[發明專利]半導體膜、半導體器件和它們的生產方法

有效

• 申請號: 02121623.1
• 申請日: 2002-05-31
• 公開（公告）號: CN1389905A
• 公開（公告）日: 2003-01-08
• 發明（設計）人: 淺見勇臣;一條充弘;鈴木規悅;大沼英人;米澤雅人
• 申請（專利權）人: 株式會社半導體能源研究所
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205;H01L21/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王岳,梁永

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發明領域

本發明涉及依靠等離子體CVD方法生產具有非晶結構的半導體膜的方法，涉及具有由使用半導體膜的薄膜晶體管(下文中稱作TFT)組成的電路的半導體器件，并涉及它們的生產方法。本發明涉及以，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。

本技術說明中，半導體器件代表通過利用半導體性能作為整體來工作的器件。因而，電光器件、半導體電路和電子器件都是半導體器件。

相關技術說明

迄今薄膜晶體管(下文中稱作TFT)作為使用具有結晶結構的半導體膜的典型半導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正在引起關注，但是與驅動電路集成的這類的液晶顯示器件現在已經投入實際應用。迄今為止，已經通過使等離子體CVD法或低壓CVD法淀積的非晶半導體膜受到熱處理或激光退火法(通過用激光輻射晶化半導體膜的技術)的處理制備出具有結晶結構的半導體膜。

這樣制備的具有結晶結構的半導體膜是大量結晶顆粒的集合體，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體膜晶化的金屬元素制備具有結晶結構的半導體膜的技術，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。當用具有這種結晶結構的半導體膜形成TFT時，不僅改善電場遷移率，而且降低次閾值(sub-threshold)系數(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生成為可能。因而，膜的質量比起通過其它允許核以任意方式產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晶結構的半導體膜的內部或表面上，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晶結構的半導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晶結構的半導體膜的特定區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/漏區添加磷，金屬元素能很容易地從溝道形成區中除去。

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體中但是不會由質量分離離子的方法)注入到具有結晶結構的半導體膜中。但是，為了實現吸取，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晶結構的半導體膜變成非晶的，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量減小的問題。

另外，用于轉變導電類型的硼的濃度必須是加到p溝道TFT的源/漏區的磷的濃度的1.5-3倍，其導致了伴隨著實現重結晶中的困難的源/漏區電阻增加的問題。

當沒有充分地進行吸取且吸取在襯底中變得無規律時，TFT的性能中就出現差異或偏差。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的發光器件，TFT是實現有源矩陣驅動系統不可缺少的元件。因而，使用OLED的發光器件必須有至少作為開關元件工作的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造和其驅動方法，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(I_on)。因而，當白色顯示在整個表面上時，除非電流保持恒定，否則亮度中就出現偏差。

本發明涉及解決上述問題的方法，并提供在通過使用促進半導體膜晶化的金屬元素得到具有結晶結構的半導體膜之后，有效地除去殘留在膜中的金屬元素的技術。