不残留氢的非单晶薄膜晶体管的半导体器件的制造方法技术

在非单晶硅层（１２）上面形成的薄膜晶体管（１５），暴露在３００℃到４００℃氢等离子体（ＬＰＺ）辐射的氢离子（ＨＤ）中，以便钝化非单晶硅层中的陷阱能级，以后，在２００℃到３００℃氮气氛中退火薄膜晶体管，如从栅绝缘层（１３）中排除残留的氢，因此改善薄膜晶体管的特性。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制造半导体器件的方法，特别涉及具有在非单晶硅层上形成的薄膜晶体管的半导体器件的制造方法，在用氢等离子处理时，该器件具有的薄膜晶体管内不残留氢。非晶结构和多晶结构属于和单晶结构相反的非单晶结构，利用非单晶半导体材料制造的薄膜晶体管，作为静态随机存取存储单元的负载元件和液晶显示单元的有源开关元件。研究和开发了在非单晶半导体层上制造薄膜晶体管，最近设置有薄膜晶体管的集成电路器件已投入半导体市场。在非单晶半导体层上制造的薄膜晶体管下面称为“非单晶薄膜晶体管”。非单晶薄膜晶体管最使人感兴趣的特征之一是，容易在单晶半导体衬底上面的中间绝缘层上面或者在诸如石英或玻璃的绝缘衬底上面制造非单晶薄膜晶体管。但是，非单晶薄膜晶体管和在单晶半导体衬底上制造的体晶体管相比，有如下缺点，例如，在非单晶半导体层中有大量的陷阱能级，在非单晶半导体层和栅绝缘层之间有大量的表面陷阱能级，有大的漏电流，大的阈值和低的载流子迁移率，因此，晶体管特性低劣。这些缺点是由于非单晶半导体结构不可避免地产生的悬空键和晶体缺陷造成的。在日本特许公开审查后公开的专利申请No.6-44573中，提出了改善非单晶半导体材料特性的一种方法，该日本特许公开提出了用含氢的等离子处理非单晶半导体。使氢和陷阱能级键接，使其钝化。下面，详细叙述日本特许公开提出的方法。附图说明图1表示日本特许公开所公开的工艺的基本构思。纵坐标表示氢等离子的温度、横坐标表示用氢等离子处理非单晶硅层的持续时间。在制成非单晶薄膜晶体管以后，进行氢等离子处理，通过氢放电产生等离子体。在绝缘层上面淀积非单晶硅层，其部分被栅绝缘层覆盖。在栅绝缘层上面形成栅电极，选择地把杂质掺入到非单晶硅层，以便与栅电极自对准地形成源区和漏区。位于栅电极下面的非单晶硅层部分作为沟道形成层。这样，在非单晶硅层上面，制成非单晶薄膜晶体管。当制成非单晶薄膜晶体管时，制造者把非单晶薄膜晶体管放入高频电感应反应器中，并且把氢和氦的气体混合物输入高频电感应反应器。把氢压调整到10-1mmHg到10mmHg。交流电流加一高频电感应反应器，并把频率调节到1MHz到20MHz。高频电感应反应器使氢放电，非单晶薄膜晶体管暴露在300到500℃的氢等离子体中，时间为5到60分。然后氢和非单晶硅层的陷阱能级键接，可改善非单晶薄膜晶体管的特性。当时间终止时，在氢放电的情况下，非单晶薄膜晶体管急剧冷却到室温对其淬火，该淬火防止非单晶硅层释放氢。日本特许公开进一步教导，1000MHz数量级或微波频段的交流电流有助于氢放电。但是，现有技术的工艺遇到下述问题，如果有残留的氢，则使非单晶薄膜晶体管和体晶体管退化。更详细地说，当把非单晶薄膜晶体管暴露在氢等离子中时，不仅把氢原子引入到非单晶硅层中，而且也引入到栅绝缘层，位于非单晶硅层下面的绝缘层中和覆盖薄膜晶体管的层间绝缘层中。当非单晶薄膜晶体管急剧冷却到室温时，高密度地把氢保留在这些绝缘层中。高密度氢在绝缘层中是可移动的。实际上，在以后加热绝缘层时，氢在栅绝缘层中移动，改变非单晶薄膜晶体管的特性。当在此产生电应力时，氢在栅绝缘层中移动，有害地改变晶体管的特性。如果非单晶薄膜晶体管作为触发器型静态随机存取存储单元的负载元件，体晶体管在负载元件的下部作为静态随机存取存储单元的开关晶体管，层间绝缘层设置在体晶体管和非单晶薄膜晶体管之间。残留的氢在层间绝缘层中移动，影响体晶体管。这样，残留的氢不仅影响非单晶薄膜晶体管、而且影响体晶体管，并且改变晶体管的特性。如果层间绝缘层由硼磷硅玻璃构成，则残留的氢严重地影响体晶体管。本专利技术的主要目的是提供制造半导体器件的方法，它不改变经过氢处理的非单晶薄膜晶体管的特性。本专利技术要解决现有技术中存在的问题，研究氢的扩散/键接/消除工艺。本专利技术人发现下述事实。温度越高，氢移动越快。特别是，在300℃以上的温度下，在等离子中活化的氢可在非单晶半导体层中自由地移动。在300℃以下的温度下，氢和陷阱能级之间连接是主要的，相反，在400℃以上的温度下，除氢处理是主要的。在真空中而不是在大气压的条件下从陷阱能级排除氢。本专利技术人得出了第1个结论，通过在300℃到400℃之间进行氢处理，在没有排除氢的快速扩散下钝化陷阱能级。第2个结论是在200℃到300℃之间，进行后续热处理或者慢速冷却，通过把氢从绝缘层扩散到外边和/或非单晶硅层中，来减少残留的氢。当在大气压中进行热处理或者慢速冷却，防止氢从陷阱能级中排除，热处理或者慢速冷却，增强在氢等离子中钝化陷阱能级的作用。为了实现上述目的，本专利技术提出在200℃到300℃从非单晶薄膜晶体管中排除残留的氢的方法。按照本专利技术，提出一种制造半导体器件的方法，它包括下列步骤(a)制备具有由第1绝缘层覆盖的上表面的结构；(b)在第1绝缘层上面延伸的非单晶半导体层上面制造薄膜晶体管；(c)制成至少具有覆盖薄膜晶体管的第2绝缘层的半导体结构；(d)把半导体结构暴露在300℃到400℃由含氢气体混合物构成的氢等离子气氛中，以钝化非单晶半导体层中的陷阱能级；(e)在200℃到300℃下，除了非单晶半导体层以外，从半导体结构中排除残留的氢。下面，通过结合附图所作的描述中，将更清楚地理解按照本专利技术的方法的特征和优点。图1是表示按照制造半导体器件岳有技术的方法进行氢等离子处理的曲线图；图2A到图2G是表示半于按本专利技术制造半导体器件方法的剖视图。图3是表示关于按照本专利技术的氢处理和后续退火方法的曲线图；图4是表示截止(off)态中场效应晶体管漏电流与后续退火温度关系的曲线图；图5是表示导通(on)态场效应晶体管漏电流和后续退火温度关系的曲线图；图6A到图6F是表示按照本专利技术制造半导体器件的另一种方法的剖视图；图7是表示按照本专利技术制造半导体器件另一种方法进行后续退火的曲线图；图8是表示按照本专利技术制造半导体器件再一种方法进行后续退火的曲线图。第1实施例参看附图2A到2G，叙述本专利技术的制造方法的实施例，首先制备p-型硅单晶衬底10，然后在由场氧化层限定的p-型单晶硅衬底10的有源区制造作为N-沟增强型体晶管(未表示)的电路元件。n-沟道增强型体晶体管形成集成电路部件。在p-型单晶硅衬底10的整个表面上淀积诸如氧化硅层的绝缘材料，形成100nm到1000nm厚的底部层间绝缘层11。诸如石英衬底的绝缘衬底，适于代替其上覆盖底部层间绝缘层11的p-型单晶硅衬底10。例如，底部层间绝缘层11作为第1绝缘层。接着，利用低压化学气相淀积方法，在底部层间绝缘层11上面，淀积10nm到100nm厚的非晶硅，然后在600℃热处理非晶硅，使在底部层间绝缘膜11上面层叠多晶硅层12。利用光刻和干腐蚀方法，使多晶硅层12形成图形。所得半导体体结构如图2A所示。把诸如磷的N-型掺杂离子注入到多晶硅层12，调整多晶硅层12的掺杂浓度到1016cm-3到1018cm-3。n-型杂质浓度取决于非单晶薄膜晶体管的阈值电压，非单晶薄膜晶体管不需要离子注入。热氧化多晶硅层12，在多晶硅层12上面形成5到50nm的氧化硅层13。利用低压化学汽相淀积，在多晶硅层12上面，可以淀积氧化硅层13。利用低压化学汽相淀积方法，在氧化硅层13上面，淀积100到300nm的多晶硅层，叠层在氧化硅层13上面的多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体器件的方法，包括下列步骤：（ａ）制造由第１绝缘层（１１／３１）覆盖上表面的结构（１０／１１；３０／３１）；（ｂ）制备薄膜晶体管（１５；３７），它具有在所述第１绝缘层上面的非单晶半导体层（１２；３５）；（ｃ）制成半导 体结构，它至少具有用于覆盖薄膜晶体管的第２绝缘层（１６；３８）；（ｄ）把所述半导体结构暴露在由含氢气体混合物（ＧＡＳ１）产生的等离子（ＰＬＺ）辐射的氢离子（ＨＤ）中；以便钝化所述非单晶半导体层中的陷阱能级，其特征是，在３００℃到４０ ０℃进行所述的氢暴露，所述处理进一步包括步骤（ｅ），除了非单晶半导体层，在２００℃到３００℃之间，从所述半导体结构中排除残留的氢。

【技术特征摘要】
JP 1995-10-31 282955/951.一种制造半导体器件的方法，包括下列步骤(a)制造由第1绝缘层(11/31)覆盖上表面的结构(10/11；30/31)；(b)制备薄膜晶体管(15；37)，它具有在所述第1绝缘层上面的非单晶半导体层(12；35)；(c)制成半导体结构，它至少具有用于覆盖薄膜晶体管的第2绝缘层(16；38)；(d)把所述半导体结构暴露在由含氢气体混合物(GAS1)产生的等离子(PLZ)辐射的氢离子(HD)中；以便钝化所述非单晶半导体层中的陷阱能级，其特征是，在300℃到400℃进行所述的氢暴露，所述处理进一步包括步骤(e)，除了非单晶半导体层，在200℃到300℃之间，从所述半导体结构中排除残留的氢。2.按照权利要求1的方法，其特征是，把所述半导体结构，在所步骤(d)和所述步骤(e)之间冷却到室温。3.按照权利要求2的方法，其特征是，在所述步骤(d)，把所述半导体结构暴露在所述氢离子(HD)中，时间为5到120分钟的第1持续时间，在所述步骤(e)，把所述半导体结构在200到300℃保持5到120分钟的第2持续时间。4.按照权利要求3的方法，其特征是，在惰性气氛中进行所述步骤(e)。5.按照权利要求5的方法，其特征是，所述的惰性气氛是指常压氮气氛。6.按照权利要求1的方法，其特征是，在步骤(d)把半导体结构冷却到200到300℃，在步骤(e)把所述半导体结构保持在200到300℃，而不冷却到室温。7.按照权利要求6...

【专利技术属性】
技术研发人员：林文彦，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]