[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及一种半导体器件及其制造方法，半导体器件使用了利用具有在衬底上形成了晶体结构的半导体膜(下文称为“晶体半导体膜”)的薄膜晶体管(下文称为“TFT”)。在本说明书中，半导体器件通常指用半导体特性的功能器件。依据本发明制造的半导体器件包括液晶显示装置和具有用TFT构成的半导体集成电路(微处理器、信号处理电路、高频电路等)等的装置。

2.相关技术描述

正积极制造具有在同一衬底上用TFT形成的驱动电路和像素部分的液晶显示装置。半导体膜用作TFT的有源层，借此，实现了高场-场迁移率。该技术能获得单片液晶显示装置，其中，在一个玻璃衬底上形成了构成像素部分的像素TFT和用于设在像素部分周边的驱动电路的TFT。

TFT的电特性依赖于半导体膜的质量。尤其是，场效应迁移率依赖于半导体膜的结晶度，并直接影响TFT的响应特性和用于电路的TFT制造的液晶显示装置的显示能力。

因此，正在积极研究形成质量好的晶体半导体膜的方法。例如，使用先形成非晶体半导体膜，而后用激光照射使非晶体半导体膜结晶的方法，用电热炉加热处理使非晶体半导体膜结晶的方法等。但是，用这样的方法制造的半导体膜有大量晶粒，因其任意方向对齐而无法控制晶体取向。因此，与单晶体半导体相比，载流子不能平稳的迁移，这限制了TFT的电特性。

相反，日本特许公开No.Hei7-183540公开了通过添加如镍的金属元素来使硅半导体膜结晶的技术。已知该金属元素有促进结晶化的催化剂和降低结晶温度的功能。该金属元素还可以加强晶体取向的对齐。从铁(Fe)，镍(Ni)，钴(Co)，钌(Ru)，铑(Rh)，钯(Pd)，锇(Os)，铱(Ir)，铂(Pt)，铜(Cu)和金(Au)中选取一种或多种用作有催化功能的元素是以知技术。

但是，如果添加了有催化功能的金属元素(这里，所有有催化功能的金属元素称为催化元素)，金属元素残留在半导体膜之内或之上，这改变了TFT的电特性。例如，TFT的截止电流增大，从而改变各元件中的电特性。更具体的说，一旦结晶半导体膜形成，与结晶有关的有催化功能的金属元素就是不必要的了。

本发明的发明人公开了用磷来除气的技术，即使加热温度约为500□，以从半导体膜的特殊区域除去为结晶而加入的金属元素的方法。例如，通过将磷加入TFT的源/漏区域，在450□-700□实施加热处理，可以轻易地从器件形成区除去为结晶而添加的金属元素。日本专利No.3032801公开了这种技术的一个实施例。

而且，通过用具有如上所述的高晶体取向的质量好的半导体膜，已经开发了有源矩阵型液晶显示装置，其中在同一衬底上整体地形成驱动电路和像素部分。

有源矩阵型液晶显示装置的驱动电路要求防止由于高驱动能力(导通电流，I_on)和热载流子效应的损坏，而像素部分要求低的截止电流(I_off)。

已知轻掺杂漏极(LDD)结构，用作截止电流的TFT结构。在该结构中，加入低浓度杂质的元素的LDD区域设在沟道形成区和通过加入高浓度的杂质元素形成的漏区。已知的LDD区域与栅极部分重叠的LDD结构，即源—漏极重叠的LDD(下文称为“GOLD”)结构，作为有效防止因热载流子而损害导通电流的结构。

本发明的发明人公开了用上述催化元素实施低温结晶处理后，从半导体膜吸出(getter)催化元素的方法。例如，有一种形成掺杂元素(通常是磷)的吸气位置的方法，该元素属于在高浓度下具有吸气(getter)功能的元素周期表的5族元素，通过热处理将催化元素迁移到吸气区域，再迁移到吸气位置，还有一种在相同热处理中将半导体层中的催化元素吸出(迁移)到源区或漏区的方法，和加到将成为源极区域或漏极区域的磷的活化等的方法一样。可以通过在550℃实施约4小时的热处理来除去引入用于结晶的半导体膜的金属元素，进行上述的吸气处理。

但是，为获得吸气功能而加入到半导体膜的磷的浓度是1×10²⁰/cm³或1×10²⁰/cm³以上，最好是1×10²¹/cm³。因此，该半导体膜掺杂磷要用很长时间。

另外，用离子注入或离子掺杂(本说明书中，指一种方法，不分离要注入的离子的团)来添加高浓度的磷使得半导体膜的很难再结晶。