專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有結(jié)晶態(tài)半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件的制造方法。本發(fā)明進(jìn)一步涉及使用半導(dǎo)體器件的諸如有源矩陣液晶器件的電-光器件。
薄膜晶體管(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“TFT”)是公知的并被廣泛應(yīng)用于各種型式的集成電路中或電-光器件中，特別是被用作為有源矩陣(可編址的)液晶顯示器件的各象素所設(shè)的開(kāi)關(guān)元件以及用于外圍電路的驅(qū)動(dòng)元件。
非晶硅膜極易用作為用于TFT的薄膜半導(dǎo)體。然而，非晶硅膜的電特性很差。使用屬于結(jié)晶態(tài)硅的多晶硅(多晶體的硅)薄膜可以解決此問(wèn)題。結(jié)晶體硅所指是，例如，多晶硅，多晶體的硅，及微晶硅結(jié)晶態(tài)硅膜的制備可以首先形成非晶硅膜，然后將形成的膜熱處理使其晶化。
為使非晶硅膜結(jié)晶化的熱處理要求將膜在溫度600℃或以上加熱10小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間。這樣的熱處理對(duì)玻璃襯底是有害的。例如，通常被用作有源矩陣液晶顯示器件的襯底的Corning 7059玻璃的玻璃變形點(diǎn)為593℃，因此不適合用作要受到在600℃或更高的溫度下加熱的大面積襯底。
根據(jù)本發(fā)明人的研究，發(fā)現(xiàn)非晶硅膜的結(jié)晶化可以通過(guò)在550℃下加熱此膜4小時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這可通過(guò)把微量的鎳或鈀，或其他元素如鉛，布置到非晶硅膜表面上來(lái)實(shí)現(xiàn)。
上面的元素(以下稱(chēng)之為“能加速非晶硅膜晶化的催化元素”或簡(jiǎn)稱(chēng)之為“催化元素”)可以用等離子處理或汽相淀積來(lái)淀積元素，或者用離子注入來(lái)滲入元素的辦法被導(dǎo)入非晶硅膜的表面中去。等離子處理更詳細(xì)地包括了用以下辦法將催化元素加入非晶硅膜中在平行板式或正柱式等離子CVD裝置中使用含有催化元素的電極在諸如氣態(tài)氫或氮的氣氛里產(chǎn)生等離子體。
然而，在半導(dǎo)體中存在大量的催化元素并不可取，因?yàn)槭褂眠@種半導(dǎo)體大大損害了半導(dǎo)體使用于其中的器件的可靠性及電氣穩(wěn)定性。
這就是，催化元素對(duì)非晶硅膜的晶化是必需的，但最好是不混入結(jié)晶硅中。這互相抵觸的要求可通過(guò)選擇一種對(duì)結(jié)晶硅是無(wú)作用的元素作為催化元素，以及通過(guò)摻入對(duì)膜的結(jié)晶來(lái)說(shuō)盡可能小的量的催化元素來(lái)滿(mǎn)足。因此，被摻入膜中的催化元素的量必需高度精確地被控制。
使用鎳或類(lèi)似元素的晶化方法被詳細(xì)研究了。結(jié)果獲得以下發(fā)現(xiàn)(1)在用等離子處理將鎳摻入非晶硅膜的情況里，發(fā)現(xiàn)鎳在膜受到熱處理之前就進(jìn)入非晶硅膜達(dá)到相當(dāng)大的深度；(2)最初的晶核形成從鎳被摻入的表面發(fā)生；(3)當(dāng)鎳層是被淀積到非晶硅膜時(shí)，非晶硅膜的晶化發(fā)生方式與實(shí)行等離子處理情況時(shí)相同。
有鑒于上述，可假設(shè)并非所有由等離子處理導(dǎo)入的鎳都起了促進(jìn)硅的晶化作用。這就是說(shuō)，假如導(dǎo)入大量的鎳，就存在不起有效作用的過(guò)量的鎳。因此原因，發(fā)明人考慮，正是鎳和硅接觸的點(diǎn)或面起了促進(jìn)硅在低的溫度下晶化的作用。進(jìn)而，假設(shè)鎳必以原子形態(tài)被散布在硅中。即，假設(shè)鎳需要以原子形態(tài)被散布在非晶硅膜表面附近，且鎳的濃度應(yīng)盡可能小但在足以能促進(jìn)低溫晶化的范圍內(nèi)。
微量的鎳，即能加速非晶硅晶化的催化元素，能被用，例如，汽相淀積法摻入非晶硅膜表面附近。然而，汽相淀積對(duì)于膜的可控性是不利的，因此不適合于精確控制被摻入非晶硅膜的催化元素的量。
鑒于上述情況，本發(fā)明目的在于使用催化元素，精確控制其被導(dǎo)入的量，通過(guò)在相對(duì)低的溫度下熱處理的方法以高生產(chǎn)率制造結(jié)晶硅半導(dǎo)體的薄膜。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，上述目的可以這樣被達(dá)到提供具有用來(lái)促進(jìn)其晶化的催化元素的非晶硅膜或者提供包含催化元素的化合物并與非晶硅膜接觸，對(duì)具有所述催化元素的非晶硅或者非晶硅接觸的所述化合物進(jìn)行熱處理，從而，硅膜被晶化了。
更詳細(xì)地，為了將催化元素導(dǎo)入非晶硅膜，提供含有催化元素的溶液與非晶硅膜接觸。
本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)是將從由Ni,Pd,Pt,Cu,Ag,Au,In,Sn,P,As和Sb組成的組中選出的材料以微量加入硅半導(dǎo)體膜中，方法是將含有所述材料的溶液與硅膜接觸，然后在相對(duì)低的溫度下加熱來(lái)使硅半導(dǎo)體膜晶化。
利用具有如此形成的結(jié)晶性的硅膜，可以構(gòu)成有源區(qū)，其中至少包含諸如PN,PI或NI結(jié)的一個(gè)電結(jié)。半導(dǎo)體器件的例子有薄膜晶體管(TFT)，二極管，光傳感器等。
本發(fā)明的上述目的和特點(diǎn)將參閱附圖詳細(xì)地予以說(shuō)明

圖1A到1D是按照本發(fā)明為形成結(jié)晶硅膜的截面圖；圖2A和2B是表示按照本發(fā)明的結(jié)晶硅膜的形式的截面圖；圖3是表示晶體橫向生長(zhǎng)長(zhǎng)度與溶液中鎳濃度的關(guān)系曲線；
圖4是表示SIMS數(shù)據(jù)與直接加入鎳的硅區(qū)中的鎳的關(guān)系曲線；圖5是表示SIMS數(shù)據(jù)與硅區(qū)中鎳的關(guān)系曲線，在那里晶體從鎳直接加入的區(qū)域沿橫向生長(zhǎng)；圖6A到6E是表示本發(fā)明實(shí)例3的半導(dǎo)體器件制造工藝的各截面圖；圖7表示經(jīng)等離子處理的硅膜中Ni的濃度；圖8是鎳直接加入的區(qū)域的Ranan光譜圖；圖9是晶體橫向生長(zhǎng)區(qū)域的Raman光譜圖；圖10A-10F是表示按照本發(fā)明實(shí)施例4的電-光器件制造工藝截面圖；圖11A-11D是表示按照本發(fā)明實(shí)施例5的TFT制造工藝截面圖；圖12表示一個(gè)按照本發(fā)明實(shí)施例6的有源短陣型電-光器件的示意圖；圖13A和13B是表示按照本發(fā)明實(shí)施例7的結(jié)晶硅膜形成的截面圖；圖14A-14E是表示按照本發(fā)明實(shí)施例8的TFT制造工藝的截面圖；圖15A和15B是表示按照本發(fā)明實(shí)施例8的TFT有源層布置的示意圖。
按照本發(fā)明使用用來(lái)添加鎳或類(lèi)似物的溶液的優(yōu)點(diǎn)在于以下各點(diǎn)(a)在溶液中催化元素(例如鎳)的濃度可被預(yù)先精確地控制；(b)摻入非晶硅膜的催化元素的量可以由溶液中催化元素的濃度來(lái)決定，只要非晶硅膜的表面和溶液接觸；以及(c)催化元素可以按晶化所必要的最小濃度來(lái)?yè)饺敕蔷Ч枘ぃ驗(yàn)楸环蔷Ч枘け砻嫖盏拇呋刂饕糜谀さ木Щ?br> “包括”或“包含”一詞在本說(shuō)明書(shū)中所述應(yīng)理解為或者是(a)催化元素簡(jiǎn)單地分散在溶液中或者是(b)催化元素以化合物的形式含于溶液中。作為溶液，各種水溶液或者有機(jī)溶劑溶液可被使用。那些溶劑可規(guī)范地分為極化溶劑和非極化溶液。
水，酒精，酸或銨可被用作為極化溶劑。適合極化溶劑的鎳的化合物的例子是溴化鎳，乙酸鎳，乙二酸鎳，碳酸鎳，氯化鎳，碘化鎳，硝酸鎳，硫酸鎳，甲酸鎳，乙酰基丙酮鎳，4-環(huán)己基丁酸，氧化鎳及氫氧化鎳。
苯，甲苯，二甲苯，四氯化碳，氯仿或乙醚可被用作非極化溶劑。適合于非極化溶劑的鎳化合物的例子是乙?；嚰?-乙基己酸鎳。
進(jìn)一步，可以將界面活性劑添加到含有催化元素的溶液中。這樣摻雜后，可以使溶液高效率地粘到或者被表面吸收。界面活性劑可在表面被溶液覆蓋之前覆蓋在表面上。
還有，當(dāng)使用元素鎳(金屬)時(shí)，必需用一種酸來(lái)溶解它。
在前述例子中，鎳可以完全被溶劑溶解。但是，即使鎳未完全被溶解，也可能使用一種像乳劑的材料，在其中金屬鎳或鎳的化合物被均勻地分散在懸浮介質(zhì)內(nèi)。
當(dāng)使用極化溶劑，像水來(lái)溶解鎳時(shí)，大概非晶硅膜會(huì)排斥這樣的溶液。此情況下，最好在非晶硅膜上形成一層薄氧化膜以便溶液能均勻地附于其上。氧化膜的厚度最好是100?；蛞韵?。還有可以添加界面活性劑到溶液中，以便增加濕潤(rùn)性。
再有，可以對(duì)薄氧化膜表面施加磨擦處理以便使表面形成具有均勻間隔、寬度和方向的不平整性。這種不平整性有助于溶劑滲透，由此增大晶粒尺寸和方向的均勻性。還有，為了提高器件性能的均勻性，采用這種晶粒在特定方向上取向的結(jié)晶半導(dǎo)體膜用作半導(dǎo)體器件是有利的。
此外，當(dāng)使用非極化溶劑如甲苯來(lái)獲得2-乙基己酸鎳溶液時(shí)，溶液可直接復(fù)蓋于非晶硅膜表面上。然而，可以在非晶硅膜和溶液之間插入一種材料來(lái)增加它們之間的粘附性，例如，OAP(含有六甲基二硅氮烷作為主要成分，由Tokyo Oka Kogyo公司所生產(chǎn))，可用于增加抗蝕劑的粘附力。
溶液中催化元素的濃度與溶液的種類(lèi)有關(guān)，但是，粗略地講，催化元素的濃度，像鎳，在溶液中的重量含量為1ppm到200ppm，更好的是1ppm到50ppm，最好是10ppm或以下。根據(jù)硅膜中鎳的濃度或膜在完成晶化后抗氫氟酸的能力來(lái)決定濃度。
可以將含有催化元素的溶液施加到非晶硅膜的選定部分上去來(lái)控制晶體生長(zhǎng)。特別是，用加熱硅膜的辦法可使晶體在硅膜中以與硅膜平面大致平行的方向從直接施加溶液的區(qū)域向不如溶液的區(qū)域生長(zhǎng)。
也已證實(shí)，此種橫向生長(zhǎng)區(qū)含催化元素為低濃度。利用結(jié)晶硅膜作為半導(dǎo)體器件有源層區(qū)是有用的，不過(guò)，一般在有源區(qū)中雜質(zhì)的濃度最好盡可能地低。因此，對(duì)有源層區(qū)使用橫向生長(zhǎng)區(qū)有利于器件制造。
使用鎳作為催化元素在按本發(fā)明的方法中是特別有效的。然而，其他有用的催化元素包括鎳(Ni)，鈀(Pd)，鉑(Pt)，銅(Cu)，銀(Ag)，金(Au)，銦(In)，錫(Sn)，磷(P)，砷(As)，及銻(Sb)。另外，催化元素可以是選自屬于周期表中Ⅷ,Ⅲb,Ⅳb,及Ⅴb族的元素中的至少一種。
實(shí)施例1本實(shí)施例涉及在玻璃襯底表面上制備結(jié)晶硅膜的方法。參見(jiàn)圖1A-1D，將催化元素(在本情況中為鎳)摻入非晶硅膜的工藝在下面敘述。使用Corning 7059 100mm×100mm尺寸的玻璃襯底。
厚度從100到1500的非晶硅膜用等離子CVD或LPCVD淀積而成。尤其是在本情況中，通過(guò)等離子CVD淀積厚度為1000的非晶硅膜12(圖1A)。
然后，非晶硅膜經(jīng)氫氟酸處理除去雜質(zhì)及在其上形成的固有氧化物，如有必要的話。此處理之后，在非晶硅膜上淀積一層厚度為10到50的氧化膜13。固有氧化膜可利用來(lái)作氧化膜層。氧化膜13的厚度無(wú)法十分精確，因?yàn)榇四ぬ?。不過(guò)，固有氧化膜厚度多半約20。氧化膜13通過(guò)在氧氣氣氛中照射5分鐘紫外(UV)輻射來(lái)形成。氧化膜13也可以通過(guò)熱氧化來(lái)形成。再進(jìn)一步，氧化膜可以通過(guò)采用含水過(guò)氧化氫的處理而形成。
氧化膜13之作用在于使在以后步驟中施加入的含鎳乙酸鹽溶液充分分散在非晶硅膜的全部表面上。更簡(jiǎn)單地說(shuō)，設(shè)置氧化膜13是用來(lái)改善非晶硅膜的濕潤(rùn)性。如果直接施加乙酸鹽水溶液，非晶硅膜將排斥乙酸鹽水溶液，以此防止鎳均勻地?fù)饺敕蔷Ч枘さ谋砻妗?br> 隨后制備添加所用的含鎳乙酸鹽水溶液。更具體地，制備濃度為10到200ppm，例如100ppm的含鎳乙酸鹽水溶液。2毫升配好的乙酸鹽溶液滴到非晶硅膜12上的氧化膜13的表面上，并維持一定時(shí)間，最好0.5分鐘或更長(zhǎng)些，例如5分鐘時(shí)間。隨后用離心機(jī)以2000rpm甩干60秒鐘以除去不需要的溶液(圖1C及1D)。
在乙酸鹽溶液中鎳的濃度實(shí)際上是1ppm或更高些，最好是10ppm或再高些。溶液不必只是乙酸鹽溶液。其它可應(yīng)用的溶液包括鹽酸鹽，硝酸鹽，及硫酸鹽。另外，那些有機(jī)辛酸鹽以及甲苯也可以使用。在使用有機(jī)溶液的場(chǎng)合，無(wú)需設(shè)置氧化膜13，因?yàn)槿芤嚎梢灾苯蛹拥椒蔷Ч枘⒋呋貙?dǎo)入膜內(nèi)。
溶液的涂覆可以一次實(shí)行或者重復(fù)多次，從而，可以在甩干后在非晶硅膜12的表面上均勻地形成厚度為幾埃到幾百埃的含鎳的膜。在此膜中所含的鎳在此后實(shí)行的加熱過(guò)程中將擴(kuò)散到非晶硅膜中去并起到促進(jìn)非晶硅膜晶化的作用。順便，這也是本發(fā)明人的設(shè)想，就是含鎳或其他材料的膜并非必需是完全連續(xù)的膜的形式，即它可以是不連續(xù)的，例如，是若干簇狀的形狀。
涂覆以上溶液之一的非晶硅膜維持此狀態(tài)達(dá)5分鐘。在結(jié)晶硅膜12中的鎳催化元素的最后濃度可以通過(guò)改變此保持時(shí)間來(lái)控制，然而，對(duì)控制在結(jié)晶硅膜中鎳催化元素最后濃度最有影響的因素是在溶液中鎳催化元素的濃度。
對(duì)由此獲得的涂覆含鎳溶液的硅膜在加熱爐中氮?dú)夥諆?nèi)受到溫度為550℃，4個(gè)小時(shí)的熱處理。因而，在襯底11上形成結(jié)晶硅薄膜12。
熱處理可在450℃或以上的任何溫度下實(shí)行。假如選擇低的溫度，那么熱處理將花費(fèi)較多時(shí)間而生產(chǎn)效率低。反之，假如選擇550℃或更高的熱處理溫度，就必需考慮玻璃襯底的耐熱問(wèn)題。實(shí)施例2本實(shí)施例涉及類(lèi)似于實(shí)施例1中敘述的工藝，除了厚度為1200的氧化硅膜被選定用來(lái)將氧化硅膜作掩膜而把鎳摻入非晶硅膜選定的區(qū)域這一點(diǎn)之外。
參閱圖2A到2C，下面敘述按照本實(shí)施例制造半導(dǎo)體的工藝在非晶硅膜12上淀積厚1000?；蛞陨系难趸枘?，例如1200作為掩膜。然而，如果膜作為掩膜是足夠密集的話，氧化硅膜21可以比1000薄，例如500。此后，采用通常的光刻技術(shù)把氧化硅膜21制成規(guī)定的圖形。在氧氣氣氛中用UV輻射5分鐘形成薄的氧化硅膜20。氧化硅膜20的厚度大約為20到50(圖2A)。如此形成的為改進(jìn)非晶硅膜的濕潤(rùn)性的氧化硅膜的作用往往是由在溶液和掩膜圖形的尺寸相匹配的場(chǎng)合下由作為掩膜而形成的氧化硅膜的親水性質(zhì)來(lái)提供。不過(guò)，這是個(gè)特殊的情況，一般確實(shí)使用氧化硅膜20。
隨后，類(lèi)似于在實(shí)施例1中描述的工藝，5毫升(對(duì)于襯底尺寸10cm×10cm)含100ppm鎳的乙酸鹽溶液滴到所得結(jié)構(gòu)的表面。經(jīng)離心機(jī)以50rpm旋涂10秒鐘，在襯底的全部表面上形成均勻的含水膜。此后，再維持此狀態(tài)5分鐘，所得結(jié)構(gòu)用離心機(jī)以2000rpm轉(zhuǎn)速甩干60秒鐘。在維持期間，襯底可在離心機(jī)上以100rpm或以下的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)(圖2B)。
在這之后，非晶硅膜12在氣體氮中以550℃熱處理4個(gè)小時(shí)而被晶化?？梢砸?jiàn)到，晶體生長(zhǎng)沿著從鎳被導(dǎo)入的區(qū)域22如用箭頭23所示向著鎳未被直接導(dǎo)入的區(qū)域25的橫向進(jìn)行。
在圖2C中，標(biāo)號(hào)24表示鎳被直接導(dǎo)入以造成結(jié)晶化的區(qū)域，而標(biāo)號(hào)25表示晶化從區(qū)域24橫向進(jìn)行的區(qū)域。
通過(guò)電子透射顯微鏡(TEM)及電子衍射證實(shí)了(a)橫向生長(zhǎng)的晶體是寬度均勻的針狀或柱狀單晶；(b)晶體生長(zhǎng)方向雖然和膜厚有關(guān)但大致是平行于襯底表面；(c)晶體生長(zhǎng)方向?qū)嵸|(zhì)上取向于晶體的[111]軸。
根據(jù)上述事實(shí)，可得出結(jié)論，橫向生長(zhǎng)區(qū)2的表面是垂直于[111]方向的平面，即平面{111}中的至少一個(gè)及那些由{hkI}(h+k=1)表示的面，例如，{110},{123},{134},{235},{145},{156},{257}，或{167}，或其相鄰的面。
應(yīng)注意，當(dāng)以上的指數(shù)hkI是偶奇混合時(shí)，由于結(jié)晶硅具有其空間組由Fd3m表示的金剛石結(jié)構(gòu)，會(huì)發(fā)生禁帶反射，且用電子衍射不能觀察到。
圖3表示晶體沿橫(側(cè))向生長(zhǎng)到區(qū)域23的距離(μm)與在乙酸鹽水溶液中鎳的濃度(ppm)之間的關(guān)系。
由圖3可知，通過(guò)制備含鎳濃度為100ppm或更高的溶液來(lái)實(shí)現(xiàn)晶體生長(zhǎng)25μm或更長(zhǎng)。從圖3也可推測(cè)，沿橫向晶體生長(zhǎng)的10μm可以用濃度為10ppm的含鎳乙酸鹽水溶液來(lái)獲得。
圖3中所用的數(shù)據(jù)是該結(jié)構(gòu)在施加了含鎳乙酸鹽水溶液后保持5分鐘時(shí)間的場(chǎng)合的。但是，晶體沿橫向生長(zhǎng)的距離隨保持時(shí)間而改變。
例如，在應(yīng)用濃度為100ppm的含鎳乙酸鹽水溶液的場(chǎng)合，增加保持的時(shí)間達(dá)1分鐘可獲得較長(zhǎng)的晶體生長(zhǎng)距離。然而，一旦保持時(shí)間達(dá)到1分鐘或更長(zhǎng)，再延長(zhǎng)則變化不明顯。
在應(yīng)用濃度為50ppm的含鎳乙酸鹽水溶液的場(chǎng)合，保持時(shí)間的增加和晶體沿橫向生長(zhǎng)的距離成正比。但是，保持時(shí)間增加到5分鐘或更長(zhǎng)，此增加趨于飽和。
進(jìn)而，應(yīng)注意到溫度極大地影響達(dá)到平衡狀態(tài)的反應(yīng)所必需的時(shí)間。因此，保持時(shí)間也受溫度支配，嚴(yán)格控制溫度是必需的。因此，晶體生長(zhǎng)的距離總體上隨提高熱處理溫度及延長(zhǎng)熱處理時(shí)間而增加。
圖4及5表示使用含有100ppm鎳的乙酸鹽水溶液導(dǎo)入鎳及隨后將硅膜在550℃下熱處理4小時(shí)獲得的硅膜中的鎳濃度。鎳的濃度用二次離子質(zhì)譜儀(SIMS,secondry ion mass spectroscpy)取得。
圖4表示圖2C中的區(qū)域24的鎳濃度，即，鎳被直接摻入的那個(gè)區(qū)域。圖5表示圖2C中區(qū)域25，即發(fā)生晶體從區(qū)域22沿橫向生長(zhǎng)的那個(gè)區(qū)域的鎳的濃度。
比較圖4和圖5的數(shù)據(jù)，可見(jiàn)發(fā)生晶體沿橫向生長(zhǎng)的區(qū)域的鎳濃度比起鎳被直接導(dǎo)入的區(qū)域的濃度要低大約一個(gè)數(shù)量級(jí)。
還可以看到，在鎳被直接導(dǎo)入?yún)^(qū)域的結(jié)晶硅膜中鎳的濃度，通過(guò)使用鎳濃度為10ppm的含鎳乙酸鹽水溶液可被抑制到1018cm-3水平。
結(jié)果，可以明白，在發(fā)生晶體沿橫向生長(zhǎng)的結(jié)晶硅區(qū)域中的鎳濃度，通過(guò)使用鎳濃度為10ppm的含鎳乙酸鹽水溶液并在550℃中更高溫度下熱處理4小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)可被抑制到1017cm-3或以下。
結(jié)論是，通過(guò)控制溶液的濃度及保持時(shí)間，可把硅膜中直接加入鎳的區(qū)域24中鎳的濃度控制在1×1016原子數(shù)/cm3到1×1019原子數(shù)/cm3范圍內(nèi)，并進(jìn)而使橫向生長(zhǎng)區(qū)域25中鎳的濃度低于它。
為了比較，用以下方法制備試樣，此方法中代替使用含鎳溶液，將非晶硅膜曝露于等離子體，此等離子體是由含有一定量鎳的電極產(chǎn)生的，這是為了把鎳加入硅中(此被稱(chēng)之為等離子處理)，再在550℃下熱退火4小時(shí)使硅膜晶化。選擇等離子處理的條件，使橫向晶體生長(zhǎng)的程度與使用100ppm的含鎳乙酸的場(chǎng)合相同。關(guān)于此試樣的SIMS數(shù)據(jù)示于圖7?？梢钥吹剑谑褂玫入x子處理的場(chǎng)合，在橫向生長(zhǎng)區(qū)域中鎳的濃度高于5×1018原子數(shù)/cm3，這種高濃度對(duì)于半導(dǎo)體器件的有源區(qū)來(lái)說(shuō)是不希望的。所以，由此可以明白使用溶液對(duì)減小橫向生長(zhǎng)區(qū)內(nèi)鎳的濃度是有利的。
圖8表示圖4中相應(yīng)區(qū)域、即鎳被直接導(dǎo)入的區(qū)域的Raman光譜結(jié)果。圖8表明在此區(qū)域中結(jié)晶度極高。圖9表示了晶體橫向生長(zhǎng)區(qū)域的Raman光譜結(jié)果?？梢钥吹?，即使在橫向生長(zhǎng)區(qū)，Raman譜圖的強(qiáng)度也大于單晶硅強(qiáng)度的1/3。因此，可得出結(jié)論，在橫向生長(zhǎng)區(qū)中結(jié)晶度也高。
按照本發(fā)明方法制造的結(jié)晶硅膜的特征是呈現(xiàn)出優(yōu)異的抗氫氟酸性。以本發(fā)明人的知識(shí)而言，假如用等離子處理來(lái)導(dǎo)入鎳，結(jié)晶硅的抗氫氟酸性能是差的。當(dāng)必需對(duì)形成于結(jié)晶硅膜之上的氧化硅膜進(jìn)行蝕刻，以便構(gòu)成通過(guò)它的接觸孔時(shí)，氫氟酸通常被用作腐蝕劑。若結(jié)晶硅膜有足夠高的抗氫氟酸能力，為只除去氧化硅膜就不需要大的選擇比(氧化硅膜和結(jié)晶硅膜腐蝕速率的差別)。所以，有高的抗氫氟酸腐蝕力的結(jié)晶硅膜在半導(dǎo)體器件制造工藝中有極大好處。實(shí)施例3本例涉及制造TFT的工藝，此TFT用于使用了按照本發(fā)明方法制造的結(jié)晶硅膜的有源距陣液晶顯示器件的每個(gè)象素。所得到的這種TFT不僅可以用于液晶顯示器件，也可用于通常稱(chēng)為薄膜集成電路(IC)的廣泛領(lǐng)域。
參照?qǐng)D6A到6E，按照本例制造TFT的工藝敘述于下。在玻璃襯底上淀積一層氧化硅膜(圖中未表示)，厚度為2000，作為基層。此氧化硅膜被用來(lái)阻止雜質(zhì)從玻璃襯底擴(kuò)散到器件結(jié)構(gòu)中去。
此后，以相似于例1中所用方式淀積厚1000的非晶硅膜。在利用氫氟酸處理除去自然氧化膜后，通過(guò)在氧氣氣氛中UV輻射形成厚度20的一薄層氧化膜。
采用鎳濃度為10ppm的含鎳乙酸鹽水溶液對(duì)所得的其上具有氧化膜的非晶硅膜進(jìn)行涂覆。將得到的結(jié)構(gòu)保持5分鐘時(shí)間，隨后用離心機(jī)甩干。以后用過(guò)渡的氫氟酸除去氧化硅膜，通過(guò)對(duì)所得的結(jié)構(gòu)在550℃下加熱4小時(shí)使硅膜晶化。到這一步為止的工藝與例1中敘述的一樣。
把由此而結(jié)晶化的硅膜制成島狀區(qū)104如圖6A所示，島狀區(qū)104為T(mén)FT提供有源層。此后，形成厚度從200到1500的氧化硅膜105如1000。氧化硅膜起著柵絕緣膜作用(圖6A)。
采用TEOS(四乙氧基硅烷)通過(guò)RF等離子CVD工藝淀積氧化硅膜105。這就是，在150到600℃、最好在300到450℃范圍內(nèi)的襯底溫度TEOS被分解并與氧氣一起被淀積。當(dāng)所加RF功率為100到250W時(shí)，總壓強(qiáng)為0.05到0.5Torr下，1.1到1.3的壓強(qiáng)比導(dǎo)入TEOS和氧氣。另外，氧化硅膜可以用減壓CVD或常壓CVD方法制備，采用TEOS和臭氧一起作為原始?xì)怏w，同時(shí)將襯底溫度保持在350到600℃范圍，最好在400到550℃的范圍內(nèi)。由此淀積得出的膜在氧氣或臭氧中、400到600℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行30到60分鐘的退火。
硅區(qū)104的結(jié)晶化可以采用照射KrF激發(fā)物激光束(工作波長(zhǎng)為248nm，脈寬20nsec)或等效于此的強(qiáng)光束來(lái)加速。應(yīng)用紅外輻射的RTA(快速熱退火)是特別有效的，因?yàn)榭梢杂羞x擇地加熱硅膜而不加熱襯底。而且，RTA在制造絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件特別有用，因?yàn)樗档土斯鑼优c氧化硅膜之間的界面能級(jí)。
其次，用電子束汽相淀積法淀積一層厚度從2000到1μm的鋁膜，并制成柵電極106。鋁膜可以含0.15到0.2％重量的鈧作為摻雜劑。把襯底浸入含有1到3％的酒石酸且pH值控制大約為7的乙二醇溶液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化，以鉑為陰極，以鋁柵電極為陽(yáng)極。陽(yáng)極氧化的實(shí)施是首先以固定的速率把電壓升到220V，再使電壓在220V維持一個(gè)小時(shí)來(lái)完成氧化。在本例加恒定電流的場(chǎng)合，最好以2到5V/min的速率提高電壓。按此方式形成為厚度為1500到3500、特別是2000的陽(yáng)極氧化層109(圖6B)。
使用柵電極部位作為掩膜，通過(guò)離子摻雜(等離子摻雜)以自對(duì)準(zhǔn)方式把雜質(zhì)(本情況中是磷)注入TFT的島狀硅膜中。以磷化氫(PH3)作為摻雜氣體，以1×1015到4×1015cm-2的劑量注入磷。
其結(jié)晶度因?qū)腚s質(zhì)而受到損害的部位之結(jié)晶度采用工作波長(zhǎng)為248nm、脈寬20nsec的KrF激發(fā)物激光束照射來(lái)予以消除。激光工作能量密度為150到400mJ/cm2，最好在200到250mJ/cm2的范圍內(nèi)。由此形成N-型摻雜區(qū)(由磷摻雜的區(qū)域)108。該區(qū)的表面電阻為200到800Ω/平方范圍內(nèi)。
激光退火這一步驟可以用RTA工藝來(lái)代替，亦即使用閃光燈的快速熱退火法來(lái)代替，它把硅膜的溫度快速地提高到1000到2000℃的范圍內(nèi)(在硅監(jiān)視器上測(cè)量)。此這退火法也被稱(chēng)為RTP(快熱法)。
此后，采用TEOS和氧氣、由等離子CVD，或者采用TEOS和臭氧、由減壓CVD或常壓CVD淀積厚3000的氧化硅膜作為層間介電體110。襯底溫度保持在250到450℃范圍內(nèi)，例如，在350℃。隨后通過(guò)機(jī)械拋光所制得的氧化硅膜獲得光滑的表面。利用濺射淀積ITO涂層于其上，并蝕刻出圖形提供象素電極111(圖6D)。
層間介電體110經(jīng)蝕刻形成源/漏的接觸孔，如圖6E所示，使用鉻或氮化鈦構(gòu)成內(nèi)連接112及113，將內(nèi)連接113接到象素電極111。
在按照本發(fā)明的方法中，用濃度低達(dá)10ppm的含鎳水溶液將鎳摻入硅膜。因此，具有高的抗氫氟酸能力的硅膜可以實(shí)現(xiàn)，可以穩(wěn)定地和以高重復(fù)性來(lái)構(gòu)成接觸孔。
將硅膜在氫氣中、溫度300到400℃的溫度范圍最終退火0.1到2小時(shí)，以此完成硅膜氫化從而形成完整的TFT。同時(shí)制造多個(gè)與此相同的TFT，并布置成矩陣，以構(gòu)成有源矩陣液晶顯示器件。
按照本實(shí)掩例，有源層內(nèi)所含鎳的濃度是在5×1016到3×1018原子數(shù)/cm3范圍內(nèi)。
如上所述，按照本實(shí)施例的方法包括了使鎳導(dǎo)入部位晶化。然而，可以如實(shí)施例2那樣來(lái)改進(jìn)工藝。即，可以通過(guò)掩膜將鎳摻入選定的部位，并且晶體從該部位橫向生長(zhǎng)。此晶體生長(zhǎng)的區(qū)域被用于器件。從電氣穩(wěn)定性和可靠性的觀點(diǎn)，可以通過(guò)進(jìn)一步降低在器件有源層區(qū)的鎳濃度來(lái)制造更為可取的器件。實(shí)施例4本例針對(duì)用來(lái)控制有源矩陣象素的TFT的制造。圖10A-10F是用于解釋按照本例制造TFT的截面圖。
參閱圖10A，襯底201、例如玻璃襯底經(jīng)沖洗并在其表面設(shè)置一層氧化硅膜202。以氧氣及四乙氧基硅烷作為原始?xì)怏w，通過(guò)等離子CVD形成氧化硅膜202。膜厚為例如2000。然后，具有厚度為500-1500，例如1000的本征型非晶硅膜203形成于氧化硅膜202之上，隨之500-2000例如1000的氧化硅膜205連續(xù)地被形成于非晶硅膜之上。再有，氧化硅膜205被選擇地蝕刻，以便構(gòu)成一個(gè)曝露非晶硅膜的開(kāi)口206。
此后，把含鎳溶液(這里是乙酸鹽溶液)以例2相同的方式覆蓋在全部表面上。乙酸鹽溶液中鎳的濃度為100ppm。其他條件和例2一樣。這樣，形成含鎳的膜207。
附有相接觸的含鎳膜的非晶硅膜203通過(guò)在氮?dú)夥罩?00-620℃下熱退火4小時(shí)來(lái)被晶化。晶化從開(kāi)口206之下的區(qū)域開(kāi)始，那里硅膜直接和含鎳膜相接觸，再在平行于襯底的方向上發(fā)展。在圖中，標(biāo)號(hào)204指的是硅膜的那一部位，在這里，硅膜直接被加入鎳及晶化，而標(biāo)號(hào)203則指晶體橫向生長(zhǎng)的那一部位。橫向生長(zhǎng)的晶體大約有25μm。晶體生長(zhǎng)的方向大致是沿[111]軸。
晶化之后，除去氧化硅膜205。此時(shí)，形成在開(kāi)口206內(nèi)硅膜上的氧化物膜同時(shí)被除去。進(jìn)而，硅膜204被干蝕刻出圖形以形成呈島狀的有源層208，如圖10B所示。要注意，以較高濃度被含于硅膜中的鎳不僅在鎳被直接加入的開(kāi)口206處，而且也在晶體的頂端存在的地方。在硅膜上應(yīng)該這樣來(lái)做出圖形制出圖形的硅膜208不應(yīng)包括含有較高濃度鎳的這種部位。
然后把構(gòu)成圖形的有源層208曝露于10atm的含100％水蒸汽500-600℃、典型地為550℃的氣氛中1小時(shí)，使其表面氧化，從而形成1000的氧化硅膜209。氧化之后，襯底保持于400℃的氨氣氛中(1atm,100％)。在此條件下，氧化硅膜209受到強(qiáng)度峰值在波長(zhǎng)為0.6-4μm，例如，0.8-1.4μm的紅外線照射30-180秒，以便對(duì)氧化硅膜209滲氮。HCl可以0.1-10％加到氣氛中。鹵素?zé)粲米鳛榧t外線的光源。IR線的強(qiáng)度被控制得使監(jiān)測(cè)的單晶硅片表面上溫度在900-1200℃之間。特別是，溫度由埋在單晶硅片內(nèi)的熱偶來(lái)監(jiān)測(cè)并傳回到IR光源(反饋)。在本例中，溫度上升率在50-200℃/sec范圍內(nèi)保持恒定，并且襯底以20-100℃/sec自然冷卻。由于IR可有選擇地加熱硅膜，因而可以減少玻璃襯底的發(fā)熱。
參見(jiàn)圖10C，用濺射法形成厚度3000-8000、例如6000的鋁膜，再制成柵電極210。鋁膜最好含有0.01-0.2％的鈧。
參見(jiàn)圖10D，鋁電極210表面在含1-5％酒石酸的乙二醇溶液中經(jīng)陽(yáng)極氧化形成陽(yáng)極氧化膜211。氧化膜211的厚度是2000，它將決定偏置柵區(qū)的尺寸，此區(qū)將在以后步驟中形成，如下所述。
再參閱10E，利用柵電極及周?chē)年?yáng)極氧化膜作為掩膜，以自對(duì)準(zhǔn)方式用離子摻雜法(也稱(chēng)為等離子摻雜法)把N-型傳導(dǎo)雜質(zhì)(這里是磷)導(dǎo)入有源層，以便形成摻雜區(qū)212及213。磷化氫(PH3)被用作為摻雜劑氣體。加速電壓為60-90KV，例如，80KV。劑量為1×1015-8×1015cm-2，例如，4×1015cm-2。從圖中可以看到，摻雜區(qū)212及213是從柵極偏移了距離“X”。這樣布置對(duì)降低泄漏電流(截止電流)是有利的，它是在加反向偏壓(即在NTFT情況是負(fù)電壓)到柵極時(shí)發(fā)生的。尤其是，由于為了獲得優(yōu)良的顯示而要求貯存在象素電極的電荷不泄漏，偏置結(jié)構(gòu)在TFT被用于如本例情況這樣控制有源矩陣的象素時(shí)特別有利。
此后，以激光照射實(shí)施退火。作為激光，可以使用KrF激光(波長(zhǎng)248nm，脈寬2Dnsec)或其他激光。在KrF激發(fā)物激光的情況，激光照射的條件是能量密度為200-400mJ/cm2，例如，250mJ/cm2，射束數(shù)為每一處2-10束，例如，2束。最好把襯底加熱到200-450℃，以加強(qiáng)照射的效果。
參照?qǐng)D10F，通過(guò)等離子CVD形成6000厚度的氧化硅的層間絕緣膜214。進(jìn)一步，一層透明的聚酰亞胺膜215用離心涂覆法形成，以得到平整的表面。然后，用濺射法在平整表面上形成厚為800由例如銦錫氧化物做成的透明導(dǎo)電膜并制成象素電極216。
層間絕緣膜214及215上開(kāi)有接觸孔，通過(guò)它電極/導(dǎo)線217及218可到達(dá)TFT的摻雜區(qū)。電極/導(dǎo)線217及218由金屬材料做成，例如，多層的氮化鈦及鋁。最后，在1atm的氫氣氣氛中在350℃下熱處理30分鐘，以此制成一個(gè)有TFT的有源矩陣電路的象素電路。實(shí)施例5此例針對(duì)TFT的制造并將參閱圖11A-11D來(lái)敘述。敘述到與以前各例中相同或相似的元件時(shí)用相同的標(biāo)號(hào)。
參閱圖11A，用濺射法先將氧化硅的基膜202形成于Corning 7059襯底201上達(dá)到2000厚。襯底在高于襯底變形點(diǎn)的溫度對(duì)襯底退火，隨后以0.1-1.0℃/分的速率使玻璃冷卻到低于變形點(diǎn)。從而有可減少因以后發(fā)生的襯底加熱(例如，熱氧化，熱退火)所致的襯底收縮，結(jié)果，便于掩膜對(duì)準(zhǔn)的處理。此步驟可以在形成基膜201之前或之后進(jìn)行，或者在形成基膜201之前和之后都進(jìn)行。在使用Corning 7059襯底的場(chǎng)合，襯底可在620-660℃下加熱1-4小時(shí)，隨后以0.1-0.3℃/分冷卻，當(dāng)溫度降到400-500℃時(shí)拿出爐子。
以后，通過(guò)等離子CVD，形成500-1500厚的本征(I-型)非晶硅膜，例如，1000。此非晶硅膜以與例中同樣的方式被晶化。所以，省去重復(fù)的解釋。晶化之后，把硅膜制成尺寸是10-1000平方微米的島狀。因此，成島狀的結(jié)晶硅膜208構(gòu)成為T(mén)FT的有源層，如圖11A所示。
參閱圖11B，將硅膜的表面曝露于氧化性氣氛中使其氧化，形成氧化膜209。氧化性氣氛含有70-90％的水蒸汽。氣氛的壓強(qiáng)和溫度是1atm及500-750℃，典型地為600℃。氣氛由氫氣和氧氣以1.5-1.9的氫/氧比而發(fā)生的生熱反應(yīng)所產(chǎn)生。硅膜曝露在由此而形成的氣氛中3-5小時(shí)。結(jié)果形成厚500-1500、例如1000的氧化物膜209。由于硅膜表面因氧化而減少(吃掉)50?；蚋?，所以硅膜最上部的表面受污損的后果不會(huì)帶入氧化硅交界面。換句話說(shuō)，由于氧化，有可能獲得干凈的硅-氧化硅界面。還有，由于氧化硅的厚度二倍于要被氧化的硅膜部位厚度，當(dāng)硅膜原本厚1000，所得到的氧化硅膜是1000時(shí)，氧化后剩下的硅膜厚度是500。
一般，氧化硅膜(柵絕緣膜)及有源層越薄，遷移率越高，截止電流越小。另一方面，當(dāng)非晶硅膜的厚度越厚，其初始晶化越容易。因此就有源層厚度而言，晶化工藝與電性能之間存在矛盾。本例很好地解決了此問(wèn)題。即，起先形成較大厚度的非晶硅膜以便能得到較好的結(jié)晶硅膜，隨后由氧化使硅膜的厚度減小，導(dǎo)致TFT有源層性能的改進(jìn)。而且，在熱氧化時(shí)包含在結(jié)晶硅膜中非晶成分或晶界勢(shì)必被氧化，導(dǎo)致減少在有源層中所含有的重組合中心。
通過(guò)熱氧化形成氧化硅膜209后，襯底在1atm及600℃、一氧化二氮為100％的氣氛中退火二個(gè)小時(shí)。
參閱圖11C，通過(guò)低壓CVD把含0.01到0.2％磷的硅淀積達(dá)3000-8000厚，例如，6000，再制成柵電極210進(jìn)一步，用柵電極210為掩膜，用離子摻雜法以自對(duì)準(zhǔn)方式將N-型導(dǎo)電雜質(zhì)加入有源層的部位。磷化氫用作摻雜劑氣體。摻雜條件基本上和例4中一樣。劑量是例如5×1015cm-2。由此，形成N-型摻雜區(qū)212及213。
此后，采用與例4同樣方式完成以KrF激發(fā)物激光的退火。激光熱處理可以用近紅外線燈退火代替。結(jié)晶硅吸收近紅外線比非晶硅更有效。因此，用近紅外線退火可和在1000℃或更高下熱退火相比擬。另一方面，有可能防止玻璃襯底受熱損壞，因?yàn)椴Ａбr底不太吸收近紅外線。即，雖然遠(yuǎn)紅外線可被玻璃襯底吸收，波長(zhǎng)為0.5-4μm的可見(jiàn)光或近紅外線是不太被吸收的。
參閱圖11D，由等離子CVD形成6000厚的氧化硅的層間絕緣膜214。聚酰亞胺可以用來(lái)代替氧化硅。進(jìn)一步，穿過(guò)絕緣膜形成接觸孔。用多層氮化鈦和鋁膜穿過(guò)接觸孔形成電極/導(dǎo)線217及218。最后，在350℃及1atm的氫氣氣氛中退火30分鐘。這樣，TFT就完成了。
這樣做成的TFT的遷移率是110-150Cm2/Vs。S值是0.2-0.5V/數(shù)字。還有，在用把硼摻到源區(qū)和漏區(qū)來(lái)形成P-溝道型TFT場(chǎng)合，遷移率是90-120cm2/Vs，S值是0.4-0.6V/數(shù)字。按照本實(shí)施例，與用已知的PVD或CVD法形成柵絕緣膜場(chǎng)合相比，遷移率可增加20％或以上，S值可降低20％或以上。
此外，按照本例制成的TFT的可靠性可與通過(guò)在溫度高達(dá)1000℃的熱氧化法生產(chǎn)的TFT相比擬。實(shí)施例6圖12表示了按照實(shí)施例的有源矩陣型液晶器件的一個(gè)例子。
圖中，61標(biāo)號(hào)表示玻璃襯底，63表示有多個(gè)象素組成矩陣形式的象素區(qū)，其每一個(gè)由一個(gè)TFT作為開(kāi)關(guān)元件。標(biāo)號(hào)62表示外圍驅(qū)動(dòng)區(qū)，其中設(shè)置驅(qū)動(dòng)TFT，以此驅(qū)動(dòng)象素區(qū)的TFT。象素63及驅(qū)動(dòng)區(qū)62統(tǒng)一做在同一襯底61上。
設(shè)置于驅(qū)動(dòng)區(qū)62中的TFT需要有高的遷移率，以便讓大的電流過(guò)它。還有，設(shè)置于象素區(qū)63內(nèi)的TFT需要有低的漏泄電流性能，以便增加象素電極維持電荷能力。例如，按照例3制造的TFT適合于象素區(qū)63的TFT。實(shí)施例7本例是例1的改進(jìn)。即，在形成鎳的乙酸鹽水溶液之前，先在氧化硅表面進(jìn)行磨擦處理以便形成一些細(xì)微的劃痕于其上。
參閱圖13A，提供Corning 7059襯底11，其上有作為基膜18的氧化硅膜。用濺射構(gòu)成厚度例如為2000的氧化硅膜。在氧化硅膜上，用等離子CVD形成厚度300-800、例如500的非晶硅膜12。接著，用氫氟酸處理非晶硅膜，以便除去形成于其上的沾染物或自然氧化物。這以后，將襯底曝露于氧氣氣氛中，其表面用UV光照射(未示出)，形成10-100厚的氧化硅膜?？赏ㄟ^(guò)氧化氫處理或熱氧化法來(lái)進(jìn)行氧化。
此后，細(xì)的劃痕(不均勻或不平整)用磨擦處理形成于氧化硅膜上，如以標(biāo)號(hào)17所示。磨擦處理用金剛石磨漿實(shí)現(xiàn)。然而，棉布或橡皮可用來(lái)代替金剛石磨漿。要求劃痕有均勻的方向、寬度和間隔。
磨擦處理之后，用離心被覆法以和例1中同樣的方式形成乙酸鎳膜。乙酸鎳溶液被劃痕均勻地吸收。
參閱圖13B，非晶硅膜再被像在例1中在氮?dú)鈿夥盏?50℃爐中退火4小時(shí)。由此得到結(jié)晶硅膜。在所得到的膜中晶粒尺寸和晶粒19的取向方向比在例1中所得的更均勻。晶粒19在一個(gè)方向延伸并有大致為矩形或橢圓形狀或相似形狀。
劃痕的尺寸或數(shù)目可以通過(guò)改變金剛石磨漿的密度來(lái)控制。因?yàn)橛蔑@微鏡很難觀察此劃痕，所以磨擦條件這樣來(lái)決定使晶粒尺寸或在得到的結(jié)晶硅膜中剩下的非晶硅的密度最大。在此例中，選擇處理?xiàng)l件使得在晶化后剩下的非晶區(qū)的長(zhǎng)度是1μm或以下，最好為0.3μm或以下。
在例1的情況并不做磨擦處理，趨勢(shì)是鎳不是均勻地?cái)U(kuò)散，觀察到非結(jié)晶區(qū)為1-10μm的固形。所以，磨擦處理改進(jìn)了所得到晶體的均勻度。實(shí)施例8本例針對(duì)用于開(kāi)關(guān)例7的有源矩陣的象素的TFT的制造方法。圖14A-14E是表示制造方法的截面圖。
參閱圖14A，用等離子CVD法在由Corning 7059玻璃(10平方厘米)做成的襯底201上形成3000厚的氧化硅膜202。然后，用等離子CVD在氧化硅膜202上形成厚300-1000的非晶硅膜203，例如500。
由此形成的非晶硅膜用例7的方法進(jìn)行晶化。在熱結(jié)晶化后，實(shí)行激光熱退火，使用Kr激發(fā)物激光(248nm波長(zhǎng))，能量密度為200-350mJ/cm2，以便改進(jìn)結(jié)晶度。結(jié)果，剩留在結(jié)晶硅膜中的非晶成分完全被晶化了。
晶化以后，硅膜203被制成島伏硅膜208，如圖14B所示，此時(shí)，硅島的位置才方向與晶界的相對(duì)關(guān)系可以按如示于圖15A和15B那種方式來(lái)選擇。
當(dāng)TFT的電流穿過(guò)晶界時(shí)，晶界起電阻作用。另一方面，電流容易沿晶界流動(dòng)。所以，TFT的電特性極大地受到包括在溝道區(qū)域中晶粒(晶界)的數(shù)目和方向的影響。例如，當(dāng)有若干TFT時(shí)，每個(gè)TFT的漏電流性能隨包含在溝道區(qū)域內(nèi)的晶粒數(shù)目和方向而變化。
當(dāng)晶粒尺寸與溝道的尺寸接近一樣或小于它時(shí)，上述問(wèn)題變得嚴(yán)重。溝道比晶粒足夠大時(shí)，這種分散被平均化，看起來(lái)不明顯。
例如，假如在溝道中沒(méi)有晶界，可以預(yù)期TFT的電性能和單晶TFT的一樣。另一方面，當(dāng)晶界沿漏區(qū)電流的方向穿過(guò)島延伸時(shí)，泄漏電流就變大。相反，當(dāng)晶界延伸方向垂直于漏區(qū)電流的方向時(shí)，泄漏電流就變小。
當(dāng)TFT如此布置，使其漏區(qū)電流沿磨擦方向流動(dòng)，因?yàn)榫w沿磨擦方向伸長(zhǎng)，包括在溝道中的晶界數(shù)目勢(shì)必不均勻，因此泄漏電流很可能分散。然而，漏泄電流強(qiáng)度變大，因?yàn)榫Ы缗c漏區(qū)電流的方向?qū)R，如圖15A所示。另一方面，如圖15B所示，假如漏區(qū)電流流動(dòng)方向垂直于磨擦方向，截止電流性能就能穩(wěn)定。這是因?yàn)榫Я?9的寬度近似恒定，存在于溝道區(qū)26中的晶粒數(shù)目可以做得恒定。結(jié)果，需要這樣來(lái)布置有源區(qū)208:TFT的漏區(qū)電流流動(dòng)方向垂直于晶界的方向，即磨擦方向。而且，磨擦處理使得晶粒尺寸均勻，這導(dǎo)致非晶區(qū)由隨后的激光照射能被外延生長(zhǎng)地結(jié)晶化。
如示于圖14B，通過(guò)等離子CVD形成厚度200-1500、例如1000的氧化硅膜，作為柵絕緣膜209。
然后，含Si為重量1％或Sc為重量0.1-0.3％的鋁被濺射構(gòu)成為1000到3μm，例如500，隨后制成柵電極210。再用含酒石酸為1-3％的乙二醇溶液對(duì)鋁電極進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理。電解液的pH值約是7。鋁電極用作為陽(yáng)極而鉑電極用作為陰極。在保持電流恒定下使電壓上升直到它達(dá)到220V，此條件再維持1小時(shí)。結(jié)果，形成厚為1500-3500的陽(yáng)極氧化膜211，例如2000。
參閱圖14C，將一種導(dǎo)電型(硼)雜質(zhì)用柵極210為掩膜以自對(duì)準(zhǔn)方式由離子摻雜法導(dǎo)入硅島。乙硼烷(B2H6)被用作摻雜劑氣體。劑量為4-10×1015cm-2。加速電壓為65KV。因而，得到一對(duì)摻雜區(qū)(P-型)212及213。
此后，由照射KrF激發(fā)物激光(248nm波長(zhǎng)，20nsec脈寬)來(lái)激活摻雜區(qū)212及213 激光束的能量密度為200-400mJ/cm2，最好為250-300mJ/cm2。
參閱圖14D，采用等離子CVD形成厚度為3000由氧化硅做成的層間絕緣膜214。然后，用蝕刻法穿過(guò)層間絕緣膜214及柵絕緣膜209在摻雜區(qū)212(源區(qū))上形成接觸孔。再用濺射法形成鋁膜并制成源電極217。
參閱圖14E，用等離子CVD淀積2000-6000的氮化硅作鈍化膜215。采用蝕刻法穿過(guò)鈍化膜215、層間絕緣膜214及柵絕緣膜209在摻雜區(qū)(漏區(qū))213上形成接觸孔。最后，用銦錫氧化物膜(ITO)構(gòu)成象素電極216。這樣就獲得象素TFT。
盡管由優(yōu)選實(shí)施例公開(kāi)了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明的范圍并不限于實(shí)施例。可以做各種修正。
例如，含鎳的膜可以用無(wú)水溶液如酒精來(lái)形成。當(dāng)使用酒精時(shí)，溶液可以直接形成于非晶硅膜上而不需用氧化膜。特別是，含鎳化合物像乙?；嚳捎镁凭珌?lái)溶解。此材料可能在為了晶化而加熱時(shí)被分解，因?yàn)槠浞纸鉁囟认鄬?duì)地低。乙酰基丙酮鎳的量這樣選擇，使溶液中鎳的濃度控制在100ppm?？梢杂萌芤和扛?，再在1500rpm下用離心甩干法甩干1分鐘來(lái)得到含鎳的膜。由于酒精的接觸角比水的要小，所以用來(lái)形成膜的溶液的量可以小于用水溶液的場(chǎng)合。在此情況，對(duì)于100平方毫米，2ml的微量是適宜的。以后的形成結(jié)晶硅的各步驟可以完全和在優(yōu)選實(shí)施例中所解釋的一樣。
對(duì)另外的例子，元素鎳可以用酸來(lái)溶解。即，0.1mol/l的硝酸被用作此酸。50ppm的鎳粉末被溶解在這種酸中。
權(quán)利要求
1．一種半導(dǎo)體器件，包括至少一個(gè)含有結(jié)晶硅膜的有源區(qū)，在絕緣表面上形成，其特征在于，所述硅膜含促進(jìn)非晶硅膜晶化過(guò)程的催化元素。
2．如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述催化元素含選自由鎳(Ni)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、銦(In)、錫(Sn)、磷(P)、砷(As)和銻(Sb)組成的元素群的物質(zhì)。
3．如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述器件選自由薄膜晶體管、二極管和光敏器件組成的器件群。
4．如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述器件含有至少一個(gè)以P1、PN和NI標(biāo)出的電氣結(jié)。
5．如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述催化元素在所述硅膜中的含量濃度在1×1016原子/立方厘米至1×1019原子/立方厘米的范圍。
6．如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述硅膜的喇曼光譜峰值強(qiáng)度為或超過(guò)單晶硅喇曼光譜峰值強(qiáng)度的1/3。
7．如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述硅膜的晶體生長(zhǎng)方向大致上與[111]軸線一致。
8．如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述硅膜的表面具有下列諸平面中的至少一個(gè)平面平面{110}、{123}、{134}、{235}、{145}、{156}、{257}和{167}。
9．一種半導(dǎo)體器件，包括一結(jié)晶半導(dǎo)體膜，含硅晶體，在襯底的絕緣表面上形成，其中所述這硅晶體的[111]軸線平行于所述絕緣表面；其特征在于，所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜中供促進(jìn)所述硅晶體的晶化過(guò)程的催化劑的含量等于或低于1×1019原子/立方厘米。
10．如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，各所述硅晶體為單晶硅。
11．如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜經(jīng)過(guò)加氫處理。
12．如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述襯底為玻璃襯底。
13．如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述催化元素選自由鎳、鈀、鉑、銅、銀、金、銦、錫、磷、砷和銻組成的元素群。
14．如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述催化元素選自Ⅷ、Ⅲb、Ⅳb和Ⅴb族元素。
15．如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述濃度用SIMS(二次離子質(zhì)譜分析法)測(cè)定。
16．一種半導(dǎo)體器件，包括一含硅晶體的結(jié)晶半導(dǎo)體膜，在襯底表面形成，其中所述硅晶體的[111]軸線與所述絕緣表面平行，且所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜的表面沒(méi)有[111]平面；其特征在于，所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜中供促進(jìn)所述硅晶體的晶體過(guò)程的催化元素的含量等于或低于1×1019原子/立方厘米。
17．如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，各所述硅晶體為單晶硅。
18．如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜經(jīng)過(guò)加氫處理。
19．如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述催化元素選自由鎳、鈀、鉑、銅、銀、金、銦、錫、磷、砷和銻組成的元素群。
20．如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述催化元素選自Ⅷ、Ⅲb、Ⅳb和Ⅴb族元素。
21．一種半導(dǎo)體器件，包括一含硅晶體的結(jié)晶半導(dǎo)體膜，在襯底的絕緣表面上形成，其中所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜的表面具有{110}、{123}、{134}、{235}、{145}、{156}、{257}和{167}諸平面的至少其中一個(gè)平面，但沒(méi)有{111}平面；其特征在于，所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜中供促進(jìn)所述硅晶體的晶化過(guò)程的催化元素的含量濃度等于或低于1×1019原子/立方厘米。
22．如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，各所述硅晶體為單晶硅。
23．如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜經(jīng)過(guò)加氫處理。
24．如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述催化元素自由鎳、鈀、鉑、銅、銀、金、銦、錫、磷、砷和銻組成的元素群。
25．如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述催化元素選自Ⅷ、Ⅲb、Ⅳb和Ⅴb族元素。
26．一種具有至少一個(gè)薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件，所述薄膜晶體管包括一溝道區(qū)，有一個(gè)含硅的結(jié)晶半導(dǎo)體層，在絕緣表面上形成；源區(qū)和漏區(qū)，兩者之間夾有所述溝道區(qū)；一柵極，毗鄰所述柵絕緣膜；其特征在于，所述結(jié)晶半導(dǎo)體層的[111]軸線平行于所述絕緣表面。
27．如權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述結(jié)晶半導(dǎo)體層經(jīng)過(guò)加氫處理。
28．一種具有至少一個(gè)薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件，所述薄膜晶體管包括一溝道區(qū)，具有一個(gè)含硅的結(jié)晶半導(dǎo)體層，在絕緣表面上形成；源區(qū)和漏區(qū)，所述溝道區(qū)即夾在此源區(qū)與漏區(qū)之間；一柵絕緣膜，毗鄰所述溝道區(qū)；和一柵極，毗鄰所述柵絕緣膜其特征在于，所述結(jié)晶半導(dǎo)體層的表面具有{110}、{123}、{134}、{235}、{145}、{156}、{257}和{167}。諸平面的至少其中之一平面，但沒(méi)有{111}平面。
29．如權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述結(jié)晶半導(dǎo)體層經(jīng)過(guò)加氫處理。
30．如權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體層含選自由鎳、鈀、鉑、銅、銀、金、銦、錫、磷、砷和銻組成的元素群的催化元素，其含量濃度不高于1×1019原子/立方厘米。
31．一種半導(dǎo)體器件，包括一含硅晶體的結(jié)晶半導(dǎo)體膜，在襯底的絕緣表面上形成，其中所述結(jié)晶半導(dǎo)體表面有一個(gè){110}平面，但沒(méi)有{111}平面；其特征在于，所述結(jié)晶半導(dǎo)體膜中供促進(jìn)所述硅晶體的晶化過(guò)程的催化元素的含量濃度等于或低于1×1019原子/立方厘米。
32．一種具有至少一個(gè)薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件，所述薄膜晶體管包括一溝道區(qū)，具有一個(gè)含硅的結(jié)晶半導(dǎo)體層，在絕緣表面上形成；源區(qū)和漏區(qū)，所述溝道區(qū)即夾在此源區(qū)與漏區(qū)之間；一柵絕緣膜，毗鄰所述溝道區(qū)；和一柵極，毗鄰所述柵絕緣膜；其特征在于，所述結(jié)晶半導(dǎo)體層具有一個(gè){110}平面，但沒(méi)有{111}平面。
33．如權(quán)利要求32所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體層含選自由鎳、鈀、鉑、銅、銀、金、銦、錫、磷、砷和銻組成的元素群的催化元素，其含量濃度不高于1×1019原子/立方厘米。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件,包括至少一個(gè)含有結(jié)晶硅膜的有源區(qū),在絕緣表面上形成,其特征在于,所述硅膜含促進(jìn)非晶硅膜晶化過(guò)程的催化元素。
文檔編號(hào)H01L29/04GK1223459SQ98120978
公開(kāi)日1999年7月21日 申請(qǐng)日期1998年10月12日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月29日
發(fā)明者大谷久, 宮永昭治, 張宏勇, 福永健司 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所