一种掺杂半导体的方法，其特征在于，其包括在衬底上形成半导体层，允许衬底表面以受控的量吸收掺杂剂离子，并且活化半导体层中所吸收的掺杂剂离子，其中，通过利用一种比如在等离子体照射过程中引入氢气这样的措施，来对掺杂剂的吸收量进行控制，并且比如利用准分子激光来活化所吸收的掺杂剂离子。即使使用了具有低耐热性的衬底，该方法也允许以良好的可控性形成杂质以低浓度扩散的区域。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于掺杂半导体层的方法，一种用于制造薄膜半导体器件的方法，一种用于控制半导体层的电阻的方法，以及一种薄膜半导体器件，尤其是，涉及一种通过准分子激光退火的采用晶化半导体层的掺杂方法，一种用于制造诸如薄膜晶体管这样的薄膜半导体器件的方法，以及一种薄膜半导体器件，其中，由诸如多晶硅制成的半导体层被用作沟道。
技术介绍
随着高度信息化时代的发展，输入/输出设备的重要性快速增大，并且要求这些器件囊括先进并且成熟的技术特征。此外，个人数字助理机(personal digital assistant machine)的普及在近些年尤为明显，因此，在塑料衬底上制取TFT的技术是所希望的，与玻璃衬底相比，塑料衬底具有更为优越的重量轻、易弯曲以及不易受损特点。在这种情形下，积极地开展了对使用了薄膜晶体管(TFT)和接触式图像传感器(CIS)的有源矩阵液晶显示装置(AM-LCD)等的研究和发展。其中由硅制成的半导体薄膜被用作沟道的薄膜晶体管，通过为了形成载流子输运层(有源层)所使用的材料进行分类，即由非晶硅(a-Si)制成的半导体薄膜和由具有结晶相的多晶体硅制成的半导体薄膜。主要是多晶硅(poly-Si)或者微晶硅(μc-Si)被称作多晶体硅。由诸如多晶硅(poly-Si)或微晶硅(μc-Si)这样的多晶体硅制成的半导体，其特征在于载流子迁移率大约是由非晶硅制成的半导体的10至100倍，并且作为开关器件的组成材料具有非常优越的特性。此外，利用多晶体硅作为有源层的薄膜晶体管允许高速运行，因此作为构成各种逻辑电路(比如，多米诺逻辑电路，CMOS(互补型金属氧化物半导体)传输门电路)、利用了这些电路的多路复用器、EPROM(可擦可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦可编程只读存储器)、CCD(电荷耦合器)、RAM(随机存取存储器)、诸如液晶显示器和电致发光显示器这样的显示器中的驱动电路等中的开关器件，近些年获得了很多关注。还有，近些年，有源矩阵液晶显示器采用薄膜晶体管(TFT)作为开关器件和外围驱动电路尤为明显，薄膜晶体管(TFT)利用了所述多晶硅作为沟道半导体薄膜。这是因为，利用能够在低温下形成于便宜的非晶玻璃衬底上的多晶硅半导体薄膜构造薄膜晶体管阵列可以允许获得反射型平板显示器或者宽的、高精细的、高清晰且廉价的平板显示器(比如平面电视机)。另一方面，当将开关元件中的多晶硅TFT用于液晶显示器等中进行像素选取时，截止电流高，并且显示质量差，这是一个问题。在使用单晶硅的传统MOS晶体管中，当在栅极上施加一个栅极反向偏压时，漏电流不会增大，因为沟道变成了与源极或者漏极相反的极性，形成一个耗尽层，并且显示出足够的耐压和整流性能。但是，对于多晶硅TFT，会产生一个问题，即，由于电流流过组成半导体薄膜的晶体颗粒的晶界，或者流过这些颗粒本身的缺陷，所以会出现很高的漏电流。还有，当MOS晶体管不在高的栅极反向偏压下使用时，漏电流不会成为一个问题。但是，比如在用于有源矩阵液晶显示器的多晶硅TFT中，由于其在约10V或者更高的反向偏压下使用，所以漏电流会是一个大问题。对于使用了多晶硅的，用于液晶显示器的像素选取的薄膜晶体管来说，这个问题尤其重要。为了减小漏电流，有效的方法是降低漏极边缘中的电场，并且已经知道LDD(轻度掺杂漏极)结构是有效的(General Conference of The Instituteof Electronics and Communication Engineers，2-20，pp.271，1978)。这种结构在漏极区域的边缘中形成了这样一个区域，该区域在诸如1×1014/cm2或者更小的低剂量下活化杂质，以降低漏极区域边缘中的电场。迄今为止，具有LDD结构的薄膜晶体管比如通过下述工艺制成。首先，在一块玻璃衬底上形成一个含氢的非晶硅(a-Si∶H)薄膜，并且通过灯辐照退火(lamp anneal)来进行脱氢处理。接着，通过利用激光照射使得非晶硅薄膜发生结晶来形成一个多晶硅半导体薄膜。接下来，形成一个栅极绝缘膜和一个栅极电极，并且通过利用该栅极电极作为掩模来进行杂质离子的重度掺杂(heavy doping)，在这种情况下，栅极电极已经图案化，以覆盖沟道区域和LDD区域。接着，栅极电极再次图案化，以仅覆盖沟道区域。下一步，通过利用经过再次构图的栅极电极作为掩模来进行杂质离子的轻度掺杂(light doping)。从而，形成具有LDD结构的源极和漏极区域。这种工艺已经在日本待审查专利申请No.2000-228526中予以公开。当利用这种方法制取具有LDD结构的薄膜晶体管时，存在的问题是，由于在对栅极电极构图的过程中掩模发生偏移以及类似因素，沟道区域两侧的LDD长度(LDD区域在沟道区域与接触区之间的厚度)存在差异或者发生变化。这导致另外一个问题，即薄膜晶体管的性能发生变化并且薄膜晶体管的生产率降低。此外，为了确保掩模对齐边缘(a mask alignmentmargin)，LDD的长度无法被设定到2微米左右或者更小。为此，LDD区域的电阻变高，并且载流子迁移率降低，这也是一个问题。因此，重要的是研发出自对准工艺，其中在诸如1×1014/cm2或者更小的低剂量下LDD长度的可控性也是足够的。此外，至于多晶硅TFT，在制造工艺中最高的工艺温度达到1000℃左右。因此，具有优越耐热性的氧化硅玻璃等被用作制造多晶硅TFT的绝缘衬底。也就是说，制造工艺中难以使用具有较低熔点的玻璃衬底。但是，为了降低液晶显示器的成本，必须使用具有低熔点的玻璃板材。因此，在近些年，最高工艺温度为600℃或者更低的所谓低温工艺的研发得以发展，并且在实际中也在进行这种器件的生产。还有，最近，使用易于在低温下形成更大面积的塑料衬底也已经得以研究。即使当由耐热材料制成，塑料衬底的变形温度也至多为200℃。因此，当衬底由塑料制成时，与常规条件相比，所有工艺必须在超低温条件下进行，也就是说在200℃或者更低温度下进行。对于更大型的液晶显示器来说，在用于多晶硅TFT的低温工艺中，使用离子掺杂(ion doping)和等离子体掺杂(plasma doping)，这允许以更大的面积以更高的生产能力将杂质掺到半导体薄膜内。离子掺杂工艺是这样一种方法，将一种杂质气体电离，然后通过加速电场来立即将所有的杂质离子发射到大面积的半导体薄膜上，而不执行质量分离操作。等离子体掺杂工艺是这样一种方法，其同时将一种杂质气体和一种沉积气体电离，并且衬底表面上的沉积物包括杂质离子。另一方面，离子注入是这样一种方法，其执行杂质离子的质量分离，由分离出来的离子形成离子束，并且将该离子束发射到半导体薄膜上。尽管离子掺杂和等离子体掺杂适用于较大面积类型的形成处理，但是这些工艺引起的问题是，薄膜可能含有大量的氢，在利用准分子激光进行结晶处理(ELA准分子激光退火)的同时，这些氢会析出并且损坏薄膜，并且难以在脱氢处理所需的温度(400℃)下利用塑料衬底等进行低温处理。此外，还存在的一个问题是，这些方法在通常不适用于自对准类型的工艺。此外，近些年，作为一种可以在200℃或者更低温度的工艺中进行掺杂处理的方法，激光诱导熔融预沉积杂质掺杂(LIMPID)吸引了许多关注。L本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种掺杂半导体层的方法，包括步骤： 在衬底上形成半导体层； 将掺杂剂离子吸收到所述半导体层的表面上，并且对吸收的量加以控制；以及 活化所述半导体层中所吸收的掺杂剂离子。
【技术特征摘要】
JP 2000-12-7 373052/001.一种掺杂半导体层的方法，包括步骤在衬底上形成半导体层；将掺杂剂离子吸收到所述半导体层的表面上，并且对吸收的量加以控制；以及活化所述半导体层中所吸收的掺杂剂离子。2.如权利要求1所述的掺杂半导体层的方法，其中，通过控制形成所述半导体层的材料的悬空键的端接率来控制吸收于所述半导体层表面上的掺杂剂离子的量。3.如权利要求2所述的掺杂半导体层的方法，其中，为了控制所述悬空键的端接率，氢离子被吸收在所述悬空键的一端上。4.如权利要求2所述的掺杂半导体层的方法，其中，通过利用一含氢的气体稀释吸收的掺杂剂离子气体以具有1％或更少的掺杂剂离子，来控制所述悬空键的端接率。5.如权利要求2所述的掺杂半导体层的方法，其中，通过改变其上形成所述半导体层的衬底的温度，来控制所述悬空键的端接率。6.如权利要求2所述的掺杂半导体层的方法，其中，通过利用含氢气体与惰性气体的混合气体对被吸收的掺杂剂离子气体进行稀释，来控制所述悬空键的端接率。7.如权利要求2所述的掺杂半导体层的方法，其中，通过控制对被吸收掺杂剂离子的等离子体照射条件，来控制所述悬空键的端接率。8.如权利要求1所述的掺杂半导体层的方法，其中，通过利用蚀刻选择性地去除吸收于所述半导体层表面上的掺杂剂离子，来控制吸收于所述半导体层表面上的掺杂剂离子的量。9.如权利要求1所述的掺杂半导体层的方法，其中，所述掺杂剂离子是磷离子。10.如权利要求1所述的掺杂半导体层的方法，其中，所述半导体层包括作为主要材料的硅。11.如权利要求1所述的掺杂半导体层的方法，其中，所述半导体层在吸收所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：町田晓夫，碓井节夫，达拉姆P戈塞恩，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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