專利名稱：半導體器件的制造方法
技術領域：
本發(fā)明申請是申請?zhí)枮镃N941119364.0(申請日為1994年12月2日)的專利申請的分案申請。
本發(fā)明涉及利用有結晶性的半導體制作的半導體器件及其制造方法。
使用薄膜半導體形成的薄膜晶體管(下稱TFT等)是已公知的。這種TFT是在襯底上形成薄膜半導體、使用該薄膜半導體構成的。這種TFT被用于各種集成電路，特別是電光學裝置、尤其作為設有有源矩陣型液晶顯示裝置的各像素的開關元件、作為在外圍電路部分形成的驅動元件引起了人們的普遍關注。
用于TFT的薄膜半導體，雖然使用無定形硅膜簡便，但是其電特性低。為了提高TFT的特性，可以使用具有結晶性的硅薄膜。具有結晶性的硅膜，被稱作多晶硅、聚硅、微晶硅等。為了制得這種具有結晶性的硅膜，可以首先形成無定形硅膜，然后通過加熱使之結晶化而得到。
但是，通過加熱進行結晶化，加熱溫度需600℃以上，加熱時間為10小時以上，這對于用玻璃作為襯底是有困難的。例如，在有源型液晶顯示裝置中使用的康寧7059玻璃的變形溫度是593℃，在大面積的襯底情況，對于加熱600℃以上是有問題的。
根據(jù)本發(fā)明人的研究，在無定形硅膜表面上沉積微量鎳或鈀以及鉛等元素，然后加熱，在550℃處理4小時，可以使之結晶化。
為了引進上述微量元素(促進結晶化的催化劑元素)，可以進行等離子體處理或蒸鍍，而且可利用離子注入。所謂等離子體處理，是在平行片型或陽極光柱型的等離子體CVD裝置中，使用含催化劑元素的材料作為電極，在氮或氫等氣氛中使之產生等離子體，從而在無定形硅膜上摻入催化劑元素的方法。
但是，上述元素在半導體中大量存在對于由這些半導體制作的器件的可靠性和電穩(wěn)定性會產生不利影響。這是不能令人滿意的。
也就是說，上述鎳等促進結晶化的元素(催化劑元素)，雖然在使無定形硅進行結晶化時是必要的，但是，希望盡量地不包含在已結晶化了的硅中，為了實現(xiàn)這一目的，作為催化劑元素要選擇在結晶性硅中惰性傾向強的，同時要使對于結晶化是必要的催化劑元素的量要盡量地少，必須用最低限量進行結晶化。因此，必須精密地控制引入上述催化劑元素的量。
另外，以鎳作為催化劑元素時，形成無定形硅膜、通過等離子體處理方法加入鎳，制造結晶性硅膜、通過詳細研究其結晶化過程等，已搞清楚了下述事項(1)在用等離子體處理法將鎳引入無定形硅膜中時、在進行熱處理之前，鎳已經侵入到無定形硅膜內的相當深度。
(2)結晶的起始晶核是從引入了鎳的表面處生成的。
(3)在使用蒸鍍法將鎳在無定形硅膜上成膜的場合，也與進行等離子體處理時同樣地發(fā)生結晶化。
從上述事項可以得出結論通過等離子處理而導入的鎳并不是全部有效地起作用，亦即，可以認為，即使大量的鎳被引入，也存在有未充分起作用的鎳。因此，可認為硅與鎳連接點(面)在低溫結晶化時起作用。而且可以得出需要將鎳盡可能分散成微細的原子狀的結論，亦即結論是「需要在無定形硅膜的表面附近，在低溫結晶化可能的范圍內，將濃度盡量低的鎳以原子狀分散地引入為最好」。
作為僅僅在無定形硅膜表面附近引入極微量鎳的方法，換言之，作為僅僅在無定形硅膜表面附近引入極微量促進結晶化的催化劑元素的方法，雖然可以舉出蒸鍍法，但是，問題是蒸鍍法不好控制，嚴密地控制催化劑元素的加入量是有困難的。
另外，已證實晶體生長是從引入上述促進結晶化的催化劑元素的區(qū)域向未引入催化劑元素的區(qū)域進行的。這樣，進行晶體生長的區(qū)域中催化劑元素的濃度是低的，作為半導體器件的活性層使用是非常有用的，但是，有選擇地引入催化劑元素的方法，在工業(yè)上還是有問題的。
本發(fā)明的目的是，在使用催化劑元素、于600℃以下熱處理而制造具有結晶性的薄膜硅半導體的過程中，達到下列要求(1)控制引入催化劑元素的量，并且將其控制在最低限度的量；(2)成為有選擇地引入催化劑元素的方法；
(3)成為高生產率的方法。
本發(fā)明為滿足上述要求，采用下述手段得到了有結晶性的硅膜。
緊挨著在表面上利用光刻形成了掩膜圖案的無定形硅膜上，保持促進該無定形硅膜結晶化的催化劑元素單質或含有該催化劑元素的化合物，在上述催化劑元素單質或含該催化劑元素的化合物與上述無定形硅膜處于相連接的狀態(tài)下進行加熱處理，使上述無定形硅膜結晶化。
具體地說，是將含催化劑元素的溶液涂敷在利用光刻形成所希望的圖案的無定形硅膜表面上，通過進行催化劑元素的引入實現(xiàn)上述的構成。
本發(fā)明的一個突出特征是，在與利用光刻形成掩膜圖案的無定形硅膜的表面相接的情況下導入催化劑元素。
另外，本發(fā)明的特征是，使用通過催化劑元素的作用而被結晶化的結晶性硅膜構成具有半導體器件的PN、PI、NI等的至少一種電學結的活性區(qū)為特征。作為半導體器件，可以舉出薄膜晶體管(TFT)、二極管、光敏感元件。
采用本發(fā)明的構成方案，可得到如下基本結果(a)溶液中的催化劑元素濃度經預先嚴格控制，能夠達到有更高的結晶性而且所含該元素的量更少。
(b)只要將溶液與無定形硅膜表面相接觸，被引入無定形硅膜中的催化劑元素的量由溶液中的催化劑元素的濃度決定。
(c)吸附在無定形硅膜表面上的催化劑元素，主要用于促進結晶化，因此可以以必要的最小濃度引入催化劑元素。
(d)利用光刻圖有選擇地引入催化劑元素，利用從催化劑元素的引入?yún)^(qū)域橫向結晶生成的區(qū)域容易地形成半導體器件。
作為在無定形硅膜上涂敷含有促進結晶化的元素的溶液的方法，涂敷溶液可以使用水溶液、有機溶劑溶液等。這里所說的“含有”，包括下述二種含義，即作為化合物含有和只通過分散使含有的意思。這些溶液需要考慮與加入的含催化劑元素的化合物的適宜性，以及與薄膜表面的接觸角來進行決定。特別是圖案微細的情況下，使用接觸角小的材料，連圖案內部都可以均勻處理。
含有催化劑元素的溶劑，可以從極性溶劑例如水、醇、酸、氨中選擇使用。
使用鎳作為催化劑，在鎳含于極性溶劑中的場合，鎳是以鎳的化合物被引入的。作為這種鎳化合物可以從具有代表性的溴化鎳、乙酸鎳、草酸鎳、碳酸鎳、氯化鎳、碘化鎳、硝酸鎳、硫酸鎳、甲酸鎳、乙酰丙酮鎳、4-環(huán)己基丁酸鎳、氧化鎳、氫氧化鎳中選擇使用。
含催化劑元素的溶劑是非極性溶劑時，可以從苯、甲苯、二甲苯、四氯化碳、氯仿、醚類、三氯乙烯、氫氟烴中選擇使用。再有，這里所說的極性、非極性并不是嚴格的指有無偶極矩，而是基于一般的化學性質而說的。
這時，鎳是以鎳的化合物的形式被引入的。這種鎳化合物有代表性的，可從乙酰丙酮鎳、2-乙基己酸鎳中選擇使用。
另外，在含催化劑元素的溶液中加入表面活性劑也是有用的。這是為了提高對于被涂敷表面的粘合性，控制吸附性。這種表面活性劑也可以預先涂敷在被涂敷的表面上。
在鎳單質被用作催化劑元素的場合，需要將其溶于酸制成溶液。
以上描述的雖然是使用將催化劑元素鎳完全溶解的溶液例子，但是，也可以使用鎳未完全溶解，由鎳單質或鎳化合物組成的粉末均勻地分散在分散劑中的乳濁液。
以上所述，對于使用鎳以外的材料作為催化劑元素也同樣適用。
使用鎳作為促進結晶化的催化劑元素，在使用水之類的極性溶劑作為含鎳溶液的溶劑的場合，如果在無定形硅膜上直接涂敷這些溶液，往往含有不沾溶液的情況出現(xiàn)。這時，首先形成100以下的薄氧化膜，在其上涂敷含催化劑元素的溶液，這樣就能夠均勻地涂敷溶液。另外在溶液中添加表面活性劑之類的物質，對于改善潤濕性也是有效的。
另外，作為溶液，使用象2-乙基己酸鎳的甲苯溶液這樣的非極性溶劑，可以在無定形硅膜表面上直接涂敷。這時，預先涂敷像在保護膜涂敷時使用的粘著劑這樣的物質是有效的。但是，必須注意，涂敷量過多時，相反會妨礙向無定形硅中添加催化劑元素。
溶液中所含的催化劑元素的量，也與溶液的種類有關，作為大致的傾向，鎳量相對于溶液可為200ppm～1ppm，最好是50ppm-1ppm(按重量換算)這是根據(jù)在結晶化結束后的膜中的鎳濃度和耐氫氟酸性決定的值。
利用在無定形硅膜表面上形成的保護性掩膜，選擇性地涂敷含催化劑元素的溶液，可以有選擇的進行晶體生長。特別是，這時在硅膜表面上從涂敷了溶液的區(qū)域向未涂敷溶液的區(qū)域，能夠在大致平行的方向上進行晶體生長。在本說明書中把在該硅膜表面上以大致平行的方向進行晶體生長的區(qū)域稱作在橫向上晶體生長的區(qū)域。
另外，已確認在該橫向上進行晶體生長的區(qū)域，催化劑元素的濃度低。作為半導體器件的活性層區(qū)域，利用結晶性硅膜是有益的，在活性層區(qū)域中雜質濃度低是所希望的。因此，利用上述橫向上進行晶體生長的區(qū)域形成半導體器件的活性層區(qū)域，在器件制造上是有用的。
本發(fā)明中使用鎳作為催化劑元素可以得到最顯著的效果，其它可利用的催化劑元素的種類，理想的有Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、P、As、Sb。另外，還可以使用從VIII族元素、IIIb、IVb、Vb元素中選擇的一種或幾種元素。
用Fe(鐵)作為催化劑元素時，作為鐵的化合物可以使用下列已知的鐵鹽，例如，溴化亞鐵(FeBr2·6H2O)、溴化鐵(FeBr3·6H2O)、乙酸鐵(Fe(C2H3O2)3·xH2O)、氯化亞鐵(FeCl2·4H2O)、氯化鐵(FeCl3·6H2O)、氟化鐵(FeF3·3H2O)、硝酸鐵(Fe(NO3)3·9H2O)、磷酸亞鐵(Fe3(PO4)2·8H2O)、磷酸鐵(FePO4·2H2O)。
用Co(鈷)作為催化劑元素時，作為它的化合物可以使用下列鈷鹽，例如，溴化鈷(CoBr·6H2O)、乙酸鈷(Co(C2H3O2)2·4H2O)、氯化鈷(COCl2·6H2O)、氟化鈷(CoF2·xH2O)、硝酸鈷(Co(NO3)2·6H2O)。
用Ru(釕)作為催化劑元素時，作為其化合物可以使用下列已知的釕鹽，例如氯化釕(RuCl3·H2O)。
用Rh(銠)作為催化劑元素時，作為它的化合物可以使用已知的銠鹽，例如，氯化銠(RhCl3·3H2O)。
用Pd(鈀)作為催化劑元素時，作為它的化合物可以使用已知的鈀鹽，例如氯化鈀(PdCl2·2H2O)。
用Os(鋨)作為催化劑元素時，作為它的化合物可以使用已知的鋨鹽，例如氯化鋨(OsCl3)。
用Ir(銥)作為催化劑元素時，作為它的化合物可以使用已知的銥鹽，例如三氯化銥(Ircl3·3H2O)、四氯化銥(IrCl4)。
用Pt(鉑)作為催化劑元素時，作為它的化合物可以使用已知的鉑鹽，例如氯化鉑(PtCl4·5H2O)。
用Cu(銅)作為催化劑元素時，作為它的化合物，可從乙酸銅(Cu(CH3·COO)2)、氯化銅(CuCl2·2H2O)、硝酸銅(Cu(NO3)2·3H2O)中選用。
用Au(金)作為催化劑元素時，作為它的化合物，可從三氯化金(AuCl3·xH2O)、氯化金鹽(AuHCl4·4H2O)、四氯金鈉(AuNaCl4·2H2O)中選用。
另外，催化劑元素的引入方法，并不限于使用水溶液和乙醇等溶液，可以廣泛地利用含有催化劑元素的物質，例如，可以使用含有催化劑元素的金屬化合物或氧化物。


圖1表示實施例的制造工序。
圖2表示實施例的制造工序。
符號的說明11......玻璃襯底12......無定形硅膜13......氧化硅膜14......含有鎳的乙酸溶液膜15......旋轉器[實施例1]本實施例是有關利用光刻掩膜在無定形硅膜表面上形成所希望的掩膜圖案，通過從該掩膜圖案上涂敷含鎳溶液，在無定形硅膜上有選擇的引入鎳的例子。
圖1表示本實施例中的制造工序的示意圖。首先，在玻璃襯底(康寧7059，10cm角)上形成起遮蔽作用的抗蝕圖21。掩膜可以是正型，也可以是負型。
采用通常的光致蝕刻圖案形成工序，形成必要的光致蝕刻掩膜21的圖案。然后，在氧氣氛中用紫外線照射，形成薄的氧化硅膜20。這種氧化硅膜20的制作是通過在氧氣氛中用UV光照射5分鐘進行的。該氧化硅膜20的厚度為20～50(圖1(A))。
這種極薄的氧化硅膜20是為了改善在后續(xù)的工序中涂敷的含鎳溶液在無定形硅膜12上的潤濕性。另外，代替使用UV光。用加熱至70℃的過氧化氫水浸漬5分鐘而得到氧化膜也是可以的。此外利用加熱形成氧化膜也是可以的。
在這種狀態(tài)下，滴下(10cm見方襯底的場合)5ml含有100ppm鎳的乙酸鹽溶液。在該乙酸鹽溶液中加入表面活性劑，通過刻蝕劑作到了溶液不再被排拒。這種溶液的涂敷是用旋涂器以50rpm的轉速旋轉涂敷10秒鐘，使整個襯底表面上形成均勻的水膜。進行在這種狀態(tài)下，保持5分鐘后，用旋轉器以2000rpm的轉速，進行60秒的轉動干燥。這種“保持”操作也可以在旋涂器上一邊以0～150rpm的轉速轉動一邊同時進行(圖1(B))。
然后，通過氧拋光將光刻掩膜21除去，形成有選擇性的吸附鎳元素的區(qū)域，光刻掩膜的除去也可以通過在氧中進行退火來實現(xiàn)。
然后，通過在550度(氮氣氛)、4小時的加熱處理，使無定形硅膜12結晶化。這時，從引入鎳的區(qū)域22、按23所示的方向，向未引入鎳的區(qū)域在橫向上進行晶體生長。在圖1(C)中，24是直接引入鎳進行結晶化的區(qū)域，25是在橫向上進行結晶化的區(qū)域。業(yè)已證實區(qū)域25在大致<111>軸方向上進行晶體生長。
在經過上述加熱處理結晶化的工序之后，進行激光或強光照射退火是有效的。這可使結晶性硅膜的結晶性效果進一步提高。作為激光可以用KrF準分子激光或XeCl激光，作為強光使用紅外光也是有效的。因為紅外光難以被玻璃基片吸收，而可被硅選擇性地吸收，因而可得到大的退火效果。
在本實施例中，通過改變溶液濃度和保持時間，在鎳被直接引入的區(qū)域中，可以將鎳的濃度控制在1×1016原子·厘米-3～1×1019原子·厘米-3的范圍。同樣可將橫向生長區(qū)域的濃度控制在低于上述濃度范圍。
按本實施例所述方法形成的結晶硅膜具有良好的耐氧氟酸性，根據(jù)本發(fā)明人的知識，用等離子體處理引入鎳，經結晶化得到的結晶性硅膜其耐氫氟酸性是低的。
例如，在結晶性硅膜上形成作為柵極絕緣膜或層間絕緣膜而起作用的氧化硅膜，然后為了形成電極經過開孔工序，有時形成電極的操作是必要的。這時，普通采取用緩沖氫氟酸除去氧化硅膜的工序。但是，在結晶性硅膜的耐氫氟酸性低時，只除去氧化硅膜是困難的，有可能產生腐蝕結晶性硅膜的問題。
但是，對于結晶性硅膜具有耐氫氟酸性的情況來說，氧化硅膜和結晶性硅膜的腐蝕速度的差異(選擇比)增大，因此，能夠選擇性的僅僅除去氧化硅膜，這在制造工序上具有非常大的意義。
如上所述，在橫向上結晶成長的區(qū)域，催化劑元素的濃度小而且結晶性好，所以把這個區(qū)用作半導體器件的活性區(qū)是有用的。例如，用作薄膜晶體管的溝道形成區(qū)是極其有用的。本實施例是使催化劑元素鎳含在非水溶液醇中，涂敷在無定形硅膜上的例子。本實施例中作為鎳的化合物使用的是乙酰丙酮鎳，使該化合物含在醇中，只要使鎳的濃度成為所需要的濃度即可。之后的工序與實施例1的相同。
下面對具體條件進行說明。首先，作為鎳化合物，準備好乙酰丙酮鎳。該物質在醇中是可溶的，由于分解溫度低，所以在結晶化工序中加熱時可能容易分解。
作為醇使用乙醇，為了調制成含鎳量為100ppm，首先將乙醇中的乙酰丙酮鎳的量換算成鎳的量，制備好含鎳的溶液。
將該溶液涂敷在利用光刻漆形成所希望的光刻圖的無定形硅膜上。這里之所以使用光刻清漆，是因為在300℃烘烤了的光刻清漆，在醇中是不溶解的。另外，無定形硅膜，在形成氧化硅的基底膜(2000厚)的100mm見方的玻璃襯底上，厚度為1000，是用等離子體CVD法形成的。
在上述無定形硅膜上溶液的涂敷，比實施例1使用水溶液的場合少就可以達到目的。這是由于醇的接觸角比水的更小。這里，相對于100mm見方的面積，滴2ml就可以。
在該狀態(tài)保持5分鐘。然后，用旋轉器進行干燥，這時旋轉器以1500rpm的轉速轉動1分鐘。接著在350℃、在氮氣氛中加熱60分鐘，使鎳鹽分解。在這過程中鎳向無定形硅膜內擴散，催化劑元素鎳被引入到無定形硅膜內。然后，利用肼進行濕腐蝕或通過拋光除去由光刻清漆形成的掩膜。接著在550℃加熱4小時進行結晶化。這樣就得到了具有結晶性的硅膜。
當然，在本實施例中也與實施例1同樣地從引入催化劑元素的區(qū)域向未引入催化劑元素的區(qū)域進行晶體生長，從而得到在橫向上晶體生長的結晶性硅區(qū)域。本實施例是通過在形成光刻圖的無定形硅膜上形成含催化劑元素鎳的氧化膜，有選擇性地引入催化劑元素鎳的例子。
本實施例是使用含有促進結晶化的催化劑元素的OCD溶液，在無定形硅膜上形成含上述催化劑元素的氧化膜，然后通過加熱使之結晶化的例子。所謂OCD溶液是“東京應化工業(yè)公司的Ohka DiffusionSource”，是將硅化合物和添加物溶于有機溶劑中形成的溶液。該溶液涂敷后通過烘烤可以簡便地形成氧化硅膜。另外，還可以容易形成添加雜質的氧化硅膜。
本實施例中使用康寧7059玻璃作為襯底。其大小為100mm×100mm。
首先，通過等離子CVD法或LPCVD法形成100～1500的無定形硅膜。這里成膜厚度為1000。
為了除掉污染和天然氧化膜，進行氫氟酸處理，形成所希望的光刻圖。這時需要選擇對于OCD溶液中所含的有機溶劑具有耐受性的光刻膠材料。
然后形成含催化劑元素鎳的氧化膜。該氧化膜是用以下原料制作的。該氧化膜由圖1所示實施例1中被涂敷溶液14的部分所形成。
首先，作為基礎使用東京應化工業(yè)公司制造的OCD Type2Si59000，將乙酰丙酮鎳(II)溶于醋酸甲酯中，然后與上述OCD溶液混合，調整制備含SiO2為2.0重量％、鎳為200～2000ppm的溶液。
將該溶液10ml向無定形硅膜表面滴下，用旋涂器以2000rpm的轉速進行旋轉涂敷。隨后在150℃預烘烤30分鐘，形成含鎳的氧化硅膜，厚度約為1300。預烘烤溫度可以根據(jù)鎳化合物的分解溫度決定。
用剝離液將光刻膠除去。然后在加熱爐中，在550℃和氮氣氛中進行4小時加熱處理。結果可得到在襯底上形成的有結晶性的硅薄膜。同時從引入鎳的區(qū)域向未引入鎳的區(qū)域在橫向上進行結晶生長。
上述加熱處理可以在450℃以上的溫度進行，如果溫度低，加熱時間就必須延長，生產效率下降。如果加熱溫度超過550℃，作為襯底使用的玻璃襯底的耐熱性就將發(fā)生問題。
OCD溶液中的鎳元素的濃度是由與OCD溶液中SiO2濃度的相互關系決定的。不是單方面決定的。而且，取決于結晶化時的加熱溫度和加熱時間，從由OCD形成的氧化硅膜向結晶性硅膜中的擴散量有所不同，因而，必須在也考慮這些因素的基礎上決定鎳元素的濃度。本實施例中表示選擇性地引入鎳，利用從該部分在橫向(與襯底平行方向)上進行結晶生長的區(qū)域形成電子器件的例子。采用這種構成時，可以進一步降低在器件活性層區(qū)的鎳濃度，從器件的電穩(wěn)定性和可靠性方面，可認為這是很理想的構成。
作為本實施例中的鎳元素引入方法，采用實施例1～實施例3中的哪一種方法都可以。
本實施例是關于用來控制有源矩陣的象素的TFT的制造工序。圖2表示本實施例的制作工序。首先，將襯底201洗凈、用TEOS(四乙氧基硅烷)和氧作為原料氣體，采用等離子體CVD法形成厚度為2000的氧化硅底膜202。然后。通過等離子體CVD法形成厚度為500～1500(例如1000)的本征(I型)無定形硅膜203。接下來形成掩膜205。這樣就形成無定形硅膜的曝露區(qū)域206。
用實施例1所示的方法，涂敷含有促進結晶化的催化劑鎳元素的溶液(這里是乙酸鹽溶液)。乙酸溶液中鎳的濃度是100ppm。其詳細工序和條件與實施例1相同。該工序用實施例2或實施例3所示的方法也是可以的。
然后，在氮氣氛中和500～620℃(例如550℃)下進行4小時的加熱退火，使硅膜203結晶化。結晶化是以鎳和硅膜的接觸區(qū)206作為出發(fā)點，按照箭頭所示與襯底平行的方向上進行結晶生長。圖中區(qū)域204表示鎳被直接引入而結晶化的部分，區(qū)域203表示在橫向上進行結晶化的部分。該203區(qū)表示的在橫向上的結晶，約為25μm。業(yè)已證實其結晶生長方向大致是<111>軸向(圖2(A))。
接著，除去氧化硅膜205。這時也同時除去在206區(qū)表面形成的氧化膜。然后，將硅膜204形成布線圖案后、經干腐蝕、形成島狀的活性層區(qū)208。這時，圖2(A)中206表示的區(qū)域，是鎳直接被引入的區(qū)域，是鎳的高濃度區(qū)域。另外已確認結晶生長的頂端，也同樣存在鎳的高濃度。業(yè)已證實。這些區(qū)域與其中間的區(qū)域相比，鎳的濃度是高的。從而，本實施例中，在活性層208，這些鎳的高濃度區(qū)與溝道形成區(qū)做到了不重疊。
然后，在含100體積％水蒸氣的10個大氣壓、500～600℃(有代表性的是550℃)的氣氛中，放置1小時，使活性層(硅膜)208的表面氧化，形成氧化硅膜209。氧化硅膜的厚度為1000。經熱氧化形成氧化硅膜209之后，使襯底保持在氨氣氛(1個大氣壓、100％)、400℃的條件下。在該狀態(tài)下，用波長在0.6～4μm(例如0.8～1.4μm)有峰值的紅外光對襯底照射30～180秒，對氧化硅膜209施行氮化處理。另外，這時，也可以將0.1～10％的HCl混入上述氣氛中。
用鹵燈作為紅外線的光源。紅外光的強度，調整到使監(jiān)測器的單晶硅晶片上的溫度為900～1200℃。具體地說，就是監(jiān)控嵌入硅片的熱電偶的溫度并將其反饋到紅外線光源。本實施例中，升溫按一定的速度，即50～200℃/秒，降溫是自然冷卻到20～100℃。由于這種紅外光照射就是選擇性地加熱硅膜，所以能夠把對玻璃襯底的加熱控制到最小限度(圖2(B))。
接著，用濺射法形成厚度3000～8000(例如6000)的鋁膜(含鈧0.01～0.2％)。然后，將鋁膜形成圖案，成為柵電極210。(圖2(C))。
進而，將該鋁電極的表面進行陽極氧化、在表面形成氧化物層211。該陽極氧化在含有1～5％酒石酸的乙二醇溶液中進行。得到的氧化物層211的厚度是2000。再有，因為該氧化物211，在后續(xù)的離子摻雜工序中成為形成補償柵區(qū)的厚度，所以補償柵區(qū)的長度可以在上述陽極氧化工序中決定。(圖2(D))。
接著，采用離子摻雜法(也稱作等離子體摻雜法)，以柵電極部分即柵電極210和其周圍的氧化層211作為掩膜，向活性層區(qū)(構成源極/漏極、溝道)中添加賦予自(身)匹配的N導電型和雜質(這里是磷)。摻雜氣體使用磷化氫(PH3)，加速電壓為60～90KV，例如80KV。劑量為1×1015～8×1015cm-2，例如為4×1015cm-2。結果，可形成N型雜質區(qū)212和213。從圖中也可看到雜質區(qū)與柵電極之間只有距離X被拋下成為偏置狀態(tài)。這樣的偏置狀態(tài)，特別是在減小對柵電極加反向電壓(N溝道TFT場合是負值)時的漏電流(也稱斷態(tài)電流)方面是有效的。尤其是，在控制像本實施例的有源矩陣象素的TFT上，為了得到良好的圖面，希望在象素電極上累積的電荷不逃逸，減少漏電流，因此設置偏置是有效的。
然后，通過激光照射進行退火。激光使用的是KrF準分子激光(波長248nm，脈沖寬度20nsec)，也可以使用其他激光。激光照射條件是，能量密度為200～400mJ/cm2，例如250mJ/cm2，一處進行2-10次照射，例如一個地方照射2次。由于這種激光照射時將襯底加熱到200～450℃，因此也可使效果增大。(圖2(E))。
接著，通過等離子體CVD法形成厚度6000的氧化硅膜214作為層間絕緣物。進而，通過旋轉涂敷法形成透明的聚酰亞胺膜215，將表面平整化。在這樣形成的平面上采用濺射法形成厚度800的透明導電性膜(ITO膜)，將其進行圖案形成，形成象素電極216。
然后，在層間絕緣物214、215上形成接觸孔，利用金屬材料，例如氮化鈦和鋁的多層膜形成TFT的電極·布線217、218。最后，在1個氣壓的氫氣氛中和350℃下進行30分鐘的退火，完成了具有TFT的有源矩陣的象素電路。(圖2(F))。
利用光刻膠保護膜選擇性地引入催化劑元素，在低溫、短時間使之結晶化，用得到的結晶性硅膜制造半導體器件，可得到生產率高、特性好的器件。
另外，在實施例中是在襯底上涂敷含催化劑元素的溶液，不過預先在襯底表面上涂敷這種溶液，在其上形成無定形硅膜也未偏離本發(fā)明的主題。
權利要求
1.半導體裝置的制造方法，包括在襯底上方形成含有無定形硅的膜的工序；在上述含有無定形硅的膜上用光刻膠形成掩膜的工序；將上述含無定形硅的膜的暴露區(qū)域氧化，從而形成含氧化硅的膜的工序；在上述含氧化硅的膜上涂敷將含催化劑元素的化合物溶解或分散在極性溶劑中得到的溶液的工序；以及對上述含無定形硅的膜進行加熱處理，從而使之結晶化的工序。
2.權利要求1所述的半導體裝置的制造方法，其特征是，作為上述極性溶劑，使用選自水、醇、酸、氨水中的一種或幾種。
3.權利要求1所述的半導體裝置的制造方法，其特征是，作為上述催化劑元素，使用鎳，該鎳可制成鎳的化合物使用。
4.權利要求3所述的半導體裝置的制造方法，其特征是，作為上述鎳的化合物，使用選自溴化鎳、乙酸鎳、草酸鎳、碳酸鎳、氯化鎳、碘化鎳、硝酸鎳、硫酸鎳、甲酸鎳、乙酰丙酮鎳、4-環(huán)己基丁酸鎳、氧化鎳、氫氧化鎳中的至少一種。
5.半導體裝置的制造方法，包括在襯底上方形成含有無定形硅的膜的工序；在上述含有無定形硅的膜上用光刻膠形成掩膜的工序；在上述含無定形硅的膜的暴露區(qū)域，涂敷將含催化劑元素的化合物溶解或分散在極性溶劑中并且混合表面活性劑而得到的溶液的工序；以及對上述含無定形硅的膜進行加熱處理，從而使之結晶化的工序。
6.權利要求5所述的半導體裝置的制造方法，其特征是，作為上述極性溶劑，使用選自水、醇、酸、氨水中的一種或幾種。
7.權利要求5所述的半導體裝置的制造方法，其特征是，作為上述催化劑元素，使用鎳，該鎳可制成鎳的化合物使用。
8.權利要求7所述的半導體裝置的制造方法，其特征是，作為上述鎳的化合物，使用選自溴化鎳、乙酸鎳、草酸鎳、碳酸鎳、氯化鎳、碘化鎳、硝酸鎳、硫酸鎳、甲酸鎳、乙酰丙酮鎳、4-環(huán)己基丁酸鎳、氧化鎳、氫氧化鎳中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明的目的是，在使用促進結晶化的催化劑元素于550℃進行4小時加熱處理而得到結晶性硅的方法中，精確地控制催化劑元素的引入量。在玻璃襯底11上形成的無定形硅膜12，進而在該無定形硅膜12上形成掩膜21，將含有10～200ppm(需調整)鎳等催化劑元素的乙酸鹽溶液(或其它水溶液)14滴下。在該狀態(tài)下保持一定的時間，用旋轉器15進行旋轉干燥，然后在550℃進行4小時加熱處理，得到結晶性硅膜。
文檔編號H01L21/84GK1624866SQ20041008618
公開日2005年6月8日 申請日期1994年12月2日 優(yōu)先權日1993年12月2日
發(fā)明者大谷久, 安達廣樹, 宮永昭治, 高山徹 申請人:株式會社半導體能源研究所