專利名稱：半導(dǎo)體、半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種獲得用于薄膜器件例如薄膜絕緣柵型場效應(yīng)晶體管(薄膜晶體管，或TFTs)中的晶態(tài)半導(dǎo)體的方法。
通常，在薄膜器件如薄膜絕緣柵型場效應(yīng)晶體管(TFTs)中使用中的晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜是在一個絕緣表面如由等離子體CVD法或熱CVD法制成的絕緣襯底上形成一個非晶態(tài)硅膜，并然后將該膜放在一個電爐或類似裝置中在超過600℃的溫度下經(jīng)過兩小時的長周期或更長的時間使其晶體化而被制造出來的。為了獲得特別好的性能(高場效應(yīng)遷移率及高可靠性)需要進行甚至更長時間的熱處理。
但是，出現(xiàn)了與這種傳統(tǒng)的方法相關(guān)的一些問題。一個問題是生產(chǎn)率低并因此成本高，例如，如果該結(jié)晶過程需要24小時，及如果每個襯底的處理時間為2分鐘，在相同的時間內(nèi)必須處理720個襯底，然后，例如在通常使用的管形爐中能被一次處理的最多襯底數(shù)目為50，及當(dāng)僅使用一個裝置(反應(yīng)管)時，每個襯底所用的時間為30分鐘，換句話說，為了使每個襯底的處理時間變成2分鐘，則必須使用多達15個反應(yīng)管。這意味著所需資本投資的規(guī)模大并且投資的折舊消耗值大及產(chǎn)品的成本高。
另一個問題是熱處理的溫度。通常使用在TFTs制造中的襯底通常分為由純氧化硅如石英玻璃組成的類型，和無堿硼酸鹽玻璃類型、如Corning公司的7059號產(chǎn)品(以下稱為Corning 7059)。在這兩組中，在前者的情況下，由于它們具有極佳的耐熱性能故能以普通半導(dǎo)體集成電路塊工藝中處理襯底相同的方式處理，對于加熱是沒有問題的。但是它們價格高，其成本隨表面積增加指數(shù)地迅速增加。因此在目前它們僅被使用在相對小面積的TFT集成電路中。
另一方面，無堿玻璃與石英相比較能滿足低成體;但是它的耐熱性是一個問題，并且因為它的變形點一般約為550°～650℃，而在特別容易獲得的材料情況下其變形點低于600℃，使用在600℃時的熱處理引起了不可逆的收縮及卷曲問題。這些問題對于對角線超過10英吋的大襯底尤為顯著。因為這樣的原因，將與硅半導(dǎo)體膜的結(jié)晶相關(guān)地加予考慮，即低于550℃及小于4小時的熱處理條件對于降低成本是不可缺需的。本發(fā)明的目的是提供一種制造半導(dǎo)體的方法，該方法脫離以上這些條件，及一種其中使用這種半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件的制造方法。
本發(fā)明的特征在于利用形成一個膜，即在可描述為非晶態(tài)狀態(tài)或?qū)嵸|(zhì)上為非晶態(tài)狀態(tài)(例如其中具有良好結(jié)晶度的部分與非晶態(tài)部分共同存在的狀態(tài))的一種無規(guī)則狀態(tài)中的硅膜上或其下面形成含有鎳，鐵，鈷，鉑或鈀的島狀膜，點，線，顆粒，束狀物或類似物，并將它在低于常規(guī)非晶態(tài)硅結(jié)晶溫度下，并最好在低于該常規(guī)溫度20至150℃的溫度下，或在低于襯底的玻璃轉(zhuǎn)變點的溫度、如低于580℃的溫度下進行退火。
就傳統(tǒng)的硅膜結(jié)晶來說，在其中制作島狀晶態(tài)膜并將它用作晶核及形成固態(tài)處延生長的晶種的方法已經(jīng)被提出了(例如日本公開專利公報H1-214110)。但是利用這種方法，在溫度低于600℃時幾乎不發(fā)生晶體生長過程。將硅襯底從非晶態(tài)狀態(tài)變?yōu)榻Y(jié)晶狀態(tài)通常包括這樣的過程，在其中將非晶態(tài)狀態(tài)中的分子鏈切斷，并使這些切斷的分子不再與另外的分子相結(jié)合，將這些分子導(dǎo)入到具有某些晶體特性的分子中并重構(gòu)成晶體的組成部分，這樣地形成襯底的狀態(tài)。但是，在這個過程中需要用大量的能量來切斷初始的分子鏈并要保持其中這些切斷的分子不與其它分子結(jié)合的狀態(tài)，這是結(jié)晶反應(yīng)中的一個障礙。為了提供這個能量，必須在約1000℃的溫度下幾分鐘或是在約600℃的溫度下幾十個小時，并因為所需的時間相對溫度(＝能量)呈指數(shù)地變化，在低于600℃時，例如在550℃，幾乎不可能觀察到任何結(jié)晶反應(yīng)的進展。因而該傳統(tǒng)固態(tài)外延結(jié)晶的思想不能對此問題提供回答。
本發(fā)明人想到可借助于某種晶體的作用來減少上述過程的熱壘能量，但這是與傳統(tǒng)的固相結(jié)晶思想完全分離的思想。本發(fā)明人注意到鎳、鐵、鈷、鉑及鈀容易與硅相結(jié)合，例如在鎳的情況下則形成硅化鎳(化學(xué)式為NiSix，0.4≤X≤2.5)，并且硅化鎳的晶格常數(shù)接近于硅晶體的晶格常數(shù)。因而，利用類化晶態(tài)-硅化鎳-非晶態(tài)硅三個系統(tǒng)的能量等，將發(fā)現(xiàn)非晶態(tài)硅易于在交界面上與硅化鎳起反應(yīng)，并且產(chǎn)生以下的反應(yīng)(1)非晶態(tài)硅(硅A)+硅化鎳(硅B)--→硅化鎳(硅A)+晶態(tài)硅(硅B)(A與B指示硅的位置)這個反應(yīng)的勢壘低得足以使人滿意并且反應(yīng)的溫度也低。
該反應(yīng)式表示鎳在反應(yīng)進行過程中將非晶態(tài)硅重組成晶態(tài)硅。在實踐中發(fā)現(xiàn)其反應(yīng)是在低于580℃時開始并甚至在450℃能被觀察到。典型地，它表明能在比常規(guī)非晶態(tài)硅結(jié)晶溫度低20至150℃的溫度下進行結(jié)晶。當(dāng)然溫度愈高，該反應(yīng)進行得愈快。
在本發(fā)明中，鎳、鐵、鈷、鉑或鈀、或鎳、鐵、鈷、鉑及鈀的硅化物、醋酸鹽、或硝酸鹽的島狀、條狀、線狀或點狀物，或包含了鎳、鐵、鈷、鉑及鈀中至少一種的膜、粒子或束狀物可用作起動材料。隨上述反應(yīng)的進行，鎳、鐵、鈷、鉑及鈀圍著起動材料擴張，因而擴大了晶態(tài)硅的區(qū)域。含有鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的氧化物不是所需的材料，因為氧化物是穩(wěn)定的成分，并因為它們不能起動上述的反應(yīng)。
以此方式，從一定的區(qū)域擴張的晶態(tài)硅不同于傳統(tǒng)的固相外延并具有高度連續(xù)性的結(jié)晶度。其結(jié)構(gòu)接近于一種單晶結(jié)構(gòu)。這對于使用半導(dǎo)體器件如TFTs是有利的。這些器件中含鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的材料均勻地擴散在一襯底上，即存在著無數(shù)個結(jié)晶起動點。因此很難得到一個高結(jié)晶度的優(yōu)質(zhì)膜。
在非晶態(tài)硅膜中用作該結(jié)晶中脫離材料的氫的濃度愈低，則可能獲得的結(jié)果(結(jié)晶速度)愈好。但是，因為氫隨著結(jié)晶的進行而被排出，在所獲得的硅膜中的氫濃度與作脫離材料的非晶態(tài)硅膜的氫濃度之間沒有明顯的相關(guān)性。根據(jù)本發(fā)明在所獲得的晶態(tài)硅中氫濃度典型為從1×1015原子·cm-3到5原子%。此外，為了獲得良好的結(jié)晶度，在非晶態(tài)硅膜中的碳，氮及氧的濃度應(yīng)盡可能低，最好應(yīng)低于1×1019cm-3。因而，在選擇用于實施本發(fā)明的含鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的材料時應(yīng)該考慮到這一點。
本發(fā)明的一個特征是晶體生長循環(huán)地進行。這是因為上述反應(yīng)鎳各向同性地進行，這與沿晶格表面線性地生長的傳統(tǒng)結(jié)晶是不同的。
尤其是，通過選定含鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的材料，可以控制晶體生長的方向。因為這不同于傳統(tǒng)的固相外延生長法產(chǎn)生的晶態(tài)硅，利用該種技術(shù)獲得的晶態(tài)硅具有一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中在長距離上結(jié)晶度的連續(xù)性是優(yōu)良的并且它接近于單晶體，它特別適用于譬如TFTs的半導(dǎo)體器件中。
本發(fā)明中使用了鎳、鐵、鈷、鉑或鈀。這些材料對于用作半導(dǎo)體材料的硅不是所期望的。如果這樣一種材料在硅膜中含量過高，則必須除去該材料。對于鎳來說，當(dāng)硅化鎳的生長晶體達到其最終點，也即完成了結(jié)晶，作為上述反應(yīng)的結(jié)晶，該硅化鎳易溶于氫氟酸或鹽酸中。在襯底中含的鎳可以用這些酸對鎳的處理來減少。
在催化元素如鎳、鐵、鈷、鉑或鈀利用對于結(jié)晶的退火幾乎均勻地被擴散到整個硅膜上的情況中，其過程中必須去除鎳。為了施行鎳的去除，已證實在400至550℃及在含以氯或氯化物形式的氯原子氣氛中的退火是有效的。退火時間為0.1至6小時是合適的。退火的時間愈長，在硅膜中鎳的濃度就愈低，但是退火時間要根據(jù)制造成本和產(chǎn)品所需特性之間的平衡來決定。氯化物的例子包括氯化氫，各種氯代甲烷(CH3Cl，CH2Cl2，CHCl3)，各種氯代乙烷(C2H5Cl，C2H4Cl2，C2H3Cl3，C2H2Cl4，C2HCl5)，及各種氯代乙烯(C2H3Cl，C2H2Cl2，C2HCl3)。尤其是能被最方便使用的材料是三氯乙烯(C2HCl3)。我們利用SIMS發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的硅膜(例如用于如TFT半導(dǎo)體器件的一種硅膜)中的鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的優(yōu)選濃度為1×1015cm-3至1原子%，最好為1×1015至1×1019cm-3。在濃度較低時，結(jié)晶不能足夠地進行。在濃度較高時，特性及可靠度下降。
含鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的膜狀體可利用各種物理及化學(xué)方法形成。例如需要真空裝置的如真空蒸發(fā)沉積，濺射及CVD方法，和大氣壓方法，例如離心噴涂及浸漬等(涂層法)，刮片法，絲網(wǎng)印刷及噴射熱分解。
尤其是，因無需大設(shè)備，離心噴涂及浸漬是能提供優(yōu)良膜厚均勻性及可精細調(diào)節(jié)濃度的技術(shù)。作為用于這些技術(shù)中的溶液，鎳、鐵、鈷、鉑及鈀的醋酸鹽及硝酸鹽，或各種類型的溶解或擴散在水或某種醇(低含量或高含量)中的羧酸氯化物或其它有機酸氯化物，或石油(飽和的碳氫化合物或不飽和的碳氫化合物)，等等，可供使用。
然而這種情況會涉及到，即這些鹽中所含的氧和氫會擴散到硅膜中及引起其半導(dǎo)體性能下降。但是通過使用熱平衡及微分熱分析進行的試驗，確認適合的材料在低于450℃的溫度時分解成氧化物或單一的物質(zhì)，而后幾乎沒有擴散入硅膜。尤其是，當(dāng)較低有序的物質(zhì)如醋酸鹽及硝酸鹽在一還原氣氛例如氮氣中被加熱時，它們會在低于400℃時被分解并變?yōu)閱谓饘佟ｎ愃频?，?dāng)它們在氧氣氛中被加熱時觀察到首先形成氧化物，然后在較高溫度時氧化物分解并留下單金屬。
根據(jù)本發(fā)明制作一種晶態(tài)硅膜，并且該膜被用于半導(dǎo)體器件的TFT中。由以上的說明可以看到，大的晶界存在于生長晶體的端部，在這里起始于多個點的生長材料的前端相會合。同樣，鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的濃度高。為此，用它作半導(dǎo)體器件是不理想的。尤其是TFT的溝道不能被設(shè)置在具有這種大晶界的區(qū)域中。
結(jié)晶起始的區(qū)域，也即在其中提供含鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的物質(zhì)的區(qū)域具有鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的大濃度。為此，注意力應(yīng)放在半導(dǎo)體器件的構(gòu)成上。此外，與不含鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的硅膜相比較，這個區(qū)域容易被含氫氟酸組的溶液蝕刻。為此，這個區(qū)域成為形成不良接觸的原因。因而在使用本發(fā)明制造半導(dǎo)體器件的場合，形成結(jié)晶起動點的含鎳、鐵、鈷、鉑或鈀的涂層圖形及半導(dǎo)體器件的圖形必須被優(yōu)化。
此外，本發(fā)明提供了一種方法，它的特征在于它包括在一個非晶態(tài)硅膜或具有被視為非晶態(tài)的無序晶態(tài)膜(例如在一混合狀態(tài)中包括晶態(tài)部分及非晶態(tài)部分)上形成一個包含鎳、鐵、鈷、鉑或鈀(以下稱為催化材料)中至少一種材料的膜、顆?；蚴?使該催化材料首先與非晶態(tài)硅起反應(yīng)，再除去非起反應(yīng)的剩余催化材料;及將生成的結(jié)構(gòu)在低于非晶態(tài)硅的常規(guī)結(jié)晶溫度20至150℃或在不高于傳統(tǒng)用作襯底的玻璃材料的玻璃轉(zhuǎn)變溫度中，例如580℃或更低溫度中，進行退火。
甚至在從晶態(tài)硅中除去鎳、鐵、鈷、鉑或鈀原子以后，仍可使用由反應(yīng)(1)形成的剩余晶態(tài)硅作為晶核起動結(jié)晶，如上所述，因此由該反應(yīng)構(gòu)成的硅晶體具有優(yōu)良的結(jié)晶度。于是，證實了非晶態(tài)硅的結(jié)晶能通過使用這些催化劑作為晶核進行加速。這表明了，典型地，結(jié)晶可在低于常規(guī)非晶態(tài)硅結(jié)晶溫度20至150℃的溫度下被完成。此外，證實了晶體生長所需時間被縮短了。當(dāng)然，結(jié)晶過程隨著溫度增加更加地迅速。在使用鐵、鈷、鉑或鈀時，被證實發(fā)生與使用鎳時類似的反應(yīng)，盡管活性較小。


圖1(A)至1(D)表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例(例1)的方法獲得的概要描繪步驟順序的橫截面結(jié)構(gòu)圖;
圖2(A)至2(E)表示根據(jù)本發(fā)明另一實施例(例2)另一方法獲得的概要描繪步驟順序的橫截面結(jié)構(gòu)圖;
圖3表示例1中獲得的晶態(tài)硅膜的Raman散射光譜結(jié)果;
圖4表示在一個例中獲得的晶態(tài)硅膜的X射線繞射圖形;
圖5表示硅(例2)的結(jié)晶速率;
圖6(A)至6(E)表示根據(jù)本發(fā)明又一實施例(例3)的制造半導(dǎo)體的方法獲得的概要描繪步驟順序的橫截面結(jié)構(gòu)圖;
圖7(A)至7(C)表示使用溶液導(dǎo)入催化元素(例4)的步驟;
圖8(A)至8(C)是說明根據(jù)本發(fā)明制造TFTs的結(jié)晶步驟及它們布置的頂視圖;
圖9(A-1)，9(A-2)，9(B)，9(C)是說明根據(jù)本發(fā)明使膜選擇地結(jié)晶的步驟的TFTs橫截面圖;
圖10(A)至10(C)是說明本發(fā)明例5步驟的TFTs的橫截面圖;
圖11(A)至11(C)是說明本發(fā)明例5步驟的另外TFTs的橫截面圖;
圖12(A)至12(C)是說明本發(fā)明例6步驟的TFTs的橫截面圖;
圖13(A)至13(C)是說明本發(fā)明例7步驟的TFTs的橫截面圖;
圖14(A)至14(D)是說明本發(fā)明例8步驟的TFTs的橫截面圖;
圖15(A)至15(D)是說明本發(fā)明例9步驟的TFTs的橫截面圖;
圖16是表示在本發(fā)明例9的晶態(tài)硅膜中的鎳濃度的曲線圖;
圖17(A)至17(C)是根據(jù)本發(fā)明例10經(jīng)歷制造過程的襯底的橫截面圖;
圖18(A)至18(B)是根據(jù)本發(fā)明例11經(jīng)歷制造過程的襯底的橫截面圖;
圖19(A)至19(E)是根據(jù)本發(fā)明例12經(jīng)歷制造過程的襯底的橫截面圖;
圖20(A)至20(E)是根據(jù)本發(fā)明例13經(jīng)歷制造過程的襯底的橫截面圖;
圖21(A)至21(D)是根據(jù)本發(fā)明例14經(jīng)歷制造過程的襯底的橫截面圖;
圖22(A)至22(D)是根據(jù)本發(fā)明例15經(jīng)歷制造過程的襯底的橫截面圖;
圖23(A)至23(C)是根據(jù)本發(fā)明例16經(jīng)歷制造過程的襯底的橫截面圖;
圖24(A)至24(C)是根據(jù)本發(fā)明例17經(jīng)歷制造過程的襯底的橫截面圖;
圖25是表示一晶態(tài)硅膜中鎳濃度的曲線圖;
圖26(A)至26(F)是根據(jù)本發(fā)明例18經(jīng)歷制造過程的襯底的橫截面圖。
本發(fā)明將參照以下非限制性的例子更詳細地說明，但是不能認為本發(fā)明被限制在它們的內(nèi)容上。
例1參照圖1，以下將描述利用在一個Corning＃7059襯底上形成一鎳膜并且使用該鎳膜使一個非晶態(tài)硅膜結(jié)晶而制造晶態(tài)硅膜的方法。利用等離子體CVD法，將作為基膜的厚度為2000 的氧化硅膜12沉積在襯底11上，然后在其上再沉積一個厚度從500至3000 ，例如厚度為1500 的一個非晶態(tài)硅膜13。利用將該膜保持在430℃的溫度中從0.1至2小時，例如0.5小時，的一段時間從該膜中除去氫后，利用以厚度從100至1000 ，例如為500 的濺射在其上沉積一鎳膜14。利用將襯底置于從100到500℃的溫度范圍，優(yōu)選為從180到250℃的溫度范圍內(nèi)加熱可以獲得合適的鎳膜，因為所獲得的鎳膜相對作為基膜的硅膜具有改進的粘著強度。可使用硅化鎳膜來取代鎳膜。
然后將生成的結(jié)構(gòu)在從450到580℃的溫度范圍中加熱從1至10分鐘的時間以使得鎳膜14與非晶態(tài)硅膜13起反應(yīng)，由此獲得一個薄晶態(tài)硅膜15，該晶態(tài)硅膜的厚度取決于反應(yīng)的溫度及時間，當(dāng)反應(yīng)在550℃進行10分鐘的時間時能夠獲得厚度約為300 的膜。所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)表示在圖1(B)上。
通過該反應(yīng)由鎳膜獲得的鎳膜及硅化鎳膜再利用濃度從5%到30%的鹽酸進行蝕刻。通過該處理，在非晶態(tài)硅及鎳(硅化鎳)之間反應(yīng)所形成的晶態(tài)硅上未產(chǎn)生任何影響。于是獲得到圖1(C)上的結(jié)構(gòu)。
將生成的結(jié)構(gòu)置于一個退火爐中的氮氣氛中退火，該爐的溫度被保持在從450到580℃的范圍中，例如為550℃的溫度中，8個小時的一段時間。在該步驟中，利用將非晶態(tài)硅膜結(jié)晶獲得一晶態(tài)硅膜16。所生成的晶態(tài)硅膜的Raman散射光譜圖及X射線繞射圖分別表示在圖3及圖4中。在圖3中由C-Si表示的曲線對應(yīng)于標準例也即單晶硅的Raman光譜。由(a)及(b)所示的曲線各表示根據(jù)本發(fā)明獲得的硅膜的Raman光譜，及利用上述條件退火傳統(tǒng)非晶態(tài)硅獲得的膜的光譜。從該結(jié)果中可以清楚地看到，利用根據(jù)本發(fā)明的方法可提供合適的硅晶體。
例2參照圖2，以下描述用于制造一晶態(tài)硅膜的方法。將2000 厚的氧化硅膜22作為基膜沉積在Corning＃7059玻璃襯底21上，然后，一厚度為從500到3000 ，例如500 和1500 的非晶態(tài)硅膜23被沉積在其上面，在利用將該膜在430℃的溫度中保持從0.1到2小時、例如0.5小時從該膜中除去氫后，將一厚度為從100到1000 、例如500 的鎳膜用濺射沉積在其上面，也可使用硅化鎳膜來代替該鎳膜。這樣獲得的鎳膜被蝕刻成圖形24a，24b及24c，如圖2(A)所示。
然后，該結(jié)構(gòu)在從450°到580℃的溫度范圍中被加熱1至10分鐘的時間，以使鎳膜24a至24c與非晶態(tài)膜23進行反應(yīng)以形成薄晶態(tài)硅區(qū)域25a，25b及25c，如圖2(B)所示。
由鎳膜通過反應(yīng)而這樣獲得的鎳膜及硅化鎳膜使用5%到30%濃度的鹽酸進行浸蝕。被證明在非晶態(tài)硅及鎳(硅化鎳)之間的反應(yīng)所形成的晶態(tài)硅區(qū)域25a至25c不受該處理的影響。于是獲得如圖2(C)的結(jié)構(gòu)。
該生成的結(jié)構(gòu)被在氮氣氛中置于一退火爐中退火，該爐的溫度保持在450到580℃的溫度范圍中，例如為550℃，退火時間為4小時。圖2(D)給出了該退火過程中的一個中間狀態(tài)，其中可以從預(yù)先形成的晶態(tài)硅區(qū)域25a到25b上觀察到結(jié)晶的進行，以此方式，可以觀察到晶態(tài)硅區(qū)域26a，26b，及26c延伸進入到非晶態(tài)硅區(qū)域23內(nèi)。
通過整個非晶態(tài)硅膜的結(jié)晶最后獲得了一晶態(tài)硅膜27。與例1的情況形成對照，在例1中晶體的生長是從表面到襯底面垂直地進行的，而在本例中晶體是從構(gòu)型鎳橫向生長的。例如，如圖2(D)所示的晶態(tài)硅區(qū)域26a至26c的結(jié)晶結(jié)構(gòu)類似于一單晶硅的結(jié)構(gòu)。因而該結(jié)構(gòu)可適用于作半導(dǎo)體器件如TFTs，因為在這些晶態(tài)硅區(qū)域中沿橫向方向的勢壘的形成是相當(dāng)少的。但是，在例如晶態(tài)硅區(qū)域26a及26b彼此碰撞的部分上晶體被嚴重地破壞，因而不適于被應(yīng)用。
圖5表示結(jié)晶速率與結(jié)晶溫度之間的關(guān)系。它證實了隨著硅膜厚度的增加結(jié)晶進展加快。
例3本例涉及在用加熱一旦結(jié)晶后利用激光束照射硅膜制造具有改進結(jié)晶度硅膜的方法。此外，本例提供利用這種結(jié)晶硅膜制造TFT的一種方法。
圖6表示在本方法中獲得的按步驟順序的結(jié)構(gòu)橫截面圖。參照圖6，將一個2000 厚度的氧化硅膜602作為基膜沉積在一個Corning＃7059玻璃襯底601上，然后再在其上沉積一個厚度從100到1500 ，例如在本例中厚度為800 的本征(Ⅰ型)非晶態(tài)硅膜。利用與例2中所述方法(參見圖2(A))類似的方法在其上面選擇性地沉積一層鎳膜，即用于加速非晶態(tài)硅結(jié)晶的催化材料。然后將生成的結(jié)構(gòu)在從450到580℃的溫度范圍中加熱1至10分鐘的時間，使得鎳膜與非晶態(tài)硅膜反應(yīng)，由此獲得一種薄晶態(tài)硅膜。所生成的結(jié)構(gòu)表示在圖2(B)中。
由鎳膜通過該反應(yīng)獲得的鎳膜及硅化鎳膜結(jié)構(gòu)利用濃度為5%至30%的鹽酸進行浸蝕。被證實在非晶態(tài)硅及鎳(硅化鎳)之間的反應(yīng)所形成的晶態(tài)硅未受到該處理的影響。因此獲得了如圖2(C)的一種結(jié)構(gòu)。
進一步在550℃、在氮氣氛及大氣壓下退火12小時，得到了覆蓋在該結(jié)構(gòu)整個表面上的一個晶態(tài)硅膜603。
然后操作一種KrF激態(tài)基態(tài)復(fù)合物激光機將波長為248nm脈沖寬度為20nsec的激光束照射在生成的晶態(tài)硅膜的表面，進一步使其上的結(jié)晶加速。激光束以輸出能量密度為200至400mJ/cm2，例如250mJ/cm2，照射2次。在激光束照射期間利用加熱使襯底維持溫度為300℃用以充分增強激光束照射的效果。通常，襯底最好加熱在從200到450℃的溫度范圍中。本步驟表示在圖6(A)中。
除上述KrF激態(tài)基態(tài)復(fù)合物激光外可使用的激光包括由操作在308nm波長的XeCl激態(tài)基態(tài)復(fù)合物激光機及由操作在193nm波長的ArF激態(tài)基態(tài)復(fù)合物激光機發(fā)射的激光。此外可用強光照射來代替激光。尤其是RTA(快速熱退火)的應(yīng)用，它包括一種紅外光，該應(yīng)用是很有效的，因為它能在很短的時間間隔中選擇地加熱硅膜。
利用上述方法中任一種，于是可以獲得具有有利結(jié)晶度的一個硅膜。作為熱退火結(jié)晶獲得的結(jié)晶硅膜603被證實變成具有進一步改進結(jié)晶度的一種硅膜。此外，利用電子顯微鏡的觀察揭示了定向微晶的較大晶粒構(gòu)成了激光照射的膜。
在結(jié)晶完成時這樣獲得的硅膜被制成邊長為10至1000μm的方形，以獲得作為TFT的激活層的島狀硅膜603′，如圖6(B)中所示。
構(gòu)成一個作為柵極絕緣膜的氧化硅膜604。這里，硅膜被暴露在溫度范圍為從500至750℃，最好溫度范圍是從550到650℃的氧化氣氛中以構(gòu)成氧化硅膜604，它的作用是在硅區(qū)域表面作為柵極絕緣膜。在這個熱處理步驟中，利用在該氣氛中結(jié)合水蒸氣，一氧化二氮，及類似物可使氧化反應(yīng)更加增強。當(dāng)然也可使用任何公知的氣相晶體生長的方法例如等離子體CVD法及濺射法來形成氧化硅膜。這個步驟表示在圖6(C)上。
接著利用降低壓力的CVD積沉包括0.01%至0.2%磷的多晶硅膜，它達到的厚度為3000至8000 ，特定為6000 。其后利用使硅膜成形構(gòu)成一個柵接接觸部分605。然后，一種使激活層區(qū)域(構(gòu)成溝道的源/漏)成為N型導(dǎo)電的雜質(zhì)(在本例中為磷)利用離子摻雜(等離子體摻雜)以使用上面硅膜作掩膜的自對準方式被加入。在本例中，使用磷化氫(PH3)作為摻雜氣體以便導(dǎo)入劑量為1×1015至8×1015cm-2，尤其是例如為5×1015cm-2的磷，并且在60至90KV的加速電壓下進行摻雜。這樣便獲得了用于源/漏區(qū)域的N型導(dǎo)電雜質(zhì)區(qū)域606及607。
然后用激光照射來退火。雖然操作于波長為248nm及脈寬為20nsec的KrF激發(fā)物激光被本例采用，但也可使用其它的激光。該激光用200到400mJ/cm2，例如為250mJ/cm2的能量密度照射2至10次，例如每個位置照射2次。激光退火的效果可利用在照射激光時在溫度為200到450℃中加熱襯底而進一步加強。該步驟被示于圖6(D)中。
此外，該步驟可利用所謂RTA(快速熱退火)方法來進行，如使用近紅外光的燈退火。因為晶態(tài)硅的無定形硅更容易吸收近紅外光，故可以起到很好的有效退火的效果，其效果可以與在不低于1000℃的溫度中的熱退火相比較。更有利的是，近紅外光很少被玻璃襯底吸收。事實是遠紅外光是容易被吸收的，而對近紅外范圍的一種可見光，也即在波長范圍0.5到4μm中的光是很難被玻璃襯底吸收的。因而，可以在較短的時間間隔中完成退火，而不致使襯底加熱?？梢钥吹剑诓Ａбr底的收縮不宜的步驟中采用該方法是最適用的。
利用等離子體CVD法沉積一厚度為6000 的氧化硅膜608作為中間絕緣層。聚酰亞胺膜可用于取代氧化硅。在其中打出接觸孔，用于形成與金屬材料如氮化鈦及鋁的多層膜作的接線609及610相接觸的觸點。最后，在350℃及一個大氣壓下進行退火30分鐘，便獲得如圖6(E)所示的一個完成的TFT結(jié)構(gòu)。
如本例中所述的，利用導(dǎo)入鎳作為催化元素用于結(jié)晶可以比簡化加熱的情況更加有利于非晶態(tài)硅膜的結(jié)晶，而且這樣結(jié)晶的硅膜可利用照射激光進一步被改善。用此方式可以獲得具有特別高結(jié)晶度的晶態(tài)硅。使用這種生成的好結(jié)晶度的晶態(tài)硅膜可制造出高性能的TFT。
尤其是，通過與本例相同的處理步驟但不使用例2中所述的結(jié)晶步驟所獲得的N溝道產(chǎn)生出從50到90cm2/Vs的場效應(yīng)遷移率及從3到8V的閾值電壓。這與根據(jù)本例制造的N溝道TFT所獲得的從150到200cm2/Vs的遷移率及從0.5到1.5V的閾值電壓形成鮮明對照。遷移率顯著地得以增加并且閾值電壓的波動大大地降低。
以前，這樣高水準的上述TFT的特性只能利用激光結(jié)晶非晶態(tài)硅膜來獲得。然而，由現(xiàn)有技術(shù)激光結(jié)晶獲得的硅膜會產(chǎn)生特性上的差異。此外，該結(jié)晶過程需要激光以350mJ/cm2或更高的能量在400℃或更高的溫度中進行照射，因而這不能用于大批量生產(chǎn)。與傳統(tǒng)的工藝相對比，根據(jù)本例制造TFT的方法能在比傳統(tǒng)方法所需值低的襯底溫度中及以比較低的能量密度來實現(xiàn)。因而，根據(jù)本發(fā)明的方法適于大規(guī)模生產(chǎn)。此外，利用本方法得到的器件質(zhì)量與使用熱退火的傳統(tǒng)固相生長結(jié)晶法所獲得器件具有同樣的均勻性。因而，可穩(wěn)定地獲得均勻質(zhì)量的TFTs。
在以上的例1及2中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)鎳濃度低時結(jié)晶未足夠地發(fā)生。但是，根據(jù)本例的方法使用激光照射補償了結(jié)晶的不足。因而，即使當(dāng)鎳濃度低時也能獲得令人滿意的高質(zhì)量的TFTs。這表明包含較低濃度的鎳的器件能得到補償，并且仍然能獲得具有優(yōu)良電穩(wěn)定性及可靠性的這種器件。
例4本例涉及利用將包含加速非晶態(tài)硅膜結(jié)晶的催化元素的溶液涂于非晶態(tài)硅膜的上表面使催化元素導(dǎo)入非晶態(tài)膜的方法。
本發(fā)明還提供了利用選擇地將催化元素導(dǎo)入非晶態(tài)硅膜，然后使晶體從該區(qū)域生長到未被引入催化元素的區(qū)域來制造包含低濃度催化元素的晶態(tài)硅膜的方法。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明按步驟順序制造過程的示意圖。將厚度為1000 的非晶態(tài)硅膜705利用等離子CVD法沉積在10×10cm2的Corning＃7059玻璃襯底701上，再在其上沉積一層作為掩膜的1200 厚度的氧化硅膜704。厚度薄到500 的氧化硅膜704可不成問題地被使用，使用密度更大的膜時該膜的厚度甚至可以作得更薄。
利用普通的光刻成型使生成的氧化硅膜704按需要成型。然后在氧氣氛中利用照射紫外光(UV)沉積上一層薄氧化硅膜703。尤其是，該氧化硅膜703是利用照射UV光線5分鐘被制成的。該氧化硅膜703被認為具有20至50 的厚度。于是獲得了如圖7(A)所示的結(jié)構(gòu)。
以上氧化硅膜的構(gòu)成是用以改善在后來施加溶液時該構(gòu)型的吸濕性能。有利的吸濕性能有時是通過氧化硅掩膜的親水性能來保證的，但這是很稀少的情況，因為僅當(dāng)該構(gòu)型的尺寸與溶液相匹配時才會發(fā)生。因而較保險的是使用氧化硅膜703來保證良好的吸濕性。
然后，將含有100ppm重量的鎳的醋酸鹽溶液的5ml份額滴在一個10×10cm2襯底的表面上。以50rpm的速率操作一個旋轉(zhuǎn)器707轉(zhuǎn)10秒鐘用以在襯底的整個表面上形成一個均勻的水狀膜。在將襯底放置5分鐘后再操作該旋轉(zhuǎn)器707以2000rpm的速率再轉(zhuǎn)60秒用以進行甩干。該襯底可在一旋轉(zhuǎn)器上以0至150rpm的速率進行旋轉(zhuǎn)。這個步驟被示于圖7(B)中。
所生成的結(jié)構(gòu)在450至580℃的溫度范圍中被加熱1至10分鐘以便在非晶態(tài)硅膜705的表面形成一個極薄的硅化鎳膜。在該步驟中可以證實在非晶態(tài)硅膜705及硅化鎳膜之間的相界處及其附近710形成結(jié)晶硅。利用5%的鹽酸浸蝕非晶態(tài)硅膜705的表面用以除去硅化鎳膜。
接著，該生成的結(jié)構(gòu)經(jīng)受在550℃及氮氣氛中的熱處理4小時的時間。以此方式，使得結(jié)晶從將鎳導(dǎo)入到區(qū)域710中的區(qū)域709開始沿橫向進入到未被導(dǎo)入鎳的區(qū)域，如箭頭708所表明的。當(dāng)然，結(jié)晶也發(fā)生在直接被導(dǎo)入鎳的區(qū)域709中。
在圖7(C)中，在直接導(dǎo)入了鎳的區(qū)域709中發(fā)生結(jié)晶，并且它橫向地進行到區(qū)域711上。
利用改變所施加溶液的鎳濃度可以控制鎳的濃度。在本發(fā)明中，溶液中的鎳濃度被調(diào)整到100ppm。但是，證實了甚至當(dāng)該濃度降低到10ppm時也會發(fā)生結(jié)晶。在使用含鎳濃度為10ppm的溶液時也以同樣方式發(fā)生結(jié)晶。在此情況中，在圖7的區(qū)域711中的鎳濃度可再低一數(shù)量級。然而，使用濃度過低的含鎳溶液會縮短晶體沿箭頭708所示的橫向生長的距離。因此是不希望的。
這樣獲得的晶態(tài)硅膜可被利用在一個TFT的激活層中。尤其是利用區(qū)域711構(gòu)成激活層是有利的，因為該區(qū)域包含低濃度的催化元素。
也可利用與上例3相同的方式照射激光或與它等效的高強度光實現(xiàn)晶態(tài)硅膜結(jié)晶的進一步改善。
在本例中使用了一種醋酸鹽作為含催化元素的溶液。但是，另外可使用的溶液包括從很多品種中選擇的水溶液及含有有機溶劑的溶液。所包含的催化元素不必要非要成為一種化合物，它可以簡單分散在溶液里。
用于催化元素的溶劑可從由極性溶劑組成的組中選出，即從水，醇，酸及胺水中選出。
當(dāng)鎳被用作催化元素時，鎳以一種鎳化合物的形式被結(jié)合在一種極性溶劑中。鎳化合物典型地從以下化合物組成的組中選擇溴化鎳，醋酸鎳，草酸鎳，碳酸鎳，氯化鎳，碘化鎳，硝酸鎳，硫酸鎳，甲酸鎳，乙酰丙酮化鎳，四環(huán)乙基丁酸鎳，氧化鎳及氫氧化鎳。
溶劑也可從苯，甲苯，二甲苯，四氯化碳，氯仿及乙醚組成的組中選出非極性溶劑。
在該例中，鎳是以鎳化合物的形式包含在溶液中的，它可從乙酰丙酮化鎳及二乙基己烷化鎳組成的組中選出。
在含有催化元素的該溶液中加入一種表面活性劑也是有效的。表面活性劑增加了溶劑對氧化硅膜表面的粘著度，并控制吸收率。該表面活性劑可預(yù)先施加在待涂的表面上。如果用單質(zhì)鎳作為催化元素，它必須預(yù)先溶解在一種酸中以獲得它的一種溶液。
也可不使用含有完全溶解于溶液的鎳之溶液，而用乳狀液來代替，也即用包含被均勻地在其中擴散金屬鎳粉末或鎳化合物粉末的擴散介質(zhì)的材料來代替。
使用不同于鎳的一種材料作催化劑可在另外的情況下同樣地應(yīng)用。
包含一種非極性溶劑的溶液，即二乙基己烷化鎳的甲苯溶液，可直接地施加在非晶態(tài)硅膜的表面。在該例中，使用一種通常作為構(gòu)成抗蝕劑的材料如粘膠是有效的。但是使用過多量的粘膠會相反地干擾催化元素向非晶態(tài)硅中的傳播。
結(jié)合到溶液中催化元素的量雖然依賴于溶液的類型，但大致為如重量為1至200ppm，最好為1至50ppm重量的鎳，該加入的量值是考慮到結(jié)晶膜的鎳濃度及對氫氟酸的抗蝕性來確定的。
例5在本例中，將鎳膜在由Corning 7059作的玻璃襯底上構(gòu)型成島狀。使用該膜作為起動材料，使一個非晶態(tài)硅膜結(jié)晶。并利用所獲得的晶態(tài)硅膜制作TFTs。這個過程描述如下?？梢杂脙煞N方法使鎳膜構(gòu)成島狀。在一種方法中，鎳膜在非晶態(tài)硅膜下方構(gòu)成，如圖9(A-1)中所示。如圖9(A-2)所示。在后一方法中，當(dāng)鎳被沉積到非晶態(tài)硅膜的整個表面上后，鎳膜被選擇地蝕刻。鎳輕微地與非晶態(tài)硅反應(yīng)，于是產(chǎn)生硅化鎳。如果這種硅化物被留下來，則本發(fā)明所希望提供的高結(jié)晶度硅膜將不會被得到。因而，必須用鹽酸或氫氟酸完全地除去硅化鎳。結(jié)果，該非晶態(tài)硅的厚度與開始得到的厚度相比下降了。
在前一方法中不會出現(xiàn)這一問題。但是必須完全地腐蝕掉鎳膜，島區(qū)除外。為了抑制殘余鎳的作用，除島區(qū)外，襯底用氧等離子體、臭氧或類似物使鎳氧化。
在這兩種方法中，利用等離子CVD法使作為基層的一個2000 厚的氧化硅膜101B構(gòu)成在由Corning 7059作的襯底101A上。由標號101表示的非晶態(tài)硅膜具有200至3000 的厚度，最好為500至1500 ，并通過等離子體CVD法或低壓力CVD法制成。該非晶態(tài)硅膜在350至450℃中被退火0.1至2小時，用以釋放氫原子。當(dāng)該膜的氫濃度低于5原子%時，容易結(jié)晶進行。
在圖9(A-1)所示方法中，在形成非晶態(tài)硅膜101前，將鎳濺射到50至1000 的厚度，最好為100至500 。該鎳膜被光刻成型以形成鎳島區(qū)102。
在圖9(A-2)所示方法中，在形成非晶態(tài)硅膜101后，將鎳濺射到50至1000 厚，最好為100至500 。然后該鎳層被光刻成型，形成鎳島區(qū)102。圖8(A)是這些島區(qū)102的頂視圖。
每個鎳島是邊長為2μm的正方形，在相近的島之間的間隔為5至50μm，例如20μm。類似的優(yōu)點可使用硅化鎳取代鎳來獲得。當(dāng)鎳膜形成時，利用在100至500℃，最好為180至500℃，最好為180至250℃中加熱襯底可獲得良好的結(jié)果，因為鎳膜對下方的氧化硅膜的粘性被改善了，也因為氧化硅與鎳產(chǎn)生反應(yīng)形成了硅化鎳。類似的優(yōu)點通過使用氮化硅，碳化硅或硅取代氧化硅來獲得。
然后，將該疊層在一種氮環(huán)境中于450到650℃下，例如550℃，退火8小時。圖9(B)表示一種中間狀態(tài)。在圖9(A)中位于兩端的鎳膜島隨著硅化鎳103A向中部生長。那些被鎳通過的部分103形成了晶態(tài)硅。最后，如圖9(C)中所示，這兩個生長的鎳晶體部分相遇，將硅化鎳103A留在中心。該結(jié)晶過程告結(jié)束。
圖8(B)是在該狀態(tài)下疊層的頂視圖。在圖9(C)所示的碳化鎳103A形成了晶界104。如果退火繼續(xù)時，鎳原子會沿著晶界104移動并在位于鎳島中間的區(qū)域105上相聚集。在該步驟中，島的原始形狀已不復(fù)保留。
利用至此所描述的步驟例可獲得晶態(tài)硅。不希望從生成的硅化鎳103A讓鎳原子擴散到半導(dǎo)體膜中。因而，要求用氯氟酸或鹽酸來浸蝕鎳膜。無論是氫氟酸還是鹽酸均不會影響硅膜。具有被浸蝕鎳膜的疊層表示在圖9(D)中。晶界形成了溝槽104A。在每個溝槽的兩側(cè)上不希望形成TETs的半導(dǎo)體區(qū)域或活性層。一個TFT的布置例表示在圖8(C)中，其中半導(dǎo)體區(qū)域106布置得不和晶界104相交叉。在另一方面，柵極的連線107可能與晶界104相交。
使用由至今描述的步驟獲得的晶態(tài)硅制作TFTs的方法例子被表示在圖10(A)-(C)及圖11(A)-(C)中。在圖10(A)中，中心部分X表示槽104存在的位置。TFTs的半導(dǎo)體區(qū)域布置成不和該中心部分X相交。尤其是，由圖9(A-1)至D的步驟獲得的晶態(tài)硅膜103被構(gòu)型成島狀半導(dǎo)體區(qū)域111a及111b。然后，作為柵極絕緣膜的氧化硅膜112利用RF等離子體CVD法，ECR等離子體CVD法，濺射或其它方法構(gòu)成。
然后，利用LPCVD法形成具有厚度為3000至6000 并用濃度為1×1020至5×1020cm-3的磷原子摻雜的多晶膜。該膜被用光刻成型形成柵極電極113a及113(b)(圖10(A))。
接著，利用等離子體摻雜植入一種雜質(zhì)。在N型半導(dǎo)體的情況下，磷化氫(PH3)被用來作為摻雜劑氣體。在P型半導(dǎo)體的情況下，乙硼烷(B2H6)被用來作為摻雜劑氣體。在圖示的例中，表示了N型TFTs。磷化氫離子在80KV下被加速，而乙硼烷在65KV下被催化。該疊層在550℃中退火4小時以激活摻雜劑，于是形成了摻雜區(qū)域114a至114d。對于激活，可使用光能量方法例如激光退火或閃光燈退火(圖10(B))。
最后，用與通常制造TFTs相同的方法沉積一層厚度為5000 的氧化硅以形成中間絕緣層115。在該絕緣層115上作出接觸孔。再構(gòu)成導(dǎo)電互接線及電極116a至116d(10(C))。
利用至今描述的步驟制得了TFTs。在圖示的例中，該TFTs是N溝道型。所獲得的TFTs的場效應(yīng)遷移率對于N溝道型為40至60cm2/Vs，對于P溝道型為30至50cm2/Vs。
圖11(A)-(C)表示具有鋁柵極的TFTs的制造。在圖11(A)中，中心部分X表示存在槽104A(圖9(D))的位置。TFTs的半導(dǎo)體區(qū)域不與該中心部分X相交叉。尤其是，利用圖9(A-1)-(D)的步驟得到的晶態(tài)膜103被構(gòu)型形成島狀半導(dǎo)體區(qū)域121a及121b。然后作為柵極絕緣膜的氧化硅膜122利用RF等離子體CVD法，ECR等離子體CVD法，濺射或其它方法被構(gòu)成。在使用等離子體CVD法的情況時，如果使用TEOS(四乙氧硅烷)及氧作為原材料氣體時，可獲得良好的結(jié)果。濺射含硅1%的鋁形成具有厚度為5000 的鋁膜。該鋁膜用光刻成型形成柵極互接線及電極123a及123b。
然后，將該疊層浸在3%酒石酸的乙二醇溶體中。在各由鉑及鋁連線組成的陰極和陽極之間流過電流以實現(xiàn)陽極化處理。起初電流以2V/min的速率增加。當(dāng)電流在達到220V時，電壓維持恒定。當(dāng)電流下降到10μA/m2以下時，使電流截止。其結(jié)果是形成了具有厚度為2000 的陽極氧化物124a及124b(圖11(A))。
然后利用等離子體摻雜將一種雜質(zhì)植入。在N型半導(dǎo)體的情況下，利用磷化氫(PH3)作為摻雜劑氣體。在P型半導(dǎo)體的情況下，利用乙硼烷(B2H6)作為摻雜劑氣體。在圖示的例中，表示了N型TFTs。磷化氫離子在80KV下被催化而乙硼烷在65KV下被催化。雜質(zhì)利用激光退火激活，以構(gòu)成摻雜區(qū)域125a至125d。為此目的，使用了發(fā)射波長為248nm的KrF激光。將能量密度為250至300Jm/cm2的激光束照射5次(圖11(B))。
最后，用與通常制造TFTs相同的方法沉積一層厚度為5000 的氧化硅以形成中間絕緣層126。在該絕緣層126上作出接觸孔。再將導(dǎo)電互接線及電極127a至127d構(gòu)成在源極區(qū)域及漏極區(qū)域中(圖11(C))。
該獲得的TFTs的場效應(yīng)遷移率對于N溝道型來說為60至120cm2/Vs，而對于P溝道型來說為50至90cm2/Vs。使用這些TFTs構(gòu)成了一個移位寄存器。我們已證實該移位寄存器當(dāng)漏極電壓17V時可工作在6MHz下并當(dāng)漏極電壓為20V時可工作在11MHz下。
例6圖12(A)-(C)表示用與圖11(A)-(C)表示的方案相同的方式制造具有鋁柵極的情況。在該例中，由非晶態(tài)硅制成一個激活層。如圖12(A)中所示，氧化硅被沉積在襯底131上作為一個基膜132。具有厚度為2000至3000 的非晶態(tài)膜133被沉積在膜132上。再將合適量值的P型或N型雜質(zhì)加入到非晶態(tài)硅膜中。接著，如以上所述地產(chǎn)生鎳或硅鎳的島134A及134B。將該疊層在550℃中退火4小時以使非晶態(tài)硅膜結(jié)晶。
用此法獲得的晶態(tài)硅膜被光刻成型如圖12(B)中所示。在位于鎳或硅化鎳的島134A及134B中間的中心區(qū)域中該硅膜富有鎳。因此，光刻成型步驟是在該中心區(qū)域之外進行。因此，構(gòu)成了島狀硅區(qū)域135A及135B。在這些島狀硅區(qū)域135A及135B上沉積了一層實質(zhì)上本征的非晶態(tài)硅膜136。
然后，如圖12(C)所示，由氮化硅，氧化硅，或類似物制成一個柵極絕緣膜137。柵電極138是由鋁制成的。用與圖11(A)-(C)所示方法相同的方法實現(xiàn)陽極化。利用離子植入擴散雜質(zhì)原子以形成摻雜區(qū)域139A及139B。接著，沉積一個中間絕緣層140。再制出接觸孔。在源及漏極上形成金屬電極141A及141B，于是制成TFTs。這些TFTs的特征在于源及漏極半導(dǎo)體區(qū)域的厚度可與激活層的厚度相比較，并且在于電阻率小。結(jié)果是，源及漏區(qū)域的電阻小，并且這些TFTs的特性被改善了。此外它便于形成接觸。
例7圖13(A)-(C)示出了CMOS TFTs的制造。如在圖13(A)中所示。氧化硅在一個襯底151上沉積作為一層基膜152。一層具有厚度為1000至1500 的非晶態(tài)硅膜153被沉積。如上所述形成了鎳或硅化鎳的島。在550℃中對該疊層進行退火。在這一步驟期間，一個硅化鎳區(qū)155生長，并進行結(jié)晶。退火要進行4個小時，如在圖13(B)中所示。非晶態(tài)硅膜轉(zhuǎn)化為晶態(tài)硅。當(dāng)結(jié)晶過程進行時，硅化鎳區(qū)域159A和159B向兩個相反端推進。
用這種方法獲得的晶態(tài)硅膜以光刻的方法被構(gòu)型如在圖13(B)中所示，以便構(gòu)成一個硅島區(qū)156。值得注意的是該島區(qū)在兩端中富有鎳。在硅島區(qū)形成以后，一個柵極絕緣膜157、和柵極158A、158B被形成。
隨后正如在圖12(C)中所示，通過離子注入使雜質(zhì)離子擴散以便形成一個N-型摻雜區(qū)160A和一個P-型摻雜區(qū)160B。例如，利用磷作為N-型雜質(zhì)。利用磷化氫(PH3)作為摻雜氣體。以一個60到110KV的加速電壓將雜質(zhì)離子注入到整個表面。然后給N-溝道TFTs涂上一種光致抗蝕劑。以一個40到80KV加速電壓注入P-型雜質(zhì)，如硼，可利用乙硼烷作為一種摻雜氣體。
在離子注入以后，利用與在圖11(A)-(C)所說明的步驟中相同的方法來激光照射以便激活源電極和漏電極。隨后，沉積一中間絕緣層161。作出接觸孔。在源電極和漏電極上形成金屬電極162A，162B和162C，這樣就完成了TFTs。
例8本實施例除了在結(jié)晶步驟以后進行一個激光照射以便進一步改進晶態(tài)硅膜的結(jié)晶度之外其它與實施例7的步驟是類似的，在本實施例的結(jié)晶步驟中在550℃中使疊層被加熱4個小時。
在該實施例中，CMOS TFTs以在圖14(A)-(C)中所示的方式被制造。首先如在圖14(A)中所示，在襯底151上濺射一層厚度為2000 的氧化硅以便形成基膜152。通過等離子CVD法形成一層具有厚度為1000至1500 的非晶態(tài)硅膜153。然后制成鎳或硅化鎳島154。
在一個氮環(huán)境內(nèi)以550℃使疊層退火4小時。在這個步驟期間，使硅化鎳區(qū)155生長，即結(jié)晶過程被進行。用這種方法獲得的晶態(tài)硅膜以光刻的方法如在圖14(B)中所示被構(gòu)型以便形成島形的硅區(qū)156。
用具有波長為248nm和脈沖寬度為20nsec(毫微秒)的KrF(氟化氪)受激準分子激光器輻照171來照射。利用激光器輻照照射兩次。每次照射的能量是250mJ/cm2。考慮到各種各樣的情況，例如膜的厚度和襯底的溫度，照射能量可以設(shè)置到200到400mJ/cm2。一種發(fā)射波長為308nm的XeCl(氯化氙)激光器或發(fā)射波長為193nm的ArF(氟化氬)激光器也能夠被用作為該激光器。
此外，也能夠利用其它的能產(chǎn)生與激光器照射一樣效果的強的光源。尤其是，利用紅外線照射的快速熱處理(RTA)技術(shù)允許硅有選擇地吸收紅外線的照射。因此能夠有效地進行退火。在構(gòu)型步驟之前可以完成激光照射。
在上述熱退火之后，在硅膜153上形成了一個結(jié)晶區(qū)。然而一個非結(jié)晶區(qū)可以保留在硅膜153中(在圖中沒有示出)。
通過隨后的激光退火或RTA能進一步改進結(jié)晶區(qū)的結(jié)晶度。因此，這個區(qū)適合作為薄膜晶體管的一個激活區(qū)。另一方面，當(dāng)非單晶結(jié)晶區(qū)也被轉(zhuǎn)換成一個多晶結(jié)構(gòu)時，在這個區(qū)上用Raman光譜測量的結(jié)果證明與以前的結(jié)晶區(qū)相比該結(jié)晶度是相對差的。同樣地在激光退火或RTA之后通過電子顯微鏡觀察在非晶區(qū)中有無數(shù)的晶粒，而在以前的結(jié)晶區(qū)內(nèi)觀察到被一致取向的相對大的晶體。這意味著甚至在激光退火之后非結(jié)晶區(qū)包括許多晶界，因此它不適合作為薄膜晶體管的一個激活區(qū)。
因此最好除掉非結(jié)晶區(qū)以便在激光退火或RTA之前或之后形成適合TFTs的硅島。
在這種方法中，能夠獲得具有良好結(jié)晶度的一個硅膜。通過至今所描述的步驟，由熱退火所結(jié)晶的硅膜在結(jié)晶度方法得到了改進。激光器照射使非結(jié)晶區(qū)(沒有示出)變?yōu)橐环N多晶膜。雖然可以看出一種改進的膜，但是，Raman譜測量已證明該結(jié)晶度是差的。利用一個透光電子顯微鏡的觀測已顯示在一膜中形成了無數(shù)的晶粒，該膜在激光器照射之前沒有結(jié)晶。根據(jù)本發(fā)明所結(jié)晶的膜153是用激光器光來照射的。在膜153中能夠觀測到相對大的晶體，該晶體在方向上是均勻的。
隨后，形成了主要由硅組成的柵電極158A和158B。正如在圖14(C)中所示，通過離子注入使雜質(zhì)原子擴散以便分別地形成N-型摻雜區(qū)和P-型摻雜區(qū)160A和160B。例如，利用磷作為一種N-型雜質(zhì)。利用磷化氫(PH3)作為摻雜氣體。以一個以60到110KV的加速電壓使雜質(zhì)離子注入到整個表面。然后在N-溝道TFT區(qū)涂上一種光致抗蝕劑。以一個以40到80KV的加速電壓注入P-型雜質(zhì)離子，如硼離子，并用乙硼烷(B2H6)作為一種摻雜氣體。
在離子注入以后，利用激光器照射激活源電極和漏電極。沉積一中間絕緣層161，并且制出接觸孔。在源電極和漏電極上形成金屬電極162A、162B和162C，這樣就完成了TFTs。
在本例子中，引入了一種催化元素來促進結(jié)晶。在這種方法中，是將低溫、短結(jié)晶步驟與激光器照射的退火步驟結(jié)合起來進行。在550℃的溫度中結(jié)晶步驟進行大約4小時。用這種方法能夠獲得一層具有良好結(jié)晶度的硅膜。利用這樣一種晶態(tài)硅膜能夠獲得高性能的TFTs。
更確切地說，在例5中獲得的N-溝道TFTs對于硅柵型(圖10(A)-(C))來說具有40到60cm2/Vs的場效應(yīng)遷移度而對鋁柵型(圖11(A)-(C))來說具有60到120cm2/Vs的一個場效應(yīng)遷移率。閾值電壓是3到8V。在本例中得到的N-溝道TFTs的遷移率是150到200cm2/Vs，而閾值電壓是0.5到1.5V。值得注意的是它大大改進了遷移率并且減小了閾值電壓中的變化。
到現(xiàn)在為止僅利用一種非晶態(tài)硅膜的激光結(jié)晶可得到這些特征。在現(xiàn)有技術(shù)的激光結(jié)晶中，所得到的硅膜在特征方面是非常不同的。同時對于結(jié)晶需要高于400℃的溫度。此外，需要超過350mJ/cm2的一個高激光器能量的照射。因此大批量生產(chǎn)會存在許多問題。在本例中，較低的襯底溫度和較小的能量密度就能夠滿足。因此能夠沒有困難地進行大批量生產(chǎn)。此外，變化可以與常規(guī)熱退火的固相結(jié)晶生長方法被使用時發(fā)生的變化相比較，因此，所得到的TFTs在特征上是一致的。
在本發(fā)明中，如果鎳的濃度是低的，那么硅膜不能充分地被結(jié)晶，并且TFTs的特性是不好的。在本例中，然而即使硅膜的結(jié)晶度不是充分地高，也能夠通過隨后的激光器照射來補償。所以如果鎳的濃度是低的，TFT的特性不會被破壞。因此在裝置的激活層區(qū)中鎳的濃度能夠進一步地被降低。這就進一步增加了該裝置的電穩(wěn)定性和可靠性。
例9在本例中，將用于促進非晶態(tài)硅膜結(jié)晶的催化元素加到一種溶液中，該溶液被涂到非晶態(tài)硅膜。用這種方法把催化元素引入到該非晶態(tài)硅膜中。
同樣地在本例中可選擇地引入催化元素。晶體從引入催化元素的區(qū)中生長到?jīng)]有引入催化元素的區(qū)中。這樣獲得了一層少量摻雜有催化元素的晶態(tài)硅膜。
圖15(A)-(D)圖示地說明了用于制造本例的各步驟。值得注意的是在圖9和圖15中相同的參考數(shù)字代表相同的元件。
首先，在由Corning 7059制成的一玻璃襯底上濺射一層厚度2000 的氧化硅以形成一基膜101B。襯底是10cm2。然后通過等離子體CVD法形成具有厚度為1000 的非晶態(tài)硅膜101。
此后形成一層具有厚度為2000 的氧化硅膜180。我們的試驗已證明如果氧化硅膜180的厚度設(shè)置為500 ，不會發(fā)生任何問題。我們認為如果該膜是致密的，那么就能夠進一步減小膜厚度。
利用普通的光刻技術(shù)把氧化硅膜180刻成一種所要求的圖型。在氧環(huán)境中利用紫外線照射5分鐘以便在非晶態(tài)硅膜101的外露表面上形成一層薄的氧化硅膜182。我們認為氧化硅膜182的厚度大約為20到50 (圖15(A))。
該氧化硅膜的目的在于改進應(yīng)用在下面步驟中的溶液的吸濕度。在這種情況下，可將5ml的乙酸鹽溶液滴到一個10cm2的襯底上。通過把100ppm鎳的重量加到乙酸鹽溶液中來配制乙酸鹽溶液。在這時，利用一個離心涂膠機184以50rpm(50轉(zhuǎn)/分)的速度使疊層旋轉(zhuǎn)，并且在襯底的整個表面上形成一層均勻的水膜183。維持這種狀態(tài)5分鐘。然后利用離心涂膠機184以2000rpm的轉(zhuǎn)度使疊層旋轉(zhuǎn)60秒以使疊層甩干。通過使疊層以0到150rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)也可以使水膜保持在離心涂膠機上(圖15(A))。
通過上面所描述的步驟將鎳引入到區(qū)185中。在300到500℃的溫度中對疊層進行熱退火以便在區(qū)185的表面上形成硅化鎳。然后，除去起掩膜作用的氧化硅膜180，在一個氮環(huán)境中使疊層在550℃的溫度中加熱4小時。這樣非晶態(tài)硅膜180被結(jié)晶。在這時該晶體從摻雜有鎳的區(qū)185橫向地，即平行于襯底地，向沒有引入鎳的區(qū)生長。當(dāng)然，結(jié)晶發(fā)生在鎳直接地被引入的區(qū)中。
進行熱處理以便在區(qū)185的表面上形成一層硅化鎳膜，隨后，是除去氧化硅膜180。在一種變例中，該疊層在550℃的溫度中被加熱4小時而不除去氧化硅膜180，并且進行結(jié)晶。在這種情況下不需要用來制成硅化鎳膜的步驟。氧化硅膜180可以在結(jié)晶步驟之后除去。
圖15(B)示出了一種結(jié)晶正在進行中的狀態(tài)。尤其是引入到邊緣部分中的鎳以硅化鎳103A的形式向中心進展。由鎳穿過的部分103是晶態(tài)的硅。如果結(jié)晶進一步進行，那么從引入鎳的部分185開始的兩部分將經(jīng)過位于它們之間的硅化鎳103A后相會合，正如在圖15(C)中所示。這樣結(jié)晶過程結(jié)束。
利用上述的步驟能夠得到一種晶態(tài)的硅。不希望鎳從產(chǎn)生的硅化鎳103A擴散到半導(dǎo)體膜中。因此用氫氟酸或氫氯酸把區(qū)103A腐蝕掉。在圖15(D)中示出了這種情況。晶界存在的部分形成了凹槽104A。
在圖15(C)中，結(jié)晶從區(qū)185穿過區(qū)186橫向地進行。在圖16中示出了在區(qū)186中鎳的濃度，它給出了在晶態(tài)硅膜區(qū)186的厚度方向上鎳的分布，該晶態(tài)硅膜已經(jīng)經(jīng)歷了結(jié)晶步驟。通過SIMS來測量該分布，已證明在鎳直接地被引入的區(qū)185中鎳的濃度高于在圖16中所示分布的濃度至少一個數(shù)量級。利用這樣得到的晶態(tài)硅膜，借助于在例5中使用的方法來制造TFTs。
利用與在例8中一樣的方法借助于激光或其它等效的強光來照射用這種方法得到晶態(tài)硅膜以便進一步有效地改進結(jié)晶度。在例8中，在硅膜中鎳的濃度相當(dāng)高從而激光照射使鎳從硅膜沉淀出來。在硅膜中形成了具有大小為0.1到10μm數(shù)量級的鎳粒子。其結(jié)晶使膜的結(jié)構(gòu)被損壞。然而，在本例中，能使鎳的濃度在比例5和6中得到的鎳的濃度低得多。因此，硅化鎳不會沉積。同樣通過激光器照射也不會使該膜變粗糙。
通過控制溶液中鎳的濃度就能夠控制圖16中鎳的濃度。在本例中，溶液中鎳的濃度設(shè)置為100ppm。我們已證明如果濃度設(shè)置為10ppm，結(jié)晶是可能的。在這種情況下，在圖15(A)-(D)中所示區(qū)186中鎳的濃度(圖16)能夠進一步降低一個數(shù)量級。然而，如果溶液的鎳濃度被降低，那么橫向晶體生長的距離就會縮短。
正如到目前為止所述的被結(jié)晶的硅膜能夠直接地被用作為每個TFT的一個激活層。特別是使用區(qū)186的每個TFT的激活層的形成在催化元素的濃度低的情況中是相當(dāng)有用的。
在本例中，乙酸鹽溶液被用作一種包含一催化元素的溶液。這種溶液能夠從各種水溶液和有機溶劑和溶液中選擇。催化元素的形式不限于化合物。該催化元素可以很容易地在一種溶液中分散。鎳被用作為一種催化劑并且被包含在一種極性的溶劑中例如水、酒精、酸、或氨的場合，該鎳作為一種鎳化合物被引入。鎳化合物典型例子包括溴化鎳、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、氧化鎳和氫化鎳。
該溶劑能夠從非極性溶劑中選擇，即苯、甲苯、二甲苯、四氯化碳、氯仿、和乙醚。
在這種情況下，鎳是以一種鎳化合物的形式被引入。鎳化物的典型例子是乙酰丙酮鎳、和2-乙基己基鎳。
同樣有利的是把一種表面活化劑加到含有一種催化元素的溶液中。它改善了所施加表面的粘著力并且控制該吸附度。這種表面活化劑可以預(yù)先施加在表面上。單純的鎳被用作為催化元素的場合必須使它在酸中溶解，這樣就產(chǎn)生了一種溶液。
在上面描述的例子中，利用了一種鎳或一種催化元素在溶液中完全溶解的溶液。但不是總需要鎳被完全地溶解。既然是這樣可以利用象乳液一樣的材料，該材料包括一種介質(zhì)，而在該介質(zhì)中均勻分散在單一的鎳粉或一種鎳化合物粉。同樣地可以利用一種用來形成一層氧化膜的溶液。由TOKYO OHKA KOGYO CO，LTD制造的OCD(Ohka 擴散源)能夠被用作為該溶液。在使用這種OCD溶液的時候，可將其施加到待涂覆表面，然后在大約200℃的溫度中使其被烘干。此外可利用任何雜質(zhì)，因為能夠任意地加入一種雜質(zhì)。
這些原理應(yīng)用在除了鎳之外的材料被用作為催化元素的場合。在使用一種非極性溶劑例如2-乙基己基鎳的甲苯溶液的場合，能夠直接地將其施加到一種非晶態(tài)硅膜的表面上。在這種情況下便于預(yù)先施加一種材料，例如一種被用于保護層作用的內(nèi)部接觸劑。然而，如果施加的量太大，那么在非晶態(tài)硅中催化元素引入將會受到阻止。
包含在溶液中的催化元素的量取決于溶液的種類。一般說來鎳的重量與溶液的重量比是200∶1ppm，最好是50∶1ppm。可考慮在結(jié)晶完成之后在膜中鎳的濃度和耐氫氟酸能力來確定這個范圍。
在本例中，含有一種催化元素的溶液被施加到一個非晶態(tài)硅膜的上表面。在非晶態(tài)硅膜形成之前，可將含有催化元素的一種溶液施加到基膜上。
例10現(xiàn)將參考圖17來描述一種通過在Corning 7059玻璃，襯底上形成一層鎳膜并用這種鎳膜作為一種催化劑使非晶硅膜結(jié)晶從而獲得一種晶態(tài)硅膜的方法。在一個襯底201上，利用等離子體CVD法形成厚度為2000 的氧化硅基膜202。接下來通過濺射沉積一層厚度小于1000 ，例如50 的鎳膜203。厚度小于100 的鎳膜被描述為粒子，或是許多粒子相互連接起來的粒子群的一種形式會比描述為膜更精確。對于鎳膜的形成，當(dāng)該襯底被加熱到100至500℃的溫度，最好是180至250℃時，能夠獲得更好的結(jié)果。這是因為改進了在氧化硅基膜和鎳膜之間的粘著力。能夠利用硅化鎳來代替鎳。(圖17(A))。
在這之后，通過等離子體CVD法來沉積厚度500到3000 ，例如1500 ，的一種非晶態(tài)硅膜204，并且在氮環(huán)境中在430℃的溫度下進行除氫0.1到2小時，例如0.5個小時(圖17(B))。
然后在一個退火爐中在一個氮環(huán)境中且在450°到580℃的溫度下，例如550℃的溫度下，進行退火8小時。圖17(C)示出了在該退火期間的狀態(tài)，在退火期間隨著鎳從預(yù)先形成的鎳膜(粒子、群)中擴散，結(jié)晶進行并且晶態(tài)硅區(qū)205生長和在整個非晶區(qū)204A上擴散。
在結(jié)晶完成之后，維持400到600℃的溫度，例如550℃，利用氫或氧使三氯乙烯(C2HCl3)被稀釋到1至10%，例如10%，并且將其引入到退火爐中，使退火進行0.1到2小時，例如1小時。當(dāng)利用副離子材料光譜測定法(SIMS)來分析樣品例如被氯化處理的樣品時，在硅膜中鎳的濃度是0.01原子%。在沒有進行氯化處理的一個樣品中鎳的濃度為5原子%。
例11在圖18中示出了第11種優(yōu)選的實施例。利用等離子體CVD法在一個Corning 7059玻璃襯底201上形成厚度為2000 的氧化硅基膜202。然后利用等離子體CVD法，沉積厚度為500到3000 ，例如1500 ，的非晶硅膜204，并且在430℃的溫度中的氮環(huán)境中進行除氫0.1到2小時，例如為0.5小時。
在這以后，利用濺射來沉積厚度小于1000 ，例如80 ，的一層鎳膜203。厚度小于100 的鎳膜是這樣一種結(jié)構(gòu)，即它比被描述為一種膜更準確地被描述為粒子，或許多粒子相互連接在一起的粒群。為了形成鎳膜，當(dāng)襯底被加熱到100至500℃的溫度，并且最好是180至250℃的溫度時，能夠獲得好的結(jié)果。這是因為改進了在氯化硅基膜和鎳膜之間的粘著力。能夠利用硅化鎳來代替鎳(圖18(A))。
隨后在一個退火爐中的氮環(huán)境中在450到580℃的溫度下，例如為550℃的溫度下，使退火進行4小時。圖18(B)示出了在該退火期間的狀態(tài)，在退火期間隨著鎳從預(yù)先形成的鎳膜(粒子、群)中擴散使結(jié)晶進行，并且晶態(tài)硅區(qū)205生長和在整個非晶態(tài)區(qū)204A擴散。
在結(jié)晶完成之后，維持400到600℃的一個溫度，例如580℃，利用氫或氯使三氯乙烯(C2HCl3)被稀釋到1至10%，例如為10%，并且將其引入到退火爐中，使退火進行0.1至2小時，例如為0.5小時。
例12在圖19中示出了第12個優(yōu)選的實施例。首先利用等離子體CVD法，在一個Corning 7059玻璃襯底231上形成厚度為2000 的氧化硅基膜232。隨后，利用濺射來沉積厚度小于1000 ，例如為80 的鎳膜233(圖19(A))。
接下來在整個表面涂上一種光致抗蝕材料，并且利用一種公知的光刻法形成一保護層圖形234(圖19(B))。
然后將它浸入一種適合的蝕刻劑中，例如為5至30%的鹽酸溶液，并且除去鎳膜的外露部分。利用與使用硅化鎳的場合相同的方法能夠除去該膜(圖19(C))。
隨后通過一種普通公知的方法除去該光致抗蝕材料，并形成一種鎳膜圖形235(圖19(D))。
在這之后，利用等離子CVD法，沉積一層厚度為500至3000 ，例如為1500 ，的非晶態(tài)硅膜，并且在430℃的氮環(huán)境中使清除氫進行0.1至2小時，例如為0.5小時。然后在一個退火爐中的氮環(huán)境中，使它在450°到580℃的溫度下，例如為550℃，進行退火4小時。圖19(E)示出了它在退火期間的狀態(tài)，在退火期間隨著鎳從預(yù)先形成的鎳膜結(jié)構(gòu)中擴散使結(jié)晶進行，并且晶態(tài)硅區(qū)236生長和在整個非晶態(tài)區(qū)237擴散。
在結(jié)晶完成之后，保持400至600℃的溫度，例如為580℃的溫度，利用氫或氧使氯化氫(HCl)被稀釋到1至10%，例如為10%，并且使氯化氫被引入到退火爐中，使退火進行0.1至2小時，例如為0.5小時。當(dāng)利用副離子材料光譜測量法(SIMS)來分析被氯化處理的樣品時，在該硅膜中鎳的濃度是5至10PPM。在沒有進行氯化處理的樣品中鎳的濃度是為1原子%。
例13在圖20中示出了第13種優(yōu)選的實施例。利用等離子體CVD法在一種Corning 7059玻璃襯底241上形成一層厚度為2000 的氧化硅基膜242。然后，利用等離子體CVD法沉積一層厚度為500至3000 ，例如為1500 ，的非晶態(tài)硅膜243，接著利用濺射來沉積一層厚度小于1000 ，例如為80 的鎳膜244(圖20(A))。
用一種光致抗蝕材料涂在它的整個表面上，并利用一般公知的光刻方法形成一保護層圖形245。(圖20(B))。
然后將它浸入到一種適用的蝕刻劑中，例如為5至30%的氫氯酸溶液，并且由此除掉鎳膜的外露部分(圖20(C))。
隨后利用一般公知方法除掉光致抗蝕材料，并形成一種鎳膜圖形246(圖20(D))。
在這以后，在430℃的氮環(huán)境中進行清除氫0.1至2小時，例如為0.5小時。在一個退火爐的氮環(huán)境中，使它在450至580℃的溫度，例如為550℃下，進行退火4小時。圖20(E)示出了它在退火期間的狀態(tài)，在它退火期間隨著鎳從預(yù)先形成的鎳膜結(jié)構(gòu)中擴散，使結(jié)晶進行，并且晶態(tài)硅區(qū)247生長和在整個非晶態(tài)區(qū)248上擴散。
在結(jié)晶完成以后，保持400至600℃的一個溫度，例如為580℃，利用氫或氧使三氯乙烯(C2HCl3)被稀釋到1至10%，例如為5%，并將其引入到退火爐中，使退火進行0.1至2小時，例如為0.5小時。當(dāng)利用副離子材料光譜測定法來分析這種被氯化處理的樣品時，在該硅膜中鎳的濃度是5至10PPM。在沒有進行氯化處理的樣品中鎳的濃度為0.1至1原子%。
例14在圖21中示出了第14種優(yōu)選的實施例。利用等離子體CVD法在一個Corning 7059玻璃襯底251上形成一個厚度為2000 的氧化硅基膜252。然后在整個表面上涂上一種光致抗蝕材料并且利用一般公知的光刻方法形成一種保護層圖形253。(圖21(A))。
然后利用一般公知的方法除掉光致抗蝕材料并且在同時也除掉粘著在保護層上部的鎳膜，從而產(chǎn)生一種鎳膜圖形255(圖21(C))。
在這之后，利用等離子體CVD法來沉積一層厚度為1000 的非晶硅膜。在此不進行清除氫步驟。隨后在一個退火爐中的氮環(huán)境中使它在450至580℃的溫度下，例如為550℃的溫度下，進行退火4小時。圖21(E)示出了它在退火期間的狀態(tài)，在它退火期間，隨著鎳從預(yù)先形成的鎳膜圖形中擴散而使結(jié)晶進行，并且晶態(tài)硅區(qū)256生長和在整個非晶態(tài)區(qū)257上擴散。
在結(jié)晶完成之后，保持550℃的溫度，利用氫或氧使三氯乙烯被稀釋到1至10%，例如為5%，并將其引入到退火爐中，使退火進行0.5小時。
例15在圖22中示出了第15種優(yōu)選的實施例。通過等離子體CVD法在一個Corning玻璃襯底261上形成一個厚度為2000 的氧化硅基膜262。在這之后利用等離子體CVD法沉積一個厚度為500 的非晶態(tài)硅膜263。在此不進行清除氫。然后用一種光致抗蝕材料涂在整個表面上，并且利用一般公知的光刻方法形成保護層圖形264(圖22(A))。
接下來利用電子束蒸發(fā)沉積一個厚度大約為100 的鎳膜圖形265(圖22(B))。
然后利用一般公知的方法除掉該光致抗蝕材料和在同時也除掉粘著在保護層上部上的鎳膜，從而產(chǎn)生一種鎳膜圖形266(圖22(C))。
隨后在一個退火爐中的氮環(huán)境中使它在550℃的溫度下進行退火4小時。圖22(E)示出了它在退火期間的狀態(tài)，在退火期間隨著鎳從預(yù)先形成的鎳膜圖形開始擴散而使結(jié)晶進行，并且晶態(tài)硅膜區(qū)267生長和在整個非晶態(tài)區(qū)268中擴散。
在結(jié)晶完成之后，保持溫度為500℃。利用氫或氧使氯化氫(HCl)被稀釋到1至10%，例如為1%，并將其引入到退火爐中和進行退火0.5小時。
例16第16個優(yōu)選實施例的特征在于;具有良好結(jié)晶特性的晶態(tài)硅膜通過這樣一個方法來獲得，即把一種促進非晶態(tài)硅膜結(jié)晶的催化元素引入到非晶態(tài)硅膜中，并通過加熱產(chǎn)生結(jié)晶，在該第一過程以后，利用激光照射進一步提高結(jié)晶度。
下面將參考附圖23來描述第17種優(yōu)選實施例的制造方法。首先，通過等離子體CVD法在一個襯底201上形成一個厚度為2000 的氧化硅基膜202。然后通過濺射來沉積一個厚度小于1000 ，例如為50 ，的鎳膜203。厚度小于100 的鎳膜是這樣一種形式，即它比被描述為一種膜更準確地描述為粒子，或許多粒子相互連在一起的粒群。為了形成鎳膜，當(dāng)襯底被加熱到100至500℃，最好是180至250℃的溫度時，能夠獲得好的效果，這是因為改進了在氧化硅基膜和鎳膜之間的粘著力。利用硅化鎳代替了鎳(圖23(A))。
在這之后，在430℃的氮環(huán)境中進行清除氫0.1至2小時，例如為0.5小時(圖23(B))。
隨后，在一個退火爐中的氮環(huán)境中使其在450至580℃的溫度下，例如為550℃的溫度下，進行退火8小時。圖23(C)示出了它在被退火期間的狀態(tài)，在其退火期間，隨著鎳以預(yù)先形成的鎳膜(粒子，群)開始擴散來進行結(jié)晶，并且晶態(tài)硅區(qū)205生長和在非晶態(tài)區(qū)204A內(nèi)擴散。
在完成熱退火之后，通過用激光271的照射來進行退火。對于激光可以利用一種KrF激態(tài)基態(tài)復(fù)合物激光器(波長248nm，脈寬20nsec)。激光照射以250mJ/cm2的能量密度進行2次。用該激光照射使襯底被加熱到300℃。這就增加了激光照射的效果。
對于激光來說可以替換使用一種XeCl激態(tài)基態(tài)復(fù)合物激光器(波長308nm)或ArF激態(tài)基態(tài)復(fù)合物激光器(波長193nm)或類似的激光器。除此以外，可以利用基于不用激光而用強光來照射的一種方法。尤其是基于用紅外線的光短時間照射的RTA(快速熱退火)具有在一個短的時間周期內(nèi)能夠有選擇地加熱硅膜的優(yōu)點。
在通過用激光照射完成退火之后，保持400至600℃的溫度，例如為550℃，用氫或氧使三氯乙被稀釋到1至10%，例如為10%，并將其引入到退火爐中，進行退火0.1至2小時，例如為1小時，這樣就能夠得到一個晶態(tài)硅膜。當(dāng)利用副離子材料光譜測定法(SIMS)來分析被氯化處理的樣品時，在該硅膜中鎳的濃度是1×1018cm-3，在沒有進行氯化處理的樣品中鎳的濃度為1×1019cm-3。
用上述的方法能夠獲得一種具有好的結(jié)晶特性的硅膜。進行這種處理的結(jié)果是通過熱退火而結(jié)晶的區(qū)205變成一具有良好質(zhì)量的結(jié)晶硅膜。另一方面，雖然由激光照射的結(jié)果在沒有結(jié)晶的區(qū)204A中也獲得一種多晶膜并且能夠觀測到該膜質(zhì)量上的一個變化，但是通過Raman光譜測定法已發(fā)現(xiàn)在這個區(qū)內(nèi)的結(jié)晶質(zhì)量是不好的。同樣地用一種電子顯微鏡的實驗已揭示在還沒有結(jié)晶的時候，通過利用激光器照射，在結(jié)晶的區(qū)204A中形成無數(shù)的小晶體，而在結(jié)晶之后被激光照射的區(qū)205中可觀測到相對大的晶體，這些晶體沿著相同的方向?qū)R。
當(dāng)這樣得到的一個硅膜205，被制成一個島型，并且制造一個TFT時，可觀察到在性能上的明顯改時。也就是說，通過利用根據(jù)上述第一種實施例結(jié)晶的一個硅膜來制造N溝道型TFT，使場效應(yīng)遷移率是40至60cm2/Vs和閥值電壓為3至10V，而在通過相同方法但利用根據(jù)本實施例獲得的硅膜來制造一個N-溝道型TFT使遷移率為150至200cm2/Vs和閥值電壓為0.5，至1.5V;因此大大地改進了遷移率，并且在閥值電壓中的變化也被減小了。
雖然在過去單獨利用激光結(jié)晶能夠獲得這種非晶態(tài)硅膜結(jié)晶的這種性能，但是用普通的激光器結(jié)晶在所得到的硅膜的特性中具有寬的變化，并且存在不利于大批量生產(chǎn)的問題，因為為了結(jié)晶需要超過400℃的溫度和超過350mJ/cm2的高激光能量的照射。根據(jù)這一點，利用本優(yōu)選實施例沒有關(guān)于大量生產(chǎn)的問題，因為襯底的溫度和能量是完全能滿足的，它們低于上述的值。此外，因為在特性中的變化大約與利用普通熱退火遇到固相生長結(jié)晶的變化是一樣的，所以得到的TFTs也具有均勻的特性。
值得注意的是利用本發(fā)明當(dāng)鎳的濃度太低時，硅膜的結(jié)晶不是令人滿意的，并且所得到的TFTs的特性是不好的。然而在本優(yōu)選的實施例中，因為即使硅膜的結(jié)晶不令人滿意，也能夠利用后來的激光照射使其結(jié)晶，甚至當(dāng)鎳的濃度低時，在TFTs的特性方面也沒有損壞。其結(jié)果是能夠進一步減小在該裝置的激活層區(qū)中的鎳濃度，并且能夠采用一種對該裝置的電穩(wěn)定性和可靠性非常有利的結(jié)構(gòu)。
例17本發(fā)明的第17種優(yōu)選的實施例涉及一種方法，在該方法中鎳作為催化元素被引入到液相中。第8個優(yōu)選實施例的制造方法將參照附圖24來說明。首先，利用等離子體CVD法在一個10cm2的Corning 7059玻璃襯底281上形成一個2000 厚的氧化硅基膜286。此后，利用等離子體CVD法沉積一個厚度為500 的非晶態(tài)硅膜238。然后在整個表面上形成一層厚度為1500 的氧化硅膜并且利用一般公知的光刻方法形成一個掩膜圖形284，氧化硅膜的掩膜圖形284用于有選擇地引入鎳，對于該掩膜圖形，可以利用保護層代替氧化硅。
接下來，通過在一個氧氣氛中的紫外線照射來形成一薄的氧化硅膜282。通過利用紫外線光在一個氧氣氛中照射5分鐘來制造該氧化硅膜282。該氧化硅膜282的厚度考慮為大約是20至50 。形成該氧化硅膜的目的是為了改進在后面方法中提供的一種溶液的滲透特性。在這種狀態(tài)中，通過把100ppm(重量換祘)的催化元素加入到乙酸鹽溶液中制造的5ml的乙酸鹽溶液被滴到樣品上。在一個旋轉(zhuǎn)機280上以50rpm的轉(zhuǎn)速進行10秒鐘的旋轉(zhuǎn)涂覆，因此在襯底的整個表面上形成了一層均勻的水膜285。然后，在該狀態(tài)下保持5分鐘之后，利用旋轉(zhuǎn)機280以2000rpm的速度進行60秒的甩干。當(dāng)旋轉(zhuǎn)機以0至150rpm的速度旋轉(zhuǎn)時，能夠?qū)⑵浔３衷谛D(zhuǎn)機上(圖24(A))。
因而獲得在圖24(B)所示的狀態(tài)。這種狀態(tài)是催化元素鎳穿過非常薄的氧化硅膜282與非晶態(tài)硅膜283相結(jié)合的狀態(tài)。
隨后將產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)置于一個退火爐中在氮氣環(huán)境中以550℃的溫度進行退火4小時。在這時，鎳穿過氧化硅膜282擴散到非晶態(tài)硅膜中，并且進行結(jié)晶。
圖24(C)示出了該結(jié)構(gòu)在退火期間的狀態(tài)。在其退火期間，隨著鎳從氧化硅膜282部分開始擴散而進行結(jié)晶，使非晶態(tài)硅區(qū)287生長，并且在整個非晶態(tài)區(qū)288中擴散。
在結(jié)晶完成之后，保持500℃的溫度，利用氫或氧使氯化氫(HCl)被稀釋到1至10%，例如為1%，并且將其引入到退火爐中進行退火0.5小時。
這樣就能夠獲得一種晶態(tài)硅膜。圖25示出了在結(jié)晶過程完成之后的一個晶態(tài)硅膜中鎳濃度SIMS檢測的結(jié)果。鎳的濃度被檢測的區(qū)是通過氧化硅膜284作為一種掩膜來保護的區(qū)，并且也是鎳沒有被直接地引入的區(qū)。
同樣地已經(jīng)證明在鎳直接地被引入的區(qū)中鎳的濃度，也就是，鎳穿過氧化膜282擴散到的區(qū)中鎳的濃度大于圖25中所示的濃度分布一個數(shù)量級。根據(jù)上述第二種優(yōu)選實施例，通過利用激光或一種類似的強光的照射能夠有效地進一步改進這樣得到的硅膜的結(jié)晶度。
通過控制在溶液中鎳的濃度能夠控制在圖25中所示的鎳濃度。雖然在本優(yōu)選實施例中在溶液中鎳的濃度被設(shè)置為100ppm，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)該濃度設(shè)置為10ppm時仍然能夠結(jié)晶。當(dāng)這樣做的時候在圖25中所示鎳的濃度能夠被進一步減小一個數(shù)量級。然而，當(dāng)將溶液中鎳的濃度弄得很低時，將使結(jié)晶生長距離變短。
用上述方法結(jié)晶的晶態(tài)硅膜能夠被用作為TFTs的激活層。利用從鎳沿著平行于襯底的方向被引入的區(qū)開始來產(chǎn)生結(jié)晶生產(chǎn)的區(qū)形成TFTs的激活層是非常有利的，因為它們的催化元素的濃度是低的。
在本優(yōu)選的實施例中，由于溶液包含有催化元素，所以使用乙酸鹽溶液;然而可以使用更多的溶液，并且能夠使用水溶液或有機溶劑的溶液或類似的溶液。因此催化元素的不必非包含在一種化合物中，并且它可以通過簡單的擴散而包含在溶液中。
由于制成的溶劑包括催化元素，所以能夠交替地使用任何極性溶劑如水、酒精、酸或氨。
假如當(dāng)鎳被用作為催化劑并且該鎳是包含在一種極性溶劑中時，該鎳是以鎳的化合物的形式被引入的。作為鎳化合物，能夠從例如溴化鎳、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、氧化鎳和氫化鎳中選擇鎳化物來使用。
同樣地作為溶劑能夠使用下列中任一種非極性溶劑，即苯、甲苯、二甲苯、四氯化碳、氯仿和乙醚。
在這種情況下，鎳作為一種鎳的化合物被引入。作為這種鎳化物，例如能夠從乙酰丙酮鎳和2-乙基己酸鎳中選擇鎳化物來使用。
在含有催化元素的溶液中加一種清洗劑是有利的。是因為它能夠提高與被覆蓋的表面的粘著力并能夠控制吸附性。這種清洗劑可以預(yù)先涂在要被覆蓋的表面上。當(dāng)單純的鎳被用作為催化元素時，需要把鎳首先溶解在酸中制成一種溶液。
上述所討論的是一個通過把催化元素鎳完全地溶解來制成溶液的例子;然而，一種乳液類的物質(zhì)可以被用來代替完成溶解的鎳，在該物質(zhì)中由單純的鎳或一種鎳的化合物組成的粉劑在一種分散介質(zhì)中均勻地擴散。另一方面能夠利用一種用于形成氧化膜的溶液。象這類溶液能夠利用由Tokyo Ohka Chemical Indutries Co.，Ltd制造的OCD(Ohka擴散源)。通過把OCD涂在一種非晶態(tài)硅膜上，并在大約200℃的溫度下烘干它，一種氧化硅膜能夠簡單地被形成。隨后能夠使一種催化元素從該氧化硅膜擴散到非晶態(tài)硅膜中。
值得注意的是這些特點也適用于除了鎳以外的一種材料被用作為催化元素的場合。
同樣地通過使用一種非極性溶劑例如一種2-乙基己酸鎳的甲苯溶液作為溶液，能夠把該溶液直接地涂在非晶態(tài)硅的表面上。在這種情況下預(yù)先提供一種被用作保護層的類似粘合劑的材料是有利的。然而，由于當(dāng)供給的量太大時它能夠具有阻礙催化元素加到非晶態(tài)硅膜中的反作用，所以需要小心。
包含在溶液中的催化元素的量取決于溶液的類型。但是作為一段規(guī)律希望鎳相對于溶液的量是1ppm至200ppm，并且最好為1ppm至50ppm(重量比)。這是在結(jié)晶完成之后考慮到鎳的濃度和膜的抗氟酸性所確定的一個值。
例18在本例18中描述了一種在根據(jù)本發(fā)明形成的TFT中結(jié)晶區(qū)、TFT的激活層(溝道區(qū))、接觸孔和加入催化元素的區(qū)之間的位置關(guān)系的例子。下面描述一種有源矩陣的一個象素部分。
圖26(A)至26(F)示出了用于制造一種本例的TFT的步驟。首先，如在圖26(A)中所示，利用濺射在一個襯底91上沉積一個厚度為2000 的氧化硅基膜92。然后利用等離子體CVD法沉積一個厚度為300至1500 ，例如為800 ，的非晶態(tài)硅膜93。厚度為200至2000 ，例如為300 ，的氧化硅膜94被形成，并且被穿孔以便形成孔96a和96b。因而把氧化硅膜94制圖成一個掩膜。然后利用濺射或如在例9中使用的旋轉(zhuǎn)涂覆在整個表面上形成一層非常薄的鎳膜或鎳化合物膜95。
接下來在550℃的氮環(huán)境中進行退火4小時，通過該步驟，正好位于孔96a和96b下面的硅膜93的部分97a和97b變成了一種硅化物并且硅區(qū)98a和98b從該部分97a和97b開始結(jié)晶。端部部分具有高的鎳濃度。(圖26(B))。
在充分的結(jié)晶之后，從孔96a和96b進行的結(jié)晶在兩孔的中間彼此相遇并且在兩孔的中間停止結(jié)晶。一個具有高鎳濃度的區(qū)99a保留在中間。在這種狀態(tài)下利用一個激態(tài)基態(tài)化合物激光器和類似用在例8中的激光器可進一步進行光退火(圖26(C))。
隨后，由此獲得的晶態(tài)硅膜被制圖以便形成一個島硅區(qū)400，如圖26(D)中所示。一部分高鎳濃度區(qū)97a和99c仍然是在硅區(qū)400中。接著利用等離子體CVD法形成一個厚度為700至2000 ，例如為1200 ，的氧化硅絕緣柵膜401(圖26(D))。
此后利用與在例5中使用的相同方法形成一個鋁柵電極402。圍繞著柵電極402形成一個厚度1000至5000 的陽極氧化層403。隨后利用離子摻雜法擴散一種雜質(zhì)來形成N-溝道雜質(zhì)區(qū)404和405。柵電極應(yīng)該被確定以致于高鎳濃度區(qū)97a和99c是在正好位于柵電極下面的部分(溝道區(qū))以外的區(qū)域上，如圖26(E)中所示。
在摻雜之后，利用激光照射激活源極和漏極。接著沉積一夾層絕緣體406，并利用濺射形成一個具有厚度為500至1500 ，例如為800 ，的透明導(dǎo)電膜并且利用蝕刻使其被制圖以便形成一個象素電極407。接著在夾層絕緣體406中形成接觸孔，并且為源極和漏極形成金屬電極408和409以便制成TFT。
希望形成離開高鎳濃度區(qū)97a和99c的接觸孔。通過設(shè)計接觸孔能夠?qū)崿F(xiàn)這一愿望，以致于為了添加鎳該接觸孔不重疊孔96a和96b。另外，通過在接觸孔形成期間硅膜的過腐蝕很容易地形成一種有缺陷的接觸，其原因是與不包含鎳的硅膜相比通過含有氟化氫族的一種溶液使高鎳濃度區(qū)很容易地被腐蝕。在附圖中在左邊上的接觸孔部分地疊在高鎳濃度區(qū)97a上。希望至少一部分電極與一個沒有加入鎳的區(qū)相接觸。
如上所述，本發(fā)明在這種意義上是一場革命，即它提供了一種在非晶態(tài)硅的結(jié)晶中利用低溫度和短時間周期的領(lǐng)先的方法，此外，因為被用于實現(xiàn)本發(fā)明的設(shè)備、裝置和技術(shù)是非常普通的和非常適合于大批量生產(chǎn)，所以本發(fā)明潛在的效益是巨大的。
例如，在普通的固相生長方法中因為需要使退火被保持至少24小時，所以如果對于一片襯底的襯底處理時間是2分鐘，則需要15個退火爐，而使用本發(fā)明，由于退火所需時間被減小到小于4小時，所以退火爐的個數(shù)能夠被降低到小于以前所需退火爐數(shù)的1/6。由本發(fā)明所產(chǎn)生的生產(chǎn)率的改進和在設(shè)備上投資的減小導(dǎo)致了在襯底處理費用上的減小，并且，因此減小了TFT的價格，以及導(dǎo)致了隨后產(chǎn)生的對TFTs新的需要的激勵作用。本發(fā)明具有如此的工業(yè)價值并且它值得得到一個專利。
權(quán)利要求
1.一種用于制造半導(dǎo)體的方法，包括在一個襯底上形成一個實質(zhì)上為非晶態(tài)的硅膜；在所述硅膜上形成一個催化元素膜，該催化元素包括至少從由鎳、鐵、鈷、鉑和鈀組成的組中選擇出的一種元素；讓實質(zhì)上為非晶態(tài)的所述硅膜的一個上表面與所述催化元素起反應(yīng)；在所述反應(yīng)之后除掉所述催化材料；和利用加熱使所述硅膜退火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在所述反應(yīng)之后利用一種激光束或等效于一種激光束的光照射所述硅膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述退火步驟是在低于非晶態(tài)硅的常規(guī)結(jié)晶溫度20至150℃的溫度下進行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述除掉步驟是利用氫氯酸或氫氟酸進行的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述催化元素形成步驟是通過用一種溶劑涂在實質(zhì)上非晶態(tài)硅膜上來進行的，所述溶劑包含從由鎳、鐵、鈷、鉑和鈀組成的族中選擇至少一種材料的鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中襯底包括一種玻璃，并且所述退火步驟是在不高于襯底的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的一個溫度下進行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的退火步驟是在450°至650℃的溫度下進行。
8.一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，它包括下列步驟在一個襯底上有選擇地形成一種物質(zhì)層，該物質(zhì)包括鎳、鐵、鈷、鉑和鈀之中的至少一種物質(zhì);在所述襯底形成步驟之后在所述襯底上形成非晶態(tài)硅膜;在所述非晶態(tài)硅膜形成步驟之后對所述非晶態(tài)硅膜進行退火;和用光刻對所述硅膜制圖來形成一個島。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中在所述退火步驟之后用包含有氫氟或氫氯酸的一種酸對所述襯底進行處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中在所述退火步驟之后用激光或等效于的一種光速照射所述襯底。
11.一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，它包括下列步驟在一個襯底上形成一個實質(zhì)上非晶態(tài)硅膜;在所述非晶態(tài)硅膜形成步驟之后有選擇地形成一種物質(zhì)層，該物質(zhì)包括鎳、鐵、鈷、鉑和鈀之中的至少一種物質(zhì);在所述物質(zhì)形成步驟之后對實質(zhì)上非晶態(tài)硅膜進行退火;和用光刻對所述硅膜進行制圖來形成一個島。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中在所述退火步驟之后利用包含有氫氟酸或氫氯酸的一種酸對所述襯底進行處理。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中在所述退火步驟之后利用激光或一種等效于激光的光束照射所述襯底。
14.一種用于制造半導(dǎo)體的方法，它包括在一個襯底上形成一種物質(zhì)層，該物質(zhì)包括鎳、鐵、鈷、鉑和鈀之中的至少一種物質(zhì);在該物質(zhì)層上形成一個實質(zhì)上非晶態(tài)硅膜;在所述硅膜形成步驟之后，通過加熱對該硅膜進行第一次退火;在所述第一次退火步驟之后，在包含有氯或一種氯化物的環(huán)境中，以400至650℃的溫度對該硅膜進行第二次退火。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中在所述第一次退火步驟之后，進一步包括利用激光或一種等效于激光的光束照射該硅膜的一個步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述第一次退火步驟的退火溫度低于非晶態(tài)硅的常規(guī)結(jié)晶溫度20至150℃。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中襯底包括一種玻璃，并且所述第一次退火步驟的退火溫度是低于該玻璃轉(zhuǎn)變點溫度。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中第一次退火步驟是在450°至650°的溫度下進行。
19.一種用于制造半導(dǎo)體的方法，它包括在一個襯底上形成一種實質(zhì)上為非晶態(tài)的硅膜;在該硅膜上形成一個物質(zhì)層，該物質(zhì)包括鎳、鐵、鈷、鉑和鈀之中的至少一種物質(zhì);在所述物質(zhì)層形成步驟之后對該硅膜進行第一次退火;在所述第一次退火步驟之后，在包含有氯或一種氯化物的環(huán)境中以400至650℃的溫度對該硅膜進行第二次退火。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，在所述第一次退火步驟之后進一步包括用激光或等效于激光的一種光束照射該硅膜的步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述第一次退火步驟的退火溫度低于非晶態(tài)硅的常規(guī)結(jié)晶溫度20至150℃。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中襯底包括一種玻璃，并且所述第一次退火步驟的退火溫度低于該玻璃的轉(zhuǎn)變點的溫度。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述第一次退火的步驟是450至650℃的溫度下進行。
24.一種用于制造半導(dǎo)體的方法，它包括在一個襯底上形成一種物質(zhì)層，該物質(zhì)包括鎳、鐵、鈷、鉑和鈀之中的至少一種物質(zhì);在該物質(zhì)層上形成一個實質(zhì)上為非晶態(tài)的硅膜;在所述硅膜形成步驟之后通過加熱對該硅膜進行退火;和在所述退火步驟之后用一種光束來照射該硅膜。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述光是一種激光或等效于激光的一種光。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述退火步驟是在450至650℃的溫度下進行。
27.一種用于制造半導(dǎo)體的方法，它包括在一個襯底上形成一個實質(zhì)上為非晶態(tài)的硅膜;在該硅膜上形成一種物質(zhì)層，該物質(zhì)包括鎳、鐵、鈷、鉑和鈀之中的至少一種物質(zhì);在所述物質(zhì)層形成步驟之后，利用加熱對該硅膜進行退火;和在所述退火步驟之后用一種光照射該硅膜。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中所述光是一種激光或一種等效于激光的光。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中所述退火步驟是在450至650℃的溫度下進行。
30.一種薄膜晶體管，它包括一個硅膜;一個設(shè)置在所述硅膜上的絕緣膜;和一個設(shè)置在所述絕緣膜上的柵電極，其中所述硅膜包括1×1015原子/cm3到5原子%的氫和1×1015原子/cm3到1原子%的至少鎳、鐵、鈷、鉑和鈀之中的一種物質(zhì)。
31.一種薄膜晶體管，它包括一個源和一個漏，其中所述源和所述漏之中的至少一個包括一個半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體包括1×1015原子/cm3到5原子%的氫和1×1015原子/cm3到1原子%的至少鎳、鐵、鈷、鉑和鈀之中的一種物質(zhì)。
32.一種半導(dǎo)體，它包括一個晶態(tài)硅膜，該晶態(tài)硅膜包括濃度為從1×1015原子/cm3到5原子%的氫和濃度為1×1015原子/cm3到1原子%的從鎳、鐵、鈷、鉑和鈀之中選擇的至少一種物質(zhì)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的半導(dǎo)體，其中該半導(dǎo)體包含各自為1×1019原子/cm3或更少的碳、氧和氮。
34.根據(jù)權(quán)利要求32的半導(dǎo)體，其中該硅膜的結(jié)晶是通過Raman散射譜測量來確定的。
35.根據(jù)權(quán)利要求32的半導(dǎo)體，其中該半導(dǎo)體是在一個絕緣表面上形成的。
全文摘要
制造半導(dǎo)體裝置例如薄膜晶體管的方法，它是在即低于非晶態(tài)硅的常規(guī)結(jié)晶溫度，也低于襯底的玻璃轉(zhuǎn)變點溫度的一個溫度中，對一個實質(zhì)上非晶態(tài)硅膜進行退火以便使該硅膜結(jié)晶。鎳、鐵、鈷、鉑、硅化物、醋酸鹽或硝酸鹽的島狀，條狀，線狀或點狀物，包含有各種鹽的膜，包含了鎳、鐵、鈷、和鈀中至少一種的粒子或束狀物可被用作為用于結(jié)晶的起動材料。在非晶態(tài)硅膜的上面或下面形成這些材料。
文檔編號H01L21/20GK1098554SQ9410324
公開日1995年2月8日 申請日期1994年2月15日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月15日
發(fā)明者山崎舜平, 竹村保彥, 張宏勇, 高山徹, 魚地秀貴 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所