專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法，通過(guò)在由玻璃或類(lèi)似物制成的絕緣襯底上或各種襯底上形成的絕緣膜上淀積非單晶硅(下文稱(chēng)Si)膜制備半導(dǎo)體器件，如薄膜晶體管(TFT)、薄膜二極管(TFD)、以及包括晶體管和二極管的薄膜集成電路，特別是用于有源液晶顯示器(LCD)的薄膜集成電路。
近來(lái)已開(kāi)發(fā)出一種半導(dǎo)體器件，其中的TFT被裝配在由玻璃或類(lèi)似物制成的一種絕緣襯底上，如有源液晶顯示器，和一圖象傳感器，其中的TFT被用于驅(qū)動(dòng)用象素。
一般薄膜Si半導(dǎo)體被用于上述器件中使用的TFT。上述薄膜Si半導(dǎo)體包括兩種類(lèi)型半導(dǎo)體，它們是非晶Si半導(dǎo)體(a-Si)和結(jié)晶Si半導(dǎo)體。非晶Si半導(dǎo)體被使用得最普遍，因?yàn)樗子谠诘蜏赜闷喙に囍圃?，而且適于批量生產(chǎn)；但其導(dǎo)電性比結(jié)晶Si半導(dǎo)體低。
所以，人們強(qiáng)烈要求產(chǎn)生一種由結(jié)晶Si半導(dǎo)體來(lái)制作TFT的制作方法，可得到下文將述的高速特性。作為一種結(jié)晶Si半導(dǎo)體，多晶硅，微晶硅，包括結(jié)晶成分的非晶硅以及介于結(jié)晶和非晶中間狀態(tài)的半導(dǎo)非晶硅都是公知的。
作為薄膜結(jié)晶Si半導(dǎo)體的制作方法，下列方法是公知(1)直接淀積結(jié)晶膜。
(2)首先淀積非晶半導(dǎo)體膜，然后用激光束能量使其結(jié)晶。
(3)首先淀積非晶半導(dǎo)體膜，然后長(zhǎng)時(shí)間施加熱能(退火)使其結(jié)晶。
然而，用1)所述的方法在一個(gè)襯底的所有表面上形成有良好的半導(dǎo)電特性的膜，在技術(shù)上也是困難的。該法還有一個(gè)成本問(wèn)題，低廉價(jià)格的玻璃襯底是不能使用的，因?yàn)槟さ男纬蓽囟仁?00℃或更高。用此法在低溫淀積其有良好特性的膜是困難的。當(dāng)晶體垂直于襯底生長(zhǎng)時(shí)，用此方法形成膜不適于具有均勻電導(dǎo)率的TFT。
例如，若將現(xiàn)今使用最普遍的準(zhǔn)分子激光器用于2)所述的方法，該法也有生產(chǎn)量低的問(wèn)題，因?yàn)榧す馐椪盏拿娣e小。該法還有另一個(gè)問(wèn)題，激光的穩(wěn)定性不足以在大面積襯底的所有表面上形成均勻的膜。還有，該法還要求在真空中用激光輻照和加熱襯底，以使結(jié)晶完好。所以該法也存在著生產(chǎn)量有限的問(wèn)題。
與(1)和(2)所述方法相比，(3)所述方法有其優(yōu)越性，可用該法加工大面積的襯底。然而，此法也要求600℃或更高的溫度，加熱在其上形成非晶膜的襯底。若使用低廉的玻璃襯底，加熱溫度必定降低。特別是在現(xiàn)在，LCD屏變得愈來(lái)愈大，所以，對(duì)于這種大屏幕來(lái)說(shuō)要求使用大尺寸的玻璃襯底，若使用大尺寸的玻璃襯底，則存在一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，即制作半導(dǎo)體器件必不可少的加熱工藝將引起收縮和撓曲，這將降低掩模對(duì)準(zhǔn)的精確度。特別是，使用現(xiàn)今應(yīng)用得最普遍的由Corning公司生產(chǎn)的由No 7059玻璃制造的襯底，在593℃的溫度就發(fā)生撓曲，由于加熱在現(xiàn)有結(jié)晶工藝中會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的形變。在常規(guī)工藝中結(jié)晶所要的加熱時(shí)間超過(guò)20～30小時(shí)，所以既要求降低加熱溫度，又要求縮短加熱時(shí)間。
本發(fā)明之目的在于提供解決上述問(wèn)題的途徑。詳述之，其目的在于提供一種在較低的加熱溫度獲得良好結(jié)晶的工藝，換言之，減低玻璃襯底在使用一種靠加熱使由非晶硅制成的膜結(jié)晶的方法中的作用。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種降低或去掉已加入到硅膜中的金屬元素(催化金屬元素)以促進(jìn)結(jié)晶化的途徑。
按本發(fā)明的第一種工藝，在一種包含10～90％的氯氣，諸如氯化氫(HCl)、四氯化碳(CCl4)及四氯化硅(SiCl4)或氟氣，諸如三氟化氮(NF3)及六氟化二碳(C2F6)的環(huán)境氣氛中，用強(qiáng)光輻照在被促進(jìn)結(jié)晶化的金屬元素結(jié)晶的硅膜表面，選擇加熱結(jié)晶的硅膜。在用強(qiáng)光輻照過(guò)程中，用微波或高頻激發(fā)產(chǎn)生的等離子體具有促進(jìn)反應(yīng)的效果。
如果根據(jù)本發(fā)明輻照強(qiáng)光束，如介于近紅外線和可見(jiàn)光之間的光，最好波長(zhǎng)為0.5～4μm的光(例如峰值波長(zhǎng)為1.3μm的紅外線)，只要求光束輻照10～1000秒的較短時(shí)間，加熱硅膜表面，直至900～1200℃。因上述波長(zhǎng)的光被硅膜吸收，而基本上不被襯底吸收，若光束只輻照上述的短時(shí)間，能對(duì)Si膜選擇加熱，而對(duì)襯底不起作用。
尤其是可見(jiàn)光，特別是0.5μm或更短波長(zhǎng)的光被本征或基本上本征的非晶硅吸收得很好，能轉(zhuǎn)變?yōu)闊?。波長(zhǎng)為0.5～4μm的近紅外線或可見(jiàn)輻射能有效地被本征或基本上本征只含1017cm-3或更低的磷或硼的結(jié)晶硅膜吸收，能轉(zhuǎn)變?yōu)闊帷Ａ硪环矫娌ㄩL(zhǎng)為10μm或更長(zhǎng)的遠(yuǎn)紅外輻射被玻璃襯底吸收，能轉(zhuǎn)變?yōu)闊帷Ｈ欢?，若大多?shù)光是波長(zhǎng)為4μm或更短的光，僅有很少一點(diǎn)光被玻璃吸收。即，波長(zhǎng)為0.5～4μm的近紅外線或可見(jiàn)輻射適宜用來(lái)選擇加熱在玻璃襯底上形成的結(jié)晶Si膜。
若使用的是波長(zhǎng)短于上述光的紫外線，它們不僅被Si膜吸收，同時(shí)也被大多數(shù)襯底材料吸收，因面，輻照光的最合適的時(shí)間應(yīng)更短。例如，對(duì)波長(zhǎng)為248nm的光，則要求上述時(shí)間為1秒或更短。若上述光輻照時(shí)間長(zhǎng)于上述時(shí)間，光將被襯底吸收很多，這將引起襯底的形變。如上所述，光的總量必須這樣來(lái)選擇，用光輻照極短的時(shí)間即能使硅膜表面的溫度暫時(shí)超過(guò)1000℃。由于Si膜表面的溫度的瞬時(shí)上升或下降使第一次輻照不能完全氧化Si膜。所以，要求多次輻照。在此情況下，所形成的氧化膜的厚度與輻照次數(shù)有關(guān)。
用準(zhǔn)分子激光器一類(lèi)的脈沖振蕩激光作光源，以其紫外線輻照上述的極短時(shí)間是理想的。各種準(zhǔn)分子激光器發(fā)射脈寬為100ns或更短的激光?？墒褂靡环N等效于激光的光。
當(dāng)襯底溫度為600℃或更低時(shí)，最好為400℃或更低，同時(shí)根據(jù)本發(fā)明用強(qiáng)光束輻照襯底上形成的膜，可增強(qiáng)氧化作用。
在上述高溫下，Si膜中的一種金屬元素將與環(huán)境氣氛中的氯氣或氟氣反應(yīng)，盡管這種反應(yīng)進(jìn)行的時(shí)間極短，便在Si膜表面已形成金屬氯化物或氟化物。因其沸點(diǎn)低，而蒸發(fā)到環(huán)境氣氛中，減低了硅膜中此種金屬元素的濃度。還有，在強(qiáng)光輻照工藝完成后，也可用純水清洗Si膜表面，完全去掉所形成的金屬氯化物或氟化物。用上述工藝還可以同時(shí)去掉Si膜中所含的其余元素，例如堿性元素，如鈉和鉀。
在此類(lèi)退火中，Si膜往往起皮，因Si膜和襯底的熱膨脹系不同及所說(shuō)Si膜表面和所說(shuō)的襯底和所說(shuō)的Si膜間的界面之間的溫度差異所致。若膜覆蓋整個(gè)襯底或襯底的大面積上，膜的起皮尤為明顯。因而，最好的將膜分割成適宜的小面積，充分拉開(kāi)膜與膜之間的間距，不吸收過(guò)量的熱來(lái)防止膜的起皮。因?yàn)楦鶕?jù)上述方法可防止經(jīng)Si膜使整個(gè)襯底被加熱，可把襯底因熱而收縮限制到最小程度。
因輻照強(qiáng)光使膜的溫度上升，更促進(jìn)了Si膜的結(jié)晶化，這是本發(fā)明的第二位的效果。人們觀察到，在由添加的鎳使Si膜結(jié)晶過(guò)程中，針狀晶體不是在膜厚的方向而是沿襯底表面的方向生長(zhǎng)。上述針狀晶體的寬度大約是Si膜厚度的0.5～3倍，橫向即沿側(cè)邊方向不怎么生長(zhǎng)。因而，在晶體之間留下非晶區(qū)或程度正好與它們相同的結(jié)晶區(qū)。在上述非晶區(qū)內(nèi)，甚至經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間退火也未完全結(jié)晶化，若將此類(lèi)半導(dǎo)體用于TFT，則完全會(huì)發(fā)生不能增強(qiáng)TFT特性的問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明采用強(qiáng)光束輻照工藝可獲得600℃或更高的高溫，本發(fā)明有助于促進(jìn)上述僅在低程度結(jié)晶的面積的進(jìn)一步結(jié)晶化。即，這是因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明，晶體沿針狀晶體側(cè)面外延生長(zhǎng)，使非晶區(qū)結(jié)晶。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)用強(qiáng)光輻照時(shí)，可被熱能形成許多硅的懸空鍵。在含氫的氣氛中在200～450℃溫度下的熱退火可減少(即中和)這些懸空鍵，可以增強(qiáng)各種半導(dǎo)體器件，如薄膜晶管(TFT)和薄膜二極管(TFD)的特性和可靠性。
在根據(jù)本發(fā)明方法的第二種工藝中，在含10～90％的氯氣或氟氣的氧化環(huán)境氣氛中，在由催化劑金屬元素結(jié)晶的受熱Si膜表面上形成氧化。就氧化溫度而論，以不使襯底翹曲或收縮的溫度是理想的。例如，在550℃的溫度下，在該膜的表面上，形成厚度為40～100的氧化膜。
此時(shí)，用微波或高頻激發(fā)產(chǎn)生的等離子體具有促進(jìn)反應(yīng)的效果。在上述氣氛中，不僅可用加熱法，而且也可用強(qiáng)光輻照法形成氧化物。
存在于Si膜內(nèi)，特別是靠近表面大量金屬元素被上述氧化膜的形成選擇吸收到氧化物中。然后，在腐蝕工藝中，去掉所說(shuō)的氧化膜，可將此類(lèi)金屬元素除掉或減少。在此類(lèi)工藝中，通過(guò)熱氧化和輻照強(qiáng)光的氧化將熱能或光能賦給該Si膜，同時(shí)改善了該硅膜的結(jié)晶性。
在此類(lèi)強(qiáng)光束輻照工藝之后，再次實(shí)行退火，還可進(jìn)一步增強(qiáng)本發(fā)明的效果。
根據(jù)本發(fā)明，如上所述硅膜中的催化劑金屬元素作為氯化物或氟化物被淀積在Si膜的表面，或蒸發(fā)或大量轉(zhuǎn)移成氧化物再腐蝕掉。其結(jié)果是Si膜中的金屬元素的濃度可降至工藝處理前的五分之一或更低。同時(shí)，在氧化過(guò)程中用輻照強(qiáng)光或加熱使Si膜變熱，可以增強(qiáng)結(jié)晶化。即使用強(qiáng)光輻照玻璃襯底，它幾乎不怎么吸收紅外線，因而不用加熱即可實(shí)行光退火，以致在工業(yè)上因?yàn)檐浕蚴湛s而不能使用玻璃襯底。
在根據(jù)本發(fā)明方法的第三種工藝中，在600℃或更低的溫度下由熱而結(jié)晶的非單晶半導(dǎo)體膜上輻照強(qiáng)光或激光，以便促進(jìn)進(jìn)一步結(jié)晶化。同時(shí)因輻照強(qiáng)光或激光，也使所說(shuō)膜的性能致密。第三種工藝之特征在于上述膜性能致密。詳述之，在所說(shuō)的第三種工藝中，用激光輻照在所說(shuō)的硅膜上，或用近紅外線和可見(jiàn)光之間的光，最好是波長(zhǎng)為0.5～4μm的光，例如峰值波長(zhǎng)為1.3μm的紅外線，在所說(shuō)的硅膜上輻照約10～1000秒較短的時(shí)間。加熱促進(jìn)結(jié)晶化。第三種工藝之特征在于促進(jìn)結(jié)晶化。理想的是所用光的波長(zhǎng)基本上被吸收到Si膜，而不被玻璃襯底吸收。還有在此種退火中，因?yàn)镾i膜和襯底熱膨脹系數(shù)之間的不同以及Si膜表面和襯底與Si膜間的界面溫度的差異，常使Si膜起皮。若膜覆蓋在整個(gè)襯底上，則起皮尤為明顯。所以，將膜全分割成小面積并使膜與膜之間留出足夠的間隔，使之不吸收過(guò)量的熱量，防止膜的起皮。因?yàn)橥ㄟ^(guò)Si膜僅加熱襯底表面的一部分，則可將由熱導(dǎo)致的所說(shuō)襯底的收縮抑制到最小。
本發(fā)明包括第一步，用退火產(chǎn)生結(jié)晶硅膜；第二步，實(shí)行與對(duì)Si膜刻圖有關(guān)的工藝處理；以及第三步，用強(qiáng)光加熱該Si膜。在第二和第三步工藝之間，在Si膜上可形成用于第三步工藝不吸收光(即透過(guò)強(qiáng)光)的絕緣膜。該絕緣膜可由氮化硅或氧化硅制成。對(duì)在第三步工藝實(shí)行的輻照，可使用激光。
可見(jiàn)光，特別是波長(zhǎng)短于0.5μm的光能很好的被本征或基本上本征的非晶硅吸收并能轉(zhuǎn)變?yōu)闊?。按根?jù)本發(fā)明的一種工藝，波長(zhǎng)為0.5μm～4μm的光被用于輻照。上述波長(zhǎng)的光可有效地被本征或基本上本征(含1017cm-3或更低的磷或硼)的結(jié)晶硅膜所吸收，并能轉(zhuǎn)變?yōu)闊?。波長(zhǎng)為10μm或更長(zhǎng)的極遠(yuǎn)紅外線可被玻璃襯底吸收，使所說(shuō)的襯底變熱，然而，若大多數(shù)光的波長(zhǎng)為4μm或更短，玻璃就不怎么變熱。即為使結(jié)晶硅膜進(jìn)一步結(jié)晶，則要求波長(zhǎng)為0.5～4μm的光。
在采取使用促進(jìn)已結(jié)晶的硅結(jié)晶化的金屬元素，如鎳進(jìn)行結(jié)晶化的作本發(fā)明的上述的第一步、以便在此普通固相晶體生長(zhǎng)溫度低的溫度下實(shí)現(xiàn)結(jié)晶化的情況下，本發(fā)明的效果是顯著的。適宜于本發(fā)明可促進(jìn)結(jié)晶化的元素，可使用屬于第八族元素的Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir以及Pt。也可以使用屬于3d元素的Sc、Ti、V、Cr、Mn、Cu及Zn。還有實(shí)驗(yàn)證明，Au及Ag也能促進(jìn)結(jié)晶化。在上述元素當(dāng)中，Ni具有顯著的效果，并用由它結(jié)晶的結(jié)晶硅膜校驗(yàn)TFT的運(yùn)作。
顯而易見(jiàn)，在添加這些元素中任一種元素的Si膜中，針狀晶體不是在膜厚的方向而是沿襯底表面的方向生長(zhǎng)。然而，整個(gè)表面不是均勻結(jié)晶，在晶體之間留下非晶區(qū)或結(jié)晶度低到與非晶區(qū)相同程度的區(qū)域。
如上所述，在Si膜中添加這些金屬元素中的任一種，晶體生長(zhǎng)成針狀，然而，它們幾乎不怎么橫向即不沿其側(cè)向生長(zhǎng)。上述針狀晶體的寬度大約為Si膜厚度的0.5～3倍。因而，在所說(shuō)的非晶區(qū)，經(jīng)長(zhǎng)期退火結(jié)晶化是不完全均勻的。若TFT使用了帶有上述非晶區(qū)的半導(dǎo)體，就發(fā)現(xiàn)了TFT特性未完全增強(qiáng)的問(wèn)題。
本發(fā)明的第三步，通過(guò)在800～1300℃(用熱電偶與硅接觸測(cè)量)有助于促進(jìn)位于針狀晶體如梳齒狀之間結(jié)晶度低的區(qū)的進(jìn)一步結(jié)晶化。這是因?yàn)榫w沿針狀晶體側(cè)面方向外延生長(zhǎng)，使非晶區(qū)結(jié)晶。
在400～650℃，典型的在500～600℃溫度下退火結(jié)晶的薄膜Si半導(dǎo)體中，除有源元件，例如形成薄膜晶體管(TFT)的區(qū)域之外的部分可在圖形轉(zhuǎn)移和腐蝕工藝中去掉。用輻照可見(jiàn)輻射或近紅外線，硅膜可被選擇加熱，促進(jìn)其進(jìn)一步結(jié)晶化，使針狀晶體橫向生長(zhǎng)的疏散區(qū)如島區(qū)的結(jié)晶。此時(shí)，因玻璃襯底或類(lèi)似物幾乎不吸收紅外線，不用加熱可實(shí)施光退火，以致于因?yàn)檐浕蚴湛s使所說(shuō)的玻璃襯底不能在工業(yè)上使用。
特別是，若在退火中使用促進(jìn)結(jié)晶化的金屬元素，通過(guò)促進(jìn)沿結(jié)晶不充分的針狀晶體側(cè)向的結(jié)晶化，可產(chǎn)生結(jié)晶很致密的半導(dǎo)體薄膜。上述的實(shí)施例1表示，根據(jù)本發(fā)明，例如Raman波譜儀可增大Si膜中的結(jié)晶區(qū)。
實(shí)施例2～4表示根據(jù)本發(fā)明制作的TFT工藝的實(shí)例。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的制造半導(dǎo)體器件的一種方法包括在一襯底上形成含有催化元素的非單晶硅膜；經(jīng)熱退火使非單晶硅膜結(jié)晶；形成呈島狀的非單晶硅膜的圖形；用光輻照非單晶硅膜促進(jìn)其結(jié)晶化；在圖形中形成柵電極；用柵電極作掩膜，將雜質(zhì)引入圖形；以及加熱使雜質(zhì)激活。


圖1(A)～圖1(E)表示根據(jù)實(shí)施例1和2的TFT制造工藝。
圖2(A)～圖2(E)表示根據(jù)實(shí)施例3的TFT制造工藝。
圖3(A)～圖3(E)表示根據(jù)實(shí)施例4的TFT制造工藝。
圖4表示用Raman波譜儀測(cè)得的根據(jù)實(shí)施例1制成的Si膜的結(jié)果。
圖5(A)～圖5(B)表示在實(shí)施例1所設(shè)定的溫度的實(shí)例。
圖6(A)～圖6(E)表示根據(jù)實(shí)施例5的TFT的制造工藝。
圖7(A)～圖7(E)表示根據(jù)實(shí)施例6的TFT制造工藝。
圖8(A)～圖8(E)表示根據(jù)實(shí)施例7的TFT制造工藝。
圖9(A)～圖9(E)表示根據(jù)實(shí)施例8的TFT制造工藝。
實(shí)施例1涉及在玻璃襯底上形成的Si薄膜結(jié)晶度的改善。將參照?qǐng)D1(A)～(C)給以說(shuō)明。首先，通過(guò)濺射在襯底101(No 7059，Corning Inc制)形成厚200的氧化硅底膜102，然后，設(shè)置一金屬掩模或氧化硅或氮化硅制的掩模(103)。在掩模103的狹縫處露出所說(shuō)的底膜102。即，當(dāng)從上看圖1(A)所示的狀態(tài)，在所說(shuō)的狹縫處露出所說(shuō)的底膜102，而其余部分被掩蔽。設(shè)置掩模103之后，通過(guò)濺射，在100所示的區(qū)域上選擇淀積5～200，例如20厚的鎳膜。鎳被選擇引入所說(shuō)區(qū)域100。
然后，去掉掩模103。通過(guò)等離子CVD淀積厚300～1500，如800的本征(I型)非晶Si膜。
接著，在不活潑的氮?dú)鈿夥?低于常壓)在550℃溫度下退火8小時(shí)或在600℃退火4小時(shí)，使所說(shuō)的本征非晶硅膜結(jié)晶。在選擇淀積鎳膜的所說(shuō)區(qū)域100，所說(shuō)的結(jié)晶Si膜104是垂直于所說(shuō)的襯底101結(jié)晶的。如箭頭105所示，晶體生長(zhǎng)從所說(shuō)的區(qū)域100開(kāi)始，在除所說(shuō)的區(qū)域100的區(qū)域內(nèi)朝橫向(平行于襯底)進(jìn)行(圖1(B))。
在此工藝之后，對(duì)Si膜光刻腐蝕10～1000μm通過(guò)圖形轉(zhuǎn)移和腐蝕工藝在襯底上形成許多個(gè)100μm見(jiàn)方的島狀Si膜104′。用峰值為0.5～4μm，在本工藝中用0.8～1.4μm的可見(jiàn)光或近紅外線或激光輻照30～600秒，以促進(jìn)所說(shuō)的Si膜104′的結(jié)晶化(圖1(C))。
對(duì)紅外線的光源，使用鹵素?zé)?。可?jiàn)光和近紅外線的強(qiáng)度調(diào)節(jié)到，從監(jiān)視器上測(cè)出的單晶硅片上的溫度可在800～1300℃，典型值為900～1200℃。
具體地講，監(jiān)視埋入Si片的熱電偶的溫度，將其值返饋給紅外線的光源。在實(shí)施例1中，溫度的上升或下降如圖5(A)和5(B)所示。溫度以50～200℃/S的恒定速率上升，通過(guò)自然冷卻以20～100℃/S的速度下降。
圖5(A)表示由升溫時(shí)間‘a(chǎn)’、恒溫時(shí)間‘b’及降溫時(shí)間‘c’三步過(guò)程組成的普通溫度操作過(guò)程。然而，在此情況下，當(dāng)襯底被快速地從室溫到1000℃的高溫加熱，然后快速地從高溫到室溫冷卻時(shí)，該變化對(duì)Si膜和襯底具有極大的影響，而使Si膜起皮。
為解決此問(wèn)題，如圖5(B)所示，擬定預(yù)熱時(shí)間‘d’和后加熱時(shí)間1f1，最好是在恒溫時(shí)間之前，將襯底保持在200～500℃的溫度，這對(duì)襯底和Si膜就沒(méi)有顯著的影響。
較理想的是為輻照紅外線時(shí)，在所說(shuō)的襯底上形成氧化硅或氮化硅膜作為保護(hù)膜。這是因?yàn)槟苁筍i膜104的表面狀態(tài)保持得較好。因而，所說(shuō)的保護(hù)膜在H2氣氛中形成的。在所說(shuō)的H2氣氛中可混入0.1～10％的HCl、氫的鹵化物、氟化物、氯化物及溴化物的混合物。
因?qū)Y(jié)晶的Si膜實(shí)行選擇可見(jiàn)光和近紅外線的輻照，因而可將對(duì)玻璃襯底的加熱抑制到最低程度。這種方法對(duì)降低Si膜中的缺陷或懸空鍵是很有效的。在加熱結(jié)晶工藝之后輻照可見(jiàn)光或近紅外線也是極其重要的。若突然將紅外線輻照在非晶Si膜上，未經(jīng)事先退火結(jié)晶，不可能得到良好的晶體。
圖4表示根據(jù)實(shí)施例1制得的結(jié)晶Si膜的Raman波譜?！癈-Si”表示作為參考樣品測(cè)得的單晶硅片Raman掃描的強(qiáng)度。圖4中的“1100℃，180sec”是指輻照紅外線的溫度是1100℃、輻照180秒。如圖所示，Raman散射的強(qiáng)度隨紅外線的輻照而增強(qiáng)，然而，它表示晶體的體積百分比的增加。以此方式，使結(jié)晶化不充分的區(qū)域，經(jīng)過(guò)輻照紅外線而結(jié)晶。
實(shí)施例2描述如圖1(A)～(E)所示，通過(guò)在玻璃襯底上形成的結(jié)晶Si膜，形成P溝TFT(PTFT)和N溝TFT(NTFT)的互補(bǔ)電路的工藝過(guò)程。實(shí)施例2的構(gòu)形用于有源LCD的象素電極的開(kāi)關(guān)元件、外圍驅(qū)動(dòng)電路、還有圖象傳感器以及集成電路。
圖1表示根據(jù)實(shí)施例2的工藝的剖面圖。首先，通過(guò)濺射在襯底101(No 7059，Corning Inc制)上淀積厚2000A的氧化硅底膜102。當(dāng)所說(shuō)的襯底被冷卻到發(fā)生撓曲的溫度(下文稱(chēng)撓曲溫度)時(shí)，或在底膜淀積之前或之后，在比撓曲溫度高的溫度將襯底退火之后，以0.1～1.0℃/min降溫，可降低在后序的，使所說(shuō)的襯底溫度上升的工藝(包括根據(jù)本發(fā)明的紅外線輻照)中所說(shuō)的襯底的收縮，并簡(jiǎn)化了掩模的對(duì)準(zhǔn)。理想的是在將NO 7059襯底(Corning Inc制)在620～660℃溫度退火1～4小時(shí)之后，以0.1～1.0℃/min最好以0.1～0.3℃/min并在溫度下降到450～590℃時(shí)取出襯底。
在所說(shuō)的底膜淀積之后，設(shè)置由氮化硅膜等等形成的掩模103。通過(guò)掩模103的狹縫露出底膜102。即，當(dāng)從上方觀看圖1(A)所示的狀態(tài)，通過(guò)所說(shuō)的掩膜的狹縫露出底膜102，其余部分被掩蔽。在設(shè)置掩模103之后，通過(guò)濺射在區(qū)域100選擇淀積厚5～200例如厚20的硅化鎳膜(化學(xué)式NiSix，0.4＜X＜2.5例如X＝2.0)。鎳被選擇地引入?yún)^(qū)域100(圖1(A))。
接著，去掉掩模103，通過(guò)等離子CVD淀積厚300～1500例如厚500的本征(I型)非晶Si膜104。在550℃不活潑的氣氛(含低于大氣壓的氮或氬)退火4～8小時(shí)，使非晶硅膜結(jié)晶。此時(shí)，在選擇淀積了硅化鎳膜的區(qū)域100內(nèi)，促進(jìn)結(jié)晶Si膜104沿垂直所說(shuō)的襯底101的方向的結(jié)晶化。在除所說(shuō)的區(qū)域100以外的區(qū)域內(nèi)，如箭頭105(圖1(B))所示促進(jìn)晶體從所說(shuō)的區(qū)域100橫向(平行于所說(shuō)的襯底)的生長(zhǎng)。
在上述工藝之后，在所說(shuō)的Si膜上設(shè)置圖形，形成分散的有源層104′，如TFT島區(qū)。此時(shí)，重要的是確定設(shè)有晶體生長(zhǎng)的前緣存在即設(shè)有結(jié)晶和非晶Si區(qū)域之間的含高濃度鎳的邊界的存在。照此方式，可使源漏之間的遷移不受溝道形成區(qū)的影響。綜合考慮TFT溝道的長(zhǎng)度和寬度，規(guī)定有源層104′的尺度。該有源層最小尺寸為50μm×20μm，最大尺寸為100μm×1000μm。
在一襯底上形成大量的此種有源層。通過(guò)輻照峰為0.5～4μm的紅外光或激光，根據(jù)本實(shí)施例輻照30～180秒，進(jìn)一步促進(jìn)所說(shuō)的有源層的結(jié)晶。對(duì)所說(shuō)的層的溫度應(yīng)當(dāng)為800～1300℃，一般為900～1200℃。在本實(shí)施例中，當(dāng)輻照紅外線或激光時(shí)，溫度為1100℃。為較好的保持有源層表面的狀態(tài)，在含H2的氣氛中實(shí)行輻照。正如在本工藝中那樣，有源層被選擇加熱，將玻璃襯底上的熱抑制到最小限度。對(duì)降低有源層中的缺陷或懸空鍵(圖1(C))，選擇加熱是很有效的。
然后，通過(guò)等離子CVD淀積厚1000的氧化硅膜106作柵絕緣膜。對(duì)于化學(xué)汽相淀積(CVD)中所用的材料氣體使用四乙氧基硅烷(TEOS，Si(OC2H5)4)和氧，在淀積工藝中襯底的溫度應(yīng)是300～550℃。本實(shí)施例中當(dāng)?shù)矸e氧化硅膜時(shí)的襯底溫度是400℃。
當(dāng)?shù)矸e作為柵絕緣膜的氧化硅膜106之后，再次通過(guò)輻照可見(jiàn)光或近紅外線實(shí)施退火。由于退火，可能解消主要在氧化硅膜106和硅膜104間界面及靠近界面的能級(jí)。退火對(duì)絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件是極其有用的，器件中柵絕緣膜和溝道形成區(qū)之間界面的特性是極為重要的。
接著，通過(guò)濺射淀積厚6000～8000，例如厚6000的鋁(含0.01～0.02％的鈧)。將鋁膜圖形轉(zhuǎn)移并腐蝕，再形成柵電極107和109。將所說(shuō)的鋁電極表面陽(yáng)極氧化，在其表面形成氧化層108和110。在含1～5％的酒石酸的乙二醇溶液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化。氧化層108和110的厚度為2000A。因?yàn)檠趸瘜?08和110的厚度正是在后序的離子注入工藝中形成柵極區(qū)域偏移的距離，所說(shuō)的偏移柵極區(qū)域的長(zhǎng)度可在所說(shuō)的陽(yáng)極氧化工藝中確定。
然后，用柵電極107和周?chē)难趸瘜?08及柵電極109和周?chē)难趸瘜?10作掩模，通過(guò)離子注入(也稱(chēng)等離子摻雜)，將P型或N型導(dǎo)電雜質(zhì)引入有源層區(qū)域(包括源、漏和溝道)。把磷化氫(PHs)和乙硼烷(B2H6)用作摻雜氣體)。在前一種情況下，加速電壓應(yīng)為60～90KV，例如使80KV。在后一種情況下，應(yīng)是40～80KV，例如使用65KV。劑量應(yīng)是1×1015～8×1015cm-2，例如摻磷時(shí)為2×1015cm-2，摻硼時(shí)為5×1015cm-2。在摻雜中，通過(guò)用光刻膠掩蔽一個(gè)區(qū)域，選擇摻雜每個(gè)元素。其結(jié)果，形成N型摻雜區(qū)114和116，以及P型摻雜區(qū)111和113。這表示形成P溝道TFT(PTFT)區(qū)和N溝道TFT(NTFT)區(qū)。
然后，輻照激光實(shí)施退火。對(duì)于激光使用波長(zhǎng)為248nm、脈寬為20nsec的KrF準(zhǔn)分子激光，但是也可使用其它激光。至于輻照激光的條件，能量密度應(yīng)是200～400mJ/cm2，例如使用250mJ/cm2。至于激光輻照的照射次數(shù)應(yīng)是每個(gè)地方照2～10次，例如采用分兩次照射。當(dāng)輻照所說(shuō)的激光時(shí)，襯底被加熱到200～450℃，以增強(qiáng)其效果(圖1(D))。
在本工藝中，也可用可見(jiàn)光或近紅外線實(shí)行燈光退火?？梢?jiàn)光或近紅外線容易被添加1019～1021cm-3的磷或硼的結(jié)晶硅或非晶硅吸收可實(shí)行等效于在100℃或更高溫度下退火的有效退火。若摻入了磷或硼，即使近紅外線也能完全被雜質(zhì)散射吸收。即使用裸眼觀測(cè)也可看到，因?yàn)樗呛诘?。另一方面，可?jiàn)光或近紅外線幾乎不怎會(huì)被玻璃襯底吸收。因?yàn)椴Ａбr底僅被加熱很短時(shí)間，玻璃襯底不會(huì)被加熱到高溫，僅僅是因?yàn)闀r(shí)間短，上述燈光退火是最適宜于發(fā)生玻璃襯底收縮工藝的方法。
接著，通過(guò)等離子CVD淀積厚6000的氧化硅膜118作層間絕緣體。對(duì)于所說(shuō)的層間絕緣體，可以使用聚酰亞胺或氧化硅和聚酰亞胺制成的雙層膜。再有，形成電接觸孔，并用金屬材料，例如用氮化鈦和鋁的多層模形成TFT的電極和布線117、120和119。最后，在350℃的溫度在低于一個(gè)大氣壓氫的氣氛中實(shí)行退火30分鐘，完成TFT互補(bǔ)半導(dǎo)體電路(圖1(E))。
具體地說(shuō)，在本發(fā)明中，重要的是在后一步工藝中，在氫氣氛中加熱至250～400℃，使在用可見(jiàn)光或近紅外線的光退火工藝引起的懸空鍵中和。
上述電路是CMOS。在所說(shuō)的工藝中，可同時(shí)形成兩只TFT，將它們從中間割開(kāi)可同時(shí)形成獨(dú)立的兩只TFT。
在實(shí)施例2中，就摻雜Ni的方法而論，在底膜102上非晶Si膜104之下選擇淀積Ni膜(因?yàn)楹鼙?，可能觀察不到膜)，采用由此處實(shí)施晶體生長(zhǎng)之方法。但是，在形成非晶Si膜104之后，可以選擇淀積硅化鎳膜。即，從非晶Si膜的上面和從下面均可實(shí)施晶體生長(zhǎng)。也可采用事先淀積非晶Si膜，再通過(guò)離子注入將鎳離子選擇摻入所說(shuō)的非晶硅膜104之方法。上述方法之特點(diǎn)是鎳元素的濃度精確可控。鎳也可以用等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積(PCVD)或用CVD摻雜。
實(shí)施例3涉及在有源LCD中為每個(gè)象素設(shè)置N溝TFT作開(kāi)關(guān)元件的情況。將討論一個(gè)象素的情況，可是大量(一般有數(shù)十萬(wàn))的其它象素也是以相同的結(jié)構(gòu)形成的。當(dāng)然，P溝TFT也可用作開(kāi)關(guān)元件來(lái)替代N溝TFT。N溝或P溝TFT可用于外圍電路來(lái)替代LCD的象素，也可用于圖象傳感器以及其它器件。即，可當(dāng)作薄膜晶體管使用的TFT也可用于任何目的。
圖2表示根據(jù)實(shí)施例3的工藝過(guò)程剖面圖。在實(shí)施例3中，關(guān)于襯底201，使用的是NO 7059玻璃襯底(Corning Inc制厚1.1mm，300×400mm)。首先，通過(guò)等離子CVD淀積厚2000的氧化硅制成的底膜。對(duì)于用于CVD的材料氣體，使用的是TEOS和氧。然后，為選擇摻鎳，形成氮化硅膜制成的掩模203，通過(guò)濺射淀積厚5～20例如20的鎳膜。如上所述，選擇在區(qū)域204形成鎳膜(圖2(A))。
通過(guò)低壓化學(xué)汽相淀積(LPCVD)或等離子CVD淀積厚100非晶Si膜205。在450℃的溫度下實(shí)施1小時(shí)脫氫之后，通過(guò)退火使非晶Si膜結(jié)晶。退火是在550℃溫度的氮?dú)夥罩羞B續(xù)進(jìn)行8小時(shí)。因鎳膜形成在非晶Si膜205下面的區(qū)域204內(nèi)，在此退火中結(jié)晶由此處發(fā)生。在所說(shuō)的結(jié)晶化中，在形成鎳膜的區(qū)域204內(nèi)，硅晶體是沿垂直于襯底201方向生長(zhǎng)的。如圖2(B)中箭頭所示，在未形成鎳膜的區(qū)域(區(qū)域205)，晶體沿平行于襯底的方向生長(zhǎng)(圖2(B))。
在退火工藝之后，將結(jié)晶的硅膜刻圖，只留下島狀的TFT的有源層205′，其余的全去掉。此時(shí)，重要的是在有源層沒(méi)有生長(zhǎng)晶體前緣存在，尤其是在溝道形成區(qū)沒(méi)有生長(zhǎng)晶體的前緣存在。具體地講，理想的是圖2(B)所示硅膜205的至少結(jié)晶化的前緣和摻鎳的區(qū)域204被腐蝕掉，而平行于所說(shuō)的襯底生長(zhǎng)晶體的結(jié)晶硅膜205的中部被用作有源層。要防止在所說(shuō)的前緣集中所含的鎳對(duì)TFT的特性有壞的影響，因?yàn)殒嚤话诰w生長(zhǎng)的前緣和集中摻雜的區(qū)域內(nèi)。用可見(jiàn)和紅外輻射輻照在所說(shuō)的島狀有源層205′上，再用光在1100℃退火30秒。激光可用來(lái)替代近紅外線(圖2(C))。
通過(guò)等離子CVD在氧氣氛中用TEOS形成氧化硅柵絕緣膜(厚70～120nm，一般為120nm)。此時(shí)襯底表面為350℃。然后，用CVD形成主要包含公知的多晶硅的膜，通過(guò)圖形轉(zhuǎn)移和腐蝕形成柵電極207。在所說(shuō)的多晶硅中添入0.1～5％的作為摻雜劑的磷，以增強(qiáng)電導(dǎo)率。
然后，通過(guò)離子注入摻入作為N型摻雜劑的磷，以自對(duì)準(zhǔn)方式形成源區(qū)208，溝道形成區(qū)209和漏區(qū)210。通過(guò)KrF激光輻照，改善由于離子注入而使結(jié)晶度受到損壞的硅膜的結(jié)晶度。此時(shí)激光能量的密度為50～300mJ/cm2。通過(guò)激光輻照，TFT源或漏的片電阻相當(dāng)于300～800Ω/□。此工藝中可用可見(jiàn)光和近紅外輻射經(jīng)進(jìn)行光退火(圖2(D))。
然后，用氧化硅或聚酰亞胺形成一層絕緣體211，再用ITO形成象素電極212。形成電接觸孔在TFT的源或漏區(qū)用鉻或鋁多層膜形成電極213和214。一個(gè)電極214還與ITO 212相連接。最后，將通過(guò)所有上述工藝的襯底在200～400℃溫度的氫氣中作2小時(shí)退火，使之氫化。結(jié)果，完成TFT。在許多其它象素區(qū)也同時(shí)實(shí)施此工藝。為增強(qiáng)耐濕性，在整個(gè)襯底的表面上用氮化硅形成鈍化膜(圖2(E))。
因?yàn)槭褂靡呀?jīng)受沿載流子運(yùn)動(dòng)方向晶體生長(zhǎng)的結(jié)晶硅膜作為本實(shí)施例制作的TFT的包括源、漏和溝道形成區(qū)的有源層，載流子不會(huì)跨過(guò)晶粒的邊界，即載流子沿針狀晶體的晶粒邊界運(yùn)動(dòng)。因而，可得到具有高載流子遷移率的TFT。按實(shí)施例3制作TFT是N溝型，其遷移率為90～130(cm2/Vs)。與已有的使用通過(guò)在600℃溫度經(jīng)48小時(shí)退火而結(jié)晶化獲得結(jié)晶硅膜的N溝TFT的50～70(cm2/Vs)遷移率相比較，上述N溝TFT具備大大增強(qiáng)的特性。若未用可見(jiàn)或紅外輻射或激光輻照實(shí)行退火，遷移率基本上是低的，開(kāi)-關(guān)速率也是低的。這揭示用強(qiáng)烈的輻照或激光促進(jìn)結(jié)晶化的工藝對(duì)增強(qiáng)TFT的可靠性是有用的。
參考圖3，描述實(shí)施例4。首先，在玻璃襯底301上形成底膜302，再通過(guò)等離子CVD淀積厚300～800非晶硅膜304。使用與實(shí)施例1相同的厚1000的氧化硅掩模303在區(qū)域300形成鎳膜。然后，在550℃在溫度使上述襯底退火8小時(shí)，以使硅膜304結(jié)晶。此時(shí)，晶體生長(zhǎng)如箭頭305所示平行于襯底(圖3(A))。
然后，在硅膜304上作圖形轉(zhuǎn)移并腐蝕該膜，形成有源層區(qū)如島區(qū)306和307。此時(shí)，由300表示的區(qū)域是直接摻雜并含有高濃度鎳的區(qū)域。在晶體生長(zhǎng)的邊緣，如實(shí)施例2和3所述，也含有高濃度的鎳。證實(shí)，在這些區(qū)域內(nèi)，鎳的濃度與上述區(qū)域之間的結(jié)晶區(qū)相比要高出近一位數(shù)。因而，在本實(shí)施例中，通過(guò)在除高濃度鎳區(qū)域以外的區(qū)域做圖形轉(zhuǎn)移并腐蝕形成有源元件，例如為形成TFT的區(qū)域，有源層區(qū)306和307。即，有意地排除含鎳濃度高的區(qū)域。通過(guò)在垂直方向具有各向異性的反應(yīng)離子刻腐(RIE)腐蝕有源層區(qū)。本實(shí)施例中有源層內(nèi)鎳的濃度近似為1×1017～1×1019cm-3(圖3(B))。
在本實(shí)施例中，用有源層306和307獲得互補(bǔ)TFT電路。即，在這點(diǎn)上，在本實(shí)施例的電路中，PTFT和NTFT是隔開(kāi)的，所說(shuō)的電路與實(shí)施例2的圖1(D)所示的電路是不同的。即，在圖1(D)所示的構(gòu)形中，兩個(gè)TFT的有源層是相連的，而在中間區(qū)域的鎳的濃度是高的。然而，本實(shí)施例具有在任何部位鎳濃度都是低的特性。因而，增強(qiáng)了動(dòng)作的穩(wěn)定性。
然后，通過(guò)等離子CVD淀積厚200～3000的氧化硅或氮化硅膜308。同實(shí)施例2一樣，通過(guò)可見(jiàn)或近紅外輻射或激光輻照實(shí)行燈光退火。情況與實(shí)施例3相同。在本實(shí)施例中，當(dāng)輻照可見(jiàn)或近紅外輻射或激光時(shí)，在有源層表面形成氧化硅或氮化硅的保護(hù)膜308，因而可防止由紅外輻射或激光輻照所引起的粗糙或污染(圖3(C))。
在可見(jiàn)或近紅外輻射或激光輻照之后，去掉所述保護(hù)膜308。然后，與實(shí)施例2(圖3(D))相同形成柵絕緣膜309、柵電極310和311，再形成層間絕緣體312、在所說(shuō)層間絕緣體內(nèi)的電接觸孔以及金屬布線313、314和315(圖3(E))。
如上所述，形成了互補(bǔ)TFT電路。在本實(shí)施例中，在輻照可見(jiàn)或紅外輻或激光時(shí)，在有源層表面上形成保護(hù)膜，防止該表面的粗糙或污染。本實(shí)施例的特性(電場(chǎng)遷移率和閾值電壓)和可靠性極好。
實(shí)施例5涉及用形成在玻璃襯底上的結(jié)晶硅膜的P溝TFT(PTFT)和N溝TFT(NTFT)的互補(bǔ)電路。上述本實(shí)施例的構(gòu)形可用于象素電極的開(kāi)關(guān)元件的有源LCD、圖象傳感器以及集成電路的外圍驅(qū)動(dòng)電路。
圖6表示根據(jù)實(shí)施例5的工藝的半導(dǎo)體器件剖面圖。首先，通過(guò)濺射在No 7059襯底(Corning Inc制)淀積厚2000的氧化硅底膜402。在底膜淀積之前或之后在所說(shuō)的襯底在比撓曲溫度還高的溫度下退火之后，當(dāng)所說(shuō)的襯底以0.1～1.0℃/min冷卻到比在所說(shuō)的襯底發(fā)生撓曲的溫度還低時(shí)，所說(shuō)的襯底很少在后序的存在溫度上升的工藝(包含本發(fā)明的輻照近紅外輻射)并易于掩模對(duì)準(zhǔn)。在No7059襯底(Corning Inc制)的情況下，理想的是在620～660℃溫度退火1-4小時(shí)后，以0.1～1.0℃/min，最好以0.1～0.3℃/min冷卻，當(dāng)所說(shuō)的襯底溫度降至450～590℃時(shí)，取出襯底。
在淀積底膜之后，形成氮化硅膜等的掩膜403。通過(guò)掩模403的狹縫露出底膜402。即，圖6(A)所示是從上方看到的狀態(tài)，底膜402在狹縫露出，而其余部分被掩蔽。在形成所說(shuō)的掩模403之后，在以400表明的區(qū)域選擇淀積厚5～200例如厚20的鎳膜。在此情況下，鎳是被選擇摻入所說(shuō)的區(qū)域400內(nèi)的(圖6(A))。
接著，去掉所說(shuō)的掩模403，再通過(guò)等離子增強(qiáng)CVD淀積厚300～1500例如厚500的本征(I型)非晶硅膜404。將上述襯底在不活潑的氣氛(含不足一大氣壓的氮或氬)在550℃退火4～8小時(shí)，以使所說(shuō)的非晶硅膜結(jié)晶。此時(shí)，在選擇淀積鎳膜的所說(shuō)的區(qū)域400內(nèi)，促進(jìn)結(jié)晶硅膜404垂直于所說(shuō)的襯底401的結(jié)晶化。在除區(qū)域400以外的區(qū)域，促進(jìn)晶體從箭頭所示的區(qū)域400橫向(平行所說(shuō)的襯底方向)生長(zhǎng)。通過(guò)用SIMS和TEM分析證明；在首先摻鎳的區(qū)域或結(jié)晶化邊緣存在的區(qū)域內(nèi)(圖6的陰影部分405)鎳的濃度都是高的(圖6(B))。
在此工藝之后，在硅膜上作圖形轉(zhuǎn)移，形成島狀的TFT有源層404′。
此時(shí)，在將成為溝道形成區(qū)那部分沒(méi)有晶體生長(zhǎng)的邊緣(即結(jié)晶硅區(qū)和非晶硅區(qū)之間的鎳濃度高的邊界)存在。這種設(shè)計(jì)規(guī)范能減小鎳元素對(duì)載流子在源和漏之間在溝道形成區(qū)內(nèi)遷移的影響。綜合考慮TFT溝道的長(zhǎng)度和寬度來(lái)確定有源層404′的尺寸。小的為50μm×20μm，大的為100μm×1000μm。
在所說(shuō)的襯底上大量形成此類(lèi)有源層。用峰值波長(zhǎng)為0.5～4μm例如0.8～1.4μm的可見(jiàn)或近紅外輻對(duì)置于含10～90％，例如30％的氯化氫的氫氣氛中的襯底輻照30～180秒。除了所說(shuō)的氯化氫，可使用四氯化碳、四氯化硅、三氟化氮及六氟化二碳。
可使用鹵素?zé)糇鳛榭梢?jiàn)或近紅外輻射的光源。調(diào)節(jié)可見(jiàn)或近紅外輻射的強(qiáng)度，使得由監(jiān)測(cè)器送出的單晶硅片表面的溫度在800～1300℃一般在900～1200℃。具體地說(shuō)，監(jiān)測(cè)埋入硅片中熱電偶的溫度，再返饋到紅外輻射光源。在本實(shí)施例中，溫度的上升或下降如圖5(A)或(B)所示。溫度增高率保持恒定，使其以50～200℃/秒升高?？孔匀焕鋮s，使溫度以20～100℃/秒下降。
圖5(A)表示包括升溫時(shí)間a、恒溫時(shí)間b及降溫時(shí)間c三步的一般溫度升降過(guò)程。但是，就此情況而論，所說(shuō)的襯底從室溫被加熱到1000℃高溫或從高溫迅速冷卻到室溫，這種溫度的快速升降對(duì)硅膜或所說(shuō)的襯底具有極大的影響，可使所說(shuō)的硅膜起皮。
為解決此問(wèn)題，理想的是，規(guī)定預(yù)熱時(shí)間‘d’及后加熱時(shí)間‘f’，并且在溫度達(dá)到所說(shuō)的恒溫時(shí)間之前，使所說(shuō)的襯底或膜保持在對(duì)襯底或膜沒(méi)有顯著影響的溫度200～500℃。
因?yàn)檫@種可見(jiàn)或近紅外輻射的輻照選擇加熱結(jié)晶的硅膜，可將對(duì)玻璃襯底的加熱抑制到最小。因?yàn)檫@種輻照是在含氫的環(huán)境氣氛中完成的，上述工藝規(guī)范對(duì)降低硅膜中的缺陷或懸空鍵很有效果。在用可見(jiàn)或近紅外輻射輻照之后，將硅膜在純水中清洗。
按此方式，去掉有源層如島狀404′中所含的鎳。根據(jù)SIMS數(shù)據(jù)分析，若不進(jìn)行可見(jiàn)或近紅外輻射輻照，TFT溝道形成區(qū)內(nèi)鎳的濃度為5×1018cm-3或更高。但在本實(shí)施例中，用可見(jiàn)或遠(yuǎn)紅外輻射照射將濃度抑制到1×1018cm-3(測(cè)量極限)或更低。
在此工藝之后，對(duì)硅膜實(shí)施圖形轉(zhuǎn)移并腐蝕成10～1000μm大小。例如，進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移形成100μm見(jiàn)方的尺度，在所說(shuō)的襯底上形成許多島狀404′Si膜。然后，對(duì)所說(shuō)的襯底用峰值為0.5～4μm例如0.8～1.4μm的可見(jiàn)或近紅外輻射輻照30～600秒，以促進(jìn)所說(shuō)的Si膜404′的結(jié)晶化(圖6(C))。
通過(guò)等離子增強(qiáng)CVD淀積厚1000的氧化硅膜作為柵絕緣膜。使用TEOS(Si(OC2H5)4)和氧作為CVD的材料氣體。淀積過(guò)程中襯底的溫度應(yīng)是300～550℃例如為400℃。
淀積作為柵絕緣膜的氧化硅膜406之后，再用可見(jiàn)或近紅外輻射輻照可使所說(shuō)的襯底退火。經(jīng)光退火，主要可壓低氧化硅膜406和硅膜404間的界面處和界面附近的能級(jí)。這對(duì)柵絕緣膜和溝道形成區(qū)的特性極其重要的絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件來(lái)說(shuō)是極為有用的。
然后，通過(guò)濺射淀積厚6000～8000，例如6000的鋁(含0.01～0.2％的鈧)。對(duì)鋁膜進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移并腐蝕，形成柵電極407和409。再使鋁電極的表面陽(yáng)極氧化，在表面形成氧化層408和410。在含1-5％酒石酸的乙二醇溶液中實(shí)行陽(yáng)極氧化。形成的氧化層408和410的厚度為2000。因?yàn)檠趸瘜?08和410的厚度等價(jià)于后序離子注入工藝中偏移柵極區(qū)的距離，所以在陽(yáng)極氧化工藝中可確定偏移柵區(qū)的長(zhǎng)度。
接著，通過(guò)離子注入(也稱(chēng)等離子增強(qiáng)摻雜)在有源層區(qū)(包括源/漏和溝道)摻入P型或N型導(dǎo)電的摻雜劑。此時(shí)，用柵電極407及其周?chē)趸瘜?08和柵電極409及其周?chē)难趸瘜?10作為掩模。使用磷化氫(PH3)和乙硼烷(B2H6)作摻雜氣體。對(duì)前一種情況，加速電壓應(yīng)是60～90KV，例如80KV。對(duì)后一種情況，加速電壓應(yīng)是40～80KV，例65KV。劑量應(yīng)是1×1015～8×1015cm-2，例如磷的劑量為2×1015cm-2，硼的劑量為5×1015cm-2。在注入中，通過(guò)在一區(qū)域淀積光刻膠，選擇摻入每種元素。結(jié)果，形成N-型摻雜區(qū)414和416及P型摻雜區(qū)411和413而形成P溝TFT(PTFT)區(qū)及N溝TFT(NTFT)區(qū)。
然后，用激光輻照完成退火。使用KrF準(zhǔn)分子激光(波長(zhǎng)248nm，脈寬20ns)作激光，但其它激光也可使用。致于激光的輻照條件，能量密度應(yīng)200～400mJ/cm2例如250mJ/cm2，輻照次數(shù)應(yīng)為每個(gè)地方2～10次，例如輻照兩次。在激光輻照之同時(shí)，可將襯底加熱至200～450℃，以增強(qiáng)其效果(圖6(D))。
對(duì)于此工藝中的退火輻照，可使用可見(jiàn)或近紅外輻射來(lái)替代激光?？梢?jiàn)或近紅外輻易被添加1019～1021cm-3磷或硼的結(jié)晶硅或非晶硅所吸收。因而，可完成等效于襯底表面溫度為1000℃或更高的有效退火。當(dāng)摻入磷或硼時(shí)，既使近紅外輻也能靠雜質(zhì)散射而完全被吸收。另一方面，因?yàn)楣鈳缀醪辉趺幢徊Ａбr底吸收，所說(shuō)的襯底未被加熱到高溫。因用光退火不需要長(zhǎng)時(shí)間，這對(duì)玻璃襯底的收縮成為問(wèn)題的工藝是最合適的方法。
然后，通過(guò)等離子增強(qiáng)CVD淀積厚6000的氧化硅膜418作為層間絕緣體?？墒咕埘啺坊蜓趸韬途埘啺冯p層膜作層間絕緣膜。再形成接觸孔，并用金屬材料，例如用氮化鈦同鋁的多層膜形成TFT的電極和布線417、420和419。最后，在低于一大氣壓下含氫的環(huán)境氣氛中在200～450℃，如350℃進(jìn)行退火30分鐘，制成TFT互補(bǔ)半導(dǎo)體電路(圖6(E))。
在本發(fā)明中，特別重要的是在最后工藝中，將襯底在250～400℃的溫度含氫的環(huán)境氣氛中加熱，來(lái)中和在用可見(jiàn)或近紅外輻射退火的工藝中所引起的懸空鍵。
上述電路是PTFT和NTFT的互補(bǔ)電路(CMOS)，然而以及此工藝也可同時(shí)制成兩個(gè)TFT，也可從中間分割開(kāi)同時(shí)制兩個(gè)獨(dú)立的TFT。
對(duì)于本實(shí)施例中的摻鎳方法，因?yàn)殒嚹ず鼙〔豢赡苡^察到膜，它選擇形成于非晶硅膜404之下底膜402之上，而采用從所說(shuō)的鎳薄膜進(jìn)行晶體生長(zhǎng)的方法。但也可采用在非晶硅膜404形成之后再選擇淀積鎳膜的方法。即可從非晶硅膜的上表面進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，也可從下面進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。還可以采用事先淀積非晶硅膜、再離子注入，將鎳離子選擇注入到所說(shuō)的非晶硅膜404的方法。此情況之特點(diǎn)在于，鎳元素的濃度可被嚴(yán)格控制。還可使用等離子增強(qiáng)CVD或CVD。
實(shí)施例6涉及作為為每個(gè)有源LCD象素設(shè)置的開(kāi)關(guān)元件的N溝TFT。下面給出對(duì)一個(gè)象素的描述；但以相同的的構(gòu)形可形成許多其它(一般有數(shù)十萬(wàn)個(gè))象素。當(dāng)然，可使用P溝，TFT替代N溝TFT。也可以為外圍電路區(qū)域設(shè)置N溝TFT，而不為L(zhǎng)CD象素設(shè)置NTFT。N溝TFT也可以用于圖象傳感器或其它器件。即，若作為薄膜晶體管使用，則可用于任何目的。
圖7表示實(shí)施例6工藝的剖面圖。在實(shí)施例6中，使用No 7059玻璃襯底(Corning Inc制厚1.1mm 300×400mm)作襯底501。首先，經(jīng)等離子增強(qiáng)CVD淀積厚2000的底膜502(氧化硅)。使用TEOS和氧作CVD的材料氣體。再經(jīng)LPCVD淀積厚300～1500例如800的硅膜505。為進(jìn)行選擇摻鎳，由氮化硅膜形成掩模503。經(jīng)濺射淀積厚5～200例如20的鎳膜。以此方式，在面積504，硅和鎳膜是選擇接觸的。
在450℃溫度對(duì)襯底脫氫1小時(shí)之后，經(jīng)退火使其結(jié)晶。在此退火工藝中，使襯底在600℃溫度含氮的環(huán)境氣氛中退火4小時(shí)。當(dāng)在所說(shuō)的退火工藝中，在非晶硅膜505之上的區(qū)域504之內(nèi)形成鎳膜，在所說(shuō)的區(qū)域內(nèi)發(fā)生結(jié)晶化。在結(jié)晶化中，在未形成鎳的區(qū)域(除區(qū)域504以外的區(qū)域)促進(jìn)晶體沿平行于所說(shuō)的襯底，如圖7(B)箭頭所示方向生長(zhǎng)。正好在所說(shuō)的區(qū)域504之下和在結(jié)晶化的前緣形成含鎳濃度高的區(qū)域506。
在所說(shuō)的退火工藝之后，對(duì)結(jié)晶硅膜進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移，腐蝕掉其它區(qū)域，只留下島狀的TFT的有源層505′。此時(shí)，確定襯底，使在有源層尤其在溝道形成區(qū)無(wú)晶體生長(zhǎng)的前緣存在是極為重要的。
具體來(lái)講，理想的是，腐蝕掉圖7(B)所示硅膜505的至少結(jié)晶化的前緣和摻鎳區(qū)域504，使用結(jié)晶硅膜505中晶體沿平行于襯底方向生長(zhǎng)的中間部分作有源層。要防止含鎳濃度高的邊緣對(duì)TFT特性持有不良的影響，因?yàn)樵诰w生長(zhǎng)的前緣和摻鎳區(qū)，含鎳濃度是高的。
然后，將襯底置于氯化氫和氧的混合氣體[一大氣壓，氯化氫/氧＝1/4)中，在550～650℃的溫度例如600℃熱氧化島狀有源層505′1小時(shí)。使用四氯化碳、四氯化硅、三氟化氮和六氟化二碳可替代氯化氫。結(jié)果，在島狀硅膜505′表面形成厚100氧化硅膜506。在這種熱退火工藝中，氣氛壓力可調(diào)節(jié)到一適當(dāng)值。用微波或射頻波(RF波)產(chǎn)生等離子體。
然后，將襯底浸泡在氫氟酸與作為緩沖溶液的氟化銨的混合溶液的緩沖氟化氫溶液(HF/NH4F＝1/10)中3～7秒，腐蝕氧化硅膜506。在含氧的環(huán)境氣氛中經(jīng)等離子增強(qiáng)CVD用TEOS形成厚70～120nm(一般120nm)的氧化硅柵絕緣膜507。襯底表面溫度為350℃。然后，通過(guò)CVD形成主要含公知的多晶硅的膜，對(duì)該多晶硅進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移和腐蝕形成柵電極508。對(duì)多晶硅摻入0.1～5％的作為增強(qiáng)導(dǎo)電率的摻雜劑的磷。
然后，用離子注入摻入磷作為N型雜質(zhì)，以自對(duì)準(zhǔn)方式形成源/漏區(qū)510和溝道形成區(qū)509。通過(guò)KrF激光輻照，改善因離子注入而結(jié)晶度被破壞了的硅膜的結(jié)晶度。激光的能量密度應(yīng)是250～300mJ/cm2。通過(guò)激光輻照，TFT源/漏的薄層電阻為300～800Ω/□。在此工藝中，也可進(jìn)行可見(jiàn)或近紅外輻照燈光退火(圖7(D)]。
然后，用氧化硅或聚酰亞胺形成層間絕緣體511，再用ITO為象素形成電極512。形成接觸孔，在TFT的源/漏區(qū)用鉻/鋁多層膜形成的電極513和514。一個(gè)電極514還與ITO 512相連接。最后，把襯底在200～450℃例如350℃的氫氣中退火1小時(shí)，使之氫化。在上述工藝之后，完成TFT。在許多其它象素區(qū)也同時(shí)進(jìn)行此工藝。在整個(gè)表面形成氮化硅保護(hù)膜，以增強(qiáng)耐濕性(圖7(E))。
對(duì)于本實(shí)施例中制成的TFT，使用沿載流子遷移的方向生長(zhǎng)晶體的結(jié)晶硅膜作有源層包括源區(qū)溝道形成區(qū)和漏區(qū)。因而，沒(méi)有載流子橫穿晶粒邊界，即載流子順著針狀晶體的晶粒邊界遷移，可制得高載流子遷移率的TFF。在本實(shí)施例制成的TFT是N溝型，遷移率為90～130cm2/Vs。與通過(guò)在600℃退火48小時(shí)的結(jié)晶化制得的結(jié)晶硅膜的已有N溝TFT的遷移率50～70cm2/Vs相比較，本實(shí)施例的遷移率90～130cm2/Vs揭示其特性得以增強(qiáng)。若在600℃溫度退火結(jié)晶化工藝之后，襯底不在含氯化氫的環(huán)境氣氛中氧化，實(shí)質(zhì)上，遷移率是低的，開(kāi)-關(guān)速率也是低的。這被認(rèn)為是由于在淀積和氧化膜腐蝕工藝中去除了鎳的作用，以及結(jié)晶化改善的結(jié)果。據(jù)證明，本實(shí)施例所示的強(qiáng)光輻照工藝對(duì)增強(qiáng)TFT的可靠性是有用的。
參照?qǐng)D8，描述實(shí)施例7。首先通過(guò)濺射或等離子增強(qiáng)CVD在玻璃襯底上淀積底膜602，再通過(guò)等離子增強(qiáng)CVD淀積厚300～800的非晶硅膜604。在形成厚1000的氧化硅膜603之后，對(duì)所說(shuō)的氧化硅膜進(jìn)行選擇圖象轉(zhuǎn)移和腐蝕。結(jié)果，露出非晶硅膜604的一部分。通過(guò)濺射在部分非晶硅膜上淀積厚500～2000例如1000的鎳膜600。然后，在450℃含氮的環(huán)境氣氛中進(jìn)行退火1小時(shí)，在與鎳膜600相接觸的那部分硅膜內(nèi)形成硅化鎳層605(圖8(A))。
然后，用硝酸或包括硝酸和加入硝酸中的乙酸的溶液來(lái)腐蝕所說(shuō)的鎳膜。然后對(duì)結(jié)晶硅膜604在550℃含氮的環(huán)境氣氛中進(jìn)行退火8小時(shí)。此時(shí)，促進(jìn)晶體平行于襯底如圖8箭頭所示方向生長(zhǎng)。在摻入硅化鎳的區(qū)域中及其附近及在結(jié)晶化的前緣，形成含鎳濃度高的區(qū)域605(圖8(B))。
然后，對(duì)所說(shuō)的硅膜604實(shí)施圖形轉(zhuǎn)移并腐蝕，形成島狀的有源層區(qū)606和607。在圖8(B)用605標(biāo)明的區(qū)域內(nèi)，含鎳濃度高。據(jù)證明，在這些區(qū)域中，鎳的濃度比這些區(qū)之間的結(jié)晶區(qū)高近一位數(shù)。因此，本實(shí)施例中，對(duì)有源元件，例如形成TFT的區(qū)域的有源層區(qū)606和607，在含鎳濃度高的區(qū)域以外區(qū)域上進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移。用在垂直方向上具有各向異性的反應(yīng)離子刻蝕(RIE)腐蝕有源層。在此情況有源層內(nèi)鎳的濃度近似為1×1019～1×1020cm-3。
本實(shí)施例中，用有源層606主607制作互補(bǔ)TFT電路。然而，本實(shí)施例中電路的構(gòu)形不同于圖6(D)所示實(shí)施例5的構(gòu)形，事實(shí)上，本實(shí)施例的電路中，PTFT和NTFT是隔開(kāi)的。即，在圖6(D)所示的構(gòu)形中，兩個(gè)TFT是相連接的，在中間區(qū)域，含鎳濃度高。然而，本實(shí)施例之特點(diǎn)在于，在任一部分鎳的濃度都是低的。但從欲得到充分可靠性觀點(diǎn)出發(fā)，則要求進(jìn)一步降低鎳的濃度。
然后，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的襯底輻照強(qiáng)光。將襯底置于含用10％的氧稀釋的氯化氫的環(huán)境氣氛中，用波長(zhǎng)主要為0.8～1.4μm的可見(jiàn)或近紅外輻射輻照在襯底上?？梢允褂盟穆然迹穆然?、三氟化氮和六氟化二碳來(lái)替代氯化氫。此時(shí)的溫度例如為1100℃，是由監(jiān)測(cè)器送出的硅片的溫度。輻照時(shí)間為30秒。在此工藝中，在有源層表面形成厚150的氧化硅膜(圖8(C))。
在用可見(jiàn)或近紅外輻射輻照之后，將襯底浸泡在緩沖的氟化氫溶液中，以腐蝕掉在襯底表面形成的氧化硅膜。通過(guò)此工藝，使鎳在有源層的濃度降至1×1018cm-3(SIMS的測(cè)量極限)或更低。然后，同實(shí)施例5一樣，形成柵絕緣膜609及柵電極610和611(圖8(D))。再形成層間絕緣體和金屬鄰線613、614及615。按此方式，形成互補(bǔ)TFT電路(圖8(E))。
圖9表示實(shí)施例8工藝的剖面圖。在實(shí)施例8中，在氧化環(huán)境氣氛中經(jīng)KrF準(zhǔn)分子激光(波長(zhǎng)248nm)輻照，在島狀硅面表面形成薄氧化膜。實(shí)施例8表示一個(gè)促進(jìn)硅膜結(jié)晶化的工藝實(shí)例。參照?qǐng)D9，描述使用經(jīng)上述工藝處理過(guò)的硅膜形成有源矩陣電路中象素的開(kāi)關(guān)晶體管的工藝。
與實(shí)施例5使用的相同，在640℃溫度首先對(duì)襯底退火1小時(shí)之后，以0.2℃/min將襯底501冷卻至580℃。在襯底上形成厚2000的氧化硅制成的底膜502和厚5000的非晶硅膜503。通過(guò)熱氧化或用氧化劑如過(guò)氧化氫處理在非晶硅膜503的表面還形成厚10～100的氧化硅膜。
在此條件下，用旋涂法形成極薄的醋酸鎳層504。使用水或乙醇作溶劑，醋酸鎳的濃度為10～50ppm(圖9(A))。
然后，使用襯底在550℃含氮的環(huán)境氣氛中退火4～8小時(shí)。結(jié)果，通過(guò)鎳對(duì)結(jié)晶硅膜505的結(jié)晶化促進(jìn)作用使非晶硅膜503結(jié)晶。經(jīng)核實(shí)，在結(jié)晶硅膜505的一部分仍存在大小為1～數(shù)μm的非晶區(qū)域(圖9(B))。
接著，用公知的光刻技術(shù)刻蝕硅膜，形成島狀硅區(qū)506。暫時(shí)去掉留在硅膜表面上的氧化膜。
然后，把襯底置于含30％氯化氫的氧氣氛中，用KrF準(zhǔn)分子激光輻照所說(shuō)的襯底。輻照能量密度應(yīng)是250～450mJ/cm2，例如300mJ/cm2，對(duì)襯底的每個(gè)地方輻照10～50次。結(jié)果，形成厚10～50的氧化硅膜507。激光的能量密度和次數(shù)可根據(jù)待形成的氧化硅膜507的厚度選定。在此輻照激光的處理中，使留下所說(shuō)的結(jié)晶硅膜中的非晶區(qū)域也被結(jié)晶，可進(jìn)一步改善硅膜的結(jié)晶度。在激光輻照工藝之后，再在上述條件下進(jìn)行退火(圖9(C))。
在激光輻照之后，用純水清洗硅膜。然后，通過(guò)等離子增強(qiáng)CVD淀積厚1200氧化硅膜作柵絕緣膜。對(duì)于使用TEOS(Si(OC2H5)4)和氧作用于CVD的材料氣體，淀積中襯底溫度應(yīng)定在300～550℃之間，例如400℃。
接著，經(jīng)濺射淀積厚3000～8000，例如600的含0.01～0.2％鈧的鋁。然后，對(duì)鋁膜進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移和腐蝕，形成柵電極509。
然后，用柵電極作掩模，以自對(duì)準(zhǔn)方式通過(guò)離子注入將具有P型導(dǎo)電摻雜劑摻入到柵電極以外的區(qū)域。使用乙硼烷(B2H6)作摻雜氣體，加速電壓應(yīng)是40～80KV例如65KV劑量應(yīng)是1×1014～5×1015cm-2，例如5×1014cm-2。結(jié)果，形成P型摻雜區(qū)510和511。然后，經(jīng)激光輻照進(jìn)行退火。使用KrF準(zhǔn)分子激光(波長(zhǎng)248nm，脈寬20ns)作激光。情況與實(shí)施例5的相同(圖9(D))。
接著，通過(guò)等離子增強(qiáng)CVD淀積厚600的氧化硅膜512作層間絕緣體，并在該膜內(nèi)形成接觸孔。然后，用金屬材料、諸如氮化鈦和鋁的多層膜在P型摻雜區(qū)510形成電極和布線513。再通過(guò)等離子增強(qiáng)CVD淀積厚2000～5000，例如3000的氮化硅膜514作鈍化膜。腐蝕氮化硅膜和氧化硅膜512，在摻雜區(qū)511形成接觸孔。最后，通過(guò)濺射淀積厚1000的透明導(dǎo)電材料ITO膜，腐蝕該膜，形成象素電極515。
借助上述工藝，形成有源矩陣電路中的象素的晶體管。若這些元件排成矩陣，則形成有源矩陣電路。在本實(shí)施例中，用KrF準(zhǔn)分子激光器作激光器，然而當(dāng)然，也可使用其它激光器。
當(dāng)對(duì)結(jié)晶硅膜用可見(jiàn)或近紅外輻射或激光輻照進(jìn)行退火時(shí)，借助退火使結(jié)晶硅膜結(jié)晶，進(jìn)一步促進(jìn)結(jié)晶，可改善膜的質(zhì)量。結(jié)果，可制成結(jié)晶度良好的硅膜。在硅膜上形成絕緣膜之后，再通過(guò)用紅外輻射輻照減低界面能級(jí)，在此工藝之后，可去除懸空鍵，或在200～450℃的溫度含氫的環(huán)境氣氛中實(shí)施氫退火而中和。
在含氯或氟氣體的氣氛中通過(guò)可見(jiàn)或近約外輻射的短時(shí)間輻照，加熱硅膜。然后，淀積或蒸發(fā)金屬元素有助于促進(jìn)含在Si膜中的結(jié)晶，如氯化物或氟化物。然后，在含氯化物氣體或氟化物的氧化氣氛中加熱硅膜或用可見(jiàn)或近紅外輻輻輻照短時(shí)間，在Si膜表面形成氧化膜。腐蝕該氧化膜，可降低Si膜中金屬元素的濃度。通過(guò)這些工藝，也可得到進(jìn)一步增強(qiáng)硅膜結(jié)晶度的效果。由于降低了金屬元素的濃度，增強(qiáng)了用上述工藝處理過(guò)的硅膜所制成的薄膜半導(dǎo)體器件，例如TFT和TFD的可靠性。因?yàn)楦纳屏私Y(jié)晶性，也使TFT和TFD的特性得以增強(qiáng)。綜上所述，本發(fā)明對(duì)絕緣柵半導(dǎo)體器的形成是極為有效的。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在一襯底上形成一非單晶硅膜；經(jīng)熱退火使該非單晶硅膜結(jié)晶；使非單晶硅膜形成島狀圖形；以及用近紅外輻射和可見(jiàn)輻射之間的光對(duì)非單晶硅膜圖形進(jìn)行輻照，以促進(jìn)結(jié)晶。
2.權(quán)利要求1的方法，其中的非單晶硅膜中含有促進(jìn)結(jié)晶化的金屬元素。
3.權(quán)利要求1的方法，還包括在熱退火或圖形形成之后，在島狀非單晶硅膜圖形上形成能透過(guò)促進(jìn)步驟所用光的絕緣膜的步驟。
4.權(quán)利要求3的方法，其中的絕緣膜是由氮化硅或氧化硅制成。
5.權(quán)利要求1的方法，其中的光具有4μm～0.5μm的波長(zhǎng)。
6.權(quán)利要求1的方法，其中的光輻照持續(xù)10～1000秒。
7.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在一襯底上形成一非單晶硅膜；將一促進(jìn)硅膜結(jié)晶化的金屬元素選擇摻入非單晶硅膜中；使硅膜經(jīng)熱退火，使選擇摻雜了金屬元素的區(qū)域周?chē)墓枘そY(jié)晶；以及在結(jié)晶步驟之后，對(duì)硅膜用激光或近紅外輻射和可見(jiàn)輻之間的光進(jìn)行輻照，促進(jìn)結(jié)晶化。
8.權(quán)利要求7的方法，還包括在200～450℃溫度含氫的氣氛中對(duì)硅膜進(jìn)行熱退火，來(lái)中和硅膜中硅的懸空鍵的步驟。
9.權(quán)利要求7的方法，其中的在近紅外輻射和可見(jiàn)輻射之間的光具有4μm～0.5μm的波長(zhǎng)。
10.權(quán)利要求9的方法，其中的近紅外輻射和可見(jiàn)輻射之間的光輻照持續(xù)10～1000秒。
11.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在一襯底上形成一非晶硅膜；將一促進(jìn)硅膜結(jié)晶化的金屬元素引入非晶硅膜中；經(jīng)熱退火使非晶硅膜結(jié)晶；以及在含氯化物或氟化物氣體的氣氛中對(duì)結(jié)晶的硅膜進(jìn)行光輻照，來(lái)減少硅膜中金屬元素的濃度。
12.權(quán)利要求11的方法，其中的金屬元素是鎳。
13.權(quán)利要求11的方法，還包括在200～450℃溫度含氫的氣氛中，對(duì)硅膜進(jìn)行熱退火來(lái)中和硅膜中硅的懸空鍵。
14.權(quán)利要求11的方法，在其中的減少步驟中，等離子激發(fā)是在氣氛中通過(guò)微波或高頻產(chǎn)生的。
15.權(quán)利要求11的方法，其中的光是激光或等效于激光的光
16.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在一襯底上形成一非單晶硅膜；將促進(jìn)硅膜結(jié)晶化的金屬元素選擇摻入非單晶硅膜中；對(duì)非單晶硅膜進(jìn)行熱退火，使選擇摻雜了金屬元素的區(qū)域周?chē)墓枘そY(jié)晶；選擇去掉含選擇摻雜了金屬元素區(qū)域的區(qū)域的硅膜；以及在含氯化物或氟化物氣體的氣氛中，對(duì)硅膜進(jìn)行光輻照，與減少硅膜中金屬元素一起促進(jìn)該硅膜的結(jié)晶化。
17.權(quán)利要求16的方法，其中的光是激光或等效于激光的光。
18.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在一襯底上形成一非晶硅膜；將一促進(jìn)硅膜結(jié)晶化的金屬元素引入非晶硅膜；通過(guò)熱退火使非晶硅膜結(jié)晶；在含氯化物或氟化物氣體物氧化氣氛中，在結(jié)晶硅膜表面形成氧化膜；以及通過(guò)對(duì)硅膜的腐蝕來(lái)減少金屬元素。
19.權(quán)利要求18的方法，其中的氧化膜的形成是在含氯化物或氟化物氣體的氧化氣氛中，通過(guò)由微波或高頻引起的等離子激發(fā)完成的。
20.權(quán)利要求18的方法，其中的氧化膜的形成是在含氯化物或氟化物氣體的氧化氣氛中，是借助對(duì)硅膜進(jìn)行激光或等效于激光的光輻照完成的。
21.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在一襯底上形成一非單晶硅膜；通過(guò)熱退火使非單晶硅膜結(jié)晶；用光輻照已結(jié)晶的硅膜，在其中的輻照步驟中，在第一時(shí)段將已結(jié)晶的硅膜維持在200～500℃的溫度，在第一時(shí)段之后的第二時(shí)段，維持在800～1300℃的溫度，在第二時(shí)段之后的第3時(shí)段，維持在200～500℃的溫度。
22.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在一襯底上形成其內(nèi)含有催化元素的非單晶硅膜；經(jīng)熱退火使非單晶薄膜結(jié)晶；使非單晶硅膜形成島狀圖形；用光對(duì)非單晶硅膜進(jìn)行輻照，促進(jìn)其結(jié)晶；在圖形上形成柵電極；用柵電極作掩模將雜質(zhì)引入圖形；以及通過(guò)加熱激活雜質(zhì)。
全文摘要
將圖形轉(zhuǎn)移到經(jīng)退火而結(jié)晶的硅膜上之后，經(jīng)強(qiáng)射線短時(shí)間輻照使硅膜退火。具體地講，在退火結(jié)晶工藝中，將促進(jìn)結(jié)晶化的元素如鎳摻入其內(nèi)。用強(qiáng)射線輻照也使退火未結(jié)晶的區(qū)區(qū)結(jié)晶，形成致密的硅膜。在摻入促進(jìn)結(jié)晶化的金屬元素之后，在含鹵化物的氣氛中對(duì)退火而結(jié)晶的硅膜進(jìn)行強(qiáng)射線輻照。完成光的短時(shí)間輻照。在鹵化氣氛中經(jīng)強(qiáng)射線輻照或加熱使硅膜表面氧化，在硅膜上形成氧化膜，然后腐蝕掉氧化膜。結(jié)果去掉硅膜中的鎳。
文檔編號(hào)H01L21/77GK1136707SQ9411616
公開(kāi)日1996年11月27日 申請(qǐng)日期1994年7月27日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月27日
發(fā)明者張宏勇, 大沼英人, 竹村保彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所