[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

本申请是申请日为2003年2月21日、申请号为03105465.X、发明名称为“半导体器件及其制造方法”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件和一种添加具有促进结晶化功能的金属元素到非晶半导体膜并进行热处理以形成结晶半导体膜、并利用该结晶半导体膜制造薄膜晶体管(TFT)的方法。

背景技术

其中的像素部分和驱动器电路被提供于相同基片上的液晶显示器件被用作个人计算机(PC)的监视器，并进一步开始扩展到普通家庭。例如，取代CRT(阴极射线管)的液晶显示器作为电视被引入普通家庭。此外，用于看电影或玩游戏的正向式投影仪被引入普通家庭作为娱乐。因此，液晶显示器的市场规模正在迅速扩展。而且，面板上系统的研制正在向前推进，其中逻辑电路如存储器电路和时钟发生电路被组合在玻璃基片上。

当进行高分辨率图象显示时，写入像素的信息量增加。而且如果信息没有在短时间内被写入，就不可能对带有大量用于高清晰度显示的信息的图象进行运动图象显示。因此要求用于驱动器电路的TFT能够高速运行。为了能够高速运行，要求使用具有满意结晶度的结晶半导体膜制造TFT，由此可获得高的场效应迁移率。

作为在玻璃基片上获得满意结晶半导体膜的方法，本发明人等已研制了一种技术，该技术用于添加具有促进结晶化功能的金属元素到非晶半导体膜中，然后对其进行热处理以获得其中结晶取向一致的满意的半导体膜。

然而，对于将未经处理的使用催化元素得到的结晶硅膜用作半导体层所制造的TFT，存在一个问题即关断电流突然被增加。催化元素在半导体膜中无规则分离，并且更特别地，分离明显发生在晶界中。因此，催化元素的分离被认为成为电流逃逸路径(漏泄电流路径)而这引起关断电流的突然增加。由此，要求在结晶硅膜形成工艺之后，将催化元素从半导体膜中移走以减少半导体膜中催化元素的浓度。

为了减少半导体膜中残余催化元素的浓度，考虑采用下列方法。即属于元素周期表15族的杂质元素(典型地，磷或砷：用于给予n-型的杂质元素)和属于元素周期表13族的杂质元素(典型地，硼或铝：用于给予p-型的杂质元素)，它们各自都有使催化元素移动的功能，被以高浓度添加到成为n-沟道TFT和p-沟道TFT的半导体层的源区或漏区的区域，或被添加到催化元素被移动到的区(此后称为吸杂区)，并进行热处理使催化元素移动。因此，特别是包含在沟道形成区的催化元素的浓度被减少。

然而根据使用源区或漏区作为吸杂区的方法，给予n-型且属于周期表15族的杂质元素(典型地，磷或砷)需要以比给予p-型且属于周期表13族的杂质元素(典型地，硼或铝)更高的浓度被添加到以后成为n-沟道TFT的区域中。另一方面，对于p-沟道TFT的情况，给予p-型且属于周期表13族的杂质元素(典型地，硼或铝)需要以比给予n-型且属于周期表15族的杂质元素(典型地，磷或砷)更高的浓度被添加。换言之，被添加的杂质元素在具有不同导电性的半导体层中的吸杂区的浓度彼此不同。因此，存在一个问题，即就均匀包含于半导体膜中的催化元素向吸杂区的移动效率而言，n-沟道TFT和p-沟道TFT之间会产生差别。

注意本发明的发明人采用下述方法研究了催化元素移动到吸杂区的效率。

例如，当催化元素(镍)受被添加到吸杂区的元素的影响移动到吸杂区时，认为催化元素(Ni)在催化元素从沟道形成区向吸杂区移动过程中，与Si键合形成NiSi_x(硅化镍)。对于硅化镍，通过包含7.13％的氟化氢铵(NH₄HF₂)和15.4％的氟化铵(NH₄F)(它由StellaChemifa Corporation生产且其产品名为LAL500)的混合溶液去除氧化硅膜，然后将样品基片浸入到以体积比HF(浓度50％)：H₂O₂(浓度33％)：H₂O＝45∶72∶4500混合的化学溶液中(此后成为FPM溶液)40分钟，由此可以有选择地去除NiSi_x。

去除NiSi_x的部分成为孔。由去除NiSi_x而产生的孔在光学显微镜的透射模式下表现为黑点。当黑点数量很大时，估计有大量的催化元素(镍)可被移动到吸杂区。也就是说，吸杂效率估计是好的。