[發(fā)明專利]半導(dǎo)體元件及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980102800.1
• 申請日: 2009-01-08
• 公開（公告）號: CN101933148A
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 齊藤裕一;守口正生;河野昭彥
• 申請（專利權(quán)）人: 夏普株式會社
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;G02F1/1368;H01L21/336;H01L29/417;H01L29/423;H01L29/49
• 代理公司: 北京市隆安律師事務(wù)所 11323
• 代理人: 權(quán)鮮枝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元件及其制造方法。

背景技術(shù)

液晶顯示裝置等所用的有源矩陣基板按每個像素具備薄膜晶體管(Thin?Film?Transistor；以下稱為“TFT”)等開關(guān)元件。作為這樣的開關(guān)元件，以前廣泛采用將非晶硅膜作為活性層的TFT(以下稱為“非晶硅TFT”)、將多晶硅膜作為活性層的TFT(以下稱為“多晶硅TFT”)。

多晶硅膜的電子及空穴的遷移率比非晶硅膜的遷移率高，因而多晶硅TFT具有比非晶硅TFT高的導(dǎo)通電流，可進行高速動作。因此，當(dāng)用多晶硅TFT形成有源矩陣基板時，不僅能使用多晶硅TFT作為開關(guān)元件，而且能將其用于驅(qū)動器等周邊電路。因此，具有能在同一基板上一體形成驅(qū)動器等周邊電路的一部分或全部和顯示部的優(yōu)點。另外，還具有能以較短的開關(guān)時間對液晶顯示裝置等的像素電容進行充電的優(yōu)點。

但是，當(dāng)要制造多晶硅TFT時，除需要進行用于使非晶硅膜晶化的激光晶化工序以外，還需要進行熱退火工序、離子摻雜工序等復(fù)雜的工序，存在基板的每單位面積的制造成本變高的問題。因而，多晶硅TFT主要用于中型和小型的液晶顯示裝置。

另一方面，非晶硅膜比多晶硅膜容易形成，因而利于大面積化。因此，非晶硅TFT適用于需要大面積的裝置的有源矩陣基板。盡管具有比多晶硅TFT低的導(dǎo)通電流，非晶硅TFT仍然用于很多液晶電視的有源矩陣基板。

然而，當(dāng)使用非晶硅TFT時，因為非晶硅膜的遷移率低，所以其高性能化受到限制。特別是近幾年對于液晶電視等液晶顯示裝置除強烈要求大型化之外，還強烈要求高畫質(zhì)化和低功耗化，非晶硅TFT難以充分應(yīng)對這樣的要求。

因此，為了在抑制制造工序數(shù)量、制造成本的情況下實現(xiàn)更高性能的TFT，正在嘗試使用非晶硅、多晶硅以外的材料作為TFT的活性層的材料。專利文獻1、專利文獻2和非專利文獻1中提出用微晶硅(μc-Si)膜形成TFT的活性層。這樣的TFT稱為“微晶硅TFT”。

微晶硅膜是在內(nèi)部具有微晶粒的硅膜，微晶粒的晶界主要是非晶相。即，具有微晶粒和非晶相的混合狀態(tài)。各微晶粒的尺寸比多晶硅膜中包含的晶粒的尺寸小。還有，后面詳述，在微晶硅膜中，各微晶粒具有例如從基板面按柱狀生長的柱狀形狀。

微晶硅膜可只通過采用等離子CVD法等的成膜工序來形成。作為原料氣體，可采用用氫氣稀釋了的硅烷氣體。在形成多晶硅膜時，用CVD裝置等形成非晶硅膜之后，需要利用激光、熱使非晶硅膜晶化的工序(退火工序)。相比之下，在形成微晶硅膜時，可利用CVD裝置等形成包含基本結(jié)晶相的微晶硅膜，因而能省去利用激光、熱的退火工序。這樣，以比多晶硅膜的形成所需的工序數(shù)量少的工序數(shù)量來形成微晶硅膜，因而能以與非晶硅TFT相同程度的生產(chǎn)率，即相同程度的工序數(shù)量和成本來制造微晶硅TFT。還有，也可以利用用于制造非晶硅TFT的裝置來制造微晶硅TFT。

微晶硅膜具有比非晶硅膜高的遷移率，因而用微晶硅膜能獲得比非晶硅TFT高的導(dǎo)通電流。還有，微晶硅膜不用像多晶硅膜那樣進行復(fù)雜的工序就能形成，因而大面積化也容易。

專利文獻1中記載了用微晶硅膜作為TFT的活性層來獲得非晶硅TFT的1.5倍的導(dǎo)通電流的情況。還有，非專利文獻1中記載了用由微晶硅和非晶硅構(gòu)成的半導(dǎo)體膜來獲得導(dǎo)通/截止電流比為10⁶、遷移率為約1cm²/Vs、閾值為約5V的TFT。該遷移率是非晶硅TFT的遷移率的同等以上。另外，在非專利文獻1所記載的TFT中，為了降低截止電流，在微晶硅層上形成了非晶硅層。

再有，專利文獻2中披露了采用微晶硅的反交錯型的TFT。

專利文獻1：日本特開平6-196701號公報

專利文獻2：日本特開平5-304171號公報

非專利文獻1：Zhongyang?Xu等“A?Novel?Thin-film?TransistorsWith?μc-Si/a-Si?Dual?Active?Layer?Structure?For?AM-LCD”ID?W′96Proceedings?of?The?Third?International?Display?Workshops?VOLUME1，1996，p.117-120

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的問題