DE69430097T2 - Verfahren zum Kristallisieren einer Siliziumschicht - Google Patents

Verfahren zum Kristallisieren einer Siliziumschicht

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG [Gebiet der Erfindung]
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauteils mit einem kristallinen Halbleiter. Die Erfindung betrifft ferner ein elektrooptisches Bauteil wie ein Flüssigkristallbauteil mit aktiver Matrix unter Verwendung dieses Halbleiterbauteils.
    • [stand der Technik]
  • Dünnschichttransistoren (nachfolgend einfach als "TFTs" bezeichnet) sind gut bekannt, und sie werden in weitem Umfang in verschiedenen Arten integrierter Schaltungen oder elektrooptischer Bauteile verwendet, und sie werden insbesondere für Schaltelemente verwendet, wie sie an jedem von Pixeln einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit aktiver Matrix (Adressierung) sowie in Treiberelementen für zugehörige Peripherieschaltungen vorhanden sind.
  • Am einfachsten kann als Dünnschicht-Halbleiter für einen TFT ein Film aus amorphem Silicium verwendet werden. Jedoch sind die elektrischen Eigenschaften eines Films aus amorphem Silicium in nachteiliger Weise schlecht. Die Verwendung einer Dünnschicht aus Polysilicium (polykristallinem Silicium), wobei es sich um ein kristallines Silicium handelt, kann das Problem lösen. Kristallines Silicium wird z.B. als polykristallines Silicium, Polysilicium und mikrokristallines Silicium bezeichnet. Ein Film aus kristallinem Silicium kann dadurch hergestellt werden, dass als Erstes ein Film aus amorphem Silicium hergestellt wird und dann der sich ergebende Film zur Kristallisation behandelt wird.
  • Die Wärmebehandlung zur Kristallisation des Films aus amorphem Silicium erfordert es, den Film für eine Dauer von zehn Stunden oder mehr auf eine Temperatur von 600ºC oder höher zu erwärmen. Eine derartige Wärmebehandlung ist für ein Glassubstrat schädlich. Z.B. weist das üblicherweise für das Substrat von Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen mit aktiver Matrix verwendete Glascorning 7059 einen Glaserweichungspunkt von 593ºC auf, und es ist daher für großflächige Substrate nicht geeignet, die einer Erwärmung auf eine Temperatur von 600ºC oder höher unterzogen werden.
  • Entsprechend Untersuchungen durch die Erfinder in der vorliegenden Sache zeigte es sich, dass die Kristallisation eines Films aus amorphem Silicium dadurch erfolgen kann, dass der Film für eine Dauer von ungefähr vier Stunden auf 550ºC erwärmt wird. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, dass eine Spurenmenge an Nickel oder Palladium oder anderen Elementen, wie Blei, auf der Oberfläche des Films aus amorphem Silicium angebracht wird. Ein derartiges Verfahren ist aus US-A-5,147,826 bekannt.
  • Die obigen Elemente (nachfolgend als "Katalysatorelemente, die die Kristallisation eines Films aus amorphem Silicium beschleunigen können" oder einfach als "Katalysatorelemente" bezeichnet) können dadurch in die Oberfläche des Films aus amorphem Silicium eingebracht werden, dass die Elemente durch Plasmabehandlung oder Dampfabscheidung aufgebracht werden oder sie durch Ionenimplantation eingebaut werden. Zur Plasmabehandlung gehört es genauer gesagt, die Katalysatorelemente dadurch in den Film aus amorphem Silicium einzubringen, dass in einer Atmosphäre wie einer solchen von gasförmigen Wasserstoff oder Stickstoff unter Verwendung einer Katalysatorelemente enthaltenden Elektrode in einer Plasma- CVD-Vorrichtung vom Parallelplattentyp oder vom Typ mit positiver Säule ein Plasma erzeugt wird.
  • Jedoch ist das Vorhandensein von Katalysatorelementen in großer Menge im Halbleiter nicht bevorzugt, da die Verwendung derartiger Halbleiter die Zuverlässigkeit und die elektrische Stabilität des Bauteils stark beeinträchtigt, in dem der Halbleiter verwendet wird.
  • D.h., dass die Katalysatorelemente bei der Kristallisation des Films aus amorphem Silicium erforderlich sind, sie jedoch vorzugsweise nicht in das kristallisierte Silicium eingebaut werden. Diesen widersprüchlichen Erfordernissen kann dadurch genügt werden, dass als Katalysatorelement ein solches Element ausgewählt wird, das die Tendenz zeigt, in kristallinem Silicium inaktiv zu sein, und das Katalysatorelement im minimal möglichen Umfang eingebaut wird, wie es für die Kristallisation des Films möglich ist. Demgemäß muss die Menge des in den Film einzubauenden Katalysatorelements mit hoher Genauigkeit kontrolliert werden.
  • Es wurde ein Kristallisationsprozess unter Verwendung von Nickel oder dergleichen im Einzelnen untersucht. Im Ergebnis wurden die folgenden Erkenntnisse erlangt:
  • (1) Wenn Nickel durch Plasmabehandlung in einen Film aus amorphem Silicium eingebaut wird, ergibt es sich, dass das Nickel bis in eine beträchtliche Tiefe des Films aus amorphem Silicium eindringt, bevor der Film einer Wärmebehandlung unterzogen wird;
  • (2) eine anfängliche Keimbildung tritt von der Oberfläche her auf, von der her Nickel eingebaut wird; und
  • (3) wenn auf dem Film aus amorphem Silicium eine Nickelschicht abgeschieden wird, tritt die Kristallisation des Films aus amorphem Silicium auf dieselbe Weise wie dann auf, wenn eine Plasmabehandlung ausgeführt wird.
  • Angesichts des Vorstehenden wird davon ausgegangen, dass nicht das gesamte durch eine Plasmabehandlung eingeführte Nickel so wirkt, dass es die Kristallisation von Silicium fördern würde. D.h., dass dann, wenn eine große Menge an Nickel eingeführt wird, eine Überschussmenge an Nickel existiert, die nicht effektiv wirkt. Aus diesem Grund ziehen es die Erfinder in Betracht, dass ein Punkt oder eine Fläche existiert, an der das Nickel mit dem Silicium in Kontakt tritt und die so wirkt, dass sie die Kristallisation des Siliciums bei niedrigeren Temperaturen fördert. Ferner wird davon ausgegangen, dass das Nickel in Form von Atomen im Silicium verteilt werden muss. D.h., es wird davon ausgegangen, dass das Nickel in der Nähe der Oberfläche eines Films aus amorphem Silicium in Form von Atomen verteilt werden muss und dass die Konzentration des Nickels so klein wie möglich sein sollte, jedoch innerhalb eines Bereichs, der ausreichend hoch dazu ist, die Kristallisation bei niedriger Temperatur zu fördern.
  • Eine Spurenmenge an Nickel, d.h. eines Katalysatorelements, das dazu in der Lage ist, die Kristallisation von amorphem Silicium zu beschleunigen, kann z.B. durch Dampfabscheidung in der Nähe der Oberfläche eines Films aus amorphem Silicium abgeschieden werden. Jedoch ist Dampfabscheidung hinsichtlich der Steuerbarkeit des Films von Nachteil und daher zum genauen Kontrollieren der in den Film aus amorphem Silicium einzubauenden Menge des Katalysatorelements nicht geeignet.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Angesichts der vorstehend genannten Umstände zielt die Erfindung darauf ab, mit hoher Produktivität eine Dünnschicht eines kristallinen Siliciumhalbleiters durch eine Wärmebehandlung bei relativ niedriger Temperatur unter Verwendung eines Katalysatorelements herzustellen, wobei das Katalysatorelement durch genaues Kontrollieren seiner Menge eingebaut wird.
  • Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauteils mit den folgenden Schritten geschaffen: Anordnen eines Katalysators zum Fördern der Kristallisation eines Films aus amorphem Silicium in Kontakt mit einem Siliciumfilm auf einem Substrat; und darauffolgende Wärmebehandlung des Siliciumfilms, um ihn zu kristallisieren; dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator in einer Flüssigkeit aufgelöst oder verteilt wird.
  • Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekt-Halbleiterbauteils mit isoliertem Gate, das Folgendes umfasst: Herstellen eines Films aus amorphem Silicium auf einer isolierenden Fläche; Kristallisieren dieses Siliciumfilms durch ein Verfahren, wie es oben beansprucht ist; und Oxidieren einer Fläche dieses Siliciumfilms in einer oxidierenden Atmosphäre, die Wasserdampf enthält, um einen Gateisolierfilm auszubilden.
  • Außerdem kann selbst dann, wenn ein Katalysator dazu verwendet wird, ein Halbleiterbauteil mit einem aktiven Bereich aus kristallinem Silicium zu erhalten, der aktive Bereich kristallines Silicium enthalten, das keinerlei Katalysator enthält, da es entfernt vom Keimbildungsbereich gezüchtet wurde. Ein derartiges Halbleiterbauteil ist neuartig, und es könnte leicht durch Untersuchung seiner Kristallebenen selbst dann erkannt werden, wenn der anschließend einer Katalysatorbehandlung unterzogene Bereich entfernt wurde. Daher ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Halbleiterbauteil mit mindestens einem aktiven Bereich mit auf einem Substrat ausgebildetem kristallinem Silicium geschaffen, wobei die Oberfläche des Siliciumfilms mindestens eine der {111}-Ebenen, solche, die durch {hkl} (h + k = 1) wiedergegeben sind, und die zugehörige Nachbarschaft, enthält.
  • Ferner ist gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauteils geschaffen, bei dem ein erster Bereich eines Siliciumsubstrats einer Keimbildung unterzogen wird und das Substrat erwärmt wird, um Kristalle in Querrichtung ausgehend von diesem ersten Bereich bis zu einem zweiten Bereich des Siliciumsubstrats zu züchten.
  • Unter Verwendung eines Siliciumfilms mit so erzeugter Kristallinität ist es möglich, einen aktiven Bereich auszubilden, der mindestens einen elektrischen Übergang, wie einen pn-, pi- oder ni-Übergang, enthält. Beispiele von Halbleiterbauteilen sind Dünnschichttransistoren (TFT), Dioden, Fotosensoren usw.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorstehenden Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren im Einzelnen beschrieben.
  • Fig. 1A bis 1D sind Schnittansichten betreffend die Herstellung eines Films aus kristallinem Silicium gemäß der Erfindung;
  • Fig. 2A und 2B sind Schnittansichten zum Veranschaulichen der Herstellung eines Films aus kristallinem Silicium gemäß der Erfindung;
  • Fig. 3 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung der lateralen Wachstumslänge von Kristallen abhängig von der Konzentration von Nickel in einer Lösung zeigt;
  • Fig. 4 ist ein Kurvenbild, das SIMS-Daten für Nickel in einem Siliciumbereich zeigt, dem Nickel direkt zugesetzt wurde;
  • Fig. 5 ist ein Kurvenbild, das SIMS-Daten für Nickel in einem Siliciumbereich zeigt, in dem Kristalle entlang der lateralen Richtung ausgehend vom Bereich wachsen, dem Nickel direkt zugesetzt wurde;
  • Fig. 6A bis 6E zeigen Schnittansichten zum Veranschaulichen eines Herstellprozesses für ein Halbleiterbauteil gemäß dem Beispiel 3 der Erfindung;
  • Fig. 7 zeigt die Ni-Konzentration in einem Siliciumfilm, der einer Plasmabehandlung unterzogen wurde;
  • Fig. 8 ist ein Ramanspektroskopie-Diagramm hinsichtlich eines Bereichs, dem Nickel direkt zugesetzt wurde;
  • Fig. 9 ist ein Ramanspektroskopie-Diagramm hinsichtlich eines Bereichs, in dem Kristalle in lateraler Richtung wachsen;
  • Fig. 10A-10F sind Schnittansichten zum Veranschaulichen eines Herstellprozesses für ein elektrooptisches Bauteil gemäß dem Beispiel 4 der Erfindung;
  • Fig. 11A-11D sind Schnittansichten zum Veranschaulichen eines Herstellprozesses für einen TFT gemäß einem Beispiel 5 der Erfindung;
  • Fig. 12 zeigt ein schematisches Diagramm eines elektrooptischen Bauteils mit aktiver Matrix gemäß einem Beispiel 6 der Erfindung;
  • Fig. 13A und 13B sind Schnittansichten, die die Herstellung eines Films aus kristallinem Silicium gemäß einem Beispiel 7 der Erfindung veranschaulichen;
  • Fig. 14A-14E sind Schnittansichten zum Veranschaulichen eines Herstellverfahrens für einen TFT gemäß einem Beispiel 8 der Erfindung; und
  • Fig. 15A und 15B sind schematische Diagramme, die die Anordnung einer aktiven Schicht eines TFT gemäß dem Beispiel 8 der Erfindung zeigen.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die Verwendung einer Lösung zum Zusetzen von Nickel oder dergleichen gemäß der Erfindung ist hinsichtlich der folgenden Punkte von Vorteil:
  • (a) Die Konzentration des Katalysatorelements (z.B. Nickel) in der Lösung kann vorab genau eingestellt werden;
  • (b) die Menge des in den Film aus amorphem Silicium eingebauten Katalysatorelements kann durch die Konzentration des Katalysatorelements in der Lösung bestimmt werden, solange die Oberfläche des Films aus amorphem Silicium mit der Lösung in Kontakt gebracht wird; und
  • (c) das Katalysatorelement kann mit der minimalen für die Kristallisation erforderlichen Konzentration in den Film aus amorphem Silicium eingebaut werden, da das an der Oberfläche desselben adsorbierte Katalysatorelement prinzipiell zur Kristallisation des Films beiträgt.
  • Das in der vorliegenden Beschreibung genannte Wort "einschließend" oder "enthaltend" kann so verstanden werden, dass (a) entweder das Katalysatorelement einfach in einer Lösung verteilt ist oder (b) das Katalysatorelement in Form einer Verbindung in einer Lösung enthalten ist. Als Lösung können verschiedene wässrige Lösungen und Lösungen mit organischem Lösungsmittel verwendet werden. Diese Lösungsmittel können grob in polare und unpolare Lösungsmittel eingeteilt werden.
  • Wasser, Alkohol, Säure oder Ammonium können als polares Lösungsmittel verwendet werden. Beispiele von Nickelverbindungen, die für ein polares Lösungsmittel geeignet sind, sind Nickelbromid, Nickelacetat, Nickeloxalat, Nickelcarbonat, Nickelchlorid, Nickeljodid, Nickelnitrat, Nickelsulfat, Nickelformiat, Nickelacetylacetonat, 4-Cyclohexylbutansäure, Nickeloxid und Nickelhydroxid.
  • Auch können Benzol, Toluol, Xylol, Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform oder Ether als unpolares Lösungsmittel verwendet werden. Beispiele von Nickelverbindungen, die für ein unpolares Lösungsmittel geeignet sind, sind Nickelacetylacetonat und 2-Ethylcapronsäurenickel.
  • Ferner ist es möglich, einer ein Katalysatorelement enthaltenden Lösung einen grenzflächenaktiven Stoff zuzusetzen. Durch diese Vorgehensweise kann die Lösung mit höherer Effizienz an einer Fläche anhaften und dort adsorbieren. Der grenzflächenaktive Stoff kann vor dem Aufbringen der Lösung auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht werden.
  • Auch kann es erforderlich sein, eine Säure zu verwenden, wenn elementarer Nickel (Metall) verwendet wird, um dieses aufzulösen.
  • Bei den vorstehenden Beispielen kann das Nickel durch das Lösungsmittel vollständig gelöst werden. Jedoch ist es selbst dann, wenn das Nickel nicht vollständig gelöst wird, möglich, ein Material wie eine Emulsion zu verwenden, in der elementarer Nickel oder eine Nickelverbindung gleichmäßig in einem Dispersionsmedium verteilt ist.
  • Wenn ein polares Lösungsmittel wie Wasser zum Lösen von Nickel verwendet wird, ist es wahrscheinlich, dass ein Film aus amorphem Silicium eine derartige Lösung abstößt. In einem derartigen Fall wird auf dem Film aus amorphem Silicium vorzugsweise ein dünner Oxidfilm hergestellt, damit die Lösung gleichmäßig auf ihn aufgebracht werden kann. Die Dicke des Oxidfilms beträgt vorzugsweise 10 nm oder weniger. Auch ist es möglich, der Lösung einen grenzflächenaktiven Stoff zuzusetzen, um die Benetzungseigenschaften zu fördern.
  • Ferner ist es möglich, an der Oberfläche des dünnen Oxidfilms eine Reibebehandlung auszuführen, um der Oberfläche eine unregelmäßige Form mit gleichmäßigem Zwischenraum, gleichmäßiger Breite und gleichmäßiger Richtung zu verleihen. Eine derartige Unregelmäßigkeit trägt dazu bei, dass das Lösungsmittel eindringt, um dadurch die Gleichmäßigkeit der Größe und der Richtungen der Kristallkörner zu fördern. Auch ist es von Vorteil, einen derartigen kristallinen Halbleiterfilm, bei dem Kristalle in einer speziellen Richtung ausgerichtet sind, für ein Halbleiterbauteil zu verwenden, um die Gleichmäßigkeit der Bauteileigenschaften zu verbessern.
  • Auch kann, wenn ein unpolares Lösungsmittel wie Toluol dazu verwendet wird, eine Lösung von 2-Ethylcapronsäurenickel zu erhalten, die Lösung direkt auf der Oberfläche eines Films aus amorphem Silicium hergestellt werden. Jedoch ist es möglich, zwischen den Film aus amorphem Silicium und die Lösung ein Material zum Erhöhen der gegenseitigen Haftfähigkeit einzufügen, z.B. OPA (das Hexamethyldisilazan als Hauptkomponente enthält, wie von Tokyo Oka Kogyo hergestellt), das dazu verwendet wird, die Haftfähigkeit eines Resists zu verbessern.
  • Die Konzentration des Katalysatorelements in der Lösung hängt von der Art der Lösung ab, jedoch beträgt, grob gesagt, die Konzentration des Katalysatorelements, wie Nickel, gewichtsbezogen in der Lösung 1 ppm bis 200 ppm, bevorzugt 1 ppm bis 50 ppm, und bevorzugter 10 ppm weniger. Die Konzentration wird auf Grundlage der Nickelkonzentration im Siliciumfilm oder der Widerstandsfähigkeit gegen Flusssäure im Film bei Abschluss der Kristallisation bestimmt.
  • Das Kristallwachstum kann dadurch kontrolliert werden, dass die das Katalysatorelement enthaltende Lösung auf einen ausgewählten Abschnitt des Films aus amorphem Silicium aufgebracht wird. Insbesondere können Kristalle dadurch im Siliciumfilm gezüchtet werden, dass dieser in einer Richtung ungefähr parallel zu seiner Ebene ab dem Bereich erwärmt wird, auf den die Lösung direkt aufgetragen wurde, bis zum Bereich, auf den die Lösung nicht aufgetragen wurde.
  • Auch wurde klargestellt, dass dieser Bereich mit lateralem Wachstum das Katalysatorelement mit niedrigerer Konzentration enthält. Es ist von Nutzen, einen Film aus kristallinem Silicium als Bereich einer aktiven Schicht für ein Halbleiterbauteil zu verwenden, jedoch ist im Allgemeinen die Konzentration des Fremdstoffs im aktiven Bereich vorzugsweise so niedrig wie möglich. Demgemäß ist die Verwendung eines Bereichs mit lateralem Wachstum für den Bereich der aktiven Schicht bei der Bauteileherstellung von Nutzen.
  • Die Verwendung von Nickel als Katalysatorelement ist beim erfindungsgemäßen Prozess besonders effektiv. Jedoch gehören zu anderen nützlichen Katalysatorelementen Nickel (Ni), Palladium (Pd), Platin (Pt), Kupfer (Cu), Silber (Ag), Gold (Au), Indium (In), Zinn (Sn), Phosphor (P), Arsen (As) und Antimon (Sb). Ansonsten kann das Katalysatorelement mindestens eines sein, das aus den Elementen ausgewählt ist, die zu den Gruppen VIIIa, IIIb, IVb und Vb des Periodensystems gehören.
    • BEISPIEL 1
  • Das vorliegende Beispiel betrifft einen Prozess zum Herstellen eines Films aus kristallinem Silicium auf der Oberfläche eines Glassubstrats. Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1A-1D ein Prozess zum Einbauen eines Katalysatorelements (in diesem Fall Nickel) in den Film aus amorphem Silicium beschrieben. Es wird ein Substrat aus dem Glascorning 7059 mit einer Größe von 100 mm · 100 mm verwendet.
  • Durch Plasma-CVD oder LPCVD wird ein Film aus amorphem Silicium mit einer Dicke von 10 bis 150 nm abgeschieden. Genauer gesagt, wird in diesem Fall ein Film 12 aus amorphem Silicium durch Plasma-CVD mit einer Dicke von 100 nm abgeschieden (Fig. 1A).
  • Dann wird der Film aus amorphem Silicium einer Behandlung mit Flusssäure unterzogen, um Fremdstoffe zu beseitigen, und darauf wird eine natürliche Oxidschicht hergestellt, falls erforderlich. Dieser Behandlung folgt die Abscheidung eines Oxidfilms 13 auf dem Film aus amorphem Silicium mit einer Dicke von 1 bis 5 nm. Als Oxidfilm kann ein natürlicher Oxidfilm verwendet werden. Die genaue Dicke des Oxidfilms 13 ist nicht verfügbar, da er extrem dünn ist. Jedoch weist ein natürlicher Oxidfilm vermutlich eine Dicke von ungefähr 2 mm auf. Der Oxidfilm 13 wird durch Bestrahlen mit Ultraviolett(UV)strahlung in Sauerstoffatmosphäre für eine Dauer von fünf Minuten abgeschieden. Der Oxidfilm 13 kann ansonsten durch thermische Oxidation hergestellt werden. Ferner kann der Oxidfilm durch eine Behandlung unter Verwendung von wässrigem Wasserstoffperoxid hergestellt werden.
  • Der Oxidfilm 13 wird mit dem Ziel aufgebracht, die Nickel enthaltende Acetatlösung, die in einem späteren Schritt aufgetragen wird, vollständig auf der gesamten Oberfläche des Films aus amorphem Silicium zu verteilen. Kurz gesagt, ist der Oxidfilm 13 dazu vorhanden, die Benetzbarkeit des Films aus amorphem Silicium zu verbessern. Wenn diese wässrige Acetatlösung z.B. direkt aufgetragen würde, würde der Film aus amorphem Silicium diese wässrige Acetatlösung abstoßen, wodurch verhindert würde, dass Nickel gleichmäßig in die Oberfläche des Films aus amorphem Silicium eingebaut würde.
  • Danach wird eine wässrige Acetatlösung hergestellt, die ihr zugesetztes Nickel enthält. Genauer gesagt, wird eine wässrige Acetatlösung hergestellt, die Nickel mit einer Konzentration von 10 bis 200 ppm, z.B. 100 ppm, enthält. Zwei Milliliter der sich ergebenden Acetatlösung werden auf die Oberfläche des Oxidfilms 13 auf dem Film 12 aus amorphem Silicium getropft, und sie wird als solche für eine vorbestimmte Zeitdauer, vorzugsweise eine Dauer von 0,5 Minuten oder mehr, z.B. eine Dauer von 5 Minuten, dort gehalten. Anschließend erfolgt eine Schleudertrocknung bei 2.000 U/Min. unter Verwendung einer Schleudereinrichtung für 60 Sekunden, um überschüssige Lösung zu entfernen (Fig. 1C und 1D).
  • Die Konzentration des Nickels in der Acetatlösung beträgt in der Praxis 1 ppm oder mehr, vorzugsweise 10 ppm oder mehr. Die Lösung muss nicht unbedingt eine Acetatlösung sein, sondern zu anderen anwendbaren Lösungen gehören solche von Hydrochloriden, Nitraten und Sulfaten. Ansonsten können auch solche mit organischen Octylaten und Toluol verwendet werden. Im Fall des Verwendens organischer Lösungen muss der Oxidfilm 13 nicht angebracht werden, da die Lösung direkt auf den Film aus amorphem Silicium aufgetragen werden kann, um die Katalysatorelemente in den Film einzuführen.
  • Das Aufbringen der Lösung wird auf einmal ausgeführt, oder es kann wiederholt werden, wodurch es möglich ist, einen Nickel enthaltenden Film auf der Oberfläche des Films 12 aus amorphem Silicium gleichmäßig mit einer Dicke von mehreren Angström bis zu mehreren hundert Angström nach der Schleudertrocknung auszubilden. Das in diesem Film enthaltene Nickel diffundiert während des später ausgeführten Heizprozesses in den Film aus amorphem Silicium, und es wirkt so, dass es die Kristallisation des Films aus amorphem Silicium fördert. Übrigens ist es die Absicht der Erfinder, dass der Nickel oder andere Materialien enthaltende Film nicht notwendigerweise in Form eines völlig kontinuierlichen Films vorliegt, d.h., er kann unterbrochen sein, z.B. in Form einer Anzahl von Pflastern.
  • Der mit einer der obigen Lösungen beschichtete Film aus amorphem Silicium wird als solcher anschließend für eine Dauer von 5 Minuten aufbewahrt. Die abschließende Konzentration des Nickel-Katalysatorelements im Film 12 aus kristallinem Silicium kann dadurch kontrolliert werden, dass die Verweilzeit geändert wird, jedoch ist der am stärksten beeinflussende Faktor beim Kontrollieren der Endkonzentration des Nickel-Katalysatorelements im Film aus kristallinem Silicium die Konzentration des Nickel-Katalysatorelements in der Lösung.
  • Der mit einer Nickel enthaltenen Lösung beschichtete, so erhaltene Siliciumfilm wird einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 550ºC für eine Dauer von 4 Stunden in einem Heizofen mit Stickstoffatmosphäre unterzogen. So wird auf dem Substrat 11 ein dünner Film aus kristallinem Silicium 12 gebildet.
  • Die Wärmebehandlung kann bei jeder Temperatur von 450ºC oder höher ausgeführt werden. Wenn eine niedrige Temperatur ausgewählt wird, erfordert die Wärmebehandlung jedoch viel Zeit und führt zu schlechtem Produktionswirkungsgrad. Wenn eine Wärmebehandlungstemperatur von 550ºC oder mehr ausgewählt wird, muss andererseits das Problem der Wärmebeständigkeit des Glassubstrats berücksichtigt werden.
    • BEISPIEL 2
  • Das vorliegende Beispiel betrifft einen Prozess, der dem beim Beispiel 1 beschriebenen ähnlich ist, jedoch mit der Ausnahme, dass selektiv ein Siliciumoxidfilm mit einer Dicke von 120 nm vorhanden ist, um Nickel in ausgewählte Bereiche des Films aus amorphem Silicium unter Verwendung des Siliciumoxidfilms als Maske einzubauen.
  • Unter Bezugnahme auf die Fig. 2A bis 2C wird nachfolgend ein Prozess zum Herstellen eines Halbleiters gemäß dem vorliegenden Beispiel beschrieben. Ein Siliciumoxidfilm wird mit einer Dicke von 100 nm oder mehr, z.B. 120 nm, als Maske auf einem Film 12 aus amorphem Silicium abgeschieden. Der Siliciumoxidfilm 21 kann jedoch dünner als 100 nm, z.B. 50 nm, sein, wenn der Film für eine Maske ausreichend dicht ist. Der Siliciumoxidfilm 12 wird danach mittels einer herkömmlichen Fotolithografietechnik zu einem vorbestimmten Muster strukturiert. Ein dünner Siliciumoxidfilm 20 wird durch Aufstrahlen von UV-Strahlung in Sauerstoffatmosphäre für 5 Minuten ausgebildet. Die Dicke des Siliciumoxidfilms 20 beträgt vermutlich von ungefähr 2 bis 5 nm (Fig. 2A). Die Funktion des so hergestellten Siliciumoxidfilms zum Verbessern der Benetzbarkeit des Films aus amorphem Silicium kann fallabhängig durch die hydrophile Natur des als Maske ausgebildeten Siliciumoxidfilms erzeugt werden, wenn die Lösung an die Größe des Maskenmusters angepasst wird. Jedoch wird in diesem speziellen Fall, und im Allgemeinen, ein Siliciumoxidfilm 20 auf sichere Weise verwendet.
  • Dann werden, ähnlich wie beim beim Beispiel 1 beschriebenen Prozess, 5 Milliliter (hinsichtlich eines Substrats mit einer Größe von 10 cm · 10 cm) einer Acetatlösung, die 100 ppm Nickel enthält, auf die Oberfläche der sich ergebenden Struktur getropft. Ein gleichmäßiger wässriger Film wird dadurch auf der gesamten Oberfläche des Substrats hergestellt, das mit einer Schleudereinrichtung bei 50 U/Min. für eine Dauer von 10 Sekunden eine Schleuderbeschichtung ausgeführt wird. Dann wird, nachdem der Zustand für eine Dauer von 5 Minuten aufrecht erhalten wurde, die sich ergebende Struktur einer Schleudertrocknung unter Verwendung einer Schleudereinrichtung mit einer Drehzahl von 2.000 U/Min. für eine Dauer von 60 Sekunden unterzogen. Während der Verweilzeit kann das Substrat mit einer Drehzahl von 100 U/Min. oder weniger auf der Schleudereinrichtung gedreht werden (Fig. 2B).
  • Der Film 12 aus amorphem Silicium wird anschließend dadurch kristallisiert, dass eine Wärmebehandlung bei 550ºC für eine Dauer von 4 Stunden in gasförmigen Stickstoff vorgenommen wird. Es ist erkennbar, dass das Kristallwachstum entlang der Querrichtung ausgehend vom Bereich 22, in den Nickel eingeführt ist, wie durch den Pfeil 23 dargestellt, zum Bereich 25 fortschreitet, in den Nickel nicht direkt eingeführt wurde.
  • In der Fig. 2C zeigt die Bezugszahl 24 einen Bereich, in den Nickel direkt eingeführt wurde, um für Kristallisation zu sorgen, und die Bezugszahl 25 zeigt einen Bereich, in dem die Kristallisation lateral ausgehend vom Bereich 24 fortschreitet.
  • Durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Elektronenbeugung wurde klargestellt, dass:
  • (a) die in lateraler Richtung gewachsenen Kristalle nadel- oder säulenförmig mit gleichmäßigen Breiten einkristallin vorliegen;
  • (b) die Wachstumsrichtung der Kristalle ungefähr parallel zur Substratfläche verläuft, obwohl dies von der Filmdicke abhängt; und
  • (c) die Wachstumsrichtung der Kristalle im Wesentlichen mit der [111]-Achse der Kristalle ausgerichtet ist.
  • Aus den vorstehenden Tatsachen kann geschlossen werden, dass die Oberfläche des Bereichs 25 mit lateralem Wachstum ein e Ebene aufweist, die mindestens eine ist, die durch {hkl} (h + k = 1) wiedergegeben ist, z.B. {110}, {123}, {134}, {235}, {145}, {156}, {257} oder {167}, oder in der zugehörigen Nachbarschaft.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass, da kristallines Silicium Diamantstruktur aufweist, deren Raumgruppe durch Fd3m angegeben ist, ein verbotener Reflex auftritt, wenn der obige Index hkl einer Mischung von geradzahlig und ungeradzahlig entspricht, und keine Beobachtung desselben durch Elektronenbeugung möglich ist,
  • Die Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen dem Weg (um) des Kristallwachstums zum Bereich 23 entlang der transversalen (lateralen) Richtung und der Nickelkonzentration (ppm) in der wässrigen Acetatlösung.
  • Fig. 3 zeigt, dass ein Kristallwachstum über einen Weg von 25 um oder mehr dadurch realisiert werden kann, dass eine Lösung hergestellt wird, die Nickel mit einer Konzentration von 100 ppm oder mehr enthält. Aus der Fig. 3 kann auch geschlossen werden, dass Kristallwachstum entlang der Querrichtung mit ungefähr 10 um erzielt werden kann, wenn eine wässrige Acetatlösung verwendet wird, die Nickel mit einer Konzentration von 10 ppm enthält.
  • Die in der Fig. 3 aufgetragenen Werte gelten für den Fall, dass die Struktur für eine Dauer von 5 Minuten nach dem Auftragen der Nickel enthaltenden wässrigen Acetatlösung aufbewahrt wurde. Jedoch ändert sich der Weg des Kristallwachstums entlang der Querrichtung mit der Verweilzeit.
  • Wenn eine wässrige Acetatlösung verwendet wird, die Nickel mit einer Konzentration von z.B. 100 ppm enthält, kann ein längerer Weg des Kristallwachstums bei erhöhter Verweilzeit von bis zu 1 Minute erzielt werden. Wenn jedoch eine Verweilzeit von 1 Minute oder länger eingestellt wird, wird der weitere Zuwachs unbedeutend.
  • Wenn eine wässrige Acetatlösung verwendet wird, die Nickel mit einer Konzentration von 50 ppm enthält, nimmt die Verweilzeit proportional zum Weg des Kristallwachstums entlang der Querrichtung zu. Jedoch besteht die Tendenz, dass der Zuwachs mit zunehmender Verweilzeit bis 5 Minuten oder mehr in Sättigung geht.
  • Ferner ist zu beachten, dass die Temperatur die Zeit stark beeinflusst, die dazu erforderlich ist, dass eine Reaktion ein Gleichgewicht erreicht. Demgemäß hängt die Verweilzeit auch von der Temperatur ab, und es ist eine strikte Temperaturkontrolle unabdingbar. So kann der Weg des Kristallwachstums insgesamt dadurch vergrößert werden, dass die Temperatur der Wärmebehandlung angehoben wird und die Dauer derselben verlängert wird.
  • Die Fig. 4 und 5 zeigen die Nickelkonzentration in einem Siliciumfilm, der dadurch erhalten wurde, dass Nickel unter Verwendung einer wässrigen Acetatlösung eingeführt wurde, die 100 ppm Nickel enthielt, und danach der Siliciumfilm für eine Dauer von 4 Stunden bei 550ºC wärmebehandelt wurde. Die Nickelkonzentration wird durch Sekundärionen-Massenspektroskopie (SIMS) erhalten.
  • Die Fig. 4 zeigt die Nickelkonzentration im in der Fig. 2C dargestellten Bereich 24, d.h. im Bereich, in den Nickel direkt eingebaut wurde. Die Fig. 5 zeigt die Nickelkonzentration im Bereich 25 der Fig. 2C, d.h. im Bereich, in dem Kristallwachstum entlang der Querrichtung ausgehend vom Bereich 22 auftrat.
  • Durch Vergleichen der Daten der Fig. 4 mit denen der Fig. 5 ist erkennbar, dass die Nickelkonzentration im Bereich, in dem Kristallwachstum entlang der Querrichtung auftritt, um ungefähr eine Größenordnung niedriger als im Bereich ist, in den Nickel direkt eingebaut wurde.
  • Es ist auch erkennbar, dass die Nickelkonzentration im Film aus kristallisiertem Silicium im Bereich, in den Nickel direkt eingebaut wurde, bis auf einen Wert von 10¹&sup8; cm&supmin;³ heruntergedrückt werden kann, wenn eine wässrige Acetatlösung verwendet wird, die Nickel mit einer Konzentration von 10 ppm enthält.
  • Zusammengefasst gesagt, ist erkennbar, dass die Nickelkonzentration im Bereich aus kristallinem Silicium, in dem Kristallwachstum entlang der Querrichtung auftritt, dadurch auf 10¹&sup7; cm&supmin;³ oder weniger herabgedrückt werden kann, wenn eine wässrige Acetatlösung verwendet wird, die Nickel mit einer Konzentration von 10 ppm enthält und die Wärmebehandlung bei 550ºC oder mehr für eine Dauer von 4 Stunden oder länger ausgeführt wird.
  • Zusammengefasst gesagt, ist es möglich, die Konzentration von Nickel im Bereich 24 des Siliciumfilms, wo Nickel direkt zugesetzt wird, im Bereich von 1 · 10¹&sup6; Atome/cm³ bis 1 · 10¹&sup9; Atome/cm³ dadurch zu steuern, dass die Dichte der Lösung und die Verweilzeit kontrolliert werden und ferner die Konzentration des Nickels im Bereich 25 mit Querwachstum darunter gehalten wird.
  • Zum Vergleich wird eine Probe durch einen Prozess hergestellt, bei dem anstelle des Verwendens einer Nickel enthaltenden Lösung ein Film aus amorphem Silicium einem Plasma ausgesetzt wird, das dadurch erzeugt wird, dass eine eine Nickelmenge enthaltende Elektrode verwendet wird, um dem Silicium Nickel zuzusetzen (dies wird als Plasmabehandlung bezeichnet), wobei der Siliciumfilm ferner durch eine Wärmetemperung bei 550ºC für 4 Stunden kristallisiert wird. Die Bedingungen der Plasmabehandlung werden so ausgewählt, dass dasselbe Ausmaß eines lateralen Kristallwachstums wie dann erzielt werden kann, wenn eine Nickel mit 100 ppm enthaltende Essigsäure verwendet wird. Die SIMS-Daten hinsichtlich dieser Probe sind in der Fig. 7 dargestellt. Wie es erkennbar ist, ist im Fall des Verwendens einer Plasmabehandlung die Nickelkonzentration im Bereich mit Querwachstum höher als 5 · 10¹&sup8; Atome/cm³, was für den aktiven Bereich eines Halbleiterbauteils unerwünscht hoch ist. Demgemäß ist erkennbar, dass die Verwendung einer Lösung von Vorteil ist, um die Konzentration vom Nickel im Bereich mit Querwachstum zu minimieren.
  • Die Fig. 8 zeigt ein Ramanspektroskopie-Ergebnis hinsichtlich des der Fig. 4 entsprechenden Bereichs, d.h. des Bereichs, in den Nickel direkt eingebaut wird. Die Fig. 8 zeigt, dass die Kristallinität in diesem Bereich extrem hoch ist. Auch zeigt die Fig. 9 ein Ramanspektroskopie-Ergebnis hinsichtlich des Bereichs, in dem der Kristall lateral wächst. Wie es erkennbar ist, ist selbst im Querwachstumsbereich die Intensität des Ramanspektrums mehr als 1/3 der Intensität von einkristallinem Silicium. Daraus wird geschlossen, dass auch die Kristallinität im Querwachstumsbereich hoch ist.
  • Der so durch den erfindungsgemäßen Prozess hergestellte Film aus kristallinem Silicium ist dadurch gekennzeichnet, dass er hervorragende Beständigkeit gegen Flusssäure zeigt. Entsprechend den Kenntnissen der Erfinder ist, wenn Nickel durch Plasmabehandlung eingebaut wird, der spezifische Widerstand des kristallisierten Siliciums gegen Flusssäure schlecht. Wenn es erforderlich ist, einen auf dem Film aus kristallinem Silicium hergestellten Siliciumoxidfilm zu strukturieren, um durch ihn hindurch ein Kontaktloch auszubilden, wird im Allgemeinen Flusssäure als Ätzmittel verwendet. Wenn der Film aus kristallinem Silicium ausreichend hohe Beständigkeit gegen Flusssäure aufweist, kann ein großes Auswahlverhältnis (Unterschied der Ätzraten für den Siliciumoxidfilm und für den Film aus kristallinem Silicium) erzielt werden, um alleine den Siliciumoxidfilm zu beseitigen. Demgemäß ist ein Film aus kristallinem Silicium mit hoher Beständigkeit gegen einen Angriff von Flusssäure von großem Vorteil bei einem Herstellprozess für ein Halbleiterbauteil.
    • BEISPIEL 3
  • Das vorliegende Beispiel betrifft einen Prozess zum Herstellen von TFTs, wie sie für jedes der Pixel einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit aktiver Matrix vorhanden sind, unter Verwendung eines Films aus kristallinem Silicium, der durch den erfindungsgemäßen Prozess hergestellt wurde. Die so erhaltenen TFTs können nicht nur bei Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen sondern auf einem großen Gebiet angewandt werden, das allgemein als integrierte Schaltungen (ICs) mit Dünnschicht bezeichnet wird.
  • Unter Bezugnahme auf die Fig. 6A bis 6E wird nachfolgend der Prozess zum Herstellen eines TFT gemäß dem vorliegenden Beispiel beschrieben. Auf einem Glassubstrat wird ein Siliciumoxidfilm (in der Figur nicht dargestellt) mit einer Dicke von 200 nm als Basisbeschichtung abgeschieden. Dieser Siliciumoxidfilm ist dazu vorhanden, die Diffusion von Fremdstoffen in die Bauteilstruktur ausgehend vom Glassubstrat zu verhindern.
  • Danach wird ein Film aus amorphem Silicium auf ähnliche Weise wie beim Beispiel 1 mit einer Dicke von 100 nm abgeschieden. Nach dem Entfernen des natürlichen Oxidfilms durch eine Behandlung unter Verwendung von Flusssäure wird ein dünner Oxidfilm mit einer Dicke von ungefähr 2 nm durch UV-Bestrahlung in gasförmiger Sauerstoffatmosphäre hergestellt.
  • Der sich ergebende Film aus amorphem Silicium mit dem darauf vorhandenen Oxidfilm wird mit einer wässrigen Acetatlösung beschichtet, die Nickel mit einer Konzentration von 10 ppm enthält. Die sich ergebende Struktur wird für eine Dauer von 5 Minuten aufbewahrt, und sie wird danach einer Schleudertrocknung unter Verwendung einer Schleudereinrichtung unterzogen. Der Siliciumoxidfilm wird anschließend unter Verwendung einer gepufferten Flusssäure entfernt, und ein Siliciumfilm wird dadurch kristallisiert, dass die sich ergebende Struktur für eine Dauer von 4 Stunden auf 550ºC erhitzt wird. Der Prozess bis zu diesem Schritt ist derselbe, wie er beim Beispiel 1 beschrieben wurde.
  • Der so kristallisierte Siliciumfilm wird strukturiert, um einen Inselbereich 104 zu erzeugen, wie es in der Fig. 6A dargestellt ist. Dieser Inselbereich 104 bildet die aktive Schicht des TFT. Danach wird ein Siliciumoxidfilm 105 mit einer Dicke von 2 bis 150 nm, nämlich einer Dicke von 100 nm, hergestellt. Der Siliciumoxidfilm wirkt als Gateisolierfilm (Fig. 6A).
  • Der Siliciumoxidfilm 105 wird durch einen HF-unterstützten Plasma-CVD-Prozess unter Verwendung von TEOS (Tetraethoxysilan) abgeschieden. D.h., dass TEOS abgeschieden wird und dann gemeinsam mit Sauerstoff bei einer Substrattemperatur von 150 bis 600ºC, vorzugsweise im Bereich von 300 bis 450 ºC, abgeschieden wird. TEOS und Sauerstoff werden mit einem Druckverhältnis von 1 : 1 bis 1 : 3 bei einem Gesamtdruck von 6,6 bis 66,6 Pa (0,05 bis 0,5 Torr) eingeleitet, während mit einer HF-Leistung von 100 bis 250 W gearbeitet wird. Ansonsten kann der Siliciumoxidfilm durch Unterdruck-CVD oder Normaldruck-CVD unter Verwendung von TEOS als Ausgangsgas gemeinsam mit gasförmigen Ozon hergestellt werden, während die Substrattemperatur im Bereich von 350 bis 600ºC, vorzugsweise im Bereich von 400 bis 550ºC, gehalten wird. Der so abgeschiedene Film wird im Temperaturbereich von 400 bis 600 ºC für die Dauer von 30 bis 60 Minuten in Sauerstoff oder unter Ozon getempert.
  • Die Kristallisation des Siliciumbereichs 104 kann dadurch beschleunigt werden, dass eine Bestrahlung mit einem Laserstrahl unter Verwendung eines KrF-Excimerlasers (der bei einer Wellenlänge von 248 nm mit einer Impulsbreite von 20 ns arbeitet) oder entsprechendem intensivem Licht erfolgt. Die Anwendung von RTA (Rapid Thermal Annealing = schnelle thermische Temperung) unter Verwendung von Infrarotstrahlung ist besonders effektiv, da der Siliciumfilm selektiv erwärmt werden kann, ohne dass das Glassubstrat erwärmt wird. Darüber hinaus ist RTA bei der Herstellung von Isolierschicht- Feldeffekt-Halbleiterbauteilen besonders nützlich, da es das Grenzflächeniveau zwischen der Siliciumschicht und dem Siliciumoxidfilm absenkt.
  • Anschließend wird ein Aluminiumfilm mit einer Dicke von 200 nm bis 1 um durch Elektronenstrahl-Dampfabscheidung abgeschieden, und er wird strukturiert, um eine Gateelektrode 106 auszubilden. Der Aluminiumfilm kann von 0,15 bis 0,2 Gew.-% Scandium als Dotierstoff enthalten. Dann wird das Substrat in eine Ethylenglycollösung getaucht, die auf einen pH-Wert von ungefähr 7 kontrolliert wird und 1 bis 3% Weinsäure enthält, um für anodische Oxidation unter Verwendung von Platin als Kathode und der Aluminiumgateelektrode als Anode zu sorgen. Die anodische Oxidation erfolgt dadurch, dass zunächst die Spannung mit konstanter Geschwindigkeit auf 220 V erhöht wird und dann dieselbe für 1 Stunde auf 220 V gehalten wird, um die Oxidation abzuschließen. Wenn wie im vorliegenden Fall ein Konstantstrom zugeführt wird, wird die Spannung vorzugsweise mit einer Rate von 2 bis 5 V/Minute erhöht. Es wird ein anodisches Oxid 109 mit einer Dicke von 150 bis 350 nm, genauer gesagt mit einer Dicke von z.B. 200 nm, auf diese Weise hergestellt (Fig. 6B).
  • Fremdstoffe (genauer gesagt Phosphor in diesem Fall) werden auf Selbstausrichtungsweise durch Ionendotierung (Plasmadotierung) unter Verwendung des Gateelektrodenabschnitts als Maske in den inselförmigen Siliciumfilm des TFT implantiert. Als Dotiergas zum Implantieren von Phosphor mit einer Dosis von 1 · 10¹&sup5; bis 4 · 10¹&sup5; cm&supmin;² wird Phosphin (PH&sub3;) verwendet.
  • Die Kristallisation desjenigen Teils, dessen Kristallisation durch das Einführen von Fremdstoffen beeinträchtigt ist, wird dadurch ausgeheilt, dass ein Laserstrahl unter Verwendung eines KrF-Excimerlasers eingestrahlt wird, der bei einer Wellenlänge von 248 nm mit einer Impulsbreite von 20 ns arbeitet. Der Laser wird mit einer Energiedichte von 150 bis 400 mJ/cm², vorzugsweise im Bereich von 200 bis 250 mJ/cm² betrieben. So werden n-Fremstoffbereiche (mit Phosphor dotierte Bereiche) 108 ausgebildet. Der Flächenwiderstand der Bereiche ergibt sich im Bereich von 200 bis 800 Ω/Quadrat.
  • Der Schritt dieser Lasertemperung kann durch einen RTA-Prozess ersetzt werden, d.h. durch einen Prozess mit schneller thermischer Temperung unter Verwendung einer Blitzlampe, wozu es gehört, die Temperatur des Siliciumfilms schnell in einen Bereich von 1.000 bis 1.200ºC (wie mit einem Siliciummonitor gemessen) zu erhöhen. Dieses Temperungsverfahren wird auch als RTP (schneller thermischer Prozess) bezeichnet.
  • Danach wird ein Siliciumoxidfilm mit einer Dicke von 300 nm durch Plasma-CVD unter Verwendung von TEOS zusammen mit Sauerstoff oder durch Unterdruck-CVD oder Normaldruck-CVD unter Verwendung von TEOS zusammen mit Ozon als Zwischenschichtdielektrikum 110 hergestellt. Die Substrattemperatur wird im Bereich von 250 bis 450ºC, z.B. auf 350ºC, gehalten. Danach wird eine glatte Oberfläche dadurch erhalten, dass der sich ergebende Siliciumoxidfilm mechanisch poliert wird. Darauf wird durch Sputtern eine ITO-Beschichtung abgeschieden, und diese wird strukturiert, um eine Pixelelektrode 111 zu erzeugen (Fig. 6D).
  • Das Zwischenschichtdielektrikum 110 wird geätzt, um im Source/Drain, wie in der Fig. 6E dargestellt, Kontaktlöcher auszubilden, und Verbindungen 112 und 113 werden unter Verwendung von Chrom- oder Titannitrid ausgebildet, um die Anschlüsse 113 zur Pixelelektrode 111 zu verbinden.
  • Beim erfindungsgemäßen Prozess wird Nickel unter Verwendung einer wässrigen Lösung, die Nickel mit einer niedrigen Konzentration wie einer solchen von 10 ppm enthält, in den Siliciumfilm eingebaut. Demgemäß kann ein Siliciumfilm mit hoher Beständigkeit gegen Flusssäure erzielt werden, und Kontaktlöcher können stabil und mit hoher Reproduzierbarkeit ausgebildet werden.
  • Ein vollständiger TFT kann dadurch hergestellt werden, dass schließlich der Siliciumfilm im Temperaturbereich von 300 bis 400ºC für eine Dauer von 0,1 bis 2 Stunden in Wasserstoff getempert wird, um eine Hydrierung des Siliciumfilms zu bewerkstelligen. Eine Vielzahl von TFTs, die dem einen oben beschriebenen ähnlich sind, wird gleichzeitig hergestellt, und diese sind in einer Matrix angeordnet, um eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit aktiver Matrix zu bilden.
  • Gemäß dem vorliegenden Beispiel liegt die Konzentration des in der aktiven Schicht enthaltenen Nickels im Bereich von 5 · 10¹&sup6; bis 3 · 10¹&sup8; Atome/cm³.
  • Wie oben beschrieben, gehört es zum Prozess des vorliegenden Beispiels, denjenigen Teil zu kristallisieren, in den Nickel eingebaut wurde. Jedoch kann der Prozess wie beim Beispiel 2 modifiziert werden. D.h., dass Nickel durch eine Maske in ausgewählte Teile eingebaut werden kann und Kristalle ausgehend von diesen Teilen in der Querrichtung wachsen können. Dieser Kristallwachstumsbereich wird für das Bauteil verwendet. Ein Bauteil, das ausgehend vom Gesichtspunkt der elektrischen Stabilität und Zuverlässigkeit viel vorteilhafter ist, kann dadurch realisiert werden, dass die Nickelkonzentration des Bereichs der aktiven Schicht des Bauteils weiter abgesenkt wird.
    • [BEISPIEL 4]
  • Dieses Beispiel ist auf die Herstellung eines TFT gerichtet, der dazu verwendet wird, ein Pixel einer aktiven Matrix zu steuern. Die Fig. 10A-10F sind Schnittansichten zum Erläutern der Herstellung eines TFT gemäß diesem Beispiel.
  • Gemäß der Fig. 10A wird ein Substrat 201, z.B. ein Glassubstrat, gewaschen und auf seiner Oberfläche mit einem Siliciumoxidfilm 202 versehen. Der Siliciumoxidfilm 202 wird durch Plasma-CVD mit Sauerstoff und Tetraethoxysilan, die als Ausgangsgase verwendet werden, hergestellt. Die Dicke des Films beträgt z.B. 200 nm. Dann wird auf dem Siliciumoxidfilm 202 ein Film 203 aus amorphem Silicium vom eigenleitenden Typ mit einer Dicke von 50-150 nm, z.B. 100 nm, hergestellt, woraufhin anschließend auf dem Film aus amorphem Silicium ein Siliciumoxidfilm 205 von 50-200 nm, z.B. 100 nm, hergestellt wird. Ferner wird der Siliciumoxidfilm 205 selektiv geätzt, um eine Öffnung 206 auszubilden, in der der Film aus amorphem Silicium freigelegt ist.
  • Dann wird eine Nickel enthaltende Lösung (hier eine Essigsäuresalzlösung) auf die gesamte Oberfläche auf dieselbe Weise aufgebracht, wie sie beim Beispiel 2 dargelegt ist. Die Konzentration des Nickels in der Essigsäuresalzlösung beträgt 100 ppm. Die anderen Bedingungen sind dieselben wie beim Beispiel 2. So wird ein Nickel enthaltender Film 207 ausgebildet.
  • Der Film 203 aus amorphem Silicium, der mit dem mit ihm in Kontakt stehenden Nickel enthaltenden Film versehen ist, wird durch eine Wärmetemperung bei 500-620ºC für 4 Stunden in Stickstoffatmosphäre kristallisiert. Die Kristallisation beginnt ausgehend vom Bereich unter der Öffnung 206, wo der Siliciumfilm direkt mit dem Nickel enthaltenden Film in Kontakt steht, und sie schreitet ferner in einer Richtung parallel zum Substrat fort. In der Figur kennzeichnet die Bezugszahl 204 einen Teil des Siliciumfilms, wo dieser direkt mit Nickel versehen ist und er kristallisiert, während die Bezugszahl 203 einen Teil kennzeichnet, wo ein Kristall in einer Querrichtung wächst. Die in der Querrichtung gewachsenen Kristalle weisen ungefähr 25 um auf. Auch verläuft die Richtung des Kristallwachstums ungefähr entlang den [111]-Achsen.
  • Nach der Kristallisation wird der Siliciumoxidfilm 205 entfernt. Dabei wird gleichzeitig ein Oxidfilm entfernt, der sich auf dem Siliciumfilm in der Öffnung 206 bildete. Ferner wird der Siliciumfilm 204 durch Trockenätzen strukturiert, um eine aktive Schicht 208 in Form einer Insel auszubilden, wie es in der Fig. 10B dargestellt ist. Es ist zu beachten, dass Nickel im Siliciumfilm nicht nur unter der Öffnung 206, wo Nickel direkt zugesetzt wurde, mit höherer Konzentration enthalten ist, sondern auch in einem Bereich, in dem die oberen Enden der Kristalle liegen. Das Strukturieren des Siliciumfilms sollte auf solche Weise erfolgen, dass der strukturierte Siliciumfilm 208 keine derartigen Bereiche enthält, in denen Nickel mit höherer Konzentration enthalten ist.
  • Dann wird die strukturierte aktive Schicht 208 einer Atmosphäre ausgesetzt, die 100% Wasserdampf von 10 atm bei 500- 600ºC, typischerweise 550ºC, enthält, was für eine Stunde erfolgt, um die zugehörige Oberfläche zu oxidieren und so einen Siliciumoxidfilm 209 von 100 nm auszubilden. Nach der Oxidation wird das Substrat in einer Ammoniumatmosphäre (1 atm, 100%) auf 400ºC gehalten. In diesem Zustand wird der Siliciumoxidfilm 209 mit Infrarotlicht mit einer Intensitätsspitze bei einer Wellenlänge im Bereich von 0,4-4 um, z.B. 0,8-1,4 um, für 30-180 Sekunden belichtet, um den Siliciumoxidfilm 209 zu nitrieren. Der Atmosphäre kann HCl mit 0,1 bis 10% zugesetzt werden. Als Lichtquelle für das Infrarotlicht wird eine Halogenlampe verwendet. Die Intensität des IR-Lichts wird so kontrolliert, dass die Temperatur an der Oberfläche eines Überwachungs-Siliciumwafers aus einkristallinem Silicium zwischen 900-1.200ºC eingestellt ist. Genauer gesagt, wird die Temperatur durch ein Thermoelement überwacht, das in einen einkristallinen Siliciumwafer eingebettet ist, und sie wird an die IR-Lichtquelle rückübertragen (rückgekoppelt). Beim vorliegenden Beispiel wird die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit konstant im Bereich von 50-200ºC/s gehalten, und auch das Substrat kühlt natürlich mit 20-100ºC/s ab. Da das IR-Licht den Siliciumfilm selektiv erwärmen kann, ist es möglich, eine Erwärmung des Glassubstrats zu minimieren.
  • Gemäß der Fig. 10C wird ein Aluminiumfilm durch ein Sputterverfahren mit einer Dicke von 300-800 nm, z.B. 600 nm, hergestellt, und er wird dann zu einer Gateelektrode 210 strukturiert. Der Aluminiumfilm enthält vorzugsweise 0,01- 0,2% Scandium.
  • Gemäß der Fig. 10D wird die Oberfläche der Aluminiumelektrode 210 anodisch oxidiert, um einen anodischen Oxidfilm 211 in einer Ethylenglycollösung herzustellen, die 1-5% Weinsäure enthält. Die Dicke des Oxidfilms 211 beträgt 200 nm, was die Größe eines Offsetgatebereichs bestimmt, der in einem späteren Schritt ausgebildet wird, wie es unten erörtert ist.
  • Nun wird auf die Fig. 10E Bezug genommen, gemäß der die Gateelektrode und der umgebende anodische Oxidfilm als Maske verwendet werden und ein n-leitender Fremdstoff (hier Phosphor) auf selbstausrichtende Weise durch ein Ionendotierverfahren (auch als Plasmadotierverfahren bezeichnet) in die aktive Schicht eingeführt wird, um Fremdstoffbereiche 212 und 213 zu bilden. Als Dotiergas wird Phosphin (PH&sub3;) verwendet. Die Beschleunigungsspannung beträgt 60-90 kV, z.B. 80 kV. Die Dosismenge beträgt 1 · 10¹&sup5; - 8 · 10¹&sup5; cm&supmin;², z.B. 4 · 10¹&sup5; cm&supmin;². Wie es aus der Zeichnung erkennbar ist, sind die Fremdstoffbereiche 212 und 213 um einen Abstand "x" gegen die Gateelektrode versetzt. Diese Konfiguration ist von Vorteil, um einen Leckstrom (Aus-Strom) zu verringern, wie er auftritt, wenn an die Gateelektrode eine Vorspannung in Sperrrichtung angelegt wird (d.h. eine negative Spannung im Fall eines nTFT). Insbesondere ist, da es erwünscht ist, das in einer Pixelelektrode gespeicherte elektrische Ladungen ohne Auslecken erhalten bleiben, um eine hervorragende Anzeige zu erzielen, die Offsetkonfiguration besonders vorteilhaft, wenn ein TFT dazu verwendet wird, ein Pixel einer aktiven Matrix zu steuern, wie im Fall des vorliegenden Beispiels.
  • Danach wird ein Temperungsvorgang durch Laserbestrahlung ausgeführt. Als Laser kann ein KrF-Excimerlaser (Wellenlänge: 248 nm, Impulsbreite: 20 ns) oder ein anderer Laser verwendet werden. Die Bedingungen der Laserbestrahlung im Fall eines KrF-Excimerlasers sind: Energiedichte von 200-400 mJ/cm², z.B. 250 mJ/cm², Anzahl der Schüsse 2-10 Schüsse pro Ort, z.B. 2 Schüsse. Vorzugsweise wird das Substrat auf 200-450ºC erwärmt, um den Bestrahlungseffekt zu verstärken.
  • Gemäß der Fig. 10F wird durch Plasma-CVD ein Zwischenschicht-Isolierfilm 214 aus Siliciumoxid mit einer Dicke von 600 nm hergestellt. Ferner wird durch Schleuderbeschichten ein Film aus transparentem Polyimid 215 hergestellt, um eine eingeebnete Fläche zu erhalten. Dann wird ein transparenter, leitender Film aus z.B. Indiumzinnoxid durch Sputtern mit einer Dicke von 80 nm auf der eingeebneten Fläche hergestellt und zu einer Pixelelektrode 216 strukturiert.
  • Die Zwischenschicht-Isolierfilme 214 und 215 werden mit sie durchsetzenden Kontaktlöchern versehen, durch die hindurch Elektroden/Leiterbahnen 217 und 218 die Fremdstoffbereiche des TFT erreichen können. Die Elektroden/Leiterbahnen 217 und 218 werden aus einem metallischen Material hergestellt, z.B. als Mehrfachschicht aus Titannitrid und Aluminium. Schließlich erfolgt ein Tempern in Wasserstoffatmosphäre von 1 atm bei 350ºC für 30 Minuten, um eine Pixelschaltung einer Aktivmatrixschaltung mit TFTs fertigzustellen.
    • [BEISPIEL 5]
  • Dieses Beispiel ist auf die Herstellung eines TFT gerichtet, und es wird unter Bezugnahme auf die Fig. 11A-11D beschrieben. Es werden dieselben Bezugszahlen dazu verwendet, dieselben oder ähnlichen Elemente wie beim vorigen Beispiel zu beschreiben.
  • Gemäß der Fig. 11A wird zunächst ein Basisfilm 202 aus Siliciumoxid durch Sputtern mit 200 nm Dicke auf einem Substrat 201 aus Corning 7059 hergestellt. Das Substrat wird bei einer Temperatur über dem Erweichungspunkt des Substrats getempert, gefolgt von einem Abkühlen des Glases bis auf eine Temperatur unter dem Erweichungspunkt mit einer Rate von 0,1 -1,0ºC/Minute. Dadurch ist es möglich, eine Kontraktion des Substrats bei einer späteren Substraterwärmung (z.B. thermische Oxidation, thermische Temperung) zu verringern, wodurch ein Maskenausrichtungsprozess erleichtert wird. Dieser Schritt kann entweder vor oder nach der Herstellung des Basisfilms 201 ausgeführt werden, oder er kann sowohl vor als auch nach der Herstellung des Basisfilms 201 ausgeführt werden. Wenn ein Substrat aus Corning 7059 verwendet wird, kann das Substrat für 1-4 Stunden auf 620-660ºC erwärmt werden, worauf folgend es mit 0,1-0,3ºC abgekühlt wird und einem Ofen entnommen wird, wenn die Temperatur auf 400- 500ºC gefallen ist.
  • Dann wird durch Plasma-CVD ein eigenleitender (i-Typ) Film aus amorphem Silicium mit 50-150 nm Dicke, z.B. 100 nm, hergestellt. Der Film aus amorphem Silicium wird auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 kristallisiert. Daher wird eine redundante Erläuterung weggelassen. Nach der Kristallisation wird der Siliciumfilm zu Inselform mit Abmessungen von 10- 100 um² strukturiert. Demgemäß wird ein Film 208 aus kristallinem Silicium in Form einer Insel als aktive Schicht eines TFT ausgebildet, wie es in der Fig. 11A dargestellt ist.
  • Gemäß der Fig. 11B wird die Oberfläche des Siliciumfilms dadurch oxidiert, dass sie einer oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt wird, um einen Oxidfilm 209 auszubilden. Die oxidierende Atmosphäre enthält 70-90% Wasserdampf. Der Druck und die Temperatur der Atmosphäre betragen 1 atm und 500- 750ºC, typischerweise 600ºC. Die Atmosphäre wird durch eine wärmeinduzierte Reaktion aus den Gasen Sauerstoff und Wasserstoff erzeugt, wobei das Wasserstoff/Sauerstoff-Verhältnis 1,5-1,9 beträgt. Der Siliciumfilm wird der so erzeugten Atmosphäre für 3-5 Stunden ausgesetzt. Im Ergebnis wird ein Oxidfilm 209 mit einer Dicke von 50-150 nm, z.B. 100 nm, gebildet. Da die Oberfläche des Siliciumfilms durch die Oxidation um 5 nm oder mehr verringert (aufgebraucht) wird, erstreckt sich ein Verunreinigungseffekt betreffend die oberste Fläche des Siliciumfilms nicht auf die Silicium- Siliciumoxid-Grenzfläche. Anders gesagt, ist es durch die Oxidation möglich, eine saubere Silicium-Siliciumoxid-Grenzfläche zu erzielen. Auch beträgt, da die Dicke des Siliciumoxidfilms das Doppelte der Dicke des zu oxidierenden Teils des Siliciumfilms ist, die Dicke des nach der Oxidation verbleibenden Siliciumfilms 50 nm, wenn der Siliciumfilm ursprünglich 100 nm dick ist und der erhaltene Siliciumoxidfilm 100 nm dick ist.
  • Im Allgemeinen ist die Beweglichkeit um so höher, je dünner ein Siliciumoxidfilm (Gateisolierfilm) und eine aktive Schicht sind, und umso kleiner ist der Aus-Strom. Andererseits ist eine vorläufige Kristallisation eines Films aus amorphem Silicium einfacher, wenn seine Dicke größer ist. Demgemäß bestand ein Widerspruch hinsichtlich des Kristallisationsprozesses und der elektrischen Eigenschaften hinsichtlich der Dicke der aktiven Schicht. Das vorliegende Beispiel überwindet dieses Problem in vorteilhafter Weise. D.h., dass zunächst ein Film aus amorphem Silicium mit größerer Dicke hergestellt wird, damit ein besserer Film aus kristallinem Silicium erhalten werden kann, worauf folgend die Dicke des Siliciumfilms durch Oxidation verringert wird, was zu einer Verbesserung der Eigenschaften der aktiven Schicht eines TFT führt. Darüber hinaus besteht die Tendenz, dass eine amorphe Komponente oder Korngrenzen, wie im Film aus kristallinem Silicium enthalten, während der thermischen Oxidation oxidiert werden, was zu einer Abnahme von Rekombinationszentren in der aktiven Schicht führt.
  • Nach der Ausbildung des Siliciumoxidfilms 209 durch thermische Oxidation wird das Substrat in einer Atmosphäre von 100 % die Stickstoffmonoxid auf 1 atm bei 600ºC für 2 Stunden getempert.
  • Gemäß der Fig. 11C wird durch Niederdruck-CVD Silicium mit einer Dicke von 300-800 nm, z.B. 600 nm, abgeschieden, das 0,01 bis 0,2% Phosphor enthält, und es wird dann zu einer Gateelektrode 210 strukturiert. Ferner wird, unter Verwendung der Gateelektrode 210 als Maske, ein Fremdstoff mit n- Leitungsfähigkeit in einem Bereich der aktiven Schicht auf Selbstausrichtungsweise durch Ionendotierung zugesetzt. Als Dotierungsgas wird Phosphin verwendet. Die Dotierungsbedingungen sind im Wesentlichen dieselben wie beim Beispiel 4. Die Dosismenge beträgt z.B. 5 · 10¹&sup5; cm&supmin;². So werden n- Fremdstoffbereiche 212 und 213 ausgebildet.
  • Danach wird ein Temperungsvorgang auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 4 dargelegt mit einem KrF-Excimerlaser ausgeführt. Die Lasertemperung kann durch eine Lampentemperung mit Strahlung mit nahem Infrarot ersetzt werden. Strahlung im nahen Infrarot wird durch kristallines Silicium effektiver als durch amorphes Silicium absorbiert. Demgemäß ist ein Tempern mit Strahlung im nahen Infrarot einem thermischen Tempern bei 1.000ºC oder mehr vergleichbar. Andererseits ist es möglich, zu verhindern, dass das Glassubstrat auf schädliche Weise erwärmt wird, da Strahlung im nahen Infrarot durch ein Glassubstrat nicht all zu sehr absorbiert wird. D.h., dass zwar Strahlung im fernen Infrarot durch ein Glassubstrat absorbiert werden kann, jedoch sichtbare oder Strahlung im nahen Infrarot, deren Wellenlängenbereiche von 0,5-4 um gehen, nicht all zu sehr absorbiert werden.
  • Gemäß der Fig. 11D wird durch Plasma-CVD ein Zwischenschicht-Isolierfilm 214 aus Siliciumoxid mit 600 nm Dicke hergestellt. Anstelle von Siliciumoxid kann Polyimid verwendet werden. Ferner werden durch den Isolierfilm hindurch Kontaktlöcher ausgebildet. Durch die Kontaktlöcher hindurch können unter Verwendung einer Mehrfachschicht von Titannitrid- und Aluminiumfilmen Elektroden/Leiterbahnen 217 und 218 hergestellt werden. Abschließend wird ein Tempern in Wasserstoffatmosphäre bei 350ºC und 1 atm für 30 Minuten ausgeführt. So wird ein TFT fertiggestellt.
  • Die Beweglichkeit im so hergestellten ITT beträgt 110-150 cm²/Vs, Der S-Wert beträgt 0,2-0,5 V/Größenordnung. Auch beträgt die Beweglichkeit 90-120 cm²/Vs und der S-Wert beträgt 0,4-0,6 V/Größenordnung, wenn ein p-Kanal-TFT durch Eindotieren von Bor in die Source- und Drainbereiche hergestellt wird. Die Beweglichkeit beim vorliegenden Beispiel kann um 20% oder mehr erhöht werden, und der S-Wert kann um 20% oder mehr verringert werden, wenn mit einem Fall verglichen wird, bei dem ein Gateisolierfilm durch ein bekanntes PVD- oder CVD-Verfahren hergestellt wird.
  • Auch ist die Zuverlässigkeit eines TFT gemäß dem vorliegenden Beispiel vergleichbar mit derjenigen eines TFT, der durch thermische Oxidation bei einer Temperatur vom hohen Wert von 1.000ºC hergestellt wurde.
    • [Beispiel 6]
  • Die Fig. 12 zeigt ein Beispiel einer Flüssigkristallvorrichtung mit aktiver Matrix gemäß dem vorliegenden Beispiel.
  • In der Figur zeigt die Bezugszahl 61 ein Glassubstrat, und 63 zeigt einen Pixelbereich mit einer Vielzahl von Pixeln in Form einer Matrix, von denen jedes mit einem TFT als Schaltelement versehen ist. Die Bezugszahl 62 zeigt einen Treiber- Peripheriebereich (oder mehrere Bereiche), in dem Treiber- TFTs vorhanden sind, um die TFTs im Pixelbereich anzusteuern. Der Pixelbereich 63 und der Treiberbereich 62 sind auf demselben Substrat 61 vereint.
  • Die im Treiberbereich 62 vorhandenen TFTs müssen über hohe Beweglichkeit verfügen, damit sie von großen elektrischen Strömen durchsetzt werden können. Auch müssen die TFTs im Pixelbereich 63 die Eigenschaft eines niedrigeren Leckstroms aufweisen, um das Ladungsspeichervermögen von Pixelelektroden zu erhöhen. Z.B. sind gemäß dem Beispiel 3 hergestellte TFTs als TFTs des Pixelbereichs 63 geeignet.
    • [Beispiel 7]
  • Das vorliegende Beispiel ist eine Modifizierung des Beispiels 1. D.h., dass vor dem Herstellen einer wässrigen Nickelacetatlösung auf einer Siliciumoxid-Oberfläche eine Reibebehandlung ausgeführt wird, um dort eine Anzahl winziger Kratzer auszubilden.
  • Gemäß der Fig. 13A wird ein Substrat 11 aus Corning 7059 mit einem Siliciumoxidfilm als Basisfilm 18 bereitgestellt. Der Siliciumoxidfilm wird z.B. durch Sputtern mit einer Dicke von 200 nm hergestellt. Auf dem Siliciumoxidfilm wird ein Film 12 aus amorphem Silicium durch Plasma-CVD mit einer Dicke von 30 bis 80 nm, z.B. 50 nm, hergestellt. Anschließend wird die Oberfläche des Films aus amorphem Silicium mit Flusssäure behandelt, um eine Verunreinigung oder ein darauf ausgebildetes natürliches Oxid zu beseitigen. Danach wird ein 1-10 nm dicker Siliciumoxidfilm dadurch ausgebildet, dass das Substrat in Sauerstoffatmosphäre einer Strahlung von UV-Licht (nicht dargestellt) ausgesetzt wird. Das Oxidieren kann durch Wasserstoffperoxid-Behandlung oder thermische Oxidation ausgeführt werden.
  • Dann werden auf dem Siliciumoxidfilm durch eine Reibebehandlung, wie durch die Bezugszahl 17 veranschaulicht, feine Kratzer (Unebenheit oder Unregelmäßigkeit) ausgebildet. Die Reibebehandlung erfolgt mit einer Diamantpaste. Jedoch können anstelle einer solchen ein Baumwolltuch oder Kautschuk verwendet werden. Es ist wünschenswert, dass die Kratzer eine gleichmäßige Richtung, Breite und einen gleichmäßigen Abstand aufweisen.
  • Nach der Reibebehandlung wird durch Schleuderbeschichten auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 ein Film aus Nickelacetat hergestellt. Die Nickelacetatlösung wird durch die Kratzer gleichmäßig absorbiert.
  • Gemäß der Fig. 13B wird dann der Film aus amorphem Silicium bei 550ºC für vier Stunden in einer Stickstoffatmosphäre, wie beim Beispiel 1, ofengetempert. So wird ein Film aus kristallinem Silicium erhalten. Die Korngrößen und die Ausrichtungen der Körner 19 beim so erhaltenen Film sind gleichmäßiger als beim Beispiel 1 erhalten. Die Körner 19 erstrecken sich in einer Richtung und sie verfügen über ungefähr rechteckige oder elliptische Form oder dergleichen.
  • Die Abmessung oder Anzahl der Kratzer kann dadurch kontrolliert werden, dass die Dichte der Diamantpaste geändert wird. Da es schwierig ist, die Kratzer mit einem Mikroskop zu beobachten, wird die Reibebedingung auf solche Weise bestimmt, dass die Größe von Körnern oder die Dichte von restlichem amorphem Silicium im Film aus kristallinem Silicium maximiert werden kann. Bei diesem Beispiel wird die Behandlungsbedingung so ausgewählt, dass Längen amorpher Bereiche, die nach der Kristallisation verblieben sind, 1 um oder weniger, vorzugsweise 0,3 um oder weniger, betragen.
  • Im Fall des Beispiels 1, bei dem keine Reibebehandlung ausgeführt wird, besteht die Tendenz, dass das Nickel nicht gleichmäßig diffundiert, und es werden nichtkristallisierte Bereiche in Form von Kreisen von 1-10 um beobachtet. Demgemäß verbessert die Reibebehandlung die Gleichmäßigkeit der erhaltenen Kristalle.
    • [Beispiel 8]
  • Das vorliegende Beispiel ist auf einen Herstellprozess für TFTs zum Schalten von Pixeln einer aktiven Matrix gemäß dem Beispiel 7 gerichtet. Die Fig. 14A-14E sind Schnittansichten zum Veranschaulichen des Herstellprozesses.
  • Gemäß der Fig. 14A wird ein Siliciumoxidfilm 202 durch Plasma-CVD mit einer Dicke von 300 nm auf einem Substrat 201 aus dem Glas Corning 7059 (10 cm²) hergestellt. Dann wird durch Plasma-CVD ein Film 203 aus amorphem Silicium mit einer Dicke von 30-100 nm, z.B. 50 nm, auf dem Siliciumoxidfilm 202 hergestellt.
  • Der so hergestellte Film aus amorphem Silicium wird durch den beim Beispiel 7 dargestellten Prozess kristallisiert. Nach der thermischen Kristallisation wird eine Lasertemperung ausgeführt, um die Kristallinität zu verbessern, was mit einem Kr-Excimerlaser (248 nm Wellenlänge) mit einer Energiedichte von 200-350 mJ/cm² erfolgt. Im Ergebnis werden amorphe Komponenten, wie sie im Film aus kristallinem Silicium verblieben sind, vollständig kristallisiert.
  • Nach der Kristallisation wird der Siliciumfilm 203 zu Inselform strukturiert, um einen Siliciumfilm 208 zu erzeugen, wie es in der Fig. 14B dargestellt ist. Dabei können der Ort und die Richtung der Siliciuminsel in Bezug auf die Korngrenzen auf eine Weise ausgewählt werden, wie sie durch die Fig. 15A und 15B veranschaulicht ist.
  • Wenn ein elektrischer Strom eines TFT Korngrenzen durchsetzt, wirken diese als Widerstand. Andererseits fließt ein elektrischer Strom leicht entlang Korngrenzen. Demgemäß werden die elektrischen Eigenschaften eines TFT stark durch die Anzahl und die Richtung der im Kanalbereich vorhandenen Körner (Korngrenzen) beeinflusst. Wenn z.B. eine Anzahl von TFTs vorliegt, variieren die Leckstromeigenschaften jedes TFT abhängig von der Anzahl und der Richtung der im zugehörigen Kanalbereich enthaltenen Körner.
  • Das obige Problem wird dann schwerwiegend, wenn die Größe der Körner ungefähr der Kanalgröße entspricht oder kleiner ist. Wenn der Kanal ausreichend größer als die Körner ist, wird diese Streuung ausgemittelt und nicht deutlich beobachtet.
  • Wenn z.B. keine Korngrenze im Kanal vorliegt, kann erwartet werden, dass der TFT dieselben elektrischen Eigenschaften wie ein einkristalliner TFT aufweist. Wenn sich dagegen Korngrenzen entlang der Richtung eines Drainstroms über die ganze Insel erstrecken, wird der Leckstrom größer. Wenn sich dagegen Korngrenzen in der Richtung rechtwinklig zur Richtung des Drainstroms erstrecken, wird der Leckstrom kleiner.
  • Wenn TFTs auf solche Weise ausgerichtet werden, dass ihr Drainstrom in einer Richtung entlang der Reiberichtung fließt, besteht die Tendenz, da Kristalle entlang der Reiberichtung länger sind, dass die Anzahl von Korngrenzen in jeweiligen Kanälen ungleichmäßig ist und daher wahrscheinlich eine Streuung des Leckstroms auftritt. Darüber hinaus wird die Stärke des Leckstroms größer, da die Korngrenzen in der Richtung des Drainstroms ausgerichtet sind, wie es in der Fig. 15A dargestellt ist.
  • Andererseits können, wenn, wie es in der Fig. 15B dargestellt ist, ein Drainstrom in einer Richtung rechtwinklig zur Reiberichtung fließt, die Eigenschaften bei nichtfließendem Strom stabilisiert werden. Dies, da die Breite der Körner 19 ungefähr konstant ist und die Anzahl der im Kanalbereich 26 existierenden Körner konstant gemacht werden kann. Zusammengefasst gesagt, ist es wünschenswert, den aktiven Bereich 208 auf solche Weise auszubilden, dass der Drainstrom eines TFT in einer Richtung rechtwinklig zur Richtung von Korngrenzen, d.h. den Reiberichtungen, fließt. Darüber hinaus macht die Reibebehandlung die Größe der Kristallkörner gleichmäßig, was dazu führt, dass ein nichtkristallisierter Bereich epitaktisch durch anschließende Laserbestrahlung kristallisiert werden kann.
  • Wie es in der Fig. 14B dargestellt ist, wird ein Siliciumoxidfilm mit einer Dicke von 20-150 nm, z.B. 100 nm, als Gateisolierfilm 209 durch Plasma-CVD hergestellt.
  • Dann wird Aluminium, das Si mit 1 Gew.-% oder Sc mit 0,1 bis 0,3 Gew.-% enthält, durch Sputtern mit 0,1 bis 3 um, z.B. 0,5 um hergestellt, woraufhin es zu einer Gateelektrode 210 strukturiert wird. Dann wird die Aluminiumelektrode einem anodischen Oxidationsprozess unter Verwendung einer Ethylenglycollösung unterzogen, die 1-3% Weinsäure enthält. Der pH-Wert des Elektrolyten beträgt ungefähr 7. Als Kathode wird eine Platinelektrode verwendet, während als Anode eine Aluminiumelektrode verwendet wird. Die Spannung wird erhöht, während der elektrische Strom konstant gehalten wird, bis sie 220 V erreicht hat, und dann wird dieser Zustand für eine Stunde aufrecht erhalten. Im Ergebnis wird ein anodischer Oxidfilm 212 mit einer Dicke von 150-350 nm, z.B. 200 am, erzeugt.
  • Gemäß der Fig. 14C wird ein Fremdstoff von einem Leitungstyp (Bor) durch ein Ionendotierverfahren in die Siliciuminsel eingeführt, wobei die Gateelektrode 210 auf Selbstausrichtungsweise als Maske verwendet wird. Als Dotiergas wird Diboran (B&sub2;H&sub6;) verwendet. Die Dosismenge beträgt 4-10 · 10¹&sup5; cm&supmin;². Die Beschleunigungsspannung beträgt 65 kV. So wird ein Paar von Fremdstoffbereichen (p-Typ) 212 und 213 erhalten.
  • Danach werden die Fremdstoffbereiche 212 und 213 durch Bestrahlen mit einem KrF-Excimerlaser (Wellenlänge von 248 nm, Impulsbreite von 20 ns) aktiviert. Die Energiedichte des Laserstrahls beträgt 200-400 mJ/cm², vorzugsweise 250-300 mJ/cm².
  • Gemäß der Fig. 14D wird ein Zwischenschicht-Isolierfilm 214 aus Siliciumoxid durch Plasma-CVD mit einer Dicke von 300 nm hergestellt. Dann wird über dem Fremdstoffbereich 212 (Source) durch den Zwischenschicht-Isolierfilm 214 und dem Gateisolierfilm 209 hindurch durch Ätzen ein Kontaktloch ausgebildet. Dann wird durch Sputtern ein Aluminiumfilm ausgebildet, und dieser wird strukturiert, um eine Sourceelektrode 217 zu erzeugen.
  • Gemäß der Fig. 14E wird Siliciumnitrid durch Plasma-CVD mit 200-600 nm als Passivierungsfilm 215 abgeschieden. Über dem Fremdstoffbereich (Drain) 213 wird durch den Passivierungsfilm 215, den Zwischenschicht-Isolierfilm 214 und dem Gateisolierfilm 209 hindurch durch Ätzen ein Kontaktloch ausgebildet. Schließlich wird ein Indiumzinnoxid-Film (ITO) als Pixelelektrode 216 ausgebildet. So wird ein Pixel-TFT erhalten.
  • Während die Erfindung mit bevorzugten Ausführungsformen offenbart wurde, ist zu beachten, dass der Schutzumfang der Erfindung nicht auf die speziellen Beispiele der Ausführungsformen beschränkt sein soll. Es können verschiedene Modifizierungen innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche vorgenommen werden.
  • Z.B. kann der Nickel enthaltende Film unter Verwendung einer nichtwässrigen Lösung, wie Alkohol, hergestellt werden. Wenn ein Alkohol verwendet wird, kann die Lösung direkt auf dem Film aus amorphem Silicium ausgebildet werden, ohne dass ein Oxidfilm verwendet wird. Genauer gesagt, kann eine Nickel enthaltende Verbindung wie Nickelacetylacetonat durch Ethanol gelöst werden. Dieses Material kann während des Erwärmens zur Kristallisation zersetzt, erden, da die zugehörige Zersetzungstemperatur relativ niedrig ist. Die Menge an Nickelacetylacetonat wird so ausgewählt, dass die Konzentration des Nickels in der Lösung auf 100 ppm kontrolliert wird. Der Nickel enthaltende Film kann dadurch erhalten werden, dass die Lösung aufgetragen wird und dann durch ein Schleudertrocknungsverfahren bei 1.500 U/Min. für 1 Minute getrocknet wird. Auch kann, da der Kontaktwinkel von Alkohol kleiner als der von Wasser ist, die zum Herstellen des Films verwendete Lösungsmenge kleiner als dann sein, wenn eine wässrige Lösung verwendet wird. In diesem Fall ist ein Tropfen von 2 ml für 100 mm² geeignet. Die anschließenden Schritte zum Herstellen des kristallinen Siliciums können vollständig dieselben sein, wie sie bei den bevorzugten Ausführungsformen erläutert wurden.
  • Als anderes Beispiel kann elementarer Nickel durch eine Säure aufgelöst werden. D.h., dass als Säure Salpetersäure von 0,1 mol/l verwendet wird. Nickelpulver wird in dieser Säure mit 50 ppm aufgelöst.

Claims (20)

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, folgende Schritte umfassend:
Anordnen eines Katalysators zur Kristallisationsunterstützung eines amorphen Siliziumfilms in Kontakt mit einem Siliziumfilm auf einem Substrat; und
darauffolgende Wärmebehandlung des Siliziumfilms, um den Film zu kristallisieren;
dadurch gekennzeichnet, daß
der Katalysator in einer Flüssigkeit aufgelöst oder verteilt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Katalysator Nickel (Ni), Palladium (Pd), Platin (Pt), Kupfer (Cu), Silber (Ag), Gold (Au), Indium (In), Zinn (Sn), Phosphor (P), Arsen (As), oder Antimon (Sb), oder zumindest ein Element aus den Gruppen VIIIa, IIIb, IVb und Vb des Periodensystems enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Katalysator in der Flüssigkeit mit einer Konzentration von 200 ppm oder weniger enthalten ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Konzentration des Katalysators 50 ppm oder weniger ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Konzentration des Katalysators 10 ppm oder weniger ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flüssigkeit für eine vorbestimmte Zeit vor der Wärmebehandlung mit dem Siliziumfilm in Kontakt gebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Konzentration des Katalysators, der auf dem Siliziumfilm aufgebracht wird, durch die Wahl der vorbestimmten Zeit bestimmt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein an der Grenzfläche aktives Mittel verwendet wird, um die Benetzbarkeit und/oder die Haftfähigkeit des Siliziumfilms zu erhöhen und dadurch die Wirkeffizienz der Flüssigkeit auf der Siliziumfläche zu steigern.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Flüssigkeit eine polare Lösung ist, und auf dem amorphen Siliziumfilm ein Oxidfilm gebildet wird, um eine Abstoßung der Flüssigkeit zu verhindern.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Katalysator einen in einer polaren oder nichtpolaren Flüssigkeit gelösten Bestandteil enthält.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die polare Flüssigkeit Wasser, Alkohol, Säure oder Ammonium enthält.
12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die nichtpolare Flüssigkeit Benzol, Toluol, Xylol, Kohlenstofftetrachlorid, Chloroform oder Äther enthält.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flüssigkeit den Siliziumfilm bedeckt und für eine vorbestimmte Zeit in Kontakt mit dem Siliziumfilm bleiben darf, bevor er mit Hilfe einer Schleudervorrichtung getrocknet wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Katalysator in der Flüssigkeit Nickelacetylacetonat, Nickelsalz der 2-Äthylhexansäure, Nickelbromid, Nickelacetat, Nickeloxalat, Nickelcarbonat, Nickelchlorid, Nickeliodid, Nickelnitrat, Nickelsulfat, Nickelformiat, Nickelsalz der 4- Cyclohexyl-Buttersäure, Nickeloxid oder Nickelhydroxid enthält.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärmebehandlung so ausgeführt wird, daß die Konzentration des Katalysators, der in dem Siliziumfilm nach der Wärmebehandlung enthalten ist, im Bereich zwischen 5 · 10¹&sup6; Atonen/cm³ bis 1 · 10¹&sup9; Atomen/cm³ liegt.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das die Kristallisation unterstützende Material in einer ersten Bereich des Siliziumfilms eingeführt wird, indem die Flüssigkeit nur mit einem ausgewählten Abschnitt des Siliziumfilms in Kontakt gebracht wird; und
wobei das Erhitzen des Siliziumfilms so ausgeführt wird, daß die Kristalle von dem ersten Bereich hin zu einen zweiter. Bereich des Siliziumfilms wachsen, auf den das die Kristallisation unterstützende Material nicht direkt aufgebracht wurde.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das die Kristallisation unterstützende Material in dem ersten Bereich des Siliziumfilms mit einer höheren Konzentration vorhanden ist als in dem zweiten Bereich nach der Erhitzung.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, folgenden weiteren Schritt umfassend:
Versehen des Siliziumfilms mit einem Muster nach der Erhitzung, um einen aktiven Bereich der Halbleitervorrichtung in dem zweiten Bereich auszubilden.
19. Verfahren zur Herstellung einer Isoliergate-Feldeffekt- Halbleitervorrichtung, folgende Schritte umfassend:
Ausbilden eines amorphen Siliziumfilms auf einer isolierenden Fläche;
Auskristallisieren des Siliziumfilms mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18; und
Oxydieren einer Fläche des Siliziumfilms in einer Wasserdampf enthaltenden, oxydierenden Atmosphäre, um einen das Gate isolierenden Film auszubilden.
20. Verfahren nach Anspruch 19, folgenden weiteren Schritt umfassend:
Behandeln des Siliziumfilms nach dem Oxydieren mit Licht in einer Stickstoff enthaltenden Atmosphäre.
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