專利名稱：薄膜晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管。
背景技術(shù)：
作為一種電場效應(yīng)晶體管，已知以設(shè)置在具有絕緣表面的村底上 的半導(dǎo)體層為溝道形成區(qū)域的薄膜晶體管。作為用于薄膜晶體管的半 導(dǎo)體層，公開了使用非晶硅、微晶硅以及多晶硅的技術(shù)(參照專利文
獻1至專利文獻5)。薄膜晶體管例如使用于電視裝置，并且作為構(gòu) 成顯示屏的各像素的開關(guān)晶體管已經(jīng)實現(xiàn)了實用化。日本專利申請公開2005-049832號公報 [專利文獻4日本專利申請公開平7-131030號公報 [專利文獻5]日本專利申請公開2005-191546號公報 以非晶硅層為溝道形成區(qū)域的薄膜晶體管具有如下問題電場效 應(yīng)遷移率低，并且導(dǎo)通電流低。另一方面，以-微晶硅層為溝道形成區(qū) 域的薄膜晶體管具有如下問題雖然其電場效應(yīng)遷移率高于以非晶硅 層為溝道形成區(qū)域的薄膜晶體管的電場效應(yīng)遷移率，但是其在導(dǎo)通電 流高的同時截止電流也高，因此不能獲得充分的開關(guān)特性。
以多晶硅層為溝道形成區(qū)域的薄膜晶體管的電場效應(yīng)遷移率格 外高于上述兩種薄膜晶體管的電場效應(yīng)遷移率，而可以獲得高導(dǎo)通電 流。由此，使用多晶硅層的薄膜晶體管不僅可以用作設(shè)置在像素中的 開關(guān)晶體管，還可以用作構(gòu)成#皮要求高速工作的驅(qū)動電路的晶體管。
但是，以多晶硅層為溝道形成區(qū)域的薄膜晶體管的制造工序具有 如下問題因為其工序中需要半導(dǎo)體層的晶化工序，所以與上述使用非晶硅層或微晶硅層的薄膜晶體管的制造工序相比制造成本高。此
外，還具有如下問題當(dāng)使用激光退火技術(shù)進行半導(dǎo)體層的晶化時， 因為激光束的照射面積小，所以不能高效地生產(chǎn)大面積的液晶面板。 用于顯示面板的制造的玻璃襯底的尺寸逐年增大，即第三代(例 如550mmx650mm)、第四代(例如680mmx880mm)、第五代(例如 1000mmxl200mm)、第六代(例如1500mmxl800mm)、第七代(例如 1900mmx2200mm)、第八代(例如2200mmx2400mm)，并預(yù)測今后大 面積化將進一步進展，即增大到第九代(例如2400mmx2800mm)、第 十代(例如2800mmx3000mm)。但是，仍然沒有確立可以在大面積的 玻璃襯底上高產(chǎn)率地制造能夠高速工作的薄膜晶體管(例如，上述使 用多晶硅層的薄膜晶體管)的技術(shù)。雖然作為在大面積襯底上制造能 夠高速工作的薄膜晶體管的技術(shù)，對以微晶硅為溝道形成區(qū)域的薄膜 晶體管的技術(shù)進行開發(fā)，但是其特性還不充分。

發(fā)明內(nèi)容
于是，所公開的本發(fā)明的方式的目的之一在于解決關(guān)于薄膜晶體 管的導(dǎo)通電流及截止電流的上述問題。此外，所公開的本發(fā)明的方式 的目的之一還在于提供能夠高速工作的薄膜晶體管。
所公開的發(fā)明之一是一種薄膜晶體管，包括柵電極層；覆蓋所 述柵電極層地設(shè)置的第一絕緣層；與所述柵電極層的至少一部分重 疊，形成源區(qū)及漏區(qū)并彼此相離地設(shè)置的一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層；在所述 第一絕緣層上，與所述柵電極層及所述一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層的至少一部 分重疊并在溝道長度方向上彼此相離地設(shè)置的 一對第二絕緣層；接觸 于所述第二絕緣層上并彼此相離地設(shè)置的一對微晶半導(dǎo)體層；覆蓋所 述第一絕緣層、所述一對第二絕緣層及所述一對微晶半導(dǎo)體層并在所 述一對微晶半導(dǎo)體層之間延伸的非晶半導(dǎo)體層，其中所述第一絕緣層 為氮化硅層，并且所述一對第二絕緣層為氧氮化硅層。
所公開的發(fā)明之一是一種薄膜晶體管，包括柵電極層；覆蓋所 述柵電極層地設(shè)置的第一絕緣層；與所述第一絕緣層上的至少一部分接觸地設(shè)置的非晶半導(dǎo)體層；在所述非晶半導(dǎo)體層上彼此相離地設(shè) 置，并且形成源區(qū)及漏區(qū)的一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層；設(shè)置在所述第一絕緣 層和所述非晶半導(dǎo)體層之間，并且與所述一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層的至少一 部分重疊并彼此相離地設(shè)置的一對微晶半導(dǎo)體層；在所述第一絕緣層 上與所述微晶半導(dǎo)體層接觸并彼此相離地設(shè)置的一對第二絕緣層，其 中所述第一絕緣層為氮化硅層，并且所述一對第二絕緣層為氧氮化硅 層。
所公開的發(fā)明之一是一種薄膜晶體管，包括柵電極層；覆蓋所 述柵電極層地設(shè)置的第一絕緣層；與所述柵電極層的至少一部分重疊 并彼此相離地設(shè)置的一對微晶半導(dǎo)體層；接觸于所述第 一絕緣層及所 述一對微晶半導(dǎo)體層并彼此相離地設(shè)置的一對第二絕緣層；至少覆蓋 所述一對微晶半導(dǎo)體層地設(shè)置的非晶半導(dǎo)體層；在所述非晶半導(dǎo)體層 上彼此相離地設(shè)置，并且形成源區(qū)及漏區(qū)的一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層，其中 在所述一對微晶半導(dǎo)體層之間延伸地設(shè)置非晶半導(dǎo)體層，并且所述第 一絕緣層為氮化硅層，所述一對第二絕緣層為氧氮化硅層。
在現(xiàn)有的一般的薄膜晶體管中，利用施加到柵電極的電壓(柵電 極的電位和源區(qū)的電位的電位差)來控制源區(qū)和漏區(qū)之間的載流子 (電子或空穴)的流動，并所述載流子流過源區(qū)到漏區(qū)的半導(dǎo)體層中。 但是，當(dāng)使用上述結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管時，在源區(qū)和漏區(qū)之間流過的載 流子流過與柵電極層重疊地設(shè)置的微晶半導(dǎo)體層中以及從該微晶半 導(dǎo)體層上的部分向溝道長度方向上延伸地設(shè)置的非晶半導(dǎo)體層中。
在上述結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管中，微晶半導(dǎo)體層不是設(shè)置在薄膜晶體 管的溝道長度方向的整個區(qū)域，而是彼此相離地設(shè)置，并在這些微晶 半導(dǎo)體層之間具有非晶半導(dǎo)體層。換言之，上述結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管具 有如下結(jié)構(gòu)在源區(qū)和漏區(qū)之間的溝道長度方向的一定距離中，流過 溝道的栽流子流過非晶半導(dǎo)體層。
在上述結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管中，第一絕緣層為氮化硅層，并且第二
絕緣層為氧氮化硅層。換言之，在載流子流過的區(qū)域中，在接觸于非 晶半導(dǎo)體層并在該非晶半導(dǎo)體層之下設(shè)置有氮化硅層，而在接觸于微晶半導(dǎo)體層并在該微晶半導(dǎo)體層之下設(shè)置有氧氮化硅層。這是為了避 免下述兩個問題。
第一個問題如下若將非晶半導(dǎo)體層的柵極絕緣膜由氧氮化硅形 成，則晶體管的閾值電壓向正電位一側(cè)偏移，再者亞閾值系數(shù)(也稱 為S值)增大。
第二個問題如下在氮化硅層上形成微晶半導(dǎo)體層很困難，即使 可以形成其結(jié)晶性也低。
在上述結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管中，微晶半導(dǎo)體層的供體濃度優(yōu)選盡可 能高。這是因為通過使微晶半導(dǎo)體層的供體濃度高，可以提高電場效 應(yīng)遷移率，而可以實現(xiàn)高速工作。
此外，氧氮化硅是指如下作為其組成氧含量多于氮含量，并在 通過盧瑟福背散射光鐠學(xué)法(RBS : Rutherford Backscattering Spectrometry )及氬前方散射法(HFS: Hydrogen Forward Scattering ) 進行測量時，其包含50原子％至70原子％的氧；0.5原子％至15原 子％的氮；25原子％至35原子％的硅；以及0.1原子％至10原子％的 氫。另外，氮氧化硅是指如下作為其組成氮含量多于氧含量，并在 通過RBS及HFS進行測量時，其包含5原子％至30原子％的氧；20 原子％至55原子％的氮；25原子°/。至35原子％的硅；以及10原子％ 至30原子％的氬。注意，當(dāng)將構(gòu)成氧氮化硅或氮氧化硅的原子總量設(shè) 定為100原子％時，氮、氧、硅及氫的含量比例在上述范圍內(nèi)。
在上述結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管中，優(yōu)選在與所述第二絕緣層重疊的區(qū) 域中所述第一絕緣層的厚度形成為厚，并使所述微晶半導(dǎo)體層的側(cè)面 和所述第二絕緣層的側(cè)面大致一致。這是因為可以在一個蝕刻工序中 對第二絕緣層和微晶半導(dǎo)體層進行構(gòu)圖，并且第一絕緣層和第二絕緣 層的主要成分大多一致。
微晶半導(dǎo)體層的導(dǎo)電率為lxlO-5S.cm"以上且5xlO-2S.cm"以下， 并且非晶半導(dǎo)體層的導(dǎo)電率低于微晶半導(dǎo)體層。微晶半導(dǎo)體層的供體 濃度為lxl0"cm-s以上且lxl0"cm^以下。 一對微晶半導(dǎo)體層至少在 薄膜晶體管的溝道長度方向上延伸，其具有所述導(dǎo)電率而產(chǎn)生高導(dǎo)通電流。另一方面，延伸到溝道形成區(qū)域，并且形成所謂偏移區(qū)的非晶 半導(dǎo)體層有助于截止電流的降低。此外，偏移區(qū)形成在彼此相離地設(shè)
置的 一對微晶半導(dǎo)體層之間。
雜質(zhì)半導(dǎo)體是指從添加有一種導(dǎo)電型的雜質(zhì)元素接收有助于導(dǎo)
電率的大多數(shù)的載流子的半導(dǎo)體。具有一種導(dǎo)電型的雜質(zhì)元素是作為 載流子有可能成為供應(yīng)電子的供體或供應(yīng)空穴的受體的元素，并且作
為供體，典型地可以舉出周期表第15族元素，而作為受體，典型地 可以舉出周期表第13族元素。
微晶半導(dǎo)體是指例如晶粒徑為2nm以上且200nm以下，優(yōu)選為 10nm以上且80nm以下，更優(yōu)選為20nm以上且50nm以下，并且導(dǎo) 電率為大致1(r、.cm"至10"S.cm"的半導(dǎo)體，利用價電子控制來提高 到104.cm"左右的半導(dǎo)體。注意，微晶半導(dǎo)體的概念不局限于上述的 晶粒徑及導(dǎo)電率的值，若具有同等的物性值，例如賦予一種導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度或晶化率，則不一定限于上述晶粒徑等。
非晶半導(dǎo)體是指沒有結(jié)晶結(jié)構(gòu)(在原子的排列中沒有長程有序)
的半導(dǎo)體。此外，在非晶硅中也可以包含氫等。
導(dǎo)通電流是指在當(dāng)對柵電極施加適當(dāng)?shù)臇烹妷阂栽跍系佬纬蓞^(qū) 域中使電流流過時(即，當(dāng)薄膜晶體管為導(dǎo)通狀態(tài)時)，在源區(qū)和漏 區(qū)之間，即在溝道形成區(qū)域中流過的電流。此外，在此導(dǎo)通狀態(tài)是指 柵電壓(柵電極的電位和源區(qū)的電位的電位差)超過晶體管的閾值電 壓的狀態(tài)。
截止電流是指當(dāng)薄膜晶體管的柵電壓低于閾值電壓時(即，當(dāng)薄 膜晶體管為截止?fàn)顟B(tài)時)，在源區(qū)和漏區(qū)之間，即在溝道形成區(qū)域中 j;充過的電^充。
通過采用設(shè)置多個微晶半導(dǎo)體層并使這些彼此相離，并且在源區(qū) 和漏區(qū)之間的溝道長度方向的一定距離中，使流過溝道形成區(qū)域的載 流子流過非晶半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu)，可以獲得導(dǎo)通電流高，且截止電流低 的具有優(yōu)良的開關(guān)特性的薄膜晶體管。
通過設(shè)置氧氮化硅層作為接觸于微晶半導(dǎo)體層的絕緣層，可以形成結(jié)晶性高的半導(dǎo)體層。
通過設(shè)置氮化硅層作為接觸于非晶半導(dǎo)體層的絕緣層，且設(shè)置氧 氮化硅層作為接觸于微晶半導(dǎo)體層的絕緣層，可以獲得亞閾值系數(shù) 小，且閾值電壓不偏移(或閾值電壓的偏移小)的電特性良好的薄膜 晶體管。


圖1A和1B是說明薄膜晶體管的圖2是說明薄膜晶體管的制造方法的圖3A至3E是說明薄膜晶體管的制造方法的圖4A至4E是說明薄膜晶體管的制造方法的圖5A和5B是說明薄膜晶體管的制造方法的圖6是說明薄膜晶體管的制造方法的圖7A至7D是說明薄膜晶體管的制造方法的圖8A至8D是說明薄膜晶體管的制造方法的圖9是示出薄膜晶體管的電特性的測定結(jié)果的圖IOA和IOB是示出用于薄膜晶體管的微晶半導(dǎo)體層的拉曼光
譜的圖11A和11B是示出用于薄膜晶體管的微晶半導(dǎo)體層的截面 TEM圖像的圖12A和12B是示出用于薄膜晶體管的微晶半導(dǎo)體層的平面 TEM圖像的圖。
具體實施例方式
下面，參照

所公開的發(fā)明的幾個實施方式。注意，本發(fā) 明不局限于以下說明，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以很容易地理解一個 事實就是，其方式和詳細內(nèi)容可以在不脫離所公開的發(fā)明的宗旨及其 范圍的情況下被變換為各種各樣的形式。在以下所說明的本發(fā)明的結(jié) 構(gòu)中，有時在不同附圖之間共同使用同一附圖標(biāo)記表示同一部分。實施方式1
在實施方式l中，參照圖1A和1B說明才艮據(jù)本發(fā)明的方式的薄 膜晶體管的結(jié)構(gòu)的一個例子。
圖1A所示的薄膜晶體管包括如下襯底100上的柵電極層105， 柵電極層105上的第一絕緣層107a，第一絕緣層107a上的彼此相離 地設(shè)置的第二絕緣層107ba及第二絕緣層107bb,分別與第二絕緣層 107ba上及第二絕緣層107bb上接觸，并彼此相離地設(shè)置的微晶半導(dǎo) 體層109a及微晶半導(dǎo)體層109b，分別設(shè)置在微晶半導(dǎo)體層109a上及 微晶半導(dǎo)體層109b上且彼此相離地設(shè)置的緩沖層llla及緩沖層 lllb。大致重疊地設(shè)置緩沖層llla、微晶半導(dǎo)體層109a及第二絕緣 層107ba，并大致重疊地設(shè)置緩沖層lllb、微晶半導(dǎo)體層109b及第 二絕緣層107bb。此外，覆蓋第二絕緣層107ba、第二絕緣層107bb、 微晶半導(dǎo)體層109a、微晶半導(dǎo)體層109b、緩沖層llla及緩沖層lllb 的側(cè)面以及上面地設(shè)置非晶半導(dǎo)體層113。在非晶半導(dǎo)體層113上設(shè) 置添加有賦予一種導(dǎo)電型的雜質(zhì)元素的一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層115a及雜 質(zhì)半導(dǎo)體層115b。雜質(zhì)半導(dǎo)體層115a及雜質(zhì)半導(dǎo)體層115b形成源區(qū) 和漏區(qū)。另外，在雜質(zhì)半導(dǎo)體層115a及雜質(zhì)半導(dǎo)體層115b上設(shè)置有 布線層117a及布線層117b。
微晶半導(dǎo)體層109a及微晶半導(dǎo)體層109b的導(dǎo)電率優(yōu)選為
0，9S.cm_1至2S'cnT1的范圍內(nèi)。
微晶半導(dǎo)體層是包括具有非晶和結(jié)晶結(jié)構(gòu)(包括單晶、多晶)的
中間結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。 一般而言，微晶半導(dǎo)體是具有自由能方面很穩(wěn)定 的第三狀態(tài)的半導(dǎo)體，并且是具有短程有序且具有晶格畸變的結(jié)晶的 半導(dǎo)體，其粒徑為2nm以上且200nm以下，優(yōu)選為10nm以上且80nm 以下，更優(yōu)選的是，20nm以上且50nm以下的柱狀或針狀晶體相對 于襯底表面以法線方向生長。另外，微晶半導(dǎo)體的導(dǎo)電率為大致 10-7S.cm"至10-4S.cnT1，利用價電子控制來提高到lO^cm"左右。作 為微晶半導(dǎo)體的代表實例的微晶硅的拉曼光鐠偏移到低于顯示單晶 硅的520cnT1的波數(shù)一側(cè)。即，在顯示單晶硅的520cm"和顯示非晶硅的480cnT1之間有微晶硅的拉曼光鐠的高峰值。此外，使該微晶硅 包含至少1原子％或更多的氫或閨素，以便終止懸空鍵。進而，通過 還包含氦、氬、氪、氖等的稀有氣體元素，進一步促進其晶格畸變， 可以提高結(jié)晶的穩(wěn)定性而獲得良好的微晶半導(dǎo)體層。例如在美國專利 4,409,134號中公開有關(guān)于這種微晶半導(dǎo)體層的記載。注意，微晶半導(dǎo) 體的概念不僅固定于上述的晶粒徑及導(dǎo)電率的值，若具有同等的物性 值，例如賦予一種導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度或晶化率，則不局限于上述晶粒 徑等。
微晶半導(dǎo)體層109a及微晶半導(dǎo)體層109b的厚度為5nm以上且 50nm以下，優(yōu)選為5nm以上且30nm以下。
優(yōu)選對微晶半導(dǎo)體層109a及微晶半導(dǎo)體層109b添加成為供體的 雜質(zhì)元素，以便獲得充分的導(dǎo)通電流。在此情況下，氧濃度、以及氮 濃度設(shè)定得小于成為供體的雜質(zhì)元素的濃度的10倍，典型為小于 3xlO"cnT3,更優(yōu)選為小于3xl018CnT3，并且優(yōu)選將碳的濃度設(shè)定為 3xl018 cir^以下。這是為了抑制微晶半導(dǎo)體層中的缺陷的產(chǎn)生。此夕卜， 當(dāng)氧或氮進入于微晶半導(dǎo)體層中時，難以實現(xiàn)半導(dǎo)體的結(jié)晶化。因此， 當(dāng)使用添加有成為供體的雜質(zhì)元素的微晶半導(dǎo)體層時，通過使微晶半 導(dǎo)體層中的氧濃度、氮濃度較低并且添加成為供體的雜質(zhì)元素，可以 提高微晶半導(dǎo)體層的結(jié)晶性。
此外，通過與成膜同時或者成膜后對微晶半導(dǎo)體層添加成為受體 的雜質(zhì)元素，可以控制形成的晶體管的閾值電壓。作為成為受體的雜 質(zhì)元素，典型有硼，并且將B2H6、BF3等雜質(zhì)氣體以lppm至1000ppm、 優(yōu)選以lppm至100ppm的比例混入于氫化珪，即可。并且，將硼的 濃度設(shè)定為成為供體的雜質(zhì)元素的1/10左右、例如為lxl014cm-3至 6xl016cnr3,即可。
緩沖層llla及緩沖層lllb由非晶半導(dǎo)體形成?；蛘撸褂锰砑?有氟或氯等鹵素的非晶半導(dǎo)體。緩沖層llla及緩沖層lllb的厚度為 30nm至200nm，優(yōu)選為50nm至150nm。作為非晶半導(dǎo)體，可以舉 出非晶娃。此外，通過使緩沖層llla及緩沖層lllb的側(cè)面相對于襯底為具 有30。至60。的錐形，以該微晶半導(dǎo)體層為結(jié)晶生長的核，可以提高微 晶半導(dǎo)體層和非晶半導(dǎo)體層的界面附近的微晶半導(dǎo)體層109a及微晶
半導(dǎo)體層109b的結(jié)晶性。由此，可以實現(xiàn)薄膜晶體管的高速工作，
并可以提高導(dǎo)通電流。
作為緩沖層llla及緩沖層lllb，通過形成非晶半導(dǎo)體層，還形 成包含氫、氮或卣素的非晶半導(dǎo)體層，可以防止微晶半導(dǎo)體層所具有 的晶粒表面的自然氧化。尤其是在微晶半導(dǎo)體層中，在非晶半導(dǎo)體和 微晶粒接觸的區(qū)域，因應(yīng)力集中而容易產(chǎn)生裂縫。當(dāng)該裂縫接觸于氧 時晶粒被氧化，而形成氧化硅層。然而，通過在添加有成為供體的雜 質(zhì)元素的半導(dǎo)體層的表面上形成緩沖層llla及緩沖層lllb，可以防 止微晶粒的氧化。由此，可以減少載流子被俘獲的缺陷，或者可以縮 少妨礙載流子的進程的區(qū)域。由此，可以實現(xiàn)薄膜晶體管的高速工作， 并可以提高導(dǎo)通電流。
第二絕緣層107ba及第二絕緣層107bb由氧氮化硅形成。通過 第二絕緣層107ba及第二絕緣層107bb使用氧氮化硅形成，因為微晶 半導(dǎo)體層109a及微晶半導(dǎo)體層109b與氧氮化硅層接觸地設(shè)置，所以 可以提高結(jié)晶性。此外，第二絕緣層107ba及第二絕緣層107bb形成 為5nm至20nm的厚度，優(yōu)選為10nm至15nm。這是為了避免蝕刻 中的控制的困難，且獲得良好的電特性。
再者，通過第二絕緣層107ba及第二絕緣層107bb由氧氮化硅 形成，來提高微晶半導(dǎo)體層109a及微晶半導(dǎo)體層109b的結(jié)晶性。在 圖10A中示出微晶半導(dǎo)體層的拉曼峰值，在圖10B中示出以圖10A 為最大值而標(biāo)準(zhǔn)化的拉曼峰值。在此，微晶半導(dǎo)體層是不添加賦予一 種導(dǎo)電型的雜質(zhì)元素而形成的層，其中除了接觸于微晶半導(dǎo)體層之下 而形成層以外的條件都是一樣的。光鐠170a及光鐠171a示出形成在 氧氮化硅層上的微晶半導(dǎo)體層的拉曼峰值，光譜170b及光譜171b示 出形成在氮化硅層上的微晶半導(dǎo)體層的拉曼峰值。
圖IIA和IIB表示對在圖IOA和10B中示出拉曼峰值的微晶半導(dǎo)體層的截面4吏用透射電子顯孩吏鏡(Transmission Electron Microscope。以下稱為TEM。)進行觀察的圖l象。圖11A示出在氮 化硅層上形成微晶半導(dǎo)體層，并對這些的界面進行觀察的截面TEM 圖像(200萬倍)。圖IIB示出在氧氮化硅層上形成微晶半導(dǎo)體層， 并對這些的界面進行觀察的截面TEM圖像(100萬倍)。
圖12A和12B表示對在圖10A和10B中示出拉曼峰值的微晶半 導(dǎo)體層的平面使用TEM進行觀察的圖像。圖12A示出在氮化硅層上 形成微晶半導(dǎo)體層，并對該微晶半導(dǎo)體層進行觀察的平面TEM圖像 (50萬倍)。圖12B示出在氧氮化硅層上形成微晶半導(dǎo)體層，并對 該微晶半導(dǎo)體層進行觀察的平面TEM圖像(50萬倍)。
由圖10A至圖12B可知，與形成在氮化硅層上的微晶半導(dǎo)體層 相比，形成在氧氮化硅層上的微晶半導(dǎo)體層具有高結(jié)晶性。此外，由 圖11A和11B及圖12A和12B可知，與形成在氮化硅層上的孩支晶半 導(dǎo)體層相比，形成在氧氮化硅層上的微晶半導(dǎo)體層的晶粒被致密地形
成o
在與所述第二絕緣層107ba及第二絕緣層107bb重疊的區(qū)域中 第一絕緣層107a的厚度為厚。這是為了在一個蝕刻工序中對緩沖層 llla及緩沖層lllb、微晶半導(dǎo)體層109a及微晶半導(dǎo)體層109b、第二 絕緣層107ba及第二絕緣層107bb進行構(gòu)圖。
此外，氧氮化硅是指如下作為其組成氧含量多于氮含量，并在 通過盧瑟福背散射光i脊學(xué)法(RBS : Rutherford Backscattering Spectrometry )及氫前方散射法(HFS: Hydrogen Forward Scattering ) 進行測量時，其濃度范圍優(yōu)選為包含50原子％至70原子％的氧；0.5 原子％至15原子％的氮；25原子％至35原子％的硅；以及0.1原子％ 至10原子％的氫。注意，當(dāng)將構(gòu)成氧氮化硅的原子總量設(shè)定為100原 子％時，氮、氧、硅及氫的含量比例在上述范圍內(nèi)。
非晶半導(dǎo)體層113由非晶硅形成。此外，在非晶半導(dǎo)體層113 中可以包含氟或氯等。當(dāng)在非晶半導(dǎo)體層113中包含磷時，其濃度低 于微晶半導(dǎo)體層109a及微晶半導(dǎo)體層109b所包含的磷即可。另外，重疊于布線層的非晶半導(dǎo)體層113的厚度為50nm以上且小于500nm。
非晶半導(dǎo)體層113覆蓋微晶半導(dǎo)體層109a、微晶半導(dǎo)體層109b、 緩沖層llla及緩沖層lllb的側(cè)面。此外，在微晶半導(dǎo)體層109a及 微晶半導(dǎo)體層109b的周緣部，第一絕緣層107a和非晶半導(dǎo)體層113 接觸。通過釆用上述結(jié)構(gòu)，因為微晶半導(dǎo)體層109a及微晶半導(dǎo)體層 109b與雜質(zhì)半導(dǎo)體層115a及雜質(zhì)半導(dǎo)體層115b不接觸，所以可以減 少在微晶半導(dǎo)體層109a及微晶半導(dǎo)體層109b和雜質(zhì)半導(dǎo)體層115a 及雜質(zhì)半導(dǎo)體層115b之間產(chǎn)生的漏電流。
此外，通過與微晶半導(dǎo)體層109a及微晶半導(dǎo)體層109b相比對非 晶半導(dǎo)體層113添加低濃度的磷，可以控制晶體管的閾值電壓的波動。
襯底100可以使用通過利用熔化法或浮法而制造的無堿玻璃襯 底如鋇硼硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃、鋁硅酸鹽玻璃等、或陶瓷襯 底，還可以使用具有能夠耐受本制造工序中的處理溫度的耐熱性的塑 料襯底等。此外，還可以應(yīng)用在不銹鋼合金等金屬襯底表面上設(shè)置絕 緣層的襯底。當(dāng)襯底100是母體玻璃時，不僅可以使用第一代(320 mmx400mm )、第二代(400mmx500mm )、第三代(550mmx650mm)、 第四代(680mmx880mm 或 730mmx920mm)、 第五代 (1000mmxl200mm 或 1100mmxl250mm)、 第 六 代 (1500mmxl800mm)、 第七代(1900mmx2200mm)、 第八代 (2160mmx2460mm)的襯底，還可以使用第九代(2400mmx2800mm或 2450mmx3050mm)、第十代(2950mmx3400mm)的襯底。
柵電極層105使用導(dǎo)電材料設(shè)置，例如由金屬材料形成即可。作 為能夠使用的金屬材料，可以舉出鋁、鉻、鈦、鉭、鉬、銅等。柵電 極層105優(yōu)選由鋁或阻擋金屬夾著鋁的結(jié)構(gòu)的疊層膜形成。作為阻擋 金屬，應(yīng)用鈦、鉬、鉻等高熔金屬。設(shè)置阻擋金屬的目的是為了防止 鋁的小丘、鋁的氧化。
柵電極層105以50nm以上且300nm以下的厚度形成，以便構(gòu) 成柵極布線。通過將柵電極層105的厚度設(shè)定為50nm以上且100nm 以下，可以防止后面形成的半導(dǎo)體層或布線的斷開。另外，通過將柵電極層105的厚度設(shè)定為150nm以上且300nm以下，可以實現(xiàn)柵極 布線的低電阻化，并可以實現(xiàn)大面積化。
由于在柵電極層105上設(shè)置半導(dǎo)體層及絕緣層，所以優(yōu)選將其端 部加工為錐形以防止斷開。此外，柵電極層105不僅可以構(gòu)成柵極布 線還可以構(gòu)成電容布線。
第一絕緣層107a由氮化硅形成。第一絕緣層107a由氮化硅形成 的優(yōu)點是如下。首先，將第一絕緣層107a用作非晶半導(dǎo)體層113的 柵極絕緣層，因此可以降低薄膜晶體管的亞閾值系數(shù)。此外，可以防 止包含在襯底100的鈉等的雜質(zhì)元素進入到微晶半導(dǎo)體層109a、微晶 半導(dǎo)體層109b、緩沖層llla、緩沖層lllb以及非晶半導(dǎo)體層113。 再者，可以防止柵電極層105的氧化。
第一絕緣層107a優(yōu)選以50nm至150nm的厚度形成。柵電極層 105 —般使用濺射法來形成，通常其表面產(chǎn)生有凹凸。通過將第一絕 緣層107a的厚度設(shè)定為50nm至150nm，可以緩和因該凹凸而降低 覆蓋率。
從而，通過將第一絕緣層107a的厚度設(shè)定為50nm至150nm并 由氮化硅形成，可以提高后面形成的薄膜晶體管的電特性。
當(dāng)形成n型薄膜晶體管的情況下，對一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層115a及 雜質(zhì)半導(dǎo)體層115b添加例如磷作為雜質(zhì)元素，將PH3等的雜質(zhì)氣體 添加到當(dāng)形成時使用的氫化硅中即可。另外，在形成p型薄膜晶體管 的情況下，添加例如硼作為雜質(zhì)元素，將B2H6等的雜質(zhì)氣體添加到 當(dāng)形成時使用的氫化硅中即可。通過將磷或硼的濃度設(shè)定為 lxl0"cnf3至lxl021 cnT3，可以實現(xiàn)與布線層117a及布線層117b的 歐姆接觸，而將一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層115a及雜質(zhì)半導(dǎo)體層115b用作源 區(qū)及漏區(qū)。 一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層115a及雜質(zhì)半導(dǎo)體層115b可以由微晶 半導(dǎo)體或非晶半導(dǎo)體形成。 一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層U5a及雜質(zhì)半導(dǎo)體層 115b以10nm以上且100nm以下，優(yōu)選以30nm以上且50nm以下的 厚度形成。通過減薄一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層115a及雜質(zhì)半導(dǎo)體層115b的 厚度，可以提高形成時的處理量。布線層117a及布線層117b使用導(dǎo)電材料設(shè)置，例如由金屬材料 形成即可。例如優(yōu)選由鋁、對鋁添加有提高耐熱性元素的材料、或?qū)?鋁添加有小丘防止元素的材料(以下這些稱為鋁合金)以單層或疊層 形成。在此，作為提高耐熱性元素或小丘防止元素，可以舉出銅、硅、 鈦、釹、鈧或鉬等。此外，還可以采用如下疊層結(jié)構(gòu)通過使用鈦、 鉭、鉬、鵠或這些元素的氮化物形成與雜質(zhì)半導(dǎo)體層接觸一側(cè)的層， 并在其上形成鋁或鋁合金。再者，還可以釆用如下疊層結(jié)構(gòu)鋁或鋁 合金的上表面及下表面由鈦、鉭、鉬、鎢或這些元素的氮化物夾住。 例如，可以使用在鈦層上設(shè)置鋁層，并在該鋁層上設(shè)置鈦層的疊層的 導(dǎo)電層。
作為形成柵電極層105的材料舉出的材料可以用于形成布線層 117a，作為形成布線層117a及布線層117b的材料舉出的材料可以用 于柵電極層105。
圖1A所示的薄膜晶體管示出非晶半導(dǎo)體層113與布線層117a 及布線層117b不接觸，并在緩沖層llla及緩沖層lllb上中間夾著 一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層U5a及雜質(zhì)半導(dǎo)體層115b設(shè)置布線層117a及布 線層117b的結(jié)構(gòu)，如圖1B所示那樣，可以采用非晶半導(dǎo)體層113的 側(cè)面與布線層117a及布線層117b接觸的結(jié)構(gòu)。
在本實施方式所示的薄膜晶體管中，第一薄膜晶體管101、第二 薄膜晶體管102及第三薄膜晶體管103串聯(lián)連接。第一薄膜晶體管101 由柵電極層105、第一絕緣層107a及第二絕緣層107ba、孩t晶半導(dǎo)體 層109a、緩沖層llla、非晶半導(dǎo)體層113、雜質(zhì)半導(dǎo)體層115a以及 布線層117a構(gòu)成。第二薄膜晶體管102由柵電極層105、第一絕緣層 107a、非晶半導(dǎo)體層113構(gòu)成。第三薄膜晶體管103由柵電極層105、 第一絕緣層107a及第二絕緣層107bb、微晶半導(dǎo)體層109b、緩沖層 lllb、非晶半導(dǎo)體層113、雜質(zhì)半導(dǎo)體層115b以及布線層117b構(gòu)成。
第二薄膜晶體管102是將非晶半導(dǎo)體層用于溝道形成區(qū)域的薄 膜晶體管。在第一薄膜晶體管IOI及第三薄膜晶體管103中，載流子 流過的區(qū)域為微晶半導(dǎo)體層109a及微晶半導(dǎo)體層109b。微晶半導(dǎo)體層109a及孩支晶半導(dǎo)體層109b的導(dǎo)電率為0. 9S.cnT1至2S.cnT1，與 通常的非晶半導(dǎo)體層及微晶半導(dǎo)體層相比其電阻率低。由此，即使在 對柵電極層105施加低于第二薄膜晶體管的閾值電壓的正電壓的狀態(tài) 下，也成為在微晶半導(dǎo)體層109a及微晶半導(dǎo)體層109b中多個載流子 被感應(yīng)的狀態(tài)。當(dāng)對柵電極層105施加第二薄膜晶體管102的閾值電 壓以上的正電壓時，第二薄膜晶體管102成為導(dǎo)通，在微晶半導(dǎo)體層 109a及微晶半導(dǎo)體層109b中被感應(yīng)的多個載流子流到第一薄膜晶體 管101的布線層117a或第三薄膜晶體管的布線層117b。
本實施方式的薄膜晶體管的溝道長度L為微晶半導(dǎo)體層109a和 微晶半導(dǎo)體層109b之間的距離a、雜質(zhì)半導(dǎo)體層115a的端部和微晶 半導(dǎo)體層109a的端部之間的距離b以及雜質(zhì)半導(dǎo)體層115b和微晶半 導(dǎo)體層109b之間的距離c的總合。對于溝道長度L，通過使微晶半 導(dǎo)體層109a和微晶半導(dǎo)體層109b之間的距離a較短，并使雜質(zhì)半導(dǎo) 體層115a的端部和微晶半導(dǎo)體層109a的端部之間的距離b較長，并 使雜質(zhì)半導(dǎo)體層115b和微晶半導(dǎo)體層109b之間的距離c較長，來提 高導(dǎo)通電流和遷移率。
此外，在本實施方式所示的薄膜晶體管中，微晶半導(dǎo)體層109a、 微晶半導(dǎo)體層109b由使用相同的光掩模而形成的抗蝕劑掩模被蝕刻。 由此，由于不需要將光掩模以亞微米水平的精度對準(zhǔn)，所以可以使微 晶半導(dǎo)體層109a和微晶半導(dǎo)體層109b之間的距離a的不均勻極小， 并可以使它的距離為曝光裝置的分辨率限度程度的距離。此外，通過 使用相移掩模，可以使它的距離為曝光裝置的分辨率限度以下的距 離。當(dāng)施加正的柵電壓時將微晶半導(dǎo)體層109a和微晶半導(dǎo)體層109b 之間的區(qū)域用作第二薄膜晶體管102的溝道形成區(qū)域，由于可以如上 述所示那樣使不均勻小，因此可以使村底面中的各個晶體管的電特性 的不均勻小。
通過采用使用相移掩模等的方法可以使第二薄膜晶體管102的 溝道長度(即，距離a)較短，當(dāng)使距離a較短時為了避免在第二薄 膜晶體管102中產(chǎn)生短溝道效果，將成為柵極絕緣層的第一絕緣層107a形成為薄，即可。
另一方面，當(dāng)對柵電極層105施加負電壓時，即使在微晶半導(dǎo)體 層109a、微晶半導(dǎo)體層109b中載流子被感應(yīng)，由于第二薄膜晶體管 102為截止，所以可以防止電流流過。由于第二薄膜晶體管102由非 晶半導(dǎo)體層形成，所以不會產(chǎn)生泄漏路徑(leak path)等，因而可以使 截止電流為小。
如以上所說明那樣，可以獲得導(dǎo)通電流及遷移率高，并且截止電 流小的薄膜晶體管。再者，本實施方式所說明的薄膜晶體管是亞閾值 系數(shù)小，并且閾值電壓不偏移或閾值電壓的偏移小的電特性良好的薄 膜晶體管。
連接源區(qū)和漏區(qū)的非晶半導(dǎo)體層113的表面(背溝道)具有凹凸 形狀，并且源區(qū)和漏區(qū)之間的距離較長。由此，流過源區(qū)和漏區(qū)之間 的非晶半導(dǎo)體層U3表面的漏電流的路徑較長。從而，在源區(qū)和漏區(qū)
之間，可以減少流過非晶半導(dǎo)體層113表面的漏電流，并可以使截止 電流為小。
再者，柵電極層105與雜質(zhì)半導(dǎo)體層115a及雜質(zhì)半導(dǎo)體層115b 之間除了絕緣層以外還設(shè)置有非晶半導(dǎo)體層113，由此可以使柵電極 層105與雜質(zhì)半導(dǎo)體層115a及雜質(zhì)半導(dǎo)體層115b之間的距離增大。 因此，可以減少在柵電極層105與雜質(zhì)半導(dǎo)體層115a及雜質(zhì)半導(dǎo)體 層115b之間產(chǎn)生的寄生電容。
實施方式2
在本實施方式中，參照圖2至圖5B對圖1A所示的薄膜晶體管
的制造工序進行說明。
在具有非晶半導(dǎo)體層或微晶半導(dǎo)體層的薄膜晶體管中，n型的電
場效應(yīng)遷移率高于p型的電場效應(yīng)遷移率，而適合使用于驅(qū)動電路。 此外，優(yōu)選形成在同 一個襯底上的薄膜晶體管的極性全都為一樣的極 性，以便減少工序數(shù)。從而，在本實施方式中說明n型薄膜晶體管的 制造工序。注意，當(dāng)制造p型薄膜晶體管時也可以以同樣的方式進行 制造。首先，參照圖2至圖5B對圖1A所示的薄膜晶體管的制造工序 進行說明。圖3A至3E示出沿圖2的A-B的截面圖，圖4A至4E示 出沿圖2的C-D的截面圖。
首先，在襯底100上形成導(dǎo)電層104 (參照圖3A及圖4A)。作 為導(dǎo)電層104，可以使用在實施方式1中舉出的柵電極層105的材料 形成。導(dǎo)電層104使用濺射法、CVD法、鍍敷法、印刷法或液滴噴出 法等形成。
接著，在導(dǎo)電層104上涂敷抗蝕劑之后，通過使用第一光掩模的 光刻工序形成抗蝕劑掩模。使用該抗蝕劑掩模對導(dǎo)電層104進行蝕刻 而形成為所希望的形狀，以形成柵電極層105。然后，去除抗蝕劑掩 模。
接著，在襯底100及柵電極層105上形成第一絕緣層107a。作 為第一絕緣層107a,可以與實施方式1同樣由氮化硅形成。第一絕緣 層107a 4吏用CVD法或濺射法形成。
接著，在第一絕緣層107a上層疊形成第二絕緣層107b、微晶半 導(dǎo)體層108以及緩沖層110 (參照圖3B及圖4B)。與實施方式1同 樣對微晶半導(dǎo)體層108優(yōu)選添加成為供體的雜質(zhì)元素。以下說明微晶 半導(dǎo)體層108的成膜方法。
在等離子體CVD裝置的反應(yīng)室內(nèi)，將包含硅的淀積性氣體和氫 混合，由輝光放電等離子體可以形成微晶半導(dǎo)體層108。通過將氫的 流量稀釋為包含硅的淀積性氣體的流量的10倍至2000倍，優(yōu)選為50 倍至200倍來可以形成微晶半導(dǎo)體層。襯底的加熱溫度為100。C至 300'C，優(yōu)選為120。C至220°C。此外，通過對上述原料氣體混合包含 磷、砷、銻等的氣體，可以添加成為供體的雜質(zhì)元素。在此，對硅烷、 氫和稀有氣體的混合氣體(或氫和稀有氣體中的任一個)混合磷化氫， 由輝光放電形成包含磷的微晶硅層。
在此，輝光放電等離子體的產(chǎn)生可以通過施加lMHz至20MHz (代表性的為13.56MHz)的高頻電力，或大于20MHz且到120MHz 左右(代表性的為27.12MHz、 60MHz)的高頻電力而實現(xiàn)。此外，作為包含硅的淀積性氣體的代表性例子，有SiH4、 Si2H6等。
此外，不對微晶半導(dǎo)體層109a及微晶半導(dǎo)體層109b直接進行成 為供體的雜質(zhì)元素的添加，而通過在第二絕緣層107b中包含成為供 體的雜質(zhì)元素來實現(xiàn)對微晶半導(dǎo)體層109a及微晶半導(dǎo)體層109b添加 成為供體的雜質(zhì)元素?；蛘?，也可以在第一絕緣層107a中包含成為 供體的雜質(zhì)元素。在第一絕緣層107a及第二絕緣層107b的兩者中可 以包含成為供體的雜質(zhì)元素。
或者，當(dāng)形成微晶半導(dǎo)體層109a及微晶半導(dǎo)體層109b時，不但 使微晶半導(dǎo)體層109a及微晶半導(dǎo)體層109b包含成為供體的雜質(zhì)元素 而且還使第一絕緣層107a及第二絕緣層107b中也包含成為供體的雜 質(zhì)元素。
當(dāng)作為第一絕緣層107a形成添加有成為供體的雜質(zhì)元素的絕緣 層時，對絕緣層的原料氣體混合包含成為供體的雜質(zhì)元素的氣體而形 成第一絕緣層107a即可。例如,通過使用硅烷、氨及磷化氬的等離 子體CVD法可以形成包含磷的氮化硅。此外，當(dāng)作為第二絕緣層107b 形成添加有成為供體的雜質(zhì)元素的絕緣層時，通過使用硅烷、 一氧化 二氮、氨及磷化氫的等離子體CVD法可以形成包含磷的氧氮化硅層。
或者，在形成這些層之前，可以在成膜裝置的反應(yīng)室內(nèi)導(dǎo)入包含 成為供體的雜質(zhì)元素的氣體，并將成為供體的雜質(zhì)元素吸附到襯底 100的表面及反應(yīng)室內(nèi)墻。然后，進行成膜，可以一邊吸收成為供體 的雜質(zhì)元素一邊形成半導(dǎo)體層。
此外，可以對第二絕緣層107b表面進行等離子體處理。該等離 子體處理可以通過將代表性的氫等離子體、氨等離子體、1120等離子 體、氦等離子體、氬等離子體或氖等離子體等的等離子體暴露到第二 絕緣層107b表面來進行。其結(jié)果，可以減少產(chǎn)生在第二絕緣層107b 表面的缺陷。這是因為通過該處理，可以終止第二絕緣層107b表面 的懸空鍵。
接著，形成緩沖層IIO。作為緩沖層IIO形成非晶半導(dǎo)體層。通過使用包含硅的淀積性氣體的等離子體CVD法形成非晶半導(dǎo)體層即 可。或者通過使用選自氦、氬、氪、氖中的一種或多種的稀有氣體元 素稀釋包含硅的淀積性氣體可以形成非晶半導(dǎo)體層。通過將氫的流量 稀釋為包含硅的淀積性氣體的流量的0倍至50倍，優(yōu)選為0倍至10 倍，更優(yōu)選為2倍至5倍來可以形成非晶半導(dǎo)體層。此外，通過使用 硅烷氣體的流量的1倍至10倍，優(yōu)選1倍至5倍的氫，可以形成包 含氫的非晶半導(dǎo)體層。另外，在形成氣體中可以添加氟或氯等鹵素。
此外，非晶半導(dǎo)體層也可以在氫或稀有氣體中使用硅的靶子進行 濺射來形成。
優(yōu)選通過使用等離子體CVD法在300。C至400°C的溫度下形成緩 沖層110。通過該處理將氫供應(yīng)到微晶半導(dǎo)體層108，可以獲得與當(dāng) 使微晶半導(dǎo)體層108氫化時同樣的效果。換言之，通過在添加有成為 供體的雜質(zhì)元素的半導(dǎo)體層上使用上述條件形成緩沖層110，可以在 微晶半導(dǎo)體層108中擴散氫，而終止懸空鍵。
此外，通過設(shè)置緩沖層IIO，可以防止包含在微晶半導(dǎo)體層中的 晶粒表面的自然氧化。緩沖層110可以包含氫、氮或鹵素。尤其是在 非晶半導(dǎo)體層和微晶半導(dǎo)體層的晶粒接觸的區(qū)域中，容易因局部應(yīng)力 而產(chǎn)生裂縫。當(dāng)該裂縫與氧接觸時晶粒氧化，而形成氧化硅。然而，通 過設(shè)置緩沖層110，可以防止包含在微晶半導(dǎo)體層中的晶粒的氧化。 此外，若使緩沖層110的厚度較厚，則薄膜晶體管的耐壓提高，由于 高電壓，可以防止薄膜晶體管的退化。
接著，在緩沖層110上涂敷抗蝕劑之后，通過使用第二光掩模的 光刻工序形成抗蝕劑掩模。使用該抗蝕劑掩模而對緩沖層110及微晶 半導(dǎo)體層108進行蝕刻以形成為所希望的形狀，在形成薄膜晶體管的 區(qū)域中，形成彼此相離地設(shè)置的第二絕緣層107ba及第二絕緣層 107bb、彼此相離地設(shè)置的微晶半導(dǎo)體層109a及微晶半導(dǎo)體層109b 以及彼此相離地設(shè)置的緩沖層llla及緩沖層lllb (參照圖3C及圖 4C)。然后，去除抗蝕劑掩模。
在去除抗蝕劑掩模之后，將緩沖層llla及緩沖層lllb用作掩模對第二絕緣層107b蝕刻，而形成第二絕緣層107ba及第二絕緣層 107bb。通過該工序，除了第二絕緣層107b以外，也對不與緩沖層 llla及緩沖層lllb重疊的區(qū)域的第一絕緣層107a的一部分進行蝕 刻。
接著，形成非晶半導(dǎo)體層112、以及添加有賦予一種導(dǎo)電型的雜 質(zhì)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體層114。
非晶半導(dǎo)體層112可以以與緩沖層110同樣的材料及形成方法來形成。
此外，當(dāng)形成非晶半導(dǎo)體層112時，在對等離子體CVD裝置的 成膜室內(nèi)墻預(yù)涂氮氧化硅層、氮化硅層、氧化硅層以及氧氮化硅層中 的任何層之后，將氫的流量稀釋為包含硅的淀積性氣體的流量的0倍 至50倍，優(yōu)選為0倍至10倍，更優(yōu)選為2倍至5倍，而形成半導(dǎo)體 層，在膜中一邊吸收存在于成膜室內(nèi)墻的氧及氮等一邊堆積膜，因此 可以不使其結(jié)晶化而形成致密的非晶半導(dǎo)體層。注意，在非晶半導(dǎo)體 層112的一部分中可以包含微晶粒。
在本實施方式中，由于形成n型薄膜晶體管，因此通過使用包含 珪的淀積性氣體和磷化氫的等離子體CVD法可以形成添加有賦予一 種導(dǎo)電型的雜質(zhì)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體層114。此外，當(dāng)形成p型薄膜晶 體管時，通過使用包含硅的淀積性氣體和乙硼烷的等離子體CVD法 來可以形成添加有賦予一種導(dǎo)電型的雜質(zhì)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體層114。
在微晶半導(dǎo)體層108、緩沖層110、非晶半導(dǎo)體層112及雜質(zhì)半 導(dǎo)體層115a的形成工序中輝光放電等離子體的產(chǎn)生可以通過施加 lMHz至20MHz (代表性的13.56MHz )的高頻電力，或大于20MHz 且到120MHz左右(代表性的27.12MHz、 60MHz)的高頻電力而實 現(xiàn)。
作為導(dǎo)電層116，可以使用在實施方式1中舉出的布線層117a 及布線層117b的材料形成。導(dǎo)電層116使用CVD法、濺射法、印刷 法或液滴噴出法等形成。注意，雖然在圖3D和3E中以單層形成導(dǎo)電 層116，但是也可以與實施方式1同樣層疊多個導(dǎo)電層來形成。接著，在導(dǎo)電層116上涂敷抗蝕劑。作為抗蝕劑，可以使用正型 抗蝕劑或負型抗蝕劑。在此說明使用正型抗蝕劑的情況。
接著，通過作為第三光掩模使用多級灰度掩模，對抗蝕劑照射光 之后進行顯影，形成抗蝕劑掩模119 (參照圖3D及圖4D)。
抗蝕劑掩模119可以通過使用一般的多級灰度掩模來形成。在 此，以下參照圖5A和5B說明多級灰度掩模。
在此，多級灰度掩模是指可以以多個階段的光量進行曝光的掩 模，代表性的可以以曝光區(qū)域、半曝光區(qū)域以及非曝光區(qū)域的三個階 段進行曝光。通過使用多級灰度掩模，可以以進行一次的曝光及顯影 的工序形成具有多個(代表為兩種)厚度的抗蝕劑掩模。由此，通過 使用多級灰度掩模，可以減少光掩模的數(shù)量。
圖5A及圖5B是示出代表性的多級灰度掩模的截面圖。圖5A 表示灰度掩模140，圖5B表示半色調(diào)掩模145。
圖5A所示的灰度掩模140由在具有透光性的襯底141上使用遮 光膜形成的遮光部142、以及根據(jù)遮光膜的圖案設(shè)置的衍射光柵部143 構(gòu)成。
衍射光柵部143通過具有以用于曝光的光的分辨極限以下的間 隔設(shè)置的槽縫、點或網(wǎng)眼等，來控制光的透光量。此外，設(shè)置在衍射 光柵部143的槽縫、點或網(wǎng)眼既可以為周期性的，又可以為非周期性 的。
作為具有透光性的襯底141可以使用石英等形成。構(gòu)成遮光部 142及衍射光柵部143的遮光膜使用金屬膜形成即可，優(yōu)選使用鉻或 氧化鉻等設(shè)置。
在對灰度掩模140照射用于曝光的光的情況下，如圖5A所示， 重疊于遮光部142的區(qū)域的透光率為0%，不設(shè)置遮光部142及衍射 光柵部143的區(qū)域的透光率為100%。此外，根據(jù)衍射光柵的槽縫、 點或網(wǎng)眼的間隔等衍射光柵部143的透光率可以;故調(diào)整為大約10%至 70%的范圍內(nèi)。
圖5B所示的半色調(diào)掩模145由在具有透光性的襯底146上使用半透光膜形成的半透光部147、以及使用遮光部形成的遮光部148構(gòu) 成。
半透光部147可以使用MoSiN、 MoSi、 MoSiO、 MoSiON、 CrSi 等的膜形成。遮光部148使用與灰度掩模的遮光部同樣的金屬膜形成 即可，優(yōu)選使用鉻或氧化鉻等。
在對半色調(diào)掩模145照射用于曝光的光的情況下，如圖5B所示， 重疊于遮光部148的區(qū)域的透光率為0%，不設(shè)置遮光部148及半透 光部147的區(qū)域的透光率為100%。此外，根據(jù)形成的材料的種類或 形成的膜厚等半透光部147的透光率可以被調(diào)整為大約10%至70%的 范圍內(nèi)。
通過使用多級灰度掩模進行曝光及顯影，可以形成具有膜厚度不 同的區(qū)域的抗蝕劑掩膜。
接著，通過使用抗蝕劑掩模119，將非晶半導(dǎo)體層112、添加有 賦予一種導(dǎo)電型的雜質(zhì)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體層114以及導(dǎo)電層116蝕刻 而分離。其結(jié)果，可以形成非晶半導(dǎo)體層121、添加有賦予一種導(dǎo)電 型的雜質(zhì)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體層123以及導(dǎo)電層125 (參照圖3E及圖 4E)。
接著，對抗蝕劑掩模119進行灰化處理。通過對抗蝕劑掩模119 進行灰化處理，抗蝕劑掩模的面積縮小，厚度減薄。在此，其膜厚度 薄的區(qū)域的抗蝕劑(與柵電極層105的一部分重疊的區(qū)域)被去除， 如圖3E所示那樣，可以形成被分離的抗蝕劑掩模127。
接著，通過使用抗蝕劑掩模127對導(dǎo)電層125進行蝕刻而將其分 離。其結(jié)果，可以形成布線層117a及布線層117b。通過使用抗蝕劑 掩模127對導(dǎo)電層125進行濕蝕刻，選擇性地蝕刻導(dǎo)電層125的端部。 其結(jié)果，可以形成比抗蝕劑掩模127面積小的布線層117a及布線層 117b。
在柵電極層105和布線層117a的交叉部(圖2A中的C-D截面 的位置)中，除了第一絕緣層107a以外，還形成有第二絕緣層107bc、 微晶半導(dǎo)體層109c、緩沖層lllc以及非晶半導(dǎo)體層121，以可以使柵電極層105和布線層117a之間的距離增大。由此，可以降低柵電極 層105和布線層117a的交叉部的寄生電容。圖4A至4E表示柵電極 層105和布線層117a的交叉部的制造工序。
接著，通過使用抗蝕劑掩模127，對添加有賦予一種導(dǎo)電型的雜 質(zhì)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體層123進行蝕刻，而形成一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層115a 及雜質(zhì)半導(dǎo)體層115b。此外，在該蝕刻工序中，也對非晶半導(dǎo)體層 121的一部分進行蝕刻，而形成非晶半導(dǎo)體層113。
在jh匕，布線層117a ^^布線層117b的
端部與雜質(zhì)半導(dǎo)體層U5a 及雜質(zhì)半導(dǎo)體層115b的端部不一致，并在布線層117a及布線層117b 的端部的外側(cè)形成雜質(zhì)半導(dǎo)體層115a及雜質(zhì)半導(dǎo)體層115b的端部。 然后，去除抗蝕劑掩模127。
在去除抗蝕劑掩模127之后，進行H20等離子體處理即可。在 此，代表性地將被氣化的水通過等離子體放電而產(chǎn)生自由基，并對被 照射面照射該自由基來可以進行H20等離子體處理。通過對非晶半導(dǎo) 體層113、 一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層115a及雜質(zhì)半導(dǎo)體層115b以及布線層 117a及布線層117b進行H20等離子體處理，可以實現(xiàn)薄膜晶體管的 高速工作，并可以進一步提高導(dǎo)通電流。此外，可以降低截止電流。
通過上述步驟，可以制造圖1A所示的薄膜晶體管。通過如以上 所說明那樣制造的薄膜晶體管為截止電流低，導(dǎo)通電流高，并能夠高 速工作的薄膜晶體管。此外，可以制造將該薄膜晶體管用作像素電極
的開關(guān)元件的元件襯底。另外，在本實施方式中，與一般的反交錯型 薄膜晶體管的制造工序相比，由于將導(dǎo)電層及緩沖層蝕刻為所希望的 形狀，所以使用的光掩模的數(shù)量增加一個。但是，由于作為用于將非 晶半導(dǎo)體層、雜質(zhì)半導(dǎo)體層以及布線層蝕刻為所希望的形狀的光掩模
使用多級灰度掩模，所以與不使用多級灰度掩模而制造的現(xiàn)有的薄膜 晶體管的制造工序相比，在整個工序中不增加掩模的數(shù)量來可以形成 薄膜晶體管。
實施方式3
在本實施方式中，參照圖6至圖8D對圖1B所示的薄膜晶體管的制造工序進行說明。圖7A至7D示出圖6的A-B的截面圖，圖8A 至8D示出C-D的截面圖。
首先，與實施方式2同樣形成柵電極層105。接著，在柵電極層 105及襯底100上形成第一絕緣層107a。雖然在圖7A至7D中以單 層形成第一絕緣層107a，但是可以如實施方式1所說明那樣層疊多個 絕緣層。然后，與實施方式2同樣在第一絕緣層107a上，按順序?qū)?疊彼此相離地設(shè)置的第二絕緣層107ba和第二絕緣層107bb、彼此相
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設(shè)置的緩沖層llla及緩沖層lllb。接著，在緩沖層110上涂敷抗蝕
劑。接著，通過使用由光刻工序形成的抗蝕劑掩模，對微晶半導(dǎo)體層
108及緩沖層110進行蝕刻，形成微晶半導(dǎo)體層109a、微晶半導(dǎo)體層 109b、緩沖層llla及緩沖層lllb。
接著，形成非晶半導(dǎo)體層112及雜質(zhì)半導(dǎo)體層114(參照圖7A)。 接著，在雜質(zhì)半導(dǎo)體層114上涂敷抗蝕劑之后，通過使用由光刻 工序形成的抗蝕劑掩模，將雜質(zhì)半導(dǎo)體層114及非晶半導(dǎo)體層112蝕 刻為所希望的形狀，以在形成薄膜晶體管的區(qū)域中形成非晶半導(dǎo)體層 152a及雜質(zhì)半導(dǎo)體層154a (參照圖7B)。此外，在柵極布線和源極 布線交叉的區(qū)域中，形成非晶半導(dǎo)體層152b及雜質(zhì)半導(dǎo)體層154b。 然后，去除抗蝕劑掩模。此外，非晶半導(dǎo)體層152a覆蓋微晶半導(dǎo)體 層109a及^:晶半導(dǎo)體層109b的側(cè)面。
接著，形成導(dǎo)電層116 (參照圖7C)。
接著，在導(dǎo)電層116上涂敷抗蝕劑之后，通過使用由光刻工序形 成的抗蝕劑掩模，將導(dǎo)電層116蝕刻為所希望的形狀，而形成布線層 156a及布線層156b (參照圖7D )。
在柵電極層105及布線層156b的交叉部中，除了第一絕緣層 107a以外，還形成有微晶半導(dǎo)體層109c、緩沖層lllc以及非晶半導(dǎo) 體層152b，以可以使柵電極層105和布線層156b之間的距離增大。 由此，可以降低柵電極層105和布線層156b的交叉部的寄生電容。 此外，圖8A至8D表示柵電極層105及布線層156b的交叉部的制造工序。
接著，使用抗蝕劑掩模對添加有賦予一種導(dǎo)電型的雜質(zhì)元素的雜
質(zhì)半導(dǎo)體層154a進行蝕刻，而形成雜質(zhì)半導(dǎo)體層158a及雜質(zhì)半導(dǎo)體 層158b。此外，通過進行該工序，非晶半導(dǎo)體層152a也被蝕刻，并 形成由于其一部分被蝕刻而形成有凹部的非晶半導(dǎo)體層160。像這樣， 可以以同一個工序形成源區(qū)及漏區(qū)、以及非晶半導(dǎo)體層160的凹部。 然后，去除抗蝕劑掩模。
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代表性地將被氣化的水通過等離子體放電而產(chǎn)生自由基，并對被照射
面照射該自由基來可以進行H20等離子體處理。通過對非晶半導(dǎo)體層 160、雜質(zhì)半導(dǎo)體層158a及雜質(zhì)半導(dǎo)體層158b以及布線層156a及布 線層156b進行H20等離子體處理，可以實現(xiàn)薄膜晶體管的高速工作， 并可以進一步提高導(dǎo)通電流。此外，可以降低截止電流。 通過上述步驟，可以制造薄膜晶體管。
如上所示，可以制造截止電流低，導(dǎo)通電流高，并能夠高速工作 的薄膜晶體管。此外，可以制造將該薄膜晶體管用作像素電極的開關(guān) 元件的元件襯底。另外，在整個制造工序中使用的光掩模的數(shù)量與實 施方式2相同。
實施例1
在本實施例中，說明實施方式1所說明的薄膜晶體管的I-V特性 的測定結(jié)果。
在本實施例中，使用玻璃襯底。作為柵電極層，通過使用濺射法 形成大約150nm的鉬層，通過分別使用CVD法，作為第一絕緣層形 成大約300nm的氮化硅層，以及作為第二絕緣層形成大約10nm的氧 氮化硅層。作為微晶半導(dǎo)體層通過使用CVD法形成大約20nm的微 晶硅層。作為緩沖層通過使用CVD法形成大約20nm的非晶硅層。 作為非晶半導(dǎo)體層通過使用CVD法形成大約70nm的非晶硅層。作 為雜質(zhì)半導(dǎo)體層通過使用CVD法形成大約50nm的包含磷的非晶硅 層。作為布線層通過使用濺射法形成大約300nm的鉬層。在布線層上通過使用CVD法形成大約300nm的氮化硅層作為保護層。
此外，在上述層的形成中，濺射法在處理室內(nèi)的壓力為0.3Pa的
氬氣分中進行。另外，在CVD法中，溫度為大約280。C。
以硅烷氣體的流量為大約10sccm，使用氫被稀釋為大約20倍的
磷化氫的流量為大約30scem，氫的流量為大約1500sccm的條件形成
微晶半導(dǎo)體層。
首先，將襯底暴露到氨氣氛中60秒，然后以硅烷的流量為
烷的流量為280sccm，氫的流量為300sccm的條件形成非晶半導(dǎo)體層。 圖9示出漏極電壓(源極和漏極之間的電位差)為IV時的柵極
電壓(橫軸)和漏極電壓(縱軸)，并示出此時的遷移率。
如圖9所示那樣，根據(jù)本發(fā)明的方式的薄膜晶體管是導(dǎo)通電流
高，截止電流低，并且遷移率高的具有優(yōu)良的開關(guān)特性的薄膜晶體管。
本說明書根據(jù)2008年3月18日在日本專利局受理的日本專利申 請編號2008-070451而制作，所述申請內(nèi)容包括在本說明書中。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管，包括柵電極層；所述柵電極層上的第一絕緣層；所述第一絕緣層上的一對第二絕緣層，其中與所述柵電極層的至少一部分重疊，并在溝道長度方向上彼此相離地設(shè)置所述第二絕緣層；所述一對第二絕緣層上的一對微晶半導(dǎo)體層，其中接觸于所述第二絕緣層并彼此相離地設(shè)置所述一對微晶半導(dǎo)體層；所述第一絕緣層、所述一對第二絕緣層及所述一對微晶半導(dǎo)體層上的非晶半導(dǎo)體層，其中在所述一對微晶半導(dǎo)體層之間設(shè)置所述非晶半導(dǎo)體層的一部分；以及所述非晶半導(dǎo)體層上的一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層，其中與所述柵電極層的至少一部分重疊，并彼此相離地設(shè)置所述一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層，以便形成源區(qū)及漏區(qū)，其中，所述第一絕緣層為氮化硅層，并且，所述一對第二絕緣層為氧氮化硅層。
2. —種薄膜晶體管，包括 柵電極層；所述柵電極層上的第一絕緣層；接觸于所述第 一絕緣層上的至少 一部分的非晶半導(dǎo)體層；所述非晶半導(dǎo)體層上的一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層，其中彼此相離地設(shè)置 所述一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層，以便形成源區(qū)及漏區(qū)；所述第一絕緣層和所述非晶半導(dǎo)體層之間的一對第二絕緣層，其 中彼此相離地設(shè)置所述一對第二絕緣層；以及接觸于所述一對第二絕緣層上的一對微晶半導(dǎo)體層，其中與所述 一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層的至少 一部分重疊，并彼此相離地設(shè)置所述一對微 晶 半導(dǎo)體層，其中，所述第一絕緣層為氮化硅層，并且，所述一對第二絕緣層為氧氮化硅層。
3. —種薄膜晶體管，包括 柵電極層；所述柵電極層上的第一絕緣層； 所述第一絕緣層上的一對第二絕緣層； 接觸于一對第二絕緣層上的一對微晶半導(dǎo)體層； 所述一對微晶半導(dǎo)體層上的非晶半導(dǎo)體層；以及所述非晶半導(dǎo)體層上的源區(qū)及漏區(qū)，其中，在所述一對微晶半導(dǎo)體層之間設(shè)置所述非晶半導(dǎo)體層的一 部分，以及并且，所述第一絕緣層為氮化硅層，所述一對第二絕緣層為氧氮 化硅層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的薄膜晶體管，其中與所述 第二絕緣層重疊的所述第一絕緣層的第一部分厚于不與所述第二絕 緣層重疊而與所述柵電極層重疊的所述第一絕緣層的第二部分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的薄膜晶體管，其中所述微 晶半導(dǎo)體層的側(cè)面與所述第二絕緣層的側(cè)面一致。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的薄膜晶體管，其中所述一 對微晶半導(dǎo)體層的導(dǎo)電率為lxlO-SS.cm"以上且5xl(^S.cm"以下。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的薄膜晶體管，其中所述一 對微晶半導(dǎo)體層包含成為供體的雜質(zhì)元素。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的薄膜晶體管，其中所述一對微晶半導(dǎo)體 層中的所述雜質(zhì)元素的濃度為lxlO"cm-s以上且lxlO"cm^以下。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的薄膜晶體管，其中所述非 晶半導(dǎo)體層為非晶硅層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的薄膜晶體管，其中所述一 對微晶半導(dǎo)體層包含磷和硅。
全文摘要
薄膜晶體管包括覆蓋柵電極層的第一絕緣層；與柵電極層的至少一部分重疊的源區(qū)及漏區(qū)；在第一絕緣層上，與柵電極層及一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層的至少一部分重疊，并在溝道長度方向上彼此相離地設(shè)置的一對第二絕緣層；接觸于第二絕緣層上并彼此相離地設(shè)置的一對微晶半導(dǎo)體層；覆蓋第一絕緣層、一對第二絕緣層及一對微晶半導(dǎo)體層并在一對微晶半導(dǎo)體層之間延伸的非晶半導(dǎo)體層，其中第一絕緣層為氮化硅層，并且一對第二絕緣層為氧氮化硅層。
文檔編號H01L29/786GK101540341SQ20091000797
公開日2009年9月23日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日
發(fā)明者神保安弘 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所