专利名称：掺杂方法和制造半导体器件的方法
技术领域：
本发明涉及掺杂方法和制造半导体器件的方法，具体涉及适用于制造薄膜半导体 器件的方法。
背景技术：
人们已经想到采用轻型柔性塑料基板作为在包括有薄膜半导体层的半导体器件 中的支撑基板。在这种半导体器件的生产中，考虑到塑料基板的耐热性，期望采取低温工 艺。还有在半导体层的杂质掺杂中，人们也已经想到可以用在低温下进行杂质掺杂的方法， 代替需要高温热处理以除氢的离子注入方法。另外，随着基板尺寸的增大，现有的真空工艺 在设施尺寸方面几乎达到极限。另外，由于生产时间等，现有的离子注入方法等掺杂方法在 尺寸增加方面达到了极限。由于这些原因，对于应用于半导体层的杂质掺杂而言，期望开发 出采用能够处理大区域的非真空工艺的新掺杂方法。作为非真空并且能够处理大区域的新掺杂方法的第一示例，在先技术已经提出 了这样一种方法，其在半导体层上形成包含磷或硼的含杂质层，然后用能量束照射以使得 杂质从含杂质层扩散到半导体层中。在该情况中，采用包含磷或硼的硅酸盐玻璃(所谓的 PSG、BSG等)作为含杂质层(例如参见JP-A-62-2531)。作为第二示例，在先技术已经提出 了这样一种方法，其在半导体层上形成包含磷或硼的杂质离子溶液的液体薄膜，使液体薄 膜干燥，然后用能量束照射以使得杂质扩散到半导体层中(参见JP-A-2005-260040)。但是，上面的掺杂方法难以控制用来掺杂半导体层的杂质的浓度。在第一示例中， 在形成PSG或BSG的硅酸盐玻璃中的氧化硅也进入到半导体层中，从而导致半导体层的性 能变差。另外，第二示例不允许高浓度磷(P)或硼(B)掺杂，因此难以通过上面的掺杂方法 获得具有所期望性能的半导体器件。
发明内容
鉴于上述问题，需要一种可以与非真空(可以处理大区域)、低温工艺兼容的掺杂 方法，该方法还允许在不损失半导体性能的情况下高精度地控制杂质浓度。还需要一种能 够提供性能精度良好受控的半导体器件的制造方法。根据本发明的实施方案，提供了一种包括以下步骤的掺杂方法。首先，在第一步骤 中，将含有锑化合物的材料溶液施用到基板表面上，所述锑化合物包含锑以及选自氢、氮、 氧和碳的元素。接着，在第二步骤中，使得材料溶液干燥以在基板上形成锑化合物层。随后， 在第三步骤中，进行热处理以使得锑化合物层中的锑扩散到基板中。根据本发明的另一个实施方案，提供了一种制造半导体器件的方法。该方法包括采用上述掺杂方法使锑扩散到半导体层中。根据这种方法，锑从包含选自氢、氮、氧和碳的元素与锑的锑化合物层扩散。因此， 锑可以在不损失基板性能(半导体性能)的情况下扩散到基板中。另外，如随后在实施例中 所述一样，已经证实该方法能够以与材料溶液的锑浓度很好对应的高浓度给基板掺杂锑。 另外，用于使得锑扩散进基板的热处理通过能量束照射来进行。因此该方法可以与低温工艺兼容。如上所述，根据本发明实施方案的掺杂方法可以与非真空低温工艺兼容，还能够 在不损失半导体性能的情况下高精度控制杂质掺杂浓度。另外，采用这种方法能够提供性 能受到良好控制的半导体器件。
图IA至图IE为用剖面的方式显示出第一实施方案的掺杂方法的流程图。图2A至图2E为用剖面的方式显示出第二实施方案的用于制造半导体器件的方法 的流程图。图3A至图3E为用剖面的方式显示出第三实施方案的用于制造半导体器件的方法 的流程图(I)。图4A至图4E为用剖面的方式显示出第三实施方案的用于制造半导体器件的方法 的流程图(II)。图5为曲线图，显示出用在实施例1中的锑溶液的浓度和所得到杂质区域的载流 子浓度之间的关系。图6为曲线图，显示出在实施例2和比较例2中制造出的薄膜晶体管的Vg-Id特 性。图7A和图7B为曲线图，显示出在实施例3和比较例3和4中制造出的薄膜晶体 管的Vg-Id特性。
具体实施例方式下面参照附图按照以下顺序对本发明的各实施方案进行说明。1.第一实施方案(掺杂方法的实施例)2.第二实施方案(包括具有补偿的栅极绝缘膜的半导体器件的制造方法的实施 例)3.第三实施方案(具有LDD结构的半导体器件的制造方法的实施例)第一实施方案图IA至图IE为用剖面的方式显示出第一实施方案的掺杂方法的流程图。下面基 于这些附图来说明该掺杂方法。首先，如图IA所示，准备支撑基板1，在其上形成由绝缘材料例如氧化硅或氮化硅 制成的缓冲层3。这里所用的支撑基板1为晶体或非晶体基板。晶体基板的示例包括半导 体基板和石英基板。非晶体基板的优选示例包括耐热性较低(低熔点)但是能够以低成本 制造大面积基板的基板，例如由玻璃或有机聚合材料(塑料)制成的基板等。必要时，支撑 基板1可以具有柔性。
随后，在已经形成有缓冲层3的支撑基板1上形成半导体层5。该半导体层5例如 由非晶硅或微晶硅制成，形成为大约50nm厚。必要时，可通过激光束照射等对由非晶硅或 微晶硅制成的半导体层5进行结晶化处理，形成多晶硅。还可以使半导体层5形成岛形图 案以便器件隔离。包括这种半导体层5的结构被称为基板7。除了上面的示例之外，半导体层5也可以例如是聚硅烷化合物的沉积物或聚硅烷 化合物缩聚物的沉积物。半导体层5不限于硅基层，可选为各种任意化合物半导体薄膜，例 如GaAs、GaN等III-VI族化合物半导体、ZnSe等II-V族半导体等。可以通过适用于每种 材料的方法来形成/图案化由任意这些材料制成的半导体层5。接着，如图IB所示，将锑溶液L施用到表面上形成有半导体层5的基板7上，由此 形成溶液层Ll。该锑溶液L为包含锑化合物的材料溶液，通过将锑化合物溶解在水或有机 溶剂中而制备。这里所用的锑化合物为包含选自氢、氮、氧和碳的元素与锑在一起的化合 物。这种锑化合物的示例包括由下面化学式(1)至(14)表示的、具有在主链中包含氢、氮、 氧和/或碳原子的配位体的锑化合物。但是，除了碳、氢、氮、氧和锑，该锑化合物可以包含 在化合物合成期间混合在其中的痕量其它物质。
权利要求
1.一种掺杂方法，该方法包括以下步骤第一步骤，将含有锑化合物的材料溶液施用到基板表面上，所述锑化合物含有锑以及 选自氢、氮、氧和碳的元素；第二步骤，使得所述材料溶液干燥，从而在所述基板上形成锑化合物层；以及 第三步骤，进行热处理，从而使得所述锑化合物层中的锑扩散到所述基板中。
2.如权利要求1所述的掺杂方法，其中，通过用能量束照射所述锑化合物层来进行所 述热处理。
3.如权利要求1或2所述的掺杂方法，其中，所述材料溶液通过涂布、喷涂或印刷而施 用到所述基板的表面上。
4.如权利要求1至3中任一项所述的掺杂方法，其中，扩散到所述基板中的锑的浓度由 所述材料溶液的锑浓度来控制。
5.如权利要求1至4中任一项所述的掺杂方法，其中，所述基板的表面由半导体层构成。
6.如权利要求1至5中任一项所述的掺杂方法，其中，在所述热处理之后去除所述锑化 合物层。
7.—种制造半导体器件的方法，该方法包括以下步骤第一步骤，将含有锑化合物的材料溶液施用到基板表面上，所述锑化合物含有锑以及 选自氢、氮、氧和碳的元素；第二步骤，使得所述材料溶液干燥，从而在所述半导体层上形成锑化合物层；以及 第三步骤，进行热处理，从而使得所述锑化合物层中的锑扩散到所述半导体层中。
8.如权利要求7所述的制造半导体器件的方法，其中，在所述第一步骤之前，将栅极绝缘膜和栅极电极依次堆叠在所述半导体层上； 在所述第一步骤中，将所述材料溶液施用到位于所述栅极绝缘膜和所述栅极电极的每 一侧的所述半导体层的表面上。
9.如权利要求8所述的制造半导体器件的方法，其中，在所述第三步骤之后，去除所述锑化合物层，在所述栅极绝缘膜和所述栅极电极的两 侧形成侧壁；重复所述第一步骤、所述第二步骤和所述第三步骤，使锑扩散到位于所述侧壁外面的 所述半导体层中，从而使这里的锑浓度高于所述侧壁下面的所述半导体层中的锑浓度。
全文摘要
本发明涉及一种掺杂方法以及采用该掺杂方法的半导体器件的制造方法。该掺杂方法包括以下步骤将含有锑化合物的材料溶液施用到基板表面上，所述锑化合物含有锑以及选自氢、氮、氧和碳的元素；使得所述材料溶液干燥，从而在所述基板上形成锑化合物层；以及进行热处理，从而使得所述锑化合物层中的锑扩散到所述基板中。根据本发明的掺杂方法可以与非真空低温工艺兼容，还能够在不损失半导体性能的情况下高精度控制杂质掺杂浓度。
文档编号H01L21/225GK101996870SQ20101024107
公开日2011年3月30日 申请日期2010年7月30日 优先权日2009年8月7日
发明者河野正洋, 町田暁夫, 藤野敏夫 申请人:索尼公司