專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用絕緣膜的半導(dǎo)體器件及其制造方法，該器件被稱為薄膜晶體管(以下稱為“TFT”)。本發(fā)明還涉及在700℃或更低溫度下在絕緣襯底上高產(chǎn)率地制造高性能的可靠的絕緣柵半導(dǎo)體器件的方法，以及通過組裝多個這樣的半導(dǎo)體器件制造集成電路(IC)的方法。
該器件可用作液晶顯示器等的有源矩陣、圖象傳感器等的驅(qū)動電路、SOI(絕緣體上的硅)電路的TFT、以及諳如微處理器、微控制器、微型計算機(jī)和半導(dǎo)體存儲器之類的常規(guī)半導(dǎo)體IC的TFT。
通常，液晶顯示器件和圖象傳感器件是作為采用集成于玻璃襯底上的TFT的器件而被公知的。一般，采用薄膜晶體管的絕緣柵型場效應(yīng)半導(dǎo)體器件用于上述常規(guī)器件上，并且還習(xí)慣于用氧化硅薄膜作為那些TFT的柵極絕緣膜。
然而，采用氧化硅薄膜作為柵極絕緣膜的TFT會產(chǎn)生一些問題，例如，由柵極絕緣膜中的針孔引起的漏電流，增大薄膜厚度(柵極絕緣膜的電容取決于薄膜厚度和介電常數(shù))的局限性，由于致密度不足(即，薄膜太松軟)導(dǎo)致作為絕緣膜所需的各種特性不穩(wěn)定，以及諸如混入柵極絕緣膜中的鈉離子之類的固定電荷帶來的問題。
近來，人們對于在絕緣襯底上制成絕緣柵型半導(dǎo)體器件(MOSFET)的方法做了深入研究。那些在絕緣襯底上形成的IC能很好地適應(yīng)高速驅(qū)動，因為，在絕緣體上形成的IC不會產(chǎn)生雜散電容。與這些IC相反，常規(guī)IC的運行速度是受到雜散電容，即連線與襯底之間的電容的限制的。在絕緣襯底上形成并具有薄膜有源層的MOSFET被稱為薄膜晶體管(TFT)。在常規(guī)半導(dǎo)體IC中可找到例如作為SRAM的負(fù)載晶體管的TFT。
另外，一些新產(chǎn)品，例如，諸如液晶顯示器和圖象傳感器之類的光學(xué)器件的驅(qū)動電路，要求在透明襯底上形成的半導(dǎo)體IC。TFT可組裝于IC中，但I(xiàn)C必須形成于寬的區(qū)域上，并因此要求通過低溫工藝制造TFT。再者，例如，在具有多個一一與絕緣襯底上的半導(dǎo)體IC相連接的端點的器件中，最好通過形成第一層半導(dǎo)體IC或?qū)⒄麄€半導(dǎo)體IC以單片形式形成于同一絕緣襯底上來降低組裝密度。
通常，TFT的質(zhì)量是通過制備高性能(即，足夠高的遷移率)的半導(dǎo)體薄膜來改善的，而高性能半導(dǎo)體薄膜是通過諸如激光束之類的強(qiáng)光輻照或通過450至1200℃范圍的熱退火處理來改進(jìn)非晶或半非晶或微晶薄膜的結(jié)晶性而形成的。采用非晶材料的半導(dǎo)體薄膜的非晶TFT無疑是能制造的，但是，其應(yīng)用領(lǐng)域極大地受到低工作速度的限制，低工作速度歸因于太低的遷移率，此遷移率為5cm2/Vs或更低，通常約為1cm2/Vs，或者受到其不能形成P溝道TFT(PTFT)的限制。具有5cm2/Vs或更高遷移率的TFT只能在450-1200℃溫度范圍內(nèi)退火處理之后獲得。PTFT只能在薄膜經(jīng)歷這種退火處理之后制造。
然而，在需要高溫的工藝中，只有嚴(yán)格選定的襯底材料才可以用。特別是，包括在900至1200℃進(jìn)行高溫加熱的所謂高溫工藝是有優(yōu)越性的，因為它允許采用通過熱氧化得到的高質(zhì)量薄膜作為柵極絕緣膜，但可用的襯底限于那此由諸如石英、蘭寶石和尖晶石之類的昂貴材料制備的襯底，并且它們也不適于作為大面積應(yīng)用的襯底。
與上述的高溫方法不同，在低溫工藝中，襯底材料可在較寬范圍內(nèi)選擇，所述低溫工藝是指，對于包含采用激光照射的結(jié)晶步驟的整個工藝而言，可達(dá)到的最高溫度為750℃或更低。不過，在有益步驟適應(yīng)范圍和高產(chǎn)率方面，低溫形成絕緣膜仍有問題。絕緣膜可在低溫下通過濺射法淀積，但此工藝仍然是不佳的，因為其步驟適應(yīng)范圍小且產(chǎn)率低。在低溫和高產(chǎn)率條件下，通過化學(xué)汽相淀積(CVD)法淀積氧化硅膜也是公知的，比如，等離子體CVD法、低壓CVD法，和常壓CVD法，其中采用諸如四乙氧基硅烷(TEOS)之類的含硅原子的氣體化有機(jī)材料(以下稱為有機(jī)硅烷)作為原材料。不過，所形成的薄膜富含碳原子和烴基，它們凝聚形成捕獲中心。因此，那些膜不適于柵極絕緣，因為它們不能提供足夠高的絕緣性能且具有太高的界面態(tài)密度。
上述的采用有機(jī)硅烷作為原材料的氧化硅薄膜不能用作要求相當(dāng)高的電性能的柵極絕緣膜。因此，它們只能在經(jīng)歷700℃或更高溫度下長時間的氧化處理之后才可使用。這種熱處理會損傷襯底并影響產(chǎn)量。
本發(fā)明已按上述條件實現(xiàn)。
因此，本發(fā)明的一個目的是在低溫和良好步驟適應(yīng)范圍的條件下形成一種氧化膜，而且還提高了產(chǎn)量并改善了膜的質(zhì)量。
本發(fā)明的另一目的是提出一種制造TFT的工藝方法，此方法可在700℃或更低溫度下通過前面指出的幾種技術(shù)的組合來實現(xiàn)。
本發(fā)明的再一個目的是克服現(xiàn)有柵極絕緣膜存在的上述問題，而提供一種能產(chǎn)生高穩(wěn)定的特性優(yōu)良的TFT。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，上述目的可通過根據(jù)本發(fā)明的下列實施例實現(xiàn)。
本發(fā)明的第一實施例包括通過以任一種CVD方法淀積由有機(jī)硅烷(或者包括用氟取代其中的氫、碳或烴基的有機(jī)硅烷的替代產(chǎn)品)分解獲得產(chǎn)物形成氧化硅薄膜，所述CVD方法如熱CVD(化學(xué)汽相淀積)等離子體CVD、光CVD和光等離子體CVD；再用諸如激光脈沖之類的光輻照所淀積的薄膜，以改善其特性，尤其是，通過除去薄膜中的碳原子和烴基消除薄膜中的捕獲中心來改善其特性。按此方法，可獲得適宜用作TFT的柵極絕緣膜的氧化硅薄膜。用于本發(fā)明的激光器是脈沖激光器且最好是諸如受激準(zhǔn)分子激光器之類的發(fā)射紫外(UV)光的激光器，例如，KrP、ArF、XeCl和XeF激光器。
本發(fā)明的第二實施例包括通過以任一種CVD方法淀積由有機(jī)硅烷分解得到的產(chǎn)物形成氧化硅薄膜；將形成的氧化硅薄膜暴露于包括氧、臭氧、氧化氮等的氧化氣氛中；并在將薄膜加熱至150至400℃的溫度范圍內(nèi)的同時，用波長為300nm或更短的UV光輻照，從而除去薄膜中的捕獲中心。按此方法，可獲得適宜用作TFT的柵極絕緣膜的氧化硅薄膜。
通過上述的本發(fā)明的第一實施例和第二實施例的組合可獲得進(jìn)一步的有益效果。例如，可將由有機(jī)硅烷獲得的氧化硅薄膜暴露于氧化氣氛中，并在將薄膜加熱至150至400℃的溫度范圍的同時，用波長為300nm的由激光器發(fā)射的UV光輻照薄膜。
本發(fā)明的再一個實施例包括將氮離子注入絕緣膜的表面部分，此絕緣膜由在半導(dǎo)體表面上形成的氧化硅膜構(gòu)成，以便在絕緣膜的此表面部分中形成氮氧化硅。通過對薄膜進(jìn)行這種表面氮化處理，可使絕緣膜的表面致密化并使其介電常數(shù)增大。尤其是，本發(fā)明的此實施例的特征在于，將氮離子注入到作為TFT(絕緣柵型場效應(yīng)晶體管)的柵極絕緣膜淀積的氧化硅薄膜的表面部分，使得能重新建立作為柵極絕緣體的氮氧化硅薄膜。氮氧化硅薄膜可由化學(xué)式SiOxNy表示，其中x為0至2，最好為0.5至1.5，y為0至4/3，最好為0.5至1。
氧化硅薄膜的表面氮化處理是有益的，因為它使薄膜致密化，使薄膜介電常數(shù)提高而允許淀積較厚的膜，并改善了作為絕緣體的薄膜的總特性。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的制造TFT的工藝方法的步序圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的TFT的另一種制造方法的步序圖；圖3是用于本發(fā)明的激光和UV光處理裝置的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個例子的TFT制造方法的步序圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個例子的TFT制造方法的步序圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一例子的制造另一種TFT的方法的步序圖；和圖7是根據(jù)本發(fā)明的TFT的另一種制造方法的步序圖。
本發(fā)明的第一實施例包括通過淀積由有機(jī)硅烷分解獲得的產(chǎn)物形成氧化硅薄膜，所述淀積可由任一種CVD方法實現(xiàn)，諸如熱CVD、等離子體CVD、光CVD和光—等離子體CVD；再用脈沖激光束照射所淀積的薄膜，以改善其特性，尤其是通過除去薄膜中的碳原子和烴基使薄膜喪失捕獲中心來改善特性。按此方法，可獲得適宜用作TFT的柵絕緣膜的氧化硅薄膜。本發(fā)明中使用的激光器是脈沖式激光器，且最好是發(fā)射紫外光的激光器，諸如受激準(zhǔn)分子激光器，例如KrF、ArF、XeCl和XeF激光器。
強(qiáng)光最好是紫外或紅外光。正如后面將描述的，紫外光對去除薄膜中的碳原子和烴基是有效的。紅外光快速加熱薄膜，以降低諸如薄膜中的晶體缺陷和懸空鍵之類的捕獲中心的密度。
通過激光束或紅外光的輻射，可改善半導(dǎo)體薄膜的結(jié)晶性，例如，從非晶態(tài)變?yōu)榫B(tài)。當(dāng)然，半導(dǎo)體薄膜的結(jié)晶性的改進(jìn)可與氧化硅薄膜的改善分開進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的第二實施例包括通過采用任一種CVD方法淀積由有機(jī)硅烷分解獲得的產(chǎn)物形成氧化硅薄膜；將形成的氧化硅薄膜暴露于包含氧、臭氧、氧化氮等的氧化氣氛中；在加熱薄膜至150至400℃的溫度范圍內(nèi)時，用波長為300nm或更短的紫外光輻照，以便去除其中的捕獲中心。按此方法，可獲得適宜用作TFT的絕緣柵薄膜的氧化硅薄膜。
將前面提及的本發(fā)明的第一和第二實施例組合可獲得進(jìn)一步的有益效果。例如，可將由有機(jī)硅烷獲得的氧化硅薄膜暴露了氧化氣氛中，并在加熱薄膜至150至400℃的溫度范圍內(nèi)時，用由激光器發(fā)射的波長為300nm的紫外光輻照。
通常，諸如四乙氧基硅烷(TEOS)之類的有機(jī)硅烷，包括那些以氟作為烴基、乙氧基、氫原子等的部分取代基的有機(jī)硅烷，在常壓和室溫下是液態(tài)的。因此，如果需要，可將它們在減壓條件下加熱，以氣態(tài)引入反應(yīng)室。當(dāng)氧化硅薄膜由等離子體CVD法淀積形成時，將適量的氧與有機(jī)硅烷相混合，以允許采用諸如氬和氦之類的惰性氣體作為載氣進(jìn)行反應(yīng)。當(dāng)通過低壓CVD或常壓CVD法制備時，有機(jī)硅烷和臭氧混合反應(yīng)，如果需要，可采用上述載氣。
在上述方法中，用于改善半導(dǎo)體薄膜的結(jié)晶性的退火處理不再是一個決定整個工藝的溫度最高的步驟，但諸如氫化退火和柵氧化膜退火之類的其它因素成為工藝的最高溫度的決定因素。這容許在寬的材料范圍內(nèi)選擇襯底材料。更具體地講，工藝的最高溫度應(yīng)為700℃或更低，最好為400℃或更低。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的方法可在700℃或更低溫度下實施。因此，現(xiàn)有方法中存在的問題，即，由于熱膨脹、翹曲等原因?qū)е略诖竺娣e襯底上圖形移位，可在本發(fā)明的方法中得以防止產(chǎn)生。例如，本發(fā)明的方法能夠在一個尺寸為300mm×400mm的大面積襯底上制造極高精度的多個TFT。因此可以看到，生產(chǎn)率可通過采用本發(fā)明的方法得以提高。
另外，通常被認(rèn)為由于軟化點太低不適于作為TFT襯底的鈉鈣玻璃，在其經(jīng)過合適的處理之后，可在本發(fā)明的方法中被采納，用于使TFT在其上工作。
根據(jù)本發(fā)明，一種制造半導(dǎo)體器件的方法包括下列步驟在襯底上形成半導(dǎo)體薄膜；在所述半導(dǎo)體薄膜上形成保護(hù)性絕緣膜，所述保護(hù)性絕緣膜是透光的。
用光輻照所述半導(dǎo)體薄膜，以改善其結(jié)晶性；除去所述保護(hù)性絕緣膜，以暴露出所述半導(dǎo)體薄膜的一個表面；采用包含有機(jī)硅烷的原材料，通過化學(xué)汽相淀積，在暴露出的表面上形成氧化硅薄膜；用光至少輻照所述氧化硅薄膜；以及在所述氧化硅薄膜上形成柵極。
輻照半導(dǎo)體薄膜的光為激光脈沖或紅外光。而且對所述半導(dǎo)體薄膜的光輻照持續(xù)5秒鐘至5分鐘，以便按30至300℃/秒的速率使所述半導(dǎo)體薄膜的溫度升至1000至1300℃，接著按30至300℃/秒的速率降低所述半導(dǎo)體薄膜的溫度。至少輻照氧化硅薄膜的光是激光脈沖、紅外光或鹵素光。而且所述光至少對所述氧化硅薄膜的輻照持續(xù)5秒鐘至5分鐘，以便按30至300℃/秒的速率使所述氧化硅膜的溫度升至1000至1300℃，接著按30至300℃/秒的速率降低所述氧化硅薄膜的溫度。
本發(fā)明的第一應(yīng)用例包括一個用于驅(qū)動使用非晶硅(a-Si)TFT的液晶顯示器件(LCD)的有源矩陣(AM)的周邊電路。一般說來，可通過在400℃或更低溫度下在無堿玻璃(如Corning7059)襯底上形成a-SiTFT來制造a-SiTFT-AMLCD。從其高關(guān)斷電阻的觀點看，a-SiTFT最適宜作為開關(guān)元件，不過，如前面所提及的，其工作速度低，且不能由其制造CMOS。因此，通常采用單晶集成電路(IC)形成周邊電路，而且采用TAB(帶自動粘結(jié))方法或類似方法將矩陣的端點連接至IC的端點。然而，這種組裝方法不適用于減小象素的尺寸，并且由此所需的成本占到用于制造整個組件所需全部成本的大部分。
在傳統(tǒng)方法中，在同一襯底上形成帶有矩陣的周邊電路是不可能的。不過，上述麻煩可在本發(fā)明的方法中得以消除，因為具有高遷移率的TFT可在與形成a-SiTFT所需的溫度大致相同的溫度下形成。
根據(jù)本發(fā)明的第二應(yīng)用例，TFT可形成在例如鈉鈣玻璃即一種比無堿玻璃更價廉的材料上。在鈉鈣玻璃襯底上形成TFT時，最好是首先在玻璃襯底的表面上形成包含作為主要組分的氮化硅、氧化鋁等的絕緣涂層，并再形成諸如氧化硅或類似材料的絕緣底涂薄膜之后，形成TFT。按此方法，可防止玻璃中存在的可移動的(諸如鈉的)離子進(jìn)入TFT。另外，通過使用PTFT而不用NTFT，可以較低的失敗率形成用于矩陣的TFT。偶然從襯底進(jìn)入NTFT的可移動離子形成使NTFT導(dǎo)通的溝道，但，可能進(jìn)入PTFT的可移動離子卻不能形成任何溝道。
本發(fā)明的第三應(yīng)用例提供了一種靜態(tài)驅(qū)動簡單矩陣LCD的周邊電路。鐵電液晶(FLC)材料具有記憶效應(yīng)，因此，它可提供高對比度的圖象，即使它被用于簡單矩陣LCD中。不過，這里所用的周邊電路通常是通過以與用于a-SiTFT-AMLCD的方法相同的方法諸如TAB方法連接IC而建立的。類似地，TAB用于連接LCD的周邊電路，這里所述的LCD是根據(jù)膽甾相和向列相之間的相轉(zhuǎn)換以靜態(tài)方式工作的。包括向列液晶和鐵電聚合物的組合的靜態(tài)驅(qū)動LCD在例如JP-A-61-1152(這里引用的縮字“JP-A-”表示未審查的
公開日本專利申請)中已提出過，但周邊電路還是用TAB方法連接。
由于上述LCD是在簡單矩陣中驅(qū)動的，它們可方便地提供大的圖象平面，且采用不貴的襯底并具有高分辨率。高分辨率圖象只能通過壓縮端頭之間的間距來獲得，不過，這可以IC的表面組裝困難化為代價來實現(xiàn)。本發(fā)明的方法能使周邊電路單片地集成在不貴的襯底上，而不必考慮熱的問題。
本發(fā)明的第四應(yīng)用例包括一種所謂的三維IC，它是通過在設(shè)有金屬連接體的半導(dǎo)體IC上形成TFT來制造的。
顯然，還可從本發(fā)明中獲得各種應(yīng)用形式。
下面參照非限制性例子更詳細(xì)地描繪本發(fā)明。不過，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不能被認(rèn)為是局限于這些例子。
例1參照圖1，將根據(jù)本發(fā)明的制造TFT(一種半導(dǎo)體器件)的方法描述如下。首先，在Corning7059襯底101(尺寸為300mm×300mm，其尺寸也可為100mm×100mm)上淀積厚度為100至300nm的氧化硅薄膜102，作為底層氧化物薄膜?？赏ㄟ^在氧氣氛中濺射或采用等離子體CVD法淀積氧化物薄膜，后一種方法包括分解TEOS并淀積生成物，然后在450至650℃的溫度范圍內(nèi)使薄膜退火。
此后，通過等離子體CVD法或LPCVD法淀積非晶硅薄膜103，此薄膜的厚度為30至150nm，最好為50至100nm。接著，用工作于248nm的波長和20ns的脈寬的KrF受激準(zhǔn)分子激光器輻照薄膜，如圖1(A)所示，以改善硅薄膜103的結(jié)晶性。這里使用的激光輻照裝置如圖3(B)所示。可通過快速熱退火(RTA)方法改善薄膜的結(jié)晶性，所述方法包括用象激光束那樣強(qiáng)的光進(jìn)行輻照。對于通過輻照激光束或加熱已結(jié)晶了的硅薄膜進(jìn)一步用上述強(qiáng)光進(jìn)行退火還是有效的。諸如具有1.3μm的峰值波長的鹵素光之類的紅外光對于選擇性地加熱硅膜特別有效，因為硅薄膜比玻璃襯底更能吸收光。
激光輻照是在將樣品加熱至150至400℃的溫度范圍并控制壓強(qiáng)為10mTorr或更低的條件下進(jìn)行的。結(jié)果，得到了具有良好結(jié)晶性的薄膜。所照射的激光束的能量密庶200至400mJ/cm2，最好為250至300mJ/cm2。由此獲得的硅薄膜103的結(jié)晶性用拉曼(Raman)散射光譜儀分析，在515cm-1處觀察到一個較寬的譜峰，此峰不同于應(yīng)處于521cm-1處的單晶硅的譜峰。
將硅層103刻圖形成島形區(qū)，以給出NTFT區(qū)104和PTFT區(qū)105。通過分解TEOS并采用RF等離子體CVD(化學(xué)汽相淀積)法由分解生成物和氧一起淀積氧化硅薄膜在上面形成柵極氧化膜106，同時將襯底溫度控制在200至500℃的范圍內(nèi)，優(yōu)選200至400℃，最好為200至250℃。TEOS(作為一種有機(jī)硅烷)和氧按壓強(qiáng)比1∶1至1∶3供給，同時將壓強(qiáng)控制在0.05至0.5Torr的范圍內(nèi)，將RF功率控制在100至250W的范圍內(nèi)。這一步驟也可采用TEOS和臭氧氣體作為原材料通過低壓CVD或常壓CVD法實現(xiàn)，同時將襯底溫度控制在150至400℃的范圍內(nèi)，最好是200至250℃的范圍內(nèi)。
對所形成的氧化硅薄膜在400至700℃溫度下在含氮氣氛中進(jìn)行熱退火處理。
經(jīng)淀積和熱處理過的氧化物薄膜不能用作柵氧化膜，因為它含有大量的起捕獲中心作用的烴基。由于這個原因，在氧化硅薄膜熱退火處理之后，采用圖3中所示的裝置至少對氧化硅薄膜(柵極氧化膜)進(jìn)行激光束輻照，以減少此氧化物薄膜中的捕獲中心數(shù)量。參照圖3(B)，此裝置包括一個工作室308，此工作室設(shè)有氧氣進(jìn)口310、出口313和石英窗口309，裝有加熱器314的支架311位于工作室中，以便在其上安放樣品312。激光束或強(qiáng)光穿過窗309輻照樣品。強(qiáng)光輻照可減少氧化物薄膜中的捕獲中心數(shù)目，同時，提高氧化硅薄膜的密度并改善半導(dǎo)體和氧化硅薄膜間的界面。
這一步驟按下列方式實現(xiàn)。首先，將工作室抽至足夠高的真空度，將氧、臭氧或氧化氮(即NO2，NO和N2O)輸入工作室中，開始激光束或強(qiáng)光的輻照。輻照是在10Torr或更低的減壓條件下，或大氣壓強(qiáng)的氧化氣氛中進(jìn)行的。通常，采用KrF激光束作為上述激光束。強(qiáng)光一般是非相干的UV(紫外)光。當(dāng)采用激光時，激光以250至300mJ/cm2的能量密度進(jìn)行10次發(fā)射。輻照期間的溫度最好維持在150至400℃的范圍內(nèi)，典型值為300℃。采用IR(紅外)光作為強(qiáng)光，例如波長為1.3μm的鹵素光，進(jìn)行RTO(快速熱氧化)也是有用的。RTO工藝包括用IR光瞬時加熱氧化物薄膜，以降低薄膜中的捕獲中心數(shù)目。所照射的表面被快速加熱至1000至1300℃的溫度范圍內(nèi)，最好是在1000至1200℃的范圍內(nèi)，以改善半導(dǎo)體和柵氧化膜之間的界面的特性。通過退火可使柵氧化膜的界面態(tài)密度降至1011cm-2或更低。另外，在RTO的情況下，輻照柵氧化膜的光至少應(yīng)持續(xù)5秒至5分鐘，以使柵氧化膜的溫度以30至300℃/秒的速率升至1000至1300℃，接著再以30至300℃/秒的速率降低柵氧化膜的溫度。
隨后對形成的氧化硅薄膜進(jìn)行熱退火，退火是在400至700℃溫度下在包含氮或氧的氣氛中進(jìn)行的。
用電子束汽相淀積法淀積200nm至5μm厚的鋁膜，并對此鋁膜進(jìn)行刻圖，從而在柵極氧化膜上得到柵電極107和108，如圖1(C)所示。采用電子束淀積法淀積此鋁膜是為得到具有高反射率的薄膜，因為此薄膜以后要阻擋激光輻照。如此獲得的鋁膜是光滑的，以致于通過光學(xué)顯微鏡觀察不到顆粒。通過電子顯微鏡觀察到的顆粒尺寸為200nm或更小。這些顆粒的尺寸必須控制到小于該方法中所用的激光的波長。
采用柵極作掩模，以自對準(zhǔn)方式，通過離子照射島形硅膜或通過離子摻雜工藝，將雜質(zhì)注入到各個TFT的島形硅膜中。更具體的講，首先采用磷化氫(PH3)氣體作為摻雜氣體按2×1015至8×1015cm-2的劑量注入磷，在用光致抗蝕劑僅僅將島形區(qū)104覆蓋后，采用乙硼烷作為摻雜氣體按4×1015至10×1015cm-2的劑量將硼僅僅摻入島形區(qū)105。在這個方法中，硼以高于磷的劑量摻入薄膜中。
接著，如圖1(D)所示，以柵電極作掩模，用諸如波長為248nm的KrF激光束之類的光按20nm的脈寬輻照所形成的結(jié)構(gòu)，以恢復(fù)被損壞的摻雜區(qū)的結(jié)晶性。為此激光輻照步驟所用的裝置如圖3(B)所示。激光運行于200至400mJ/cm2范圍的能量密度，最好是250至300mJ/cm2的范圍。
在這種情況下，樣品是不加熱的。這樣便得到了N型雜質(zhì)(磷)區(qū)109和110，及P型雜質(zhì)(硼)區(qū)111和112。這些區(qū)域的薄層電阻在200至800Ω/□的范圍內(nèi)。采用TEOS作為原材料，并在使用等離子體CVD法的情況下與氧組合，或在使用低壓CVD或常壓CVD法的情況下與臭氧組合，在上面淀積300nm厚的氧化硅薄膜，作為層間絕緣體113。在此步驟的全過程中，襯底的溫度維持在150至400℃的范圍內(nèi)，最好為200至300℃。
在TFT的源/漏區(qū)中開出接觸孔后，形成鋁連線114-116。圖1(E)示出了一個倒相電路，它包括左側(cè)的一個NTFT和另一側(cè)的一個PTFT。TFT的遷移率對于NTFT而言為50-100cm2/Vs，而對于PTFT而言為30至100cm2/Vs。由于在此例中的最高工藝溫度為400℃或更低，因此在諸如Corning7059之類的無堿玻璃襯底上未產(chǎn)生收縮或翹曲。結(jié)果是，可由上述襯底很好地制造大面積顯示器或驅(qū)動電路，因為如上述大尺寸的襯底上的圖形基本上不產(chǎn)生移位。
例2參照圖2，對根據(jù)本發(fā)明在鈉鈣玻璃襯底上制備TFT以形成AMLCD元件的工藝做以下描述。首先，在由厚度為1.1mm和尺寸為300mm×400mm的鈉鈣玻璃板制成的襯底201的全部表面上淀積氮化硅薄膜202作為阻擋層。由于鈉鈣玻璃富含鈉，因此采用等離子體CVD法淀積作為阻擋層的氮化硅薄膜，薄膜厚度為5至50nm，最好為5至20nm，以防止在TFT中發(fā)生鈉擴(kuò)散。這種通過用氮化硅或氧化鋁薄膜涂覆襯底制成阻擋層的技術(shù)公開于由本申請人申請的日本專利申請NO.平-3-238710和平-3-238714中。
在氧化物(氧化硅)底層203形成后，通過LPCVD或等離子體CVD法淀積厚度為30至150nm最好為30至50nm的硅膜204。在400℃溫度下對此膜進(jìn)行1小時的脫氫處理，然后刻圖形成島形半導(dǎo)體區(qū)作為TFT的有源層。采用TEOS作為原材料通過等離子體CVD法在氧氣氛中淀積柵絕緣膜205，此膜厚度為70至120nm，典型厚度為100nm。襯底溫度維持在400℃或更低，最好在200至350℃范圍內(nèi)，以防止在襯底上發(fā)生收縮或翹曲。不過，所形成的氧化硅薄膜含有大量的烴基和許多捕獲中心。特別是，例如，界面態(tài)密度達(dá)1012cm-2或更高，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了柵絕緣膜所允許的密度。
因此，如圖2(A)所示，用由KrF激光器發(fā)射的激光束或具有相當(dāng)強(qiáng)度的光輻照柵絕緣膜205和島形半導(dǎo)體區(qū)204，以改善島形半導(dǎo)體區(qū)的結(jié)晶性，并通過降低其中的捕獲中心數(shù)目改善柵絕緣膜205的特性。這就是說，此步驟包含了硅膜的結(jié)晶化和柵極氧化膜的改善，這在前述的例1中是在兩個步驟中分別完成的。如果使用了強(qiáng)光，那么用IR光例如波長1.3μm的鹵素光進(jìn)行退火，在此情況下尤其有效。
該步驟中的激光輻照最好是在存在過量氧的條件下在10Torr或更低的減壓下進(jìn)行。減壓是較佳選擇，因為在氧化物薄膜中存在的碳原子可很容易地被放出。氧分壓控制在例如1至10Torr的范圍內(nèi)。激光束按250至300mJ/cm2的能量密度輻照，并發(fā)射10次。溫度最好維持在150至400℃的范圍內(nèi)，典型值為300℃。激光輻照采用圖3(B)所示的裝置進(jìn)行。結(jié)果，硅膜204改善了結(jié)晶性，而柵氧化膜的界面態(tài)密度降低至1011cm-2或更低。
在以與例1中相同的方法形成鋁柵極之后，將整個結(jié)構(gòu)與襯底一起作為陽極浸入電解液中，并施加電流，以便在包含柵電極在內(nèi)的鋁連線的表面上形成厚度為206nm的陽極氧化涂層209。陽極氧化技術(shù)公開于由于本申請人申請的日本專利申請NO.平-4-30220、平-4-38637和平-4-54322中。此步驟后得到的結(jié)構(gòu)如圖2(B)所示。另外，在完成陽極氧化時，可將負(fù)電壓反向加至此結(jié)構(gòu)；例如，可在0.1至5小時的時間內(nèi)施加-100至-200伏范圍的電壓，同時最好將襯底溫度維持在100至250℃的范圍內(nèi)，典型值為150℃。通過采用這個附加步驟，可將氧化硅中的或氧化硅和硅的交界處的移動離子吸引至鋁柵電極。在陽極氧化過程中或其后對柵電極施加負(fù)電壓的技術(shù)公開于由本申請人1992年4月7日申請的日本專利申請NO.平-4-1155-3中。
隨后通過離子摻雜以自對準(zhǔn)方式將作為P型雜質(zhì)的硼注入硅層中，以形成TFT的源/漏區(qū)208和209，并用能量密度為250至300mJ/cm2的KrF激光束輻照，以恢復(fù)由離子摻雜工藝損傷的硅膜的結(jié)晶性。在激光輻照之后，源/漏區(qū)的薄層電阻在300至800Ω/□的范圍內(nèi)。在此步驟中，通過強(qiáng)光最好是IR光輻照退火是有益的。
在用聚酰亞胺形成層間絕緣膜210之后，采用ITO形成象素接觸層211。此后形成接觸孔，以便用鉻/鋁多層膜在TFT的源/漏區(qū)建立接觸212和213，鉻/鋁多層膜包括厚度為20至200nm典型值為100nm的下層鉻膜和厚度為100至2000nm典型值為500nm的上層鋁膜。多層膜最好采用濺射法連續(xù)淀積。由此得到的兩個接觸之一213連至ITO。最后，在氫氣中在200至300℃的溫度下將此結(jié)構(gòu)退火處理2小時，以完成硅的氫化。這樣就得到了一個完成的TFT。將多個同時制備的這種TFT組裝成一個矩陣，以獲得一個AMLCD器件。
例3參照圖1，對根據(jù)本發(fā)明制備另一種TFT的工藝做如下描述。首先，在Corning7059襯底101上淀積100至300nm厚的氧化硅薄膜作為底層氧化膜。此后通過等離子體CVD或通過LPCVD淀積非晶硅薄膜103，此薄膜103厚度為30至150nm，最好為50至100nm。隨后，如圖1(A)所示，用運行于248nm波長和20ns脈寬的KrF受激準(zhǔn)分子激光輻照此薄膜，以改善硅膜103的結(jié)晶性?？赏ㄟ^輻照如激光束一樣強(qiáng)的光將硅膜加熱到1000至1200℃的溫度范圍內(nèi)來改善此膜的結(jié)晶性。
將硅層103刻圖成島形區(qū)，以給出NTFT區(qū)104和PTFT區(qū)105。通過分解TEOS(有機(jī)硅烷)并采用RF等離子體CVD法由分解生成物與氧一起淀積氧化硅薄膜，在上面形成柵氧化膜106。這樣淀積的氧化膜不能用作柵氧化膜，因為它含有大量的起捕獲中心作用的烴基。由于這原因，采用圖3(A)所示的裝置同時輻照激光束和強(qiáng)光，以減少氧化膜中的捕獲中心的數(shù)目。這一步驟還可使氧化膜的致密。強(qiáng)光可以是UV(紫外)光或同時進(jìn)行快速加熱的IR光。參照圖3(A)，該裝置包括一個工作室301，此工作室設(shè)有提供氧氣流的一個氧氣進(jìn)口305、一個出口306、和一個UV燈303；裝有加熱器307的支架302位于工作室中以使樣品304裝放于其上。用波長為300nm或更短的UV(紫外)光至少輻照柵氧化膜，以實現(xiàn)退火。在此裝置中采用一個40WUV燈能發(fā)射峰值波長大約為250nm的光譜的光。
在工作室中，氧、臭氧或氧化氮(例如NO2、NO和N2O)的氣流正對樣品吹入。不必設(shè)將工作室抽至真空的特定步驟。因此，可在大氣壓強(qiáng)下實現(xiàn)UV光照射。UV光使氧化性氣體經(jīng)歷光化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生活性氧或臭氧。這些活性物質(zhì)隨后與氧化硅薄膜中的碳、烴等反應(yīng)，從而將薄膜中的碳原子濃度降低到足夠低的水平。在反應(yīng)過程中，樣品溫度最好保持在150至400℃的范圍內(nèi)，典型值為300℃。結(jié)果，界面態(tài)密度降低至1011cm-2或更低。
圖3(C)所示的裝置可用于替代圖3(A)所示的裝置。參照圖3(C)，此裝置包括一個工作室315，此工作室具有一個氧化進(jìn)口320、一個出口321和一個UV燈317；支架318位于工作室中用于在其上安放樣品319。在此裝置中，諸如氧、臭氧和氧化氮之類的氧化性氣體是在工作室抽至足夠高的真空度后被引入工作室的。
采用電子束汽相淀積法淀積200nm至5μm厚的鋁膜，并將其刻圖，以在柵氧化膜上得到柵電極107和108，如圖1(C)所示。以柵極作為掩模，通過按自對準(zhǔn)方式進(jìn)行離子摻雜工藝，將雜質(zhì)注入到各TFT的島形硅膜中。如圖1(D)所示，用波長248nm的KrF激光以20nm的脈寬輻照所形成的結(jié)構(gòu)；以恢復(fù)損傷的摻雜區(qū)的結(jié)晶性。這樣便獲得了N型雜質(zhì)(磷)區(qū)109和110，以及P型雜質(zhì)(硼)區(qū)111和112。這些區(qū)的薄層電阻在200至800Ω/□的范圍內(nèi)。采用TFOS作為原材料在上面淀積300nm的氧化硅薄膜。
在TFT的源/漏區(qū)形成接觸孔之后，形成鋁連線114和116。圖1(E)示出了一個倒相電路，它包括在左側(cè)的一個NTFT和另一側(cè)的一個PTFT。TFT的遷移率對于NTFT為50至100cm2/Vs，對于PTFT為30至100cm2/Vs。這樣便得到了一個五位移位寄存器，并且證實，在20伏的漏極電壓下，可以工作在10MHz或更高頻率。
例4參照圖7，對根據(jù)本發(fā)明制造TFT的方法做如下描述。首先，在corning7059襯底101(尺寸為300mm×300mm，它的尺寸也可以是100mm×100mm)上淀積100至300nm厚的氧化硅薄膜102作為底層氧化膜。此氧化膜是通過在氧氣氛中用濺射法或采用等離子體CVD法淀積的，后者包括分解TEOS并淀積生成物，接著在450至650℃的溫度范圍內(nèi)對此膜進(jìn)行退火處理。
此后通過等離子體CVD法或通過LPCVD法淀積非晶硅薄膜103，此薄膜厚度為30至150nm，最好為50至100nm。隨后如圖7(A)所示，用運行于248nm波長和20ns脈寬的KrF受激準(zhǔn)分子激光輻照此薄膜，以改善硅膜103的結(jié)晶性。這里采用圖3(B)所示的激光照射裝置。還可通過包括輻照象激光束那樣強(qiáng)的光的快速加熱退火(RTA)方法改善此薄膜的結(jié)晶性。對已通過激射激光束或通過加熱而結(jié)晶了的硅膜進(jìn)一步采用上述強(qiáng)光進(jìn)行退火處理也是有效的。諸如峰值波長為1.3μm鹵素光之類的IR光對選擇性地加熱硅膜特別有效，因為與玻璃襯底相比，硅膜更能吸收光。
激光輻照是在將樣品加熱至150至400℃的溫度范圍內(nèi)并將氣壓控制在10mTorr或更低的條件下進(jìn)行的。結(jié)果，得到了具有良好結(jié)晶性的薄膜。激光以200至400mJ/cm2最好為250至300mJ/cm2的能量密度輻照。用拉曼散射光譜儀分析如此獲得的硅膜103的結(jié)晶性，在515cm-1處觀察到一個較寬的譜峰，此譜峰與應(yīng)處于521cm-1處的單晶硅的譜峰不同。
將硅層103刻圖成島形區(qū)，從而給出NTFT區(qū)104和PTFT區(qū)105。在氧化氣體中在500至700℃的溫度范圍內(nèi)使島形NTFT區(qū)104和PTFT區(qū)105的表面部分氧化，而形成20至200厚的第一氧化硅層120。氧化氣體可以是例如99.9％或更高純度的干氧。通過分解TEOS(有機(jī)硅烷)并采用RF等離子體CVD(化學(xué)汽相淀積)法由分解產(chǎn)物與氧一起在第一氧化硅層上淀積作為第二氧化硅層的柵氧化膜106，同時將襯底溫度控制在200至500℃，優(yōu)選200至400℃，最好為200至250℃。TEOS和氧按1∶1至1∶3的壓強(qiáng)比提供，同時將壓強(qiáng)控制在0.05至0.5Torr，將RF率控制在100至250W。這一步驟還可采用TEOS和臭氧作為原材料通過低壓CVD或常壓CVD法實現(xiàn)，同時將襯底溫度控制在150至400℃，最好在200至250℃。
在400至700℃在氮氣氛中對形成的氧化硅膜進(jìn)行熱退火處理。
這樣淀積和退火后的氧化膜不能用作柵氧化膜，因為它含有大量的起捕獲中心作用的烴基。由于這個原因，采用圖3(B)所示的裝置，用激光束至少對第一和第二氧化硅層進(jìn)行輻照，以降低氧化膜中的捕獲中心的數(shù)量。光線可至少對第一和第二氧化硅層輻照5秒鐘至5分鐘，以便以30至300℃/秒的速率使所述的第一和第二氧化硅層的溫度升至1000至1300℃，隨后以30至300℃/秒的速率降低第一和第二氧化硅層的溫度。參照圖3(B)，該裝置包括一個工作室308，此工作室具有一個氧氣進(jìn)口310、一個出口313和一個石英窗口309；一個裝有加熱器314的支架311位于工作室中，以便其上裝放樣品312。激光束或強(qiáng)光通過窗309照射至樣品上。強(qiáng)光的照射使氧化膜中的捕獲中心的數(shù)量減少，而且同時使氧化硅膜密度提高，并改善了半導(dǎo)體與氧化硅膜之間的界面。
這一步驟以如下方式進(jìn)行。首先，將工作室抽至足夠高的真空度，并將氧氣、臭氧或氧化氮(如NO2、NO和N2O)引到入工作室中，以便開始激光束或強(qiáng)光的輻照。輻照是在10Torr或更低的減壓下，或者在大氣壓強(qiáng)的氧化氣氛中進(jìn)行的。通常，用KrF激光束作為上述激光束。強(qiáng)光一般是非相干UV光。當(dāng)采用激光時，激光應(yīng)以250至300mJ/cm2的能量密度發(fā)射10次。在輻照期間溫度最好維持在150至400℃的范圍內(nèi)，典型值為300℃。采用IR光作為強(qiáng)光，例如，波長為1.3μm的鹵素光，進(jìn)行RTO(快速熱氧化)處理也是有益的。RTO工藝包括采用IR光對氧化膜進(jìn)行瞬時加熱，以減少膜中的捕獲中心的數(shù)量。被輻照的表面被快速加熱到1000至1200℃的溫度范圍，以改善半導(dǎo)體和柵氧化膜之間的界面的特性。通過退火可使柵氧化膜的界面態(tài)密度降至1011cm-2或更低。
隨后在400至700℃溫度下在氮或氧氣氛中對形成的氧化硅膜進(jìn)行熱退火處理。
用電子束汽相淀積法淀積厚度為200nm至5μm的鋁膜，再經(jīng)刻圖處理，獲得圖7(C)所示的柵電極107和108。由電子束淀積法來淀積鋁膜是為獲得具有高反射率的薄膜，因為此薄膜以后要阻擋激光輻照。這樣得到的鋁膜是光滑的，以致于通過光學(xué)顯微鏡觀察不到顆粒。通過電子顯微鏡觀察，顆粒尺寸為200nm或更小。必須將這些顆粒的尺寸控制到小于本方法中所用激光的波長。
采用柵電極作為掩模，以自對準(zhǔn)方式通過離子摻雜工藝，將雜質(zhì)注入到每一TFT的島形硅膜中。更具體地講，首先采用磷化氫(PH3)氣體作為摻雜氣體按2×1015至8×1015cm-2的劑量注入磷，并在用光致抗蝕劑僅僅覆蓋島形區(qū)104后，采用乙硼烷(B2H6)作為摻雜氣體按4×1015至10×1015cm-2的劑量將硼僅僅注入島形區(qū)105。在這個方法中，硼以高于磷的劑量摻入薄膜中。
如圖7(D)所示，用波長為248nm的KrF激光束按20nm的脈寬照射所得到的結(jié)構(gòu)，以恢復(fù)被損傷的摻雜區(qū)的結(jié)晶性。用于此激光輻照步驟的裝置如圖3(B)所示。激光運行于200至400mJ/cm2的范圍內(nèi)，最好在250至300mJ/cm2范圍內(nèi)，在這種情況下樣品是不加熱的。這樣就獲得了N型雜質(zhì)(磷)區(qū)109和110，以及P型雜質(zhì)(硼)區(qū)111和112。這些區(qū)的薄層電阻在200至800Ω/□的范圍內(nèi)。采用作為原材料的TEOS在用等離子體CVD法的情況下與氧組合，或者在用低壓CVD或常壓CVD法的情況下與臭氧組合淀積300nm厚的氧化硅膜作為層間絕緣膜113。在此步驟的全過程中，襯底的溫度維持在150至400℃，最好是200至300℃。
在TFT源/漏區(qū)形成接觸孔之后，形成鋁連線114至116。圖7(E)示出一個倒相電路，它包括左側(cè)的NTFT和另一側(cè)的PTFT。TFT的遷移率對于NTFT為50至100cm2/Vs，而對于PTFT為30至100cm2/Vs。由于本例中的最高工藝溫度為400℃或更低，因此在諸如Corning7059襯底之類的無堿玻璃襯底上未產(chǎn)生收縮或翹曲。結(jié)果是，可由上述襯底很好地制造大面積顯示器或驅(qū)動電路，因為如上述的大尺寸的襯底上的圖形基本上不產(chǎn)生移位。
例5下面對在AMLCD器件的象素電極部分上制備NTFT(絕緣柵場效應(yīng)晶體管)的一個例子進(jìn)行描述。當(dāng)然，對于各種改進(jìn)而言，基本結(jié)構(gòu)是相同的，所述改進(jìn)諸如代替NTFT而形成的PTFT，以及為液晶顯示器件的周邊電路形成的TFT。另外，與本例中的結(jié)構(gòu)相似的結(jié)構(gòu)可用作圖象傳感器或其它類型IC的TFT的基本結(jié)構(gòu)。
參照圖4和5，對本例的制造工藝給予描述。參照圖4，通過濺射法在玻璃襯底11上淀積2000厚的氧化硅膜(圖中未示出)作為基底涂層。按公知技術(shù)，通過等離子體CVD法在上面淀積1000厚的非晶硅膜12。然后采用500厚的氧化硅形成一個掩模401，此掩模設(shè)有一個能露出下面非晶硅薄膜的部位14。
接著，通過濺射法淀積20厚的硅化鎳膜。此薄膜與組成元素鎳結(jié)合加速下面的非晶硅薄膜12的結(jié)晶。此膜的厚度通常為5至200。在這種情況下，鎳用于加快非晶硅薄膜的結(jié)晶，但屬于周期表的VIII族的任一元素均可用來替代鎳，比如，鐵(Fe)、鈷(Co)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、鋨(Os)、銥(Ir)和鉑(Pt)。屬于周期表的IIId族的那些元素也是可用的，并且特別應(yīng)提出的是鈧(Sc)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、銅(Cu)和鋅(Zn)。金(Au)和銀(Ag)也是本發(fā)明中有用的元素。其中特別優(yōu)選Ni、Pd、Cu和Au。這些元素可借助任一種手段摻入薄膜中，比如，通過采用濺射法、包括用等離子濺射的等離子體處理法、CVD法和汽相淀積法，在非晶硅薄膜的上表面或下表面上淀積薄膜，以及通過離子注入直接將這些元素引入非晶硅薄膜中。
此后除去作為掩模的氧化硅膜401，以便將硅化鎳膜選擇性地留在非晶硅薄膜12的表面部位14上。隨后，通過照射例如1.3μm波長的IR光瞬間加熱非晶硅薄膜的所選表面部位，使非晶硅薄膜的表面部位14中的鎳合金化。按此方式可形成硅化鎳部位。該步驟對有效地結(jié)晶是有益的，因為它使鎳在后面的退火結(jié)晶步驟中容易擴(kuò)散。
此后在550℃溫度下在惰性氣體氣氛中進(jìn)行4小時的退火處理。熱處理使非晶硅薄膜12結(jié)晶。在此步驟中，結(jié)晶沿平行于襯底的方向發(fā)生，如圖中的箭頭10所示，從而得到針狀或柱狀晶體。晶體生長超過40μm或更長的距離。結(jié)晶工藝不必總是按上述方式進(jìn)行，也可用激光束輻照，或者根據(jù)公知技術(shù)在600℃溫度下進(jìn)行24小時或更長時間的熱退火處理。另外，薄膜也可保持非晶態(tài)(參考圖4(B))。
隨后，通過部件隔離建立有源層。這里有源層是指其中將要形成源/漏區(qū)和溝道形成區(qū)的區(qū)域。最好通過蝕刻除去以硅化鎳形成引入了鎳的含鎳區(qū)14，因為這些部分含有過高濃度的鎳。所留下的平行于襯底生長的中間部分可很好地用作有源層。
緊接上述步驟，形成1500厚的氧化硅薄膜13作為柵絕緣膜。最好將氯原子加至這層氧化硅薄膜中，因為此后該薄膜會對雜質(zhì)離子產(chǎn)生吸雜作用。
參照圖4(C)，將氮離子注入到氧化硅薄膜13中。在此步驟中，在氧化硅薄膜的表面上形成了氮氧化硅(siticon exynitride)表面。不過，應(yīng)避免氮離子通過氧化硅薄膜13進(jìn)入有效層。此步驟的關(guān)鍵是只在氧化硅薄膜13的附近產(chǎn)生氮化作用。
氮氧化物膜13具有4至6的介電常數(shù)，這是由于上述步驟中的氮離子注入造成的。4至6的介電常數(shù)高于氧化硅薄膜的3.8至4.0的介電常數(shù)。另外，薄膜本身可致密化。結(jié)果，諸如在柵絕緣膜中的雜質(zhì)離子(鈉離子)輸運、針孔引起的泄漏、和耐壓等問題得以解決。另外，可建立較厚的柵絕緣膜，因為其介電常數(shù)高于氧化硅薄膜的介電常數(shù)。這種優(yōu)點對解決漏電流和針孔問題是有利的。
在將氮離子注入到氧化硅柵絕緣膜13之后，最好再通過向氧化硅柵絕緣膜13照射紅外線進(jìn)行光退火處理。使用波長大致為1至2μm的近紅外光尤其有益，因為這樣可消除硅膜12中的缺陷和懸空鍵，而不用加熱玻璃襯底，同時還可以降低柵絕緣膜13和硅膜12之間的界面態(tài)密度。這些優(yōu)點極大地促進(jìn)了TFT特性的改善。
通過對柵絕緣膜13上的已形成的6000厚的鋁膜進(jìn)行刻圖處理，形成柵極接觸15。通過陽極氧化法，使柵極接觸15的表面氧化，從而在柵極接觸15的表面上形成氧化層151。這個氧化層151在后面的離子注入步驟中用于形成偏移柵極結(jié)構(gòu)，其厚度則確定偏移柵極長度。因此，在本例中形成厚度為2000的氧化層。結(jié)果得到了圖4(D)所示的結(jié)構(gòu)。
在本例中，柵極接觸可采用公知材料形成于硅上。
參照圖5(A)，在通過離子注入法摻入磷(P)之后，以自對準(zhǔn)方式形成源/漏區(qū)16和18，以及溝道形成區(qū)17。接著，用激光束或IR光輻照使源/漏區(qū)退火。
在上面形成一層聚酰亞胺膜層間絕緣膜19，并形成ITO電極20作為象素電極。在開孔步驟后，形成源/漏電極21和22。接觸體22中的一個連接至象素電極20。這樣便得到了一個帶象素電極的完整的NTFT，如圖5(B)所示。
如此獲得的TFT包括晶體硅薄膜，此薄膜由沿平行于襯底的方向生長的硅晶體組成。因此，由于載流子沿單取向單晶的晶界移動，此TFT具有高遷移率。
例6本例如描述的是一個由PTFT和NTFT按互補方式組成的電路結(jié)構(gòu)。本例的結(jié)構(gòu)可用于圖象傳感器的IC，以及液晶顯示器件的象素和周邊電路。
參照圖6，對本例的制造工藝進(jìn)行描述。通過濺射法在玻璃襯底11上形成2000厚的氧化硅膜(圖中未示出)作為底涂層。爾后，通過等離子體CVD法在上面淀積非晶硅薄膜12，并加熱至600℃退火處理24小時。
在上述加熱結(jié)晶步驟之后，采用IR光對所形成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火處理是極其有益的。IR光的輻照不僅消除了硅膜中的缺陷和懸空鍵，也改善了硅的結(jié)晶性并因此提高了膜的致密度。使用波長約為1至2μm的近紅外光尤其有益，因為此范圍的光可由硅膜選擇性地吸收，但不為玻璃襯底吸收。因此，硅膜可被加熱至約800℃而不明顯加熱襯底。
然后，通過部件隔離建立兩個島形有源層。這兩個有源層以后將變?yōu)镻TFT和NTFT。此后通過濺射法淀積厚度為1500的氧化硅薄膜13作為柵絕緣膜。按照與例5中相同的方式，進(jìn)行離子注入，將氮離子摻入氧化硅薄膜，以便獲得作為柵絕緣膜的氮氧化硅薄膜13。所得到的結(jié)構(gòu)如圖6(B)所示。
通過對形成于柵絕緣膜13上的6000厚的鋁膜進(jìn)行刻圖處理形成柵極接觸31和33。通過陽極氧化。使柵極接觸31和33的表面氧化，從而在柵極接觸的表面上形成氧化層32和34。另外，在用抗蝕劑掩蔽后，按順序分別將磷離子和硼離子注入相應(yīng)的層區(qū)。按此方法，可獲得P型部位35和37以及N型部位38和40。這樣就以自對準(zhǔn)方式一起得到了用于PTFT的源/漏區(qū)35和37與用于PTFT的溝道形成區(qū)36，以及用于NTFT的源/漏區(qū)38和40與用于NTFT的溝道形成區(qū)39。此后用激光束或IR光輻照使源/漏區(qū)退火。結(jié)果得到了圖6(C)所示的結(jié)構(gòu)。
在開孔步驟之后，形成聚酰亞胺或氧化硅薄膜作為層間絕緣膜41，再形成電極42、43和44。這樣就實現(xiàn)了一個包括PTFT和NTFT的完整結(jié)構(gòu)，PTT和NTFT的輸出連至電極43。所得到的結(jié)構(gòu)如圖6(D)所示。
正如前面所述，本發(fā)明通過低溫工藝并以高產(chǎn)額方式提供了一種TFT。特別是，當(dāng)TFT形成于大面積襯底上以用于有源矩陣和驅(qū)動電路中時，本發(fā)明對工業(yè)做出了很大貢獻(xiàn)。盡管在例子中未特別說明，但本發(fā)明可用于通過在單晶IC和其它類IC上疊置半導(dǎo)體IC來制造所謂的三維IC。另外，雖然上述例子主要涉及各種LCD，但限明顯，本發(fā)明可用于在絕緣襯底上直接形成的電路，比如圖象傳感器。再者，用氮氧化硅薄膜作為柵絕緣膜帶來以下好處。
可獲得致密的柵絕緣膜，這使柵絕緣膜內(nèi)的固定電荷、靜態(tài)擊穿和針孔等問題得以解決；并且，可形成厚的柵絕緣膜。
雖然本發(fā)明已參考特定實施例得以詳細(xì)描述，但很明顯，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的條件下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可做出各種變換和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括下列步驟形成含硅的晶化半導(dǎo)體膜；在所述晶化半導(dǎo)體薄膜上形成含氧化硅的柵極絕緣膜；僅僅氮化所述柵極絕緣膜的表面的鄰近區(qū)域；在所述柵極絕緣膜上形成一個柵電極。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該氮化步驟是通過用激光器在含氮氣氛中輻射該柵極絕緣膜的表面來實施的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述柵極絕緣膜是使用有機(jī)硅烷通過等離子體化學(xué)汽相沉積來形成的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述晶化半導(dǎo)體薄膜是借助于金屬而結(jié)晶化的。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述金屬選自由Fe、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt組成的金屬群。
6.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述金屬選自由Sc、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Au和Ag組成的金屬群。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體薄膜包括沿溝道形成區(qū)的一個載流子流動方向延伸的晶體。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括以下步驟將晶化的半導(dǎo)體膜圖案化，使其形成至少一個半導(dǎo)體島；在所述半導(dǎo)體島中注入雜質(zhì)以形成源和漏區(qū)。
9.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括下列步驟形成含硅的半導(dǎo)體膜；用一個激光器照射所述半導(dǎo)體膜在所述晶化半導(dǎo)體薄膜上形成含氧化硅的柵極絕緣膜；僅僅氮化所述柵極絕緣膜的表面的鄰近區(qū)域；在所述柵極絕緣膜上形成一個柵電極。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該氮化步驟是通過用激光器在含氮氣氛中輻射該柵極絕緣膜的表面來實施的。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述柵極絕緣膜是使用有機(jī)硅烷通過等離子體化學(xué)汽相沉積來形成的。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述晶化半導(dǎo)體薄膜是借助于金屬而結(jié)晶化的。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述金屬選自由Fe、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt組成的金屬群。
14.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述金屬選自由Sc、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Au和Ag組成的金屬群。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體薄膜包括沿溝道形成區(qū)的一個載流子流動方向延伸的晶體。
16.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，還包括以下步驟將晶化的半導(dǎo)體膜圖案化，使其形成至少一個半導(dǎo)體島；在所述半導(dǎo)體島中注入雜質(zhì)以形成源和漏區(qū)。
17.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述激光器選自包括KrF，ArF，XeCl和XeF激光器的組中。
18.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括下列步驟形成含硅的半導(dǎo)體膜；用強(qiáng)光照射所述半導(dǎo)體膜在所述晶化半導(dǎo)體薄膜上形成含氧化硅的柵極絕緣膜；僅僅氮化所述柵極絕緣膜的表面的鄰近區(qū)域；在所述柵極絕緣膜上形成一個柵電極。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，該氮化步驟是通過用激光器在含氮氣氛中輻射該柵極絕緣膜的表面來實施的。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述柵極絕緣膜是使用有機(jī)硅烷通過等離子體化學(xué)汽相沉積來形成的。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述晶化半導(dǎo)體薄膜是借助于金屬而結(jié)晶化的。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述金屬選自由Fe、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt組成的金屬群。
23.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述金屬選自由Sc、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Au和Ag組成的金屬群。
24.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體薄膜包括沿溝道形成區(qū)的一個載流子流動方向延伸的晶體。
25.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件，還包括以下步驟將晶化的半導(dǎo)體膜圖案化，使其形成至少一個半導(dǎo)體島；在所述半導(dǎo)體島中注入雜質(zhì)以形成源和漏區(qū)。
26.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所述強(qiáng)光是UV光。
27.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所述強(qiáng)光是IR光。
全文摘要
一種高產(chǎn)率制造高性能的可靠的半導(dǎo)體器件的低溫方法，包括以TEOS作為原材料，在氧、臭氧或氧化氮氣氛中，在設(shè)于絕緣襯底上的半導(dǎo)體涂層上，通過化學(xué)汽相淀積形成氧化硅薄膜作為柵絕緣膜；并用脈沖激光束或強(qiáng)光輻照，以除去諸如碳或烴基團(tuán)，從而消除氧化硅薄膜中的捕獲中心。另一種方法包括將氮離子注入氧化硅薄膜中然后用紅外光使薄膜退火，從而獲得作為柵絕緣膜的氮氧化硅膜，此膜結(jié)構(gòu)致密、介電常數(shù)高和耐壓得到改善。
文檔編號H01L21/336GK1549316SQ20041004567
公開日2004年11月24日 申請日期1993年8月27日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月27日
發(fā)明者山崎舜平, 張宏勇 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所