制造半导体器件的方法技术

一种腐蚀设备，具有一个处理前的衬底保持室、一个衬底传递室、一个处理后的衬底保持室，以及一个腐蚀室。在腐蚀室中，使用氟化卤素气体如ＣｌＦ↓［３］气体的腐蚀，例如对薄膜晶体管的有源层的腐蚀，是在不使氟化卤素气体离化或等离子增强的情况下进行的。由于不发生等离子损伤，因而防止了在有源层侧表面中陷阱能级的出现，于是抑制了载流子通过陷阱能级的运动，因而使薄膜晶体管中的截止电流值减小。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种和用于腐蚀硅半导体的腐蚀设备，特别涉及用于通过腐蚀来形成薄膜晶体管(TFT)有源层的腐蚀设备。近来，人们关注有源矩阵型液晶显示器件。在这些器件中，将100×100以上的象素电极排列成矩阵形式，而每个象素电极与一个具有硅薄膜的TFT相连接，以便由TFT来控制保持在每个象素内的电荷。因为液晶显示器件必须是基本上透光的，必须用能透可见光的材料做为衬底。能透可见光的材料包括石英衬底和玻璃衬底。因石英衬底昂贵，一般不用石英，而用玻璃衬底。然而，欲在玻璃衬底上生产具有高性能的TFT是困难的。为了改善TFT的特性，最有效的办法是增加待用的硅薄膜的结晶度。但是当使用玻璃衬底时，因为玻璃的耐热温度的问题，很难获得单结晶或对应硅薄膜的单结晶。一般，可获得具有不充分结晶态的称多晶或微晶的硅膜。当使用具有多晶或微晶结构的硅薄膜生产TFT时，至关重要的技术问题与截止电流特性有关。一般，当用具有多晶或微晶结构的硅薄膜制造TFT时，截止电流值较大是个事实。截止电流代表着当TFT处于截止态的流过源、漏区之间的电流。在一配置在象素电极中的TFT中，当TFT的源连接至一源线而TFT的漏连接至象素电极时，借助TFT的导通，预期的电荷量自源线经TFT流到象素电极。另外，借助TFT的截止，使预期的电荷量保持在象素电极中。此时，当截止电流值极大时，电荷逐渐自象素电极流动。在此状态下，因为在预期的时间周期内，在象素电极中未保持预期的电荷量，则不能完成必要的显示。与截止电流相关的问题可能是由载流子通过晶界的运动而引起的。在N沟型TFT中，当正电压施加于栅电极时，沟道变成N型，因此完成导通操作。此外，当将负电压施加于栅电极时，沟道变为P型，因此完成截止操作。在截止操作中，因为源、漏区变成N型，而沟道变成P型，所以在源、漏区之间形成一个NPN结构。于是，理想的在源、漏区之间应没有电流流过。但是，这种状态是在构成有源层的硅薄膜具有单结晶结构的情况下所获得的理想状态。实际上，因为硅薄膜没有完整的单结晶结构，载流子可能通过晶界中陷阱能级运动。由于这种载流子运动，可能有截止电流流动。如上所述，具有在玻璃衬底上形成结晶的硅半导体薄膜具有多结晶或微晶结构，在该膜中存在大量的晶界。在晶界中存在大量的陷阱能级。载流子通过陷阱能级的运动在施加了高电场的区域内是显著的。特别是在沟道区和漏区的界面及其附近，这种运动是显著的。于是，作为一种抑制载流子通过此区内陷阱能级的运动的方法，众所周知的是形成一个轻掺杂区和一个界于沟道区和漏区之间的偏移区(电场缓冲区)。一般，这两种结构分别称为LDD(轻掺杂漏区)结构和偏移栅结构。实际上，当在玻璃衬底上形成有结晶的硅薄膜，然后使用此种硅薄膜制作TFT时，LDD结构和偏移栅结构是有效的，以使截止电流可在一定程度上减小。然而，还难以获得必要的低截止电流特性。一般，通过光刻工艺使抗蚀剂构图，形成预期的图形，然后用抗蚀剂作掩模，进行使用等离子的干腐蚀，以便完成有源层的形成。根据对上面TFT中的截止电流问题的研究结果，本专利技术者得到如下认识。在用干腐蚀法腐蚀有源层中，等离子损伤出现在有源层两侧。由于这种等离子损伤，在有源层两侧可形成高密度的陷阱能级。特别是，因为具有多晶或微晶结构的结晶硅膜是高密度产生陷阱能级的一种状态，此现象是显著的。当在有源层两侧因此种等离子损伤所产生的大量的陷阱能级以高密度存在时，载流子通过陷阱能级的运动可能是令人吃惊的。即，截止电流会增加。这类问题，特别是在有大量晶界的膜，如多晶硅膜或微晶硅膜中是严重的。亦即，因为陷阱能级容易存在于晶界而且容易产生。形成于有源层侧面的陷阱能级密度远远高于形成于有源层内部(薄膜内部)的密度。于是，虽然形成了LDD结构或偏移栅结构，但通过形成于有源层侧面的陷阱能级而运动的电荷量不可能减少多少。亦即，截止电流值不可能降低多少。LDD结构和偏移结构，通过减小电场集中区的电场强度来抑制影响截止电流的载流子运动。确切地讲，这些结构减少了运动载流子的数量。但是，当影响载流子运动的陷阱能级密度极其高时，即使电场减小了，运动载流子总量也不可能减少如此之多。通过减少有源层侧面的陷阱能级密度来改善与截止电流相关的问题。从以上可知，在于腐蚀中的等离子损伤主要产生了集中在有源层侧面的陷阱能级。因而，通过减少干腐蚀的等离子损伤，可以改善与TFT截止电流相关的问题。作为防止有源层侧面的等离子损伤的方法，在有源层的形成上提出一种进行湿法腐蚀的方法。然而，使用湿法腐蚀的方法具有如下的问题。(1)没有可以仅选择地腐蚀硅膜，有良好的腐蚀控制和良好再现性的合适的腐蚀剂。(2)难以控制腐蚀剂的温度和腐蚀条件。在说明书所公开的本专利技术的目的在于提供一种和能实施使用干腐蚀而不使陷阱能级集中在有源层侧面的工艺的腐蚀设备。在说明书所公开的本专利技术的特点在于，该设备具有一个使用氟化卤素气体而不使氟化卤素气体离化或等离子增强的用于腐蚀工艺的室。氟化卤素气体包括ClF3、ClF、BrF3、IF3、BrF、BrF5和IF5中之至少一种。另外，不必使用100％的氟化卤素气体，可用适当的气体稀释后使用。没有使氟化卤素气体离化或等离子增强的腐蚀工艺，在腐蚀工艺中减少等离子损伤。根据本专利技术的另一种结构的特点在于，该设备包括一个用于实施腐蚀的第一室、一个保持大量衬底的第二室以及一个设置于第一和第二室之间具有传递衬底的装置并能减压的第三室，其中的使用氟化卤素气体，而不使氟化卤素气体离化或等离子增强的腐蚀工艺是在第一室进行的。上述结构的一实例示于附图说明图1。在图1中，一个设备包括相应于第一室的腐蚀室800；对应于保持大量衬底的第二室的衬底保持室702；以及设置于腐蚀室800和衬底保持室702之间的衬底传递室701，该室设有一个相应于传递衬底的装置的机械臂710。根据本专利技术的另一种结构之特征在于，该设备包括具有导入氟化卤素气体的装置的室，其中的使用氟化卤素气体而不使氟化卤素气体离化或等离子增强的腐蚀工艺是在该室进行的，该室还具有用于测量光对待腐蚀材料的透射并确定材料的腐蚀状态的装置。上述结构的一实例示于图1。在图1中，一设备包括一个具有导入氟化卤素气体的气体导入系统812的腐蚀室800，其中的使用非离化或非等离子增强的氟化卤素气体的腐蚀工艺是在腐蚀室800进行的，还包括一个用于辐照光透射待腐蚀材料的装置806及一个用于检测透射光的装置804。根据本专利技术的另一结构之特征在于，该设备包括未处理的衬底保持室、与处理前的衬底保持室相连的第一衬底传递室、与第一衬底传递室相连的腐蚀室、与腐蚀室相连的第二衬底传递室以及与第二衬底传递室相连的处理后的衬底保持室，其中的处理前的衬底保持室和处理后的衬底保持室具有保持大量衬底的功能，第一和第二传递室具有传送衬底的装置，而腐蚀室具有使用非离化或非等离子增强的氟化卤素气体用作腐蚀气体进行腐蚀的功能。上述结构的一实例示于图1。在图1中，示出了处理前衬底保持室702、第一衬底传递室701、腐蚀室800、第二衬底传递室820、处理后衬底保持室830以及对应于传递衬底的装置的机械臂710和821。图10表示了图1的腐蚀设备的顶视图。当使用图1的设备形成TFT的有源层时，必须防止氟化卤素气体的等离子增强(离化)，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤：在衬底上形成半导体膜；向所述半导体膜中加入含金属材料，以促进所述半导体膜晶化；使含有所述金属沿平行于衬底方向通过半导体膜扩散的部分的所述半导体膜晶化；以及在该晶化半导体膜内形成所述半导 体器件的有源层。

【技术特征摘要】
JP 1994-11-26 315473/941.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤在衬底上形成半导体膜；向所述半导体膜中加入含金属材料，以促进所述半导体膜晶化；使含有所述金属沿平行于衬底方向通过半导体膜扩散的部分的所述半导体膜晶化；以及在该晶化半导体膜内形成所述半导体器件的有源层。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含金属材料的浓度为1×1016至5×1019cm-3。3.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤在衬底上形成含氧化硅的第一绝缘膜；在所述第一绝缘膜上形成含氮化硅的第二绝缘膜；在所述第二绝缘膜上形成半导体膜；向所述半导体膜中加入含金属材料，以促进所述半导体膜晶化；使含有所述金属沿平行于衬底方向通过半导体膜扩散的部分的所述半导体膜晶化；以及使该晶化半导体膜构图而成为所述半导体器件的有源层。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述含金属材料的浓度为1×1016至5×1019cm-3。5.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤在衬底上形成含氧化硅的第一绝缘膜；在所述第一绝缘膜上形成含氮化硅的第二绝缘膜；在所述第二绝缘膜上形成晶化半导体膜；使所述晶化半导体膜构图成为半导体岛；在所述半导体岛上形成带有栅绝缘膜的栅电极；向所述半导体岛中引入杂质元素以形成沟道区和一对掺杂区；在所述半导体岛上形成含氧化硅的第一层间绝缘膜；在所述第一层间绝缘膜上形成含氮化硅的第二层间绝缘膜；在所述第二层间绝缘膜上形成象素电极，该象素电极通过第一和第二层间绝缘膜与所述一对掺杂区之一电连接。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述晶化半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，须泽英臣，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]