專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及設(shè)置有有源電路的半導(dǎo)體器件，該有源電路包括位于具有絕緣表面的襯底上的薄膜晶體管(以下稱(chēng)為“TFT”)。本發(fā)明特別有利于用于光電器件，典型的一種是在同一襯底上形成有圖象顯示區(qū)及其驅(qū)動(dòng)電路的液晶顯示器件，并且有利于用于安裝有光電器件的電子設(shè)備。在本說(shuō)明書(shū)中，“半導(dǎo)體器件”將是指功能基于半導(dǎo)體特性的所有器件，其范圍包括上述光電器件和其上安裝有光電器件的電子器件。
背景技術(shù)：
具有形成了結(jié)晶硅膜的半導(dǎo)體層的TFT(以下稱(chēng)為“結(jié)晶硅TFT”)，具有高的場(chǎng)效應(yīng)遷移率，因此能夠形成具有各種功能的電路。采用結(jié)晶硅TFT的有源矩陣型液晶顯示器件具有形成在同一襯底上的圖象顯示區(qū)和用于圖象顯示的驅(qū)動(dòng)電路。在圖象顯示區(qū)中，設(shè)置有由n-溝道TFT形成的象素TFT，以及存儲(chǔ)電容器，而驅(qū)動(dòng)電路由移位寄存器電路、電平漂移電路、緩沖電路、取樣電路等構(gòu)成，這是基于CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)電路形成的。
但是，對(duì)于象素TFT和驅(qū)動(dòng)電路TFT來(lái)說(shuō)，其工作條件并不相同，所以常常要求TFT具有不同的性能。例如，象素TFT起開(kāi)關(guān)元件的作用，通過(guò)對(duì)液晶施加電壓對(duì)其驅(qū)動(dòng)。由于采用交變電流驅(qū)動(dòng)液晶，所以最常見(jiàn)的是采用眾所周知的幀反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，要求象素TFT具有足夠低的截止?fàn)顟B(tài)電流值(TFT截止時(shí)流過(guò)的漏電流)，以便使功耗最小。另一方面，由于對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的緩沖電路施加高的驅(qū)動(dòng)電壓，所以必須提高電壓電阻，防止因施加高電壓產(chǎn)生擊穿。提高電流驅(qū)動(dòng)容量要求導(dǎo)通狀態(tài)電流值(TFT導(dǎo)通時(shí)流過(guò)的漏電流)有足夠的保證。
輕微摻雜的漏結(jié)構(gòu)(LDD)是截止?fàn)顟B(tài)電流值呈現(xiàn)降低的TFT的公知結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)設(shè)置有添加低濃度雜質(zhì)元素的區(qū)，該區(qū)位于溝道形成區(qū)和通過(guò)添加高濃度雜質(zhì)元素形成的源區(qū)或漏區(qū)之間，這種區(qū)稱(chēng)為“LDD區(qū)”。防止導(dǎo)通狀態(tài)電流值因熱載流子而變劣的一種公知措施，是眾所周知的GOLD結(jié)構(gòu)(柵-漏交疊LDD)，其中LDD區(qū)位于柵電極之上，其間具有柵絕緣膜。已知這種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)通過(guò)衰減靠近漏的高電壓能有效地防止含有熱載流子，從而避免變劣現(xiàn)象。
同時(shí)，對(duì)更大尺寸和更復(fù)雜屏幕的需求日益增大，使有源矩陣型液晶顯示器件有更大市場(chǎng)價(jià)值。但是，更大的尺寸和更復(fù)雜的屏幕增加了掃描線(xiàn)(柵布線(xiàn))的數(shù)量和長(zhǎng)度，從而提高了柵布線(xiàn)的低電阻的必要性。亦即，隨著掃描線(xiàn)數(shù)量的增加，對(duì)液晶的充電時(shí)間被縮短，以致對(duì)于柵布線(xiàn)的時(shí)間常數(shù)(電阻×容量)必須降低以便更快響應(yīng)。例如，如果形成柵布線(xiàn)的材料的電阻率是100μΩcm，則對(duì)屏幕尺寸的限制約是6英寸，但是對(duì)于3μΩcm的電阻率，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于27英寸的顯示。
而且，對(duì)象素矩陣電路的象素TFT和例如移位寄存器或緩沖器電路的驅(qū)動(dòng)電路的TFT的性能要求并不總是相同的。例如，在象素TFT中，對(duì)柵極施加大的反向偏壓(在n-溝道TFT的情形是負(fù)電壓)，但是在反向偏壓狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)電路TFT基本上不能工作。象素TFT的工作速度小于驅(qū)動(dòng)電路TFT工作速度的1/100也是足夠的。
此外，在GOLD結(jié)構(gòu)提供強(qiáng)有力的防止導(dǎo)通狀態(tài)電流值變劣的效應(yīng)的同時(shí)，還存在與通常的LDD結(jié)構(gòu)相比截止?fàn)顟B(tài)電流值大的問(wèn)題。因此，這不是用于象素TFT的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。相反，通常的LDD結(jié)構(gòu)具有使截止?fàn)顟B(tài)電流值最小化的強(qiáng)有力效應(yīng)，但是防止因漏區(qū)附近電場(chǎng)衰減而含有熱載流子產(chǎn)生的變劣的效應(yīng)低。因此，總是不能有效地在包括工作條件不同的多個(gè)集成電路的半導(dǎo)體器件、例如有源矩陣式液晶顯示器件中，用相同結(jié)構(gòu)來(lái)形成所有TFT。特別是在高性能的結(jié)晶硅TFT這些問(wèn)題更為突出，并且有源矩陣式液晶顯示器件要求具有更高的性能。
為了實(shí)現(xiàn)大尺寸的有源矩陣式液晶顯示器件，已經(jīng)考慮使用鋁(Al)和銅(Cu)作為布線(xiàn)材料，但是這樣存在諸如耐蝕性和耐熱性差的缺點(diǎn)。因此，這些材料對(duì)于形成TFT柵電極并不是優(yōu)選的，而且不能容易地把這種材料引入TFT的制造工藝。當(dāng)然可以用其它導(dǎo)電材料形成布線(xiàn)，但是沒(méi)有什么材料具有象鋁(Al)和銅(Cu)這樣的低電阻，這就阻礙了大尺寸顯示器件的制造。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的構(gòu)成在于一種半導(dǎo)體器件，在同一襯底上具有顯示區(qū)中的象素TFT和圍繞顯示區(qū)設(shè)置的驅(qū)動(dòng)電路TFT，其中象素TFT和驅(qū)動(dòng)電路TFT具有由第一導(dǎo)體層形成的柵電極，柵電極通過(guò)連接器與由第二導(dǎo)體層形成的柵極布線(xiàn)電接觸，連接器設(shè)置在象素TFT和驅(qū)動(dòng)電路TFT的溝道形成區(qū)之外。
本發(fā)明的另一種構(gòu)成在于一種半導(dǎo)體器件，在同一襯底上具有顯示區(qū)中的象素TFT和圍繞顯示區(qū)設(shè)置的驅(qū)動(dòng)電路TFT，其中象素TFT和驅(qū)動(dòng)電路TFT具有由第一導(dǎo)體層形成的柵電極，通過(guò)設(shè)置在象素TFT和驅(qū)動(dòng)電路TFT的溝道形成區(qū)之外的連接器、柵電極與由第二導(dǎo)體層形成的柵極布線(xiàn)電接觸，象素TFT的LDD區(qū)設(shè)置成不與象素TFT的柵電極交疊，驅(qū)動(dòng)電路的第一n-溝道TFT的LDD區(qū)設(shè)置成與第一n-溝道TFT的柵電極交疊，驅(qū)動(dòng)電路的第二n-溝道TFT的LDD區(qū)設(shè)置成至少其一部分與第一n-溝道TFT的柵電極交疊。
在本發(fā)明的這種構(gòu)型中，第一導(dǎo)體層具有導(dǎo)體層(A)、導(dǎo)體層(B)和導(dǎo)體層(C)，導(dǎo)體層(A)含有氮和選自鉭、鎢、鈦和鉬之中的至少一種元素，導(dǎo)體層(B)形成在導(dǎo)體層(A)上并且主要由選自鉭、鎢、鈦和鉬之中的至少一種元素組成，導(dǎo)體層(C)形成在導(dǎo)體層(B)不與導(dǎo)體層(A)接觸的區(qū)域并且含有氮和選自鉭、鎢、鈦和鉬之中的至少一種元素，而第二導(dǎo)體層具有導(dǎo)體層(D)和導(dǎo)體層(E)，導(dǎo)體層(D)主要由鋁或銅組成，導(dǎo)體層(E)主要由選自鉭、鎢、鈦和鉬之中的至少一種元素組成，導(dǎo)體層(C)和導(dǎo)體層(D)在連接器接觸。導(dǎo)體層(B)含有氬作為添加元素，導(dǎo)體層(B)中的氧濃度是30ppm以下。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法是這樣一種半導(dǎo)體器件的制造方法，該器件在同一襯底上具有設(shè)置在顯示區(qū)的象素TFT和圍繞顯示區(qū)設(shè)置的驅(qū)動(dòng)電路TFT，該方法包括以下步驟，由第一導(dǎo)體層形成用于象素TFT和驅(qū)動(dòng)電路TFT的柵電極，由第二導(dǎo)體層形成連接于柵電極的柵極布線(xiàn)，其中柵電極和柵極布線(xiàn)通過(guò)設(shè)置在象素TFT和驅(qū)動(dòng)電路TFT的溝道形成區(qū)之外的連接器連接。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法還是這樣一種半導(dǎo)體器件的制造方法，該器件在同一襯底上具有設(shè)置在顯示區(qū)的象素TFT和圍繞顯示區(qū)設(shè)置的驅(qū)動(dòng)電路TFT，該方法包括，第一步驟，向形成驅(qū)動(dòng)電路的第一和第二n-溝道TFT半導(dǎo)體層選擇地添加n-型雜質(zhì)元素，達(dá)到2×1016～5×1019原子/cm3的濃度范圍，第二步驟，由第一導(dǎo)體層形成用于象素TFT和驅(qū)動(dòng)電路TFT的柵電極，第三步驟，向形成驅(qū)動(dòng)電路的p-溝道TFT半導(dǎo)體層選擇地添加p-型雜質(zhì)元素，達(dá)到3×1020～3×1021原子/cm3的濃度范圍，第四步驟，向形成驅(qū)動(dòng)電路的第一和第二n-溝道TFT半導(dǎo)體層和形成象素TFT的半導(dǎo)體層中選擇地添加n-型雜質(zhì)元素，達(dá)到1×1020～1×1021原子/cm3的濃度范圍，第五步驟，至少采用所述n-溝道TFT的柵電極作為掩模，向象素TFT的半導(dǎo)體層選擇地添加n-型雜質(zhì)元素，達(dá)到1×1016～5×1018原子/cm3的濃度范圍，第六步驟，由第二導(dǎo)體層形成用于象素TFT和驅(qū)動(dòng)電路TFT的柵極布線(xiàn)，其中柵電極和柵極布線(xiàn)通過(guò)設(shè)置在象素TFT和驅(qū)動(dòng)電路TFT的溝道形成區(qū)之外的連接器連接。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法，通過(guò)如下步驟形成第一導(dǎo)體層，形成含有氮和選自鉭、鎢、鈦和鉬之中的至少一種元素的導(dǎo)體層(A)，在導(dǎo)體層(A)上形成導(dǎo)體層(B)并且主要由選自鉭、鎢、鈦和鉬之中的至少一種元素組成，在導(dǎo)體層(B)不與導(dǎo)體層(A)接觸的區(qū)域上形成導(dǎo)體層(C)并且含有氮和選自鉭、鎢、鈦和鉬之中的至少一種元素；通過(guò)如下步驟形成第二導(dǎo)體層，至少形成主要由鋁和銅組成的導(dǎo)體層(D)，并形成主要由選自鉭、鎢、鈦和鉬之中的至少一種元素組成的導(dǎo)體層(E)，導(dǎo)體層(C)和導(dǎo)體層(D)在連接器連接。導(dǎo)體層(A)可以在氬氣和氮?dú)饣虬钡幕旌蠚夥罩型ㄟ^(guò)濺射法形成，采用主要由選自鉭、鎢、鈦和鉬之中的至少一種元素組成的靶，最好通過(guò)在氧濃度為1ppm以下的氮?dú)鈿夥罩?，?duì)導(dǎo)體層(B)進(jìn)行熱處理來(lái)形成導(dǎo)體層(C)。也可以在氧濃度為1ppm以下的氮?dú)獾入x子體氣氛中，對(duì)導(dǎo)體層(B)進(jìn)行熱處理來(lái)形成導(dǎo)體層(C)。


圖1A-1D是象素TFT、存儲(chǔ)電容器和驅(qū)動(dòng)電路TFT的制造步驟的剖面圖。
圖2A-2D是象素TFT、存儲(chǔ)電容器和驅(qū)動(dòng)電路TFT的制造步驟的剖面圖。
圖3A-3D是象素TFT、存儲(chǔ)電容器和驅(qū)動(dòng)電路TFT的制造步驟的剖面圖。
圖4A-4C是象素TFT、存儲(chǔ)電容器和驅(qū)動(dòng)電路TFT的制造步驟的剖面圖。
圖5是象素TFT、存儲(chǔ)電容器和驅(qū)動(dòng)電路TFT的剖面圖。
圖6A-6C是象素TFT、存儲(chǔ)電容器和驅(qū)動(dòng)電路TFT的制造步驟的頂視圖。
圖7A-7C是象素TFT、存儲(chǔ)電容器和驅(qū)動(dòng)電路TFT的制造步驟的頂視圖。
圖8A-8C是驅(qū)動(dòng)電路TFT的制造步驟的頂視圖。
圖9A-9C是象素TFT的制造步驟的頂視圖。
圖10是液晶顯示器件的I/O接線(xiàn)端和布線(xiàn)電路布局的頂視圖。
圖11是液晶顯示器件的結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖12是液晶顯示器件的結(jié)構(gòu)透視圖。
圖13是顯示區(qū)的象素頂視圖。
圖14是用于液晶顯示器件的電路框圖。
圖15A-15C是柵電極和LDD區(qū)之間位置關(guān)系的一組視圖。
圖16A-16C是柵電極和柵極布線(xiàn)之間連接的一組視圖。
圖17A-17E是半導(dǎo)體器件實(shí)例的一組視圖。
圖18A和18B分別是EL顯示器件的頂視圖和剖面圖。
圖19A和19B是EL顯示器件的象素部位的剖面圖。
圖20A和20B是EL顯示器件的象素部位電路圖的頂視圖。
圖21A-21C是EL顯示器件的象素部位的電路圖。
圖22是由透射電鏡攝取的柵電極和柵極布線(xiàn)的接觸部位的剖面照片。
圖23是由透射電鏡攝取的柵電極(Ta)和柵極布線(xiàn)(Al-Nd)的界面的剖面照片。
圖24A和24B是VG-ID特性和TFT的熱偏置應(yīng)力實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果。
圖25A和25B是信號(hào)輸出段和接線(xiàn)端之間的波形差，其中25A展示了波形的上沿，25B展示了波形下沿。
圖26A和26B是柵電極和柵極布線(xiàn)的接觸電阻的計(jì)算模擬。
具體實(shí)施例方式以下將參考圖1-5說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。以下的詳細(xì)說(shuō)明將涉及工藝的各步驟，由此在同一襯底上制造顯示區(qū)中的象素TFT和圍繞顯示區(qū)形成的驅(qū)動(dòng)電路TFT。但是為使說(shuō)明簡(jiǎn)明，驅(qū)動(dòng)電路將以移位寄存電路，作為基本電路的CMOS電路例如緩沖電路，和形成取樣電路的n-溝道TFT來(lái)說(shuō)明。
對(duì)于圖1A，可以采用低堿玻璃襯底或石英襯底作為襯底101。在此實(shí)施例中采用低堿玻璃。可以在比玻璃形變溫度低約10-20℃的溫度下提前進(jìn)行熱處理。在形成TFT的襯底101的表面上形成基膜102，例如氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜，以便防止雜質(zhì)從襯底101擴(kuò)散。例如，采用等離子體CVD法，形成厚100nm的由SiH4，NH3和N2O制成的氮氧化硅膜，和厚200nm的由SiH4和N2O制成的氮氧化硅膜的層疊體。
接著，采用公知方法例如等離子體CVD或?yàn)R射，形成厚20-150nm(最好是30-80nm)的非晶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜103a。在此實(shí)施例中，采用等離子體CVD形成厚55nm的非晶硅膜。具有非晶結(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，也可以采用具有非晶結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體膜，例如非晶硅-鍺。由于基膜102和非晶硅膜103a可以采用相同的膜形成方法來(lái)形成，所以可連續(xù)形成。形成基膜之后，通過(guò)從空氣氣氛中將其一次去除可以防止表面沾污，于是降低了TFT性能的波動(dòng)和制造的TFT的閾值電壓的變化(圖1A)。
然后采用公知的晶化技術(shù)，從非晶硅膜103a形成結(jié)晶硅膜103b。例如，可以采用激光晶化法或熱晶化法(固相生長(zhǎng)法)，這里，根據(jù)日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)7-130652公開(kāi)的技術(shù)，通過(guò)采用催化劑的晶化方法形成結(jié)晶硅膜103b。晶化步驟之前，雖然應(yīng)根據(jù)非晶硅膜的含水量而定，但最好在400-500℃進(jìn)行約1小時(shí)的熱處理，在晶化之前把含水量降低到5at％以下。非晶硅膜的晶化引起原子的重排，形成更緊密的形式，從而使制成的結(jié)晶硅膜的厚度，從初始非晶硅膜的厚度(在此實(shí)施例中是55nm)減少約1-15％(圖1B)。
然后把結(jié)晶硅膜103b分離成島狀段，形成島狀半導(dǎo)體層104-107。然后采用厚50-100nm的氧化硅膜，通過(guò)等離子體CVD或?yàn)R射形成掩模層108(圖1C)。
設(shè)置光刻膠掩模109，按約1×1016～5×1017原子/cm3的濃度，添加硼(B)作為p-型雜質(zhì)，目的在于限制形成n-溝道TFT的島狀半導(dǎo)體層104-107的閾值電壓。可以采用離子摻雜法完成硼(B)的添加，或者可以在非晶硅膜的形成的同時(shí)添加。雖然添加硼(B)并不是必不可少的，但半導(dǎo)體層110-112最好形成為添加有硼(B)，以便把n-溝道TFT的閾值電壓保持在預(yù)定范圍(圖1D)。
為了形成驅(qū)動(dòng)電路的n-溝道TFT的LDD區(qū)，向島狀半導(dǎo)體層110、111選擇地添加n-型雜質(zhì)元素。為此目的提前形成光刻膠掩模113-116。所用的n-型雜質(zhì)元素可以是磷(P)或砷(As)，在此例中采用離子摻雜法，使用磷化氫(PH3)來(lái)添加磷(P)。形成的雜質(zhì)區(qū)117、118的磷(P)濃度可以在2×1016～5×1019原子/cm3的范圍。在整個(gè)本說(shuō)明書(shū)中，這里形成的雜質(zhì)區(qū)117-119中的n-型雜質(zhì)元素的濃度將表達(dá)為(n-)。雜質(zhì)區(qū)119是用于形成象素矩陣電路的存儲(chǔ)電容器的半導(dǎo)體層，此區(qū)中同樣添加相同濃度的磷(P)(圖2A)。
隨后的步驟是通過(guò)氫氟酸等去除掩模層108，并且激活在圖1D和圖2A添加的雜質(zhì)元素?？梢酝ㄟ^(guò)在氮?dú)鈿夥罩小?00-600℃下熱處理1-4小時(shí)，或者通過(guò)激光激活法，進(jìn)行激活。這些也可以組合進(jìn)行。在此實(shí)施例中，采用激光激活法，采用KrF準(zhǔn)分子激光(248nm波長(zhǎng))形成線(xiàn)性光束，按5-50Hz的振蕩頻率和100-500mJ/cm2的能量密度掃描，具有80-98％的線(xiàn)性光束重疊，對(duì)其上已形成島狀半導(dǎo)體層的整個(gè)襯底進(jìn)行處理。對(duì)激光照射條件沒(méi)有特別限制，可以由操作者適當(dāng)設(shè)置。
然后采用等離子體CVD或?yàn)R射，使用含硅絕緣膜形成厚10-150nm的柵極絕緣膜120。例如，形成厚120nm的氮氧化硅膜。柵絕緣膜也可以是其它含硅絕緣膜的單層或多層結(jié)構(gòu)(圖2B)。
然后用第一導(dǎo)體層形成柵電極。此第一導(dǎo)體層可以形成為單層，但是如果需要也可以具有兩層或三層的層疊結(jié)構(gòu)。在此實(shí)施例中，層疊由導(dǎo)電金屬氮化物膜制成的導(dǎo)體層(A)121和由金屬膜制成的導(dǎo)體層(B)122。導(dǎo)體層(B)122可以由選自鉭(Ta)、鈦(Ti)、鉬(Mo)和鎢(W)之中的一種元素形成，或者主要由這些元素之一組成的合金形成，或者包括這些元素的組合的合金膜(一般是Mo-W合金膜或Mo-Ta合金膜)形成，導(dǎo)體層(A)121由氮化鉭(TaN)、氮化鎢(WN)、氮化鈦(TiN)或氮化鉬(MoN)形成。作為導(dǎo)體層(A)121的替換材料，可以使用硅化鎢、硅化鈦或硅化鉬。導(dǎo)體層(B)可以具有降低的雜質(zhì)濃度，目的在于降低電阻，特別是氧濃度在30ppm以下是滿(mǎn)意的。例如，氧濃度在30ppm以下的鎢(W)可以實(shí)現(xiàn)20μΩcm以下的電阻率。
導(dǎo)體層(A)121可以是10-50nm(最好是20-30nm)，導(dǎo)體層(B)122可以200-400nm(最好是250-350nm)。在此實(shí)施例中，采用厚30nm的氮化鉭膜作為導(dǎo)體層(A)121，采用350nm的Ta膜作為導(dǎo)體層(B)122，兩者均通過(guò)濺射形成。在采用濺射的此膜形成中，向Ar濺射氣體添加適量的Xe或Kr能夠減輕形成膜的內(nèi)應(yīng)力，于是防止膜剝落。雖然沒(méi)有示出，但是可以在導(dǎo)體層(A)121下有效地在形成摻雜有磷(P)的厚約2-20nm的硅膜。這樣能夠改善粘附性，防止其上形成的導(dǎo)體膜氧化，同時(shí)還能夠防止導(dǎo)體層(A)或?qū)w層(B)中的微量堿金屬元素向柵絕緣膜120擴(kuò)散(圖2C)。
然后形成光刻膠掩模123-127，一起腐蝕導(dǎo)體層(A)121和導(dǎo)體層(B)122，形成柵電極128-131和電容器布線(xiàn)132。柵電極128-131和電容器布線(xiàn)132包括集成形成的導(dǎo)體層(A)構(gòu)成的段128a-132a和導(dǎo)體層(B)構(gòu)成的段128b-132b。這里，在驅(qū)動(dòng)電路中形成的柵電極129、130是這樣形成的，它們借助柵絕緣層120與雜質(zhì)區(qū)117、118的部分交疊(圖2D)。
隨后是添加p-型雜質(zhì)元素的步驟，形成驅(qū)動(dòng)電路的p-溝道TFT源區(qū)和漏區(qū)。這里，采用柵電極128作為掩模，形成自對(duì)準(zhǔn)雜質(zhì)區(qū)。其中形成有n-溝道TFT的區(qū)此時(shí)被光刻膠掩模133覆蓋。通過(guò)采用乙硼烷(B2H6)的離子摻雜法形成雜質(zhì)區(qū)134。此區(qū)中的硼(B)濃度是3×1020-3×1021原子/cm3。在本說(shuō)明書(shū)中，這里形成的雜質(zhì)區(qū)134中的p-型雜質(zhì)元素濃度將表示為(p+)(圖3A)。
接著，起源區(qū)或漏區(qū)作用的雜質(zhì)區(qū)形成在n-溝道TFT中。形成光刻膠掩模135-137，添加n-型雜質(zhì)元素形成雜質(zhì)區(qū)138-142。這是通過(guò)采用磷化氫(PH3)的離子摻雜法完成的，此區(qū)中的磷(P)濃度在1×1020-1×1021原子/cm3的范圍。在本說(shuō)明書(shū)中，這里形成的雜質(zhì)區(qū)138-142中的n-型雜質(zhì)元素濃度將表示為(n+)(圖3B)。
雜質(zhì)區(qū)138-142早已含有在在先步驟中添加的磷(P)或硼(B)，但是由于相對(duì)而言添加了足夠高濃度的磷(P)，所以在在先步驟中添加的磷(P)或硼(B)的影響可以忽略不計(jì)。由于向雜質(zhì)區(qū)138添加的磷(P)的濃度是在圖3A添加的硼(B)濃度的1/2-1/3，所以可以保證p-型導(dǎo)電型，從而對(duì)TFT的性能沒(méi)有影響。
隨后的步驟是添加n-型雜質(zhì)，在象素矩陣電路的n-溝道TFT中形成LDD區(qū)。這里，采用柵電極131作為離子摻雜法的n-型雜質(zhì)元素的自對(duì)準(zhǔn)添加的掩模。添加的磷(P)濃度是1×1016-5×1018原子/cm3，添加濃度低于在圖2A、3A和3B中添加的雜質(zhì)元素濃度，基本僅形成雜質(zhì)區(qū)143、144。在本說(shuō)明書(shū)中，在這些雜質(zhì)區(qū)143、144中的n-型雜質(zhì)元素的濃度將表示為(n-)(圖3C)。
隨后是熱處理的步驟，激活按其各個(gè)濃度添加的n-型或p-型雜質(zhì)元素。此步驟可以采用爐退火法、激光退火法或快速熱退火法(RTA法)完成。這里，采用爐退火法完成激活步驟。在氧濃度不大于1ppm的氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行熱處理，最好不大于0.1ppm，在400-800℃下，一般在500-600℃，對(duì)于本實(shí)施例，是在550℃進(jìn)行4小時(shí)熱處理。當(dāng)采用耐熱材料例如石英襯底作為襯底101時(shí)，即使在800℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理，也可以激活雜質(zhì)元素，在添加了雜質(zhì)元素的雜質(zhì)區(qū)和溝道形成區(qū)之間形成滿(mǎn)意的鍵合。
在熱處理中，從形成柵電極128-131和電容器布線(xiàn)132的金屬膜128b-132b的表面，形成厚5-80nm的導(dǎo)體層(C)128c-132c。例如，當(dāng)導(dǎo)體層(B)128b-132b是鎢(W)時(shí)，可以形成氮化鎢(WN)，而采用鉭(Ta)時(shí)可以形成氮化鉭(TaN)。通過(guò)把柵電極128-131暴露于含氮等離子體氣氛，采用氮?dú)饣虬睔猓聪嗤绞叫纬蓪?dǎo)體層(C)128c-132c。還在含3-100％氫的氣氛中，在300-450℃進(jìn)行1-12小時(shí)的熱處理，進(jìn)行島狀半導(dǎo)體層的氫化。此步驟是通過(guò)熱激發(fā)氫終止半導(dǎo)體層的懸掛鍵的步驟。作為氫化的另一種方式也可以進(jìn)行等離子體氫化(采用等離子體激發(fā)氫)。
當(dāng)通過(guò)采用催化劑元素從非晶硅膜晶化的方法制備島狀半導(dǎo)體層時(shí)，在島狀半導(dǎo)體層中殘留微量催化劑元素。雖然即使在這種條件也能夠完成TFT，但至少?gòu)臏系佬纬蓞^(qū)去除殘留的催化劑元素則更好。去除催化劑元素的一種方式是利用磷(P)的吸氣效應(yīng)。吸氣所必需的磷(P)濃度是在與圖3B形成的雜質(zhì)區(qū)(n+)相同的水平上，這里進(jìn)行的激活步驟的熱處理可從n-溝道TFT和p-溝道TFT的溝道形成區(qū)中吸取催化劑元素(圖3D)。
圖6A和圖7A是到目前為止的TFT的頂視圖，其中剖面A-A’和剖面C-C’對(duì)應(yīng)于圖3D的A-A’和C-C’。剖面B-B’和剖面D-D’對(duì)應(yīng)于圖8A和圖9A的剖面圖。圖6A-6C和圖7A-7C的頂視圖省略了柵電極膜，但是到此步驟為止，至少柵電極128-131和電容器布線(xiàn)132已形成在島狀半導(dǎo)體層104-107上，如圖所示。
完成激活和氫化步驟之后，形成第二導(dǎo)體層用做柵極布線(xiàn)。這種第二導(dǎo)體層可以用導(dǎo)體層(D)和導(dǎo)體層(E)形成，導(dǎo)體層(D)主要由作為低電阻材料的鋁(Al)或銅(Cu)組成，導(dǎo)體層(E)由鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、或鉬(Mo)制成。在此實(shí)施例中，導(dǎo)體層(D)145是含0.1-2wt％鈦(Ti)的鋁(Al)膜，導(dǎo)體層(E)146是鈦(Ti)膜。導(dǎo)體層(D)145可以形成為200-400nm(最好是250-350nm)，導(dǎo)體層(E)146可以形成為50-200nm(最好是100-150nm)(圖4A)。
導(dǎo)體層(E)146和導(dǎo)體層(D)145進(jìn)行腐蝕處理，形成連接?xùn)烹姌O的柵極布線(xiàn)，如此形成柵極布線(xiàn)147、148和電容器布線(xiàn)149。腐蝕處理首先通過(guò)采用SiCl4、Cl2和BCl3的混合氣體的干法腐蝕法，從導(dǎo)體層(E)的表面經(jīng)過(guò)導(dǎo)體層(D)到達(dá)一半的去除，然后采用磷酸基腐蝕溶液進(jìn)行濕法腐蝕，去除導(dǎo)體層(D)，這樣可以在形成柵極布線(xiàn)的同時(shí)保持以基底層的選擇加工。
圖6B和圖7B是這種狀態(tài)的頂視圖，其中剖面A-A’和剖面C-C’對(duì)應(yīng)于圖4B中的A-A’和C-C’。剖面B-B’和剖面D-D’對(duì)應(yīng)于圖8B和圖9B的B-B’和D-D’。在圖6B和7B中，部分柵極布線(xiàn)147、148交疊，已與部分柵電極128、129、131電接觸。這種狀態(tài)清楚地顯示在對(duì)應(yīng)于剖面B-B’和D-D’的圖8B和9B的剖面結(jié)構(gòu)圖，其中形成第一導(dǎo)體層的導(dǎo)體層(C)和形成第二導(dǎo)體層的導(dǎo)體層(D)電接觸。
采用氧化硅膜或氮氧化硅膜，形成厚500-1500nm的第一層間絕緣膜150，之后形成接觸孔到達(dá)每個(gè)島狀半導(dǎo)體層中形成的源區(qū)或漏區(qū)，形成源布線(xiàn)151-154和漏布線(xiàn)155-158。雖然這里沒(méi)有示出，但是在此實(shí)施例中，電極具有三層層疊結(jié)構(gòu)，是通過(guò)濺射連續(xù)形成的100nmTi膜、300nm的含Ti鋁膜和150nm的Ti膜。
接著，形成厚50-500nm(一般是100-300nm)的氮化硅膜、氧化硅膜或氮氧化硅膜，作為鈍化膜159。在此狀態(tài)的氫化處理對(duì)TFT性能提高有利。例如，可以在含3-100％氫的氣氛中、300-450℃進(jìn)行1-12小時(shí)的熱處理，或者通過(guò)使用等離子體氫化法可以達(dá)到類(lèi)似的效果。這里，在要形成用于象素電極和漏布線(xiàn)的連接的接觸孔的位置，在鈍化膜159中形成開(kāi)口(圖4C)。
圖6C和圖7C展示了這種情況的頂視圖，其中剖面A-A’和剖面C-C’對(duì)應(yīng)于圖4C中的A-A’和C-C’。剖面B-B’和剖面D-D’對(duì)應(yīng)于圖8C和圖9C中的B-B’和D-D’。圖6C和圖7C沒(méi)有展示第一層間絕緣膜，但是島狀半導(dǎo)體層104、105、107的源區(qū)和漏區(qū)(未示出)中的源區(qū)布線(xiàn)151、152、154和漏區(qū)布線(xiàn)155、156、158，借助形成在第一層間絕緣膜的接觸孔來(lái)連接。
接著，形成厚1.0-1.5μm的有機(jī)樹(shù)脂制成的第二層間絕緣膜160。所用的有機(jī)樹(shù)脂可以是聚酰亞胺、丙稀酸、聚酰胺、聚酰亞胺氨化物、BCB(苯并環(huán)丁稀)等。這里，對(duì)襯底涂敷之后，采用熱聚合型聚酰亞胺，在300℃燒結(jié)形成。然后在第二層間絕緣膜160中形成到達(dá)漏區(qū)布線(xiàn)158的接觸孔，并形成象素電極161、162。使用的象素電極，在透射液晶顯示器件的情形可以是透明導(dǎo)電膜，或者在反射液晶顯示器件的情形可以金屬膜。在此實(shí)施例中采用透射液晶顯示器件，因此通過(guò)濺射形成厚100nm的氧化銦錫(ITO)膜(圖5)。
按此方式制成在同一襯底上具有驅(qū)動(dòng)電路TFT和顯示區(qū)象素TFT的基片。在驅(qū)動(dòng)電路上形成p-溝道TFT201、第一n-溝道TFT202和第二n-溝道TFT203，在顯示區(qū)上形成象素TFT204和存儲(chǔ)電容器205。在本說(shuō)明書(shū)中，這種基片將簡(jiǎn)稱(chēng)為有源矩陣基片。
驅(qū)動(dòng)電路的p-溝道TFT201在島狀半導(dǎo)體層104中具有溝道形成區(qū)206、源區(qū)207a、207b和漏區(qū)208a、208b。第一n-溝道TFT202在島狀半導(dǎo)體層105中具有溝道形成區(qū)209、與柵電極129交疊LDD區(qū)210(以下這種LDD區(qū)將稱(chēng)為L(zhǎng)ov)、源區(qū)211和漏區(qū)212。這種Lov區(qū)在溝道長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度是0.5-3.0μm，是1.0-1.5μm更好。第二n-溝道TFT203在島狀半導(dǎo)體層106中具有溝道形成區(qū)213、LDD區(qū)214、215、源區(qū)216和漏區(qū)217。這些LDD區(qū)由Lov區(qū)和不與柵電極130交疊的LDD區(qū)(以下這種LDD區(qū)將稱(chēng)為L(zhǎng)off)形成，這種Loff區(qū)在溝道長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度是0.3-2.0μm，是0.5-1.5μm更好。象素TFT204在島狀半導(dǎo)體層107中具有溝道形成區(qū)218、219、Loof區(qū)220-223、源區(qū)和漏區(qū)224-226。Loff區(qū)在溝道長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度是0.5-3.0μm，是1.5-2.5μm更好。電容器布線(xiàn)132、149和由與柵絕緣膜相同材料制成的絕緣膜連接于象素TFT204的漏區(qū)226，存儲(chǔ)電容器205由添加n-型雜質(zhì)元素的半導(dǎo)體層227形成。圖5中象素TFT204具有雙柵極結(jié)構(gòu)，但是也可以是單柵極結(jié)構(gòu)，采用具有多柵電極的多柵極結(jié)構(gòu)沒(méi)有問(wèn)題。
這樣，本發(fā)明根據(jù)對(duì)象素TFT和驅(qū)動(dòng)電路的技術(shù)要求，優(yōu)化了每個(gè)電路的TFT結(jié)構(gòu)，從而可改善半導(dǎo)體器件的工作性能和可靠性。此外，通過(guò)用耐熱導(dǎo)電材料形成柵電極，可以有助于LDD區(qū)和源區(qū)和漏區(qū)的激活，從而通過(guò)用低電阻材料形成柵極布線(xiàn)來(lái)充分降低布線(xiàn)電阻。這樣可以應(yīng)用于在4英寸以上級(jí)別的顯示區(qū)(屏幕尺寸)。
圖16A-16C展示了柵電極和柵極布線(xiàn)的另一個(gè)實(shí)施例。按與實(shí)施模式1所示步驟相同的方式形成圖16中的柵電極和柵極布線(xiàn)，形成在島狀半導(dǎo)體層901和柵絕緣膜902上圖16A中，作為柵電極的第一導(dǎo)體層，是由氮化鉭(TaN)、氮化鎢(WN)、氮化鈦(TiN)或氮化鉬(MoN)形成的導(dǎo)體層(A)903。導(dǎo)體層(B)904由選自鉭(Ta)、鈦(Ti)、鉬(Mo)和鎢(W)之中的元素，或者主要由這些元素組成的合金或包括這些元素組合的合金膜形成的，而導(dǎo)體層(C)905按與實(shí)施模式1相同的方式形成在表面上。導(dǎo)體層(A)903可以是10-50nm(最好是20-30nm)，導(dǎo)體層(B)904可以是200-400nm(最好是250-350nm)。通過(guò)層疊導(dǎo)體層(D)906和位于其上的導(dǎo)體層(E)907形成作為柵極布線(xiàn)的第二導(dǎo)體層，導(dǎo)體層(D)906主要由作為低電阻材料的鋁(Al)或銅(Cu)構(gòu)成，導(dǎo)體層(E)907由鈦(Ti)或鉭(Ta)形成。由于通過(guò)應(yīng)力遷移和電遷移而使鋁(Al)和銅(Cu)快速擴(kuò)散，所以氮化硅膜908必須形成為厚50-150nm，以便覆蓋第二導(dǎo)體層。
圖16B展示了按與實(shí)施模式1相同的方式制備的柵電極和柵極布線(xiàn)，摻雜了磷(P)的硅膜909形成在柵電極之下。摻雜了磷(P)的硅膜909具有防止柵電極中的微量堿金屬元素?cái)U(kuò)散進(jìn)入柵絕緣膜的作用，有利于保證TFT可靠性。
圖16C是在形成柵電極的第一導(dǎo)體層上形成摻雜磷(P)的硅膜910的例子。摻雜磷(P)的硅膜是電阻大于其它導(dǎo)體金屬材料的材料，但是通過(guò)用鋁(Al)或銅(Cu)形成由柵極布線(xiàn)構(gòu)成的第二導(dǎo)體層，可以應(yīng)用于大面積的液晶顯示器件。這里，柵極布線(xiàn)可以是三層結(jié)構(gòu)，通過(guò)達(dá)100nm的Ti膜911、達(dá)300nm的含Ti鋁(Al)膜912和達(dá)150nm的Ti膜913來(lái)形成，避免鋁(Al)膜和摻雜磷(P)的硅膜之間直接接觸，提供耐熱性。
圖15A-15C是根據(jù)本發(fā)明的TFT的結(jié)構(gòu)示意圖，展示了TFT中的柵電極和LDD區(qū)之間的位置關(guān)系，這種TFT具有半導(dǎo)體層溝道形成區(qū)、LDD區(qū)、位于半導(dǎo)體層上的柵極絕緣膜和位于柵極絕緣膜上的柵電極。
圖15A展示的結(jié)構(gòu)設(shè)置了具有溝道形成區(qū)209、LDD區(qū)210和漏區(qū)212的半導(dǎo)體層，和形成于其上的柵極絕緣膜120和柵電極129。LDD區(qū)210是通過(guò)柵極絕緣膜120與柵電極129交疊設(shè)置的Lov。Lov具有衰減靠近漏區(qū)產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)的功能，同時(shí)防止熱載流子引起的退化，能夠適用于包括移位寄存器電路、電平漂移電路、緩沖電路等的驅(qū)動(dòng)電路的n-溝道TFT。
圖15B展示的結(jié)構(gòu)設(shè)置了具有溝道形成區(qū)213、LDD區(qū)215a、215b和漏區(qū)217的半導(dǎo)體層，和形成于半導(dǎo)體層上的柵極絕緣膜120和柵電極130。LDD區(qū)215a設(shè)置成通過(guò)柵極絕緣膜120與柵電極130交疊。而且，LDD區(qū)215b是不與柵電極130交疊設(shè)置的Loff。Loff具有降低截止電流值的功能，設(shè)置有Lov和Loff的結(jié)構(gòu)能夠防止熱載流子引起的退化，同時(shí)還能夠降低截止電流值，從而可以適用于驅(qū)動(dòng)電路的取樣電路的n-溝道TFT。
圖15C展示了設(shè)置有溝道形成區(qū)219、LDD區(qū)223和漏區(qū)226的半導(dǎo)體層。LDD區(qū)223是不通過(guò)柵極絕緣膜120與柵電極131交疊設(shè)置的Loff，其可以有效地降低截止電流值，因此適合用于象素TFT。象素TFT的LDD區(qū)223中的n-型雜質(zhì)濃度最好比驅(qū)動(dòng)電路的LDD區(qū)210、215中的濃度小1/2-1/10。
在此實(shí)施例中，將說(shuō)明從有源矩陣襯底制備有源矩陣型液晶顯示器件的步驟。如圖11所示，按實(shí)施模式1制備的如圖5所示狀態(tài)下，在有源矩陣襯底上形成對(duì)準(zhǔn)膜601。對(duì)于大多數(shù)液晶顯示器件，常常采用聚酰亞胺樹(shù)脂作為對(duì)準(zhǔn)膜。在相反側(cè)上的對(duì)置襯底602上，形成光屏蔽膜603、透明導(dǎo)體膜604和對(duì)準(zhǔn)膜605。形成對(duì)準(zhǔn)膜之后進(jìn)行摩擦處理，以便按一致的預(yù)置傾角使液晶分子取向。通過(guò)公知的單元接合步驟，經(jīng)過(guò)封接材料或襯墊(未示出)，把象素矩陣電路和與其上已經(jīng)形成了CMOS電路的有源矩陣對(duì)置的襯底裝配在一起。然后，在兩個(gè)襯底之間注入液晶材料606，采用密封劑(未示出)完成全部封接。使用的液晶材料可以是任何公知的液晶材料。這就制成了如圖11所示的有源矩陣型液晶顯示器件。
以下將參考圖12的透視圖和圖13的頂視圖，說(shuō)明這種有源矩陣型液晶顯示器件。圖12和13中所用的相同標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)于圖1-5和圖11的剖面結(jié)構(gòu)圖。沿圖13中的E-E’的剖面結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于圖5中的象素矩陣電路的剖面圖。
圖12中，有源矩陣襯底由形成在玻璃襯底101上的顯示區(qū)306、掃描信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路304和圖象信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路305構(gòu)成。象素TFT204設(shè)置顯示區(qū)，圍繞其設(shè)置的驅(qū)動(dòng)電路由CMOS電路構(gòu)成。掃描信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路304和圖象信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路305分別通過(guò)柵極布線(xiàn)148和源區(qū)布線(xiàn)154連接到象素TFT204。而且，F(xiàn)PC731連接于外I/O接線(xiàn)端734，并且通過(guò)輸入布線(xiàn)302、303連接到每個(gè)驅(qū)動(dòng)電路。
圖13的頂視圖展示了顯示區(qū)306的大約一個(gè)象素部分。柵極布線(xiàn)148借助柵極絕緣膜(未示出)與其之下的半導(dǎo)體層107交叉。半導(dǎo)體層上未示出的還有源區(qū)、漏區(qū)和作為n-區(qū)的Loff區(qū)。連接器163存在于源區(qū)布線(xiàn)154和源區(qū)224之間，連接器164存在于漏區(qū)布線(xiàn)158和漏區(qū)226之間，連接器165存在于漏區(qū)布線(xiàn)158和象素電極161之間。存儲(chǔ)電容器205形成的區(qū)中，從象素TFT204的漏區(qū)226延伸的半導(dǎo)體層227借助柵電極膜與電容器布線(xiàn)132、149交疊。
上面用實(shí)施模式1的結(jié)構(gòu)說(shuō)明了本實(shí)施例的有源矩陣型液晶顯示器件，但是也可以采用與實(shí)施模式2的結(jié)構(gòu)的任意組合制備有源矩陣液晶顯示器件。
圖10是液晶顯示器件的I/O接線(xiàn)端、顯示區(qū)和驅(qū)動(dòng)電路的排列示意圖。顯示區(qū)306具有按矩陣形式交叉的m個(gè)柵極布線(xiàn)和n個(gè)源區(qū)布線(xiàn)。例如，當(dāng)象素密度是VGA(視頻圖形陣列)時(shí)，形成480個(gè)柵極布線(xiàn)和640個(gè)源區(qū)布線(xiàn)，對(duì)于XGA(擴(kuò)展圖形陣列)，形成768個(gè)柵極布線(xiàn)和1240個(gè)源區(qū)布線(xiàn)。在13英寸級(jí)別顯示的情況，顯示區(qū)的屏幕尺寸具有340mm的對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度，在18英寸級(jí)別顯示的情況是460mm。為了實(shí)現(xiàn)這種液晶顯示器件，必須形成低電阻材料的柵極布線(xiàn)，如實(shí)施模式1和實(shí)施模式2所示。
圍繞顯示區(qū)306設(shè)置掃描信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路304和圖象信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路305。由于隨著顯示區(qū)屏幕尺寸的增大，這些驅(qū)動(dòng)電路柵極布線(xiàn)的長(zhǎng)度也必須較長(zhǎng)，所以最好由低電阻材料形成，如實(shí)施模式1和實(shí)施模式2所示，以便實(shí)現(xiàn)大尺寸屏幕。
根據(jù)本發(fā)明，從輸入端301連接于每個(gè)驅(qū)動(dòng)電路的輸入布線(xiàn)302、303，可以由與柵極布線(xiàn)相同的材料形成，它們能夠有助于低的布線(xiàn)電阻。
圖14是實(shí)施模式1或?qū)嵤┠Ｊ?所示有源矩陣襯底的結(jié)構(gòu)視圖，用于直觀式顯示器件結(jié)構(gòu)。此實(shí)施例的有源矩陣襯底具有圖象信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路1001、掃描信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路(A)1007、掃描信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路(B)1011、預(yù)充電電路1012和顯示區(qū)1006。在本說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“驅(qū)動(dòng)電路”將包括圖象信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路1001和掃描信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路(A)1007。
圖象信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路1001設(shè)置有移位寄存器電路1002、電平漂移電路1003、緩沖電路1004和取樣電路1005。掃描信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路(A)1007設(shè)置有移位寄存器電路1008、電平漂移電路1009和緩沖電路1010。掃描信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路(B)1011也具有相同的結(jié)構(gòu)。
移位寄存器電路1002、1008具有5-16V的驅(qū)動(dòng)電壓(一般是10V)，形成這種電路的CMOS電路的n-溝道TFT適合具有如圖5中202所示的結(jié)構(gòu)。電平漂移電路1003、1009和緩沖電路1004、1010具有高達(dá)14-16V的驅(qū)動(dòng)電壓，對(duì)于移位寄存器電路，包括圖5中的n-溝道TFT的CMOS電路是適合的。在這些電路中，用多柵極結(jié)構(gòu)形成柵電極有利于提高耐電壓能力和改善電路可靠性。
取樣電路1005具有14-16V的驅(qū)動(dòng)電壓，但是由于必須降低截止電流值，同時(shí)用交替反向的極性進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，所以含有圖5的n-溝道TFT203的CMOS電路是適合的。圖5僅展示了n-溝道TFT，但是在實(shí)際取樣電路中是與p-溝道TFT組合形成。這里，p-溝道TFT適合具有同一圖中201所示的結(jié)構(gòu)。
象素TFT204具有14-16V的驅(qū)動(dòng)電壓，從降低功耗的來(lái)看，要求截止電流值比取樣電路更為降低，因此該結(jié)構(gòu)具有的LDD(Loff)區(qū)最好沒(méi)有按象素TFT204那樣方式與柵電極交疊。
根據(jù)實(shí)施模式1所示的步驟制備TFT可以容易地實(shí)現(xiàn)此實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。在此實(shí)施例中，僅展示了用于顯示區(qū)和驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)，但是在實(shí)施模式1的步驟之后，可以在同一襯底上形成信號(hào)處理電路，例如信號(hào)分割電路、分諧波電路、D/A轉(zhuǎn)換器、γ-校正電路、運(yùn)算放大器電路、存儲(chǔ)器電路或計(jì)算處理電路，或邏輯電路。這樣，本發(fā)明能夠在同一襯底上實(shí)現(xiàn)包括象素矩陣電路及其驅(qū)動(dòng)電路的半導(dǎo)體器件，例如裝配信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路和象素矩陣電路的半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本發(fā)明制備的有源矩陣襯底和液晶顯示器件可以用于各種光電器件。本發(fā)明也可以用于任何含有這種光電器件作為顯示介質(zhì)的電子設(shè)備。作為電子設(shè)備這里可以列舉個(gè)人計(jì)算機(jī)，數(shù)字照相機(jī)，錄象機(jī)，便攜式信息終端(移動(dòng)計(jì)算機(jī)，蜂窩電話(huà)，電子書(shū)籍等)，導(dǎo)航系統(tǒng)等。這些之中的例子如圖17A-17E所示。
圖17A是個(gè)人計(jì)算機(jī)，其由設(shè)置有微處理器或存儲(chǔ)器的主體2001、圖象輸入器件2002、顯示器件2003和鍵盤(pán)2004構(gòu)成。可以根據(jù)本發(fā)明形成顯示器件2003或其他信號(hào)處理電路。
圖17B是錄象機(jī)，由主體2101、顯示器件2102、聲音輸入器件2103、操作開(kāi)關(guān)2104、電池2105和圖象接收器件2106構(gòu)成。本發(fā)明可以用于顯示器件2102或其他信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路。
圖17C是便攜式數(shù)字終端，由主體2201、圖象輸入器件2202、圖象接收器件2203、操作開(kāi)關(guān)2204和顯示器件2205構(gòu)成。本發(fā)明可以用于顯示器件2205或其他信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路。
圖17D是用于記錄了節(jié)目的記錄介質(zhì)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為記錄介質(zhì))的播放器，由主體2401、顯示器件2402、揚(yáng)聲器2403、記錄介質(zhì)2404和操作開(kāi)關(guān)2405構(gòu)成。使用的記錄介質(zhì)可以是DVD(數(shù)字通用盤(pán))或壓縮盤(pán)(CD)，可以重放音樂(lè)節(jié)目和圖象顯示，以及通過(guò)互連網(wǎng)顯示視頻節(jié)目(或TV節(jié)目)的數(shù)據(jù)。本發(fā)明可以滿(mǎn)意地用于顯示器件2402或其他信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路。
圖17E是數(shù)字照相機(jī)，由主體2501、顯示器件2502、取景器2503、操作開(kāi)關(guān)2504和圖象接收器(未示出)構(gòu)成。本發(fā)明可以用于圖象器件2502或其他信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路。
這樣，本發(fā)明的應(yīng)用范圍極寬，能夠用于各種領(lǐng)域的電子設(shè)備。這些實(shí)施例的電子設(shè)備也可以采用實(shí)施模式1-6的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在本實(shí)施模式中，將說(shuō)明由類(lèi)似于實(shí)施模式1的有源矩陣襯底，制造采用電致發(fā)光(EL)材料的自發(fā)發(fā)光式顯示屏(以下稱(chēng)為EL顯示器件)的例子。圖18A展示了EL顯示屏的頂視圖。圖18A中，參考標(biāo)號(hào)10是襯底，11是象素段，12是源區(qū)側(cè)驅(qū)動(dòng)電路，13是柵電極側(cè)驅(qū)動(dòng)電路，每個(gè)驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)布線(xiàn)14-16到達(dá)FPC17，然后連接于外部器件。
圖18B展示了在圖18A的線(xiàn)A-A’的剖面。這里對(duì)置板80至少位于象素段之上，最好在驅(qū)動(dòng)電路和象素段上。對(duì)置板80被封接材料19粘附在有源矩陣襯底上，其上形成TFT和采用EL材料的自發(fā)發(fā)光層。填料(圖中未示出)混合在封接材料19中，兩個(gè)襯底被這種填料粘附在一起，具有大致均勻的間距。該器件的結(jié)構(gòu)通過(guò)封接材料19外側(cè)和FPC17周邊上的密封劑81密封。密封劑81使用例如硅樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、酚樹(shù)脂或丁基橡膠等材料。
當(dāng)有源矩陣襯底10和對(duì)置襯底80被封接材料19粘附在一起時(shí)，其內(nèi)形成空隙。用填料83填充該空隙，這種填料83還具有粘附對(duì)置板80的作用。PVC(聚氯乙烯)、環(huán)氧樹(shù)脂、硅樹(shù)脂、PVB(聚乙烯醇縮丁醛)或EVA(乙烯乙酸乙烯酯)可以用做填料83。由于自發(fā)發(fā)光層的抗?jié)裥暂^弱，易于退化，最好在填料83內(nèi)形成干燥劑例如氧化鋇，以便能夠保持水分吸收效應(yīng)。而且器件的結(jié)構(gòu)還有在自發(fā)發(fā)光層上由氮化硅膜或氮氧化硅膜等形成鈍化膜，以便防止包括填料83在內(nèi)的堿性元素產(chǎn)生的腐蝕。
對(duì)置板80可以采用玻璃板、鋁板、不銹鋼板、FRP(玻璃纖維增強(qiáng)塑料)板、PVF(聚氯乙烯)膜、Myler膜(I.E.du Pont de Nemours and Company的商標(biāo))、聚酯膜、丙稀酸膜或丙稀酸板。而且，通過(guò)使用具有幾十μm鋁箔與PVF膜或Myler膜TM的夾層結(jié)構(gòu)的片可以提高抗?jié)裥浴０创朔绞?，EL元件被密封并與外界氣氛屏蔽開(kāi)。
在圖18B中，驅(qū)動(dòng)電路TFT22(注意組合n-溝道TFT和p-溝道TFT的CMOS電路如圖所示)，和用于象素段的TFT23(注意控制到達(dá)EL元件的電流的TFT如此圖所示)形成在襯底10和基膜21上。特別是，在這些TFT中，n-溝道TFT設(shè)置有構(gòu)如本實(shí)施例所示的LDD區(qū)，防止導(dǎo)通電流因熱載流子效應(yīng)而降低，以及性能因第V次漂移或偏置應(yīng)力而退化。
例如，圖5所示的p-溝道TFT201和n-溝道TFT202可以用做驅(qū)動(dòng)電路TFT22。雖然其取決于驅(qū)動(dòng)電壓，如果驅(qū)動(dòng)電壓是10V以上，則圖5的第一n-溝道TFT204或具有相同結(jié)構(gòu)的p-溝道TFT可以用做象素段TFT。雖然第一n-溝道TFT202構(gòu)成為設(shè)置有在漏區(qū)側(cè)上與柵電極交疊的LDD，但是當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓小于10V時(shí)并不必須這樣設(shè)置，因?yàn)閹缀蹩梢院雎砸驘彷d流子效應(yīng)引起的TFT退化。
為了從在圖1A-1D狀態(tài)的有源矩陣襯底制備EL顯示器件，包括樹(shù)脂材料的層間絕緣膜(平坦膜)26形成在源區(qū)布線(xiàn)和漏區(qū)布線(xiàn)上，包括電連接于象素段TFT23的漏區(qū)的透明導(dǎo)體膜的象素電極27形成于其上。氧化銦和氧化錫和化合物(稱(chēng)為ITO)或者氧化銦和氧化鋅的化合物可以用做透明導(dǎo)體膜。形成象素電極27之后，形成絕緣膜28，在象素電極27上形成開(kāi)孔段。
接著，形成自發(fā)發(fā)光層29。自發(fā)發(fā)光層29可以是層疊結(jié)構(gòu)或單層結(jié)構(gòu)，其中公知的EL材料(空穴注入層、空穴傳送層、發(fā)光層、電子傳送層或電子注入層)可以自由組合?？紤]如何構(gòu)成時(shí)可以采用公知范疇的技術(shù)。而且，對(duì)于EL材料有小分子材料和聚酯材料。在采用小分子材料的情形使用蒸發(fā)方法，在采用聚酯材料的情形可以使用簡(jiǎn)單方法，例如旋涂法、印刷法或噴墨法等。
可以通過(guò)采用陰罩掩模的蒸發(fā)法、噴墨法或投放器法形成自發(fā)發(fā)光層。按這些方式，通過(guò)形成每個(gè)象素能夠發(fā)出不同波長(zhǎng)的光發(fā)光層(發(fā)紅光層、發(fā)綠光層和發(fā)藍(lán)光層)，可以實(shí)現(xiàn)彩色顯示。可以采用其它任何方式，例如色彩變化層(CCM)與濾色器組合，發(fā)白光層與濾色器組合。不用說(shuō)也可以采用發(fā)單色光的EL顯示器件。
形成自發(fā)發(fā)光層29之后，在頂部形成陰極30。最好盡可能地去除陰極30和自發(fā)發(fā)光層29之間界面存在的水分和氧。因此必須采取如下措施，例如通過(guò)連續(xù)膜淀積在真空中形成自發(fā)發(fā)光層29和陰極30，或者在惰性氣氛中形成自發(fā)發(fā)光層29，然后在不暴露大氣的條件下形成陰極30?？梢圆捎枚嗍蚁到y(tǒng)(群工具系統(tǒng))淀積設(shè)備按本實(shí)施例進(jìn)行上述膜淀積。
注意采用LiF(氟化鋰)膜和Al(鋁)膜的層疊結(jié)構(gòu)用于實(shí)施模式8的陰極30。特別是，通過(guò)蒸發(fā)1nm厚的LiF(氟化鋰)膜形成在自發(fā)發(fā)光層29上，在其上部形成300nm厚的鋁膜。不用說(shuō)，可以使用MgAg電極、公知電極材料。陰極30在參考標(biāo)號(hào)31表示的區(qū)域與布線(xiàn)16連接。布線(xiàn)16是電源線(xiàn)，以便為陰極30提供預(yù)定的電壓，并通過(guò)各向異性導(dǎo)電膏材料32與FPC17連接。在FPC17上還形成樹(shù)脂層80，這段的粘附性得以提高。
為了在參考標(biāo)號(hào)31代表的區(qū)域電連接陰極30和布線(xiàn)16，必須在層間絕緣膜26和絕緣膜28中形成接觸孔?？梢栽趯娱g絕緣膜26的腐蝕期間(當(dāng)形成象素電極接觸孔時(shí))和絕緣膜28的腐蝕期間(當(dāng)形成自發(fā)發(fā)光層之前形成開(kāi)口段時(shí))形成接觸孔。而且，在腐蝕絕緣膜28時(shí)可以在整個(gè)過(guò)程中的一次發(fā)射中對(duì)層間絕緣膜26進(jìn)行腐蝕。在這種情況，接觸孔可以具有良好的形狀，只要層間絕緣膜26和絕緣膜28是相同樹(shù)脂材料即可。
布線(xiàn)16穿過(guò)封接材料19和襯底10之間的空間(只要用密封劑81封閉即可)與FPC17連接。注意這里的說(shuō)明是針對(duì)布線(xiàn)16，但是其它布線(xiàn)14和15也可以按類(lèi)似方式穿過(guò)封接材料18之下與FPC17電連接。
象素段的更詳細(xì)剖面結(jié)構(gòu)如圖19A和19B所示，頂視圖如圖20A所示，電路圖如圖20B所示。在圖19A中，設(shè)置在襯底2401上的開(kāi)關(guān)TFT2402，按與實(shí)施模式1的圖5的象素TFT204相同的結(jié)構(gòu)形成。成為2個(gè)TFT通過(guò)采用雙柵電極結(jié)構(gòu)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，通過(guò)在不與柵電極交疊而設(shè)置的偏置區(qū)中形成LDD可以降低截止電流值。雖然本實(shí)施例使用雙柵電極結(jié)構(gòu)，但是結(jié)構(gòu)可以是三柵電極結(jié)構(gòu)或者具有更多柵電極的多柵電極結(jié)構(gòu)。
而且，采用如圖5所示的第一n-溝道TFT202形成電流控制TFT2403。這種TFT結(jié)構(gòu)是這樣的結(jié)構(gòu)，其中與柵電極交疊的LDD僅設(shè)置在漏區(qū)側(cè)，通過(guò)降低寄生電容和柵極與漏區(qū)之間的串聯(lián)電阻，提高了電流驅(qū)動(dòng)器容量。而且從其它觀點(diǎn)來(lái)看，應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)具有非常重要的意義。由于電流控制TFT是控制流過(guò)EL元件的電流量的元件，所以該元件流過(guò)大量電流時(shí)存在因加熱而退化和因熱載流子而退化的較大危險(xiǎn)。通過(guò)設(shè)置部分與柵電極交疊的LDD，可以防止電流控制TFT的退化，提高工作可靠性。此時(shí)，開(kāi)關(guān)TFT2402的漏區(qū)布線(xiàn)35通過(guò)布線(xiàn)36與電流控制TFT的柵電極37電連接。參考標(biāo)號(hào)38代表的布線(xiàn)是柵極布線(xiàn)，與開(kāi)關(guān)TFT2402的柵電極39a和39b電連接。
而且，雖然本實(shí)施例展示了用于電流TFT2403的單柵極結(jié)構(gòu)，但也可以是串聯(lián)連接多個(gè)TFT多柵極結(jié)構(gòu)。而且，可以是多個(gè)TFT并聯(lián)連接、在效果上分開(kāi)溝道形成區(qū)的結(jié)構(gòu)，其中可以高效地獲得熱發(fā)射。這種結(jié)構(gòu)是針對(duì)因加熱而退化的有效對(duì)策。
如圖20A所示，成為電流控制TFT2403的柵電極37的布線(xiàn)，通過(guò)在參考標(biāo)號(hào)2404代表的區(qū)設(shè)置絕緣膜，與電流控制TFT2403的漏區(qū)布線(xiàn)40交疊。在參考標(biāo)號(hào)2404代表的區(qū)形成電容器。此電容器2404的作用是保持施加于電流控制TFT2403柵電極的電壓。漏區(qū)布線(xiàn)40連接于電流線(xiàn)(電源線(xiàn))2501，對(duì)其總是施加恒定電壓。
在開(kāi)關(guān)TFT2402和電流控制TFT2403上形成第一鈍化膜41，在其上形成包括樹(shù)脂絕緣膜的平坦化膜42。采用平坦化膜42使因TFT產(chǎn)生的平面差平坦化是非常重要的。之后形成的自發(fā)發(fā)光層是如此之薄，以致存在平面差有時(shí)會(huì)導(dǎo)致發(fā)光缺陷。因此需要在形成象素電極之前進(jìn)行平坦化處理，以便在盡可能平坦的表面上形成自發(fā)發(fā)光層。
43代表的是具有高反射率的導(dǎo)電膜制成的象素電極(EL元件的陰極)，與電流控制TFT2403的漏區(qū)電連接。象素電極43的優(yōu)選材料是低電阻導(dǎo)電膜，例如鋁合金膜、銅合金膜和銀合金膜，或者這些膜的層疊膜。不用說(shuō)，可以使用這些膜與其它導(dǎo)電膜形成層疊結(jié)構(gòu)。由絕緣膜(最好是樹(shù)脂)制成的邊坡44a和44b在其間形成溝槽(對(duì)應(yīng)于象素)，在溝槽中形成發(fā)光層44。雖然這里僅展示了一個(gè)象素，但是可以形成分別對(duì)應(yīng)于R(紅)、G(綠)和B(藍(lán))色的發(fā)光層。作為形成發(fā)光層的有機(jī)EL材料采用π共軛聚酯材料。代表性的聚酯材料包括聚對(duì)亞苯基亞乙烯基(PPV)、聚乙烯咔唑(PVK)、和聚氟基材料等。在各種形式的PPV基有機(jī)EL材料中，有用的材料例如公開(kāi)在H.Shenk，H.Becker，O.Gelsen，E.Kluge，W.Kreuder，and H.Spreitzer，“Polymers for Light EmittingDiodes，”Euro Display，Proceedings，1999，pp.33-37，或公開(kāi)在日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)平10-92576。
具體地，采用氰基聚亞苯基亞乙烯基用于發(fā)射紅光的發(fā)光層，采用聚亞苯基亞乙烯基用于發(fā)射綠光的發(fā)光層，采用聚亞苯基亞乙烯基或聚烷基亞苯基用于發(fā)射藍(lán)光的發(fā)光層。其適當(dāng)?shù)哪ず袷?0-150nm(最好是40-100nm)。而且，上述說(shuō)明是可用做發(fā)光層的有機(jī)EL材料，但本發(fā)明并不限于此。通過(guò)自由組合發(fā)光層、電荷輸送層和電荷注入層，可以形成自發(fā)發(fā)光層(用于發(fā)光和用于移動(dòng)載流子發(fā)光的層)。代替在本實(shí)施例所示例子中用做發(fā)光層的聚酯材料，例如可以采用小分子有機(jī)EL材料。也可以使用無(wú)機(jī)材料例如碳化硅，用于電荷輸送層和電荷注入層。公知材料可以用做這些元件EL材料和無(wú)機(jī)材料。
本實(shí)施例中的自發(fā)發(fā)光層具有層疊結(jié)構(gòu)，其中包括PEDOT(聚三苯)或者PAni(聚苯胺)的空穴注入層46層疊在發(fā)光層45上。在本實(shí)施例的情形，在發(fā)光層45產(chǎn)生的光發(fā)射向頂面(向上超出TFT)，這要求陽(yáng)極具有透光性。透明導(dǎo)電膜可以由氧化銦和氧化錫的化合物形成，或者由氧化銦和氧化鋅的化合物形成，優(yōu)選的材料是能夠在盡可能低的溫度下形成膜的材料，因?yàn)樵谛纬赡蜔嵝缘偷陌l(fā)光層和空穴注入層之后形成透明導(dǎo)電膜。
通過(guò)形成陽(yáng)極47從而制成自發(fā)發(fā)光元件2045。這里的自發(fā)發(fā)光元件2045是指由象素電極(陰極)43、發(fā)光層45、空穴注入層46和陽(yáng)極47構(gòu)成的電容器。如圖20A所示，象素電極43幾乎延伸在全部象素區(qū)域上，從而全部象素起自發(fā)發(fā)光元件的作用。因此發(fā)光效率非常高，所以圖象顯示明亮。
在此實(shí)施例中，在陽(yáng)極47上還形成第二鈍化膜48。優(yōu)選的第二鈍化膜48是氮化硅膜或氮氧化硅膜。此第二鈍化膜的目的在于使自發(fā)發(fā)光元件與外界封閉，防止有機(jī)EL材料因氧化而退化，以及抑制有機(jī)EL材料放氣。這樣可以提高EL顯示器件的可靠性。
如上所述，本實(shí)施例的EL顯示屏包括象素段，象素段包括如圖20A所示的結(jié)構(gòu)的象素，具有足夠低的截止電流值的開(kāi)關(guān)TFT，和抵抗熱載流子能力強(qiáng)的電流控制TFT。如此獲得的是具有高可靠性并且圖象顯示優(yōu)異的EL顯示屏。
圖19B展示了自發(fā)發(fā)光層轉(zhuǎn)變的例子。采用與圖5的p-溝道TFT相同結(jié)構(gòu)形成電流控制TFT2601。制備方法可以?xún)?yōu)選實(shí)施模式1。此實(shí)施例中采用透明導(dǎo)電膜用做象素電極(陽(yáng)極)50。具體地，采用由氧化銦和氧化鋅的化合物制成的導(dǎo)電膜。不用說(shuō)，由氧化銦和氧化錫的化合物制成的導(dǎo)電膜也可以采用。
形成絕緣膜制成的邊坡51a和51b之后，通過(guò)施加溶液形成包括聚乙烯咔唑的發(fā)光層52。在其上形成包括乙酰丙酮鉀(表示為acacK)的電子注入層53和由鋁合金制成的陰極54。此時(shí)，陰極54還起鈍化膜的作用。如此形成EL元件2602。在此實(shí)施例中，發(fā)光層52中產(chǎn)生的光被發(fā)射朝向形成了TFT的襯底，如圖中箭頭所示。在采用本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的情形，最好由p-溝道TFT形成電流控制TFT。
本實(shí)施例所示的EL顯示器件可以用做實(shí)施模式7的電子器件的顯示段。
本實(shí)施例展示在圖21A-21C，這些例子中象素具有不同于圖20B的電路圖的結(jié)構(gòu)。在此實(shí)施例中，參考標(biāo)號(hào)2701代表開(kāi)關(guān)TFT2702的源區(qū)布線(xiàn)，2703代表開(kāi)關(guān)TFT2702的柵極布線(xiàn)，2704代表電流控制TFT，2705代表電容器，2706和2708代表電流供給線(xiàn)，2707代表EL元件。
圖21A展示了兩個(gè)象素共用電流供給線(xiàn)2706的例子。換言之，此例的特征在于與電流供給線(xiàn)2706對(duì)稱(chēng)地形成兩個(gè)象素。此時(shí)，電流供給線(xiàn)的數(shù)量可以減少，可以進(jìn)一步提高象素段的確定性(definition)。
圖21B展示了電流供給線(xiàn)2708布置成與柵極布線(xiàn)2703平行的例子。雖然電流供給線(xiàn)如此布置，不與圖21B中的柵極布線(xiàn)2703交疊，但是如果這些線(xiàn)形成在不同的層，則兩條線(xiàn)可以通過(guò)絕緣膜彼此交疊。此時(shí)，電流供給線(xiàn)2708和柵極布線(xiàn)2703可以共用其占據(jù)的區(qū)域，進(jìn)一步提高象素段的確定性。
圖21C所示例子的特征在于，電流供給線(xiàn)2708的布置與圖21B的結(jié)構(gòu)類(lèi)似，與柵極布線(xiàn)2703平行，而且兩個(gè)象素對(duì)稱(chēng)于電流供給線(xiàn)2708形成。使電流供給線(xiàn)2708與柵極布線(xiàn)2703之一交疊，這樣的布置也是有效的。此時(shí)，可以減少電流供給線(xiàn)的數(shù)量，進(jìn)一步提高象素段的確定性。雖然設(shè)置電容器2705以便保持在圖21A和21B的電流控制TFT2704的柵電極施加的電壓，但也可以省略電容器2705。
由于如圖19A所示的本發(fā)明的n-溝道TFT用做電流控制TFT2704，所以其具有的LDD區(qū)設(shè)置成通過(guò)插入的柵極絕緣膜與柵電極交疊。一般稱(chēng)為寄生電容的柵極電容形成在此交疊區(qū)，本實(shí)施例的特征在于使用寄生電容代替電容器2705。由于此寄生電容的電容量因柵電極和LDD區(qū)的交疊面積而變化，所以包含在交疊區(qū)的LDD區(qū)的長(zhǎng)度決定了其電容量。而且，同樣可以省略圖21A-21C的結(jié)構(gòu)的電容器2705。
注意本實(shí)施模式所示EL顯示器件的電路結(jié)構(gòu)可以選自實(shí)施模式1所示TFT結(jié)構(gòu)，形成圖21A-21C所示電路。可以使用本實(shí)施例的EL顯示屏作為實(shí)施模式7的電子器件的顯示段。
[實(shí)施例1]如實(shí)施模式1所示，TFT的柵電極和柵極布線(xiàn)在島狀半導(dǎo)體層之外接觸，不插入接觸孔。對(duì)這種結(jié)構(gòu)的柵電極和柵極布線(xiàn)的電阻的評(píng)價(jià)結(jié)果如表1和2所示。表1展示了形成柵電極和柵極布線(xiàn)的薄層電阻。
表1用于柵極和柵極總線(xiàn)的金屬的各種薄層電阻

表2展示了由接觸鏈(接觸數(shù)量100-200)的測(cè)量值而計(jì)算的每個(gè)接觸段的接觸電阻的結(jié)果，這是為了評(píng)價(jià)柵電極和柵極布線(xiàn)的接觸電阻。每個(gè)接觸段的面積設(shè)定為4μm×10μm或6μm×10μm。
表2；柵極金屬和柵極總線(xiàn)之間的每個(gè)接觸鏈的接觸電阻


對(duì)于柵電極，制備兩種膜，即TaN膜和Ta膜的層疊膜和W膜。用Al形成柵極布線(xiàn)。注意向Al添加1wt％的Nd。(以下表示為Al-Nd膜)。當(dāng)柵電極和柵極布線(xiàn)的交疊面積假設(shè)為40μm2，則接觸電阻對(duì)于TaN膜和Ta膜的層疊膜大約是200Ω，對(duì)于W膜大約是0.1Ω。
圖22展示了采用透射電鏡(TEM)對(duì)柵電極交疊段的觀察結(jié)果，柵電極是通過(guò)層疊TaN膜和Ta膜，和W膜形成的。圖23是Ta膜和Al-Nd膜之間界面的放大圖，通過(guò)能量分布X-射線(xiàn)光譜(EDX)檢測(cè)圖中表示為*1和*4的點(diǎn)的成分。結(jié)果，雖然在*1檢測(cè)到Al，在*4檢測(cè)到Ta，但是發(fā)現(xiàn)形成了包括氧化物的層，這是因?yàn)樵?2檢測(cè)到Al和氧，在*3檢測(cè)到Ta和氧。假設(shè)原因是Ta膜表面在用于雜質(zhì)元素激活的熱處理工藝中被氧化，這是在形成作為柵電極的Ta膜之后進(jìn)行的。再形成Al-Nd膜時(shí)，Ta膜表面的氧估計(jì)氧化了Al-Nd膜。這樣提高的接觸電阻是采用Ta時(shí)顯著出現(xiàn)的結(jié)果。
但是，通過(guò)模擬接觸電阻對(duì)信號(hào)波形施加的影響進(jìn)行測(cè)試，證實(shí)了對(duì)200Ω左右的接觸電阻的影響并不很大。圖26A和26B展示了因波形上沿和波形下沿的電阻引起的差異。用于計(jì)算的等效電路如圖中插圖所示。這里通過(guò)從1Ω到1MΩ改變對(duì)應(yīng)于接觸電阻的R2進(jìn)行模擬，證實(shí)了大至約10kΩ的接觸電阻也幾乎不能發(fā)現(xiàn)其影響。
而且，作為接觸段的可靠性測(cè)試進(jìn)行導(dǎo)電性測(cè)試，考察接觸電阻的差異。制備具有40μm2的接觸段面積和接觸數(shù)量200的測(cè)試樣品，在180℃的氣氛中導(dǎo)通1小時(shí)的1mA的電流。雖然對(duì)上述兩種柵電極材料檢測(cè)了接觸電阻的差異，但是幾乎觀察不到差異。
通過(guò)偏置熱應(yīng)力實(shí)驗(yàn)(以下稱(chēng)為BT實(shí)驗(yàn))研究制備的TFT的可靠性。TFT的尺寸是溝道長(zhǎng)度為8μm，溝道寬度是8μm。實(shí)驗(yàn)條件是+20V的柵電極電壓和0V的柵電極電壓施加于n-溝道TFT，并在150℃保持1小時(shí)。圖24A和24B展示了分別針對(duì)n-溝道TFT和p-溝道TFT的結(jié)果，但是在兩種情形下幾乎觀察不到因偏置應(yīng)力的退化。
評(píng)價(jià)因柵極布線(xiàn)材料的差異而產(chǎn)生的信號(hào)延遲的影響。圖25A和25B展示了信號(hào)輸入段和輸出段之間的波形差異，其中25A展示了波形上沿，25B展示了波形下沿。輸入段和輸出段之間的距離是83mm。圖25A和25B中，表示為J2的特性是針對(duì)由Ta膜和Ta膜的層疊形成的柵極布線(xiàn)，表示為J4的樣品是用Al-Nd膜的柵極布線(xiàn)形成的樣品。柵極布線(xiàn)的寬度是10μm。雖然前者樣品對(duì)于上沿時(shí)間和下沿時(shí)間在輸入段和輸出段之間有大的差異，但是后者樣品具有極小的差異。J2樣品的延遲時(shí)間是J4樣品的大約10倍，從表1所示薄層電阻清晰可見(jiàn)，可以認(rèn)為布線(xiàn)材料的電阻影響延遲時(shí)間。
表3 單位nsec

從上述結(jié)果可見(jiàn)，在顯示尺寸是4英寸以上的情形，必須用正如本發(fā)明的低電阻材料形成與柵電極連接的柵極布線(xiàn)。
通過(guò)使用本發(fā)明，可以使TFT具有半導(dǎo)體器件的功能電路的技術(shù)要求所適用的性能，上述半導(dǎo)體器件(本例中具體是光電器件)在同一襯底上形成有多功能電路，這樣可使工作特性和可靠性有很大的提高。特別是，通過(guò)使象素矩陣電路的n-溝道TFT的LDD區(qū)形成為具有n-濃度并僅作為L(zhǎng)off，可以急劇地減低截止電流值，這有利于減低象素矩陣電路的功耗。而且，通過(guò)使驅(qū)動(dòng)電路的n-溝道TFT的LDD區(qū)形成為具有n-濃度并僅作為L(zhǎng)ov，可以提高電流驅(qū)動(dòng)容量，防止因熱載流子而產(chǎn)生的退化，這樣減低了導(dǎo)通電流值的減低退化。還可以改善具有這種光電器件作為其顯示介質(zhì)的半導(dǎo)體器件(本例中具體是電子設(shè)備)的工作性能和可靠性。
此外，通過(guò)用高度耐熱、導(dǎo)電材料形成象素TFT和驅(qū)動(dòng)電路TFT的柵電極，形成用低電阻材料例如鋁(Al)連接?xùn)烹姌O的柵極布線(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)上述滿(mǎn)意的TFT性能，使用這種TFT來(lái)實(shí)現(xiàn)4英寸以上的大尺寸顯示器件。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括在襯底上的半導(dǎo)體層；與所述半導(dǎo)體層接觸的柵絕緣膜；與所述柵絕緣膜接觸的柵電極；以及與所述柵電極接觸的氧化硅膜，其中所述柵電極含有氮和選自Ta、W、Ti和Mo中的至少一種元素。
2.一種半導(dǎo)體器件，包括在襯底上的半導(dǎo)體層；與所述半導(dǎo)體層接觸的含硅的絕緣膜；與所述絕緣膜接觸的柵電極；以及與所述柵電極接觸的氧化硅膜，其中所述柵電極含有氮和選自Ta、W、Ti和Mo中的至少一種元素。
3.一種半導(dǎo)體器件，包括在襯底上的半導(dǎo)體層，其中所述半導(dǎo)體層包括溝道形成區(qū)、源區(qū)、漏區(qū)和LDD區(qū)；與所述半導(dǎo)體層接觸的柵絕緣膜；與所述柵絕緣膜接觸的柵電極；以及與所述柵電極接觸的氧化硅膜，其中所述柵電極含有氮和選自Ta、W、Ti和Mo中的至少一種元素，以及所述LDD區(qū)具有與所述柵電極重疊的第一區(qū)域和與所述柵電極不重疊的第二區(qū)域。
4.一種半導(dǎo)體器件，包括在襯底上的半導(dǎo)體層，其中所述半導(dǎo)體層包括溝道形成區(qū)、源區(qū)、漏區(qū)和LDD區(qū)；與所述半導(dǎo)體層接觸的含硅的絕緣膜；與所述絕緣膜接觸的柵電極；以及與所述柵電極接觸的氧化硅膜，其中所述柵電極含有氮和選自Ta、W、Ti和Mo中的至少一種元素，以及所述LDD區(qū)具有與所述柵電極重疊的第一區(qū)域和與所述柵電極不重疊的第二區(qū)域。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述柵電極具有多柵結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述柵絕緣膜是單層或多層。
7.如權(quán)利要求2和4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述含硅的柵絕緣膜是單層或多層。
8.一種半導(dǎo)體器件，包括在襯底上的含硅的絕緣膜；以及包括金屬氮化物膜的柵電極，其中所述金屬氮化物膜與所述含硅的絕緣膜接觸。
9.一種半導(dǎo)體器件，包括在襯底上的含硅的柵絕緣膜；以及包括含氮的鉬膜的柵電極，其中所述鉬膜與所述含硅的絕緣膜接觸。
10.一種半導(dǎo)體器件，包括在襯底上的含硅的柵絕緣膜；以及包括金屬氮化物膜和金屬膜的柵電極，其中所述金屬氮化物膜與所述含硅絕緣膜接觸。
11.一種半導(dǎo)體器件，包括在襯底上的含硅的絕緣膜；以及包括金屬氮化物膜和雙層導(dǎo)電膜的柵電極，其中所述金屬氮化物膜與所述含硅的絕緣膜接觸。
12.一種半導(dǎo)體器件，包括在襯底上的含硅的絕緣膜；以及包括金屬氮化物膜和多層導(dǎo)電膜的柵電極，其中所述金屬氮化物膜與所述含硅的絕緣膜接觸。
13.如權(quán)利要求8和10-12中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述金屬氮化物膜是從氮化鉭、氮化鎢、氮化鈦和氮化鉬中選出的至少一種。
14.如權(quán)利要求8和10-12中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述金屬氮化物膜具有10-50納米的厚度。
15.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述鉬膜具有10-50納米的厚度。
16.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述金屬膜是從鉭、鈦、鉬和鎢中選擇的至少一種。
17.如權(quán)利要求11和12中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述導(dǎo)電膜是從鉭、鈦、鉬和鎢中選出的至少一種。
18.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其中所述金屬膜含低于30ppm的氧氣。
19.如權(quán)利要求11和12中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述導(dǎo)電膜含低于30ppm的氧氣。
20.如權(quán)利要求1-4和8-12中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體器件是從包括個(gè)人計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、電子書(shū)和便攜式信息終端的一組中選出的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明主要提供可用于大尺寸屏幕的有源矩陣顯示器件的柵電極和柵極布線(xiàn)，其中為了實(shí)現(xiàn)本目的，本發(fā)明的構(gòu)成是一種半導(dǎo)體器件，在同一襯底上具有設(shè)置在顯示區(qū)的象素TFT和圍繞顯示區(qū)設(shè)置的驅(qū)動(dòng)電路TFT，其中象素TFT和驅(qū)動(dòng)電路TFT的柵電極由第一導(dǎo)體層形成，柵電極通過(guò)連接器與第二導(dǎo)體層形成的柵極布線(xiàn)電接觸，連接器設(shè)置在象素TFT和驅(qū)動(dòng)電路TFT的溝道形成區(qū)之外。
文檔編號(hào)H01L29/43GK1870293SQ20061007378
公開(kāi)日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2000年4月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月12日
發(fā)明者山崎舜平, 小山潤(rùn), 高山徹, 浜谷敏次 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所