TW319912B - - Google Patents

Description

A7 B7 319912 五、發明説明（l ) 發明背景 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 .發明領域 本發明相關於製造以薄膜電晶體爲代表的半導體裝置 的方法。本發明尤其相關於製造使用形成在玻璃基體或石 英基體上的具有結晶度的矽薄膜的半導體裝置的方法。 2.相關技術的敘述 目前，已知使用矽膜的薄膜電晶髏。薄膜電晶體使用 形成在玻璃基髓或石英基體上的矽膜（厚度爲數百至數千 A)而構成。 使用玻璃基體或石英基體的原因爲採用薄膜電晶體於 活性矩陣液晶顯示單元。 在現有情況下，於使用玻璃基體的情況中，一般的技 術爲使用非晶矽膜形成薄膜電晶體。在使用石英基體的情 況中，實用上使用利用經由熱處理所獲得的結晶矽膜的技 術。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 與使用非晶矽膜的薄膜電晶體比較，使用結晶矽膜的 薄膜電晶體使二數位或更多的高速操作可實施。因此，傳 統上由外部附著的I C電路構成的活性矩陣液晶顯示單元 的周邊驅動電路可由玻璃基體或石英基體上的薄膜電晶體 形成。 以上結構非常有利於整體裝置的尺寸減小或製造過程 的簡化。並且，此結構導致製造成本的降低。 本紙張尺度適用中國國家搮準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（2 ) 至於經由熱處理而獲得結晶矽膜的技術，已知有曰本 專利未審査公告He i 6 — 2 3 2 Ο 6 9號中揭示的技 術。根據此技術，促進矽的晶化的金屬元素（例如鎳）被 引入非晶矽膜內，使得經由於比傳統技術低的溫度的熱處 理而獲得結晶矽膜。 使用此技術，可使用不昂貴的玻璃基體成爲基體，而 所得的結晶矽膜可提供可於宽廣範圍實際使用的結晶度。 但是，因爲膜中含有金屬元素，且其引入量的控制不 易，所以已證賁有重製性及穩定性（所得裝置的電穩定性 )上的問題發生。 發明概說 本發明係鑒於上述情形而形成，因此本發明的目的爲 提供降低在藉著使用促進矽的晶化的金屬元素而獲得的結 晶矽膜中的金靥元素濃度的技術。 爲解決上述問題，根據本發明的一方面，提供一種製 造半導體裝置的方法，包含之步驟爲刻意引入促進矽的晶 化的金屬元素至非晶矽膜內，以經由第一熱處理而晶化該 非晶矽膜；及於內含鹵素元素的大氣中實施第二熱處理以 刻意移除該金靥元素：其中該第一熱處理及該第二熱處理 由相同的加熱機構實施。 在以上的方法中，第一熱處理及第二熱處理由相同的 加熱機構實施很重要。這是因爲在經由相同方法實施用來 擴散金羼元素於矽膜中以實施晶化的第一熱處理及用來移 本紙張又度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ------^----裝------訂-----「線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 19912 A7 B7____ 五、發明説明（3 ) 除擴散於矽膜中的金屬元素的第二熱處理的情況中，金靥 元素的移除更有效地執行。 例如，在使用鎳成爲金靥元素，經由藉著加熱器的加 熱而實施第一熱處理，及經由藉著紅外線燈的加熱而實施 第二熱處理（RTA :快速熱退火）的情況中，已證明從 矽膜移除鎳的效果比在於二加熱方法中均使用加熱器的情 況低。 根據本發明的另一方面，提供一種製造半導體裝置的 方法，包含之步驟爲使促進矽的晶化的金屬元素與非晶矽 膜的前表面或後表面保持接觸：對該非晶矽膜實施第一熱 處理以晶化該非晶矽膜的至少一部份；及對矽膜於含有鹵 素元素的大氣中實施第二熱處理以刻意移.除該金屬元素； 其中第一熱處理及第二熱處理由相同的加熱機構實施。 可使用選擇自Fe，Co，Ni ，Ru，Rh，Pd ，Os，I r，Pt ，Cu，及Au的一種或多種成爲促 進矽的晶化的金靥元素。 從效果及重現性的觀點而言，Ni (鎳）的使用最佳 Ο 可使用選擇自 HCJ? ，HF，HBr ，Ci2，F2, 及Br2的一種氣體或多種氣體加入至含有選擇自Ar ， N2，He，及Ne的一種氣體或多種氣體的大氣成爲內 含鹵素元素的大氣。在此例子中，鹵素元素的作用爲移除 金麋元素。 並且，可使用氧及選擇自HCi?，HF，HBr， 本紙張又度通用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I-i.--J----裝------訂-----Ί線丨 (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裝 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 ) C J?2，F 2，及B r 2的一種氣體或多種氣體加入至含有 選擇自Ar，N2，He，及Ne的一種氣體或多種氣體 的大氣成爲內含鹵素元素的大氣。 氧具有抑制矽膜表面被菌素元素的作用粗糙化的功能 ’因爲氧在移除金屬兀素的過程期間伺時在砂膜表面上形 成氧化物膜。 移除金屬元素的熱處理可於4 5 0至1 〇 5 Q°C的溫 ^— -f.t— 度實施。 在以鎳代表的金靥元素的刻意引入下，非晶矽膜經由 第一熱處理而晶化。然後，於含有鹵素元、素的大氣中實施 第二熱處理，以從膜移除刻意引入的金屬元素。在此情況 中，第一熱處理及第二熱處理可由相同機構實施。 從以下連同附圖的說明可使本發明的以上及其他目的 及特徵更明顯。 較佳實施例的詳細敘述 以下參考附圖敘述本發明的較佳實施例。 (第一實施例） 本發明的第一實施例展現使用鎳元素在玻璃基體上形 成結晶矽膜的技術。 圖1 A至1 D顯示根據本發明的此實施例的製造過程 。首先，氮氧化矽膜1 0 2以3 Ο Ο 0A的厚度形成於 Corning 1737玻璃基體（6 6 7 °C的應變點）1 0 1上成 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---ί.---；----¾II (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 ^19912 a? B7 五、發明説明（5 ) 爲下層（underlayer)。 氮氧化矽膜的形成是經由使用矽烷，N2〇氣體，及 氧成爲原料氣體的電漿CVD法而實施。或者，其形成可 經由使用TE 0 S氣體及N2〇氣體的電漿c VD法而實 施。 氛氧化矽膜的作用爲防止雜質（玻璃基體以製造半導 體裝置的位準而言含有大置的雜質）在後製程期間從玻璃 基體擴散。 必須注意就獏得最大的上述作用而言氮化矽膜最佳。 但是，因爲氮化矽由於應力而從玻璃基體分離，所以不實 際使用。並且，可使用氧化矽膜成爲下膜。但是，氧化矽 膜與氮氧化矽膜相比相對於雜質具有不充份的障礙效應。 下層具有盡可能高的硬度很重要。此結論是得自在最 終獲得的薄膜電晶體的持久試驗中，下層越硬（亦即，下 層的蝕刻率越小），則可靠性越高的事實。並且，從此結 論推測下層的硬度與防止雜質從玻璃基體進入有關。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 然後，會形成結晶矽膜的非晶矽膜1 0 3經由低壓熱 CVD法以5 Ο 0A的厚度形成。使用低懕熱CVD法的 原因爲以後會獲得的結晶矽膜的品質優異。必須注意電漿 CVD法可使用成爲低壓熱CVD法以外的方法。 非晶矽膜1 〇 3的厚度最好設定爲2 Ο Ο Ο A或更小 。這是因爲如果其厚度設定於2 0 〇 0A或更大，則在移 除促進矽的晶化的金屬元素的階段中，其移除變得困難。 並且，非晶矽膜1 〇 3的厚度下限是由在膜形成中可 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）~R _ — 經濟部中央標準局員工消.費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（6 ) 形成多薄的膜而決定。一般而言，大約1 0 0至2 Ο 0A 爲其下限。 並且，小心防止雜質混合進入膜很重要。明確的說， 注意用來形成膜及用於裝置的清潔的氣體的純度很重要。 以上述方式，獲得圖1 A所示的狀態。 隨後，含有1 0 P pm (重量轉換）的鎳元素的醋酸 鎳溶液塗覆在非晶矽膜1 0 3的表面。 明確的說，如圖1B所示，醋酸鎳溶液的水膜1 0 4 形成在非晶矽膜1 0 3的表面上。然後，使用旋轉塗覆器 吹去醋酸鎳溶液的過量溶液。亦即，實施旋轉乾燥。 以以上的製程，獲得使鎳元素與非晶矽膜1 0 3的表 面保持接觸的狀態。 必須注意從在以下的加熱製程中的存留雜質的觀點， 最好使用硫酸鎳取代醋酸鎳溶液。這是因爲醋酸鎳溶液含 有碳，而碳可能在隨後的加熱製程期間碳化而存留在膜中 〇 可藉著調整溶液中的鎳元素的濃度而實施引入的鎳元 素的量的調整。並且，引入的鎳元素的量可根據實施旋轉 乾燥的條件及溶液於非晶矽膜1 0 3上的保持時間而受控 制。 然後，在圖1C所示的狀態中，於4 5 0至6 5 0 °C 的溫度實施熱處理以晶化非晶矽膜1 〇 3。 在此步驟中，熱處理係在氮大氣中於6 0 0°C實施4 小時此製程的結果爲獲得結晶矽膜1 〇 5 ° 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） --iw---^----^------1T-----1^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央棣準局貝工消費合作社印策 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Μ規格（210X297公釐） A7 _B7_ 五、發明説明（7 ) 熱處理的加熱溫度的上限根據使用的基體的耐熱性而 決定很重要。在此實施例中，因爲使用應變點爲6 6 7。(： 的Corning 1 737玻璃基體，所以加熱溫度的條件爲大約 6 5 0 °C。並且，實驗證明晶化需要4 5 0 °C或更高的加 熱溫度。 另外，在使用耐熱性高的石英基體或另一種材料成爲 基體的情況中，可再增加上述晶化的加熱溫度。例如，在 使用石英基體的情況中，加熱溫度可增加至大約1 〇 〇 〇 °C 〇 溫度的增加導致可縮短熱處理所需週期及可獲得較高 的結晶度等優點。 在以上的晶化過程中，已與非晶矽膜1 0 3的表面保 持接觸的鎳元素分散於膜中。然後，此大幅幫助非晶矽膜 1 0 3的晶化。 隨後，如圖1 D所示，實施用來移除存留於結晶矽膜 1 〇 5中及已用於晶化的鎮元素的加熱過程。此熱處理是 在包含鹵素元素的氮大氣中於6 0 0 °C的溫度實施。 在此例子中，熱處理是在3 %的HC 5加入於氮大氣 的大氣中於6 0 0 °C實施1 0分鐘。 大氣中的HCj?的濃度最好設定於1%至1 0%。如 果濃度設定於比此範圍大的値，則必須注意，因爲矽膜表 面粗糙化。如果濃度設定於此範圍小的値，則吸氣效果降 低0 男外，在實施上述熱處理的大氣中加入氧很有效。在 —---^----¾------tr-----1^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央榇準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（8 ) 此情況中，由於窗素元素所造成的矽膜的粗糙表面藉著氧 化物膜的形成而平坦化。氧的加入置可調整，使得大氣中 氧的濃度爲2 0%至5 0%。 並且，上述熱處理溫度的下限從效果及重現性的觀點 而言最好設定於4 5 0 °C或更高。並且，上限設定於使用 的玻璃基體1 0 1的應變點或較小很重要。 因此，石英基體的使用使加熱溫度可再增加至大約 1 0 0 0 °C。在此情況中，可再增進移除鎳元素的效果。 並且，可縮短處理週期。 但是，因爲矽膜上的蝕刻作用很顯著，所以需要降低 鹵素元素的濃度，且需要加入氧。 除了氮大氣之外，可使用一般稱爲^惰性氣體'的氣 體。尤其是可使用選擇自Ar ，He，及Ne的一種或多 種氣體。 除了 HC3?之外，可使用選擇自HF，HBr ， CJ?2，F2，Br2，NF3，及C5F3的一種或多種氣 體成爲引入鹵素元素的氣體。大氣中此氣體的含量（體積 含量）最好設定爲如果是HF，則爲0. 3%至10%; 如果是Η B r ，則爲1 %至2 0 % ;如果是C又2，則爲 0 . 3 %至5 % ;如果是F 2，則爲1 %至3 % ;而如果 是Br2，則爲0. 3%至10%。 藉著如上所述的在以上的含有鹵素元素的大氣中再次 實施的熱處理，可設定鎳元素的濃度至初始濃度的1 / 1〇或更小。此表示與不實施由於鹵素元素的吸氣的情況 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 A7 B7 ^19912 五、發明説明（9 ) 相比，可使鎳元素成爲1/1〇或更小。在使用其他金屬 元素的情況中可獏得類似效果。 例如，在已使用鎳元素經由氮大氣中的熱處理而晶化 的結晶矽膜中，經由s IMS (二次離子質譜）的測量觀 察到濃度爲大約1 X 1 〇 19至5 X 1 0 19cm—3的鎳元素 0 相反的，在應用此實施例的情況中，測得的鎳濃度爲 大約1X1 018至5X1 018cm-3。當然，假定鎳引入 的條件相同。 必須注意在此實施例中，從優異的控制性及簡單性的 觀點，顯示使用溶液以引入鎳元素的例子。但是，可使用 經由C V D法或濺射法形成鎳膜或含有鎳的膜的方法。並 且，可使用經由吸附法使鎳元素與非晶矽膜的表面保持接 觸的方法。 同樣的，此適用於使用其他促進矽的晶化的金屬元素 的情況。 (第二實施例） 本發明的第二實施例相關於實施與第一實施例不同形 式的晶體生長的例子。此實施例相關於使用促進矽力@<匕 的金屬元素實施稱爲 '橫向生長〃的於平行於基體的方向 的晶體生長的方法。 圖2 A至2 D顯示根據此實施例的製造過程。首先’ 氮氧化矽膜2 0 2以3 Ο Ο 0A的厚度形成在Corning 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） I—i.---^----批衣------1T-----—^ί (請先閱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 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) 1737玻璃基體（可爲石英基體）上成爲下層。 經由低壓熱CVD法形成厚度爲5 0 0A的非晶矽膜 2 0 3 ° 然後，形成厚度爲1 5 0 〇 A的未顯示的氧化矽膜， 且定圖型以形成由參考數字2 0 4指示的掩膜。開口於由 2 0 5指示的區域形成於掩膜上，成爲下層的非晶矽膜 2 0 3於此1E域曝露。 開口 2 0 5具有於圖式的深度方向縱向延伸的細長矩 形。開口 2 0 5的寬度可設爲2 0 或更大。縱向長度 可任意決定。 以第一實施例所示的含有重量轉換爲1 〇 p pm的鎳 元素的醋酸鎳溶液加以塗覆。然後使用旋轉塗覆器吹去過 量的溶液。 以上述方式，如由點線2 0 6所示，鎳元素保持與非 晶矽膜2 0 3的曝露表面及爲氧化矽膜的掩膜表面接觸（ 圖 2 A )。 隨後，在盡可能不含有氧的氮大氣中於6 0 0°C實施 熱處理4小時。以此製程，與基體平行的晶體生長如由圖 2 B中的參考數字2 0 7所示地進行。晶體生長從引入鎳 元素的開口 2 0 5的區域向周邊進行。於與基體平行的方 向的晶體生長稱爲 ''橫向生長'。 橫向生長可寅施超過1 〇 〇 Mm或更大。如此獲得具 有橫向區域的矽膜208 (圚2B)。 然後，移除用來選擇性引入鎳元素的爲氧化矽膜的掩 -------:---^------1T-----1 0 « (請先閱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） -13 - 經濟部中央標準局負工消費合作社印策 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 _______B7_ 五、發明説明（11) 膜2 0 4以獲得圖2 C所示的狀態。在此狀態中，橫向生 長區域與未承受晶體生長的面域（具有非晶矽狀態）存在 於矽膜2 0 8中。 然後，在此狀態中，在包含5%的HCj?，5%的氧 及9 0%的氮的大氣中於6 0 0 °C實施加熱處理1 0分鐘 Ο 以此製程，如第一實施例中所述，可減少膜中的鎳元 素的濃度。 隨後，爲橫向生長區域的圖型2 0 9藉著定圖型而形 成。在此例子中，將圖型2 0 9設計成使得晶體生長的開 始點及結束點不在圖型2 0 9中很重要。 這是因爲晶體生長的開始點及結束點含有相當高濃度 的鎮元素。 存留於爲橫向生長區域的如此獲得的圖型2 0 9中的 鎳元素的濃度與第一實施例的情況相比可再降低。 這也是因爲橫向生長區域中所含有的金屬元素的濃度 原來就很低。明確的說，在爲橫向生長區域的圖型2 0 9 中的鎳元素的濃度可爲1 0 17c m_3的數量級。 並且，裝置設計成使得橫向生長方向與載體移動方向 互相相同，因而可獲得與使用第一實施例所示的晶體生長 方法的情況相比具有較高移動率的裝置。 (第三實施例） 本發明的第三實施例展現製造設置於活性矩陣型液晶 14 - ~^ ^ ： 裝 訂 ^ —線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 ^19912 五、發明説明（12) 顯示單元或活性矩陣型E L顯示單元的圖素區域的薄膜電 晶體的例子。 圖3 A至3 E顯示根據此實施例的製造過程。首先， 經由第一實施例或第二實施例所示的製程在玻璃基體上形 成結晶矽膜。然後，對結晶矽膜定圖型以獲得圖3 A所示 的狀態。 在圖3A所示的狀態中，參考數字3 0 1表示玻璃基 體，3 0 2表示下膜，3 0 3表示由結晶矽膜形成的活性 層。在此例中，下膜最好由氮氧化矽膜形成。並且，氮氧 化矽膜中宜於含有鹵素元素。這是因爲使用由於鹵素元素 的金靥離子及可移動離子的吸氣操作。 在獲得圖3A所示的狀態後，形成厚度爲1 0 0 0A 的形成閘極絕緣膜的氮氧化矽膜3 0 4。膜形成方法爲使 用由氧，矽烷及N2〇構成的混合氣體的電漿CVD法， 或使用由TE 0 S及N2〇構成的混合氣體的電漿C V D 法。 並且，氮氧化矽膜中含有鹵素元素對於防止閘極絕緣 膜成爲絕緣膜的功能受存在於活性層的鎳元素（促進矽的 晶化的其他金屬元素）的影響而退化很有用。 形成氮氧化矽膜的重大意義在於由於膜的精密品質， 所以金屬元素難以進入閘極絕緣膜。如果金屬元素進入閘 極絕緣膜，則其成爲絕綠膜的功能退化，造成薄膜電晶體 特性的不穩定及分散。 必須注意一般使用的氮氧化矽膜可用爲閘極絕緣膜。 本紙張尺度適用中國國家楳準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----^---Μ---^------1Τ----- w (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 -15 - B7 五、發明説明（13) 在已形成作用成爲閘極絕緣膜的氮氧化矽膜3 0 4之 後，經由濺鍍法形成以後作用成爲閘電極的鋁膜（未顯示 )。鋁膜中含有〇_ 2重量％的航。 鋁膜中含有〇. 2重量％的航的原因爲於隨後製程中 抑制小丘或觸鬚的發生。小丘及觸鬚是指由加熱產生的針 狀凸出部。一般認爲小丘及觸鬚是由鋁的不正常生長所造 成。 在鋁膜的形成後，形成未顯示的濃密陽極氧化物膜。 陽極氧化物膜係使用含有3 %的酒石酸的乙二醇溶液成爲 電解質溶液而形成。 陽極氧化是在鋁膜成爲陽極且鉑成爲陰極下於電解質 溶液中實施，以在鋁膜表面上形成濃密的陽極氧化物膜。 未顯示的濃密陽極氧化物膜的厚度爲大約1 0 0 A。 陽極氧化物膜的作用爲增進對以後形成的抗蝕劑掩模的黏 著性。 必須注意陽極氧化物膜的厚度可由陽極氧化時的供應 電壓控制。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 然後，形成抗蝕劑掩模3 0 6。然後，鋁膜3 0 5定 圖型成由參考數字3 0 5指示的圖型。以此方式，獲得圖 3 B所示的狀態。 在此情況中，再次實施陽極氧化。在此例中，使用3 %的草酸水溶液成爲電解質溶液。陽極氧化係在鋁圖型 3 0 5成爲陽極下於電解質溶液中實施，以形成由參考數 字3 0 8指示的多孔陽極氧化膜。 本纸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) 16 - 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（14) 在此過程中，因爲黏著性高的抗蝕劑掩模3 0 6存在 於上方部份，所以陽極氧化物膜3 0 8選擇性形成在鋁圖 型的側表面上。 陽極氧化物膜3 0 8的厚度可生長至數ym。在此例 中，其厚度爲6 0 0 0A。必須注意生長距離可由陽極氧 化週期控制。 然後，再次形成濃密的陽極氧化物膜。換句話說，使 用上述的含有3 %的酒石酸的乙二醇溶液成爲電解質溶液 ，再次實施陽極氧化。結果，因爲電解質溶液進入多孔陽 極氧化物膜3 0 8，所以形成由參考數字3 0 9指示的濃 密陽極氧化物膜。濃密的陽極氧化物膜3 0 9的厚度爲 1 0 0 0 A (圇 3 C )。 在此例中，氮氧化矽膜3 0 4的曝露部份被蝕刻。使 用乾蝕刻成爲此蝕刻很有用。另外，藉著由醋酸，硝酸， 及磷酸所構成的混合物酸移除多孔陽極氧化物膜3 0 8。 以此方式，獲得圖3 D所示的狀態。 在獲得圇3 D所示的狀態之後，實施雜質離子的植入 。在此例中，爲製造η通道型薄膜電晶體，經由電漿摻雜 法實施Ρ (磷）離子的植入。 在此製程中，分別形成重摻雜區域311及315及 輕摻雜區域3 1 2及3 1 4。這是因爲存留的氮氧化矽膜 3 1 0的一部份作用成爲半透明掩模，且於該處遮蔽植入 離子的一部份。 然後，以雷射光束或强光照射，以活化已植入雜質離 ----.--：----^------、訂-----.1^ (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 ) Α4規格（2丨ΟΧ297公釐） 17 A7 B7 五、發明説明（ 子的画域。 3 1 1，通 度雜質區域 在此例 (輕摻雜汲 必須注

2 0 0 〇 A 3 1 3的外 類似地 是因爲其尺 免使圖式複 然後， 間層絕緣膜 膜或氮化矽 然後， 3 1 8 。以 15) 以此方式，以 道形成面域3 3 1 2 及 3 1 中，由參考數 極）'的區域 意在澳密陽極 或更大的情況 部形成偏移閘 ，在此實施例 寸很小，使得 雜，所以未顯 形成氧化矽膜 3 1 6 。中間 膜上的樹脂材 界定接觸孔以 此方式，完成 自我對準方式形成源極區域 1 3，汲極區域3 1 5，及低密 4 。 字3 1 4指示的爲稱爲*LDD (圖 3 D )。 氧化物膜3 0 9的厚度加厚至 中，厚度容許於通道形成區域 極區域。 中，雖然形成偏移閘極區域，但 偏移閘極區域的貢獻小，且爲避 示於圖中。 ，氮化矽膜，或其叠合膜成爲中 層絕緣膜316可由由在氧化矽 料形成的層構成。 形成源極區域317及汲極區域 圖3 E所示的薄膜電晶體。 —^.--^----神衣------tr-----—i-l (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 (第四實施例） 本發明的第四實施例相關於在第三實施例所示的結構 中形成閘極絕緣膜3 0 4的方法。在使用耐熱性高的石英 基體或玻璃基體的情況中，最好使用熱氧化法成爲形成閘 極絕綠膜的方法。 因爲經由熱氧化法形成的成爲絕緣膜的氧化物膜很精 細（濃密），且不含有可內部移動的電荷，所以其爲最佳 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（2丨0父297公釐） A7 B7 S19912 五、發明説明（16) 閘極絕緣膜之一。 可用在9 5 0 °C的溫度於氧化大氣中處理的例子成爲 形成熱氧化物膜的方法。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在此情況中，在氧化大氣中混合HC β或類似者很有 效。以此製程，可在形成熱氧化物膜的同時移除存在於活 性層中的金屬元素。 並且，Ν2〇氣體混合於氧化大氣中以形成含有氮組 份的熱氧化物膜很有效。在此例中，如果Ν2〇氣體的混 合比最佳化，則可經由熱氧化法獲得氮氧化矽膜。 在此例中，顯示經由熱氧化法形成閘極絕緣膜的例子 。但是，另一方法爲可經由熱CVD法形成閘極絕緣膜。 類似地，在此情況中，使用Ν2〇及銨而含有氮組份很有 效0 (第五實施例） 本發明的第五實施例顯示以與圖3 Α至3 Ε所示者不 同的製程製造薄膜電晶體的例子。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 圖4 A至4 E顯示根據此實施例的製程。首先，經由 第一實施例或第二實施例所示的製程在玻璃基體上形成結 晶矽膜。然後，圖型化以獲得圖4 A所示的狀態。 在圇4 A所示的狀態中，參考數字4 0 1表示玻璃基 體，4 0 2表示下膜，4 0 3表示由結晶矽膜構成的活性 層。在此例中，下膜4 0 2最好由氮氧化矽膜形成。 在獲得圖4A所示的狀態之後，形成厚度爲1 〇 〇 〇 -19 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（17) A的形成閘極絕緣膜的氮氧化矽膜4 0 4。膜形成法爲使 用由氧，矽烷，及N2〇構成的混合氣體的電漿CVD法 ，或爲使用由丁£03及>^2〇構成的混合氣體的電漿 C V D 法。 必須注意可使用一般使用的氧化矽膜於閘極絕緣膜。 在已形成作用成爲閘極絕緣膜的氮氧化矽膜4 0 4之 後，經由濺鍍法形成以後會作用成爲閘電極的鋁緣膜（未 顯示）。鋁膜中含有0. 2重量％的航。 在鋁膜形成後，形成未顯示的濃密陽極氧化物膜。陽 極氧化物膜係使用含有3 %的酒石酸的乙二醇溶液成爲電 解質溶液而形成。亦即，陽極氧化是在鋁膜成爲陽極且鉑 成爲陰極下於電解質溶液中實施，以在鋁膜表面上形成濃 密陽極氧化物膜。 未顯示的濃密陽極氧化物膜的厚度爲大約1 ο 〇A。 陽極氧化物膜的作用爲增進對以後形成的抗蝕劑掩模的黏 著性。 必須注意陽極氧化物膜的厚度可由陽極氧化時的供應 電壓控制。 然後，形成抗蝕劑掩模4 0 5。然後，鋁膜定圖型成 由參考數字406指示的圖型。 在此情況中，再次實施陽極氧化。在此例中，使用3 %的草酸水溶液成爲電解質溶液。陽極氧化在鋁圖型 4 0 6成爲陽極下在電解質溶液中實施，以形成由參考數 字4 0 7指示的多孔陽極氧化物膜。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公羞） -20 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 319912 at B7 五、發明説明（18) 在此製程中，因爲黏著性高的抗蝕劑掩模4 0 5存在 於上方部份，所以陽極氧化物膜4 0 7選擇性形成於鋁圖 型4 0 6的側表面上。 陽極氧化物膜4 0 7的厚度可生長至數；/m。在此例 中，其厚度爲6 0 0 0A。必須注意生長距離可由陽極氧 化週期控制。 以此方式，獲得圖4 B所示的狀態。然後，再次形成 濃密陽極氧化物膜。換句話說，使用上述的含有3 %的酒 石酸的乙二醇溶液成爲電解質溶液，再次實施陽極氧化。 結果，因爲電解質溶液進入多孔陽極氧化物膜4 0 7，所 以形成由參考數字4 0 8指示的濃密陽極氧化物膜（圖 4 C ) ° 在圖4 C所示的狀態中，首先實施雜質離子的植入。 此製程可在抗蝕劑掩模4 0 5的移除之後實施。 經由雜質離子的植入而形成源極區域4 0 9及汲極區 域4 1 1。並且，沒有任何雜質離子植入區域4 1 0中。 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) 隨後，藉著由醋酸、硝酸，及磷酸構成的混合物酸移 除多孔陽極氧化物膜4 0 7。以此方式，獲得圖4D所示 的狀態。 在獲得圖4 D所示的狀態之後，再次實施雜質離子的 植入。雜質離子係從初始雜質離子植入的情況在輕摻雜的 情況下植入。 在此製程中，形成輕摻雜區域4 1 2及4 1 3，然後 形成由參考數字4 14指示的通道形成區域（圖4 D)。 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（19) 然後，以雷射光束或强光照射，以活化已植入雜質離 子的區域。以此方式，以自我對準方式形成源極逦域 4 0 9，通道形成區域4 1 0，汲極區域4 1 1，及低密 度雜質區域412及413。 在此例中，由參考數字4 1 3指示的爲稱爲*LDD (輕摻雜汲極）'的區域（圖4D)。 然後，形成氧化矽膜，氮化矽膜，或其叠合膜成爲中 間層絕緣膜4 1 5 °中間層絕緣膜4 1 5由由在氧化砍膜 或氮化矽膜上的樹脂材料形成的層構成。 然後，界定接觸孔以形成源極區域416及汲極電極 4 1 7。以此方式，完成圖4 E所示的薄膜電晶體。 (第六實施例） 本發明的第六實施例相關於爲互補型式的n通道型薄 膜電晶體及Ρ通道型薄膜電晶體的例子。 此實施例的結構可用於例如積合在絕綠表面上的不同 薄膜積體電路。並且，可用於例如活性矩陣液晶顯示單元 的周邊裝置電路。 首先，如圖5 Α所示，在玻璃基體5 0 1上形成氧化 砂膜或氣氧化砂膜成爲下層5 0 2。最好使用氮氧化较膜 0 另外，經由電漿CVD法或低壓熱CVD法形成未顯 示的非晶矽膜。另外，經由第一實施例或第二實施例中所 述的方法使非晶矽膜形成爲結晶矽膜。 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----.--1----^------1T-----|千 像 . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（20) 然後，對如此獲得的結晶矽膜定圖型以獲得活性層. 5 0 3及5 0 4。以此方式，獲得圖5A所示的狀態。 另外，形成形成閘極絕緣膜的氮氧化矽膜5 0 5。在 此製程中，如果使用石英成爲基體，則最好使用上述的熱 氧化法（圖5 A )。 形成厚度爲4 0 0 0 A的用來於以後構成閘極電極的 鋁膜（未顯示）。除鋁膜外，可使用可陽極化的金屬（例 如钽）。 在鋁膜形成後，經由上述方法在鋁膜上形成非常薄的 濃度陽極氧化物膜。 隨後，未顯示的抗蝕劑掩模配置在鋁膜上，且鋁膜被 定圖型。然後，在如此獲得的鋁圖型成爲陽極下實施陽極 氧化，以形成多孔陽極氧化物膜5 0 8及5 0 9。多孔陽 極氧化物膜5 0 8及5 0 9的厚度爲5 0 0A。 另外，在形成濃密陽極氧化物膜的情況下再次實施陽 極氧化，以形成濃密陽極氧化物膜510及511。陽極 氧化物膜5 1 0及5 11的厚度設爲8 0 0 0A。以此方 式，獲得圖5B所示的狀態。 另外，藉著乾蝕刻移除曝露的氧化矽膜5 0 5以獲得 閘極絕緣膜512及513，如圖5C所示。 在獲得圇5 C所示的形成物之後，藉著由醋酸、硝酸 、及磷酸所構成的混合物酸移除多孔陽極氧化物膜5 0 8 及5 0 9。以此方式，獲得圖5D所示的狀態。 在此情況中，抗蝕劑掩模交替設B成使得P離子植入 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -23 - ----.--^----种衣-- - (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -.1線 A7 B7 五、發明説明（21) 於左側薄膜電晶體而B離子植入於右側薄膜電晶體。 各具有具有高澡度的η型的源極區域514及汲極區 域5 1 7以自我對準方式形成。 並且，同時形成以低密度摻雜Ρ離子的具有弱η型的 區域5 1 5。 形成由參考數字515指示的具有弱η型的區域的原 因爲存在有剩餘的閘極絕緣膜5 1 2。換句話說，透過閘 極絕緣膜512的Ρ離子由閘極絕緣膜512部份遮蔽。 並且，在相同原理下，以自我對準方式形成各具有强 Ρ型的源極區域5 2 1及汲極區域5 1 8。並且，同時形 成低密度雜質區域5 2 0。另外，同時形成通道形成區域 5 19° 必須注意在濃密陽極氧化物膜510及511加厚至 2 Ο Ο 0Α的程度的情況中，可藉著此厚度形成偏移閘極 區域與通道形成區域516及519接觸。 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) 在此實施例中，因爲濃密陽極氧化物膜5 1 0及 5 1 1變薄至1 Ο Ο Ο Α或更小的厚度，所以可忽略這些 膜510及511的存在。 然後，以雷射光束或强光照射，以退火包植入雜質離 子的區域。 然後，如圖5E所示，形成氮化矽膜5 2 2及氧化矽 膜5 2 3成爲中間層絕緣膜。各膜5 2 2及5 2 3的厚度 爲1 0 0 0 A。必須注意可不形成氧化矽膜5 2 3。 在此例中，薄膜電晶體覆蓋有氮化矽膜5 2 2。因爲 本紙張又度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） 99i 2 Α7 Β7 五、發明説明（22) 氮化矽膜濃密且具有優異的介面特性，所以此結構可增進 薄膜電晶體的可靠性。 另外，經由旋轉塗覆法形成由樹脂材料製成的中間層 絕綠膜5 2 4。在此例中，中間層絕緣膜5 2 4的厚度於 極小値處設爲l；wm (圖5E)。 然後，界定接觸孔以形成左側η通道型薄膜電晶體的 源極電極5 2 5及汲極電極5 2 6。並且，形成右側薄膜 電晶體的源極電極5 2 7及汲極電極5 2 6。在此例中， 汲極電極5 2 6共同配置。 以上述方式，可構成具有互補型CMOS結構的薄膜 電晶體電路。 在此實施例的結構中，薄膜電晶體覆蓋有氮化物膜及 樹脂材料。此結構可增進耐久性，此使可移動離子及水份 難以進入。 (第七實施例） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本發明的第七實施例相關於進一步以雷射光束照射第 —實施例或第二實施例所得的結晶矽膜的結構，以形成單 晶或大致單晶的區域。 首先，使用如第一實施例中所述的鎳元素的作用而獲 得結晶矽膜。然後，以準分子雷射（例如Kr F準分子雷 射）照射膜以進一步促進結晶度。 已經由上述方法大幅促進晶化的膜具有單晶狀區域， 其經由E S R測量的電子旋轉密度爲3 X 1 0 17cm_3或 -25 - (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橾準（CNS ) Α4規格（21〇Χ297公釐） A7 B7 五、發明説明（23) 更小，而經由S I MS測量的鎳元素密度的極小値爲3 X 1 017cm-3或更小。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 此區域中沒有晶粒邊界存在，且可獲得相當於單晶矽 晶圓的高電特性。 並且，單晶狀區域含有5原子％或更小至1 X 1 0 15 cm—3的氫。此値從經由S IMS (二次離子質譜）的測 量而得到證實。 以使用爲單晶或大致單晶的區域的薄膜電晶體的製造 ’可獲得相當於使用單晶晶圓製造的MOS型電晶體的特 性。 (第八實施例） 本發明的第八實施例展現在如圖3至5所示的製造薄 膜電晶體的製程中經由熱C V D法形成閘極絕緣膜的例子 。在經由熱CVD法形成閘極絕綠膜的情況中，因爲需要 於高溫的加熱，所以宜於使用石英成爲基體。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 在此例中，顯示經由使用含有體積比爲3 %的HC 5 的氧氣的於8 5 0 °C的低壓熱CVD法而形成閘極絕緣膜 的例子。以上述方法獏得的閘極絕緣膜使藉著存在於活性 層的金屬元素的進入而改變電特性很困難。 (第九實施例） 本發明的第九寅施例展現在第一實施例所示的製程期 間直接引入鎳元素於下層的表面的例子。在此情況中，鎳 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -26 - 經濟部中央標準局貝工消費合作社 A7 B7_____ 五、發明説明（24) 元素保持與非晶矽膜的下方表面接觸。 如上所述，本發明可提供減少在使用促進矽的晶化的 金屬元素所獲得的結晶矽膜中的金屬元素的濃度的技術。 並且，本發明可獲得可靠性較高且性能優異的薄膜半 導體裝置。 以上的本發明的較佳實施例的敘述係用來說明。並非 限制本發明爲所揭示的特定形式，且從以上的敎示及從本 發明的實施可產生各種修正及變化。實施例的選擇及敘述 是爲了說明本發明的原理及其實際應用，以使熟悉此技術 者可視特定使用的需要而以不同實施例及不同修正利用本 發明。本發明的範圍是由附隨的申請專利範圍及其等效者 界定。 圖式的簡要敘述 圖1 A至1 D顯示獲得結晶矽膜的過程： 圖2 A至2 D顯示獲得結晶矽膜的過程： 圖3 A至3 示製造薄膜電晶體的過程； 圖4 A至4 示製造薄膜電晶體的過程； 圚5 A至示製造薄膜電晶體的過程。 i用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 丨^-丨,--,----裝------訂-----丨線-Ι (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) -27 -

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 . 一種製造半導體裝置的方法，包含以下步驟： 刻意引入促進矽的晶化的金屬元素至非晶矽膜內，以 經由第一熱處理而晶化該非晶矽膜；及 於內含鹵素元素的大氣中實施第二熱處理以刻意移除 該金屬元素； 其中該第一熱處理及該第二熱處理由相同的加熱機構 實施。 2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中使用選擇自 Fe，Co，Ni ，Ru，Rh，Pd，Os，Ir， P t ，Cu‘，及Au的一種或多種成爲促進矽的晶化的該 金屬元素。 3. 如申請專利範圍第1項的方法，其中使用選擇自 HCj? ，HF ，HBr ，Ci?2’ f2，及 Br2 的一種氣 體.或多種氣體加入至含有選擇自Ar，N2，He，及 N e的一種氣體或多種氣體的大氣成爲該內含鹵素元素的 大氣。 4. 如申請專利範圍第1項的方法，其中使用氧及選 擇自 HCj? ，HF ’ HB r ，C52，F2’ 及 B r2 的一 種氣體或多種氣體加入至含有選擇自众1" ，N2，He ， 及N e的一種氣體或多種氣體的大氣成爲該內含鹵素元素 的大氣·。 5. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該第二熱處 理係於4 5 0 °C至1 〇 5 0°C的溫度執行。 •6 _如申請專利範圍第1項的方法’另外包含在該第 本紙張尺度適用中國a家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 5-----„----^-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -28 ~ 9912 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印褽 申請專利範圍 二熱處理之後照射雷射光於該矽膜的步驟，以形成大致不 具任何晶粒邊界，含有濃度爲3 X 1 017cm _3或更小的 該金靥元素，及具有3 X 1 017cm -3或更小的旋轉密度 的單晶或大致單晶矽區域。 7. —種製造半導體裝置的方法，包含以下步驟 使促進矽的晶化的金屬元素與非晶矽膜的前表面或後 表面保持接觸； 對該非晶矽膜實施第一熱處理以晶化該晶矽膜的至 少一部份；及 對矽膜於含有鹵素元素的大氣中實施第二熱處理以刻 意移除該金屬元素； 其中第一熱處理及第二熱處理由相同的加熱機構實施 〇 8. 如申請專利範圍第7項的方法，其中使用選擇自 Fe，Co，Ni ，Ru，Rh，Pd，Os，Ir， P t ，Cu ’及Au的一種或多種成爲促進砍的晶化的該 金屬元素》 9. 如申請專利範圍第7項的方法，其中使用選擇自 HCj? ，HF ，HB r ’ Cj?2’ F2，及 B r2 的一種氣 體或多種氣體加入至含有選擇自A Γ ，n2. He ，及 N e的一種氣體或多種氣體的大氣成爲該內含鹵素元素的 大氣。 1 0 .如申請專利範圍第7項的方法，其中使用氧及 選擇自 HCj? ，HF ，HBr ，C 又 2，f2,及 Br (請先閲讀背面之注意事¾再填窝本頁〕 -裴. '、*1' |線_ Μ氏張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Μ規格（21 ox297公釐） A8 B8 C8 D8 六、申請專利範園 —種氣體或多種氣體加入至含有選擇自A r ，n2，H e ’及N e的一種氣體或多種氣體的大氣成爲該內含鹵素元 素的大氣。 1 1 .如申請專利範圍第7項的方法，其中該第二熱 處理係於4 5 0。(：至1 0 5 0 °C的溫度執行。 12.如申請專利範圍第7項的方法，另外包含在該 第二熱處理之後照射雷射光於該矽膜的步驟，以形成大致 不具任何晶粒邊界，含有濃度爲3 x 1 〇17cm-3或更小 的該金屬元素’及具有3 X 1 〇^cm -3或更小的旋轉密 度的單晶或大致單晶矽區域。 --------：----裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線_ 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（2I0X297公釐） -30 -