專利名稱：有源矩陣式液晶電光器件以及具備該器件的攝象機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有源矩陣式電光器件，更具體地說，涉及一種可應(yīng)用于有源矩陣式(active-matrix)液晶電光器件之類并具有最佳開關(guān)特性的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。本發(fā)明還涉及制造這種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)用于有源矩陣式液晶電光器件的薄膜絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。在絕緣基片9上形成有阻擋層8。具有源區(qū)4，漏區(qū)5和溝道區(qū)3的半導(dǎo)體層形成于阻擋層8上。在該半導(dǎo)體層上層疊有柵絕緣膜2和柵極1。層間絕緣膜12形成在柵絕緣膜2和柵極1上。源極6和漏極7形成于層間絕緣膜12和半導(dǎo)體層上。
這種現(xiàn)有技術(shù)的絕緣柵FET的制造，按序描述如下首先，借助用SiO2作為耙的濺射法在玻璃基片9上產(chǎn)生阻擋層8。然后，借助等離子體加速的CVD法形成半導(dǎo)體層并為構(gòu)成具有源，漏和溝道區(qū)的半導(dǎo)體層而構(gòu)圖。然后，濺射氧化硅，以形成柵絕緣膜2。接著，利用低壓CVD法，產(chǎn)生被高摻磷并用于構(gòu)成柵極的導(dǎo)電層。然后，為形成柵極1而對(duì)導(dǎo)電層構(gòu)制圖樣。此后用該柵極作掩模，植入摻雜劑的離子，從而制成源區(qū)4，和漏區(qū)5。然后，對(duì)該層制品進(jìn)行熱處理，以激活它。
以這種方式制成的絕緣柵FET，其柵極1沿溝道縱向所占的長(zhǎng)度基本上與標(biāo)號(hào)10所表示的溝道長(zhǎng)度相同。在n溝道結(jié)構(gòu)情況下，這種結(jié)構(gòu)的FET之電流一電壓特性示于圖3。這種FET的缺點(diǎn)在于在反偏區(qū)13中，漏電流隨著加在源和漏區(qū)間的電壓升高而增大。在該器件用于有源矩陣式液晶電光器件時(shí)，若漏電流以這這種方式增大的話，則在非寫周期期間，借助寫電流30而儲(chǔ)存于液晶29中的電荷就象圖5(A)中所示通過該器件漏電部分的漏電電流31那樣被釋放掉了。照這樣，是不可能獲得良好對(duì)比度的。
解決這一問題的傳統(tǒng)做法是如圖5(B)所示，附加一個(gè)用以保持電荷的電容器32。然而，為構(gòu)成這種電容器，必須要有由金屬互連制成的電容電極。這導(dǎo)致孔徑比(aperture ratio)的減小。還有，據(jù)說，孔徑比是通過用ITO的透明電極來制造這種電容而得以改善的。然而，該方法需要一多余工序(excess process)，因而不受歡迎。
在這種絕緣柵FET的源和漏極中只有其中之一同一個(gè)電容性器件或一電容器相連，而且該晶體管用作開關(guān)器件的場(chǎng)合下，例如，在眾所周知的一晶體管/單元型(1 transistor/cell type)的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)的情況下，或在其每個(gè)象素具有如圖5(A)或5(B)所示電路的有源液晶顯示器的情況下，人們知道電容器上的電壓是會(huì)因?yàn)闁艠O與漏極或源極之間存在寄生電容而變化的。
這個(gè)電壓的變量V與柵壓VG和寄生電容成正比，而與電容器和寄生電容的電容量之和成反比。因此，通常在制造該晶體管時(shí)借助自動(dòng)調(diào)整技術(shù)去減小寄生電容量，從而抑制電壓的變化。但是，當(dāng)器件的尺寸減小時(shí)，寄生電容的影響則增大到即使采用自動(dòng)調(diào)整法也不容忽略不計(jì)的程度。
就設(shè)法減小變量V而言，現(xiàn)已提出一種新的方法。具體地說，如圖5(B)所示，除本身的容性器件外還并聯(lián)有一電容器，以增大該容性器件的視在電容量。然而，正如前而已述，對(duì)DRAM而言，該電容器的面積增大不能被忽略不計(jì)。對(duì)液晶顯示器而言，不能忽略不計(jì)數(shù)值孔徑的減小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供一種沒有上述諸問題的絕緣柵FET。
上述目的的實(shí)現(xiàn)途徑是將絕緣柵FET中的溝道長(zhǎng)度，即源區(qū)與漏區(qū)的間距，制作成大于柵極沿溝道的縱向(溝道長(zhǎng)度方向)所取的長(zhǎng)度，從而使偏移(offset)區(qū)分別形成于同源區(qū)和漏區(qū)相接觸的那些溝道區(qū)的部位內(nèi)。所述偏移區(qū)不受柵極的電場(chǎng)作用，或受到極微弱的柵極電場(chǎng)的作用。這種器件的電流一電壓特性示于圖4中。
本發(fā)明的另一目的是提供前段所描述的這種絕緣柵FET的加工方法。
根據(jù)本發(fā)明的一種有源矩陣式液晶電光器件，包括第一基片；在第一基片上形成的至少一個(gè)薄膜晶體管，所述薄膜晶體管包括在第一基片上的絕緣表面上形成的半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層中形成的第一對(duì)雜質(zhì)區(qū)，其中所述第一對(duì)雜質(zhì)區(qū)摻雜有具備在第一濃度下的一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)；在所述半導(dǎo)體層中形成的、在所述一對(duì)雜質(zhì)區(qū)之間的溝道區(qū)；在所述第一對(duì)雜質(zhì)區(qū)和所述溝道區(qū)之間形成的第二對(duì)雜質(zhì)區(qū)，其中，所述第二對(duì)雜質(zhì)區(qū)摻雜有具備在低于所述第一濃度的第二濃度下的所述導(dǎo)電類型的雜質(zhì)；靠近所述溝道區(qū)的柵極，柵絕緣膜在它們之間插入；在所述薄膜晶體管上形成的層間絕緣膜；在所述層間絕緣膜上形成的有機(jī)樹脂膜，所述的有機(jī)樹脂膜具有一平整的上表面，在所述的有機(jī)樹脂膜上形成的象素電極；相對(duì)于所述第一基片的第二基片；以及在所述第一和第二基片之間插入的液晶。
根據(jù)本發(fā)明的一種有源矩陣式液晶電光器件，包括具有絕緣表面的第一基片；在所述基片上形成的一個(gè)薄膜晶體管，其中所述薄膜晶體管包括半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層中形成的溝道形成區(qū)；在所述半導(dǎo)體層中形成的源區(qū)和漏區(qū)，在它們之間插入所述溝道形成區(qū)；在所述源區(qū)和漏區(qū)和所述溝道形成區(qū)之間設(shè)置的一對(duì)雜質(zhì)區(qū)，其中所述一對(duì)雜質(zhì)區(qū)包含比所述源區(qū)和漏區(qū)更低的濃度的摻雜雜質(zhì)；以及靠近所述溝道形成區(qū)的柵極，柵絕緣膜在它們之間插入；覆蓋所述薄膜晶體管的層間絕緣膜；導(dǎo)電層，在所述層間絕緣膜上形成、并通過所述層間絕緣膜的第一接觸孔連接到所述薄膜晶體管的源區(qū)或漏區(qū)之一，其中，所述導(dǎo)電層在第一接觸表面接觸所述源區(qū)或漏區(qū)之一；包含有機(jī)樹脂、在所述層間絕緣膜和所述導(dǎo)電層之上形成的平面化膜；以及象素電極，在所述平面化膜上形成、并通過所述平面化膜的第二接觸孔連接到所述導(dǎo)電層，其中，所述象素電極在第二接觸表面接觸所述導(dǎo)電層，與所述第一基片相對(duì)的第二基片；以及在所述第一和第二基片之間插入的液晶，其中，所述第二接觸表面未覆蓋所述第一接觸表面。
根據(jù)本發(fā)明的一種有源矩陣式液晶電光器件，包括具有絕緣表面的第一基片；在所述基片上形成的一個(gè)薄膜晶體管，其中所述薄膜晶體管包括半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層中形成的溝道形成區(qū)；在所述半導(dǎo)體層中形成的源區(qū)和漏區(qū)，在它們之間插入所述溝道形成區(qū)；以及靠近所述溝道形成區(qū)的柵極，柵絕緣膜在它們之間插入；覆蓋所述薄膜晶體管的層間絕緣膜；導(dǎo)電層，在所述層間絕緣膜上形成、并通過所述層間絕緣膜的第一接觸孔連接到所述薄膜晶體管的源區(qū)或漏區(qū)之一；包含有機(jī)樹脂、覆蓋所述層間絕緣膜和所述導(dǎo)電層的平面化膜；象素電極，在所述平面化膜上形成、并通過所述平面化膜的第二接觸孔連接到所述導(dǎo)電層；與所述第一基片相對(duì)的第二基片；以及在所述第一和第二基片之間插入的液晶，其中，所述導(dǎo)電層具有延伸部分，從所述第一接觸孔延伸，而所述象素電極接觸所述延伸部分。
根據(jù)本發(fā)明的一種具備有源矩陣式液晶電光器件的攝象機(jī)，包括第一基片；在第一基片上形成的至少一個(gè)薄膜晶體管，所述薄膜晶體管包括在第一基片上的絕緣表面上形成的半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層中形成的第一對(duì)雜質(zhì)區(qū)，其中所述第一對(duì)雜質(zhì)區(qū)摻雜有具備在第一濃度下的一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)；在所述半導(dǎo)體層中形成的、在所述一對(duì)雜質(zhì)區(qū)之間的溝道區(qū)；在所述第一對(duì)雜質(zhì)區(qū)和所述溝道區(qū)之間形成的第二對(duì)雜質(zhì)區(qū)，其中，所述第二對(duì)雜質(zhì)區(qū)摻雜有具備在低于所述第一濃度的第二濃度下的所述導(dǎo)電類型的雜質(zhì)；靠近所述溝道區(qū)的柵極，柵絕緣膜在它們之間插入；在所述薄膜晶體管上形成的層間絕緣膜；在所述層間絕緣膜上形成的有機(jī)樹脂膜，所述有機(jī)樹脂膜具有一平整的上表面，在所述有機(jī)樹脂膜上形成的象素電極；相對(duì)于所述第一基片的第二基片；以及在所述第一和第二基片之間插入的液晶。
根據(jù)本發(fā)明的一種具備有源矩陣式液晶電光器件的攝象機(jī)，包括具有絕緣表面的第一基片；在所述基片上形成的一個(gè)薄膜晶體管，其中所述薄膜晶體管包括半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層中形成的溝道形成區(qū)；在所述半導(dǎo)體層中形成的源區(qū)和漏區(qū)，在它們之間插入所述溝道形成區(qū)；在所述源區(qū)和漏區(qū)和所述溝道形成區(qū)之間設(shè)置的一對(duì)雜質(zhì)區(qū)，其中所述一對(duì)雜質(zhì)區(qū)包含比所述源區(qū)和漏區(qū)更低的濃度的摻雜雜質(zhì)；以及靠近所述溝道形成區(qū)的柵極，柵絕緣膜在它們之間插入；覆蓋所述薄膜晶體管的層間絕緣膜；導(dǎo)電層，在所述層間絕緣膜上形成、并通過所述層間絕緣膜的第一接觸孔連接到所述薄膜晶體管的源區(qū)或漏區(qū)之一，其中，所述導(dǎo)電層在第一接觸表面接觸所述源區(qū)或漏區(qū)之一；包含有機(jī)樹脂、在所述層間絕緣膜和所述導(dǎo)電層之上形成的平面化膜；象素電極，在所述平面化膜上形成、并通過所述平面化膜的第二接觸孔連接到所述導(dǎo)電層，其中，所述象素電極在第二接觸表面接觸所述導(dǎo)電層，與所述第一基片相對(duì)的第二基片；以及在所述第一和第二基片之間插入的液晶，其中，所述第二接觸表面未覆蓋所述第一接觸表面。
根據(jù)本發(fā)明的一種具備有源矩陣式液晶電光器件的攝象機(jī)，包括具有絕緣表面的第一基片；在所述基片上形成的一個(gè)薄膜晶體管，其中所述薄膜晶體管包括半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層中形成的溝道形成區(qū)；在所述半導(dǎo)體層中形成的源區(qū)和漏區(qū)，在它們之間插入所述溝道形成區(qū)；以及靠近所述溝道形成區(qū)的柵極，柵絕緣膜在它們之間插入；覆蓋所述薄膜晶體管的層間絕緣膜；導(dǎo)電層，在所述層間絕緣膜上形成、并通過所述層間絕緣膜的第一接觸孔連接到所述薄膜晶體管的源區(qū)或漏區(qū)之一；包含有機(jī)樹脂、覆蓋所述層間絕緣膜和所述導(dǎo)電層的平面化膜；象素電極，在所述平面化膜上形成、并通過所述平面化膜的第二接觸孔連接到所述導(dǎo)電層；與所述第一基片相對(duì)的第二基片；以及在所述第一和第二基片之間插入的液晶，其中，所述導(dǎo)電層具有延伸部分，從所述第一接觸孔延伸，而所述象素電極接觸所述延伸部分。
本發(fā)明的其它目的及特征將在以下對(duì)其的說明中顯現(xiàn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種半導(dǎo)體器件的截面視圖；圖2是傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件的截面視圖；圖3是表示圖2所示傳統(tǒng)型半導(dǎo)體器件的電流-電壓特性曲線圖；圖4是顯示圖1所示新型半導(dǎo)體器件的電流電壓特性曲線圖；圖5(A)和5(B)是傳統(tǒng)型有源矩陣式液晶電光器件的部分電路圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)例1的有源矩陣式液晶電光器件的一部分電路圖；圖7是圖6所示新型有源矩陣式液晶電光器件的那部分平面視圖；圖8(A)至8(F)是圖6和7所示新型有源矩陣式液晶電光器件的部分截面視圖，示出了制造該器件的步驟；圖9是表示本發(fā)明實(shí)例2的P-溝道TFT(薄膜晶體管)的電流電壓特性曲線圖；圖10是表示本發(fā)明實(shí)例2的n溝道TFT的電流-電壓特性曲線圖；圖11是說明實(shí)例2的漏極電流對(duì)陽極化膜的厚度的關(guān)系曲線圖；圖12是說明實(shí)例2之閾值電壓對(duì)陽極化膜之厚度的關(guān)系曲線圖；圖13是說明實(shí)例2之電場(chǎng)遷移率對(duì)陽極化膜之厚度的關(guān)系曲線圖；圖14(A)至14(D)是實(shí)例2的薄膜晶體管的部分截面示圖，示出了制造該器件的次序；圖15(A)至15(C)，是圖14(A)至14(D)所示薄膜晶體管的頂視圖，示出了該器件的制造次序；
圖16(A)至16(F)是本發(fā)明實(shí)例1的有源矩陣式液晶電光器件的部分截面視圖；圖17(a)和17(b)是表示薄膜晶體管特性的曲線圖；圖17(c)至17(f)是說明本發(fā)明薄膜晶體管之工作原理的示意圖；圖18(A)至18(D)是本發(fā)明實(shí)例5之薄膜晶體管的截面視圖，示出了制造該器件的次序；圖19(A)至19(D)是本發(fā)明實(shí)例6的薄膜晶體管的截面視圖；示出了制造該器件的次序；圖20是本發(fā)明實(shí)例6之有源矩陣式液晶電光器件的平面視圖；圖21是本發(fā)明實(shí)例7的有源矩陣式液晶電光器件的一部分電路圖；圖21(A)和21(B)是說明圖21所示有源矩陣式液晶電光器件的工作的原理圖；圖22(A)至22(C)是本發(fā)明實(shí)例6的薄膜晶體管的頂視圖，示出了制造該器件的順序。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，該圖示出了本發(fā)明場(chǎng)效應(yīng)晶體管的基本結(jié)構(gòu)。該晶體管具有絕緣基片105和建立在該基片105上的阻擋層104。成為源區(qū)100，漏區(qū)101和溝道區(qū)109的半導(dǎo)體層建立在阻擋層104上。在溝道區(qū)109上形成有柵絕緣膜110。柵極111形成于柵絕緣膜110上。屬于絕緣層的氧化層112形成于柵極111上。該氧化層112是通過對(duì)一種可被陽極化的材料進(jìn)行陽極化而形成的。源極102及漏極103是使其分別同源區(qū)和漏區(qū)相接觸而形成的。圖1中未示出層間隔離膜，但在柵極或連至該柵極的引線與源、漏區(qū)，或連至源或漏極的引線之間的寄生電容量成為問題的場(chǎng)合可用先有技術(shù)的同樣方式形成層間隔離膜。這方面的實(shí)例將在后面描述。
仍參見圖1，成為柵極111和氧化層112的柵極部分是由可被陽極化的材料制成。該柵極部分的表面部分被陽極化而形成氧化層112。待植入離子的源區(qū)100和漏區(qū)101之間的距離，即，溝道長(zhǎng)度108比柵極111沿溝道縱向所占的實(shí)際長(zhǎng)度長(zhǎng)出大約兩倍于氧化層112的厚度值。所述柵極部分包含金屬或半導(dǎo)體。柵極部分的材料主要選自鈦(Ti)，鋁(Al)，鉭(Ta)，鉻(Cr)和硅(Si)之一。另一方面，柵極部分也可由這些材料中的某些合金制成。
因此，溝道區(qū)109的那些位于從形成于柵極兩側(cè)上的氧化層112部分引伸的柵絕緣膜110的相對(duì)兩側(cè)上之部分106和107不受柵極電場(chǎng)的作用或經(jīng)受比直接處于柵極下的那些部分要弱得多的電場(chǎng)作用。這些區(qū)域106和107，特別是在結(jié)晶度和劑量方面可與溝道區(qū)相比的場(chǎng)合下，此后稱其為偏移區(qū)。
這些區(qū)域106和107可由摻雜的非晶體材料構(gòu)成。更嚴(yán)格地說，區(qū)域106和107的唯一必要條件是其結(jié)晶度次于相鄰的源區(qū)100和漏區(qū)101。例如，若源區(qū)100和漏區(qū)101是由具有大結(jié)晶顆粒的多晶硅構(gòu)成的話，則區(qū)域106和107只需由結(jié)晶度稍優(yōu)于非晶硅的半非晶硅或非晶硅構(gòu)成。若區(qū)域100和101是由半非晶硅構(gòu)成，則區(qū)域106和107可由非晶硅構(gòu)成。當(dāng)然，這些非晶體材料是需要經(jīng)過充分處理而使其呈現(xiàn)半導(dǎo)體性能的。例如，為了最大限度地減少空鍵，必須借助氫或某種鹵素來充分減少這類鍵。
通過形成這些非晶體區(qū)就可獲得如圖17(a)所示的良好的TFT特性。圖17(b)示出了先有技術(shù)的絕緣柵晶體管結(jié)構(gòu)的一薄膜晶體管的電流一電壓特性。正如比較這些特性曲線時(shí)可見到的，當(dāng)采用先有技術(shù)方法時(shí)，可觀測(cè)到反向漏電流很大。根據(jù)本發(fā)明方法，由于形成大致為非晶體的區(qū)域，從而改善了該特性。也就是說，摻雜非晶區(qū)的形成獲得了如先前已述的偏移區(qū)的形成同樣的優(yōu)點(diǎn)。
為什么非晶體區(qū)域的形成會(huì)改善該特性是無法完全理解的。一個(gè)可能的原因如下所述在非晶體區(qū)域中，添加的摻雜元素以低于晶體區(qū)域中的速率被離子化。因此，若以相同劑量添加摻雜劑，則非晶體區(qū)表現(xiàn)它們具有較低的摻雜劑濃度。也就是說，形成了大致類似于輕摻雜的漏區(qū)的區(qū)域。例如，非晶態(tài)硅室溫下的電離率為0.1-10％，這比幾乎為100％電離率的單晶或多晶半導(dǎo)體要低得多。
另一可能原因是非晶態(tài)的帶隙大于結(jié)晶態(tài)的帶隙。例如，這可通過圖17(e)和17(f)的能帶圖來解釋。就通常輕摻雜的漏區(qū)結(jié)構(gòu)晶體管而言，源、溝道和漏區(qū)之間的能帶示于圖17(c)和17(d)中。中段提升部分表示溝道區(qū)。階梯部分表示輕摻雜漏區(qū)。圖17(c)示出了柵極未加電壓時(shí)的情況。當(dāng)柵極施加以大的負(fù)電壓時(shí)，便出現(xiàn)圖17(d)所示情況。此時(shí)，在源區(qū)與溝道區(qū)之間以及溝道區(qū)與漏區(qū)之間存在禁帶，從而防止諸如電子和空穴之類的載流子的運(yùn)動(dòng)。不過，這些載流子可利用隧道效應(yīng)或以跳過帶隙內(nèi)的陷阱能級(jí)(traplevel)的方式通過帶隙。在不屬輕摻雜漏區(qū)結(jié)構(gòu)的一般薄膜晶體管(TET)中，帶隙寬度較小，故更易于流過電流。這被認(rèn)為是反向漏泄。這種現(xiàn)象對(duì)TFT來說尤為顯著，并可能由歸因于晶粒邊界的許多陷阱能級(jí)所引起，因?yàn)門FT是由諸如多晶體等的多相材料制成的。
當(dāng)增大輕摻雜漏區(qū)中的帶隙時(shí)，上述的反向漏電流便減小。這種實(shí)例示于圖17(e)和17(f)中。圖17(e)示出了未將電壓施加到柵極時(shí)的情況，圖17(f)示出柵極加有大的負(fù)電壓時(shí)的情況。當(dāng)如圖17(f)所示施加一負(fù)壓時(shí)，則正如比較圖17(f)與圖17(d)時(shí)所見，源區(qū)和溝道區(qū)之間的帶隙寬度以及溝道區(qū)和漏區(qū)之間的帶隙寬度均大于圖17(d)所示情況中的相應(yīng)寬度。隧道效應(yīng)大大地受隧道阻擋層的寬度(在此情況下為帶隙寬度)的影響。隨著帶隙寬度的稍微增大載流子穿透帶隙的概率大大減小。再者，經(jīng)由局部能級(jí)的躍遷是一種合成隧道效應(yīng)，因此，當(dāng)帶隙寬度增大時(shí)，穿述帶隙的概率會(huì)急劇下降。由于這些理由，故認(rèn)為使輕摻雜漏區(qū)具有大帶隙是有利的。非晶硅的帶隙是1.5至1.8eV，而多晶硅的帶隙為1.1eV。若輕摻雜漏區(qū)采用具有這樣寬帶隙的材料，則會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)理想的情況。
為制造根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，尤其是制造具有上述偏移區(qū)的半導(dǎo)體器件，在成為源區(qū)，漏區(qū)和溝道區(qū)的半導(dǎo)體層以及柵絕緣層110形成之后用能被陽極化的材料建立柵極部分接著，將賦予半導(dǎo)體層為P型或n型的摻雜劑離子植入該半導(dǎo)體層，以形成源區(qū)100和漏區(qū)101。此后，對(duì)柵極部分的表面進(jìn)行陽極化(陽極氧化)，以產(chǎn)生柵極111和氧化層112。此后，再進(jìn)行熱處理或其它步驟。
另一種方法是先形成半導(dǎo)體層和柵絕緣層110，再用能被陽極化的材料制作柵極部分，接著，對(duì)柵極部分的表面進(jìn)行陽極化(陽極氧化)，以形成柵極111和氧化層112。然后，將摻雜劑離子植入半導(dǎo)體層，以賦予其為P或N型，同時(shí)形成源區(qū)100和漏區(qū)101。此后，完成熱處理。
在實(shí)施這些步驟過程中，可容易地和可靠地制作其溝道長(zhǎng)度大于沿溝道縱向所占的柵極長(zhǎng)度的絕緣柵FET，而不會(huì)產(chǎn)生因掩膜偏差所引起的性能變化。
制造具有非晶體區(qū)的新型半導(dǎo)體器件的另一種方法是一開始形成為源區(qū)，漏區(qū)和溝道區(qū)的半導(dǎo)體層以及柵絕緣層110。然后，用能被陽極化的材料制造柵極部分。接著，植入摻雜劑離子，以使半導(dǎo)體層摻雜成P型或n型。因此，使半導(dǎo)體層制成非晶體的。形成源區(qū)100，漏區(qū)101，及其毗鄰的非晶體區(qū)106和107。此后，對(duì)柵極部分的表面部分進(jìn)行陽極化，以形成柵極111和氧化層112。此時(shí)，對(duì)柵極表面進(jìn)行氧化再處理。然后，當(dāng)借助應(yīng)用激光退火或閃光燈退火技術(shù)的自調(diào)整工藝將柵極部分用作掩膜時(shí)，只有源區(qū)100和漏區(qū)101可被再結(jié)晶。這一工藝過程屬于自調(diào)整型式，因?yàn)闁艠O部分遮蔽了位于柵極部分下面的底層摻雜區(qū)，故禁止了這些摻雜區(qū)的再結(jié)晶。
在利用離子植入工藝的地方，由離子的二次擴(kuò)散引起的摻雜區(qū)的范圍(spreading)可根據(jù)離子的加速能量而算出。再者，柵極的再處理是由氧化層的厚度確定的，因此，再處理也被取作為一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明，可通過精確設(shè)計(jì)而達(dá)到柵極和摻雜區(qū)之間位置關(guān)系的最佳化。更具體地說，可按公差小于10nm來控制氧化層的厚度。此外，在離子植入期間所產(chǎn)生的二次散射可按與此同一數(shù)量級(jí)的允差來加以控制。因此，制造期間，可將位置關(guān)系控制到允差小于10nm。
由此可見，本發(fā)明無需更精確的掩膜調(diào)整。由本發(fā)明方法生產(chǎn)的產(chǎn)品損耗率是很低的。更確切地說，本發(fā)明器件具有大大改善的各項(xiàng)性能。下面給出了本發(fā)明的一些實(shí)例。
實(shí)例1采用根據(jù)本發(fā)明的對(duì)角線為1英寸的液晶電光器件制造用于電視攝象機(jī)的反光鏡。該器件有387×128個(gè)象素，該反光鏡用高遷移率的TFT(薄膜晶體管)在低溫工藝中制得。用于本例中的液晶電光器件之基片上各有源元件的配置示于圖7中。圖6是本例的電路示意圖。制造步驟示于沿直線A-A′和B-B′所裁取的圖8(A)至8(F)中。沿直線A-A′所取橫截面表示一n溝道TFT。沿直線B-B′所取橫截面表示一P溝道TFT。
在圖8(A)中，玻璃基片51由一種廉價(jià)材料構(gòu)成并經(jīng)歷了700℃以下，例如600℃左右，的熱處理。借助磁控管RF(高頻)濺射工藝，在玻璃基片51上濺射氧化硅至厚度為1000至3000埃()，以形成阻擋層52。其環(huán)境條件是100％的氧氣。在150℃溫度下形成該膜。磁控管輸出功率為400至800度。壓力為0.5Pa。所用的耙是由石英或硅的一種單晶體構(gòu)成。沉積率為30至100/分。
用低壓CVD(LPCVD)，濺射，或等離子加速CVD方法在該阻擋層52上形成硅膜。在用低壓CVD法形成硅膜的場(chǎng)合，則要在低于結(jié)晶溫度100至200℃(例如450至550℃)的某一溫度，例如在530℃，下，將乙硅烷(Si2H6)或三硅烷(Si3H8)加入CVD設(shè)備中，反應(yīng)爐內(nèi)部壓力為30至300Pa。淀積率為50至250/分鐘。為使P溝道和n溝道TFT具有大致均勻的閾值電壓Vth，可將乙硼烷形式的濃度為1×1015至1×1018原子/cm3的硼添加至該膜。
在用濺射法的情況下，進(jìn)行濺射前的背壓為1×10-5pa或更小。用一種單晶硅作為耙。該工藝過程在添加了20-80％氫氣的氬氣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。例如，氬氣占20％，而氫氣占80％，在150℃時(shí)形成該膜。RF的頻率為13.56MHz。濺射輸出功率為400至800瓦。壓力為0.5Pa。
在用等離子加速CVD法形成硅膜的場(chǎng)合，例如，溫度為300℃。采用甲硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)。這類材料被導(dǎo)入PCVD設(shè)備。在施加13.56MHz的RF電功率下形成硅膜。
通過采用這些方法而形成的硅膜的氧含量最好為5×1021原子/cm3或更小。若氧濃度高時(shí)，則難以結(jié)晶出硅膜。結(jié)果，必需提升熱處理溫度或延長(zhǎng)熱處理的時(shí)間。反之，若氧的濃度過低，則由于背光引起斷開狀態(tài)下的漏電流增大。因此，其適宜濃度范圍為4×1019至4×1021原子/cm3。氫濃度為4×1020原子/cm3，它是4×1022原子/cm3的硅濃度的1原子百分比。
在用上述任一方法形成500至5000，例如1500厚的非晶硅薄膜之后，將該層膜置于無氧化性的環(huán)境條件下以450至700℃中等溫度經(jīng)歷12至70小時(shí)的熱處理。例如將該層膜置于600℃的氫氣室內(nèi)。由于非晶硅氧化膜是在硅膜下面的基片表面處形成的，故在這種熱處理期間，不存在特有的核(Specific nuclei)。因此，整層受到均勻處理。也就是說，膜的形成期間，假設(shè)為非晶體結(jié)構(gòu)。氫氣只是被混入其內(nèi)。
經(jīng)過熱處理，硅膜從非晶態(tài)轉(zhuǎn)為較高有序態(tài)(more highlyordered state)。硅膜部分呈現(xiàn)結(jié)晶狀態(tài)。特別是，在硅膜成形期間呈現(xiàn)比較有序狀態(tài)的那些區(qū)域趨于結(jié)晶化。然而，介于這些較高有序區(qū)之間的硅原子使這些區(qū)聯(lián)在一起，因此，硅原子彼此吸引。用激光喇曼分光術(shù)的測(cè)量已經(jīng)表明存在硅單晶從522cm-1的峰值移向較低頻峰值的事實(shí)。由半寬值計(jì)算已表明視在粒子直徑范圍為50至500。也就是說，它們類似微晶粒。然而實(shí)際上，存在大量的結(jié)晶區(qū)，即，產(chǎn)生大量簇狀物。這些簇狀物由硅原子彼此固定。這樣產(chǎn)生的涂層具有半非晶結(jié)構(gòu)。
因此，可以說在這涂層中基本上不存在晶粒邊界。由于載流子可容易地穿行于固定位置的簇狀物間，故該載流子的遷移率高于具有明顯晶粒邊界的多晶硅。更確切地說，空穴遷移率(μh)是10至200cm2/V.秒。電子遷移率(ue)為15至300cm2/V.秒。
若該涂層是通過900℃至1200℃間的某一高溫?zé)崽幚?，而不是?jīng)由象上面所述的中等溫度熱處理由多晶體構(gòu)成時(shí)，則由于晶核的固相生長(zhǎng)而使涂層的雜質(zhì)偏集。大量的氧，碳和氮等雜質(zhì)包含在晶粒邊界內(nèi)。一個(gè)晶粒內(nèi)的遷移率是大的。然而，載流子的遷移受到在晶界處形成的阻擋層的阻礙，使其難以獲得超過10cm2/V.秒的遷移率。因此，務(wù)必使半非晶膜中的氧、碳、氮和其它雜質(zhì)的濃度在雜質(zhì)濃度中占小或極小比例。在這種情況下，獲得了50到100cm2/V.秒的遷移率。
以這種方式形成的硅膜經(jīng)光平板印刷刻蝕而形成n-溝道TFT的半導(dǎo)體層53和P-溝道TFT的半導(dǎo)體層54。層53的溝道寬度是20μm。在與形成阻擋層的硅氧化膜的相同條件下，形成成為柵絕緣膜的硅氧化膜，使其厚度達(dá)500至2000，例如，達(dá)1000。在形成硅氧化膜期間，可添加少量氟，以固著鈉離子。
然后，在硅氧化膜上形成鋁膜。采用光掩膜對(duì)鋁膜繪制圖樣，該結(jié)果示于圖8(B)中。形成n-溝道TFT的柵絕緣膜55和柵極部分56。這些膜55和電極部分56沿溝道縱向所占長(zhǎng)度為10μm。也就是說，溝道長(zhǎng)度為10μm。類似地，形成P溝道TFT的柵絕緣膜57和柵極部分58。膜57和柵極部分58沿溝道縱向的長(zhǎng)度為7μm。就是說，溝道長(zhǎng)度是7μm。柵極部分56和58的厚度為0.8μm。在圖8(C)中，對(duì)P溝道TFT將1至5×1015離子/cm2劑量的硼(B)植入源區(qū)59和漏區(qū)60。然后，如圖8(D)所示，用光掩膜法形成光阻材料61。對(duì)n-溝道TFT，將1至5×1015離子/cm2劑量的磷(P)植入源區(qū)62和漏區(qū)63。
接著，進(jìn)行柵極部分陽極化。用乙二醇將含L-酒石的酸稀釋至5％濃度，并用氨將PH值調(diào)至7.0±0.2。將該疊層制品浸入該溶液中并與恒流源的正端相接。將一鉑電極連接到負(fù)端。當(dāng)電流保持在20mA的同時(shí)，遞增所加電壓。氧化過程繼續(xù)進(jìn)行直至電壓達(dá)到150V。然后，將電壓維持在150V，繼續(xù)進(jìn)行該氧化工序直至電流減到0.1mA以下時(shí)為止。就這樣，在柵極部分56和58的表面上形成鋁氧化層64，從而分別對(duì)n-溝道TFT和P-溝道TFT產(chǎn)生柵極65和66。鋁氧化層64的厚度為0.3μm。
然后，將疊層制品置于600℃下再經(jīng)過10至50小時(shí)的熱處理。在n溝道TFT的源區(qū)62和漏區(qū)63中以及P-溝道TFT的源區(qū)59和漏區(qū)60中的摻雜劑被激活，以使這兩種類型的區(qū)域分別摻雜為n+型和P+型。溝道成形區(qū)67和68分別作為柵絕膜55和57下面的半非晶半導(dǎo)體而被形成。
在本方法中，摻雜劑的離子植入和對(duì)柵極的陽極化可以相反的次序進(jìn)行。
這樣，圍繞柵極形成了金屬氧化物構(gòu)成的絕緣層。于是，每個(gè)柵極的實(shí)際長(zhǎng)度比溝道長(zhǎng)度短了兩倍于絕緣膜的厚度，在此情況下為0.6μm。無電場(chǎng)施加的偏移區(qū)的形成可減小反向偏置的漏電流。
在本例中，進(jìn)行了圖8(A)和8(E)所示的兩次熱處理。視乎所需特性而定，可以省去圖8(A)所示的熱處理。兩次熱處理可在圖8(E)所示一個(gè)步驟中完成，從而縮短制造時(shí)間。在圖8(E)中，通過濺射氧化硅形成了層間絕緣體69。硅氧化膜的形成可采用LPCVD，光加速CVD或大氣壓CVD工藝。形成層間絕緣體的厚度為0.2至0.6μm，例如為0.3μm。接著，采用光掩模形成電極孔70。如圖8(F)所示，將鋁濺射到整個(gè)疊層上。利用光掩模形成引線71，73和觸點(diǎn)72。此后，對(duì)疊層涂敷透射光的平面(Planarizing)有機(jī)樹脂74，例如聚酰亞胺樹脂。用光掩模再次形成電極孔。
為將兩個(gè)TFT用作互補(bǔ)對(duì)，并將這對(duì)TFT連到液晶器件的一個(gè)象素電極上，借助濺射法形成銦錫氧化(ITO)膜，所述一個(gè)象素電極為透明電極。用光掩?？涛g銦錫氧化膜，以形成電極75。ITO膜是在室溫和150℃之間的某一溫度下形成并在氧氣或大氣環(huán)境下經(jīng)200-400℃的熱處理。就這樣，在相同玻璃基片51上可形成n-溝道TFT76，p-溝道TFT77和透明導(dǎo)電膜的電極75。所得到的薄膜晶體管呈現(xiàn)下列電氣性能。p-溝道TFT的遷移率為20cm2/V.秒，閾值電壓Vth為-5.9V。n-溝道TFT的遷移率為40cm2/V秒，其閾值電壓Vth為5.0V。
一種液晶電光器件的一個(gè)基片借助上述方法制得。該液晶電光器件的電極和其它部分的配置示于圖7中。n-溝道TFT76和p-溝道TFT77是在第一信號(hào)線40和第二信號(hào)線41的相交處形成。這種結(jié)構(gòu)的TFT互補(bǔ)對(duì)成行和列排列。n-溝道TFT76在漏區(qū)63的輸入端經(jīng)由引線71連接到第二信號(hào)線41。柵極部分56與構(gòu)成多層導(dǎo)線的第一信號(hào)線40連接。源區(qū)62的輸出端徑由接點(diǎn)72被連到象素電極75。
另一方面，相對(duì)p-溝道TFT77而言，漏區(qū)60的輸入端經(jīng)由引線73與第二信號(hào)線41連接。柵極部分58與信號(hào)線40連接。源區(qū)59的輸出端經(jīng)由接點(diǎn)72，以與n-溝道TFT的同樣方式同象素電極75相連接。為實(shí)現(xiàn)本實(shí)例，在水平和垂直方向上重復(fù)這一結(jié)構(gòu)。
作為第二基片，在一藍(lán)片玻璃上濺射厚度達(dá)2000的氧化硅。再在該基片上，以室溫與150℃間的某一溫度通過濺射形成ITO膜。在氧氣或大氣環(huán)境下，以200-400℃對(duì)該膜進(jìn)行熱處理。在這基片上形成濾色鏡，從而完成第二基片。
在第一和第二基片之間，夾入包含6部分用紫外線輻照固化的丙烯酸樹脂和4部分向列相液晶的混合物。兩基片的外圍用環(huán)氧樹脂固定。由于基片上的引線彼此相距只有46μm，故它們的連接采用COG方法。在本例中，在-IC芯片上形成的金凸起部是利用環(huán)氧銀-鈀樹脂連接的。IC芯片和基片之間的間隔均埋在環(huán)氧改良型丙烯酸樹脂中，借此，將它們統(tǒng)統(tǒng)密封地粘接在一起。然后，將極化板粘接到外部。這樣，便得到一種傳輸型液晶電光器件。此外，用例1中相同方法也可制造如圖16(A)至16(F)所示的傳輸型液晶電光器件。
實(shí)例2在本例中，要描述由偏移區(qū)的不同寬度所引起的半非晶硅TFT的特性變化。在本例中，半非晶硅TFT具有鋁柵。鋁柵的四周經(jīng)陽極化而被氧化。由此形成偏移區(qū)。下面將詳述制造TFT的一種方法。
在玻璃基片上形成由氮化硅膜和氧化硅膜組成的多層膜。用等離子加速CVD法形成厚度為150nm的非晶硅膜。為形成寬度達(dá)80μm的TFT溝道而對(duì)硅膜繪制圖形。置疊層制品于氮?dú)馐覂?nèi)以600℃加熱60小時(shí)。這樣制成半非晶硅。
然后，在氧氣環(huán)境下濺射氧化硅的耙，以形成會(huì)成為柵氧化膜的硅氧化膜，該厚度為115nm。用電子束發(fā)射法形成鋁涂層。用眾所周知的光平面印制技術(shù)，對(duì)鋁涂層和底下的硅氧化膜進(jìn)行刻蝕，以形成柵極。在刻蝕工序中，采用了活性離子刻蝕法RIE(reactive-ionetching)，用此法形成的柵極溝道長(zhǎng)度為8μm。
然后，對(duì)柵極及其連接部分進(jìn)行陽極化。為此目的，用乙二醇將酒石酸稀釋至3％濃度并放入容器中。然后在此液體中添加重量百分比為5％的含水氨，以使PH值調(diào)到7.0±0.2。將整個(gè)疊層制品浸入該溶液中，同時(shí)采用溫度在25±2℃下的鉑電極作為陰極。鋁內(nèi)連諸部同DC電源的正端相接，由此，對(duì)疊層制品進(jìn)行陽極化。
在陽極化步驟中，先通過0.2至1mA/cm2的恒定電流。在電壓達(dá)到100至250V的某個(gè)適宜值后，便進(jìn)行維持電壓恒定的陽極化，當(dāng)電流下降至0.005mA/cm2時(shí)，關(guān)斷電源。然后，取出該疊層制品。我們的實(shí)驗(yàn)說明開始的恒流階段只影響氧化膜的形成時(shí)間而幾乎不影響最終形成的氧化膜的厚度。明顯影響氧化膜厚度的一個(gè)參數(shù)是可達(dá)到的最大電壓。在最大電壓為100V，150V，200V和250V時(shí)，所得到的氧化膜厚度分別為70nm，140nm，230nm和320nm。我們的實(shí)驗(yàn)還表明獲得的鋁氧化膜的厚度是氧化鋁的1.5倍。而且所獲得的氧化膜厚度在整個(gè)長(zhǎng)度上均相當(dāng)一致。
然后，通過激光摻雜形成源區(qū)和漏區(qū)。在此激光摻雜工序中采用了氟化氪(KrF)激光器，這是一種激發(fā)物激光器。其振蕩頻率為248nm。樣品放于一密封容器中。產(chǎn)生95Pa的低壓環(huán)境。將乙硼烷(B2H6)或磷化氫(PH3)作為摻雜氣體引入該容器。激光器發(fā)出50個(gè)脈沖沖擊(shots)。每個(gè)激光器脈沖沖擊的能量為350mJ。
在制造P-溝道TFT場(chǎng)合，用氫沖淡的乙硼烷被用作摻雜氣體。乙硼烷的流量為100sccm。氫的流量為20sccm。在制造n-溝道TFT場(chǎng)合，采用了磷化氫。磷化氫的流量是100sccm。
然后，為加速溝道區(qū)的活化作用，置疊層制品于氫氣氛下經(jīng)歷30分鐘的250℃的熱處理。用眾所周知的方法形成層間絕緣膜，源極和漏極以及它們的內(nèi)連部分，從而制成TFT。
這樣制得的幾個(gè)TFT的特性實(shí)例示于圖9和圖10中。圖9示出了p-溝道TFT的特性曲線。圖10示出n-溝道TFT的特性曲張。由于難以直接測(cè)量偏移區(qū)的大小，現(xiàn)就圍繞柵極的氧化膜的厚度方面來說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。我們認(rèn)為這一厚度足以反映出偏移區(qū)的大小。
由圖9和10可見，反向漏電流和截止電流隨著氧化膜的厚度增大而減小，即，隨著偏移區(qū)的寬度增大而減小。我們已發(fā)現(xiàn)，對(duì)n-溝道TFT來說，這一效果更為顯著。實(shí)際上，對(duì)n-溝道TFT而言，當(dāng)柵極電壓為零時(shí)的電流，或截止電流由于形成偏移區(qū)而被減小，并降到一實(shí)際電平。就p-溝道TFT而言，截止電流未減小，但反向漏電流大大減小。因形成偏移區(qū)而導(dǎo)致截止電流的減小圖示于圖11中，其中IOFF為截止電流，ION是接通電流。
偏移區(qū)的形成并未改變TFT的閾值電壓。這點(diǎn)在圖12中得到說明。然而，不同的實(shí)驗(yàn)已表明偏移區(qū)異常大的地方，則觀測(cè)到由于所形成的溝道是不連續(xù)而引起的性能變壞。例如，如圖13所示，當(dāng)每個(gè)偏移區(qū)的寬度超過300nm時(shí)，則n-溝道和p-溝道TFT的電場(chǎng)活動(dòng)性(field mobility)迅速減小?？紤]到這些結(jié)果，可見每個(gè)偏移區(qū)的合適寬度范圍為200至400nm。
實(shí)例3在根據(jù)本發(fā)明所制作的TFT中，每個(gè)偏移區(qū)的寬度不僅影響截止電流，而且影響源和漏區(qū)之間的電壓一電阻性能以及操作速度。因此，通過使陽極化膜的厚度之類的參數(shù)最佳化而可制得理想TFT。然而，一般來說，對(duì)獨(dú)立形成在一個(gè)基片上的各個(gè)TFT去調(diào)整這類參數(shù)是不可能的。例如，需要這樣一個(gè)實(shí)際電路即要求在同一基片上形成在低速下操作并耐受高壓的TFT與在高速下操作并經(jīng)受低壓的TFT。根據(jù)本發(fā)明的基本原理，隨著每個(gè)偏移區(qū)的寬度增大，截止電流減小和電阻對(duì)電壓特性改善但操作速度降低。
本實(shí)例解決了這一問題，下面將參照?qǐng)D14(A)至14(D)的截面圖及圖15(A)至15(C)的平面圖加以說明。本例關(guān)于制造一種圖象顯示方法中所用的電路，該方法系用一個(gè)p-溝道TFT和一個(gè)n-溝道FTF去激勵(lì)一象素，如日本專利申請(qǐng)296331/1991中所述，要求該n溝道TFT以高速操作，但只需承受低電壓即可，另一方面，該p-溝道TFT無需以很高速度操作，但其截止電流必須要低。在某些情況下，p-溝道TFT必需承受高電壓。因此，就要求n-溝道TFT的陽極化膜要薄(20至100nm)，而p-溝道TFT的陽極化膜要厚(250至400nm)。下面描述本例的制造步驟。
正如圖14(A)和15(A)所示，基片101由7059康寧玻璃制成。形成厚度為50nm的大致為本征非晶或多晶半導(dǎo)體膜，例如為非晶硅膜。對(duì)該膜繪制為形成n-溝道TFT區(qū)102和p-溝道TFT區(qū)103的獨(dú)立區(qū)圖樣。將疊層制品置于氮室內(nèi)經(jīng)歷60小時(shí)溫度600℃的熱處理，以使TFT各區(qū)再結(jié)晶。
用ECR PCVD法淀積氧化硅作為115nm厚的柵絕緣膜104。若在這樣形成的硅氧化膜中存在象鈉離子之類的可動(dòng)離子，則最好通過將諸如磷之類的元素導(dǎo)入該膜而固定可動(dòng)離子，以免除可動(dòng)離子的有害影響。這類元件可通過象等離子摻雜等已知離子摻雜法導(dǎo)入。
本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)用離子摻雜法將磷引入硅氧化膜有效地起到了作為鈉吸收劑的作用。在該離子摻雜工序期間，磷離子在2到30KeV，例如10Kev被加速。待摻雜的耙周圍壓力為2×10-5至5×10-4乇，例如為1×10-4乇。在本例中，耙為氧化硅膜。磷的濃度為5×1013至1×1015離子/cm2，例如為2×1014離子/cm2。這樣，磷的劑量小于當(dāng)形成通常MOS晶體管的摻雜區(qū)時(shí)所加入的摻雜劑劑量。
在這樣加入磷之后，將疊層置于氮環(huán)境內(nèi)，經(jīng)24小時(shí)的600℃熱處理，以除去因離子摻雜所產(chǎn)生的硅氧化膜中的缺陷。將磷引入硅氧化膜大大地制止了由于可移動(dòng)離子所造成的性能方面的惡化。因此，可靠性可得以改善。例如，將具有用上述方法形成的硅氧化膜的MOS電容器在經(jīng)受1小時(shí)溫度150℃和電壓為±20V的偏壓/溫度處理后，其閾值電壓僅變化了1V。在未引入磷的情況下，該閾值電壓變化可高達(dá)10V以上。
在以此方式形成硅氧化膜之后，形成厚度為500nm的耐高溫金屬的鉭膜。對(duì)該鉭膜繪制圖樣，以形成n-溝道TFT的柵極部分105和p-溝道TFT的柵極部分106。也可不用鉭，代之以低電阻率，即，充分摻雜的多晶硅。此時(shí)，溝道長(zhǎng)度和寬度均為8μm。柵極及其互連部分均被電氣連接到如圖15(A)中所示的公共互連部150。
對(duì)柵極及其互連部105和106通以電流，以借助陽極化(陽極氧化)法在柵極及其互連部105和106的上表面和側(cè)面上形成鋁氧化物膜107和108。除了最大電壓為50V之外，與例2中同樣實(shí)施該陽極化。結(jié)果，在這步所制得的陽極化膜的厚度大約為60nm(圖14B)。
參照?qǐng)D15(B)，用激光刻蝕法在151點(diǎn)切割，以使柵極及其互連部105與公共互連部150斷開。在此情況下，對(duì)互連部150通以電流再次開始陽極化(陽極氧化)，以將柵極的陽極氧化表面部分連接到切割后的互連部150。這些條件除了最大電壓增至250V外，均與前述條件相同。由于無電流流過互連部105，未觀測(cè)到任何變化。然而，由于電流流過互連部106(圖14c)，在柵極互連部106周圍形成了厚度約為300nm的鉭氧化膜109。
接著，用離子摻雜法將摻雜劑離子引入半導(dǎo)體102和103的各獨(dú)立區(qū)。用眾所周知的CMOS制造技術(shù)分別將磷(p)和硼(B)植入半導(dǎo)體區(qū)102和103。摻雜離子的能量為80keV、本發(fā)明人和其它人都知道摻雜劑以穿過柵絕緣膜100至300nm厚度的方式被植入，若離子能量超過100keV，則該處半導(dǎo)體晶粒將因該植入離子的能量而遭到嚴(yán)重破壞。為活化摻雜劑在其內(nèi)擴(kuò)散的這些區(qū)，必需600℃以上的高溫。在此過程中要獲得高生產(chǎn)率是極其困難的。然而，在植入離子能量為100keV或更小處，在600℃以下溫度，例如450～500℃即可使電阻足夠低。
在離子摻雜步驟之后，將疊層制品置氮室內(nèi)經(jīng)歷30小時(shí)的500℃熱處理，以使源區(qū)和漏區(qū)的表面電阻可達(dá)足夠低。達(dá)到這點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)示于圖14(D)中。由該圖可見，左側(cè)TFT的偏移區(qū)之寬度小，而右側(cè)TFT的偏移區(qū)之寬度大。此后，用眾所周知的技術(shù)，在如152和153等的所需位置切割金屬互連部106和150。然后，形成層間絕緣膜。形成接觸孔。將諸如112和113的導(dǎo)電互連部連接到各電極，從而完成如圖15(C)所示電路。
在用此法制成的電路中，n-溝道TFT的偏移區(qū)寬度小，截止電流稍大，但這種TFT在操作速度方面，性能極好。另一方面，使p-溝道在高速下操作是困難的，但其截止電流小。再者，p-溝道TFT在保持同其源區(qū)和漏區(qū)之一連接的象素電容器中所儲(chǔ)存電荷的能力是極好的。象素電容器包括一對(duì)電極(銦錫氧化物)以及設(shè)置在電極之間并包括液晶的電光調(diào)制層。
在有些其他情況中，必須將具有不同功能的幾個(gè)TFT組合地裝在一個(gè)基片上。例如，在一液晶顯示驅(qū)動(dòng)器中，包括移位寄存器的邏輯電路需要高速TFT，而輸出電路需要耐高壓的TFT。本例的方法在制造必須滿足這類矛盾要求的TFT時(shí)是切實(shí)可行的。
實(shí)例4在根據(jù)本發(fā)明所制造的TFT中，每個(gè)偏移區(qū)的寬度不僅影響截止電流，而且影響源和漏極之間的耐壓性能及操作速度。因此，制作滿足這一目的的TFT可通過使諸如陽極化薄膜的厚度之類的某個(gè)參數(shù)最佳化來實(shí)現(xiàn)。然而，通常，調(diào)整在一基片上獨(dú)立形成的各個(gè)TFT的這類參數(shù)是不可能的。例如，某特定電路需要在同一基片上形成低速操作并耐受高壓的TFT和高速操作并耐低壓的TFT。根據(jù)本發(fā)明的基本原理，隨著每個(gè)偏移區(qū)的寬度增大，截止電流減小和電阻對(duì)電壓特性改善，但操作速度減小。
本例解決了這一問題，下面參照?qǐng)D14(A)至14(D)的截面圖和圖15(A)至15(C)的平面圖加以描述。本例關(guān)于制造一種圖象顯示方法中所用的電路，該方法系用一個(gè)p-溝道TFT和一個(gè)n-溝道TFT去激勵(lì)一象素，如日本專利申請(qǐng)296331/1991中所述，要求該n溝道TFT以高速操作，但只需承受低電壓即可，另一方面，該p-溝道TFT無需以很高速度操作，但其截止電流必須要低。在某些情況下，p-溝道TFT必需承受高電壓。因此，就要求n-溝道TFT的陽極化膜要薄(20至100nm)，而p-溝道TFT的陽極化膜要厚(250至400nm)。下面描述本例的制造步驟。
正如圖14(A)和15(A)所示，基片101由7059康寧玻璃制成。形成厚度為50nm的大致為本征非晶或多晶半導(dǎo)體膜，例如為非晶硅膜。對(duì)該膜繪制為形成n-溝道TFT區(qū)102和p-溝道TFT區(qū)103的獨(dú)立區(qū)圖樣。將疊層制品置于氮室內(nèi)經(jīng)歷60小時(shí)溫度600℃的熱處理，以使TFT各區(qū)再結(jié)晶。用ECR PCVD法淀積硅氧化物作為115nm厚的柵絕緣膜104。再形成厚度為500nm的耐高溫金屬的鉭膜。對(duì)該鉭膜繪制圖樣，以形成n-溝道TFT的柵極部分105和p-溝道TFT的柵極部分106。也可不用鉭，代之以低電阻率，即，充分摻雜的多晶硅。此時(shí)，溝道長(zhǎng)度和寬度均為8μm。柵極及其互連部分均被電氣連接到如圖15(A)中所示的公共互連部150。
對(duì)柵極及其互連部105和106通以電流，以借助陽極化(陽極氧化)法在柵極及其互連部105和106的上表面和側(cè)面上形成鋁氧化物膜107和108。除了最大電壓為50V之外，與例2同樣實(shí)施該陽極化。結(jié)果，在這步所制得的陽極化膜的厚度大約為60nm(圖14B)。
參照?qǐng)D15(B)，用激光刻蝕法在151點(diǎn)切割，以使柵極及其互連部105與公共互連部150斷開。在此情況下，再次開始陽極化，這些條件除了最大電壓增至250V外，均與前述條件相同。由于無電流流過互連部105，未觀測(cè)到任何變化。然而，由于電流流過互連部106(圖14c)，在柵極互連部106周圍形成了厚度約為300nm的鉭氧化膜109。
接著，用離子摻雜法將摻雜劑離子引入半導(dǎo)體102和103的各獨(dú)立區(qū)。用眾所周知的CMOS制造技術(shù)分別將磷(p)和硼(B)植入半導(dǎo)體區(qū)102和103。摻雜離子的能量為80Kev。我們知道若離子能量超過100Kev，為活化摻雜劑在其內(nèi)擴(kuò)散的這些區(qū)，必需600℃以上的高溫。在此過程中要獲得高生產(chǎn)率是極其困難的。然而，在植入離子能量小于100Kev處，在600℃以下溫度，例如450～500℃，即可使電阻足夠低。
在離子摻雜步驟之后，將疊層制品置氮室內(nèi)經(jīng)歷30小時(shí)的500℃熱處理，以使源區(qū)和漏區(qū)的表面電阻可達(dá)足夠低。達(dá)到這點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)表示于圖14(D)中。由該圖可見，左側(cè)TFT的偏移區(qū)之寬度小，而右側(cè)TFT的偏移區(qū)之寬度大。此后，用眾所周知的技術(shù)，在如152和153等的所需位置切割金屬互連部106和150。然后，形成層間絕緣膜。形成接觸孔。將諸如112和113的導(dǎo)電互連部連接到各電極，從而完成如圖15(C)所示電路。
在用此法制成的電路中，n-溝道TFT的偏移區(qū)寬度小，截止電流相對(duì)較大，但這種TFT在操作速度方面，性能極好。另一方面，使p-溝道在高速下操作是困難的，但其截止電流小。再者，p-溝道TFT在保持象素電容器中所儲(chǔ)存電荷的能力方面是極好的。
實(shí)例5圖18(A)至18(D)示出了本例的截面圖?；?01由康寧7059玻璃制成。用濺射法形成厚度為100nm的基底硅氧化膜502。再用等離子加速CVD法形成厚度為50nm的非晶硅膜503。為保護(hù)非晶硅膜，再用濺射法形成厚度為20nm的硅氧化膜504。將該疊層置于氮環(huán)境內(nèi)，在600℃下經(jīng)歷72小時(shí)的熱處理，以使這些膜再結(jié)晶。再結(jié)晶后的薄膜經(jīng)光學(xué)平板印刷法和活性離子刻蝕法(RIE)被繪成圖樣，以形成半導(dǎo)體島區(qū)，如圖18(A)所示。然后，采用氟化氫和氟化氨的混合溶液，即，緩沖的氟氫酸，經(jīng)濕蝕法除去硅氧化保護(hù)膜504。該氟氫酸溶液的一例是由用于半導(dǎo)體制造的1份重量的高純度氟氫酸(重量為50％)和10份重量的半導(dǎo)體制造用氟化氨(40％)重量組成。該緩沖氟氫酸以70nm/min的速率蝕刻氧化硅，以60nm/min的速率蝕刻硅，和以15nm/min速率蝕刻鋁。
用氧化硅作為耙在氧氣環(huán)境下經(jīng)濺射形成厚度為115nm的柵氧化膜505。在此狀態(tài)下，借助其離子摻雜法將磷離子植入柵氧化膜505，以吸收存在于柵氧化膜內(nèi)部諸如鈉之類的可移動(dòng)離子。在鈉離子濃度低以致器件的工作不受可移動(dòng)離子阻礙的場(chǎng)合，無需進(jìn)行離子植入。在本例中，等離子加速電壓為10keV。劑量為2×1014離子/cm2。將疊層置于600℃進(jìn)行24小時(shí)熱處理。這樣，由等離子摻雜的過程中的碰撞引起對(duì)氧化膜和對(duì)硅膜的損害得以恢復(fù)。
然后，用濺射法形成鋁膜并用混合酸，即，添加了5％硝酸的磷酸溶液，繪制圖樣以形成柵極及其互連部506。當(dāng)刻蝕溫度為40℃時(shí)刻蝕率為225nm/min。以此方式調(diào)整TFT的外形。此時(shí)，溝道長(zhǎng)度為8μm，寬度為20μm。
N型摻雜區(qū)507或說源區(qū)和漏區(qū)，用離子植入法形成于半導(dǎo)體區(qū)中。在這一步，磷離子作為摻雜劑離子被植入。離子能量為80keV，劑量為5×1015離子/cm2。如圖所示，摻雜劑離子是穿過氧化膜而植入的。采用這種植入法的優(yōu)點(diǎn)在于在利用激光熱處理而連續(xù)再結(jié)晶期間，保持了摻雜區(qū)表面的平滑度。在不采用這種植入的情況下，則在結(jié)晶期間，大量的晶核形成在摻雜區(qū)的表面上，從而引起該表面的不平整。這樣，導(dǎo)出圖18(B)所示結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，經(jīng)過這一離子植入工序，摻雜部分的結(jié)晶度受到嚴(yán)重破壞。這些部分大致呈現(xiàn)非晶態(tài)或接近于非晶態(tài)的多晶態(tài)。
對(duì)互連部506通以電流。經(jīng)陽極化在柵極及其互連部的頂部表面和側(cè)面形成鋁氧化膜508。就這陽極化而言，將3％的酒石酸的乙二醇溶液用5％氨中和，以將該溶液的PH值調(diào)到7.0±0.2。將鉑作為陰極浸入該溶液。然后，將TFT連同該基片一起浸入該溶液。將互連部506連接至電源的陽極。將溫度保持在25±2℃。
在這種情況下，先通以0.5mA/cm2的電流。當(dāng)電壓達(dá)到200V時(shí)，保持該電壓不變，則器件被供電。當(dāng)電流達(dá)到0.005mA/cm2時(shí)，切斷電流，從而結(jié)束陽極化工序。這樣獲得的陽極化膜(柵極的陽極氧化涂層)的厚度約為250nm。見圖18(c)所示。
接著用KrF作激發(fā)物的激光器對(duì)疊層進(jìn)行激光熱處理。例如，發(fā)出功率密度為350mJ/cm2的10個(gè)沖擊(shots)激光脈沖。我們已肯定可將非晶硅的結(jié)晶度恢復(fù)到如此程度，以致非晶硅可經(jīng)得住由至少一個(gè)沖擊激光輻照所引起的TFT的操作。為了最大限度地降低由于激光器功率波動(dòng)而引起缺陷的可能性，需要足夠數(shù)量的激光器脈沖的沖擊。不過，過多的激光輻照沖擊將使生產(chǎn)率下降。我們已發(fā)現(xiàn)本例所用的10個(gè)沖擊激光脈沖是最理想的。
為提高生產(chǎn)率，激光熱處理是在大氣中進(jìn)行的。由于硅氧化膜已形成在摻雜區(qū)上，未發(fā)生問題。在暴露摻雜區(qū)而進(jìn)行激光熱處理的場(chǎng)合，在結(jié)晶化的同時(shí)，將大氣中的氧帶入了摻雜區(qū)，固而使結(jié)晶性變壞。這樣，便不能獲得具備令人滿意性能的TFT。因此，對(duì)暴露摻雜區(qū)的疊層要求其應(yīng)在真空中進(jìn)行激光熱處理。
本例中，如圖18(D)所示，所進(jìn)行的激光輻照是斜向進(jìn)入疊層的。例如，激光輻射角與基片法向成10°角。該角度按照該制成器件的設(shè)計(jì)說明書確定。對(duì)摻雜區(qū)而言，由激光結(jié)晶的區(qū)域可為非對(duì)稱的。也就是說，區(qū)域509和510是經(jīng)充分結(jié)晶后的摻雜區(qū)。區(qū)域511不是摻雜區(qū)，但已經(jīng)激光輻照而結(jié)晶化。區(qū)域512是摻雜區(qū)但不是結(jié)晶區(qū)。例如，圖18(D)右側(cè)上的摻雜區(qū)可用作勢(shì)必產(chǎn)生熱電子的漏區(qū)。
由此可見，器件的形狀得到了調(diào)整。此后，用傳統(tǒng)方法濺射硅氧化物，以形成層間絕緣。用眾所周知的光學(xué)平板印刷術(shù)形成電極孔，以暴露半導(dǎo)體區(qū)的表面或柵極及其互連部表面。最后，有選擇地形成金屬涂層。這樣，便制成一個(gè)器件。
實(shí)施6在根據(jù)本發(fā)明所制作的TFT中，非晶半導(dǎo)體區(qū)的寬度和每個(gè)偏移區(qū)的寬度不僅影響截止電流而且影響漏和源區(qū)之間的耐壓能力及操作速度。因此，通過使象陽極化膜的厚度或植入離子的能量之類參數(shù)的量佳化便可制得滿足目標(biāo)的TFT。然而，通常對(duì)獨(dú)立形成于一個(gè)基片上的各個(gè)TFT調(diào)整這類參數(shù)是不可能的。例如，一個(gè)實(shí)際電路需要在同一基片上形成低速操作并耐高壓的TFT和高速操作并承受低壓的TFT。根據(jù)本發(fā)明的基本原理，隨著每個(gè)偏移區(qū)的寬度或摻雜非晶半導(dǎo)體區(qū)的寬度增大，截止電流減小并且電阻-電壓特性得到改善，但操作速度降低。
本例解決了這一問題，下面參照?qǐng)D22(A)至22(C)的平面圖和圖19(A)至19(D)的截面圖加以描述。本例屬于制造一種圖象顯示法中所用的電路，如日本專利申請(qǐng)296331/1991中所述，該方法采用一個(gè)p-溝道TFT和一個(gè)n-溝道TFT去激勵(lì)一象素。該n-溝道TFT需以高速操作，但只需承受低電壓即可。另一方面，p-溝道TFT無需高速操作，但要求其截止電流必需很低。在某些情況下，p-溝道TFT必需承受高電壓。因此，就要求n-溝道TFT的陽極化膜要薄(20至100nm)，而p溝道TFT的陽極化膜要厚(250至400nm)。下面描述本例的制造步驟。
與例5中一樣，基片601由康寧7059玻璃制成。形成一n型摻雜區(qū)602，p-型摻雜區(qū)603，柵極絕緣膜604，柵極606及其互連體607。柵極606及其互連體607連到互聯(lián)部650(圖22(A)和19(A))。
柵極606及其互連體607被通以電流。用陽極化法，形成柵極606及其互連體607的頂部和側(cè)表面上的鋁氧化膜613和614。陽極化步驟除最大電壓為50V外，與實(shí)例5一樣進(jìn)行。在這步中所制得的陽極化膜的厚度約為60nm(圖19(B))。
現(xiàn)參照?qǐng)D22(B)，用激光刻蝕法從互連體650的651處切開使其與柵極及其互連體606分割開。在此情況下，再次開始陽極化，陽極化步驟的條件除最大電壓增為250V外，與先前條件一樣。由于沒有電流流過互連體606，故未觀測(cè)到任何變化。但，由于電流流過互連體607(圖19(C))，故在柵極互連體607周圍形成了厚度為300nm左右的鋁氧化膜615。
然后，在與例5相同條件下，進(jìn)行疊層的激光熱處理。在此情況下，就n-溝道TFT而言，(圖19(A)-(D)的左側(cè))，非晶區(qū)和偏移區(qū)的寬度a1是如此之窄，因此可忽略不計(jì)。在鋁互連體的表面未涂敷陽極化膜的地方，互連體因激光照射而嚴(yán)重?fù)p壞。因此，有必要形成陽極化膜，盡管它不厚。另一方面，就p-溝道TFT而言，(在圖19的右側(cè))陽極化膜的厚度為300nm。還存在厚度為150至200nm的非晶區(qū)。偏移區(qū)的寬度a2估計(jì)應(yīng)為100至150nm(圖19(D))。
與圖5中一樣，在大氣下經(jīng)激光器輻照，在所需位置上刻蝕鋁互連體。使p-溝道TFT的柵極與互連體607分開?；ミB體650也被切割。形成一層間絕緣膜。形成接觸孔，形成互連體624和611。這樣，便形成了一個(gè)電路。
在這樣制成的電路中，n-溝道TFT的偏移區(qū)和非晶區(qū)都窄。雖然截止電流略大，但操作速度極佳。另一方面，欲p溝道TFT在高速下工作是困難的。不過截止電流是小的。在保持儲(chǔ)存于象素電容器內(nèi)的電荷方面的性能極好。
還存在具有不同功能的TFT必需組合安裝在同一基片上的其它情況。例如，在一液晶顯示驅(qū)動(dòng)器里，包含移位寄存器的邏輯電路需要高速TFT，而輸出電路需要耐高壓的TFT。本例的方法可有效地用于制造必需滿足這類矛盾要求的TFT。
實(shí)例7借助例1所用方法所制造的由n-溝道TFT組成的一個(gè)有源矩陣電路示于圖20中。該有源矩陣包括選通線701和數(shù)據(jù)線702，分別排列成行和列。這些線由低電阻率的鋁構(gòu)成并涂敷以厚度為200至400nm的鋁氧化膜——因該電路經(jīng)歷了根據(jù)本發(fā)明的陽極化步驟。這些線的寬度為2μm。這些線的厚度為0.5μm。用于象素的TFT的柵極703同選通線701連接。柵極也涂敷有氧化鋁。在柵極下面形成了半導(dǎo)體層704。與例1的n-溝道TFT一樣，也存在摻雜有磷的n型多晶區(qū)。至于構(gòu)成本發(fā)明特點(diǎn)之一的偏移區(qū)，其寬度設(shè)為200至400nm左右。該半導(dǎo)體層的源同數(shù)據(jù)線702處于接觸中。諸漏區(qū)經(jīng)由鋁極705同由ITO構(gòu)成的象素電極706連接。
圖21為按本例所制作的一個(gè)有源矩陣裝置的電路原理圖。圖21(A)示出該裝置的操作情況。圖21(B)示出一個(gè)包含用先有技術(shù)方法制作的TFT的裝置操作情況，以供對(duì)照用。正如先前所述，在這種結(jié)構(gòu)的矩陣電路中，人們已知當(dāng)電容器C的充電結(jié)束和柵壓中斷時(shí)，則電容器C經(jīng)由柵和漏極間的寄生電容C被容性地耦合到選通線。該電壓比充電電壓減小了V。這種現(xiàn)象從并聯(lián)連接的n-溝道TFT的電路中也可觀測(cè)到。這方面情況在由本申請(qǐng)人提交的專利申請(qǐng)208648/1991中作了詳述。
正如圖21所示，在僅由一個(gè)TFT，即，或一個(gè)n-溝道TFT，或一個(gè)P-溝道TFT構(gòu)成的電路中，該電壓降由下式給定V＝CGD·VG/(CLC+CGD)中VG為柵壓的接通電壓與截止電壓之差。例如，在一個(gè)未采用自調(diào)整工序制成的TFT中，寄生電容CGD相當(dāng)大，故電壓降V也大。為解決這一問題，正如圖21所示，將存儲(chǔ)電容器CAD同象素電容器并聯(lián)，以增大象素電容器的視在電容量。然而，該方法未根本解決該問題。正如已經(jīng)說過的引起了諸如孔徑減小之類的新問題。
即使對(duì)采用自調(diào)整工藝制得的器件而言，若象素尺寸非常之小，以致同象素電容相比已不能忽略TFT的寄生電容影響時(shí)，則這個(gè)電壓降會(huì)引起嚴(yán)重問題。例如，在一個(gè)配合高分辨率電視投影用的對(duì)角線為3英寸的投影屏中，象素電容小到13fF。另一方面，在由采用2μm規(guī)則的工藝制造TFT的場(chǎng)合，互連體的縱橫比大。因此，即使不存在重疊，在三維幾何空間內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生寄生電容。該電容達(dá)到幾個(gè)fF，即是象素電容量的10％或更大。
采用傳統(tǒng)式TFT的有源矩陣電路示于圖21(A)中。顯然，要形成正確的顯示受到電壓降V的不良影響。具體地說，為了使TFT高速操作，必需使柵極高于漏壓。通常，使柵極大約兩倍于所用漏壓。因此若漏電壓是5V，則柵壓為10V或更高。在為完善TFT的操作而使柵壓在截止態(tài)時(shí)為負(fù)的場(chǎng)合，柵壓呈更大程度的變化。在圖21的情況下，漏壓為±6V的交流。柵壓在接通態(tài)時(shí)為+12V，截止態(tài)時(shí)為-4V。根據(jù)上述方程，我們可求得VG＝16V。正如圖21(A)所示，若寄生電容為2fF，則電壓降V為2V。這正好為1/3的漏極充電電壓。當(dāng)然，貯存于象素中的電荷通過自然放電而釋放，因此，實(shí)際上要提供理想的顯示是極其困難的。為避免這一問題，務(wù)必犧牲孔經(jīng)比(aperture ratio)來設(shè)置存儲(chǔ)電容器。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明可大大減小寄生電容量。更準(zhǔn)確地說，該電容可降至0.1fF以下。因此，如圖21(B)所示，該電壓降V幾乎可忽略不計(jì)。此外，根據(jù)本發(fā)明方法的器件截止電流比用先有技術(shù)方法制成的TFT的截止電流小了大約一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，自發(fā)放電要微弱得多，故能提供近乎理想的顯示。
由此可見，根據(jù)本發(fā)明，在柵極表面形成了一絕緣的陽極化層。這樣，溝道長(zhǎng)度是大于柵極沿溝道縱向所占長(zhǎng)度的。因此，在溝道區(qū)的相對(duì)側(cè)面上形成了偏移區(qū)，該偏移區(qū)不接收柵極電場(chǎng)或接受柵極的極微弱電場(chǎng)。同樣，能形成有相同優(yōu)點(diǎn)的磷摻雜半導(dǎo)體區(qū)。這減小了反向偏置的漏電流。結(jié)果省去了在此之前為維持電荷所必需的電容。在先有技術(shù)中約為20％的孔徑比可改善到35％以上。因此，可形成較高質(zhì)量的顯示。
根據(jù)本發(fā)明，偏移區(qū)和摻雜非晶半導(dǎo)體區(qū)是由柵極的陽極化膜的厚度來確定的。因此，這些區(qū)的寬度可精確地控制在10至100nm之間。我們并未覺察到因添加了這一制造步驟而導(dǎo)致生產(chǎn)率的大降。而且不存在可被視為生產(chǎn)率減小的原因的任何因素。
至此，我們主要是以硅半導(dǎo)體器件作為對(duì)象加以描述的，但顯然，本發(fā)明也適于采用鍺，碳化硅，砷化鎵或其它材料的半導(dǎo)體器件。
權(quán)利要求
1.一種有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，包括第一基片；在第一基片上形成的至少一個(gè)薄膜晶體管，所述薄膜晶體管包括在第一基片上的絕緣表面上形成的半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層中形成的第一對(duì)雜質(zhì)區(qū)，其中，所述第一對(duì)雜質(zhì)區(qū)摻雜有具備在第一濃度下的一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)；在所述半導(dǎo)體層中形成的、在所述一對(duì)雜質(zhì)區(qū)之間的溝道區(qū)；在所述第一對(duì)雜質(zhì)區(qū)和所述溝道區(qū)之間形成的第二對(duì)雜質(zhì)區(qū)，其中，所述第二對(duì)雜質(zhì)區(qū)摻雜有具備在低于所述第一濃度的第二濃度下的所述導(dǎo)電類型的雜質(zhì)；靠近所述溝道區(qū)的柵極，柵絕緣膜在它們之間插入；在所述薄膜晶體管上形成的層間絕緣膜；在所述層間絕緣膜上形成的有機(jī)樹脂膜，所述有機(jī)樹脂膜具有一平整的上表面，在所述有機(jī)樹脂膜上形成的象素電極；相對(duì)于所述第一基片的第二基片；以及在所述第一和第二基片之間插入的液晶。
2.如權(quán)利要求1所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述第二對(duì)雜質(zhì)區(qū)具有與所述第一對(duì)雜質(zhì)區(qū)相同的導(dǎo)電類型。
3.如權(quán)利要求1所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體層具有不低于10厘米2/伏秒的空穴遷移率或不低于15厘米2/伏秒的電子遷移率。
4.如權(quán)利要求1所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述柵極由選自Ti、Al、Ta、Cr和Si組成的材料群中的一種材料構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述層間絕緣膜由氧化硅構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述象素電極是透明的。
7.如權(quán)利要求1所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述層間絕緣膜的厚度在0.2至0.6微米的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述薄膜晶體管是上柵式晶體管。
9.一種有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，包括具有絕緣表面的第一基片；在所述基片上形成的一個(gè)薄膜晶體管，其中所述薄膜晶體管包括半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層中形成的溝道形成區(qū)；在所述半導(dǎo)體層中形成的源區(qū)和漏區(qū)，在它們之間插入所述溝道形成區(qū)；在所述源區(qū)和漏區(qū)和所述溝道形成區(qū)之間設(shè)置的一對(duì)雜質(zhì)區(qū)，其中所述一對(duì)雜質(zhì)區(qū)包含比所述源區(qū)和漏區(qū)更低的濃度的摻雜雜質(zhì)；以及靠近所述溝道形成區(qū)的柵極，柵絕緣膜在它們之間插入；覆蓋所述薄膜晶體管的層間絕緣膜；導(dǎo)電層，在所述的層間絕緣膜上形成、并通過所述的層間絕緣膜的第一接觸孔連接到所述的薄膜晶體管的源區(qū)或漏區(qū)之一，其中，所述導(dǎo)電層在第一接觸表面接觸所述源區(qū)或漏區(qū)之一；包含有機(jī)樹脂、在所述層間絕緣膜和所述導(dǎo)電層之上形成的平面化膜；以及象素電極，在所述平面化膜上形成、并通過所述平面化膜的第二接觸孔連接到所述導(dǎo)電層，其中，所述象素電極在第二接觸表面接觸所述導(dǎo)電層，與所述第一基片相對(duì)的第二基片；以及在所述第一和第二基片之間插入的液晶，其中，所述第二接觸表面未覆蓋所述第一接觸表面。
10.如權(quán)利要求9所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述導(dǎo)電層由鋁構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求9所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述柵極設(shè)置在所述溝道形成區(qū)之上。
12.如權(quán)利要求9所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述平面化膜由氧化硅構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求9所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述平面化膜由聚酰亞胺構(gòu)成。
14.如權(quán)利要求9所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體層的孔穴遷移率不低于10厘米2/伏秒或電子遷移率不低于15厘米2/伏秒。
15.如權(quán)利要求9所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述柵極由選自Ti、Al、Ta、Cr和Si組成的材料群中的一種材料構(gòu)成。
16.如權(quán)利要求9所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述象素電極是透明的。
17.如權(quán)利要求9所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述層間絕緣膜的厚度在0.2至0.6微米的范圍內(nèi)。
18.一種有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，包括具有絕緣表面的第一基片；在所述的基片上形成的一個(gè)薄膜晶體管，其中，所述薄膜晶體管包括半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層中形成的溝道形成區(qū)；在所述半導(dǎo)體層中形成的源區(qū)和漏區(qū)，在它們之間插入所述溝道形成區(qū)；以及靠近所述溝道形成區(qū)的柵極，柵絕緣膜在它們之間插入；覆蓋所述薄膜晶體管的層間絕緣膜；導(dǎo)電層，在所述層間絕緣膜上形成、并通過所述層間絕緣膜的第一接觸孔連接到所述薄膜晶體管的源區(qū)或漏區(qū)之一；包含有機(jī)樹脂、覆蓋所述層間絕緣膜和所述導(dǎo)電層的平面化膜；以及象素電極，在所述平面化膜上形成、并通過所述平面化膜的第二接觸孔連接到所述導(dǎo)電層；與所述第一基片相對(duì)的第二基片；以及在所述第一和第二基片之間插入的液晶，其中，所述導(dǎo)電層具有延伸部分，從所述第一接觸孔延伸，而所述象素電極接觸所述延伸部分。
19.如權(quán)利要求18所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述導(dǎo)電層由鋁構(gòu)成。
20.如權(quán)利要求18所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述柵極設(shè)置在所述溝道形成區(qū)之上。
21.如權(quán)利要求18所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述層間絕緣膜由氧化硅構(gòu)成。
22.如權(quán)利要求18所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述平面化膜由聚酰亞胺構(gòu)成。
23.如權(quán)利要求18所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體層的孔穴遷移率不低于10厘米2/伏秒或電子遷移率不低于15厘米2/伏秒。
24.如權(quán)利要求18所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述象素電極是透明的。
25.如權(quán)利要求18所述的有源矩陣式液晶電光器件，其特征在于，所述層間絕緣膜的厚度在0.2至0.6微米的范圍內(nèi)。
26.一種具備有源矩陣式液晶電光器件的攝象機(jī)，其特征在于，包括第一基片；在第一基片上形成的至少一個(gè)薄膜晶體管，所述薄膜晶體管包括在第一基片上的絕緣表面上形成的半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層中形成的第一對(duì)雜質(zhì)區(qū)，其中所述第一對(duì)雜質(zhì)區(qū)摻雜有具備在第一濃度下的一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)；在所述半導(dǎo)體層中形成的、在所述一對(duì)雜質(zhì)區(qū)之間的溝道區(qū)；在所述第一對(duì)雜質(zhì)區(qū)和所述溝道區(qū)之間形成的第二對(duì)雜質(zhì)區(qū)，其中，所述第二對(duì)雜質(zhì)區(qū)摻雜有具備在低于所述第一濃度的第二濃度下的所述導(dǎo)電類型的雜質(zhì)；靠近所述溝道區(qū)的柵極，柵絕緣膜在它們之間插入；在所述薄膜晶體管上形成的層間絕緣膜；在所述層間絕緣膜上形成的有機(jī)樹脂膜，所述有機(jī)樹脂膜具有一平整的上表面，在所述有機(jī)樹脂膜上形成的象素電極；相對(duì)于所述第一基片的第二基片；以及在所述第一和第二基片之間插入的液晶。
27.如權(quán)利要求26所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述第二對(duì)雜質(zhì)區(qū)具有與所述第一對(duì)雜質(zhì)區(qū)相同的導(dǎo)電類型。
28.如權(quán)利要求26所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述半導(dǎo)體層具有空穴遷移率不低于10厘米2/伏秒或具有電子遷移率不低于15厘米2/伏秒。
29.如權(quán)利要求26所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述柵極由選自Ti、Al、Ta、Cr和Si組成的材料群的一種材料構(gòu)成。
30.如權(quán)利要求26所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述層間絕緣膜由氧化硅構(gòu)成。
31.如權(quán)利要求26所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述象素電極是透明的。
32.如權(quán)利要求26所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述層間絕緣膜的厚度在0.2至0.6微米的范圍內(nèi)。
33.如權(quán)利要求26所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述薄膜晶體管是上柵式晶體管。
34.一種具備有源矩陣式液晶電光器件的攝象機(jī)，其特征在于，包括具有絕緣表面的第一基片；在所述基片上形成的一個(gè)薄膜晶體管，其中所述薄膜晶體管包括半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層中形成的溝道形成區(qū)；在所述半導(dǎo)體層中形成的源區(qū)和漏區(qū)，在它們之間插入所述溝道形成區(qū)；在所述源區(qū)和漏區(qū)和所述溝道形成區(qū)之間設(shè)置的一對(duì)雜質(zhì)區(qū)，其中所述一對(duì)雜質(zhì)區(qū)包含比所述源區(qū)和漏區(qū)更低的濃度的摻雜雜質(zhì)；以及靠近所述溝道形成區(qū)的柵極，柵絕緣膜在它們之間插入；覆蓋所述薄膜晶體管的層間絕緣膜；導(dǎo)電層，在所述層間絕緣膜上形成、并通過所述層間絕緣膜的第一接觸孔連接到所述薄膜晶體管的源區(qū)或漏區(qū)之一，其中，所述導(dǎo)電層在第一接觸表面接觸所述源區(qū)或漏區(qū)之一；包含有機(jī)樹脂、在所述層間絕緣膜和所述導(dǎo)電層之上形成的平面化膜；以及象素電極，在所述平面化膜上形成、并通過所述平面化膜的第二接觸孔連接到所述導(dǎo)電層，其中，所述象素電極在第二接觸表面接觸所述導(dǎo)電層，與所述第一基片相對(duì)的第二基片；以及在所述第一和第二基片之間插入的液晶，其中，所述第二接觸表面未覆蓋所述第一接觸表面。
35.如權(quán)利要求34所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述導(dǎo)電層由鋁構(gòu)成。
36.如權(quán)利要求34所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述柵極設(shè)置在所述溝道形成區(qū)之上。
37.如權(quán)利要求34所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述平面化膜由氧化硅構(gòu)成。
38.如權(quán)利要求34所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述平面化膜由聚酰亞胺構(gòu)成。
39.如權(quán)利要求34所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述半導(dǎo)體層的孔穴遷移率不低于10厘米2/秒或電子遷移率不低于15厘米2/伏秒。
40.如權(quán)利要求34所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述柵極由選自Ti、Al、Ta、Cr和Si組成的材料群中的一種材料構(gòu)成。
41.如權(quán)利要求34所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述象素電極是透明的。
42.如權(quán)利要求34所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述層間絕緣膜的厚度在0.2至0.6微米的范圍內(nèi)。
43.一種具備有源矩陣式液晶電光器件的攝象機(jī)，包括具有絕緣表面的第一基片；在所述基片上形成的薄膜晶體管，其中所述薄膜晶體管包括半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層中形成的溝道形成區(qū)；在所述半導(dǎo)體層中形成的源區(qū)和漏區(qū)，在它們之間插入所述溝道形成區(qū)；以及靠近所述溝道形成區(qū)的柵極，柵絕緣膜在它們之間插入；覆蓋所述薄膜晶體管的層間絕緣膜；導(dǎo)電層，在所述層間絕緣膜上形成、并通過所述層間絕緣膜的第一接觸孔連接到所述薄膜晶體管的源區(qū)或漏區(qū)之一；包含有機(jī)樹脂、覆蓋所述層間絕緣膜和所述導(dǎo)電層的平面化膜；象素電極，在所述平面化膜上形成、并通過所述平面化膜的第二接觸孔連接到所述導(dǎo)電層；與所述第一基片相對(duì)的第二基片；以及在所述第一和第二基片之間插入的液晶，其中，所述導(dǎo)電層具有延伸部分，從所述第一接觸孔延伸，而所述象素電極接觸所述延伸部分。
44.如權(quán)利要求43所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述導(dǎo)電層由鋁構(gòu)成。
45.如權(quán)利要求43所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述柵極設(shè)置在所述溝道形成區(qū)之上。
46.如權(quán)利要求43所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述層間絕緣膜由氧化硅構(gòu)成。
47.如權(quán)利要求43所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述平面化膜由聚酰亞胺構(gòu)成。
48.如權(quán)利要求43所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述半導(dǎo)體層的孔穴遷移率不低于10厘米2/伏秒或電子遷移率不低于15厘米2/伏秒。
49.如權(quán)利要求43所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述象素電極是透明的。
50.如權(quán)利要求43所述的攝象機(jī)，其特征在于，所述層間絕緣膜的厚度在0.2至0.6微米的范圍內(nèi)。
全文摘要
一種適用于有源矩陣式液晶顯示器的絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管。其溝道長(zhǎng)度，即源區(qū)與漏區(qū)的間距被做成大于柵極沿溝道縱向所占的長(zhǎng)度。在溝道區(qū)內(nèi)，源區(qū)與漏區(qū)的側(cè)面上形成有偏移(off set)區(qū)。這些偏移區(qū)不受或受到極微弱的來自柵極的電場(chǎng)作用。
文檔編號(hào)H01L27/085GK1603924SQ20041008806
公開日2005年4月6日 申請(qǐng)日期1992年8月22日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月23日
發(fā)明者山崎舜平, 間瀨晃, 廣木正明, 竹村保彥, 張宏勇, 魚地秀貴, 根本英樹 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所