專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)涉及到利用包含硅作為主要成分的結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜來制造半導(dǎo)體器件的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及到利用絕緣襯底上具有包含硅作為主要成分的結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜的襯底來制造薄膜晶體管(以下稱為TFT)的方法。
在整個(gè)本說明書中，半導(dǎo)體器件通常指的是利用半導(dǎo)體來起作用的器件。于是，諸如運(yùn)算處理器件、存儲處理器件、或電光器件以及諸如TFT的單個(gè)元件之類的安裝于其上的電子器件，都被包含在半導(dǎo)體器件的范疇中。
背景技術(shù)：
有源矩陣液晶顯示器件是一種單片顯示器件，其中象素矩陣電路和驅(qū)動(dòng)電路被提供在同一個(gè)襯底上。在單片顯示器件中，其主流是采用薄膜晶體管(TFT)。在薄膜晶體管中，非晶硅膜被制作在諸如玻璃襯底或石英襯底之類的絕緣襯底上以獲得有源層。其中組合諸如采用TFT的存儲電路和時(shí)鐘發(fā)生電路的邏輯電路的平板上系統(tǒng)的開發(fā)，一直在進(jìn)展之中。
這種驅(qū)動(dòng)電路和邏輯電路被要求高速運(yùn)行，因此，制作非晶硅膜作為石英襯底或玻璃襯底上的有源層來獲得元件是不適當(dāng)?shù)?。為此，在本發(fā)明中，制造了多晶硅膜作為有源層的TFT。
提供了一些技術(shù)，其中在石英襯底或玻璃襯底上淀積非晶硅膜之后，通過晶化得到多晶硅膜。這些技術(shù)中有一種熟知的技術(shù)，其中將催化金屬元素加入到薄膜以便用熱處理方法進(jìn)行晶化，利用此催化金屬元素，當(dāng)制作元件時(shí)得到了優(yōu)異的元件電學(xué)特性，并促進(jìn)了非晶硅膜的晶化。以下將更詳細(xì)地描述此技術(shù)。
用LPCVD或PECVD方法，在諸如石英襯底或玻璃襯底之類的絕緣襯底上，制作厚度約為50-100nm的具有包含硅作為主要成分的非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜。金屬被加入到具有上述非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜的表面或半導(dǎo)體薄膜內(nèi)部，以進(jìn)行熱處理，從而使具有上述非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜固相晶化。具有上述非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜被固相晶化，致使形成包含硅作為主要成分的結(jié)晶的半導(dǎo)體薄膜。本發(fā)明的發(fā)明人則證實(shí)了金屬的加入促進(jìn)了固相晶化，因而認(rèn)為金屬在固相晶化過程中起催化劑的作用。在本說明書中，此金屬被稱為催化金屬。
至于具有上述非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜被用金屬作為催化劑的熱處理晶化的現(xiàn)象，已經(jīng)被大量報(bào)道為金屬誘導(dǎo)橫向晶化(MILC)。諸如鎳(Ni)、鈷(Co)、鈀(Pd)、鉑(Pt)和銅(Cu)之類的過渡金屬元素是典型的催化金屬。在具有上述非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜被固相晶化所要求的溫度和時(shí)間方面，與不加入催化金屬的情況相比，催化金屬的存在更為有利。結(jié)果，Ni元素顯然顯示出優(yōu)異的催化金屬性質(zhì)。以下的描述將假設(shè)Ni元素被用作催化金屬。
利用電爐等，在400-700℃下，對具有上述非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜執(zhí)行幾個(gè)小時(shí)的固相晶化所需的熱處理。
在本說明書中，具有包含硅作為主要成分的非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜，包括具有非晶結(jié)構(gòu)的SiGe薄膜，其中Ge的組分比小于50％。
發(fā)明的公開諸如鎳(Ni)、鈷(Co)、鈀(Pd)、鉑(Pt)和銅(Cu)之類的過渡金屬元素，被用作催化金屬，用來促進(jìn)具有上述非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜的晶化。如通常眾所周知的那樣，諸如Ni的金屬若出現(xiàn)在結(jié)晶硅中，則形成深能級，對元件的電學(xué)特性和可靠性有不良的影響。因此，需要從制作元件并用于形成元件的區(qū)域(元件的有源區(qū))清除Ni元素之類的金屬。上述結(jié)晶的半導(dǎo)體薄膜也被關(guān)注由于催化金屬而對元件特性有不良影響。
因此，需要從元件有源區(qū)將Ni元素之類的金屬清除到不對電學(xué)性質(zhì)有不良影響的程度。從結(jié)晶硅的元件有源區(qū)清除Ni元素之類的金屬，通常被稱為吸雜。以下描述本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)證實(shí)了的吸雜方法。
在上述結(jié)晶的半導(dǎo)體薄膜上制作絕緣膜。用CVD裝置或?yàn)R射裝置，利用氧化硅膜、氮化硅膜等制作絕緣膜。然后，將絕緣膜制作成小島狀形狀。可以利用半導(dǎo)體工藝中普通的光刻和腐蝕方法來形成絕緣膜的小島狀結(jié)構(gòu)。
以絕緣膜作為掩模，將非金屬元素或非金屬元素的離子加入到結(jié)晶的半導(dǎo)體薄膜，非金屬元素或非金屬元素的離子被加入其中的區(qū)域，就形成在結(jié)晶的半導(dǎo)體薄膜上。亦即，非金屬元素或非金屬元素的離子不被加入到結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜上存在絕緣膜小島狀結(jié)構(gòu)的區(qū)域，而被加入到不存在絕緣膜小島狀結(jié)構(gòu)的區(qū)域。利用從氣相的熱擴(kuò)散方法或利用離子注入裝置，非金屬元素或非金屬元素的離子被加入其中。
非金屬元素或非金屬元素的離子是選自由硼(B)、硅(Si)、磷(P)、砷(As)、氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)組成的組中的一種或多種。
在單晶硅中吸雜過渡族金屬元素的機(jī)制和現(xiàn)象得到了積極的研究，結(jié)果，其重要部分變清楚了。雖然多晶硅中的某些吸雜未詳細(xì)清楚，但可以參考單晶硅的情況。在多晶硅中，離子注入方法引起的損傷也成為有效的吸雜。離子注入撞擊原子所產(chǎn)生的傷痕局部變成非晶，且當(dāng)用后續(xù)熱處理使此非晶部分重新結(jié)晶時(shí)，就產(chǎn)生高密度的晶體缺陷等。因此，任何由離子注入加入到其中的非金屬元素或非金屬元素的離子，在吸雜過程中都是可利用的，只要離子注入可能即可，由于其擴(kuò)散系數(shù)比被吸除的金屬小，故即使熱處理也難以擴(kuò)散到元件有源區(qū)，從而由于電學(xué)上不活潑而對元件特性沒有影響。
至于滿足上述條件的元素，有選自由B、Si、P、As、He、Ne、Ar、Kr和Xe組成的組中的一種或多種。但可以想象的是，諸如晶粒邊界、微孿晶、堆垛層錯(cuò)、位錯(cuò)環(huán)以及位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)之類的損傷的產(chǎn)生情況，根據(jù)離子種類、劑量、加速能量等而不同。此外，若磷(P)等被加入到結(jié)晶硅，即使當(dāng)從氣相擴(kuò)散時(shí)，則形成不匹配過渡，成為吸雜源。本發(fā)明人證實(shí)，對上述結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜加入磷(P)，能夠有效地吸雜上述催化金屬。
接著，在等于或高于400℃和等于或低于1000℃的溫度下，對結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜進(jìn)行熱處理，使金屬被吸除到已經(jīng)加入了非金屬元素或非金屬元素的離子的區(qū)域。本發(fā)明的發(fā)明人根據(jù)實(shí)驗(yàn)證實(shí)特別是磷(P)具有明顯的吸雜作用。
通常，吸雜作用在元件有源區(qū)外面形成吸雜位置，金屬被熱處理分凝到吸雜位置。雖然在包括形成上述薄膜的半導(dǎo)體元件的制作技術(shù)中，熱處理對其很重要，但希望供熱量＝溫度×?xí)r間盡可能小。若供熱量被減小，則經(jīng)濟(jì)上變得有利，致使時(shí)間縮短。此外，能夠減小半導(dǎo)體襯底的彎曲或收縮，還能夠防止在元件有源區(qū)附近產(chǎn)生諸如過量應(yīng)力之類。此外，在完成吸雜工藝之后，元件有源區(qū)中無法被吸除的殘留金屬越少越好。
具有包含硅作為主要成分的非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜10102，被制作在玻璃襯底或石英襯底10101上。然后將金屬加入到具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜102。雖然鎳(Ni)、鈷(Co)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、銅(Cu)之類可以作為上述金屬，在解決問題的方法中采用了Ni，但也可以對其使用乙酸鎳溶液10103。
借助于在等于或高于400℃和等于或低于700℃的溫度下，以金屬作為催化劑進(jìn)行熱處理，具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜10102被固相晶化，以便得到包含硅作為主要成分的結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜(參照

圖1A)。本發(fā)明的發(fā)明人根據(jù)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在促進(jìn)固相晶化方面，Ni是一種有效的金屬。
在結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜10107上淀積絕緣膜之后，絕緣膜被精細(xì)圖形化成小島狀結(jié)構(gòu)10104。然后，以絕緣膜的小島狀結(jié)構(gòu)10104作為掩模，將非金屬元素或非金屬元素的離子加入到結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜(參照圖1B)。在解決問題的方法中，假設(shè)磷(P)被用作非金屬元素。
可以設(shè)想，除了磷(P)之外，B、Si、As、He、Ne、Ar、Kr、Xe等對于吸雜也是有效的。這些元素中的每一種都是能夠借助于離子注入和后續(xù)的熱處理將損傷引入到多晶硅膜的，比將被吸除的金屬更難以擴(kuò)散的，或非活性的因而對元件特性沒有影響的元素。
已經(jīng)加入了非金屬元素或非金屬元素的離子的區(qū)域10106和10109，被形成在結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜上。在等于或高于400℃和等于或低于1000℃的溫度下，對結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜進(jìn)行熱處理，以便將金屬吸除到已經(jīng)加入了非金屬元素或非金屬元素的離子的區(qū)域(參照圖1C)。在圖1C中，參考號10110表示Ni的運(yùn)動(dòng)方向。
本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)是具有將非金屬元素或非金屬元素的離子加入到結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜以形成吸雜位置的工藝以及進(jìn)行熱處理的工藝，致使包含在結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜中的金屬被熱處理移動(dòng)，被捕獲在吸雜位置(已經(jīng)加入了非金屬元素或非金屬元素的離子的區(qū)域)，結(jié)果，金屬被從除吸雜位置外的結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜被清除或減少。
本發(fā)明的主要結(jié)構(gòu)是，其表面平行于結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜10206的表面10203的小島狀絕緣膜形狀10301和10201是具有n(n＞20)個(gè)頂點(diǎn)的多角形和具有m(m＞8)個(gè)頂點(diǎn)的多角形，其中這些頂點(diǎn)的內(nèi)角等于或大于180度。
如上所述，已經(jīng)加入了非金屬元素或非金屬元素的離子的區(qū)域10106和10109與沒有加入了非金屬元素或非金屬元素的離子的區(qū)域之間的邊界表面10108的面積增大，從而至少改善了吸雜效率和吸雜作用之一。
通常，吸雜的過程包括下列步驟從元件有源區(qū)釋放金屬、擴(kuò)散、以及將金屬捕獲在吸雜位置。其間的邊界表面的面積被增大，金屬的擴(kuò)散現(xiàn)象被促進(jìn)，等等，從而增強(qiáng)吸雜效率或吸雜作用。
附圖的簡要描述圖1是示意圖，示出了本發(fā)明的半導(dǎo)體薄膜的晶化和吸雜。
圖2是示意圖，示出了本發(fā)明吸雜過程中形成的半導(dǎo)體薄膜和氧化硅膜的小島狀結(jié)構(gòu)。
圖3是示意圖，示出了本發(fā)明吸雜過程中形成的半導(dǎo)體薄膜和氧化硅膜的小島狀結(jié)構(gòu)。
圖4是剖面圖，示出了象素TFT和驅(qū)動(dòng)電路TFT的制造方法的各個(gè)步驟。
圖5是剖面圖，示出了象素TFT和驅(qū)動(dòng)電路TFT的制造方法的各個(gè)步驟。
圖6是剖面圖，示出了象素TFT和驅(qū)動(dòng)電路TFT的制造方法的各個(gè)步驟。
圖7是剖面圖，示出了象素TFT和驅(qū)動(dòng)電路TFT的制造方法的各個(gè)步驟。
圖8是俯視圖，示出了驅(qū)動(dòng)電路TFT和象素TFT的結(jié)構(gòu)。
圖9是剖面圖，示出了驅(qū)動(dòng)電路TFT和象素TFT的結(jié)構(gòu)。
圖10是剖面圖，示出了象素TFT和驅(qū)動(dòng)電路TFT的制造方法的各個(gè)步驟。
圖11是剖面圖，示出了象素TFT和驅(qū)動(dòng)電路TFT的制造方法的各個(gè)步驟。
圖12是剖面圖，示出了有源矩陣液晶顯示器件的制造方法的各個(gè)步驟。
圖13是剖面圖，示出了有源矩陣液晶顯示器件的結(jié)構(gòu)。
圖14是俯視圖，解釋了液晶顯示器件的輸入端子、布線、電路、間隔、以及密封劑的安排。
圖15是斜視圖，解釋了液晶顯示器件的結(jié)構(gòu)。
圖16是俯視圖，示出了象素部分的一個(gè)象素。
圖17是EL顯示器件的俯視圖和剖面圖。
圖18是剖面圖，示出了EL顯示器件的一個(gè)象素部分。
圖19是俯視圖和電路圖，示出了EL顯示器件的一個(gè)象素部分。
圖20是EL顯示器件的一個(gè)象素部分的電路圖的例子。
圖21是示意圖，示出了半導(dǎo)體器件的例子。
圖22是示意圖，示出了半導(dǎo)體器件的例子。
圖23是示意圖，示出了投影儀的例子。
圖24是圖解表示，示出了完成吸雜之后通過FPM工藝觀察到的腐蝕坑密度。
圖25是示意圖，示出了完成吸雜之后通過FPM工藝觀察到的腐蝕坑密度。
本發(fā)明的最佳實(shí)施模式利用LPCVD裝置，在石英襯底10101上淀積厚度約為50nm的非晶硅膜(α-Si膜)10102。
然后利用甩涂方法將乙酸鎳溶液10103滴于其上。乙酸鎳溶液的Ni濃度約為10ppm重量比。在滴落乙酸鎳溶液之前，需要用紫外光在氧氣氛等中形成超薄的氧化硅膜(SiO2膜)，以便使乙酸鎳溶液容易浸潤在α-Si膜上。
至于加入鎳之類金屬的方法，除了從固相進(jìn)行加入的方法之外，已知有利用離子注入系統(tǒng)的方法、利用蒸發(fā)在α-Si膜上淀積金屬的方法等。
在氮?dú)鈿夥罩校?00℃下，對石英襯底(具有α-Si膜)進(jìn)行幾個(gè)小時(shí)或更長時(shí)間的加熱。已經(jīng)證實(shí)，借助于加入鎳元素，整個(gè)α-Si膜在比不加入鎳的情況短得多的時(shí)間內(nèi)被固相晶化。作為固相晶化的結(jié)果，就得到了多晶硅膜。本發(fā)明人則證實(shí)鎳與α-Si膜中何時(shí)產(chǎn)生初始核以及整個(gè)α-Si膜何時(shí)被晶化有關(guān)。
α-Si膜的晶化借助于將催化金屬加入其中而得到促進(jìn)的現(xiàn)象，經(jīng)常被報(bào)道為金屬誘導(dǎo)的橫向晶化(MILC)。諸如鎳(Ni)、鈷(Co)、鈀(Pd)、鉑(Pt)或銅(Cu)之類的過渡族金屬元素則是所知的催化金屬。本發(fā)明的發(fā)明人在實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)鎳元素顯示出優(yōu)異的催化金屬性質(zhì)。
如通常眾所周知的那樣，諸如Ni的金屬若出現(xiàn)在結(jié)晶硅中，則形成深能級，對元件的電學(xué)特性或可靠性有不良的影響。因此，需要從制作元件和用作元件的區(qū)域(元件的有源區(qū))清除Ni之類的金屬。已經(jīng)借助于催化金屬而被晶化的多晶硅膜也擔(dān)心由于催化金屬而對元件特性有不良影響。
因此，需要從元件有源區(qū)將Ni元素之類的金屬清除到不影響電學(xué)性質(zhì)的程度。從結(jié)晶硅的元件有源區(qū)清除Ni元素之類的金屬，通常被稱為吸雜。
厚度約為150nm的氧化硅膜被淀積在多晶硅膜上。此氧化硅膜是LTO(低溫氧化物)膜。除了氧化硅膜之外，氮化硅膜等也可以被用作絕緣膜，并利用PCVD裝置、LPCVD裝置、濺射系統(tǒng)等來實(shí)現(xiàn)其淀積方法。
利用光刻和腐蝕方法將淀積的多晶硅膜精細(xì)圖形化成小島狀形狀10104。
然后考慮當(dāng)上述小島狀結(jié)構(gòu)被平行于多晶硅膜表面10203的表面10202切割時(shí)得到的剖面形狀10208。本發(fā)明的主要結(jié)構(gòu)是剖面形狀是具有n(n＞20)個(gè)頂點(diǎn)的多角形和具有m(m＞8)個(gè)頂點(diǎn)的多角形，其中這些頂點(diǎn)的內(nèi)角等于或大于180度。在實(shí)施方案1中，參照Koch曲線，具有小島狀形狀的剖面形狀被做成圖2B所示的形狀。Koch曲線是分形幾何圖形中的著名曲線。
利用等離子體摻雜裝置，以氧化硅膜的小島狀結(jié)構(gòu)作為掩模，將磷(P)離子加入到多晶硅膜(參照圖1B)。然后在10kV的加速電壓下，以每平方厘米1×1015原子的劑量將磷離子加入其中。此處，考慮到氧化硅的厚度，加速電壓和離子劑量應(yīng)該被選擇成使磷離子不穿透氧化硅膜的小島狀結(jié)構(gòu)10104。除了磷(P)之外，B、Si、He、As、Ne、Ar、Kr、Xe等也被認(rèn)為能夠吸雜。這些元素中的每一種都是能夠借助于離子注入和后續(xù)熱處理而將損傷引入到多晶硅膜中且比被吸除的金屬更難以擴(kuò)散，或非活性的，因而不影響元件特性的元素。
等離子體摻雜系統(tǒng)與用于LSI制造中的離子注入系統(tǒng)的不同之處是它不配備注入離子時(shí)用來進(jìn)行質(zhì)量分離的機(jī)構(gòu)。為此，等離子體摻雜系統(tǒng)在劑量和摻雜深度的控制精度方面劣于離子注入系統(tǒng)。但由于等離子體摻雜系統(tǒng)能夠有效地進(jìn)行大面積摻雜，故常常被用于TFT制造中。
在完成磷(P)離子注入之后，在氮?dú)鈿夥罩?，?00℃下執(zhí)行大約5小時(shí)熱處理，以便在多晶硅膜中已經(jīng)加入了磷(P)的區(qū)域10106和10109中吸除被用作晶化過程中的催化金屬的鎳。本發(fā)明人證實(shí)，在磷(P)已經(jīng)被加入其中之后，顯示出明顯的吸雜效應(yīng)。在等于或高于400℃和等于或低于1000℃的溫度下，執(zhí)行吸雜過程中的熱處理。
氧化硅膜的小島狀結(jié)構(gòu)的形狀被做成上述復(fù)雜的多角形10208的理由是為了增大多晶硅膜中加入了磷(P)的區(qū)域與未加入磷的區(qū)域彼此接觸的表面10108的面積。形成復(fù)雜的多角形是為了借助于增大磷加入的區(qū)域與磷未加入的區(qū)域之間的接觸面積而提高吸雜效率或作用，以便促進(jìn)金屬的擴(kuò)散現(xiàn)象。
執(zhí)行吸雜，以便將元件有源區(qū)中要被吸雜的金屬的濃度降低到不影響元件特性的程度。
在完成α-Si膜的固相晶化和吸雜之后，執(zhí)行TFT陣列襯底的通常制造。進(jìn)一步制造液晶器件或有機(jī)EL器件。
在實(shí)施方案1中，示出了顯示器件的制造工藝，并根據(jù)圖4-6的工藝來詳細(xì)地解釋同時(shí)制造象素區(qū)的象素TFT和存儲電容器以及排列在顯示區(qū)域外圍的驅(qū)動(dòng)電路TFT的方法。
在圖4A中，除了諸如鋇硼硅酸鹽玻璃或鋁硼硅酸鹽玻璃，典型為Corning #7059玻璃和#1737玻璃之類的玻璃襯底之外，諸如聚乙烯對苯二酸鹽(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylenenaphthalate)(PEN)、聚醚砜(PES)等之類的不具有光學(xué)各向異性的塑料襯底，也能夠被用作襯底101。當(dāng)采用玻璃襯底時(shí)，襯底可以預(yù)先在低于玻璃應(yīng)變點(diǎn)大約10-20℃的溫度下被熱處理。在襯底101的表面上制作諸如氧化硅膜、氮化硅膜、或氮氧化硅膜之類的絕緣膜組成的其上要制作TFT的基底膜102，以便防止雜質(zhì)從襯底101擴(kuò)散。例如，利用等離子體CVD方法，從SiH4、NH3、以及N2O制作厚度為10-200nm(最好是50-100nm)的氮氧化硅膜102a，并相似地從SiH4和N2O制作厚度為50-200nm(最好是100-150nm)的氫化氮氧化硅膜102b使之成為疊層。
利用平行板型等離子體CVD方法，制作氮氧化硅膜。借助于將10sccm的SiH4、100sccm的NH3、以及20sccm的N2O引入到反應(yīng)工作室中，在襯底溫度為325℃、反應(yīng)壓力為40Pa、放電功率密度為每平方厘米0.41W、以及放電頻率為60MHz的條件下，制作氮氧化硅膜102a。另一方面，借助于將5sccm的SiH4、120sccm的N2O、以及125sccm的H2引入到反應(yīng)工作室中，在襯底溫度為400℃、反應(yīng)壓力為20Pa、放電功率密度為每平方厘米0.41W、以及放電頻率為60MHz的條件下，制作氮氧化硅膜102b。只要改變襯底溫度和轉(zhuǎn)換反應(yīng)氣體，就能夠連續(xù)地制作這些膜。
上述條件下制作的氮氧化硅膜102a具有每立方厘米9.28×1022的密度，在包含7.13％氫氟酸銨(NH4HF2)和15.4％的氟酸銨(NH4F)的混合溶液(Stella Chemifa公司的產(chǎn)品“LAL500”)中具有約為63nm/min的低腐蝕速率，且此膜致密而堅(jiān)硬。當(dāng)這種膜被用作基底膜時(shí)，能夠有效地防止堿金屬元素從玻璃襯底擴(kuò)散進(jìn)入其上形成的半導(dǎo)體膜中。
接著，用諸如等離子體CVD或?yàn)R射之類的熟知的方法，制作厚度為25-80nm(最好是30-60nm)的具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜103a。例如，用等離子體CVD方法，制作厚度為55nm的非晶硅膜。具有這種非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜包括非晶半導(dǎo)體膜和微晶半導(dǎo)體膜，也可以使用具有非晶結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體膜，例如非晶硅鍺膜。有可能連續(xù)地形成基底膜102和非晶半導(dǎo)體膜103a。例如，如上所述，在用CVD方法連續(xù)地制作氮氧化硅膜102a和氫化氮氧化硅膜102b之后，借助于將反應(yīng)氣體從SiH4、N2O、H2轉(zhuǎn)換到SiH4和H2，或轉(zhuǎn)換到只有SiH4，而不使膜暴露于外界氣氛，就能夠連續(xù)地進(jìn)行膜的制作。結(jié)果，能夠防止氫化氮氧化硅膜102b表面的沾污，并能夠減小待要制造的TFT的特性的變化和閾值電壓的起伏。
以相同于本說明書實(shí)施方案模式1的方法，執(zhí)行采用金屬催化劑的晶化和金屬的吸除。用濕法腐蝕方法清除被用于吸雜的小島狀氧化硅膜。
然后，如圖4C所示，利用采用光掩模1(PM1)的光刻方法，在結(jié)晶半導(dǎo)體膜103b上形成抗蝕劑圖形。用干法腐蝕方法將結(jié)晶半導(dǎo)體膜分成小島狀形狀，從而形成小島狀半導(dǎo)體膜104-108。CF4和O2的混合氣體被用于干法腐蝕。然后用等離子體CVD或?yàn)R射方法，從厚度為50-100nm的氧化硅膜形成掩模層194。
可以將濃度約為每立方厘米1×1016-5×1017原子的提供p型的雜質(zhì)元素加入到這種狀態(tài)的小島狀半導(dǎo)體膜的整個(gè)表面，以便控制TFT的閾值電壓(Vth)。周期表的XIII族元素，例如硼(B)、鋁(Al)或鎵(Ga)是熟知的提供p型半導(dǎo)體的雜質(zhì)元素。離子注入或離子摻雜是熟知的引入這些元素的方法，且離子摻雜適合于處理大面積的襯底。根據(jù)此離子摻雜方法，雙硼烷(B2H6)被用作源氣體來加入硼(B)。但這種雜質(zhì)元素的注入不總是必須的而可以略去，這是能夠被用來使特別是n溝道TFT的閾值電壓保持在預(yù)定范圍內(nèi)的方法。
為了形成驅(qū)動(dòng)電路的n溝道TFT的LDD區(qū)，提供n型的雜質(zhì)元素被選擇性地?fù)饺氲叫u狀半導(dǎo)體膜105和107。為此而預(yù)先形成抗蝕劑掩模195a-195e。采用磷(P)或砷(As)作為提供n型的雜質(zhì)元素是恰當(dāng)?shù)?。采用磷?PH3)的離子摻雜方法，此處被用來摻磷(P)。這樣形成的雜質(zhì)區(qū)是低濃度n型雜質(zhì)區(qū)196和197，其中磷(P)的濃度范圍可以是每立方厘米2×1016-5×1019原子。注意，在整個(gè)本說明書中，包含在此處形成的雜質(zhì)區(qū)196和197中的提供n型的雜質(zhì)元素的濃度，由(n-)表示。此外，雜質(zhì)區(qū)198是用來形成象素矩陣電路的存儲電容器的半導(dǎo)體膜，這一區(qū)域也被相同濃度的磷(P)摻雜。(見圖4D)然后，執(zhí)行激活摻雜的雜質(zhì)元素的步驟?？梢圆捎脤?shí)施方案模式7所述的使用激光的熱處理方法來執(zhí)行激活。熱處理?xiàng)l件的例子如下激光脈沖振蕩頻率為1kHz，而激光能量密度為每平方厘米100-300mJ(典型為每平方厘米150-250mJ)。然后，線性束被輻照到襯底的整個(gè)表面，此時(shí)線性束的重疊率為80-99％(最好是95-99％)。
用等離子體CVD或?yàn)R射方法，從厚度為40-150nm的包含硅的絕緣膜，形成柵絕緣膜109。例如，從厚度為120nm的氮氧化硅膜形成柵絕緣膜是恰當(dāng)?shù)?。此外，由都摻有O2的SiH4和N2O制成的氮氧化硅膜由于固定的電荷密度已經(jīng)被減小而成為一種有利的材料。柵絕緣膜當(dāng)然不局限于這種氮氧化硅膜。也可以采用其它包含硅的絕緣膜的單層或疊層。(見圖4E)然后，如圖4E所示，制作用來在柵絕緣膜109上形成柵電極的抗熱導(dǎo)電層?？篃釋?dǎo)電層可以被制作成單層，如有需要，也可以具有由多個(gè)層例如二層或三層組成的疊層結(jié)構(gòu)。利用這種抗熱導(dǎo)電材料，例如由導(dǎo)電的金屬氮化物膜形成的導(dǎo)電層(A)110和由金屬膜形成的導(dǎo)電層(B)111的疊層結(jié)構(gòu)，是恰當(dāng)?shù)?。?dǎo)電層(B)111可以由選自由鉭(Ta)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鎢(W)組成的組中的元素，或以上述元素作為其主要組分的合金，或上述元素組合而成的合金膜(典型為Mo-W合金膜和Mo-Ta合金膜)形成。導(dǎo)電層(A)110由諸如氮化鉭(TaN)、氮化鎢(WN)、氮化鈦(TiN)、以及氮化鉬(MoN)之類的元素形成。此外，硅化鎢、硅化鈦、以及硅化鉬也可以用來形成導(dǎo)電層(A)110。為了降低導(dǎo)電層(B)111的電阻，降低其中包含的雜質(zhì)元素的濃度是有利的，確切地說，希望的氧濃度為30ppm或更低。例如，當(dāng)鎢(W)的氧濃度為30ppm或更低時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)20微歐姆厘米或更低的電阻率。
形成厚度為10-50nm(最好是20-30nm)的導(dǎo)電層(A)110和厚度為200-400nm(最好是250-350nm)的導(dǎo)電層(B)111是恰當(dāng)?shù)?。在采用W作為柵電極的情況下，用濺射方法，以W作為靶，引入氬氣(Ar)和氮?dú)?N2)，制作了厚度為50nm的由氮化鎢(WN)組成的導(dǎo)電層(A)111和厚度為250nm的由W組成的導(dǎo)電層(B)110。作為另一種方法，也可以用使用六氟化鎢(WF6)的熱CVD方法來形成W膜。無論在哪種情況下，必須降低用作柵電極的W膜的電阻，所希望的W膜電阻率為20微歐姆厘米或更低。在W膜中生長更大的晶粒能夠降低電阻率。但當(dāng)諸如氧的雜質(zhì)元素大量存在于W膜中時(shí)，晶化受到阻礙，W膜的電阻率變高。因此，純度為99.9999％的W靶被用于濺射情況，并必須充分考慮防止淀積膜的過程中雜質(zhì)從氣相混入到膜中。從而能夠?qū)崿F(xiàn)9-20微歐姆厘米的電阻率。
相反，對于采用TaN膜作為導(dǎo)電層(A)110和采用Ta膜作為導(dǎo)電層(B)111的情況，同樣能夠用濺射方法制作二者。利用氬氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w作為濺射氣體，以Ta作為靶，制作TaN膜，而僅僅利用氬氣作為Ta膜的濺射氣體。而且，可以借助于將適當(dāng)數(shù)量的Xe或Kr加入到這些膜的濺射氣體中，可以減輕待要形成的膜的內(nèi)應(yīng)力，從而防止膜發(fā)生剝離。α相Ta膜的電阻率約為20微歐姆厘米，因此能夠被用作柵電極。與此相反，β相Ta膜的電阻率約為180微歐姆厘米，因此不適合于用作柵電極。由于TaN膜的晶體結(jié)構(gòu)接近α相，故借助于在TaN膜上形成Ta膜，能夠容易地獲得α相Ta膜。雖然在圖中未示出，但可以在導(dǎo)電層(A)110下方形成厚度為2-20nm的摻磷(P)的硅膜。藉此能夠改善形成在硅膜上的導(dǎo)電膜的粘合性并避免被氧化，還防止了包含在導(dǎo)電層(A)110或?qū)щ妼?B)111中的極少量堿金屬元素?cái)U(kuò)散進(jìn)入到柵絕緣膜109中。盡管如此，導(dǎo)電層(B)111最好被制作成電阻率在10-50微歐姆厘米的范圍內(nèi)。
接著，利用光掩模2(PM2)，用光刻技術(shù)形成抗蝕劑掩模112-117。然后一起腐蝕導(dǎo)電層(A)110和導(dǎo)電層(B)111，以便形成柵電極118-122以及電容器布線123。柵電極118-122以及電容器布線123由導(dǎo)電層(A)組成的層118a-122a以及導(dǎo)電層(B)組成的層118b-122b集成制作。(見圖5A)腐蝕導(dǎo)電層(A)和導(dǎo)電層(B)的方法可以由操作人員適當(dāng)?shù)剡x擇。如上所述，若導(dǎo)電層由以W作為主要成分的材料組成，則希望用采用高密度等離子體的干法腐蝕方法來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定而精確的腐蝕。作為一種獲得高密度等離子體的方法，采用ICP(感應(yīng)耦合等離子體)腐蝕裝置是恰當(dāng)?shù)摹Ｔ诓捎肐CP腐蝕裝置的W腐蝕方法中，CF4和Cl2二種氣體被引入到反應(yīng)工作室中作為腐蝕氣體，壓力被設(shè)定為0.5-1.5Pa(最好是1Pa)，并將200-1000W的高頻電功率(13.56MHz)施加到感應(yīng)耦合部分。此時(shí)，20W高頻電功率被施加到其中安置襯底的平臺。由于自偏壓的負(fù)電位充電，故正離子被加速，從而執(zhí)行各向異性腐蝕。利用ICP腐蝕裝置，即使在諸如W之類的硬金屬膜中，也能夠達(dá)到每秒2-5nm的腐蝕速度。為了執(zhí)行腐蝕而不留下任何殘留物，可以增加大約10-20％的腐蝕時(shí)間，以便進(jìn)行過腐蝕。但此時(shí)必須注意對基底的腐蝕選擇比。例如，被氧化的氮化硅膜(柵絕緣膜109)對W膜的選擇比為2.5-3。由于這一過腐蝕處理，被氧化的氮化硅膜的暴露表面被腐蝕大約20-50nm，明顯地減薄了此膜。
接著執(zhí)行摻入提供n型的雜質(zhì)元素的步驟(n--摻雜步驟)，以便在象素TFT的n溝道TFT中形成LDD區(qū)。用柵電極118-122作為掩模，利用離子摻雜方法，以自對準(zhǔn)方式摻入提供n型的雜質(zhì)元素。作為提供n型的雜質(zhì)元素的磷(P)的濃度被摻雜到濃度為每立方厘米1×1016-5×1019原子。于是如圖5B所示，在小島狀半導(dǎo)體膜中就形成低濃度n型雜質(zhì)區(qū)124-129。
然后，執(zhí)行形成高濃度n型雜質(zhì)區(qū)以便用作n溝道TFT中的源區(qū)或漏區(qū)的步驟(n+摻雜步驟)。首先，利用光掩模3(PM3)形成抗蝕劑掩模130-134，然后摻入提供n型的雜質(zhì)元素，從而形成高濃度n型雜質(zhì)區(qū)135-140。磷(P)被用作提供n型的雜質(zhì)元素。執(zhí)行采用磷烷(PH3)的離子摻雜，使磷的濃度為每立方厘米1×1020-1×1021原子。(圖5C)接著，在形成p溝道TFT的小島狀半導(dǎo)體膜104和106中，形成作為源區(qū)和漏區(qū)的高濃度p型雜質(zhì)區(qū)144和145。用柵電極118和120作為掩模，摻入提供p型的雜質(zhì)元素，從而以自對準(zhǔn)方式形成高濃度p型雜質(zhì)區(qū)。此時(shí)，形成n溝道TFT的小島狀半導(dǎo)體膜105、107、108覆蓋著用光掩模4(PM4)形成的抗蝕劑掩模141-143的整個(gè)表面。利用離子摻雜方法，用雙硼烷(B2H6)形成高濃度p型雜質(zhì)區(qū)144和145。此區(qū)中的硼(B)濃度被設(shè)定為每立方厘米3×1020-3×1021原子。(見圖5D)在前面的步驟中，磷已經(jīng)被摻入到高濃度p型雜質(zhì)區(qū)144和145中。因此，高濃度p型雜質(zhì)區(qū)144a和145a的濃度為每立方厘米1×1020-1×1021原子，而高濃度p型雜質(zhì)區(qū)144b和145b的濃度為每立方厘米1×1016-5×1019原子。借助于在此步驟中摻入1.5-3倍于磷的濃度的硼(B)，作為p溝道TFT的源區(qū)和漏區(qū)是沒有問題的。
然后，如圖6A所示，在柵電極和柵絕緣膜上面形成保護(hù)性絕緣膜146。保護(hù)性絕緣膜可以包含氧化硅膜、氮氧化硅膜、氮化硅膜、或這些膜組合而成的疊層膜。無論在哪種情況下，保護(hù)性絕緣膜146都由無機(jī)絕緣材料組成。保護(hù)性絕緣膜146的厚度為100-200nm。當(dāng)采用氧化硅膜時(shí)，可以用等離子體CVD方法，將原硅酸四乙酯(TEOS)與O2混合，并設(shè)定反應(yīng)壓力為40Pa，襯底溫度為300-400℃，在每平方厘米0.5-0.8W的高頻(13.56MHz)電功率下放電，來形成此膜。當(dāng)采用氮氧化硅膜時(shí)，可以用等離子體CVD方法從SiH4、N2O、和NH3形成氮氧化硅膜，或用等離子體CVD方法從SiH4和N2O形成氮氧化硅膜。此時(shí)的淀積條件是反應(yīng)壓力為20-200Pa，襯底溫度為300-400℃，高頻(60MHz)電功率為每平方厘米0.1-1.0W。也可以采用由SiH4、N2O、和H2形成的氫化氮氧化硅膜。同樣可以用等離子體CVD方法從SiH4和NH3形成氮化硅膜。
然后，進(jìn)行激活以各自濃度加入的提供n型或p型的雜質(zhì)元素的步驟。此步驟利用爐子退火的熱退火方法進(jìn)行。此外，可以采用激光熱退火方法來激活雜質(zhì)元素。此時(shí)的熱退火條件與上述相同。在采用熱退火的情況下，是在包含濃度為1ppm或更低，最好是0.1ppm或更低的氧的氮?dú)鈿夥罩?，?00-700℃下，典型為500-600℃下進(jìn)行的。在本實(shí)施方案中，在550℃下進(jìn)行4小時(shí)熱處理。當(dāng)抗熱溫度低的塑料襯底被用作襯底101時(shí)，最好采用本發(fā)明的使用激光的熱處理方法(圖6B)。
在熱處理之后，在包含3-100％的氫的氣氛中，于300-450℃下，進(jìn)行1-12小時(shí)的另一個(gè)熱處理，以便使小島狀半導(dǎo)體膜氫化。這一工藝步驟是用熱激發(fā)的氫來終止小島狀半導(dǎo)體膜中每立方厘米1016-1018的懸掛鍵。等離子體氫化(利用等離子體激發(fā)的氫)可以被用作另一種氫化方法。
在組合本發(fā)明的采用激光的熱處理方法與等離子體氫化處理的情況下，可以采用具有圖3所示結(jié)構(gòu)的裝置。具體地說，在處理工作室818中執(zhí)行采用激光的熱處理，然后通過傳送裝置820將襯底移到處理工作室816以執(zhí)行等離子體氫化。借助于將氫氣或氨氣引入到處理工作室816中，能夠促進(jìn)等離子體氫化。以這種方式，襯底被保持在裝置內(nèi)部被連續(xù)地處理而不被暴露于空氣，從而防止了襯底表面的沾污并改進(jìn)了產(chǎn)率。
接著，制作平均厚度為1.0-2.0μm的由有機(jī)絕緣材料組成的層間絕緣膜147。有機(jī)樹脂材料的例子包括聚酰亞胺、丙烯酸、聚酰胺、聚酰亞胺酰胺、BCB(苯并環(huán)丁烯)等。當(dāng)涂敷到襯底之后被熱聚合的這種類型的聚酰亞胺被采用時(shí)，此材料在清潔的爐子中于300℃下被烘焙。當(dāng)采用丙烯酸時(shí)，二個(gè)組分類型被采用。在主要試劑和固化劑被混合之后，用甩涂機(jī)將混合物涂敷到襯底的整個(gè)表面。然后用電爐在80℃下進(jìn)行60秒鐘預(yù)熱，然后在清潔的爐子中于250℃下進(jìn)行60分鐘烘焙。
借助于形成由有機(jī)絕緣材料組成的層間絕緣膜，其表面能夠被滿意地整平。有機(jī)樹脂材料通常具有低的介電常數(shù)，從而能夠減小寄生電容。但由于它們是吸濕的，故不適合于用作保護(hù)膜。因此，有機(jī)樹脂材料必須與如本實(shí)施方案那樣制作成保護(hù)絕緣膜146的氧化硅膜、氮氧化硅膜、或氮化硅膜組合使用。
然后，利用光掩模5(PM5)，制作具有規(guī)定圖形的抗蝕劑掩模，并形成達(dá)及各個(gè)小島狀半導(dǎo)體膜的源區(qū)或漏區(qū)的接觸孔。用干法腐蝕方法來形成接觸孔。在此情況下，CF4、O2和He的混合氣體被用作腐蝕氣體，以便首先腐蝕由有機(jī)樹脂材料組成的層間絕緣膜。然后用CF4和O2的腐蝕氣體腐蝕保護(hù)性絕緣膜146。借助于將腐蝕氣體進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成CHF3以改善對小島狀半導(dǎo)體膜的選擇比，柵絕緣膜被腐蝕，從而能夠滿意地形成接觸孔。
用濺射或真空淀積方法，形成導(dǎo)電金屬膜。然后利用光掩模6(PM6)形成抗蝕劑掩模圖形。用腐蝕方法形成源布線148-152以及漏布線153-157。此處，漏布線157用作象素電極。圖中未示出，在本實(shí)施方案中，此電極由厚度為50-150nm的Ti膜制成，與形成小島狀半導(dǎo)體膜中的源區(qū)和漏區(qū)的半導(dǎo)體膜形成接觸，并與Ti膜重疊制作厚度為300-400nm的鋁(Al)，以形成此布線。
當(dāng)在這種狀態(tài)下進(jìn)行氫化處理時(shí)，能夠得到有利于改善TFT性能的結(jié)果。例如，最好在包含3-100％的氫的氣氛中，于300-450℃下進(jìn)行1-12小時(shí)的熱處理。利用等離子體氫化方法能夠得到相似的效果。這一熱處理能夠使存在于保護(hù)性絕緣膜146和基底膜102中的氫擴(kuò)散到小島狀半導(dǎo)體膜104-108中，并能夠使這些膜氫化。無論在哪種情況下，最好將小島狀半導(dǎo)體膜104-108中的缺陷密度降低到每立方厘米1016或以下，且為此目的，可以加入數(shù)量約0.01-約0.1原子百分比的氫(圖6C)。
于是，能夠用7種光掩模來完成在同一個(gè)襯底上具有驅(qū)動(dòng)電路的TFT和象素區(qū)的象素TFT的襯底。第一p溝道TFT 200、第一n溝道TFT 201、第二p溝道TFT 202、以及第二n溝道TFT 203，被制作在驅(qū)動(dòng)電路中。象素TFT 204和存儲電容器205，被制作在象素區(qū)中。在本說明書中，為了方便起見，這種襯底被稱為有源矩陣襯底。
驅(qū)動(dòng)電路中的第一p溝道TFT 200具有單漏結(jié)構(gòu)，在小島狀半導(dǎo)體膜104中具有溝道形成區(qū)206；以及各包含高濃度p型雜質(zhì)區(qū)的源區(qū)207a和207b以及漏區(qū)208a和208b。第一n溝道TFT 201在小島狀半導(dǎo)體膜105中具有溝道形成區(qū)209；與柵電極119重疊的LDD區(qū)210；以及源區(qū)212和漏區(qū)211。重疊柵電極119的LDD在此處被稱為Lov，且此區(qū)沿溝道長度方向的長度為0.5-3.0μm，最好是1.0-2.0μm。由于n-溝道TFT中LDD區(qū)的長度以這種方式被確定，故能夠降低漏區(qū)附近產(chǎn)生的高電場，并能夠防止熱載流子和TFT的退化。驅(qū)動(dòng)電路中的第二p溝道TFT 202同樣具有單漏結(jié)構(gòu)，包括小島狀半導(dǎo)體膜106中的溝道形成區(qū)213、包含高濃度p型雜質(zhì)區(qū)的源區(qū)214a和214b以及漏區(qū)215a和215b。溝道形成區(qū)216、部分地重疊柵電極121的LDD區(qū)217和218、以及源區(qū)220和漏區(qū)219，被形成在第二n溝道TFT 203的小島狀半導(dǎo)體膜107中。重疊此TFT柵電極的Lov的長度也被設(shè)定為0.5-3.0μm，最好是1.0-2.0μm。而且，不重疊柵電極的LDD區(qū)被稱為Loff區(qū)，其沿溝道長度方向的長度為0.5-4.0μm，最好是1.0-2.0μm。象素TFT 204在小島狀半導(dǎo)體膜108中具有溝道形成區(qū)221-222、LDD區(qū)223-225、以及源區(qū)或漏區(qū)226-228。LDD區(qū)(Loff)沿溝道長度方向的長度為0.5-4.0μm，最好是1.5-2.5μm。而且，存儲電容器205包含電容器布線123、由相同于柵絕緣膜的材料組成的絕緣膜、以及連接到象素TFT 204的漏區(qū)228的半導(dǎo)體膜229。在圖6C中，象素TFT 204被示為具有雙柵結(jié)構(gòu)。但也可以具有單柵結(jié)構(gòu)或具有多個(gè)柵電極的多柵結(jié)構(gòu)。
圖16示出了俯視圖，說明了對應(yīng)于象素區(qū)中一個(gè)象素的基本上整個(gè)區(qū)域。圖6C所示的象素區(qū)的剖面圖是沿圖16中A-A’線取得的。象素TFT 204的柵電極122通過柵絕緣膜(未示出)跨過下方的小島狀半導(dǎo)體膜108。而且，柵電極122不通過接觸孔而接觸由小島狀半導(dǎo)體膜108外面的諸如Al、Cu之類形成的低阻導(dǎo)電材料制成的柵布線900。雖然未示出，但在小島狀半導(dǎo)體膜108中，提供了源區(qū)、漏區(qū)、和LDD區(qū)。此外，參考號256表示源布線152與源區(qū)226之間的接觸部分，而257表示漏布線157與漏區(qū)228之間的接觸部分。存儲電容器205被制作在從象素TFT 204的漏區(qū)228延伸的半導(dǎo)體膜229通過柵絕緣膜重疊電容器布線123的區(qū)域中。在上述結(jié)構(gòu)中，沒有用來控制價(jià)電子的雜質(zhì)元素被加入到半導(dǎo)體膜229中。
上述結(jié)構(gòu)使得各個(gè)TFT的結(jié)構(gòu)能夠根據(jù)象素TFT和驅(qū)動(dòng)電路所要求的指標(biāo)而被優(yōu)化，還使得半導(dǎo)體器件的工作性能和可靠性能夠得以改善。而且，借助于用具有抗熱能力的導(dǎo)電材料來形成柵電極，能夠容易地執(zhí)行LDD區(qū)或源/漏區(qū)的激活。為了制造其上提供TFT的有源矩陣襯底，本發(fā)明的采用激光的熱處理方法和激光器件被采用，從而能夠制造特性良好的TFT，并能夠改進(jìn)產(chǎn)率。利用這種有源矩陣襯底，能夠制造液晶顯示器件和EL顯示器件。
在實(shí)施方案1中，示出了采用諸如W和Ta之類的抗熱導(dǎo)電材料作為TFT柵電極材料的例子。采用這些材料的理由是由于必須在制作柵電極之后借助于400-700℃下的熱退火來激活被摻入到半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)元素以達(dá)到控制價(jià)電子的目的，防止電遷移并改善抗腐蝕性等各種因素。但這種抗熱導(dǎo)電材料具有大約10歐姆的薄層電阻率，因而不總是適合于屏幕尺寸為4英寸或更大的液晶顯示器件或EL顯示器件。這是因?yàn)?，若待要連接到柵電極的柵布線由相同的材料制成，則襯底上的引線長度不可避免地變長。于是無法忽略布線電阻引起的時(shí)間延遲問題。
例如，當(dāng)象素密度為VGA時(shí)，制作480個(gè)柵布線和640個(gè)源布線，而在XGA情況下制作768個(gè)柵布線和1024個(gè)源布線。對于13英寸對角線長度的情況，顯示區(qū)的屏幕尺寸成為340mm，而對于18英寸情況，屏幕尺寸成為460mm。在本實(shí)施方案中，作為一種實(shí)現(xiàn)這種液晶顯示器件的方法，將利用圖7來解釋由諸如Al和銅(Cu)之類的低阻導(dǎo)電材料制作柵布線的方法。
首先，相似于實(shí)施方案1，執(zhí)行圖4A-5D的各個(gè)步驟。然后對被摻入到各個(gè)小島狀半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)元素執(zhí)行激活步驟，以便控制價(jià)電子。采用激光的熱處理方法最適合于激活處理。而且，在包含3-100％的氫的氣氛中，于300-450℃下進(jìn)行1-12小時(shí)熱處理，以便使小島狀半導(dǎo)體膜氫化。此工藝步驟由于熱激發(fā)的氫而終止了半導(dǎo)體膜的懸掛鍵。等離子體氫化(利用等離子體激發(fā)的氫)可以被用作另一種氫化方法。(圖7A)在完成激活和氫化之后，由低阻導(dǎo)電材料形成柵布線。低阻導(dǎo)電材料由包含鋁(Al)或銅(Cu)作為主要成分的導(dǎo)電層(D)組成。例如，在整個(gè)表面上制作包含0.1-2％重量比的鈦(Ti)的鋁膜作為導(dǎo)電層(D)(未示出)。導(dǎo)電層(D)145可以被制作成厚度為200-400nm(最好是250-350nm)。然后，用光掩模形成預(yù)定的抗蝕劑圖形，腐蝕導(dǎo)電層以形成柵布線163和164以及電容器布線165。用使用磷酸基腐蝕溶液的濕法腐蝕方法清除導(dǎo)電層(D)，能夠形成柵布線，同時(shí)保持對基底的選擇性。制作保護(hù)性絕緣膜146。(見圖7B)然后，相似于實(shí)施方案1，借助于形成由有機(jī)絕緣材料組成的層間絕緣膜147、源布線148-151和167、以及漏布線153-156和168，就能夠完成有源矩陣襯底。圖8A和8B示出了此時(shí)的俯視圖，沿圖8A中B-B’線和圖8B中C-C’線的剖面圖，分別對應(yīng)于圖7C中的A-A’和C-C’剖面。雖然柵絕緣膜、保護(hù)性絕緣膜、以及層間絕緣膜從圖8A和8B被略去了，但圖中未示出的小島狀半導(dǎo)體膜104、105、和108的源區(qū)和漏區(qū)通過接觸孔被連接到源布線148、149和167以及漏布線153、154和168。而且，沿圖8A的D-D’線和8B的E-E’線的剖面，分別被示于圖9A和9B中。柵布線163被制作成重疊柵電極118和119，而柵布線164被制作成重疊小島狀半導(dǎo)體膜104、105和108外面的柵電極122。于是，導(dǎo)電層(C)與導(dǎo)電層(D)就處于緊密的電接觸中。借助于以這種方式由低阻導(dǎo)電材料形成柵布線，能夠充分降低電阻。因此，本發(fā)明能夠被應(yīng)用于象素區(qū)(屏幕尺寸)為4英寸或以上的液晶顯示器件或EL顯示器件。
實(shí)施方案1中制造的有源矩陣襯底可原封不動(dòng)地應(yīng)用于反射型液晶顯示器件。另一方面，在被應(yīng)用于透射型液晶顯示器件的情況下，制作提供在顯示區(qū)各個(gè)象素中的具有透明電極的象素電極是恰當(dāng)?shù)?。在?shí)施方案3中，參照圖10來解釋對應(yīng)于透射型液晶顯示器件的有源矩陣襯底的制造方法。
以相同于實(shí)施方案1的方式制造有源矩陣襯底。在圖11A中，用濺射或真空蒸發(fā)方法形成導(dǎo)電金屬膜，以便形成源布線和漏布線。形成厚度為50-150nm的Ti膜，然后在小島狀半導(dǎo)體膜中形成與構(gòu)成源區(qū)或漏區(qū)的半導(dǎo)體膜的接觸。接著，厚度為300-400nm的鋁(Al)膜被制作成重疊在Ti膜上。再形成厚度為100-200nm的Ti膜或氮化鈦(TiN)膜，從而形成三層結(jié)構(gòu)。然后在整個(gè)表面上制作透明導(dǎo)電膜。利用光掩模，借助于圖形化處理和腐蝕處理來制作象素電極171。象素電極171被制作在層間絕緣膜147上，并保留一部分用以與象素TFT204的漏布線169重疊，以便形成連接結(jié)構(gòu)。
圖11B是一個(gè)例子，其中首先在層間絕緣膜147上形成透明導(dǎo)電膜，執(zhí)行圖形化處理和腐蝕處理以形成象素電極171，然后用重疊象素電極171的部分形成漏布線169。借助于形成厚度為50-150nm的Ti膜、在小島狀半導(dǎo)體膜中形成與構(gòu)成源區(qū)或漏區(qū)的半導(dǎo)體膜的接觸、然后形成厚度為300-400nm的重疊在Ti膜上的鋁(Al)，提供了漏布線169。利用此結(jié)構(gòu)，象素電極171僅僅與構(gòu)成漏布線169的Ti膜接觸。因此，完全能夠防止透明導(dǎo)電膜材料與Al直接接觸而發(fā)生反應(yīng)。
諸如用濺射或真空蒸發(fā)方法制作的氧化銦(In2O3)或氧化銦/氧化錫合金(In2O3-SnO2即ITO)，可以被用作透明導(dǎo)電膜材料。這些材料的腐蝕處理用氫氟酸溶液來進(jìn)行。但特別是ITO的腐蝕容易產(chǎn)生殘留物。因此，為了改進(jìn)腐蝕可操作性，可以采用氧化銦/氧化鋅合金(In2O3-ZnO)。氧化銦/氧化鋅合金具有優(yōu)異的平坦而平滑的表面性質(zhì)，還具有比ITO優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。因此，能夠在與Al接觸的漏布線169邊沿表面處防止與Al發(fā)生侵蝕反應(yīng)。同樣，氧化鋅(ZnO)也是一種適當(dāng)?shù)牟牧稀榱诉M(jìn)一步改進(jìn)可見光的透射率和電導(dǎo)率，可以采用摻鎵(Ga)的氧化鋅(ZnOGa)。
以這種方式，能夠完成對應(yīng)于透射型液晶顯示器件的有源矩陣襯底。雖然本實(shí)施方案所述的各個(gè)步驟相似于實(shí)施方案1的，但這種結(jié)構(gòu)也能夠被應(yīng)用于實(shí)施方案2所示的有源矩陣襯底。
此處在實(shí)施方案4中，將解釋用實(shí)施方案1制造的有源矩陣襯底來制造有源矩陣液晶顯示器件的工藝。如圖12A所示，首先在圖6C狀態(tài)下的有源矩陣襯底上，形成由柱狀間隔組成的間隔。可以用噴涂幾微米顆粒的方法來提供間隔。此處在本實(shí)施方案中采用借助于在襯底整個(gè)表面上形成樹脂膜之后進(jìn)行圖形化來形成間隔的方法。這種間隔的材料不受限制。例如，采用JSR產(chǎn)品NN700，在用甩涂機(jī)涂敷到襯底之后，用曝光和顯影處理方法形成預(yù)定的圖形。而且，借助于在清潔的爐子中于150-200℃下，對其進(jìn)行固化。根據(jù)曝光和顯影處理的條件，以這種方式制作的間隔的形狀可以不同。柱狀間隔173成為具有平坦頂部的柱狀，由于在反襯底被鍵合到此襯底時(shí)，能夠確保液晶顯示平版的機(jī)械強(qiáng)度，故這是一種優(yōu)選的形狀。諸如圓錐形狀或棱錐形狀不特別局限于此。例如，當(dāng)間隔為圓錐形狀時(shí)，其具體測量如下高度被設(shè)定為1.2-5μm，平均半徑被設(shè)定為5-7μm，而平均半徑與底部半徑的比率被設(shè)定為1-1.5。此時(shí)的側(cè)表面錐角為±15度或更小。
可以任意確定柱狀間隔的安排，但最好在象素區(qū)中適當(dāng)?shù)匦纬膳c漏布線161(象素電極)的接觸區(qū)235重疊的柱狀間隔168，以便如圖12A所示覆蓋此重疊部分。在接觸區(qū)235的平整度被破壞了的部分內(nèi)，液晶無法平穩(wěn)取向。因此，柱狀間隔168被制作成以用于間隔的樹脂填充接觸區(qū)235，從而能夠防止旋錯(cuò)等。
然后形成定向膜174。通常采用聚酰亞胺樹脂作為液晶顯示器件元件的定向膜。在制作定向膜之后，進(jìn)行摩擦處理，致使各個(gè)液晶分子以某個(gè)固定的預(yù)傾斜角定向。執(zhí)行摩擦處理，使沿摩擦方向離提供在象素區(qū)中的柱狀間隔173的邊沿部分2μm或更近的區(qū)域不被摩擦。而且，由于摩擦處理產(chǎn)生靜電常常是個(gè)問題，故借助于形成形成在驅(qū)動(dòng)電路TFT上的間隔172，能夠得到保護(hù)TFT免受靜電影響的作用。
光屏蔽膜176、透明導(dǎo)電膜177、以及定向膜178，被制作在反襯底175上。光屏蔽膜176由諸如Ti膜、Cr膜、和Al膜之類的膜制作成厚度為150-300nm。然后，用密封劑179將其上制作象素區(qū)和驅(qū)動(dòng)電路的有源矩陣襯底與反襯底連接到一起。填充劑180被混合到密封劑179中，二個(gè)襯底被填充劑180以及間隔172和173以均勻的間距連接到一起。接著，將液晶材料606注入到二個(gè)襯底之間，并用密封劑(圖中未示出)完全密封。已知的液晶材料可以被用作液晶材料。以這種方式，完成了圖12B所示的有源矩陣型液晶顯示器件。
圖12示出了一個(gè)例子，其中的間隔172被制作在驅(qū)動(dòng)電路TFT的整個(gè)表面上。但如圖13所示，間隔可以被分成多個(gè)區(qū)段間隔172a-172e。被置于驅(qū)動(dòng)電路形成部分的間隔，可以被制作成至少覆蓋驅(qū)動(dòng)電路的源布線和漏布線。根據(jù)這種構(gòu)造，驅(qū)動(dòng)電路的各個(gè)TFT被保護(hù)性絕緣膜146、層間絕緣膜147、以及間隔172或間隔172a-172e完全覆蓋。
圖14是其上制作間隔和密封材料的有源矩陣襯底的俯視圖。此俯視圖示出了象素區(qū)、驅(qū)動(dòng)電路部分、間隔、以及密封劑之間的位置關(guān)系。掃描信號驅(qū)動(dòng)電路185和圖象信號驅(qū)動(dòng)電路186在象素區(qū)188外圍被排列成驅(qū)動(dòng)電路。還可以增加諸如CPU和存儲器之類的信號處理電路187。這些驅(qū)動(dòng)電路被連接布線183連接到外部輸入/輸出端子182。在象素區(qū)188中，從掃描信號驅(qū)動(dòng)電路185延伸的一組柵布線189和從圖象信號驅(qū)動(dòng)電路186延伸的一組源布線190，彼此相交成矩陣形式。為每個(gè)象素提供一個(gè)象素TFT 204和一個(gè)存儲電容器205。
可以為所有的象素提供排列在象素區(qū)中的柱狀間隔173，并可以為排列成矩陣形式的每幾個(gè)或幾十個(gè)象素提供。換言之，間隔數(shù)目對構(gòu)成象素區(qū)的象素的數(shù)目的比例最好是20-100％。提供給驅(qū)動(dòng)電路部分的間隔172、172’、172”可以被排列成覆蓋驅(qū)動(dòng)電路部分的整個(gè)表面，或可以被分成幾個(gè)區(qū)段，與TFT的源布線和漏布線的位置匹配如圖13所示。密封劑179被涂敷在襯底101上的象素區(qū)188、掃描信號驅(qū)動(dòng)電路185、圖象信號驅(qū)動(dòng)電路186、以及其它信號處理電路187外側(cè)，但在外部輸入/輸出端子182的內(nèi)側(cè)。
下面參照透視圖15來解釋這種有源矩陣液晶顯示器件的構(gòu)造。在圖15中，有源矩陣襯底包含制作在剝離襯底101上的象素區(qū)188、掃描信號驅(qū)動(dòng)電路185、圖象信號驅(qū)動(dòng)電路186、以及其它信號處理電路187。象素TFT 204和存儲電容器205被提供給象素區(qū)188。排列在象素區(qū)外圍的驅(qū)動(dòng)電路包含作為基本電路的CMOS電路。掃描信號驅(qū)動(dòng)電路185和圖象信號驅(qū)動(dòng)電路186被柵布線122和源布線152連接到象素TFT 204。柔性印刷電路(FPC)192被連接到外部輸入端子182，并被用來輸入圖象信號等。他被連接布線183連接到各個(gè)驅(qū)動(dòng)電路。未示出的遮擋膜和透明電極被排列在反襯底175上。
利用實(shí)施方案1-3所示的有源矩陣襯底，能夠制造具有這種結(jié)構(gòu)的液晶顯示器件。當(dāng)采用實(shí)施方案1和2中任何一個(gè)的有源矩陣襯底時(shí)，能夠得到反射型液晶顯示器件。當(dāng)采用實(shí)施方案3所示的有源矩陣襯底時(shí)，能夠得到透射型液晶顯示器件。
在本實(shí)施方案中，將描述一個(gè)例子，其中利用根據(jù)實(shí)施方案1的有源矩陣襯底來制作由EL(電致發(fā)光)材料組成的自發(fā)光型顯示板(以下描述為EL顯示器件)。而且，此發(fā)光包括熒光發(fā)光和磷光發(fā)光二者。在本說明書中，電致發(fā)光包括二者中的一種或二者。圖17A是采用本發(fā)明的EL顯示板的俯視圖。在圖17A中，參考號10表示襯底，11表示象素部分，12表示源側(cè)驅(qū)動(dòng)電路，二13表示柵側(cè)驅(qū)動(dòng)電路。各個(gè)驅(qū)動(dòng)電路通過布線14-16被連接到FPC 17，以便被連接到外部設(shè)備。
圖17B示出了圖17A的A-A’剖面結(jié)構(gòu)。反襯底80被提供在象素部分的表面上，最好在驅(qū)動(dòng)電路和象素部分表面上。反襯底80用密封劑19被固定到，其上形成TFT和EL材料發(fā)光層的有源矩陣襯底。密封劑19與填充劑混合(圖中未示出)，二個(gè)襯底被填充劑以相等的間距固定在一起。而且，密封劑19的外側(cè)以及FPC的頂部表面和外圍部分的結(jié)構(gòu)被密封劑81填充。硅酮樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、以及異丁烯橡膠，被用作密封劑材料。
有源矩陣襯底10和反襯底80被密封劑19原封不動(dòng)地固定在一起，其間產(chǎn)生間距。填充劑83被填充到此間距中。填充劑83具有固定反襯底80的作用。PVC(聚氯乙烯)、環(huán)氧樹脂、硅酮樹脂、PVB(聚丁縮醛乙烯)、以及EVA(乙烯乙酸乙烯)，能夠被用作填充劑83。發(fā)光層的抗水之類的潮氣的性能差，容易退化，致使最好在填充劑83中混入諸如氧化鋇之類的干燥劑，以便保持吸潮作用。而且，用氮化硅膜、氮氧化硅膜之類在發(fā)光層上形成鈍化膜82，以防止被包含在填充劑83中的堿金屬等侵蝕。
玻璃板、鋁板、不銹鋼板、FRP(玻璃纖維加固的塑料)、PVF(聚氟乙烯)膜、Mylar膜(DUPONT公司產(chǎn)品)、聚酯膜、以及丙烯酸膜，能夠被用作反襯底80。其結(jié)構(gòu)為幾十微米厚的鋁鉑被夾在PVF膜與Mylar膜之間的薄層，被用來提高抗潮性。以這種方式，EL元件被完全密封，不被暴露于外界空氣。
在圖17B中，驅(qū)動(dòng)電路的TFT 22(此處示出了由n溝道TFT和p溝道TFT組成的CMOS電路)以及象素部分TFT 23(此處僅僅示出了控制EL元件電流的TFT)，被制作在襯底10和基底膜21上。在這些TFT中，特別是n溝道TFT配備有本實(shí)施方案所示結(jié)構(gòu)的LDD區(qū)，以便防止熱載流子造成的開通電流值降低或Vth偏移和偏置應(yīng)力引起的性能退化。
例如，圖6C所示的p溝道TFT 200、202或n溝道TFT 201、203，可以被用作驅(qū)動(dòng)電路的TFT 22。而且，圖6B所示的象素TFT 204或具有相似結(jié)構(gòu)的p溝道TFT，能夠被用作象素部分的TFT 23。
為了用圖6C或7C狀態(tài)下的有源矩陣襯底制造EL顯示器件，在源布線和漏布線上制作由樹脂材料組成的層間絕緣膜(整平膜)26，并在其上制作電連接到象素部分TFT 23的漏的由透明導(dǎo)電膜組成的象素電極27。氧化銦和氧化錫的化合物(稱為ITO)以及氧化銦和氧化鋅的化合物，能夠被用作透明導(dǎo)電膜。然后，在制作象素電極27之后，制作絕緣膜28，并在象素電極27上形成窗口部分。
接著，制作發(fā)光層29。發(fā)光層29可以具有包括由熟知EL材料組成的各個(gè)層(空穴注入層、空穴輸運(yùn)層、發(fā)光層、電子輸運(yùn)層、或電子注入層)的適當(dāng)組合的疊層結(jié)構(gòu)或單層結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能夠用熟知的技術(shù)得到。而且，EL材料的例子包括低分子量材料和聚合物材料。在采用低分子量材料的情況下，使用氣相淀積方法。在采用聚合物材料的情況下，可以使用諸如甩涂、印制、以及噴墨之類的簡單方法。
在本實(shí)施方案中，用氣相淀積方法、噴墨方法或利用遮擋掩模的彌散方法來制作發(fā)光層。借助于制作能夠在各個(gè)象素上發(fā)射不同波長的光的發(fā)光層(紅色發(fā)光層、綠色發(fā)光層、以及藍(lán)色發(fā)光層)，就能夠執(zhí)行彩色顯示。此外，可以采用彩色轉(zhuǎn)換層(CCM)與彩色濾波器的組合或白色發(fā)光層與彩色濾波器的組合。不用說，也能夠采用發(fā)射單色光的EL顯示器件。
當(dāng)制作發(fā)光層29時(shí)，在其上制作陰極30。盡可能清除存在于陰極30與發(fā)光層29之間界面處的潮氣是可取的。于是要求在真空中連續(xù)地制作發(fā)光層29和陰極30，或在惰性氣氛中制作發(fā)光層29，并在真空中制作陰極30而不使發(fā)光層29暴露于外界空氣。在本實(shí)施方案中，采用多工作室系統(tǒng)的薄膜制作裝置(組合工具系統(tǒng))來使上述薄膜制作成為可能。
在本實(shí)施方案中，LiF(氟化鋰)膜與Al(鋁)膜的疊層結(jié)構(gòu)被用作陰極30。更具體地說，用氣相淀積方法在發(fā)光層29上制作厚度為1nm的LiF膜，并在其上制作厚度為300nm的Al膜?？梢岳斫獾氖?，可以采用是為熟知的負(fù)電極材料的MgAg電極。陰極30被連接到參考號31所示的區(qū)域中的布線16。布線16是用來將預(yù)定電壓饋送到陰極30的電源線，并經(jīng)由各向異性導(dǎo)電膠材料32被連接到FPC 17。在FPC17上進(jìn)一步制作樹脂層80，移提高此部分的粘合性。
為了將陰極30電連接到區(qū)域31中的布線16，要求在層間絕緣膜26和絕緣膜28中形成接觸孔?？梢栽诟g層間絕緣膜26的過程中(制作象素電極的接觸孔的過程中)，或在腐蝕絕緣膜28的過程中(在制作發(fā)光層之前的制作窗口部分的過程中)制作接觸孔。而且，當(dāng)絕緣膜28被腐蝕時(shí)，層間絕緣膜26也被一起腐蝕。在此情況下，若層間絕緣膜26和絕緣膜28由相同的樹脂材料組成，則接觸孔的形狀能夠被制作的很精細(xì)。
而且，布線16通過密封劑19與襯底10之間的間隙(此間隙被密封劑81填充)被電連接到FPC 17。此處雖然描述的是布線16，但其它的布線14和15也通過密封劑81之間的間隙被電連接到FPC 17。
圖18示出了象素部分的更詳細(xì)的剖面結(jié)構(gòu)。圖19A示出了其俯視圖，而圖19B示出了其電路圖。在圖18A中，根據(jù)與實(shí)施方案1的圖6C所示的象素TFT 204的結(jié)構(gòu)，在襯底2401上提供了開關(guān)TFT 2402。由于雙柵結(jié)構(gòu)，故有基本上二個(gè)TFT被串聯(lián)連接以減小關(guān)斷電流值的優(yōu)點(diǎn)。在本實(shí)施方案中，TFT 2402具有雙柵結(jié)構(gòu)；但也可以具有三柵結(jié)構(gòu)或帶有更多的柵的多柵結(jié)構(gòu)。
電流控制TFT 2403采用由圖6C所示的n溝道TFT 201形成。此時(shí)，開關(guān)TFT 2402的漏布線35被布線36電連接到電流控制TFT的柵電極37。而且，布線38是電連接到開關(guān)TFT 2402的柵電極39a和39b的柵布線。
此時(shí)，電流控制TFT 2403具有本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是非常重要的。電流控制TFT用作控制流過EL元件的電流量的元件，致使電流控制TFT2403有可能由于流過其中的大量電流造成的熱和熱載流子而退化。因此，在電流控制TFT上提供與柵電極重疊的LDD區(qū)，從而防止TFT的退化，并提高工作穩(wěn)定性。
而且，在本實(shí)施方案中，電流控制TFT 2403具有單柵結(jié)構(gòu)。但也可以具有其中多個(gè)TFT被串聯(lián)連接的多柵結(jié)構(gòu)。而且，多個(gè)TFT也有可能被并聯(lián)連接，以便將溝道形成區(qū)基本上分成多個(gè)部分，從而進(jìn)行高效散熱。這種結(jié)構(gòu)對于防止熱造成的退化是有效的。
如圖19A所示，作為電流控制TFT 2403的柵電極37的布線，通過區(qū)域2404中的絕緣膜重疊于電流控制TFT 2403的漏布線40。在區(qū)域2404中形成電容器。電容器2404用來保持施加到電流控制TFT 2403柵上的電壓。漏布線40被連接到電流饋線(電源線)2501，以便總是被饋以恒定的電壓。
在開關(guān)TFT 2402和電流控制TFT 2403上提供第一鈍化膜41，并在其上形成有樹脂絕緣膜組成的整平膜42。用整平膜42來整平各個(gè)TFT造成的臺階差別是非常重要的。由于稍后要制作的EL層很薄，故臺階差別可能引起發(fā)光缺陷。于是希望整平臺階差別，以便在制作象素電極之前將EL層制作在平坦的表面上。
參考號43表示由高反射率導(dǎo)電膜組成的被電連接到電流控制TFT2403的漏的象素電極(EL元件的陰極)。諸如鋁合金膜、銅合金膜、以及銀合金膜之類的低阻導(dǎo)電膜或其疊層膜，最好能夠被用作象素電極43。不用說，也可以采用其它導(dǎo)電膜的疊層結(jié)構(gòu)。發(fā)光層44被制作在由絕緣膜(最好是樹脂)組成的堤壩44a和44b形成的溝槽(相當(dāng)于象素)中。此處僅僅示出了一個(gè)象素，但可以制作對應(yīng)于每種顏色R(紅色)、G(綠色)、和B(藍(lán)色)的發(fā)光層。π共軛聚合物材料被用作發(fā)光層的有機(jī)EL材料。典型的聚合物材料包括聚對位亞苯乙烯(PPV)(polyparaphenylene vinylene)、聚乙烯咔唑(PVK)、以及聚熒烷(polyfluorene)。存在著各種類型的PPV有機(jī)EL材料。例如，可以采用論文H.Shenk，H.Becker，O.Gelsen，E.Kluge，W.Kreuder，and H.Spreitzer，Polymers for Light EmittingDiodes，Euro Display，Proceedings，1999，p.33-37以及日本專利公開No.10-92576所述的材料。
更具體地說，可以采用氰基聚亞苯基亞乙烯基(cyanopolyhenylene vinyene)作為紅光發(fā)光層?？梢圆捎镁蹃啽交鶃喴蚁┗鳛榫G光發(fā)光層?？梢圆捎镁蹃啽交鶃喴蚁┗蚓弁閬啽交?polyalkyl phenylene)作為藍(lán)光發(fā)光層。膜的厚度可以規(guī)定為30-150nm(最好是40-100nm)。上述有機(jī)EL材料僅僅是用作發(fā)光層的一些例子，本發(fā)明不局限于此。發(fā)光層、電荷輸運(yùn)層、或電荷注入層可以適當(dāng)?shù)亟M合形成EL層(用來發(fā)光和移動(dòng)載流子)。例如，在本實(shí)施方案中，已經(jīng)描述了聚合物材料被用于發(fā)光層的情況。但也可以采用低分子量有機(jī)EL材料。而且，諸如碳化硅的無機(jī)材料也能夠被用于電荷輸運(yùn)層和電荷注入層。熟知的材料可以被用作這些有機(jī)EL材料和無機(jī)材料。
在本實(shí)施方案中，采用了具有疊層結(jié)構(gòu)的發(fā)光層，其中由PEDOT(聚噻吩)或PANi(聚苯胺)組成的空穴注入層46被提供在發(fā)光層45上。由透明導(dǎo)電膜組成的陽極47被提供在空穴注入層46上。在本實(shí)施方案中，發(fā)光層45產(chǎn)生的光被照射到上表面(向著TFT上方)，致使陽極必須對光透明。氧化銦和氧化錫的化合物以及氧化銦和氧化鋅的化合物能夠被用作透明導(dǎo)電膜。在制作抗熱性低的發(fā)光層和空穴注入層之后制作透明導(dǎo)電膜，致使最好采用能夠在低溫下形成的導(dǎo)電膜。
當(dāng)制作陽極47時(shí)，就完成了自發(fā)光元件2405。EL元件2405涉及由象素電極(陰極)43、發(fā)光層45、空穴注入層46、以及陽極47組成的電容器。如圖19A所示，象素電極43基本上對應(yīng)于象素的整個(gè)面積。因此，整個(gè)象素用作EL元件。于是，能夠執(zhí)行光利用效率很高的圖象顯示。
在本實(shí)施方案中，在陽極47上進(jìn)一步制作第二鈍化膜48。最好采用氮化硅膜或氮氧化硅膜作為第二鈍化膜48。第二鈍化膜48的目的是防止EL元件被暴露于外部。亦即，鈍化膜48保護(hù)有機(jī)EL材料，以免氧化造成的退化，并抑制氣體從有機(jī)EL材料釋放。因此，提高了EL顯示器件的可靠性。
如上所述，本發(fā)明的EL顯示板具有由圖19所示結(jié)構(gòu)的象素組成的象素部分，并包括關(guān)斷電流值足夠低的開關(guān)TFT和抗熱載流子注入性能很強(qiáng)的電流控制TFT。于是得到了可靠性高并能夠顯示滿意圖象的EL顯示板。
在本實(shí)施方案中，參照圖18B來描述發(fā)光層結(jié)構(gòu)被反轉(zhuǎn)的情況。用圖6B的p溝道TFT 200來形成電流控制TFT 2601。制造工藝參照實(shí)施方案1。在本實(shí)施方案中，透明導(dǎo)電膜被用作象素電極(陽極)50。具體地說，導(dǎo)電膜包含氧化銦和氧化鋅的化合物。不用說，也可以采用由氧化銦和氧化錫組成的導(dǎo)電膜。
在制作由絕緣膜組成的堤壩51a和51b之后，用涂敷溶液的方法來制作由聚乙烯咔唑組成的發(fā)光層52。在發(fā)光層52上，制作由丙酮酸乙酰鉀(potassium acetyl acetonate)(acacK)組成的電子注入層53和由鋁合金組成的陰極54。在此情況下，陰極54用作鈍化膜。這樣就制作了EL元件2602。在本實(shí)施方案中，發(fā)光層53產(chǎn)生的光如箭頭所示向著其上制作TFT的襯底發(fā)射。在本實(shí)施方案結(jié)構(gòu)的情況下，電流控制TFT 2601最好由p溝道TFT組成。
借助于與實(shí)施方案1和2中的TFT結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合，能夠?qū)崿F(xiàn)本實(shí)施方案。而且，能夠采用本實(shí)施方案的EL顯示板作為實(shí)施方案8的電子設(shè)備的顯示部分。
在本實(shí)施方案中，參照圖20來描述采用結(jié)構(gòu)不同于圖19B所示電路圖的象素的情況。參考號2701表示開關(guān)TFT 2702的源布線，2703表示開關(guān)TFT 2702的柵布線，2704表示電流控制TFT，2705表示電容器，2706和2708表示電流源線，而2707表示EL元件。
圖20A示出了二個(gè)象素共用電流源線2706的情況。更具體地說，二個(gè)象素被制作成相對于電流源線2706軸對稱。在此情況下，能夠減少電源線數(shù)目，致使象素部分能夠具有更高的清晰度。
而且，圖20B示出了電流源線2708和柵布線2703被平行提供的情況。在圖20B中，雖然電流源線2708不重疊柵布線2703，但若二者被制作在不同的層上，則能夠被提供成經(jīng)由絕緣膜彼此重疊。在此情況下，電流源線2708和柵布線2703能夠共用一個(gè)占據(jù)區(qū)，致使象素部分能夠具有更高的清晰度。
而且，圖20C示出了電流源線2708和柵布線2703以相同于圖20B的方式被平行提供，且二個(gè)象素被制作成相對于電流源線2708軸對稱的情況。還能夠?qū)㈦娏髟淳€2708提供成重疊柵布線2703中的一個(gè)。在此情況下，能夠減少電源線的數(shù)目，致使象素部分能夠具有更高的清晰度。在圖20A和20B中，電容器2404被提供來保持施加到電流控制TFT 2403的柵的電壓。但也可以省略電容器2404。
由于圖18A所示的根據(jù)本發(fā)明的n溝道TFT被用作電流控制TFT2403，故電流控制TFT 2403具有提供成經(jīng)由柵絕緣膜重疊柵電極的LDD區(qū)。在此重疊區(qū)域中，通常形成被稱為柵電容器的寄生電容器。本實(shí)施方案的特征是，此寄生電容器被有意地用來代替電容器2404。寄生電容器的電容根據(jù)上述柵電極重疊LDD區(qū)的面積而變化。因此，此電容決定于包括在此區(qū)域中的LDD區(qū)的長度。同樣，在圖20A、20B和20C所示的結(jié)構(gòu)中，也能夠略去電容器2705。
借助于與實(shí)施方案1和2中的TFT結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合，能夠?qū)崿F(xiàn)本實(shí)施方案。而且，能夠采用本實(shí)施方案的EL顯示板作為實(shí)施方案8的電子設(shè)備的顯示部分。
在本實(shí)施方案中，參照圖21-23來描述組合有由本發(fā)明的TFT電路組成的有源矩陣液晶顯示器件的半導(dǎo)體器件。
便攜式信息終端(電子記事本、移動(dòng)計(jì)算機(jī)、或蜂窩電話)、攝象機(jī)、靜物照相機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、電視等，可以被列舉為這種半導(dǎo)體器件。其例子被示于圖21和22。
圖21A是一種蜂窩電話，它包括主體9001、聲音輸出部分9002、聲音輸入部分9003、顯示器件9004、操作開關(guān)9005、以及天線9006。本發(fā)明能夠被應(yīng)用于聲音輸出部分9002、聲音輸入部分9003、以及具有有源矩陣襯底的顯示器件9004。
圖21B示出了一種攝象機(jī)，它包括主體9101、顯示器件9102、聲音輸入單元9103、操作開關(guān)9104、電池9105、以及圖象接收單元9106。本發(fā)明可應(yīng)用于具有有源矩陣襯底的顯示器件9102和圖象接收單元9106。
圖21C示出了一種移動(dòng)計(jì)算機(jī)或便攜式信息終端，它包括主體9201、照相機(jī)單元9202、圖象接收單元9203、操作開關(guān)9204、以及顯示器件9205。本發(fā)明能夠被用于圖象接收單元9203和具有有源矩陣襯底的顯示器件9205。
圖21D示出了一種頭戴式顯示器，它包括主體9301、顯示器件9302、以及鏡臂部分9303。本發(fā)明能夠被用于顯示器件9302。而且，雖然未示出，但本發(fā)明還能夠被用于其它的驅(qū)動(dòng)電路。
圖21E示出了電視機(jī)，它包括主體9401、揚(yáng)聲器9402、顯示器件9403、接收裝置9404、放大器9405等。實(shí)施方案5所示的液晶顯示器件和實(shí)施方案6或7所示的EL顯示器件，能夠被用于顯示器件9403。
圖21F示出了一種便攜式電子記事本，它包括主體9501、顯示器件9502和9503、存儲媒質(zhì)9504、操作開關(guān)9505、以及天線9506。此記事本被用來顯示存儲在微型碟盤(MD)或DVD中的數(shù)據(jù)或天線接收的數(shù)據(jù)。顯示器件9502和9503是直視型顯示器件，本發(fā)明可以應(yīng)用于其中。
圖22A示出了一種個(gè)人計(jì)算機(jī)，它包含主體9601、圖象輸入單元9602、顯示器件9603、以及鍵盤9604。
圖22B示出了一種使用記錄了程序的記錄媒質(zhì)(以下稱為記錄媒質(zhì))的游戲機(jī)，它包含主體9701、顯示器件9702、揚(yáng)聲器單元9703、記錄媒質(zhì)9704、以及操作開關(guān)9705。順便說一下，此游戲機(jī)采用DVD(數(shù)字萬能碟盤)、CD等作為記錄媒質(zhì)來欣賞音樂和電影、玩游戲、以及上網(wǎng)。
圖22C示出了一種數(shù)碼相機(jī)，它包含主體9801、顯示器件9802、目鏡9803、操作開關(guān)9804、以及圖象接收單元(未示出)。
圖23A示出了一種正投式投影儀，它包含顯示器件3601和屏幕3602。本發(fā)明可應(yīng)用于顯示器件和其它的驅(qū)動(dòng)電路。
圖23B示出了一種背投式投影儀，它包含主體3701、投影裝置3702、平面鏡3703、以及屏幕3704。本發(fā)明可應(yīng)用于顯示器件和其它的驅(qū)動(dòng)電路。
圖23C示出了圖23A和23B中的投影裝置3601、3702的結(jié)構(gòu)的例子。投影裝置3601或3702包含光源光學(xué)系統(tǒng)3801、平面鏡3802和3804-3806、分色鏡3803、棱鏡3807、液晶顯示器件3808、相位差片3809、以及投影光學(xué)系統(tǒng)3810。投影光學(xué)系統(tǒng)3810由包括投影透鏡的光學(xué)系統(tǒng)組成。此例子示出了三片式的例子，但不特別局限于此。例如，本發(fā)明也可以應(yīng)用于單片式光學(xué)系統(tǒng)。而且，在圖23C的箭頭所示的光路中，可以由實(shí)施本發(fā)明的人員適當(dāng)?shù)靥峁┲T如光學(xué)透鏡、具有偏振功能的膜、用來調(diào)整相位差的膜、以及紅外膜之類的光學(xué)系統(tǒng)。
圖23D示出了圖23C中的光源光學(xué)系統(tǒng)3801的結(jié)構(gòu)例子。在本實(shí)施方案中，光源光學(xué)系統(tǒng)3801包含反射器3811、光源3812、透鏡陣列3813和3814、偏振轉(zhuǎn)換元件3815、以及會聚透鏡3816。圖23D所示的光源光學(xué)系統(tǒng)僅僅是一個(gè)例子，不特別局限于所示的結(jié)構(gòu)。例如，實(shí)施本發(fā)明的人員可以適當(dāng)?shù)貙⒅T如光學(xué)透鏡、具有偏振功能的膜、用來調(diào)整相位差的膜、以及紅外膜之類的光學(xué)系統(tǒng)增加到光源光學(xué)系統(tǒng)中。
此外，本發(fā)明能夠被應(yīng)用于圖象傳感器和EL型顯示元件。如上所述，本發(fā)明的應(yīng)用范圍是極為廣闊的，本發(fā)明能夠被應(yīng)用于所有領(lǐng)域的電器中。
為了證實(shí)本發(fā)明的可行性，非金屬元素(選自由B、Si、P、As、He、Ne、Ar、Kr和Xe組成的組中的多種元素中的一種)中的氬(Ar)被用來實(shí)施下列實(shí)驗(yàn)。
在包含10ppm乙酸鎳的溶液被涂敷到厚度為50nm的非晶硅膜之后，在500℃下執(zhí)行1小時(shí)去氫化處理，然后在550℃下執(zhí)行4小時(shí)熱處理以便使非晶硅膜晶化。于是，得到的結(jié)晶半導(dǎo)體膜被采用。在這一結(jié)晶半導(dǎo)體膜被圖形化之后，制作厚度為90nm的氧化硅膜。然后，分別制備其中利用離子摻雜方法用磷離子對吸雜位置進(jìn)行了摻雜的樣品、其中在磷被注入之后再注入了氬的樣品、以及其中僅僅注入了氬的樣品，以便彼此比較并進(jìn)行評估。此時(shí)，磷的注入條件是采用以氫稀釋了的5％的PH3，加速電壓為80keV，劑量為每平方厘米1.5×1015。注入所需時(shí)間約為8分鐘，磷能夠以每立方厘米2×1020的平均濃度被注入到結(jié)晶半導(dǎo)體膜中。另一方面，氬在90keV的加速電壓下以每平方厘米2×1015或4×1015的劑量被注入。順便說一下，采用了99.9999％或更純的氬，注入所需的時(shí)間最好是1-2分鐘。
為了吸雜而在氮?dú)鈿夥罩杏?50℃下執(zhí)行4小時(shí)熱處理。在完成吸雜之后，清除氧化硅膜，然后用FPM進(jìn)行處理。根據(jù)執(zhí)行吸雜的區(qū)域中的腐蝕坑的數(shù)目來確認(rèn)結(jié)晶半導(dǎo)體膜中的吸雜效果。亦即，雖然大多數(shù)加入其中的鎳以硅化鎳的形式保留在結(jié)晶半導(dǎo)體膜中，但已知此硅化鎳能夠被FPM(氫氟酸、過氧化氫、純水的混合溶液)腐蝕掉。因此，用FPM對要執(zhí)行吸雜的區(qū)域進(jìn)行處理，以便證實(shí)腐蝕坑存在與否，從而有可能證實(shí)吸雜的效果。在此情況下，意味著腐蝕坑越少，吸雜效果就越高。圖25是示意圖，示出了其中形成腐蝕坑的樣品。順便說一下，在圖25中，摻雜區(qū)10401顯示了加入氬或磷的區(qū)域。然后，借助于觀察腐蝕坑10403，計(jì)算已經(jīng)執(zhí)行了吸雜的區(qū)域(吸雜區(qū))10402中出現(xiàn)的腐蝕坑10403的數(shù)目，以便得到腐蝕坑密度。
結(jié)果被示于圖24。在此圖中，P表示的樣品是僅僅加入了磷的樣品，此樣品的磷注入條件是采用以氫稀釋了的5％的PH3，加速電壓為80keV，劑量為每平方厘米1.5×1015。此外，在圖24中，P+Ar(1min)表示的樣品是其中加入了磷和氬二者的樣品，此樣品的磷注入條件是采用以氫稀釋了的5％的PH3加速電壓為80keV，劑量為每平方厘米1.5×1015，而氬的注入條件是加速電壓為90keV，劑量為每平方厘米2×1015，注入氬所需的時(shí)間是1分鐘。此外，在圖24中，P+Ar(2min)表示的樣品是其中加入了磷和氬二者的樣品，此樣品的磷注入條件是采用以氫稀釋了的5％的PH3，加速電壓為80keV，劑量為每平方厘米1.5×1015，而氬的注入條件是加速電壓為90keV，劑量為每平方厘米4×1015，注入氬所需的時(shí)間是2分鐘。而且，在圖24中，Ar表示的樣品是其中僅僅加入了氬的樣品，此樣品的氬注入條件是加速電壓為90keV，劑量為每平方厘米2×1015。
從圖24所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以理解的是，僅僅加入了磷的樣品的腐蝕坑密度為每平方微米3.5×10-3個(gè)，而加入了氬以進(jìn)行吸雜的樣品的腐蝕坑數(shù)目等于或小于每平方微米5×10-4個(gè)，腐蝕坑的數(shù)目因此被明顯地減少了。這些結(jié)果意味著氬被注入了，從而極大地提高了吸雜效果，還表面采用本發(fā)明的非金屬元素的吸雜(選自由B、Si、P、As、He、Ne、Ar、Kr和Xe組成的組中的一種或多種元素)是非常有效的。
工業(yè)應(yīng)用范圍如上所述，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)吸除包含硅作為主要成分的結(jié)晶半導(dǎo)體膜中所含的金屬時(shí)，至少改善了吸雜效率和效果中的一個(gè)。
在本說明書中，吸雜效率的改進(jìn)意味著用來減少有源元件區(qū)中所含的金屬量的熱供應(yīng)量(＝溫度×?xí)r間)被減少了。
此外，在本說明書中，吸雜效果的改善意味著即使在相同的熱供應(yīng)量的情況下，元件有源區(qū)中殘留的待要吸除的金屬量被減少了。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包含下列步驟制作具有包含硅作為主要成分的非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜的過程；將金屬加入到所述具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜的步驟；利用第一熱處理，將所述具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜轉(zhuǎn)變成包含硅作為主要成分的結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜的過程；形成小島狀絕緣膜的過程；以所述小島狀絕緣膜作為掩模，將非金屬元素或非金屬元素的離子加入到所述結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜，以形成其中非金屬元素或非金屬元素的離子已經(jīng)被加入到所述結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜的區(qū)域的過程；以及對所述結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜進(jìn)行第二熱處理，以便將所述金屬吸雜到已經(jīng)加入了所述非金屬元素或所述非金屬元素的離子的區(qū)域的過程，其中表面平行于所述結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜表面的所述小島狀絕緣膜的形狀是具有n(n＞20)個(gè)頂點(diǎn)的多角形，也是具有m(m＞8)個(gè)頂點(diǎn)的多角形，每個(gè)多角形中的內(nèi)角等于或大于180度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述金屬選自由鎳(Ni)、鈷(Co)、鈀(Pd)、鉑(Pt)以及銅(Cu)組成的組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述第一熱處理在等于或高于400℃和等于或低于700℃的溫度下執(zhí)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述非金屬元素或所述非金屬元素的離子是選自由硼(B)、硅(Si)、磷(P)、砷(As)、氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)組成的組中的一種或多種元素。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述第二熱處理在等于或高于400℃但等于或低于1000℃的溫度下執(zhí)行。
6.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包含下列步驟制作具有包含硅作為主要成分的非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜的過程；將金屬加入到所述具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜的步驟；利用第一熱處理，將所述具有非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜轉(zhuǎn)變成包含硅作為主要成分的結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜的過程；形成小島狀絕緣膜的過程；以所述小島狀絕緣膜作為掩模，將非金屬元素或非金屬元素的離子加入到所述結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜，以形成其中非金屬元素或非金屬元素的離子已經(jīng)被加入到所述結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜的區(qū)域的過程；以及對所述結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜進(jìn)行第二熱處理，以便以已經(jīng)加入了所述非金屬元素或所述非金屬元素的離子的區(qū)域吸雜所述金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述金屬選自由鎳(Ni)、鈷(Co)、鈀(Pd)、鉑(Pt)以及銅(Cu)組成的組。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述非金屬元素或所述非金屬元素的離子是選自由硼(B)、硅(Si)、磷(P)、砷(As)、氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)組成的組的一種或多種元素。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述氬在90keV的加速電壓上以每平方厘米2×1015的劑量被加入到所述結(jié)晶半導(dǎo)體薄膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種吸雜效率優(yōu)異的半導(dǎo)體器件制造方法。當(dāng)借助于將磷加入到多晶硅膜中，該膜通過加入金屬已被結(jié)晶，然后熱處理得到的多晶硅膜而進(jìn)行吸雜時(shí)，它在用于注入磷的多晶硅膜上提供了新穎設(shè)計(jì)的小島狀絕緣膜形狀。由此，加入了磷的區(qū)域與未加入磷的區(qū)域之間的邊界表面的面積被增大，從而提高了吸雜效率。
文檔編號H01L21/322GK1437761SQ00819227
公開日2003年8月20日 申請日期2000年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月28日
發(fā)明者中村理, 勝村學(xué), 山崎舜平 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所