结晶半导体以及半导体装置的制造方法制造方法及图纸

为覆盖非晶膜，设置构成掩模的氧化硅膜，在其上形成具有镍等促进结晶化的催化元素的覆膜，在此状态下如果进行热退火，催化元素从孔向非结晶硅膜中扩散，从而获得结晶硅膜。此硅膜具有结晶方向一致的特征。接着在照样附着有掩模的状态下，送入含有氯的气体。这时虽然在孔部分的硅膜上可使催化元素透过，但调整气氛与温度，形成不蚀刻硅膜厚度的氧化膜。在此工序中用卤素通过孔将硅膜中的催化元素去除，而硅的结晶性不变化。因此得到了良好的结晶性硅膜。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有结晶性的硅半导体覆膜，比如，多晶硅膜、单晶硅膜、微晶硅膜的制造方法。采用本专利技术所制造的结晶性硅膜用于各种半导体器件。用薄膜半导体的晶体管(以下称TFT)已众所周知。这就是在基板上形成薄膜半导体，尤其是硅半导体薄膜，进而用该薄膜半导体构成晶体管。TFT虽然已应用于多种集成电路中，但尤其令人注目的是，作为在有源矩阵型液晶显示装置的多个象素中所设置的开关器件，在外围电路中所形成的驱动元件。作为用于TFT的硅膜是非晶硅膜虽然比较简单方便，但是存在电气性能跟用于半导体集成电路的单晶半导体相比较相当低这样的问题。因此，它仅仅局限于被用作为有源矩阵电路的开关器件。为了提高TFT的特性，最好利用具有结晶性的硅薄膜。除单晶硅以外，还有具有结晶性的硅薄膜称为多结晶硅、多晶硅、微结晶硅等。为了获得具有这样的结晶性的硅薄膜、首先应该先形成非晶硅薄膜，然后通过加热(热退火)使其结晶。因为这种方法是在一边保持固体状态一边使非晶状态变成为结晶状态，故又被称为固相生长法。在固相生长的工序中，如果添加适当的金属元素、把它作为催化剂，就确实能促进结晶。也就是说，已经判明，可在向非结晶硅薄膜表面上微量地淀积从镍、钯或铂、铜、银、金、铟、锡、磷、砷、锑(更一般地讲，VIII族、IIIb族、IVb族、Vb族元素)中选择出来一种或多种元素，然后，通过加热，在55℃、约4小时的处理时间下进行结晶。(特开平6-244103)大家都知道，在非晶硅膜的整个面上均匀地形成上述催化元素覆膜之时，所得到的硅薄膜的晶体方向虽然都是随机的，比如，特开平7-45519号和特开平7-66425号中所公开揭示出地那样，通过有选择地添加，可以控制结晶的方向。在这样的结晶方向上获得的结晶硅膜在制造器件方面可利用的价值很大。把进行这样的晶体生长方法称作为横向生长或侧向生长。因此，不能忽视导入到硅膜中的催化元素对于电特性、可靠性带来恶劣影响。大家都知道，一般来讲，催化元素中镍、钯、铂、铜、银、金在包含有卤化物(尤其氯化物)的气氛中用高温加热将成为卤化物进而被蒸发。但是，在含有硅的场合下，由于与此同时硅也成为卤化物(如二氯硅烷等)进而被蒸发，因此，仅仅有选择地除去上述催化元素是困难的。为了防止硅的蒸发，应在氧化气氛中进行热退火处理，在硅膜表面上形成氧化硅层、由此，使催化元素凝聚，采用通过去除氧化硅层，从硅膜中去除催化元素的方法。(特开平7-183538号)当然，为了得到这样的氧化硅、需要在700℃以上的高温进行处理，因而抵销了由催化元素而产生的低温结晶化效果，所以希望在更低的温度下去除催化元素。下面用图2对上述热硅被利用的方法给予简单地说明。在基板11上，形成氧化硅等的基底绝缘膜12以及非晶硅膜13。在非晶硅膜上，用氧化硅或者氮化硅等材料形成掩模14。在掩模14上设置用于引入催化元素的孔15。(图2(A))。其次，淀积催化元素或含有催化元素的覆膜(例如，硅化镍，醋酸镍等)16。作为一种淀积方法可以使用溅射法(特开平7-45519或特开平7-66425)、气相生长法(特开平7-33548)、旋涂法(特开平7-130652)等。(图2(B))其次，若在适当的温度下，进行热退火，则催化元素，首先使孔15正下面部位17的非结晶硅膜结晶化(图2(C))。随后，催化元素在结晶化的同时往横方向上进行扩散，使离开孔15的部分18也进行结晶(把它称作为横向或侧向生长)。(图2(D))。接着再去除掩模14(图2(E))。在氧化硅膜的温度、气氛下，使硅膜氧化得到催化元素变为低浓度的硅膜20和催化元素浓度高的氧化硅膜(热氧化膜)19。当在上述气氛中添加含有卤族元素气体(比如氯化硅)。则包含于热氧化膜19中的催化元素就成为氯化物而被去除。(图2(F))。上述工艺有两个缺点(1)需要进行高温(700℃以上)热处理。(2)为了刻制成掩模，必须丙次对外部进行取出。本专利技术的目的是改进上述缺点的全部或一部分。为了达到上述目的，本专利技术在非晶硅膜上形成选择地具有催化元素导入孔的掩模之后，用溅射法、气相生长法、旋涂法等的方法形成含有催化元素的覆膜，采用在适当温度下将其退火处理的办法，进行非晶硅膜的横向生长。其特征在于连续地，在具有卤化物(比如，氯化物)气氛中，通过在450℃-700℃下进行加热，将硅膜中的催化元素从催化元素导入孔中排除出去。此去除催化元素工序中的气氛，在热处理温度下，虽然催化元素透过催化元素排出孔表面，不过必须形成满足不刻蚀硅膜程度的厚度(最好为20～150)的氧化膜条件。更可取的是把氯化氢，氧、氮和稀有气体作为主要成份作成含有氮和稀有气体20～95％，最好为50～70％、并且含有氧5～40％。关于卤化物的浓度，虽然随物质不同而异，但是在一般容易使用的靠氯化氢的场合下，如果含有0.5％以上的话，就是有很好的效果。本专利技术对于现有的横向生长工序来讲，具有附加催化元素处理工序的特征。而且，催化元素处理工序又具有可从横向生长连续进行转移的特征。这一点上可以与图2所示的现在方法进行比较，产量高、而且，处理温度也低，在该催化元素处理工序中可以只改变固相生长工序中使用的炉温及其气氛。因为该工序又兼作炉内清洗，所以不需要特别添置新的设备。按以上方法得到的晶体硅膜，随后通过照射激光或者与其同等的强度的光，便可以进一步提高其结晶性。并且，从提高与具有催化元素的膜之间的附着性的目的出发，可以在催化元素进入孔部分上的该非结晶硅膜上形成厚度为100以下的氧化膜。在上述工序中，从横向生长工序转向催化元素去除工序之际的温度以取450℃以上为好。其理由在于，基板温度越低，硅中的镍溶解度越低，镍将以硅化镍形式被析出来。这样的析出物，即使在此后的工序中镍被去除，也作为结晶缺陷残留下来，因而对电气性能将带来坏的影响，特别是当温度降低到450C以下时，可观察到这样的析出物。在本专利技术中，镍作为催化元素被使用的场合下，可以获得最显著的效果，作为其它可应用的催化元素的种类，更可取的是利用Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、P、As和Sb。也可以使用从VIII族元素、IIIb、IVb、Vb元素中选择的一种或多种元素。附图说明图1是表示本专利技术基本构成图。图2是表示现有的去除催化元素的工序图。图3是表示实施例的TFT制造工序图。图4是表示催化元素引入与去除的示意图(剖面图)。图5是表示催化元素引入与去除的示意图(剖面图)。在本实施例中，示出了形成具有在玻璃基板上的结晶硅膜，再利用这一硅膜制作薄膜晶体管(TFT)的例子。在本实施例举中，7059号麻粒玻璃作为基板。其大小为100mm×100mm。首先在涂敷了厚为2000的氧化硅膜的基板31上，通过等离子CVD法或LPCVD法形成厚为100～1500的非晶硅膜。在此，用等离子CVD法进行成膜，非晶硅膜厚度为500。进一步，运用溅射方法进行成膜，氧化硅膜一掩模33厚度为1000以上，这里为1200。关于此氧化硅膜33的厚度、根据专利技术人实验证实，即便是500也没有问题，但由于存在针孔，为了防止把镍导入到不打算要的地方，因此进而保持裕量。并用通常的光刻工序把氧化硅膜33刻制成所需要的图形，从而形成用于Ni导入的34a与34b。(图3(A))。经过这样加工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结晶半导体的制造方法，具有：在非晶硅膜上形成具有催化元素导入孔的掩模膜的第一工序；在上述催化元素导入孔上形成具有催化元素的覆膜的第二工序；通过热处理，使非晶硅膜横向生长的第三工序；以及导入具有卤化物和氧的气体，并在４５０～７００℃下，对上述横向生长的硅膜进行热处理的第四工序。

【技术特征摘要】
JP 1996-10-31 307445/961.一种结晶半导体的制造方法，具有在非晶硅膜上形成具有催化元素导入孔的掩模膜的第一工序；在上述催化元素导入孔上形成具有催化元素的覆膜的第二工序；通过热处理，使非晶硅膜横向生长的第三工序；以及导入具有卤化物和氧的气体，并在450～700℃下，对上述横向生长的硅膜进行热处理的第四工序。2.根据权利要求1所述结晶半导体的制造方法，其特征是，在第四工序之后，具有用激光或与其相同的强光对已结晶的硅膜进行照射的工序。3.根据权利要求1所述结晶半导体的制造方法，其特征是，在第一工序中，在上述催化元素导入孔部分，在该非晶硅膜上形成小于100的氧化膜。4.根据权利要求1所述结晶半导体的制造方法，其特征是，第三和第四的工序是在相同的装置中连续进行的。5.根据权利要求1所述结晶半导体的制造方法，其特征是，作为催化元素使用从Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、P、As、Sb中选出的一种或多种元素。6.根据权利要求1所述结晶半导体的制造方法，其特征是，作为上述催化元素，使用VIII族、IIIb族、IVb族、Vb族元素中选出的一种或多种元素。7.根据权利要求1所述结晶半导体的制造方法，其特征是，从第三工序转移到第四工序时，其温度高于450℃。8.根据权利要求1所述结晶半导体的制造方法，其特征是，第四工序中所导入的气体是氮和稀有气体的分压为20～95％，且氧的分压为5～40％。9.根据权利要求1所述结晶半导体的制造方法，其特征是，到第四工序所导入的气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，大谷久，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]