專利名稱：薄膜半導(dǎo)體集成電路及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜狀集成電路，該電路包括多個(gè)形成在絕緣表面上的薄膜絕緣柵半導(dǎo)體器件如薄膜晶體管(TFT)，還涉及制造集成電路的方法。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件可以用于諸如液晶顯示的電—光器件的有源矩陣電路，用于圖象傳感器的驅(qū)動(dòng)電路，SOI集成電路以及傳統(tǒng)的半導(dǎo)體集成電路(如微處理器、微控制器、微型計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等)。更具體地講，本發(fā)明涉及一種單片式薄膜集成電路，它包括在同一基片上形成的有源矩陣電路和驅(qū)動(dòng)該電路的驅(qū)動(dòng)器，或在同一基片上形成的存儲(chǔ)器和CPU，并涉及制造單片式薄膜集成電路的方法。
近年來，對(duì)在絕緣基片或絕緣表面上制造絕緣柵半導(dǎo)體器件(MISFET)的方法進(jìn)行了研究。通過厚的絕緣膜把絕緣表面與半導(dǎo)體表面絕緣開來。其中半導(dǎo)體層(有源層)為薄膜狀的半導(dǎo)體器件被稱為薄膜晶體管(TFT)。由于很難獲得與單晶半導(dǎo)體的結(jié)晶性相對(duì)應(yīng)的良好的結(jié)晶性，因此，通常采用非單晶半導(dǎo)體。
這種非單晶半導(dǎo)體在性能上要比單晶半導(dǎo)體低劣。特別是，當(dāng)在柵電極施加反向電壓(對(duì)N溝道TFT是負(fù)電壓，對(duì)P溝道TFT是正電壓)時(shí)，源與漏之間的泄漏電流增大，TFT的遷移率下降。因此，必須在源/漏區(qū)與棚極之間形成本征的或P-或N-型高阻區(qū)。
例如，在形成高阻區(qū)的情形，通過陽極化或其它方法至少使柵絕緣膜的側(cè)表面氧化，并且通過自對(duì)準(zhǔn)用氧化物或者其微量進(jìn)行摻雜。按此方式，可獲得具有均勻?qū)挾鹊母咦鑵^(qū)。
然而，這種高阻區(qū)還起到以串聯(lián)方式插入源極與漏極之間的電阻器的作用。所以，在同一絕緣表面上形成具有不同性能的TFT時(shí)就會(huì)產(chǎn)生問題。在需要高速工作時(shí)，這些區(qū)是不必要的。對(duì)于有源矩陣電路和驅(qū)動(dòng)該有源矩陣電路的驅(qū)動(dòng)器均形成于同一基片上的單片式電路，最好有源矩陣電路具有低的泄漏電流。所以，期望TFT具有寬的高阻區(qū)。另一方面，驅(qū)動(dòng)器需要工作在高速狀態(tài)下。結(jié)果，期望TFT具有窄的高阻區(qū)。但是，通過相同的處理在同一基片上形成的高阻區(qū)具有均勻的寬度，因而很難根據(jù)需要來改善高阻區(qū)的寬度。此外，很難制造單片式有源矩陣電路和單片式集成電路。
本發(fā)明的目的是解決上述問題。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種半導(dǎo)體集成電路，包括基片；形成于基片上并包含多個(gè)薄膜晶體管的有源矩陣電路，每個(gè)晶體管具有第一高阻區(qū)；用于驅(qū)動(dòng)該有源矩陣電路的驅(qū)動(dòng)裝置，它形成于基片上并包含具有第二高阻區(qū)的至少另一個(gè)薄膜晶體管；其中第一高阻區(qū)的寬度大于第二高阻區(qū)的寬度。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種半導(dǎo)體集成電路，包括基片；至少一個(gè)形成于基片上并具有第一高阻區(qū)的薄膜晶體管；至少另一個(gè)形成于基片上并具有第二高阻區(qū)的薄膜晶體管；其中第一高阻區(qū)的寬度大于第二高阻區(qū)的寬度。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括具有絕緣表面的基片；形成于絕緣表面上并且每個(gè)至少具有一個(gè)有源層的多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)；覆蓋半導(dǎo)體區(qū)的絕緣膜；穿過絕緣膜在每個(gè)有源層上形成的柵極；至少在每個(gè)柵極的兩側(cè)形成的至少一個(gè)陽極氧化層；其中形成于一個(gè)柵極的一個(gè)陽極氧化層的厚度不同于形成在另一柵極的另一陽極氧化層的厚度。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括具有絕緣表面的基片；形成在絕緣表面上并且每個(gè)至少具有一個(gè)有源層的多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)；覆蓋半導(dǎo)體區(qū)的絕緣膜；通過絕緣膜在每個(gè)有源層上形成的柵極；至少在每個(gè)柵極的兩側(cè)形成的至少一個(gè)陽極氧化層；其中在一個(gè)柵極上形成的一個(gè)陽極氧化層的厚度不同于在另一柵電極上形成的另一陽極氧化層。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在絕緣表面上形成多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)；在半導(dǎo)體區(qū)上形成絕緣膜；在每個(gè)半導(dǎo)體區(qū)上形成至少一個(gè)柵極，通過絕緣膜，其中至少兩個(gè)柵極相互電絕緣；通過在電解液中對(duì)每個(gè)柵電極施加電壓，至少在每個(gè)柵極的兩側(cè)形成至少一個(gè)陽極氧化層，其中對(duì)一個(gè)柵極施加電壓的時(shí)間不同于另一個(gè)柵極。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在絕緣表面上形成每個(gè)具有至少一個(gè)有源層的多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)；在半導(dǎo)體區(qū)上形成絕緣膜；通過該絕緣層在每個(gè)有源層上形成一柵極；至少在每個(gè)柵極的兩側(cè)形成至少一個(gè)陽極氧化層；利用每個(gè)柵極和每個(gè)陽極氧化層作為掩模，向每個(gè)有源層引入雜質(zhì)，在每個(gè)有源層形成高阻區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造半導(dǎo)體集成電路的方法，包括以下步驟在基片上形成有源矩陣電路，其中包括均具有第一高阻區(qū)的多個(gè)薄膜晶體管；在基片上形成用于驅(qū)動(dòng)有源矩陣電路的驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器包括至少另一個(gè)具有第二高阻區(qū)的薄膜晶體管，其中第一高阻區(qū)的寬度大于第二高阻區(qū)的寬度。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造半導(dǎo)體集成電路的方法，包括以下步驟在基片上形成至少一個(gè)具有第一高阻區(qū)的薄膜晶體管；在基片上形成至少另一個(gè)具有第二高阻區(qū)的薄膜晶體管，其中第一高阻區(qū)的寬度大于第二高阻區(qū)的寬度。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在絕緣表面上形成均具有至少一個(gè)有源層的多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)；在半導(dǎo)體區(qū)上形成絕緣膜；通過該絕緣膜在每個(gè)有源層上形成一柵極；至少在每個(gè)柵電極的兩側(cè)形成至少一個(gè)陽極氧化層，其中在一個(gè)柵極上形成的一個(gè)陽極氧化層的厚度不同于在另一柵電極上形成的另一陽極氧化層的厚度。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在絕緣表面上形成均具有至少一個(gè)有源層的多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)；在半導(dǎo)體區(qū)上形成絕緣膜；通過該絕緣膜在每個(gè)有源層上形成一柵極；在每個(gè)柵極形成至少一個(gè)陽極氧化層，其中在一個(gè)柵極上形成的一個(gè)陽極氧化厚度不同于在另一柵極形成的另一陽極氧化厚度；利用每個(gè)柵極和每個(gè)陽極氧化層作為掩模，向每個(gè)有源層引入雜質(zhì)，在每個(gè)有源層形成高阻區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造半導(dǎo)體集成電路的方法，包括以下步驟在絕緣表面上形成至少一個(gè)含有高阻區(qū)的薄膜晶體管，該高阻區(qū)具有至少兩個(gè)不同寬度中的一個(gè)寬度；在絕緣表面上形成至少另一個(gè)含有高阻區(qū)的薄膜晶體管，該高阻區(qū)具有至少兩個(gè)不同寬度中的另一個(gè)寬度。


圖1A至1E是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的TFT電路的剖面圖。
圖2A至2C是根據(jù)實(shí)施例1的TFT電路的頂視圖。
圖3A至3F是根據(jù)本發(fā)明第2實(shí)施例的TFT電路的剖面圖。
圖4A至4C是根據(jù)實(shí)施例2的TFT電路的頂視圖。
圖5A至5E是根據(jù)本發(fā)明第3實(shí)施例的TFT的剖面圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的集成電路的方框圖。
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體集成電路，其中根據(jù)所需的性能、TFT的可靠性及電路來調(diào)整高阻區(qū)的寬度，并且提供了制造這種半導(dǎo)體集成電路的方法。
在陽極氧化處理中根據(jù)TFT來改變陽極氧化時(shí)間，由此改變高阻區(qū)的寬度。在單片式有源矩陣電路中，構(gòu)成用于低關(guān)斷電流/低頻工作的有源矩陣電路的TFT的高阻區(qū)寬于構(gòu)成用于大電流/高頻工作的驅(qū)動(dòng)器的TFT的高阻區(qū)，并且寬于構(gòu)成用于低功率損耗/高頻工作的解碼器的TFT的高阻區(qū)。此外，N溝道TFT(NTFT)的高阻區(qū)寬于P溝道TFT(PTFT)。
構(gòu)成單片式有源矩陣電路的TFT的高阻區(qū)具有0.4至1μm的寬度。構(gòu)成驅(qū)動(dòng)器的NTFT的高阻區(qū)具有0.2至0.3μm的寬度。PTFT的高阻區(qū)具有0至0.2μm的寬度。構(gòu)成用于CPU或其它邏輯工作器件/電路的解碼器的NTFT具有0.3至0.4μm的寬度。應(yīng)用相同的PTFT具有0至0.2μm的寬度。此例中，構(gòu)成有源矩陣電路的TFT的高阻區(qū)寬于構(gòu)成驅(qū)動(dòng)器和解碼器的TFT。NTFT的高阻區(qū)寬于PTFT。
構(gòu)成有源矩陣電路的TFT的高阻區(qū)寬于構(gòu)成驅(qū)動(dòng)器和解碼器的TFT的寬度，這是因?yàn)橐笥性淳仃囯娐返男孤╇娏鞯?，而要求?qū)動(dòng)器和解碼器能高速工作。在驅(qū)動(dòng)器和解碼器中，由于以下原因，高阻區(qū)的寬度在NTFT與PTFT之間變化。如果在NTFT形成薄弱的N型高阻區(qū)，圍繞漏極的電場被降低。這就抑制了由于熱載流子造成的惡化程度。對(duì)于PTFT，由于熱載流子造成的惡化程度較小，因此形成高阻區(qū)是不必要的?；蛘哒f，高阻區(qū)的存在降低了TFT的工作速度。由于PTFT的遷移率小于NTFT，所以期望使PTFT的高阻區(qū)變窄。因此，NTFT的高阻區(qū)寬于PTFT的高阻區(qū)。
實(shí)施例1用于制造具有不同類型的TFT的集成電路的工藝可見圖1A至1E和2A至3C。圖2A至2C中由長短交替的陰影線表示的剖面分別對(duì)應(yīng)于圖1A、1C和1E。Corning 7059制成的基片101的尺寸為300×300mm或100×100mm。采用濺射或等離子CVD(PCVD)方法在基片101上形成厚1000至3000的氧化硅膜102。
采用PCVD或低壓CVD(LPCVD)方法沉積非晶硅膜，厚度為300至1500，最好為500至1000。對(duì)非晶硅膜進(jìn)行制圖，形成島形硅區(qū)103和104。利用濺射或PCVD，形成氧化硅膜，厚度為200至1500，最好為500至1000。氧化硅膜還起到柵絕緣膜的作用。采用PCVD時(shí)，在150至400℃、最好是200至250℃的溫度下，采用氧氣和原料氣體產(chǎn)生RF放電。TEOS被分解并且沉積。TEOS壓強(qiáng)與氧氣壓強(qiáng)的比例是1∶1至1∶3。壓強(qiáng)是0.05至0.5乇。RF功率為100至250W。在150至400℃、最好是200至250℃的基片溫度下，通過LPCVD或大氣壓強(qiáng)CVD，采用TEOS和臭氧氣體沉積TEOS。
KrF激發(fā)物激光的照射，使硅區(qū)103晶化，波長為248nm，脈沖寬度為20ns。能量密度為200至400mJ/cm2，最好為250至300mJ/cm2。激光照射期間，把基片加熱至300至500℃。上述激光也可采用波長為308nm的Xecl激發(fā)物激光或者其它激光。區(qū)104仍保持為非晶態(tài)。
接著，采用電子束蒸發(fā)，形成厚度為2000A至5μm、如6000的鋁膜。對(duì)此膜制圖，形成柵極106、107和109以及內(nèi)連接(導(dǎo)線)108。如果用0.05至0.3％重量的鈧(Sc)對(duì)鋁膜摻雜，則可抑制由于加熱而異常折出的產(chǎn)生。圖2A中，柵極109與內(nèi)連接108相互電氣連接。柵極106和107(這里標(biāo)為A序列)與柵極109和內(nèi)連接接108(標(biāo)為B序列)電氣絕緣。
然后，把層疊基片浸入含1至3％酒石酸的乙二醇溶液中。溶液的PH值約為7。以鉑作為陰極，柵極為陽極，進(jìn)行陽極氧化。采用這種中性溶液獲得的陽極氧化通稱為阻擋型的。這種氧化層是致密的且具有優(yōu)異的耐壓性能。
采用兩個(gè)電壓源，在陽極氧化期間獨(dú)立地調(diào)節(jié)電壓。電壓源分別與A和B序列連接。首先，在序列A和B施加，以2至5V/min的速率升至50至150V(本例為100V)的電壓V1。之后，施加電壓V1保持1小時(shí)，隨后，將施加于A序列的電壓保持在V1，而把施加于B序列的電壓以2至5V/min的速率升高至100至250V(本例為200V)的電壓V2。由于采用兩級(jí)陽極氧化處理，在A序列的柵極的頂表面和側(cè)表面上形成的陽極氧化厚度不同于B序列。后者的陽極氧化厚度較厚。結(jié)果，厚約1200的陽極氧化層110和111形成于柵極106和107。厚2400的陽極氧化層112和113形成于柵極109和內(nèi)連接108(圖1B)。
然后，采用CMOS技術(shù)或者自對(duì)準(zhǔn)雜質(zhì)引入技術(shù)，通過離子摻雜(等離子摻雜)，把雜質(zhì)離子如磷和硼引入TFT的島形硅膜。摻雜氣體采用磷化氫(PH3)和乙硼烷(B2H6)。劑量為2×1015至8×1015Cm-2。結(jié)果，形成N型雜質(zhì)(磷)區(qū)114、116和P型雜質(zhì)(硼)區(qū)115。
KrF激發(fā)物激光的照射，激活該區(qū)114、115和116。激光波長為248nm，脈沖寬度為20ns，能量密度為150至400mJ/cm2，最好為200至250mJ/cm2。因此，惡化部位的結(jié)晶性由于引入雜質(zhì)而得到改善。這些部位的表面電阻是200至800Ω/平方。本處理可通過RTA(快速執(zhí)退火)進(jìn)行(圖1C和2B)。
通過上述處理來確定每個(gè)TFT的偏置區(qū)(高阻區(qū))的寬度。TFT126和127的陽極氧化層110和111的厚度約為1200?？紤]到離子摻雜期間摻雜劑離子的非直線運(yùn)動(dòng)，偏置寬度X1和X3約為1000。TFT128的陽極氧化層113的厚度約為2400，因此，偏置寬度X2約為2000A。
TFT126和127的偏置寬度X1和X3必須小于TFT128的偏置寬度X2，TFT128要求具有小的關(guān)斷電流。然而，NTFT的偏置寬度大于PTFT的偏置寬度(X3＞X1)，這是因?yàn)镹TFT易于被熱載流子所惡化，所述熱載流子是由于施加在漏區(qū)的反向偏置所產(chǎn)生的。TFT128具有大的偏置寬度(X2＞X3)，其偏置電流較小且被施加有高的漏區(qū)電壓。
接著，柵極和內(nèi)連接被切斷。采用TEOS(原料氣體)和氧氣通過PCVD，或者采用TEOS和臭氧通過LPCVD或大氣壓CVD，在150至400℃、最好200至300℃的基片溫度下，形成厚3000至10000(如6000)的氧化硅作為層間絕緣117。此時(shí)，如果氟與六氟化二碳(C2H6)反應(yīng)，并添加至氧化硅，則可改善臺(tái)階覆蓋。通過濺射來沉積ITO膜，并制成象素電極118。位于內(nèi)連接108之上的層間絕緣117和陽極氧化層112被蝕刻形成接觸孔119(圖1D)。
對(duì)層間絕緣117和柵極絕緣膜105進(jìn)行蝕刻，形成源和漏區(qū)的接觸孔。同時(shí)，對(duì)陽極氧化層110和111進(jìn)行蝕刻，在柵極106和107形成接觸孔(圖2C)。
在形成具有氮化鈦和鋁的多層內(nèi)連接120至125之后，內(nèi)連接124與象素電極118連接。借助形成的接觸孔，內(nèi)連接125與柵極106和107連接。在200至300℃，在氫氣中對(duì)層疊基片進(jìn)行0.1至2小時(shí)的退火，由此完成硅的氫化。以此方法制成集成電路(圖1E和2C)。
本例中，對(duì)陽極氧化層113進(jìn)行蝕刻以完成形成接觸孔的處理。是與形成其它接觸孔的處理單獨(dú)進(jìn)行的。也可以同時(shí)完成這些處理。本例中，由于以下原因，是分別形成這兩種接觸孔的。陽極氧化層113的厚度比陽極氧化層110和111大1200。阻擋型陽極氧化層的蝕刻速率比氧化硅等的蝕刻速率要小得多。如果同時(shí)蝕刻它們，則由易于腐蝕的氧化硅膜覆蓋的源和漏中的接觸孔會(huì)過腐蝕。
結(jié)果這些孔進(jìn)入源極和漏極。
按此方法，由于在同一基片上形成不同類型的TFT，TFT126和127的激活層由結(jié)晶硅制成并具有窄的高阻區(qū)(偏置區(qū))，所以這些TFT適用于高速工作。由于TFT128的激活層由非晶硅制成并具有寬的高阻區(qū)，所以該TFT可用作泄漏電流小的TFT。如果TFT128的激活層由結(jié)晶度小于TFT126和127的結(jié)晶硅制成，則可獲得同樣的優(yōu)點(diǎn)。如果用同樣的工藝制造單片式有源矩陣電路，則前述TFT可用作驅(qū)動(dòng)器。后者TFT可用作有源矩陣電路。
NTFT常常因熱載流子而導(dǎo)致惡化。然而，對(duì)于具有寬溝道(具有偏置寬度X4)的驅(qū)動(dòng)器TFT來說，很少發(fā)生這種惡化。用于需要工作于高頻的解碼器、特別是移位寄存器、CPU、存儲(chǔ)器及其它電路的NTFT(具有偏置寬度X4)必須具有小的溝道寬度和小的溝道長度。因此，在這些TFT中，漏電壓和惡化均小于有源矩陣電路的TFT128(具有偏置寬度X2)。所以必須滿足關(guān)系式X4＜X3＜X2。由于用作驅(qū)動(dòng)器TFT和其它電路的PTFT很難惡化，就這些具有偏置寬度X1的PTFT而言，有關(guān)系式X1≤X4。
實(shí)施例2本實(shí)施例可參見圖3A至3F、4A至4C。圖3A至3F是圖4A至4C中長短陰影線所代表的部位的剖面圖。由Corning 7059制成的基片201，尺寸為300×400mm或100×100mm。采用氧氣氛中的濺射，在基片201上沉積厚1000至3000如2000的氧化硅作為基底氧化膜202。為了提高生產(chǎn)率，也可使用由通過PCVD分解及沉積TEOS而形成的膜。
然后，通過PCVD或LPCVD，形成厚300至5000、最好是500至1000的非晶硅膜。在還原(脫氧)氣氛中使層疊基片于550至600℃持續(xù)24小時(shí)，使非晶硅膜晶化。該處理也可采用激光照射來進(jìn)行。把結(jié)晶硅膜制成島狀有源層區(qū)203和204。此外，由濺射形成厚700至1500的氧化硅膜205。
采用電子束蒸發(fā)或?yàn)R射，形成厚1000至3μm如6000的鋁膜。鋁膜含有1％重量的Si或者0.1至0.3％重量的鈧(Sc)。通過旋轉(zhuǎn)涂覆，形成例如由Tokyo Ohka有限公司制造的OFPR800/30CP的光刻膠膜。如果在光刻膠膜形成之前，由陽極氧化形成厚100至1000的氧化鋁膜，則可改善對(duì)光刻膠膜的粘著性。而且，還可抑制由光刻膠泄漏的電流。因此，對(duì)在后續(xù)的陽極氧化處理中形成陽極氧化物來說，這種氧化鋁膜是有效的。對(duì)光刻膠膜和鋁膜制圖蝕刻之后，形成內(nèi)連接206和209以及柵極207、208和210(圖3A)以位于內(nèi)連接和棚極之上的光刻膠膜作為防止陽極氧化的掩模。柵極207和208以及內(nèi)連接209(稱為A2序列)與內(nèi)連接206及柵極210(稱為B2序列)電絕緣(圖4A)。
通過在電解液中施加5至30V(本例為8V)電壓達(dá)20至240分鐘，僅對(duì)B2序列進(jìn)行陽極氧化。電解液是3至20％的檸檬酸、草酸、磷酸、鉻酸、硫酸的酸性溶液，本例中為草酸溶液(30至80℃)。在內(nèi)連接和柵極的側(cè)表面形成厚3000至25μm如0.5mm的多孔陽極氧化層211和212。通過控制陽極氧化的時(shí)間和溫度來調(diào)節(jié)陽極氧化層厚度。由于A2序列不進(jìn)行陽極氧化，所以在柵極207和208及內(nèi)連接209上無陽極氧化形成(圖3B和4B)。
除去光刻膠之后，在電解液中(含3至10％的酒石酸、硼酸或硝酸的乙二醇溶液)對(duì)A2和B2序列施加電壓。電解液的PH值約為7。由此，在柵極和內(nèi)連接206至210的頂表面及側(cè)表面上形成阻擋型陽極氧化層213至217。溶液溫度約為10℃，如果溫度低于室溫，則可獲得高質(zhì)量的氧化膜。陽極氧化層213至217的厚度與所加電壓成比例。當(dāng)加上100V的電壓時(shí)，則可形成厚1200的陽極氧化層。本發(fā)明中，由于所加電壓高達(dá)100V，所以陽極氧化厚度為1200。如果阻擋型陽極氧化太薄，在多孔陽極氧化的腐蝕期間，鋁就會(huì)溶解。因此，阻擋型陽極氧化的厚度最好在500以上。在后續(xù)處理中，不在多孔陽極氧化之外形成阻擋型陽極氧化，但在多孔陽極氧化與柵電極之間，以及在多孔陽極氧化與內(nèi)連接之間形成阻擋型陽極氧化(圖3C)。
利用柵極部位(包括柵極及其周圍的陽極氧化膜)和柵絕緣膜作為掩模，通過自對(duì)準(zhǔn)法把雜質(zhì)引入?yún)^(qū)203和204。結(jié)果，形成雜質(zhì)區(qū)(源/漏)218、219和220。采用磷化氫(PH3)和乙硼烷(B2H6)作為摻雜氣體。劑量為5×1014至5×1015cm-2。加速能量是50至90Kev。把N型雜質(zhì)引入?yún)^(qū)218和220。把P型雜質(zhì)引入?yún)^(qū)219。由此，分別由區(qū)218、219和220形成NTFT228、PTFT229和NTFT230。
對(duì)于互補(bǔ)型TFT228和229，柵極側(cè)表面的陽極氧化214和215的厚度約為1200。柵極未與雜質(zhì)區(qū)搭接的區(qū)(偏置區(qū))具有寬度X1和X3?？紤]到離子摻雜期間的離子非直線運(yùn)動(dòng)，偏置寬度X1和X3約為1000。對(duì)于TFT230，由于陽極氧化層212和217的厚度總和約為6200，偏置寬度約為6000。
采用磷酸、醋酸和硝酸的混合酸，以600/分左右的腐蝕速率對(duì)陽極氧化層211和212進(jìn)行蝕刻。陽極氧化層213至217及氧化硅膜205保持未蝕刻然后照射KrF激發(fā)物激光器，激活有源層內(nèi)引入的雜質(zhì)(圖3E)。激光波長為248nm，脈沖寬度為20ns。柵極和內(nèi)連接是分離的(圖4C)。
形成厚6000的氧化硅膜作為內(nèi)連接絕緣221。通過濺射形成厚800的ITO膜并制成象素電極222。之后，對(duì)內(nèi)連接絕緣層221和柵絕緣膜205進(jìn)行蝕刻，在源和漏形成接觸孔。同時(shí)，對(duì)內(nèi)連接絕緣層221和陽極氧化層213至217進(jìn)行蝕刻，在柵極和內(nèi)連接中形成接觸孔。與實(shí)施例1不同的是A2和B2序列在陽極氧化厚度上幾乎相同。因此，它們可同時(shí)蝕刻。這樣，與實(shí)施例1相比，本例僅具有較少的光刻蝕處理。形成內(nèi)連接和電極223至226之后，在200至400℃進(jìn)行氫氣退火。
內(nèi)連接223使內(nèi)連接206與互補(bǔ)型NTFT的源相連接。內(nèi)連接225使互補(bǔ)型PTFT的源與內(nèi)連接209連接。內(nèi)連接224和226使互補(bǔ)型TFT的輸出端(NTFT和PTFT的漏)與TFT230的漏連接。內(nèi)連接227使TFT230的漏與象素電極222連接。按此方式，完成集成電路(圖3F)。
對(duì)于A2序列，由于驅(qū)動(dòng)器工作于大電流，所以PTFT和NTFT惡化較小，其高阻區(qū)分別具有寬度X1和X4。解碼器、CPU、移位寄存器、存儲(chǔ)器及其它電路僅消耗少量電功率，且工作于高頻。它們的溝道寬度和溝道長度較小。易于產(chǎn)生由于熱載流子引起的惡化。在這些電路使用的NTFT的高阻區(qū)的寬度X3必須大于PTFT的高阻區(qū)寬度X1。由于要求施加高電壓的有源矩陣電路的NTFT(高阻區(qū)寬度X2)具有小的遷移率，所以這些NTFT易于受損。為了改善可靠性，必須獲得下列關(guān)系X2＞X3＞X4≥X1。例如X2為0.5至1μm，X3為0.2至0.3μm，X4為0至0.2μm，X1為0至0.1μm。移位寄存器可工作于1至50MHz。
本例中，用于控制象素電極的TFT230的偏置區(qū)足夠地寬于實(shí)施例1的TFT的偏置區(qū)。因此，泄漏電流可被極大的抑制。
實(shí)施例3圖5A至5E展示了本實(shí)施例的單片式有源矩陣液晶顯示器。驅(qū)動(dòng)器由互補(bǔ)型TFT構(gòu)成。有源矩陣電路包括用于控制象素的TFT。采用濺射或PCVD，于氧氣氛中在基片301上沉積厚2000的氧化硅膜作為基底氧化膜302?；蒀orning7059制成，尺寸為300×400mm。
然后，通過PCVD或LPCVD，形成厚300至5000、最好為500至1000的非晶硅膜。在還原氣氛中、550至600℃下使層疊基片持續(xù)24小時(shí)，使非晶硅膜晶化。把結(jié)晶硅膜制成島狀區(qū)303和304。此外，由濺射形成厚700至1500的氧化硅膜305。
通過濺射形成鋁膜，厚度為1000至3μm，如6000。鋁膜含有0.1至0.3％重量的鈧(Sc)。按與實(shí)施例2相同的方式，通過旋轉(zhuǎn)涂覆在鋁膜上形成光刻膠膜(圖3A至3C)。在形成光刻膠膜之前，通過陽極氧化形成厚100至1000的氧化鋁膜。對(duì)光刻膠膜和鋁膜進(jìn)行制圖蝕刻之后，形成柵極306、307和308及內(nèi)連接309。柵極306、307和308在電氣上相互獨(dú)立。柵電極308與內(nèi)連接309電氣連接。
通過在電解液中施加5至30V(本例中為8V)的電壓約20至140分鐘來進(jìn)行陽極氧化，形成厚3000至25μm的多孔陽極氧化層。電解液是3至20％的檸檬酸、草酸、磷酸、鉻酸或硫酸的酸性水溶液，本例中是檸檬酸溶液(30℃)。通過陽極氧化時(shí)間來調(diào)節(jié)陽極氧化層厚度。在柵極306和307上形成厚500至2000如1000的薄陽極氧化層。在柵極308和內(nèi)連接309上形成厚3000至9000如5000的厚陽極氧化層。
除去光刻膠之后，在電解液中(含3至10％酒石酸、硼酸或硝酸的乙二醇溶液)把上述電壓施加于柵極和內(nèi)連接(導(dǎo)線)。電解液的PH值約為7。在柵極和內(nèi)連接的頂表面和側(cè)表面上形成厚1000的阻擋型陽極氧化層(圖5A)。
通過干法腐蝕，例如各向同性腐蝕的等離子模式或者各向異異性腐蝕的反應(yīng)離子腐蝕模式，對(duì)氧化硅膜305進(jìn)行蝕刻。重要的是要使硅與氧化硅之間的選擇比例足夠的大，避免有源層被深度腐蝕。如果CF4用作腐蝕氣體，則陽極氧化層不被腐蝕。因此，位于柵極306、307、308及內(nèi)連接309之下的氧化硅膜305的那些部位不被腐蝕，且余下作為柵絕緣膜310、311和312及絕緣膜313(圖5B)。
采用磷酸、醋酸和硝酸的混合酸來腐蝕多孔陽極氧化層。利用柵極部位和柵絕緣膜作為掩模，在離子摻雜處理中通過自對(duì)準(zhǔn)方式把雜質(zhì)引入?yún)^(qū)303和304。如果加速電壓為50至90KV，劑量為1×1013至5×1014cm-2，則大多數(shù)雜質(zhì)離子通過區(qū)314至316。由于基底層中的雜質(zhì)濃度最大，所以區(qū)314和316的摻雜非常輕，且雜質(zhì)濃度非常低。另一方面，由于柵絕緣膜310至312的存在使高速雜質(zhì)離子被減速，所以可認(rèn)為區(qū)317至319具有最大雜質(zhì)濃度。然而，由于劑量較小，區(qū)317至319被輕微摻雜并且雜質(zhì)濃度低。
如果加速電壓為5至30KV，劑量為5×1014至5×1015cm-2，由于大量雜質(zhì)離子被引入?yún)^(qū)314至316，所以區(qū)314至316被高度摻雜且雜質(zhì)濃度高。另一方面，由于柵絕緣膜310至312阻礙了低速雜質(zhì)離子的引入，所以引入?yún)^(qū)317至319的離子量較小。結(jié)果，區(qū)317至319被輕微摻雜且雜質(zhì)濃度較低。在這兩種方法中，區(qū)317至319均被輕微摻雜。
通過離子摻雜形成區(qū)317至319之后，照射KrF激發(fā)物激光，其波長為248nm，脈沖寬度為20ns，以此激活引入在有源層中的雜質(zhì)離子。本處理也可由RTP(快速熱處理)來進(jìn)行(圖5C)。
結(jié)果，在每個(gè)TFT中高阻區(qū)(輕摻雜區(qū)和偏置區(qū))具有不同的寬度。驅(qū)動(dòng)器NTFT的寬度X1是偏置區(qū)寬度1000與輕度摻雜區(qū)寬度1000之和，即2000。驅(qū)動(dòng)器PTFT的寬度X2只是輕度摻雜區(qū)的寬度，即1000。象素控制TFT的寬度X3是偏置寬度1000與輕度摻雜區(qū)寬度5000之和，即6000。
而且，形成金屬膜如鈦、鎳、鉬、鎢、鈀膜。例如，通過濺射形成厚50至500的鈦膜320。結(jié)果，鈦膜320與區(qū)314至316接觸(圖5D)。
照射波長為248nm、脈沖寬度為20ns的KrF激發(fā)物激光，使鈦膜與有源層中的硅反應(yīng)，由此形成金屬硅化物(硅化鈦)區(qū)330至332。能量密度為200至400mJ/cm2，最好為250至300mJ/cm2。如果激光照射期間基片溫度為200至500℃，則可抑制鈦膜剝落。所用激光并不限于激發(fā)物激光，也可使用其它激光。如果采用連續(xù)振蕩激光，則照射時(shí)間要長。結(jié)果，被照物體可能熱膨脹并剝落。所以，希望使用脈沖激光。
就脈沖激光而言，可使用紅外激光如NdYAG激光(最好是Q轉(zhuǎn)換脈沖振蕩)、采用這種紅外激光的二次諧波的可見光、各種紫外激光如激發(fā)物激光(如KrF、XeCl、ArF激光)。當(dāng)由上述金屬照射激光時(shí)，激光的波長必須不被金屬膜反射。當(dāng)金屬膜非常薄時(shí)，幾乎不會(huì)產(chǎn)生問題。當(dāng)由基片側(cè)面照射激光時(shí)，激光光線必須穿過硅膜。
此外，也可采用可見光或者近紅外光的燈退火。當(dāng)采用燈退火時(shí)，把被照物表面溫度調(diào)節(jié)在600至1000℃左右。溫度為600℃時(shí)，燈照射需要持續(xù)幾分鐘。溫度為1000℃時(shí)，燈照射需要持續(xù)幾十秒。采用近紅外線(如1.2μm的紅外線)進(jìn)行退火時(shí)，近紅外線被硅半導(dǎo)體選擇地吸收，不會(huì)使玻璃基片加熱太高。而且，由于每次照射時(shí)間短，所以能抑制玻璃基片的加熱。
采用由過氧化氫、氨和水按比例5∶2∶2混合而成的腐蝕液，對(duì)鈦膜(存在于柵絕緣膜和陽極氧化層)進(jìn)行腐蝕，與曝露的有源層接觸的那些部位除外。硅化鈦區(qū)330至332保持不腐蝕。區(qū)330至332的表面電阻為10至50Ω/平方，而區(qū)317至319的表面電阻為10至100KΩ/平方。
在NTFT337上形成厚500至3000、如1000的氮化硅膜322。由于氮化硅膜332趨于俘獲(捕截)正電空穴，所以在防止柵絕緣膜充電方面這種氮化硅膜322是有效的，在有源矩陣電路的TFT中，上述充電通常是由熱載流子的注入而產(chǎn)生的熱電子所導(dǎo)致的，而且在上述TFT中易于產(chǎn)生熱載流子。對(duì)于PTFT，會(huì)產(chǎn)生相反的效應(yīng)。最好是不在互補(bǔ)電路上形成氮化硅膜。因此，僅在有源矩陣電路上保留氮化硅膜。
采用CVD沉積厚2000至1μm如5000的氧化硅膜作為層間絕緣321。在內(nèi)連接309處形成孔324，使氮化硅膜322暴露。通過濺射形成ITO膜，然后蝕刻制成象素電極323。象素電極323通過采用在孔324中的內(nèi)連接309，把阻擋型陽極氧化層(厚1000)和氮化硅膜(厚1000)夾在中間，由此形成靜電電容器。由于陽極氧化膜和氧化硅膜較薄且具有大的介電常數(shù)，所以可在小面積上獲得大電容量。該電容被用作固定電容，并與由有源矩陣電路的一個(gè)象素與相對(duì)的電極形成電容并聯(lián)設(shè)置。內(nèi)連接309位于與相對(duì)電極相同的電位。
對(duì)內(nèi)連接絕緣層321進(jìn)行蝕刻，在源/漏區(qū)和柵極形成接觸孔。形成厚2000至1μm如500的多層內(nèi)連接(氮化鈦和鋁)及電極325至329(圖5E)。
構(gòu)成有源矩陣電路的NTFT337、用于解碼器、CPU、存儲(chǔ)器的NTFT，工作于高頻且僅消耗少量電能的其它NTFT，用于大功率驅(qū)動(dòng)器的NTFT和PTFT均具有與實(shí)施例2相同的高阻區(qū)寬度。在具有單片式電—光器件的薄膜集成電路中，對(duì)NTFT和PTFT的高阻區(qū)寬度可進(jìn)行優(yōu)化。
實(shí)施例4圖6是使用集成電路的電—光系統(tǒng)的方框圖，其中具有的玻璃基片上形成有顯示器、CPU、存儲(chǔ)器及其它部件。在實(shí)施例1至3中，僅說明了有源矩陣電路和X-及Y-解碼器/驅(qū)動(dòng)器。采用本實(shí)施例可構(gòu)成更高級(jí)的電路和系統(tǒng)。
圖6所示的電—光系統(tǒng)65包括液晶顯示部分64、輸入口70、校正存儲(chǔ)器71、CPU72、存儲(chǔ)器73、背景光源單位74以及X-Y分頻器75。顯示部分64具有有源矩陣電路66、X-解碼器1驅(qū)動(dòng)器和Y-解碼器/驅(qū)動(dòng)器81。有源矩陣電路66包括TFT61、液晶62和電容器63。
輸入口70接收來自外部器件如主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(未示出)的輸入信號(hào)如圖象信號(hào)。校正存儲(chǔ)器71為固定存儲(chǔ)器，并存有數(shù)據(jù)用于根據(jù)有源矩陣電路66的特性對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行校正。存儲(chǔ)器71還存儲(chǔ)有每個(gè)象素的本征信息。有源矩陣電路64的某些象素具有點(diǎn)缺陷，基于圍繞有缺陷象素而置的象素，CPU72請(qǐng)出來自校正存儲(chǔ)器71的相應(yīng)校正數(shù)據(jù)，并通過X-Y分頻器75把校正數(shù)據(jù)輸出至顯示部分64。按此方式，可消除點(diǎn)缺陷。如果有缺陷象素比周圍的象素暗，CPU72從校正存儲(chǔ)器71讀出如下的亮點(diǎn)數(shù)據(jù)，即使有缺陷象素的亮度與周圍象素的亮度一致。然后把亮度數(shù)據(jù)輸出至顯示部分64。
按與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相似的方式設(shè)計(jì)CPU72和存儲(chǔ)器73。存儲(chǔ)器73存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于每個(gè)象素的圖象數(shù)據(jù)作為RAM。CPU72還對(duì)根據(jù)圖象信息從有源矩陣電路66的背面進(jìn)行照亮的背景光源單元74進(jìn)行控制。
為了使每個(gè)電路具有適當(dāng)?shù)母咦鑵^(qū)寬度，要形成3至10個(gè)內(nèi)連接系統(tǒng)。通過改變陽極氧化條件，可以改進(jìn)溝道長度、溝道寬度及高阻寬度。例如，在有源矩陣電路中，溝道長度為10μm，高阻區(qū)寬度為0.4至1μm，如0.6μm。在驅(qū)動(dòng)器NTFT中，溝道長度為8μm，溝道寬度為200μm，高阻區(qū)寬度為0.2至0.3μm，如0.25μm。在驅(qū)動(dòng)器PTFT中，溝道長度為5μm，溝道寬度為500μm，高阻區(qū)寬度為0至0.2μm，如0.1μm。在解碼器NTFT中，溝道長度為8μm，溝道寬度為10μm，高阻區(qū)寬度為0.3至0.4μm，如0.35μm。在解碼器PTFT中，溝道長度為5μm，溝道寬度為10μm，高阻區(qū)寬度為0至0.2μm，如0.1μm。按與高頻工作的低功率消耗的解碼器相同的方式，對(duì)構(gòu)成CPU、輸入口、校正存儲(chǔ)器及其它存儲(chǔ)器的NTFT和PTFT的高阻區(qū)寬度進(jìn)行優(yōu)化。因此，可在具有絕緣表面的同一基片上制成電—光系統(tǒng)65。
在本發(fā)明中，可對(duì)高阻區(qū)寬度進(jìn)行多樣地改進(jìn)，但并不要求高阻區(qū)的制成材料及導(dǎo)電類型與溝道形成區(qū)相同。在每個(gè)NTFT中添加微量的N型雜質(zhì)。在每個(gè)PTFT中添加微量的P型雜質(zhì)。此外，可以選擇地加入碳、氧、氮或其它材料來形成高阻區(qū)。這有利于消除在由于熱載流子可引起的惡化、可靠性、頻率特性及關(guān)斷電流之間的折衷。
按此方式，根據(jù)本發(fā)明，依據(jù)所需的TFT特性及可靠性，可在同一基片上制成具有其寬度優(yōu)化的高阻區(qū)的TFT。結(jié)果，可以制成具有大自由度的大規(guī)模集成電路。因此，本發(fā)明可用于超薄單板個(gè)人計(jì)算機(jī)、便攜式終端等。亦即，在一個(gè)大面積基片上形成TFT。這些TFT用作有源矩陣電路、驅(qū)動(dòng)器、CPU和存儲(chǔ)器，以此形成電—光系統(tǒng)。此外，本電—光系統(tǒng)可靈活地與采用其它單晶半導(dǎo)體的CPU、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或圖象處理系統(tǒng)配合。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在一個(gè)絕緣表面上形成第一和第二半導(dǎo)體區(qū)；在半導(dǎo)體區(qū)上形成絕緣膜；在半導(dǎo)體區(qū)上形成分別穿過絕緣膜的柵極；僅在第一半導(dǎo)體區(qū)上形成的柵極的兩側(cè)形成多孔的陽極氧化層；在第一和第二半導(dǎo)體區(qū)上形成的柵極的至少兩側(cè)形成具有相同厚度的阻擋陽極氧化層；以及利用柵極、多孔的陽極氧化層和阻擋陽極氧化層作為掩模，把雜質(zhì)引入第一和第二半導(dǎo)體區(qū)，以便在第一半導(dǎo)體區(qū)和第二半導(dǎo)體區(qū)之間形成寬度不同的第一和第二半導(dǎo)體區(qū)中的偏置區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于通過在酸性電解液中進(jìn)行陽極氧化形成所述多孔的陽極氧化層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于通過在基本中性的電解液中進(jìn)行陽極氧化形成所述阻擋陽極氧化層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于阻擋陽極氧化層的密度大于所述多孔的陽極氧化層。
5.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在像素區(qū)的一個(gè)絕緣襯底上形成第一半導(dǎo)體區(qū)；在外圍電路區(qū)的絕緣襯底上形成第二半導(dǎo)體區(qū)；在第一和第二半導(dǎo)體區(qū)上形成絕緣膜；在第一和第二半導(dǎo)體區(qū)上形成分別穿過絕緣膜的柵極；僅在第一半導(dǎo)體區(qū)上形成的柵極的至少兩側(cè)形成多孔的陽極氧化層；在第一和第二半導(dǎo)體區(qū)上形成的柵極的至少兩側(cè)形成阻擋陽極氧化層；利用柵極、多孔的陽極氧化層和阻擋陽極氧化層作為掩模，把雜質(zhì)引入第一和第二半導(dǎo)體區(qū)，以便在第一半導(dǎo)體區(qū)和第二半導(dǎo)體區(qū)之間形成寬度不同的第一和第二半導(dǎo)體區(qū)中的偏置區(qū)，其中在第一半導(dǎo)體區(qū)中形成的偏置區(qū)在兩側(cè)具有相同的寬度，以及在第二半導(dǎo)體區(qū)中形成的偏置區(qū)在兩側(cè)具有相同的寬度。
6.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在一個(gè)絕緣表面上形成第一和第二半導(dǎo)體區(qū)；在半導(dǎo)體區(qū)上形成絕緣膜；在半導(dǎo)體區(qū)上形成分別穿過絕緣膜的柵極；在第一和第二半導(dǎo)體區(qū)上形成的柵極的兩側(cè)形成厚度不同的多孔的陽極氧化層；以及僅在第二半導(dǎo)體區(qū)上形成的柵極的至少兩側(cè)形成阻擋陽極氧化層；利用多孔的陽極氧化層、阻擋陽極氧化層和柵極作為掩模，蝕刻一部分絕緣膜，使絕緣膜形成兩個(gè)島；通過蝕刻去除多孔的陽極氧化層；以及利用柵極、兩個(gè)島和阻擋陽極氧化層作為掩模，把雜質(zhì)引入第一和第二半導(dǎo)體區(qū)，以便在第一半導(dǎo)體區(qū)和第二半導(dǎo)體區(qū)之間形成寬度不同的第一和第二半導(dǎo)體區(qū)中的輕摻雜區(qū)，和僅在第二半導(dǎo)體區(qū)中形成偏置區(qū)。
全文摘要
在一半導(dǎo)體集成電路中,在具有絕緣表面的同一基片上形成多個(gè)薄膜晶體管(TFT)。由于形成在TFT中的柵極相互電絕緣,所以陽極氧化期間在電解液中獨(dú)立地向柵極施加電壓,至少在每個(gè)柵極的兩側(cè)形成陽極氧化層。根據(jù)TFT的特性改變陽極氧化厚度。利用具有所期望厚度的陽極氧化層作為掩模,通過離子摻雜改變?cè)诿總€(gè)TFT的有源層中形成的高阻區(qū)寬度。
文檔編號(hào)H01L21/20GK1192044SQ9810380
公開日1998年9月2日 申請(qǐng)日期1998年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月20日
發(fā)明者小沼利光, 山本睦夫, 廣木正明, 竹村保彥, 張宏勇 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所