CN1162188A

CN1162188A - 半导体器件的制造方法

Info

Publication number: CN1162188A
Application number: CN96123975A
Authority: CN
Inventors: 山崎舜平; 寺本聪; 小山润; 宫永昭治
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1995-12-15
Filing date: 1996-12-15
Publication date: 1997-10-15
Anticipated expiration: 2016-12-15
Also published as: US5869363A; US20010026964A1; KR100285020B1; CN1146955C; TW319912B; KR100285019B1

Abstract

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。

Description

半导体器件的制造方法

本发明涉及以薄膜晶体管为代表的半导体器件的制造方法，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，本发明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，按本发明的一个方案，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。

按本发明的另一方案，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，本发明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；

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，将结合附图说明本发明的优选实施例。

第1实施例

按本发明第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是按本发明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平坦。使气氛中的氧浓度为20至50％来调节氧的加入量。

从热处理效果和重复性考虑，上述热处理温度的下限最好设定为450℃以上。重要的是，所设定的热处理温度上限是在所用玻璃衬底101的变形温度以下。

因此，用石英衬底可使热处理温度提高到1000℃以上。这时，能进一步提高除镍效果。而且，能缩短热处理时间周期。

但是，由于对硅膜的腐蚀作用明显，因此，要求减小卤族元素的浓度和加入的氧浓度。

除氮气外，也可以用“惰性气体”。特别是，选用Ar、He和Ne中的一种或多种气体。

引入卤元素的气体除HCl外，还可选用HF，HBr，Cl₂，F₂、Br₂、NF₃和ClF₃中的一种或多种。气氛中气体含量(体积含量)最好设定为含HF0.3至10％，或含HBr 1至20％，或含Cl₂0.3至5％或含F₂ 1至3％，或含Br₂ 0.3至10％。

如上所述，在含卤族元素的气氛中再进行热处理，镍元素浓度可设定为原始浓度的1/10以下。这就是说，与没用含卤族元素的气氛热处理的情况相比，处理后的膜中镍元素的含量设定在1/10以下。用其它金属元素能获得同样效果。

例如，经在氮气中热处理用镍元素结晶的结晶硅膜中，用SIMS(二次离子质谱仪)测试，发现镍元素的浓度约为1×10¹⁹至5×10¹⁹cm^-3。

反之，本例中，检测到镍浓度约为1×10¹⁸至5×10¹⁸cm^-3。当然，假定引入镍的条件相同。

应注意，本例中，用溶液引入镍元素，是为了有优异的可检性和简化工艺。但是，也可用CVD法或溅射法形成镍或含镍薄膜的方法。而且，也可以用吸附法将镍元素与非晶硅膜表面接触来固定镍元素的方法。

同样，也可用促进硅结晶的其它金属。

第2实施例

本发明第2实施例是用与第1实施例不同的形式生长晶体。本例涉及按平行于衬底方向生长晶体的称为“横向生长的”方法，其中使用促进硅结晶金属元素。

图2A至2D是按本例的制造工艺示意图。首先，在Corning 1737玻璃衬底(也可用石英衬底)上形成厚3000的氧氮化硅膜202作底膜。

用低压热CVD法形成厚500的非晶硅膜203。

然后，形成厚1500的氧化硅膜(未画出)。然后，该图形成掩模204。在掩模上形成开口205，并由开口205露出下层非晶硅膜203。

开口205是附图中纵深延伸的细长矩形。开口宽度设定为20μm以上。任意确定纵向长度。

在其上涂覆第1实施例用的含镍重量为10ppm的醋酸镍溶液。然后，用旋转涂覆机甩去多余的溶液。

按上述方式，如虚线206所示，镍元素与非晶硅膜203的露出面和氧化硅膜掩模204的表面接触。(如图2A所示)。

随后，在尽可能不含氧的氮气氛中，在600℃热处理4小时。用该工艺按平行于衬底的方向生长晶体，如图2B中207所示。晶体生长以开口205区朝四周逐渐进入已引入镍元素区。平行于衬底方向的晶体生长称作“横向生长”。

横向生长可超过100μm，如图2B所示，获得横向区硅膜208。

然后，除去选择引入镍元素用的氧化硅膜掩模，荻得图2C所示状态。该状态中，硅膜208中存在横向晶体生长区和没生长晶体的非晶态硅区。

然后，该状态中，在含HCl 5％，O₂ 5％和N₂ 90％的气氛中，在600℃热处理10分钟。

用该工艺，如第1实施例所示，能降低膜中的Ni浓度。

随后，对横向生长区刻图形成图形209。本例中，重要的是将图形设计成图形209中不存在晶体生长的起点和终点。

因为，在晶体生长的起点和终点Ni元素浓度较高。

与第1实施例相比能进一步降低横向生长区的图形209中残留的Ni元素浓度。

由于横向生长区中含的金属元素浓度本来就低。具体地说，横向生长区的图形209中Ni元素浓度能设定为10¹⁷cm^-3数量级。

而且，器件设计成横向生长方向与载流子移动方向基本一致，与第1实施例中所用晶体生长方法相比，器件的迁移率更高。

第3实施例

本发明的第3实施例是在有源阵列型液晶显示单元中或有源阵列EL显示单元中的像素区的薄膜晶体管的制造例。

图3A至3E是该例制造工艺示意图。首先，按第1或第2实施例方法在玻璃衬底上生长结晶硅膜。然后，对结晶硅膜构图，形成图3A所示状态。

图3A所示状态中，301表示玻璃衬底，302表示底膜，303表示结晶硅膜形成的有源层。本例中，最好用氧氮化硅膜构成底膜。还要求氧氮化硅膜中含卤族元素。这是因为，用卤族元素能吸收金属离子和可移动离子。

获得图3A所示状态后，形成厚度为1000的形成栅绝缘膜用的氧氮化硅膜304。用氧气，硅烷和N₂O的混合气体的等离子CVD法或用TEOS和N₂O混合气体的等离子CVD法形成氧氮化硅膜304。

而且，氧氮化硅膜中含的卤族元素通常有防止有源层中的镍元素(或促进硅结晶的其它金属元素)对作为绝缘膜的栅绝缘膜造成损坏。

构成氧氮硅化膜的重要性是，由于膜质量优异，金属元素难以进入栅绝缘膜。若金属元素进入栅绝缘膜，它作为绝缘膜的功能会被破坏，使薄膜晶体管的特性不稳定和分散。

应注意，氧氮化硅膜通常能用作栅绝缘膜。

形成了作为栅绝缘膜的氧氮化硅膜后，用溅射法形成以后要作为栅电极的铝膜(未画出)。铝膜中含钪0.2wt％。

铝膜中含0.2wt％的钪是为了在后续工艺中防止出现小丘或须晶。小丘和须晶是指加热产生的针状凸起物。认为小丘和须晶是铝的非正常生长而引起的。

铝膜形成后，形成一致密的阳极氧化膜。用含3％酒石酸的1，2-亚乙基二醇溶液作电解液形成阳极氧化膜。

用铝膜作阳极，铂作阴极，在电解液中进行阳极氧化，由此，在铝膜表面形成致密阳极氧化膜。

致密阳极氧化膜厚度(未画出)设定为100。阳极氧化膜用于提高后面要形成的光致抗蚀剂掩模的粘接力。

应注意，阳极氧化时，用所加电压控制阳极氧化膜的厚度。

此后，形成光致杭蚀剂掩模306。然后，对铝膜305刻图，形成图形305。按此方式获得图3B所示状态。

该状态下，再次进行阳极氧化。本例中，用3％的草酸水溶液作电解液。用铝图形305作阳极，在电解溶液中进行阳极氧化。形成多孔阳极氧化膜308。

本工艺中，由于光致抗蚀剂掩模306的上部粘接力大，可在铝图形侧边上选择形成阳极氧化膜308。

阳极氧化膜308的厚度能长到几μm。本例中，其厚度设定为6000。应注意，可用阳极氧化周期控制生长距离。

然后，再次形成致密阳极氧化膜。换言之，用上述含3％酒石酸的1，2-亚乙基二醇溶液作电解液，再次进行阳极氧化。结果，由于电解液进到多孔阳极氧化膜308中，形成致密阳极氧化膜309。设定致密阳极氧化膜309的厚度为为1000，如图3C所示。

本例中，腐蚀氧氮化硅膜304的露出部分。通常用干腐蚀进行腐蚀。用醋酸，硝酸和磷酸的混合酸除去多孔阳极氧化膜308。由此，获得图3D所示状态。

获得图3D所示状态后，进行杂质离子注入。本例中，为制造n-沟道型薄膜晶体管，用等离子掺杂法进行磷(P)离子掺杂。

本工艺中分别形成重掺杂区311和315和轻掺杂区312和314。因为残留的氧氮化硅膜310作为透明掩模，以在此屏蔽部分杂质离子。

此后，对其进行激光束或强光辐照，以激活掺杂区。按此方式，用自对准方式形成源区311，沟道形成区313，漏区315和低浓度掺杂区312和314。

本例中，314所指示的区域称作“LDD”(轻掺杂的漏)，图3D所示。

应注意，致密阳极氧化膜309厚度设定为2000以上时，允许在沟道形成区313的外边形成漂移栅区。

同样，本例中，尽管形成3漂移栅区，由于其尺寸小，所以漂移栅区的作用小，为避免使附图复杂化，因此，在图中没画出。

此后，形成氧化硅膜，氮化硅膜或其迭层作为层间绝缘膜316。可用氧化硅膜或氮化硅膜上形成树脂材料层来构成层间绝缘膜316。

然后，确定接触孔，形成源电极317和漏电极318。由此，完成图3E所示薄膜晶体管。

第4实施例

本发明的第4实施例涉及第3实施例中所示结构中的栅绝缘膜304的制造方法。用耐高温的石英衬底或玻璃衬底时，最好用热氧化法形成栅绝缘膜。

由于用热氧化法形成的氧化膜作为绝缘膜是好的致密的，而且不包含能在膜中移动的电荷，因此，是一种最佳的栅绝缘膜。

热氧化膜形成方法的一个例子是，在氧气氛中在950℃进行。

该情况下，在氧和HCl等混合气氛中进行热氧化是有效的。用该工艺形成热氧化膜时，能从有源层中除去金属元素。

而且，在N₂O和氧的混合气氛中能有效形成含氮的热氧化膜。本例中，若使N₂O气混合比最佳，则能通过热氧化法获得氧氮化硅膜。

本例中，用热氧化法形成栅绝缘膜。但是，也可用热CVD法形成栅绝缘膜。用N₂O和胺提供氮组分。

第5实施例

本发明第5实施例是按不同于图3A至3E所示方法制造薄膜晶体管的实例。

图4A至4E是本例的制造工艺示意图。首先，用第1和第2实施例的方法在玻璃衬底上形成结晶硅膜。然后，构图获得图4A所示状态。

图4A所示状态中，401是玻璃衬底，402是底膜，403是结晶硅膜制成的有源层。本例中，底膜402最好用氧氮化硅膜形成。

获得图4A所示状态后，形成厚度为1000构成栅绝缘膜的氧氮化硅膜404。膜形成方法是用氧，硅烷和N₂O混合气体的等离子CVD法，或用TEOS和N₂O混合气体的等离子CVD法。

应注意，通常用氧化硅膜作栅绝缘膜。

形成作为栅绝缘膜的氧氮化硅膜404后，用溅射法形成以后的栅电极用铝膜(未画出)。铝膜中含0.2wt％的钪。

铝膜形成后，形成未画出的致密阳极氧化膜。用含3％酒石酸的1，2-亚乙基二醇溶液作电解液形成阳极氧化膜。即，用铝膜作阳极，铂作阴极，在电解液中进行阳极氧化。由此在铝膜表面形成致密阳极氧化膜。

未画出的致密阳极氧化膜的厚度设定为100。阳极氧化膜能提高以后形成的光致抗蚀剂掩模的粘接力。

应注意，阳极氧化时用所加电压控制阳极氧化膜的厚度。

此后，形成光致抗蚀剂掩模405。然后对铝膜构图，形成图形406。

该状态下，再进行阳极氧化。本例中，用3％的草酸水溶液作电解液。用铝膜图形406作阳极在电解液中进行阳极氧化，构成多孔阳极氧化膜407。

本工艺中，由于光致抗蚀剂掩模的上部粘接力强，在铝图形406侧表面选择形成阳极氧化膜407。

阳极氧化膜407的厚度可生长到几微米。本例中，其厚度设定为6000。应注意，用阳极氧化周期控制生长距离。

按该方式获得图4B所示状态。然后，再形成致密阳极氧化膜。换言之，用上述含3％酒石酸的1，2-亚乙基二醇溶液作电解液，再次进行阳极氧化。结果，由于电解液进入多孔阳极氧化膜407，因而形成图4C所示致密阳极氧化膜408。

图4C所示状态下，首先进行杂质离子注入。该工艺可在除去光致抗蚀剂掩模405后进行。

用注入杂质离子形成源区409和漏区411。410区中不注入杂质离子。

随后，用醋酸，硝酸和磷酸构成的混合酸除去多孔阳极氧化膜407。由此方式获得图4D所示状态。

获得图4D所示状态后，再次进行杂质离子注入。在比最初的杂质离子注入条件轻的掺杂条件下进行杂质离子注入。

本工艺中，形成轻掺杂区412和413，然后，形成沟道形成区414，如图4D所示。

此后，对其进行激光束或强光辐照，使掺杂区激活。按此方式，以自对准方式形成源区409，沟道形成区410，漏区411，低杂质浓度区412，和413。

本例中，413区称作“LDD”(轻掺杂的漏区)，如图4D所示。

此后，形成氧化硅膜，氮化硅膜或其迭层膜作层间绝缘膜415。在氧化硅膜或氮化硅膜上形成的树脂材料层构成层间绝缘膜415。

然后，确定接触孔，形成源电极416和漏电极417。按此方式，完成图4E所示薄膜晶体管。

第6实施例

本发明第6实施例是n-沟道薄膜晶体管和P-沟道薄膜晶体管的互补型实例。

用本例结构可在绝缘表面上集成各种薄膜集成电路。它也能用来构成有源阵列液晶显示单元的外围驱动电路。

首先，如图5A所示，在玻璃衬底501上形成氧化硅膜或氧氮化硅膜作底膜502。最好用氧氮化硅膜。

而且，用等离子CVD法或低压热CVD法形成未画出的非晶硅膜。而且，用第1或第2实施例的方法使非晶硅膜结晶成结晶硅膜。

然后，对这样获得的结晶硅膜构图，获得有源层503和504。按此方式获得图5A所示状态。

而且，形成构成栅绝缘膜的氧氮化硅膜。按本工艺，若用石英衬底，最好用上述热氧化法，如图5A所示。

形成以后要构成栅电极的未画出的厚4000的铝膜。除用铝之外，也可用其它可阳极化的金属，如钽。

铝膜形成后，用上述方法，在铝膜上形成非常薄的致密阳极氧化膜。

随后，铝膜上设置未画出的光致抗蚀剂掩模，并对铝膜构图。然后，用获得的铝图形为阳极进行阳极氧化，构成多孔阳极氧化膜508和509。多孔阳极氧化膜508和509的厚度设定为5000。

而且，在形成致密阳极氧化膜的条件下再次进行阳极氧化，由此构成致密阳极氧化膜510和511，其厚度设定为800。按此方式获得图5B所示状态。

而且，用干腐蚀除去露出的氧化硅膜505，获得图5C所示栅绝缘膜512和513。

获得图5C所示状态后，用醋酸，硝酸和磷酸组成的混合酸除去孔阳极氧化膜508和509。按此方式，获得图5D所示状态。

该状态下，交替地设置光致抗蚀剂掩模，使磷(P)离子注入左边的薄膜晶体管。硼(B)离子注入右边的薄膜晶体管。

按自对准方式形成有高杂质浓度的n型源区514和漏区517。

而且，同时形成低杂质浓度的掺P离子的弱n型区515。

形成弱n型515的原因是因为，保留的栅绝缘膜512所致。换言之，栅绝缘膜512部分屏蔽了栅绝缘膜512进入P离子。

按同样的原理，以自对准方式形成强P型源区521和漏区518。同时形成低杂质浓度区520。而且，同时形成沟道形成区519。

应注意，致密阳极氧化膜510和511的厚度高达2000时，可在厚度基础上形成与沟道形成区516和519接触的漂移栅区。

本例中，由于致密阳极氧化膜510和511的厚度薄至1000以下，因此，可以忽略这些膜510和511的存在。

然后，用激光束或强光对其辐照，对掺杂区退火。

此后，如图5E所示，形成氮化硅膜522和氧化硅膜523作层间绝缘膜，膜522和523的厚度均设定为1000。应注意，可以不形成氧化硅膜523。

本例中，用氮化硅膜522覆盖薄膜晶体管。因为氮化硅膜致密，并有优异的界面特性，该结构能提高薄膜晶体管的可靠性。

而且，用旋涂法形成树脂材料层间绝缘膜524。本例中，层间绝缘膜524的最小厚度为1微米，如图5E所示。

然后，确定接触孔，形成左边的n沟道型薄膜晶体管的源电极525和漏电极526。并形成右边的薄膜晶体管的源电极527和漏电极526。本例中，漏电极526设置成公用。

按上述方式可构成有补偿型CMOS结构的薄膜晶体管电路。

本例的结构中，也用树脂材料和氮化膜覆盖薄膜晶体管，本结构使可移动离子和潮气难以进入，因而提高了寿命。

第7实施例

本发明第7实施例是用激光束进一步辐照第1或第2实施例获得的结晶硅膜的结构，由此形成单晶区或基本上是单晶区。

首先，如第1实施例所述，用Ni元素作用获得结晶硅膜。然后，用准分子激光，如KrF准分子激光，辐照薄膜，进一步促进结晶。

用ESR测试经上述方法大大促进结晶化的膜的单晶类区的电子旋转密度为3×10¹⁷cm^-3以下，用SIMS测得的Ni元素密度最小值为3×10¹⁷cm^-3以下。

该区域中基本不存在晶界。与单晶硅晶片相比，能获得高电特性。

单晶类区中含5％以下至1×10¹⁵cm^-3的氢原子。该结果是用SIMS(二次离子质谱仪)测得的。

用单晶或基本上是单晶的区域制造薄膜晶体管，其特性可与用单晶晶片制造的MOS型晶体管的特性相比。

第8实施例

本发明第8实施例是在图3至5所示薄膜晶体管制造工艺中用热CVD法形成栅绝缘膜的实例。用热CVD法形成栅绝缘膜时，由于需要高温加热，因此，要求用石英衬底。

本例中，用低压热CVD在850℃，用含3vol％HCl的氧气氛形成栅绝缘膜。增大有源层中金属元素的含量难以改变按上述方法制成的栅绝缘膜的电性能。

第9实施例

本发明第9实施例是在第1实施例的方法中将镍元素直接引入底膜表面的实施例。这时，Ni元素与非晶硅膜的下表面接触。

如上所述，本发明提供了减少促进硅结晶的金属元素在所获得的结晶硅膜中的浓度的方法。

按本发明，能获得可靠性更高性能优异的薄膜半导体器件。

已用实施例说明了本发明，但发明并不限于这些实施例，本发明还会有各种改型和变化，这些改型和变化不脱离本发明精神并且均属本发明要求保护的范围。

Claims

1、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以下，其旋转密度为3×10¹⁷cm^-3以下。

7、半导体器件的制造方法，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和背面接触；

对所述非晶硅膜进行第1热处理，使其至少一部分结晶；

在含卤族元素的气氛中对硅膜进行第2热处理，以故意除去所述金属元素；

其中用同一方式进行第1和第2热处理。

8、按权利要求7的方法，其特征是，所述促进硅结晶的金属元素用选自Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Cu和Au中的一种或多种。

9、按权利要求7的方法，其特征是，所述包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构成的。

10、按权利要求7的方法，其特征是，所述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构成的。

11、按权利要求7的方法，其特征是，所述第2热处理是在450℃至1050℃进行。

12、按权利要求7的方法，还包括在第2热处理后用激光辐照所述硅膜构成单晶或基本无晶界的基本上是单晶的硅区的步骤，包含的金属元素浓度为3×10¹⁷cm^-3以下，旋转密度为3×10¹⁷cm^-3以下。