[发明专利]结晶半导体的制造方法

说明书

本发明涉及具有结晶性的硅半导体覆膜，比如，多晶硅膜、单晶硅膜、微晶硅膜的制造方法。采用本发明所制造的结晶性硅膜用于各种半导体器件。

用薄膜半导体的晶体管(以下称TFT)已众所周知。这就是在基板上形成薄膜半导体，尤其是硅半导体薄膜，进而用该薄膜半导体构成晶体管。TFT虽然已应用于多种集成电路中，但尤其令人注目的是，作为在有源矩阵型液晶显示装置的多个象素中所设置的开关器件，在外围电路中所形成的驱动元件。

作为用于TFT的硅膜是非晶硅膜虽然比较简单方便，但是存在电气性能跟用于半导体集成电路的单晶半导体相比较相当低这样的问题。因此，它仅仅局限于被用作为有源矩阵电路的开关器件。为了提高TFT的特性，最好利用具有结晶性的硅薄膜。除单晶硅以外，还有具有结晶性的硅薄膜称为多结晶硅、多晶硅、微结晶硅等。为了获得具有这样的结晶性的硅薄膜、首先应该先形成非晶硅薄膜，然后通过加热(热退火)使其结晶。因为这种方法是在一边保持固体状态一边使非晶状态变成为结晶状态，故又被称为固相生长法。

在固相生长的工序中，如果添加适当的金属元素、把它作为催化剂，就确实能促进结晶。也就是说，已经判明，可在向非结晶硅薄膜表面上微量地淀积从镍、钯或铂、铜、银、金、铟、锡、磷、砷、锑(更一般地讲，VIII族、IIIb族、IVb族、Vb族元素)中选择出来一种或多种元素，然后，通过加热，在55℃、约4小时的处理时间下进行结晶。(特开平6-244103)

大家都知道，在非晶硅膜的整个面上均匀地形成上述催化元素覆膜之时，所得到的硅薄膜的晶体方向虽然都是随机的，比如，特开平7-45519号和特开平7-66425号中所公开揭示出地那样，通过有选择地添加，可以控制结晶的方向。在这样的结晶方向上获得的结晶硅膜在制造器件方面可利用的价值很大。把进行这样的晶体生长方法称作为横向生长或侧向生长。

因此，不能忽视导入到硅膜中的催化元素对于电特性、可靠性带来恶劣影响。大家都知道，一般来讲，催化元素中镍、钯、铂、铜、银、金在包含有卤化物(尤其氯化物)的气氛中用高温加热将成为卤化物进而被蒸发。但是，在含有硅的场合下，由于与此同时硅也成为卤化物(如二氯硅烷等)进而被蒸发，因此，仅仅有选择地除去上述催化元素是困难的。

为了防止硅的蒸发，应在氧化气氛中进行热退火处理，在硅膜表面上形成氧化硅层、由此，使催化元素凝聚，采用通过去除氧化硅层，从硅膜中去除催化元素的方法。(特开平7-183538号)

当然，为了得到这样的氧化硅、需要在700℃以上的高温进行处理，因而抵销了由催化元素而产生的低温结晶化效果，所以希望在更低的温度下去除催化元素。

下面用图2对上述热硅被利用的方法给予简单地说明。在基板11上，形成氧化硅等的基底绝缘膜12以及非晶硅膜13。在非晶硅膜上，用氧化硅或者氮化硅等材料形成掩模14。在掩模14上设置用于引入催化元素的孔15。(图2(A))。

其次，淀积催化元素或含有催化元素的覆膜(例如，硅化镍，醋酸镍等)16。作为一种淀积方法可以使用溅射法(特开平7-45519或特开平7-66425)、气相生长法(特开平7-33548)、旋涂法(特开平7-130652)等。(图2(B))

其次，若在适当的温度下，进行热退火，则催化元素，首先使孔15正下面部位17的非结晶硅膜结晶化(图2(C))。

随后，催化元素在结晶化的同时往横方向上进行扩散，使离开孔15的部分18也进行结晶(把它称作为横向或侧向生长)。(图2(D))。

接着再去除掩模14(图2(E))。

在氧化硅膜的温度、气氛下，使硅膜氧化得到催化元素变为低浓度的硅膜20和催化元素浓度高的氧化硅膜(热氧化膜)19。当在上述气氛中添加含有卤族元素气体(比如氯化硅)。则包含于热氧化膜19中的催化元素就成为氯化物而被去除。(图2(F))。

上述工艺有两个缺点(1)需要进行高温(700℃以上)热处理。(2)为了刻制成掩模，必须丙次对外部进行取出。

本发明的目的是改进上述缺点的全部或一部分。

为了达到上述目的，本发明在非晶硅膜上形成选择地具有催化元素导入孔的掩模之后，用溅射法、气相生长法、旋涂法等的方法形成含有催化元素的覆膜，采用在适当温度下将其退火处理的办法，进行非晶硅膜的横向生长。其特征在于连续地，在具有卤化物(比如，氯化物)气氛中，通过在450℃-700℃下进行加热，将硅膜中的催化元素从催化元素导入孔中排除出去。