[发明专利]半导体器件的制造方法

说明书

本发明涉及用结晶半导体薄膜来制造半导体器件的方法，特别是制造薄膜晶体管的方法。

近来，对利用在玻璃或石英衬底上形成的半导体薄膜的晶体管的关注甚多。这种薄膜晶体管(TFT)是这样制造的，即在玻璃衬底或石英衬底的表面上形成厚度为几百至几千埃()的薄膜半导体，然后使用薄膜半导体形成晶体管(绝缘栅场效应晶体管)。

TFT的应用范围例如是有源矩阵式液晶显示器件。有源矩阵式液晶显示器件具有布置成矩阵的几十万个象素，TFT被提供给每个象素作为开关元件，以此实现良好的和高速的显示。为有源矩阵式液晶显示器件所设计的适合的TFT采用非晶硅薄膜。

但是，基于非晶硅薄膜的TFT在性能仍很差。作为有源矩阵式的液晶显示器，如果要求具有较高的功能，则不能满足所需水平，因采用非晶硅膜的TFT的性能太低了。

而且，已经提出采用TFT在单一衬底上制造集成的液晶显示系统，亦即不仅利用TFT来实现象素开关，而且利用TFT来实现外围驱动器电路。然而，由于非晶硅薄膜的工作速度很低，所以不能用来构成外围驱动器电路。尤其是，一个基本的问题是，由于利用非晶硅薄膜难以实现实用的P沟道型TFT(亦即，由于过低的性能，采用非晶硅薄膜的TFT实际上是行不通的)，所以由非晶硅薄膜不能制成CMOS电路。

提出的另一种技术是，在单一衬底上，把用于处理或者记录图象数据等的其它集成电路及类似物与象素区和外围驱动器电路集成在一起。但是采用非晶硅薄膜的TFT的性能太差，不能在用来构成能处理图象数据的集成电路。

另一方面，还有一种利用结晶硅膜制造TFT的技术，其性能远远优于利用非晶硅薄膜的技术。该技术包括，形成非晶硅膜，然后把非晶硅膜经受热处理或激光照射，使所得的非晶硅膜改变(转变)为结晶硅膜。通过使非晶硅膜晶化而如此获得的结晶硅膜，通常生成多晶结构或者微晶结构。

与利用非晶硅膜的TFT相比，采用结晶硅膜可以制成性能相当优异的TFT。就迁移率而言，这是评价TFT的一个指标，采用非晶硅膜的TFT为1-2cm²/Vs或更低(在N沟道型)，但采用结晶硅膜的TFT的迁移率，在N沟道型能达到约100cm²/Vs，在P沟道型能达到约50cm²/Vs或更高。

通过使非晶硅膜晶化所获得的结晶硅膜具有多晶结构，因此产生了起因于晶界的各种问题。例如，通过晶界的载流子大大地限制了FTF的阈值电压。在高速工作时易于发生性能上的变化或降低。此外，通过晶界移动的载流子提高了TFT截止时的截止电流(泄漏电流)。

以高集成度结构来制造有源矩阵式液晶显示器件时，希望在单一玻璃衬底上不仅形成象素区而且形成外围电路。此时，要求设置在外围电路的TFT启动大电流，来驱动设置成矩阵的几十万个象素晶体管。

要工作于大电流，必须使用具有较宽的沟道宽度的结构的TFT。但是，即使要扩展沟道度度，由于耐受电压的问题，采用结晶硅膜的TFT也不能投入实用。在使TFT可实用方面，阈值电压上的大的波动是另一个障碍。

由于存在阈值电压波动和性能随时间推移而变化的问题，所以采用结晶硅膜的TFT不能用于处理图象数据的集成电路。因此，基于传统场合能使用的TFT无法实现可实用的集成电路。

本发明的目的是提供一种无晶界影响的薄膜晶体管(TFT)。

本发明的另一目的是提供一种具有高耐受电压并能工作于大电流的TFT。

本发明的又一目的是提供一种不降低性能或波动的TFT。

本发明的再一目的是提供一种其性能对应于采用单晶半导体的TFT性能的TFT。

根据本发明的半导体器件的制造方法，可以达到上述目的，这包括如下步骤，在具有绝缘表面的衬底上形成非晶硅膜；把加速(促进)硅晶化的金属元素与非晶硅膜保持接触；通过热处理在非晶硅膜表面上形成含该金属元素的层；通过对含该金属元素的该层刻图；形成作为晶体生长核的一层；通过从作为晶体生长核的该层的晶体生长，在非晶硅膜内形成基本上无晶界的区；利用基本上无晶界的晶体生长区，来形成有源层。

在上述工艺中，具有绝缘表面的衬底包括，玻璃衬底，石英衬底，其上形成有绝缘膜的玻璃衬底，其上形成有绝缘膜的石英衬底，其上形成有绝缘膜的导体衬底。而且在三维集成电路的结构中，包括层间绝缘膜等的绝缘表面可以用作衬底。

在上述工艺中，“把加速硅晶化的金属元素与非晶硅膜保持接触的步骤”，可以按图1A的构造来完成。图1A中，把含镍溶液(乙酸镍溶液)104加在非晶硅膜103的表面上，作为含有加速硅晶化的金属元素的溶液。