專利名稱：半導(dǎo)體膜、半導(dǎo)體器件和它們的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及依靠等離子體CVD方法生產(chǎn)具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜的方法，涉及具有由使用半導(dǎo)體膜的薄膜晶體管(下文中稱作TFT)組成的電路的半導(dǎo)體器件，并涉及它們的生產(chǎn)方法。本發(fā)明涉及以，例如，液晶顯示面板為代表的電光器件和安裝了這類電光器件作為其部件的電子器件。
本技術(shù)說明中，半導(dǎo)體器件代表通過利用半導(dǎo)體性能作為整體來工作的器件。因而，電光器件、半導(dǎo)體電路和電子器件都是半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
迄今薄膜晶體管(下文中稱作TFT)作為使用具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜的典型半導(dǎo)體器件是眾所周知的。雖然TFT作為用于在諸如玻璃的絕緣襯底上形成集成電路的技術(shù)正在引起關(guān)注，但是與驅(qū)動電路集成的這類的液晶顯示器件現(xiàn)在已經(jīng)投入實際應(yīng)用。迄今為止，已經(jīng)通過使等離子體CVD法或低壓CVD法淀積的非晶半導(dǎo)體膜受到熱處理或激光退火法(通過用激光輻射晶化半導(dǎo)體膜的技術(shù))的處理制備出具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜。
這樣制備的具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜是大量結(jié)晶顆粒的集合體，它們的晶體方位在任意方向取向并且是不可控的，其成為對TFT性能加以限制的因素。為了處理上述問題，日本專利特許公開號7-183540公開了一種通過添加諸如鎳的促進半導(dǎo)體膜晶化的金屬元素制備具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜的技術(shù)，使不僅降低晶化所必需的加熱溫度而且增加晶體方位在一個方向的取向成為可能。當用具有這種結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜形成TFT時，不僅改善電場遷移率，而且降低次閾值(sub-threshold)系數(shù)(S-值)，并且電性能得到顯著地改善。
促進晶化的金屬元素的使用使控制晶化過程中核的產(chǎn)生成為可能。因而，膜的質(zhì)量比起通過其它允許核以任意方式產(chǎn)生的晶化方法得到的膜來變得更均勻。理想地，希望完全地除去金屬元素或到可允許的范圍。但是，隨著金屬元素被添加以促進晶化，金屬元素會殘留在具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜的內(nèi)部或表面上，變成所獲得的元件的性能的偏差的原因。例如，TFT中關(guān)電流增加，引起各元件之間的偏差的問題。這就是說，促進晶化的金屬元素在形成具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜之后變成非常不必要的。
使用磷的吸取被有效地用作從具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜的特定區(qū)域除去促進晶化的金屬元素的方法。例如，在450-700℃進行熱處理同時向TFT的源/漏區(qū)添加磷，金屬元素能很容易地從溝道形成區(qū)中除去。
磷通過離子摻雜法(其中PH3等用等離子體分解、在電場中加速離子以便于注入到半導(dǎo)體中但是不會由質(zhì)量分離離子的方法)注入到具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜中。但是，為了實現(xiàn)吸取，磷的濃度不得低于1×1020/cm3。通過離子摻雜法的磷的加入使具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜變成非晶的，同時磷濃度的增加阻礙了隨后通過退火進行的重結(jié)晶。另外，在高濃度添加的磷造成摻雜所需的處理時間的增加，引起摻雜步驟中生產(chǎn)量減小的問題。
另外，用于轉(zhuǎn)變導(dǎo)電類型的硼的濃度必須是加到p溝道TFT的源/漏區(qū)的磷的濃度的1.5-3倍，其導(dǎo)致了伴隨著實現(xiàn)重結(jié)晶中的困難的源/漏區(qū)電阻增加的問題。
當沒有充分地進行吸取且吸取在襯底中變得無規(guī)律時，TFT的性能中就出現(xiàn)差異或偏差。透射型液晶顯示器件的情形中，安排在像素部分的TFT的電性能的偏差是供給像素電極的電壓的偏差，由此偏差出現(xiàn)在透射的光量上，所述光然后由觀察者的眼睛感知為顯示器上的深淺。
對于使用OLED的發(fā)光器件，TFT是實現(xiàn)有源矩陣驅(qū)動系統(tǒng)不可缺少的元件。因而，使用OLED的發(fā)光器件必須有至少作為開關(guān)元件工作的TFT和供給每個像素中的OLED電流的TFT。無論是何種像素的電路構(gòu)造和其驅(qū)動方法，像素的亮度決定于電連接到OLED并供給OLED電流的TFT的開電流(Ion)。因而，當白色顯示在整個表面上時，除非電流保持恒定，否則亮度中就出現(xiàn)偏差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及解決上述問題的方法，并提供在通過使用促進半導(dǎo)體膜晶化的金屬元素得到具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜之后，有效地除去殘留在膜中的金屬元素的技術(shù)。
吸取技術(shù)作為一種重要的技術(shù)在使用單晶硅晶片的集成電路的生產(chǎn)中占據(jù)著重要的位置。吸取是一種技術(shù)，其中半導(dǎo)體中包含的金屬雜質(zhì)由于某種能量被分離到吸取位，由此雜質(zhì)濃度在元件的有源區(qū)內(nèi)降低。吸取可以粗略地分為兩種即外部吸取和內(nèi)部吸取。外部吸取造成通過從外邊施加畸變場或化學作用的吸取效果。這可以用一種吸取為代表，通過該吸取高濃度磷離子從單晶硅晶片的背面擴散。上面提到的使用磷的吸取可以被認為是外部吸取的一種。
另一方面，內(nèi)部吸取是利用單晶硅晶片內(nèi)形成的氧引起的晶格缺陷的畸變場的一種吸取。本發(fā)明基于利用晶格缺陷或晶格畸變的內(nèi)部吸取，并采用下面的手段以適應(yīng)具有約10-約100nm的厚度并具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜。
本發(fā)明包括通過使用促進半導(dǎo)體結(jié)晶的金屬元素在絕緣表面上形成具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體膜的步驟；在第一半導(dǎo)體膜上形成作為刻蝕阻止層的膜(阻擋層)的步驟；在阻擋層上形成包含稀有氣體元素的第二半導(dǎo)體膜(吸取位)的步驟；把金屬吸取到吸取位的步驟；和除去第二半導(dǎo)體膜的步驟。
因此，本發(fā)明提供了一種制造非晶半導(dǎo)體膜的方法，包括將含有硅烷、稀有氣體和氫氣的起始氣體中引入到膜形成室；產(chǎn)生所述起始氣體的等離子體；和使用所述等離子體形成包含濃度為1×1018cm-3至1×1022cm-3的稀有氣體元素的非晶半導(dǎo)體膜；其中所述非晶半導(dǎo)體膜包含濃度在1×1015cm-3至1×1017cm-3的氟。
本發(fā)明還提供了相應(yīng)的制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成柵電極；在柵電極上形成柵絕緣膜；將含有硅烷、稀有氣體和氫氣的起始氣體中引入到膜形成室；產(chǎn)生所述起始氣體的等離子體；形成包含濃度為1×1018cm-3至1×1022cm-3的稀有氣體元素的非晶半導(dǎo)體膜；和構(gòu)圖所述非晶半導(dǎo)體膜；其中所述構(gòu)圖的非晶半導(dǎo)體膜包含濃度在1×1015cm-3至1×1017cm-3的氟。
根據(jù)本發(fā)明在形成吸取位的步驟中，用甲硅烷、稀有氣體元素和氫作為起始氣體通過等離子體CVD法形成膜，膜被用作半導(dǎo)體膜，或，典型地，用作包含高濃度稀有氣體元素并具有非晶結(jié)構(gòu)的非晶硅膜。還允許用乙硅烷或丙硅烷代替甲硅烷。等離子體CVD法能夠用氣體清潔膜形成室(也稱為室)的內(nèi)部，比濺射法需要更少的維持費用，因而是適用于批量生產(chǎn)的膜形成方法。
此外，這種方法用氫作為起始氣體之一形成膜，因此，與氫沒有用作起始氣體之一的方法相比，氫以減小的濃度被包含在膜中。另外，與氫沒有用作起始材料之一的方法相比，由于用氫作為起始氣體之一形成膜，氟以減小了的濃度被包含在膜中。
上述方法包括形成包含1×1018/cm3-1×1022/cm3濃度的稀有氣體元素并具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜。
上述構(gòu)造中產(chǎn)生等離子體的過程中，期望膜形成室內(nèi)的壓力是2.666Pa-133.3Pa，理想地，小于53.32Pa(0.4Torr)。另外，上述構(gòu)造中，氫相對于稀有氣體的流速的比(H2/稀有氣體)控制為0.2-5。
另外，上述構(gòu)造中，產(chǎn)生等離子體的RF功率密度為0.0017W/cm2-1W/cm2。當RF功率不小于1W/cm2時，膜變成有缺陷的，諸如變成粉末狀的或在膜表面形成半球形氣泡。
另外，上述構(gòu)造中，甲硅烷、稀有氣體和氫被用作起始氣體，控制在0.1∶99.9-1∶9、優(yōu)選的1∶99-5∶95的(甲硅烷稀有氣體)比例以形成膜從而獲得半導(dǎo)體膜，或，典型地，非晶硅膜，包含高濃度稀有氣體元素并具有非晶結(jié)構(gòu)。另外允許用乙硅烷或丙硅烷代替甲硅烷。形成膜的溫度優(yōu)選地為300-500℃。
另外，上述方法中，半導(dǎo)體膜中氟的濃度為2×1016/cm3-8×1016/cm3，優(yōu)選地為1×1015/cm3-1×1017/cm3。
另外，上述方法中，金屬元素是促進硅的晶化的元素，并且是選自Fe、Ni、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu和Au中的一種或多種。


圖1A至1G是說明生產(chǎn)TFT的步驟的圖示；圖2A是表示氬濃度的SIMS數(shù)據(jù)(與RF功率的相關(guān)性)的圖示，圖2B是表示氟濃度的SIMS數(shù)據(jù)(實驗1)的圖示；圖3A是表示氧濃度的SIMS數(shù)據(jù)的圖示，圖3B是表示氮濃度的SIMS數(shù)據(jù)(實驗1)的圖示；圖4A是表示氬濃度的SIMS數(shù)據(jù)(與壓力的相關(guān)性)的圖示，圖4B是表示氟濃度的SIMS數(shù)據(jù)(實驗2)的圖示；
圖5A是表示氧濃度的SIMS數(shù)據(jù)的圖示，圖5B是表示氮濃度的SIMS數(shù)據(jù)(實驗2)的圖示；圖6A至6D是說明生產(chǎn)有源矩陣襯底的步驟的圖示；圖7A至7C是說明有源矩陣襯底的視圖；圖8是說明有源矩陣襯底的視圖；圖9是說明AM-LCD外觀的視圖；圖10是說明透射型液晶顯示器件的視圖；圖11A是上面的設(shè)計中的EL模塊的視圖，圖11B是EL模塊的在橫截面的視圖；圖12是EL模塊的在橫截面的視圖；圖13A至13F是說明電子器件的視圖；圖14A至14D是說明電子器件的視圖；圖15A至15C是說明電子器件的視圖；以及圖16是用FT-IR法得到的光譜數(shù)據(jù)的圖示。
具體實施例方式
(實驗1)進行實驗以檢驗通過用甲硅烷、氬和氫作為起始氣體依賴于RF功率密度的等離子體CVD方法在半導(dǎo)體襯低上形成的非晶硅膜中的氬濃度。
進一步，半導(dǎo)體襯底傳送到室中，加熱并保持在300℃，室內(nèi)的壓力用排氣系統(tǒng)調(diào)節(jié)至66.65Pa(0.5Torr)。其次，SiH4氣體從氣體引入系統(tǒng)在100sccm的流速下引入到室中，通過等離子體CVD法形成第一非晶硅膜，同時在27.12MHz的放電頻率、20W的RF功率(0.033W/cm2的RF功率密度)(600cm2的電極面積)從RF電源進行放電。第一非晶硅膜作為基準。
其次，第二非晶硅膜形成于第一非晶硅膜上，保持200nm的厚度。第二非晶硅膜通過等離子體CVD法通過保持溫度在300℃、用排氣系統(tǒng)調(diào)節(jié)室內(nèi)的壓力為26.66Pa(0.2Torr)、從氣體引入系統(tǒng)向室內(nèi)以100sccm的流速引入SiH4氣體、500sccm的流速引入氬氣、200sccm的流速引入氮氣、同時在27.12MHz的放電頻率、20W的RF功率(0.033W/cm2的RF功率密度)下從RF電源進行放電來形成。
其次，只改變RF功率的條件時，在第二非晶硅膜上形成第三非晶硅膜(0.166W/cm2的RF功率密度)、第四非晶硅膜(0.333W/cm2的RF功率密度)和第五非晶硅膜(0.5W/cm2的RF功率密度)。
對這樣層疊在半導(dǎo)體襯底上的膜進行SIMS分析。測得膜中的氬濃度示于圖2A中，測得膜中的氟濃度示于圖2B中，測得膜中的氮濃度示于圖3A中，測得膜中的氧濃度示于圖3B中。從圖3A中讀出膜中的氮濃度為大約1×1016/cm3-大約1×1017/cm3。從圖3B中讀出膜中的氧濃度為大約4×1017/cm3-大約3×1018/cm3。雖然沒有用圖表示，膜中的碳濃度為1×1016/cm3-5×1017/cm3。
從圖2A、2B、3A和3B中顯而易見，作為使用氫、氬和甲硅烷為起始氣體的結(jié)果，非晶硅膜中的氬濃度中提高到1×1020/cm3-1×1021/cm3。因而，依靠使用氫、氬和甲硅烷氣體作為起始氣體的等離子體CVD法，形成包含高濃度，或具體地說，1×1020/cm3-1×1021/cm3的濃度的氬的非晶硅膜。另一方面，當只有甲硅烷和氬作為起始氣體時，氬以約1×1018/cm3的濃度，即以大約5×1017/cm3-大約2×1018/cm3的濃度包含在膜中。
另外，用氫、氬和甲硅烷作為起始氣體，非晶硅膜中氟的濃度降到2×1016/cm3-8×1016/cm3。
另外，非晶硅膜中氬的濃度隨著RF功率密度的增加而增加。RF功率密度的增加幾乎沒有伴隨膜中氟濃度、氮濃度、氧濃度或碳濃度的變化。
(實驗2)其次，依賴于改變室內(nèi)壓力條件時的等離子體CVD法檢測非晶硅膜中氬濃度與室內(nèi)壓力的關(guān)系。
首先，作為基準的第一非晶硅膜通過等離子體CVD法在與實驗1相同的條件下形成于半導(dǎo)體襯底上。
其次，第二非晶硅膜保持200nm的厚度形成于第一非晶硅膜上。第二非晶硅膜通過等離子體CVD法通過保持溫度在300℃、用排氣系統(tǒng)調(diào)節(jié)室內(nèi)的壓力為5.332Pa(0.04Torr)、從氣體引入系統(tǒng)向室內(nèi)以100sccm的流速引入SiH4氣體、100sccm的流速引入氬氣、50sccm的流速引入氫氣、同時在27.12MHz的放電頻率、20W的RF功率(0.033W/cm2的RF功率密度)下從RF電源進行放電來形成。
其次，當改變室內(nèi)壓力和氣體流速的條件時，在第二非晶硅膜上形成第三非晶硅膜(壓力＝4Pa(0.03Torr)，100sccm的SiH4氣體流速，50sccm的氬氣流速和40sccm的氫氣流速)、第四非晶硅膜(壓力＝2.666Pa(0.02Torr)，100sccm的SiH4氣體流速，15sccm的氬氣流速和12sccm的氫氣流速)。
對這樣層疊在半導(dǎo)體襯底上的膜進行SIMS分析。測得膜中的氬濃度示于圖4A中，測得膜中的氟濃度示于圖4B中，測得膜中的氮濃度示于圖5A中，測得膜中的氧濃度示于圖5B中。碳濃度為1×1016/cm3-5×1017/cm3。
從圖4A、4B、5A和5B中顯而易見，當壓力減小，即真空度提高時，非晶硅膜中的氬濃度減小。壓力的減小幾乎沒有伴隨膜中氟濃度、氮濃度、氧濃度或碳濃度的變化。
(實驗3)下面說明的是通過等離子體CVD法用甲硅烷、氬元素和氫作為起始氣體形成的非晶硅膜的質(zhì)量。
圖16是表示通過Fourier變換紅外線光譜法(FT-IR)從用甲硅烷、氬元素和氫作為起始氣體形成的非晶硅膜中得到的光譜數(shù)據(jù)的圖表。圖16中，可見Si-Si鍵的峰在640/cm的波數(shù)，并可見另一個峰在2020/cm的波數(shù)。據(jù)報道，2000/cm的波數(shù)對應(yīng)Si-H鍵的峰、2100/cm的波數(shù)對應(yīng)Si-H2鍵的峰。可以說圖16中在2020/cm的波數(shù)的峰主要是來自Si-H鍵，以及少量的Si-H2鍵。
優(yōu)選實施方案的說明本發(fā)明的實施方案將給予說明。
(實施方案1)根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)典型的TFT的過程將參考圖1A至1G給予簡要說明。這里說明的是使用本發(fā)明的包含稀有氣體元素并具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜作為吸取位的實例。
圖1A中參考編號10指具有絕緣表面的襯底，11指作為阻塞層的絕緣膜，12指具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜。
圖1A中，襯底10可以是玻璃襯底、石英襯底或陶瓷襯底。另外可以用硅襯底、金屬襯底或不銹鋼襯底，在其表面上形成絕緣膜。另外可以用具有熱阻性能承受各步驟中的處理溫度的塑料襯底。
參考圖1A，首先，在襯底10上形成諸如氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜(SiOxNy)的下層絕緣膜11。典型地，下層絕緣膜是雙層結(jié)構(gòu)，用SiH4、NH3和N2O作為反應(yīng)氣體形成第一氮氧化硅膜，保持50-100nm的厚度，在其上用SiH4和N2O作為反應(yīng)氣體形成第二氮氧化硅膜，保持100-150nm的厚度。另外期望下層絕緣膜11的第一層是具有不大于10nm的厚度的氮化硅膜(SiN膜)或是第二氮氧化硅膜(SiNxOy膜(x＞＞y))。吸取過程中，鎳趨向于遷移到其中氧濃度很高的區(qū)域。因而，與半導(dǎo)體膜接觸的下層絕緣膜是氮化硅膜是非常有意義的。另外可以通過順序?qū)盈B第一氮氧化硅膜、第二氮氧化硅膜和氮化硅膜采用三層結(jié)構(gòu)。
其次，在下層絕緣膜上形成具有非晶結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體膜12。第一半導(dǎo)體膜12由主要包括硅的半導(dǎo)體材料形成。典型地，非晶硅膜或非晶鍺硅膜通過等離子體CVD法、減壓CVD法或濺射法形成，保持10-100nm的厚度。為了通過隨后的晶化得到具有良好結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜，理想的是包含在具有非晶結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體膜12中諸如氧和氮的雜質(zhì)的濃度不高于5×1018/cm3(用二次離子質(zhì)量分析法測得的原子濃度(SIMS))。這些雜質(zhì)成為阻礙隨后的晶化的因素。甚至晶化之后，雜質(zhì)變成增加陷阱中心和復(fù)合中心密度的原因。因而期望是使用為高真空處理而設(shè)計的CVD裝置，其中反應(yīng)室內(nèi)部是鏡面處理的(在電場下拋光)并除了使用高純度材料氣體外裝配有無油抽空系統(tǒng)。
然后，具有非晶結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體膜12通過日本專利公開特許號8-78329中公開的技術(shù)晶化。這項公開的技術(shù)是通過向非晶硅膜中選擇性地添加金屬元素以促進晶化，隨后加熱形成具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜，該半導(dǎo)體膜具有從金屬元素添加的區(qū)域擴散開的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。首先，在具有非晶結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體膜12的表面上，用旋轉(zhuǎn)器涂敷含1-100ppm重量的金屬元素(這里是鎳)的醋酸鎳溶液，其表現(xiàn)出促進晶化的催化功能從而形成含鎳的層13(圖1B)。除了涂敷的方法外，含鎳層13還可以用諸如濺射法、蒸發(fā)法或通過等離子體處理形成極薄的膜的方法等其它方法形成。盡管涂敷是在整個表面上實施的，含鎳的層可以通過形成掩膜選擇性地形成。
其次，進行熱處理以實現(xiàn)晶化。本情形中，硅化物形成在金屬元素所接觸的半導(dǎo)體膜的那部分以促進半導(dǎo)體的晶化，且晶化以硅化物作為核來進行。這樣，形成具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體膜14，如圖1C所示。理想的是第一半導(dǎo)體膜14中氧濃度在晶化以后不超過5×1018/cm3。這里，用于除氫的熱處理(450℃，1小時)之后進行用于晶化的熱處理(550-650℃，4-24小時)。當通過強光輻射進行晶化時，允許用紅外線、可見光或紫外線中的任何一個或其組合。典型地，用發(fā)自鹵素燈、金屬鹵化物燈、氙弧光燈、碳弧光燈、高壓鈉燈或高壓汞燈的光。光源打開1-60秒，理想地，30-60秒，重復(fù)1-10次，因而半導(dǎo)體膜被迅速地加熱到約600-約1000℃。如所需要的那樣，在強光輻射之前可以進行熱處理以釋放具有非晶結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體膜14中所包含的氫。另外，允許同時進行熱處理和強光輻射來實現(xiàn)晶化。考慮到生產(chǎn)率，期望用強光輻射來實現(xiàn)晶化。
在這樣所獲得的第一半導(dǎo)體膜14中殘留著金屬元素(這里是鎳)。金屬元素殘留在超過1×1019/cm3的平均濃度，盡管其可以不均勻地分布在膜中。甚至在這種狀態(tài)下，允許形成TFT和各種其它半導(dǎo)體元件。然而，還是用后面說明的方法除去金屬元素。
然后，為了增加晶化的程度(晶體成分在膜總體積中的比例)并修復(fù)(fix)殘留在晶粒在中的缺陷，理想的是用激光束輻射具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜14。當用激光束輻射時，薄的氧化物膜(沒有圖示)形成于表面上。作為激光束，可以用不超過400nm的波長的準分子激光束、YAG激光的二次諧波或三次諧波。還允許通過使用連續(xù)振蕩激光器(YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、紅寶石激光器、金綠寶石激光器或鈦藍寶石激光器)用基本波長的二次諧波到四次諧波。典型地，可以用Nd:YVO4(基本波長，1064nm)的二次諧波(532nm)或三次諧波(355nm)。當使用連續(xù)振蕩激光器時，發(fā)自10W的輸出的連續(xù)振蕩YVO4激光器的激光束通過非線形光學元件轉(zhuǎn)換成諧波?；蛘?，可以采用通過將YVO4晶體和非線性光學元件放入諧振腔中發(fā)射諧波的方法。理想地，矩形或橢圓形的激光束通過光學系統(tǒng)形成于輻射的表面上，并允許落到待處理的物體上。在輻射表面上的激光束的形狀(激光光斑)通過光學系統(tǒng)中的光束形成裝置設(shè)定以采取具有3-100μm短軸直徑和不小于100μm的長軸直徑的橢圓形狀?？梢圆扇《踢厼?-100μm的長度、長邊不小于100μm的矩形代替橢圓形。上面提到的形狀設(shè)定為矩形或橢圓形是從襯底表面要用激光束充分退火的觀點考慮的。這里，長軸(長邊)的長度設(shè)為不小于100μm是從以下觀點考慮的，即當激光束具有適于激光退火的能量密度時，那么操作者可以適當?shù)貨Q定長軸(或長邊)的長度。本情形中，能量密度必須是大約0.01-大約100MW/cm2(優(yōu)選地0.1-10MW/cm2)。半導(dǎo)體膜可以相對于激光束在大約10-大約2000cm/s的速度移動，以便于用激光束輻射。
通過用激光束輻射形成的氧化物膜在晶化后是不充分的。因而，通過使用含臭氧的水溶液(典型地臭氧水)形成氧化物膜(稱為化學氧化)從而形成具有1-10nm的總厚度的氧化物膜的阻擋層15，且含稀有氣體元素的第二半導(dǎo)體膜16形成于阻擋層15上(圖1D)。這里，通過用激光束輻射具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體膜14形成的氧化物膜也被認為是阻擋層的一部分。當?shù)诙雽?dǎo)體膜16在后續(xù)步驟中僅僅被選擇性地除去時，阻擋層15是作為刻蝕阻止層工作的?；瘜W氧化物能簡單地甚至通過用其中硫酸、鹽酸、硝酸和過氧化氫混合在一起的水溶液代替使用含臭氧的水溶液處理來形成。阻擋層15可以另外通過用紫外線在氧化氣氛中輻射產(chǎn)生臭氧來氧化具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜的表面形成。阻擋層15另外可以通過等離子體CVD法、濺射法或蒸發(fā)法淀積保持約1-10nm的厚度的氧化物膜來形成。當阻擋層通過等離子體CVD法、濺射法或蒸發(fā)法形成時，理想的是阻擋層在沖洗具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜表面并且除去自發(fā)氧化的膜或用激光輻射形成的氧化物膜之后形成。
當?shù)入x子體CVD法用于阻擋層的形成時，用硅烷氣體(甲硅烷、乙硅烷或丙硅烷)和氮氧氣體(能用NOx表示的氣體)作為起始氣體，用脈沖振蕩形成膜。也就是，氮氧化硅膜通過用甲硅烷(SiH4)和氧化氮(N2O)或TEOS氣體和N2O或TEOS氣體、N2O和O2作為起始氣體形成不大于10nm，優(yōu)選地，不大于5nm的厚度。與通過用含臭氧的水溶液(典型地，臭氧水)得到的氧化物膜(稱為化學氧化物)和通過用紫外線在氧化氣氛中輻射產(chǎn)生臭氧來氧化具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜的表面形成的氧化物膜相比，氮氧化硅膜非常緊密地附著在具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體膜上且在隨后的形成(第二半導(dǎo)體膜的)步驟中不發(fā)生剝落。為了進一步改善緊密附著性，用氬等離子體的處理可以在形成阻擋層之前實現(xiàn)。另外，在吸取的步驟中，具有處于上述范圍內(nèi)的厚度的氮氧化硅膜允許金屬元素穿過阻擋層以便于遷移到吸取位中。
另外，當?shù)入x子體CVD法用于形成阻擋層時，含稀有氣體元素的第二半導(dǎo)體膜和阻擋層能夠在不與外界空氣接觸時形成。此外，它們可以在同樣的室里連續(xù)形成，以保持高的生產(chǎn)量。
另外阻擋層15能通過在大約200-350℃加熱潔凈爐形成薄的氧化物膜來形成。通過上述方法中任何一種或通過這些方法的組合形成的阻擋層15必須擁有允許第一半導(dǎo)體膜中的鎳在后續(xù)的吸取中遷移到第二半導(dǎo)體膜中的膜質(zhì)量或膜厚度。本技術(shù)說明中，阻擋層是具有允許金屬元素在吸取的步驟中穿透、并在除去變成吸取位的層的步驟中作為刻蝕阻止層的一層。
這里，用等離子體CVD法形成含稀有氣體元素的第二半導(dǎo)體膜16，以形成吸取位。作為稀有氣體元素，能夠用選自氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)中的一個或多個。其中，理想的是用氬(Ar)，它是廉價的可用氣體。這里，通過等離子體CVD法，用甲硅烷、氬和氫作為起始氣體形成含1×1018/cm3-1×1022/cm3，優(yōu)選地1×1020/cm3-1×1021/cm3濃度的氬的第二半導(dǎo)體膜以得到吸取效果。第二半導(dǎo)體膜中，氟濃度降低到2×1016/cm3-8×1016/cm3，氫濃度也采用相對小的值。
因為兩個原因，形成惰性氣體的稀有氣體元素被包含在膜中。一個原因是形成懸掛鍵以給予半導(dǎo)體膜畸變。另一個原因是將畸變給予半導(dǎo)體膜的晶格中。當使用諸如氬(Ar)氪(Kr)或氙(Xe)這樣具有大于硅的原子半徑的元素時，畸變給予半導(dǎo)體膜的晶格中，達到顯著的程度。另外，用包含在膜中的稀有氣體元素，不僅晶格發(fā)生畸變，而且形成有利于得到吸取作用的非對稱鍵。
其次，實現(xiàn)熱處理以進行用于減少第一半導(dǎo)體元件所包含的金屬元素(鎳)的濃度或用于除去該金屬元素的吸取(圖1E)。吸取通過用強光輻射或通過熱處理來進行。由于吸取，金屬元素沿著圖1E中箭頭的方向遷移(即，沿著從襯底側(cè)到第二半導(dǎo)體膜表面的方向)，包含在被阻擋層15覆蓋的第一半導(dǎo)體層14中的金屬元素被除去，或其中金屬元素的濃度減少。金屬元素在吸取過程中遷移的距離需要至少粗略的為第一半導(dǎo)體膜的厚度，并且吸取在相對短的時間周期內(nèi)完成。這里，鎳全部遷移到第二半導(dǎo)體膜16中，所以不會分離在第一半導(dǎo)體膜14中；即在第一半導(dǎo)體膜中14中幾乎不包含鎳。也就是，吸取進行到充分的程度以便于膜中的鎳濃度變得不大于1×1018/cm3，或理想地，不大于1×1017/cm3。
依賴于用于吸取的熱處理的條件或第二半導(dǎo)體膜的厚度，第二半導(dǎo)體膜經(jīng)常部分地晶化。當?shù)诙雽?dǎo)體膜晶化時，導(dǎo)致了懸掛鍵、晶格畸變和非對稱鍵的減少，吸取效果降低。因而，理想地，熱處理條件和第二半導(dǎo)體膜的厚度是使第二半導(dǎo)體膜不被晶化的條件和厚度。無論如何，第二半導(dǎo)體膜，即含稀有氣體元素的非晶硅膜，比不含稀有氣體元素的非晶硅膜更不容易晶化，并最適合于作為吸取位。
依賴于吸取的熱處理條件，第一半導(dǎo)體膜的晶化程度能隨著吸取同時得到增強，以修復(fù)留在晶粒中的缺陷，即，改善結(jié)晶性能。
本技術(shù)說明中，吸取代表待吸取的區(qū)域中(這里是第一半導(dǎo)體膜)的金屬元素由于熱能被釋放并由于擴散而遷移到吸取位。因而，吸取依賴于處理溫度并由于溫度升高在短的時間周期內(nèi)進行。
在通過用強光輻射處理的情形中，用于加熱的光源打開1-60秒，優(yōu)選地，30-60秒，重復(fù)1-10次，優(yōu)選地2-6次。雖然光源的光強度可以任意地選擇，但是被這樣選擇以便于半導(dǎo)體膜迅速地加熱到600-1000℃，優(yōu)選地大約700-大約750℃。
熱處理的情形中，熱處理在氮氣氛中在450-800℃進行1-24小時，例如，在550℃進行14小時?？梢暂椛鋸姽獯鏌崽幚?。
其次，用阻擋層15作為刻蝕阻止層，指定為16的第二半導(dǎo)體膜只被選擇性地除去。之后，除去阻擋層15，依靠眾所周知圖形形成技術(shù)對第一半導(dǎo)體膜14形成圖形以形成所需形狀的半導(dǎo)體層17(圖1F)。作為只選擇性地刻蝕第二半導(dǎo)體膜的方法，可采用無需等離子體的基于ClF3的干刻或用諸如包含聯(lián)氨或氫氧化四乙銨(化學式(CH3)4NOH)的水溶液的堿溶液濕刻。即使除去第二半導(dǎo)體膜之后，用TXRF測量阻擋層表面內(nèi)的鎳濃度，仍舊很高。因而用期望用含氫氟酸的刻蝕劑除去阻擋層。阻擋層除去以后，進一步，期望在形成由抗蝕劑構(gòu)成的掩膜之前用臭氧水形成薄的氧化物膜。
其次，半導(dǎo)體層的表面用含氫氟酸刻蝕劑清洗，形成主要包括硅的絕緣膜以形成柵絕緣膜18。理想的是表面的清洗和柵絕緣膜的形成在不暴露于外界空氣時連續(xù)地進行。
柵絕緣膜的表面清洗之后，形成柵電極19。然后，添加雜質(zhì)元素(P、As等)或在該情形中添加磷以給予半導(dǎo)體n型從而形成源區(qū)20和漏區(qū)21。添加了雜質(zhì)元素以后，進行熱處理，輻射強光或輻射激光以激活雜質(zhì)元素。另外，激活的同時，恢復(fù)由等離子體對柵絕緣膜的損害或恢復(fù)由等離子體對柵絕緣膜和半導(dǎo)體層之間的界面的損害。特別是，如果雜質(zhì)元素在室溫的氣氛下用YAG激光器的二次諧波從前面或從背面輻射到300℃來激活的話，特別有效。YAG激光器因其需要較少的維護，所以是優(yōu)選的激活裝置。
在隨后的步驟中，形成夾層絕緣膜23，氫化之后形成到達源區(qū)和漏區(qū)的接觸孔，并形成源電極24和漏電極25以完成TFT(n溝道TFT)(圖1G)。
這樣得到的TFT的溝道形成區(qū)22包含濃度小于1×1017/cm3的金屬元素。
本發(fā)明不局限于圖1G的TFT結(jié)構(gòu)，只有根據(jù)需要可采取在溝道形成區(qū)和漏區(qū)(或源區(qū))之間具有LDD區(qū)的低密度漏(LDD輕摻雜漏)結(jié)構(gòu)。這個結(jié)構(gòu)中，在溝道形成區(qū)和以高濃度添加雜質(zhì)元素形成的源區(qū)或漏區(qū)之間提供以低濃度添加雜質(zhì)元素的區(qū)域。該區(qū)域稱作LDD區(qū)。另外還可以采用所謂的GOLD(源漏重疊LDD)結(jié)構(gòu)，其中LDD區(qū)通過柵絕緣膜重疊在柵電極上。
盡管這里的說明涉及n溝道TFT，無需指出p溝道TFT也能通過以p型雜質(zhì)元素代替n型雜質(zhì)元素來形成。
另外，雖然，這里的說明涉及頂柵型TFT，本發(fā)明能應(yīng)用于無論何種TFT結(jié)構(gòu)。例如，本發(fā)明能應(yīng)用于底柵型(反轉(zhuǎn)交錯的)TFT和向前交錯型(forwardly staggered)TFT。
(實施方案2)本實施方案中，本發(fā)明的含稀有氣體元素并具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜被用作TFT的有源層。
首先，柵電極形成于具有絕緣表面的襯底上，形成柵絕緣膜以覆蓋柵電極，本發(fā)明的含稀有氣體元素的并具有非晶結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體膜形成于柵絕緣膜上。這里用的起始氣體是甲硅烷、氬和氫，由此通過等離子體CVD形成具有非晶結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體膜，以包含1×1018/cm3-1×1022/cm3，優(yōu)選地，1×1020/cm3-1×1021/cm3的氬濃度、2×1016/cm3-8×1016/cm3的氟濃度和相對低的濃度的氫。然后，含一種導(dǎo)電類型(n型或p型)的雜質(zhì)元素的第二半導(dǎo)體膜層疊在其上。然后，具有非晶結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體膜的除了變成有源層的部分以外的不必要的部分通過刻蝕除去。然后，導(dǎo)電膜形成于整個表面上，導(dǎo)電膜和含一種導(dǎo)電類型(n-型或p型)的雜質(zhì)元素的第二半導(dǎo)體膜的部分被除去，從而形成半導(dǎo)體膜的源區(qū)和漏區(qū)，同時，形成導(dǎo)電膜的漏線路和源線路。另外，部分除去第一半導(dǎo)體膜以制備溝道刻蝕的底柵型結(jié)構(gòu)的TFT。配備了像素電極后，TFT能用于液晶顯示器件的像素部分。
另外，不局限于上述所謂非晶TFT的TFT，本發(fā)明另外能用于所謂多晶TFT的TFT的有源層。
本情形中，本發(fā)明的含稀有氣體元素并具有非晶結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體膜被用作具有非晶結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體膜12，其形成于實施方案1中所示的下層絕緣膜上。具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體通過基于晶化技術(shù)(固相生長法、激光晶化法或基于用金屬元素作為催化劑的熱處理法)實現(xiàn)晶化，并被形成圖形以便于用它作為TFT的有源層。因為含有降低的濃度的氫和氟，本發(fā)明的具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜有利地被晶化。這里用的起始氣體是甲硅烷、氬和氫，由此通過等離子體CVD形成具有非晶結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體膜，包含1×1018/cm3-1×1022/cm3，優(yōu)選地1×1020/cm3-1×1021/cm3濃度的氬。
當晶化通過用，例如，激光實現(xiàn)時，含稀有氣體元素和氮并具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體膜形成于具有絕緣表面的襯底上，隨后用激光晶化。
所用的激光束可以是脈沖振蕩型或連續(xù)發(fā)光準分子激光器、YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、紅寶石激光器、金綠寶石激光器或鈦藍寶石激光器的激光束。當使用這些激光器時，發(fā)自激光振蕩器的激光束通過光學系統(tǒng)被線性地聚集并投影到半導(dǎo)體膜上。晶化的條件由操作者適當?shù)剡x擇。當使用脈沖振蕩型準分子激光器時，脈沖振蕩頻率選為30Hz，激光能量密度選為100-400mJ/cm2(典型地200-300mJ/cm2)。另外，當使用脈沖振蕩型YAG激光器或YVO4激光器時，使用二次諧波或三次諧波，脈沖振蕩頻率選為1-10kHz，激光能量密度選為300-600mJ/cm2(典型地，350-500mJ/cm2)。線性聚焦以具有100-1000μm寬度的激光束，例如400μm，投到襯底的整個上，線形光束以80-98％的比例(重疊比)重疊。
當使用以YVO4激光器為代表的連續(xù)振蕩型激光器時，發(fā)自10W輸出的連續(xù)振蕩型YVO4激光器的激光束通過非線性光學元件轉(zhuǎn)換成諧波(二次諧波-四次諧波)。可以采用通過將YVO4晶體和非線性光學元件放入諧振腔中來發(fā)射諧波。優(yōu)選地，激光束在輻射面上通過光學系統(tǒng)形成為矩形或橢圓形，并投到待處理的物體上。這里，能量密度必須是大約0.01-大約100MW/cm2(優(yōu)選地0.1-10MW/cm2)。當以0.5-2000cm/sec的速度相對于激光束運動同時，半導(dǎo)體膜可以用激光束輻射。
(實施方案3)本發(fā)明的含稀有氣體元素并具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜可用作一種層(剝落層)，其由于刻蝕或在元件已經(jīng)形成于襯底上之后將諸如TFT的元件從襯底上分離時用激光束的輻射，在界面上或?qū)觾?nèi)發(fā)生剝落。剝落層形成于與之接觸的襯底上，并在剝落層上形成絕緣膜和TFT。
與具有非晶結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)半導(dǎo)體相比，本發(fā)明的含稀有氣體元素并具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜以不同的速率刻蝕并能在各種刻蝕步驟中用作刻蝕阻止層。
另外，本發(fā)明的包括稀有氣體元素的非晶半導(dǎo)體膜能用作通過不同于實施方案1所說明的方法晶化的半導(dǎo)體膜和其它普通半導(dǎo)體膜的吸取位。
如上所述構(gòu)成的本發(fā)明將以工作實例的方式進一步詳細說明。
實例(實例1)本發(fā)明的一個實例參考圖6A至8說明。這里，詳細說明在同一襯底上同時制造像素部分和配備在像素部分外圍的驅(qū)動電路的TFT(n溝道TFT和p溝道TFT)。
首先，基礎(chǔ)絕緣膜形成于襯底100上，得到具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的第一半導(dǎo)體膜。然后，半導(dǎo)體膜被刻蝕以具有所需的形狀以形成以島狀互相分離的半導(dǎo)體層102-106。
玻璃襯底(#1737)用作襯底100。對于基礎(chǔ)絕緣膜101，以SiH4、NH3和N2O為材料氣體(組分比Si＝32％，O＝27％，N＝24％，H＝17％)形成的氮氧化硅膜101a通過等離子體CVD在400℃的膜淀積溫度溫度下形成50nm(優(yōu)選地10-200nm)的厚度。然后，用臭氧水清潔表面以后，表面上的氧化物膜通過稀釋的氫氟酸(1/100稀釋)除去。其次，以SiH4和N2O為材料氣體(組分比Si＝32％，O＝59％，N＝7％，H＝2％)形成的氮氧氫化硅膜(silicon hydride oxynitride film)101b通過等離子體CVD在400℃的膜淀積溫度溫度下在其上形成100nm(優(yōu)選地50-200nm)的厚度以從而形成疊層。另外，不暴露于大氣中，通過等離子體CVD在300℃的膜淀積溫度下以SiH4為膜淀積氣體形成具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜(該情形中是非晶硅膜)，具有54nm(優(yōu)選地25-80nm)的厚度。
本實例中，基礎(chǔ)膜101以兩層結(jié)構(gòu)的形式給出，但是可以采用絕緣膜的單層或其中其兩層或多層層疊的結(jié)構(gòu)。另外，對半導(dǎo)體膜的材料沒有限制。然而，半導(dǎo)體膜優(yōu)選地優(yōu)硅或鍺硅(SixGe1-x(x＝0.0001-0.02))合金通過已知方法(濺射、LPCVD、等離子體CVD等)形成。另外，等離子體CVD裝置可以是單片型或批量型。此外，基礎(chǔ)絕緣膜和半導(dǎo)體膜可以在不暴露于大氣中的條件下在相同的膜淀積室中連續(xù)地形成。
接下來，具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜表面被清潔之后，由臭氧水在表面形成約2nm厚度的極薄的氧化物膜。然后，為了控制TFT的閾值，實施少量雜質(zhì)元素(硼或磷)的摻雜。使用離子摻雜法，其中硼烷(B2H6)在沒有質(zhì)量分離時被等離子體激發(fā)，硼在15kV的加速電壓、30sccm的用氫稀釋到1％的硼烷的氣流速率、2×1012/cm2的劑量的摻雜條件下添加到非晶硅膜中。
然后，用旋轉(zhuǎn)器涂敷含100ppm重量的鎳的醋酸鎳鹽溶液。還可以用通過旋轉(zhuǎn)器將鎳元素噴射到整個表面上的方法代替涂敷。
然后，進行熱處理以實施晶化，從而形成具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜?？梢赃M行使用電爐的加熱工藝或強光的輻射用于這熱處理。在使用電爐的加熱工藝的情形中，可以在500-650℃進行4-24小時。這里，進行用于除氫的加熱工藝(500℃，1小時)之后，進行用于晶化的加熱工藝(550℃，4小時)，從而得到具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的硅膜。注意，雖然通過使用電爐的加熱工藝實施晶化，還可以通過燈退火裝置實施晶化。而且，注意，雖然這里用使用鎳作為促進硅晶化的金屬元素的晶化技術(shù)，還可以用其它已知的晶化技術(shù)，例如，固相生長法和激光晶化法。
其次，用稀釋的氫氟酸等除去具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的硅膜表面上的氧化物膜之后，在大氣中或氧氣氛中實施第一激光輻射(XeCl308nm的波長)用于提高晶化速率并修復(fù)殘留在晶粒中的缺陷。具有400nm或更短波長的準分子激光，或YAG激光的二次諧波或三次諧波被用于激光。任何情形中，使用具有大約10-1000Hz的重復(fù)頻率的脈沖激光，脈沖激光通過光學系統(tǒng)會聚成100-500mJ/cm2，用90-95％的重疊比實施輻射，由此可以掃描硅膜。這里，第一激光的輻射用30Hz的重復(fù)頻率和393mJ/cm2的能量密度在大氣中實施。注意，由于輻射在大氣中或在氧氣氛中進行，通過第一激光輻射在表面上形成氧化物膜。
其次，通過第一光輻射形成的氧化物膜被稀釋的氫氟酸除去之后，在氮氣氛或真空中實施第二激光輻射，從而平整半導(dǎo)體膜表面。具有400nm或更短波長的準分子激光，或YAG激光的二次諧波或三次諧波被用于激光(第二激光)。讓第二激光的能量密度高于第一激光的，優(yōu)選地高30-60mJ/cm2。這里，第二激光的輻射用30Hz的重復(fù)頻率和453mJ/cm2的能量密度實施，從而將半導(dǎo)體膜表面內(nèi)不均勻性的P-V值設(shè)定為5nm或更少。第二激光輻射的情形中，由第一激光輻射形成的不均勻性(P-V值峰對谷，高度最大值和最小值之間的差別)等級的差別減小了，即，平坦化了。這里，不均勻性的P-V值可以用AFM(原子力顯微鏡)觀察。
另外，雖然本實例中在表面上進行第二激光輻射，由于關(guān)電流的減小特別對像素部分的TFT有影響，可以采用至少在像素部分選擇性地實施輻射的步驟。
本實例中，說明用第二激光輻射平面化的實例，然而不需要特別地實施。
其次，用臭氧水處理表面120秒，從而形成包括1-5nm總厚度的氧化物膜的阻擋層。
然后，包括氬元素的非晶硅膜，其將通過實施方案1所示的等離子體CVD成為吸取位，以150nm的厚度形成于阻擋層上。
本實例中用等離子體CVD的膜淀積條件是26.66Pa(0.2Torr)的膜淀積壓力；100sccm的氣(SiH4)流速率；500sccm的氣(Ar)流速率，從裝置系統(tǒng)中引入。并且，用27.12MHz的放電、300W的RF充電(RF功率密度0.5W/cm2)實施放電。注意，在上述條件下，非晶硅膜中包含的氬元素的原子濃度是1×1020/cm3-1×1021/cm3。之后，用燈退火裝置在650℃進行3分鐘的熱處理以實施吸取。
接下來，含氬元素的非晶硅膜，其是吸取位，用阻擋層作為刻蝕阻止層被選擇性地除去，然后，用稀釋的氫氟酸選擇性地除去阻擋層。注意，有一個趨勢，即鎳在吸取過程中容易移動到具有高氧濃度的區(qū)域，這樣，理想的是包括氧化物膜的阻擋層在吸取之后被除去。
然后，薄的氧化物膜由臭氧水形成于所得到的具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的硅膜(也稱作多晶硅膜)表面上之后，形成由抗蝕劑構(gòu)成的掩膜，并對其進行刻蝕工藝以得到所需的形狀，從而形成互相分離的島狀半導(dǎo)體層102-106。半導(dǎo)體層的形成之后，由抗蝕劑構(gòu)成的掩膜被除去。
然后，用含氫氟酸的刻蝕劑除去氧化物膜，并同時清潔硅膜的表面。之后，形成包含硅作為其主要成分的絕緣膜，其變成柵絕緣膜107。本實例中，氮氧化硅膜(組分比Si＝32％，O＝59％，N＝7％，H＝2％)用等離子體CVD形成115nm的厚度。
其次，如圖6A所示，在柵絕緣膜107上，具有20-100nm厚度的第一導(dǎo)電膜108a和具有100-400nm厚度的第二導(dǎo)電膜108b以層疊的方式形成。本實例中，50nm厚的氮化鉭膜和370nm厚的鎢膜順序?qū)盈B在柵絕緣膜107上。
作為形成第一導(dǎo)電膜和第二導(dǎo)電膜的導(dǎo)電材料，采用選自包含Ta、W、Ti、Mo、Al和Cu的組中的元素或包含上述元素作為其主要成分的合金材料或化合物材料。另外，以摻雜了諸如磷或AgPdCu合金的雜質(zhì)元素的多晶硅膜為代表的半導(dǎo)體膜可用作第一導(dǎo)電膜和第二導(dǎo)電膜。另外，本發(fā)明不限于兩層結(jié)構(gòu)。例如，可以采用三層結(jié)構(gòu)，其中50nm厚鎢膜、具有500nm厚度的鋁和硅(Al-Si)的合金膜、和30nm厚氮化鈦膜順序地層疊。而且，在三層結(jié)構(gòu)的情形中，氮化鎢可用來代替第一導(dǎo)電膜的鎢，鋁和鈦(Al-Ti)的合金膜可用來代替第二導(dǎo)電膜的鋁和硅(Al-Si)的合金膜，鈦膜可用來代替第三導(dǎo)電膜的氮化鈦膜。此外，還可以采用單層結(jié)構(gòu)。
其次，如圖6B所示，掩膜110-115通過曝光步驟形成，實施用于形成柵電極和線路的第一刻蝕工藝。第一刻蝕工藝用第一和第二刻蝕條件實施。ICP(誘導(dǎo)偶合等離子體)刻蝕法可以優(yōu)選地用于刻蝕工藝。使用ICP刻蝕法，適當?shù)卣{(diào)節(jié)刻蝕條件(加載到線圈形電極的電能、加載到襯底側(cè)上電極的電能、襯底側(cè)上電極的溫度等)，由此膜被刻蝕以具有所需的錐形。注意，以Cl2、BCl3、SiCl4、CCl4為代表的氯基氣體，以CF4、SF6、NF3為代表的氟基氣體，和O2能適當?shù)赜糜诳涛g氣體。
本實例中，150W的RF(13.56MHz)功率也加載到襯底上(樣品臺)以基本提供負的自偏壓。對襯底側(cè)的電極面積是12.5cm×12.5cm，線圈形電極區(qū)域(這里說明石英盤形成的線圈)是25cm直徑的盤。第一刻蝕條件下，對W的刻蝕速率是200.39nm/min，對TaN的刻蝕速率是80.32nm/min，W對TaN的選擇比是大約2.5。另外，用第一刻蝕條件，W的錐形角大約是26°。之后，在不除去由抗蝕劑構(gòu)成的掩膜110-115時，第一刻蝕條件轉(zhuǎn)變成第二刻蝕條件。用1Pa的壓力，CF4和Cl2用作刻蝕氣體，氣體的流速設(shè)定為30/30sccm，500W的RF(13.56MHz)功率加載到線圈形電極上以產(chǎn)生等離子體，從而實施約30秒的刻蝕。20W的RF(13.56MHz)功率也加載到襯底側(cè)(樣品臺)以基本加載負的自偏壓。在第二刻蝕條件下，其中混合了CF4和Cl2，W膜和TaN膜以同樣的水平刻蝕。用第二刻蝕條件，對W的刻蝕速率是58.97nm/min，對TaN的刻蝕速率是66.43nm/min。注意，刻蝕時間可以提高10-20％以進行在柵絕緣膜上不殘留殘余物地刻蝕。
在上面說明的第一刻蝕工藝中，讓由抗蝕劑構(gòu)成的掩膜的形狀合適，由此，第一導(dǎo)電層的末端部分與第二導(dǎo)電層的末端部分由于施加在襯底側(cè)的偏壓的影響，都具有錐形的形狀。錐形部分的角度充分地設(shè)定為15°-45°。
這樣，包括第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層(第一導(dǎo)電層117a-121a)和第二導(dǎo)電層117b-121b)的第一形狀導(dǎo)電層117-121通過第一刻蝕工藝形成。變成柵絕緣膜的絕緣膜107被刻蝕約10-20nm，并變成柵絕緣膜116，其中沒有被第一形狀導(dǎo)電層117-121覆蓋的區(qū)域被減薄。
其次，第二刻蝕工藝在不除去由抗蝕劑構(gòu)成的掩膜時進行。(圖6C)這里，SF6、Cl2和O2用作刻蝕氣體，氣體的流速設(shè)為24/12/24sccm，700W的RF(13.56MHz)功率加載到線圈形電極用1.3Pa的壓力來產(chǎn)生等離子體，從而實施刻蝕25秒。10W的RF(13.56MHz)功率液加載到襯底側(cè)(樣品臺)以基本提供負的自偏壓。第二刻蝕工藝中，對W的刻蝕速率是227.3nm/min，對TaN的刻蝕速率是32.1nm/min，W對TaN的選擇比是7.1，對作為絕緣膜116的SiON的刻蝕速率是33.7nm/min，W對SiON的選擇比是6.83。在SF6用作刻蝕氣體的情形中，相對于絕緣膜116的選擇比如上所述是高的。這樣，膜厚度的減小就能被抑制。本實例中，絕緣膜116的膜厚度只減少約8nm。
通過第二刻蝕工藝，W的錐形角變成70°。通過第二刻蝕工藝，形成第二導(dǎo)電層124b-129b。另一方面，第一導(dǎo)電層幾乎不能被刻蝕以變成第一導(dǎo)電層124a-129a。注意，第一導(dǎo)電層124a-129a基本與第一導(dǎo)電層117a-121a具有同樣的尺寸。實際上，第一導(dǎo)電層的寬度可以減少約0.3μm，即，總的線寬約0.6μm，與第二刻蝕工藝之前相比。圖6B和6C中，第一導(dǎo)電層的錐形在尺寸上幾乎沒有改變。然而，因為錐形部分的線寬依賴于線路寬度，第一導(dǎo)電層的錐形根據(jù)線路寬度改變。
另外，在其中采用三層結(jié)構(gòu)代替兩層結(jié)構(gòu)的情形中，所述三層結(jié)構(gòu)中50nm厚的鎢膜、具有500nm的厚度的鋁和硅(Al-Si)的合金膜、和30nm厚的氮化鈦膜順序地層疊，在第一刻蝕工藝的第一刻蝕條件下，其中BCl3，Cl2，和O2用作材料氣體；氣體的流速設(shè)為65/10/5(sccm)；300W的RF(13.56MHz)功率加載到襯底側(cè)(樣品臺)；以1.2Pa的壓力450W的RF(13.56MHz)功率加載到線圈形電極以產(chǎn)生等離子體，實施刻蝕117秒。至于第一刻蝕工藝的第二刻蝕條件，用CF4、Cl2和O2，氣體流速設(shè)為25/25/10sccm，20W的RF(13.56MHz)功率也加載到襯底側(cè)(樣品臺)；以1Pa的壓力500W的RF(13.56MHz)功率加載到線圈形電極以產(chǎn)生等離子體。用上述條件，刻蝕實施30秒就足夠了。在第二刻蝕工藝中，用BCl3和Cl2，氣體流速設(shè)為20/60sccm，100W的RF(13.56MHz)功率加載到襯底側(cè)(樣品臺)，以1.2Pa的壓力600W的RF(13.56MHz)功率加載到線圈形電極以產(chǎn)生等離子體，從而實施刻蝕。
其次，除去由抗蝕劑構(gòu)成的掩膜，然后，進行第一摻雜工藝以得到圖6D的狀態(tài)?？梢杂秒x子摻雜或離子注入進行摻雜工藝。離子摻雜用1.5×1014原子/cm2的劑量和60-100keV的加速電壓的條件進行。作為給出n型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素，典型地用磷(P)或砷(As)。這種情形中，第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層124-128變成阻止給出n型導(dǎo)電性的掩膜，第一雜質(zhì)區(qū)130-134以自對準的方式形成。給予n型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素在1×1016-1×1017/cm3的濃度范圍添加到第一雜質(zhì)區(qū)130-134。這里，與第一雜質(zhì)區(qū)具有同樣濃度范圍的區(qū)域也稱作n-區(qū)。
注意，雖然本實例中第一摻雜工藝在除去由抗蝕劑構(gòu)成的掩膜之后實施，第一摻雜工藝也可以在不除去由抗蝕劑構(gòu)成的掩膜時實施。圖6D中，第一導(dǎo)電層的錐形的尺寸是相同的，但是，第一導(dǎo)電層的錐形的尺寸實際上根據(jù)線路寬度改變。這樣，當具有不同線寬的多個線路形成于同一襯底上時，待摻雜的區(qū)域的寬度之間互相是不同的。
接下來，如圖7A所示，形成由抗蝕劑構(gòu)成的掩膜135-137，并進行第二摻雜工藝。掩膜135是用于保護形成驅(qū)動電路的p溝道TFT的半導(dǎo)體層的溝道形成區(qū)和其周圍的掩膜，掩膜136是用于保護形成驅(qū)動電路的n溝道TFT之一的半導(dǎo)體層的溝道形成區(qū)和其周圍的掩膜，掩膜137是用于保護形成像素部分TFT的半導(dǎo)體層的溝道形成區(qū)、其周圍區(qū)域和存儲電容器的掩膜。
用第二摻雜工藝中的離子摻雜條件1.5×1015原子/cm2的劑量；60-100keV的加速電壓，摻雜磷(P)。這里，用第二導(dǎo)電層124b-126b作為掩膜以自對準的方式雜質(zhì)區(qū)在各自的半導(dǎo)體層內(nèi)形成。當然，磷不添加到被掩膜135-137覆蓋的區(qū)域。這樣，形成第二雜質(zhì)區(qū)138-140和第三雜質(zhì)區(qū)142。給出n型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素在1×1020-1×1021/cm2的濃度范圍添加到第二雜質(zhì)區(qū)138-140。這里，與第二雜質(zhì)區(qū)具有同樣濃度范圍的區(qū)域也稱作n+區(qū)。
另外，第三雜質(zhì)區(qū)通過第一導(dǎo)電層在低于第二雜質(zhì)區(qū)的濃度下形成，并在1×1018-1×1019/cm2的濃度范圍添加給出n型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素。注意，由于通過具有錐形形狀的第一導(dǎo)電層的部分進行摻雜，第三雜質(zhì)區(qū)具有濃度梯度，其中雜質(zhì)濃度向著錐形部分的末端部分增加。這里，與第三雜質(zhì)區(qū)具有同樣濃度范圍的區(qū)域也稱作n-區(qū)。更進一步，在第二摻雜工藝中，由掩膜136和137覆蓋的區(qū)域不添加雜質(zhì)元素，并變成第一雜質(zhì)區(qū)144和145。
其次，除去由抗蝕劑構(gòu)成的掩膜135-137之后，新形成由抗蝕劑構(gòu)成的掩膜146和148，進行如圖7B所示的第三摻雜工藝。
驅(qū)動電路中，通過上述第三摻雜工藝，形成第四雜質(zhì)區(qū)149、150和第五雜質(zhì)區(qū)151、152，其中給出p型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素添加到形成p溝道TFT的半導(dǎo)體層和形成存儲電容器的半導(dǎo)體層中。
另外，給出p型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素在1×1020-1×1021/cm2的濃度范圍添加到第四雜質(zhì)區(qū)149和150中。注意，在第四雜質(zhì)區(qū)149、150中，磷(P)在前面的步驟中(n-區(qū))添加，但是給出p型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素以高出磷濃度1.5-3倍的濃度添加。這樣，第四雜質(zhì)區(qū)149、150具有p型導(dǎo)電性。這里，與第四雜質(zhì)區(qū)具有同樣濃度范圍的區(qū)域也稱作p+區(qū)。
另外，在與第二導(dǎo)電層125a的錐形部分重疊的區(qū)域形成第五雜質(zhì)區(qū)151和152，并在1×1018-1×1020/cm2的濃度范圍添加給出p型導(dǎo)電性的雜質(zhì)元素。這里，與第五雜質(zhì)區(qū)具有同樣濃度范圍的區(qū)域也稱作p-區(qū)。
通過上述步驟，具有n型或p型導(dǎo)電性的雜質(zhì)區(qū)在各自的半導(dǎo)體層中形成。導(dǎo)電層124-127變成TFT的柵電極。另外，導(dǎo)電層128變成電極之一，其形成像素部分的存儲電容器。而且，導(dǎo)電層129在像素部分形成源線路。
如果形成導(dǎo)電層124-127和雜質(zhì)區(qū)(第一雜質(zhì)區(qū)到第五雜質(zhì)區(qū))，上面提到的步驟的順序不受到限制。各自的刻蝕步驟順序和各自的摻雜步驟順序能夠適當?shù)亟粨Q。
其次形成基本覆蓋整個表面的絕緣膜(沒有圖示)。這個實例中，用等離子體CVD形成50nm厚的氧化硅膜。當然，絕緣膜不局限于氧化硅膜，也可以以單層或疊層結(jié)構(gòu)形成其它含硅的絕緣膜。
然后，進行激活添加到各自半導(dǎo)體層中的雜質(zhì)元素的步驟。在這個激活步驟中，采用使用燈光光源的快速熱退火(RTA)法、從背面輻射發(fā)自YAG激光器或準分子激光器的光的方法、用爐子的熱處理或其組合。
另外，雖然這個實例中給出其中絕緣膜在激活之前形成的實例，形成絕緣膜的步驟還可以在進行激活之后進行。
其次，由氮化硅膜形成第一夾層絕緣膜153，并實施熱處理(300-550℃，1-12小時)，從而進行氫化半導(dǎo)體膜的步驟。(圖7C)這個步驟是通過第一夾層絕緣膜153中所含的氫終結(jié)半導(dǎo)體層的懸掛鍵的步驟。半導(dǎo)體層無論是否存在由氧化硅膜形成的絕緣膜(沒有給出)都可被氫化。順便提及，該實例中，含鋁作為其主要成分的材料被用于第二半導(dǎo)體層，這樣，應(yīng)用第二半導(dǎo)體層在氫化的步驟中能承受的熱處理條件是重要的。作為另一種氫化的方式，可以進行等離子體氫化(使用等離子體激發(fā)的氫)。
其次，第二夾層絕緣膜154由有機絕緣材料形成于第一夾層絕緣膜153上。該實例中，形成1.6μm厚度的丙烯酸樹脂膜。然后，形成到達源線路129的接觸孔(沒有圖示)、分別到達導(dǎo)電層127和128的接觸孔(沒有圖示)、到達各自雜質(zhì)區(qū)的接觸孔(沒有圖示)。該實例中，多個刻蝕過程相繼執(zhí)行。該實例中，第二夾層絕緣膜用第一夾層絕緣膜作為刻蝕阻止層刻蝕，第一夾層絕緣膜用絕緣膜(沒有圖示)作為刻蝕阻止層刻蝕，然后，刻蝕絕緣膜(沒有圖示)。
之后，用Al、Ti、Mo、W等形成線路和像素電極。作為電極和像素電極的材料，理想的是用反射性能極好的材料，諸如含Al或Ag的膜或上述膜的疊層膜。這樣，形成源電極或漏電極155-160，柵線路162，連接線路161和像素電極163。
如上所述，具有n溝道TFT201、p溝道TFT202、n溝道TFT203的驅(qū)動電路206和具有包括n溝道TFT和存儲電容器205的像素TFT204的像素部分207能形成于同一襯底上。(圖8)本技術(shù)說明中，為方便起見，上述襯底被稱作有源矩陣襯底。
在像素部分207中，像素TFT204(n溝道TFT)有溝道形成區(qū)167、在形成柵電極的導(dǎo)電層127的外面形成的第一雜質(zhì)區(qū)(n-區(qū))145、和作為源區(qū)起作用的第二雜質(zhì)區(qū)(n+區(qū))。另外，在作為存儲電容器205的電極之一起作用的半導(dǎo)體層中，形成第四雜質(zhì)區(qū)150和第五雜質(zhì)區(qū)152。存儲電容器205的組成包括第二電極128和半導(dǎo)體層150、152和168，其以絕緣膜(與柵絕緣膜一樣的膜)116作為電介質(zhì)。
另外，在驅(qū)動電路206中，n溝道TFT201(第一n溝道TFT)有溝道形成區(qū)164、通過絕緣膜與形成柵電極的導(dǎo)電層124的一部分重疊的第三雜質(zhì)區(qū)(n-區(qū))142、和作為源區(qū)或漏區(qū)起作用的第二雜質(zhì)區(qū)(n+區(qū))138。
另外，在驅(qū)動電路206中，p溝道TFT202有溝道形成區(qū)165、通過絕緣膜與形成柵電極的導(dǎo)電層125的一部分重疊的第五雜質(zhì)區(qū)(p-區(qū))151、和作為源區(qū)或漏區(qū)起作用的第四雜質(zhì)區(qū)(p+區(qū))149。
而且，在驅(qū)動電路206中，n溝道TFT203(第二n溝道TFT)有溝道形成區(qū)166、形成柵電極的導(dǎo)電層126外面的第一雜質(zhì)區(qū)(n-區(qū))144、和作為源區(qū)或漏區(qū)起作用的第二雜質(zhì)區(qū)(n+區(qū))139。
上述TFT201-203適當?shù)亟M合以形成移位寄存器(shift resister)電路、緩沖電路、電平移動電路、鎖存器電路等，從而形成驅(qū)動電路206。例如，在其中形成CMOS電路的情形中，n溝道TFT201和p溝道TFT202可以互補地互相連接。
特別是，n溝道TFT203的結(jié)構(gòu)適合于具有高驅(qū)動電壓的緩沖電路，以防止由熱載流子引起的劣化為目的。
而且，n溝道TFT201的結(jié)構(gòu)，其是GOLD結(jié)構(gòu)，適合于其中可靠性占優(yōu)先位置的電路。
從上面看來，可靠性能通過改善半導(dǎo)體膜表面的平坦度得到改善。這樣，具有GOLD結(jié)構(gòu)的TFT中，即使通過柵絕緣膜與柵電極重疊的雜質(zhì)區(qū)域的面積減小，也能得到足夠的可靠性。特別地，在具有GOLD結(jié)構(gòu)的TFT中，即使變成柵電極的錐形部分的部分的尺寸減小，也能得到足夠的可靠性。
在具有GOLD結(jié)構(gòu)的TFT中，當柵絕緣膜被減薄時，寄生電容增加。然而，柵電極(第一導(dǎo)電層)的錐形部分的尺寸被減小以減小寄生電容，由此TFT變成能夠以改善的f性能實現(xiàn)高速運轉(zhuǎn)并具有足夠的可靠性。
注意，還有在像素部分207的像素TFT中，第二激光輻射能實現(xiàn)關(guān)電流的減小和波動的減小。
另外，該實例中給出制造用于形成反射型顯示器件的有源矩陣襯底的實例。然而，如果像素電極由透明導(dǎo)電膜形成，還能夠形成透射型顯示器件，盡管光掩膜的數(shù)目增加了一個。
(實例2)該實例說明從實例1中制備的有源矩陣襯底制造有源矩陣液晶顯示器件的工藝。參考圖9給出說明。
根據(jù)實例1中得到如圖8說明的有源矩陣襯底之后，定向膜形成于圖8的有源矩陣襯底上并受到研磨處理。該實例中，形成定向膜之前，對諸如丙烯酸樹脂膜的有機樹脂膜形成圖形以在所需的位置形成柱狀間隔物以保持襯底間分離。柱狀間隔物可以用噴射到襯底整個表面上的球形間隔物代替。
其次制備相對襯底。相對襯底有濾色器，其中色彩層和遮光層相對于像素安列。遮光層還放在驅(qū)動電路部分。形成平面化的膜以覆蓋濾色器和遮光層。在平面化的膜上，相對電極在像素部分由透明導(dǎo)電膜形成。相對襯底的整個表面上形成定向膜并受到研磨處理。
然后，相對襯底用密封組件粘接到其上形成了像素部分和驅(qū)動電路的有源矩陣襯底。密封組件有混合在其中的裝填物，并且當兩個襯底粘接時，裝填物與柱狀間隔物一起保持兩個襯底之間的距離。其后，液晶材料注入到襯底之間，密封劑(沒有圖示)被用于完整地密封襯底。可以用已知的液晶材料。這樣，就完成了有源矩陣液晶顯示器件。如有必要，有源矩陣襯底或相對襯底被切成所需形狀的片。顯示器件可以用已知的技術(shù)適當?shù)嘏鋫淦癜濉Ｈ缓?，用已知的技術(shù)將FPC附連到襯底上。
參考圖9中的俯視圖來說明這樣所得到的液晶模塊的結(jié)構(gòu)。
像素部分304放在有源矩陣襯底301的中心。用于驅(qū)動源信號線的源信號線驅(qū)動電路302放在像素部分304的上方。用于驅(qū)動柵信號線的柵信號線驅(qū)動電路303放在像素部分304的左邊和右邊。盡管本實例中柵信號線驅(qū)動電路303相對于像素部分是對稱的，液晶模塊可以在像素部分中一側(cè)只有一個柵信號線驅(qū)動電路。上述兩個選項中，設(shè)計者可以考慮液晶模塊的尺寸等來選擇更適合的排列。但是，根據(jù)電路運行可靠性、驅(qū)動效率等，圖9所示的柵信號線驅(qū)動電路的對稱排列是優(yōu)選的。
信號從柔性印刷電路(FPC)305輸入到驅(qū)動線路中。在夾層絕緣膜和樹脂膜中開接觸孔并形成連接電極后FPC305經(jīng)過各向異性導(dǎo)電膜等壓配合以便于到達排列在襯底301的給定位置的線路線。本實例中連接電極形成自ITO。
密封試劑307沿著襯底周邊圍繞驅(qū)動電路和像素部分涂敷到襯底上。相對襯底306用密封試劑307粘接到襯底301上，同時預(yù)先形成于有源矩陣襯底上的間隔物保持兩個襯底之間的距離為常數(shù)(襯底301和相對襯底306之間的距離)。液晶單元經(jīng)過沒有被密封試劑307覆蓋的襯底區(qū)域注入。然后用密封劑308密封襯底。液晶模塊通過上述步驟完成。
盡管這里所給的實例中所有的驅(qū)動電路形成在襯底上，幾種IC還可以用于驅(qū)動電路的某些電路。
另外，本實例可以與實例1的任何結(jié)構(gòu)自由地組合。
(實例3)實例1給出反射型顯示器件的實例，其中像素電極由反射型金屬材料形成。本實例中所給出的是透射型顯示器件的實例，其中像素電極由透光導(dǎo)電膜形成。
直到形成夾層絕緣膜的步驟的制造工藝與實例1的工藝是相同的，其詳細說明在這里就省略了。根據(jù)實例1形成了夾層絕緣膜之后，由透光導(dǎo)電膜形成像素電極601。透光導(dǎo)電膜的實例包括ITO(氧化銦錫合金)膜、氧化銦-氧化鋅合金(In2O3-ZnO)膜、氧化鋅(ZnO)膜等。
之后，在夾層絕緣膜600中形成接觸孔。其次形成與像素電極重疊的連接電極602。連接電極經(jīng)過接觸孔連接到漏區(qū)。在形成連接電極的同時，形成其它TFT的源電極或漏電極。
盡管這里所給的實例中所有的驅(qū)動電路形成在襯底上，幾種IC還可以用于驅(qū)動電路的某些電路。
如上所述完成了有源矩陣襯底。根據(jù)實例2由該有源矩陣襯底制造液晶模塊。液晶模塊配有背光604和光導(dǎo)片605，并用覆蓋物606覆蓋以完成有源矩陣液晶顯示器件，其部分橫截面圖示于圖10。覆蓋物用粘合劑或有機樹脂粘接到液晶模塊上。當把襯底粘接到相對襯底上時，襯底可以形成框架以便于用于粘接的有機樹脂裝填幀和襯底之間的空間。因為顯示器件是透射型的，有源矩陣襯底和相對襯底都需要粘接偏振片603。
本實例能與實例1或2中任何一個結(jié)構(gòu)自由地組合。
(實例4)本實例中，制造配備有EL(電致發(fā)光)元件的發(fā)光顯示器件的實例示于圖11A和11B中。
圖11A是EL模塊的俯視圖，圖11B是沿著圖18A的線A-A’的橫截面圖。在具有絕緣表面的襯底900上(例如，玻璃襯底、結(jié)晶的玻璃襯底、塑料襯底等)，形成像素部分902、源側(cè)驅(qū)動電路901和漏側(cè)驅(qū)動電路903。像素部分和驅(qū)動電路可以根據(jù)以上所說明的實例獲得。
進一步，參考編號918指密封組件，參考編號919指保護膜(DLC膜等)。用密封組件918覆蓋像素部分和驅(qū)動電路部分，用保護膜919覆蓋密封組件。另外，保護膜919用粘接劑通過覆蓋元件920密封。理想的是覆蓋元件920用與襯底900一樣的材料構(gòu)成，例如，是玻璃襯底，以便承受起因于加熱或外力的形變。覆蓋組件920通過噴沙等處理以具有圖11B所示的凸起形狀(具有3-10μm的深度)。理想的是，覆蓋組件920受到進一步處理以形成凸起部分(具有50-200μm的深度)，干燥試劑921能被安排到其中。另外，制造多個EL模塊的情形中，襯底和覆蓋組件互相附連在一起之后，可以用CO2激光器等進行分割成段以便于末端表面互相匹配。
注意，參考編號908指用于向源側(cè)驅(qū)動電路901和柵側(cè)驅(qū)動電路903傳輸信號輸入的線路，并從作為外部輸入端子的FPC(柔性印刷電路)909接收視頻信號和時鐘信號。注意，雖然圖中只給出了FPC，印刷線路板(PWB)也可以附連到FPC上。本技術(shù)說明中的發(fā)光器件不僅包括發(fā)光器件的主體，而且包括附連有FPC或PWB的發(fā)光器件。
其次，參考圖11B說明橫截面結(jié)構(gòu)。絕緣膜910配備在襯底900上，像素部分902和柵側(cè)驅(qū)動電路903形成于絕緣膜910的上方，且像素部分902由包括電流控制TFT911和電連接到電流控制TFT911的像素電極912的多個像素組成。另外，柵側(cè)驅(qū)動電路903通過使用其中n溝道TFT913和p溝道TFT914組合的CMOS電路形成。
以上TFT(包括911、913和914)可根據(jù)實例1中的n溝道TFT201和p溝道TFT202來制造。
注意，至于配備在TFT和EL元件之間的絕緣膜的材料，適當?shù)氖怯貌粌H能阻擋諸如堿金屬離子或堿土金屬離子這樣的雜質(zhì)離子的擴散、而且能主動吸收諸如堿金屬離子或堿土金屬離子這樣的雜質(zhì)離子的材料，另外用能承受隨后的處理溫度的材料。作為滿足上述條件的材料，給出包含大量氟的氮化硅膜作為實例。氮化硅膜中所含氟的濃度是1×1019/cm3或更多，優(yōu)選地，氮化硅膜中氟的組分比是1-5％。氮化硅膜中的氟與堿金屬離子或堿土金屬離子成鍵，并被吸收到膜中。另外，作為另一個實例，給出包含其組成包括銻(Sb)化合物、錫(Sn)化合物或銦(In)化合物的顆粒的有機樹脂膜，其吸收堿金屬離子、堿土金屬離子等，例如，包含五氧化銻(Sb2O5·nH2O)顆粒的有機樹脂膜。注意，該樹脂膜包含具有10-20nm的平均顆粒尺寸的顆粒，并具有高的光透射性能。以五氧化銻顆粒為代表的銻化合物容易吸收諸如堿金屬離子或堿土金屬離子這樣的雜質(zhì)離子。
像素電極912作為發(fā)光元件(EL元件)的陽極起作用。另外在像素電極912的兩端形成圍堤915，發(fā)光元件的陰極917和EL層916形成于像素電極912上。
至于EL層916，發(fā)光層、電荷輸運層和電荷注入層可以自由地組合以形成EL層(用于光發(fā)射和用于光發(fā)射的載流子的運動的層)。例如，可以用小分子量的有機EL材料或高分子量的有機EL材料。另外，作為EL層，還能使用由能通過單重態(tài)激發(fā)(熒光)發(fā)光的發(fā)光材料(單重態(tài)化合物)形成的薄膜或由能通過三重態(tài)激發(fā)(磷光)發(fā)光的發(fā)光材料(三重態(tài)化合物)形成的薄膜。另外，諸如碳化硅的無機材料可以用作電荷輸運層或電荷注入層。眾所周知的材料可用于有機EL材料或無機材料。
陰極927還作為所有像素共同的線路起作用，并通過連接線路908與FPC909電連接。另外，像素部分902和柵側(cè)驅(qū)動電路903中所包含的所有元件都被陰極917、密封組件918和保護膜919覆蓋。
注意，對可見光透明或半透明的材料優(yōu)選地用于密封組件918。另外，密封組件918理想地由盡可能不滲透濕氣或氧的材料形成。
另外，發(fā)光元件完全由密封組件918覆蓋之后，優(yōu)選的是由DLC膜等組成的保護膜配備至少在密封組件918的表面上(暴露的表面)，如圖11A和11B所示。另外，保護膜可以配備在包括襯底背面的整個表面上。這里，有必要引起的注意以便于保護膜不淀積在配備有外部輸入端子(FPC)的部分。可以用掩膜以便于不形成保護膜。另外，外部輸入終端部分可以用帶子覆蓋，其在CVD裝置中用作掩膜帶以便于不形成保護膜。
發(fā)光元件由具有上面所說明的結(jié)構(gòu)的保護膜和密封組件918密封，由此，發(fā)光元件能夠完全與外界隔離。這樣，有可能防止諸如濕氣或氧這樣促進由EL層氧化引起的劣化的物質(zhì)從外界滲入。因而，能夠獲得具有高可靠性的發(fā)光器件。
另外，可以采用一種結(jié)構(gòu)，其中像素電極是陰極，EL層和陽極層疊從而在與圖11A和11B中的方向相反的方向提供光發(fā)射。圖12給出其實例。注意，該實例的俯視圖與圖11A的一樣，這里就省略了。
圖12所示的橫截面結(jié)構(gòu)在下面給予說明。作為襯底1000，除了玻璃襯底和石英襯底以外還可以用半導(dǎo)體襯底或金屬襯底。絕緣膜1010配備在襯底1000上，像素部分1002和柵側(cè)驅(qū)動電路1003形成于絕緣膜1010之上，像素部分1002由包括電流控制TFT1011和電連接到電流控制TFT1011的漏區(qū)的像素電極1012的多個像素組成。另外，柵側(cè)驅(qū)動電路1003用其中n溝道TFT1013和p溝道TFT1014組合的CMOS電路形成。
像素電極1012作為發(fā)光元件的陰極起作用。另外，在像素電極1012的兩端形成圍堤1015，并在像素電極1012上形成發(fā)光元件的EL層1016和陽極1017。
陽極1017還作為所有像素的共同線路起作用，并通過連接線路1008電連接到FPC1009上。另外，包含在像素部分1002和柵側(cè)驅(qū)動電路1003中的所有元件都被陽極1017、密封組件1018和由DLC膜等組成的保護膜1019覆蓋。另外，覆蓋組件1020和襯底1000用粘接劑粘在一起。此外，覆蓋組件內(nèi)提供凹入的部分，干燥試劑1021安排在其中。
注意，對可見光透明或半透明的材料優(yōu)選地用于密封組件1018。進一步，密封組件1018理想地由盡可能不滲透濕氣或氧的材料形成。
另外，圖12中，像素電極是陰極，EL層和陽極層疊。這樣，光發(fā)射的方向由圖12中箭頭指明。
本實例中，使用實例1中得到的具有高電性能和高可靠性的TFT，因而，能夠形成比傳統(tǒng)元件具有更高可靠性的發(fā)光元件。另外，具有這樣的發(fā)光元件的發(fā)光器件被用作顯示部分。這樣，就能獲得高性能的電設(shè)備。
注意，本實例能與實例1中的任何一個自由地組合。
(實例5)通過實現(xiàn)本發(fā)明而形成的驅(qū)動電路和像素部分能用于各種模塊中(有源矩陣型液晶模塊、有源矩陣型EL模塊和有源矩陣型EC模塊)。這就是說，本發(fā)明能在所有集成了其顯示部分模塊的電子設(shè)備中實現(xiàn)。
作為這類電子設(shè)備，可以指出的有視頻相機、數(shù)碼相機、頭戴式顯示器(護目鏡式顯示器)、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、投影儀、汽車立體聲、個人計算機、便攜式信息終端(移動式計算機、蜂窩電話或電子圖書)等。這些設(shè)備的實例示于圖13A-13F、14A-14D和15A-15C。
圖13A給出包括機體2001、圖象輸出部分2002、顯示部分2003和鍵盤2004的個人計算機。
圖13B給出包括機體2101、顯示部分2102、聲音輸入部分2103、操作開關(guān)2104、電池2105和圖象接收部分2106的視頻相機。
圖13C給出包括機體2201、相機部分2202、圖象接收部分2203、操作開關(guān)2204和顯示部分2205的可移動計算機。
圖13D給出包括機體2301、顯示部分2302和臂部分2303的護目鏡式顯示器。
圖13E給出使用上面記錄了節(jié)目的記錄介質(zhì)(以下稱作記錄介質(zhì))的播放器，其包括機體2401、顯示部分2402、揚聲器部分2403、記錄介質(zhì)2404和操作開關(guān)2405。該播放器用DVD(數(shù)字通用盤)或CD作為記錄介質(zhì)并能欣賞音樂、欣賞電影以及玩游戲或上互聯(lián)網(wǎng)。
圖13F給出包括機體2501、顯示部分2502、眼睛接觸部分2503、操作開關(guān)2504和圖象接收部分(沒有圖示)的數(shù)碼相機。
圖14A給出包括投影設(shè)備2601和屏幕2602的前投式投影儀。實例3可用于形成投影設(shè)備2601的一部分的液晶模塊2808以完成整個設(shè)備。
圖14B給出包括機體2701、投影設(shè)備2702、反射鏡2703和屏幕2704的背投式投影儀。實例3可用于構(gòu)成投影設(shè)備2702的一部分的液晶模塊2808以完成整個設(shè)備。
另外，圖14C是給出圖14A和圖14B中投影設(shè)備2601和2702的結(jié)構(gòu)的實例的視圖。投影設(shè)備2601或2702的組成包括光源光學系統(tǒng)2801、反射鏡2802及2804至2806、分色鏡2803、棱鏡2807、液晶顯示設(shè)備2808、相位差片2809和投影光學系統(tǒng)2810。投影光學系統(tǒng)2810的由包括投影透鏡的光學系統(tǒng)組成。盡管這個實例給出三片型的例子，該實例不特別局限于此，而可以是，例如，單片型。另外，實施這項方案的人可以適當?shù)卦趫D14C中箭頭標識給出的光路中配備諸如光學透鏡、具有偏振功能的膜、用于調(diào)節(jié)相差的膜或IR膜的光學系統(tǒng)。
另外，圖14D是給出圖14C中光源光學系統(tǒng)2801的結(jié)構(gòu)的實例的視圖。根據(jù)這個實例，光源光學系統(tǒng)的組成包括反射器2811、光源2812、透鏡陣列2813和2814，偏振轉(zhuǎn)換元件2815和聚光器透鏡2816。另外，圖14D所示的光源光學系統(tǒng)只是一個實例且這個實例不特別地局限于此。例如，實施這項方案的人可以適當?shù)卦诠庠垂鈱W系統(tǒng)中配備諸如光學透鏡、具有偏振功能的膜、用于調(diào)節(jié)相差的膜或IR膜。
然而，根據(jù)圖14A-14B所示的投影儀，給出了使用透射型電光器件的情形，而應(yīng)用反射型電光器件和EL模塊的實例沒有說明。
圖15A給出包括機體2901、聲音輸出部分2902、聲音輸入部分2903、顯示部分2904、操作開關(guān)2905、天線2906和圖象輸出部分(CCD、圖象傳感器等)2907的蜂窩電話。
圖15B給出包括機體3001、顯示部分3002和3003、記錄介質(zhì)3004、操作開關(guān)3005和天線3006的便攜式圖書(電子圖書)。
圖15C給出包括機體3101、支撐基座3102和顯示部分3103的顯示器。
此外，圖15C所示的顯示器是小型和中型或大型的，例如，顯示器屏幕尺寸5-20英寸。而且，優(yōu)選的是通過利用尺寸是1×1m的襯底實施多圖形來形成這類尺寸的顯示器部分以大量生產(chǎn)。
如已經(jīng)說明的那樣，應(yīng)用本發(fā)明的范圍極其廣泛，適用于所有領(lǐng)域的電子設(shè)備。本發(fā)明的電子設(shè)備可通過自由組合實施方案1-7來實現(xiàn)。
本發(fā)明使依靠等離子體CVD法形成含高濃度的氬的非晶硅膜成為可能，具體的說，1×1020/cm3-1×1021/cm3的濃度，并含低于1×1017/cm3的濃度的氟。
本發(fā)明使得到具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)，含非常少量，或不含促進晶化的金屬元素的半導(dǎo)體膜成為可能，其有助于改善使用半導(dǎo)體膜作為有源層的TFT的電性能，并降低元件中的偏差。特別是在液晶顯示器件中，這能使降低由TFT性能中的偏差引起的顯示器中的陰影成為可能。
此外，在由OLED的半導(dǎo)體器件中，本發(fā)明降低了TFT開電流(Ion)的偏差(向安排在驅(qū)動電路或像素中的OLED提供電流的TFT)，其如此安排以便于給予像素電極穩(wěn)定電流，并且亮度的偏差被抑制。
另外本發(fā)明不僅除去或減少有助于晶化的金屬元素，而且除去或減少作為雜質(zhì)的其它金屬元素(Fe、Cu等)。
權(quán)利要求
1.一種制造非晶半導(dǎo)體膜的方法，包括將含有硅烷、稀有氣體和氫氣的起始氣體中引入到膜形成室；產(chǎn)生所述起始氣體的等離子體；和使用所述等離子體形成包含濃度為1×1018cm-3至1×1022cm-3的稀有氣體元素的非晶半導(dǎo)體膜；其中所述非晶半導(dǎo)體膜包含濃度在1×1015cm-3至1×1017cm-3的氟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的制造非晶半導(dǎo)體膜的方法，其中所述稀有氣體元素是選自含有He、Ne、Ar、Kr和Xe的組中的一種或多種元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的制造非晶半導(dǎo)體膜的方法，其中所述硅烷是甲硅烷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的制造非晶半導(dǎo)體膜的方法，其中引入到膜形成室中的甲硅烷相對于稀有氣體的流速控制在0.1∶99.9至1∶9。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的制造非晶半導(dǎo)體膜的方法，其中引入到膜形成室中的甲硅烷相對于稀有氣體的流速控制在1∶99至5∶95。
6.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成柵電極；在柵電極上形成柵絕緣膜；將含有硅烷、稀有氣體和氫氣的起始氣體中引入到膜形成室；產(chǎn)生所述起始氣體的等離子體；和形成包含濃度為1×1018cm-3至1×1022cm-3的稀有氣體元素的非晶半導(dǎo)體膜；和構(gòu)圖所述非晶半導(dǎo)體膜；其中所述構(gòu)圖的非晶半導(dǎo)體膜包含濃度在1×1015cm-3至1×1017cm-3的氟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述稀有氣體元素是選自含有He、Ne、Ar、Kr和Xe的組中的一種或多種元素。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述硅烷是甲硅烷。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中引入到膜形成室中的甲硅烷相對于稀有氣體的流速控制在0.1∶99.9至1∶9。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中引入到膜形成室中的甲硅烷相對于稀有氣體的流速控制在1∶99至5∶95。
全文摘要
本發(fā)明通過使用促進半導(dǎo)體膜晶化的金屬元素形成具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜，有效地除去殘留在膜中的金屬元素以減少元件中的偏差?；谧鳛樾纬晌∥坏牟襟E的等離子體CVD法得到具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜，典型地，非晶硅膜，用甲硅烷、稀釋有氣體元素和氫作為起始氣體，膜包含高濃度，或，具體地，1×10
文檔編號C23C16/24GK1956150SQ20061014456
公開日2007年5月2日 申請日期2002年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月1日
發(fā)明者淺見勇臣, 一條充弘, 鈴木規(guī)悅, 大沼英人, 米澤雅人 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所