專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
近些年來對利用薄膜半導(dǎo)體在玻璃或石英襯底上形成晶體管(稱為薄膜晶體管)的技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了研究。特別是利用非晶硅作為薄膜半導(dǎo)體的技術(shù)已經(jīng)得到了實際應(yīng)用，用于有源矩陣型液晶顯示設(shè)備和類似設(shè)備中。
然而，利用非晶硅的薄膜晶體管具有特性差的問題。例如，如果希望改進(jìn)有源矩陣型液晶顯示設(shè)備的顯示性能，利用非晶硅的薄膜晶體管的特性就顯得太差了，以至不能達(dá)此目的。
此外，已知有這樣的技術(shù)，利用其中非晶硅膜已經(jīng)被結(jié)晶的結(jié)晶硅膜構(gòu)成薄膜晶體管。這些技術(shù)包括在形成非晶硅膜之后進(jìn)行熱處理或用激光照射，將非晶硅膜變成結(jié)晶硅膜。通過將非晶硅膜結(jié)晶得到的結(jié)晶硅膜通常具有多晶硅結(jié)構(gòu)或微晶硅結(jié)構(gòu)。
通過利用結(jié)晶硅膜構(gòu)成薄膜晶體管，就能得到比用非晶硅膜要好得多的特性。例如，考慮遷移率，它是評價薄膜晶體管特性的一項重要指標(biāo)，利用非晶硅膜的薄膜晶體管的遷移率是1cm2／Vs，但是利用結(jié)晶硅膜的薄膜晶體管可以得到的遷移率的值大約為100cm2／Vs。
然而，通過使非晶硅膜結(jié)晶得到的結(jié)晶硅膜具有多晶結(jié)構(gòu)，并且晶粒界面引起了許多問題。例如，由于一些載流子通過晶粒界面遷移，所以存在耐壓受到極大限制的問題。再一個的問題是，在高速操作下容易出現(xiàn)特性的改變和下降。進(jìn)一步的問題是，由于一些載流子通過晶粒界面遷移，所以當(dāng)薄膜晶體管截止時存在一個很大的漏電流。
另外，為了以更高集成度的方式構(gòu)成有源矩陣型液晶顯示設(shè)備，不僅需要在單一的玻璃襯底上形成像素區(qū)，而且需要形成外圍電路。在這種情況下，排列在外圍電路中的薄膜晶體管必須能夠處理大電流，以便驅(qū)動以矩陣形式排列的許許多多的像素晶體管。
為了得到能夠處理大電流的薄膜晶體管，需要采用寬溝道的結(jié)構(gòu)。然而，利用多晶硅膜或微晶硅膜的薄膜晶體管存在著這樣的問題，即由于耐壓的問題，即使加寬溝道，也不能實現(xiàn)上述目的。再一個問題是閾值電壓等的變化很大，因此它們不實用。
本說明書公開的發(fā)明旨在提供一種薄膜晶體管，它不受晶粒界面的影響。
本說明書公開的發(fā)明的另一個目的是提供一種薄膜晶體管，它具有很高的耐壓性，利用這一點就能處理大電流。
本說明書公開的發(fā)明的再一個目的是提供一種薄膜晶體管，它的特性不下降或改變。
本說明書公開的一個發(fā)明是一種半導(dǎo)體器件，它利用了形成在具有絕緣表面的襯底上的薄膜硅半導(dǎo)體，其中上述薄膜硅半導(dǎo)體具有一個可以被認(rèn)為實際上是單晶體的區(qū)域，上述區(qū)域構(gòu)成至少一部分有源層，以及上述區(qū)域包含濃度在1×1016cm-3和5×1018cm-3之間的碳和氮原子，濃度在1×1017cm-3和5×1019cm-3之間的氧原子，和濃度在1×1017cm-3和5×1020cm-3之間的氫原子，氫原子中和硅中不成對的鍵。
利用上述結(jié)構(gòu)，可以被認(rèn)為實際上是單晶體的一個區(qū)域稱為薄膜硅半導(dǎo)體區(qū)，它具有取結(jié)晶度等于單晶硅片的結(jié)晶度的晶體結(jié)構(gòu)。特別是，可以被認(rèn)為實際上是單晶體的區(qū)域被定義為這樣一個區(qū)域，其中與單晶硅的喇曼光譜相比的喇曼光譜強度比至少是0．8，半幅度的全寬度的比(相對值)是2或小于2，同時在所述區(qū)域中實際上沒有晶粒界面。
可以被認(rèn)為實際上是單晶體的這一區(qū)域可以利用非晶硅膜作為起始膜，并對它進(jìn)行熱處理或用激光照射得到。特別是通過攙入促進(jìn)硅結(jié)晶的金屬元素，就能在一個大面積上相對容易地得到上述可以被認(rèn)為實際上是單晶體的區(qū)域。
從Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Zn、Ag和Au中選擇的一種或多種元素可以用作促進(jìn)硅結(jié)晶的金屬元素。這些元素具有這樣的特性，即當(dāng)進(jìn)行熱處理或用激光照射時，它們滲入硅，并在硅中分散。上述元素中，利用Ni(鎳)元素就能得到特別明顯的效果。
在完成結(jié)晶以后在1×1016和5×1019cm-3之間的濃度下將上述金屬元素包含在最終的硅膜中是非常重要的。如果金屬元素的濃度小于1×1016cm-3，那么不可能獲得結(jié)晶促進(jìn)作用，而如果濃度大于5×1019cm-3，那么半導(dǎo)體的質(zhì)量下降。
以下方法可用于在硅薄膜中形成可以被認(rèn)為實際上是單晶體的區(qū)域。首先在玻璃襯底或石英襯底上形成非晶硅膜，然后在非晶硅膜的表面形成包含鎳的一層膜。包含鎳的膜可以是這樣一種膜，其中通過例如濺射方法或一種適合的方法形成一層極端薄的鎳膜，利用該適合的方法，將包含鎳的溶液施加到非晶硅膜的表面上，由此淀積與非晶硅膜接觸的鎳元素。
將鎳元素攙入非晶硅膜以后，通過熱處理使非晶硅膜結(jié)晶。由于鎳金屬的作用，這一熱處理過程可在600℃或600℃以下的溫度下進(jìn)行。如果用玻璃襯底作為襯底，那么熱處理的溫度最好盡可能地低，但是考慮到結(jié)晶過程的效率，溫度在500℃或500℃以上，最好在550℃或550℃以上是有利的。應(yīng)注意的是，當(dāng)用石英襯底作為襯底時，可在800℃或800℃以上的溫度下進(jìn)行熱處理，并且有可能在短時間得到結(jié)晶硅膜。通過這一過程得到的結(jié)晶硅膜具有多晶硅或微晶硅的形式，并且在膜中存在晶粒界面。
然后，用激光照射該樣品，它被加熱到450℃或450℃以上的溫度，局部促進(jìn)結(jié)晶。通過這一過程，能夠形成可以被認(rèn)為是單晶體的一個區(qū)域。當(dāng)用激光照射時，將樣品或被照射表面加熱到450℃或450℃以上的溫度是非常重要的。加熱溫度最好在450℃和750℃之間，特別是，當(dāng)用玻璃襯底作為襯底時，在450℃和600℃之間。
此外，可以作為形成可以被認(rèn)為是單晶體的區(qū)域的另一方法是這樣一種方法，其中形成非晶硅膜，攙入促進(jìn)硅結(jié)晶的一種金屬元素，通過用激光照射而不進(jìn)行熱處理形成可以被認(rèn)為是單晶體的區(qū)域。在這種情況下，用激光照射時將樣品加熱到450℃和750℃之間也是非常重要的，特別是，如果用玻璃襯底作為襯底，則將它加熱到在450℃和600℃之間的溫度。
現(xiàn)在將說明用激光照射期間加熱樣品的意義。圖4表示這時的喇曼光譜強度，即激光照在非晶硅膜上，其中在玻璃襯底上已經(jīng)形成了基氧化硅膜，它的上面已經(jīng)形成了非晶硅膜并且其表面已經(jīng)攙入了鎳金屬。此外，每個圓點表示當(dāng)用激光照射時樣品被加熱到的溫度。
圖4所示的喇曼強度是表示單晶硅片的喇曼光譜強度I0與樣品的喇曼光譜強度I之間的比(I／I0)的相對值。該喇曼光譜強度被定義為喇曼光譜強度的最大值，如圖7所示。通常沒有超過單晶硅片的晶體結(jié)構(gòu)，因此圖4中縱軸上表示的喇曼強度的最大值是1?？梢钥吹?，當(dāng)喇曼強度的值接近1時，結(jié)構(gòu)接近單晶結(jié)構(gòu)。
圖5表示樣品加熱到不同溫度的喇曼光譜的半幅度的全寬度和激光照射的能量密度之間關(guān)系的曲線。縱軸上表示的半幅度的全寬度是表示單晶硅片的喇曼光譜強度的一半位置的光譜寬度W0和樣品實際得到的喇曼光譜強度的一半位置的光譜寬度W之間的比(W／W0)的一個參數(shù)。W和W0定義為喇曼光譜強度的一半位置的光譜寬度，如圖7所示。通常窄的尖的喇曼光譜意味著結(jié)晶度極好。所以通常單晶硅的喇曼光譜的寬度是最細(xì)最尖的。應(yīng)注意的是，所用的樣品與得到圖4所示數(shù)據(jù)的樣品相同。
這樣，圖5所示的半幅度的全寬度通常是1或大于1。可以進(jìn)一步看到，當(dāng)該值接近1時，結(jié)構(gòu)接近單晶結(jié)構(gòu)。從圖5可以看到，如果提高用激光照射期間樣品被加熱的溫度，那么就能得到接近單晶體的結(jié)晶度?？梢赃M(jìn)一步看到，由于加熱樣品，在大約500℃時效果變得飽和。從圖5可以得出這樣的結(jié)論，為了得到接近單晶體的結(jié)晶度的穩(wěn)定的結(jié)晶度，加熱到400℃是不可靠的，因此為了提供一些余量，最好加熱到450℃或450℃以上。
根據(jù)本發(fā)明人的觀點，如果圖4所示的喇曼強度是0．8或大于0．8，圖5所示的喇曼光譜的半幅度的全寬度是2．0或小于2．0，一個區(qū)域就可以被認(rèn)為是單晶體，并且該區(qū)域中實際上沒有晶粒界面。
可以被認(rèn)為是單晶體的區(qū)域是這樣一種區(qū)域，其中通過等離子體CVD法或減壓熱CVD法形成的硅膜用作起始膜，并且該膜包含濃度在1×1016和5×1018cm-3之間的碳和氮，以及濃度在1×1017和5×1019cm-3之間的氧。此外，原則上存在晶格缺陷，因此包含濃度在1×1017和5×1020cm-3之間的的氫，以便中和硅中不成對的鍵。換句話說，可以被認(rèn)為是單晶體的區(qū)域的特性是雖然它具有點缺陷，但是沒有線缺陷或面缺陷。應(yīng)注意的是，包含的元素濃度定義為通過SIMS(次級離子質(zhì)譜法)測量的最小值。
上述可以被認(rèn)為是單晶體的區(qū)域不同于通常的單晶體片。其原因在于它是通過CVD法形成的厚度大約在200和2000之間的薄膜半導(dǎo)體。
本發(fā)明的另一構(gòu)成是一種半導(dǎo)體器件，它利用了形成在具有絕緣表面的襯底上的薄膜硅半導(dǎo)體，其中上述薄膜硅半導(dǎo)體具有一個可以被認(rèn)為實際上是單晶體的區(qū)域，上述區(qū)域構(gòu)成至少一部分有源層，以及上述區(qū)域包含濃度在1×1016cm-3和5×1018cm-3之間的碳和氮原子，和濃度在1×1017cm-3和5×1019cm-3之間的氧原子。
本發(fā)明的另一構(gòu)成是
一種半導(dǎo)體器件，它利用了形成在具有絕緣表面的襯底上的薄膜硅半導(dǎo)體，其中上述薄膜硅半導(dǎo)體具有一個可以被認(rèn)為實際上是單晶體的區(qū)域，上述區(qū)域構(gòu)成至少一部分有源層，以及上述區(qū)域包含濃度在1×1017cm-3和5×1020cm-3之間的氫原子，氫原子中和硅中不成對的鍵。
本發(fā)明的另一構(gòu)成是一種半導(dǎo)體器件，它利用了形成在具有絕緣表面的襯底上的薄膜硅半導(dǎo)體，其中上述薄膜硅半導(dǎo)體具有一個可以被認(rèn)為實際上是單晶體的區(qū)域，上述區(qū)域構(gòu)成至少一部分有源層，以及上述區(qū)域包含濃度在1×1016cm-3和5×1018cm-3之間的碳和氮原子，濃度在1×1017cm-3和5×1019cm-3之間的氧原子，和濃度在1×1017cm-3和5×1020cm-3之間的氫原子，氫原子中和硅中不成對的鍵，以及上述薄膜硅半導(dǎo)體的厚度平均在200和2000之間。
本發(fā)明的另一構(gòu)成是一種半導(dǎo)體器件，它利用了形成在具有絕緣表面的襯底上的薄膜硅半導(dǎo)體，其中具有晶體結(jié)構(gòu)的上述薄膜硅半導(dǎo)體的一個區(qū)域，該區(qū)域可以被認(rèn)為實際上是單晶體，構(gòu)成至少一個溝道形區(qū)域，以及上述溝道形區(qū)域包含濃度在1×1016cm-3和5×1018cm-3之間的碳和氮原子，濃度在1×1017cm-3和5×1019cm-3之間的氧原子，和濃度在1×1017cm-3和5×1020cm-3之間的氫原子，氫原子中和硅中不成對的鍵。
本發(fā)明的另一構(gòu)成是
制造半導(dǎo)體器件的一種方法，該方法包括步驟通過用激光照射形成在具有一絕緣表面的襯底上的硅薄膜，形成可以被認(rèn)為是單晶體的一個區(qū)域，其中上述激光照射是在這樣一種狀態(tài)下進(jìn)行的，樣品已經(jīng)被加熱到450℃和750℃之間的一個溫度。
本發(fā)明的另一構(gòu)成是一種半導(dǎo)體器件，它具有多個薄膜晶體管并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，以及上述多個薄膜晶體管中的每一個具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中溝道形區(qū)域中實際上沒有晶粒界面。
本發(fā)明的另一構(gòu)成是一種半導(dǎo)體器件，它具有多個薄膜晶體管并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，上述多個薄膜晶體管中的每一個具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中溝道形區(qū)域中實際上沒有晶粒界面，以及上述溝道形區(qū)域包含濃度在1×1016cm-3和5×1018cm-3之間的碳和氮原子，濃度在1×1017cm-3和5×1019cm-3之間的氧原子，和濃度在1×1017cm-3和5×1020cm-3之間的氫原子，氫原子中和硅中不成對的鍵。
本發(fā)明的另一構(gòu)成是一種半導(dǎo)體器件，它具有多個薄膜晶體管并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，上述多個薄膜晶體管中的每一個具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中溝道形區(qū)域中實際上沒有晶粒界面，上述溝道形區(qū)域的厚度在200和2000之間，以及上述溝道形區(qū)域包含濃度在1×1016cm-3和5×1018cm-3之間的碳和氮原子，濃度在1×1017cm-3和5×1019cm-3之間的氧原子，和濃度在1×1017cm-3和5×1020cm-3之間的氫原子，氫原子中和硅中不成對的鍵。
本發(fā)明的另一構(gòu)成是一種半導(dǎo)體器件，它具有多個薄膜晶體管并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，
以及上述多個薄膜晶體管中的每一個是由薄膜硅半導(dǎo)體構(gòu)成的，其中溝道形區(qū)域可以被認(rèn)為實際上是單晶體。
通過利用薄膜半導(dǎo)體晶體管的可以被認(rèn)為是單晶體的區(qū)域作為有源層構(gòu)成薄膜晶體管，就能得到具有高的耐壓性，并且特性不改變或下降的薄膜晶體管。
此外，通過采用這樣一種結(jié)構(gòu)，其中多個薄膜晶體管并聯(lián)連接，這些薄膜晶體管是利用薄膜硅半導(dǎo)體的可以被認(rèn)為是單晶體的區(qū)域作為有源層構(gòu)成，就能得到這樣一種結(jié)構(gòu)，通過該結(jié)構(gòu)能夠允許大電流流動。通過這種結(jié)構(gòu)，就能得到實際上與增加溝道寬度相同的效果。通過采用這種結(jié)構(gòu)，就能得到與采用可以被認(rèn)為是單晶體的半導(dǎo)體形成的晶體管相同的特性，并且能夠得到大的遷移率、高的耐壓性和穩(wěn)定的特性。


圖1(A)至1(D)表示薄膜晶體管的一個實施例的制造步驟。
圖2(A)至2(D)表示薄膜晶體管的一個實施例的制造步驟。
圖3表示薄膜晶體管的一個實施例的結(jié)構(gòu)。
圖4表示在對樣品加熱的溫度改變的情況下，激光照射的能量密度與喇曼強度之間的關(guān)系。
圖5表示在對樣品加熱的溫度改變的情況下，激光照射的能量密度與喇曼光譜的半幅度的全寬度之間的關(guān)系。
圖6表示集成在單一襯底上的液晶光電設(shè)備的一個例子。
圖7表示喇曼光譜的一個例子。
圖8表示薄膜晶體管的一個實施例的結(jié)構(gòu)。本實施例利用玻璃襯底(Corning 7059)作為襯底，例如在低于玻璃襯底的變形溫度的一個溫度下制造薄膜晶體管。Corning 7059玻璃的變形溫度是593℃，因此高于這一溫度的熱處理溫度是不合適的，因為這會引起玻璃襯底的收縮和變形。特別是，如果所用的玻璃襯底具有大的表面積，例如用在特別大的液晶顯示設(shè)備中，玻璃襯底的收縮和變形就具有顯著的效果。
因此，本實施例所示的薄膜晶體管的特征在于通過使熱處理步驟中的最高溫度為600℃或600℃以下，最好為550℃或550℃以下，大大地減小了熱量對襯底的影響。
圖1表示本實施例中所給出的薄膜晶體管的制造步驟。首先，在作為基膜的石英襯底101上通過濺射法形成厚度為3000的硅氧化膜102。然后通過等離子體CVD法或低壓熱CVD法形成厚度為500的非晶硅膜103(圖1(A))。
形成非晶硅膜103后，在600℃的溫度下進(jìn)行熱處理，從而使非晶硅膜103結(jié)晶。然后照射激光，在用104表示的區(qū)域的中央進(jìn)行晶體生長，得到可以被認(rèn)為是單晶體的結(jié)晶區(qū)106。在被照射的樣品或表面加熱到600℃的同時，用激光進(jìn)行照射。激光照射在圖1中用104表示的區(qū)域中進(jìn)行，同時從104所示的區(qū)域向外進(jìn)行晶體生長(圖1(A))。
在上述步驟中，最好將促進(jìn)硅結(jié)晶的一種金屬元素攙入非晶硅膜。這樣就能在較大的表面積上形成可以被認(rèn)為是單晶體的區(qū)域。
得到可以被認(rèn)為是單晶體的區(qū)域106以后，利用該區(qū)域，通過形成圖案得到薄膜晶體管的有源層。最好在可以被認(rèn)為是單晶體的區(qū)域中形成整個有源層。然而，根據(jù)有源層的尺寸，存在某些情況，即所得的單晶體區(qū)域相對較小，很難構(gòu)成整個有源層。在這些情況下，就能通過使溝道形區(qū)域成為可以被認(rèn)為是單晶體的區(qū)域，來使得溝道形區(qū)域中沒有晶粒界面。
形成有源層后，采用等離子體CVD法形成厚度為1000的作為柵極絕緣膜的硅氧化物膜107。然后形成厚度為6000的其主要成分是鋁，包含0．2％的鈧的膜。然后通過使其主要成分是鋁的膜形成圖案，得到柵極電極108。
然后在包含10％酒石酸的乙二醇溶液中，利用柵極電極108作為陽極進(jìn)行陽極氧化，形成氧化層109。氧化層109的厚度大約為2000。由于存在氧化層，就能在隨后注入雜質(zhì)離子的步驟中形成不重合的柵區(qū)。
然后將對于N溝道型薄膜晶體管而言是磷離子或?qū)τ赑溝道型薄膜晶體管而言是硼離子的雜質(zhì)離子注入有源區(qū)。在這一步驟中，柵極電極108和它周圍的氧化層109作為掩模，并且將雜質(zhì)離子注入以110和114表示的區(qū)域。然后已經(jīng)注入雜質(zhì)離子的區(qū)域110形成源區(qū)，而區(qū)域114形成漏區(qū)。此外，電極108周圍的氧化層109作為掩模，并同時形成不重合的柵區(qū)111和113。以自對準(zhǔn)方式還進(jìn)一步形成溝道形區(qū)域112。(圖1(C))完成雜質(zhì)離子注入步驟以后，用激光照射，從而使被雜質(zhì)離子注入損壞的有源層退火(annealing)，并激活注入的雜質(zhì)。這一步驟也可以通過用強光如紅外光照射來完成。
此外，通過等離子體CVD法形成厚度為7000的硅氧化物膜115，作為層絕緣膜。穿過開孔步驟之后，形成源極電極116和漏極電極117。進(jìn)一步在350℃的氫氣氛中進(jìn)行熱處理，形成薄膜晶體管。(圖1(D))在本實施例所示的薄膜晶體管中，有源層是由其結(jié)構(gòu)可以被認(rèn)為是單晶體的一個區(qū)域構(gòu)成的，因此就能解決由于晶粒界面引起的耐壓低的問題，以及漏電流大的問題。[實施例2]本實施例是利用可以被認(rèn)為是單晶體的一個結(jié)晶區(qū)構(gòu)成薄膜晶體管的例子，所述區(qū)域是通過向非晶硅膜注入促進(jìn)結(jié)晶的一種金屬元素形成的。
圖2表示本實施例的制造步驟。首先，在作為基膜的玻璃襯底101上通過濺射法形成厚度為3000的硅氧化膜102。然后通過等離子體CVD法或減壓熱CVD法形成厚度為1000的非晶硅膜103。然后通過UV氧化法在非晶硅膜的表面形成一層極薄的氧化膜(未示出)。這一氧化膜旨在改善隨后施加溶液的步驟中的溶液濕潤度。此處進(jìn)行的UV氧化步驟包括在氧化的氣氛中用UV光線照射，從而在被照射的表面上形成一層極薄的氧化膜。
通過旋轉(zhuǎn)涂附法將乙酸鎳溶液涂附在上面形成極薄的氧化膜的非晶硅膜103的表面，從而形成包含鎳的膜100。由于存在膜100，所以鎳元素通過極薄的氧化膜淀積，與非晶硅膜接觸。
在這一狀態(tài)下，通過對非晶硅膜103在550℃的溫度下進(jìn)行4小時的熱處理，使其變成結(jié)晶硅膜。這里由于已經(jīng)注入了促進(jìn)結(jié)晶的金屬元素鎳，所以就能通過在550℃的溫度下進(jìn)行大約4小時的熱處理得到結(jié)晶硅膜。
得到已經(jīng)通過熱處理變成結(jié)晶硅膜的硅膜103以后，通過用激光照射從圖2中104所表示的區(qū)域進(jìn)行晶體生長。在本實施例中，已經(jīng)注入了促進(jìn)結(jié)晶的金屬元素鎳，因此就能簡單地得到如106所示的可以被認(rèn)為是單晶體的一個區(qū)域。
這樣形成可以被認(rèn)為是單晶體的區(qū)域106以后，如圖2(B)所示，利用這一區(qū)域形成薄膜晶體管的有源層。此外，在形成該有源層之前或之后，去除包含鎳的膜。
形成有源層之后，由硅氧化物膜構(gòu)成柵絕緣層107，并且進(jìn)一步形成其主要成分是鋁的柵極電極108，在其周圍形成氧化物層109。這些制造步驟與實施例1所示的相同。
以這種方式得到圖2(C)所示的狀態(tài)之后，注入雜質(zhì)離子，并形成源區(qū)110和漏區(qū)114。在這一步驟中，以自對準(zhǔn)方式形成不重合的柵區(qū)111和113，還有溝道形區(qū)域112。
此外，用激光照射，從而使被雜質(zhì)離子注入損壞的有源層退火，并激活已經(jīng)注入的雜質(zhì)。
然后通過等離子體CVD法形成硅氧化物膜115，作為層絕緣膜，經(jīng)過開孔步驟之后，形成源極電極116和漏極電極117。最后，通過在350℃的氫氣氛中進(jìn)行1小時的熱處理，形成如圖2(D)所示的薄膜晶體管。本實施例涉及在本說明書中公開的這樣一種發(fā)明構(gòu)成，它用于要求處理大電流的薄膜晶體管中。例如，在有源矩陣型液晶顯示設(shè)備的外圍電路中，需要一個可以流過大電流的緩沖放大器(具有低輸出阻抗的電源變換電路)，以便驅(qū)動提供的許許多多像素晶體管。在這種情況下，不僅顯示區(qū)而且外圍電路區(qū)被集成在一塊單一的襯底上，這就需要用薄膜晶體管構(gòu)成緩沖放大器。
為了構(gòu)造可以用于這種緩沖放大器的薄膜晶體管，薄膜晶體管的溝道形區(qū)域必需具有幾十微米或更寬的寬度。然而，如果利用具有通常是多晶硅或微晶硅結(jié)構(gòu)的結(jié)晶硅薄膜，那么耐壓低，并且存在很難構(gòu)成所需緩沖放大器的問題。此外，當(dāng)進(jìn)行高速操作時，容易出現(xiàn)特性改變和漂移的問題。這是由于每個晶體管中的閾值改變了，并且特性很可能下降。另外，產(chǎn)生的熱也帶來一系列的問題，并且由于產(chǎn)生熱的影響，會使性能下降。產(chǎn)生這些問題的主要原因是在有源層中(特別是在溝道形區(qū)域中)存在晶粒界面。
本實施例提供了多個薄膜晶體管并聯(lián)連接的一種結(jié)構(gòu)，在每個薄膜晶體管中，利用可以被認(rèn)為是單晶體的區(qū)域構(gòu)成溝道形區(qū)域，因此通過它就能處理與溝道相當(dāng)寬的薄膜晶體管類似的電流。
圖3表示本實施例所示的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)。本實施例中給出的結(jié)構(gòu)表示其中三個薄膜晶體管是并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。在圖3所示的結(jié)構(gòu)中，在每個薄膜晶體管中形成溝道形區(qū)域和其周圍的有源層是由可以被認(rèn)為是單晶體的硅半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成的。
在圖3中，106表示的區(qū)域是可以被認(rèn)為是單晶體的區(qū)域。106表示的可以被認(rèn)為是單晶體的區(qū)域包括溝道形區(qū)域和源／漏區(qū)部分。因此就能不僅構(gòu)成溝道形區(qū)域，而且構(gòu)成源區(qū)和溝道形區(qū)域及其附近區(qū)域之間的界面，以及漏區(qū)和溝道形區(qū)域及其附近區(qū)域之間的界面，因此它們可以被認(rèn)為是單晶體。
當(dāng)采用這一結(jié)構(gòu)時，就能解決由于存在晶粒界面引起的問題。
換句話說，就能解決耐壓低的問題，性能下降的問題和閾值改變的問題。此外，由于減少了通過晶粒界面在源和漏之間遷移的載流子的數(shù)目，所以就能減小截止電流。
通過圖3所示結(jié)構(gòu)的A-A1的斷面對應(yīng)圖1(D)。換句話說，在圖3的結(jié)構(gòu)中，圖1(D)所示的三個薄膜晶體管是并聯(lián)連接的。每個晶體管具有公共的柵極電極，并且通過觸片305和306將源極電極和漏極電極連在一起。
如果采用本實施例的結(jié)構(gòu)，通過將三個薄膜晶體管并聯(lián)連接，就能進(jìn)行與采用溝道寬度為60μm的薄膜晶體管相同的操作，即使每個薄膜晶體管的溝道寬度是20μm。
本實施例表示三個薄膜晶體管并聯(lián)連接的例子。然而，可以按需要選擇并聯(lián)連接的薄膜晶體管的數(shù)目。
通過采用本實施例所示的結(jié)構(gòu)，就能得到其特性類似于利用可以被認(rèn)為是單晶體的半導(dǎo)體的薄膜晶體管的薄膜晶體管，并且可以處理大電流。因此就能進(jìn)行高速操作，并且進(jìn)一步能得到特性不下降或不改變的一種結(jié)構(gòu)。
本實施例所示的結(jié)構(gòu)可以說對需要大電流流動的電路是理想的，例如有源矩陣型液晶顯示設(shè)備的外圍電路中提供的緩沖放大器。[實施例4]圖6表示利用本說明書中公開的發(fā)明的高精度有源矩陣型液晶顯示系統(tǒng)的構(gòu)成。通過將通常安裝在計算機主板上的半導(dǎo)體芯片固定到至少一個液晶顯示器的基板上，該液晶顯示器具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中液晶夾在一對基板之間，圖6所示的例子可以做得體積小、重量輕而且薄。
現(xiàn)在說明圖6?；?5是一種液晶顯示器基板，利用TFT在基板15上形成有源矩陣電路14，X解碼器／驅(qū)動器，Y解碼器／驅(qū)動器和XY分路電路，電路14由多個像素形成，提供有TFT 11，像素電極12和輔助電容器13。為了驅(qū)動有源矩陣電路，在外圍電路中必須提供具有低輸出阻抗的緩沖器電路，這一緩沖器電路最好利用圖3所示的電路構(gòu)成。
其它芯片也安裝到基板15上。借助于例如引線接合法或COG(玻璃上的芯片)法，將這些芯片連接到基板15上的電路上。在圖6中，以這一方式安裝的芯片是校正存儲器、存儲器、CPU和輸入板，但是也可以安裝其它各種芯片。
在圖6中，輸入板是一個電路，它讀已經(jīng)從外面輸入的信號，并將它們轉(zhuǎn)換成圖像信號。校正存儲器是有源矩陣板獨有的一種存儲器，用于校正輸入信號等，以便使它們與該板的特性匹配。特別是，校正存儲器采用非易失性存儲器，存儲每個像素獨有的信息，并單獨將它們進(jìn)行校正。換句話說，如果在光電設(shè)備的一個像素中存在一個點缺陷，那么信號送至該點周圍的像素以便與之匹配，從而覆蓋該點缺陷，因此該缺陷看不到了。此外，如果一個像素比周圍的像素暗，那么較大的信號送至該像素，因此它的亮度與周圍像素的亮度相同。對每個板而言，像素缺陷信息是不同的，因此對每個板而言，存儲在校正存儲器中的信息是不同的。
CPU和存儲器的功能與普通計算機的相同，特別是為對應(yīng)于每個像素的圖像存儲器提供的存儲器是RAM。所有這些芯片都是CMOS型的。
通過利用本說明書公開的發(fā)明構(gòu)成至少一部分所要求的集成電路，進(jìn)一步能夠增強系統(tǒng)的薄膜。
以這一方式，甚至在液晶顯示基板上形成CPU和存儲器，以及在單一基板上構(gòu)成電子設(shè)備如簡單的個人計算機，這在減小液晶顯示系統(tǒng)的尺寸和加寬它們的應(yīng)用范圍方面是極其有利的。
能夠?qū)⒗帽菊f明書中公開的發(fā)明制造的薄膜晶體管用于在系統(tǒng)化的液晶顯示器中所需的電路。特別是，將利用可以被認(rèn)為是單晶體的區(qū)域制造的薄膜晶體管用于模擬緩沖器電路或其它所需電路是極其有利的。本實施例涉及三個薄膜晶體管并聯(lián)連接的一種結(jié)構(gòu)，如圖8所示。圖8中，804表示公共的有源層，803表示可以被認(rèn)為是單晶體的一個區(qū)域，并且該區(qū)域形成在有源層中。圖8中，表示了三個可以被認(rèn)為是單晶體的區(qū)域，在三個可以被認(rèn)為是單晶體的區(qū)域中形成每個薄膜晶體管的溝道形區(qū)域。
801是公共的柵極電極和柵極引線。805是公共的源極電極和源極引線。806是公共的漏極電極和漏極引線。另外，802表示源／漏電極和源／漏區(qū)之間的接觸部分。
通過利用本說明書公開的發(fā)明，就能得到不受晶粒界面影響的薄膜晶體管。另外還能得到具有高耐壓性的薄膜晶體管，其特性不改變，并能處理大電流。此外，由于能夠在不受晶粒界面影響的情況下使薄膜晶體管工作，所以就能得到截止電流小的特性。
權(quán)利要求
1．一種半導(dǎo)體器件，它利用了形成在具有絕緣表面的襯底上的薄膜半導(dǎo)體，其中該薄膜半導(dǎo)體具有一個可以被認(rèn)為實際上是單晶體的區(qū)域，該區(qū)域構(gòu)成至少一部分有源層，以及該區(qū)域包含濃度在5×1018cm-3或以下的碳和氮原子，濃度在5×1019cm-3或以下的氧原子，和濃度在5×1020cm-3或以下的氫原子，氫原子中和半導(dǎo)體內(nèi)不成對的鍵，其中該區(qū)域的半極值的全寬度與單晶硅的半極值的全寬度之比是2或小于2。
2．權(quán)利要求1的器件，其中薄膜半導(dǎo)體包括硅。
3．一種半導(dǎo)體器件，它利用了形成在具有絕緣表面的襯底上的薄膜半導(dǎo)體，其中該薄膜半導(dǎo)體具有一個可以被認(rèn)為實際上是單晶體的區(qū)域，該區(qū)域構(gòu)成至少一部分有源層，以及該區(qū)域包含濃度在5×1018cm-3或以下的碳和氮原子，濃度在5×1019cm-3或以下的氧原子，和濃度在5×1020cm-3或以下的氫原子，氫原子中和半導(dǎo)體內(nèi)不成對的鍵，其中可以被認(rèn)為實際上是單晶體的區(qū)域包含從Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Zn、Ag和Au中選擇的濃度為5×1019cm-3或以下的促進(jìn)硅結(jié)晶的一種或多種金屬元素。
4．權(quán)利要求3的器件，其中薄膜半導(dǎo)體包括硅。
5．權(quán)利要求3的器件，其中該區(qū)域的半極值的全寬度與單晶硅的半極值的全寬度之比是2或小于2。
6．一種半導(dǎo)體器件，它利用了形成在具有絕緣表面的襯底上的薄膜半導(dǎo)體，其中該薄膜半導(dǎo)體具有一個可以被認(rèn)為實際上是單晶體的區(qū)域，該區(qū)域構(gòu)成至少一部分有源層，和包含濃度為5×1020cm-3或以下的氫原子，氫原子中和半導(dǎo)體內(nèi)不成對的鍵，其中可以被認(rèn)為實際上是單晶體的區(qū)域包含從Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Zn、Ag和Au中選擇的濃度為5×1019cm-3或以下的促進(jìn)硅結(jié)晶的一種或多種金屬元素。
7．權(quán)利要求6的器件，其中薄膜半導(dǎo)體包括硅。
8．權(quán)利要求6的器件，其中該區(qū)域的半極值的全寬度與單晶硅的半極值的全寬度之比是2或小于2。
9．一種半導(dǎo)體器件，它利用了形成在具有絕緣表面的襯底上的薄膜半導(dǎo)體，其中該薄膜半導(dǎo)體具有一個可以被認(rèn)為實際上是單晶體的區(qū)域，該區(qū)域構(gòu)成至少一部分有源層，以及該區(qū)域包含濃度在5×1018cm-3或以下的碳和氮原子，濃度在5×1019cm-3或以下的氧原子，和濃度在5×1020cm-3或以下的氫原子，氫原子中和半導(dǎo)體內(nèi)不成對的鍵，薄膜半導(dǎo)體的厚度平均在200和2000之間，和該區(qū)域中的喇曼光譜強度與單晶硅的喇曼光譜強度之比至少是0．8，其中可以被認(rèn)為實際上是單晶體的區(qū)域包含從Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Zn、Ag和Au中選擇的濃度為5×1019cm-3或以下的促進(jìn)硅結(jié)晶的一種或多種金屬元素。
10．權(quán)利要求9的器件，其中薄膜半導(dǎo)體包括硅。
11．權(quán)利要求9的器件，其中該區(qū)域的半極值的全寬度與單晶硅的半極值的全寬度之比是2或小于2。
12．一種半導(dǎo)體器件，它具有多個薄膜晶體管并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，多個薄膜晶體管中的每一個具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中溝道形成區(qū)域中實際上沒有晶粒界面，以及該溝道形成區(qū)域包含濃度在5×1018cm-3或以下的碳和氮原子，濃度在5×1019cm-3或以下的氧原子，和濃度在5×1020cm-3或以下的氫原子，氫原子中和溝道形成區(qū)域內(nèi)不成對的鍵，其中多個薄膜晶體管中的每一個的一層有源層包含從Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Zn、Ag和Au中選擇的濃度為5×1019cm-3或以下的促進(jìn)硅結(jié)晶的一種或多種金屬元素。
13．權(quán)利要求12的器件，其中溝道形成區(qū)域包括硅。
14．權(quán)利要求12的器件，其中溝道形成區(qū)域的厚度為200至2000。
15．一種半導(dǎo)體器件，它具有多個薄膜晶體管并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，多個薄膜晶體管中的每一個具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中溝道形成區(qū)域中實際上沒有晶粒界面，溝道形成區(qū)域的厚度為200至2000，以及該溝道形成區(qū)域包含濃度在5×1018cm-3或以下的碳和氮原子，濃度在5×1019cm-3或以下的氧原子，和濃度在5×1020cm-3或以下的氫原子，氫原子中和溝道形成區(qū)域內(nèi)不成對的鍵，其中多個薄膜晶體管中的每一個的一層有源層包含從Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Zn、Ag和Au中選擇的濃度為5×1019cm-3或以下的促進(jìn)硅結(jié)晶的一種或多種金屬元素。
16．權(quán)利要求15的器件，其中溝道形成區(qū)域包括硅。
17．一種半導(dǎo)體器件，它具有多個薄膜晶體管并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，以及多個薄膜晶體管中的每一個是由薄膜半導(dǎo)體構(gòu)成的，其中溝道形成區(qū)域可以被認(rèn)為實際上是單晶體，和溝道形成區(qū)域包含濃度在5×1020cm-3或以下的氫原子，氫原子中和半導(dǎo)體內(nèi)不成對的鍵，其中溝道形成區(qū)域包含從Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Zn、Ag和Au中選擇的濃度為5×1019cm-3或以下的促進(jìn)硅結(jié)晶的一種或多種金屬元素。
18．權(quán)利要求17的器件，其中薄膜半導(dǎo)體包括硅。
19．一種半導(dǎo)體器件，它具有多個薄膜晶體管并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，多個薄膜晶體管中的每一個具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中溝道形成區(qū)域中實際上沒有晶粒界面，其中多個薄膜晶體管中的每一個的一層有源層包含從Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Zn、Ag和Au中選擇的濃度為5×1019cm-3或以下的促進(jìn)硅結(jié)晶的一種或多種金屬元素，和其中有源層包含濃度在5×1020cm-3或以下的氫原子，氫原子中和有源層內(nèi)不成對的鍵。
20．權(quán)利要求19的器件，其中溝道形成區(qū)域包括硅。
21．權(quán)利要求1的器件，其中薄膜半導(dǎo)體的厚度平均在200和2000之間。
22．權(quán)利要求3的器件，其中薄膜半導(dǎo)體的厚度平均在200和2000之間。
23．權(quán)利要求6的器件，其中薄膜半導(dǎo)體的厚度平均在200和2000之間。
24．一種半導(dǎo)體器件，它具有多個薄膜晶體管并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，多個薄膜晶體管中的至少一個具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中溝道形成區(qū)域中實際上沒有晶粒界面，以及該溝道形成區(qū)域包含濃度在5×1018cm-3或以下的碳和氮原子，濃度在5×1019cm-3或以下的氧原子，和濃度在5×1020cm-3或以下的氫原子，氫原子中和溝道形成區(qū)域內(nèi)不成對的鍵，其中多個薄膜晶體管中的每一個的一層有源層包含從Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Zn、Ag和Au中選擇的濃度在1×1016和5×1019cm-3之間的促進(jìn)硅結(jié)晶的一種或多種金屬元素，以及其中有源層具有被認(rèn)為實際上是單晶體的晶體結(jié)構(gòu)。
25．一種半導(dǎo)體器件，它具有多個薄膜晶體管并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，多個薄膜晶體管中的每一個具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中溝道形成區(qū)域中實際上沒有晶粒界面，以及該溝道形成區(qū)域包含濃度在5×1018cm-3或以下的碳和氮原子，濃度在5×1019cm-3或以下的氧原子，和濃度在5×1020cm-3或以下的氫原子，氫原子中和溝道形成區(qū)域內(nèi)不成對的鍵，其中多個薄膜晶體管中的每一個的至少溝道形成區(qū)域由薄膜硅晶體管構(gòu)成，薄膜硅晶體管可以被認(rèn)為實際上是單晶體。
26．一種半導(dǎo)體器件包括多個薄膜晶體管，所述多個薄膜晶體管中的每一個包括一層半導(dǎo)體有源層，該半導(dǎo)體有源層為所述多個薄膜晶體管所共有，其中所述多個薄膜晶體管中的每一個在所述有源層中具有一個溝道形成區(qū)域，以及其中所述溝道形成區(qū)域可以被認(rèn)為實際上是單晶體。
27．一種半導(dǎo)體器件包括多個薄膜晶體管，所述多個薄膜晶體管中的每一個包括一層半導(dǎo)體有源層，該半導(dǎo)體有源層為所述多個薄膜晶體管所共有，其中所述多個薄膜晶體管中的每一個在所述有源層中具有一個溝道形成區(qū)域，以及其中所述溝道形成區(qū)域?qū)嶋H上沒有晶粒界面。
28．權(quán)利要求27的器件，其中雜質(zhì)不像晶粒界面那樣集中。
29．一種半導(dǎo)體器件包括襯底，所述襯底上的一個有源矩陣電路，驅(qū)動所述有源矩陣電路的一個緩沖器電路，所述緩沖器電路具有多個并聯(lián)連接的薄膜晶體管，每個薄膜晶體管具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中溝道形成區(qū)域中實際上沒有晶粒界面，以及該溝道形成區(qū)域包含濃度在5×1018cm-3或以下的碳和氮原子，濃度在5×1019cm-3或以下的氧原子，和溝道形成區(qū)域中的濃度在5×1020cm-3或以下的氫原子。
30．一種半導(dǎo)體器件包括襯底，所述襯底上的一個有源矩陣電路，驅(qū)動所述有源矩陣電路的一個緩沖器電路，所述緩沖器電路具有多個并聯(lián)連接的薄膜晶體管，每個薄膜晶體管具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中溝道形成區(qū)域中實際上沒有晶粒界面，以及該溝道形成區(qū)域包含濃度在5×1018cm-3或以下的碳和氮原子，濃度在5×1019cm-3或以下的氧原子，和溝道形成區(qū)域中的濃度在5×1020cm-3或以下的氫原子，其中多個薄膜晶體管中的每一個的一層有源層包含從Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Zn、Ag和Au中選擇的濃度為5×1019cm-3或以下的促進(jìn)有源層的材料結(jié)晶的一種或多種金屬元素。
全文摘要
用激光照射局部形成可以被認(rèn)為是單晶體的區(qū)域106,并用這些區(qū)域至少構(gòu)成溝道形區(qū)域112。通過具有這種結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管,就能得到與利用單晶體構(gòu)成的薄膜晶體管類似的特性。此外,通過并聯(lián)連接多個這樣的薄膜晶體管,就能得到實際上與溝道寬度增加的單晶體薄膜晶體管相同的特性。
文檔編號H01L21/336GK1295348SQ00133999
公開日2001年5月16日 申請日期1995年8月18日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月19日
發(fā)明者山崎舜平, 寺本聰 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所