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經濟部中央標準局負工消費合作社印装 Γ60831 A7 B7 五、發明说明() 發明背景 本發明係關於用以製造具有結晶半導體之半導體裝置 之方法。本發明進一步關於使用於積體電路中之薄膜電晶 體(tft),特別是用於電光裝置中活性矩陣m路之開 關元件,或在相同基底上形成之驅動電路當成活性矩陣電 路0 非晶矽膜可以快速的使用當成T F T之薄膜半導體。 但是,非晶矽膜之電特性較結晶薄膜半導體,例如多晶矽 ,單晶矽,和微晶矽差。結晶矽膜之準備乃藉由首先形成 非晶矽膜,而後加熱處理剩餘的膜以使其晶化。 非晶矽膜之晶化之熱處理需要對膜加熱6 0 0°C或更 高之溫度,1 〇小時或更長之時間。然而,此一熱處理會 損壞玻璃基底。例如,一般使用於活性矩陣液晶顯示裝置 之基底之康寧(Corning) 7 0 5 9玻璃具有之玻璃扭曲 點爲5 9 3 °C,因此,其不適合大區域基底在6 0 0 °C或 更高的溫度下受熱。 依照發明人之硏究,非晶矽膜之晶化可藉由提供少量 的鎳或鈀或例如鉛等其他元素於非晶矽膜之表面而在 5 5 0 °C下對膜加熱約4小時即可有效的達成。 上述之元素(以下稱爲"可促進非晶矽膜晶化之觸媒 元素〃或簡稱、觸媒元素#)可藉由以電漿處理或蒸氣沈 稹或以離子植入而將元素導入非晶矽膜之表面。電紫處理 爲一種處理其中觸媒元素藉由在例如氫氣或氮氣之大氣中 產生一電漿而加入非晶矽膜中,該電漿使用含有觸媒元素 本紙張尺度逍用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) ----------「參II 一 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 ^60831 A7 經濟部中央梂準局貞工消费合作社印装 B7五、發明説明(2 ) 之電極在平行板型或正圃柱型電漿CV D裝置中產生。 但是,在半導體中出現大董的觸媒元素並不好,此乃 因爲使用此種半導體會傷害半導體所使用之裝置之可靠度 和電穩定性。 亦即,觸媒元素在非晶矽膜之晶化上是必需的,但是 最好不要在結晶矽中加的太多。爲了滿足此需求,必需選 擇在結晶矽中傾向於非活性化之元素當成觸媒元素,並使 加入矽膜之元素之量最少。爲此,加入膜中之觸媒元素之 量必需高準確的控制。 在詳細討論使用鎳之晶化處理後,可得下列之結果: (1 )在以電漿處理將鎳加入非晶矽膜中時,在對膜 做熱處理之前,鎳已侵入非晶矽膜至一相當深的深度; (2 )最初的晶核發生在加鎳之表面;和 (3 )當以蒸氣沈稹在非晶矽膜上形成鎳層時,非晶 矽膜之晶化之發生如同在電漿處理時之情形一般。 (4 )當加入相當大量的鎳於非晶矽膜時,如果雷射 光照射在非晶矽膜上用以晶化或是在加熱晶化後,鎳趨向 於在膜之表面隔離,而導致此膜無法當成活性半導體層使 用。 因此,並非所有以電漿處理功能加入之鎳皆會促進砂 之晶化。亦即,如果導入大置的鎳時,超過量的鎳並不會 促進矽之晶化。爲此,發明人認爲有一關鍵點或事實在於 鎳接觸矽作用以促進矽之晶化於低溫下。亦即,假設鎳不 斷的以原子的型式擴散入矽中。亦即,鎳需要以原子的型 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) S. 訂 線 本紙張尺度適用中國國家梯準(CNS ) A4规格(210X297公釐) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 Γ60831 A7 __B7 五、發明説明(3 ) 式擴散入非晶矽膜之表面附近,且鎳之濃度需儘可能的低 ,但是仍誓在一足夠高的範圍內以促進低溫晶化。 些微量之鎳,亦即可加速矽晶化之觸媒元素以藉由例 P蒸氣沈稹加入非晶矽膜之表面附近。但是,關於膜之 控制性上,蒸氣沈稹相當不利,因此,其不並適合準確的 控制加入非晶矽膜中之觸媒元素之置。 發明概要 鑒於上述之情形,本發明之主要特徵乃在使用一觸媒 元素以在低溫時促進晶化而獲得一結晶矽,該溫度低於未 使用觸媒元素時之溫度。特別的,最高的處理溫度應爲 6 0 0 °C或更低。本發明之另一目的乃在控制(減少)在 結晶矽膜中觸媒之濃度並改善生產率。本發明之另一目的 乃在製造一種半導體裝置,其具有結晶矽半導體,其中至 少一如PN,P I或N I之電接面形成薄膜電晶體,二極 體,光感應器等。 爲了達成本發明之前述目的且依照本發明之最基本概 念,本發明之主要特徵乃在設置含有觸媒元素或化合物之 膜與矽膜接觸,並在擴散進入矽膜之觸媒元索之協助下使 矽晶化。 提供觸媒至膜中之典型例爲氧化矽膜,其以旋轉塗覆 等由一溶液中形成。氧化矽膜可最迅速的使用於半導體裝 置之介電膜。亦即,觸媒材料加入含有氧化矽之溶液中, 而後該溶液塗覆在一表面上以形成加有小S觸媒元索之氧 本紙張尺度逋用中國國家揉準(CNS ) A4规格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -装· 訂 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 60831 A7 _'_ B7 五、發明説明(4 ) 化矽膜。 附圖簡述 本發明之前述和其他目的將參考下述之附豳及本發明 之較佳實施例而詳細說明,其中: 圚1 A — 1 C爲依照本發明之例1用以禊得結晶砂之 過程: 圚2 A — 2 C爲依照本發明之例2用以獏得結晶砂之 過程; 圖3 A - 3 B爲依照本發明之例3用以獏得結晶砂之 過程: 圖4 A_ 4 D爲依照本發明之例4用以獏得結晶较之 過程; 圓5 A_ 5 E爲依照本發明之例5製造TFT之過程 圖6 A — 6 F爲依照本發明之例6製造TFT之過程 9 圚7 A — 7 D爲依照本發明之例7製造TFT之過程 :和 圖8爲在活性矩陣液晶裝置中之稹體電路之例。 本發明之詳細說明 依照本發明,含有以原子型式或化合物型式之觸媒元 素之氧化矽膜與矽膜接觸,特別是在非晶矽膜上,且和氧 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4规格(210X 297公釐) I Ί ~装 , .1 線 Λ { (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 60831 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明(5 ) 化矽膜接觸之矽膜以加熱退火而晶化。在加熱退火時,觸 媒元素由氧化矽膜擴散入非晶矽膜以促進晶化。 在本發明之較佳實施例中,含有觸媒元素的氧化矽膜 使用用以形成氧化矽膜之溶液形成。觸媒元素或化合物在 溶液中保持一已定濃度。使用氧化矽膜相當有利,因爲其 可藉由塗覆輕易的形成,且在加熱晶化時可忍耐較高之溫 度。 本發明之上述方法具有下列之優點: (a )在溶液中觸媒之濃度可受到準確的控制: (b )如果溶液與矽膜之表面接觸時加入矽膜中之觸 媒元素之鼉可藉由在溶液中觸媒元素之濃度決定:和 (c )由非晶矽膜之表面所吸收之觸媒元素主要當成 用以促進晶化之觸媒,因此,在矽中觸媒之量可以減少。 用以準備保持有觸媒元素之氧化矽膜之溶液之最典型 例爲OCD溶液(Ohka擴散源),其中Tokyo Ohka公司所 生產。0 C D包含矽烷醇序列單體或寡聚物溶解在例如甲 醇或酮之有機溶液中。OCD亦含有例如有機粘合劑之適 當添加物。在此例中亦可使用另一種溶液,其中氧化矽之 細微粒子溶解或擴散在有機溶劑中。例如,由Nissan Kagaku Kogyo Kabushikigaisha 所銷售之 NT — L6008,NHC AT-7 3 2 *NHC A T -7 4 1 R,和NHC CT— 3 3 0 1亦可使用當成氧化 矽膜之啓始材料。 例如,當使用OCD溶液和鎳當成觸媒元素時,可使 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝_
-、1T 線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210X297公嫠) -60831 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明(6 ) 用下述之方法。 (1 )直接的將鎳化合物加入OCD溶液中,或 (2 )鎳化合物溶解在溶劑中,並將此溶劑中加入 Ο C D溶液。 在上述的方法(1 )中,鎳化合物必需溶解在OCD 之溶劑中。例如,可使用乙醯丙酮酸鎳或2 —乙基己酸鎳 Ο 在使用上述之方法(2 )時,可使用如水,乙醇,酯 ,或酮之溶劑以溶解鎳化合物。但是,最好使用和OC D 溶液之成分相同之溶劑。 可使用乙醇當成溶劑之鎳化合物之例爲溴化鎳,醋酸 鎳,草酸鎳,氣化鎳,碘化鎳,硝酸鎳,硫酸鎳,甲酸鎳 ,乙醯丙酮酸鎳,和4 _環己基丁酸鎳。 再者,在含有觸媒之溶液中加入界面活性劑是有益的 。此外,將黏著增進劑(例如HMDS (六甲基矽胺烷) ,由Tokyo Ohka Kogyo公司所生產之OAP )應用至以含 有觸媒元素之溶液塗覆之表面以增加其間之黏合是相當有 利的。 在上述的例子中,鎳化合物完全的溶解在溶液中。但 是,在此例中亦可使用例如乳化液之溶液,其中鎳元素或 鎳化合物均質的擴散,並將此溶液加入〇CD中。 其他非鎳之觸媒元素亦可以上述相同之方式使用。 雖然加入溶液中之觸媒之量決定於使用之溶液種類, 但是其約爲2 0〜5 0 0 0 ppm,且最好爲2 0 0〜 本紙張尺度逋用中國國家揉準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 線 60831 Α7 Β7 五、發明説明(7 ) 2 0 0 0 ppm,相對於OCD溶液,而OCD溶液含有 之氧化矽膜濃度爲2. 0 w t % 〇 再者,於此亦可以藉由使用含有觸媒元素之OCD溶 液在所選擇之矽膜之部份以選擇性的執行非晶矽膜之晶化 。特別的,此晶化由氧化矽膜所形成之區域進行到氧化矽 膜所未應用之區域。在此一例中,結晶成長於大約平行矽 膜之表面,而本發明之發明人將此區域稱爲側向成長區域 0 結晶膜之側向成長區域傾向於包含低濃度的觸媒元素 ,當與直接提供含有氧化矽之觸媒之區域比較時。因此, 由於在活性區域中雜質的濃度可明顯的降低,側向成長面 域特別有利於當成半導體裝置之活性區域。因此,使用側 向成長區域當成活性區域以製造半導體裝置是相當有利的 0 在本發明中,鎳當成最好的觸媒元素。但是,其他的 觸媒元素亦可以相同的方式使用。這些元素例如Pd, 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) P t ,Cu,Ag,Au,In,Sn,Pb,P,As 和Sb。最好由日本週期表之VI I I ,I I I b, I V b和V b元索族中選擇一個或多個元索。 在使用鐵的例子中,可使用之鐵鹽如
FeBr26H20, FeBr36H20, Fe(C2H302)3xH2〇, FeCl24H20, FeC136H20, FeF33H20, Fe(N〇3)9H20, Fe3(P04)8H20, and FeP042H20. 在使用鈷的例子中,可使用之鈷鹽如 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐),Λ
* 1U 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 < 60831 a? B7 五、發明説明(8 )
CoBr6H20, Co(C2H3〇2)24H2〇, CoCl26H2〇, CoF2xH2〇, and Co(N〇3)26ri2〇. 在使用釕的例子中,可使用之釕鹽如R u C 1 3H2〇 Ο 在使用铑的例子中,可使用之铑鹽如R h C 1 3H2〇 0 在使用鈀的例子中,可使用之鈀鹽如P d C 1 2H2〇 Ο 在使用餓的例子中,可使用之餓鹽如O s C 1 3。 Ο 在使用銥的例子中,可使用之銥鹽如 IrCl33H2〇 和 IrCl4° 在使用鉑的例子中,可使用之鉑鹽如 P t C 1 4 5 Η 2 0 ° 在使用銅的例子中,可使用之銅化合物如 Cu(CH3COO)2, CuC122H2〇, and Cu(N03)23H2〇. 在使用金的例子中,可使用之金化合物和 AL1CI3XH2O, AuHC144H2〇, AuNaCl42H2〇. 形成在非晶矽膜上並包含在氧化矽膜中之觸媒元素藉 由熱處理擴散進入非晶矽膜中,藉以促進矽膜之晶化。値 得注意的是,在氧化矽膜中觸媒元素之擴散因素與在非晶 矽膜中之擴散因數比較是非常小。因此,實際作用以促進
本紙張尺度適用中國國家標準(CNS > Λ4規格(210X297公釐y H (请先閲讀背面之注意事項-S-填寫本筲) -装· 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ^60831 A7 __B7 五、發明説明(9 ) 晶化之觸媒元素只是存在於氧化矽膜和非晶矽膜附近之觸 媒元索之一部份。換言之,只有存在於和矽膜接觸之氧化 矽膜介面區域之觸媒材料會擴散進入矽膜。因此,使用氧 化矽膜之優點在於即使氧化矽膜之厚度並不均勻,但是加 入矽膜中之觸媒之置仍可相當均勻。 再者,藉由控制加熱時間或溫度,亦可控制擴散進入 非晶矽膜中觸媒材料之量。 〔例1〕 在此例中,含有觸媒材料之OCD溶液塗覆在非晶砂 膜上以形成氧化矽,而後執行晶化。 參考圖1A,基底1 1爲康寧7 0 5 9玻璃,其尺寸 爲1 0 OmmXl 0 Omm。最初,非晶矽膜1 2以已知 的電漿CVD或LPCVD法形成厚度爲1 〇 〇 — 1500A,例如 1000A。 所形成之非晶矽膜1 2以氫氯酸處理以移去形成在其 上之污染物或自然氧化物。而後,含有鎳當成觸媒元素之 氧化膜1 3以下述之方式形成。 最初*準備OC D溶液(由Tokyo Ohka所生產之 OCD型2 S i 5 9 0 0 0 )。再者,乙醯丙酮酸鎳乃溶 解於醋酸甲酯中。此溶液以下述之方式混合,即, S i 〇2之澳度控制爲2 . 〇重量百分比而鎳之濃度爲 2 0 0〜2 0 0 0 ppm。亦即,在膜中鎳對氧化矽之比 例爲 1:0. 1 至 1:0. 01。 本紙張尺度適用中國國家榡準(CNS > A4規格(2H)X297公釐)""""7 -12 (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) -裝. 訂 60831 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明(10) 前述的混合溶液滴1Omi到非晶矽膜12之表面, 而後,藉由旋轉器1 5將基底以2 0 0 r pm旋轉1 5秒 以執行旋轉塗覆。而後,在2 5 0 °C下預先烘乾3 0分鐘 以獲得含有鎳且厚度爲1 3 Ο 0A之氧化矽膜1 3。預先 烘乾之溫度依照所使用之鎳化合物之分解溫度而定。再者 ,藉由控制旋轉塗覆之旋轉速度和相關於溶液之氧化矽之 濃度,氧化矽膜之厚度可任意的決定。發明人認爲由其經 驗而知2 0 0〜1 3 Ο 〇A之厚度最合適。 而後,上述的結構以5 5 0 °C之溫度在爐中在氮氣中 加熱4小時。結果,可在基底11上獲得具有晶態之矽膜 1 2。熱處理之溫度最好爲4 5 0 °C或更高。如果低於 4 5 0 °C,熱處理之時間必需加長,因此無法改善生產率 。再者,當溫度高於5 5 0 °C時,必需特別注意玻璃基底 之耐熱性。 含有觸媒元素之氧化矽膜可形成在非晶矽膜之下。在 此一例中,溶液形成在基底上以形成氧化矽膜,而後,非 晶矽膜形成於氧化矽膜上。在此情形中,氧化矽膜具有在 玻璃基底上當成阻擋層之功能。 再者,依照溶液中S i 〇2之澳度決定在OCD溶液 中鎳之澳度。必需考慮的是,由氧化矽膜中擴散進入矽之 鎳之量受到加熱退火時之時間和溫度之影響。 〔例2〕 在此例中,含有鎳之氧化矽膜選擇性的形成在非晶砂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -'β 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(2丨Ο X 297公釐} _ 3 經濟部中央標準局員工消費合作杜印裝 -60831 A7 B7五、發明説明(11) 膜上。 參考圖2A,使用1 0平方公分之康寧7 0 5 9玻璃 當成基底2 1。非晶矽膜2 2經由已知的電漿CVD法而 在基底2 1上形成1 0 0 0A之厚度。 在對非晶矽膜2 2以氫氟酸處理以移去形成在其上之 污染物或自然氧化物後,含有鎳之氧化矽膜2 3以下述之 方式形成在膜之選擇部份。 最初,乙醯丙酮酸鎳直接混入OC D溶液(由Tokyo Ohka所生產之0CD型2 S i 2 0 0 0 0 )。在0CD溶 液中之鎳濃度控制爲2 0 0〜2 0 0 Oppm。 將上述之溶液滴1 在非晶矽膜2 2之表面上, 而後使用旋轉機以2 0 0 0 r pm執行旋轉塗覆1 5秒。 而後,藉由在2 5 0 °C下預先烘乾3 0分鐘以形成含有 3 0 0 A厚之含氧化矽膜之鎳。預先烘乾之溫度視乙醯丙 酮酸鎳之分解是否在約2 3 5 °C下完成。但是,如果預先 烘乾之溫度太高,在預先烘乾時,鎳元素會擴散進入非晶 矽膜。 而後,藉由已知的光石印法在氧化矽膜2 3中定圖樣 以形成所需之圈樣。由於由OCD溶液所形成之氧化矽膜 2 3之蝕刻率快達每秒數十埃,定圖樣可輕易的以1/ 10 0 HF完成。因此,可在未傷害氧化矽膜2 2下, 對氧化矽膜定圖樣。結果,氧化矽膜2 3之圖樣形成在非 晶矽膜之選擇部份上,而鎳導入此部份如圖2 B所示。如 果想要獏得更佳的圚樣,亦可使用乾蝕刻法。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂 線 本紙張尺度適用中國國家樣準(CNS )八4規格(210X297公釐) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ^〇S31 A7 B7 五、發明説明(l2) 然後,移去在上述圖樣中使用之光阻上物(未顯示) ,而表面以非常稀之氫氟酸溶液(小於1/1 0 0 )清洗 。氫氟酸溶液之密度必需相當稀以免破壤氣化矽膜2 3。 然後,上述的結構在一爐中在氮氣下以5 5 0 °C退火 4小時以使矽膜2 2晶化,如同例1之方式。但是,在本 例中之結晶成長和例1不同處在結晶由1E域2 4側向的成 長區域2 5如圚2 C之箭頭所示。區域2 4表示鎳遣:接由 氧化矽膜導入之區域,而區域2 5表示鎳並未直接導入之 區域。在側向成長區域中結晶成長之方向實質與〔1 1 1 〕之軸對準。 在區域2 4中之鎳澳度可藉由控制溶液之密度而控制 在 1X1 016至 1 0X1 019a t oms/cm3之範園 。在區域2 5中之鎳濃度比區域2 4中之濃度低。再者, 値得注意的是,如果厚度大於大於一確定値時,在矽膜中 鎳之濃度並不會受到氧化矽膜之厚度之影響。此乃因爲在 氧化矽中鎳之擴散因數非常小,因此只有在與矽膜2 2之 介面附近範圍爲數十埃之氧化矽膜之部份之鎳會擴散進入 矽膜中當成觸媒。 和鎳直接經由電漿處理之情形比較,由上述方式所獲 得之結晶矽膜相對於氫氰酸具有較良好的抵抗力。例如, 當必需定圖樣氧化矽膜,而該氧化矽膜形成在結晶矽膜上 當成中間暦絕綠器,或閘絕緣器,以形成一觸媒孔時,通 常使用緩衝的氫氟酸當成蝕刻劑。如果結晶矽膜不具有足 夠抗拒氫氟酸之阻力時,欲選擇性的只移去氧化矽膜而不 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)_ 15 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -* 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ^60831 五、發明説明(l3) 破壞矽膜是相當困難的。但是,在本發明之情形中,可獲 得相當大的選擇比例(亦即,對氧化矽膜和結晶矽膜之触 刻率間之差異),以只單獨移去氧化矽膜。 如上所述,側向成長區域具有相當小的觸媒澳度且具 有相當良好的晶態。因此,此區域可以使用當成例如薄膜 電晶體之半導體裝置之活性區域。 〔例3〕 本例係說明選擇性的導入觸媒元素之另一例。參考圖 3A,非晶矽膜3 2以已知的電漿CVD在玻璃基底3 1 上形成1 0 0 0A之厚度。而後,形成1 0 〇 0A厚之氧 化矽膜33,再定圖樣以形成一掩模。 在以氫氟酸由表面移去污染物或自然氧化物後,含有 鎳當成觸媒之氧化矽膜3 4以下述之方式形成。 最初,2 —乙基己酸鎳溶液混入OCD溶液中( OCD 型 2 S i 5 9 0 0 0 ,由 Tokyo Ohka所產製的)以 使溶液中Si 〇2之濃度爲4. Owt%而鎳之澳度爲 2 0 0 — 2 0 0 0ppm° 將上述的溶液滴1 〇mj?之量在非晶矽膜3 2之表面 ,而後使用旋轉機在2 0 0 0 r pm下旋轉塗覆1 5秒。 結果,由掩模3 3之步階所引起之步階幾乎由表面消失。 而後,在3 5 0 °C下預先烘乾6 0分鐘以形成含鎳之氧化 矽膜3 4。在預先烘乾時,鎳由區域3 5擴散進入非晶砂 膜3 2中。因此,擴散進入矽膜中之鎳的量可藉由改變預 本紙張尺度適用中國國家標率(CNS ) A4規格(210X297公釐)_ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
T 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 "60831 A7 __B7____ 五、發明説明(I4) 先烘乾之時間和溫度而控制。 在上述之預先烘乾後,如果有需要留下矽膜之部份 3 5和圖3B所示,則移去氧化矽膜3 4。再者,區域 3 5含有非常高濃度之鎳。由OCD溶液所形成之氧化矽 膜3 4可以如前所述之方式輕易的移去。 而後,非晶矽膜3 2在氮氣中在5 5 0 °C下加熱4小 時以使晶化。此時,結晶由區域3 6成長至區域3 7如圊 之箭頭所示。區域3 6爲鎳直接導入之區域,而區域3 7 爲鎳未直接導入之區域。 結晶矽膜之區域3 7之表面具有〔1 1 1〕平面。此 乃因爲結晶成長發生在區域3 7中,而其表面覆蓋著氧化 矽膜。另一方面,在例2中之側向成長區域2 5並未具有 〔1 1 1〕平面。此乃因爲結晶成長發生在區域2 5,而 其表面並未覆蓋,亦即,其表面爲自由表面。 〔例4〕 在本例中,依照本發明所形成之結晶矽膜進一步以雷 射光照射以改善晶態。參考圖4A,非晶矽膜4 2以已知 的電漿CVD法在1 0立方公分的康寧7 0 5 9玻璃基底 41上形成1000A厚。 在非晶矽膜4 4以氫氟酸處理以移去其上之污染物或 自然氧化物後,含鎳之氧化矽膜4 3以下述之方式形成在 膜之選擇部份。 最初,乙醢丙酮酸鎳直接混入OCD溶液(由Tokyo 本紙張尺度適用中國國家樣準(CNS ) A4规格(210X297公釐),α _丄/ II Γ-(I 裝 · n 、言 ^旅 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 *-60831 A7 B7 五、發明説明(l5〉
Ohka所生產之OCD型2 S i 2 0 0 0 0 )。在〇CD溶 液中之鎳漢度控制爲2 0 0〜2 0 0 0 ppm〇 將上述之溶液滴1 Omi?在非晶矽膜2 2之表面上, 而後使用旋轉機以2 0 0 0 r pm執行旋轉塗覆1 5秒。 而後,藉由在2 5 0 °C下預先烘乾3 0分鐘以形成含有 1 3 0 0A厚之含氧化矽膜4 3之鎳。預先烘乾之溫度視 乙醯丙酮酸鎳之分解是否在約2 3 5 °C下完成。但是,如 果預先烘乾之溫度太高,在預先烘乾時,鎳元素會擴散進 入非晶矽膜。 而後,藉由已知的光石印法在氧化矽膜4 3中定圖樣 以形成所需之圖樣。由於由OCD溶液所形成之氧化矽膜 2 3之蝕刻率快達每秒數十埃,定圖樣可輕易的以1 / 10 0 HF完成。因此,可在未傷害氧化矽膜4 2下, 對氧化矽膜定圖樣。結果,氧化矽膜4 3之圚樣形成在非 晶矽膜之選擇部份上,而鎳導入此部份如圖4 B所示。如 果想要獲得更佳的圖樣,亦可使用乾蝕刻法。 然後,移去在上述定圖樣中使用之光阻上物,而表面 以非常稀之氫氟酸溶液(小於1 / 1 〇 〇 )清洗。氫氟酸 溶液之密度必需相當稀以免破壞氧化矽膜4 3。 然後,上述的結構在一爐中在氮氣下以5 5 0 °C退火 4小時以使矽膜4 2晶化。結晶側向成長由區域4 4至面 域4 5。如圖4 C之箭頭所示。區域4 4表示鎳直接由氧 化矽膜導入之區域,而面域4 5表示鎳並未直接導入之區 域。在側向成長區域中結晶成長之方向實質與〔1 1 1〕 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐)_ . — .1— II — — I I 訂 1*_111—^ 务 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 <60831 A7 ___B7 五、發明説明(l6) 之結晶軸對準。 在區域4 4中之鎳濃度可藉由控制溶液之密度而控制 在 1 X 1 016至 1 Ο X 1 019a t oms/cm3之範圍 內。在區域4 5中之鎳澳度比區域4 4中之濃度低。再者 ,値得注意的是,如果厚度大於大於一確定値時,在矽膜 中鎳之澳度並不會受到氧化矽膜之厚度之影響。 在本例中,所獲得之結晶矽膜之全部表面進一步以雷 射光4 6照射如圖4 D所示以進一步增加結晶。例如可使 用Kr F準分子雷射(波長2 4 8 nm)具有能量密度爲 2 0 OmJ/cm2至 3 5 OmJ/cm2,例如使用 3 5 OmJ/cm2。 關於照射方面,由於直接導入鎳之區域4 4在抵抗雷 射光照射之阻力上較區域4 5差,因此,氧化矽膜4 3當 成阻擋層成阻擋雷射光。 再者,當雷射光照射在氧化矽膜4 3上時,最好對基 底加熱太多以避免鎳由氧化矽膜4 3擴散進入矽膜中。例 如,基底必需保持在不高於3 0 0 °C之溫度下。此外,如 果氧化矽膜4 3在雷射照射之前移去時,基底在雷射照射 時必需加熱至一較高的溫度。但是,雷射光束之强度必需 受到控制以免破壞區域4 4。 因此,在與只有使用雷射照射以晶化之情形比較下, 本例可進一步增加矽膜之晶態。 再者,除了雷射外,亦可使用其他的加强光源,如閃 光燈,特別是紅外線照射。由於紅外線不會被玻璃基底吸 本紙張尺度適用中國國家ϋ ( CNS ) A4規格(210X297公釐)_ I — 裝 , I 訂 II ^旅 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A 7 B7 五、發明説明(17) 收,其可以僅對矽膜加熱。此種照射通常稱爲快熱退火( RTA)或快熱處理(RTP)。 〔例5〕 本例係說明依照本發明製造TFT當成圖素TFT之 例。TFT可使用當成開關元件以提供在活性矩陣液晶裝 置之每個圖素中。再者,TFT亦可使用於所謂的薄膜稹 體《路中。 參考B05A,準備具有2 Ο Ο 0A之氧化矽屉(未顯 示)之玻璃基底11當成雜質阻擋層。在基底上,以已知 的電漿CVD法形成1 Ο Ο 0A之多晶矽膜1 〇 4。在非 晶矽膜1 0 4上,含有氧化矽膜1 0 0之鎳以和例1所述 相同之方式形成。
藉由對形成在非晶矽膜上之氧化矽1 0 0加熱退火以 使非晶矽膜晶化。在晶化後,使用緩衝氫氟酸移去氧化砂 膜1 0 0 ,而後,結晶矽膜定圖樣成矽島1 1 6如圖5B 所示。而源極,汲極和通道區域形成在矽島116中。 而後,參考圖5B,氧化矽膜1 0 5形成厚度爲 2 0 0〜1 5 Ο 0A,例如1 〇 〇 0A,當成閘絕緣膜。 氧化矽膜1 0 5藉由RF電漿CVD法,使用TEOS ( 四乙氧基矽烷)而沈積。亦即,TEOS分解並與氧一起 沈稹在一基底溫度爲1 5 0至6 0 0°C,且最好在3 0 0 至4 5 0 °C之範圍內。在全部壓力爲〇. 0 5至 〇 5Torr下,TEOS和氧之壓力比爲1:1至1 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝. -$ 20 <6〇831 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、 發明説明 ( 18) 1 I • • 3 〇 R F 能 置 爲 1 0 0 至 2 5 0 W 〇 另 — 方 面 9 亦 可 藉 1 I 由 減 壓 C V D 或 常 壓 C V D 法 9 使 用 T E 0 S 當 成啓 始 氣 1 1 體 和 臭 氧 氣 體 —- 起 形 成 氧 化 矽 膜 9 而 保 持 基 底 溫 度 在 1 I 請 I 3 5 0 至 6 0 0 °c 之 範 圍 9 特 別 是 在 4 0 0 至 5 5 0 °c 之 先 聞 1 1 讀- I I 範 圍 〇 如 此 沈 稹 之 膜 乃 在 氧 氣 下 退 火 或 在 臭氧 下 9 在 背 1 I 4 0 0 至 6 0 0 °c 之 溫 度 範 圍 下 9 退 火 3 0 至 6 0 分 鍾 0 之 注 素 1 1 1 而 後 9 使 用 選 擇 性 的 K r F 準 分 子 雷 射 ( 波 長 2 4 8 項 再〆 J η m 9 脈 衝 宽 度 2 0 η S e C ) 或 等 效 之 强 光 照 射 以 改 善 4 寫 本 1 晶 態 0 特 別 的 ♦ 由 於 矽 膜 可 選 擇 性 的 加 熱 而 不 會 對 玻 璃 基 頁 1 Ί 底 加 熱 使 用 紅 外 線 照 射 之 R T A 更 爲 有 效 〇 1 1 再 者 9 由 於 R T A 降 低 介 於 矽 層 和 氧 化 矽 膜 間 之 介 面 1 I 位 準 9 其 特 別 有 利 於 製 造 絕 緣 閘 場 效 半 導 體 裝 置 〇 訂 I 而 後 9 藉 由 電 子 束 蒸 鍍 9 使 鋁 膜 沈 積 2 0 0 0 A 至 1 1 1 | μ m 厚 並 定 圖 樣 以 形 成 閘 電 極 1 0 6 0 鋁 膜 可 包 含 1 1 0 1 5 0 2 重 Μ 百 分 比 之 钪 0 此 基 底 於 後 沒 入 乙 二 1 醇 溶 液 ( 其 受 控 制 使 Ρ Η 値 約 爲 7 9 且 包 含 1 3 % 之 酒 - 1 石 酸 ) 9 以 作 用 成 使 用 鉑 當 成 陰 極 而 鋁 閘 電 極 當 成 陽 極 之 | 陽極 氣 化 反 應 0 此 m 極 氧 化 首 先 以 一 固 定 速 率 增 加 電 壓 至 1 2 2 0 V > 而 後 保 持 2 2 0 V 電 壓 1 小 時 以 完 成 氧 化 Ο 在 1 1 I 保 持 固 定 電 流 時 9 電 壓 敢 好 以 2 5 V / m i η 之 速 率 增 1 1 I 加 0 而 後 9 形 成 1 5 0 0 3 5 0 0 A 特 別 是 1 1 2 0 0 0 A 之 m 極 氧 化 物 1 0 9 0 1 1 而 後 > 參 考 圖 5 C 9 藉 由 離 子 滲 入 法 ( 亦 稱 電 漿 滲 入 1 I 法 ) > 使 用 閘 電 極 部 份 當 成 掩 模 9 以 白 我 對 準 方 式 將 亞 磷 1 1 本紙張尺度適用中國國家樣準(CNS〉A4規格(210X297公釐)_ 21 A7 B7 60831 五、發明説明(l9) 酸離子導入矽島之部份。關於滲雜氣體方面,可以使用磷 化氣(pH3 )。其劑量爲1〜4X1 015a t om/ cm2。再者,以Kr F準分子雷射(波長2 4 8 nm, 脈衡宽度2 0 n s e c )照射以治療由於離子摻雜所傷害 之晶態。笛射之能量密度爲1 5 0〜4 0 0mJ/cm2 ,最好爲2 0 0〜2 5 OmJ/cm2°因此,可形成η 型雜質區域1 0 8和1 0 9。而在這些區域中之片電阻爲 2 0 〇〜8 0 0Ω /平方。 雷射退火步驟可利用RTA處理取代之,亦即,使用 閃光燈之加熱退火處理,其包含快速的提升矽膜之溫度由 1 0 0 0〜1 2 0 0 °C (由矽監視器所鼉測到的)。 參考圖5D,藉由使用TEOS和氧一起之電漿 CVD法,或使用TEOS和臭氧之減壓CVD或常壓 CVD法,於後沈積3 0 0 0A厚之氧化矽膜當成中間層 絕緣器1 1 0。基底溫度範圍由2 5 0〜4 5 0 °C,例如 3 5 0 °C。而後,藉由對所得的氧化矽膜機械的拋光以獲 得一平滑表面。I TO塗覆以濺鍍方式沈積於其上,而後 定圖樣以提供圖素電極111。 中間層絕緣器110受蝕刻以在源/汲極形成接觸孔 ,如圖5 E所示,並使用氮化鉻或氮化鈦形成中間連接 1 1 2和1 1 3以將中間連接1 1 3連接至圖素電極 111° 由於在本發明中所形成之結晶矽膜具有足夠抵抗氫氧 酸之阻力,可使用1 0 p pm水溶液之氫氟酸水溶液以形 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)00
-LL --------0¾ I I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) *τ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、 發明説明 ( 20) 1 | 成 具 有 良 好 可 靠 度 之 接 觸 孔 〇 1 1 最 後 9 此 結構在 w< 氣 中 在 3 0 0 4 0 0 °c 之 溫 度 範 1 1 園 內 退 火 0 1 2 小 時 以 使矽 膜 氫 化 0 因 此 , 可 獲 得 —* V 1 I 請 1 T F T 〇 具 有 相 同 結 構 之 多 數 Τ F Τ 可 在 相 同 的 基 底 上 同 閲 1 1 讀 « 1 1 時 形 成 以 形 成 液 晶 裝 S 之 活 性 矩 陣 電 路 0 如 圖 5 E 所 示 之 背 面 1 1 之 1 T F T 具 有 源 極 和 汲 極 TSF 域 1 0 8 和 1 0 9 9 和 通 道 區 域 注 意 1 I 1 1 4 0 再 者 > 參 考 數 字 1 1 5 表 示 N I 接 面 〇 事 項 再 1 依 照 本 發 明 9 包 含 在 活 性 層 中 之 鎳 之 濃 度 範 園 爲 1 X 填 % 本 1 裝 1 0 1 6 3 X 1 0 1 Θ a t 0 τη / C m 3 < 5 頁 1 1 1 ( 例 6 ) 1 1 I 在 此 例 中 9 半 導 體 裝 置 之 活 性 區 域 使 用 結 晶 成 長 在 側 訂 I 方 向 ( 平 行於 基 底 表 面 ) 之 結 晶 矽 膜 之 區 域 形 成 0 藉 由 使 1 I I 用 此 一 面 域 9 可 降 低 在 活 性 域 中 觸 媒 元 索 之 澳 度 0 因 此 1 1 9 可 改 善 裝 S 之 竃 特 性 和 可 靠 度 0 本 例 特 別 是 針 對 使 用 以 控 制 活 性 矩 陣 裝 置 之 圖 素 之 T F T 之 製 造 0 圖 6 A 6 F 爲 依 照 比 例 之 T F T 製 造 之 | 横截面 圖 0 * I I 參 考 圚 6 A 9 基 底 2 0 1 受 清 洗 並 在 其 表 面 上 提 供 氧 1 1 I 化 矽 膜 2 0 2 0 氧 化 矽 膜 2 0 2 使 用 氧 和 四 乙 氧 基 矽 焼 當 1 1 成 啓 始 氣 體 9 以 電 漿 C V D 法 形 成 0 氧 化 矽 膜 之 厚 度 佳 1 1 2 0 0 0 A 0 而 後 厚 度 爲 5 0 0 1 5 0 0 A 9 例 如 1 1 1 0 0 0 A 之 本 質 型 非 晶 矽 膜 2 0 3 形 成 在 氧 化 矽 膜 1 1 2 0 2 上 9 接 著 厚 度 爲 5 0 0 2 0 0 0 A 9 例 如 1 1 本紙張尺度適用中國國家榡準(CNS ) A4规格(210X297公嫠〉_ 23 "60831 A7 B7 五、發明説明(21) 1 0 0 0A之氣化矽膜2 0 5連績的形成在非晶矽膜上。 再者,氣化矽膜選擇性的蝕刻以在非晶矽膜曝露處形成開 口 2 0 6 0 而後,含有鎳用以促進矽之晶化之氧化矽膜2 0 7以 和例3相同之方式形成。 在如例3所討論之預先烘乾後,移去氧化矽膜2 0 7 ,並使基底在氮氣下在5 0 0〜6 2 0 °C退火4小時以使 矽膜2 0 3晶化。結晶由開口 2 0 6下方之區域開始,於 此矽膜直接接觸含氧化矽膜之鎳,而進一步成長在與基底 平行之方向。在圖中,參考數字2 0 4表示矽膜直加入鎳 並晶化之矽膜區域,而參考數字2 0 3表示結晶成長在側 方向的部份。在側向上成長之結晶長度約爲2 5 。再 者,結晶成長之方向大致沿著〔1 1 1〕之結晶軸。 在結晶後,移去氧化矽膜2 0 5。此時,在開口 2 〇 6中存矽膜上之氧化膜同時被移去。再者,矽膜以乾 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 蝕刻定圖樣以形成島型之活性層2 0 8,如圓6 B所示。 値得注意的是,包含在矽膜中之鎳之高濃度不只低於直接 加入鎳之開口 2 0 6 ,且亦低於存在有結晶之頂端部份。 矽膜之定圖樣以下述之方式爲之,亦即,定圖樣之矽膜 2 0 8並不包括含有鎳爲高濃度之部份。 參考圖6B,定圖樣活性層2 0 8暴露至1 0 a tm 含有1 0 0%水蒸氣之大氣下,在5 0 0〜6 0 0 °C,典 型的爲5 5 0 °C,1小時,以氧化其表面,以形成 1 0 0 0A之氧化矽膜2 0 9。在氧化後,基底保持在氣 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐〉 60831 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 B7 五、發明説明(22) 氣(latm,100%)中在400 °C下。在此狀況, 氣化矽膜209以具有波長之强度波峰値在0. 6〜 4//m之範園,例如0. 8〜1. 4#m之紅外線照射 3 0〜1 8 0秒以使氧化矽膜2 0 9氮化。亦可在大氣中 加入0. 1〜10%之HC)?。使用鹵素燈當成紅外線之 光源。IR光之强度受到控制以使在監視單晶矽晶片之表 面溫度設定爲9 0 0〜1 2 0 0 °C。更特別而言,藉由嵌 入單晶矽晶片之熱電偶而監視溫度,並傳回I R光源(娥 回)。在此例中,溫度上升率在5 0〜2 0 0 °C/s e c 之範園保持固定,且基底以2 0〜1 0 0°C/s e c自然 冷卻。由於I R光可對矽膜選擇性的加熱,因此可減少對 玻璃基底之加熱。 參考圚6C,以濺鍍法形成3 0 0 0〜8 0 0 0A, 例如6 0 0 〇A,厚之鋁膜,而後定圖樣成閘電極2 1 0 。鋁膜最好含有钪0. 01〜0. 2%。 而後,如圖6 D所示,鋁電極之表面陽極氧化以形成 陽極氧化膜211。此陽極氧化在含有1〜5%酒石酸之 乙二酵溶液中進行。陽極氧化膜之厚度爲2 0 0 0A。陽 極氧化膜2 1 1之厚度會決定偏置閘區域之厚度,如將解 釋如下。 參考圖6 E,使用閘電極和環繞陽極氧化膜當成掩模 ,藉由離子滲雜方法,N型導電雜質(亞磷酸)以自我對 準方式導入活性層中以形成雜質區域2 1 2和2 1 3。使 用磷化氫當成滲雜氣體。加速電壓爲6 0〜9 0KV,例 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐> _ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -s Γ <60831 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、 發明説明 ( 23) 1 I 如 8 0 Κ V 0 劑 Μ 爲 1 X 1 0 1 5 8 X 1 0 1 5 C m -2 例 1 1 1 如 4 X 1 0 1 5 C m -2 0 如 圖 所 示 9 雜 質 區 域 2 1 2 和 1 1 2 1 3 與 閘 電 極 偏 移 % X 之 距 離 0 此 種 結 構 之 優 點 爲 可 1 I 請 1 | 降 低 發 生 在施 加 — 逆 向 偏 壓 ( 亦 即 在 N T F T 之 情 形 中 之 先 閱 1 1 讀 I 負 電 壓 ) 至 閘 電 極 時 所 產 生 之 漏 電 流 ( 偏 置 電 流 ) 0 特 別 背 1 1 的 9 由 於 m 要 使 儲 存在 圖 素 電 極 之 電 荷 保 持 著 而 Jhrt. 撕 漏 電 之 之 注 意 1 1 I 情 形 以 獏 得 良 好 的 顯 示 , 當 使 用 T F T 用 以 切 換 活 性 矩 陣 事 項 再J 1 之 圖 素 如 同 在 本 例 中 之 情 形 時 9 此 偏 置 結 構 特 別 有 利 0 寫 本 1 而 後 9 以 雷 射 照 射 執行 退 火 0 關 於 雷 射 方 面 > 可 使 用 頁 1 K r F 準 分 子 雷 射 ( 波 長 2 4 8 η m > 脈 衝 寬 度 1 1 2 0 η S e C ) 或 其 他 雷 射 0 在 Κ r F 準 分 子 雷 射 的 狀況 1 1 如 下 能 量 密 度 2 0 0 4 0 0 m j / C m 2 例如 訂 I 2 5 0 m j / C m 2 每側多數之發射爲2 !々 -] c )次發射 1 1 | > 例 如 2 次 發 射 0 而 基 底 最 好 加 熱 至 2 0 0 4 5 0 °C 以 1 1 增 强 照 射 之 效 果 0 1 參 考 圖 6 F 9 氧 化 矽 之 中 間 層 絕 綠 膜 2 1 4 以 電 漿 - 1 C V D 法 形 成 6 0 0 0 A 之 厚 度 〇 再 者 以 旋 轉 塗 覆 形 成 I 透 明 聚 亞 醯 胺 膜 2 1 5 以 獏 得 . 位 準 表 面 0 而 後 $ 例 如 由 I 銦 錫 氧 化 物 所 製 成 之 透 明 導 電 膜 以 濺 鍍 在 位 準 表 面 形 成 1 1 I 8 0 0 A 之 厚 度 9 並 定 圖 樣 以 形 成 圚 素 電 極 2 1 6 0 1 1 中 間 層 絕 緣 膜 2 1 4 和 2 1 5 中 提 供 有 接 觸 孔 5 經 由 1 1 這 些 接 觸 孔 可 形 成 電 極 / 接 線 2 1 7 和 2 1 8 以 接 觸 1 1 T F Τ 之 雜 質 區 域 0 電 極 / 接 線 2 1 7 和 2 1 8 由 多 靥 的 1 I 氮 化 鈦 和 鋁 等 金 臑 材 料 形 成 0 最 後 在 1 a t m 之 氫 氣 下 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Μ規格(210X297公釐) -26 ^60831 A7 B7 經濟部中央標隼局員工消費合作社印裝 五、 發明説明 ( 24) 1 1 在 3 5 0 °c 下 執 行 退 火 3 0 分 鐘 以 兀 成 具 有 T F T 之 活 1 1 I 性 矩 陣 « 路 之 圖 素 電 路 0 1 1 I 請 1 I C 例 7 λ 閲 I 本 例 係 關 於 T F T 之 製 造 9 且 將 參 考 圖 7 A — 7 D 而 背 Sj 1 I 之 1 說 明 0 注 | 1 I 參 考 圊 1 1 A 9 氧 化 矽 之 基 膜 5 0 2 以 濺 鍍 法 首 先 在 事 項 再 1 填 Ί 康 寧 7 0 5 9 基 底 5 0 1 形 成 2 0 0 0 A 厚 0 基 底 最 好 以 寫 本 λ 1 髙 於 基 底 之 扭 曲 點 爲 溫 度 退 火 ♦ 而 後 玻 璃 以 0 1 頁 1 1 0 °c / 分 之 速 率 冷 卻 至 低 於 扭 曲 點 之 溫 度 0 藉 此 , 由 1 1 於 基 底 加 熱 較 慢 發 生 ( 例 如 熱 氧 化 9 熱 退 火 ) 其 可 減 少 1 1 基 底 之 收 縮 0 結 果 > 有 利 於 掩 模 對 準 處 理 0 此 步 驟 可 在 基 訂 I 膜 5 0 2 形 成 之 前 或 後 執 行 9 或 是 亦 可 以 同 時 在 基 膜 1 i 1 5 0 2 形 成 之 前 或 後 爲 之 〇 在 使 用 康 寧 7 0 5 9 基 底 時 > 1 1 1 基 底 加 熱 6 2 0 6 6 0 °C 9 1 4 小 時 9 而 後 每 分 鐘 冷 卻 0 ♦ 1 0 * 3 °C 而 當 溫 度 降 至 4 0 0 5 0 0 °c 時 由 爐 中 取 出 〇 1 而 後 9 本 質 ( I 型 ) 非 晶 矽 膜 以 已 知 的 電 漿 C V D 法 1 I 形 成 5 0 0 1 5 0 0 A 厚 9 例 如 1 0 0 0 A 厚 〇 非 晶 矽 I 1 膜 以 和 例 1 相 同 之 方 式 晶 化 0 因 此 於 此 不 再 赘 述 0 在 晶 1 1 I 化 後 9 矽 膜 定 圖 樣 爲 1 0 1 0 0 0 平 方 微 米 之 島 型 0 因 1 1 1 此 9 島 型 之 結 晶 矽 膜 5 0 3 形 成 如 圖 T F T 之 活 性 層 , 如 1 1 圖 7 A 所 示 0 1 1 參 考 圖 7 B 9 藉 由 暴 露 矽 膜 之 表 面 至 氧 化 氣 體 中 以 使 1 1 本紙張尺度逋用中國國家橾準(CNS ) A4規格(210X297公釐)nn
—II Γ60831 A7 _B7___ 五、發明説明(25) 其氧化以形成氧化膜5 0 4。氧化氣體包含7 0〜9 0% 之水蒸氣。氣體之壓力和溫度爲1 a tm和5 0 0〜 (請先Η讀背面之注意事項再填寫本頁) 7 5 0 °C,典型的爲6 0 0 °C。此種氣體之產生由氧氣和 氫氣以氫氣/氧氣比1. 5〜1. 9之比例,以高熱反應 產生。矽膜暴露至以上述方式所獲得之氣體中3〜5小時 。結果,可形成厚度5 0 0〜1 5 0 0A,例如 1 0 0 0A之氧化膜2 0 9。由於矽膜之表面受到氧化而 減少5 〇 A或更多,矽膜之最上表面之污染之影響並不會 延伸至矽/氧化矽介面。換言之,藉由氧化,可獲得乾淨 的矽/氧化矽介面。再者,由於氧化矽膜之厚度爲欲受氧 化之矽膜部份之厚度的兩倍,當矽膜原先爲1 0 0 0A厚 且所得之氧化矽膜爲1 0 0 0A厚,在氧化後,矽膜之剩 餘厚度爲5 0 0A。 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 —般而言,氧化矽膜(閘絕緣膜)和活性層愈薄,則 移動率愈高且偏置電流愈小。另一方面,當氧化矽膜較厚 時,非晶矽膜之最初晶化相當容易。因此,關於活性層之 厚度上,在結晶過程和電特性上有所矛盾。而本例解決了 此一問題。亦即,具有大厚度之非晶矽膜首先形成,因此 可獏得較好的結晶矽膜,而後以氧化減少矽膜之厚度,而 改善TFT之活性層之特性。再者,包含在結晶矽膜中之 非晶質成分或顆粒邊界在熱氧化時會受到氧化,因此可減 少包含在活性層中之再結合中心。結果,可改善生產率。 在經由熱氧化形成氧化矽膜2 0 9後,基底在 1 a tm,1 0 0%之一氧化二氮氣體,6 0 0 °C下退火 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4规格(210X297公釐)_ 28 60831 A7 __B7 五、發明説明(26) 2小時。 參考1I6C,含有0. 0 1至0. 2%之亞磷酸之矽 經由低溫CVD法沈稹3 0 0 0〜8 0 0 0A厚,例如 6 0 0 0A厚,而後定圖樣以形成閘電極5 0 5。再者, 使用閘電極5 0 5當成掩模,N型導電雜質以離子滲雜法 加入以自我對準方式之活性層部份。加速電壓爲6 0〜 9 0KV,例如 8 0KV。劑量爲 1X1 〇15 至 8X1 0 15a t om/cm2,例如 5 X 1 0 15cm.2。因此,可 形成N型雜質區域5 0 6和5 0 7。再者,通道區域 5 1 1以自我對準方式同時形成。 而後,以Kr F準分子雷射(波長2 4 8 nm,脈衝 宽度2 0 τι s e c )執行退火。雷射退火可以利用近紅外 線之燈光退火取代。結晶矽比非晶矽更有效率的吸收近紅 外線。因此,使用近紅外線相當於在1 0 0 0 °C或更高溫 度下熱退火。另一方面,亦可避免玻璃基底受到熱的破壞 ,由於玻璃基底並不吸收近紅外線。亦即,逹紅外線可由 玻璃基底所吸收,而波長由0 . 5〜4 //m之可見光或近 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 紅外線並不會被吸收。因此,可對矽膜退火短暫時間,而 不會對玻璃基底加熱,亦不會引起收縮。 參考圇7D,以電漿CVD形成6 0 0 0A厚之氧化 矽之中間層絕綠膜5 0 8。再者,在絕緣膜中形成接觸孔 。藉由使用多層的氮化鈦和鋁膜以經由接觸孔形成電極/ 接線5 0 9和5 1 0。最後,在氣氣1 a tm下,在 3 5 0 °C下執行退火3 0退火以完成一TFT。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)_ ^9 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明(27) 如此所形成之TFT之移動率爲1 1 〇〜15 0 cm2/Vs°S 値爲 0· 2 〜0. 5V/digit。 再者,藉由滲雜硼於源極和汲極區域以形成P通道型 TFT之情形中,移動率爲9 0〜1 2 0 cm2/Vs , 而S値爲〇. 4〜0. 6V/digit。當和以已知 PVD或CVD法形成閘絕緣膜之情形比較時,依照本例 之移動率可增加2 0 %或更多,而S値則可降低2 0 %或 更多。 再者,與由熱氧化在1 0 0 o°c之高溫下所產生之 TFT之可靠度比較時,依照本例之TFT之可靠度與其 相當。 〔例8〕 圚8爲依照本例之活性矩陣型液晶裝置之例。 在圖中,參考數字6 1表示玻璃基底,且6 3表示圖 素區域,其具有數百X數百之多數圖素形成矩陣之型式, 且毎一圖索具有T FT當成開關元件。參考數字6 2表示 週邊驅動面域,其中藉由使用TFT形成驅動電路和解碼 電路以驅動圖素區域之TFT。圖素區域6 3和驅動區域 6 2聯合在相同基底6 1上。 提供在驅動區域6 2中之TFT必需具有高的移動率 以使大置的電流可穿過其中。再者,提供在圖素區域6 3 之T F T必需具有低漏電流特性以增加圖素電極之充電保 存能力。例如,在週邊區域用於驅動電路之T F T可依照 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐〉 ---------「'裝一— (請先閱讀背面之注意事項存填寫本頁) 訂 ?60S31 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、 發明説明 ( 28) 本 發 明 而 氣 髏 9 而 用 於 圖 素 區 域 之 T F T 並 不 需 要 加 入 觸 媒 〇 亦 即 9 非 晶 矽 膜 最 初 形 成 在 基 底 之 全 部 表 面 0 而 後 9 例 如 鎳 之觸 媒依 照 本 發 明 只 選 擇 性 的 導 入 半 導 體 層 之 週 邊 區 域 Ο 在 熱 結 晶 後 9 只 有 半 導 體 厝 之 週 邊 區 域 主 要 晶 化 9 而 半 導 體 層 之 圖 素 區 域 並 不 晶 化 0 但 是 5 或許有 一 些 鎳 由 週 邊 區 域 擴 散進 入 圖 素 區 域 9 但 是 此 擴 散 量 並 不 重 要 Ο 而 後 9 半 導 髖 層 之 全 部 區 域 以 雷 射 光 照 射 以 增 加 晶 態 9 而 後 半 導體 層 定 圖 樣 成相 關 的 矽 島 以 形 成 電 晶 體 Ο 藉 此 9 可 在 一 基 底 上 使 用 高 結 晶 T F T 以 製 造 驅 動 電 路 和 使 用 低 結 晶 T F T 以 製 造 活 性 矩 陣 電 路 0 C 例 9 本 例 係 關 於 形 成 膜 之 改 良 方 法 9 其 中 觸 媒 以 更 均 勻 的 方 式 加 入 非 晶 矽 膜 中 0 ‘、1人 當 含 有 鎳 或 鎳 化 合 物 當 成 觸 媒 之 溶 液 應 用 至 非 晶 矽 時 9 會 發 生 之 問 題 爲 非 晶 矽 膜 之 表 面 會 排 斥 溶 液 而 使 得 塗 覆 之 均 勻 性 並 不 良 好 〇 發 明 人 發 現 當 有 非 常 薄 的 氧 化 膜在 非 晶 矽 膜 上 時 可 改 善 表 面 之 可 濕 性 9 因 此 9 溶 液 可 塗 覆 的 更 均 勻 0 氧 化 膜 必 需 足 夠 的 薄 以 使 鎳 可 穿 透 氧 化 膜 Ο 適 當 的 厚 度 如 約 1 0 A 〇 再 者 氧 化 膜 亦 可 以 U V 氧 化 或 熱 氧 化 形 成 0 例 如 在 U V 氧 化 之 情 形 中 , 非 晶 矽 膜 之 表 面 在 氧 氣 中 暴 β 至 U V 光 3 5 分 鐘 0 基 底 之 溫 度 可 以 是 室 溫 0 但 是 9 最 好 將 基 底 加 熱 至 臭 氧 開始 分 解 以 形 成 氧 根 之 溫 度 9 亦 即 > 約 2 0 0 °c Ο 在 此 — 情 形 中 > 需 要 用 於 氧 化 之 時 間 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 260831 A7 B7 五、發明説明(29) 比在室溫之情形短約1分鐘。 此外,氧化膜亦可藉由將其上具有非晶矽膜之基底浸 入過氧化氫溶液,在7 0°C下,5分鐘而形成。過氣化氫 溶液最好和氨混合以清潔表面。除了氨以外,亦可添加硫 酸或氫氣酸。 在任何情形下,藉由提供薄氧化膜可增加矽膜之可濕 性。此種方法不只可應用於使用溶液以形成例如OC D之 矽膜之方法,如例1至例7所述,且亦可應用至其他方法 ,其中鎳由例如水或乙醇之溶劑所溶解,而此溶液加入非 晶矽膜中。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 雖然在本發明中揭示氧化矽膜當成保持觸媒元素之最 佳實施例,但是,亦可使用其他材料以取代氧化矽,只要 這些材料可忍耐高溫。例如,可使用鋁,並將鋁之細粒溶 解在有機溶劑中以形成鋁膜而取代氧化矽。再者,如光阻 材料之有機膜亦可使用以使觸媒懸浮。此外,雖然本發明 之例只針對其平面型TFT之製造,但是,必需了解的是 其他型式之m晶體,例如底閘型電晶體亦可依照本發明而 製造。 本紙張尺度適用中關家標準(CNS>A· (21()><297公菱)
Claims (1)
- 60831 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 1·一種在基底上製造半導镰裝置之方法,包含之步 驟爲: 設置一膜以和含有矽之半導髖層接觸,該膜含有可促 進賅半導體層晶化之金靥或金屬化合物; 藉由加熱將金靥或金屬化合物擴散到該半導《I膜內: 和 使胲半導退火以使半導體層晶化。 2. 如申請専利範園第1項所述之方法,其中骸金靥 遘自含有 Pd,Pt,Cu,AG,Au,In,Sn, Pb,As,Sb,和 Ni 之群。 3. 如申請專利範園第1項所述之方法,其中骸半導 體靨爲非晶形。 4. 如申請專利範園第1項所述之方法,其中賅膜位 於該基底和胲半導«層間。 5. 如申請專利範園第1項所述之方法,其中退火在 不高於5 0 0 °C之溫度下執行。 6. 如申請専利範圍第1項所述之方法,其中該膜形 成在半導體膜上。 7. 如申請專利範園第1項所述之方法,其中該膜包 含氧化矽。 8. —種在基底上製造半導髖裝置之方法,包含之步 踝爲: 設置一腆以和含有矽之半導酱層接觸,胲膜含有可促 進賅半導體層晶化之金屬或金屬化合物; 本紙張尺度逋用中國國家標準(CNS ) Μ規格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 訂 經濟部中央標準局貞工消費合作社印装 經濟部中央標準局貞工消費合作社印策 "60S31 A8 B8 C8 _ D8 六、申請專利範圍 藉由加熱將金屬或金屬化合物擴散到胲半導體膜內; 和 使半導《層退火以使半導體層晶化,其中在晶化時, 金屬或金»化合物擴散至半導髗膜。 9 .如申請專利範園第8項所述之方法,其中該金屬 遍自含有 Pd,Pt,Cu,AG,Au,In,Sn, Pb,As,Sb,和 Ni 之群。 1 0·如申請専利範園第8項所述之方法,其中賅半 導體層爲非晶形。 1 1 ·如申請專利範園第8項所述之方法*其中賅膜 位於賅基底和該半導髗層間。 1 2.如申請專利範園第8項所述之方法,其中退火 在不高於5 0 0 °C之溫度下執行。 1 3.如申請專利範園第8項所述之方法》其中胲膜 形成在半導嫌膜上。 1 4 .—種半導«裝匿之製造方法,包含之步騄爲: 在一基底上形成含有矽之半導體屉: 以一液體先驪材料塗覆半導體層以形成氧化矽,其中 賅液體先臞材料加入可促進半導镰層晶化之金屬或金屬化 合物: 預先烘乾該基底以由賅液髏先軀材料中形成含有氧化 矽之膜:和 使半導髖層退火以使半導體層晶化,其中在晶化時, 金屬或金羼化合物擴散進入半導體膜中。 本紙浪尺度逋用中國國家棟準(CNS ) A4規格(210X297公釐) --------f -裝-------訂------i i (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -34 - 8888 ABCD Γ60831 六、申請專利範圍 1 5.如申請專利範園第1 4項所述之方法,其中賅 液髖先願材料包含有機溶劑。 1 6.如申請專利範園第1 4項所述之方法,其中胲 半導體液體先鼷材料以旋轉塗覆而塗覆在半導«層上。 1 7.如申請專利範園第1 4項所述之方法,進一步 包含之步驟爲在退火後,藉由照射光線以增加半導髖層之 晶態。 1 8 . —種半導體裝置之製造方法,包含之步骤爲: 在一基底上形成含有矽之半導《層,該半導髏屠具有 至少一個第一ffi域和互相相鄰之第二區域; 只在半導«層之第一Μ域形成含有觸媒之膜以促進半 導酱膜之晶化; 使胲觸媒擴散進入半導《簷之第一面域:和 對胲半導嫌層加熱以使觸媒由半導«暦第一ffi域擴散 至與其相鄰之半導雔層之第二區域,藉以使半導藿屠之第 二ffi域晶化。 19.如申請專利範園第18項所述之方法,其中該 膜主要包含氧化矽。 2 0.如申腈專利範園第1 8項所述之方法,其中在 第二面域中結晶成長之方向實質的與基底表面平行。 2 1.如申請専利範園第1 8項所述之方法,進一步 包含之步驟爲,在晶化之後移去賅第一區域以剩餘半導體 裝置之活性tt域在第二面域內。 2 2 . —種半導髋裝置之製造方法,包含之步驟爲: 本紙張尺度適用中國國家梂準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印装 35 60831 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 準備半導«液體先軀材料用以形成氣化矽,其中賅半 導酱液《先騷材料加入可促進矽晶化之金屬或金靥化合物 » 在基底上形成含有矽之半導《膜: 將該半導«液«先w材料塗覆在半導《膜上: 預先烘乾該基底以在半導髗膜上形成含有金靥或金靥 化合物之氧化矽膜: 使賅氧化矽膜定圚樣以使只有半導體屠之選擇BE域提 供在氧化矽膜中:和 對半導體層加熱以使其晶化, 其中在加熱時,該金属或金屬半導镰擴散進入半導酱 屠中。 2 3.如申請專利範園第2 2項所述之方法,其中該 預先烘乾乃在一低溫下執行,胲溫度使金屬或金靥化合物 不會實質的擴散進入半導懷層中。 2 4 .如申請專利範麵第2 2項所述之方法,進一步 包含之步驟爲在加热後以光線照射半導《層以增加晶態。 經濟部中央揉準局負工消費合作社印製 2 5 . —種半導髏裝置之製造方法,包含之步骤爲: 在一基底上形成含有矽之半導II膜,骸半導髗膜具有 至少一個第一區域和相鄰之第二®域: 在半導镰膜之第二ffi域上形成含有氧化矽之掩模,而 暴霣第一 1E域; 選擇性的將觸媒導入半導體暦之第一《域:和 使該半導«層加熱晶化, 本紙張尺度逋用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -36 - >60831 A8 B8 C8 D8 經濟部中央揉準局員工消費合作社印製 、申請專利範圍 其中在加熱晶化時,賅觸媒由半導髗層之第一區域滲 透進入第二區域,因此使第二苗域晶化。 2 6.如申請專利範園第2 5項所述之方法》其中半 導體屠之第二區域具有〔1 1 1〕平面。 2 7 .如申請專利範園第2 5項所述之方法,其中賅 觸媒導入之方法包含的步驟爲: 準備半導髏液髏先臞材料用以形成氧化矽,其中該半 導體液《I先驅材料加入可促進矽晶化之觸媒; 將賅半導雅液髄先《材料應用於具有掩模之半導酱腆 上,其中該掩模阻播胲觸媒進入第二區域:和 預先烘乾該半導體液酱先軀材料以在含有觸媒之半導 髏層上形成氧化矽膜。 2 8 . —種半導«I裝置之製造方法,包含之步驟爲: 在一基底上形成含有矽之半導«膜; 使該半導體膜之表面氣化以在半導髏膜上形成氧化矽 膜: 將含有金屬或金屬化合物之溶液應用至骸氧化矽膜上 ,賅金《或金靥化合物可促進半導《膜之晶化;和 將金属或金羼化合物經由氧化矽膜擴散進入半導酱膜 中,其中賅氧化矽膜相當薄的足以允許金屬或金靥化合物 之滲透;藉由加熱使半導體膜晶化。 2 9 .如申請專利範園第2 8項所述之方法,其中胺 氧化矽膜以熱氧化形成。 3 0 .如申請專利範園第2 8項所述之方法,其中骸 ^ 1—^ 裝 I 訂 ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中困國家橾準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -37 - °、 60831 ll D8 六、申請專利範圍 氣化矽腆以U V氧化形成。 3 1 ·如申請專利範園第2 8項所述之方法,其中該 氧化矽膜藉由將半導镰膜之表面暴霣至過氧化氩溶液中而 形成。 3 2 .如申請専利範園第2 8項所述之方法,其中賅 過氣化氫溶液中加入選自含有氨,硫酸,和氫氣酸之群之 材料。 3 3 . —種半導《裝置,其形成在一基底上且具有至 少一半導髖層當成活性面域,其中賅半導《層包含結晶较 和金屬,且其中賅半導«層具有〔1 1 1〕平面。 3 4 .如申請專利範園第3 3項所述之半導饅裝置, 其中該金屬選自含有Pd,Pt,Cu,AG,Au, In,Sn,Pb,P,As,Sb,和 Ni 之群。 3 5 _如申請專利範園第3 3項所述之半導體裝置, 其中在半導髋層中金屬之澳度不大於1 X 1 0 19 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-口 " 經濟部中央標準局tec工消費合作社印聚 本紙張尺度逍用中國國家揉準(CNS ) A4规格(210X297公釐) -38 -
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