專利名稱：不殘留氫的非單晶薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，特別涉及具有在非單晶硅層上形成的薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件的制造方法，在用氫等離子處理時，該器件具有的薄膜晶體管內(nèi)不殘留氫。
非晶結(jié)構(gòu)和多晶結(jié)構(gòu)屬于和單晶結(jié)構(gòu)相反的非單晶結(jié)構(gòu)，利用非單晶半導(dǎo)體材料制造的薄膜晶體管，作為靜態(tài)隨機存取存儲單元的負載元件和液晶顯示單元的有源開關(guān)元件。研究和開發(fā)了在非單晶半導(dǎo)體層上制造薄膜晶體管，最近設(shè)置有薄膜晶體管的集成電路器件已投入半導(dǎo)體市場。在非單晶半導(dǎo)體層上制造的薄膜晶體管下面稱為“非單晶薄膜晶體管”。
非單晶薄膜晶體管最使人感興趣的特征之一是，容易在單晶半導(dǎo)體襯底上面的中間絕緣層上面或者在諸如石英或玻璃的絕緣襯底上面制造非單晶薄膜晶體管。但是，非單晶薄膜晶體管和在單晶半導(dǎo)體襯底上制造的體晶體管相比，有如下缺點，例如，在非單晶半導(dǎo)體層中有大量的陷阱能級，在非單晶半導(dǎo)體層和柵絕緣層之間有大量的表面陷阱能級，有大的漏電流，大的閾值和低的載流子遷移率，因此，晶體管特性低劣。這些缺點是由于非單晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)不可避免地產(chǎn)生的懸空鍵和晶體缺陷造成的。
在日本特許公開審查后公開的專利申請No.6-44573中，提出了改善非單晶半導(dǎo)體材料特性的一種方法，該日本特許公開提出了用含氫的等離子處理非單晶半導(dǎo)體。使氫和陷阱能級鍵接，使其鈍化。下面，詳細敘述日本特許公開提出的方法。


圖1表示日本特許公開所公開的工藝的基本構(gòu)思?？v坐標表示氫等離子的溫度、橫坐標表示用氫等離子處理非單晶硅層的持續(xù)時間。在制成非單晶薄膜晶體管以后，進行氫等離子處理，通過氫放電產(chǎn)生等離子體。
在絕緣層上面淀積非單晶硅層，其部分被柵絕緣層覆蓋。在柵絕緣層上面形成柵電極，選擇地把雜質(zhì)摻入到非單晶硅層，以便與柵電極自對準地形成源區(qū)和漏區(qū)。位于柵電極下面的非單晶硅層部分作為溝道形成層。這樣，在非單晶硅層上面，制成非單晶薄膜晶體管。
當(dāng)制成非單晶薄膜晶體管時，制造者把非單晶薄膜晶體管放入高頻電感應(yīng)反應(yīng)器中，并且把氫和氦的氣體混合物輸入高頻電感應(yīng)反應(yīng)器。把氫壓調(diào)整到10-1mmHg到10mmHg。交流電流加一高頻電感應(yīng)反應(yīng)器，并把頻率調(diào)節(jié)到1MHz到20MHz。高頻電感應(yīng)反應(yīng)器使氫放電，非單晶薄膜晶體管暴露在300到500℃的氫等離子體中，時間為5到60分。然后氫和非單晶硅層的陷阱能級鍵接，可改善非單晶薄膜晶體管的特性。當(dāng)時間終止時，在氫放電的情況下，非單晶薄膜晶體管急劇冷卻到室溫對其淬火，該淬火防止非單晶硅層釋放氫。
日本特許公開進一步教導(dǎo)，1000MHz數(shù)量級或微波頻段的交流電流有助于氫放電。
但是，現(xiàn)有技術(shù)的工藝遇到下述問題，如果有殘留的氫，則使非單晶薄膜晶體管和體晶體管退化。更詳細地說，當(dāng)把非單晶薄膜晶體管暴露在氫等離子中時，不僅把氫原子引入到非單晶硅層中，而且也引入到柵絕緣層，位于非單晶硅層下面的絕緣層中和覆蓋薄膜晶體管的層間絕緣層中。當(dāng)非單晶薄膜晶體管急劇冷卻到室溫時，高密度地把氫保留在這些絕緣層中。高密度氫在絕緣層中是可移動的。實際上，在以后加熱絕緣層時，氫在柵絕緣層中移動，改變非單晶薄膜晶體管的特性。當(dāng)在此產(chǎn)生電應(yīng)力時，氫在柵絕緣層中移動，有害地改變晶體管的特性。
如果非單晶薄膜晶體管作為觸發(fā)器型靜態(tài)隨機存取存儲單元的負載元件，體晶體管在負載元件的下部作為靜態(tài)隨機存取存儲單元的開關(guān)晶體管，層間絕緣層設(shè)置在體晶體管和非單晶薄膜晶體管之間。殘留的氫在層間絕緣層中移動，影響體晶體管。這樣，殘留的氫不僅影響非單晶薄膜晶體管、而且影響體晶體管，并且改變晶體管的特性。如果層間絕緣層由硼磷硅玻璃構(gòu)成，則殘留的氫嚴重地影響體晶體管。
本發(fā)明的主要目的是提供制造半導(dǎo)體器件的方法，它不改變經(jīng)過氫處理的非單晶薄膜晶體管的特性。
本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，研究氫的擴散/鍵接/消除工藝。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)下述事實。溫度越高，氫移動越快。特別是，在300℃以上的溫度下，在等離子中活化的氫可在非單晶半導(dǎo)體層中自由地移動。
在300℃以下的溫度下，氫和陷阱能級之間連接是主要的，相反，在400℃以上的溫度下，除氫處理是主要的。
在真空中而不是在大氣壓的條件下從陷阱能級排除氫。
本發(fā)明人得出了第1個結(jié)論，通過在300℃到400℃之間進行氫處理，在沒有排除氫的快速擴散下鈍化陷阱能級。
第2個結(jié)論是在200℃到300℃之間，進行后續(xù)熱處理或者慢速冷卻，通過把氫從絕緣層擴散到外邊和/或非單晶硅層中，來減少殘留的氫。當(dāng)在大氣壓中進行熱處理或者慢速冷卻，防止氫從陷阱能級中排除，熱處理或者慢速冷卻，增強在氫等離子中鈍化陷阱能級的作用。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出在200℃到300℃從非單晶薄膜晶體管中排除殘留的氫的方法。
按照本發(fā)明，提出一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包括下列步驟(a)制備具有由第1絕緣層覆蓋的上表面的結(jié)構(gòu)；(b)在第1絕緣層上面延伸的非單晶半導(dǎo)體層上面制造薄膜晶體管；(c)制成至少具有覆蓋薄膜晶體管的第2絕緣層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；(d)把半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)暴露在300℃到400℃由含氫氣體混合物構(gòu)成的氫等離子氣氛中，以鈍化非單晶半導(dǎo)體層中的陷阱能級；(e)在200℃到300℃下，除了非單晶半導(dǎo)體層以外，從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中排除殘留的氫。
下面，通過結(jié)合附圖所作的描述中，將更清楚地理解按照本發(fā)明的方法的特征和優(yōu)點。
圖1是表示按照制造半導(dǎo)體器件岳有技術(shù)的方法進行氫等離子處理的曲線圖；圖2A到圖2G是表示半于按本發(fā)明制造半導(dǎo)體器件方法的剖視圖。
圖3是表示關(guān)于按照本發(fā)明的氫處理和后續(xù)退火方法的曲線圖；圖4是表示截止(off)態(tài)中場效應(yīng)晶體管漏電流與后續(xù)退火溫度關(guān)系的曲線圖；圖5是表示導(dǎo)通(on)態(tài)場效應(yīng)晶體管漏電流和后續(xù)退火溫度關(guān)系的曲線圖；圖6A到圖6F是表示按照本發(fā)明制造半導(dǎo)體器件的另一種方法的剖視圖；圖7是表示按照本發(fā)明制造半導(dǎo)體器件另一種方法進行后續(xù)退火的曲線圖；圖8是表示按照本發(fā)明制造半導(dǎo)體器件再一種方法進行后續(xù)退火的曲線圖。
第1實施例參看附圖2A到2G，敘述本發(fā)明的制造方法的實施例，首先制備p-型硅單晶襯底10，然后在由場氧化層限定的p-型單晶硅襯底10的有源區(qū)制造作為N-溝增強型體晶管(未表示)的電路元件。n-溝道增強型體晶體管形成集成電路部件。
在p-型單晶硅襯底10的整個表面上淀積諸如氧化硅層的絕緣材料，形成100nm到1000nm厚的底部層間絕緣層11。諸如石英襯底的絕緣襯底，適于代替其上覆蓋底部層間絕緣層11的p-型單晶硅襯底10。例如，底部層間絕緣層11作為第1絕緣層。
接著，利用低壓化學(xué)氣相淀積方法，在底部層間絕緣層11上面，淀積10nm到100nm厚的非晶硅，然后在600℃熱處理非晶硅，使在底部層間絕緣膜11上面層疊多晶硅層12。利用光刻和干腐蝕方法，使多晶硅層12形成圖形。所得半導(dǎo)體體結(jié)構(gòu)如圖2A所示。
把諸如磷的N-型摻雜離子注入到多晶硅層12，調(diào)整多晶硅層12的摻雜濃度到1016cm-3到1018cm-3。n-型雜質(zhì)濃度取決于非單晶薄膜晶體管的閾值電壓，非單晶薄膜晶體管不需要離子注入。
熱氧化多晶硅層12，在多晶硅層12上面形成5到50nm的氧化硅層13。利用低壓化學(xué)汽相淀積，在多晶硅層12上面，可以淀積氧化硅層13。
利用低壓化學(xué)汽相淀積方法，在氧化硅層13上面，淀積100到300nm的多晶硅層，疊層在氧化硅層13上面的多晶硅層14如圖2B所示。利用熱擴散或者離子注入方法，把諸如磷或硼摻雜雜質(zhì)摻入到多晶硅層14。
把光致抗蝕劑溶液旋涂到多晶硅層14上，然后干燥和烘烤，形成光致抗蝕劑層(未表示)。圖像從光掩模(未表示)光透到柵電極的光致抗蝕劑層，在光致抗蝕劑層上形成柵電極的潛影。當(dāng)顯影潛影圖象時，使光致抗蝕劑層形成圖形，在摻雜多晶硅層14上面，形成一個光致抗蝕劑腐蝕掩模(未表示)。利用干腐蝕方法，在氧化硅層13上面，將摻雜多晶硅層14，形成柵電極14a的圖形。
利用柵電極14a作為離子注入掩模，把如硼的p-型雜質(zhì)，通過氧化硅層13離子注入到多晶硅層12，用和柵電極14a自對準方法，在摻雜多晶硅層12中形成p-型源區(qū)12a和p-型漏區(qū)12b，如圖C所示。使p-型源區(qū)12a和p-型漏區(qū)的摻雜濃度為1019cm-3到1021cm-3來調(diào)整離子注入的條件。在柵電極14a的下面，形成n-型多晶硅區(qū)，作為p-型溝道區(qū)12c。氧化硅層13的部分作為柵絕緣層，用標號13a表示柵絕緣層。p-型源區(qū)12a，p-型漏區(qū)12b，n-型溝道區(qū)12c，柵絕緣層13a和柵電極14a，整個構(gòu)成非單晶薄膜晶體管15。
在柵電極14a的兩個側(cè)壁上可以形成側(cè)壁隔離層，以便通過第2次離子注入，使p-型源區(qū)12a和p-型漏區(qū)12b形成LDD(輕摻雜漏)結(jié)構(gòu)。
淀積200nm到500nm厚的絕緣層，以便用層間絕緣層16覆蓋非單晶薄膜晶體管15。層間絕緣層16至少在和非單晶薄膜晶體管15接觸的底部，不包含雜質(zhì)。層間絕緣層16作為第2絕緣層。
接著，在800℃到1100℃熱處理所得到的結(jié)構(gòu)。對層間絕緣層16進行回流處理，以便改善臺階覆蓋層，活化源區(qū)和漏區(qū)12a/12b的雜質(zhì)。
在層間絕緣層16上面旋涂光致抗蝕劑溶液，然后干燥和烘烤，形成光致抗蝕層(未表示)。把圖象從光掩模(未表示)光透射到形成接觸孔用的光致抗蝕劑層上，在光致抗蝕劑層中，形成接觸孔的潛影圖象。當(dāng)顯影潛影圖象時，構(gòu)圖光致抗蝕劑層，在層間絕緣層16上面形成光致抗蝕劑腐蝕掩模17，如圖2D所示。
利用光致抗蝕劑腐蝕掩模17，通過干腐蝕，部分地排掉層間絕緣層16，因此，在層間絕緣層16中形成接觸孔18a和18b。分別使p-型源區(qū)12a和p-型漏區(qū)12b，由接觸孔18a和18b暴露出。在形成接觸孔18a/18b以后，剝離光致抗蝕劑腐蝕掩模17。
在所得結(jié)構(gòu)的整個表面上面，淀積諸如鋁和鋁合金的金屬。該金屬填充接觸孔18a/18b，并滲入在整個層間絕緣層16上面形成的金屬層。在金屬層上面設(shè)置光致抗蝕劑掩模(未表示)，然后部分地腐蝕掉金屬層，形成金屬布線條19a和19b，如圖2E所示。金屬布線條19a和19b分別和p-型源區(qū)12a和p-型漏區(qū)12b相互接觸，形成集成電路與非單晶薄膜晶體管15相結(jié)合的布線的一部分。
在氫處理前，用鈍化膜覆蓋金屬條19a/19b，制成半導(dǎo)體器件。
如圖2E所示，把所得到的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)放置在二極管平行板等離子化學(xué)汽相淀積系統(tǒng)20反應(yīng)器20b的反應(yīng)室20a中，利用二極管平行板等離子化學(xué)汽相淀積系統(tǒng)20進行氫處理。
反應(yīng)器20b裝有各種裝置。二極管并聯(lián)板等離子化學(xué)汽相淀積系統(tǒng)20還包括支架20c，供氣子系統(tǒng)20d，真空泵20e，高頻感應(yīng)加熱子系統(tǒng)20f，等離子產(chǎn)生器20g。如圖2E所示，所得半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)裝配在支架20c上，支架20c能加熱半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)到100℃到500℃之間。供氣子系統(tǒng)20d和氣體入口20h相連，把氣體混合物或者氣體輸入到反應(yīng)室20a。在支架20c中形成氣體通路20i，與反應(yīng)室20a相通。氣體通路20i與真空泵20e相連，利用真空泵20e和供氣子系統(tǒng)20d，使反應(yīng)室保持在所要求的氣壓下。高頻感應(yīng)加熱子系統(tǒng)20f加熱反應(yīng)室20a，等離子發(fā)生器由氫氣產(chǎn)生氫等離子體PLZ。
圖3的曲線圖PL1表示氫處理。首先，利用真空泵反應(yīng)室20a的空氣，由供氣子系統(tǒng)20d，把氣體混合物GAS1輸入到反應(yīng)室20a。氫氣H2和氦氣He組成氣體混合物。本例中，氣體混合物GAS1按體積包含30％的氫。另外，氨氣有利于氫處理。
利用供氣子系統(tǒng)20d和真空泵20e調(diào)整反應(yīng)室中的氣體混合物到預(yù)定范圍，使氫的部分氣壓調(diào)整到50Pa。高頻感應(yīng)加熱子系統(tǒng)20f，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)附近，在300℃到400℃的溫度加熱反應(yīng)室20a，支架20c也以同樣溫度加熱半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。如圖2F所示，向等離子發(fā)生器20g提供頻率為13.56MHz的高頻電功率，由氣體混合物GAS1中的氫氣產(chǎn)生氫等離子PLZ。在產(chǎn)生氫等離子體PLZ的同時，支架20c的溫度適當(dāng)?shù)丶訜岚雽?dǎo)體結(jié)構(gòu)。氫離子HD輻照半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，而且，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)暴露到氫離子HD5到120分鐘。氫離子穿過層間絕緣層16和氧化硅層13，在非單晶硅層12中，由氫離子鈍化陷阱能級。在時間t1(見圖3)終止氫處理，然后把反應(yīng)室迅速地冷卻到室溫。
氫處理后，把該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進行后續(xù)退火，如圖3曲線PLZ所示。如圖2G所示，供氣子系統(tǒng)20d輸入氮氣N2到反應(yīng)室20a，把半導(dǎo)體附近的反應(yīng)室20a加熱200℃到300℃，時間為5到120分鐘。最好，把反應(yīng)室20a的氮氣壓調(diào)整到大氣壓的狀態(tài)。
當(dāng)高頻感應(yīng)加熱子系統(tǒng)20f加熱半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)時，除了非單晶硅層12以外，從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)排除殘留的氫。殘留的氫部分擴散到非單晶硅層12中，例如，與形成陷阱能級和表面態(tài)的懸掛鍵相連接。于是，后續(xù)退火進一步減少陷阱能級和非單晶硅層12的表面態(tài)。從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進一步排除的殘留氧進入到氮氣N2中。但是，在200到300℃的溫度，從非單晶硅層12中很難除掉氫。
當(dāng)后續(xù)退火處理終止時，把反應(yīng)室20a迅速地冷卻到室溫。由鈍化層覆蓋半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，以制成半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明人評估后續(xù)退火工藝。利用前述工藝制造非單晶薄膜晶體管。在350℃進行氫處理。在氫處理后，非單晶薄膜晶體管之一不進行退火，其它非單晶薄膜晶體管、在100到400℃之間的不同溫度退火60分鐘。
調(diào)節(jié)漏電壓為-3.3V，非單晶薄膜晶體管的柵極和源的節(jié)點接地電壓。測量非單晶薄膜晶體管的漏電流，畫成的曲線如圖4所示。
接著，雖然漏節(jié)點也加-3.3V電壓，柵電極也調(diào)整為-3.3V，源節(jié)點接地。測量漏電流，并且再畫成曲線圖，如圖5所示。
由圖4和圖5可知，200℃到300℃下的后續(xù)退火，有效地減少了截止態(tài)漏電流，增加了導(dǎo)通態(tài)的漏電流。特別是，300℃左右的后續(xù)退火，大大地改善了截止態(tài)和導(dǎo)通態(tài)的漏電流。
從下述現(xiàn)象看出晶體管特性的改善。首先，在200℃到300℃進行后續(xù)退火，陷阱能級中消除的氫較少。相反，后續(xù)退火促進氫擴散進非單晶硅層12中和氫和陷阱能級之間的鍵中。
在400℃后續(xù)退火后，雖然減少導(dǎo)通態(tài)的漏電流，但是，增加了截止態(tài)的漏電流。這是因為，在400℃從陷阱排除氫是主要的。
本發(fā)明人還研究了后續(xù)退火后晶體管特性與時間的關(guān)系。雖然，在400℃后續(xù)退火后，晶體管特性隨時間變化，但在200℃到300℃后續(xù)退火后，晶體管特性的變化可以忽略不計。
本發(fā)明人進一步證實，當(dāng)增加壓強時，可以促進后續(xù)退火中的氫消除。因此，最好在常壓下進行后續(xù)退火。
當(dāng)在300℃以上的溫度進行氫氣退火時，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)對溫度的依賴性更明顯。這是因為，在非單晶硅層12中，氫的遷移率大大地增加。因為，至少在300℃進行氫處理。如果金屬布線條19a/19b是由鋁或者鋁合金形成，此后需要限制熱處理使其溫度不要高于400℃?？紤]金屬布線條19a/19b的材料，應(yīng)當(dāng)在400℃以下的溫度進行氫處理。
由下述可知，在200℃到300℃退火期間，從半導(dǎo)體器件排除殘留的氫，后續(xù)退火增加非單晶薄膜晶體管和其它晶體管的穩(wěn)定性。
第2實施例參看圖6A到圖6F，敘述本發(fā)明另一實施例，首先制備p-型硅襯底30。在p-型硅襯底30上面，形成諸如n-溝增強型開關(guān)晶體管的集成電路元件。在電路元件和場絕緣層上面淀積絕緣層31，厚度為100nm到1000nm。
用絕緣襯底代替覆蓋有絕緣層31的p-型硅襯底30。
利用低壓化學(xué)汽相淀積方法，在絕緣層31上面淀積50nm到200nm的多晶硅，用多晶硅層覆蓋絕緣層30。利用熱擴散或離子注入，把諸如磷或硼的雜質(zhì)摻入多晶硅層。
把光致抗蝕劑溶液旋涂在摻雜的多晶硅層上面，然后干燥和烘烤，在摻雜多晶硅層上面形成光致抗蝕劑層(未表示)。把柵電極用圖象，透過光掩模，光透射到光致抗蝕劑層上面，在其中留下一個潛影。當(dāng)顯影潛影圖形時，使光致抗蝕劑層形成光致抗蝕劑腐蝕掩模32。利用該光致抗蝕劑腐蝕掩模、部分地除掉摻雜多晶硅層，在絕緣層31上面、形成柵電極33a，如圖6A所示。
剝掉光致抗蝕劑腐蝕掩模32，使柵電極33a變成沒有覆蓋層。利用熱氧化或者低壓化學(xué)汽相淀積的方法，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的整個表面上、生長大約20nm的諸如氧化硅的絕緣材料，絕緣層34在絕緣層31和柵電極33a上面延伸。在柵電極上表面上面的部分絕緣層作為柵絕緣層34a。
接著，利用低壓化學(xué)汽相淀積方法，在絕緣層34上面，形成厚度為10到100nm的非晶硅層，非晶硅層在絕緣層34上面延伸。在600℃左右退火非晶硅層，并且將其轉(zhuǎn)變成多晶硅層。把N-型雜質(zhì)離子注入到多晶硅層中，使多晶硅層轉(zhuǎn)變成輕摻雜的多晶硅層35。摻雜濃度為1016cm-3到1018cm-3之間。利用光刻方法和干腐蝕方法，把輕摻雜多晶硅層35或者非單晶硅層35形成圖形。所獲得半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)如圖6B所示。
利用光刻方法，在柵電極33a上面形成光致抗蝕劑掩模36，把諸如硼的p-型雜質(zhì)，離子注入到輕摻多晶硅層35中。p-型雜質(zhì)在輕摻雜多晶硅層35中形成p-型源區(qū)35a和p-型漏區(qū)35b，溝道區(qū)35c為p-型區(qū)，如圖6C所示。調(diào)節(jié)p-型源/漏區(qū)35a/35b中的雜質(zhì)濃度為1019cm-3到1021cm-3。如果在形成光致抗蝕劑掩模后，重復(fù)n-型雜質(zhì)的離子注入，則p-型源區(qū)35a和p-型漏區(qū)35b成為LDD結(jié)構(gòu)。
剝離光致抗蝕劑掩模36。由柵電極33a，柵絕緣層34a，p-型源區(qū)35a，p-型漏區(qū)35b，溝道區(qū)35c整體構(gòu)成非單晶薄膜晶體管37。
接著，在非單晶薄膜晶體管37上面淀積絕緣層，厚度為300nm，層間絕緣膜38覆蓋非單晶薄膜晶體管37和絕緣層34的露出面積。最好，由非摻雜絕緣材料和摻雜多晶硅層35形成界面。
在800℃到1000℃回流層間絕緣層38，在加熱處理期間活化源/漏區(qū)35a/35b中的p-型雜質(zhì)。
接著，利用光刻方法、在層間絕緣層38上面形成光致抗蝕劑掩模(未表示)，部分地除掉層間絕緣層38，以形成接觸孔39a/39b。分別使p-型源區(qū)35a和p-型漏區(qū)35b露出接觸孔39a/39b。
在整個表面上淀積諸如鋁或者鋁合金的金屬。金屬填充接觸孔39a/39b，并滲入在層間絕緣膜38上面形成的金屬層。在金屬層上面，形成光致抗蝕劑掩模(未表示)、然后部分地腐蝕掉。結(jié)果，在接觸孔39a/39b中形成源電極40a和漏電極40b，如圖6D所示。
如圖6D所示，所得半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)放在二極管并聯(lián)板化學(xué)汽相淀積系統(tǒng)20的支架20c上面，在反應(yīng)室20a中進行氫處理和后續(xù)退火處理。
半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)暴露在300℃到400℃氫等離子PLZ中10分鐘，以后，把半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)急劇冷卻到室溫，與第1實施例相似。如圖6E所示，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)暴露在氫等離子體PLZ中，氫離子HD進入半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，并且擴散到非單晶硅層35中。由非單晶硅層35中的陷阱能級和表面態(tài)俘獲氫，鈍化陷阱能級和表面態(tài)能級。
如圖6F所示，在氮氣氛中把半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)加熱到200℃到300℃，在高溫氮氣氛中把它保持60分鐘。后續(xù)退火后半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)再冷卻到室溫。后續(xù)退火把殘留的氫部分地擴散到非單晶硅層35，并部分擴散到反應(yīng)室20a。殘留的氫和剩余的陷阱能級及剩余的表面態(tài)相連接，進一步改善非單晶薄膜晶體管37的晶體管特性。
本例中，在源和漏電極40a/40b形成圖形后，進行氫處理和后續(xù)退火處理。在源和漏電極40a/40b形成之前，對氫處理和后續(xù)退火工藝進行調(diào)整。甚至在形成源/漏電極40a/40b形成之前進行氫處理和后續(xù)退火處理，也要防止半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)處于400℃以上的高溫氣氛因為在上述高溫氣氛中氫會從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中排掉。高溫氣氛進一步促進鋁和硅襯底30之間的反應(yīng)，該反應(yīng)損害在硅襯底30上面形成由于鋁的尖峰引起的擴散區(qū)。
實施例3本發(fā)明另一實施例，除了氫處理和后續(xù)退火處理以外，與第1實施例或者第2實施例相似。因此，參看圖7，分兩步進行敘述。
順序地進行氫處理和后續(xù)退火處理，而不急劇冷卻至室溫。詳細地說，把半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在300℃到400℃從時間t1到時間t2暴露在氫等離子體中，并且在時間t2半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)急劇冷卻到200℃到300℃從時間t1到時間t2的持續(xù)時間是5分到120分。
接著，在氮氣中，在200℃到300℃從時間t2到時間t3對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進行退火。從t2到t3的持續(xù)時間是5到120分。雖然在真空中進行氫處理，最好在常壓下進行后續(xù)退火處理。
本例中，分別準備等離子室和退火室，把半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)很快地從等離子室移到退火室。
第3實施例的方法具有第1實施例的全部優(yōu)點。另外，第3實施例還具有縮短氫處理時間的優(yōu)點。事實上，第3實施例氫處理減少至第1實施例氫處理的20到30％的時間。
第4實施例本發(fā)明的另一實施例，除了氫處理和后續(xù)退火處理以外，和第1或第2實施例相似。因此，參看圖8，分兩步進行敘述。
順序進行氫處理和后續(xù)退火，而不急劇冷卻到室溫。詳細地說，在300℃到400℃從時間t11到時間t12，把半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)暴露到氫等離子中，在200℃到300℃在時間t12進行淬火。從時間t1到時間t2的持續(xù)時間為5到120分鐘。
接著，在常壓的氮氣氛中退火半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，從時間t12到時間t13逐漸減少溫度。調(diào)整冷卻速度，把殘留的氫擴散到退火室和非單晶硅層中去。例如，調(diào)整冷卻速度到大約10℃/分鐘。
第4實施例的方法，具有全部第1實施例的優(yōu)點。
適用的半導(dǎo)體器件按照本發(fā)明的非單晶薄膜晶體管，適用于半導(dǎo)體靜態(tài)隨機存取存儲器器件。典型的靜態(tài)隨機存取存儲單元，包括觸發(fā)型鎖存電路和一對在鎖存電路與一對位線之間耦連的存取晶體管，兩個串連、連接的負載元件和開關(guān)晶體管形成觸發(fā)型鎖存電路。非單晶薄膜晶體管適用于負載元件。本例中，在半導(dǎo)體襯底上面制造非單晶薄膜晶體管。
另一種適用的器件是有源矩陣型液晶顯示器。在透明玻璃襯底上面排列非單薄膜晶體管，并且把它連在信號線和象素之間。例如，在絕緣襯底上制造非單晶薄膜晶體管。
由上述可知，后續(xù)退火處理，把殘留的氫擴散到退火氣氛中和非單晶半導(dǎo)體層中。殘留的氫進一步鈍化陷阱能級和表面態(tài)能級，使晶體管特性變得比較穩(wěn)定。事實上，利用現(xiàn)有方法制造的非單晶薄膜晶體管，在非單晶半導(dǎo)體層中包含1017cm-3到1018cm-3的氫。另一方面，按照本發(fā)明的方法，氫含量增加到1018cm-3到1019cm-3。大量的氫改善晶體管的特性。導(dǎo)通態(tài)的漏電流比現(xiàn)有技術(shù)中晶體管漏電流減少了一半，截止態(tài)漏電流比現(xiàn)有技術(shù)薄膜晶體管增加了一倍半。
雖然展示和敘述了本發(fā)明的特別實施例，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進行各種變化和修改。
非單晶薄膜晶體管可以是n-溝道型晶體管。在用層間絕緣層覆蓋非單晶薄膜晶體管以后，可以進行氫等離子處理和排除殘留的氫。
在諸如氦氣或氬氣的其它惰性氣體中，可以進行后續(xù)退火處理。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括下列步驟(a)制造由第1絕緣層(11/31)覆蓋上表面的結(jié)構(gòu)(10/11；30/31)；(b)制備薄膜晶體管(15；37)，它具有在所述第1絕緣層上面的非單晶半導(dǎo)體層(12；35)；(c)制成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它至少具有用于覆蓋薄膜晶體管的第2絕緣層(16；38)；(d)把所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)暴露在由含氫氣體混合物(GAS1)產(chǎn)生的等離子(PLZ)輻射的氫離子(HD)中；以便鈍化所述非單晶半導(dǎo)體層中的陷阱能級，其特征是，在300℃到400℃進行所述的氫暴露，所述處理進一步包括步驟(e)，除了非單晶半導(dǎo)體層，在200℃到300℃之間，從所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中排除殘留的氫。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，把所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，在所步驟(d)和所述步驟(e)之間冷卻到室溫。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其特征是，在所述步驟(d)，把所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)暴露在所述氫離子(HD)中，時間為5到120分鐘的第1持續(xù)時間，在所述步驟(e)，把所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在200到300℃保持5到120分鐘的第2持續(xù)時間。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其特征是，在惰性氣氛中進行所述步驟(e)。
5.按照權(quán)利要求5的方法，其特征是，所述的惰性氣氛是指常壓氮氣氛。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，在步驟(d)把半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)冷卻到200到300℃，在步驟(e)把所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)保持在200到300℃，而不冷卻到室溫。
7.按照權(quán)利要求6的方法，其特征是，在惰性氣氛中進行所述的步驟(e)。
8.按照權(quán)利要求7的方法，其特征是，所述惰性氣氛是指常壓氮氣氛。
9.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，在所述步驟(D)，在所述氫暴露完成后，把半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)迅速冷到200℃到300℃，在所述步驟(e)，把所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，從200℃到300℃逐漸冷卻到室溫。
10.按照權(quán)利要求9的方法，其特征是，在惰性氣氛中進行所述步驟(e)。
11.按照權(quán)利要求10的方法，其特征是，所述惰性氣氛是指常壓氮氣氛。
12.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，所述步驟(b)包括下列子步驟(b-1)，在所述第1絕緣層(11)上面形成所述非單晶半導(dǎo)體層(12)，(b-2)，在所述非單晶半導(dǎo)體層上面生長，部分地作為柵絕緣層(13a)的第3絕緣層(13)，(b-3)，在所述柵絕緣層上面，形成柵電極(14a)，(b-4)，利用與所述柵電極自對準的方法，把雜質(zhì)摻入所述非單晶半導(dǎo)體層中，在所述柵絕緣層的下面，在溝道區(qū)(12c)的兩側(cè)形成源區(qū)(12a)和漏區(qū)(12b)。
13.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，所述步驟(b)包括下列子步驟(b-1)，在所述第1絕緣層(31)上面，形成柵電極(33a)，(b-2)，生長所述絕緣層(34)，覆蓋所述柵電極和部分地作為柵絕緣層(34a)，(b-3)，形成在所述柵絕緣層上面延伸的所述非單晶半導(dǎo)體層(35)；(b-4)，在位于所述柵電極上面作為溝道區(qū)的所述非單晶半導(dǎo)體層部分的兩側(cè)，把雜質(zhì)選擇地摻入所述非單晶半導(dǎo)體層中，形成源區(qū)(35a)和漏區(qū)(35b)。
全文摘要
在非單晶硅層(12)上面形成的薄膜晶體管(15)，暴露在300℃到400℃氫等離子體(LPZ)輻射的氫離子(HD)中，以便鈍化非單晶硅層中的陷阱能級，以后，在200℃到300℃氮氣氛中退火薄膜晶體管，如從柵絕緣層(13)中排除殘留的氫，因此改善薄膜晶體管的特性。
文檔編號H01L29/786GK1154001SQ9612167
公開日1997年7月9日 申請日期1996年10月31日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月31日
發(fā)明者林文彥 申請人:日本電氣株式會社