[发明专利]一种制造半导体器件的方法

说明书

本发明涉及一种制造具有晶态半导体的半导体器件的工艺。本发明还涉及用于集成电路，尤其是，用于电光装置中的有源阵列电路的开关元件或者与有源阵列电路形成在同一衬底的驱动电路的薄膜晶体管。

非晶硅膜很容易用作TFT的薄膜半导体。然而，非晶硅膜的电特性要比晶态薄膜半导体，例如，多晶硅、单晶硅、以及微晶硅差得多。而晶态硅膜可以通过先形成非晶硅膜，再加热处理晶化所获得薄膜来制成。

晶化非晶硅膜的热处理要求将该膜在温度600℃或更高下加热为期10小时或更长。这样的热处理有害于玻璃衬底。举例来说，一种常用于有源阵列液晶显示器衬底的Corning 7059玻璃，玻璃形变点为593℃，因而就不合乎要经受600℃温度或更高的加热温度的大面积衬底使用。

根据本发明人的研究，发现由于采取在非晶硅膜表面供给微量镍或钯、或其他元素诸如铅，将该膜在550℃加热，时间为4小时，就可以有效地晶化非晶硅膜。

上述各元素(此后称为＂能促进非晶硅膜晶化的催化剂元素＂，或简称为＂催化元素＂)可以用等离子处理法或汽相淀积法导入非晶硅膜表面，或者用离子注入法，将元素导入。等离子处理法是一种加工方法其中催化元素是通过在平行板型或阳极光柱型等离子CVD设备中，使用含催化元素的电极，在气氛诸如氢气或氮气中产生等离子体而加入非晶硅膜。

但是，半导体内出现大量催化元素是不好的，因用这种半导体会大大损害用了这种半导体的器件的可靠性和电稳定性。

这就是说，虽然晶化非晶硅膜时需要催化元素，但最好别掺入晶化了的硅中太多。为满足此要求，这就需要选择一种元素，在晶态硅中成为不活泼的元素作为催化元素，还要使加入硅膜的元素量减到最小。为此目的，一定得高精度控制待掺入膜内的催化元素量。

详细研究了用镍晶化的工艺过程。结果得到下面的结论：

(1)将镍用等离子处理法掺入的非晶硅膜的情况，发现在薄膜经受热处理之前，镍能挤入薄膜到非晶硅膜相当的深度。

(2)最初成核发生在加镍处的表面。

(3)当采用汽相淀积在非晶硅膜上形成镍层时，非晶硅膜的晶化发生与进行等离子处理情况相同。

(4)当将很大量的镍掺入非晶硅膜时，如果使激光辐照非晶硅膜用以晶化或在加热晶化后将其辐照，则镍就会在薄膜表面分凝，结果，此薄膜就不能用作有源半导体层。

由上所述，可以假设不是所有的由等离子处理法导入的镍都起促进晶化硅的作用。就是说，如果导入大量镍，会存在不起促进晶化的过量镍。因此，发明人认为，正是镍与硅接触的点或面，在低温下起到了促进硅晶化的作用。亦即，可以假定镍必须以原子方式微细地分散在硅中。亦即，可以假定，镍必须以原子方式分散在非晶硅表面附近，而镍浓度应尽可能低，但应在能促进低温晶化的足够高的浓度范围内。

微量镍，即，可使硅晶化加速的催化元素可以用例如汽相淀积法，掺入非晶硅膜表面附近。但是，汽相淀积就薄膜的可控性来说是不利的，因而不宜用来精确控制待掺入非晶硅膜的催化元素量。

鉴于上述情况，本发明的主要特征是利用促进硅膜晶化的催化元素，在低于若不用催化元素所需的晶化温度下，获得结晶硅膜。特别是，最高的处理温度应当为600℃或以下。本发明的另一个目的是控制(和减至最低)结晶硅膜中的催化元素浓度以及提高生产率。

本发明的又一个目的是制造有结晶硅半导体的半导体器件，例如，薄膜晶体管、二极管、光传感器等等，其中至少形成一个电子结，如PN、PI或NI结。

为达到本发明的上述目的，根据本发明的最基本的观点，本发明的主要特征，是将含有催化元素或其化合物的薄膜安排与硅膜接触，借助于扩散到硅膜中的催化元素，使硅晶化。

提供催化剂的薄膜的典型例子是用旋涂法之类由溶液形成的氧化硅膜。氧化硅膜最适用作半导体器件的介电膜。这就是说，将催化剂材料加入其中含氧化硅的溶液中，接着，将该溶液涂敷在表面，形成加有少量催化元素的氧化硅膜。

参照附图，通过本发明的最佳实施例，将进一步说明本发明的上述特点和其他特点，其中：

图1A～1C表示根据本发明的实施例1，为获得结晶硅膜的工艺过程；

图2A～2C表示根据本发明的实施例2，为获得结晶硅膜的工艺过程；

图3A和3B表示根据本发明的实施例3，为获得结晶硅膜的工艺过程；

图4A～4D表示根据本发明的实施例4，为获得结晶硅膜的工艺过程；

图5A～5E表示根据本发明的实施例5，制造TFT的工艺过程；