专利名称：半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及在绝缘材料(例如，玻璃)上或者在其上面有绝缘膜(例如，氧化硅)的硅片那样的材料上形成的绝缘栅薄膜晶体管，并且涉及该晶体管的制造方法。本发明对于在其玻璃转变温度(形变温度或者形变点)为750℃或更低的玻璃衬底上制造的薄膜晶体管特别有效。按照本发明的薄膜晶体管是用于驱动电路，例如有源矩阵液晶显示器的驱动电路和图象传感器的驱动电路，以及用于三维的集成电路。
薄膜晶体管(在下文简称为“TFT”)，例如，广泛地用于驱动有源矩阵型的液晶显示器和图象传感器。也开发有高电场迁移率的晶体硅TFT作为非晶硅TFT的代替品，以便能进行高速工作。然而，通过形成具有高阻(高阻漏;HRD)的杂质区可获得具有进一步改善器件特性和耐用性的TFT。
图4A表示具有HRD的常规TFT的剖面图。有源层包括低阻区1和5，沟道形成区3及形成在其间的高阻区2和4。提供栅绝缘膜6以覆盖有源层，在沟道形成区3上方的栅绝缘膜6上形成栅电极7。形成层间介质8以覆盖栅电极7，把源/漏电极9和10连接到低阻区1和5上。把至少由氧、氮、碳中选择出来的一种元素掺入高阻区2和4。
然而，掺入上述的至少一种元素，需要利用光刻技术。于是，难以用自对准方法在栅电极的边缘部分形成高阻区。因此，制造的TFT成品率低。而且，这样获得的TFT在性能上不均匀。
本发明通过采用自对准方法形成高阻区而不采用光刻方法，以高成品率提供具有均匀器件特性的TFT。
按照本发明的TFT被简略地表示在图4B中。高阻(杂质)区12和14的位置和尺寸决定于栅绝缘膜16和栅电极部分(包括栅电极膜17，有时还包括阳极氧化膜17′)。即，利用栅电极部分和栅绝缘膜16作掩模，把氮、氧、碳等中的至少一种元素掺入有源层中。通过控制离子的加速电压来控制离子注入的深度，以便在预定深度获得最大的离子浓度。假使以80KV的加速电压掺入氮离子，则在1000 的深度可能达到氮离子的最大浓度。甚至在有源层、氮离子的浓度在上述情况随深度不同。
假设分别提供厚度为1000 和3000 或更厚的栅绝缘膜和栅电极部分，由于栅电极部分充分地厚，足以防止氮离子掺入在栅电极下面形成的有源层。如图4C所示的那样，大多数的氮离子在露出有源层的部分(用线B-B′表示)穿过有源层21。因此，在有源层21下面的部分，如衬底，获得了高浓度的氮离子。与此相对应，在不存在栅电极而存在栅绝缘膜16的有源层部分(线A-A′)达到了高氮离子浓度。
因此，用自对准方法选择地把氮离子掺入存在栅绝缘膜而不存在栅电极的部分下面的有源层，可形成高阻区。参考图4D，通入掺入N型或P型杂质形成低阻(杂质)区11和15和高阻区12和14。在掺入氮离子之前，可掺入N或P型杂质。
在栅电极17的表面上形成阳极氧化层17′的情况，高阻区12和14偏移栅电极17。根据偏移的位移x取决于阳极氧化层17′的厚度，水平地设置低阻11和15，离开栅电极17一定的距离，相当于区域12和位移X的和。
按照本发明，用阳极氧化栅电极等方法形成氧化层作为栅绝缘膜16，以用自对准方法形成高阻区。可以精确地控制阳极氧化层的厚度。尤其是，均匀地形成阳极氧化膜，厚度为1000 或者更薄到厚度为5000 或者更厚(例如，到1μ)。于是，如此进行优选，因为可以较大自由地形成高阻区，然而，在利用自对准方法的情况，可形成不影响其宽度的高阻区。
与仅仅由氢氟酸腐蚀剂腐蚀的所谓阻挡层型阳极氧化层相反，多孔型阳极氧化层能由磷酸腐蚀剂等进行选择地腐蚀。因此，能在不损伤构成TFT的其它材料，例如硅和氧化硅的情况下进行腐蚀处理。在干腐蚀的情况，阻挡或多孔阳极氧化层是非常好的抗腐蚀层，在相对于氧化硅层的腐蚀情况、显示出非常高的选择性。
按照本发明，由下述工艺可制造TFT。因此，能比较可靠地形成高阻区，而且能改善批量生产。
参看
图1A到图1E，叙述按本发明制造TFT的基本工艺。在衬底101上形成底层绝缘膜102。由晶体半导体形成有源层103(即使由少量晶体，例如，单晶半导体、多晶半导体、半非晶半导体等组成的半导体在本发明被称为晶体半导体。)形成由氧化硅构成的绝缘膜104，以便覆盖有源层103，由可阳极氧化的材料形成涂层。最好，利用象铝，钽，钛和硅那样的可阳极氧化的材料作为涂覆材料。而且，可以利用使用上述材料之一的单层栅电极，以及由二层或多层上述材料组成的多层栅电极。例如，可以利用在铝上面形成硅化钛的双层结构或者在氮化钛上面形成铝的双层结构。提供的每一层，其厚度由器件特性决定。
形成在阳极氧化过程中作为掩模的掩模膜，以便覆盖涂层，然后同时对涂层和掩模进行构图和腐蚀，由此形成栅电极105和掩模膜106。利用普通光刻工艺中所用的光刻胶，光敏的聚酰亚胺或者一般可腐蚀的聚酰亚胺可形成掩模膜。(图1A)通过把电流施加到电解液中的栅电极105上在栅电极105的两边形成多孔阳极氧化层107。利用包括3%到20%柠檬酸、硝酸、磷酸、铬酸、硫酸等含水酸性溶液进行阳极氧化。通过施加大约10至30V的电压，形成阳极氧化层，厚度为0.3到25μm，更精确地说，为0.5μm厚。在阳极氧化后，通过腐蚀除掉掩模膜106。(图1B)在栅电极的两边和表面，通过在包含3%到10%的酒石酸、硼酸或硝酸的乙二醇溶液中，把电流加到该处，形成阻挡阳极氧化层108。这样形成的阳极氧化层的厚度决定于加在栅电极105和该处电极表面之间的电压。
在形成多孔阳极氧化层后，形成阻挡层阳极氧化层。形成的阻挡阳极氧化层108不在多孔阳极氧化层107的外层，而在多孔阳极氧化层107和栅电极105之间。用于多孔阳极氧化层的磷酸腐蚀剂的腐蚀率是阻挡阳极氧化层的腐蚀率的10倍或更多。因此，保护栅电极105不被磷酸腐蚀剂腐蚀，因为阻挡阳极氧化层108保持基本上不被磷酸腐蚀剂腐蚀(图1C)。
用干腐蚀，湿腐蚀等方法腐蚀绝缘膜104。进行腐蚀，直到露出有源层，或者在中间状态停止腐蚀。
考虑到膜的批量生产，成品率和均匀性，最好全部地腐蚀绝缘膜，直到露出有源层。由阳极氧化层107和栅电极105覆盖的栅绝缘膜厚度，在腐蚀时保持不变。假设利用氟基气体(例如，NF3或SF6)进行干腐蚀主要由铝，钽和钛组成的栅电极105以及主要由氧化硅组成的绝缘膜104，则可以迅速地腐蚀由氧化硅组成的绝缘膜104。因为对于氧化铝、氧化钽、氧化钛，腐蚀率是足够低，所以可以选择地腐蚀绝缘膜104。利用氢氟酸为主要组分的腐蚀剂，例如稀释成1/100的氢氟酸，通过湿法腐蚀可迅速和选择地腐蚀绝缘膜104(图1D)。
然后，除掉阳极氧化层107。选用以磷酸为主要组分的水溶液，例如，磷酸，醋酸，硝酸的混合酸作为腐蚀剂。
于是，可以保留绝缘膜104的一部分(下文称为“栅绝缘膜”)。在栅电极105和阻挡层108的下面以及在多孔阳极氧化层107相当于由阻挡阳极氧化层108边缘部延伸一段距离Y的部分的下面，存在着栅绝缘膜104′。用自对准方法决定距离Y。因此，其上形成栅绝膜104′的有源103的区域和其上不形成栅绝缘膜104′的区域，这是由自对准方式形成的。相对栅极自对准，把象氮、氧、碳那样的离子掺入有源层形成包含高浓度离子的高阻区。
在栅极边缘部分和源或漏区边缘部分之间的距离x(见图4D)相当于偏移宽度，由距离Y以自对准方式控制高阻区的宽度。参看图1D和图2C，栅绝缘膜104′的边缘部分109近似地和高阻区部112的边缘部分121相一致。以非自对准方法形成常规技术中的高阻区。因此，难以在相同衬底对于所有的TFT的相同部分形成高阻区和栅电极。然而，本发明，通过施加电流(电荷)形成阳极氧化层的方法，可精确地控制阳极氧化层107的宽度。
通过控制阳极氧化层108的厚度，可任意的设置栅电极和高阻区。通常，在偏移状态，当反向漏电流减少时，开/关比率增加。于是，按照本发明的TFT适于用来控制有源矩阵液晶显示器象素需要低漏电流的象素TFT。然而，由于阳极氧化层捕捉在高阻区边缘部分产生的热载流子，使TFT的特性变坏。
在TFT有小偏移的情况，由于捕捉热载流子减少和导通电流增加，TFT特性变坏，但是，漏电流反而增加。因此，有小偏移的TFT是适于需要大电流驱动能力的TFT，例如，单片有源矩阵外围电路中利用的驱动级TFT。实际上，以TFT的用途决定TFT的偏移。
图1A到图1E是表示按本发明制造器件的基本工艺图。
图2A到2C是表示按本发明实施例1的制造TFT工艺图。
图3A到3C是表示按本发明实施例2的制造TFT工艺图。
图4A到4C是表示按本发明的TFT的结构图。
图5A到图5F按本发明实施例3的制造TFT工艺图。
图6A到6F是表示按本发明实施例4的制造TFT工艺图。
图7A到7F是表示按照本发明实施例5的制造TFT工艺图。
图8A和图8B是表示各含按本发明实施例1和3制造TFT的集成电路。
实施例1通过在氧气氛中进行溅射，在Corning 7059衬底101(300×400mm或者100×100mm)上形成氧化硅膜，厚度为1000到3000 ，作为底氧化膜102。为了大批量生产，通过分解TEOS(四乙氧基硅烷)利用等离子CVD方法淀积该膜。单层氮化铝膜或氧化硅和氮化铝的多层膜可被用作底氧化膜。通过在氮气氛中由反应溅射方法形成氮化铝膜。
然后，用等离子CVD或者LPCVD方法，淀积非晶硅膜，厚度为300到5000 ，优选为500到1000 ，接着使它保持在还原气氛中，在温度为550到600℃时间为24小时。把它进行结晶化。也可以通过激光照射进行结晶化。把晶化硅膜构图形成岛状区103。通过溅射在岛状的区域103形成氧化硅膜104，厚度为700到1500 。
然后，用电子束淀积或者溅射的方法，形成厚度为1000 到3μm的铝膜，按重量比含1%的硅，或者按重量比含钪(Sc)0.1到0.3%。然后，用旋转涂胶的方法，形成光刻胶(例如，OFPR 800/30cp，Tokyo Ohka Co.Ltd)。在形成光刻胶之前，通过在铝膜表面进行阳极氧化，形成厚度为100到1000 的氧化铝膜，可以形成改善粘结强度的光刻胶。这样形成的氧化铝膜是有效地防止由光刻胶而产生的漏电流，在阳极氧化工艺中仅在两边形成多孔阳极氧化层。然后，构图和腐蚀光刻胶和铝膜，以便形成栅电极105和掩模膜106(图1A)。
在电压10到30V，更具体地说是在10V，在例如3%～20%的柠檬酸、硝酸、磷酸和硫酸的酸性水溶液中进行阳极氧化20到40分，形成多孔阳极氧化层107，厚度为3000 到2μm(例如，5000 )。在本发明利用含水的乙二酸溶液，温度为30℃。在阳极氧化过程中可以控制阳极氧化层的厚度(图1B)。
然后除掉掩模膜106，在电解溶液(即，含3%到10%的酒石酸、硼酸、或硝酸的乙二醇溶液)中，把电压加到栅电极105，以便在栅电极的上面和两边形成阻挡阳极氧化层108。在大约10℃的溶液中可以形成较高质量的氧化膜，因为该温度比室温低。这样形成的阳极氧化层108的厚度随施加电压的大小按比例增加。如果加150V的电压，形成厚度为2000 的阳极氧化层。由所需厚度和重叠程度决定阳极氧化层108的厚度。通过加250V或者更高的电压，可获得厚度为3000 或更厚的阳极氧化层。然而，一般使用的阳极氧化层，厚度为3000 或更少，因为那样高的电压会损坏TFT的特性。施加80到150V的电压进行阳极氧化，是根据阳极氧化膜108所需的厚度而决定的(图1C)。
然后，通过干腐蚀法腐蚀氧化硅膜104。腐蚀包括等离子型各向同性腐蚀和反应离子型各向异性腐蚀。关键是把硅对氧化硅的选择性比率设定到足够高的数值，而不是深入腐蚀有源层。例如，利用CF4作为腐蚀气体可只腐蚀氧化硅层104而保留阳极氧化层不被腐蚀。在此工艺中，在多孔的阳极氧化层107下面形成的氧化硅膜104′不被腐蚀(图1D)。
利用磷酸，醋酸，和硝酸的混合酸腐蚀阳极氧化层107。在这种腐蚀中，以大约600 /分的速率只腐蚀阳极氧化层107。栅极绝缘膜104′保持不被腐蚀(图1E)。
利用栅电极部分(栅电极和其周围的阳极氧化膜)和栅绝缘膜作为掩膜，使用剂量为1×1014到3×1016cm-2，例如，2×105cm-2，加速电压为50到100KV，例如，80KV，以自对准方式把氮离子掺入(引入)有源层103。几乎没有氮离子掺入其上未形成栅绝缘膜104的区域110和113。按照SIMS(二次离子质谱仪)，区域110和113中氮浓度是1×1019at/cm3或更少。另一方面，把氮原子掺入其上形成了栅绝缘膜的区域111和112，浓度为5×1019到2×1021at/cm3，这取决于深度(图2A)。
因此，以剂量为5×1014到5×1015cm-2、加速能量为10到30KeV，把N型杂质掺入有源层。通过设定低的加速能量，可阻止N型杂质进入区111和112，因为栅绝缘膜作为阻挡层。但是，能以充分高的数值把它掺入区域110和113。用不同浓度的N型杂质和氮离子以该方法形成低阻区(源/漏区)114和117及高阻区115和116。使用磷烷(PH3)作为掺杂气体。利用乙硼烷(B2H6)形成P型杂质区(图2B)。
然后，通过照射KrF激发物激光器(波长为248nm，脉冲宽度为20ns)的激光，激活掺入有源层的杂质离子和氮离子。
由SIMS测定区114和117的杂质浓度是1×1020到2×1021at/cm3，区域115和116的杂质浓度是1×1017到2×1018at/cm3。前者和后者的剂量是5×1014到5×1015cm-2和2×1013到5×1014cm-2。该差别决定于是否有栅绝缘膜104。一般，低阻区的杂质浓度比高阻区的杂质浓度高0.5到3位数。
最后，由CVD方法淀积氧化硅膜，厚度为2，000 到1μm，例如，3，000 ，作为层间介质118。在形成接触孔后，形成铝互连电极119和120。把最终得到的结构在200到400℃下进行氢气退火以获得TFT(图2C)。
参看图1A到图1E和图2A到图2C，叙述如图8A所示的在相同衬底上制造多个TFT的工艺上。图8A表示在同一衬底上单片地形成用于象液晶显示器那样的有源矩阵电子光学器件的矩阵区和用于驱动该矩阵区的外围电路的一个例子。
参看图8A，TFT1和TFT2是两个驱动TFT，形成的阳极氧化膜501和502，厚度为200到2000 ，例如，1000 。在该结构，高阻区轻微地与栅电极重叠，这是由于在离子掺杂时，杂质离子扩散造成的。用互连线510使N沟TFT1的漏和P沟TFT2的漏相互连接。虽然在图中没表示，但是，TFT1的源接地，TFT2的源连接电源以便形成CMOS反相器。
TFT3是像素TFT。提供阳极氧化层503、厚度为1000 。然而，在漏区和栅极之间提供高阻区，宽度为0.4到2μm，例如，0.5μm，以便减少漏电流。在TFT1和TFT2中高阻区的宽度，例如，是0.2μm。高阻区的宽度根据多孔阳极氧化层的厚度变化。因此，TFT1和TFT2的栅互连与TFT3的互连分开，以便相互独立地控制。而且，因为TFT3中高阻区的宽度是大的，由于施加电压而在栅极和漏之间产生的寄生电容可被减小。
实施例2用类似实施例1所述的工艺，在玻璃衬底上形成底膜102，有源层103，栅绝缘膜104′，栅电极105和阳极氧化层108(图1E)。
利用栅极和栅绝缘膜作为掩模以自对准方式把氮离子掺入有源层103。剂量是1×1014到3×1016cm-2，例如2×1015cm-2。加速电压是50到100KV，例如，80KV。结果，几乎没有氮原子掺入区域130和133(用SIMS检测氮浓度是1×1019at/cm3或更少)，但是，根据深度把氮离子掺入区131和132，浓度为5×1019到2×1021at/cm-3(图3A)。
利用阳极氧化层108作为掩模，腐蚀栅绝缘膜104′以便形成栅绝缘膜104″。以剂量5×1014到5×1015cm-2，和加速能量为10到30KeV进行离子注入，把N型杂质掺入有源层。利用磷烷作为掺杂气体，但是在形成P型杂质区的情况，也可能利用乙硼烷(B2H6)。把杂质数量相同的N型杂质掺入区域130、131、132和133，形成杂质区134、135、136和137。根据以前掺入氮离子的数量，区域134和137变成低阻区，而区域134和136变成高阻区(图3B)。
通过照射KrF激发物激光器(波长为248nm，脉冲宽度为20ns)的激光，激活掺入有源层的杂质离子和氮离子。根据SIMS检测的区域134、135、136、137的杂质浓度是1×1020到2×1021at/cm3，剂量是5×1014到5×1015cm-2。
最后，用CVD淀积氧化硅膜、厚度为3000 作为层间介质138。在形成接触孔后，形成铝互连电极139和140。把最终获得的结构在200到400℃氢气中进行退火，以便获得TFT(图3C)。
实施例3参看图5A到5F，下面叙述制造N-沟TFT的方法。首先参考图1A到1B所示的工艺过程，在有绝缘表面的衬底201上面(例如，Corning 7059玻璃)形成底层氧化膜202，岛状半导体(例如，晶体硅半导体)区203，氧化硅膜204，包含铝膜(厚度为200nm到1μm)的栅电极205，在栅电极205的两侧形成多孔阳极氧化层206(厚度为3000 到1μm，例如，5000 )(图5A)。
然后，用与实施例1所述工艺相同的方法形成阻挡阳极氧化层207(厚度为1000到2500 )(图5B)。
利用阳极氧化层206作掩模腐蚀氧化硅膜204，形成栅绝缘膜204′。然后，利用阳极氧化膜207作为掩膜，通过腐蚀除掉阳极氧化膜206。利用栅电极205，膜207和栅绝缘膜204′作为掩膜，通过离子掺杂引入杂质(磷)、以形成低阻区208和211及高阻区209和210。剂量是1×1014到5×1014cm-2，加速电压是30到90KV。在掺入杂质离子后，以剂量1×1014到3×1016cm-2，更具体地说是2×1015cm-2，加速电压是50到100KV，例如，80KV，掺入氮离子。结果，几乎没有氮掺入低阻区208和211，但是根据深度，以5×1019到2×1021at/cm3的浓度把氮掺入高阻区209和210中(图5C)。
此外，通过溅射淀积金属涂层(例如，钛，镍，钼，钨，铂或钯的涂层)，特别是，例如，钛层212，厚度为50到500 ，以建立与低阻区208和211的紧密粘结(图5D)。
利用KrF激发物激光(波长为248nm，脉冲宽度为20ns)照射激光，以激活掺入的杂质和通过钛膜和有源层中的硅反应形成金属硅化物。能量密度是200到400mJ/cm2，优选为250到300mJ/cm2。最好，在200到500℃加热底照射激光，以防止钛膜脱皮。激光无须限于激发物激光，其它激光也可利用。然而，最好使用脉冲式激光，因为照射连续振荡的激光时间太长，由此，由于加热使物体膨胀和使膜脱皮。
可把红外线激光，例如，NdYAG激光(最好是Q-开关脉冲振荡激光)，可见光，例如红外激光的二次谐波，或者各类紫外线(UV)激光，例如，KrF、XeCl、ArF等激发物激光用作脉冲式激光。但是，在通过金属膜照射激光的情况，必须选择具有不被金属膜反射的波长的激光。如果金属膜很薄，可利用上述任何类型的激光，没有任何问题。如果穿过衬底照射激光，必须选择透过硅半导体的激光。
而且，可以采用可见光或者近红外光进行灯退火替代前述激光退火。在灯退火情况，控制照射的持续时间使照射光的表面的温度是大约600到1，000℃。照射的持续时间是，例如，在600℃下照射几分，在1000℃下照射几十秒。当利用近红外线(例如，更具体地说，波长为1.2μm的红外线)进行退火时，硅半导体选择地吸收近红外线。因此，未使玻璃衬底明显受热就能进行退火。并且，通过减少每次照射时间可抑制加热玻璃衬底。
接着，利用包含过氧化氢、氨、水的比为5∶2∶2的混合物的腐蚀液腐蚀钛膜。金属硅化物区213和214保持不被腐蚀(图5E)。
参看图5F，淀积氧化硅膜作为层间介质217，厚度为2000 到1μm，例如，3000A。在形成接触孔后，形成铝的互连电极218和219，厚度为2000 到1μm，例如，5000 。和铝互连接触的部分是由硅化钛组成。因为铝和硅化钛之间的界面比铝和硅之间的界面更稳定，可获得高稳定的接触。通过在金属硅化物区213和214与铝互连电极218和219之间形成氮化钛等作为阻挡金属可进一步改善接触的可行靠性。硅化钛区的薄层电阻是10到50Ω/口。与源和漏有相同导电类型的高阻区209和210的薄层电阻是10到500KΩ/口。
在本实施例中，低阻区211可近似地和金属硅化物区重合。栅绝缘膜204′的边缘部分215可粗略地和高阻区210及低阻区211之间的边界部分216重合。边缘部分215可和金属硅化物区214的边缘部分接近重合。
参考图5A和5F，叙述如图8B所示的同一衬底上制造多个TFT的方法。图8B表示一个例子，在同一衬底上面，单片地形成矩阵区和用于驱动该矩阵区的外围驱动电路，用于有源矩阵电子光学器件，例如，液晶显示器。用CMOS反相器结构形成作为驱动级的TFT1和TFT2。形成阳极氧化层505和506，厚度为200到2000 ，例如，1000 。TFT3是像素TFT，并且包括1000 厚的阳极氧化层507。
考虑到由于离子掺杂时要产生扩散，按这种方法选择阳极氧化层的厚度，使得栅电极边缘部分和源漏区的边缘部分相重合。TFT3源漏电极之一和ITO像素电极508相连。形成TFT3的高阻区，宽度ya′为0.4到5μm，例如ya′为0.5μm，同时提供TFT1和TFT2的高阻区例如，宽度ya为0.2μm。因为高阻区的宽度随多孔阳极氧化层的厚度变化，以分离的串联形式在阳极氧化处设置互连，结果可与TFT3的互连无关地控制TFT1和TFT2的互连。TFT1和TFT3者是N沟TFT，而TFT2是P沟TFT。由于施加电压在栅极和栅极和漏之间产生的寄生电容，由于提供TFT3很宽的高阻区可能减小。
在本发明的实施例中，在离子掺杂后淀积钛膜。然而，在淀积钛膜后，可能进行掺杂。因为在光照射离子时，整个表面用钛膜涂覆，所以可防止在使用绝缘衬底时常常产生的不正常充电。否则，在离子掺杂后，要利用激光等进行退火，那时，由于照射激光等或者进行热退火，在形成钛膜后，可形成硅化钛。
实施例4参看图6A和6F，叙述本发明。首先参看如图1A到1C所示的工艺过程，在具有绝缘表面(例如Corning 7059)的衬底301上面，形成底层氧化膜302，岛状半导体区303(例如，硅半导体)，氧化硅膜304，和包含铝膜(厚度为2000 到1μ)的栅电极305。在栅电极的两侧形成多孔的阳极氧化层306，厚度为6000 。而且，在栅电极305和阳极氧化层306之间形成阻挡阳极氧化层307(图6A)。
利用阳极氧化层306作为掩模、腐蚀氧化硅膜304，以形成栅绝缘膜304′。腐蚀阳极氧化层306以露出部分栅绝缘膜304′。利用溅射方法，形成金属膜308，例如，钛膜(厚度为50到500 )(6B)。
利用栅电极部分和栅绝缘膜作为掩模，以自对准方法，把氧离子掺入有源层303。剂量是1×1014到3×1016cm-2，例如，2×1015cm-2，加速电压是50到100KV，例如，80KV。结果，几乎没有氧掺入到区域309和312(氧浓度是1×1019at/cm2或者更少，这是由SIMS检测的)，但是，根据深度、氧被掺入区域310和311其浓度为5×1019到2×1021at/cm3)(图6C)。
利用离子注入方法，剂量为5×1014到5×1015cm-2、加速电压为10到30KV，把N型杂质掺入有源层。通过把加速电压设定为低值，几乎排除N型杂质进入区域310和311，因为栅绝缘膜作为阻挡层，但是可用非常高的数值把N型杂质掺入区域309和312。利用不同浓度的N型杂质和氧离子形成低阻区(源/漏区)313和316及高阻区314和315。利用磷烷(PH3)作为掺杂气体。可利用乙硼烷(B2H6)形成P型杂质区(图6D)。
照射KrF激发物激光(波长为248nm，脉冲宽度为20ns)以激活掺入区域314和315的杂质和由于钛膜和有源层中硅膜的反应形成金属硅化物(硅化钛)区317和318。能量密度是200到400mJ/cm2，最好为250到300mJ/cm2。最好，在激光照射时，把衬底加热到200到500℃，以防止钛膜脱皮。另外，通过照射可见光或者近红外光，可进行灯退火(图6E)。
接着，利用包含过氧化氢∶氨∶水＝5∶2∶2的混合物的腐蚀液腐蚀钛膜。区域317和318不受腐蚀，而利用栅区305和307作为掩模腐蚀栅绝缘膜304′，以防止该结构不受注入栅绝缘膜304′的杂质影响。于是，在留下栅电极下面形成的栅绝缘膜304″。
如图6所示，通过CVD形成氧化硅膜，厚度为6000 ，作为层间介质319。在形成接触孔后形成铝互连电极320和321，以完成具有高阻区的TFT。
实施例5在图7A中，在有绝缘表面的衬底401(例如，Corning7509)上形成底层氧化膜402，岛状晶体半导体(例如，硅半导体)区403，氧化硅膜404，包含铝膜(2000 到1μm)的栅电极。在栅电极的上面和两侧形成多孔阳极氧化膜406，厚度为6000 (图7B)。按着和形成阳极氧化层107使用的相同条件进行阳极氧化。而且，在栅电极405和阳极氧化层406之间形成阻挡阳极氧化层407(图7C)。然后，利用阳极氧化层406作为掩模腐蚀氧化硅膜404，以形成栅绝缘膜404′(图7D)。
然后腐蚀阳极氧化层406露出栅绝缘膜404′的边缘部分，宽度y(大约6000A)。以剂量为5×1014到5×1015cm-2和加速能量为10到30KeV进行离子掺杂，把N型杂质掺入有源层。把加速电压设定为低值，几乎可排除N-型杂质掺入区409和410，因为栅绝缘膜作为阻挡层，但是可用充分高的数值把N-型杂质掺入区域408和411。利用磷烷(pH3)作为掺杂气体。可利用乙硼烷(B2H6)形成P型杂质区。
用剂量1×1014到3×1016cm-2，例如，2×1015cm-2，加速电压为50到100KV，例如，80KV把氮杂质掺入有源层。结果，几乎没有氮被掺入区域408和411，但是，根据深度把氮掺入区域409和410其浓度为5×1019到2×1021at/cm3。用不同的N-型杂质浓度和氮离子浓度形成低阻区408和411及高阻区409和410。然后，淀积氮化硅膜412，这是采用等离子CVD方法，淀积的厚度为200到2000 ，例如1000 (图7E)。
照射XeF激发物激光(波长为355nm，脉冲宽度为40ns)以激活掺入的杂质。能量密度是200到400mJ/cm2，最好为250到300mJ/cm2。最好，在照射激光时把衬底加热到200到500℃。另外，通过照射可见光或者近红外光可进行灯退火。
如图7F所示，用CVD方法形成氧化硅膜，厚度为6000A，作为层间介质414。在形成接触孔后，利用铝和氮化钛的多层膜形成互连电极415和416以便完成制造TFT。
在本发明，在高阻区上面，结合栅绝缘膜404′形成氮化硅膜。因此，可以防止象钠离子那样的迁移离子妨碍有源层。因为氮化硅膜捕捉正电荷，按照本发明的半导体器件防止由于在高阻区410上面栅绝缘膜404′捕捉负荷而形成的P-型寄生沟道。结果，可获得有非常好的频率特性，即使加高的漏电压也很少受热载流子破坏作用的影响的TFT。
氮化硅膜捕捉正电荷但是不受捕捉负电荷的影响。在N-沟型TFT中利用氮化膜，但是在P沟TFT中不利用它。在P-沟TFT中，最好利用氮化铝或者氧化铝。
在本发明中，用自对准方法可形成高阻区，在该区中掺入氧、氮、碳等元素。用能精确控制其厚度的阳极氧化层、确定高阻区的宽度。通过进一步在高阻区上面直接地或间接地形成氮化硅膜，在氮化硅膜上面可以捕捉正电荷。利用热载流子抵销绝缘膜(氧化硅层)上捕捉的负电荷能抑制热载流子的影响。
按照本发明，在其上有半导体集成电路的衬底上面、通过形成TFT制造三维集成电路的情况，在绝缘表面上面，例如，在玻璃或者有机树脂上面，形成TFT。按照本发明的TFT，对于电子光学器件，例如，在同一衬底上面具有外围电路的单片有源矩阵电路是特别有效的。
可以有效地利用按照本发明的TFT，例如，作为有源矩阵电路的像素TFT，因为有低的漏电流和高的耐电压。对于驱动电路中的TFT，在另一方面，要求高速工作而不是要求低的漏电流。因此，在上述应用中的TFT经过处理，可以防止氧、氮、碳等掺入外围电路区域。
权利要求
1.一种在绝缘表面上形成的薄膜晶体管包括栅电极；在栅电极下面形成的沟道形成区；在靠近沟道形成区的两侧的一对高阻杂质区；一对低阻杂质区，分别靠近各相应的高阻杂质区；其中，在高阻杂质区至少氧、氮、碳之一的浓度比低阻杂质区中的浓度较高。
2.按照权利要求1的器件，其中，每一个低阻杂质区包括一种金属硅化物，其中掺入P型和N型之一的杂质。
3.按照权利要求1的器件，其中，在栅极两侧和在栅极上面形成氧化层。
4.一种在绝缘表面上面形成的薄膜晶体管包括栅电极;在栅电极下面形成的沟道形成区;在靠近沟道形成区的两侧形成的电阻杂质区;在靠近高阻杂质区形成的金属硅化物区;其中在电阻杂质区中至少氧、氮、碳中之一的浓度比金属硅化物区中的浓度较高。
5.按照权利要求4的器件，其中，每个金属硅化物区包含钛和镍中之一。
6.一种制造半导体器件的方法包括下述步骤形成半导体层;在半导体层上面形成绝缘膜;在绝缘膜上面形成栅区膜;在栅区膜上面选择地形成掩模;利用该掩模腐蚀栅区膜，以形成栅电极;在电解液中给栅电极施加电流，以在栅电极的两侧形成第1阳极氧化层;利用第1阳极氧化层作为掩模腐蚀绝缘膜以形成栅绝缘膜;除掉第1阳极氧化层;利用栅电极和栅绝缘膜作为掩膜把至少氧、氮、碳中的一种元素掺入半导体层。
7.根据权利要求6的方法，还包括下述步骤，在形成第1阳极氧化层后，阳极氧化栅电极以形成阻挡型的第1阳极氧化层。
8.根据权利要求6的方法，还包括下述步骤，用激光和相应于该激光的强光照射，激活至少氧、氮、碳中的一种元素。
9.一种制造半导体器件的方法，包括下列步骤在衬底上面形成结晶的岛状半导体膜;在半导体膜上形成绝缘膜;在绝缘膜上面形成栅电极;阳极氧化栅电极，以便在栅电极的两侧形成第1阳极氧化膜;阳极氧化栅电极，以便在栅电极上面在栅电极和第1阳极氧化膜之间形成第2阳极氧化膜;腐蚀绝缘膜，以形成栅绝缘膜;除掉第1阳极氧化膜;把至少氧、氮、碳中的一种元素掺入半导体膜;把一种导电型杂质掺入半导体膜中。
10.按照权利要求9的方法，其中衬底包括Corning 7059。
11.按照权利要求9的方法，其中衬底有750℃或更低的玻璃转变点。
12.按照权利要求9的方法，其中，栅电极包括一种阳极氧化的材料。
13.一种制造半导体器件的方法，包括下列步骤在衬底上面形成晶体的岛状硅膜;在硅膜上面形成绝缘膜;在绝缘膜上面形成阳极氧化膜;在阳极氧化膜上面形成掩模膜;利用该掩模腐蚀阳极氧化膜以形成栅电极;阳极氧化栅电极，以便在栅电极的两侧形成第1阳极氧化膜;除掉掩模膜;阳极氧化栅电极，以便在栅电极和第1阳极氧化膜之间及在栅电极上面形成第2阳极氧化膜;腐蚀绝缘膜，以形成栅绝缘膜;除掉第1阳极氧化膜;把至少氧、氮，和碳中的一种元素穿过栅绝缘膜掺入硅膜;把一种导体型杂质掺入硅膜而不穿过栅绝缘膜。
14.按照权利要求13的一种方法，包括下述步骤，在阳极氧化膜表面上形成氧化膜。
15.按照权利要求13的方法，还包括照射激光以激活元素和杂质。
16.按照权利要求13的方法，其中待掺入的元素浓度是1×1014到3×1016cm-2，加速电压是50到100KV。
17.按照权利要求13的方法，待掺入的杂质浓度是5×1014到5×1015cm-2，加速电压是10到30KV。
18.按照权利要求13的方法，其中硅膜包括其上形成栅绝缘膜的高阻区和低阻区。
19.一种关于有源矩阵型电子学光器件的半导体器件包括衬底;在衬底上面形成的多个薄膜晶体管，每个包括，岛状有源层，在有源层上面形成的岛状绝缘膜，绝缘膜的宽度比有源层的宽度较窄;在绝缘膜上形成栅电极，栅电极的宽度比绝缘膜的宽度较窄;其中，有源层有高阻区和低阻区，至少薄膜晶体管之一的高阻区宽度是比至少另薄膜晶体管中的另一个的高阻区的宽度窄。
20.按照权利要求19的器件，其中，在绝缘膜下面形成高阻区，而在绝缘膜下面不形成低阻区。
21.一种制造半导体器件的方法，包括下列步骤在衬底上面形成晶体的岛状硅膜，在硅膜上面形成绝缘膜;在绝缘膜上面形成阳极氧化膜;在阳极氧化膜上面选择地形成掩模膜;利用掩模腐蚀阳极氧化膜，以形成栅电极;阳极氧化栅电极，以便在栅电极的两侧，形成第1阳极氧化膜;除掉掩模膜;阳极氧化栅电极，以便在栅电极和第1阳极氧化膜之间及在栅电极上面形成第二阳极氧化膜;选择地腐蚀绝缘膜，以形成栅绝缘膜;除掉第1阳极氧化膜;把至少氧、氮、碳中的一种元素穿过栅绝缘膜掺入到硅膜中;把一种导电型杂质掺入到硅膜中而不穿过栅绝缘膜。
22.一种制造半导体器件的方法包括下列步骤在有绝缘表面的衬底上面，形成岛状的晶体硅膜;在硅膜上面形成绝缘膜;在绝缘膜上面形成阳极氧化膜;在阳极氧化膜上面，选择地形成掩模膜;利用掩模膜腐蚀阳极氧化膜以形成栅电极;阳极氧化栅电极以便在栅电极的两侧形成第1阳极氧化膜;除掉掩模膜;阳极氧化栅电极，在栅电极和第1阳极氧化膜之间及栅电极上面，形成第2阳极氧化膜;选择地腐蚀绝缘膜，以形成栅绝缘膜;除掉第1阳极氧化膜;把至少氧、氮、碳中的一种元素穿过绝缘膜掺入到硅膜中;把一种导电型杂质掺入硅膜而不穿过栅绝缘膜;在其上未形成栅绝缘膜的硅膜区上面形成金属膜;通过激光照射使金属膜和该区反应以形成金属硅化物区。
23.按照权利要求22的方法，进一步包括在激光照射期间加热衬底的步骤。
24.一种制造半导体器件的方法，包括下列步骤在有绝缘表面的衬底上面形成岛状的晶体硅膜;在硅膜上面形成绝缘膜;在绝缘膜上面形成阳极氧化膜;在阳极氧化膜上面选择地形成掩模膜;利用掩模膜腐蚀阳极氧化膜以形成栅电极;阳极氧化栅电极，以便在栅电极的两侧形成第1阳极氧化膜;除掉掩模膜;阳极氧化栅电极，以便在栅电极和第1阳极氧化膜之间及在栅电极上面形成第2阳极氧化膜;选择地腐蚀绝缘膜，以形成栅绝缘膜;除掉第1阳极氧化膜;在其上没有形成绝缘膜的硅膜区域上面、形成金属膜;把至少氧、氮、碳中的一种元素穿过栅绝缘膜掺入硅膜中;把一种导电型杂质掺入硅膜而不穿过栅绝缘膜;通过照射激光使金属膜和该区反应，以形成金属硅化物区。
25.一种制造半导体器件的方法，包括下列步骤在有绝缘表面的衬底上面形成岛状的晶体硅膜;在硅膜上面形成绝缘膜;在绝缘膜上面形成阳极氧化膜;在阳极氧化膜上面，选择地形成掩模膜;利用掩模膜腐蚀极氧化膜，以形成栅电极;除掉掩模膜;阳极氧化栅电极，以便在栅电极的两侧和栅电极上面形成第1阳极氧化膜;阳极氧化栅电极，以便在栅电极和第1阳极氧化膜之间形成第2阳极氧化膜;利用第1阳极氧化膜作为掩模选择地腐蚀绝缘膜，以形成栅绝缘膜;除掉第1阳极氧化膜;把至少氧、氮、碳中的一种元素穿过栅电极掺入到硅膜中;把一种导电型杂质掺入到硅膜而不穿过栅绝缘膜;至少在栅绝缘膜上面形成氮化硅膜。
全文摘要
在薄膜晶体管的栅电极上形成掩模，以较低电压在栅电极两侧形成多孔阳极氧化膜。以较高电压在栅电极和多孔阳极氧化层之间和栅电极上面形成阻挡阳极氧化层，并用它作为掩模腐蚀栅绝缘膜。腐蚀阻挡阳极氧化层后，选择地腐蚀多孔阳极氧化层，以获得其上有栅绝缘膜的有源层区和其上无栅绝缘膜的其它有源层区。至少把氧、氮、碳中的一种元素掺入到浓度比其它有源层区的高的有源层区或P型杂质掺入到有源层中。
文档编号H01L21/77GK1111814SQ9411793
公开日1995年11月15日 申请日期1994年9月30日 优先权日1993年10月1日
发明者张宏勇, 大沼英人, 山口直明, 竹村保彦 申请人:株式会社半导体能源研究所