[发明专利]制造半导体器件的方法

说明书

本发明涉及薄膜晶体管(TFTs)以及制造TFTs的方法。另外本发明涉及使用多个TFTs的半导体电路及制造这种半导体器件的方法。或在玻璃等绝缘衬底或者在硅单晶半导体衬底上，形成按照本发明制造的薄膜晶体管。尤其本发明适用于半导体器件，该器件包括低速阵列电路和用于驱动阵列电路的高速外围电路，例如用于驱动液晶显示管中的单片有源阵列电路。本发明具有极大优点。

在最近几年，研究了薄膜型有源层(亦称有源区域)的绝缘栅半导体器件。尤其认真研究了叫做TFT的薄膜型绝缘栅晶体管。在透明的绝缘衬底上形成这类晶体管，或者用以控制在诸如有阵列结构的液晶显示的显示器件中的每个象素或者用以构成驱动电路。根据所使用的半导体结晶状态或材料，他们被分类为非晶硅TFTs或晶体硅TFTs。

通常，非晶半导体具有小的场迁移率，因此，他们不能用来作要求高速工作的TFTs。所以，近几年，研究了晶体硅TFTs，并开展了制造具有较高特性的器件。

由于晶体半导体比非晶半导体具有更高的场迁移率，所以晶体半导体能以较高的速度工作。就晶体硅来说，可制造PMOSTFTs以及NMOS TFTs。例如，众所周知的是由类似于有源阵列电路部分的CMOS晶体TFTs组成有源陈列液晶显示器的外围电路。就是说，这是一种单片结构。

图3是用作液晶显示器的单片有源阵列电路的框图。在衬底7上构成列译码器1和行译码器2，以形成外围驱动电路。在阵列区域3形成每个包括一个晶体管和一个电容器的象素电路4。通过导电互连线5和6使阵列区域和外围电路连接。用于外围电路的TFTs被要求以高速工作，同时用于象素电路的TFTs还被要求具有低漏电流。在物理上来看，这些是相矛盾的特性，但是必须在同样的衬底上同时形成这二类TFTs。

然而，用相同的工艺过程制造的所有TFTs显示出相同的特性。如使用由热退火制造的晶体硅TFTs、用于阵列区域的TFTs和外围驱动电路中的TFTs全都具有相同的特性。难以同时获得适合于象素电路的低漏电流和适用于外围驱动电路的高迁移率。通过同时使用热退火和利用选择性激光退火结晶化便能解决上述困难。在这种情况下，可在阵列区域使用通过热退火制造的TFTs，而可在外围驱动电路区域使用通过激光退火制造的TFTs。但是，利用激光退火结晶的硅的结晶度的均匀性很低，尤其是，在要求无缺陷的外围驱动电路中难以应用这些TFTs。

为了获得晶体硅，还可使用依赖于激光退火的结晶过程。如果由激光退火结晶的这种硅来制造半导体器件，那么在阵列区域的TFTs和在外围策动电路的TFTs全都具有相同的特性。因此，可设想另一种使硅晶化的方法。尤其是利用热退火形成在阵列区域的TFTs，利用激光退火形成在外围驱动电路的TFTs。然而，采用热退火，必须在600℃温度下长达24小时地使硅退火，或必须在超过1000℃的高温下使硅退火。前者方法生产率低；后者方法可用的衬底材料局限于石英。

本发明目的在于提供一种制造半导体器件的方法，该方法不依赖于复杂的工艺过程，不影响产量或生产成本。

本发明的另一个目的在于提供一种方法，该方法有最少的工艺变化，易于大量生产二种TFTs。其中一种要求具有高的迁移率，另一种要求具有低漏电流。

我们的研究已揭示：对于实质上非晶硅膜来说增加微量金属元素促进结晶，降低结晶温度，缩短结晶时间。金属元素的例子包括镍(Ni)、铁(Fe)、钴(Co)、铂及其硅化物的单一成分物质。更确切地说，使用含这种金属元素，元素粒子，或元素组的膜，在非晶硅的上下形成第一膜，以致于使第一膜与非晶硅膜紧密接触。另一方面，用离子注入或其他方法把这样的金属元素注入到非晶硅膜中。然后，在适当温度下对膜作热退火，一般温度低于580℃，时间缩短至8小时内。结果非晶膜被结晶化。

用这样金属元素制造膜的情况下，元素的浓度充分低，因此膜非常之薄。可使用真空泵如溅射或真空蒸发的方法形成该膜。另外，也可采用在常压下如自旋涂敷或浸渍实现的方法。这用常压方法易于实施，并且提供高的生产率。在这种情况下，把包括醋酸盐，硝酸盐，有机盐等这样的金属元素溶解在适当的溶剂内，并且将其浓度调整到适当的值。