專利名稱：半導體制造工藝和半導體器件制造工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制造用于薄膜器件如薄膜絕緣柵場效應晶體管(下文簡稱“薄膜晶體管”或“TFT”)的晶狀半導體工藝；本發(fā)明還涉及使用上述晶狀半導體制造半導體器件的工藝。
用于薄膜器件如迄今為止公知的TFT的晶狀硅半導體薄膜，利用使非晶硅膜晶體化制造。非晶硅膜通過等離子體CVD(化學蒸鍍)或熱CVD來形成，使用一種裝置如電爐；溫度保持不低于600℃，延續(xù)12小時或更長。只有在使非晶膜經(jīng)受持續(xù)較長的時間的熱處理，才可能得到具有充分高質(zhì)量(如極好的場效應和高可靠性)的晶狀硅半導體的薄膜。
然而，為獲得晶狀硅半導體薄膜，已有技術尚需解決許多問題。問題之一是導致工藝成本增加的低生產(chǎn)率。例如，如果結晶的工序要求24小時的持續(xù)時間，那么在同時必須加工720個襯底，理想狀態(tài)下，每個襯底耗費工時2分鐘?？墒峭ǔ９軤顮t襯底同時熱處理最大數(shù)量可限制在50，在實際上處理僅僅使用一個裝置(反應管)。發(fā)現(xiàn)單個襯底完成處理要花費30分鐘。換言之，在2分鐘內(nèi)完成每個襯底的反應至少需要15個反應管。這意味著增加花費成本，因此，由于成本過高，增加了產(chǎn)品價格。
熱處理溫度被認為是另一個問題。通常，用石英玻璃襯底制造TFT，上述襯底包括純凈硅氧化物或無堿硼硅酸鹽襯底，比如用Corming摻入制造的7059#玻璃襯底(下文簡稱為“Corning7059襯底”)。前述襯底具有如此好的熱阻，以致于可用象半導體集成電路的常規(guī)晶片工藝同樣方法進行處理。但是，其花費大，并且隨襯底面積的增加，價格成指數(shù)地增加。因此目前，石英玻璃襯底的使用僅限于具有比較小的面積的TFT集成電路。
從另一方面來說，與用石英玻璃制的那些相比，無堿硼硅酸鹽玻璃襯底價格低廉。然而，就它們的熱阻而言，則顯得不足。由于無堿玻璃襯底在550～650℃的溫度中會產(chǎn)生變形，更具體來說，由于現(xiàn)有的材料在不高于600℃的溫度中會變形，所以任何600℃的熱處理都會導致襯底上形成不可逆的收縮和扭曲。這些變形特別明顯出現(xiàn)在對角線長度大于10時的襯底上。人們相信在硅半導體膜上實施熱處理的溫度為550℃或更低，并且時間在4小時內(nèi)是必要的，以減少總工藝成本。
根據(jù)上述情況，本發(fā)明目的在于提供一種制造半導體的工藝，該半導體可經(jīng)受由上述條件實施的熱處理；并且提供了一種用這樣半導體制作的半導體器件的工藝。
按照本發(fā)明的一個實施例提供了一種制作半導體的工藝，該工藝的特征在于包括襯底上形成絕緣物涂層；將所述絕緣涂層暴露在等離子體中；在涂層暴露到所述等離子體中后，在所述絕緣物涂層上形成非晶硅膜；并且通過所述硅膜光退火和/或對所述硅膜熱處理，溫度為400～650℃或不高于襯底玻璃轉換溫度，使所述硅膜晶體化。
按照本發(fā)明的另一個實施例提供了一種制造半導體的工藝，其特征在于包括在襯底上形成絕緣物涂層；用掩模材料有選擇地覆蓋所述絕緣物膜；將所述襯底暴露在等離子體中；在將襯底暴露在所述等離子體后，在所述絕緣物涂層上形成非晶硅膜；通過使所述硅膜作光退火和/或使所述硅膜以400～650℃或不高于襯底的玻璃轉換溫度進行熱處理，以使所述硅膜晶化；并有選擇性地腐蝕所述硅膜。
此外，按照本發(fā)明又一個實施例包括制造一種薄膜晶體管，其特征在于在襯底上形成絕緣物涂層；用掩膜材料有選擇地覆蓋所述絕緣物涂層；把所述襯底暴露在等離子體中；把襯底暴露到所述等離子體后在所述絕緣物涂層上形成非晶硅膜；通過使所述硅膜作光退火或/和在400～650℃或不高于襯底的玻璃轉換溫度下對所述硅膜進行熱處理，以使所述硅膜晶體化；有選擇性地腐蝕所述硅膜；由用掩模材料預先涂敷的部分形成薄膜晶體管的溝道形成區(qū)。
按照本發(fā)明的再一個實施例提供了一種制造半導體工藝，其特征在于包括在襯底上形成非晶硅膜；形成直接與所述硅膜上表面或下表面直接接觸的襯底，該襯底包括通過施加催化作用，促進非晶硅晶體化的成分；并且利用使硅膜光退火和/或在400～650℃或不高于襯底的玻璃轉換溫度下加熱硅膜，以使硅膜晶體化。更準確地說，本工藝是通過用溶液涂敷非晶膜基底涂層的表面完成的，溶液含有水、酒精(單羥基的或多羥基的)、石油溶劑(可以是飽和的或不飽和的烴類)和類似物，醋酸鹽或硝酸鹽、任何形式的羧化物，或其他有機酸鹽成分在其中溶解或擴散，上述成分促進結晶。非晶涂敷膜的上表面可用其他方法提供涂層。然后使生成的非晶體涂層受到熱處理。
還有按照本發(fā)明的另一個實施例提供一種制造半導體的工藝，其特征在于包括在襯底上形成絕緣物涂層；用掩模材料選擇性地涂敷所述絕緣物涂層；把所述襯底暴露到等離子體中，或形成襯底的涂層，該涂層含有起催化作用和促進非晶硅結晶的成份；襯底受到上一步驟處理后，在所述絕緣物涂層上形成非晶硅膜；利用對所述硅膜作光退火和/或在400～650℃或不高于襯底的玻璃轉換溫度下，使所述硅膜進行熱處理，以使所述硅膜晶體化；并且有選擇性腐蝕所述硅膜。


圖1展示了用以完成本發(fā)明實施例的工藝的裝置的示意圖(見例1)；圖2(A)～2(C)展示了順序側剖結構的示意性圖示步驟，上述結構利用按照本發(fā)明實施例的工藝獲得，工藝中應用了選擇性結晶(例2)；圖3(A)至3(E)示意性展示了順序側剖結構的圖示步驟，上述結構由按照本發(fā)明實施例制造TFT的工藝獲得(例3)；圖4(A)至4(F)示意性展示了順序側剖結構的圖示步驟，上述結構由按照本發(fā)明實施例制造TFT的另一工藝獲得(例3)圖5展示了用以完成本發(fā)明工藝的裝置的示意圖(見例1)；圖6展示了Raman散射強度比率和在例1獲得的硅膜上觀測到的退火延續(xù)時間的變化，圖中，強度比率表示相對強度、采取標準試樣(單晶硅)的散射強度為1。
圖7展示了在例1獲得的硅膜上觀測到的Kaman散射強度比率隨退火持續(xù)時間的變化，圖中，強度比率表示相對強度，以標準試祥(單晶硅)的Raman散射強度為1；圖8(A)～8(D)示意性展示了順序側剖結構的圖示步驟；所說的結構由另一個按照本發(fā)明實施例制造TFT的工藝獲得(例8)；圖9(A)～9(E)示意性展示了順序側剖結構的圖示步驟；上述結構由另外又一個按照本發(fā)明實施例制造TFT的工藝獲得(例9)；圖10展示了在硅晶體內(nèi)Ni的濃度。
進行廣泛研究之后，本發(fā)明者們找到了解決上述問題的方法。更準確地說，本發(fā)明者們在襯底上制作了下絕緣物層，以防止雜質(zhì)從襯底硬擠進半導體層。并且一經(jīng)將絕緣物層暴露到等離子體中后，就淀積非晶體硅層，再進一步以光和/或熱使非晶體硅晶體化。這樣，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在所生成結構上淀積的硅半導體膜很易被晶化。
上述發(fā)現(xiàn)可作如下解釋，在一種情況下，由于晶核生成需時很長，可說明為什么在約600℃溫度下的常規(guī)熱結晶工藝需要長的時間周期的原因。在本說明中，該時間周期稱之為潛在周期。由本發(fā)明者們根據(jù)24小時結晶過程的觀察，在該周期期間由于沒有形成晶核，所以在6小時的初始周期中，硅保持其原始非晶狀態(tài)。在6小時的后繼周期中，自然產(chǎn)生晶核，并在該步驟之后結晶?？梢钥吹?，已有的工藝過程包括在整個工時中持續(xù)6～12小時的潛在周期。然而，在潛在周期期間這樣形成的晶核非常紊亂，且各處晶核濃度不同。這樣，在個別區(qū)域發(fā)現(xiàn)結晶經(jīng)常進行，但在另外和區(qū)域，則基本觀察不到結晶發(fā)生。然而隨時間推移，在那些未曾觀察到成核的區(qū)域也出現(xiàn)成核現(xiàn)象，或該結晶區(qū)域延伸逐漸遍及整個襯底?？梢钥闯霁@得完全的結晶襯底需12小時或更長的周期。
當用等離子體處理基層絕緣物膜時，一種起促進結晶的催化劑作用的物質(zhì)在絕緣物膜內(nèi)形成。加速成核的催化劑預示了，比如由于等離子體或來自構成室或襯底材料的沉積造成的損害所引起的負擔或缺陷。更確切地說明，在結晶過程中具有催化作用的材料如Ni、Fe、Co和Pt已發(fā)現(xiàn)具有顯著地催化劑作用。現(xiàn)存的這些催化劑促進成核和縮短潛在周期。但是，更大量的晶核可通過增加這些催化劑數(shù)量獲得。由此事實可以設想等離子體處理時間越長產(chǎn)生核化濃度越高，并且導致細小晶體的生成。
在等離子體處理中要注意的另一方面是核化在整個襯底上以非常均勻的濃度進行。這可通過觀察由本發(fā)明晶體化的硅膜光腐蝕表面來證實。更具體地說，利用氟硝酸(fluoronitric acid)光腐蝕表面后在光學顯微鏡、電子顯微鏡和類似儀器下，通過觀察在等離子處理過的襯底上淀積的非晶硅膜以及在550℃，4小時條件下熱處理生成的結構而獲得的試樣表面。然后可發(fā)現(xiàn)以大致相同間距形成象火山口一樣的微孔。認為這些孔是由于易被腐蝕材料存在之故。換言之，腐蝕的圖形符合在硅膜內(nèi)側晶核濃度分布?？梢栽O想，用象孔的密度分布圖形一樣的方法分布催化劑。在按照本發(fā)明的工藝中，優(yōu)選的Ni濃度是在從1×1015原子/cm3到1％原子范圍內(nèi)，更好的是Ni濃度在從1×1016原子/cm3到0.001％原子范圍。最佳是最小濃度在從1×1015到1×1017原子/cm3范圍內(nèi)，如SIMS(次離子質(zhì)譜儀)所觀察到的。如果Ni濃度大于上述值，那么生成的半導體性能會受到極大的損害。相反，如若Ni的濃度降至低于現(xiàn)定范圍，那么在590℃或更低溫度下不發(fā)生結晶。
利用平行板型等離子體發(fā)生裝置進行處理可獲得等離子處理中的良好產(chǎn)品。此外，當施加適當偏壓時在室中使用陽極區(qū)放電也可提供良好的產(chǎn)物?？傊?，使用由生成等離子體的Ni、Fe或Co制成的電極可獲得最佳生成物。
此外，在等離子體處理期間，把襯底加熱到100～500℃范圍，更容易發(fā)生結晶。更確切地說，襯底最好被加熱到200℃或更高。這是由于較高的溫度可更易得到催化物。
由在含氮、氧、氬、氖或氟的氣氛中，特別是這些氣體的含量占整個體積10％或更多時生成等離子體，可獲得等離子體處理的最佳結果。氣體中最好攙入氫或氦。然而通過SIMS(次離子質(zhì)譜測定)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)品的硅膜是固有的或基本上是固有的，并且發(fā)現(xiàn)他們在1×1013/cm3或更低的濃度中含有外部元素碳、氧、氮每一種。
根據(jù)本發(fā)明的工藝包括等離子體處理基層絕緣物膜表面。可是，當受過等離子體處理的襯底一旦被暴露到大氣中時，灰塵、水和其它雜質(zhì)粘附到表面，使硅膜的結晶度受到大大損害。換言之，由于襯底在大氣中的暴露，產(chǎn)生了非均勻特性的襯底。通過在密閉系統(tǒng)進行膜的淀積和等離子體處理能避免這樣的問題。而且在上述密閉系統(tǒng)中保持一種氣氛，在該氣氛環(huán)境中，不用等離子體處理的襯底顯露到空氣中，可連續(xù)地進行膜沉積。并且最好使襯底表面和絕緣涂層保持在足夠清潔狀態(tài)。比如最好借助紫外線照射、臭氧處理或同時并用，以從該表面除去碳、有機物等。
發(fā)明者們進一步擴展上述研究，并想出簡單工藝，該工藝包括施加一種物質(zhì)，該物質(zhì)含有加速結晶過程的元素或其化合物，以獲得象通過等離子體處理絕緣物涂層表面所獲得的類似結果。使用這樣的方法，不用另外提供真空裝置，而只需常規(guī)設備。但是在使用這樣物質(zhì)中，人們擔心鹽中所含的氧和碳會擴散進硅膜中，并且降低硅膜的半導體性能。因此，本發(fā)明者們作這樣的研究，利用熱重分析法和差分熱分析發(fā)現(xiàn)通過適當選擇材料，在450℃或更低溫度條件下使這樣的附加物質(zhì)分解產(chǎn)生氧化物或單體，這樣的物質(zhì)就不會進一步發(fā)生擴散進入硅膜。尤其是當在還原氣氛如氮氣中分解時，發(fā)現(xiàn)鹽如醋酸鹽和硝酸鹽在400℃或更低溫度下形成單質(zhì)金屬。這些鹽首先在氧氣氛中通過分解產(chǎn)生氧化物，但是他們在較高溫度下借助氧的解吸作用，最終形成單質(zhì)金屬。
在這樣摻入至少能加速部分硅膜結晶的元素后，使整個結構在400～650℃溫度范圍內(nèi)進行退火。與上述包括進行等離子處理的工藝類似，發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過2小時后，在非晶硅膜上產(chǎn)生結晶。
然而，上述催化劑元素即Ni、Fe、Co和Pt本身并不利于硅。因此，他們的濃度最好盡可能地降低。本發(fā)明者們經(jīng)過深入地研究得知，從確保良好性能和可靠性觀點來看用于半導體器件如TFT的這些半導體成分的濃度范圍是從1×1015原子/cm3到1原子％。較好的是在1×1015原子/cm3到0.001原子％范圍。正如用SIMS(次離子質(zhì)譜儀)觀察到那樣，催化劑金屬元素的最小濃度最好是在1×1015到1×1019原子/cm3范圍。如果催化劑金屬元素的濃度低于該范圍，則不可能產(chǎn)生充分的結晶，如果該濃度超過該范圍，則相反會產(chǎn)生性能和可靠性都差的半導體。
下面參照非限定性實施例對本發(fā)明進行更詳細說明，但是應當清楚，本發(fā)明不僅限于此。
實施例1下面敘述使在Corgning 7059#襯底上形成的平面型非晶硅膜晶化的工藝。使用RF濺射將2000厚度硅氧化物膜淀積在襯底上作為基層膜，并且使所生成的硅氧化物膜在氮等離子體中進行處理。如圖1所簡示，等離子體處理裝置是平板型的。它包括室11、氣體入口系統(tǒng)12、抽氣系統(tǒng)13、RF電源14、以及Ni合金電極15和16，為的是使襯底17可設置在RF等離子體18下面。
進行等離子體處理要在10Pa的反應壓力下(這里真空度達10-3Pa或更低)，施加20W或60W的RF功率，持續(xù)5分鐘，同時使作為反應氣體的氮以100SCCM(每分鐘標準立方厘米)的流速流動，并把襯底的溫度調(diào)至200℃。
然后，用等離子體CVD法淀積1500厚度的非晶硅膜，使其在溫度為430℃條件下保持1小時，從膜中除掉氫后，在膜上能出現(xiàn)固相生長，這時其溫度變化從500至580℃，持續(xù)時間從10分鐘到8小時。在用上述溫度范圍對其加熱之前或之后或同時用激光照射，可實現(xiàn)固相生長。
可用另外方法完成上述步驟，比如圖5所示具有2個或更多室的裝置，以致可使工序不間斷地進行。具體來說上述工藝包括在把等離子體處理過的硅氧化物基底暴露到空氣中之后淀積非晶硅膜。按照本發(fā)明的工藝對于表面狀態(tài)是敏感的，并且所得到的結晶硅膜易嚴重地受到在其暴露到空氣中期間粘附到襯底表面的雜質(zhì)的影響。
簡要地參照圖5所示的裝置，它包括濺射裝置室501；并且通過將電能由RF電源504施加到2個電極(試樣架和支撐板)502和503產(chǎn)生等離子體。作為試樣的襯底506和靶505設置在相應電極上。在這情況下，靶505是氧化硅。室501還裝有用以摻入包括氧氣和氬氣的混合氣體的氣體系統(tǒng)507和用以摻入氮氣的另一氣體系統(tǒng)508，在膜的淀積期間，通過前面系統(tǒng)提供氣體，和在等離子體處理期間通過后面系統(tǒng)提供氣體。還給室501裝有抽真空系統(tǒng)509。
裝置進一步包括作為平行平面型等離子體CVD設備的室521。通過由電源524向室521內(nèi)側的2個電極522和523提供電源，在箱子521內(nèi)側可產(chǎn)生等離子體。試樣襯底525裝在電極522上面。通過經(jīng)氣體系統(tǒng)526向室中引入硅烷和氫氣混合物，以使由等離子體反應形成的涂層形成在襯底上。雖然在圖中未展示，但機構設置到這些室，使得襯底能被加熱到適當溫度。
一個其中裝有襯底511的附加箱子510，設置在2個等離子體室之間。
在使用圖5所示裝置的工藝中，在室501內(nèi)用濺射完成硅氧化物膜淀積后，通過用氮置換室內(nèi)空氣，立即進行氮等離子體處理。如果氧化硅靶會殘留在室內(nèi)，由于濺射，就會進一步淀積上氧化硅膜。為了防止這種情況的出現(xiàn)，必須降低RF能量或必須使氧化硅靶與等離子體隔離。幸而如下文所述，與濺射所需的100W或更高的RF功率相比較，最好在60W功率或更低情況下進行等離子體處理，更可取的是功率為20W，因此，在氮等離子中進行處理期間不發(fā)生氧化硅淀積。但是，為了進一步確保工藝，用于淀積氧化硅膜的室最好與用于等離子體處理的室分開設置。在與上文所述的同樣條件下，如此淀積的非晶硅膜也受到固相結晶。
在非晶硅膜經(jīng)過固相晶體生長后，通過Ar+激光Raman分光測量判斷其結晶程度。其結果如圖6和7所示。2個曲線中的縱座標代表相應強度，強度單位用標準試樣(單晶硅)的Raman峰值強度。由曲線可見未進行等離子處理的試樣，在580可更低溫度下，持續(xù)8小時或更短時間進行熱處理不產(chǎn)生結晶。與此相反，發(fā)現(xiàn)在RF功率為20W和60W進行過等離子處理的2個試樣進行結晶。
仔細研究這些結果可看出，結晶的發(fā)生是在等離子體處理中所加FR能量的函數(shù)。更具體來說，當20W的低功率下進行等離子體處理時，順為緩慢地發(fā)生結晶。至少需要持續(xù)1小時的退火，以使非晶硅膜在550℃溫度下結晶。換言之，在該情況下潛在周期是1小時。然而經(jīng)1小時后，結晶迅速進行，在退火的2小時內(nèi)達到飽和狀態(tài)。對照Raman峰值強度可看出，在2小時退火后，與標準試樣即單晶硅相比試樣獲得充分的結晶度。
與上述情況相反，在等離子體處理中施加60W大功率情況下，結晶較快地進行。例如，4小時退火可使非晶硅膜在溫度低至480℃時晶化，并且把溫度增至550℃，退火僅持續(xù)10分鐘(即10分鐘的潛伏周期)，結晶便開始，并且在1小時內(nèi)達到飽和狀態(tài)。可是，結晶度是低的，與Raman強度相比可看出，在該情況下所得到的結晶度還不到20W低功率下使硅膜結晶所獲得的結晶度的70％。
此差別可用成核密度來解釋。那就是由于催化物密度低，當?shù)凸β蕳l件下進行等離子體處理時，成核濃度低。這樣，這些晶核的結晶要求在高溫和長持續(xù)時間下處理。但是，生成的細晶體具有高的結晶度及產(chǎn)生高的Raman強度比。相反通過在高功率狀態(tài)施加等離子體處理，以高密度產(chǎn)生催化物。由于以高濃度產(chǎn)生核化，所以結晶相對比較容易產(chǎn)生。然而在它們生長期間晶核相互干擾，所以所獲得的膜結晶度低劣。
總之，應用等離子體處理與無等離子體處理情況相比較，結晶能夠在低溫和短時間周期內(nèi)發(fā)生。顯然，通過應用等離子體處理，在低溫和短時間周期內(nèi)獲得結晶。在本實施例中，通過控制RF能量來控制催化物的密度，然而，在其他因素如在等離子體處理期間所施加的壓力、氣體的類型和成分、試樣的溫度以及處理持續(xù)時間等對于控制催化物的密度都是重要因素。
實施例2下面描述利用等離子體選擇性處理氧化膜基底，以使非晶硅膜進行選擇性晶化的工藝。參看圖2，通過濺射在Cornong 7059#襯底21上淀積2000厚度的氧化硅膜22作為基底，并通過自旋涂敷在基底上涂敷耐熱感光膠24。使生成的感光膠膜24作出布線圖案后，用象例1中同樣方法把整個襯底暴露在氮等離子體中，以便在氧化膜基底的暴露部分23上實施等離子體處理。實現(xiàn)等離子體處理條件除了把RF功率調(diào)至60W外，其余如例1中使用的一樣。從而獲得圖2(A)所示的結構。
由于在該處的襯底被加熱至200℃或更高些，所以所使用的掩模材料必須至少能耐同樣的溫度。此外，在不使用等離子體時掩模材料最好是可更換的。這樣，由圖中這些點看最好使用掩模用的耐熱感光膠。換言之，也可使用無機材料如氮化鈦、氧化硅以及氮化硅。
接著借助低壓CVD，在淀積1500厚的非晶硅膜25后，作4小時550℃的退火。結果，看到結晶硅26，通過等離子體處理，形成未被掩模材料復蓋的周圍剩余部分。結晶延伸至由掩模材料(但僅僅是由等離子體處理的部分)蓋住的部分，沿長度方向達約5μm。在由掩模材料蓋住的其他部分27上看不到結晶發(fā)生。通過照射激光的退火。可在上述550℃加熱之前或之后或同時進行。
顯然，受到等離子體處理的該部分結晶度要低于距那些等離子體處理部分5μm距離的周邊部分的結晶度。在直接受到等離子體處理的部分內(nèi)，事實是，微晶從多個獨立的晶核開始生長，然后它們彼此碰撞，妨礙了自身生長。而另一方面，周圍部分不含有晶核，使晶體生長的方向限止在一個單獨的方向上。可以看到，允許晶體生長不受任何限制地進行。
實施例3下面描述通過選擇性進行等離子體處理，制作具有特別高遷移率TFT的工藝。更準確地說，掩模材料僅在所如工的TFT溝道形成區(qū)(即在柵接點下和島狀半導體區(qū)域內(nèi)的源區(qū)和漏區(qū)之間所限定的區(qū)域)的部分上形成，以免使該部分露在等離子體中。然而盡管結晶發(fā)生取決于退火溫度和持續(xù)時間，但在如前述例2所述從幾微米到10微米大小區(qū)域內(nèi)，該工藝不適合于具有過長溝道過寬溝道的器件。
在等離子體處理中，氧化硅基底的表面因受等離子體碰撞而被損傷，況且還有各種外來物粘附到表面。但是這些損傷部分和起加速核化的催化劑作用的外來物，如果形成在TFT的溝道形成區(qū)域內(nèi)，也可能產(chǎn)生漏電流。此外只有通過應用高結晶度的半導體才能獲得具有高遷移率的TFT。參照上述例2，在上述情況下，周圍部分要優(yōu)于等離子體處理過的部分。
參照圖3，下面敘述按照本實施例的工藝。通過濺射在Cornong7059#襯底30上淀積2000厚氧化硅膜31作為基底，在其上涂覆耐熱感光膠，以形成像溝道同樣尺寸，即5μm×15μm的各個掩模32A和32B。另外，利用柵連接的圖案可構圖成掩模；因為如下文所述在使非晶硅膜圖案成形后實現(xiàn)結晶，對于兩種考慮其效果也都是一樣的。把所得到的襯底放到等離子體33中，作等離子體處理，如圖3(A)所示。使用與例1中使用的同樣的等離子體處理裝置。當以100SCCM(每分鐘標準立方厘米)的流速使作為反應氣體氮流動，并且使襯底溫度保持在200℃時，通過在10Pa反應壓強(真空度達10-3Pa或更低)下施加60W功率5分鐘來完成等離子體處理。
等離子體處理之后，除去掩模32A和32B，并且使用作為原料氣體的單硅烷(SiH4)，借助低壓CVD在其上淀積1500厚非晶硅膜。接著作退火，溫度為550℃，時間為4小時，以能使該膜晶化。在退火之前或之后或同時，為使該膜晶體化可用激光照射上述膜。將這樣結晶化的膜作圖成形，以構成島狀硅區(qū)域34A和34B，并且在這之后，使用四乙氧硅烷(TEOS)和氧作為原料氣體，通過等離子體CVD淀積1,000厚硅氧化物膜35。利用低壓CVD淀積N型多晶硅膜之后，使此生成結構圖形化，以形成帶柵接觸點36A和36B的柵連接。圖3(B)展示了所得到的結構。
然后，用等離子體摻雜引入雜質(zhì)。在這種情況下，磷化氫(PH3)氣體和乙硼烷(B2H5)氣體分別用作N型和P型雜質(zhì)源。用80Kev的加速電壓摻雜PH3；用65Kev的電壓摻雜B2H5。通過再使結構經(jīng)550℃，4小時的退火，使雜質(zhì)活化，以形成雜質(zhì)區(qū)域37。可利用光能如激光退火和閃光燈退火的方法完成雜質(zhì)的活化，所生成的結構如圖3(C)所示。
最后淀積5000厚的氧化硅膜作為層間絕緣體38，所用的方法是與制作TFT通常工藝一樣。借助在所產(chǎn)生的氧化硅膜中形成接觸孔，在源區(qū)和漏區(qū)形成連接和接觸點39A和39B。象這樣獲得的最終TFT結構展示在圖3(D)中。
圖3(E)中所給出的是從上側所看到TFT線路的最終結構。圖3(A)～3(D)是沿圖3(E)點劃線剖切的側剖視圖。這樣所獲得的TFT被發(fā)現(xiàn)其場效應遷移率N溝道型為40～60cm2/Vs；P溝道型為30～50cm2/Vs。
實施例4下面說明制作按照本發(fā)明的鋁柵TFT工藝。
參看圖4，利用濺射在Corning 7059#襯底40上淀積2,000厚氧化硅膜41作為基底。將整體襯底暴露到等離子體42中，如圖4(A)所示，以實施等離子體處理。使用例1中所用的相同的等離子體處理裝置。作上述等離子體處理的條件是時間為5分鐘，RF功率60W、反應壓力10Pa(所達到的真空度為10-3Pa或更低)，同時使氬作為反應氣體以100SCCM(每分鐘標準立方厘米)的流速流動，并且襯底溫度保持在200℃。
然后，利用單硅烷(SiH4)作為原料氣體，通過低壓CVD在其上淀積1500厚非晶硅膜43。接著實施退火，條件為550℃，持續(xù)4小時，以使膜晶化。在退火前或后或同時可用激光照射到膜，以使膜結晶。所得到的結構見圖4(B)。
將這樣晶化了的膜圖形化，以形成島狀硅區(qū)域44，隨后利用四乙氧硅烷(TEOS)和氧作為原料氣體，借助等離子體CVD淀積1,000厚氧化硅膜45。利用濺射淀積5000厚含1％硅的鋁膜之后，使鋁膜圖形化，以構成柵連接和接觸點46。圖4(C)表示所得到的結構。
接著把整個襯底浸入含3％酒石酸的甘醇溶液中，并在鉑陰極和鋁連接件(陽極)46之間加電，以實施陽極氧化。加電方法如下開始電壓以2V/分鐘的速度增加，但達到220V后要保持恒定。當電流下降到10μA/m2或更低點時斷電。這樣獲得2,000厚陽極氧化物47展示在圖4(D)中。
然后，用等離子體攙雜引入雜質(zhì)。在這種情況下，PH3氣體和B2H5氣體分別用作N型和P型雜質(zhì)源。用80Kev的加速電壓攙雜PH3；用65Kev的電壓攙雜B2H5。通過進一步用激光退火該結構，所說的激光退火是用波長在248nm，激光束能量強度為250～300mj/cm2的KrF準分子激光轟5次以形成雜質(zhì)區(qū)48。所得到的結構展示在圖4(E)中。
最后，借助制作TFT一般工藝的同樣方法，淀積5000厚氧化硅膜作為層間絕緣體49。通過在所得到的氧化硅膜內(nèi)作出接觸孔，在源區(qū)和漏區(qū)形成連接和接觸點50A及50B、圖4(F)展示了利用上述工藝所獲得的最終結構。
發(fā)現(xiàn)這樣制得的TFT其場效應遷移率，N溝道型為40～60cm2/Vs；P溝道型為30～50cm2/Vs。此外，使用該TFT制作的移位電阻控制在6MHz時漏電壓17V，11MHz時漏電壓為20V。
實施例5下面所要描述的工藝有利用等離子體處理，通過選擇性處理氧膜基底，有選擇性地使非晶硅膜晶化；以及利用激光照射進一步強化結晶過程。除了例2中描述的工藝外，本實施例還包括用激光照射處理。
參見圖8，利用濺射在Corning 7059#襯底21上淀積厚度為2000的氧化硅膜22作為基底。通過自旋涂敷在其上覆以耐熱感光膠24。使生成的感光膠膜24圖形化后，用例1同樣方法將整個襯底露在氮等離子體中，使在氧化膜基底暴露部分23上完成等離子體處理，除了將RF功率調(diào)至20W外，象例1中使用的同樣條件實施等離子體處理。圖8(A)表示用上述工藝獲得的結構。
由于在該點的襯底被加熱到溫度為200℃或更高，所以其中所用的掩模材料至少也能耐同樣的溫度。此外，最好不用等離子體可除去掩模材料。根據(jù)圖中這些點，還是用耐熱感光膠作為掩模最佳。換言之，也可用無機材料如氮化鈦、氧化硅以及氮化硅。
然后，除掉感光膠24。
接著，在用減壓CVD淀積1500厚非晶硅膜后，進行4小時，550℃的退火。結果，在等離子體處理中剩余的未遮蓋掩模層的周圍部分觀察到結晶化的硅26。結晶延伸至由掩模層(但是僅僅由等離子體處理的部分)覆蓋的部分，達到沿長度方向約5μm。在由掩模覆蓋的其它部分27上面沒有觀察到結晶發(fā)生。
上述熱退火后，在生成結構上用激光束80照射。通過用波長248nm、脈寬20毫微秒、激光束能量密度200～400mj/cm2的KrF準分子激光照射2次完成激光退火。在激光退火期間，襯底的溫度維持在150～300℃范圍內(nèi)，如加熱達200℃，會產(chǎn)生激光照射最佳效果。
其它可利用的激光包括那些波長在308nm的XeCl準分子激光和波長在193nm的ArF準分子激光。另外，在激光位置內(nèi)可照射強光。尤其是包括照射紅外光的RTA(快速熱退火)的應用是有效的，因為它能在短的時間周期內(nèi)可有選擇性地加熱硅膜。通過使用任何前述方法可獲得具有良好結晶度的硅膜。這樣，發(fā)現(xiàn)熱退火結果產(chǎn)生的結晶區(qū)26變成使結晶度得到進一步改善的硅膜26′。由于激光照射的結果由剩余的非晶區(qū)27產(chǎn)生多晶膜27′。該膜27′雖然從表面上看來得到改進，但利用Raman分光學分析證實結晶度差。而且通過傳輸電子顯微鏡觀察顯示無數(shù)微晶形成膜27′；并且晶粒取向較大的結晶構成膜26′。
用例3(參閱圖3)中同樣的方法把所得到的晶狀硅膜26′加工成島狀部分，以獲得性能得到顯著改進的TFT。更確切地說，用本實施例得到的硅膜制作的N溝道TFT所產(chǎn)生的場效應遷移率，其范圍是150～200cm2/Vs，并且門限電壓為0.5～1.5V，這與先前利用例2得到的硅膜產(chǎn)生的TFT的值形成鮮明對比，即是，遷移率范圍為50～90cm2/Vs，并且門限值為3～8V。可以看到遷移率大大增加，門限電壓的起伏大大減小。
通常，上述性能改善僅僅通過非晶硅膜的激光結晶實現(xiàn)。但是利用激光結晶已有技術工藝獲得的硅膜在膜的性能方面有相當大的波動。由于其結晶要求為400℃或更高溫度和能量強度為350mj/cm2或更高的激光束照射，所以它們不可能被大量生產(chǎn)。與已有技術相比，按照本發(fā)明實施例的工藝，襯底溫度低于傳統(tǒng)的工藝，并且激光束強度也低得多。此外，借助按照本發(fā)明工藝可獲得的性能穩(wěn)定的膜，在成品率方面與通過傳統(tǒng)熱退火工藝的固相生長結晶制作的膜相比較也較高。由此生產(chǎn)的TFT還呈現(xiàn)均勻的特性。
通過本發(fā)明發(fā)現(xiàn)當鎳濃度低時硅膜結晶不充分。因此，由于使用這樣的硅膜，產(chǎn)生特性差的TFT。然而，按照本例子的工藝提供了一種硅膜，它利用激光照射效應補償不足的結晶度。因此用本實施例的不損害所生成的TFT特性的工藝，也可制造適合用于多種TFT的含Ni濃度低的硅膜。這樣可制出在活性層區(qū)域含Ni較少的，即從電穩(wěn)定性和可靠性觀點來看更加有利的器件。
實施例6本實施例提供這樣的一種工藝方法通過把由摻入加速結晶的催化劑配制的溶液涂敷在非晶體膜上表面，把催化劑引入到非晶硅膜內(nèi)。
在本實施例中，有選擇地摻入催化劑，以使得在這區(qū)域的晶體生長而進入不含催化劑的部分。用該方法不增加催化劑的濃度可獲得晶狀硅膜。
參看圖9。用濺射或等離子體CVD在Corning 7059#襯底901(大小為10cm2)上演積氧化硅膜902。然后，在用等離子體CVD淀積1000厚非晶硅膜后，再用濺射淀積500厚氧化硅膜905，以提供保護涂層。將按Ni重量計100ppm的5ml醋酸脂溶液(10cm2的正方形襯底)滴入到此結構中。使旋涂器900在50rpm工作10秒，以實施自旋涂敷，從而在整個襯底表面上形成均勻含水膜907。此外，保持涂敷狀態(tài)5分鐘后，將生成結構承受60秒鐘的自旋干燥，旋涂器900的速度控制在2,000rpm。另外通過提供給旋涂器150rpm或更低的轉速可再作60秒鐘的自旋干燥。圖9(A)展示了用上述工藝獲得的結構。
接著，通過加熱使非晶體硅膜904晶化，條件是溫度為550℃，在氮氣氛中，持續(xù)8小時。在以這樣的方式熱處理期間晶體發(fā)生生長，即晶體沿著箭頭916指出的方向橫向生長，從摻入Ni的區(qū)域906到?jīng)]有摻入Ni的區(qū)域903。當然，在直接摻入Ni的區(qū)域904內(nèi)也發(fā)生結晶過程。
參看圖9(A)，直接摻入了Ni的區(qū)域904發(fā)生結晶；并且在區(qū)域903結晶沿橫向進行。圖10表示區(qū)域903中Ni的濃度分布。圖10內(nèi)的分布特性曲線是以用SIMS(輔助離子質(zhì)譜測定法)得到的Ni濃度數(shù)據(jù)為基礎作出的。已證實，直接摻入Ni的區(qū)域904的Ni濃度大致是一位數(shù)或高于圖10圖象中所顯示的濃度。
通過控制溶液的Ni濃度可調(diào)節(jié)在圖10的曲線中所示的Ni濃度分布。在本發(fā)明，溶液的Ni濃度調(diào)至100ppm。然而，已知即使溶液的該濃度調(diào)至10ppm也產(chǎn)生結晶。通過把溶液的Ni濃度調(diào)至10ppm，可把圖9中區(qū)域903的Ni濃度進一步降低一位數(shù)。但是，通過減少溶液的Ni濃度卻出現(xiàn)了新問題，這是由于沿橫向的晶體生長距離916縮短了。
此外，其作用還在于進一步改善了通過與實施例5類似的方式進行激光束或與之等效的強光照射所獲得的晶狀硅膜的結晶度。然而在實施例5的情況下，由于Ni含有較高濃度，使鎳從硅膜中析出，在硅膜中形成大小約為0.1～10μm的Ni晶粒，所以使該膜的組織受到損害。與利用等離子體處理使膜內(nèi)Ni混合的實施例5的情況相比，在該情況下可大大降低Ni的濃度。因此，沒有硅化鎳析出，并且由于激光照射，可阻止發(fā)生膜表面變粗糙。
這樣結晶化的晶狀硅膜可直接用于TFT的活性層內(nèi)。尤其是因為該區(qū)域含有很低濃度的催化劑，所以作為TFT活性層的區(qū)域903的應用是非常有效的。
更準確地說，如圖9(B)及下面的附圖所示，利用上述晶體硅膜制作TFT的工藝包括把硅膜腐蝕成島狀部分，以形成島狀硅區(qū)域908。在腐蝕保護性氧化膜905之后，再把生成的結構放置在溫度范圍為500～750℃，最好為550～650℃的氧化性氣氛中，以形成在硅區(qū)域表面起柵絕緣物膜作用的硅氧化膜909。在這個熱處理步驟中，利用把水蒸汽、一氧化二氮和類似物混入該氣氛中可進一步加速氧化反應。當然，可把公知的氣相生長工藝如等離子體CVD和濺射作為形成氧化硅膜909的替換方法使用，而不再進行上述的熱氧化步驟。
這樣形成島狀硅區(qū)域908和氧化硅膜909之后，以可橫貫島狀硅區(qū)域方式組成連接物910，上述連接物起柵接觸點作用，用能作陽極氧化的材料如鋁構成。其內(nèi)最好使用按鈷重量計含0.05～0.3％的鋁，以防止小丘產(chǎn)生。從而獲得圖9(B)所示的結構。
用象實施例4同樣的方法，對連接物910的表面實施陽極氧化，以在其表面上形成0.1～1μm厚陽極氧化膜911。所生成的結構如圖9(C)所示。
然后用等離子體摻雜把雜質(zhì)摻入上述結構。在這種情況下，用PH3氣體作為攙雜氣體。摻雜PH3時加速電壓為80Kev，再用波長248nm，激光束能量強度為250～300mJ/cm2的準分子激光轟擊5次來激光退火該結構，使所摻雜的雜質(zhì)激活。上述工藝形成雜質(zhì)區(qū)域912和913。在該情況下，柵接觸從雜質(zhì)區(qū)域以相應于陽極氧化物厚度X的距離移位。圖9(D)展示了所生成的結構。
最后，用制作TFT一般工藝同樣的方法，淀積5000厚氧化硅膜作為層間絕緣體914。另外，用自旋涂敷制作透光聚酰亞胺膜915，使形成較光滑的表面。借助在所生成的膜內(nèi)作出接觸孔，在源區(qū)和漏區(qū)形成連接和接觸點917及918。圖9(E)展示了上述工藝制得的TFT最終結構。
在本實施例中，用醋酸鹽溶液作為含催化劑的溶液。但是，也可使用從很寬的種類范圍中選出的含水溶液，以有機溶劑為基礎的溶液?；衔镱惾芤褐锌梢圆缓呋瘎?，并且可在溶液中完全擴散。
催化劑可加入從極性溶劑如水、酒精、酸類及氨中選擇的溶劑中。
當選擇Ni作為催化劑時，借助Ni化合物把Ni加入極性溶劑。為此目的所使用的有代表性的Ni化合物包括Ni溴化物、Ni醋酸鹽、Ni草酸鹽、Ni碳酸鹽、Ni氯化物、O碘化物、Ni硝酸鹽、Ni硫酸鹽、Ni甲酸鹽、Ni乙酰醋酸鹽、Ni四環(huán)己基丁酸鹽、Ni氧化物、及Ni氫氧化物。
本發(fā)明所使用的溶劑包括非極性溶劑如苯、甲苯、二甲苯、四氯化碳、三氯甲烷、和乙醚。
以Ni化合物形式將Ni摻入所使用的溶劑。為此目的所使用的Ni化合物有Ni乙酰醋酸鹽和Ni二乙基己烷鹽。
在含催化劑的溶液中加入表面活化劑也是有益的，上述加入增加了溶液對于涂敷表面的粘著力，控制吸附性能。另外，表面活性劑可預先施加到用溶液涂覆的表面。當金屬Ni被用作催化劑時，它必須預先溶解在以溶液形式使用的酸類中。
上述情況所涉及一種將催化劑--Ni完全溶入其中的溶液的實例。在溶液中Ni無需被充分溶解，并且也可使用其它形式的材料，比如乳化液，它包括均勻分散在彌散劑中的金屬Ni粉末和Ni化合物粉末。
上述情況也適合于使用除Ni以外的催化劑的任何材料。
非極性溶液比如Ni二乙基己烷鹽的甲苯溶液能直接施加到非晶硅膜表面。這時，將在涂覆保護膜中常用的粘結劑，預先涂到非晶硅膜也是有效的。但是，對其使用必須小心，因為應用劑量太大反而影響催化劑加入非晶硅膜內(nèi)。
催化劑加入溶液的量雖然取決于溶液的類型，但其量按重量計大體為1～200ppm，最好為1～50ppm。加入范圍取決于結晶膜的Ni濃度和耐氫氟酸性。
如上所述，本發(fā)明在實現(xiàn)使非晶體硅甚至在更低的溫度和更短的時間周期內(nèi)發(fā)生結晶方面開創(chuàng)了一個新紀元。此外按照本發(fā)明的工藝適合于大批量生產(chǎn)。但使用的卻是最普通的設備、儀器和方法，因此，對于電子產(chǎn)業(yè)來說，這是個有益的和有前景的工藝。
更準確地說，例如通常固相生長工藝要求退火工序延續(xù)至少24小時。認為每個襯底工藝過程時間最好是2分鐘，要用15個退火爐才能實施工藝。然而，本發(fā)明能在8小時內(nèi)完成工藝，并且在最佳條件下，該工藝甚至可縮短至僅4小時或更少。這意味著，爐子數(shù)量減少至上述計算數(shù)量的1/6時，就可實行上述工藝。這導致提高生產(chǎn)率和減少設備投資，因此降低了襯底的工藝成本。所以，可生產(chǎn)廉價的TFT，確實，本發(fā)明對于工業(yè)有極大的好處。
當通過參照特定實施例對本發(fā)作出詳細描述的時候，應該清楚，該領域普通技術人員可作出各種變化和改進，但并沒有脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
1.一種制造薄膜晶體管的方法，所述晶體管的有源層具有一溝道區(qū)，該方法包括下列步驟設置含硅的半導體膜，使其與促進所述半導體膜晶化的催化劑接觸；加熱所述加有催化劑的半導體膜，使其晶化；往晶化膜的預選區(qū)加入磷離子，所述預選區(qū)不包括所述薄膜晶體管的所述溝道區(qū)；和對所述加有磷離子的晶化膜進行熱退火。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為非晶硅膜。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為本征型或基本為本征型的。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱退火步驟在550℃溫度下進行4小時。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述預選區(qū)包括源區(qū)和漏區(qū)。
6.一種制造薄膜晶體管的方法，所述晶體管的有源層具有一溝道區(qū)，該方法包括下列步驟設置含硅的半導體膜，使其與促進所述半導體膜晶化的金屬催化劑接觸；加熱所述加有金屬催化劑的半導體膜，使其晶化；往所述半導體膜的預選區(qū)加入磷離子，所述預選區(qū)不包括所述薄膜晶體管的所述溝道區(qū)；和對加有所述磷的晶化膜進行熱退火。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為非晶硅膜。
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為本征型或基本為本征型的。
9.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述預選區(qū)包括源區(qū)和漏區(qū)。
10.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述金屬催化劑選自由鎳、鐵和鈷組成的一組金屬。
11.一種制造薄膜晶體管的方法，所述晶體管的有源層具有源區(qū)、漏區(qū)和溝道區(qū)，該方法包括下列步驟設置含硅的半導體膜，使其與促進所述半導體膜晶化的催化劑接觸；加熱所述加有催化劑的半導體膜，使其晶化；往所述晶化膜的源區(qū)和漏區(qū)加入磷離子；對所述晶化膜進行熱退火，以激活加入其中的磷離子。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為非晶硅膜。
13.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為本征型或基本為本征型的。
14.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述熱退火步驟用閃光燈進行。
15.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述熱退火步驟在550℃溫度下進行4小時。
16.一種制造薄膜晶體管的方法，所述晶體管的有源層具有源區(qū)、漏區(qū)和溝道區(qū)，該方法包括下列步驟設置含硅的半導體膜，使其與促進所述半導體膜晶化的金屬催化劑接觸；加熱所述加有金屬催化劑的半導體膜，使其晶化；往所述晶化膜的源區(qū)和漏區(qū)加入磷離子；對所述晶化膜進行熱退火，以激活加入其中的磷。
17.如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為非晶硅膜。
18.如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為本征型或基本為本征型的。
19.如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述熱退火步驟在550℃溫度下進行4小時。
20.如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述金屬催化劑選自由鎳、鐵和鈷組成的一組金屬。
21.一種制造半導體器件的方法，包括下列步驟設置含硅的半導體膜，使其與促進所述半導體膜晶化的催化劑接觸；加熱所述加有催化劑的半導體膜，使其晶化；往晶化膜的預選部分加入磷離子；和對晶化膜進行熱退火，以激活加入其中的磷離子。
22.如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為非晶硅膜。
23.如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為本征型或基本為本征型的。
24.如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述熱退火步驟在550℃溫度下進行4小時。
25.如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述預選部分包括一個薄膜晶體管的源區(qū)和漏區(qū)。
26.一種制造半導體器件的方法，包括下列步驟設置含硅的半導體膜，使其與促進所述半導體膜晶化的金屬催化劑接觸；加熱所述加有金屬催化劑的半導體膜，使其晶化；往晶化膜的預選部分加入磷；和對晶化膜進行熱退火，以激活加入其中的磷。
27.如權利要求26所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為非晶硅膜。
28.如權利要求26所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為本征型或基本為本征型的。
29.如權利要求26所述的方法，其特征在于，所述預選部分包括一個薄膜晶體管的源區(qū)和漏區(qū)。
30.如權利要求26所述的方法，其特征在于，所述金屬催化劑選自由鎳、鐵和鈷組成的一組金屬。
31.一種制造薄膜晶體管的方法，所述晶體管的有源層具有一溝道區(qū)，該方法包括下列步驟有選擇地設置含硅半導體膜的第一部分，使其與促進所述半導體膜晶化的催化劑接觸；加熱所述加有催化劑的半導體膜，使其晶化，其中晶化從所述第一部分向毗鄰所述第一部分的第二部分沿水平方向進行；往晶化膜的預選區(qū)加入磷離子，所述預選區(qū)不包括所述溝道區(qū)；和對所述加有磷離子的晶化膜進行熱退火。
32.如權利要求31所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為非晶硅膜。
33.如權利要求31所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為本征型或基本為本征型的。
34.如權利要求31所述的方法，其特征在于，所述熱退火步驟在550℃溫度下進行4小時。
35.如權利要求31所述的方法，其特征在于，所述預選區(qū)包括源區(qū)和漏區(qū)。
36.一種制造薄膜晶體管的方法，所述晶體管的有源層具有源區(qū)、漏區(qū)和溝道區(qū)，該方法包括下列步驟有選擇地設置含硅半導體膜的第一部分，使其與促進所述半導體膜晶化的金屬催化劑接觸；加熱所述加有金屬催化劑的半導體膜，使其晶化，其中晶化從所述第一部分向毗鄰所述第一部分的第二部分沿水平方向進行；往晶化膜的預選區(qū)加入磷，所述預選區(qū)不包括所述溝道區(qū)；和對所述加有磷的晶化膜進行熱退火。
37.如權利要求36所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為非晶硅膜。
38.如權利要求36所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為本征型或基本為本征型的。
39.如權利要求36所述的方法，其特征在于，所述預選區(qū)包括所述源區(qū)和漏區(qū)。
40.如權利要求36所述的方法，其特征在于，所述金屬催化劑選自由鎳、鐵和鈷組成的一組金屬。
41.一種制造薄膜晶體管的方法，所述晶體管的有源層具有源區(qū)、漏區(qū)和溝道區(qū)，該方法包括下列步驟有選擇地設置含硅半導體膜的第一部分，使其與促進所述半導體膜晶化的催化劑接觸；加熱所述加有催化劑的半導體膜，使其晶化，其中晶化從所述第一部分向毗鄰所述第一部分的第二部分沿水平方向進行；往晶化膜的源區(qū)和漏區(qū)加入磷離子；對所述晶化膜進行熱退火，以激活加入其中的磷離子。
42.如權利要求41所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為非晶硅膜。
43.如權利要求41所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為本征型或基本為本征型的。
44.如權利要求41所述的方法，其特征在于，所述熱退火步驟用閃光燈進行。
45.如權利要求41所述的方法，其特征在于，所述熱退火步驟在550℃溫度下進行4小時。
46.一種制造薄膜晶體管的方法，所述晶體管的有源層具有源區(qū)、漏區(qū)和溝道區(qū)，該方法包括下列步驟有選擇地設置含硅半導體膜的第一部分，使其與促進所述半導體膜晶化的金屬催化劑接觸；加熱所述加有金屬催化劑的半導體膜，使其晶化，其中晶化從所述第一部分向毗鄰所述第一部分的第二部分沿水平方向進行；往晶化膜的源區(qū)和漏區(qū)加入磷；對所述晶化膜進行熱退火，以激活加入其中的磷。
47.如權利要求46所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為非晶硅膜。
48.如權利要求46所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為本征型或基本為本征型的。
49.如權利要求46所述的方法，其特征在于，所述熱退火步驟用閃光燈進行。
50.如權利要求46所述的方法，其特征在于，所述金屬催化劑選自由鎳、鐵和鈷組成的一組金屬。
51.如權利要求46所述的方法，其特征在于，所述半導體膜是用LPCVD法制取的。
52.如權利要求46所述的方法，其特征在于，所述熱退火步驟在550℃溫度下進行。
53.如權利要求46所述的方法，其特征在于，所述磷是用等離子體摻雜法加入的。
54.如權利要求46所述的方法，其特征在于，還包括在整個所述晶化膜上形成柵極的步驟。
55.如權利要求54所述的方法，其特征在于，所述柵極包含硅。
56.如權利要求46所述的方法，其特征在于，所述晶化步驟在550℃或以上的溫度下進行。
57.如權利要求46所述的方法，其特征在于，所述晶化膜含分別為1×1019厘米-3或以下的碳、氧和氮元素。
58.一種制造半導體器件的方法，包括下列步驟有選擇地設置含硅半導體膜的第一部分，使其與促進所述膜晶化的催化劑接觸；加熱所述加有催化劑的膜，使其晶化，其中晶化從所述第一部分向毗鄰所述第一部分的第二部分沿水平方向進行；往晶化膜的預選區(qū)加入磷；對所述晶化膜進行熱退火，以激活加入其中的磷離子。
59.如權利要求58所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為非晶硅膜。
60.如權利要求58所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為本征型或基本為本征型的。
61.如權利要求58所述的方法，其特征在于，所述熱退火步驟在550℃溫度下進行4小時。
62.如權利要求58所述的方法，其特征在于，所述預選區(qū)包括一個薄膜晶體管的源區(qū)和漏區(qū)。
63.一種制造半導體器件的方法，包括下列步驟；有選擇地設置含硅半導體膜的第一部分，使其與促進所述半導體膜晶化的金屬催化劑接觸；加熱所述加有金屬催化劑的半導體膜，使其晶化，其中晶化從所述第一部分向毗鄰所述第一部分的第二部分沿水平方向進行；往晶化膜的預選區(qū)加入磷；對所述晶化膜進行熱退火，以激活加入其中的磷。
64.如權利要求63所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為非晶硅膜。
65.如權利要求63所述的方法，其特征在于，所述半導體膜為本征型或基本為本征型的。
66.如權利要求63所述的方法，其特征在于，所述預選區(qū)包括一個薄膜晶體管的源區(qū)和漏區(qū)。
全文摘要
一種以較低結晶溫度和較短時間周期制造半導體的工藝,其工序是:在襯底上形成絕緣物涂層;將所述絕緣物涂層暴露到等離子體中;在上述暴露工序之后,在所述絕緣物涂層上形成非晶硅膜;并且在400到650℃或更高溫度中,但不得高于襯底玻璃轉換溫度,熱處理所述硅膜。成晶核部位是這樣被控制的,選擇性地將非晶硅膜暴露到等離子體中或選擇性地施加一種物質(zhì),該物質(zhì)含有起催化作用的元素。也披露了用同樣方法制造薄膜晶體管的工藝。
文檔編號H01L21/20GK1255742SQ9912108
公開日2000年6月7日 申請日期1999年10月6日 優(yōu)先權日1993年2月3日
發(fā)明者高山徹, 張宏勇, 山崎舜平, 竹村保彥 申請人:株式會社半導體能源研究所