半导体器件及其制造方法技术

半导体器件的制造中，先在有绝缘表面的基片上形成非晶半导体膜，再在膜表面上提供微量的可助长非晶半导体结晶化的催化元素。进而加热处理，使催化元素均匀扩散至膜中，由此使膜多结晶化。利用得到的结晶性半导体膜作为有源区，形成薄膜晶体管等半导体器件。采用下述方法掺入催化元素：形成含微量催化元素的膜；多次旋转涂覆含催化元素的溶液；经缓冲层使催化元素扩散；使其浸泡在含催化元素的溶液中；形成含催化元素的镀层。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种，特别是关于一种使用一设在玻璃等绝缘性基板上的薄膜晶体管的。更详细的说，是关于一种形成在具有绝缘性表面的基板上的非晶质硅膜结晶化所得到的结晶性硅膜的半导体基片、及利用由此所得到的结晶性硅膜作为有源区域的半导体器件、以及它们的制造方法；特别是可利用于有源矩阵型液晶显示器件、影象传感器、3次元IC等的制造上。近年，针对大型高清晰度的液晶显示器件、高速且高清晰度的密接触型影象传感器、或3次元IC等的实现，曾有人尝试在玻璃绝缘性基片上、或设于基片表面的绝缘膜上形成高性能半导体元件。一般，在有源矩阵型液晶显示器件或影象传感器等中为驱动其内所具备的象素要使用薄膜晶体管(TFT)。此等器件所使用的TFT通常是使用硅半导体薄膜形成的。硅半导体薄膜可分为非晶硅(a-Si)半导体膜与结晶性硅半导体膜等两种。前者的非晶硅半导体膜因制作温度低，且比较容易以汽相法制作并大量生产，故一般最常使用。但，此非晶硅半导体膜其导电性等的物理特性比结晶性硅半导体膜还差。因此，为得到具有更快速响应由其制造的半导体器件的特性，希望制定由结晶性硅半导体膜所构成的TFT制作方法。已知的结晶性硅半导体膜可由多结晶硅、微结晶硅、含结晶成分的非晶硅、具有结晶性与非结晶性的中间状态的半非晶硅等构成。得到一具有此等结晶性的薄膜硅半导体的方法，已知有以下3种方法。(1)第1方法是成膜时直接形成结晶性硅半导体膜。(2)第2方法是形成非晶硅半导体膜后，用激光器的光能辐照，使非晶硅膜结晶化。(3)第3方法是形成非晶硅半导体膜后，通过施加热能使非晶硅膜结晶化。但，此等方法仍有如下的问题点。若依第1方法，可于成膜步骤中进行膜的结晶化。因此，为得到大晶粒的结晶性硅，必须形成厚硅膜，但，要在基板上全面均匀形成一个有良好半导体特性的膜在技术上仍有困难。此外，因成膜温度高达600℃以上，故无法使用软化点温度低的便宜玻璃基片，即有成本上的问题。第2方法因利用熔融固化过程中之结晶化现象，故可良好地处理小晶粒以及粒界，并得到高品质的结晶性硅膜。但是，若以现在最常使用的准分子激光为例，因激光的照射面积很小，故有生产率很低之问题，并且，为全面均一地处理大面积基片，仍有激光的稳定性不够充分之问题。第3方法若与第1及第2方法比较，有可处理大面积的优点，例如已公开于日本专利No62-122172号公报、专利平3-290924号公报及专利平4-165613号公报。但是，在此等所公开的方法中，任何一个在结晶化时，必须在600℃以上的高温加热处理数十小时。因此，为使用廉价的玻璃基片而提高生产率，必须同时解决降低加热温度，以及短时间内结晶化的相反的问题。并且，此方法因是利用固相结晶化现象，故结晶粒有时在与基片表面平行的方向扩张生长，并且晶粒尺寸达到几μm。生长的结晶粒间互相碰撞则形成粒界，但，其粒界造成晶格缺陷，成为捕捉载流子陷阱。因此，使TFT的迁移率降低。于是，利用上述的第3方法以及下面第4方法及第5方法以解决结晶粒界之问题。第4方法利用离子注入方等方法，注入硅(Si+)等杂质，然后，热处理以得到具有几μm的晶粒的多结晶硅膜(日本专利平5-55142号公报)。第5方法是将直径为10～100nm之的硅晶粒及高压N2同时吹向非晶质硅膜以形成晶核(日本专利平5-136048号公报)。此等第4及第5方法两者都是将作为结晶生长的核的杂质选择性地注入非晶质硅膜的预定区域后，用热处理以该杂质作为核使结晶生长而得到大晶粒高品质的结晶性硅膜，并利用此而形成TFT等的半导体元件。但是，在此第4、5方法中，所注入的杂质仅作为生长核。因此，虽可有效地控制结晶生长时的核发生或结晶生长方向，但，用以结晶化的加热处理步骤的上述问题仍残留着。例如，第4方法中是于600℃的温度下加热处理40小时进行结晶化，而第5方法中是于650℃以上的温度进行热处理。如此地进行高温加热。故此等技术对SOI(Semiconductor on Insulator)基片或SOS(Semiconductor on Sappire)基片很有效，但是，要适用于便宜的玻璃基片则有困难。例如，一般便用于有源矩阵型的液晶显示器件的康宁7059玻璃其玻璃变形点为593℃。因此，用上述方法使用此基片而作成具有大面积的液晶显示器件时，在600℃以上加热易产生基片变形的问题。而且，有关第3方法，亦即利用加热处理的非晶硅膜的结晶化方法，1994年9月2日所公开日本的专利平6-244205号公报、及1994年9月16日所公开的日本专利平6-260651号公报公开了在非晶硅膜之中掺入Ni、Fe、Co、白金等重金属元素作为催化元素，而可以低温且短时间实施结晶化过程。并且，1994年9月22日所公开的日本专利平6-268212号公报中有关上述方法揭示在硅膜中的催化元素的最低浓度。但是，为使上述所揭示的方法适用于大面积基片中结晶性硅膜的形成和用由此所得到的半导体基片制造半导体器件仍然存在要解决的问题。本专利技术的半导体器件的制造方法，包含如下步骤(a)在具有绝缘性表面的基片上形成非晶半导体膜的步骤；(b)在该非晶半导体膜的表面的至少一部分，提供微量可助长该非晶半导体膜结晶化的催化元素的步骤；(c)进行加热处理，以便所供给的该催化元素扩散入该非晶半导体膜之中，且使该非晶半导体膜的至少一部分多结晶化的步骤。在某一实施例中，前述步骤(b)还包含在前述非晶半导体膜的表面至少一部分上面，形成一含有微量该催化元素的预定层的步骤。在其他的实施例中，在前述步骤(b)之前，还包含如下的步骤在前述非晶半导体膜与前述预定层之间，在预定的位置形成具有开口部分且可抑制前述催化元素扩散的缓冲层。而且在其他实施例中，在前述步骤(b)之后，包含一可使前述预定层制成图形而形成岛状区域的步骤，且前述步骤(c)中，把前述催化元素从该预定层的该岛状区域选择性地掺入。而且在其他实施例中，前述预定层是用在玻璃上旋涂法(spin on glass法)所形成的绝缘膜。或者，前述预定层是以溅镀法所形成的绝缘膜。或者，前述预定层是以电子束蒸镀法所形成的绝缘膜。或者，前述预定层是以电淀积法所形成的绝缘膜。而且在其他的实施例中，前述预定层中的前述催化元素浓度为1×1018～1×1020atoms/cm3。在其他的实施例中，前述步骤(b)还包含在前述非晶半导体膜表面的岛状图形中形成含有微量前述催化元素的感光性材料的步骤，并且，在前步骤(c)中，该催化剂元素是从岛状感光材料选择性地掺入的。在其他的实施例中，前述非晶半导体膜为非晶硅膜。在其他之实施例中，前述催化元素是选自Ni、Co、Pd、Pt、Fe、Cu、Ag、Au、In、Sn、P、As、Sb所构成组中的至少一元素。在其他实施例中，前述步骤(b)还包含如下步骤通过多次旋转涂覆步骤使含有前述催化元素的溶液涂布在前述非晶半导体膜表面的至少一部分。最好在前述步骤(b)之前，进一步包含在前述非晶半导体膜的表面形成一可抑制前述催化剂元素扩散的缓冲层，在该缓冲层的预定位置形成开口部分的步骤；把前述溶液涂覆在通过该开口部分露出的非晶半导体区。在其他的实施例中，进一步包含如下的步骤在至少一部分多结晶化的结晶性半导体膜上，在载流子移动方向实质上与该结晶性半导体膜的结晶生长方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的制造方法，包含如下步骤：（ａ）在具有绝缘表面的基片上形成非晶半导体膜的步骤；（ｂ）在该非晶半导体膜的表面的至少一部分上，微量供给可助长该非晶半导体膜结晶化的催化元素的步骤；（ｃ）进行加热处理，以便所供给的该催化元 素扩散入该非晶半导体膜中，并且使该非晶半导体膜至少一部分多结晶化的步骤。

【技术特征摘要】
JP 1994-9-21 227026/94;JP 1994-9-21 227027/94;JP 11.一种半导体器件的制造方法，包含如下步骤(a)在具有绝缘表面的基片上形成非晶半导体膜的步骤；(b)在该非晶半导体膜的表面的至少一部分上，微量供给可助长该非晶半导体膜结晶化的催化元素的步骤；(c)进行加热处理，以便所供给的该催化元素扩散入该非晶半导体膜中，并且使该非晶半导体膜至少一部分多结晶化的步骤。2.根据权利要求1的方法，其中步骤(b)还包含在前述非晶半导体膜的表面至少一部分上，形成一含有微量该催化元素的预定层的步骤。3.根据权利要求2的方法，在前述步骤(b)前，进一步包含如下步骤在前述非晶半导体膜与前述预定层之间，形成一在预定的位置具有开口部且可抑制前述催化元素扩散的缓冲层。4.根据权利要求2的方法，在前述步骤(b)后，包含一可使前述预定层制成图形而形成岛状区域的步骤；并且前述步骤(c)中，从该预定层的该岛状区域选择性地掺入前述的催化元素。5.根据权利要求2的方法，其中，前述预定层是以在玻璃上旋转涂覆法所形成的绝缘膜。6.根据权利要求2的方法，其中前述预定层是用溅射法所形成的绝缘膜。7.根据权利要求2的方法，其中，前述预定层是以电子束蒸镀法所形成的绝缘膜。8.根据权利要求2的方法，其中，前述预定层是以电淀积法所形成的绝缘膜。9.根据权利要求2的方法，其中，前述预定层中的前述催化元素浓度为1×1018～1×1020atoms/cm3。10.根据权利要求1的方法，其中，前述步骤(b)还包含在前述非晶半导体膜的表面使含有微量前述催化元素的感光性材料形成岛状图形的步骤，并且，在前述步骤(c)中，该催化元素从该岛状感光性材料选择性地掺入。11.根据权利要求1的方法，其中，前述非晶半导体膜为非晶质硅膜。12.根据权利要求1的方法，其中，前述催化元素是选自Ni、Co、Pd、Pt、Fe、Cu、Ag、Au、In、Sn、P、As、Sb所构成的组中的至少一元素。13.根据权利要求1的方法，其中，前述步骤(b)还包含如下步骤用多次的旋转涂覆步骤使含有前述催化元素的溶液涂布在前述非晶半导体膜表面的至少一部分。14.根据权利要求13的方法，在前述步骤(b)前，进一步包含在前述非晶半导体膜的表面形成一可抑制前述催化元素扩散的缓冲层，并且该缓冲层的预定位置形成开口部的步骤；前述溶液在该非晶半导体膜中通过该开口部涂布在露出的区域。15.根据权利要求1的方法，进一步包含如下步骤；在至少一部分多结晶化的该结晶性半导体膜上，在载流子移动方向实质上与该结晶性半导体膜的结晶生长方向呈平行的方向形成半导体器件。16.根据权利要求1的方法，进一步包含如下步骤在至少一部分多结晶化的该结晶性半导体膜上，在载流子移动方向实质上与该结晶性半导体膜的结晶生长方向呈垂直的方向形成半导体器件。17.根据权利要求1的方法，进一步包含如下步骤利用至少一部分多结晶化的该结晶性半导体膜作为有源区域形成薄膜晶体管。18.根据权利要求1的方法，在前述步骤(a)后进一步包含在前述非晶半导体膜上形成可防止前述催化元素扩散的缓冲层的步骤；前述步骤(b)中，在该缓冲层上形成一含有该催化元素的薄膜，前述步骤(c)中，通过该缓冲层使该催化元素扩散至该非晶半导体膜之中。19.根据权利要求18的方法，其中，在前述步骤(c)中，前述催化元素通过前述缓冲层选择性地被掺入前述非晶半导体膜中的预定区域，由此，该非晶半导体膜的该预定区域选择性地被结晶化，并且该非晶半导体膜的该预定区域的周围在与前述基片的表面实质上平行的方向进行结晶生长而形成横向结晶生长区域。20.根据权利要求18的方法，在前述步骤(c)后进一步包含如下步骤在前述结晶化的半导体膜照射激光或强光以提高其结晶性。21.根据权利要求18的方法，其中，前述缓冲层是由氧化硅膜或氮化硅膜所形成。22.根据权利要求21的方法，其中，前述氧化硅膜或氮化硅膜是使前述非晶半导体膜的表面薄膜氧化或薄膜氮化而形成的。23.根据权利要求18的方法，其中，前述薄膜是用蒸镀法而形成的。24.根据权利要求1的方法，其中，前述步骤(b)还包含使前述非晶半导体膜或其底膜的至少一部分曝露在一溶解或分散前述催化元素的碱性溶液中的步骤。25.根据权利要求24的方法，其中，在前述步骤(c)中，前述催化元素被选择性地掺入前述非晶半导体膜中的预定区域，由此，该非晶半导体膜的该预定区域选择性地结晶化，并且该非晶半导体膜的该预定区域的周围部分在与前述基片表面实质上平行方向，进行结晶生长形成横向结晶生长区域。26.根据权利要求24的方法，其中，前述步骤(c)后进一步包含如下步骤在前述结晶化的半导体膜照射激光或强光以提高其结晶性。27.根据权利要求24的方法，其中，前述曝露步骤还包含将前述基片浸渍在前述碱性溶液的步骤。28.根据权利要求24的方法，在前述曝露步骤后，进一步包含如下步骤用纯水洗净前述非晶半导体膜被曝露在前述碱性溶液的部分。29.根据权利要求1的方法，前述步骤(b)还包含如下之电镀步骤使前述非晶半导体膜的表面曝露在一含有前述催化元素的电镀液中，从而在该非晶半导体膜的表面至少一部分形成该催化元素的薄膜电镀层。30.根据权利要求24的方法，在前述电镀步骤前进一步包含如下步骤使在预定位置上具有开口部的掩蔽层形成在前述非晶硅膜上面；该电镀步骤是在通过该开口部所露出的该非晶半导体膜的预定区域上选择性地形成前述薄膜镀层；在前述步骤(c)中该催化元素是在该非晶半导体膜的该预定区域被选择性地掺入，由此，该非晶半导体膜的该预定区域被选择性地结晶化，且该非晶半导体膜的该预定区域的周围部分在与前述基片表面实质上平行方向进行结晶生长形成横向结晶生长区域。31.根据权利要求30的方法，其中，前述镀液含有前述催化元素的无电解镀液。32.根据权利要求30的方法，其中，由感光性树脂构成前述掩蔽层。33.根据权利要求29的方法，其中，前述电镀步骤中的前述非晶半导体膜的电镀速度为3nm/分以下。34.根据权利要求29...

【专利技术属性】
技术研发人员：船井尚，牧田直树，山元良高，宫本忠芳，香西孝真，前川真司，
申请(专利权)人：夏普公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]