專利名稱：半導(dǎo)體元件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件的制作方法，特別是一種多晶硅層半 導(dǎo)體元件的制作方法。
背景技術(shù)：
以低溫多晶硅層制作的半導(dǎo)體元件，已經(jīng)廣泛的被應(yīng)用于3C的環(huán) 境，特別是用于平面顯示器的控制元件上。使用低溫多晶硅技術(shù)與非 晶硅來比較，它擁有較快的電子遷移率，提供一較佳的結(jié)構(gòu)與電子特 性，因此可以制作出較高分辨率和色度的平面顯示器。此外，它也可 以結(jié)合驅(qū)動平面的電路直接形成于玻璃基板上，減少接角的連接。因 而多晶硅多被用來發(fā)展與制造高性能、高品質(zhì)元件，這些元件包括薄 膜晶體管、影像感應(yīng)器等。
一般非晶硅的制程，大都使用傳統(tǒng)爐管退火、快速熱退火或準(zhǔn)分 子激光退火技術(shù)。低溫爐管退火使多晶硅在約60(TC下的低壓化學(xué)氣相 沉積情況下直接沉積于基板上。但從成核到成長成晶粒的整個過程， 需要非常長的時間退火；快速熱退火技術(shù)能降低熱預(yù)算，但其結(jié)晶結(jié) 果也較差；準(zhǔn)分子激光技術(shù)是利用準(zhǔn)分子激光，將非晶硅層熔融藉由 退火的過程結(jié)晶成非晶硅，但熔融硅欠缺快速凝結(jié)速度而使非晶硅結(jié) 晶顆粒過小。
美國專利號6197626揭露一種利用金屬誘發(fā)結(jié)晶制作多晶硅層的 方法。其提供一可靠的金屬層(大多為鎳或金)于非晶硅層的表面，升溫 使非晶硅層表面形成金屬硅化物，非晶硅藉由金屬硅化物的原子移動 促其形成結(jié)晶硅，經(jīng)由退火的過程形成多晶硅層。金屬誘發(fā)結(jié)晶形成 多晶硅層的方法，其優(yōu)點(diǎn)是可以以較低溫的制程制作，因此可適用于
多種類型的基板上沉積多晶硅層，但其于金屬誘發(fā)結(jié)晶的過程中無可 避免的，金屬留置于多晶硅晶格結(jié)構(gòu)中，即形成金屬污染，造成元件 電性的損害。為了得到品質(zhì)較好、元件電性較佳的多晶硅層，必須減 少誘發(fā)結(jié)晶的金屬于其中的殘余量。因此，此篇專利亦提出于多晶硅 層上再沉積一層二氧化硅及氮化硅，經(jīng)由黃光微影制程，制作出圖形 然后植入磷離子，再經(jīng)由退火的過程使多晶硅層中未植入磷離子區(qū)域 的殘余金屬移除至以植入磷離子的區(qū)域，然后依元件設(shè)計的圖案，以 等向性蝕刻移除二氧化硅、氮化硅層及多余的多晶硅層。
然而此方法需要多一道黃光微影制程、三次蝕刻及磷離子植入， 增加許多的制程時間及制作成本。因此根據(jù)上述的困擾，如何在減少 制作時間及成本的前提下，可有效減少殘余金屬量是制作半導(dǎo)體元件 重要課題之一。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明目的之一是提供一種半導(dǎo)體元件及其 制作方法，利用一擴(kuò)散層的形成阻擋殘余金屬回到半導(dǎo)體薄膜中。
本發(fā)明目的之一是提供一種半導(dǎo)體元件及其制作方法，無須額外 的微影制程便可形成改善捕捉殘余金屬的擴(kuò)散層及捕捉層于金屬誘發(fā) 多晶硅薄膜上，以捕捉金屬誘發(fā)多晶硅薄膜中的殘余金屬。
本發(fā)明目的之一是提供一種多晶硅半導(dǎo)體元件及其制作方法，可 快速制作結(jié)晶顆粒大且有效除去金屬殘留的多晶硅層。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明一實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體元件的制作 方法，包含下列步驟 一非晶硅層形成于一具有絕緣表面的基板上； 加入一金屬催化元素于非晶硅層內(nèi)并加熱催化非晶硅層以形成一多晶 硅層于絕緣表面上；依序形成一擴(kuò)散層及一捕捉材料層于多晶硅層上； 進(jìn)行一熱退火制程于捕捉材料層與多晶硅層；于進(jìn)行熱退火步驟后移
除擴(kuò)散層及捕捉材料層。
通過上述技術(shù)特征，本發(fā)明的有益效果表現(xiàn)在可適用于多種材 質(zhì)基板之上，無須增加制程步驟及生產(chǎn)的成本，可快速制作結(jié)晶顆粒 大且有效除去金屬殘留的多晶硅層，并簡化生產(chǎn)流程及提升元件的可 靠度。


圖1為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施之一多晶硅半導(dǎo)體元件制作方法流程圖。
圖2A至圖2E為依據(jù)本發(fā)明概念制作一多晶硅半導(dǎo)體元件的步驟 示意圖。
圖中符號說明
10提供一基板
20形成一非晶硅層
25提供一金屬催化元素
30升溫加熱
35形成多晶硅層
40形成一擴(kuò)散層
45形成一捕捉材料層
50進(jìn)行一熱退火制程
55移除擴(kuò)散層及捕捉材料層
12基板
13絕緣表面
14非晶硅層
26金屬催化元素
32多晶硅層
42擴(kuò)散層
46捕捉材料層
具體實(shí)施例方式
以下通過實(shí)施例及

本發(fā)明的概念。請參照圖1，圖中所示 為據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一多晶硅半導(dǎo)體元件制作方法流程圖。其至少包含 下列步驟提供具有一絕緣表面的一基板(步驟10);形成一非晶硅層(步 驟20)于基板的絕緣表面上；提供一金屬催化元素于非晶硅層中(步驟 25);進(jìn)行升溫加熱(步驟30)以催化非晶硅層以形成一多晶硅層薄膜于 絕緣表面上(步驟35);依序形成一擴(kuò)散層(步驟40)及形成一捕捉材料層 (步驟45)于多晶硅層上，此時多晶硅層中的金屬催化元素含量大于捕捉 材料層的金屬催化元素含量；進(jìn)行一熱退火制程(步驟50)，因?yàn)椴蹲?材料層的金屬催化元素濃度小于多晶硅層中的金屬催化元素濃度，故 金屬催化元素可由多晶硅層移動至捕捉材料層；之后再一并移除擴(kuò)散 層及捕捉材料層(步驟55),即去除殘余于多晶硅層中的金屬催化元素。
請一并參照圖2A至圖2E，其為依本發(fā)明概念實(shí)施的一多晶硅半 導(dǎo)體元件的剖面示意圖。如圖2A所示，其提供一基板12，此基板12 可依半導(dǎo)體元件應(yīng)用的需求而予以各類型的材質(zhì)，例如制作使用于液
晶(LC)、無機(jī)和有機(jī)薄膜電致發(fā)光(EL和OEL)平面顯示器的薄膜晶體 管，為一玻璃板或一塑料材質(zhì)制的可撓式基板，若為一影像感測元件， 則為一硅晶圓等；于此基板12之一表面上，利用低壓化學(xué)氣相沉積法 (LPCVD)，以氧化硅或氮化硅形成一絕緣表面13;于絕緣表面13上先 形成一硅或硅鍺化合物的非晶硅層14;之后提供一金屬催化元素26(通 常為鎳、金或其它可替代的元素，諸如鈷、鐵、鈀、鉑、銅、銦、銀、 鈦等)，以金屬塊材輔以直流濺鍍法，或以一含金屬離子化合物的溶液 輔以涂布機(jī)旋轉(zhuǎn)涂布的方法，形成于非晶硅層14的表面(如圖2A所示)， 金屬催化元素26會與非晶硅層14的硅反應(yīng)形成金屬硅化物，并形成 沿著一特定方向排列的晶粒，而形成一含金屬催化元素26的多晶硅層 32(如圖2B所示)，此一藉由金屬催化元素26形成多晶硅層32的方法 艮卩為金屬誘發(fā)結(jié)晶(MILC， metal induced lateral crystallization)。
接續(xù)上述說明，如圖2C所示，于多晶硅層32的另一面制作一層與硅呈惰性反應(yīng)的化合物，如氮化硅、鉭等(Si3N2 、 Ta)作為一擴(kuò)散 層42，其作用為提供一良好的界面以銜接多晶硅層32與后續(xù)即將制作 的捕捉材料層46及作為于接續(xù)制程中，對多晶硅層32的保護(hù)作用； 于擴(kuò)散層42的另一面，以電子束蒸鍍或直流濺鍍法鍍附一金屬層或制 作一非晶硅層當(dāng)捕捉材料層46，其中金屬層的材質(zhì)為鉭(Ta)、銅(Cu)、 鐵(Fe)、鋁(Al)或鉬(Pt)其中之一；接著升溫并進(jìn)行熱退火制程，藉由升 溫及熱退火的過程，使得原有殘留于多晶硅層32晶格結(jié)構(gòu)中的金屬催 化元素26，因受熱能及濃度梯度影響，往不含此金屬催化元素26的捕 捉材料層46移動，待熱退火步驟完成后即如圖2D所示，金屬催化元 素26由原來殘留于多晶硅層32晶格結(jié)構(gòu)中移至捕捉材料層46之中。 接著再以蝕刻技術(shù)，將擴(kuò)散層42及捕捉材料層46 —并移除，此一過 程中擴(kuò)散層42即作為保護(hù)作用，以避免多晶硅層32的表面結(jié)構(gòu)于蝕 刻過程中受到損害。完成上述制作過程后，即得到一如圖2E所示的基 板12上設(shè)有多晶硅層32的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，可接續(xù)于多晶硅層32上制作 具快速載子遷移率的電子元件諸如薄膜晶體管等。
綜合上述，本發(fā)明可適用于多種材質(zhì)基板之上，無須增加制程步 驟及生產(chǎn)的成本，可快速制作結(jié)晶顆粒大且有效除去金屬殘留的多晶 硅層，并簡化生產(chǎn)流程及提升元件的可靠度。
以上所述的實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點(diǎn)，其目的在 使熟習(xí)此項(xiàng)技藝的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，當(dāng)不能以 的限定本發(fā)明的專利范圍，即大凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的均等 變化或修飾，仍應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體元件的制作方法，包含提供具有一絕緣表面的一基板；形成一非晶硅層于該絕緣表面上；加入一金屬催化元素于該非晶硅層內(nèi)；加熱催化該非晶硅層以形成一多晶硅層；依序形成一擴(kuò)散層及一捕捉材料層于該多晶硅層上；進(jìn)行一熱退火制程于該捕捉材料層與該多晶硅層；以及于該進(jìn)行熱退火步驟后移除該擴(kuò)散層及該捕捉材料層。
2. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體元件的制作方法，其中該絕緣表面 為氧化硅層。
3. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體元件的制作方法，其中該非晶硅層 為硅或硅鍺化合物。
4. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體元件的制作方法，其中該基板的材 質(zhì)為玻璃、塑料或硅晶圓其中之一。
5. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體元件的制作方法，其中該金屬催化 元素與該非晶硅層的硅反應(yīng)形成一金屬硅化物。
6. 如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體元件的制作方法，其中該金屬硅化 物誘發(fā)該非晶硅層形成沿著一特定方向排列的晶粒，而轉(zhuǎn)變?yōu)樵摱嗑?硅層。
7.如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體元件的制作方法，其中該擴(kuò)散層為 一與硅成惰性反應(yīng)的材質(zhì)。
8. 如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體元件的制作方法，其中該擴(kuò)散層的 材質(zhì)為氮化硅。
9. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體元件的制作方法，其中該捕捉材料 層為一金屬層或一非晶硅層。
10. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體元件的制作方法，其中該金屬層 為鉭、銅、鐵、鋁及鉑其中之一。
11. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體元件的制作方法，其中該熱退火 步驟進(jìn)行前，該多晶硅層的該金屬催化元素濃度大于該捕捉材料層的 該金屬催化元素濃度。
12. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體元件的制作方法，其中該熱退火 步驟進(jìn)行后，該捕捉材料層的該金屬催化元素濃度大于該多晶硅層的 該金屬催化元素濃度。
13. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體元件的制作方法，其中該捕捉材 料層藉由金屬塊材以電子束蒸鍍或直流濺鍍的方法形成。
14. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制作方法，其中該金屬催 化元素藉由金屬塊材以電子束蒸鍍或直流濺鍍的方法形成。
15. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制作方法，其中該金屬催 化元素藉由金屬離子溶液以涂布機(jī)旋轉(zhuǎn)涂布的方法形成。
16. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制作方法，其中該移除該 擴(kuò)散層及該捕捉材料層步驟完成后，該多晶硅層可接續(xù)制作為一薄膜 晶體管元件。
17. —種半導(dǎo)體元件，包含 一基板具有一絕緣表面；一多晶硅層于該絕緣表面上，其中該多晶硅層中包含一金屬催化元素；一擴(kuò)散層于該多晶硅層上；以及一捕捉材料層于該擴(kuò)散層上，其中該捕捉材料層中含該金屬催化 元素的濃度大于該多晶硅層中含該金屬催化元素的濃度。
18. 如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體元件，其中該基板的材質(zhì)為玻璃、 塑料或硅晶圓其中之一。
19. 如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體元件，其中該多晶硅層為硅或硅 鍺化合物。
20. 如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體元件，其中該金屬催化元素為鎳、 鈷、鐵、鈀、鉑、銅、金、銦、銀及鈦其中之一。
21. 如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體元件，其中該捕捉材料層為一金 屬層或一非晶硅層。
22. 如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體元件，其中該金屬層為鉭、銅、 鐵、鋁及鉑其中之一。
全文摘要
一種半導(dǎo)體元件及其制作方法，包含下列步驟提供一具有一絕緣表面的基板；形成一非晶硅層于絕緣表面上；加入一金屬催化元素至非晶硅層；加熱催化非晶硅層以形成一多晶硅層；依序形成一擴(kuò)散層及一捕捉材料層于多晶硅層上；進(jìn)行一熱退火制程，捕捉材料層中含金屬催化元素的濃度小于多晶硅層中含金屬催化元素的濃度，故使金屬催化元素擴(kuò)散移動至捕捉材料層中；之后移除擴(kuò)散層及捕捉材料層。
文檔編號H01L21/20GK101192519SQ200610162548
公開日2008年6月4日 申請日期2006年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月27日
發(fā)明者侯智元, 吳耀銓, 林其慶, 胡國仁 申請人:中華映管股份有限公司