[发明专利]MIS半导体器件的制造方法

说明书

本发明涉及制造金属绝缘体半导体类型的半导体器件，即MIS型半导体器件(通常所说的绝缘栅型半导体器件)的一种制造方法。这种MIS型半导体器件包括例如MOS晶体管，薄膜晶体管，以及类似的晶体管。

通常，用一种自对准(Self-aligning)方法制造MIS型半导体器件。根据这种方法，通过栅极绝缘膜在半导体衬底上或半导体覆盖膜上形成栅极布线(电极)以及用栅极布线作掩摸，将杂质注入半导体衬底或者半导体覆盖膜内。使用诸如热扩散方法，离子注入方法，等离子体掺杂方法和激光掺杂方法将杂质注入。那些方法允许栅极的一个边缘和杂质区域(源极和漏极)的边缘基本上重合从而消除了一种交叠的状态(产生寄生电容的原因之一)和一种偏离的状态(一种引起有效迁移率减退的原因)。在交叠状态栅极和杂质区域呈交叠位置，在偏离状态栅极与杂质区域分离开来。

然而，通常的工艺方法存在的问题在于杂质区域以及位于栅极下面的与杂质区域相邻接的有源区域(沟道形成区域)的载流子密度的空间变化太大，因此，产生了显著的大的电场，特别是当在栅极上施加反向偏置电压时增加了漏电流。

本发明的发明人发现将栅极和杂质区域稍微偏离可以使得这一问题得以缓和。为了实现这种偏离状态，于是发明人用一种可阳极氧化的材料制做栅电极。这种阳极氧化的结果使得他们发现利用阳极氧化膜作为掩模进行杂质注入可以获得具有好的再现性的一种恒定尺寸的偏离状态。

此外，由于用诸如离子注入和等离子体掺杂等方法借助辐照高速的离子到半导体衬底或半导体覆盖膜上将杂质注入、在那些被离子穿过的部位，其结晶度受到损坏，这就需要改善(激活)结晶度。虽然在600℃以上的温度结晶度主要是由于加热得以改善，但近来低温工艺处理的趋势变得更加明显。发明人还指出，通过发射激光束或等效的强光在那里可以实现激活而且其批量生产率也是很好的。

图2示出了生产基于前述概念的薄膜晶体管的工艺方法。首先，在衬底201上淀积一底面绝缘层202，于是形成了一个岛状结晶半导体区域203。然后在上面形成绝缘膜204作栅极绝缘膜。如图2A所示，使用可阳极氧化的材料制成栅极布线205。

其次，栅极布线被阳极氧化，而且在栅极布线的表面上形成具有小于300毫微米(nm)，最好是小于250nm的适合厚度的阳极氧化物206。于是将这个阳极氧化物作为掩膜，用离子注入或离子掺杂的方法用自对准的方式发射杂质，例如磷(P)，以形成杂质区域207(图2B)。

随后，借助例如激光束的强光从上面照射在杂质注入的区域上面，以便激活该区域(图2C)。

最后，淀积一个层间绝缘体208，并且在杂质区域上造一个接触孔以便制造连接到杂质区域的电极209，这样一个薄膜晶体管就完成了，如图2D所示。

然而，根据前述的方法发现了在杂质区域和一个有源区(夹在杂质区域间而且直接在栅电极的下面的半导体区)间的边界(在图2C中用X表示)的物理特性是不稳定的，而且能够出现诸如在超过规定的时间漏电流将要增加并且可靠性下降的问题。从该工艺过程看，那也就是有源区的结晶性从开始基本上不变。另一方面，虽然杂质区域邻接有源区，而且一起始就和有源区有相同的结晶性，在注入大量的杂质(高10¹⁵cm^-2)的过程中它的结晶性受到了破坏。然后还发现，虽然在后来的激光束辐照过程中杂质区域得以恢复，但是很难再现和原来一样的结晶状态，特别是与有源区相接触的那部分杂质区域在被激光束辐照期间有被遮光的趋势，所以不能被完全激活。

这就是杂质区域和有源区的结晶性是不连续的，由此，往往会产生陷阱能级或类似能级。特别是当采用辐照高速的离子作注入杂质的方法时由于散射使杂质离子绕到栅电极的下面部位，而破坏了那个部位的结晶度。由于栅电极部分的遮盖，栅极部分下面的区域不可能被激光束或类似的激活。

为了解决这个问题的一种方法用如激光束这样的辐射光从背面去照射使那个部分激活。由于没有由栅极布线的遮盖，用这种方法可以使有源区和杂质区域间的边界完全激活。然而，在这种情形衬底材料必须透光，当然，当使用硅片或其他类似的东西，不能使用这种方法。此外，由于很多玻璃衬底不能透过小于300nm的紫外光，不能使用批量生产率极好的KrF受激准分子激光器(波长：248nm)。

因此，本发明的 一个目的是解决前述的问题，并且获得诸如通过实现有源区和杂质区域间的结晶性的连续性而得到诸如MOS晶体管和薄膜晶体管这类的高可靠的MIS型半导体器件。