得的硅晶體，完全是在無定向的情況下生長的，因此要控制晶體生長的方向幾乎是不可能的。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種控制晶體生長的方法，以解決上述存在的問題。
按照本發(fā)明，控制晶體生長，且獲得具有高可靠性和高產(chǎn)量的TFT是通過在非晶態(tài)或?qū)嵸|(zhì)上可以說是非晶態(tài)的不規(guī)則的晶態(tài)(例如部分為晶性，部分為非晶性的混合態(tài))中的硅薄膜上形成柵電極，用柵電極作掩模，在硅薄膜內(nèi)形成摻雜區(qū)域，形成至少包括鎳、鐵、鈷、鉑或鈀中一種的區(qū)域，以便他們粘著在摻雜區(qū)域部分上，并且使該整體進(jìn)行退火，以便從包括鎳的區(qū)域開始使它結(jié)晶化。
特別是，本發(fā)明允許實(shí)際上消除在源和漏與有源層之間的晶粒間界，并且通過在有源層結(jié)晶化(溝道形成區(qū)域)的同時(shí)推進(jìn)源和漏的結(jié)晶化來獲得好的特性。
以一個(gè)作為晶核或作為籽晶的結(jié)晶島薄膜為中心固相外延生長，硅薄膜晶體的方法已作為現(xiàn)有技術(shù)的方法提出(例如，日本專利公開NO.1-214110，等)。然而，即使存在晶核抑制晶體從其它位置生長是困難的。即，因?yàn)橛糜诰w生長的熱處理(退火，下同)溫度是適合于晶核充分產(chǎn)生的溫度，所以晶體經(jīng)常是從不企望的位置開始生長。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)鎳、鈷、鐵、鉑和鈀是容易與硅結(jié)合的，并且以他們?yōu)橹行纳L晶體，發(fā)明人注意到鎳容易形成硅化鎳(NiSix，0.4≤x≤2.5)，且硅化鎳的晶格常數(shù)與硅晶體的晶格常數(shù)接近，于是發(fā)明了以硅化鎳為中心生長硅晶體的方法。實(shí)際上，該晶體生長溫度能比常規(guī)方法降低20℃到150℃。因?yàn)樵谠摐囟认?，在純硅薄膜中不產(chǎn)生晶核，故晶體不會(huì)從不企望的位置生長，假定晶體的生長是采用與常規(guī)方法相同的機(jī)理從晶核開始，并且在晶核不會(huì)自然生長的溫度(最好低于580℃)下溫度越高，晶化進(jìn)行的速度越快，采用鐵(Fe)，鈷(Co)，鉑(Pt)和鈀(Pd)也有同樣的效果。
按照本發(fā)明，將一包含鎳，鐵，鈷，鉑或鈀或它們的硅化物，醋酸鹽，硝酸鹽和其它有機(jī)酸鹽單一物質(zhì)的薄膜或類似物粘結(jié)到薄膜晶體管的摻雜區(qū)域并且該晶體硅區(qū)域從作為起始點(diǎn)薄膜擴(kuò)展開來。另外，氧化物作為包含上述材料的材料是不可取的，因?yàn)檠趸锸且环N穩(wěn)定的化合物，并且從這里不會(huì)產(chǎn)生很可能變成晶核的硅化物。
因此從特定位置擴(kuò)展的晶體硅具有與良好的連續(xù)結(jié)晶性單晶體相近的結(jié)構(gòu)。用具有少量氫濃度的非晶硅膜作為結(jié)晶化的起始材料，能獲得更好的結(jié)果。然而，因?yàn)檫M(jìn)行結(jié)晶化時(shí)釋放出氫，在獲得的硅薄膜中的氫濃度和作為起始材料的非晶硅膜的氫濃度之間看不出有明顯的關(guān)系。在本發(fā)明的晶體硅中，氫濃度一般大于1×1015原子·厘米-3(atoms·cm-3)0.01原子％和小于5原子％。
當(dāng)像鎳、鐵、鈷或鉑或鈀中的一種重金屬材料用到本發(fā)明中時(shí)，這些材料本身不適合于作為半導(dǎo)體材料的硅，假如這些元素含量過多，則必須將他們除去。發(fā)明人從進(jìn)行的研究的一個(gè)結(jié)果中發(fā)現(xiàn)在400-650℃下，在氯化氫，各種氯化甲烷(CH3Cl等)，各種氯化乙烷(C2H3Cl3等)和各種氯化乙烯(C2HCl3等)的氣氛中進(jìn)行熱處理，能夠完全除去鎳。還發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的硅膜中，鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的濃度最好選擇在1×1015cm-3到1原子％，或鎳、鐵、鈷、鉑和鈀的最小濃度最好選擇在1×1015cm-3到1×1019cm-3，采用SIMS測量值。在濃度低于該范圍時(shí)，結(jié)晶化進(jìn)行得不充分，反之，當(dāng)濃度超過該范圍時(shí)，其特性和可靠性則下降。
可以采用各種物理和化學(xué)方法來形成鎳、鐵、鈷、鉑或鈀膜。例如，它們是需要真空設(shè)備的那些方法，像真空沉積方法，濺射方法和CVD方法，以及可以在大氣中完成的一些方法，像旋轉(zhuǎn)涂覆法，浸漬法(涂布法(application method))，刮刀法，絲網(wǎng)印刷法和噴射熱分解法。
雖然旋轉(zhuǎn)涂覆法和浸漬法不需要特殊設(shè)備，但他們生產(chǎn)的薄膜具有均勻的薄膜厚度和精確控制的濃度。作為用于這些方法中的溶液，不論是鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的醋酸鹽，硝酸鹽或各種羧酸鹽或其它有機(jī)酸鹽溶解或分散在水、各種乙醇(低和商品位)和石油(飽和的碳?xì)浠衔锘虿伙柡偷奶細(xì)浠衔?中都可以采用。
然而，在此情況下，含在這些鹽中的氧和碳有可能擴(kuò)散到硅膜中，從而降低半導(dǎo)體的特性。但是，通過熱平衡方法和差示熱分析提出的研究結(jié)果證明他們在低于450℃溫度下，被分解成適當(dāng)?shù)牟牧系难趸锘騿钨|(zhì)，并且在此后，它們并不擴(kuò)散到硅膜中。當(dāng)醋酸鹽和硝酸鹽這類低級(jí)物質(zhì)在還原氣氛如氮的氣氛中被加熱時(shí)，它們在低于400℃下分解，并且變成單金屬體。同樣，當(dāng)它們在氧氣中被加熱時(shí)，一開始就產(chǎn)生氧化物，并且在較高溫度下，放出氧后變成金屬單質(zhì)。
上述方法和本發(fā)明達(dá)到的其它目的將從說明書，權(quán)利要求書和附圖中變的更明顯。


圖1(A)-1(C)是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例工藝剖面圖(指的是第一實(shí)施例)；圖2(A)-2(D)是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例工藝剖面圖(指的是第二實(shí)施例)；圖3(A)-3(D)是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例工藝的剖面圖(指的是第三實(shí)施例)；圖4(A)-4(D)是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的工藝剖面圖(指的是第四實(shí)施例)；圖5是表示在晶體硅中鎳濃度的曲線圖(指第四實(shí)施例)。
參照本發(fā)明的附圖，對最佳實(shí)施例進(jìn)行說明。[第一實(shí)施例]用等離子CVD方法，在基片(Corning 7059)10上形成2000埃(angstroms)厚度的底材氧化硅薄膜11，接著用等離子CVD或真空CVD方法制成厚度為200-3000?；蜃詈脼?00-1500埃的非晶硅膜。通過在350℃到450℃下熱處理0.1-2小時(shí)，使之脫氫，使氫在薄膜中的濃度降低到低于5原子％，很容易使非晶硅膜結(jié)晶化。然后被構(gòu)圖以形成島形硅區(qū)域12。接著用RF等離子CVD，ECR等離子CVD或?yàn)R射方法形成厚度為500-1500埃起柵絕緣薄膜作用的氧化硅膜13。當(dāng)采用等離子體CVD法時(shí)，用TEOS(四乙氧硅烷)和氧作為原始?xì)怏w能獲得合適的結(jié)果。然后，用濺散方法淀積含1％硅的鉭膜(厚度為5000埃)，并且構(gòu)圖以形成柵布線和電極14。鈦，硅，鉻或鋁可作為柵電極材料。
于是，將基片浸泡在3％酒石酸的乙酸乙二醇溶液中并放置在有電流流通的鉑陰極和鉭絲陽極之間進(jìn)行陽極氧化，所施加的電流是這樣的，即其電壓以2v/min提升，當(dāng)達(dá)到220V時(shí)，電流變?yōu)楹愣ㄖ?。?dāng)降到低于10微安/米2時(shí)，電流截止。結(jié)果，形成一個(gè)厚度為2000埃的陽極氧化物15(氧化鉭)。當(dāng)用鈦、鋁或硅作為柵電極時(shí)，同樣能獲得作為陽極氧化物的氧化鈦、氧化鋁或氧化硅(圖1(A))。
接著，通過等離子摻雜方法引入雜質(zhì)。至于摻雜氣體，對N型TFT采用磷化氫(PH3)，對P型TFT采用乙硼烷(B2H6)。圖中所示為N型TFT。對磷化氫的加速電壓為80KeV，而對乙硼烷為65KeV。由此形成摻雜區(qū)16A和16B。此時(shí)，由圖看出這些摻雜區(qū)和柵電極是不重合的。隨后在摻雜區(qū)上氧化硅膜13上建立孔，以形成硅化鎳(或鎳)膜17A和17B，以使他們通過孔粘結(jié)到半導(dǎo)體區(qū)12，然后在550℃的氮?dú)庵羞M(jìn)行四小時(shí)的熱處理，以使摻雜區(qū)16和其它半導(dǎo)體區(qū)結(jié)晶化(圖1(B))。
最后，在采用與制造常規(guī)TFT的方法同樣方式沉積厚度為5000埃的氧化硅薄膜作為層間絕緣層18，同時(shí)形成穿通層間絕緣層的接觸孔，以便在源區(qū)和漏區(qū)域上形成布線和電極19A和19B。鋁、鈦、氮化鈦或由他們組成的多層膜適合作為布線和電極材料。在本實(shí)施例(圖1(C))中，采用了氮化鈦(厚1000埃)和鋁(厚5000埃)的多層薄膜。
通過上述工藝制成TFT(圖為N溝道型)。所獲得的TFT的場效應(yīng)遷移率(mobility)在N溝道型中是40-60cm2/Vs，在P溝道型中是30-50cm2/Vs。另外，甚至在柵和漏之間施加48小時(shí)的17至25V的電壓，仍能獲得幾乎不變的閾值電壓，場效應(yīng)遷移率和亞閾值特性以及高可靠性。這是由于源、漏和溝道形成區(qū)域(在柵電極下的半導(dǎo)體區(qū)域)同時(shí)被結(jié)晶化，并且它們的結(jié)晶化方向是相同的。[第二實(shí)施例]用等離子體CVD方法在基片(Corning 7059)20上形成厚度為2000埃的底材氧化硅膜21。接著用等離子體CVD或真空CVD方法制成厚度為200至3000埃或最佳為500至1500埃的非晶硅膜。通過在350℃至450℃熱處理0.1-2小時(shí)，使之脫氫降低氫在薄膜中的濃度，使之低于5原子％，能容易的形成非晶硅膜。然后，構(gòu)圖以形成島形硅區(qū)域23。隨后用RF等離子CVD，ECR等離子CVD或?yàn)R射方法形成厚度為500至1500埃，作為柵絕緣膜的氧化硅膜24。當(dāng)采用等離子CVD方法時(shí)，使用TEOS(四乙氧硅烷)和氧作為原始?xì)怏w能獲得滿意的結(jié)果。接著用LPCVD方法沉積含1％-5％磷的多晶硅膜(厚度為5000埃)，并構(gòu)圖以形成柵布線和電極25A和25B(圖2(A))。
在這之后，用離子摻雜方法使雜質(zhì)向該處擴(kuò)散，以形成N型摻雜區(qū)26A和P型雜質(zhì)區(qū)26B。此時(shí)，磷(摻雜氣體為磷化氫PH3)能被用作N型雜質(zhì)，用60-110KV或例如80KV加速電壓使整個(gè)表面摻雜，此后在40-80KV例如65KV的加速電壓下，硼(摻雜氣是乙硼烷B2H6)能作為P型摻雜的雜質(zhì)，例如，用光刻膠覆蓋N溝道型TFT區(qū)域。
接著，在雜質(zhì)區(qū)上的氧化硅薄膜24中開一些孔，以形成厚度為200-1000?；蚶?00埃的硅化鎳(或鎳)薄膜27A和27B，從而使他們通過孔粘結(jié)到雜質(zhì)區(qū)26。然后，在550℃的氮?dú)庵羞M(jìn)行四小時(shí)熱處理，以使雜質(zhì)區(qū)26和其它半導(dǎo)體區(qū)結(jié)晶化。此時(shí)，晶體的生長從島形半導(dǎo)體區(qū)域兩端部同時(shí)推進(jìn)，并圍繞其中央完成。因此，在溝道形成區(qū)域不產(chǎn)生顆粒間界，而且對TFT(圖2(B))的特性也沒有不利的影響。
另外，硅化鎳膜27C可設(shè)于島形半導(dǎo)體區(qū)域的中央，如圖2(C)所示。在這種情況下，結(jié)晶化是從中心推進(jìn)的(圖2(C))。
最后，采用與制造常規(guī)TFT方法相同的措施，沉積厚度為5000埃的氧化硅膜作為層間絕緣體28，并通過層間絕緣體建立接觸孔，以形成源區(qū)和漏區(qū)域上的布線和電極29A，29B和29C。鋁、鈦、氮化鈦或它們的多層膜作為布線和電極材料是合適的。在這種情況下，采用的是氮化鈦(1000埃厚)和鋁(5000埃厚)的多層膜。
用上述工藝制成CMOS型TFT。然后用如此制成的CMOS電路來制造一個(gè)移位寄存器，以研究它的工作特性。結(jié)果，當(dāng)漏電壓是15V時(shí)，最大工作頻率為11MHZ，當(dāng)漏電壓是17V時(shí)，最大工作頻率為18MHz。[第三實(shí)施例]本實(shí)施例涉及一種方案，以此方案，在實(shí)施第一實(shí)施例的工藝-加熱促進(jìn)結(jié)晶化之后，再用激光束輻照，使之退火，來進(jìn)一步改進(jìn)半導(dǎo)體區(qū)的結(jié)晶度。
其制造工藝說明如下，參考圖3。用等離子體CVD方法在基片30(Corning 7059)上形成厚度為2000埃的底材氧化硅膜31。進(jìn)一步，用等離子體CVD或真空CVD方法制造厚度為200-3000?；蜃詈脼?00-1500埃的非晶硅膜。通過在350-450℃下熱處理0.1-2小時(shí)脫氫使薄膜中氫濃度降到低于5原子％，能容易的使非晶硅膜結(jié)晶化。然后構(gòu)圖以形成島形硅區(qū)域32。隨后用RF等離子CVD，ECR等離子DVC或?yàn)R射方法形成厚度為500-1500埃的氧化硅膜33，它起柵絕緣膜的作用。當(dāng)采用等離子體CVD方法時(shí)，用TEOS(四乙氧硅烷)和氧作為原始?xì)怏w能獲得滿意的結(jié)果。
之后，用濺射方法沉積含有1％硅的鉭膜(厚5000埃)，并構(gòu)圖以形成柵布線和電極34。鈦，硅，鉻或鋁可作為柵電極的材料。
然后，將基片浸泡在3％酒石酸的1，2-亞乙基二醇溶液中，并且設(shè)置鉑作為陰極，鉭絲作為陽極在兩電極之間通以電流進(jìn)行陽極氧化。這樣施加電流，使電壓以2V/min上升，當(dāng)達(dá)到220V時(shí)，電流恒定。當(dāng)電流降低到10微安/米2時(shí)，電流截止。結(jié)果，形成厚度為2000埃的陽極氧化物(氧化鉭)。同樣，當(dāng)鈦，鋁或硅被用作為柵電極(圖3(A))時(shí)，能獲得作為陽極氧化物的氧化鈦，氧化鋁或氧化硅。
接著，用等離子摻雜方法將雜質(zhì)引入，作為摻雜氣體，對N型TFT采用磷化氫(PH3)，對P型TFT采用乙硼烷(B2H6)。圖中表示的是N型TFT。所用的加速電壓對磷化氫是80KeV，對乙硼烷是65KeV。從而形成雜質(zhì)區(qū)域36A和36B。此時(shí)，如圖所見，雜質(zhì)區(qū)域和柵電極是不重合的。進(jìn)一步，在雜質(zhì)區(qū)域上的氧化硅薄膜33中建立孔，以使形成的硅化鎳(或鎳)膜37A和37B通過這些孔粘結(jié)到半導(dǎo)體區(qū)域32。然后在550℃氮?dú)庵羞M(jìn)行四個(gè)小時(shí)的熱處理，以使雜質(zhì)區(qū)36A和36B以及其它半導(dǎo)體區(qū)域(圖3(B))結(jié)晶化。
接著，用一個(gè)KrF準(zhǔn)分子激光器照射在其上以促進(jìn)結(jié)晶化，(激光器波長248nm，脈寬20nsec)，此處用200-400mJ/cm2能量密度或例如250mJ/cm2能量密度進(jìn)行兩次激光束照射。進(jìn)一步，此時(shí)，在激光束照射的同時(shí)，使基片加熱到300℃，以增加激光束照射的效果?；募訜釡囟瓤稍?00℃到450℃之間。
XeCl(波長308nm)，ArF(波長193nm)或類似的都可用作激光束。用強(qiáng)光代替激光束照射也是可能的。用紅外光束在短時(shí)間內(nèi)照射實(shí)現(xiàn)RTA(快速熱退火)特別有效，因?yàn)樗试S硅膜有選擇地進(jìn)行加熱。
由此能獲得結(jié)晶度好的硅膜，這樣處理的結(jié)果，用熱退火結(jié)晶化的區(qū)域成為具有改良結(jié)晶度的硅膜。根據(jù)透射型(transmission type)電子顯微鏡所進(jìn)行的觀察，在本發(fā)明的結(jié)晶化方法之后，在激光照射區(qū)域看到相同方向的較大晶體。
最后，以與制造常規(guī)TFT方法相同的手段，沉積厚度為5000埃的氧化硅膜作為層間絕緣體38，并通過層間絕緣體建立接觸孔，以便在源區(qū)和漏區(qū)域上形成布線和電極39A及39B。鋁、鈦、氮化鈦或它們的多層膜適合作為布線和電極材料。在本實(shí)施例中，采用氮化鈦(厚1000埃)和鋁(厚5000埃)的多層膜。用上述工藝(圖3(C))制成TFT(圖為N-溝道型)。[第四實(shí)施例]本實(shí)施例是用含有加速結(jié)晶化的催化元素的溶液將催化元素引入非晶硅膜的一種方法。
參考圖4，以說明其制造工藝。首先，用等離子CVD方法，在10cm見方的基片(Corning 7059)40上，形成厚度為2000埃的底材氧化硅薄膜41。用等離子CVD或真空CVD方法制造厚度為200-3000埃，最好選擇500-1500埃的非晶硅膜。通過在350-450℃下，熱處理0.1-2小時(shí)脫氫使該薄膜中氫濃度降到低于5原子％，能容易的使非晶硅膜結(jié)晶化。然后構(gòu)圖以形成島形硅區(qū)域42。
然后，用RF等離子CVD，ECR等離子CVD或?yàn)R射方法形成厚度為500-1500埃的氧化硅膜43作柵絕緣膜。當(dāng)采用等離子CVD方法時(shí)，使用TEOS(四乙氧硅烷)和氧作為原始?xì)怏w能獲得滿意的結(jié)果。隨后用濺射方法沉積含1％硅的鉭膜(厚5000埃)，并且構(gòu)圖以形成柵布線和電極44，鈦、硅、鉻或鋁可以用作柵電極材料。
之后，將基片浸泡到3％的酒石酸的1，2-亞乙基二醇溶液中，并且設(shè)置鉑作為陰極，鉭絲作為陽極使兩極之間通以電流進(jìn)行陽極氧化，電流是如此施加的，即電壓以2V/min提升當(dāng)其達(dá)到220V時(shí)，電流變?yōu)楹愣ㄖ?。?dāng)電流降到10微安/米2時(shí)，電流截止。結(jié)果形成厚度為2000埃的陽極氧化物(氧化鉭)45。同樣，當(dāng)用鈦，鋁或硅作為柵電極時(shí)，能獲得作為陽極氧化物的氧化鈦，氧化鋁或氧化硅。(圖4(A))。
接著，用等離子摻雜方法引入雜質(zhì)。作為摻雜氣體，磷化氫(PH3)用于N型TFT，乙硼硼烷(B2H6)用于P型TFT。圖中所示為N型TFT。加速電壓對磷化氫為80KeV，對乙硼烷為65KeV。由此產(chǎn)生雜質(zhì)區(qū)域46A和46B。此時(shí)，由圖(圖4(B))中看出，雜質(zhì)區(qū)和柵電極不重合。
進(jìn)一步，在雜質(zhì)區(qū)上的氧化硅薄膜中建立孔。然后在氧氣中，用紫外線束在其上照射5分鐘形成一個(gè)薄的氧化硅薄膜51。該氧化硅膜51的厚度定為約20-50埃。
形成氧化硅膜是為了改善在后繼工序中所用溶液的潤濕度。在該情況下，滴入5ml的加了100ppm(比重量)鎳的醋酸鹽溶液(在基片為10cm見方的情況下)。此時(shí)，用旋涂器41以50轉(zhuǎn)/分旋涂10秒鐘，從而在該基片整個(gè)表面上形成均勻的水薄膜52。隨后，在該情況下，使該基片保持5秒鐘之后，用旋涂器41，以每分鐘2000轉(zhuǎn)的速度進(jìn)行60秒鐘的旋轉(zhuǎn)干燥。順便提一下當(dāng)旋涂器以0-150rpm旋轉(zhuǎn)時(shí)，它可以置于旋轉(zhuǎn)器上(圖4(C))。
另外，雖然圖4(C)畫出的好像在旋轉(zhuǎn)器41上被安置的基片40上只設(shè)置一個(gè)TFT，實(shí)際上，在基片40上形成大量的TFT。
其后，在550℃熱處理四小時(shí)，使非晶硅膜42結(jié)晶化(在氮?dú)庵?。此時(shí)，晶體在水平方向從摻入鎳的區(qū)域(與氧化物薄膜51接觸的區(qū)域)向未引入鎳的區(qū)域生長。
為獲得第三實(shí)施例所說的薄膜，用激光或等強(qiáng)光照射，對改進(jìn)晶體硅膜的結(jié)晶度是有效的。因?yàn)樵诘谌龑?shí)施例中，硅薄膜內(nèi)的鎳濃度相當(dāng)高，在激光照射下，硅薄膜中形成沉淀在硅薄膜中的鎳和大約為0.1-10微米的硅化鎳顆粒，因此破壞了該薄膜的結(jié)構(gòu)。然而，因?yàn)楸緦?shí)施例允許鎳濃度降低到大于第三實(shí)施例的范圍，因此沒有沉淀的硅化鎳，并且在激光照射下能防止薄膜變得粗糙。
圖5表示，在SIMS中完成結(jié)晶化工序之后，在標(biāo)號(hào)50指示的區(qū)域中，對鎳濃度研究的結(jié)果。該區(qū)域是由從直接引入鎳的區(qū)域開始晶體生長被結(jié)晶化的區(qū)域，它起TFT溝道形成區(qū)域的作用。已證明，在直接引入鎳的區(qū)域中鎳的濃度比圖5所示濃度分布高一位數(shù)。這就是說，已證明，在完成之后，溝道形成區(qū)域的鎳濃度比TFT的源/漏區(qū)域的鎳濃度低不止一位數(shù)，如圖5所示。
圖5中所示的鎳濃度可通過控制溶液中鎳的濃度加以控制。當(dāng)在本實(shí)施例中溶液中鎳濃度為100ppm時(shí)，發(fā)現(xiàn)甚至用10ppm鎳濃度也有可能結(jié)晶化。在此情況下，圖5所示的鎳濃度能進(jìn)一步降低一位數(shù)。然而，當(dāng)溶液中鎳濃度被降低時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)問題，即晶體從引入鎳區(qū)域在水平方向生長的距離變短。
最后，采用與制造常規(guī)TFT方法相同的措施，沉積厚度為5000埃的氧化硅膜作為層間絕緣體48，通過此層向絕緣體建立接觸孔以形成源區(qū)和漏區(qū)域上的布線和電極49A和49B。鋁、鈦，氮化鈦或它們的多層膜適合作布線和電極材料。在本情況中，采用了氮化鈦(厚1000埃)和鋁(5000埃厚)的多層膜。
雖然本實(shí)施例中采用了醋酸鹽溶液作為含催化元素的溶液，但是采用水溶液，有機(jī)溶劑溶液或類似溶液是可行的。此處的催化元素可以被含有，但不作為化合物，只作為分散質(zhì)。
從極性溶劑的水，酒精、酸和氨中選出的一種溶劑可以作為含催化元素的溶劑使用。
當(dāng)用鎳作催化劑，并使其含在極性溶劑中時(shí)，以鎳化合物被摻入。作為鎳化合物，一般采用從溴化鎳、乙酸鎳、草酸鎳、碳酸鎳、氯化鎳、碘化鎳、氮化鎳、硫酸鎳、甲酸鎳、乙酰丙酮鎳、4-環(huán)已基丁酸鎳，氧化鎳和氫氧化鎳中選擇出的一種化合物。
作為溶劑，可從非極性溶劑的苯、甲苯、二甲苯、四氯化碳、三氯甲烷和乙醚中選出一種使用。
在這種情況中，加入鎳作為鎳化合物，一般使用的鎳化合物是從乙酰丙酮鎳和2-乙基已酸鎳(nickel 2-ethylhexanodic acid)中選擇一種。
將一種表面活性劑加到含催化元素的溶液中，以改善與待涂表面的粘接性和控制它的吸附作用也是有效的。將表面活性劑預(yù)先涂到待涂表面上也是可能的。當(dāng)用單質(zhì)鎳作為催化元素時(shí)，必須將其用酸溶解到溶液中。
雖然上面已經(jīng)說明采用鎳催化元素完全溶解到溶液中的情況，但采用這樣的乳劑材料是可能的，該乳劑中的由單質(zhì)鎳或鎳化合物構(gòu)成的粉末均勻的分散在分散介質(zhì)中，鎳沒有完全溶解。像這樣一種溶液，可使用從Tokyo Ohka kogyo Co.，Ltd獲得OCD(Ohka DiffusionSource)。采用OCD溶液涂在要形成膜的表面上，并將它在約200℃下烘烤，就能容易的制成氧化硅膜。另外，因?yàn)樗试S雜質(zhì)自由地加入，因此它們能被使用。
上述說明也適合于采用鎳以外的材料作為催化元素的情況。
此外，采用非極性溶液，如2-乙基已酸鎳(nickel 2-ethylhexanodic acid)的甲苯溶液允許直接將其涂于非晶硅膜表面上。在該情況中，預(yù)先涂覆這種材料作為粘合劑用于保護(hù)膜是有效的。然而，必須注意，這種溶液不能涂的太多，因?yàn)樗鼘p弱催化元素?fù)饺敕蔷Ч柚械牧俊?br> 盡管含在溶液中的催化元素之?dāng)?shù)量取決于溶液的類型，但對溶液來說一般趨向采用的量為200ppm-1ppm為合適，或優(yōu)選為50ppm-1ppm(比重量)。該值是在結(jié)晶化結(jié)束之后，考慮了薄膜中鎳濃度和氫氟酸電阻確定的。
如上所述，本發(fā)明能控制晶體生長的方向，這在過去是困難的，同時(shí)能明顯的改善薄膜晶體管的可靠性和產(chǎn)量。另外，因?yàn)閷Ρ景l(fā)明所需要的設(shè)備、裝置和工藝是非常一般的，且大批量生產(chǎn)率也是極好的，所以本發(fā)明對工業(yè)生產(chǎn)提供了不可估量的利益。因此本發(fā)明是在工業(yè)上是有益的并是可專利的。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參照一些最佳實(shí)施例作了具體的說明和描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下，前述的和其它改變的結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)是能由此做出的。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包括以下的工藝在一絕緣表面上形成一半導(dǎo)體層；將一種含金屬的結(jié)晶促進(jìn)物質(zhì)選擇性地涂布至所述半導(dǎo)體層的至少一個(gè)第一部分；用所述促進(jìn)物質(zhì)使所述半導(dǎo)體層進(jìn)行結(jié)晶，其中，結(jié)晶是通過所述半導(dǎo)體層，從所述第一部分開始，在所述半導(dǎo)體層的第二部分終止；通過選擇性地引入一種摻雜劑雜質(zhì)，在所述半導(dǎo)體層中形成源區(qū)和漏區(qū)；其中，所述源區(qū)和漏區(qū)中的至少一個(gè)區(qū)包含所述半導(dǎo)體層的第二部分。
2.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包括以下的工藝在一絕緣表面上形成一半導(dǎo)體層；將一種含金屬的結(jié)晶促進(jìn)物質(zhì)選擇性地涂布至所述半導(dǎo)體層的至少一個(gè)部分；用所述促進(jìn)物質(zhì)使所述半導(dǎo)體層進(jìn)行結(jié)晶；通過選擇性地引入一種摻雜劑雜質(zhì)，在所述半導(dǎo)體層中形成源區(qū)和漏區(qū)；其中，所述源區(qū)和漏區(qū)中的至少一個(gè)區(qū)包含所述半導(dǎo)體層的所述一個(gè)部分。
3.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包括以下的工藝在一絕緣表面上形成一半導(dǎo)體層；通過選擇性地引入一種摻雜劑雜質(zhì)，在所述半導(dǎo)體層中形成源區(qū)和漏區(qū)；其中，所述源區(qū)和漏區(qū)中的至少一個(gè)區(qū)包括一個(gè)部分，在該部分已直接涂布上一種含金屬的結(jié)晶促進(jìn)物質(zhì)。
4.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包括以下的工藝在一絕緣表面上形成一半導(dǎo)體層；將一種含金屬的結(jié)晶促進(jìn)物質(zhì)選擇性地涂布至所述半導(dǎo)體層的至少兩個(gè)部分；用所述促進(jìn)物質(zhì)使所述半導(dǎo)體層進(jìn)行結(jié)晶；通過選擇性地引入一種摻雜劑雜質(zhì)，在所述半導(dǎo)體層中形成源區(qū)和漏區(qū)；其中，所述源區(qū)和漏區(qū)中至少一個(gè)區(qū)包含一部分，由所述兩部分生長的晶體于所述一部分彼此相碰。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體層包括非晶態(tài)硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法，其中，所述含金屬的結(jié)晶促進(jìn)物質(zhì)包括金屬硅化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體層在結(jié)晶工藝以后，含氫的濃度是0.01-5原子％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法，其中，所述金屬選自Ni、Pt、Fe、Co和Pd。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的方法，其中，所述方法還包括，在結(jié)晶工藝前，對所述半導(dǎo)體層進(jìn)行圖案的制作工藝。
10.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包括以下的工藝在一絕緣表面上形成一半導(dǎo)體層；將一種含金屬的結(jié)晶促進(jìn)物質(zhì)選擇性地涂布至所述半導(dǎo)體層的至少一個(gè)第一部分；用所述結(jié)晶促進(jìn)物質(zhì)使所述半導(dǎo)體層進(jìn)行結(jié)晶，其中，結(jié)晶是從第一部分開始，通過所述半導(dǎo)體層，于半導(dǎo)體層的第二部分終止。將一種摻雜劑雜質(zhì)選擇性地引入所述半導(dǎo)體層，以形成至少一個(gè)雜質(zhì)摻雜區(qū)域，它具有N型或P型電導(dǎo)率，其中，所述雜質(zhì)摻雜區(qū)包含半導(dǎo)體層的第二部分。
11.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包括以下的工藝在一絕緣表面形成一半導(dǎo)體層；將一種含金屬的結(jié)晶促進(jìn)物質(zhì)選擇性地涂布到所述半導(dǎo)體層的至少一個(gè)部分；用所述結(jié)晶促進(jìn)物質(zhì)使該半導(dǎo)體層結(jié)晶；將一種摻雜雜質(zhì)選擇性地引入半導(dǎo)體層，以形成至少一個(gè)雜質(zhì)摻雜區(qū)，它具有N型或P型電導(dǎo)率；其中，所述雜質(zhì)摻雜區(qū)包含所述半導(dǎo)體層的一個(gè)部分。
12.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包括以下的工藝在一絕緣表面形成一半導(dǎo)體層；將一種摻雜劑雜質(zhì)選擇性地引入所述半導(dǎo)體層，以形成至少一個(gè)雜質(zhì)摻雜區(qū)，它具有N型或P型電導(dǎo)率，其中，所述雜質(zhì)摻雜區(qū)包含一部分，在該部分已直接涂布一種含金屬的結(jié)晶促進(jìn)劑。
13.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包括以下的工藝在一絕緣表面上形成一半導(dǎo)體層；將一種含金屬的結(jié)晶促進(jìn)物質(zhì)選擇性地涂布至所述半導(dǎo)體層的至少兩個(gè)部分；用所述結(jié)晶促進(jìn)物質(zhì)使所述半導(dǎo)體層進(jìn)行結(jié)晶；將一種摻雜劑雜質(zhì)選擇性地引入所述半導(dǎo)體層，以形成至少一個(gè)雜質(zhì)摻雜區(qū)，它具有N型或P型導(dǎo)電率；其中，所述雜質(zhì)摻雜區(qū)包括一種部分，由所述兩個(gè)部分生長的晶體于所述一部分彼此發(fā)生碰撞。
14.根據(jù)權(quán)利要求10、11、12或13所述的方法，其中所述半導(dǎo)體層包括非晶態(tài)硅。
15.根據(jù)權(quán)利要求10、11、12或13所述的方法，其中，所述含金屬的結(jié)晶促進(jìn)劑包括金屬硅化物。
16.根據(jù)權(quán)利要求10、11或13所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體層，在結(jié)晶步驟之后，含有濃度0.01-5原子％的氫。
17.根據(jù)權(quán)利要求10、11、12或13所述的方法，其中，所述金屬選自Ni、Pt、Fe、Co和Pd。
18.根據(jù)權(quán)利要求10、11、12或13所述的方法，其中，所述方法還包括，在結(jié)晶工藝之前，對所述半導(dǎo)體層進(jìn)行圖案制作的工藝。
19.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述方法還包括，在形成源區(qū)和漏區(qū)以后，使所述半導(dǎo)體層進(jìn)行結(jié)晶的工藝，其中，所述半導(dǎo)體層，在結(jié)晶工藝之后，含有濃度為0.01-5原子％的氫。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述方法，還包括，在結(jié)晶之前，使半導(dǎo)體層形成圖案的工藝。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體層在形成源區(qū)和漏區(qū)以后，還進(jìn)一步包括一個(gè)結(jié)晶工藝，其中，所述半導(dǎo)體層在結(jié)晶工藝以后，含有濃度為0.01-5原子％的氫。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述方法在結(jié)晶工藝以后，還進(jìn)一步包括，使所述半導(dǎo)體層形成圖案的工藝。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造方法,它包括下述工藝,在絕緣表面形成半導(dǎo)體層;將含金屬的結(jié)晶促進(jìn)物質(zhì)選擇性加至半導(dǎo)體層中至少一個(gè)第一部分;用結(jié)晶促進(jìn)物質(zhì)使半導(dǎo)體層結(jié)晶;選擇性地引入摻雜劑,在半導(dǎo)體層中形成源區(qū)和漏區(qū),其中至少一個(gè)區(qū)包含半導(dǎo)體層的第二部分,它還包括在結(jié)晶工藝前對半導(dǎo)體進(jìn)行圖案制作的工藝。
文檔編號(hào)H01L21/84GK1275796SQ9911853
公開日2000年12月6日 申請日期1999年9月3日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月15日
發(fā)明者山崎舜平, 張宏勇, 竹村保彥 申請人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所