[发明专利]制造半导体器件的方法

说明书

本发明涉及具有结晶态半导体的半导体器件的制造方法。本发明进一步涉及使用半导体器件的诸如有源矩阵液晶器件的电-光器件。

薄膜晶体管(以下简称为“TFT”)是公知的并被广泛应用于各种型式的集成电路中或电-光器件中，特别是被用作为有源矩阵(可编址的)液晶显示器件的各象素所设的开关元件以及用于外围电路的驱动元件。

非晶硅膜极易用作为用于TFT的薄膜半导体。然而，非晶硅膜的电特性很差。使用属于结晶态硅的多晶硅(多晶体的硅)薄膜可以解决此问题。结晶体硅所指是，例如，多晶硅，多晶体的硅，及微晶硅结晶态硅膜的制备可以首先形成非晶硅膜，然后将形成的膜热处理使其晶化。

为使菲晶硅膜结晶化的热处理要求将膜在温度600℃或以上加热10小时或更长时间。这样的热处理对玻璃衬底是有害的。例如，通常被用作有源矩阵液晶显示器件的衬底的Corning 7059玻璃的玻璃变形点为593℃，因此不适合用作要受到在600℃或更高的温度下加热的大面积衬底。

限据本发明人的研究，发现非晶硅膜的结晶化可以通过在550C下加热此膜4小时来实现。这可通过把微量的镍或钯，或其他元素如铅，布置到非晶硅膜表面上来实现。

上面的元素(以下称之为“能加速非晶硅膜晶化的催化元素”或简称之为“催化元素”)可以用等离子处理或汽相淀积来淀积元素，或者用离子注入来渗入元素的办法被导入非晶硅膜的表面中去。等离子处理更详细地包括了用以下办法将催化元素加入非晶硅膜中：在平行板式或正柱式等离子CVD装置中使用含有催化元素的电极在诸如气态氢或氮的气氛里产生等离子体。

然而，在半导体中存在大量的催化元素并不可取，因为使用这种半导体大大损害了半导体使用于其中的器件的可靠性及电气稳定性。

这就是，催化元素对非晶硅膜的晶化是必需的，但最好是不混入结晶硅中。这互相抵触的要求可通过选择一种对结晶硅是无作用的元素作为催化元素，以及通过掺入对膜的结晶来说尽可能小的量的催化元素来满足。因此，被掺入膜中的催化元素的量必需高度精确地被控制。

使用镍或类似元素的晶化方法被详细研究了。结果获得以下发现：

(1)在用等离子处理将镍掺入菲晶硅膜的情况里，发现镍在膜受到热处理之前就进入非晶硅膜达到相当大的深度；

(2)最初的晶核形成从镍被掺入的表面发生；

(3)当镍层是被淀积到非晶硅膜时，非晶硅膜的晶化发生方式与实行等离子处理情况时相同。

有鉴于上述，可假设并非所有由等离子处理导入的镍都起了促进硅的晶化作用。这就是说，假如导入大量的镍，就存在不起有效作用的过量的镍。因此原因，发明人考虑，正是镍和硅接触的点或面起了促进硅在低的温度下晶化的作用。进而，假设镍必以原子形态被散布在硅中。即，假设镍需要以原子形态被散布在菲晶硅膜表面附近，且镍的浓度应尽可能小但在足以能促进低温晶化的范围内。

微量的镍，即能加速非晶硅晶化的催化元素，能被用，例如，汽相淀积法掺入非晶硅膜表面附近。然而，汽相淀积对于膜的可控性是不利的，因此不适合于精确控制被掺入非晶硅膜的催化元素的量。

鉴于上述情况，本发明目的在于使用催化元素，精确控制其被导入的量，通过在相对低的温度下热处理的方法以高生产率制造结晶硅半导体的薄膜。

按照本发明的一个方面，上述目的可以这样被达到：提供具有用来促进其晶化的催化元素的非晶硅膜或者提供包含催化元素的化合物并与非晶硅膜接触，对具有所述催化元素的非晶硅或者非晶硅接触的所述化合物进行热处理，从而，硅膜被晶化了。

更详细地，为了将催化元素导入非晶硅膜，提供含有催化元素的溶液与非晶硅膜接触。

本发明的另-个特点是将从由Ni，Pd，Pt，Cu，Ag，Au，In，Sn，P，As和Sb组成的组中选出的材料以微置加入硅半导体膜中，方法是将含有所述材料的溶液与硅膜接触，然后在阳对低的温度下加热来使硅半导体膜晶化。

利用具有如此形成的结晶性的硅膜，可以构成有源区，其中至少包含诸如PN，PI或NI结的一个电结。半导体器件的例子有薄膜晶体管(TFT)，二极管，光传感器等。

本发明的上述目的和特点将参阅附图详细地予以说明：

图1A到1D是按照本发明为形成结晶硅膜的截面图；

图2A和2B是表示按照本发明的结晶硅膜的形式的截面图；

图3是表示晶体横向生长长度与溶液中镍浓度的关系曲线；

图4是表示SIMS数据与直接加入镍的硅区中的镍的关系曲线；

图5是表示SIMS数据与硅区中镍的关系曲线，在那里晶体从镍直接加入的区域沿横向生长；