半导体器件的制造方法技术

半导体器件的制造方法，非晶硅膜中引入镍元素后，进行第１热处理使其结晶。获得结晶硅膜后用与第１热处理相同的方法进行第２热处理，所用处理气氛中加ＨＣｌ等气体，除去结晶硅膜中所含Ｎｉ元素，用该方法能获得结晶度高和其中含金属元素浓度低的结晶硅膜。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及以薄膜晶体管为代表的，特别涉及用在玻璃衬底或石英衬底上形成的结晶硅薄膜制造半导体器件的方法。迄今，已有用硅膜的薄膜晶体管。用玻璃或石英衬底上形成的硅膜(厚度为几百埃至几千埃)构成薄膜晶体管。为什么用玻璃或石英作衬底是因为薄膜晶体管用于有源阵列液晶显示单元。现有条件下，用玻璃衬底时，通用方法是用非晶硅膜构成薄膜晶体管。用石英衬底时，用热处理获得的结晶硅膜构成薄膜晶体管已是实用技术。与用非晶硅膜的薄膜晶体管相比，用结晶硅膜的薄膜晶体管能用两个数量级以上的高速度工作。因此，有源阵列液晶显示单元的外贴外围电路通常用玻璃或石英上构成的薄膜晶体管构成的集成电路构成。上述结构对减小整个器件的尺寸和简化制造工艺极其有利。因此能降低成本。用热处理获得结晶硅膜的技术已由日本特许公开平6-232069公开。用该方法，金属元素，如镍，能促使非晶硅膜转化成结晶硅，因此，能在比常规方法低的温度下热处理而获得结晶硅膜。用该方法，可用价格便宜的玻璃作为衬底。所获得的结晶硅膜能在广泛的领域内作为晶体使用。但是薄膜中含的金属元素及其用量控制困难，因而其重复性和稳定性(制成的器件的电性能稳定性)差。为克服上述缺陷，本专利技术的目的是提供减少促进硅结晶的、结晶硅膜中的金属元素的含量的方法。为克服上述缺陷，按本专利技术的一个方案，提供制造半导体器件的方法，包括以下步骤给非晶硅膜中故意引入金属元素，以通过第1热处理，促使其结晶；在含卤族元素的气氛中进行第2热处理，故意除去所述金属元素，其中用同一加热方式进行第1和第2热处理。上述方法中，重要的是用同一加热方式进行第1和第2热处理。这是因为，在第1热处理下使金属元素扩散进硅膜中，使其结晶，通过相同的方法进行第2热处理，以除去扩散进硅膜中的金属元素，以更有效地除去金属元素。例如，用镍作金属元素时，用加热器加热进行第1热处理，用红外灯加热进行第2热处理(RTA、快速热处理)，这种方法比两个热处理都用加热器的方法从硅膜中除去镍的效果差。按本专利技术的另一方案，提供一种制造半导体器件的方法包括以下步骤，使促进硅结晶的金属元素与非晶硅膜的正面或背面接触；对所述非晶硅膜进行第1热处理，使所述非晶硅膜至少一部分结晶；在含卤族元素的气氛中对硅膜进行第2热处理，故意除去所述金属元素，其中，用同一加热方式进行第1热处理和第2热处理。促进硅结晶的金属元素可以是选自Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu和Au中的一种或多种。从其效果和重复性考虑，Ni(镍)用得最多。气氛中含的卤族元素可以是选自HCl、HF、HBr、Cl2、F2和Br2中的一种或多种，将所选元素加到选自Ar、N2、He和Ne的一种或多种气体中。本例中，卤元素有除去金属元素的作用。其中含卤元素的气氛也可由选自Ar、N2、He和Ne中的一种或多种气体加入氧和选自HCl，HF，HBr，Cl2、F2和Br2中的一种或多种气体组成。氧的作用是，在除去金属元素的工艺中，由于氧在硅膜表面形成氧化膜，因而能抑制硅膜表面因卤族元素作用而造成的表面粗化。可在450℃至1050℃的温度下进行去除金属元素的热处理。故意引入以镍为代表的金属元素，通过第1热处理使非晶硅膜结晶。然后，在含卤族元素的气氛中进行第2热处理，从膜中除去故意引入的金属元素。该状态下，可用同一方式进行第1和第2热处理。通过以下参见附图所作的详细说明，本专利技术的上述的和其它的目的和特征将成为显而易见的。图1A至1D是获得结晶硅膜的工艺示意图；图2A至2D是获得结晶硅膜的工艺示意图；图3A至3E是薄膜晶体管制造工艺示意图4A至4E是薄膜晶体管制造工艺示意图；图5A至5F是薄膜晶体管制造工艺示意图。现在，将结合附图说明本专利技术的优选实施例。第1实施例按本专利技术第1实施例的方法是，用镍元素在玻璃衬底上形成结晶硅膜。图1A至1D是按本专利技术该实施例的制造工艺示意图。首先，在Corning1737玻璃衬底101(变形点为667℃)上形成厚度为3000的氧氮化硅膜102作底膜。用硅烷、N2O和氧气作原料气体用等离子CVD法形成氧氮化硅膜。也可用TEOS气和N2O气用等离子CVD法形成氧氮化硅膜。氧氮化硅膜的作用是防止在后续工艺中从玻璃衬底中扩散出杂质，(从半导体器件制造中的杂质含量看，玻璃衬底中含大量杂质)。应注意，获得的氮化硅膜是有最大作用的最佳膜。但是，由于氮化硅膜的应力而易于从玻璃衬底上脱落，因而不实用。而且，氧化硅膜也能用作底膜。但是，氧化硅膜与氧氮化硅膜相比，氧化硅膜对杂质阻挡作用不够。重要的是底膜应具尽可能高的硬度。从对薄膜晶体管的寿命试验结果证明，底膜越硬(即，底膜腐蚀速率低)可靠性越高。由此证明可以认为，底膜的硬度与防止由玻璃衬底进入的杂质有关。然后，用低压热CVD法形成厚度为500的将要构成结晶硅膜的非晶硅膜103。用低压热CVD法形成非晶硅膜的原因是，能获得质量优异的结晶硅膜。应注意，除用低压热CVD法外，还能用等离子CVD法。非晶硅膜103的厚度最好设定为2000以下。因为，在除去促进硅结晶的金属时，其膜厚为2000以上时，难以除去金属元素。非晶硅膜103的厚度下限是薄膜形成的最薄厚度。通常该下限约为100至200。特别要防止混合的杂质进入薄膜，这是很重要的。具体地说，要注意薄膜形成和器件清洗时用的气体杂质。按上述方式，图1A示出了所获得的状态。接着，在非晶硅膜103表面涂覆含镍元素是为10ppm(重量换算)的醋酸镍溶液。具体地说，如图1B所示，在非晶硅膜103表面形成醋酸镍溶液水膜104。然后，用旋转涂覆机除去醋酸镍溶液的多余溶液，即甩干。用上述工艺，获得镍元素与非晶硅膜103保持接触的状态。应注意，考虑到在以下的热处理工艺中残留的杂质，最好用硫酸镍代替醋酸镍。因为，醋酸镍溶液中含碳，在随后的热处理工艺中碳会生成碳化物残留在膜中。调节溶液中镍元素的浓度能调节引入的镍元素量。也可用甩干的条件和镍溶液在非晶硅膜表面的停留时间来控制引入的镍量。然后，如图1C所示，在450℃至650℃温度下进行热处理，使非晶硅膜103结晶。该步骤中，在氮气氛中在600℃热处理4小时。结果，获得结晶硅膜105。重要的是，要根据所用衬底的耐热性决定热处理加热温度上限。本例中，由于用变形温度为667℃的Corning 1737玻璃衬底，热处理温度为650℃，也可以用试验来确定结晶所需的热处理温度在450℃以上。而且，当用石英或其它耐热性更好的材料作衬底时，可进一步提高结晶用的热处理温度。例如，用石英衬底时，热处理温度可以提高到1000℃。提高热处理温度的优点是能缩短热处理周期，能获得更高的结晶度。上述结晶工艺中，与非晶硅膜表面接触的镍元素分散在膜中。因此，这大大有利于非晶硅膜103的结晶。随后，如图1D所示，进行热处理，以除去留在结晶膜105中用于促进结晶的镍元素。在含卤族元素的氮气氛中在600℃进行热处理。本例中，用在氮气中加3％的HCl的气氛在600℃热处理10分钟。气氛中HCl的浓度最好设定为1至10％。若浓度高于此范围，由于硅膜表面变粗，因此要非常注意。若浓度低于该范围，则去除效果差。而且，在上述热处理气氛中加入氧则很有效。这时，由于形成氧化膜而使因卤元素造成的粗糙硅膜表面变得本文档来自技高网...

【技术保护点】
半导体器件的制造方法，包括以下步骤： 给非晶硅膜故意引入促进结晶的金属元素，经第１热处理使所述非晶硅膜结晶； 在含卤族元素的气氛中进行第２热处理，以故意除去所述金属元素； 其中用相同方式进行所述第１和第２热处理。

【技术特征摘要】
JP 1995-12-15 347820/951.半导体器件的制造方法，包括以下步骤给非晶硅膜故意引入促进结晶的金属元素，经第1热处理使所述非晶硅膜结晶；在含卤族元素的气氛中进行第2热处理，以故意除去所述金属元素；其中用相同方式进行所述第1和第2热处理。2.按权利要求1的方法，其特征是，促进硅结晶的金属元素是选自Fe、Co，Ni、Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Cu和Au中的一种或多种金属。3.按照权利要求1的方法，其特征是，所述的其中含卤族元素的气氛是用选自HCl、HF，HBr，Cl2，F2和Br2中的一种或多种气体加到选自Ar，N2，He和Ne中的一种或多种气体中而构成的。4.按照权利要求1的方法，其特征是，所述的其中含卤族元素的气氛是用氧和选自HCl，HF，HBr，Cl2，F2和Br2的一种或多种气体加到包含选自Ar，N2，He和Ne的一种或多种气体的气氛中组成的。5.按权利要求1的方法，其特征是，所述第2热处理是在450℃至1050℃进行的。6.按照权利要求1的方法，还包括所述硅膜在所述第2热处理后用激光辐射，以形成单晶或基本无晶界的基本上是单晶的硅区的步骤，所含金属元素的浓度是3×1017cm-3以...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，寺本聪，小山润，宫永昭治，
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]