專利名稱：半導(dǎo)體膜、半導(dǎo)體膜的制造方法、半導(dǎo)體器件以及半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括薄膜晶體管(TFTs)的半導(dǎo)體器件及其制造方法。本發(fā)明尤其涉及這樣一種包括薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件及其制造，其中通過(guò)使非晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶而獲得晶體半導(dǎo)體膜來(lái)形成薄膜晶體管的活性區(qū)。在絕緣表面、比如玻璃基體上形成薄膜晶體管的本發(fā)明半導(dǎo)體器件可用于各種應(yīng)用，比如活性矩陣液晶顯示器、有機(jī)EL顯示器、接觸圖象傳感器和三維ICs。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，本領(lǐng)域試圖在絕緣基體、比如玻璃基體或絕緣薄膜上形成高性能的半導(dǎo)體元件，目的是實(shí)現(xiàn)具有大尺寸和高分辨率的液晶顯示器和有機(jī)EL顯示器、高速運(yùn)行且高分辨率的接觸圖象傳感器和三維ICs等。特別是，發(fā)現(xiàn)可將在相同基體上具有像素區(qū)和驅(qū)動(dòng)電路的液晶顯示器用于各種家用電器以及個(gè)人電腦(PC)顯示器。例如，液晶顯示器可用作電視取代CRTs(陰極射線管)，并且前投影機(jī)可用于家庭娛樂(lè)應(yīng)用比如看電影和播放錄象節(jié)目。因而，液晶顯示器的市場(chǎng)迅猛增長(zhǎng)。而且，平板系統(tǒng)器件的開(kāi)發(fā)相當(dāng)活躍，其邏輯電路比如存儲(chǔ)電路和時(shí)鐘產(chǎn)生電路形成在玻璃基體上。
顯示高分辨率的圖象意味著向像素寫入的數(shù)據(jù)量增多，并且需要在短時(shí)間內(nèi)寫入數(shù)據(jù)。否則，不可能高清晰度地顯示具有大量數(shù)據(jù)的動(dòng)畫。因此，要求在驅(qū)動(dòng)電路中應(yīng)用的TFTs高速運(yùn)行。為了實(shí)現(xiàn)此高速運(yùn)行，要求使用具有理想結(jié)晶度的晶體半導(dǎo)體膜來(lái)形成TFTs，利用它可能獲得較高的場(chǎng)效應(yīng)遷移率。
本發(fā)明人開(kāi)發(fā)了一種在玻璃基體上獲得理想晶體半導(dǎo)體膜的方法。在此方法中，向非晶半導(dǎo)體膜中添加有助于結(jié)晶的一種金屬元素，然后進(jìn)行熱處理。利用此方法，通過(guò)比其它常規(guī)方法溫度更低、時(shí)間更短的熱處理可以獲得具有均勻晶體取向的理想半導(dǎo)體膜。
但是，當(dāng)利用催化元素結(jié)晶的硅膜作為TFT的半導(dǎo)體層時(shí)，TFT的斷態(tài)電流突然增加。半導(dǎo)體膜中的催化元素不規(guī)則地偏析，并且在晶體晶界的偏析明顯?？梢哉J(rèn)為催化元素的偏析產(chǎn)生了電流的漏泄通道，導(dǎo)致斷態(tài)電流突然增加。因此，在結(jié)晶硅膜形成之后，必須通過(guò)去除半導(dǎo)體膜的催化元素來(lái)降低半導(dǎo)體膜內(nèi)的催化元素含量。下面將去除催化元素的步驟稱為“吸雜工序”。
本領(lǐng)域已提出了多種吸雜工序和方法。
例如，日本特許公開(kāi)專利申請(qǐng)No.8-213317公開(kāi)了一種在利用催化元素晶化的硅材料上形成非晶區(qū)、并且對(duì)硅材料進(jìn)行熱處理使得催化元素遷移(吸入)到非晶區(qū)晶格缺陷的技術(shù)。此申請(qǐng)公開(kāi)了一種在半導(dǎo)體元素區(qū)之外形成非晶區(qū)(吸雜區(qū))的方法，以及TFT源/漏區(qū)用作非晶區(qū)(吸雜區(qū))的另一種方法。當(dāng)源/漏區(qū)用作非晶區(qū)時(shí)，可簡(jiǎn)化制備工序。但是，由于非晶區(qū)本身不能起到源/漏區(qū)的作用，此方法需要利用激光等來(lái)激活源/漏區(qū)的附加步驟。
日本特許公開(kāi)專利申請(qǐng)No.10-270363公開(kāi)了一種向已用催化元素晶化的部分硅材料選擇性地加入VB族元素比如磷、并且對(duì)硅材料進(jìn)行熱處理使得催化元素遷移(吸入)到加入了VB族元素區(qū)域(吸雜區(qū))的技術(shù)。當(dāng)催化元素被吸至添加了VB族元素的區(qū)域時(shí)，就產(chǎn)生了低含量催化元素的區(qū)域(以下也稱為低濃度催化元素區(qū)域)，此區(qū)域用于形成半導(dǎo)體元件(TFT)的活性區(qū)域。
日本特許公開(kāi)專利申請(qǐng)No.9-107100公開(kāi)了一種利用氫氟酸選擇性地蝕去催化元素的硅化物組分的方法。
包括以上三個(gè)公開(kāi)的常規(guī)吸雜工序存在多個(gè)問(wèn)題，比如為吸雜工序提供附加步驟，這使制備工序復(fù)雜化，并且增加了生產(chǎn)設(shè)備的工作量，從而提高了成本，最嚴(yán)重的問(wèn)題是常規(guī)方法不能提供足夠的吸雜效果，無(wú)法有效地降低催化元素在TFT通道區(qū)的殘留量。
一種最簡(jiǎn)單的利用氫氟酸蝕去硅膜上催化元素的方法是日本特許公開(kāi)專利申請(qǐng)No.9-107100公開(kāi)的方法。本發(fā)明人實(shí)際測(cè)量了經(jīng)過(guò)日本特許公開(kāi)專利申請(qǐng)No.9-107100吸雜工序之后的殘留催化元素的量，證實(shí)加入硅膜的催化元素約有一半殘留而未去除。即使提高氫氟酸的濃度或延長(zhǎng)蝕刻時(shí)間，當(dāng)去除了約一半的催化元素時(shí)工序達(dá)到飽和，不能再降低催化元素的量。因此，吸雜工序僅能將催化元素的含量降低到其加入量的約一半。當(dāng)利用此方法來(lái)制造TFTs時(shí)，所生產(chǎn)的全部TFTs的約10％至20％(按照產(chǎn)品數(shù)量)具有明顯的斷電漏泄電流缺陷。這相當(dāng)于在具有1,000,000個(gè)TFTs的一個(gè)活性矩陣(半導(dǎo)體器件的一種形式)上存在著100,000至200,000個(gè)有缺陷的TFTs。同時(shí)，根本未采用吸雜工序生產(chǎn)的全部參照TFTs的約10％至20％有明顯的斷電漏泄電流缺陷，這說(shuō)明單獨(dú)利用日本特許公開(kāi)專利申請(qǐng)No.9-107100的方法時(shí)，吸雜工序在提高器件的性能方面不再有效。
相反，如日本特許公開(kāi)專利申請(qǐng)No.8-213317或日本特許公開(kāi)專利申請(qǐng)No.10-270363所述，當(dāng)加入“吸雜元素”(此處所用的術(shù)語(yǔ)“吸雜元素”指的是能夠捕獲催化元素的元素)比如非晶元素或磷以使硅膜中的催化元素遷移到吸雜區(qū)域時(shí)，催化元素的量可降低1個(gè)數(shù)量級(jí)或更多。但是，當(dāng)利用這些所公開(kāi)的方法來(lái)生產(chǎn)TFTs時(shí)，兩種方法產(chǎn)生的具有明顯斷電漏泄電流的TFTs的缺陷率為0.1至1％，其吸雜效果有輕微差別，原因是形成吸雜區(qū)域的方法有差別。由于根本沒(méi)有利用吸雜工序制造時(shí)的所有參照TETs約10％-20％均具有明顯的漏電，因此可以看出這些公開(kāi)的方法明顯提供了一些可改進(jìn)器件特性的吸雜效果。然而，即使是這些方法也存在1％缺陷率的明顯漏電TFTs的缺陷率。這相當(dāng)于在具有1,000,000個(gè)TFTs的一個(gè)活性矩陣存在上萬(wàn)個(gè)有缺陷的TFTs。
因此，利用常規(guī)的吸雜技術(shù)，人們只能期望至少0.1％的缺陷率，這是本發(fā)明人實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的最低值。如果制造的液晶或有機(jī)EL器件的活性矩陣具有這樣的TFT缺陷率，則一些像素會(huì)具有斷電漏泄電流，這會(huì)導(dǎo)致亮點(diǎn)(點(diǎn)缺陷)，并且驅(qū)動(dòng)(驅(qū)動(dòng)電路)部分會(huì)由于TFT脈沖調(diào)制中的漏電而產(chǎn)生線缺陷。結(jié)果是，會(huì)明顯降低板的生產(chǎn)率。
經(jīng)分析已證實(shí)具有明顯斷電漏泄電流的有缺陷TFT在通道區(qū)和漏區(qū)之間的結(jié)上含有大量的催化元素硅化物。因此，缺陷的主要原因是催化元素的偏析，次要的原因是催化元素的吸雜不足。按照上述公開(kāi)的常規(guī)技術(shù)不能充分地吸雜。盡管這些技術(shù)能夠產(chǎn)生一些高性能的TFTs，但是具有該高缺陷率和低可靠性導(dǎo)致它們不能用于大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述問(wèn)題，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式提供一種高質(zhì)量的結(jié)晶半導(dǎo)體膜，和通過(guò)利用結(jié)晶半導(dǎo)體膜得到具有性能理想的TFTs的半導(dǎo)體器件。本發(fā)明也提供一種無(wú)須增加制造步驟并且可低成本制造該半導(dǎo)體器件的方法。
本發(fā)明的半導(dǎo)體膜是形成于絕緣表面上的半導(dǎo)體膜，其中半導(dǎo)體膜是結(jié)晶膜，它包括能夠促進(jìn)半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體材料結(jié)晶的催化元素，和至少一個(gè)具有多個(gè)微孔的區(qū)域。該至少的一個(gè)區(qū)域可以基本上是半導(dǎo)體膜的整個(gè)區(qū)域，或是那些將成為活性區(qū)域(至少通道區(qū)域)的多個(gè)相應(yīng)區(qū)域。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，半導(dǎo)體膜的至少一個(gè)區(qū)域基本上不包括催化元素的高級(jí)半導(dǎo)體化合物，并且催化元素在結(jié)晶半導(dǎo)體膜中以固溶體的形式存在。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，半導(dǎo)體膜基本上由Si制成，催化元素是金屬元素M，并且高級(jí)半導(dǎo)體化合物具有MxSiy(x＞y)的組成。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，半導(dǎo)體膜的至少一個(gè)區(qū)域基本上不包括催化元素的低級(jí)半導(dǎo)體化合物。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，半導(dǎo)體層基本上由Si制成，催化元素是金屬元素M，并且低級(jí)半導(dǎo)體化合物具有MxSiy(x≤y)的組成。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，催化元素在半導(dǎo)體膜的至少一個(gè)區(qū)域中的濃度是1×1017原子/cm3或更小。
本發(fā)明的另一種半導(dǎo)體膜是形成于絕緣表面上的半導(dǎo)體膜，其中半導(dǎo)體膜包括由結(jié)晶半導(dǎo)體層形成的活性區(qū)域，并且包括能夠促進(jìn)半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體材料結(jié)晶的催化元素；活性區(qū)域包括第一區(qū)域和一對(duì)與第一區(qū)域相鄰并且位于第一區(qū)域?qū)?cè)的第二區(qū)域；并且結(jié)晶半導(dǎo)體層的第一區(qū)域包括多個(gè)微孔。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，第一區(qū)域基本上不包括催化元素的高級(jí)半導(dǎo)體化合物，并且催化元素在結(jié)晶半導(dǎo)體膜中以固溶體的形式存在。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，半結(jié)晶導(dǎo)體層基本上由Si制成，催化元素是金屬元素M，并且高級(jí)半導(dǎo)體化合物具有MxSiy(x＞y)的組成。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，第一區(qū)域基本上不包括催化元素的低級(jí)半導(dǎo)體化合物。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，結(jié)晶半導(dǎo)體層基本上由Si制成，催化元素是金屬元素M，并且低級(jí)半導(dǎo)體化合物具有MxSiy(x≤y)的組成。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，催化元素在第一區(qū)域中的濃度是1×1017原子/cm3或更小。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，一對(duì)第二區(qū)域中的催化元素的濃度高于第一區(qū)域中的濃度。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，催化元素在一對(duì)第二區(qū)域中的濃度是1×1018原子/cm3-1×1020原子/cm3。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，結(jié)晶半導(dǎo)體層的一對(duì)第二區(qū)域包括多個(gè)微孔。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，結(jié)晶半導(dǎo)體層的一對(duì)第二區(qū)域基本上不包括催化元素的高級(jí)半導(dǎo)體化合物，并且催化元素在結(jié)晶半導(dǎo)體膜中以固溶體的形式存在。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，結(jié)晶半導(dǎo)體層基本上由Si制成，催化元素是金屬元素M，并且高級(jí)半導(dǎo)體化合物具有MxSiy(x＞y)的組成。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，一對(duì)第二區(qū)域基本上不包括催化元素的低級(jí)半導(dǎo)體化合物。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，結(jié)晶半導(dǎo)體層基本上由Si制成，催化元素是金屬元素M，并且低級(jí)半導(dǎo)體化合物具有MxSiy(x≤y)的組成。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，催化元素在一對(duì)第二區(qū)域中的濃度是1×1017原子/cm3或更小。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，一對(duì)第二區(qū)域包括提供n-型導(dǎo)電的VB族雜質(zhì)元素。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，活性區(qū)域包括第一區(qū)域、一對(duì)第二區(qū)域以及能夠捕獲催化元素的吸雜區(qū)域。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，吸雜區(qū)域中的催化元素濃度高于第一區(qū)域。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，催化元素在吸雜區(qū)域中的濃度是1×1018原子/cm3-1×1020原子/cm3。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，吸雜區(qū)域中的催化元素濃度高于第一區(qū)域和一對(duì)第二區(qū)域中的濃度。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，吸雜區(qū)域中的非晶成分含量大于第一區(qū)域和一對(duì)第二區(qū)域。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，吸雜區(qū)域包括提供n-型導(dǎo)電的VB族雜質(zhì)元素和提供p-型導(dǎo)電的IIIB族雜質(zhì)元素。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，吸雜區(qū)域包括至少一種選自由Ar、Kr和Xe組成的組中的稀有氣體元素。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，除去催化元素半導(dǎo)體化合物大塊體導(dǎo)致形成了多個(gè)微孔。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，多個(gè)微孔的直徑范圍是0.05-1.0μm。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，至少在第一區(qū)域結(jié)晶半導(dǎo)體層的平均表面粗糙度Ra的范圍是4nm-9nm。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，催化元素是選自由Ni、Co、Sn、Pb、Pd、Fe和Cu組成的組中的至少一種金屬元素。
本發(fā)明制造半導(dǎo)體膜的方法包括的步驟是包括步驟(a)在絕緣表面上形成非晶半導(dǎo)體層；(b)向非晶半導(dǎo)體層添加能夠促進(jìn)結(jié)晶的催化元素，然后進(jìn)行第一熱處理，以使非晶半導(dǎo)體層結(jié)晶，由此得到結(jié)晶的半導(dǎo)體層；(c)進(jìn)行第一除雜工序以從半導(dǎo)體層中除去所述催化元素；以及(d)進(jìn)行與第一除雜工序不同的第二除雜工序以從所述半導(dǎo)體層中除去所述催化元素。
步驟(c)的第一除雜工序包括至少除去存在于半導(dǎo)體層中的催化元素的半導(dǎo)體化合物的大塊體。
步驟(d)的第二除雜工序包括移去仍存在于結(jié)晶半導(dǎo)體層中的至少一部分催化元素，以在結(jié)晶半導(dǎo)體層中形成低催化濃度區(qū)域，催化元素在低催化濃度區(qū)域的濃度低于其在其它區(qū)域的濃度。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，步驟(c)包括除去催化元素的高級(jí)半導(dǎo)體化合物的步驟，并且低催化濃度區(qū)域基本上不包括高級(jí)半導(dǎo)體化合物。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，結(jié)晶半導(dǎo)體層基本上由Si制成，催化元素是金屬元素M，并且高級(jí)半導(dǎo)體化合物具有MxSiy(x＞y)的組成。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，步驟(d)包括移去形成催化元素的低級(jí)半導(dǎo)體化合物的催化元素，并且低催化濃度區(qū)域基本上不包括低級(jí)半導(dǎo)體化合物的步驟。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，結(jié)晶半導(dǎo)體層基本上由Si制成，催化元素是金屬元素M，并且低級(jí)半導(dǎo)體化合物具有MxSiy(x≤y)的組成。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，步驟(d)包括移去結(jié)晶半導(dǎo)體層中以固溶體形式存在的催化元素的步驟。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，步驟(c)包括選擇性地蝕去催化元素的半導(dǎo)體化合物的步驟。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，利用至少含氟化氫的酸作為蝕刻劑進(jìn)行步驟(c)的蝕刻處理。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，步驟(d)包括使仍存在于結(jié)晶半導(dǎo)體層中的形成催化元素半導(dǎo)體化合物的催化元素溶入結(jié)晶半導(dǎo)體膜中的步驟。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，步驟(d)包括形成能夠捕獲催化元素的吸雜區(qū)域或吸雜層的步驟，和進(jìn)行第二熱處理，以使仍存在于結(jié)晶半導(dǎo)體膜中的催化元素被引入吸雜區(qū)域或吸雜層的步驟。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，吸雜區(qū)域或吸雜層的非晶成分含量大于結(jié)晶半導(dǎo)體膜的其它區(qū)域。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，吸雜區(qū)域或吸雜層包括提供n-型導(dǎo)電的VB族雜質(zhì)元素。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，雜質(zhì)元素包括選自由P、As和Sb組成的組中的至少一種元素。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，吸雜區(qū)域或吸雜層包括提供p-型導(dǎo)電的IIIB族雜質(zhì)元素。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，雜質(zhì)元素包括B和Al中的至少一種在優(yōu)選實(shí)施方式中，吸雜區(qū)域或吸雜層包括至少一種選自由Ar、Kr和Xe組成的組中的稀有氣體元素。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，通過(guò)離子注入法將雜質(zhì)元素和/或至少一種稀有氣體元素引入吸雜區(qū)域或吸雜層。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，該方法進(jìn)一步包括在步驟(d)后除去吸雜區(qū)域或吸雜層的步驟。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，步驟(b)包括向非晶半導(dǎo)體膜的區(qū)域選擇性地添加催化元素，然后進(jìn)行第一熱處理，以使晶體生長(zhǎng)過(guò)程從已選擇性添加催化元素的每個(gè)區(qū)域側(cè)部進(jìn)行的步驟。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，步驟(b)包括在第一熱處理之后，利用激光輻照結(jié)晶半導(dǎo)體膜的步驟。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，步驟(c)包括選擇性地蝕去催化元素的半導(dǎo)體化合物步驟，和在第一熱處理步驟之后和步驟(b)的激光輻照步驟之前進(jìn)行蝕刻，且該蝕刻步驟也可作為表面清洗步驟的步驟。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，步驟(b)包括在第一熱處理之后、在結(jié)晶半導(dǎo)體膜上形成絕緣膜的步驟；步驟(c)包括選擇性地蝕去催化元素的半導(dǎo)體化合物的步驟；和在第一熱處理步驟之后和步驟(b)中形成絕緣膜的步驟之前進(jìn)行蝕刻，且該蝕刻步驟也可作為表面清洗步驟的步驟。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，催化元素是選自由Ni、Co、Sn、Pb、Pd、Fe和Cu組成的組中的至少一種金屬元素。
本發(fā)明制造半導(dǎo)體器件的方法包括步驟提供半導(dǎo)體膜，該半導(dǎo)體膜由上述任何一種制造半導(dǎo)體膜的方法制成；和制造其活性區(qū)域含有半導(dǎo)體膜的薄膜晶體管。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，活性區(qū)域包括通道區(qū)域、源區(qū)域和漏區(qū)域；并且制造薄膜晶體管的步驟包括在低催化濃度區(qū)域至少形成通道區(qū)域的步驟。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，制造薄膜晶體管的步驟包括在低催化濃度區(qū)域形成通道區(qū)域、源區(qū)域和漏區(qū)域的步驟。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，所含的薄膜晶體管的活性區(qū)域中包括上述任何一種半導(dǎo)體膜。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，活性區(qū)域包括通道區(qū)域、源區(qū)域和漏區(qū)域；并且至少通道區(qū)域形成于第一區(qū)域中。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，在第一區(qū)域中形成通道區(qū)域、通道區(qū)域和源區(qū)域之間的結(jié)區(qū)域、以及通道區(qū)域和漏區(qū)域之間的結(jié)區(qū)域。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，通道區(qū)域和源區(qū)域之間的結(jié)區(qū)域、以及通道區(qū)域和漏區(qū)域之間的結(jié)區(qū)域均從其結(jié)界面延伸2μm以內(nèi)。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，活性區(qū)域包括通道區(qū)域、源區(qū)域和漏區(qū)域，通道區(qū)域形成于第一區(qū)域內(nèi)，并且源區(qū)域和漏區(qū)域形成于一對(duì)第二區(qū)域內(nèi)。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，半導(dǎo)體器件還包括形成在位于通道區(qū)域之上的半導(dǎo)體膜上的柵絕緣膜和形成為經(jīng)由柵絕緣膜與通道區(qū)域相對(duì)的柵電極；并且柵電極由金屬膜形成，該金屬膜包括選自由W、Ta、Ti和Mo組成的組中的至少一種元素。
本發(fā)明的電子裝置包括上述的任何一種半導(dǎo)體器件。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，電子裝置還包括顯示部分，該部分包括多個(gè)像素，其中通過(guò)半導(dǎo)體器件將顯示信號(hào)送至多個(gè)像素的每一個(gè)。包括顯示部分的電子裝置可以是例如活性矩陣液晶顯示器或有機(jī)EL顯示器，或著包括根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的任何其它適用的裝置。
由以下參考附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、要點(diǎn)、特性、步驟以及優(yōu)點(diǎn)將更加明顯。


圖1A-圖1I的截面示意圖表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式制造半導(dǎo)體器件的步驟。
圖2A-圖2I的截面示意圖表示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式制造半導(dǎo)體器件的步驟。
圖3A-圖3E的截面示意圖表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式制造半導(dǎo)體器件的步驟。
圖4A-圖4D的截面示意圖表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式制造半導(dǎo)體器件的步驟(接圖3E)。
圖5A-圖5F的截面示意圖表示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式制造半導(dǎo)體器件的步驟。
圖6A-圖6D的截面示意圖表示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式制造半導(dǎo)體器件的步驟(接圖5F)。
圖7A-圖7F的截面示意圖表示根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式制造半導(dǎo)體器件的步驟。
圖8A-圖8D的截面示意圖表示根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式制造半導(dǎo)體器件的步驟(接圖7F)。
圖9A-圖9E的截面示意圖表示根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施方式制造半導(dǎo)體器件的步驟。
圖10A-圖10D中的每個(gè)示意圖表示根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施方式交替設(shè)置的一種吸雜區(qū)域。
圖11A-圖11B中的每個(gè)示意圖表示根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施方式交替設(shè)置的一種吸雜區(qū)域。
圖12A-圖12B中的每個(gè)示意圖表示根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施方式的一種半導(dǎo)體器件構(gòu)型。
圖13為本發(fā)明制造半導(dǎo)體膜器件方法中的吸雜機(jī)理的示意圖。
圖14為吸雜退火時(shí)間和吸雜距離之間的關(guān)系的示意圖。
圖15為結(jié)晶熱處理所用的溫度和吸雜距離之間的關(guān)系的示意圖。
圖16表示結(jié)晶硅膜的光學(xué)顯微圖象，其中結(jié)晶熱處理之后通過(guò)利用氫氟酸蝕刻可顯現(xiàn)出Ni的硅化物塊體(表現(xiàn)為孔隙)。
圖17為表示Ni的硅化物塊體是如何溶解進(jìn)入固溶體的示意圖。
圖18表示利用氫氟酸對(duì)已用催化元素結(jié)晶的硅膜表面進(jìn)行處理的處理時(shí)間與硅膜表面Ni含量之間的關(guān)系。
圖19為用Ni結(jié)晶的硅膜在Ni的硅化物塊體被蝕去后的掃描電子顯微照片(SEM)。
圖20A-20C表示本發(fā)明得到的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的晶體取向圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明人對(duì)上述文獻(xiàn)公開(kāi)的吸雜技術(shù)的機(jī)理、以及該技術(shù)不能提供充分的吸雜以致于不能完全除去催化元素的原因進(jìn)行了深入的研究。結(jié)果本發(fā)明人成功地確認(rèn)了該原因，由此得到了本發(fā)明。以下將描述確認(rèn)該原因的過(guò)程、結(jié)果和本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
日本特許公開(kāi)專利申請(qǐng)No.8-213317或日本特許公開(kāi)專利申請(qǐng)No.10-270363公開(kāi)的方法中，硅膜中的催化元素鎳被移入吸雜區(qū)域?？蓪㈡嚨囊迫グ存嚨臄U(kuò)散遷移進(jìn)行模型化。但是，僅基于鎳的擴(kuò)散系數(shù)考慮，應(yīng)通過(guò)在極短的時(shí)間內(nèi)熱處理完成鎳的移去。然而，鎳的移去實(shí)際上需要高溫下長(zhǎng)時(shí)間的退火步驟，這與基于擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算得到的結(jié)果根本不一致。實(shí)際上，不是所有的鎳都存在于硅膜固溶體中，而是大部分被沉積。鑒于此，建立的另一個(gè)模型認(rèn)為僅僅是其量高達(dá)鎳在硅膜中的固溶度的部分鎳存在擴(kuò)散遷移。將參考圖13描述該模型。
如圖13所示，該模型中，鎳的硅化物塊體首先溶入Ni間隙原子，接著該原子移入硅膜。圖13中，線901表示硅膜中的鎳含量，線902表示Ni的固溶度。區(qū)域906是還未被吸雜的區(qū)域，其中超過(guò)固溶度902的Ni903被沉積為Ni硅化物塊體。區(qū)域907是已被吸雜的區(qū)域，其中Ni含量901小于或等于固溶度902。區(qū)域908是吸雜位置(吸雜區(qū)域)，其中該區(qū)域被認(rèn)為是吸雜能力無(wú)窮大并且Ni含量是零。如圖13所示，在吸雜熱處理溫度下、在濃度小于或等于固溶度902時(shí)、隨著Ni以905方向向吸雜位置908的擴(kuò)散遷移而使Ni的硅化物量逐漸減小，由此產(chǎn)生了Ni含量梯度904。結(jié)果是自吸雜位置的吸雜距離(區(qū)域907的寬)逐漸增加。該現(xiàn)象與實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果很吻合。
基于該理論，可由表示吸雜距離L隨時(shí)間t逐漸增加的以下表達(dá)式來(lái)表示吸雜距離(區(qū)域907的寬)。在以下表達(dá)式中，C0是Ni在硅膜中的固溶度，并且D是Ni在硅膜中的擴(kuò)散系數(shù)，它們均為溫度T的函數(shù)。C1是硅膜中的Ni初始濃度。
L＝√(2C0·D·t/C1)圖14表示的曲線911是基于計(jì)算該表達(dá)式而得到的。在圖14中，假定吸雜熱處理在550℃下進(jìn)行?；谏鲜霰磉_(dá)式的曲線911表示吸雜距離隨著吸雜熱處理時(shí)間的增加而逐漸增加。圖14中也示出每一個(gè)曲線點(diǎn)912表示吸雜距離的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)。該實(shí)驗(yàn)中，利用氫氟酸蝕去殘留的Ni的硅化物塊體，并且基于存在/不存在蝕刻坑來(lái)確定吸雜距離。吸雜區(qū)域除磷之外來(lái)?yè)诫s有硼，用以增加其吸雜能力。吸雜熱處理實(shí)際上在550℃下進(jìn)行。由圖14可以看出，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)912和理論數(shù)據(jù)911彼此間非常吻合，這意味著上述有關(guān)Ni的吸雜遷移理論是非常正確的。
但是，吸雜距離的理論數(shù)據(jù)通常在多種情況下不能與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相匹配。其中的一種情況是吸雜區(qū)域的吸雜能力不足時(shí)，在假定吸雜能力無(wú)窮大時(shí)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)不一致。但是，真正的問(wèn)題是，即使形成的吸雜區(qū)域具有充分的吸雜能力，也存在吸雜距離的實(shí)驗(yàn)值明顯比吸雜距離理論值短的情況。這是常規(guī)技術(shù)問(wèn)題的主要原因，也就是說(shuō)，催化元素不能被充分吸雜，因此不能完全抑制一些TFTs的不正常斷電漏泄電流。
本發(fā)明人研究該原因之后發(fā)現(xiàn)，添加催化元素時(shí)晶體生長(zhǎng)的溫度是重要因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于圖15。吸雜熱處理在550℃下進(jìn)行4小時(shí)，并且利用上述方法檢驗(yàn)吸雜距離。水平軸代表利用催化元素進(jìn)行結(jié)晶熱處理(第一熱處理)所用的溫度。熱處理時(shí)間固定為4小時(shí)。當(dāng)不考慮結(jié)晶溫度時(shí)，由上述理論計(jì)算得到的吸雜距離921是約20μm的常數(shù)，吸雜距離922的實(shí)驗(yàn)值基本上依賴于結(jié)晶熱處理所用的溫度，并且當(dāng)結(jié)晶熱處理所用的溫度增加時(shí)明顯降低。
這被認(rèn)為是由于晶體生長(zhǎng)之后、Ni的硅化物偏析的變化取決于結(jié)晶熱處理所用的溫度。圖16表示結(jié)晶熱處理之后、通過(guò)氫氟酸蝕刻而顯現(xiàn)出Ni的硅化物塊體(表現(xiàn)為孔隙)的光學(xué)顯微圖象。這些圖中的黑點(diǎn)是通過(guò)蝕去Ni的硅化物塊體而顯現(xiàn)出的蝕刻坑(微孔)，它們明顯使基底層受損。三種圖象分別表示550℃、575℃和600℃的不同結(jié)晶退火溫度。它們表現(xiàn)出退火溫度約高，Ni的硅化物蝕刻坑越大的趨勢(shì)。因此認(rèn)為，當(dāng)結(jié)晶熱處理所用的溫度高時(shí)，單個(gè)Ni的硅化物塊體的尺寸也越大。
實(shí)際上，晶體生長(zhǎng)后膜中存在的Ni的硅化物塊體(催化元素的半導(dǎo)體化合物)的尺寸各異。一些特別大，而一些相對(duì)較小。晶體生長(zhǎng)溫度影響Ni的硅化物塊體的整體(平均)尺寸。利用常規(guī)技術(shù)時(shí)，即使在550℃或更低的溫度下結(jié)晶，也會(huì)發(fā)生0.1％量級(jí)的TFT缺陷，從而不能得到足夠的產(chǎn)率。盡管結(jié)晶溫度不是本發(fā)明的主要因素，但是基于結(jié)晶溫度的上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果提供了一個(gè)解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題的重要啟示。
也就是說(shuō)，催化元素明顯被完全吸雜的條件下仍會(huì)發(fā)生Ni導(dǎo)致的TFT缺陷，因?yàn)槟ぶ写嬖诟鞣N尺寸的Ni硅化物塊體?，F(xiàn)在參考圖17來(lái)描述該機(jī)理。圖17中，圈931示意性地代表大的Ni硅化物塊體，圈932示意性地代表小的Ni硅化物塊體。在以上參考圖13所描述的吸雜遷移模型中，Ni硅化物塊體首先溶入Ni間隙原子，該原子之后移入硅膜。因此，為了吸雜Ni，必須首先使Ni硅化物塊體溶入硅膜中的Ni間隙原子中。在基于該模型得到的上述表達(dá)式中，僅基于初始濃度來(lái)計(jì)算溶解Ni硅化物塊體所需的時(shí)間。但是，如圖17中的箭頭933所示，Ni硅化物塊體實(shí)際上二維溶解。因此，不同Ni硅化物塊體溶解時(shí)間的變化取決于其尺寸(直徑934)。溶解直徑R大的Ni硅化物塊體需要較長(zhǎng)時(shí)間的熱處理。因此，為了得到吸雜工序?qū)嶋H所需的時(shí)間量，需要向該表達(dá)式添加溶解時(shí)間隨硅化物塊體直徑934變化的條件。
發(fā)現(xiàn)常規(guī)技術(shù)問(wèn)題的主要原因如下。當(dāng)存在需要花費(fèi)長(zhǎng)時(shí)間溶解的特別大的Ni硅化物塊體時(shí)，盡管在吸雜熱處理過(guò)程中其尺寸逐漸減小，但是在預(yù)定的熱處理時(shí)間后仍存在Ni硅化物塊體。因此，該Ni硅化物塊體明顯不能被完全吸雜。在晶體生長(zhǎng)之后膜中存在各種尺寸的Ni硅化物塊體，和利用常規(guī)技術(shù)不能充分地吸雜一些尺寸特別大的Ni硅化物塊體，這導(dǎo)致0.1％量級(jí)的TFT缺陷率。
除去該大尺寸Ni硅化物塊體的一種有效方法是，利用氫氟酸選擇性地蝕去Ni硅化物塊體。圖18表示利用氫氟酸對(duì)已用催化元素結(jié)晶的硅膜表面進(jìn)行處理的處理時(shí)間與硅膜表面Ni含量之間的關(guān)系。利用X-射線熒光(TRXRF)總反射率測(cè)量硅膜表面的Ni含量。利用該TRXRF方法檢驗(yàn)了硅膜的約10nm的最外層。氫氟酸濃度是1％。盡管隨著氫氟酸處理時(shí)間的延長(zhǎng)降低了硅膜表面的Ni含量，該效果在一定的點(diǎn)飽和，超過(guò)該點(diǎn)之后、延長(zhǎng)處理時(shí)間不會(huì)再降低濃度。飽和點(diǎn)的濃度約是初始濃度的一半。氫氟酸選擇性地蝕去Ni硅化物，并且不蝕去Ni金屬。與Ni硅化物的組成有關(guān)的是，高級(jí)硅化物(NiS2)的蝕刻速度高，而低級(jí)硅化物(比如Ni2Si和NiSi)的蝕刻速度低。結(jié)果是，尺寸相對(duì)大并且組成穩(wěn)定的高級(jí)Ni硅化物塊體(NiS2)可一定程度地被除去，而尺寸相對(duì)小的主體或低級(jí)Ni硅化物塊體不能被除去。因此，在約初始濃度的一半時(shí)，降低Ni濃度的效果達(dá)到飽和，并且已發(fā)現(xiàn)僅用該方法基本上不能有效地減少TFT缺陷。在該處理之后，硅膜的Ni硅化物塊體已被蝕去處有孔。該結(jié)果示于圖19。圖19是掃描電子顯微(SEM)圖。
本發(fā)明人基于上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到了進(jìn)行包括多個(gè)吸雜步驟的多階段吸雜步驟的方法，同時(shí)明確說(shuō)明每個(gè)階段待進(jìn)行的吸雜目標(biāo)、適用于該類型的每個(gè)吸雜步驟以及該階段的吸雜目標(biāo)物的狀態(tài)。具體的說(shuō)，不易用常規(guī)技術(shù)吸雜的大尺寸NiS2塊體在一個(gè)步驟中被除去，接著是吸雜剩余的小尺寸NiS2主體和/或低級(jí)硅化物塊體的另一步驟等。該方法被證實(shí)提供了明顯的協(xié)同作用，并且本發(fā)明人成功地吸雜了基本上所有的催化元素。利用該方法得到的結(jié)晶半導(dǎo)體膜制成的含TFTs的活性矩陣液晶顯示器基本上沒(méi)有催化元素導(dǎo)致的缺陷，由此實(shí)現(xiàn)了以前未實(shí)現(xiàn)的高生產(chǎn)率。
具體的說(shuō)，本發(fā)明制造半導(dǎo)體膜的方法包括(a)在絕緣表面上形成非晶半導(dǎo)體層的第一步驟；(b)向非晶半導(dǎo)體層添加能夠促進(jìn)結(jié)晶的催化元素、并且接著進(jìn)行第一熱處理，以使非晶層結(jié)晶、由此得到結(jié)晶的半導(dǎo)體層的第二步驟；(c)進(jìn)行第一吸雜步驟以從非晶半導(dǎo)體層中除去催化元素的第三步驟(第一吸雜步驟)；和(d)進(jìn)行與第一吸雜步驟不同的第二吸雜步驟以從非晶半導(dǎo)體層中除去催化元素的第四步驟(第二吸雜步驟)。
在上述方法中，優(yōu)選為步驟(c)為至少除去結(jié)晶半導(dǎo)體層中存在的大塊體催化元素半導(dǎo)體化合物的第三步驟(第一吸雜步驟)；并且步驟(d)為除去仍存在于結(jié)晶半導(dǎo)體層中至少一部分催化元素半導(dǎo)體化合物的第四步驟(第二吸雜步驟)，以在結(jié)晶半導(dǎo)體層中形成低催化濃度區(qū)域，低催化濃度區(qū)域的催化元素濃度低于其它區(qū)域的濃度。
制造本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的方法的優(yōu)選為包括利用催化元素濃度已被減少的結(jié)晶半導(dǎo)體膜形成TFT通道區(qū)域的第五步驟。
優(yōu)選步驟(c)包括除去催化元素的高級(jí)半導(dǎo)體化合物的步驟，并且低催化濃度區(qū)域基本上不包括高級(jí)半導(dǎo)體化合物。例如，結(jié)晶半導(dǎo)體層基本上由Si制成，催化元素是金屬元素M，并且高級(jí)半導(dǎo)體化合物的組成為MxSiy(x＞y)。
優(yōu)選步驟(d)包括移去形成催化元素的低級(jí)半導(dǎo)體化合物的催化元素，并且低催化濃度區(qū)域基本上不包括低級(jí)半導(dǎo)體化合物。例如，結(jié)晶半導(dǎo)體層基本上由Si制成，催化元素是金屬元素M，并且低級(jí)半導(dǎo)體化合物的組成為MxSiy(x≤y)。
優(yōu)選步驟(d)包括移去結(jié)晶半導(dǎo)體層中以固溶體形式存在的催化元素。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)行包括多個(gè)吸雜步驟的多階段吸雜工序，并明確說(shuō)明每個(gè)階段待進(jìn)行的吸雜目標(biāo)、適用于該類型的每個(gè)吸雜步驟以及該階段的吸雜目標(biāo)物(催化元素)的狀態(tài)。因此，可能完全吸雜小塊體的催化元素化合物、低催化元素化合物等以及不易用常規(guī)單階段吸雜工序吸雜的大塊體催化元素化合物。而且，按照本發(fā)明，通過(guò)進(jìn)行每個(gè)吸雜步驟都有具體目標(biāo)的工序，多階段吸雜工序提供了明顯的協(xié)同作用，因此與單階段吸雜工序相比，該工序具有明顯的改進(jìn)。
在本發(fā)明的第一吸雜步驟中，存在于結(jié)晶半導(dǎo)體層(通常由高級(jí)半導(dǎo)體化合物制成)中的大塊體催化元素半導(dǎo)體化合物被選擇性地蝕去。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，通過(guò)將結(jié)晶半導(dǎo)體表面暴露于蝕刻劑進(jìn)行第一吸雜步驟，該蝕刻劑是至少含氟化氫的酸。
相反，進(jìn)行的第二吸雜步驟是首先將仍存在于結(jié)晶半導(dǎo)體層中的相對(duì)小塊體的催化元素半導(dǎo)體化合物和/或催化元素的低級(jí)半導(dǎo)體化合物溶解在半導(dǎo)體膜中，并且接著將其移入通道區(qū)域以外的區(qū)域。在該步驟中，以固溶體形式存在于半導(dǎo)體膜中的催化元素也被移去。
在提供可捕獲催化元素的催化區(qū)域或催化層之后，通過(guò)進(jìn)行第二熱處理來(lái)實(shí)施第二吸雜步驟，由此首先使仍存在于結(jié)晶半導(dǎo)體膜中的催化元素和半導(dǎo)體化合物溶解在半導(dǎo)體膜中，并且接著將其移入吸雜區(qū)域或吸雜層。
通過(guò)利用上述包括第一和第二吸雜步驟的方法，在第一吸雜步驟中，可有效地除去不易用常規(guī)方法(該方法通過(guò)熱處理將其移入通道區(qū)域以外的區(qū)域)吸雜的催化元素化合物塊體(特別是大塊體和高級(jí)半導(dǎo)體化合物塊體)。在第二吸雜步驟中，可有效地除去小塊體催化元素化合物和不可能在第一吸雜步驟中通過(guò)選擇性蝕刻步驟除去的催化元素的低級(jí)半導(dǎo)體化合物、以及以固溶體形式存在于結(jié)晶半導(dǎo)體層中的催化元素。與催化元素化合物相比，盡管以固溶體形式存在于結(jié)晶半導(dǎo)體膜中的催化元素對(duì)將制造的TFTs的影響相對(duì)較小，但是它可形成化合物并且可在TFTs的操作過(guò)程中再沉積。因此，優(yōu)選將其含量降低至低于其在半導(dǎo)體膜中的固溶度至少一個(gè)數(shù)量級(jí)，而不是將其含量降低至僅低于其在半導(dǎo)體膜中的固溶度。在第一吸雜步驟中，可利用氫氟酸選擇性地僅蝕去催化元素化合物而不會(huì)損環(huán)半導(dǎo)體膜。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，非晶硅膜被用作在第一步驟中待形成于絕緣表面上的非晶半導(dǎo)體膜，并且在第三步驟(第一吸雜步驟)中將被減少的催化元素半導(dǎo)體化合物是硅化物。另外，在第三步驟(第一吸雜步驟)中將被減少的催化元素的高級(jí)半導(dǎo)體化合物是組成為NiSi2的硅化物，并且在第四步驟(第二吸雜步驟)中將被減少的催化元素的低級(jí)半導(dǎo)體化合物主要是Ni2Si和NiSi硅化物。
在一個(gè)實(shí)施方式中，進(jìn)行的第二步驟(向非晶半導(dǎo)體膜添加能夠促進(jìn)結(jié)晶的催化元素、并且接著進(jìn)行第一熱處理，以使非晶層結(jié)晶、由此得到結(jié)晶半導(dǎo)體膜)是向非晶半導(dǎo)體膜的一部分添加催化元素、并且接著進(jìn)行第一熱處理以使晶體生長(zhǎng)過(guò)程從已選擇性添加催化元素的每個(gè)區(qū)域側(cè)部進(jìn)行。
從而在晶體自側(cè)部生長(zhǎng)的區(qū)域中，可能得到晶體生長(zhǎng)方向基本一致的理想結(jié)晶半導(dǎo)體膜，因此可進(jìn)一步增加TFT的電流驅(qū)動(dòng)功率。而且，與加入催化元素的區(qū)域相比，在晶體自側(cè)部生長(zhǎng)的區(qū)域中，晶體生長(zhǎng)之后催化元素的濃度可減少一至兩個(gè)數(shù)量級(jí)，由此減少了隨后的吸雜工序的負(fù)擔(dān)。
將參考圖20A-20C描述如何利用上述方法得到晶體生長(zhǎng)方向基本一致的結(jié)晶膜。
在本發(fā)明的結(jié)晶半導(dǎo)體膜(其至少被用于形成通道區(qū)域)中，取向的晶面主要是<111>晶面。更具體的說(shuō)，在所有<111>晶面中，(110)面取向和(211)面取向占結(jié)晶半導(dǎo)體膜的50％或更多。通常當(dāng)沒(méi)有利用催化元素進(jìn)行結(jié)晶時(shí)，由于受半導(dǎo)體膜(特別是非晶二氧化硅時(shí))之下的絕緣基膜影響，結(jié)晶半導(dǎo)體膜可能沿(111)面取向。相反，如圖20A所示，當(dāng)通過(guò)加入催化元素使非晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶時(shí)，得到的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的取向晶面主要是<111>晶區(qū)的晶面。圖20A中，附圖標(biāo)記281是絕緣基底，282是位于未結(jié)晶區(qū)域的非晶半導(dǎo)體膜，283是結(jié)晶半導(dǎo)體膜，284是催化元素的半導(dǎo)體化合物，它是晶體生長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力。
如圖20A所示，催化元素化合物284存在于晶體生長(zhǎng)的前方，并且在該圖中從左至右使非晶區(qū)282逐漸結(jié)晶。該工序中，催化元素化合物284在<111>方向的生長(zhǎng)趨于變強(qiáng)。結(jié)果如圖20A所示，得到的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的取向是<111>晶面。
圖20B表示<111>晶面。在圖20B中，水平軸代表與(-100)平面有關(guān)的傾角，并且垂直軸代表表面能。附圖標(biāo)記285代表<111>晶面的一組晶面。盡管(100)平面和(111)平面不是<111>晶面，但是為了比較也表示出了這些平面。
而且，圖20C表示標(biāo)準(zhǔn)的晶體取向三角。由虛線表示<111>晶面的分布。典型的頂點(diǎn)用數(shù)字表示。本發(fā)明得到的結(jié)晶半導(dǎo)體膜的所有<111>晶面中，主要是(110)平面或(211)平面，當(dāng)這些平面占50％或更多時(shí)，可得到有利的效果。這兩個(gè)晶面的孔隙遷移率比其它平面高很多，并且能夠改進(jìn)特別是性能次于n-通道TFT的p-通道TFT的性能，由此也得到了易于制造正常半導(dǎo)體電路的優(yōu)勢(shì)。
例如，已通過(guò)EBSP(電子背向散射衍射儀)證實(shí)了本發(fā)明結(jié)晶半導(dǎo)體膜的晶粒(疇)具有如上所述的特性。
在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法還包括在第一熱處理之后，利用激光輻照結(jié)晶半導(dǎo)體膜。當(dāng)利用激光輻照結(jié)晶半導(dǎo)體膜時(shí)，由于結(jié)晶部分和非晶部分熔點(diǎn)有差異，因此以集中的方式處理了晶體晶界部分和小的殘留非晶區(qū)域(未結(jié)晶的區(qū)域)。已引入催化元素結(jié)晶的結(jié)晶硅膜是柱狀晶形式，其內(nèi)部是單晶。因此，如果利用激光輻照來(lái)處理晶體晶界部分，則明顯改進(jìn)了結(jié)晶度，可得到沿基體整個(gè)表面基本上都是單晶的理想結(jié)晶硅膜。結(jié)果是，明顯改進(jìn)了TFT的通態(tài)特性，由此實(shí)現(xiàn)了具有改進(jìn)的電流驅(qū)動(dòng)功率的半導(dǎo)體器件。
具體的說(shuō)，制造本發(fā)明半導(dǎo)體器件的方法至少包括在絕緣表面上形成非晶半導(dǎo)體膜的第一步驟；向非晶半導(dǎo)體層添加能夠促進(jìn)結(jié)晶的第一元素(催化元素)的第二步驟；進(jìn)行第一熱處理、以利用催化元素的半導(dǎo)體化合物作核來(lái)使非晶半導(dǎo)體層結(jié)晶并且由此得到結(jié)晶半導(dǎo)體膜的第三步驟；選擇性地蝕去結(jié)晶半導(dǎo)體膜中存在的催化元素的半導(dǎo)體化合物塊體的第四步驟(第一吸雜步驟)；向一部分結(jié)晶半導(dǎo)體膜添加能夠捕獲催化元素的第二元素(吸雜元素)的第五步驟；進(jìn)行第二熱處理、以使仍存在于結(jié)晶半導(dǎo)體膜中的催化元素被移入已添加吸雜元素的區(qū)域(吸雜區(qū)域)的第六步驟(第二吸雜步驟)；以及在已添加吸雜元素的區(qū)域以外的區(qū)域、利用結(jié)晶半導(dǎo)體膜形成TFT的通道區(qū)域的第七步驟。
也可選擇的是，本發(fā)明的方法至少包括在絕緣表面上形成非晶半導(dǎo)體膜的第一步驟；向非晶半導(dǎo)體膜添加能夠促進(jìn)結(jié)晶的第一元素(催化元素)的第二步驟；進(jìn)行第一熱處理、以利用催化元素的半導(dǎo)體化合物作核來(lái)使非晶層結(jié)晶并且由此得到結(jié)晶半導(dǎo)體膜的第三步驟；選擇性地蝕去結(jié)晶半導(dǎo)體膜中存在的催化元素的半導(dǎo)體化合物塊體的第四步驟(第一吸雜步驟)；在結(jié)晶半導(dǎo)體膜上形成能夠捕獲催化元素的吸雜層的第五步驟；進(jìn)行第二熱處理、以使仍存在于結(jié)晶半導(dǎo)體膜中的催化元素被移入吸雜層的第六步驟(第二吸雜步驟)；以及利用結(jié)晶半導(dǎo)體膜形成TFT通道區(qū)域的第七步驟。
優(yōu)選由這些制造方法得到的半導(dǎo)體器件是包括TFT的半導(dǎo)體器件，該TFT利用形成于絕緣區(qū)域之上的結(jié)晶半導(dǎo)體膜作為活性區(qū)，該TFT包括位于絕緣表面的活性區(qū)(半導(dǎo)體層)、活性區(qū)上的柵絕緣膜和柵絕緣膜上的柵電極，活性區(qū)包括通道區(qū)域、源區(qū)域和漏區(qū)域，其中活性區(qū)域存在多個(gè)小直徑的孔；活性區(qū)域包括能夠促進(jìn)非晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶的催化元素；并且基本上所有的催化元素以固溶體形式存在于活性區(qū)域中的半導(dǎo)體膜中。在第一吸雜步驟中被選擇性除去的微量催化元素半導(dǎo)體化合物以小直徑的孔形式留在半導(dǎo)體膜中。因此，得到的半導(dǎo)體器件的活性區(qū)域具有多個(gè)小直徑的孔。從而使本發(fā)明的半導(dǎo)體器件具有該結(jié)構(gòu)。
在向非晶半導(dǎo)體膜添加催化元素的第二步驟中，優(yōu)選將一種或多種元素選自由Ni、Co、Sn、Pb、Pd、Fe和Cu組成的組中的元素作為催化元素。選自于其中的一種或多種元素即使量非常小也可提供結(jié)晶促進(jìn)作用。特別是，Ni可提供最明顯的作用。催化元素單獨(dú)不能提供該功能，但是當(dāng)與硅膜中的硅結(jié)合形成硅化物時(shí)可促進(jìn)晶體生長(zhǎng)。當(dāng)使非晶硅膜結(jié)晶時(shí)，硅化物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)可起到類似模子(mold)的作用，由此促進(jìn)了非晶硅膜的結(jié)晶。一個(gè)Ni原子與兩個(gè)Si原子結(jié)合形成NiSi2。NiSi2顯示出螢石型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與單晶硅制成的金剛石結(jié)構(gòu)非常相似。而且，NiSi2的晶格常數(shù)是5.406(0.5406nm)，這與結(jié)晶硅金剛石結(jié)構(gòu)的5.430(0.5430nm)非常接近。因此，NiSi2是使非晶硅膜結(jié)晶的最佳模子，并且最優(yōu)選Ni作為制造結(jié)晶半導(dǎo)體膜的催化元素。
利用該催化元素的結(jié)果是，本發(fā)明半導(dǎo)體器件的活性區(qū)域內(nèi)存在一種或多種選自Ni、Co、Sn、Pb、Pd、Fe和Cu的元素，它們作為促進(jìn)非晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶的催化元素。而且，活性區(qū)域中催化元素的濃度減少至1×1014原子/cm3-1×1017原子/cm3，而吸雜區(qū)域或吸雜層中催化元素的濃度增加了2-4個(gè)數(shù)量級(jí)。
本發(fā)明的另一種制造方法至少包括在絕緣表面上形成非晶半導(dǎo)體膜的第一步驟；向非晶半導(dǎo)體膜添加能夠促進(jìn)非晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶的第一元素(催化元素)的第二步驟；進(jìn)行第一熱處理、以利用催化元素的半導(dǎo)體化合物作核來(lái)使非晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶并且由此得到結(jié)晶半導(dǎo)體膜的第三步驟；選擇性地蝕去結(jié)晶半導(dǎo)體膜中存在的催化元素的半導(dǎo)體化合物塊體的第四步驟(第一吸雜步驟)；蝕刻結(jié)晶半導(dǎo)體膜以形成TFT活性區(qū)域(半導(dǎo)體層)的第五步驟；向活性區(qū)域的源區(qū)域和漏區(qū)域添加能夠捕獲催化元素的第二元素(吸雜元素)的第六步驟；進(jìn)行第二熱處理、以將活性區(qū)域的催化元素從活性區(qū)域的通道區(qū)域移入已添加吸雜元素的源區(qū)域和漏區(qū)域的第七步驟。與其它兩種制造方法相比，該方法利用活性區(qū)域的源/漏區(qū)域進(jìn)行吸雜。因此，除了第二吸雜步驟以外，沒(méi)有必要額外再提供其它專用步驟，從而簡(jiǎn)化并縮短了該工序。這是因?yàn)樵谠摲椒ㄖ校诘诙崽幚硗瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)了源/漏區(qū)域的吸雜和活化。
由該方法得到的半導(dǎo)體器件是包括TFT的半導(dǎo)體器件，該TFT利用形成于絕緣區(qū)域之上的結(jié)晶半導(dǎo)體膜作為活性區(qū)，該TFT包括位于絕緣表面的活性區(qū)(半導(dǎo)體層)、活性區(qū)上的柵絕緣膜和柵絕緣膜上的柵電極，活性區(qū)包括通道區(qū)域、源區(qū)域和漏區(qū)域，其中活性區(qū)域存在多個(gè)小直徑的孔；活性區(qū)域包括能夠促進(jìn)非晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶的催化元素；并且至少在活性區(qū)域的通道區(qū)域中的半導(dǎo)體膜中基本上所有的催化元素以固溶體形式存在。
另一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件是包括TFT的半導(dǎo)體器件，該TFT利用形成于絕緣區(qū)域之上的結(jié)晶半導(dǎo)體膜作為活性區(qū)，該TFT包括位于絕緣表面的活性區(qū)(半導(dǎo)體層)、活性區(qū)上的柵絕緣膜和柵絕緣膜上的柵電極，活性區(qū)包括通道區(qū)域、源區(qū)域和漏區(qū)域，其中活性區(qū)域存在多個(gè)小直徑的孔；活性區(qū)域包括能夠促進(jìn)非晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶的催化元素；并且至少在活性區(qū)域中，接近通道區(qū)域和源/漏區(qū)域之間的結(jié)處的半導(dǎo)體膜中，基本上所有的催化元素以固溶體形式存在。
另一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件是包括TFT的半導(dǎo)體器件，該TFT利用形成于絕緣區(qū)域之上的結(jié)晶半導(dǎo)體膜作為活性區(qū)，該TFT包括位于絕緣表面的活性區(qū)(半導(dǎo)體層)、活性區(qū)上的柵絕緣膜和柵絕緣膜上的柵電極，活性區(qū)包括通道區(qū)域、源區(qū)域和漏區(qū)域，其中活性區(qū)域存在多個(gè)小直徑的孔；活性區(qū)域包括能夠促進(jìn)非晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶的催化元素；并且活性區(qū)域中源區(qū)域和漏區(qū)域的催化元素濃度高于通道區(qū)域的濃度。
而且，另一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件是包括TFT的半導(dǎo)體器件，該TFT利用形成于絕緣區(qū)域之上的結(jié)晶半導(dǎo)體膜作為活性區(qū)，該TFT包括位于絕緣表面的活性區(qū)(半導(dǎo)體層)、活性區(qū)上的柵絕緣膜和柵絕緣膜上的柵電極，活性區(qū)包括通道區(qū)域、源區(qū)域和漏區(qū)域，其中活性區(qū)域存在多個(gè)小直徑的孔；活性區(qū)域包括能夠促進(jìn)非晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶的催化元素；并且活性區(qū)域中源區(qū)域和漏區(qū)域的催化元素濃度高于接近通道區(qū)域和源/漏區(qū)域之間的結(jié)處的濃度。
具體說(shuō)，當(dāng)利用在第二熱處理中，活性區(qū)域的催化元素被從通道區(qū)域移至源/漏區(qū)域之后，將吸雜元素加入源/漏區(qū)域的方法時(shí)，得到的半導(dǎo)體器件中，活性區(qū)域的源區(qū)域和漏區(qū)域中存在的催化元素的濃度是1×1018原子/cm3-1×1020原子/cm3。相反，在通道區(qū)域或接近通道區(qū)域與源/漏區(qū)域之間的結(jié)處的催化元素濃度降低至1×1014原子/cm3-1×1027原子/cm3。此時(shí)，“接近活性區(qū)域的通道區(qū)域與源/漏區(qū)域之間的結(jié)處”優(yōu)選是距通道區(qū)域與源/漏區(qū)域之間的結(jié)邊界2μm以內(nèi)的區(qū)域。這是因?yàn)殡妶?chǎng)定位在結(jié)處的影響沿結(jié)起2μm范圍以內(nèi)的區(qū)域延續(xù)。
而且，另一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件包括在活性區(qū)域的源區(qū)域和漏區(qū)域提供n-型導(dǎo)電的VB族雜質(zhì)元素。這是因?yàn)閂B族雜質(zhì)元素可起到吸雜元素的作用，這將在下文中詳細(xì)描述。
本發(fā)明的另一種制造方法至少包括在絕緣表面上形成非晶半導(dǎo)體膜的第一步驟；向非晶半導(dǎo)體膜添加能夠促進(jìn)結(jié)晶的第一元素(催化元素)的第二步驟；進(jìn)行第一熱處理、以利用催化元素的半導(dǎo)體化合物作核來(lái)使非晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶并且由此得到結(jié)晶半導(dǎo)體膜的第三步驟；選擇性地蝕去結(jié)晶半導(dǎo)體膜中存在的催化元素的半導(dǎo)體化合物塊體的第四步驟(第一吸雜步驟)；蝕刻結(jié)晶半導(dǎo)體膜以形成TFT活性區(qū)域(半導(dǎo)體層)的第五步驟；向除通道區(qū)域、源區(qū)域和漏區(qū)域以外的活性區(qū)域添加能夠捕獲催化元素的第二元素(吸雜元素)、由此形成吸雜區(qū)域的第六步驟；進(jìn)行第二熱處理、以將活性區(qū)域的催化元素從活性區(qū)域的通道區(qū)域、源區(qū)域和漏區(qū)域移入吸雜區(qū)域的第七步驟。
在形成吸雜區(qū)域的第六步驟中，在鄰近源區(qū)域和/或漏區(qū)域并且在電子或孔穴移動(dòng)的區(qū)域的活性區(qū)域之外的區(qū)域形成吸雜區(qū)域。在該步驟之后，在源區(qū)域和漏區(qū)域形成了用于將TFTs電連接在一起的線，并且進(jìn)行該線形成步驟時(shí)應(yīng)使線的路徑包括源區(qū)域和漏區(qū)域的至少一部分。該方法在第二熱處理的同時(shí)也進(jìn)行了源/漏區(qū)域的吸雜和活化。因此，除了第二吸雜步驟以外，沒(méi)有必要再提供其它專用步驟，從而簡(jiǎn)化并縮短了該工序。另外，由于專用的吸雜步驟獨(dú)立地自活性區(qū)域的源/漏區(qū)域開(kāi)始提供，因此與上述源/漏區(qū)域也作為吸雜區(qū)域的方法相比，該吸雜區(qū)域可被最佳化。這是因?yàn)楫?dāng)利用源/漏區(qū)域也作為吸雜區(qū)域的上述方法時(shí)，必須確保其質(zhì)量是可作為源/漏區(qū)域(特別是低電阻)的區(qū)域質(zhì)量，這強(qiáng)加了明顯的限制。如上所述，但是優(yōu)選吸雜區(qū)域的設(shè)置至少應(yīng)不影響活性區(qū)域載流子(電子或孔穴)的移動(dòng)。
優(yōu)選該制造方法得到的半導(dǎo)體器件是包括TFT的半導(dǎo)體器件，該TFT利用形成于絕緣區(qū)域之上的結(jié)晶半導(dǎo)體膜作為活性區(qū)，該TFT包括位于絕緣表面的活性區(qū)(半導(dǎo)體層)、活性區(qū)上的柵絕緣膜和柵絕緣膜上的柵電極，活性區(qū)包括通道區(qū)域、源區(qū)域、漏區(qū)域和吸雜區(qū)域，其中活性區(qū)域存在多個(gè)小直徑的孔；活性區(qū)域包括能夠促進(jìn)非晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶的催化元素；并且至少在活性區(qū)域的通道區(qū)域中的半導(dǎo)體膜中所有的催化元素以固溶體形式存在。
也可選擇的是，半導(dǎo)體器件是包括TFT的半導(dǎo)體器件，該TFT利用形成于絕緣區(qū)域之上的結(jié)晶半導(dǎo)體膜作為活性區(qū)，該TFT包括位于絕緣表面的活性區(qū)(半導(dǎo)體層)、活性區(qū)上的柵絕緣膜和柵絕緣膜上的柵電極，活性區(qū)包括通道區(qū)域、源區(qū)域、漏區(qū)域和吸雜區(qū)域，其中活性區(qū)域存在多個(gè)小直徑的孔；活性區(qū)域包括能夠促進(jìn)非晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶的催化元素；并且至少在活性區(qū)域中、接近通道區(qū)域和源/漏區(qū)域之間的結(jié)處的半導(dǎo)體膜中，所有催化元素以固溶體形式存在。
也可選擇的是，半導(dǎo)體器件可以是包括TFT的半導(dǎo)體器件，該TFT利用形成于絕緣區(qū)域之上的結(jié)晶半導(dǎo)體膜作為活性區(qū)，該TFT包括位于絕緣表面的活性區(qū)(半導(dǎo)體層)、活性區(qū)上的柵絕緣膜和柵絕緣膜上的柵電極，活性區(qū)包括通道區(qū)域、源區(qū)域、漏區(qū)域和吸雜區(qū)域，其中活性區(qū)域存在多個(gè)小直徑的孔；活性區(qū)域包括能夠促進(jìn)非晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶的催化元素；并且至少在活性區(qū)域的通道區(qū)域、源區(qū)域和漏區(qū)域的半導(dǎo)體膜中，所有催化元素以固溶體形式存在。
而且，就吸雜區(qū)域的位置關(guān)系而言，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件是包括TFT的半導(dǎo)體器件，該TFT利用形成于絕緣區(qū)域之上的結(jié)晶半導(dǎo)體膜作為活性區(qū)，該TFT包括位于絕緣表面的活性區(qū)(半導(dǎo)體層)、活性區(qū)上的柵絕緣膜和柵絕緣膜上的柵電極，活性區(qū)包括通道區(qū)域、源區(qū)域、漏區(qū)域和吸雜區(qū)域，其中活性區(qū)域存在多個(gè)小直徑的孔；活性區(qū)域包括能夠促進(jìn)非晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶的催化元素；并且活性區(qū)域的吸雜區(qū)域存在的催化元素濃度比通道區(qū)域的濃度高。
也可選擇的是，半導(dǎo)體器件可以是包括TFT的半導(dǎo)體器件，該TFT利用形成于絕緣區(qū)域之上的結(jié)晶半導(dǎo)體膜作為活性區(qū)，該TFT包括位于絕緣表面的活性區(qū)(半導(dǎo)體層)、活性區(qū)上的柵絕緣膜和柵絕緣膜上的柵電極，活性區(qū)包括通道區(qū)域、源區(qū)域、漏區(qū)域和吸雜區(qū)域，其中活性區(qū)域存在多個(gè)小直徑的孔；活性區(qū)域包括能夠促進(jìn)非晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶的催化元素；并且活性區(qū)域的吸雜區(qū)域存在的催化元素濃度比接近通道區(qū)域和源/漏區(qū)域之間的結(jié)處的濃度高。
也可選擇的是，半導(dǎo)體器件可以是包括TFT的半導(dǎo)體器件，該TFT利用形成于絕緣區(qū)域之上的結(jié)晶半導(dǎo)體膜作為活性區(qū)，該TFT包括位于絕緣表面的活性區(qū)(半導(dǎo)體層)、活性區(qū)上的柵絕緣膜和柵絕緣膜上的柵電極，活性區(qū)包括通道區(qū)域、源區(qū)域、漏區(qū)域和吸雜區(qū)域，其中活性區(qū)域存在多個(gè)小直徑的孔；活性區(qū)域包括能夠促進(jìn)非晶半導(dǎo)體膜結(jié)晶的催化元素；并且活性區(qū)域的吸雜區(qū)域存在的催化元素濃度比通道區(qū)域、源區(qū)域和漏區(qū)域的濃度高。
另外，在這些半導(dǎo)體器件中，在鄰近源區(qū)域和漏區(qū)域并且在活性區(qū)域中電子或孔穴移動(dòng)的區(qū)域之外的區(qū)域形成吸雜區(qū)域，并且在源區(qū)域和漏區(qū)域形成用于將TFTs電連接在一起的線，以使線的路徑包括源區(qū)域和漏區(qū)域的至少一部分。具體的說(shuō)，專用的吸雜步驟獨(dú)立地自活性區(qū)域的源/漏區(qū)域開(kāi)始提供，并且即使在TFT完成之后也保持存在該區(qū)域。這不僅僅是作為制造工序的結(jié)果而得到的結(jié)構(gòu)，器件中一直存在吸雜區(qū)域是器件本身的優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)楫?dāng)器件中不存在吸雜區(qū)域時(shí)，由驅(qū)動(dòng)的TFT產(chǎn)生的熱量不小，有時(shí)仍存在的濃度小于或等于固溶度的催化元素可重新以半導(dǎo)體化合物的形式沉積。鑒于此，即使在完成半導(dǎo)體器件的制造之后、也使活性區(qū)域中存在強(qiáng)的吸雜區(qū)域是有利的，從而甚至當(dāng)驅(qū)動(dòng)TFT時(shí)也可提供一些吸雜能力，由此使得該沉積不可能發(fā)生。另外，可將吸雜區(qū)域最佳化為專用吸雜區(qū)域，并且由此可使其具有強(qiáng)的吸雜能力。結(jié)果是可進(jìn)一步增加TFT的可靠性。但是要指出的是，由于為了吸雜工序而將吸雜區(qū)域最佳化的同時(shí)并沒(méi)有考慮其它特性比如電阻，但是，如上所述，優(yōu)選吸雜區(qū)域的設(shè)置至少應(yīng)不影響活性區(qū)域載流子(電子或孔穴)的移動(dòng)。
當(dāng)利用在第二熱處理步驟中，活性區(qū)域的催化元素被移入吸雜區(qū)域之后，將吸雜元素加入吸雜區(qū)域的方法時(shí)，得到的半導(dǎo)體器件中，活性區(qū)域的吸雜區(qū)域中存在的催化元素的濃度是1×1018-1×1020原子/cm3。相反，在通道區(qū)域、接近通道區(qū)域與源/漏區(qū)域之間的結(jié)處、或沿整個(gè)通道區(qū)域和源/漏區(qū)域的催化元素濃度降低至1×1014-1×1027原子/cm3。
而且，優(yōu)選活性區(qū)域的吸雜區(qū)域含有的非晶成分量比活性區(qū)域的其它區(qū)域含有的量大。每個(gè)區(qū)域中非晶成分的含量可由微激光Raman光譜來(lái)確定。吸雜區(qū)域的特征是其非晶Si的TO質(zhì)子峰Pa和結(jié)晶Si的TO質(zhì)子峰Pc之間的比Pa/Pc高于活性區(qū)域的其它區(qū)域。
可通過(guò)增加吸雜區(qū)域相對(duì)于其它區(qū)域?qū)Υ呋氐墓倘芏?、以使催化元素移入吸雜區(qū)域(“第一吸雜作用”)來(lái)實(shí)現(xiàn)吸雜區(qū)域的吸雜，或通過(guò)形成捕獲催化元素的缺陷或局部偏析、以使催化元素移動(dòng)并且陷入吸雜區(qū)域(“第二吸雜作用域”)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，通過(guò)使形成的活性區(qū)域中吸雜區(qū)域具有大于活性區(qū)域中其它區(qū)域的非晶成分含量，有可能實(shí)現(xiàn)第二吸雜作用的效果。即使在TFT完成之后也保持吸雜區(qū)域的該狀態(tài)很重要。如果在工序中的某一時(shí)刻非晶吸雜區(qū)域被結(jié)晶，則之后吸雜效果會(huì)小，由此使得在后續(xù)步驟中，在熱處理中已被移去的催化元素可能會(huì)以逆流方式返回。而且，即使在制造過(guò)程中避免該催化元素的逆流發(fā)生，由驅(qū)動(dòng)的TFT產(chǎn)生的熱量不小，并且當(dāng)驅(qū)動(dòng)TFT時(shí)，之前已被移入吸雜區(qū)域的催化元素可能會(huì)以逆流方式返回通道區(qū)域，由此導(dǎo)致了可靠性問(wèn)題。因此，當(dāng)TFT的活性區(qū)域具有吸雜區(qū)域時(shí)，優(yōu)選即使在完成半導(dǎo)體器件的制造之后也保持該區(qū)域，以使吸雜能力在吸雜工序過(guò)程的任何時(shí)間內(nèi)均保持相同的水平。
而且，利用上述半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)及其制造方法時(shí)，由源區(qū)域和漏區(qū)域單獨(dú)提供TFT活性區(qū)域中的吸雜區(qū)域，并且在載流子(電子或孔穴)移動(dòng)的區(qū)域之外的區(qū)域的形成吸雜區(qū)域，從而不影響TFT中載流子的移動(dòng)，由此在獨(dú)立的步驟中將理想量的n型雜質(zhì)或p型雜質(zhì)加入源/漏區(qū)域、而不會(huì)受到由于在吸雜方面的考慮而產(chǎn)生的影響。因此，即使吸雜區(qū)域含有非晶成分，TFT也根本不會(huì)受到由于吸雜區(qū)域而導(dǎo)致的高電阻的影響。結(jié)果是，增加了工序的容限，可明顯增加摻雜裝置的產(chǎn)量，并且可減少源/漏區(qū)域的電阻，由此改進(jìn)了TFT的通態(tài)性能。
再者，活性區(qū)域的吸雜區(qū)域可包括提供n-型導(dǎo)電的VB族雜質(zhì)元素和提供p-型導(dǎo)電的IIIB族雜質(zhì)元素。也可選擇的是，活性區(qū)域的吸雜區(qū)域可包括一種或多種選自Ar、Kr和Xe的稀有氣體元素。這是因?yàn)檫@些元素可有效地起到吸雜元素的作用，這將在下面詳細(xì)描述。
而且，當(dāng)利用上述半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)中的這種結(jié)構(gòu)、即向活性區(qū)域的源/漏區(qū)域中加入吸雜元素以使催化元素被熱移至該區(qū)域的結(jié)構(gòu)時(shí)，或是在活性區(qū)域形成專用的吸雜區(qū)域以使催化元素被熱移至該區(qū)域的結(jié)構(gòu)時(shí)，利用第二熱處理來(lái)吸雜和活化源/漏區(qū)域。因此，由于第二熱處理是在形成柵電極之后進(jìn)行，柵電極的材料優(yōu)選是選自W、Ta、Ti和Mo的一種或多種高熔點(diǎn)高熱阻金屬或合金。
再者，在本發(fā)明的半導(dǎo)體膜中，活性區(qū)域的小直徑孔優(yōu)選其尺寸(直徑)范圍是0.05μm-1.0μm。可以看出當(dāng)直徑在此范圍時(shí)，本發(fā)明很有效。如果直徑低于該范圍，則第一吸雜步驟會(huì)不充分，并且在第一吸雜步驟中不能充分地除去催化元素的半導(dǎo)體化合物。也就是說(shuō)，如圖18所示，第一吸附步驟會(huì)在Ni濃度飽和之前完成。如果直徑大于該范圍，則利用氫氟酸的處理將過(guò)量，從而導(dǎo)致對(duì)底膜的嚴(yán)重蝕刻損壞。這導(dǎo)致可靠性問(wèn)題，并且使其上的柵絕緣膜滲漏。圖19表示小直徑的孔。如上所述，圖19是掃描電子顯微(SEM)圖。
再者，本發(fā)明的半導(dǎo)體膜中，活性區(qū)域的通道區(qū)域中平均表面粗糙度Ra的優(yōu)選范圍是4nm-9nm。由圖19的SEM圖可以看出，硅膜的表面不平整。當(dāng)利用激光輻照進(jìn)行半導(dǎo)體膜的熔化/固化以使其結(jié)晶時(shí)，體積膨脹系數(shù)的差異導(dǎo)致邊界部分的表面不平整，并且表面不平整性通常被稱為“脊”。如上所述，在加入催化元素之后，經(jīng)過(guò)熱處理可有效地形成結(jié)晶半導(dǎo)體膜，并且接著用激光輻照該半導(dǎo)體膜，以進(jìn)一步增加結(jié)晶度，由此產(chǎn)生了這樣的脊。表面粗糙度值低于以上具體限定的范圍意味著激光功率不足，從而不能充分地改進(jìn)結(jié)晶度。表面粗糙度值高于該范圍意味著激光功率過(guò)大，此時(shí)結(jié)晶度在一些位置變劣并且一個(gè)位置與另一個(gè)位置的差異明顯變大，并且可影響可靠性(柵絕緣膜的電壓持續(xù)時(shí)間)。
在如上所述的本發(fā)明制造方法中，優(yōu)選為該方法包括在第一熱處理之后、利用激光輻照結(jié)晶半導(dǎo)體膜的步驟，并且在第四步驟(第一吸雜步驟)中，選擇性地蝕去存在于結(jié)晶半導(dǎo)體層中的催化元素半導(dǎo)體化合物和在激光輻照步驟之前清洗基體表面的步驟是一個(gè)步驟。如上所述，盡管添加激光輻照步驟的原因是進(jìn)一步改進(jìn)結(jié)晶半導(dǎo)體膜的結(jié)晶度，但是，利用氫氟酸處理半導(dǎo)體膜表面的步驟與在該步驟之前的清洗步驟是一個(gè)步驟時(shí)，可能會(huì)免除作為獨(dú)立步驟進(jìn)行的第一吸雜步驟，從而縮短并簡(jiǎn)化了工序。
也可選擇的是，優(yōu)選為該方法包括在結(jié)晶半導(dǎo)體膜上形成柵絕緣膜的步驟，并且在第四步驟(第一吸雜步驟)中，選擇性地蝕去存在于結(jié)晶半導(dǎo)體層中的催化元素半導(dǎo)體化合物和在形成絕緣膜(典型的是柵絕緣膜)之前清洗基體表面的步驟是一個(gè)步驟。在形成柵絕緣膜之前，必須除去半導(dǎo)體膜表面的固有的氧化物膜，該表面將成為通道界面。因此，通過(guò)在一個(gè)步驟中進(jìn)行氫氟酸的清洗步驟和第一吸雜步驟，可縮短并簡(jiǎn)化工序。但是，應(yīng)指出的是，無(wú)論第一吸雜步驟是與激光輻照步驟之前的清洗基體表面步驟在一個(gè)步驟中進(jìn)行，還是和形成柵絕緣膜之前的清洗步驟在一個(gè)步驟中進(jìn)行，都必須適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)第一吸雜步驟的工序條件。例如，如常規(guī)僅用于除去固有氧化物膜的常規(guī)清洗步驟相比，由于吸雜可能需要延長(zhǎng)清洗步驟的處理時(shí)間。具體的說(shuō)，如圖18所示，優(yōu)選設(shè)計(jì)的條件應(yīng)使殘留的Ni濃度飽和。
在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的制造方法中，通過(guò)離子摻雜方法來(lái)實(shí)施第五步驟，即向一部分結(jié)晶半導(dǎo)體膜添加能夠捕獲催化元素的第二元素(吸雜元素)；并且使加入吸雜元素的區(qū)域比其它區(qū)域更非晶化。由此使吸雜區(qū)域非晶化，從而專門形成用于捕獲催化元素的晶體缺陷或局部偏析位置，以利用上述第二吸雜作用。利用該制造方法在活性區(qū)域外形成了吸雜區(qū)域，并且在第二吸雜步驟以后活性區(qū)域中不再有吸雜區(qū)域。因此，吸雜區(qū)域的非晶化不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。
而且，通過(guò)向活性區(qū)域的源/漏區(qū)域加入吸雜元素以使催化元素移入該區(qū)域的方法中，通過(guò)離子摻雜方法來(lái)實(shí)施第六步驟，即向活性區(qū)域的源區(qū)域和漏區(qū)域加添加能夠捕獲催化元素的第二元素(吸雜元素)，并且使加入吸雜元素的源區(qū)域和漏區(qū)域比通道區(qū)域更非晶化。此時(shí)的目的是通過(guò)促進(jìn)源/漏區(qū)域的非晶化來(lái)實(shí)施第二吸雜作用。但是需要指出的是，需要源/漏區(qū)域最終具有低電阻，因?yàn)樗鼈兪荰FT的功能元件。因此，優(yōu)選在促進(jìn)非晶化后，在用于吸雜的第二熱處理步驟中使這些區(qū)域的結(jié)晶度恢復(fù)到一定的程度。
再者，在活性區(qū)域形成專用吸雜區(qū)域的并獨(dú)立于源/漏區(qū)域的一個(gè)實(shí)施方式中，第六步驟、即通過(guò)向通道區(qū)域、源區(qū)域和漏區(qū)域以外的活性區(qū)域加入可捕獲催化元素的第二元素(吸雜元素)的步驟利用離子摻雜方法來(lái)實(shí)施，并且加入吸雜元素的吸雜區(qū)域比通道區(qū)域、源區(qū)域和漏區(qū)域更非晶化。此時(shí)的目的是通過(guò)促進(jìn)吸雜區(qū)域的非晶化來(lái)實(shí)施第二吸雜作用。但是需要指出的是，由于完成TFT后吸雜區(qū)域可能是非晶區(qū)域，這改進(jìn)了工序的自由度。對(duì)于半導(dǎo)體器件而言，優(yōu)選活性區(qū)域的吸雜區(qū)域中非晶成分含量較大。
優(yōu)選上述制造方法所用的吸雜元素包括選自P、As和Sb的一種或多種VB族元素。當(dāng)這些VB族元素被引入硅膜時(shí)，該區(qū)域?qū)Υ呋氐墓倘芏仍黾恿?。從而通過(guò)第一吸雜作用將催化元素捕獲。這些元素中，磷的效果特別好。而且，在n-通道TFT中，可像在源/漏區(qū)域中一樣利用這些元素。
更優(yōu)選的是，除了以一種或多種選自P、As和Sb的VB族元素作為吸雜元素外，還可利用選自B和Al的IIIB族元素作為吸雜元素。已經(jīng)確認(rèn)的是盡管單獨(dú)的VB族元素有一些吸雜能力，但是當(dāng)另外加入IIIB族元素時(shí)可得到更好的吸雜效果。如果除了磷以外還將硼摻入吸雜區(qū)域的硅膜，則可改變吸雜機(jī)理。僅利用磷的吸雜工序是利用吸雜區(qū)域和未摻雜非吸雜區(qū)域之間對(duì)催化元素的固溶度差而進(jìn)行的擴(kuò)散一遷移型吸雜(第一吸雜作用)。當(dāng)還利用硼時(shí)，催化元素很可能在吸雜區(qū)域被沉積，由此使對(duì)缺陷或偏析位置(第二吸雜作用)的吸雜更占優(yōu)。吸雜效果被協(xié)同增加。但是應(yīng)指出的是，除了有可提供n-型導(dǎo)電的元素外還摻雜了可提供p-型導(dǎo)電的元素，引入這些元素的吸雜區(qū)域可能會(huì)有高電阻。因此，該方法對(duì)于在源/漏區(qū)域之外設(shè)置專用吸雜區(qū)域的方法更有效。吸雜區(qū)域中所含的雜質(zhì)元素的優(yōu)選濃度如下。VB族元素的濃度優(yōu)選是1×1019-1×1021原子/cm3并且IIIB族元素的濃度優(yōu)選是1.5×1019-3×1021原子/cm3。在該范圍內(nèi)可得到充分的吸雜效率。
本發(fā)明制造方法可利用的其它吸雜元素包括一種或多種選自Ar、Kr和Xe的稀有氣體。這些稀有氣體在吸雜區(qū)域的存在可導(dǎo)致大的晶格應(yīng)變，由此使利用缺陷/偏析位置的第二吸雜作用效果更強(qiáng)烈。而且，這些稀有元素中Ar最有效，并且當(dāng)利用Ar時(shí)可得到最大的效果。吸雜區(qū)域所含的稀有氣體的濃度優(yōu)選為1×1019-3×1021原子/cm3。在該范圍內(nèi)可得到充分的吸雜效率。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式制造半導(dǎo)體膜的方法中，在結(jié)晶半導(dǎo)體膜上形成了可捕獲催化元素的吸雜層，并進(jìn)行第二熱處理、以使仍存在于結(jié)晶半導(dǎo)體膜的催化元素移入吸雜層。在該方法中，優(yōu)選在進(jìn)行第二熱處理、以使仍存在于結(jié)晶半導(dǎo)體膜的催化元素移入吸雜層的第六步驟(第二吸雜步驟)之后，除去吸雜層。與其它方法不同的是，利用該方法可得到無(wú)吸雜區(qū)域的結(jié)晶半導(dǎo)體膜，其中沿基體的整個(gè)表面上催化元素被收集，由此增加了后續(xù)步驟的自由度和設(shè)計(jì)布局的自由度。按照上述方法制造的本發(fā)明半導(dǎo)體膜是形成于絕緣表面上的半導(dǎo)體膜，其中半導(dǎo)體膜是結(jié)晶膜，它含有能夠促進(jìn)半導(dǎo)體結(jié)晶的催化元素并且具有多個(gè)微孔。如上所述，基本上可沿半導(dǎo)體膜的整個(gè)區(qū)域降低催化元素的濃度。也可選擇的是，與那些待活化的區(qū)域(至少是通道區(qū)域)相應(yīng)的區(qū)域的催化元素濃度會(huì)被降低。
吸雜層優(yōu)選是含一種或多種選自P、As和Sb的VB族元素的非晶半導(dǎo)體膜。也可選擇的是，吸雜層可以是既含一種或多種選自P、As和Sb的VB族元素、又含一種或多種選自B和Al一種的IIIB族元素的非晶半導(dǎo)體膜。也可選擇的是，吸雜層可以是含一種或多種選自Ar、Kr和Xe的稀有氣體的非晶半導(dǎo)體膜。利用非晶狀態(tài)硅膜的一個(gè)原因是利用如上所述的晶體缺陷/偏析位置實(shí)現(xiàn)第二吸雜作用。利用這些元素種類的原因是該元素種類可起到吸雜元素的作用?？沙グ雽?dǎo)體膜中形成的吸雜區(qū)域。
第一實(shí)施方式將參考圖1A至1I來(lái)描述本發(fā)明的第一實(shí)施方式。第一實(shí)施方式涉及一種在玻璃基體上制備n-通道TFT的方法。本實(shí)施方式的TFT可用作薄膜集成電路以及驅(qū)動(dòng)電路、或者活性矩陣液晶顯示器或有機(jī)EL顯示器像素區(qū)內(nèi)的器件部件。圖1A至1I為依次表示制備n-通道TFT步驟的截面圖。
首先，如圖1A所示，通過(guò)例如等離子CVD方法將由氧化硅制成的厚度約300至500nm的基膜103形成于玻璃基體101上。提供氧化硅膜是為了防止玻璃基體101的雜質(zhì)擴(kuò)散。然后沉積厚度為20至80nm(比如40nm)的本征(I型)非晶硅膜(a-Si膜)。在本實(shí)施方式中，在溫度250至400℃(比如350℃)下、使用平行板等離子體CVD裝置的同時(shí)使用SiH4氣和H2氣作為原料氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)a-Si膜104的沉積。
接下來(lái)，向a-Si膜104的表面添加少量鎳105。所使用的催化元素優(yōu)選為一種或多種選自由鎳(Ni)、鈷(Co)、錫(Sn)、鉛(Pb)、鈀(Pd)、鐵(Fe)和銅(Cu)組成的組中的元素。也可選擇使用釕(Ru)、銠(Rh)、鋨(Os)、銥(Ir)、鉑(Pt)、Au(金)等。通過(guò)將鎳溶液置于a-Si膜104上、利用旋轉(zhuǎn)器將溶液均勻地灑在基體101上并且隨后干燥基體101的方式來(lái)添加少量鎳105。在本實(shí)施方式中，醋酸鎳作為溶質(zhì)，水作為溶劑，溶液中鎳的濃度控制在10ppm。該狀態(tài)見(jiàn)圖1A。所加入的催化元素的量很小，通過(guò)全反射X射線熒光法(TRXRF)來(lái)控制a-Si膜104表面上的催化元素濃度。在本實(shí)施方式中，濃度約為5×1012原子/cm2。
之后，在惰性氣氛(例如氮?dú)夥?中進(jìn)行第一熱處理。在530-600℃的溫度下進(jìn)行退火處理30分鐘-8小時(shí)。例如，在該實(shí)施方式中，在550℃下進(jìn)行4小時(shí)的熱處理。在該熱處理中，添加至a-Si膜104表面的鎳105在被硅化的同時(shí)擴(kuò)散進(jìn)入硅膜，并且利用硅化物作為核繼續(xù)進(jìn)行a-Si膜104的結(jié)晶。結(jié)果是，a-Si膜104被結(jié)晶成為結(jié)晶硅膜104a。需要指出的是，盡管此時(shí)利用爐子進(jìn)行結(jié)晶熱處理工序，但是也可選擇利用燈的RTA(快速熱退火)裝置作為熱源來(lái)實(shí)施。
接著如圖1B所示，結(jié)晶硅膜104a的表面被暴露于含氟化氫的酸106中，由此進(jìn)行第一吸雜步驟。在該實(shí)施方式中，通過(guò)利用1％氫氟酸溶液的浸漬方法(其中基體被完全浸入溶液中)來(lái)實(shí)施該步驟。利用該濃度的氫氟酸時(shí)，優(yōu)選處理時(shí)間是約60-180秒(本實(shí)施方式是120秒)。在基體被氫氟酸浸漬之后，用純水取代該溶液，并且將基體洗滌后轉(zhuǎn)干。通過(guò)該步驟，存在于結(jié)晶硅膜中的Ni硅化物塊體(特別是大塊體并且是NiSi2)被氫氟酸106選擇性地蝕去，從而在結(jié)晶硅膜104a中留下了作為蝕去的硅化物塊體痕跡的微孔107?？椎闹睆绞羌s0.1μm-0.8μm。
接著如圖1C所示，利用激光108來(lái)輻照通過(guò)熱處理得到的結(jié)晶硅膜104a，從而使結(jié)晶硅膜104a進(jìn)一步結(jié)晶，由此得到結(jié)晶度改進(jìn)的結(jié)晶硅膜104b。如圖1B所示的利用氫氟酸的浸漬處理也作為激光輻照步驟的預(yù)清洗步驟。該步驟利用的激光可以是XeCl受激準(zhǔn)分子激光器激光(波長(zhǎng)308nm，脈沖寬度40納秒)或KrF受激準(zhǔn)分子激光器激光(波長(zhǎng)248nm)。激光的形狀應(yīng)可使得在基體101的表面上形成延長(zhǎng)的聚束光，以使得在垂直于聚束光長(zhǎng)度方向的方向上、通過(guò)激光束的掃描使基體整個(gè)表面結(jié)晶。優(yōu)選基體表面的掃描使得相鄰束電子束徑軌跡之間有交疊，并且利用激光多次掃描結(jié)晶硅膜104a表面的任何點(diǎn)，從而提高均勻性。通過(guò)上述固相結(jié)晶獲得的結(jié)晶硅膜104a被轉(zhuǎn)變成質(zhì)量更優(yōu)的結(jié)晶硅膜104b，因?yàn)橥ㄟ^(guò)使用激光輻射的熔化/固化工序降低了晶體缺陷。
隨后，如圖1D所示，在結(jié)晶硅膜104b上形成光刻膠掩膜109。掩膜109的設(shè)置應(yīng)使得結(jié)晶硅膜104b的部分被掩入島形圖案中。結(jié)晶硅膜的有掩膜部分將為所生產(chǎn)的TFTs的活性區(qū)域(半導(dǎo)體層)。
接著，如圖1D所示，從基體的整個(gè)表面對(duì)基體101進(jìn)行離子摻雜磷110。利用三氫化磷(PH3)作為摻雜氣體、在5-15kV的加速電壓和一次為5×1015-2×101cm-2(例如1×101cm-2)量進(jìn)行離子摻雜。通過(guò)該步驟，結(jié)晶硅膜104b的暴露區(qū)域被摻雜了磷，由此形成了磷摻雜區(qū)域111。在區(qū)域111中，離子摻雜步驟一定程度上損壞了結(jié)晶結(jié)構(gòu)，由此使區(qū)域非晶化。結(jié)晶硅膜104b的有掩膜區(qū)域沒(méi)有被摻雜磷110，因此其結(jié)晶結(jié)構(gòu)沒(méi)有被損壞。
接著，在惰性氣氛(例如氮?dú)夥?中進(jìn)行第二熱處理之后，通過(guò)灰化(氧等離子體處理)和利用剝離液將光刻膠掩膜109除去。在該實(shí)施方式中，在500-600℃下的氮?dú)夥罩羞M(jìn)行熱處理30分鐘-8小時(shí)(例如550℃下進(jìn)行4小時(shí))。在該工序中，摻雜磷的非晶區(qū)域111起到吸雜區(qū)域的作用，由此進(jìn)行第二吸雜步驟。在區(qū)域111中，已形成了例如可捕獲鎳的缺陷、偏析等，同時(shí)硅膜對(duì)鎳的固溶度由于磷的摻雜而被明顯增加。如圖1E所示，利用這些吸雜粉末，仍存在于結(jié)晶硅膜掩膜部分的鎳105按照箭頭114所示的方向被移入吸雜區(qū)域111。
在第二吸雜步驟中，首先，硅膜中以固溶體形式存在的鎳被移入吸雜區(qū)域111。結(jié)果是，硅膜中的鎳濃度被降低，此時(shí)仍存在于膜中的Ni硅化物塊體(特別是小塊體和低級(jí)半導(dǎo)體化合物比如NiSi和Ni2Si的塊體)開(kāi)始溶入硅膜中。接著，新溶解的Ni原子也被移入吸雜區(qū)域111。最后，在第一吸雜步驟中不能被除去小NiSi2塊體和低級(jí)硅化物比如NiSi和Ni2Si塊體被完全去除，并且也降低了固溶體鎳的濃度。通過(guò)二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)測(cè)量的結(jié)晶硅膜104b的掩膜區(qū)域的鎳濃度降低至約5×1015原子/cm3，這與測(cè)量下限很接近。很顯然仍存在于該區(qū)域的鎳不是以硅化物形式存在，而是以固溶體、即間隙鎳原子形式存在。
然后，利用除去結(jié)晶硅膜104b不需要的部分進(jìn)行了器件分離工序。通過(guò)該步驟形成了如圖1F所示的島形結(jié)晶硅膜115，這將是TFT的活性區(qū)域(源/露區(qū)域和通道區(qū)域)。
之后，沉積了厚度為20-150nm(該實(shí)施方式中為100nm)的氧化硅膜作為柵絕緣膜116，以覆蓋將成為活性區(qū)域的結(jié)晶硅膜115。通過(guò)利用氧的RF等離子體CVD方法、在150-600℃(優(yōu)選300-450℃)的基體溫度下通過(guò)分解和沉積TEOS(四乙氧基正硅酸鹽)來(lái)形成氧化硅膜。也可選擇的是，在350-600℃(優(yōu)選400-550℃)的基體溫度下、在臭氧氣氛中、利用低壓CVD方法或環(huán)境壓力下的CVD方法使用TEOS來(lái)形成氧化硅膜。
接著，利用濺射方法沉積厚度為400-800nm(例如600nm)的鋁膜。然后將鋁膜圖案化以形成柵電極117。另外，鋁電極表面被陽(yáng)極氧化形成了氧化膜118。該狀態(tài)示于圖1G。當(dāng)本發(fā)明的實(shí)施方式用于液晶顯示器的像素TFTs等時(shí)，從上面可以看出，柵電極117也形成了柵總線。陽(yáng)極氧化作用是在含1-5％酒石酸的乙二醇溶液中進(jìn)行，首先利用恒流電源將電壓增至220V，并且接著維持該電壓達(dá)1小時(shí)，之后陽(yáng)極氧化終止。得到的氧化膜118的厚度是300nm。需要指出的是，由于氧化膜118的厚度決定了后續(xù)離子摻雜步驟中形成的斷態(tài)柵區(qū)域，因此斷態(tài)柵區(qū)域的長(zhǎng)度可在氧化步驟中被確定。
接著如圖IH所示，通過(guò)利用柵電極117和周圍的氧化膜118作為掩膜、用離子摻雜法將n-型雜質(zhì)(磷)123注入活性區(qū)域。利用三氫化磷(PH3)作為摻雜氣體，加速電壓被設(shè)定為60-90kV(例如80kV)，并且一次的注入量被設(shè)定為1×1015-8×101cm-2(例如2×101cm-2)。被摻雜了雜質(zhì)的區(qū)域124之后成為TFT的源/漏區(qū)域，并且，沒(méi)有用柵電極117和周圍的氧化膜118進(jìn)行掩蔽的、且未被摻雜雜質(zhì)的區(qū)域120之后成為TFT的通道區(qū)域。接著，在上述基體上利用激光輻照對(duì)基體進(jìn)行退火，從而在活化注入的n型雜質(zhì)的同時(shí)改進(jìn)在上述雜質(zhì)引入步驟中結(jié)晶度被損壞部分的結(jié)晶度。在該步驟中，利用了能量密度為150-400mJ/cm2(優(yōu)選為200-250mJ/cm2)的XeCl受激準(zhǔn)分子激光器激光(波長(zhǎng)308nm，脈沖寬度40納秒)。通道區(qū)域120被其上的柵電極117所掩蓋并且沒(méi)有受到激光的輻照。得到的n-型雜質(zhì)(磷)區(qū)域124的薄膜電阻值是200-500Ω/平方。
接著如圖1I所示，形成了作為夾層絕緣膜132的約600nm的氧化硅膜或氮化硅膜。當(dāng)利用的是氧化硅膜時(shí)，優(yōu)選通過(guò)利用TEOS和氧的等離子體CVD方法、或利用臭氧和TEOS的低壓CVD方法或環(huán)境壓力下的CVD方法來(lái)形成氧化硅膜，由此得到了理想逐級(jí)覆蓋性能的夾層絕緣膜。而且，當(dāng)利用SiH4和NH3作為原料氣體、利用等離子體CVD法沉積氮化硅膜時(shí)，通過(guò)將氫原子供至活性區(qū)域和柵絕緣膜之間的界面，可能有減少會(huì)劣化TFT特性的懸空鍵的效果。
接著，在夾層絕緣膜132中制成了接觸孔，并且利用金屬膜、例如氮化鈦和鋁的兩層膜形成了TFT的電極/線133。氮化鈦是用于阻止鋁原子擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體層的阻擋層。當(dāng)將TFT(圖1I中的134)用作轉(zhuǎn)換像素電極的像素TFT時(shí)，由透明導(dǎo)電膜例如ITO形成的像素電極被連接至這兩個(gè)電極中的一個(gè)而非柵電極(即漏電極)時(shí)，源總線被連接至其它電極(即源電極)。在該實(shí)施方式中，源電極和源總線被彼此集成在一起。經(jīng)由源總線提供視頻信號(hào)，并且必要的指令基于柵總線117的柵信號(hào)而被寫至像素電極。而且，可容易地將TFT應(yīng)用于薄膜集成電路，其中在柵電極117上制成了用于提供必要的線的其它的接觸孔。
最后，在氮?dú)夥栈驓錃夥罩性?50℃下進(jìn)行1小時(shí)的退火處理，由此完成了如圖1I所示的TFT 134。如果需要，可在TFT 134上提供用于保護(hù)TFT 134的由氮化硅等制成的保護(hù)膜。
由上述實(shí)施方式制成的TFT具有非常好的性能，其場(chǎng)效應(yīng)遷移率是約300cm2/Vs并且閾值電壓是約1.5V，而且還沒(méi)有TFT斷態(tài)漏電的不正常增加，而這在現(xiàn)有技術(shù)中非常常見(jiàn)，它穩(wěn)定地表現(xiàn)出0.1pA/W或更小量級(jí)的低漏電值。該值基本上與不利用催化元素制成的常規(guī)TFT相同，并且TFT缺陷率是1/10000或更小，這表示在生產(chǎn)率方面有明顯的改進(jìn)。而且，在對(duì)重復(fù)操作的電阻、加偏壓的電阻和熱應(yīng)力下的電阻進(jìn)行測(cè)試時(shí)，基本上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)性能的劣化，這表明其可靠性比現(xiàn)有技術(shù)高很多。
第二實(shí)施方式現(xiàn)在來(lái)描述本發(fā)明的第二實(shí)施方式。和第一實(shí)施方式一樣，第二實(shí)施方式也涉及一種在玻璃基體上制備n-通道TFT的方法。
圖2A-圖2I的截面示意圖依次表示本發(fā)明實(shí)施方式制造半導(dǎo)體器件的步驟。
圖2A中，可利用低堿玻璃基體或石英基體作為基體201。該實(shí)施方式中利用了低堿玻璃基體。此時(shí)，可在低于玻璃變形點(diǎn)約10-20℃的溫度下進(jìn)行1小時(shí)預(yù)熱處理。在基體201的TFT側(cè)形成基膜比如氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜，以用于阻止雜質(zhì)從基體201擴(kuò)散。在該實(shí)施方式中，利用SiH4、NH3和N2O作為原料氣體的等離子體CVD法沉積了作為下部第一基膜202的氮氧化硅膜，并且利用SiH4和N2O作為原料氣體的等離子體CVD法相似地在第一基膜202上沉積了第二基膜203。第一基膜202的氮氧化硅膜的厚度被設(shè)定為25-200nm(例如100nm)，并且第二基膜203的氮氧化硅膜的厚度被設(shè)定為25-300nm(例如100nm)。接著通過(guò)等離子體CVD法沉積厚度為20-80nm(比如50nm)的本征(I型)非晶硅膜(a-Si膜)204。在本實(shí)施方式中，在基體不暴露于環(huán)境空氣的條件下，利用多室平行板等離子體CVD裝置依次沉積第一基膜202、第二基膜203和a-Si膜204。
接下來(lái)，將催化元素加至a-Si膜204并且進(jìn)行熱處理。利用旋涂法將含例如10ppm重量催化元素(該實(shí)施方式為鎳)的水溶液(醋酸鎳水溶液)涂覆于Si膜上，由此形成含催化元素的層205。需要指出的是，盡管在該實(shí)施方式中利用旋涂法施加鎳，也可選擇通過(guò)汽相沉積和濺射法等、使催化元素薄膜(本實(shí)施方式中為鎳膜)形成于非晶硅膜204之上。該狀態(tài)示于圖2A。圖2A所示的狀態(tài)下a-Si膜204表面施加的鎳濃度約為5×1012原子/cm2，該值通過(guò)全反射X射線熒光法(TRXRF)測(cè)量得到。
之后，在惰性氣氛(例如氮?dú)夥?中進(jìn)行第一熱處理。優(yōu)選在550-600℃下進(jìn)行30分鐘-4小時(shí)的熱處理。在該實(shí)施方式中，在580℃下進(jìn)行1小時(shí)的熱處理。在該熱處理中，添加至a-Si膜204表面的鎳205在被硅化的同時(shí)擴(kuò)散進(jìn)入a-Si膜204，并且利用硅化物作為核繼續(xù)進(jìn)行a-Si膜204的結(jié)晶。結(jié)果是，a-Si膜204被結(jié)晶成為結(jié)晶硅膜204a。
接著如圖2B所示，利用激光208來(lái)輻照通過(guò)熱處理得到的結(jié)晶硅膜204a，從而使結(jié)晶硅膜204a進(jìn)一步結(jié)晶，由此得到結(jié)晶度改進(jìn)的結(jié)晶硅膜204b。該步驟利用的激光是XeCl受激準(zhǔn)分子激光器激光(波長(zhǎng)308nm，脈沖寬度40納秒)。該激光輻照在200-450℃的基體溫度(例如，400℃)和250-450mJ/cm2(例如350mJ/cm2)的能量密度下進(jìn)行。激光的形狀應(yīng)可使得在基體201的表面上形成150mm聚束光可延長(zhǎng)1mm的延長(zhǎng)聚束光，并且以垂直于聚束光長(zhǎng)度方向的方向上、利用0.05mm步長(zhǎng)寬度的線性方式依次進(jìn)行對(duì)基體201的掃描。從而利用激光對(duì)結(jié)晶硅膜204a上的任何點(diǎn)總計(jì)進(jìn)行20次掃描。通過(guò)上述固相結(jié)晶獲得的結(jié)晶硅膜204a被轉(zhuǎn)變成質(zhì)量更優(yōu)的結(jié)晶硅膜204b，因?yàn)橥ㄟ^(guò)使用激光輻射的熔化/固化工序降低了晶體缺陷。
之后，如圖2C所示，將熱處理得到的結(jié)晶硅膜204b的表面暴露于含氟化氫的酸206中，由此進(jìn)行第一吸雜步驟。在該實(shí)施方式中，通過(guò)利用1∶10的緩沖氫氟酸(BHF，氟化氫濃度約5％)溶液的浸漬方法(其中基體被完全浸入溶液中)來(lái)實(shí)施該步驟。利用該濃度的氫氟酸時(shí)，優(yōu)選處理時(shí)間是約10-30秒(本實(shí)施方式是15秒)。在基體被1∶10BHF溶液浸漬之后，用純水取代該溶液，并且將基體洗滌后用氣刀干燥。通過(guò)該步驟，存在于結(jié)晶硅膜中的Ni硅化物塊體(特別是大塊體和NiSi2塊體)被含氟化氫的酸206選擇性地蝕去，從而在結(jié)晶硅膜204a中留下了作為蝕去的硅化物塊體痕跡的微孔207。孔的直徑是約0.05μm-0.5μm。
之后，結(jié)晶硅膜204b的表面被氧化，以形成作為蝕刻阻止膜的薄氧化硅膜212。通過(guò)在結(jié)晶硅膜204b表面上保持臭氧水形成了氧化硅膜212。該步驟中，臭氧水的臭氧濃度優(yōu)選是5mg/L或更多(該實(shí)施方式為8mg/L)。使臭氧水保持在結(jié)晶硅膜204b表面上的保持時(shí)間是1分鐘。為了形成質(zhì)量好的氧化硅膜212，優(yōu)選在臭氧水處理之前除去結(jié)晶硅膜204b表面固有的氧化膜。在該實(shí)施方式中，在硅膜活性表面暴露于第一吸雜步驟的含氟化氫酸206之后，進(jìn)行臭氧水處理，該氟化氫酸206處理也可起到在臭氧水處理之前的清潔作用。利用光譜橢圓偏光法測(cè)量得到的氧化硅膜212厚度是約30。
接著，由等離子體CVD方法形成含磷的a-Si膜213，以覆蓋氧化膜212。含磷的a-Si膜213起到吸雜層的作用。利用硅烷(SiH4)和三氫化磷(PH3)作為原料氣體的等離子體CVD方法形成了含磷的a-Si膜213?？赏ㄟ^(guò)控制三氫化磷氣體的流速來(lái)調(diào)節(jié)a-Si膜213的磷濃度。在該實(shí)施方式中，設(shè)定的PH3/SiH4流速為3/100。之后a-Si膜213的磷含量是1％。盡管在該實(shí)施方式中，磷被用作吸雜層中所含的吸雜元素，但是除磷以外還含有硼時(shí)，可進(jìn)一步增加吸雜能力。這可以通過(guò)利用乙硼烷(B2H6)氣體作為除上述兩種氣體以外的附加沉積原料氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)。也可通過(guò)在沉積步驟中引入稀有氣體比如As而不是磷、以得到其中含有稀有氣體的a-Si膜來(lái)獲得好的吸雜效果。該狀態(tài)示于圖2D。
接著，在惰性氣氛中進(jìn)行第二熱處理。該實(shí)施方式中，在例如氮?dú)夥罩羞M(jìn)行快速熱退火處理?？焖贌嵬嘶鹛幚淼倪^(guò)程如下。將基體預(yù)熱至400℃，以50℃/分鐘-300℃/分鐘的速度升溫并且在600-750℃的溫度下保持30秒-15分鐘(更優(yōu)選在650-700℃下保持1分鐘-10分鐘)。在該實(shí)施方式中，利用電阻加熱爐在爐內(nèi)提供溫度梯度、并且控制基體插入爐內(nèi)的速度來(lái)實(shí)現(xiàn)具有上述溫度分布的快速熱退火處理。該工序中，一次處理一個(gè)基體，并且將加熱至高溫的氮?dú)饩鶆虻卮抵粱w201的表面，由此得到了僅用輻照不能得到的高溫增加速度，并且在基體被加熱時(shí)，在基體的整個(gè)表面上得到了熱均勻性。
利用該快速熱退火處理時(shí)，如圖2E的箭頭214所示，結(jié)晶硅膜204b中的鎳205被含磷的a-Si膜213向上移動(dòng)。盡管鎳205需要通過(guò)氧化硅膜212，但是鎳205的移動(dòng)沒(méi)有受到本實(shí)施方式的該薄氧化硅膜212的阻止。盡管缺陷等通過(guò)起到鎳的偏析捕獲作用而影響吸雜作用，但通過(guò)加入磷使a-Si膜213對(duì)鎳的固溶度已明顯增加，由此進(jìn)行了第二吸雜步驟。在第二吸雜步驟中，首先，以固溶體形式存在于結(jié)晶硅膜204b中的鎳205被移入吸雜層213。結(jié)果是，硅膜中的鎳濃度被降低，此時(shí)仍存在于膜中的Ni硅化物塊體(特別是小塊體和低級(jí)半導(dǎo)體化合物比如NiSi和Ni2Si的塊體)開(kāi)始溶入硅膜中。接著，新溶解的Ni原子也被移入吸雜層213。最后，在第一吸雜步驟中不能被除去的小NiSi2塊體和低級(jí)硅化物比如NiSi和Ni2Si塊體被完全去除，并且也降低了固溶體鎳的濃度。通過(guò)二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)測(cè)量的結(jié)晶硅膜204b的鎳濃度降低至約5×1015原子/cm3，這與測(cè)量下限很接近。很顯然，仍存在于該區(qū)域的鎳不是以硅化物形式存在，而是以固溶體、即間隙鎳原子形式存在。
接著將作為吸雜層的a-Si膜213完全蝕刻除去。該蝕刻過(guò)程需要一種在a-Si膜和氧化硅膜之間具有足夠選擇性的蝕刻劑，從而可使其下的氧化硅膜212充分地起到蝕刻阻止層的作用。該實(shí)施方式中，使用了強(qiáng)堿溶液比如顯影液。接著，在除去作為吸雜層的a-Si膜213之后，蝕刻除去氧化硅膜212。該蝕刻工序是利用1∶100緩沖氟化氫(BHF)作為蝕刻劑的濕法蝕刻工序，該蝕刻劑在氧化硅膜和其下的硅膜204b之間具有足夠選擇性。
然后，通過(guò)除去結(jié)晶硅膜204b不需要的部分進(jìn)行了器件分離工序。通過(guò)該步驟形成了如圖2F所示的島形結(jié)晶硅膜215，這將是TFT的活性區(qū)域(源/漏區(qū)域和通道區(qū)域)。接著形成柵絕緣膜216以覆蓋島形結(jié)晶硅膜215。優(yōu)選柵絕緣膜216是厚度為20-150nm的氧化硅膜。該實(shí)施方式中，通過(guò)利用TEOS和氧氣作為原料氣體的等離子體CVD方法形成了100nm厚的氧化硅膜。在該沉積步驟之后，在惰性氣氛中、在500-600℃下進(jìn)行1-4小時(shí)的退火工序，以改進(jìn)柵絕緣膜本身的整體性能和結(jié)晶硅膜與柵絕緣膜之間的界面特性。
然后通過(guò)濺射方法或CVD方法在柵絕緣膜216上沉積導(dǎo)電膜，并且將其圖案化以形成柵電極217。在該實(shí)施方式中，通過(guò)濺射方法沉積了厚度為400-800nm(例如500nm)的鋁(含1％鈧)膜，并且將其圖案化以形成柵電極217。通過(guò)加入少量的鈧、鈦、硅等可改進(jìn)鋁膜的高溫電阻。
隨后，如圖2G所示，通過(guò)利用柵電極217作為掩膜、利用離子摻雜法將低濃度雜質(zhì)(磷)219注入活性區(qū)域。利用三氫化磷(PH3)作為摻雜氣體，加速電壓被設(shè)定為60-90kV(例如80kV)，并且一次的注入量被設(shè)定為1×1012-1×101cm-2(例如8×101cm-2)。通過(guò)該步驟，低濃度磷219被注入島形結(jié)晶硅膜215的沒(méi)有被柵電極217覆蓋的區(qū)域221中，而被柵電極217掩蓋并且沒(méi)有摻雜磷219的區(qū)域220將成為TFT的通道區(qū)域。
接著，如圖2H所示，提供了厚側(cè)壁的光刻膠摻雜掩膜222，以覆蓋柵電極217。之后，通過(guò)利用光刻膠掩膜222的離子摻雜法將高濃度雜質(zhì)(磷)223注入活性區(qū)域。利用三氫化磷(PH3)作為摻雜氣體，加速電壓被設(shè)定為60-90kV(例如80kV)，并且一次的注入量被設(shè)定為1×1015-8×101cm-2(例如2×101cm-2)。摻雜有高濃度雜質(zhì)(磷)223的區(qū)域?qū)⒊蔀門FT的源/漏區(qū)域。在活性區(qū)域215中，留下的覆蓋有光刻膠掩膜222并且沒(méi)有摻雜高濃度雜質(zhì)(磷)223的區(qū)域是摻雜低濃度磷的區(qū)域，它形成LDD(輕度摻雜的漏)區(qū)域221。通過(guò)形成如上所述的LDD區(qū)域221，降低了通道區(qū)域和源/漏區(qū)域之間的結(jié)處的電場(chǎng)局部化，從而可能減少TFT斷態(tài)漏電和抑制由于熱載流子而導(dǎo)致的劣化，由此改進(jìn)了TFT的可靠性。
之后，在除去作為摻雜掩膜的光刻膠掩膜222之后，通過(guò)利用基體之上的激光進(jìn)行輻照來(lái)使基體退火，以在活化注入的雜質(zhì)的同時(shí)改進(jìn)在上述雜質(zhì)引入步驟中結(jié)晶度已被損壞部分的結(jié)晶度。在該步驟中，利用了能量密度為150-400mJ/cm2(優(yōu)選為200-250mJ/cm2)的XeCl受激準(zhǔn)分子激光器激光(波長(zhǎng)308nm，脈沖寬度40納秒)。得到的n-型雜質(zhì)(磷)區(qū)域224的薄膜電阻值是200-500Ω/平方，并且摻雜低濃度磷的LDD區(qū)域221的薄膜電阻值是30-50Ω/平方。
接著如圖2I所示，形成了作為夾層絕緣膜232的約400-1000nm厚度的氧化硅膜或氮化硅膜。接著，在夾層絕緣膜232中制成了接觸孔，并且利用金屬膜、例如氮化鈦和鋁的兩層膜形成了TFT的電極/線233。氮化鈦是用于阻止鋁原子擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體層的阻擋層。當(dāng)將TFT(圖2I中的234)用作像素TFT時(shí)，由透明導(dǎo)電膜例如ITO形成的像素電極被連接至這兩個(gè)電極中的一個(gè)而非柵電極(即漏電極)。最后，在氮?dú)夥栈驓錃夥罩性?50℃下進(jìn)行1小時(shí)的退火處理，由此完成了如圖2I所示的TFT 234。如果需要，可在TFT 234上進(jìn)一步提供用于保護(hù)TFT 234的由氮化硅等制成的保護(hù)膜。
與第一實(shí)施方式制成的TFT一樣，由上述實(shí)施方式制成的TFT具有非常好的電性能。根據(jù)該實(shí)施方式制造了具有雙-柵結(jié)構(gòu)的TFT，并且該TFT可被用作液晶顯示面板活性矩陣上的像素TFTs。與文獻(xiàn)中利用常規(guī)方法制造的參照面板相比，得到的液晶面板具有高的顯示質(zhì)量并且明顯降低了顯示的不均勻性，由于TFT漏電而產(chǎn)生的像素缺陷非常少并且對(duì)比度高。
第三實(shí)施方式現(xiàn)在來(lái)描述本發(fā)明的第三實(shí)施方式。該第三實(shí)施方式涉及一種在玻璃基體上制造電路的方法，其中該電路的CMOS結(jié)構(gòu)包括n-通道TFT和p-通道TFT的互補(bǔ)設(shè)置，它可用于活性矩陣液晶顯示器的外圍驅(qū)動(dòng)電路或一般的薄膜集成電路。
圖3A-圖3E和圖4A-4D的截面示意圖依次表示本發(fā)明實(shí)施方式制造TFTs的步驟。
圖3A中，可利用低堿玻璃基體作為基體301。此時(shí)，可在低于玻璃變形點(diǎn)約10-20℃的溫度下進(jìn)行1小時(shí)預(yù)熱處理。在基體301的TFT側(cè)形成基膜比如氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜，以用于阻止雜質(zhì)從基體301擴(kuò)散。在該實(shí)施方式中，利用SiH4、NH3和N2O作為原料氣體的等離子體CVD法沉積了作為下部第一基膜302的氮氧化硅膜，并且利用SiH4和N2O作為原料氣體的等離子體CVD法相似地在第一基膜302上沉積了第二基膜303。第一基膜302的氮氧化硅膜的厚度被設(shè)定為25-200nm(例如50nm)，并且第二基膜303的氮氧化硅膜的厚度被設(shè)定為25-300nm(例如100nm)。盡管該實(shí)施方式中利用了兩層的基膜，但是也可選擇使用例如單層氧化硅膜。
接著通過(guò)已知方法、比如等離子體CVD法或?yàn)R射方法形成厚度為20-150nm(優(yōu)選30-80nm)的非晶硅膜(a-Si膜)304。在本實(shí)施方式中，利用等離子體CVD方法形成厚度為50nm的非晶硅膜。由于可利用相同的方法沉積基膜302和303以及非晶硅膜304，所以也可選擇其它的方法來(lái)連續(xù)形成這些膜。在這些膜形成后，不使基膜暴露于環(huán)境中時(shí)，可能會(huì)阻止基膜表面被污染，從而減少所制備的TFTs的性能改變和閾值電壓的波動(dòng)。
接著將少量催化元素(該實(shí)施方式中是鎳)305加至a-Si膜304的表面。通過(guò)將鎳溶液置于a-Si膜304上、利用旋轉(zhuǎn)器將溶液均勻地灑在基體301上并且隨后干燥基體301的方式來(lái)添加少量鎳305。在該實(shí)施方式中，醋酸鎳作為溶質(zhì)，水作為溶劑，溶液中鎳的濃度控制為8ppm。該狀態(tài)見(jiàn)圖3A。圖3A所示的狀態(tài)中，通過(guò)全反射X射線熒光法(TRXRF)測(cè)量的a-Si膜104表面上添加的鎳濃度的值約為5×1012原子/cm2。向非晶硅膜添加催化元素的方法除了應(yīng)用含催化元素的溶液的方法之外，還包括應(yīng)用汽相的方法比如等離子體摻雜方法、汽相沉積方法和濺射方法。當(dāng)利用溶液時(shí)，易于控制所添加的催化元素的量并且可易于添加極少量的催化元素。
之后，在惰性氣氛(例如氮?dú)夥?中進(jìn)行第一熱處理。在520-600℃的溫度下進(jìn)行退火處理1-8小時(shí)。在該實(shí)施方式中，在580℃下進(jìn)行1小時(shí)的熱處理。在該熱處理中，添加至a-Si膜304表面的鎳305在被硅化的同時(shí)擴(kuò)散進(jìn)入a-Si膜304，并且利用硅化物作為核繼續(xù)進(jìn)行a-Si膜304的結(jié)晶。結(jié)果是，如圖3B所示，a-Si膜304被結(jié)晶成為結(jié)晶硅膜304a。
接著如圖3C所示，利用激光308來(lái)輻照結(jié)晶硅膜304a，從而使結(jié)晶硅膜304a進(jìn)一步結(jié)晶，由此改進(jìn)其結(jié)晶度。該步驟利用的激光是XeCl受激準(zhǔn)分子激光器激光(波長(zhǎng)308nm，脈沖寬度40納秒)。該激光輻照在不加熱基體的條件下進(jìn)行，并且所用的能量密度是250-500mJ/cm2(例如400mJ/cm2)。激光的形狀應(yīng)可使得在基體301的表面上形成150mm聚束光可延長(zhǎng)1mm的延長(zhǎng)聚束光，并且以垂直于聚束光長(zhǎng)度方向的方向上、利用0.05mm步長(zhǎng)寬度的線性方式依次進(jìn)行對(duì)基體301的掃描。從而利用激光對(duì)結(jié)晶硅膜304a上的任何點(diǎn)進(jìn)行總計(jì)20次的掃描。通過(guò)上述固相結(jié)晶獲得的結(jié)晶硅膜304a被轉(zhuǎn)變成質(zhì)量更優(yōu)的結(jié)晶硅膜304b，因?yàn)橥ㄟ^(guò)使用激光輻射的熔化/固化工序降低了晶體缺陷。該步驟使用的激光可以是KrF受激準(zhǔn)分子激光器激光、XeCl受激準(zhǔn)分子激光器激光、和脈沖振蕩型或連續(xù)振蕩型YAG激光或YVO4激光?？舍槍?duì)每種具體的應(yīng)用確定合適的結(jié)晶條件。
之后，如圖3D所示，將結(jié)晶硅膜304b的表面暴露于含氟化氫的酸306中，由此進(jìn)行第一吸雜步驟。在該實(shí)施方式中，通過(guò)利用1％的氫氟酸溶液的浸漬方法(其中基體被完全浸入溶液中)來(lái)實(shí)施該步驟。利用該濃度的氫氟酸時(shí)，優(yōu)選處理時(shí)間是約60-180秒(本實(shí)施方式是120秒)。在基體被氫氟酸溶液浸漬之后，用純水取代該溶液，并且將基體洗滌后旋轉(zhuǎn)干燥。通過(guò)該步驟，存在于結(jié)晶硅膜中的Ni硅化物塊體(特別是大塊體和NiSi2塊體)被氫氟酸306選擇性地蝕去，從而在結(jié)晶硅膜304b中留下了作為蝕去的硅化物塊體痕跡的微孔307。孔的直徑是約0.05μm-0.5μm。
然后，通過(guò)除去結(jié)晶硅膜304b不需要的部分進(jìn)行了器件分離工序。通過(guò)該步驟形成了如圖3E所示的島形結(jié)晶硅膜315n和315p，這將分別是n-通道TFT和p-通道TFT的活性區(qū)域(源/漏區(qū)域和通道區(qū)域)。
為了控制閾值電壓，可向n-通道TFT和p-通道TFT活性區(qū)域的整個(gè)表面加入濃度為1×1016-5×1017/cm3的硼(B)、作為提供p-型導(dǎo)電的雜質(zhì)元素?？衫秒x子摻雜方法加入硼(B)，也可選擇在沉積非晶硅膜時(shí)將其加入非晶硅膜。
接著沉積作為柵絕緣膜316的厚度為20-150nm(該實(shí)施方式為100nm)的氧化硅膜，從而覆蓋將成為活性區(qū)域的結(jié)晶硅膜315n和315p。通過(guò)利用氧的RF等離子體CVD方法、在300-450℃的基體溫度下通過(guò)分解和沉積TEOS來(lái)形成氧化硅膜。也可選擇的是，柵絕緣膜316可以是任何其它合適的含硅絕緣膜，并且可以是單層或多層膜。
接著，利用濺射方法沉積高熔點(diǎn)金屬并且之后將其圖案化以形成柵電極317n和317p。高熔點(diǎn)金屬可以選自鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)和鈦(Ti)、含有的這些元素中的一種作為其主要組成的合金、或這些元素的合金(通常是Mo-W合金或Mo-Ta合金)。選擇的該材料也可以是硅化鎢、硅化鈦或硅化鉬。在該實(shí)施方式中，沉積了厚度為300-600nm(例如450nm)的鎢膜。為了減少電阻而優(yōu)選添加的雜質(zhì)濃度低。當(dāng)將氧濃度設(shè)定為30ppm或更少時(shí)，可得到20μΩcm或更小的電阻值。
接著，如圖4A所示，利用柵電極317n和317p作掩膜、通過(guò)離子摻雜法將n-型雜質(zhì)(磷)323注入活性區(qū)域。三氫化磷(PH3)被用作摻雜氣體，加速電壓被設(shè)定為60-90kV(例如80kV)，并且一次的摻入量被設(shè)定為1×1015-1×101cm-2(例如6×101cm-2)。在n-通道TFT的活性區(qū)域315n中，摻雜有高濃度磷323的區(qū)域324將成為n-通道TFT的源/漏區(qū)域，而被柵電極317n掩蓋并且不摻雜磷323的區(qū)域?qū)⒊蔀閚-通道TFT的通道區(qū)域320n。p-通道TFT的活性區(qū)域315p也摻雜有磷。這樣做是為了在后續(xù)的第二熱處理步驟中、使注入這些區(qū)域的高濃度磷可作為吸雜元素來(lái)將催化元素吸入源區(qū)域和漏區(qū)域。
之后，如圖4B所示，提供了摻有光刻膠的掩膜325，以覆蓋n-通道TFT的活性區(qū)域315n。接著，利用光刻膠掩膜325和p-通道TFT的柵電極317p作掩膜、通過(guò)離子摻雜法將提供p-型導(dǎo)電的雜質(zhì)(硼)326注入p-通道TFT的活性區(qū)域315p。硼烷(B2H6)被用作摻雜氣體，加速電壓被設(shè)定為40-80kV(例如65kV)，并且一次的摻入量被設(shè)定為5×1015-2×101cm-2(例如1×101cm-2)。通過(guò)被稱為“反摻雜”的方法使得摻雜有高濃度硼326的區(qū)域327的極性由n型轉(zhuǎn)變?yōu)閜型，該區(qū)域?qū)⒊蔀閜-通道TFT的源/漏區(qū)域，而被柵電極317n掩蓋并且不摻雜雜質(zhì)的區(qū)域?qū)⒊蔀閜-通道TFT的通道區(qū)域320p。該步驟中，由于n-通道TFT完全被掩膜325覆蓋，因此活性區(qū)域315n根本沒(méi)有摻雜硼326。
如上所述，通過(guò)利用光刻膠覆蓋不需要摻雜雜質(zhì)的區(qū)域，可使每個(gè)n型雜質(zhì)和p型雜質(zhì)被選擇性地?fù)诫s，由此形成了重?fù)诫s的n型雜質(zhì)區(qū)域324和p型雜質(zhì)區(qū)域327。需要指出的是，該實(shí)施方式中，以該次序?qū)型雜質(zhì)和p型雜質(zhì)元素加入半導(dǎo)體層，但該次序不限于此，可針對(duì)每個(gè)具體應(yīng)用來(lái)確定合適的次序。
之后，光刻膠掩膜325被除去，在惰性氣氛(例如氮?dú)夥?中進(jìn)行第二熱處理。該實(shí)施方式中，在520-660℃下進(jìn)行30分鐘-8小時(shí)的熱處理。在該熱處理步驟中，在每個(gè)n-通道TFT的活性區(qū)域315n和p-通道TFT的活性區(qū)域315p中，摻入源/漏區(qū)域的磷增加了該區(qū)域?qū)︽嚨墓倘芏?，從而使鎳如箭頭314所示從通道區(qū)域320n和320p移入源/漏區(qū)域324和327，由此進(jìn)行了第二吸雜步驟(4C)。
在第二吸雜步驟中，首先，以固溶體形式存在于通道區(qū)域320n和320p中的鎳被移入源/漏區(qū)域324和327。結(jié)果是，每個(gè)通道區(qū)域中的鎳濃度被降低，此時(shí)仍存在于膜中的Ni硅化物塊體(特別是小塊體和低級(jí)半導(dǎo)體化合物比如NiSi和Ni2Si的塊體)開(kāi)始溶入通道區(qū)域中。接著，最新溶解的Ni原子也被移入源/漏區(qū)域324和327。最后，在第一吸雜步驟中不能被除去的小NiSi2塊體和低級(jí)硅化物比如NiSi和Ni2Si塊體被完全去除，并且也降低了固溶體鎳的濃度。通過(guò)二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)測(cè)量的通道區(qū)域320n和320p中的鎳濃度降低至約5×1015原子/cm3，這與可測(cè)量的下限很接近。很顯然，仍存在于每個(gè)通道區(qū)域的鎳不是以硅化物形式存在，而是以固溶體、即間隙鎳原子形式存在。另一方面，由于鎳被移入源/漏區(qū)域，因此源/漏區(qū)域324和327的鎳濃度是1×1019原子/cm3或更大。
該熱處理步驟也活化了摻入n-通道TFT的源/漏區(qū)域324中的n-型雜質(zhì)(磷)323和摻入p-通道TFT的源/漏區(qū)域327中的p-型雜質(zhì)(硼)326。結(jié)果是，n-通道TFT的源/漏區(qū)域324的薄膜電阻值是400-700Ω/平方，并且p-通道TFT的源/漏區(qū)域327的薄膜電阻值是1-1.5Ω/平方。
接著如圖4D所示，形成了無(wú)機(jī)夾層絕緣膜。形成的氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜的厚度是400-1500nm(通常是600-1000nm)。在該實(shí)施方式中，一個(gè)接一個(gè)地沉積了厚度為200nm的氮化硅膜和厚度為700nm的氧化硅膜，由此形成了兩層的膜。利用等離子體CVD方法、采用SiH4和NH3作為原料氣體形成氮化硅膜并且采用TEOS和O2作為原料氣體形成氧化硅膜，從而連續(xù)地進(jìn)行沉積工序。很顯然，也可選擇的是，無(wú)機(jī)夾層絕緣膜可以是任何其它合適的含硅絕緣膜，并且可以是單層或多層膜。
然后，在300-500℃下進(jìn)行1至幾小時(shí)的另一次熱處理，該處理作為對(duì)半導(dǎo)體層的氫化步驟。通過(guò)將氫原子供至活性區(qū)域和柵絕緣膜之間的界面進(jìn)行了該步驟，從而終止和鈍化會(huì)劣化TFT特性的懸空鍵。該實(shí)施方式中，在含3％氫氣的氮?dú)夥罩性?10℃下進(jìn)行1小時(shí)的熱處理。當(dāng)夾層絕緣膜(特別是氮化硅膜331)中含有足量的氫時(shí)，通過(guò)在氮?dú)夥罩羞M(jìn)行熱處理也可得到該效果。其它可利用的氫化工序包括等離子體氫化工序(利用等離子體激發(fā)的氫)。
接著，在夾層絕緣膜中制成接觸孔，并且利用金屬膜、例如氮化鈦和鋁的兩層膜形成TFT的電極/線333。氮化鈦是用于阻止鋁原子擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體層的阻擋層。最后，在350℃下進(jìn)行1小時(shí)的退火處理，由此得到了如圖4D所示的n-通道TFT 334和p-通道TFT 335。如果需要，可在柵電極317n和317p上形成其它的接觸孔，從而在具有線333的電極之間提供必要的連接。而且，也可進(jìn)一步在每個(gè)TFT上提供用于保護(hù)TFT的由氮化硅等制成的保護(hù)膜。
由上述實(shí)施方式制成的n-通道TFT和p-通道TFT具有理想的性能，其場(chǎng)效應(yīng)遷移率分別高至250-30cm2/Vs和120-15cm2/Vs，并且閾值電壓分別是約1V和1.5V。而且，這些TFTs基本上沒(méi)有表現(xiàn)出TFT斷態(tài)漏電的不正常增加，這在現(xiàn)有技術(shù)中非常常見(jiàn)，并且在對(duì)重復(fù)操作的電阻、加偏壓的電阻和熱應(yīng)力下的電阻進(jìn)行測(cè)試時(shí)，基本上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)性能的劣化。而且，當(dāng)將具有該實(shí)施方式制造的n-通道TFT和p-通道TFT互補(bǔ)設(shè)置的CMOS電路用于各種電路、比如反用換流器鏈和環(huán)形電路振蕩器時(shí)，電路顯示出與現(xiàn)有技術(shù)相比非常高的可靠性和更穩(wěn)定的電路特性。
第四實(shí)施方式現(xiàn)在來(lái)描述本發(fā)明的第四實(shí)施方式。該第四實(shí)施方式也涉及一種在玻璃基體上制造電路的方法，其中該電路的CMOS結(jié)構(gòu)包括n-通道TFT和p-通道TFT的互補(bǔ)設(shè)置。
圖5A-圖5F和圖6A-圖6D的截面示意圖依次表示本發(fā)明實(shí)施方式制造TFTs的步驟。
圖5A中，在低堿玻璃基體401的TFT側(cè)上形成了基膜比如氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜，以用于阻止雜質(zhì)從基體401擴(kuò)散。在該實(shí)施方式中，利用SiH4、NH3和N2O作為原料氣體的等離子體CVD法沉積了作為下部第一基膜402的氮氧化硅膜，并且利用TEOS和O2作為原料氣體的等離子體CVD法相似地在第一基膜402上沉積了第二基膜403。第一基膜402的氮氧化硅膜的厚度例如被設(shè)定為100nm，并且第二基膜403的氮氧化硅膜的厚度例如被設(shè)定為100nm。
接著通過(guò)已知方法、比如等離子體CVD法或?yàn)R射方法形成厚度為20-150nm(優(yōu)選30-80nm)的非晶硅膜(a-Si膜)404。在本實(shí)施方式中，利用等離子體CVD方法沉積了厚度為50nm的a-Si膜404。由于可利用相同的沉積方法來(lái)形成基膜402和403以及非晶硅膜404，因此也可選擇連續(xù)形成這些膜。
接著將少量催化元素(該實(shí)施方式中是鎳)405加至a-Si膜404的表面。通過(guò)將鎳溶液置于a-Si膜404上、利用旋轉(zhuǎn)器將溶液均勻地灑在基體401上并且隨后干燥基體401的方式來(lái)添加少量鎳405。在該實(shí)施方式中，醋酸鎳作為溶質(zhì)，水作為溶劑，溶液中鎳的濃度控制為8ppm。該狀態(tài)見(jiàn)圖5A。圖5A所示的狀態(tài)中，通過(guò)全反射X射線熒光法(TRXRF)測(cè)量的a-Si膜404表面上添加的鎳濃度的值約為5×1012原子/cm2。
之后，在惰性氣氛(例如氮?dú)夥?中進(jìn)行第一熱處理。在520-600℃的溫度下進(jìn)行熱處理1-8小時(shí)。在該實(shí)施方式中，在550℃下進(jìn)行4小時(shí)的熱處理。在該熱處理中，添加至a-Si膜404表面的鎳405在被硅化的同時(shí)擴(kuò)散進(jìn)入a-Si膜404，并且利用硅化物作為核繼續(xù)進(jìn)行a-Si膜404的結(jié)晶。結(jié)果是，如圖5B所示，a-Si膜404被結(jié)晶成為結(jié)晶硅膜404a。
之后，如圖5C所示，將結(jié)晶硅膜404a的表面暴露于含氟化氫的酸406中，由此進(jìn)行第一吸雜步驟。在該實(shí)施方式中，通過(guò)利用1％的氫氟酸溶液的浸漬方法(其中基體被完全浸入溶液中)來(lái)實(shí)施該步驟。利用該濃度的氫氟酸時(shí)，優(yōu)選處理時(shí)間是約60-180秒(本實(shí)施方式是120秒)。在基體被氫氟酸溶液浸漬之后，用純水取代該溶液，并且將基體洗滌后旋轉(zhuǎn)干燥。通過(guò)該步驟，存在于結(jié)晶硅膜中的Ni硅化物塊體(特別是大塊體和NiSi2塊體)被氫氟酸406選擇性地蝕去，從而在結(jié)晶硅膜404a中留下了作為蝕去的硅化物塊體痕跡的微孔407?？椎闹睆绞羌s0.1μm-0.8μm。
接著如圖4D所示，利用激光408來(lái)輻照結(jié)晶硅膜404a，從而使結(jié)晶硅膜404a進(jìn)一步結(jié)晶，由此改進(jìn)其結(jié)晶度。如圖4C所示的利用氫氟酸的浸漬處理也作為激光輻照步驟的預(yù)清洗步驟。該步驟利用的激光是XeCl受激準(zhǔn)分子激光器激光(波長(zhǎng)308nm，脈沖寬度40納秒)。該激光輻照利用的能量密度是400mJ/cm2。激光的形狀應(yīng)使形成150mm可延長(zhǎng)1mm的延長(zhǎng)聚束光，并且以垂直于聚束光長(zhǎng)度方向的方向上、利用0.05mm步長(zhǎng)寬度的線性方式依次進(jìn)行對(duì)基體掃描。從而利用激光對(duì)結(jié)晶硅膜404a上的任何點(diǎn)進(jìn)行總計(jì)20次的掃描。通過(guò)上述固相結(jié)晶獲得的結(jié)晶硅膜404a被轉(zhuǎn)變成質(zhì)量更優(yōu)的結(jié)晶硅膜404b，因?yàn)橥ㄟ^(guò)使用激光輻射的熔化/固化工序降低了晶體缺陷。
然后，通過(guò)除去結(jié)晶硅膜404b不需要的部分進(jìn)行了器件分離工序。通過(guò)該步驟形成了如圖5E所示的島形結(jié)晶硅膜415n和415p，這將分別是n-通道TFT和p-通道TFT的活性區(qū)域(源/漏區(qū)域和通道區(qū)域)。
為了控制閾值電壓，可向n-通道TFT和p-通道TFT活性區(qū)域的整個(gè)表面加入濃度為1×1016-5×1017/cm3的硼(B)、作為提供p-型導(dǎo)電的雜質(zhì)元素。可利用離子摻雜方法加入硼(B)，也可選擇在沉積非晶硅膜時(shí)將其加入非晶硅膜。
接著沉積作為柵絕緣膜416的厚度為20-150nm(該實(shí)施方式為100nm)的氧化硅膜，從而覆蓋將成為活性區(qū)域的結(jié)晶硅膜415n和415p。通過(guò)利用氧的RF等離子體CVD方法、在150-600℃(優(yōu)選300-450℃)的基體溫度下通過(guò)分解和沉積TEOS來(lái)形成氧化硅膜。
接著，如圖5F所示，利用濺射方法沉積高熔點(diǎn)金屬并且之后將其圖案化以形成柵電極417n和417p。在該實(shí)施方式中，沉積了厚度為300-600nm(例如450nm)的含有少量氮的鉭(Ta)膜。
接著，利用柵電極417n和417p作掩膜、通過(guò)離子摻雜法將低濃度雜質(zhì)(磷)419注入活性區(qū)域。三氫化磷(PH3)被用作摻雜氣體，加速電壓被設(shè)定為60-90kV(例如80kV)，并且一次的摻入量被設(shè)定為1×1012-1×101cm-2(例如2×101cm-2)。通過(guò)該步驟，沒(méi)有被柵電極417n和417p掩蓋的島形結(jié)晶硅膜415n和415p的區(qū)域成為摻雜有低濃度磷419的區(qū)域421，而被柵電極417n和417p掩蓋并且不摻有雜質(zhì)419的區(qū)域?qū)⒎謩e成為n-通道TFT和p-通道TFT的通道區(qū)域420n和420p。該狀態(tài)示于圖5F。
之后，如圖6A所示，提供了摻有光刻膠的掩膜422。對(duì)于n-通道TFT而言，提供了具有如圖6A所示厚側(cè)壁的光刻膠掩膜422，以覆蓋柵電極417n。對(duì)于p-通道TFT而言，提供了側(cè)壁更厚的光刻膠掩膜422，以覆蓋柵電極417p，從而僅暴露出活性區(qū)域415p的外圍部分。接著，利用光刻膠掩膜422掩膜、通過(guò)離子摻雜法將高濃度的雜質(zhì)(磷)423注入活性區(qū)域。三氫化磷(PH3)被用作摻雜氣體，加速電壓被設(shè)定為60-90kV(例如80kV)，并且一次的摻入量被設(shè)定為2×1015-1×101cm-2(例如5×101cm-2)。對(duì)于n-通道TFT而言，摻雜有高濃度雜質(zhì)(磷)423的區(qū)域424將成為n-通道TFT的源/漏區(qū)域。活性區(qū)域415n中留下的覆蓋有光刻膠掩膜422并且不摻雜高濃度磷423的區(qū)域成為了低濃度摻雜磷的區(qū)域，該區(qū)域形成了LDD(輕摻雜漏)區(qū)域421。對(duì)于p-通道TFT而言，摻雜有高濃度雜質(zhì)(磷)423的區(qū)域424后來(lái)形成了p-通道TFT的吸雜區(qū)域。區(qū)域424的n-型雜質(zhì)元素(磷)423的濃度是1×1019-1×1021/cm3。而且，n-通道TFT的LDD區(qū)域421中n-型雜質(zhì)元素(磷)419的濃度是1×1017-1×1020/cm3，具有該值的區(qū)域可作為L(zhǎng)DD區(qū)域。
接著，如圖6B所示，在光刻膠掩膜422被除去之后，在n-通道TFT的活性區(qū)域415n中提供光刻膠摻雜掩膜425。提供了厚側(cè)壁的光刻膠摻雜掩膜425，以覆蓋LDD區(qū)域421，從而如圖6B所示僅暴露出活性區(qū)域415n的外圍部分。此時(shí)，沒(méi)有對(duì)p-通道TFT提供掩膜，該TFT完全被暴露。接著，利用光刻膠掩膜425和p-通道TFT的柵電極417p作掩膜、通過(guò)離子摻雜法將可提供p-型導(dǎo)電的雜質(zhì)(硼)426注入活性區(qū)域。乙硼烷(B2H6)被用作摻雜氣體，加速電壓被設(shè)定為40-80kV(例如65kV)，并且一次的摻入量被設(shè)定為1×1015-1×101cm-2(例如7×101cm-2)。對(duì)于n-通道TFT而言，摻雜有高濃度硼426的區(qū)域428n以后將成為n-通道TFT的吸雜區(qū)域。除柵電極417p之下的通道區(qū)域420p以外的p-通道TFT活性區(qū)域415p的區(qū)域被摻雜了高濃度的硼426，在之前的步驟中該區(qū)域已被摻雜低濃度n-型雜質(zhì)元素(磷)419，由此使其導(dǎo)電類型由n型轉(zhuǎn)變?yōu)閜型，并且該區(qū)域以后將成為p-通道TFT的源/漏區(qū)域。而已被摻雜了高濃度磷423的區(qū)域424被摻雜了甚至更高濃度的硼426，由此形成了p-通道TFT的吸雜區(qū)域428p。區(qū)域427和區(qū)域428n以及428p中p-型雜質(zhì)元素(硼)426的濃度是1.5×1019-3×1021/cm3。該濃度是n-型雜質(zhì)(磷)濃度的1-2倍。n-通道TFT的吸雜區(qū)域428n和p-通道TFT的吸雜區(qū)域428p是已被摻雜有磷423(在之前的步驟中)和硼426(目前的步驟中)的區(qū)域。
如上所述，通過(guò)利用光刻膠覆蓋不需要摻雜雜質(zhì)的區(qū)域，可使n型雜質(zhì)和p型雜質(zhì)均被選擇性地?fù)诫s，由此形成了重?fù)诫s的n型雜質(zhì)區(qū)域424和p型雜質(zhì)區(qū)域427，并且形成了吸雜區(qū)域428n和428p，由此形成了n-通道TFT和p-通道TFT。需要指出的是，該實(shí)施方式中，以該次序?qū)型雜質(zhì)和p型雜質(zhì)元素加入半導(dǎo)體層，但該次序不限于此，可針對(duì)每個(gè)具體應(yīng)用來(lái)確定合適的次序。
之后，光刻膠掩膜325被除去，在惰性氣氛(例如氮?dú)夥?中進(jìn)行第二熱處理。該實(shí)施方式中，在550℃下進(jìn)行4小時(shí)的熱處理。在該熱處理步驟中，在n-通道TFT的活性區(qū)域415n的源/漏區(qū)域之外形成的吸雜區(qū)域428n中，已高濃度摻雜的磷和硼增加了該區(qū)域?qū)︽嚨墓倘芏龋⑶乙残纬闪擞糜阪嚨钠鑫恢?。而且，在該摻雜過(guò)程中形成的晶體缺陷也可作為用于鎳的偏析位置。接著，如圖6C箭頭的414所示，通道區(qū)域420n、LDD區(qū)域421和源/漏區(qū)域424中存在的鎳被從通道區(qū)域移至LDD區(qū)域、源/漏區(qū)域并且到達(dá)吸雜區(qū)域428n。盡管僅摻雜有磷的源/漏區(qū)域424具有吸雜效果，但是摻雜有磷和硼的吸雜區(qū)域428n的吸雜能力如此之高以致于鎳被收集在吸雜區(qū)域428n中。也是在p-通道TFT的活性區(qū)域415p中，以高濃度摻入源/漏區(qū)域之外的吸雜區(qū)域428p中的磷和硼也具有相似的功能，此時(shí)如箭頭的414所示，通道區(qū)域420p和源/漏區(qū)域427中存在的鎳被從通道區(qū)域移至源/漏區(qū)域并且到達(dá)吸雜區(qū)域428p。由此實(shí)施了第二吸雜步驟。
在第二吸雜步驟中，首先，以固溶體形式存在于通道區(qū)域420n、LDD區(qū)域421和源/漏區(qū)域427中的鎳被移入吸雜區(qū)域428。結(jié)果是，這些區(qū)域中的鎳濃度被降低，此時(shí)仍存在于該區(qū)域中的Ni硅化物塊體(特別是小塊體和低級(jí)半導(dǎo)體化合物比如NiSi和Ni2Si的塊體)開(kāi)始溶入這些區(qū)域中。接著，最新溶解的Ni原子也被移入吸雜區(qū)域428。最后，在第一吸雜步驟中不能被除去的小NiSi2塊體和低級(jí)硅化物比如NiSi和Ni2Si塊體被完全去除，并且也降低了固溶體鎳的濃度。另一方面，由于在熱處理步驟中鎳被移入吸雜區(qū)域428n和428p，因此吸雜區(qū)域428n和428p中鎳濃度是1×1019/cm3或更大。在TFT活性區(qū)域的通道區(qū)域、通道區(qū)域和源/漏區(qū)域之間的結(jié)以及通道區(qū)域和LDD區(qū)域之間的結(jié)中，通過(guò)二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)測(cè)量的鎳濃度降低至約5×1015原子/cm3，這與可測(cè)量的下限很接近。很顯然，仍存在于這些區(qū)域的鎳不是以硅化物形式存在，而是以固溶體、即間隙鎳原子形式存在。
該熱處理步驟也活化了摻入n-通道TFT的源/漏區(qū)域424和LDD區(qū)域421中的n-型雜質(zhì)(磷)、和摻入p-通道TFT的源/漏區(qū)域427中的p-型雜質(zhì)(硼)。結(jié)果是，n-通道TFT的源/漏區(qū)域424的薄膜電阻值是400-700Ω/平方，而LDD區(qū)域421是30-60Ω/平方。另外，p-通道TFT的源/漏區(qū)域427的薄膜電阻值是1-1.5Ω/平方。
接著如圖6D所示，形成了夾層絕緣膜。形成的氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜的厚度是400-1500nm(通常是600-1000nm)。在該實(shí)施方式中，一個(gè)接一個(gè)地沉積了厚度為200nm的氮化硅膜431和厚度為700nm的氧化硅膜432，由此形成了兩層的膜。很顯然，也可選擇的是，無(wú)機(jī)夾層絕緣膜可以是任何其它合適的含硅絕緣膜，并且可以是單層或多層膜。
然后，在300-500℃下進(jìn)行約1小時(shí)的另一次熱處理。該處理作為對(duì)半導(dǎo)體層的氫化步驟。通過(guò)為夾層絕緣膜(特別是氮化硅膜431)以及活性區(qū)域和柵絕緣膜之間的界面提供氫原子從而實(shí)施了該步驟，由此終止和鈍化了會(huì)劣化TFT特性的懸空鍵。該實(shí)施方式中，在氮?dú)夥罩性?10℃下進(jìn)行1小時(shí)的熱處理。
接著，在夾層絕緣膜中制成接觸孔，并且利用金屬膜、例如氮化鈦和鋁的兩層膜形成TFT的電極/線433。氮化鈦是用于阻止鋁原子擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體層的阻擋層。最后，在350℃下進(jìn)行1小時(shí)的退火處理，由此得到了如圖6D所示的n-通道TFT 434和p-通道TFT 435。如果需要，可在柵電極417n和417p上形成其它的接觸孔，從而在具有線433的電極之間提供必要的連接。而且，也可進(jìn)一步在每個(gè)TFT上提供用于保護(hù)TFT的由氮化硅等制成的保護(hù)膜。
根據(jù)該實(shí)施方式制成的每個(gè)TFT均具有與實(shí)施方式三中得到TFT一樣的理想場(chǎng)效應(yīng)遷移率。
而且，在該實(shí)施方式中，與第一或第二實(shí)施方式相比，可在源/漏區(qū)域形成步驟中形成每個(gè)n-通道TFT和p-通道TFT的吸雜區(qū)域。因此，可能消除其它的吸雜步驟(照相平版印刷步驟、摻雜步驟和退火步驟)。結(jié)果是，可能在簡(jiǎn)化制造工序的同時(shí)減少半導(dǎo)體器件的制造成本并且改進(jìn)生產(chǎn)率。
第五實(shí)施方式現(xiàn)在將參考圖7A-圖7F和圖8A-圖8D現(xiàn)在來(lái)描述本發(fā)明的第五實(shí)施方式。該實(shí)施方式也涉及一種在相同的基體上制造n-通道TFT和p-通道TFT的方法。
在玻璃基體501上形成厚度為50nm的氮化硅制成的第一絕緣基膜502，并且接著在第一絕緣基膜502上形成厚度為100nm的氧化硅制成的第二絕緣基膜503。另外，在第二絕緣基膜503上形成厚度為20-100nm(例如50nm)的a-Si膜504。
接著將催化元素加至a-Si膜504，并且進(jìn)行熱處理。利用旋涂法將含10ppm重量催化元素(該實(shí)施方式為鎳)的水溶液(醋酸鎳水溶液)涂覆于非晶Si膜上，由此形成含催化元素的層505。該狀態(tài)示于圖7A。
之后，在惰性氣氛(例如氮?dú)夥?中進(jìn)行第一熱處理。在520-600℃的溫度下進(jìn)行熱處理1-8小時(shí)。在該實(shí)施方式中，在550℃下進(jìn)行4小時(shí)的熱處理。在該熱處理中，添加至a-Si膜504表面的鎳505被硅化，并且利用硅化物作為核繼續(xù)進(jìn)行a-Si膜504的結(jié)晶。結(jié)果是，如圖7B所示，a-Si膜504被結(jié)晶成為結(jié)晶硅膜504a。
之后，如圖7C所示，利用激光輻照由熱處理得到的結(jié)晶硅膜504a，從而結(jié)晶度改進(jìn)的結(jié)晶硅膜504b。利用激光輻照明顯改進(jìn)了結(jié)晶硅膜504b的結(jié)晶度。該實(shí)施方式中，利用的激光是脈沖振蕩型XeCl受激準(zhǔn)分子激光器激光(波長(zhǎng)308nm)。
接著，將結(jié)晶硅膜蝕刻成預(yù)定的圖案，由此形成n-通道TFT的活性區(qū)域515n和p-通道TFT的活性區(qū)域515p。
接著，如圖7D所示，將成為TFT活性區(qū)域的島形結(jié)晶硅膜55n和515p的表面被暴露于含氟化氫的酸506中，由此進(jìn)行第一吸雜步驟。在該實(shí)施方式中，通過(guò)利用1％的氫氟酸溶液的浸漬方法(其中基體被完全浸入溶液中)來(lái)實(shí)施該步驟。利用該濃度的氫氟酸時(shí)，優(yōu)選處理時(shí)間是約60-180秒(本實(shí)施方式是90秒)。在基體被氫氟酸溶液浸漬之后，用純水取代該溶液，并且將基體洗滌后旋轉(zhuǎn)干燥。通過(guò)該步驟使存在于島形結(jié)晶硅膜中的Ni硅化物塊體(特別是大塊體和NiSi2塊體)被氫氟酸506選擇性地蝕去，從而在TFT活性區(qū)域515n和515P中留下了作為蝕去的硅化物塊體痕跡的微孔507。孔的直徑是約0.05μm-0.5μm。需要指出的是，氧化硅制成的第二基膜503也被暴露于氫氟酸506，并且由此使其厚度減小。但是，在上述條件下，厚度僅減少了30nm，這不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。
接著沉積了柵絕緣膜516，以覆蓋活性區(qū)域515n和515p。利用氫氟酸的處理也可作為形成柵絕緣膜之前的清潔步驟，并且在進(jìn)行第一吸雜步驟的同時(shí)活性區(qū)域515n和515p表面固有的氧化物也被除去。然后通過(guò)濺射方法或CVD等方法在柵絕緣膜516上沉積導(dǎo)電膜，導(dǎo)電膜的材料可以是W、Ta、Ti和Mo中的任何一種高熔點(diǎn)金屬或其合金材料。接著，如圖7E所示，將導(dǎo)電膜蝕刻以形成柵電極517n和517p。
隨后，通過(guò)利用柵電極517n和517p作為掩膜、利用離子摻雜法將n-型雜質(zhì)(磷)519注入活性區(qū)域。在該實(shí)施方式中，利用三氫化磷(PH3)作為摻雜氣體，加速電壓被設(shè)定為80kV，并且一次的注入量被設(shè)定為2×101cm-2。通過(guò)該步驟，沒(méi)有被柵電極517n和517p覆蓋的島形硅膜515n和515p的區(qū)域成為了低濃度雜質(zhì)(磷)519的區(qū)域，而被柵電極517n和517p掩蓋并且沒(méi)有摻雜雜質(zhì)519的區(qū)域220以后將分別成為n-通道TFT的通道區(qū)域520n和p-通道TFT的的通道區(qū)域520p。該狀態(tài)示于圖7E。
之后，如圖7F所示，提供了光刻膠摻雜掩膜522。在n-通道TFT的活性區(qū)域515n中，提供了具有如圖7F所示厚側(cè)壁的光刻膠摻雜掩膜522，以覆蓋柵電極517n。在p-通道TFT的活性區(qū)域515p中，提供了側(cè)壁更厚的光刻膠掩膜522，從而如圖7F所示覆蓋了整個(gè)活性區(qū)域。接著，利用光刻膠掩膜522掩膜、通過(guò)離子摻雜法將高濃度的雜質(zhì)(磷)523注入活性區(qū)域。在該實(shí)施方式中，三氫化磷(PH3)被用作摻雜氣體，加速電壓被設(shè)定為80kV，并且一次的摻入量被設(shè)定為5×101-cm-2。對(duì)于n-通道TFT而言，摻雜有高濃度(例如1×1019-1×1021/cm21)雜質(zhì)(磷)523的區(qū)域524以后將成為n-通道TFT的源/漏區(qū)域。在活性區(qū)域515n中，留下的覆蓋有光刻膠掩膜522并且不摻雜高濃度磷523的區(qū)域成為了低濃度摻雜磷的區(qū)域，該區(qū)域形成了LDD(輕摻雜漏)區(qū)域521。對(duì)于p-通道TFT而言，活性區(qū)域515p中沒(méi)有摻雜磷。
接著，如圖8A所示，在光刻膠掩膜522被除去之后，提供摻有光刻膠的掩膜525，從而完全覆蓋n-通道TFT的活性區(qū)域515n。此時(shí)，沒(méi)有在p-通道TFT的活性區(qū)域515p上提供掩膜，該TFT完全被暴露。接著，利用光刻膠掩膜525和p-通道TFT的柵電極517p作掩膜、通過(guò)離子摻雜法將可提供p-型導(dǎo)電的雜質(zhì)(硼)526注入活性區(qū)域。乙硼烷(B2H6)被用作摻雜氣體，加速電壓被設(shè)定為65kV，并且一次的摻入量被設(shè)定為7×101cm-2。除柵電極517p以下的通道區(qū)域520p以外的p-通道TFT活性區(qū)域515p的區(qū)域被摻雜了高濃度的硼526，在之前的步驟中該區(qū)域已被摻雜低濃度n-型雜質(zhì)元素(磷)519，由此使其導(dǎo)電類型由n型轉(zhuǎn)變?yōu)閜型，并且該區(qū)域以后將成為p-通道TFT的源/漏區(qū)域527。
接著，如圖8B所示，在光刻膠掩膜525被除去之后，形成光刻膠掩膜529，從而完全覆蓋n-通道TFT的柵電極517n和p-通道TFT的柵電極517p。利用掩膜529后，暴露出了n-通道TFT的活性區(qū)域515n和p-通道TFT的活性區(qū)域515p的一部分(外圍)。接著，從基體上方、沿基體整個(gè)表面對(duì)基體進(jìn)行稀有氣體元素(該實(shí)施方式是Ar)530的離子摻雜。通過(guò)該步驟，稀有氣體元素530被注入每個(gè)TFT活性區(qū)域的暴露區(qū)域。由此分別在n-通道TFT和p-通道TFT的活性區(qū)域515n和515p的外圍部分中形成了吸雜區(qū)域528n和528p。該步驟中氬的摻雜過(guò)程如下。100％的Ar氣體被用作摻雜氣體，加速電壓被設(shè)定為60-90kV(例如80kV)，并且一次的摻入量被設(shè)定為1×1015-1×101cm-2(例如3×101cm-2)。被掩膜529覆蓋的區(qū)域沒(méi)有被摻雜稀有氣體元素。稀有氣體元素可以是選自Ar、Kr和Xe的一種或多種稀有氣體。而且，在該步驟中，吸雜區(qū)域528的希有氣體元素的濃度被控制在1×1019～3×1021原子/cm-2，而且，該步驟中，吸雜區(qū)域528的結(jié)晶度被損壞，由此使吸雜區(qū)域528非晶化。
接著，在光刻膠掩膜529被除去之后，在惰性氣氛(例如氮?dú)夥?中進(jìn)行第二熱處理。該實(shí)施方式中，利用了RTA(快速熱退火)工序。RTA裝置是一種能夠在氮?dú)夥罩?、通過(guò)將高溫氮?dú)獯抵粱w表面而進(jìn)行快速升溫和降溫退火工序的裝置。具體的說(shuō)，將基體在550-750℃下保持30秒-15分鐘，更優(yōu)選在600-700℃下保持1-10分鐘。在該實(shí)施方式中，在670℃下進(jìn)行5分鐘的RTA處理。升溫和降溫速度優(yōu)選是100℃/分鐘或更大(該實(shí)施方式中約為200℃/分鐘)。在每個(gè)TFT的活性區(qū)域中，高濃度的氬530被摻入源/漏區(qū)域之外形成的吸雜區(qū)域528，并且在摻雜過(guò)程中由于非晶化導(dǎo)致的晶體缺陷形成了用于鎳的偏析位置，從而實(shí)現(xiàn)吸雜作用。在該熱處理步驟中，在n-通道TFT的活性區(qū)域515n中，如圖8C箭頭的514所示，通道區(qū)域520n、LDD區(qū)域521和源/漏區(qū)域524中存在的鎳被從通道區(qū)域移至LDD區(qū)域、源/漏區(qū)域并且到達(dá)吸雜區(qū)域528n。相似地，如箭頭的514所示，通道區(qū)域520p和源/漏區(qū)域527中存在的鎳被從通道區(qū)域移至源/漏區(qū)域并且到達(dá)吸雜區(qū)域528p。
在第二吸雜步驟中，首先，以固溶體形式存在于通道區(qū)域520、LDD區(qū)域521和源/漏區(qū)域524和527中的鎳被移入吸雜區(qū)域528。結(jié)果是，這些區(qū)域中的鎳濃度被降低，此時(shí)仍存在于該區(qū)域中的Ni硅化物塊體(特別是小塊體和低級(jí)半導(dǎo)體化合物比如NiSi和Ni2Si的塊體)開(kāi)始溶入這些區(qū)域中。接著，新溶解的Ni原子也被移入吸雜區(qū)域528。最后，在第一吸雜步驟中不能被除去的小NiSi2塊體和低級(jí)硅化物比如NiSi和Ni2Si塊體被完全去除，并且也降低了固溶體鎳的濃度。另一方面，由于在熱處理步驟中鎳被移入吸雜區(qū)域，因此吸雜區(qū)域528n和528p中鎳濃度是1×1019/cm3或更大。在TFT活性區(qū)域的通道區(qū)域、通道區(qū)域和源/漏區(qū)域之間的結(jié)以及通道區(qū)域和LDD區(qū)域之間的結(jié)中，通過(guò)二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)測(cè)量的鎳濃度降低至約5×1015原子/cm3，這與可測(cè)量的下限很接近。很顯然，仍存在于這些區(qū)域的鎳不是以硅化物形式存在，而是以固溶體、即間隙鎳原子形式存在。
該熱處理步驟也活化了摻入n-通道TFT的源/漏區(qū)域524和LDD區(qū)域521中的n-型雜質(zhì)(磷)、和摻入p-通道TFT的源/漏區(qū)域527中的p-型雜質(zhì)(硼)。結(jié)果是，n-通道TFT的源/漏區(qū)域524的薄膜電阻值是400-700Ω/平方，而LDD區(qū)域521是30-60Ω/平方。另外，p-通道TFT的源/漏區(qū)域527的薄膜電阻值是1-1.5Ω/平方。在該實(shí)施方式中，在每個(gè)n-通道TFT和p-通道TFT的活性區(qū)域中源區(qū)域或漏區(qū)域之外形成了吸雜區(qū)域，從而即使由于引入稀有氣體元素的非晶化導(dǎo)致了TFT源區(qū)域或漏區(qū)域電阻的增加，也不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。
在該步驟之后，利用激光Raman光譜測(cè)得的每個(gè)TFT之吸雜區(qū)域的Pa/Pc、即非晶Si的TO質(zhì)子峰Pa和結(jié)晶Si的TO質(zhì)子峰Pc之間的比高于通道區(qū)域。與該實(shí)施方式一樣，當(dāng)利用透光玻璃基體時(shí)，該測(cè)量可從基體的底面進(jìn)行。而且，即使在完成TFT后也保持該條件，因?yàn)樵谠摕崽幚聿襟E之后沒(méi)有高溫步驟。
接著如圖8D所示，形成了夾層絕緣膜。在該實(shí)施方式中，一個(gè)接一個(gè)地沉積了厚度為200nm的氮化硅膜531和厚度為700nm的氧化硅膜532，由此形成了兩層的膜。
然后，在300-500℃下進(jìn)行約1小時(shí)的另一次熱處理。該處理通過(guò)為夾層絕緣膜(特別是氮化硅膜531)以及活性區(qū)域和柵絕緣膜之間的界面提供氫原子從而實(shí)施了該步驟，從而終止和鈍化了會(huì)劣化TFT特性的懸空鍵。
接著，在夾層絕緣膜中制成接觸孔，并且利用金屬膜形成了TFT的電極/線533，由此得到了如圖8D所示的n-通道TFT 534和p-通道TFT 535。如果需要，可在柵電極517n和517p上形成其它的接觸孔，從而在具有線533的電極之間提供必要的連接。
根據(jù)該實(shí)施方式制成的每個(gè)TFT均具有與實(shí)施方式三和四中得到TFT一樣的理想場(chǎng)效應(yīng)遷移率。
第六實(shí)施方式該實(shí)施方式涉及不同于實(shí)施方式1-5的結(jié)晶方法。將參考圖9A-圖9E來(lái)描述本發(fā)明的第五實(shí)施方式。圖9A-圖9E是依次表示該實(shí)施方式制造步驟的截面示意圖。
首先，與實(shí)施方式1-5一樣，在基體601(該實(shí)施方式為玻璃基體)上形成比如氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜的基膜，以用于阻止雜質(zhì)從基體601擴(kuò)散。在該實(shí)施方式中，沉積的氮化硅膜作為下部第一基膜602，并且在第一基膜602上沉積的氧化硅膜作為第二基膜603。例如，第一基膜602的氮化硅膜的厚度被設(shè)定為100nm，例如第二基膜603的氧化硅膜厚度也被設(shè)定為100nm。接著，利用已知方法、比如等離子體CVD法或?yàn)R射方法形成了厚度為30-80nm的a-Si膜604。在本實(shí)施方式中，利用等離子體CVD方法形成厚度為50nm的非晶硅膜。在該步驟中，可在不將基體暴露于環(huán)境氣體的條件下連續(xù)形成絕緣基膜和非晶半導(dǎo)體膜。
接著，形成了厚度為200nm的氧化硅制成的絕緣掩膜605。如圖9A所示，絕緣掩膜605包括開(kāi)口600，通過(guò)該開(kāi)口可將催化元素加入半導(dǎo)體膜。
接著，如圖9B所示，利用旋涂法涂覆含100ppm重量催化元素(該實(shí)施方式為鎳)的水溶液(醋酸鎳水溶液)，由此形成催化元素層606。在該步驟中，催化元素層606選擇性地與絕緣掩膜605的開(kāi)口600中的a-Si膜604接觸，由此形成添加催化元素的區(qū)域。可用于該實(shí)施方式的催化元素是選自由鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、鋨(Os)、銥(Ir)、鉑(Pt)、銅(Cu)和Au(金)中的一種或多種元素。
而且，在該實(shí)施方式中利用旋涂方法施加鎳，也可通過(guò)汽相沉積或?yàn)R射方法等在a-Si膜上形成催化元素的薄膜(該實(shí)施方式是鎳膜)。
接著，在500-650℃(優(yōu)選550-600℃)的溫度下進(jìn)行6-20小時(shí)(優(yōu)選8-15小時(shí))的熱處理。在該實(shí)施方式中，在570℃下進(jìn)行14小時(shí)的熱處理。結(jié)果如圖9C所示，在添加催化元素的區(qū)域600中形成了晶核，并且區(qū)域600中的a-Si膜首先被結(jié)晶成結(jié)晶硅膜604a。結(jié)晶從該結(jié)晶區(qū)域開(kāi)始、沿通常與基體平行的方向(如箭頭607所示)進(jìn)一步繼續(xù)進(jìn)行，由此形成了晶體生長(zhǎng)方向宏觀上均勻的結(jié)晶硅膜604b。該步驟中，掩膜605上存在的鎳606被掩膜605阻擋，不能到達(dá)其下的a-Si膜。因此，a-Si膜604的結(jié)晶僅受引入?yún)^(qū)域600中的鎳的影響。而且，側(cè)部生長(zhǎng)前線(frontline)不能到達(dá)的區(qū)域留作非晶區(qū)域604c。但是，來(lái)自相鄰開(kāi)口的兩個(gè)側(cè)部生長(zhǎng)晶體的區(qū)域由于其形狀的原因可能彼此沖突而在它們之間形成邊界，此時(shí)該非晶區(qū)域可能不存在。
如圖9D所示，在作為掩膜的氧化硅膜605被除去之后，可利用激光輻照得到的結(jié)晶硅膜，從而與實(shí)施方式1-5一樣改進(jìn)結(jié)晶度。由此使側(cè)部生長(zhǎng)晶體的區(qū)域604b中的結(jié)晶硅膜質(zhì)量進(jìn)一步被改進(jìn)，并且形成了結(jié)晶硅膜604d。
接著，將側(cè)部生長(zhǎng)晶體的區(qū)域604b中的結(jié)晶硅膜蝕刻成預(yù)定的圖案，由此形成TFT的活性區(qū)域。
該實(shí)施方式的結(jié)晶方法可為適用于實(shí)施方式1-5結(jié)晶步驟的方法，以得到具有高電流驅(qū)動(dòng)功率和高性能的TFT。和實(shí)施方式1與4一樣，可在激光(608)輻照步驟之前(該實(shí)施方式中在圖9D的步驟之前)進(jìn)行使結(jié)晶硅膜表面暴露于含氟化氫的酸中的第一吸雜步驟，或者和實(shí)施方式2與3一樣，可在激光輻照步驟之后(在圖9D的步驟之后)進(jìn)行。也可選擇與實(shí)施方式5一樣，在形成活性區(qū)域609之后進(jìn)行。
第七實(shí)施方式該實(shí)施方式涉及在活性區(qū)域中、如何設(shè)置如實(shí)施方式四或五所述用于除去催化元素的吸雜區(qū)域，該催化元素用于使半導(dǎo)體膜結(jié)晶。將參考圖10A-圖10D、圖11A和圖11B來(lái)描述該實(shí)施方式。
當(dāng)將該實(shí)施方式的制造方法用于第四或第五實(shí)施方式的TFT制造工序時(shí)，可在n-通道TFT和p-通道TFT的活性區(qū)域中形成各種形狀的吸雜區(qū)域。而且，通過(guò)控制使n-通道TFT活性區(qū)域中吸雜區(qū)域的面積一般等于p-通道TFT活性區(qū)域中的該面積、并且控制使吸雜區(qū)域與n-通道TFT的通道區(qū)域之間的距離一般等于p-通道TFT中的該距離，可使n-通道TFT中催化元素吸雜效率與p-通道TFT中的相匹配，以下將顯示活性區(qū)域中形成的吸雜區(qū)域形狀的例子。
需要指出的是，控制n-通道TFT活性區(qū)域中吸雜區(qū)域的面積一般等于p-通道TFT活性區(qū)域中的該面積的意思是，控制n-通道TFT的S/W比一般等于p-通道TFT的S/W比，其中W是活性區(qū)域(通道區(qū)域)的寬并且S是吸雜區(qū)域的面積。
圖10A表示的實(shí)例中，設(shè)置的吸雜區(qū)域73a和74a的每一個(gè)遠(yuǎn)離柵電極75a之下的活性區(qū)域中的通道區(qū)域(在活性區(qū)域的外圍部分)，并且具有平行延伸至柵電極75a的矩形，其角部分一般與活性區(qū)域的角部分成直線。
圖10B表示的實(shí)例中，設(shè)置的吸雜區(qū)域73a和74a的每一個(gè)遠(yuǎn)離柵電極75a之下的活性區(qū)域中的通道區(qū)域(在活性區(qū)域的外圍部分)，并且具有垂直延伸至柵電極75b的矩形，其角部分一般與活性區(qū)域的角部分成直線。
圖10C表示的實(shí)例中，設(shè)置的吸雜區(qū)域73a和74a的每一個(gè)遠(yuǎn)離柵電極75a之下的活性區(qū)域中的通道區(qū)域(在活性區(qū)域的外圍部分)，并且具有復(fù)雜的形狀，它包括平行延伸至柵電極75c的矩形部分和垂直延伸至柵電極75c的其它矩形部分，其角部分一般與活性區(qū)域的角部分成直線。與圖10A和圖10B相比，利用該設(shè)置可增加吸雜區(qū)域的面積，由此增加催化元素吸雜效率。
在這些設(shè)置中的任何一種中，吸雜區(qū)域的設(shè)置應(yīng)不阻止源區(qū)域和漏區(qū)域中形成的接觸部分(本文所用的術(shù)語(yǔ)“接觸部分”是指用于將TFTs電連接在一起的線被連接至活性區(qū)域的部分)之間的電流。具體的說(shuō)，圖10A的吸雜區(qū)域73a和74a的設(shè)置應(yīng)不阻止源區(qū)域71a中形成的接觸部分76a和漏區(qū)域72a中形成的接觸部分77a之間的電流。
而且，圖10B的吸雜區(qū)域73b和74b的設(shè)置應(yīng)不阻止連接于源區(qū)域71b的接觸部分76b和在漏區(qū)域72b中形成的接觸部分77b之間的電流。
而且，圖10C的吸雜區(qū)域73c和74c的設(shè)置應(yīng)不阻止源區(qū)域71c中形成的接觸部分76c和漏區(qū)域72c中形成的接觸部分77c之間的電流。
除了吸雜區(qū)域73d和74d分別與接觸部分76d和77d交疊之外，圖10D表示的設(shè)置與圖10C的設(shè)置基本相同，從而進(jìn)一步增加吸雜區(qū)域73d和74d的面積，以進(jìn)一步增加吸雜區(qū)域73d和74d的吸雜效率。吸雜區(qū)域73d和74d和接觸部分76d和77d之間的部分交疊基本上不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。但是，交疊面積應(yīng)不超過(guò)接觸部分76d和77d面積的一半。因此，考慮到照相平版印刷步驟中、將被形成的每個(gè)區(qū)域所用暴光裝置的校準(zhǔn)精確度，必須恰當(dāng)?shù)乜刂平佑|部分76d和77d與吸雜區(qū)域73d和74d之間的距離。需要指出的是，吸雜區(qū)域的設(shè)置不受該實(shí)施方式的限制，可以是任何的其它設(shè)置，只要不影響(阻止)源區(qū)域和漏區(qū)域之間的電流即可。
圖11E表示的實(shí)例中，多個(gè)柵電極75e穿過(guò)活性區(qū)域，該活性區(qū)域的多個(gè)通道區(qū)域被設(shè)置在柵電極75e之下。在多個(gè)柵電極之間形成了源區(qū)域71e(或漏區(qū)域72e)、吸雜區(qū)域78e和接觸部分79e。需要指出的是，與如圖10A-圖10D所示的設(shè)置一樣，吸雜區(qū)域73e和74e被形成于活性區(qū)域的外圍部分，并且源區(qū)域71e或漏區(qū)域72e和接觸部分76e和77e被形成于吸雜區(qū)域73e和74e之間。圖11A中的設(shè)置中，可選擇使吸雜區(qū)域73e與接觸部分76e交疊。但是交疊面積應(yīng)不超過(guò)接觸部分76e和77e面積的一半。
圖11F的實(shí)例中，也表示出多個(gè)柵電極75f穿過(guò)活性區(qū)域，該活性區(qū)域的多個(gè)通道區(qū)域被設(shè)置在柵電極75f之下。在圖11F中的設(shè)置中，兩個(gè)TFTs被串聯(lián)在一起并且同時(shí)享有一個(gè)活性區(qū)域，而且在它們之間的結(jié)處沒(méi)有提供接觸部分。因此，當(dāng)沒(méi)有必要從結(jié)處取出電信號(hào)時(shí)，可以利用該設(shè)置。該TFT電路實(shí)際上可用于計(jì)時(shí)轉(zhuǎn)換器和門鎖電路等。在多個(gè)柵電極之間形成了源區(qū)域71f(或漏區(qū)域72f)和吸雜區(qū)域78f。需要指出的是，與如圖10A-圖10D所示的設(shè)置一樣，吸雜區(qū)域73f和74f被形成于活性區(qū)域的外圍部分，并且源區(qū)域71f或漏區(qū)域72f和接觸部分76f和77f形成于吸雜區(qū)域73f和74f之間。在結(jié)區(qū)域中，吸雜區(qū)域78f的設(shè)置至少應(yīng)不阻止電流從接觸部分76f流向接觸部分77f。
需要指出的是，TFT活性區(qū)域的形狀其變化取決于TFT所需的電流量。本發(fā)明既可利用源/漏區(qū)域的寬與通道區(qū)域的寬相同的如圖10A-圖10D和圖11A以及圖11B所示的“無(wú)腰”設(shè)置，也可利用通道區(qū)域的寬比源/漏區(qū)域窄的“沙漏”設(shè)置。
不管吸雜區(qū)域的形狀任何，在吸雜熱處理中，當(dāng)催化元素移入吸雜區(qū)域時(shí)，吸雜區(qū)域的催化元素濃度增加至1×1019/cm3或更大。
該實(shí)施方式可與實(shí)施方式四或五結(jié)合使用。
第八實(shí)施方式圖12A-圖12B的每個(gè)方塊圖表示根據(jù)本發(fā)明制造的半導(dǎo)體器件。需要指出的是，圖12A表示用于模擬驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)型。該實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件包括源驅(qū)動(dòng)電路80、像素部分81和柵驅(qū)動(dòng)電路82。需要指出的是，這里所用的術(shù)語(yǔ)“驅(qū)動(dòng)電路”是源驅(qū)動(dòng)電路和柵驅(qū)動(dòng)電路的通稱。
源驅(qū)動(dòng)電路80包括移位寄存器80a、緩沖器80b和取樣電路(傳輸門)80c。柵驅(qū)動(dòng)電路82包括移位寄存器82a、電平移動(dòng)器82b和緩沖器82c。如果需要，可在取樣電路和移位寄存器之間設(shè)置電平移動(dòng)器。
而且，在該實(shí)施方式中，像素部分81包括多個(gè)均具有TFT的像素。
需要指出的是，也可將其它柵驅(qū)動(dòng)電路(未示出)設(shè)置在自柵驅(qū)動(dòng)電路82的像素部分81的其它側(cè)。
圖12B表示用于數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)型。該實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件包括源驅(qū)動(dòng)電路83、像素部分84和柵驅(qū)動(dòng)電路85。如圖12B所示，為了用于數(shù)字驅(qū)動(dòng)，可提供鎖存器(A)83b和鎖存器(B)83c來(lái)替代移位寄存器83a。源驅(qū)動(dòng)電路83包括移位寄存器83a、鎖存器(A)83b、鎖存器(B)83c、D/A轉(zhuǎn)換器83d和緩沖器83e。柵驅(qū)動(dòng)電路85包括移位寄存器85a、電平移動(dòng)器85b和緩沖器85c。如果需要，可在鎖存器83c和D/A轉(zhuǎn)換器83d之間設(shè)置電平移動(dòng)器電路。
以上所述構(gòu)型可通過(guò)上述第一至第七實(shí)施方式的制造工序來(lái)實(shí)現(xiàn)。盡管在該實(shí)施方式中僅說(shuō)明了像素部分和驅(qū)動(dòng)電路，但可根據(jù)本發(fā)明的制造工序，形成存儲(chǔ)器或微處理器。
第九實(shí)施方式根據(jù)本發(fā)明制造的CMOS電路和像素部分可用于活性矩陣液晶顯示器。因此，本發(fā)明可被用于包括該液晶顯示器在內(nèi)的任何電子裝置的顯示部分。
該電子裝置包括攝影機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、投影儀(背投型或前投型)、安裝磁頭的顯示器(防護(hù)型顯示器)、個(gè)人電腦、可攜帶的信息終端(例如手提電腦、便攜式電話或電子書)等。
通過(guò)本發(fā)明利用催化元素可能得到具有理想結(jié)晶度的結(jié)晶硅膜。而且，催化元素可被充分地吸雜，從而可改進(jìn)n-通道TFT和p-通道TFT的特性，由此實(shí)現(xiàn)了具有高可靠性并且電路特性穩(wěn)定的理想CMOS驅(qū)動(dòng)電路。再者，即使是包括模擬開(kāi)關(guān)部分的像素轉(zhuǎn)換TFT和取樣電路的TFT在內(nèi)的那些斷態(tài)漏電一直成問(wèn)題的TFTs，也可有效地抑制被認(rèn)為是由于催化元素的偏析而產(chǎn)生的漏電。結(jié)果是，可得到不存在顯示不均勻的理想顯示器。由于得到了不存在顯示不均勻的理想顯示器，可節(jié)約使用的光源并由此節(jié)省了能源消耗。因此，可得到能源消耗減少的電子裝置(比如便攜式電話、便攜式電子書和顯示器)。
如上所述，本發(fā)明的應(yīng)用范圍寬，并且可用于各種電子裝置。而且，可通過(guò)利用基于上述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式制造的顯示器來(lái)得到本發(fā)明的電子裝置。
本發(fā)明不受上述具體實(shí)施方式
的限制，可基于本發(fā)明的技術(shù)思路對(duì)其進(jìn)行各種修正。
例如，盡管上述實(shí)施方式中利用氫氟酸的蝕刻工序來(lái)實(shí)施第一吸雜步驟，但是也可選擇其它任何適宜的方法來(lái)除去催化元素的半導(dǎo)體化合物塊體(特別是大塊體和高級(jí)半導(dǎo)體化合物塊體)。
而且，盡管上述實(shí)施方式中，通過(guò)將鎳鹽溶液涂覆至非晶硅膜的表面，但是也可選擇在沉積非晶硅膜之前將鎳引至基膜表面，從而在晶體生長(zhǎng)的同時(shí)使鎳從非晶硅膜之下的層擴(kuò)散。而且，引入鎳的方法可以是任何其它適宜的方法。例如，可利用SOG(旋裝玻璃)材料作為鎳鹽的溶劑，以使鎳由SiO2膜擴(kuò)散。也可選擇的是，可利用濺射方法、汽相沉積方法或鍍覆方法引入薄膜形式的鎳，或通過(guò)離子摻雜方法直接將鎳引入。
而且，盡管在第一至第四實(shí)施方式中，第二吸雜步驟中利用磷，但是也可選擇使用砷和碲。盡管在第五實(shí)施方式中摻入了氬，但是氪和氙也是有效的。
利用本發(fā)明可充分地減少利用催化元素制造的結(jié)晶度理想的結(jié)晶半導(dǎo)體膜器件區(qū)域(特別是通道區(qū)域、或通道區(qū)域和源區(qū)域之間的結(jié)或通道區(qū)域和漏區(qū)域之間的結(jié))殘留的催化元素的量。利用具有該半導(dǎo)體膜的TFT，可抑制漏電的發(fā)生并且改進(jìn)可靠性，而且可得到高性能的半導(dǎo)體元件，該元件具有性能變化小的高穩(wěn)定性能。另外，可減少吸雜工序的其它步驟，從而簡(jiǎn)化了制造工序。結(jié)果是，可明顯改進(jìn)生產(chǎn)率并且減少半導(dǎo)體器件的制造成本。
因此，利用本發(fā)明可得到高性能的半導(dǎo)體元件，并且可利用簡(jiǎn)單的制造工序得到高度集成的高性能半導(dǎo)體器件。特別是，對(duì)于液晶顯示器而言，本發(fā)明在活性矩陣所需的像素轉(zhuǎn)換TFT的轉(zhuǎn)換特性方面提供了改進(jìn)，并且在集成性能和集成度方面提供了改進(jìn)，而該改進(jìn)是外圍驅(qū)動(dòng)電路部分的TFTs所需要的。因此，在活性矩陣部分和外圍驅(qū)動(dòng)電路部分形成于相同基體上的單片電路驅(qū)動(dòng)活性矩陣中，可減少模塊的尺寸、改進(jìn)其性能并且降低其成本。
盡管利用優(yōu)選的實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，可對(duì)公開(kāi)的發(fā)明進(jìn)行多種形式的改進(jìn)，并且可設(shè)想除上述具體描述的實(shí)施方式以外的其它方式。因此，意欲通過(guò)所附的權(quán)利要求來(lái)覆蓋所有在本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍之內(nèi)的修正。
權(quán)利要求
1.一種形成于絕緣表面上的半導(dǎo)體膜，其特征在于，半導(dǎo)體膜是結(jié)晶膜，包括能夠促進(jìn)所述半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體材料結(jié)晶的催化元素，和至少一個(gè)具有形成于其上的多個(gè)微孔的區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述半導(dǎo)體膜的至少一個(gè)區(qū)域基本上不包括所述催化元素的高級(jí)半導(dǎo)體化合物，并且所述催化元素在所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜中以固溶體的形式存在。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述半導(dǎo)體膜基本上由Si制成，所述催化元素是金屬元素M，并且所述高級(jí)半導(dǎo)體化合物具有MxSiy(x＞y)的組成。
4.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述半導(dǎo)體膜的至少一個(gè)區(qū)域基本上不包括所述催化元素的低級(jí)半導(dǎo)體化合物。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述半導(dǎo)體膜基本上由Si制成，所述催化元素是金屬元素M，并且所述低級(jí)半導(dǎo)體化合物具有MxSiy(x≤y)的組成。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，在所述半導(dǎo)體膜的至少一個(gè)區(qū)域中所述催化元素的濃度是1×1017原子/cm3或更小。
7.一種形成于絕緣表面上的半導(dǎo)體膜，其特征在于，半導(dǎo)體膜包括由結(jié)晶半導(dǎo)體層形成的活性區(qū)域，和能夠促進(jìn)所述半導(dǎo)體膜的半導(dǎo)體材料結(jié)晶的催化元素；所述活性區(qū)域包括第一區(qū)域和一對(duì)與所述第一區(qū)域相鄰且位于其對(duì)側(cè)的第二區(qū)域；并且所述半導(dǎo)體膜的所述第一區(qū)域包括多個(gè)微孔。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述第一區(qū)域基本上不包括所述催化元素的高級(jí)半導(dǎo)體化合物，并且所述催化元素在所述結(jié)晶半導(dǎo)體層中以固溶體的形式存在。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述結(jié)晶半導(dǎo)體層基本上由Si制成，所述催化元素是金屬元素M，并且所述高級(jí)半導(dǎo)體化合物具有MxSiy(x＞y)的組成。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述第一區(qū)域基本上不包括所述催化元素的低級(jí)半導(dǎo)體化合物。
11.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述結(jié)晶半導(dǎo)體層基本上由Si制成，所述催化元素是金屬元素M，并且所述低級(jí)半導(dǎo)體化合物具有MxSiy(x≤y)的組成。
12.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述催化元素在所述第一區(qū)域中的濃度是1×1017原子/cm3或更小。
13.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，在一對(duì)第二區(qū)域中的所述催化元素的濃度高于其在所述第一區(qū)域中的濃度。
14.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述催化元素在所述一對(duì)第二區(qū)域中的濃度范圍為1×1018原子/cm3～1×1020原子/cm3。
15.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述結(jié)晶半導(dǎo)體層的所述一對(duì)第二區(qū)域包括多個(gè)微孔。
16.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述結(jié)晶半導(dǎo)體層的所述一對(duì)第二區(qū)域基本上不包括所述催化元素的高級(jí)半導(dǎo)體化合物，并且所述催化元素在結(jié)晶半導(dǎo)體層中以固溶體的形式存在。
17.如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述結(jié)晶半導(dǎo)體層基本上由Si制成，所述催化元素是金屬元素M，并且所述高級(jí)半導(dǎo)體化合物具有MxSiy(x＞y)的組成。
18.如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述一對(duì)第二區(qū)域基本上不包括所述催化元素的低級(jí)半導(dǎo)體化合物。
19.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述結(jié)晶半導(dǎo)體層基本上由Si制成，所述催化元素是金屬元素M，并且所述低級(jí)半導(dǎo)體化合物具有MxSiy(x≤y)的組成。
20.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，在所述一對(duì)第二區(qū)域中所述催化元素的濃度是1×1017原子/cm3或更小。
21.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述一對(duì)第二區(qū)域包括提供n-型導(dǎo)電的VB族雜質(zhì)元素。
22.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述活性區(qū)域包括所述第一區(qū)域、所述一對(duì)第二區(qū)域以及能夠捕獲催化元素的吸雜區(qū)域。
23.如權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述催化元素在所述吸雜區(qū)域中的濃度高于其在所述第一區(qū)域中的濃度。
24.如權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述催化元素在所述吸雜區(qū)域中的濃度范圍為1×1018原子/cm3～1×1020原子/cm3。
25.如權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述催化元素在所述吸雜區(qū)域中的濃度高于其在所述第一區(qū)域和所述一對(duì)第二區(qū)域中的濃度。
26.如權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，非晶成分在所述吸雜區(qū)域中的含量大于其在所述第一區(qū)域和所述一對(duì)第二區(qū)域的含量。
27.如權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述吸雜區(qū)域包括提供n-型導(dǎo)電的VB族雜質(zhì)元素和提供p-型導(dǎo)電的IIIB族雜質(zhì)元素。
28.如權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述吸雜區(qū)域包括選自Ar、Kr和Xe中的至少一種稀有氣體元素。
29.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，除去所述催化元素的半導(dǎo)體化合物塊體導(dǎo)致形成多個(gè)微孔。
30.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述多個(gè)微孔的直徑范圍是0.05～1.0μm。
31.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，至少在所述第一區(qū)域，所述結(jié)晶半導(dǎo)體層的平均表面粗糙度Ra的范圍是4nm～9nm。
32.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體膜，其特征在于，所述催化元素是選自Ni、Co、Sn、Pb、Pd、Fe和Cu中的至少一種金屬元素。
33.一種制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，包括步驟(a)在絕緣表面上形成非晶半導(dǎo)體層；(b)向所述非晶半導(dǎo)體層添加能夠促進(jìn)結(jié)晶的催化元素，然后進(jìn)行第一熱處理，以使非晶半導(dǎo)體層結(jié)晶，由此得到結(jié)晶的半導(dǎo)體層；(c)進(jìn)行第一除雜工序以從所述半導(dǎo)體層中除去所述催化元素；以及(d)進(jìn)行與第一除雜工序不同的第二除雜工序以從所述半導(dǎo)體層中除去所述催化元素。
34.如權(quán)利要求33所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，所述步驟(c)包括至少除去存在于所述半導(dǎo)體層中的所述催化元素的半導(dǎo)體化合物的大塊體。
35.如權(quán)利要求33所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，所述步驟(d)包括移去仍存在于結(jié)晶半導(dǎo)體層中的至少一部分催化元素，以在所述結(jié)晶半導(dǎo)體層中形成低催化濃度區(qū)域，催化元素在所述低催化濃度區(qū)域的濃度低于其在其它區(qū)域的濃度。
36.如權(quán)利要求33所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，所述步驟(c)包括除去所述催化元素的高級(jí)半導(dǎo)體化合物的步驟，并且所述低催化濃度區(qū)域基本上不包括高級(jí)半導(dǎo)體化合物。
37.如權(quán)利要求36所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，所述結(jié)晶半導(dǎo)體層基本上由Si制成，所述催化元素是金屬元素M，并且所述高級(jí)半導(dǎo)體化合物具有MxSiy(x＞y)的組成。
38.如權(quán)利要求33所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，所述步驟(d)包括移去形成所述催化元素的低級(jí)半導(dǎo)體化合物的催化元素，并且所述低催化濃度區(qū)域基本上不包括低級(jí)半導(dǎo)體化合物。
39.如權(quán)利要求38所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，所述結(jié)晶半導(dǎo)體層基本上由Si制成，所述催化元素是金屬元素M，并且所述低級(jí)半導(dǎo)體化合物具有MxSiy(x≤y)的組成。
40.如權(quán)利要求33所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，所述步驟(d)包括移去所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜中以固溶體形式存在的所述催化元素。
41.如權(quán)利要求33所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，所述步驟(c)包括選擇性地蝕去所述催化元素的半導(dǎo)體化合物的步驟。
42.如權(quán)利要求41所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，利用至少含氟化氫的酸作為蝕刻劑進(jìn)行所述步驟(c)的蝕刻處理。
43.如權(quán)利要求33所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，所述步驟(d)包括使仍存在于結(jié)晶半導(dǎo)體膜中的形成所述催化元素半導(dǎo)體化合物的所述催化元素溶入所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜中的步驟。
44.如權(quán)利要求33所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，所述步驟(d)包括形成能夠捕獲所述催化元素的吸雜區(qū)域或吸雜層的步驟，和進(jìn)行第二熱處理以使仍存在于所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜中的所述催化元素被移動(dòng)至所述吸雜區(qū)域或所述吸雜層的步驟。
45.如權(quán)利要求44所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，非晶成分在所述吸雜區(qū)域或所述吸雜層的含量大于其在所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜的其它區(qū)域的含量。
46.如權(quán)利要求44所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，所述吸雜區(qū)域或所述吸雜層包括提供n-型導(dǎo)電的VB族雜質(zhì)元素。
47.如權(quán)利要求46所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，所述雜質(zhì)元素包括選自P、As和S中的至少一種元素。
48.如權(quán)利要求44所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，所述吸雜區(qū)域或所述吸雜層包括提供p-型導(dǎo)電的IIIB族雜質(zhì)元素。
49.如權(quán)利要求48所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，所述雜質(zhì)元素包括B和Al中的至少一種。
50.如權(quán)利要求44所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，所述吸雜區(qū)域或所述吸雜層包括選自Ar、Kr和Xe中的至少一種稀有氣體元素。
51.如權(quán)利要求44所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，包含于所述吸雜區(qū)域或所述吸雜層的至少一種雜質(zhì)元素和至少一種稀有氣體元素是通過(guò)離子注入法引入的。
52.如權(quán)利要求44所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，在所述步驟(d)后，還包括除去所述吸雜區(qū)域或所述吸雜層的步驟。
53.如權(quán)利要求33所述制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，所述步驟(b)包括向所述非晶半導(dǎo)體膜的區(qū)域選擇性地添加所述催化元素，然后進(jìn)行第一熱處理以使晶體生長(zhǎng)過(guò)程從已選擇性添加有所述催化元素的所述區(qū)域的側(cè)部進(jìn)行的步驟。
54.如權(quán)利要求33所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，所述步驟(b)包括在所述第一熱處理之后，利用激光輻照所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜的步驟。
55.如權(quán)利要求54所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，所述步驟(c)包括選擇性地蝕去所述催化元素的半導(dǎo)體化合物的步驟；和在所述第一熱處理步驟之后和所述步驟(b)的激光輻照步驟之前進(jìn)行蝕刻的步驟，該蝕刻步驟也作為表面清洗步驟。
56.如權(quán)利要求33所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，所述步驟(b)包括在所述第一熱處理之后，在所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜上形成絕緣膜的步驟；所述步驟(c)包括選擇性地蝕去所述催化元素的半導(dǎo)體化合物的步驟；在所述第一熱處理步驟之后和所述步驟(b)中形成絕緣膜的步驟之前進(jìn)行蝕刻步驟，該蝕刻步驟也作為表面清洗步驟。
57.如權(quán)利要求33所述的制造半導(dǎo)體膜的方法，其特征在于，催化元素是選自Ni、Co、Sn、Pb、Pd、Fe和Cu中的至少一種金屬元素。
58.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，包括步驟提供半導(dǎo)體膜，該半導(dǎo)體膜由權(quán)利要求33所述的制造半導(dǎo)體膜的方法制成；和制造其活性區(qū)域含有所述半導(dǎo)體膜的薄膜晶體管。
59.如權(quán)利要求58所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，所述活性區(qū)域包括通道區(qū)域、源區(qū)域和漏區(qū)域；并且制造所述薄膜晶體管的步驟包括在所述低催化濃度區(qū)域至少形成所述通道區(qū)域的步驟。
60.如權(quán)利要求59所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，所述制造薄膜晶體管的步驟包括在所述低催化濃度區(qū)域形成所述通道區(qū)域、所述源區(qū)域和所述漏區(qū)域的步驟。
61.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，所含的薄膜晶體管的活性區(qū)域中包括權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體膜。
62.如權(quán)利要求61所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述活性區(qū)域包括通道區(qū)域、源區(qū)域和漏區(qū)域，并且至少所述通道區(qū)域形成于所述第一區(qū)域中。
63.如權(quán)利要求62所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，在所述第一區(qū)域中形成所述通道區(qū)域、所述通道區(qū)域和所述源區(qū)域之間的結(jié)區(qū)域、以及所述通道區(qū)域和所述漏區(qū)域之間的結(jié)區(qū)域。
64.如權(quán)利要求63所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述通道區(qū)域和所述源區(qū)域之間的所述結(jié)區(qū)域、以及所述通道區(qū)域和所述漏區(qū)域之間的所述結(jié)區(qū)域均從其結(jié)界面大約延伸2μm以內(nèi)。
65.如權(quán)利要求61所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述活性區(qū)域包括通道區(qū)域、源區(qū)域和漏區(qū)域，所述通道區(qū)域形成于所述第一區(qū)域內(nèi)，并且所述源區(qū)域和所述漏區(qū)域形成于所述一對(duì)第二區(qū)域內(nèi)。
66.如權(quán)利要求61所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件還包括形成在位于所述通道區(qū)域之上的半導(dǎo)體膜上的柵絕緣膜，和形成為經(jīng)由所述柵絕緣膜與所述通道區(qū)域相對(duì)的柵電極；并且所述柵電極由金屬膜形成，該金屬膜包括選自W、Ta、Ti和Mo中的至少一種元素。
67.一種電子裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求61所述的半導(dǎo)體器件。
68.如權(quán)利要求67所述的電子裝置，還包括含有多個(gè)像素的顯示部分，其特征在于，通過(guò)所述半導(dǎo)體器件將顯示信號(hào)供給至多個(gè)像素的每一個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明的方法包括步驟在絕緣表面上形成非晶半導(dǎo)體層；向非晶半導(dǎo)體層添加能夠促進(jìn)結(jié)晶的催化元素，并且接著進(jìn)行第一熱處理，以使非晶半導(dǎo)體層結(jié)晶，由此得到結(jié)晶的半導(dǎo)體層；至少除去結(jié)晶半導(dǎo)體層中存在的大塊體催化元素半導(dǎo)體化合物；并且移去仍存在于結(jié)晶半導(dǎo)體層中的至少一部分催化元素，以在結(jié)晶半導(dǎo)體層中形成低催化濃度區(qū)域，該低催化濃度區(qū)域的催化元素濃度低于其它區(qū)域的濃度。
文檔編號(hào)H01L21/84GK1499647SQ200310114248
公開(kāi)日2004年5月26日 申請(qǐng)日期2003年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月8日
發(fā)明者牧田直樹(shù), 巖井道記, 森野慎也, 堤隆之, 也, 記 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社