半導體器件的制造方法

專利名稱：半導體器件的制造方法
技術領域：
本發明涉及以薄膜晶體管為代表的半導體器件的制造方法，特別涉及用在玻璃襯底或石英襯底上形成的結晶硅薄膜制造半導體器件的方法。
迄今，已有用硅膜的薄膜晶體管。用玻璃或石英襯底上形成的硅膜(厚度為幾百埃至幾千埃)構成薄膜晶體管。
為什么用玻璃或石英作襯底是因為薄膜晶體管用于有源陣列液晶顯示單元。
現有條件下，用玻璃襯底時，通用方法是用非晶硅膜構成薄膜晶體管。用石英襯底時，用熱處理獲得的結晶硅膜構成薄膜晶體管已是實用技術。
與用非晶硅膜的薄膜晶體管相比，用結晶硅膜的薄膜晶體管能用兩個數量級以上的高速度工作。因此，有源陣列液晶顯示單元的外貼外圍電路通常用玻璃或石英上構成的薄膜晶體管構成的集成電路構成。
上述結構對減小整個器件的尺寸和簡化制造工藝極其有利。因此能降低成本。
用熱處理獲得結晶硅膜的技術已由日本特許公開平6-232069公開。用該方法，金屬元素，如鎳，能促使非晶硅膜轉化成結晶硅，因此，能在比常規方法低的溫度下熱處理而獲得結晶硅膜。
用該方法，可用價格便宜的玻璃作為襯底。所獲得的結晶硅膜能在廣泛的領域內作為晶體使用。
但是薄膜中含的金屬元素及其用量控制困難，因而其重復性和穩定性(制成的器件的電性能穩定性)差。
為克服上述缺陷，本發明的目的是提供減少促進硅結晶的、結晶硅膜中的金屬元素的含量的方法。
為克服上述缺陷，按本發明的一個方案，提供制造半導體器件的方法，包括以下步驟給非晶硅膜中故意引入金屬元素，以通過第1熱處理，促使其結晶；在含鹵族元素的氣氛中進行第2熱處理，故意除去所述金屬元素，其中用同一加熱方式進行第1和第2熱處理。
上述方法中，重要的是用同一加熱方式進行第1和第2熱處理。這是因為，在第1熱處理下使金屬元素擴散進硅膜中，使其結晶，通過相同的方法進行第2熱處理，以除去擴散進硅膜中的金屬元素，以更有效地除去金屬元素。
例如，用鎳作金屬元素時，用加熱器加熱進行第1熱處理，用紅外燈加熱進行第2熱處理(RTA、快速熱處理)，這種方法比兩個熱處理都用加熱器的方法從硅膜中除去鎳的效果差。
按本發明的另一方案，提供一種制造半導體器件的方法包括以下步驟，使促進硅結晶的金屬元素與非晶硅膜的正面或背面接觸；對所述非晶硅膜進行第1熱處理，使所述非晶硅膜至少一部分結晶；在含鹵族元素的氣氛中對硅膜進行第2熱處理，故意除去所述金屬元素，其中，用同一加熱方式進行第1熱處理和第2熱處理。
促進硅結晶的金屬元素可以是選自Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu和Au中的一種或多種。
從其效果和重復性考慮，Ni(鎳)用得最多。
氣氛中含的鹵族元素可以是選自HCl、HF、HBr、Cl2、F2和Br2中的一種或多種，將所選元素加到選自Ar、N2、He和Ne的一種或多種氣體中。本例中，鹵元素有除去金屬元素的作用。
其中含鹵元素的氣氛也可由選自Ar、N2、He和Ne中的一種或多種氣體加入氧和選自HCl，HF，HBr，Cl2、F2和Br2中的一種或多種氣體組成。
氧的作用是，在除去金屬元素的工藝中，由于氧在硅膜表面形成氧化膜，因而能抑制硅膜表面因鹵族元素作用而造成的表面粗化。
可在450℃至1050℃的溫度下進行去除金屬元素的熱處理。
故意引入以鎳為代表的金屬元素，通過第1熱處理使非晶硅膜結晶。然后，在含鹵族元素的氣氛中進行第2熱處理，從膜中除去故意引入的金屬元素。該狀態下，可用同一方式進行第1和第2熱處理。
通過以下參見附圖所作的詳細說明，本發明的上述的和其它的目的和特征將成為顯而易見的。
圖1A至1D是獲得結晶硅膜的工藝示意圖；圖2A至2D是獲得結晶硅膜的工藝示意圖；圖3A至3E是薄膜晶體管制造工藝示意圖4A至4E是薄膜晶體管制造工藝示意圖；圖5A至5F是薄膜晶體管制造工藝示意圖。
現在，將結合


本發明的優選實施例。
第1實施例按本發明第1實施例的方法是，用鎳元素在玻璃襯底上形成結晶硅膜。
圖1A至1D是按本發明該實施例的制造工藝示意圖。首先，在Corning1737玻璃襯底101(變形點為667℃)上形成厚度為3000的氧氮化硅膜102作底膜。
用硅烷、N2O和氧氣作原料氣體用等離子CVD法形成氧氮化硅膜。也可用TEOS氣和N2O氣用等離子CVD法形成氧氮化硅膜。
氧氮化硅膜的作用是防止在后續工藝中從玻璃襯底中擴散出雜質，(從半導體器件制造中的雜質含量看，玻璃襯底中含大量雜質)。
應注意，獲得的氮化硅膜是有最大作用的最佳膜。但是，由于氮化硅膜的應力而易于從玻璃襯底上脫落，因而不實用。而且，氧化硅膜也能用作底膜。但是，氧化硅膜與氧氮化硅膜相比，氧化硅膜對雜質阻擋作用不夠。
重要的是底膜應具盡可能高的硬度。從對薄膜晶體管的壽命試驗結果證明，底膜越硬(即，底膜腐蝕速率低)可靠性越高。由此證明可以認為，底膜的硬度與防止由玻璃襯底進入的雜質有關。
然后，用低壓熱CVD法形成厚度為500的將要構成結晶硅膜的非晶硅膜103。用低壓熱CVD法形成非晶硅膜的原因是，能獲得質量優異的結晶硅膜。應注意，除用低壓熱CVD法外，還能用等離子CVD法。
非晶硅膜103的厚度最好設定為2000以下。因為，在除去促進硅結晶的金屬時，其膜厚為2000以上時，難以除去金屬元素。
非晶硅膜103的厚度下限是薄膜形成的最薄厚度。通常該下限約為100至200。
特別要防止混合的雜質進入薄膜，這是很重要的。具體地說，要注意薄膜形成和器件清洗時用的氣體雜質。按上述方式，圖1A示出了所獲得的狀態。
接著，在非晶硅膜103表面涂覆含鎳元素是為10ppm(重量換算)的醋酸鎳溶液。
具體地說，如圖1B所示，在非晶硅膜103表面形成醋酸鎳溶液水膜104。然后，用旋轉涂覆機除去醋酸鎳溶液的多余溶液，即甩干。
用上述工藝，獲得鎳元素與非晶硅膜103保持接觸的狀態。
應注意，考慮到在以下的熱處理工藝中殘留的雜質，最好用硫酸鎳代替醋酸鎳。因為，醋酸鎳溶液中含碳，在隨后的熱處理工藝中碳會生成碳化物殘留在膜中。
調節溶液中鎳元素的濃度能調節引入的鎳元素量。也可用甩干的條件和鎳溶液在非晶硅膜表面的停留時間來控制引入的鎳量。
然后，如圖1C所示，在450℃至650℃溫度下進行熱處理，使非晶硅膜103結晶。
該步驟中，在氮氣氛中在600℃熱處理4小時。結果，獲得結晶硅膜105。
重要的是，要根據所用襯底的耐熱性決定熱處理加熱溫度上限。本例中，由于用變形溫度為667℃的Corning 1737玻璃襯底，熱處理溫度為650℃，也可以用試驗來確定結晶所需的熱處理溫度在450℃以上。
而且，當用石英或其它耐熱性更好的材料作襯底時，可進一步提高結晶用的熱處理溫度。例如，用石英襯底時，熱處理溫度可以提高到1000℃。
提高熱處理溫度的優點是能縮短熱處理周期，能獲得更高的結晶度。
上述結晶工藝中，與非晶硅膜表面接觸的鎳元素分散在膜中。因此，這大大有利于非晶硅膜103的結晶。
隨后，如圖1D所示，進行熱處理，以除去留在結晶膜105中用于促進結晶的鎳元素。在含鹵族元素的氮氣氛中在600℃進行熱處理。
本例中，用在氮氣中加3％的HCl的氣氛在600℃熱處理10分鐘。
氣氛中HCl的濃度最好設定為1至10％。若濃度高于此范圍，由于硅膜表面變粗，因此要非常注意。若濃度低于該范圍，則去除效果差。
而且，在上述熱處理氣氛中加入氧則很有效。這時，由于形成氧化膜而使因鹵元素造成的粗糙硅膜表面變得平坦。使氣氛中的氧濃度為20至50％來調節氧的加入量。
從熱處理效果和重復性考慮，上述熱處理溫度的下限最好設定為450℃以上。重要的是，所設定的熱處理溫度上限是在所用玻璃襯底101的變形溫度以下。
因此，用石英襯底可使熱處理溫度提高到1000℃以上。這時，能進一步提高除鎳效果。而且，能縮短熱處理時間周期。
但是，由于對硅膜的腐蝕作用明顯，因此，要求減小鹵族元素的濃度和加入的氧濃度。
除氮氣外，也可以用“惰性氣體”。特別是，選用Ar、He和Ne中的一種或多種氣體。
引入鹵元素的氣體除HCl外，還可選用HF，HBr，Cl2，F2、Br2、NF3和ClF3中的一種或多種。氣氛中氣體含量(體積含量)最好設定為含HF0.3至10％，或含HBr 1至20％，或含Cl20.3至5％或含F21至3％，或含Br20.3至10％。
如上所述，在含鹵族元素的氣氛中再進行熱處理，鎳元素濃度可設定為原始濃度的1/10以下。這就是說，與沒用含鹵族元素的氣氛熱處理的情況相比，處理后的膜中鎳元素的含量設定在1/10以下。用其它金屬元素能獲得同樣效果。
例如，經在氮氣中熱處理用鎳元素結晶的結晶硅膜中，用SIMS(二次離子質譜儀)測試，發現鎳元素的濃度約為1×1019至5×1019cm-3。
反之，本例中，檢測到鎳濃度約為1×1018至5×1018cm-3。當然，假定引入鎳的條件相同。
應注意，本例中，用溶液引入鎳元素，是為了有優異的可檢性和簡化工藝。但是，也可用CVD法或濺射法形成鎳或含鎳薄膜的方法。而且，也可以用吸附法將鎳元素與非晶硅膜表面接觸來固定鎳元素的方法。
同樣，也可用促進硅結晶的其它金屬。
第2實施例本發明第2實施例是用與第1實施例不同的形式生長晶體。本例涉及按平行于襯底方向生長晶體的稱為“橫向生長的”方法，其中使用促進硅結晶金屬元素。
圖2A至2D是按本例的制造工藝示意圖。首先，在Corning 1737玻璃襯底(也可用石英襯底)上形成厚3000的氧氮化硅膜202作底膜。
用低壓熱CVD法形成厚500的非晶硅膜203。
然后，形成厚1500的氧化硅膜(未畫出)。然后，該圖形成掩模204。在掩模上形成開口205，并由開口205露出下層非晶硅膜203。
開口205是附圖中縱深延伸的細長矩形。開口寬度設定為20μm以上。任意確定縱向長度。
在其上涂覆第1實施例用的含鎳重量為10ppm的醋酸鎳溶液。然后，用旋轉涂覆機甩去多余的溶液。
按上述方式，如虛線206所示，鎳元素與非晶硅膜203的露出面和氧化硅膜掩模204的表面接觸。(如圖2A所示)。
隨后，在盡可能不含氧的氮氣氛中，在600℃熱處理4小時。用該工藝按平行于襯底的方向生長晶體，如圖2B中207所示。晶體生長以開口205區朝四周逐漸進入已引入鎳元素區。平行于襯底方向的晶體生長稱作“橫向生長”。
橫向生長可超過100μm，如圖2B所示，獲得橫向區硅膜208。
然后，除去選擇引入鎳元素用的氧化硅膜掩模，荻得圖2C所示狀態。該狀態中，硅膜208中存在橫向晶體生長區和沒生長晶體的非晶態硅區。
然后，該狀態中，在含HCl 5％，O25％和N290％的氣氛中，在600℃熱處理10分鐘。
用該工藝，如第1實施例所示，能降低膜中的Ni濃度。
隨后，對橫向生長區刻圖形成圖形209。本例中，重要的是將圖形設計成圖形209中不存在晶體生長的起點和終點。
因為，在晶體生長的起點和終點Ni元素濃度較高。
與第1實施例相比能進一步降低橫向生長區的圖形209中殘留的Ni元素濃度。
由于橫向生長區中含的金屬元素濃度本來就低。具體地說，橫向生長區的圖形209中Ni元素濃度能設定為1017cm-3數量級。
而且，器件設計成橫向生長方向與載流子移動方向基本一致，與第1實施例中所用晶體生長方法相比，器件的遷移率更高。
第3實施例本發明的第3實施例是在有源陣列型液晶顯示單元中或有源陣列EL顯示單元中的像素區的薄膜晶體管的制造例。
圖3A至3E是該例制造工藝示意圖。首先，按第1或第2實施例方法在玻璃襯底上生長結晶硅膜。然后，對結晶硅膜構圖，形成圖3A所示狀態。
圖3A所示狀態中，301表示玻璃襯底，302表示底膜，303表示結晶硅膜形成的有源層。本例中，最好用氧氮化硅膜構成底膜。還要求氧氮化硅膜中含鹵族元素。這是因為，用鹵族元素能吸收金屬離子和可移動離子。
獲得圖3A所示狀態后，形成厚度為1000的形成柵絕緣膜用的氧氮化硅膜304。用氧氣，硅烷和N2O的混合氣體的等離子CVD法或用TEOS和N2O混合氣體的等離子CVD法形成氧氮化硅膜304。
而且，氧氮化硅膜中含的鹵族元素通常有防止有源層中的鎳元素(或促進硅結晶的其它金屬元素)對作為絕緣膜的柵絕緣膜造成損壞。
構成氧氮硅化膜的重要性是，由于膜質量優異，金屬元素難以進入柵絕緣膜。若金屬元素進入柵絕緣膜，它作為絕緣膜的功能會被破壞，使薄膜晶體管的特性不穩定和分散。
應注意，氧氮化硅膜通常能用作柵絕緣膜。
形成了作為柵絕緣膜的氧氮化硅膜后，用濺射法形成以后要作為柵電極的鋁膜(未畫出)。鋁膜中含鈧0.2wt％。
鋁膜中含0.2wt％的鈧是為了在后續工藝中防止出現小丘或須晶。小丘和須晶是指加熱產生的針狀凸起物。認為小丘和須晶是鋁的非正常生長而引起的。
鋁膜形成后，形成一致密的陽極氧化膜。用含3％酒石酸的1，2-亞乙基二醇溶液作電解液形成陽極氧化膜。
用鋁膜作陽極，鉑作陰極，在電解液中進行陽極氧化，由此，在鋁膜表面形成致密陽極氧化膜。
致密陽極氧化膜厚度(未畫出)設定為100。陽極氧化膜用于提高后面要形成的光致抗蝕劑掩模的粘接力。
應注意，陽極氧化時，用所加電壓控制陽極氧化膜的厚度。
此后，形成光致杭蝕劑掩模306。然后，對鋁膜305刻圖，形成圖形305。按此方式獲得圖3B所示狀態。
該狀態下，再次進行陽極氧化。本例中，用3％的草酸水溶液作電解液。用鋁圖形305作陽極，在電解溶液中進行陽極氧化。形成多孔陽極氧化膜308。
本工藝中，由于光致抗蝕劑掩模306的上部粘接力大，可在鋁圖形側邊上選擇形成陽極氧化膜308。
陽極氧化膜308的厚度能長到幾μm。本例中，其厚度設定為6000。應注意，可用陽極氧化周期控制生長距離。
然后，再次形成致密陽極氧化膜。換言之，用上述含3％酒石酸的1，2-亞乙基二醇溶液作電解液，再次進行陽極氧化。結果，由于電解液進到多孔陽極氧化膜308中，形成致密陽極氧化膜309。設定致密陽極氧化膜309的厚度為為1000，如圖3C所示。
本例中，腐蝕氧氮化硅膜304的露出部分。通常用干腐蝕進行腐蝕。用醋酸，硝酸和磷酸的混合酸除去多孔陽極氧化膜308。由此，獲得圖3D所示狀態。
獲得圖3D所示狀態后，進行雜質離子注入。本例中，為制造n-溝道型薄膜晶體管，用等離子摻雜法進行磷(P)離子摻雜。
本工藝中分別形成重摻雜區311和315和輕摻雜區312和314。因為殘留的氧氮化硅膜310作為透明掩模，以在此屏蔽部分雜質離子。
此后，對其進行激光束或強光輻照，以激活摻雜區。按此方式，用自對準方式形成源區311，溝道形成區313，漏區315和低濃度摻雜區312和314。
本例中，314所指示的區域稱作“LDD”(輕摻雜的漏)，圖3D所示。
應注意，致密陽極氧化膜309厚度設定為2000以上時，允許在溝道形成區313的外邊形成漂移柵區。
同樣，本例中，盡管形成3漂移柵區，由于其尺寸小，所以漂移柵區的作用小，為避免使附圖復雜化，因此，在圖中沒畫出。
此后，形成氧化硅膜，氮化硅膜或其迭層作為層間絕緣膜316。可用氧化硅膜或氮化硅膜上形成樹脂材料層來構成層間絕緣膜316。
然后，確定接觸孔，形成源電極317和漏電極318。由此，完成圖3E所示薄膜晶體管。
第4實施例本發明的第4實施例涉及第3實施例中所示結構中的柵絕緣膜304的制造方法。用耐高溫的石英襯底或玻璃襯底時，最好用熱氧化法形成柵絕緣膜。
由于用熱氧化法形成的氧化膜作為絕緣膜是好的致密的，而且不包含能在膜中移動的電荷，因此，是一種最佳的柵絕緣膜。
熱氧化膜形成方法的一個例子是，在氧氣氛中在950℃進行。
該情況下，在氧和HCl等混合氣氛中進行熱氧化是有效的。用該工藝形成熱氧化膜時，能從有源層中除去金屬元素。
而且，在N2O和氧的混合氣氛中能有效形成含氮的熱氧化膜。本例中，若使N2O氣混合比最佳，則能通過熱氧化法獲得氧氮化硅膜。
本例中，用熱氧化法形成柵絕緣膜。但是，也可用熱CVD法形成柵絕緣膜。用N2O和胺提供氮組分。
第5實施例本發明第5實施例是按不同于圖3A至3E所示方法制造薄膜晶體管的實例。
圖4A至4E是本例的制造工藝示意圖。首先，用第1和第2實施例的方法在玻璃襯底上形成結晶硅膜。然后，構圖獲得圖4A所示狀態。
圖4A所示狀態中，401是玻璃襯底，402是底膜，403是結晶硅膜制成的有源層。本例中，底膜402最好用氧氮化硅膜形成。
獲得圖4A所示狀態后，形成厚度為1000構成柵絕緣膜的氧氮化硅膜404。膜形成方法是用氧，硅烷和N2O混合氣體的等離子CVD法，或用TEOS和N2O混合氣體的等離子CVD法。
應注意，通常用氧化硅膜作柵絕緣膜。
形成作為柵絕緣膜的氧氮化硅膜404后，用濺射法形成以后的柵電極用鋁膜(未畫出)。鋁膜中含0.2wt％的鈧。
鋁膜形成后，形成未畫出的致密陽極氧化膜。用含3％酒石酸的1，2-亞乙基二醇溶液作電解液形成陽極氧化膜。即，用鋁膜作陽極，鉑作陰極，在電解液中進行陽極氧化。由此在鋁膜表面形成致密陽極氧化膜。
未畫出的致密陽極氧化膜的厚度設定為100。陽極氧化膜能提高以后形成的光致抗蝕劑掩模的粘接力。
應注意，陽極氧化時用所加電壓控制陽極氧化膜的厚度。
此后，形成光致抗蝕劑掩模405。然后對鋁膜構圖，形成圖形406。
該狀態下，再進行陽極氧化。本例中，用3％的草酸水溶液作電解液。用鋁膜圖形406作陽極在電解液中進行陽極氧化，構成多孔陽極氧化膜407。
本工藝中，由于光致抗蝕劑掩模的上部粘接力強，在鋁圖形406側表面選擇形成陽極氧化膜407。
陽極氧化膜407的厚度可生長到幾微米。本例中，其厚度設定為6000。應注意，用陽極氧化周期控制生長距離。
按該方式獲得圖4B所示狀態。然后，再形成致密陽極氧化膜。換言之，用上述含3％酒石酸的1，2-亞乙基二醇溶液作電解液，再次進行陽極氧化。結果，由于電解液進入多孔陽極氧化膜407，因而形成圖4C所示致密陽極氧化膜408。
圖4C所示狀態下，首先進行雜質離子注入。該工藝可在除去光致抗蝕劑掩模405后進行。
用注入雜質離子形成源區409和漏區411。410區中不注入雜質離子。
隨后，用醋酸，硝酸和磷酸構成的混合酸除去多孔陽極氧化膜407。由此方式獲得圖4D所示狀態。
獲得圖4D所示狀態后，再次進行雜質離子注入。在比最初的雜質離子注入條件輕的摻雜條件下進行雜質離子注入。
本工藝中，形成輕摻雜區412和413，然后，形成溝道形成區414，如圖4D所示。
此后，對其進行激光束或強光輻照，使摻雜區激活。按此方式，以自對準方式形成源區409，溝道形成區410，漏區411，低雜質濃度區412，和413。
本例中，413區稱作“LDD”(輕摻雜的漏區)，如圖4D所示。
此后，形成氧化硅膜，氮化硅膜或其迭層膜作層間絕緣膜415。在氧化硅膜或氮化硅膜上形成的樹脂材料層構成層間絕緣膜415。
然后，確定接觸孔，形成源電極416和漏電極417。按此方式，完成圖4E所示薄膜晶體管。
第6實施例本發明第6實施例是n-溝道薄膜晶體管和P-溝道薄膜晶體管的互補型實例。
用本例結構可在絕緣表面上集成各種薄膜集成電路。它也能用來構成有源陣列液晶顯示單元的外圍驅動電路。
首先，如圖5A所示，在玻璃襯底501上形成氧化硅膜或氧氮化硅膜作底膜502。最好用氧氮化硅膜。
而且，用等離子CVD法或低壓熱CVD法形成未畫出的非晶硅膜。而且，用第1或第2實施例的方法使非晶硅膜結晶成結晶硅膜。
然后，對這樣獲得的結晶硅膜構圖，獲得有源層503和504。按此方式獲得圖5A所示狀態。
而且，形成構成柵絕緣膜的氧氮化硅膜。按本工藝，若用石英襯底，最好用上述熱氧化法，如圖5A所示。
形成以后要構成柵電極的未畫出的厚4000的鋁膜。除用鋁之外，也可用其它可陽極化的金屬，如鉭。
鋁膜形成后，用上述方法，在鋁膜上形成非常薄的致密陽極氧化膜。
隨后，鋁膜上設置未畫出的光致抗蝕劑掩模，并對鋁膜構圖。然后，用獲得的鋁圖形為陽極進行陽極氧化，構成多孔陽極氧化膜508和509。多孔陽極氧化膜508和509的厚度設定為5000。
而且，在形成致密陽極氧化膜的條件下再次進行陽極氧化，由此構成致密陽極氧化膜510和511，其厚度設定為800。按此方式獲得圖5B所示狀態。
而且，用干腐蝕除去露出的氧化硅膜505，獲得圖5C所示柵絕緣膜512和513。
獲得圖5C所示狀態后，用醋酸，硝酸和磷酸組成的混合酸除去孔陽極氧化膜508和509。按此方式，獲得圖5D所示狀態。
該狀態下，交替地設置光致抗蝕劑掩模，使磷(P)離子注入左邊的薄膜晶體管。硼(B)離子注入右邊的薄膜晶體管。
按自對準方式形成有高雜質濃度的n型源區514和漏區517。
而且，同時形成低雜質濃度的摻P離子的弱n型區515。
形成弱n型515的原因是因為，保留的柵絕緣膜512所致。換言之，柵絕緣膜512部分屏蔽了柵絕緣膜512進入P離子。
按同樣的原理，以自對準方式形成強P型源區521和漏區518。同時形成低雜質濃度區520。而且，同時形成溝道形成區519。
應注意，致密陽極氧化膜510和511的厚度高達2000時，可在厚度基礎上形成與溝道形成區516和519接觸的漂移柵區。
本例中，由于致密陽極氧化膜510和511的厚度薄至1000以下，因此，可以忽略這些膜510和511的存在。
然后，用激光束或強光對其輻照，對摻雜區退火。
此后，如圖5E所示，形成氮化硅膜522和氧化硅膜523作層間絕緣膜，膜522和523的厚度均設定為1000。應注意，可以不形成氧化硅膜523。
本例中，用氮化硅膜522覆蓋薄膜晶體管。因為氮化硅膜致密，并有優異的界面特性，該結構能提高薄膜晶體管的可靠性。
而且，用旋涂法形成樹脂材料層間絕緣膜524。本例中，層間絕緣膜524的最小厚度為1微米，如圖5E所示。
然后，確定接觸孔，形成左邊的n溝道型薄膜晶體管的源電極525和漏電極526。并形成右邊的薄膜晶體管的源電極527和漏電極526。本例中，漏電極526設置成公用。
按上述方式可構成有補償型CMOS結構的薄膜晶體管電路。
本例的結構中，也用樹脂材料和氮化膜覆蓋薄膜晶體管，本結構使可移動離子和潮氣難以進入，因而提高了壽命。
第7實施例本發明第7實施例是用激光束進一步輻照第1或第2實施例獲得的結晶硅膜的結構，由此形成單晶區或基本上是單晶區。
首先，如第1實施例所述，用Ni元素作用獲得結晶硅膜。然后，用準分子激光，如KrF準分子激光，輻照薄膜，進一步促進結晶。
用ESR測試經上述方法大大促進結晶化的膜的單晶類區的電子旋轉密度為3×1017cm-3以下，用SIMS測得的Ni元素密度最小值為3×1017cm-3以下。
該區域中基本不存在晶界。與單晶硅晶片相比，能獲得高電特性。
單晶類區中含5％以下至1×1015cm-3的氫原子。該結果是用SIMS(二次離子質譜儀)測得的。
用單晶或基本上是單晶的區域制造薄膜晶體管，其特性可與用單晶晶片制造的MOS型晶體管的特性相比。
第8實施例本發明第8實施例是在圖3至5所示薄膜晶體管制造工藝中用熱CVD法形成柵絕緣膜的實例。用熱CVD法形成柵絕緣膜時，由于需要高溫加熱，因此，要求用石英襯底。
本例中，用低壓熱CVD在850℃，用含3vol％HCl的氧氣氛形成柵絕緣膜。增大有源層中金屬元素的含量難以改變按上述方法制成的柵絕緣膜的電性能。
第9實施例本發明第9實施例是在第1實施例的方法中將鎳元素直接引入底膜表面的實施例。這時，Ni元素與非晶硅膜的下表面接觸。
如上所述，本發明提供了減少促進硅結晶的金屬元素在所獲得的結晶硅膜中的濃度的方法。
按本發明，能獲得可靠性更高性能優異的薄膜半導體器件。
已用實施例說明了本發明，但發明并不限于這些實施例，本發明還會有各種改型和變化，這些改型和變化不脫離本發明精神并且均屬本發明要求保護的范圍。
權利要求
1.半導體器件的制造方法，包括以下步驟給非晶硅膜故意引入促進結晶的金屬元素，經第1熱處理使所述非晶硅膜結晶；在含鹵族元素的氣氛中進行第2熱處理，以故意除去所述金屬元素；其中用相同方式進行所述第1和第2熱處理。
2.按權利要求1的方法，其特征是，促進硅結晶的金屬元素是選自Fe、Co，Ni、Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Cu和Au中的一種或多種金屬。
3.按照權利要求1的方法，其特征是，所述的其中含鹵族元素的氣氛是用選自HCl、HF，HBr，Cl2，F2和Br2中的一種或多種氣體加到選自Ar，N2，He和Ne中的一種或多種氣體中而構成的。
4.按照權利要求1的方法，其特征是，所述的其中含鹵族元素的氣氛是用氧和選自HCl，HF，HBr，Cl2，F2和Br2的一種或多種氣體加到包含選自Ar，N2，He和Ne的一種或多種氣體的氣氛中組成的。
5.按權利要求1的方法，其特征是，所述第2熱處理是在450℃至1050℃進行的。
6.按照權利要求1的方法，還包括所述硅膜在所述第2熱處理后用激光輻射，以形成單晶或基本無晶界的基本上是單晶的硅區的步驟，所含金屬元素的濃度是3×1017cm-3以下，其旋轉密度為3×1017cm-3以下。
7.半導體器件的制造方法，包括以下步驟使促進硅結晶的金屬元素與非晶硅膜的正面和背面接觸；對所述非晶硅膜進行第1熱處理，使其至少一部分結晶；在含鹵族元素的氣氛中對硅膜進行第2熱處理，以故意除去所述金屬元素；其中用同一方式進行第1和第2熱處理。
8.按權利要求7的方法，其特征是，所述促進硅結晶的金屬元素用選自Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Cu和Au中的一種或多種。
9.按權利要求7的方法，其特征是，所述包含鹵族元素的氣氛是用選自HCl，HF，HBr，Cl2，F2和Br2中的一種或多種氣體加到選自Ar，N2，He和Ne中的一種或多種氣體構成的。
10.按權利要求7的方法，其特征是，所述其中含鹵族元素的氣氛是用氧和選自HCl，HF，HBr，Cl2，F2和Br2的一種或多種氣體加到包含選自Ar，N2，He和Ne的一種或多種氣體的氣氛中構成的。
11.按權利要求7的方法，其特征是，所述第2熱處理是在450℃至1050℃進行。
12.按權利要求7的方法，還包括在第2熱處理后用激光輻照所述硅膜構成單晶或基本無晶界的基本上是單晶的硅區的步驟，包含的金屬元素濃度為3×1017cm-3以下，旋轉密度為3×1017cm-3以下。
全文摘要
半導體器件的制造方法，非晶硅膜中引入鎳元素后，進行第1熱處理使其結晶。獲得結晶硅膜后用與第1熱處理相同的方法進行第2熱處理，所用處理氣氛中加HCl等氣體，除去結晶硅膜中所含Ni元素，用該方法能獲得結晶度高和其中含金屬元素濃度低的結晶硅膜。
文檔編號H01L21/322GK1162188SQ9612397
公開日1997年10月15日 申請日期1996年12月15日 優先權日1995年12月15日
發明者山崎舜平, 寺本聰, 小山潤, 宮永昭治 申請人:株式會社半導體能源研究所