專利名稱：薄膜晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜晶體管及其制造方法，該薄膜晶體管的一個(gè)特點(diǎn)是柵電極的制造方法。更具體而言，本發(fā)明涉及諸如ID芯片、RFID、CPU(中央處理單元)、液晶顯示裝置以及有機(jī)EL顯示裝置的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，已經(jīng)積極研發(fā)了諸如ID芯片、RFID、CPU、液晶顯示裝置以及有機(jī)EL顯示裝置的半導(dǎo)體裝置的電子設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的高度集成和高速操作，需要在制造工藝中微型化半導(dǎo)體裝置。
作為制造這種半導(dǎo)體裝置的方法，可以給出通過刻蝕微型化柵電極的方法、或通過陽極氧化方法氧化柵電極的表面以縮短溝道的基本長(zhǎng)度的方法(見專利文件1)。
公開的日本專利申請(qǐng)No.2002-217170發(fā)明內(nèi)容當(dāng)使用常規(guī)刻蝕方法時(shí)，微型化柵電極在精確度等方面存在限制。此外，當(dāng)僅通過刻蝕實(shí)現(xiàn)微型化時(shí)存在一個(gè)難題，制造步驟的數(shù)目顯著增加(見專利文件1)。
而且，此外，當(dāng)使用陽極氧化使柵電極表面氧化而實(shí)現(xiàn)柵電極的微型化時(shí)，在制作能夠連接到相同電勢(shì)的所有柵電極之后，需要一個(gè)分割柵電極的步驟。因此，半導(dǎo)體裝置的制造步驟的數(shù)量顯著增加，而這是一個(gè)難題。
考慮到上述難題，本發(fā)明提供了一種薄膜晶體管及其制造方法，其中，溝道的基本長(zhǎng)度被縮短以微型化半導(dǎo)體裝置。此外，本發(fā)明提供一種薄膜晶體管及其制造方法，該薄膜晶體管通過縮短溝道的基本長(zhǎng)度而實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的高速操作和高性能。而且，另外，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種薄膜晶體管的制造方法，其中制造工藝被簡(jiǎn)化。
根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管的一種制造方法包括在具有絕緣表面的襯底上形成非晶半導(dǎo)體薄膜；通過晶化該非晶半導(dǎo)體薄膜形成晶體半導(dǎo)體薄膜；通過刻蝕該晶體半導(dǎo)體薄膜形成島狀半導(dǎo)體薄膜；在該島狀半導(dǎo)體薄膜上形成柵極絕緣薄膜；在該柵極絕緣薄膜上形成導(dǎo)電薄膜；通過刻蝕該導(dǎo)電薄膜形成柵電極；以及通過使用高密度等離子體氧化該柵電極表面而使柵電極變細(xì)。
根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管的一種制造方法包括在具有絕緣表面的襯底上形成非晶半導(dǎo)體薄膜；通過晶化該非晶半導(dǎo)體薄膜形成晶體半導(dǎo)體薄膜；通過刻蝕該晶體半導(dǎo)體薄膜形成島狀半導(dǎo)體薄膜；在該島狀半導(dǎo)體薄膜上形成柵極絕緣薄膜；在該柵極絕緣薄膜上形成導(dǎo)電薄膜；通過刻蝕該導(dǎo)電薄膜形成柵電極；通過使用高密度等離子體氧化柵電極表面而使柵電極變細(xì)；以及去除該柵電極表面上形成的氧化物薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管的一種制造方法包括在具有絕緣表面的襯底上形成非晶半導(dǎo)體薄膜；通過晶化該非晶半導(dǎo)體薄膜形成晶體半導(dǎo)體薄膜；通過刻蝕該晶體半導(dǎo)體薄膜形成島狀半導(dǎo)體薄膜；在該島狀半導(dǎo)體薄膜上形成柵極絕緣薄膜；在該柵極絕緣薄膜上形成導(dǎo)電薄膜；通過刻蝕導(dǎo)電薄膜形成柵電極；通過使用高密度等離子體氧化柵電極表面而使柵電極變細(xì)；使用該柵電極作為掩模，向該島狀半導(dǎo)體薄膜摻雜第一雜質(zhì)離子；在該柵電極側(cè)面上形成側(cè)壁；以及使用該柵電極和側(cè)壁作為掩模，向該島狀半導(dǎo)體薄膜摻雜第二雜質(zhì)離子，以具有比第一雜質(zhì)離子高的濃度。
根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管的一種制造方法包括在具有絕緣表面的襯底上形成非晶半導(dǎo)體薄膜；通過晶化該非晶半導(dǎo)體薄膜形成晶體半導(dǎo)體薄膜；通過刻蝕該晶體半導(dǎo)體薄膜形成島狀半導(dǎo)體薄膜；在該島狀半導(dǎo)體薄膜上形成柵極絕緣薄膜；在該柵極絕緣薄膜上形成導(dǎo)電薄膜；通過刻蝕導(dǎo)電薄膜形成柵電極；通過使用高密度等離子體氧化柵電極表面而使柵電極變細(xì)；去除柵電極表面上形成的氧化物薄膜；使用該柵電極作為掩模，向該島狀半導(dǎo)體薄膜摻雜第一雜質(zhì)離子；在該柵電極側(cè)面上形成側(cè)壁；以及使用該柵電極和側(cè)壁作為掩模，向該島狀半導(dǎo)體薄膜摻雜第二雜質(zhì)離子，以具有比第一雜質(zhì)離子高的濃度。
本發(fā)明的高密度等離子體具有1.0×1011cm-3到1.0×1013cm-3的電子密度和0.5到1.5eV的電子溫度。
根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管包括具有絕緣表面的襯底和在該襯底上形成的島狀半導(dǎo)體裝置，其中通過使用高密度等離子體在柵電極表面上形成氧化物薄膜，且該氧化物薄膜包含稀有氣體元素。
根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管包括具有絕緣表面的襯底和在該襯底上形成的具有LDD區(qū)域的島狀半導(dǎo)體裝置，其中通過使用高密度等離子體在柵電極表面上形成氧化物薄膜，且該氧化物薄膜包含稀有氣體元素。
根據(jù)本發(fā)明，通過氧化柵電極表面可以縮短溝道的基本長(zhǎng)度。因此，可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的微型化和柵電勢(shì)的降低。因此，可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的高速操作和高性能。
此外，根據(jù)本發(fā)明，和常規(guī)技術(shù)相比較，可以在柵電極表面上形成精確的氧化物薄膜，所以可以簡(jiǎn)化制造工藝。


圖1的剖面圖用于示出本發(fā)明的薄膜晶體管的制造工藝；圖2A到2D的剖面圖用于示出本發(fā)明的薄膜晶體管的制造工藝；圖3A到3C的剖面圖用于示出本發(fā)明的薄膜晶體管的制造工藝；圖4是在本發(fā)明中使用的等離子體設(shè)備的剖面圖；圖5A和5B的剖面圖用于示出本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造工藝；圖6A到6F的剖面圖用于示出本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造工藝；圖7是在本發(fā)明中使用的等離子體設(shè)備的頂視圖；圖8A到8D的剖面圖用于示出本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造工藝；圖9A和9B的剖面圖用于示出本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造工藝；圖10A到10E示出了本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置；圖11是使用本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的CPU的框圖；圖12的剖面圖用于示出本發(fā)明的顯示裝置的制造工藝；圖13的頂視圖用于示出本發(fā)明的顯示裝置；圖14A和14B的剖面圖用于示出本發(fā)明的液晶顯示裝置的制造工藝；圖15的剖面圖用于示出本發(fā)明的液晶顯示裝置的制造工藝；圖16A到16D是使用本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的電子設(shè)備的視圖；圖17A和17B的剖面圖用于示出本發(fā)明的薄膜晶體管的制造工藝；
圖18A和18B的剖面圖用于示出本發(fā)明的薄膜晶體管的制造工藝；圖19A到19D的視圖用于示出本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造工藝；以及圖20A到20C的視圖用于示出本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造工藝。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例模式此后，將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例模式。本發(fā)明可以以很多不同模式實(shí)施，且本領(lǐng)域技術(shù)人員易于理解的是這里公開的模式和細(xì)節(jié)可以以各種方式修改而不偏離本發(fā)明的目的和范圍。應(yīng)當(dāng)指出本發(fā)明不應(yīng)理解成限制于下面給出的實(shí)施例模式的描述。注意在附圖中，相同的附圖標(biāo)記用于相同部分或具有相同功能的部分，沒有重復(fù)關(guān)于它的描述。
此外，下面描述的實(shí)施例模式1到7可以在實(shí)際范圍任意組合。
(實(shí)施例模式1)該實(shí)施例模式中，參考圖1A到1F、2A到2D以及3A到3C，解釋了一種薄膜晶體管的制造工藝，該晶體管中柵電極在具有絕緣表面的襯底上形成，且柵電極變細(xì)(此后，簡(jiǎn)稱為薄膜晶體管)。應(yīng)當(dāng)指出本說明書中，變細(xì)和微型化被認(rèn)為具有相同的意義。此外，本說明書中，認(rèn)為電極細(xì)化是從電極表面氧化電極3到50nm的厚度。本說明書中，形成柵電極使其具有50nm到1μm的寬度，形成的柵電極的寬度通過細(xì)化而減小10％或更多。即，柵電極被氧化。
在襯底100上形成厚度為100到300nm的基薄膜(base film)101?？梢允褂弥T如玻璃襯底、石英襯底、塑料襯底、陶瓷襯底等之類的絕緣襯底；金屬襯底；半導(dǎo)體襯底等作為襯底100。
可以采用諸如氧化硅、氮化硅、包含氮的氧化硅和包含氧的氮化硅之類的包含氧或氮的絕緣薄膜的單層結(jié)構(gòu)；或通過這些材料的組合薄膜形成的疊層結(jié)構(gòu)作為基薄膜101。這里，使用氧化硅作為基薄膜。
提供基薄膜101以防止包含在襯底100中的堿金屬(例如Na)和堿土金屬擴(kuò)散到半導(dǎo)體，并防止對(duì)半導(dǎo)體元件的特性產(chǎn)生不利影響。在襯底100是包含任何數(shù)量的堿金屬或堿土金屬的襯底(例如玻璃襯底或塑料襯底)的情況，提供基薄膜以防止雜質(zhì)擴(kuò)散是有效的。不過，當(dāng)使用石英襯底(沒有導(dǎo)致嚴(yán)重的雜質(zhì)擴(kuò)散問題)時(shí)，可以不必提供基薄膜101。
在基薄膜101上形成厚度為10到100nm的半導(dǎo)體薄膜102(圖1A)?？梢愿鶕?jù)薄膜晶體管的所需特性選擇半導(dǎo)體薄膜材料，可以使用硅薄膜、硅鍺薄膜和碳化硅薄膜中的任意一種。這里，使用硅。在使用硅鍺的情況下，鍺的濃度優(yōu)選地在0.01到4.5原子百分比的范圍內(nèi)。優(yōu)選地在通過濺射方法、LPCVD方法、等離子體CVD方法等形成非晶半導(dǎo)體薄膜或微晶半導(dǎo)體薄膜之后，通過使用準(zhǔn)分子激光器等的激光晶化方法晶化的晶體半導(dǎo)體薄膜作為半導(dǎo)體薄膜。備選地，也可以通過施加DC偏置產(chǎn)生的熱等離子體處理半導(dǎo)體薄膜而晶化該半導(dǎo)體薄膜。通過包含硅的氣體(例如SiH4)的揮光放電分解可以獲得微晶半導(dǎo)體薄膜。通過用氫、氟或任何具有氫或氟的稀有氣體元素稀釋包含硅的氣體很容易形成微晶半導(dǎo)體薄膜。
此外，還可能采用使用鹵素?zé)舻目焖贌嵬嘶鸱椒?RTA方法)或使用加熱爐的晶化技術(shù)作為晶化技術(shù)。而且，可以使用一種方法，其中諸如鎳之類的金屬元素被添加到非晶半導(dǎo)體薄膜以導(dǎo)致該添加的金屬作為結(jié)晶核的固相生長(zhǎng)。
然后，通過刻蝕該半導(dǎo)體薄膜形成島狀半導(dǎo)體薄膜103。形成厚度為2到200nm的柵極絕緣薄膜104以覆蓋島狀半導(dǎo)體薄膜103(圖1B)。柵極絕緣薄膜104可以具有疊層結(jié)構(gòu)，該疊層結(jié)構(gòu)通過CVD方法或?yàn)R射方法通過適當(dāng)組合氧化硅、氮化硅、包含氮的氧化硅或包含氧的氮化硅等任意薄膜而形成。
然后，通過濺射方法在柵極絕緣薄膜104上形成厚度為150到500nm的用作柵電極的導(dǎo)電薄膜105?？梢允褂娩X(Al)薄膜、鎢(W)薄膜、鉬(Mo)薄膜等作為導(dǎo)電薄膜105。這里，使用鎢薄膜作為導(dǎo)電薄膜。
然后，通過使用光學(xué)掩模的光刻在該導(dǎo)電薄膜上形成抗蝕劑106。
然后，使用該抗蝕劑106作為掩模執(zhí)行刻蝕(圖1D)，由此導(dǎo)電薄膜105被刻蝕成柵電極107。在形成柵電極之后，去除抗蝕劑106(圖1D)。
在該實(shí)施例模式中，Cl2、SF6和O2的混合氣體用作刻蝕氣體，Cl2∶SF6∶O2的混合比為33∶33∶10sccm。通過在壓力為0.67Pa時(shí)施加2000W的功率到繞線狀電極而產(chǎn)生等離子體。50W的功率施加到襯底端(樣品臺(tái))。
接著，柵電極107的表面被氧化，柵電極107變細(xì)，由此形成覆蓋有氧化物薄膜的柵電極108(此后，稱為柵電極108)(圖1E)。在柵電極107的表面通過使用高密度等離子體設(shè)備的氧化而形成氧化物薄膜。因此，溝道的基本長(zhǎng)度被縮短。
注意通過在柵電極108的表面上提供氧化物薄膜，在后續(xù)步驟中在柵電極末端和在島狀半導(dǎo)體薄膜中形成的雜質(zhì)區(qū)域之間形成偏移區(qū)域。當(dāng)不需要偏移區(qū)域時(shí)，可以去除柵電極表面上的氧化物薄膜。
該實(shí)施例模式中，使用高密度等離子體設(shè)備。圖4示出了高密度等離子體設(shè)備的一個(gè)實(shí)例。處理腔被抽真空，通過氣體進(jìn)入孔65引入包含氧的氣體。該實(shí)施例模式中，使用氧氣(O2)、氫氣(H2)和氬氣(Ar)的混合氣體。應(yīng)當(dāng)指出需要引入的混合氣體可以包含0.1到100sccm的氧氣、0.1到100sccm的氫氣和100到5000sccm的氬氣。應(yīng)當(dāng)指出，優(yōu)選地，引入的混合氣體氧氣∶氫氣∶氬氣的混合比是100∶1∶1。例如，引入的混合氣體可以包含5sccm的氧氣、5sccm的氫氣和500sccm的氬氣。盡管在本實(shí)施例模式中使用氬氣，但可以使用其它稀有氣體。接著，其上具有柵電極107的絕緣襯底100被放置在具有加熱機(jī)制的支撐臺(tái)64上，以使該絕緣襯底100加熱到400攝氏度。應(yīng)當(dāng)指出絕緣襯底100可以加熱到200到550攝氏度(優(yōu)選地250攝氏度或更高)。當(dāng)塑料襯底用作襯底100時(shí)，需要使用具有200攝氏度或更高玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)的襯底，并且襯底被加熱到玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)或更低的溫度。絕緣襯底100和天線62之間的距離是20到80nm(優(yōu)選地，20到60nm)。
接著，從波導(dǎo)60施加微波到天線62。該實(shí)施例模式中，采用頻率為2.45GHz的微波。從天線62施加的微波經(jīng)過處理腔中的電介質(zhì)板63引導(dǎo)到處理腔，由此產(chǎn)生包含氧氣、氫氣和氬氣的高密度等離子體66。在包含氧氣、氫氣和氬氣的高密度等離子體66中，氬氣被引入的微波激勵(lì)以產(chǎn)生Ar原子團(tuán)(radical)。然后中間受激狀態(tài)的Ar原子團(tuán)與氧分子和氫分子碰撞以形成OH原子團(tuán)。OH原子團(tuán)與柵電極的材料反應(yīng)以形成柵電極107表面上的氧化物薄膜。該實(shí)施例模式中，因?yàn)槭褂勉f作為柵電極，在柵電極表面上形成氧化鉬薄膜。該步驟中使用的氧氣、氫氣和氬氣通過排氣口67排放到處理腔外部。
使用圖4所示的等離子體設(shè)備產(chǎn)生的等離子體具有低的電子溫度(1.5eV或更低(優(yōu)選地0.5到1.5eV))以及高的電子密度(1.0×1011cm-3或更高(優(yōu)選地，1.0×1011cm-3到1.0×1013cm-3))。因此，在低溫可能形成具有輕微等離子體損害的氧化物薄膜。
建議在該步驟中在氧化物薄膜中包含稀有氣體。因此，在襯底上執(zhí)行所述步驟的等離子體處理以形成氧化物薄膜的樣品，并使用TXRF對(duì)它進(jìn)行測(cè)量。這里，使用Ar作為等離子體處理的稀有氣體。作為測(cè)量的結(jié)果，包含在氧化物薄膜中的Ar的濃度大約為每立方厘米1×1015到1×1016個(gè)原子。因此，用于高密度等離子體處理的稀有氣體包含在氧化物薄膜中，所述氧化物薄膜在該步驟中以相同的濃度形成(每立方厘米1×1015到1×1016個(gè)原子)。
此外，還存在這種可能性即灰塵附著在由CVD方法或?yàn)R射方法形成的薄膜上。還有另一種可能性，即在刻蝕柵電極之后去除抗蝕劑的步驟中，抗蝕劑的一部分殘留在柵電極的表面上。圖5A示出了灰塵1501附在柵電極表面的狀態(tài)。描述了對(duì)具有灰塵附著在其上的柵電極107執(zhí)行該實(shí)施例模式的等離子體氧化的情況。
通過執(zhí)行該實(shí)施例模式的等離子體氧化，不僅沒有灰塵的柵電極表面而且被灰塵1501附著的柵電極表面也被氧化(圖5B)。因?yàn)榛覊m1501的表面或全部都被氧化，因此灰塵1501的體積增加。因此，通過例如沖刷清洗這樣簡(jiǎn)單的清洗工藝可以從具有氧化物薄膜的柵電極108的表面去除灰塵1501。即，通過等離子體氧化，甚至在納米量級(jí)去除灰塵也變得簡(jiǎn)單。
接著，向島狀半導(dǎo)體薄膜103執(zhí)行雜質(zhì)離子的摻雜(圖1F)以形成低濃度雜質(zhì)區(qū)域。經(jīng)過柵絕緣薄膜向島狀半導(dǎo)體薄膜103摻雜雜質(zhì)元素以形成島狀半導(dǎo)體薄膜中的低濃度雜質(zhì)區(qū)域110a和110b。此外，還形成了溝道形成區(qū)域111。每個(gè)低濃度雜質(zhì)區(qū)域110a和110b的元素濃度為每立方厘米1×1016到1×1020個(gè)原子(優(yōu)選地，每立方厘米1×1016到5×1018個(gè)原子)?？梢允褂秒x子摻雜方法或離子注入方法作為摻雜方法。為了制造p型半導(dǎo)體例如使用硼(B)、鎵(Ga)等，而為了制作n型半導(dǎo)體使用磷(P)、砷(As)等。
接著，形成絕緣層以覆蓋柵極絕緣薄膜104和柵電極108。形成該絕緣層以后，接著通過等離子體CVD方法形成厚度為100nm的包含氮的氧化硅薄膜，并通過熱CVD方法形成厚度為200nm的氧化硅薄膜。
接著，通過主要在垂直方向的各向異性刻蝕來選擇性地刻蝕該絕緣層以形成與柵電極108的側(cè)面接觸的絕緣層(此后稱為側(cè)壁)201(圖2A)。該側(cè)壁201用作掩模以在后續(xù)步驟中在源極區(qū)域和漏極區(qū)域上形成硅化物。此外，通過所述刻蝕，還去除了柵極絕緣薄膜的一部分以形成柵極絕緣薄膜202，從而暴露半導(dǎo)體薄膜的一部分。半導(dǎo)體薄膜的該暴露部分后來變成源極區(qū)域和漏極區(qū)域。當(dāng)絕緣薄膜和半導(dǎo)體薄膜的刻蝕選擇比低時(shí)，暴露的半導(dǎo)體薄膜被刻蝕到一定程度，因此薄膜厚度變薄。
接著，形成金屬薄膜203以覆蓋半導(dǎo)體薄膜的暴露部分、側(cè)壁201以及柵電極108(圖2B)。金屬薄膜203由與半導(dǎo)體薄膜反應(yīng)的材料形成以形成硅化物。例如，可以給出鎳薄膜、鈦薄膜、鈷薄膜、鉑薄膜或包含至少兩種這些元素的合金的薄膜等作為金屬薄膜。該實(shí)施例模式中，鎳薄膜用作金屬薄膜。通過500W到1kW的淀積功率的室溫濺射形成鎳薄膜。
在形成鎳薄膜以后，通過熱處理形成硅化物層204a和204b、低濃度雜質(zhì)區(qū)域205a和205b。該實(shí)施例模式中，硅化物層204a和204b變成硅化鎳?？梢允褂肦TA、爐內(nèi)退火等作為熱處理。此時(shí)，通過控制金屬薄膜的薄膜厚度、加熱溫度以及加熱時(shí)間；可以形成僅半導(dǎo)體層的表面變成硅化物的結(jié)構(gòu)或全部半導(dǎo)體層都變成硅化物的結(jié)構(gòu)。例如，通過形成薄膜厚度等于或大于半導(dǎo)體薄膜厚度一半的金屬薄膜、使用較高加熱溫度形成金屬薄膜、或使用較長(zhǎng)加熱時(shí)間形成金屬薄膜，可以獲得圖2C所示的結(jié)構(gòu)。
然后，去除沒有反應(yīng)的鎳。這里，通過包含比例為3∶2∶1的HCl、HNO3和H2O的刻蝕溶液去除沒有反應(yīng)的鎳。
然后，形成層間絕緣薄膜206。使用有機(jī)材料或無機(jī)材料形成層間絕緣薄膜206。層間絕緣薄膜206可以具有單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)。通過刻蝕在層間絕緣薄膜206中形成接觸孔，從而暴露后來用作源極區(qū)域或漏極區(qū)域的硅化物層204a和204b。然后，可以形成導(dǎo)電層以填充該接觸孔，可以刻蝕該導(dǎo)電層以形成導(dǎo)線207。
另一方面，當(dāng)采用僅半導(dǎo)體層的表面變成硅化物的結(jié)構(gòu)時(shí)，和圖2C中所示結(jié)構(gòu)不同，在圖3A中所示的步驟中在半導(dǎo)體表面上形成硅化物層301a和301b之后，在圖3B中使用側(cè)壁201作為掩模，可以向半導(dǎo)體層實(shí)施雜質(zhì)離子的摻雜，從而形成高濃度的雜質(zhì)區(qū)域。通過摻雜形成后來用作源極區(qū)域和漏極區(qū)域的高濃度雜質(zhì)區(qū)域302a和302b。執(zhí)行摻雜以使每個(gè)高濃度雜質(zhì)區(qū)域具有每立方厘米1×1019到1×1021個(gè)原子的雜質(zhì)元素濃度。同時(shí)，還形成低濃度的雜質(zhì)區(qū)域?？梢允褂秒x子摻雜方法或離子注入方法作為摻雜方法。為了制作p型半導(dǎo)體，可以使用硼(B)、鎵(Ga)等，而為了制作n型半導(dǎo)體可以使用磷(P)、砷(As)等。
然后，雜質(zhì)被激活，如圖2A到2D的情況，在全部半導(dǎo)體層中形成硅化物層時(shí)，形成層間絕緣薄膜206。使用有機(jī)材料或無機(jī)材料形成層間絕緣薄膜206。層間絕緣薄膜206可以具有單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)。通過刻蝕在層間絕緣薄膜206中形成接觸孔，從而暴露后來用作源極區(qū)域或漏極區(qū)域的硅化物層205a和205b。然后，可以形成導(dǎo)電層以填充該接觸孔，可以刻蝕該導(dǎo)電層以形成導(dǎo)線。
在形成層間絕緣薄膜之前，或在層間絕緣薄膜具有疊層結(jié)構(gòu)的情況下在形成層間絕緣薄膜的第一層或第二層之后，可以執(zhí)行雜質(zhì)區(qū)域的熱激活。激光照射、RTA、使用加熱爐的熱處理等可以用作熱激活。因?yàn)楣杌镉糜谛纬呻s質(zhì)區(qū)域的歐姆接觸和該結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)線，因此可以省略雜質(zhì)區(qū)域的熱激活步驟。
當(dāng)圖3C的結(jié)構(gòu)和圖2D的結(jié)構(gòu)相比較時(shí)，硅化物層301a和301b與沒有硅化的半導(dǎo)體薄膜部分接觸的區(qū)域大于圖2D結(jié)構(gòu)中的該區(qū)域。因此，硅化物層301a和301b和除了硅化物層之外的半導(dǎo)體薄膜部分的接觸電阻變低，所以寄生電阻小于圖2D結(jié)構(gòu)的寄生電阻。
另一方面，當(dāng)圖2D的結(jié)構(gòu)和圖3C的結(jié)構(gòu)相比較時(shí)，源極區(qū)域和漏極區(qū)域的電阻較低。此外，因?yàn)椴恍枰糜谛纬筛邼舛入s質(zhì)區(qū)域的雜質(zhì)離子的摻雜步驟，形成圖2D結(jié)構(gòu)的制造步驟數(shù)目小于制造圖3C結(jié)構(gòu)的制造步驟數(shù)目。
圖3A到3C中，在形成硅化物之后執(zhí)行用于形成高濃度雜質(zhì)區(qū)域的雜質(zhì)離子的摻雜；不過，可以在摻雜雜質(zhì)離子之后提供金屬薄膜203以形成硅化物。此外，為了形成圖3C的結(jié)構(gòu)，在摻雜雜質(zhì)離子之后可以使用側(cè)壁201作為掩模形成硅化物層301a和301b。
在具有上述結(jié)構(gòu)的根據(jù)本實(shí)施例模式形成的薄膜晶體管中，溝道的長(zhǎng)度可以縮短。因此，可以微型化柵電極，并可以減小柵電容，由此實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的高速操作和高性能。此外，可以簡(jiǎn)化制造工藝。
薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)不限于如該實(shí)施例模式中示出的具有一個(gè)溝道形成區(qū)域的單柵結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以是具有多個(gè)溝道形成區(qū)域的多柵結(jié)構(gòu)。例如，可以采用具有兩個(gè)溝道形成區(qū)域的雙柵結(jié)構(gòu)或具有三個(gè)溝道形成區(qū)域的三柵結(jié)構(gòu)。此外，在外圍驅(qū)動(dòng)電路區(qū)域中的晶體管可以具有單柵結(jié)構(gòu)或諸如雙柵結(jié)構(gòu)或三柵結(jié)構(gòu)之類的多柵結(jié)構(gòu)。
應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明不限于本實(shí)施例模式中描述的薄膜晶體管的制造方法，還可以采用頂柵類型(平面類型)、底柵類型(反交叉類型)或雙柵類型，在所述雙柵類型中兩個(gè)柵電極分別布置在溝道形成區(qū)域的頂部和底部，每個(gè)柵電極具有夾在其間的柵極絕緣薄膜或其它結(jié)構(gòu)。
(實(shí)施例模式2)該實(shí)施例模式中，參考圖17A、17B、18A和18B描述氫化半導(dǎo)體層的方法。應(yīng)當(dāng)指出該實(shí)施例模式中使用的薄膜晶體管由與制作實(shí)施例模式1中的圖1A到1F的結(jié)構(gòu)相同的方法制作，這里不作相同的描述。此外，該實(shí)施例模式中，實(shí)施例模式1中相同的附圖標(biāo)記用于相同的部分，這里不重復(fù)對(duì)其的詳細(xì)描述。
如實(shí)施例模式1中的圖1F所示，制作了一種具有雜質(zhì)區(qū)域和溝道形成區(qū)域的結(jié)構(gòu)。然后，摻雜到雜質(zhì)區(qū)域中的雜質(zhì)元素被激活。在激活步驟中可以使用激光照射、RTA、使用加熱爐的熱處理等。
然后，使用高密度等離子體設(shè)備執(zhí)行氫等離子體處理以氧化柵電極的表面。引入氫氣(H2)或氫氣(H2)和稀有氣體的混合氣體作為氣體。該實(shí)施例模式中，引入氫氣(H2)和氬氣(Ar)的混合氣體。
然后，其中雜質(zhì)元素被激活的絕緣襯底100被加熱到350到450攝氏度以使用高密度等離子體設(shè)備執(zhí)行氫等離子體處理。該步驟中，引入的氫原子團(tuán)(H原子團(tuán))與半導(dǎo)體層和柵極絕緣薄膜反應(yīng)以形成氫化的溝道形成區(qū)域171和用作源極區(qū)域和漏極區(qū)域的雜質(zhì)區(qū)域170a和170b(圖17A)。
應(yīng)當(dāng)指出在氫等離子體處理之后可以在包含氫氣的環(huán)境下執(zhí)行350到450攝氏度的熱處理。
然后，和實(shí)施例模式1一樣形成層間絕緣薄膜206。使用有機(jī)材料或無機(jī)材料形成層間絕緣薄膜206。層間絕緣薄膜206可以具有單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)。通過刻蝕在層間絕緣薄膜206中形成接觸孔，從而暴露后來用作源極區(qū)域或漏極區(qū)域的雜質(zhì)區(qū)域170a和170b。然后，可以形成導(dǎo)電層以填充該接觸孔，可以刻蝕該導(dǎo)電層以形成導(dǎo)線207(圖17B)。
應(yīng)當(dāng)指出需要在雜質(zhì)激活之后執(zhí)行氫化半導(dǎo)體層的步驟，這是因?yàn)楫?dāng)半導(dǎo)體層加熱到500攝氏度或更高時(shí)氫從半導(dǎo)體層去除。
然后，參考圖18A和18B描述半導(dǎo)體層的氫化方法，所述半導(dǎo)體層具有其上有保護(hù)薄膜的細(xì)化的柵電極。應(yīng)當(dāng)指出該實(shí)施例模式中使用的薄膜晶體管和實(shí)施例模式1中圖1A到1F結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管以相同的方法制作，這里不作相同的描述。此外，該實(shí)施例模式中，和實(shí)施例模式1中相同的附圖標(biāo)記用于相同的部分，這里不重復(fù)對(duì)它們的詳細(xì)描述。
如實(shí)施例模式1中的圖1F所示，制作具有雜質(zhì)區(qū)域和溝道形成區(qū)域的結(jié)構(gòu)。然后，激活摻雜到雜質(zhì)區(qū)域中的雜質(zhì)元素。在激活步驟中可以使用激光照射、RTA、使用加熱爐的熱處理等。
然后，使用等離子體CVD方法形成保護(hù)薄膜175，從而覆蓋柵電極108和柵極絕緣薄膜104。優(yōu)選地使用氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜或氧氮化硅薄膜作為保護(hù)薄膜，但不限于此。此外，形成方法不限于等離子體CVD方法。
然后，使用高密度等離子體設(shè)備對(duì)保護(hù)薄膜175執(zhí)行氫等離子體處理以氧化柵電極的表面。引入氫氣(H2)或氫氣(H2)和稀有氣體的混合氣體作為氣體。該實(shí)施例模式中，引入氫氣(H2)和氬氣(Ar)的混合氣體。
然后，其上具有保護(hù)薄膜175的絕緣襯底100被加熱到350到450攝氏度以使用高密度等離子體設(shè)備執(zhí)行氫等離子體處理。該步驟中，引入到保護(hù)層175的氫原子團(tuán)(H原子團(tuán))與半導(dǎo)體層反應(yīng)以形成氫化的溝道形成區(qū)域171和用作源極區(qū)域和漏極區(qū)域的雜質(zhì)區(qū)域170a和170b(圖18A)。
應(yīng)當(dāng)指出的是，引入氨(NH3)來代替氫氣。在這種情況下，NH原子團(tuán)與保護(hù)薄膜反應(yīng)以氫化半導(dǎo)體層。同時(shí)，在保護(hù)薄膜上形成氮化物薄膜(未示出)。因此，因?yàn)槠渖闲纬擅芗牡锉∧?，保護(hù)薄膜的薄膜屬性可以得到改善。
應(yīng)當(dāng)指出在氫等離子體處理之后，在包含氫氣的環(huán)境下可以執(zhí)行350到450攝氏度的熱處理。
然后，和實(shí)施例模式1一樣形成層間絕緣薄膜206。使用有機(jī)材料或無機(jī)材料形成層間絕緣薄膜206。層間絕緣薄膜206可以具有單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)。通過刻蝕在層間絕緣薄膜206中形成接觸孔，從而暴露后來用作源極區(qū)域或漏極區(qū)域的雜質(zhì)區(qū)域170a和170b。然后，可以形成導(dǎo)電層以填充該接觸孔，可以刻蝕該導(dǎo)電層以形成導(dǎo)線207(圖18B)。
應(yīng)當(dāng)指出需要在雜質(zhì)激活之后執(zhí)行氫化半導(dǎo)體層的步驟，這是因?yàn)楫?dāng)半導(dǎo)體層加熱到500攝氏度或更高時(shí)氫從半導(dǎo)體層去除。
(實(shí)施例模式3)該實(shí)施例模式中，參考圖6A到6F描述在一個(gè)襯底上形成p溝道薄膜晶體管和n溝道薄膜晶體管的方法。應(yīng)當(dāng)指出n溝道薄膜晶體管和p溝道薄膜晶體管具有實(shí)施例模式1的圖3C中示出的結(jié)構(gòu)。然而，所述結(jié)構(gòu)不限于此，根據(jù)應(yīng)用可以任意采用實(shí)施例模式1或2中的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)形成n溝道薄膜晶體管和p溝道薄膜晶體管。此外，該實(shí)施例模式中，相同的附圖標(biāo)記指示與實(shí)施例模式1和2相同的部分，省略了對(duì)它的詳細(xì)描述。
在襯底100上形成非晶半導(dǎo)體薄膜并對(duì)該非晶半導(dǎo)體薄膜執(zhí)行溝道摻雜之后，使用與實(shí)施例模式1相同的方法晶化該非晶半導(dǎo)體薄膜以形成晶體半導(dǎo)體薄膜。然后，通過刻蝕形成島狀半導(dǎo)體薄膜103a和103b。這里晶體半導(dǎo)體薄膜代表晶體硅薄膜。此外，使用包含氧的氮化硅薄膜作為與襯底100接觸的基薄膜101。
接著，形成柵極絕緣薄膜104以覆蓋島狀半導(dǎo)體薄膜103a和103b。通過等離子體CVD方法形成的包含氮的氧化硅薄膜作為柵極絕緣薄膜104。然后，通過與實(shí)施例模式1相同的方法分別在島狀半導(dǎo)體薄膜103a和103b上形成柵電極107a和107b。
然后，氧化柵電極107的表面并使柵電極107變細(xì)，由此形成每個(gè)覆蓋有氧化物薄膜的柵電極108a和108b(此后稱為柵電極108a和108b)。柵電極表面上的氧化物薄膜由與實(shí)施例模式1相同的方法形成。通過該步驟，可以縮短溝道的基本長(zhǎng)度。
應(yīng)當(dāng)指出可以去除在柵電極表面上形成的氧化物薄膜。
通過使用柵電極108a和108b作為掩模，島狀半導(dǎo)體薄膜103a和103b被摻雜磷，它是n型摻雜元素，以通過離子摻雜形成低濃度雜質(zhì)區(qū)域。相應(yīng)地，在島狀半導(dǎo)體薄膜103a中，形成不和柵電極108a重疊的n型低濃度雜質(zhì)區(qū)域410a和410b，并在柵電極108a之下形成溝道形成區(qū)域111a。類似地，在島狀半導(dǎo)體薄膜103b中，形成不和柵電極108b重疊的n型低濃度雜質(zhì)區(qū)域411a和411b，在柵電極108b之下形成溝道形成區(qū)域111b。執(zhí)行磷摻雜以使低濃度雜質(zhì)區(qū)域包含的磷的濃度為每立方厘米1×1016到5×1018個(gè)原子(圖6A)。
接著，形成抗蝕劑掩模420以覆蓋島狀半導(dǎo)體薄膜103a和柵電極108a。然后，通過使用柵電極108b作為掩模，島狀半導(dǎo)體薄膜103b被摻雜硼(它是p型雜質(zhì)元素)，以通過離子摻雜形成低濃度區(qū)域。因此，在島狀半導(dǎo)體薄膜103b中，形成不和柵電極108b重疊的p型低濃度雜質(zhì)區(qū)域411c和411d。執(zhí)行硼摻雜以使p型低濃度雜質(zhì)區(qū)域包含硼的濃度為每立方厘米1×1018到1×1019個(gè)原子。該p型低濃度雜質(zhì)區(qū)域已經(jīng)摻雜磷并包含低濃度的磷；然而，硼的濃度高于磷的濃度，因此n型導(dǎo)電性轉(zhuǎn)換成p型導(dǎo)電性(圖6B)。
然后，形成側(cè)壁。氧化硅薄膜作為絕緣薄膜形成以覆蓋島狀半導(dǎo)體薄膜103a和103b以及柵電極108a和108b。執(zhí)行各向異性干法刻蝕以形成側(cè)壁201。然后，使用側(cè)壁201作為掩模，通過刻蝕柵極絕緣薄膜104形成柵極絕緣薄膜412a和412b。因此，島狀半導(dǎo)體薄膜103a和103b的每個(gè)末端都被暴露(圖6C)。當(dāng)柵極絕緣薄膜相對(duì)于島狀半導(dǎo)體薄膜的暴露部分的刻蝕選擇比低時(shí)，刻蝕島狀暴露的半導(dǎo)體薄膜同時(shí)形成柵極絕緣薄膜412a和412b，由此薄膜厚度變薄。
接著，使用側(cè)壁201和柵電極108a和108b作為掩模，n型低濃度雜質(zhì)區(qū)域410a和410b以自對(duì)準(zhǔn)的方式摻雜磷(它是n型雜質(zhì)元素)，用以形成高濃度的雜質(zhì)區(qū)域。因此，形成n型高濃度雜質(zhì)區(qū)域414a和414b。n型高濃度雜質(zhì)區(qū)域414a和414b被摻雜磷以包含磷的濃度為每立方厘米1×1020到1×1021個(gè)原子。同時(shí)，形成n型低濃度雜質(zhì)區(qū)域413a和413b。因?yàn)閜型低濃度雜質(zhì)區(qū)域411c和411d的一部分也被摻雜磷以包含高濃度的磷，所以島狀半導(dǎo)體薄膜的暴露部分變成n型高濃度雜質(zhì)區(qū)域416a和416b。而且，通過該摻雜，在島狀半導(dǎo)體薄膜103b中形成p型低濃度雜質(zhì)區(qū)域415a和415b。
接著，形成抗蝕劑掩模421以覆蓋島狀半導(dǎo)體薄膜103a、柵電極108a和側(cè)壁201。然后，使用柵電極108b和側(cè)壁201作為掩模，島狀半導(dǎo)體薄膜103b的暴露部分以自對(duì)準(zhǔn)方式摻雜硼(它是p型雜質(zhì)元素)，以形成高濃度的雜質(zhì)區(qū)域。因此形成p型高濃度雜質(zhì)區(qū)域416c和416d。該p型高濃度雜質(zhì)區(qū)域是已經(jīng)摻雜磷的n型高濃度雜質(zhì)區(qū)域，不過，通過摻雜硼，n型導(dǎo)電性被轉(zhuǎn)換成p型導(dǎo)電性。通過離子摻雜向該p型高濃度雜質(zhì)區(qū)域416a和416b摻雜硼，以包含硼的濃度為每立方厘米2×1020到5×1021個(gè)原子。此后，去除抗蝕劑掩模421(圖6D)。
然后，在整個(gè)表面形成金屬薄膜以覆蓋半導(dǎo)體薄膜的暴露部分，在金屬薄膜和半導(dǎo)體薄膜相互反應(yīng)的溫度處執(zhí)行熱處理，并且形成硅化物層440。硅化物層440在p型和n型高濃度雜質(zhì)區(qū)域的表面上形成。該實(shí)施例模式中，鎳薄膜用作金屬薄膜，形成的硅化物層440是硅化鎳。此后，去除金屬薄膜(圖6E)。
然后，形成厚度為50nm的包含氮的氧化硅薄膜450作為層間絕緣薄膜的第一層。
此后，通過熱處理實(shí)現(xiàn)形成的雜質(zhì)區(qū)域的激活。激光照射、RTA、使用加熱爐的熱處理等可以用作熱處理。然而，因?yàn)樵诒景l(fā)明中形成硅化物以充分降低源極區(qū)域和漏極區(qū)域的電阻，所以可以省略激活步驟。
形成厚度為100nm的氮化硅薄膜451作為層間絕緣薄膜的第二層和形成厚度為600nm的氧化硅薄膜453作為層間絕緣薄膜的第三層以順序堆疊。在層間絕緣薄膜中形成到達(dá)硅化物層440的接觸孔。然后，厚度為60nm的鈦薄膜、厚度為40nm的氮化鈦薄膜、厚度為500nm的鋁薄膜、厚度為60nm的鈦薄膜以及厚度為40nm的氮化鈦薄膜相繼堆疊以填充該接觸孔。然后，刻蝕疊層薄膜以形成用作源極電極或漏極電極的導(dǎo)線454(圖6F)。
通過上述工藝，形成了每個(gè)都具有LDD結(jié)構(gòu)的n溝道薄膜晶體管460和p溝道薄膜晶體管461。在具有上述結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明形成的薄膜晶體管中，溝道的基本長(zhǎng)度縮短。因此，可以微型化柵電極和減小柵電容，由此可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的高速操作和高性能。此外，可以簡(jiǎn)化制造工藝。
應(yīng)當(dāng)指出該實(shí)施例模式中，執(zhí)行所謂的補(bǔ)償摻雜(counterdoping)，其中p溝道薄膜晶體管的半導(dǎo)體薄膜還摻雜以n型雜質(zhì)元素；不過，該方法不限于此。在執(zhí)行磷摻雜時(shí)，可通過使用抗蝕劑掩模等覆蓋p溝道薄膜晶體管以防止半導(dǎo)體薄膜103b被磷摻雜。
(實(shí)施例模式4)上述實(shí)施例模式中，描述了一個(gè)實(shí)例，其中薄膜晶體管具備具有氧化表面的柵電極。該實(shí)施例模式中描述了一種在柵電極表面上形成氧化物薄膜的方法。
圖7中示出了提供有多個(gè)腔的設(shè)備的一個(gè)實(shí)例。應(yīng)當(dāng)指出圖7是該實(shí)施例模式中描述的設(shè)備的一個(gè)結(jié)構(gòu)實(shí)例的頂視圖。
圖7中所示的設(shè)備具有第一腔1111、第二腔1112、第三腔1113、預(yù)真空鎖腔(load lock chamber)1110和1115以及公共腔1120。每個(gè)腔都是密閉的，配備有真空抽氣泵和惰性氣體引入系統(tǒng)。
預(yù)真空鎖腔1110和1115是用于傳送樣品(待處理的襯底)到系統(tǒng)的腔。第一到第三腔1111、1112和1113是對(duì)襯底100執(zhí)行刻蝕、等離子體處理等的腔。公共腔1120用于為預(yù)真空鎖腔1110和1115以及第一到第三腔提供公共樣品。此外，在公共腔1120和預(yù)真空鎖腔1110和1115之間、在公共腔1120和第一到第三腔1111到1113之間分別提供閘門閥1122到1126。應(yīng)當(dāng)指出在公共腔1120提供機(jī)械手1121，它用來傳送待處理的襯底到每個(gè)腔。
通過在第一腔1111中形成導(dǎo)電薄膜105、在第二腔1112中去除抗蝕劑106并在第三腔1113中氧化柵電極107的表面作為形成具有氧化物表面的柵電極108的特定實(shí)例。
首先，包括多個(gè)襯底100的盒子1128被傳送到預(yù)真空鎖腔1110。在傳送盒子1128到這里以后，預(yù)真空鎖腔1110的門關(guān)閉。此后，閘門閥1122打開以從盒子1128取出一個(gè)待處理的襯底，然后該襯底由機(jī)械手1121放置在公共腔1120中。此時(shí)在公共腔1120中執(zhí)行襯底100的對(duì)準(zhǔn)。
然后，閘門閥1122關(guān)閉且閘門閥1124打開以傳送襯底100到第一腔1111。在第一腔1111中通過刻蝕襯底100上的導(dǎo)電薄膜在襯底100上形成柵電極107。
此后，襯底100被機(jī)械手1121取出到公共腔1120并被傳送到第二腔1112。在第二腔1112中，對(duì)抗蝕劑106執(zhí)行等離子體處理，由此去除抗蝕劑106。
然后，襯底100被機(jī)械手1121取出到公共腔1120并被傳送到第三腔1113。在第三腔1113中，如實(shí)施例模式1使用高密度等離子體氧化柵電極107的表面，由此在柵電極表面形成具有氧化物薄膜的柵電極108。
如上所述形成氧化物薄膜之后，襯底100被機(jī)械手1121傳送到預(yù)真空鎖腔1115以保存在盒子1129中。
應(yīng)當(dāng)指出圖7僅示出了一個(gè)實(shí)例。例如，可以增加腔的數(shù)目以形成導(dǎo)電薄膜或絕緣薄膜。即，前面實(shí)施例模式中描述的步驟和材料可以與圖7示出的設(shè)備自由組合。此外，盡管圖7中對(duì)于第一到第三腔1111到1113采用單一類型的腔，但通過采用批處理腔可以同時(shí)處理多個(gè)襯底。
通過使用該實(shí)施例模式中描述的設(shè)備，可以連續(xù)執(zhí)行刻蝕導(dǎo)電薄膜的步驟到柵電極表面的氧化步驟而不必暴露于周圍環(huán)境。因此，可以防止污染物混入并改善制造效率。
(實(shí)施例模式5)該實(shí)施例模式中，描述根據(jù)本發(fā)明制造ID芯片(注意本說明書中ID芯片指半導(dǎo)體裝置、無線芯片、IC標(biāo)簽)的方法。這里，ID芯片使用實(shí)施例模式3中制作的薄膜晶體管制作。該實(shí)施例模式中，相同的附圖標(biāo)記用于表示和實(shí)施例模式1到4中相同的部分，省略了對(duì)它的詳述。
形成如圖8A到8D所示的薄膜集成電路702。包括多個(gè)n溝道薄膜晶體管和多個(gè)p溝道薄膜晶體管、多個(gè)用作導(dǎo)線的導(dǎo)電層703和704等的元件組共同稱為薄膜集成電路702。在該薄膜集成電路702的制造方法中，形成絕緣層701以覆蓋在實(shí)施例模式3中形成的導(dǎo)線454(圖6F)。該絕緣層701通過使用無機(jī)材料或有機(jī)材料由單層或疊層形成。絕緣層701是為減少因?yàn)楸∧ぞw管而引起的凸起/凹陷，用于平坦化而形成的薄膜。因此，優(yōu)選地絕緣層701由有機(jī)材料形成。
通過光刻來刻蝕絕緣層701而形成用作導(dǎo)線等的導(dǎo)電層703和704以形成暴露導(dǎo)線454的接觸孔，該導(dǎo)線454用作源極電極或漏極電極，然后，形成導(dǎo)電層以填充該接觸孔，并圖形化處理該導(dǎo)電層。導(dǎo)電層703和704由單層或疊層形成，使用選自鋁(Al)、鈦(Ti)、銀(Ag)和銅(Cu)的元素、和包含任何一種元素作為其主要成分的合金材料或化合物材料。例如，可以使用阻擋層和鋁層的疊層結(jié)構(gòu)；阻擋層、鋁層和阻擋層的疊層結(jié)構(gòu)等。阻擋層代表鈦、氮化鈦、鉬、氮化鉬等。應(yīng)當(dāng)指出盡管n溝道薄膜晶體管和p溝道薄膜晶體管具有實(shí)施例模式1中描述的結(jié)構(gòu)，但所述結(jié)構(gòu)不限于此。此外，導(dǎo)電層703和704用作天線。
該實(shí)施例模式中，在薄膜集成電路702中，在襯底100的一個(gè)表面上形成分離層710以在后續(xù)步驟中分離襯底100(圖8A)。該實(shí)施例模式中，在襯底100的整個(gè)表面上形成分離層710；然而，在襯底100的整個(gè)表面上形成分離層之后，還可以通過刻蝕選擇性地提供分離層。當(dāng)選擇性地提供分離層時(shí)，具有這樣的優(yōu)勢(shì)，在后續(xù)步驟中需要較少的時(shí)間通過刻蝕去除所述分離層。
通過已知的方法(例如濺射或等離子體CVD)，通過使用單層或疊層形成分離層710，所述單層或疊層的元素選自鎢(W)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鋯(Zr)、鋅(Zn)、釕(Ru)、銠(Rh)、鉛(Rd)、鋨(Os)、銥(Ir)和硅(Si)的元素、和包含這些元素中的任何元素作為其主要成分的合金材料或化合物材料組成。包含硅的層可以具有非晶結(jié)構(gòu)、微晶結(jié)構(gòu)和多晶結(jié)構(gòu)中的任何一種。
當(dāng)分離層710具有單層結(jié)構(gòu)時(shí)，優(yōu)選地分離層710使用鎢層、鉬層或包含鎢和鉬的混合物的層。備選地，使用包含鎢的氧化物或氮氧化物的層、包含鉬的氧化物或氮氧化物的層或包含鎢和鉬的混合物的氧化物或氮氧化物層形成分離層710。應(yīng)當(dāng)指出，例如，鎢和鉬的混合物代表鎢和鉬的合金。此外，鎢的氧化物優(yōu)選地指氧化鎢。
當(dāng)分離層710具有疊層結(jié)構(gòu)時(shí)，其在襯底100上形成的第一層優(yōu)選地是鎢層、鉬層或包含鎢和鉬的混合物的層。作為其第二層，可以形成包含鎢、鉬、或鎢和鉬的混合物的氧化物、氮化物、氧氮化物或氮氧化物層。
當(dāng)分離層710具有包含鎢的層和所述包含鎢的層上的包含氧化鎢的層的疊層結(jié)構(gòu)時(shí)，可以首先形成所述包含鎢的層，在其上形成包含氧化硅的層，從而可以在鎢層和氧化硅層之間的界面形成包含氧化鎢的層。類似地，當(dāng)包含氮化鎢的層、包含氮氧化鎢的層或包含氧氮化鎢的層作為第二層形成時(shí)，在包含鎢的第一層上可以分別形成包含氮化硅的層、包含氮的氧化硅層或包含氧的含有氮化硅的層。
氧化鎢由WOx表示，其中x從2到3。例如，存在x等于2(WO2)、x等于2.5(W2O5)；x等于2.75(W4O11)；x等于3(WO3)等情況。形成氧化鎢時(shí)，x的值沒有特別限定，它可以基于它的刻蝕速率等確定。注意通過在氧氣氛圍中濺射形成的包含氧化鎢的層(WOx，0＜x＜3)具有最佳刻蝕速率。這樣，為了縮短制造時(shí)間，優(yōu)選地使用在氧氣氛圍中通過濺射方法形成的包含氧化鎢的層形成分離層。
形成與襯底100接觸的分離層710。備選地，在形成與襯底100接觸的作為基薄膜的絕緣層以后，可以形成接觸該絕緣層的分離層710。
盡管這里沒有示出，可以通過已知方法形成保護(hù)層以覆蓋薄膜集成電路702。該保護(hù)層代表包含碳(例如DLC(類金剛石碳))的層、包含氮化硅的層、包含氮氧化硅的層等。
然后，通過光刻方法刻蝕基薄膜和層間絕緣薄膜以暴露分離層710，從而形成開孔705(圖8B)。
然后，形成絕緣層707以覆蓋薄膜集成電路702(圖8C)。使用有機(jī)材料，優(yōu)選地使用環(huán)氧樹脂形成絕緣層707。形成絕緣層707以防止薄膜集成電路702的分散(scattering)。因?yàn)樵谌コ蛛x層之后，薄膜集成電路702沒有緊密接觸襯底，并且它小且輕，該薄膜集成電路702容易分散。通過在薄膜集成電路702的外圍形成絕緣層707，可以增加薄膜集成電路702的重量，這樣可以防止薄膜集成電路702從襯底100分散。此外，薄膜集成電路702薄且輕；然而，通過形成絕緣層707，薄膜集成電路702很難卷曲，能夠具有一定程度的強(qiáng)度。應(yīng)當(dāng)指出，在所示結(jié)構(gòu)中，在薄膜集成電路702的頂面和側(cè)面形成絕緣層707；然而，本發(fā)明不限于這種結(jié)構(gòu)，可以僅在薄膜集成電路702的頂面形成絕緣層707。此外，上述描述中，在通過刻蝕基薄膜和絕緣薄膜形成開孔705之后，形成絕緣層707；然而，本發(fā)明不限于這種順序。例如，在絕緣層701上形成絕緣層707的步驟之后，可以通過刻蝕多個(gè)絕緣層形成開孔。采用這種步驟順序，僅在薄膜集成電路702的頂面上形成絕緣層707。
然后，向開孔705添加刻蝕劑以去除分離層710(圖8D)?？梢允褂冒u素或鹵素化合物的氣體或液體作為刻蝕劑。例如，三氟化氯用作包含氟化鹵素的氣體。這樣，薄膜集成電路702從襯底100分離。
然后，把薄膜集成電路702的一個(gè)表面放在第一基底(base)801(圖9A)上。應(yīng)當(dāng)指出在去除分離層710之前，薄膜集成電路702的一個(gè)表面可以放在第一基底801上。接著，在從襯底100去除薄膜集成電路702之后，該薄膜集成電路702的相對(duì)表面附著到第二基底802。該薄膜集成電路702可以通過諸如粘合劑這樣的具有黏性的材料附著在第一基底801和第二基底802上。備選地，可以使用諸如磁體或真空吸氣裝置這樣的裝置。
然后，第一基底801和第二基底802彼此接觸，從而薄膜集成電路702被第一基底801和第二基底802密封(圖9B)。這樣，制造了一種ID芯片，其中，薄膜集成電路702被第一基底801和第二基底802密封。
由樹脂材料形成的薄膜用作第一基底801和第二基底802。特別是，具有在熱壓縮鍵合中溶解的層的薄膜(也稱為熱撓性樹脂)可以優(yōu)選地用作第一基底801和第二基底802。然后，通過熱處理，要么第一基底801要么第二基底802溶解，通過加熱溶解的基底附著到另一基底，從而可以密封薄膜集成電路?；卓梢酝ㄟ^諸如粘合劑這樣的具有黏性的材料彼此接觸。備選地，可以使用諸如磁體或真空吸氣裝置這樣的裝置。此外，基底可以通過熱處理融化在表面上形成的粘合劑層而相互接觸。
用于第一和第二基底的熱撓性樹脂優(yōu)選地具有低的軟化點(diǎn)。例如，可以使用聚烯烴基樹脂，例如聚乙烯、聚丙烯或聚戊烯；乙烯基共聚物，例如氯乙烯、乙酸乙烯、氯乙烯-乙酸乙烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯共聚物、乙酸亞乙烯、聚乙烯醇縮丁醛或聚乙烯醇；丙烯酸基樹脂；聚酯基樹脂；氨基甲酸酯樹脂；纖維素基樹脂，例如纖維素、醋酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素或乙基纖維素；或苯乙烯基樹脂，例如聚苯乙烯或丙烯腈-苯乙烯共聚物。具有單層或多層熱撓性樹脂的薄膜用于第一基底801和第二基底802。例如具有多層熱撓性樹脂的薄膜具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中提供包含第一熱撓性樹脂的基底，具有包含第二熱撓性樹脂的粘合劑層，該第二熱撓性樹脂的軟化點(diǎn)比第一熱撓性樹脂的軟化點(diǎn)低。可以使用兩層或更多層的疊層結(jié)構(gòu)。此外，也可以使用生物可降解的熱撓性樹脂。
該實(shí)施例模式中，盡管參考圖8A到8D以及圖9A和9B描述了形成一個(gè)ID芯片的方法，實(shí)際上在一個(gè)襯底上形成多個(gè)ID芯片。
通過上述步驟，制作了柔性ID芯片。根據(jù)該實(shí)施例模式形成的ID芯片非常精細(xì)并具有柔性，所以該ID芯片可以放置在任何地方，并可以用于各種目的。此外，可實(shí)現(xiàn)高性能的ID芯片。
然后，描述不同于上述方法的制作ID芯片的方法。
首先，通過和上述方法相同的方法形成薄膜集成電路702。應(yīng)當(dāng)指出包括多個(gè)n溝道薄膜晶體管和多個(gè)p溝道薄膜晶體管、多個(gè)用作導(dǎo)線等的導(dǎo)電層703和704的元件組共同稱為薄膜集成電路702。
在該實(shí)施例模式中，薄膜集成電路702中，在襯底100的一個(gè)表面上形成分離層710以在后續(xù)步驟中分離襯底100(圖19A)?？梢孕纬膳c襯底100接觸的分離層710。備選地，在形成作為基底的絕緣層以便與襯底100接觸之后，形成與該絕緣層接觸的分離層710。
接著，形成絕緣層720以覆蓋薄膜集成電路702。該絕緣層720通過絲網(wǎng)印刷方法等形成。因?yàn)樵诤罄m(xù)分離步驟中絕緣層720用作保護(hù)層，該絕緣層優(yōu)選地是平坦化的層。這樣，形成了包括薄膜集成電路的層810。
然后，形成開孔706以暴露分離層710的至少一部分(圖19C)。優(yōu)選地通過激光束照射執(zhí)行該步驟，這是因?yàn)樘幚頃r(shí)間短。激光束從絕緣層720的表面照射。形成開孔706以暴露分離層710的至少一部分。應(yīng)當(dāng)指出激光束可以到達(dá)襯底100。
可以使用波長(zhǎng)是紫外范圍的150到380nm的固體激光器。優(yōu)選地，使用波長(zhǎng)為150到380nm的Nd:YVO4激光器，因?yàn)楹推渌哂休^高波長(zhǎng)的激光器相比，它的光易于被襯底吸收，并且可以執(zhí)行切除工藝。此外，波長(zhǎng)為150到380nm的Nd:YVO4激光器具有待處理的優(yōu)選屬性，且不影響處理部分的外圍。
接著，在絕緣層701上形成襯底723(圖19D)。襯底723是熱可剝離襯底，其中絕緣層722和粘合層721堆疊。粘合層721是隨熱處理黏性退化的層。例如，可使用具有包含加熱時(shí)軟化的熱撓性粘合劑的材料的層、由包含微囊或加熱時(shí)膨脹的發(fā)泡劑的材料形成的層、具有熱熔屬性和熱解屬性的熱固樹脂材料形成的層、水滲透導(dǎo)致界面強(qiáng)度退化的層、或包含遇水膨脹的吸水樹脂的層。
然后，使用襯底723，包括薄膜集成電路的層810從襯底100分離(圖20A)。包括薄膜集成電路的層810從襯底100的分離可以在分離層710內(nèi)部實(shí)現(xiàn)或在分離層710和絕緣層803之間的界面中實(shí)現(xiàn)。示出了在分離層710和絕緣層803之間的界面處實(shí)現(xiàn)分離的情況。這樣，通過使用襯底723，可以較為容易且短時(shí)間地實(shí)現(xiàn)分離步驟。
然后執(zhí)行熱處理以從襯底723分離包括薄膜集成電路的層810(圖20B)。應(yīng)當(dāng)指出盡管沒有示出，可以在絕緣層803的表面上形成絕緣層和粘合劑層堆疊的襯底。這里使用的粘合劑層是隨熱處理粘合性增加的層，它對(duì)應(yīng)于包含熱撓性樹脂的層。例如熱撓性樹脂是聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀等。
如上所述，襯底723是熱可剝離襯底。因此，襯底723和絕緣層720之間的黏性退化，包括薄膜集成電路的層810從襯底723分離。
然后，包括薄膜集成電路的層810的一個(gè)表面附著到第一基底801上。備選地，在去除分離層710之前，包括薄膜集成電路的層810的一個(gè)表面可以附著到第一基底801上。在從襯底100分離包括薄膜集成電路的層810之后，包括薄膜集成電路的層810的相對(duì)表面附著到第二基底802上。應(yīng)當(dāng)指出，通過具有黏性的材料諸如粘合劑，包括薄膜集成電路的層810可以附著在第一基底801和第二基底802上。備選地，可以使用諸如磁體或真空吸氣裝置這樣的裝置。備選地，包括薄膜集成電路的層810可以通過熱處理融化在表面上形成的粘合劑層而被附著到第一基底801和第二基底802上。
然后，第一基底801和第二基底802彼此接觸，所以包括薄膜集成電路的層810由第一基底801和第二基底802密封(圖20C)。這樣，可以制造一種ID芯片，其中包括薄膜集成電路的層810被第一基底801和第二基底802密封。應(yīng)當(dāng)指出ID芯片的強(qiáng)度通過使用第一基底801和第二基底802而得到改善。
作為分離方法，這里采用刻蝕包含鎢的分離層的方法，或使用在分離層中吸收的激光使分離層分離的方法，不過也可使用其它分離方法。該實(shí)施例模式中可以采用其它已知分離方法。例如，可以采用對(duì)分離層施加物理沖擊來分離襯底100的方法。而且，可以使用這種去除襯底100的方法，其中在沒有提供分離層的情況下襯底100本身被研磨。
本發(fā)明中制造的ID芯片可以廣泛使用，可以通過安裝在如下物體上使用，例如帳單、硬幣、證券、債券、證書(駕駛證、居住證等，見圖10A)、用于包裹物體的容器(包裝紙、瓶等，見圖10B)、記錄介質(zhì)(DVD，錄像磁帶等，見圖10C)，交通工具(自行車等，見圖10D)，個(gè)人物品(包、眼鏡等，見圖10E)、食品、衣服、生活用具以及電子設(shè)備。所述電子設(shè)備包括液晶顯示裝置、EL顯示裝置、電視設(shè)備(也簡(jiǎn)單地稱為TV、TV接收機(jī)或電視接收機(jī))、便攜式電話等。附圖標(biāo)記20指示該實(shí)施例模式中制造的ID芯片。
該ID芯片附著在物體的表面，或固定在物體中。例如，它可以包含在書的紙張中，或包含在將被固定于每個(gè)物體上的封裝的有機(jī)樹脂中。通過在帳單、硬幣、證券、債券、證書等中提供該ID芯片，可以防止偽造。而且，通過在包裹物體的容器、記錄介質(zhì)、個(gè)人物品、食品、衣服、生活用具以及電子設(shè)備等中提供該ID芯片(無線芯片)，商店中的監(jiān)察系統(tǒng)或系統(tǒng)可以更有效。此外，通過在交通工具中提供該ID芯片，可用防止偽造和偷竊。
(實(shí)施例模式6)該實(shí)施例模式中，描述了根據(jù)本發(fā)明制造CPU(中央處理單元)的實(shí)例。這里，使用實(shí)施例模式5中制造的薄膜晶體管制造CPU。而且，該實(shí)施例模式中，相同附圖標(biāo)記用于指示與實(shí)施例模式1到5的相同部分，在此省略了對(duì)它的詳細(xì)描述。
由與實(shí)施例模式5相同的方法形成具有實(shí)施例模式5中圖19A中結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管集成電路。然而，所述結(jié)構(gòu)不限于此，使用本發(fā)明的柵電極可以形成不同與圖19A結(jié)構(gòu)的薄膜集成電路，可以形成適用于形成CPU的每個(gè)電路特性的薄膜集成電路。
當(dāng)希望制作的CPU是柔性的且更輕時(shí)，可以分離襯底100，CPU可以附著到另一個(gè)具有柔性的輕襯底上。
作為分離襯底100的方法，可給出物理地研磨和去除襯底100的方法，或在襯底100和實(shí)施例模式5中提前示出的半導(dǎo)體薄膜之間提供分離層710、且該分離層被去除或軟化以分離襯底100的方法。此外，可以給出通過對(duì)分離層施加物理沖擊來分離襯底100的方法，或者可以給出所述分離層中吸收激光以分離襯底100的方法。在通過任意一種上述方法分離襯底100之后，輕的柔性襯底(未示出)附著到薄膜集成電路702。通過上述方法也可以形成輕的柔性CPU。
如上所述，通過使用本發(fā)明的薄膜晶體管，可以制作例如CPU這樣的半導(dǎo)體裝置。因?yàn)槭褂帽景l(fā)明的薄膜晶體管形成的CPU輕且小，因此它可以攜帶或配置有較少的負(fù)載。此外，可以制作能夠高速操作的CPU。
下面，參考框圖描述該實(shí)施例模式的CPU的特定結(jié)構(gòu)。
圖11所示的CPU主要包括襯底3600上的算術(shù)邏輯單元(ALU)3601、ALU控制器3602、指令解碼器3603、中斷控制器3604、定時(shí)控制器3605、寄存器3606、寄存器控制器3607、總線接口(總線I/F)3608、可寫ROM 3609和ROM接口(ROM I/F)3620。ROM 3609和ROM接口3620也可以提供在另一個(gè)芯片上。形成該CPU的各種電路由多個(gè)薄膜集成電路702形成。
很明顯，圖11所示的CPU僅是簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例，根據(jù)應(yīng)用實(shí)際的CPU可以具有多種結(jié)構(gòu)。
輸入到CPU的指令通過總線接口3608輸入到指令解碼器3603并在那里解碼，然后，輸入到ALU控制器3602、中斷控制器3604、寄存器控制器3607以及定時(shí)控制器3605。
ALU控制器3602、中斷控制器3604、寄存器控制器3607以及定時(shí)控制器3605基于解碼的指令實(shí)現(xiàn)各種控制。尤其是，ALU控制器3602產(chǎn)生信號(hào)以控制ALU 3601的驅(qū)動(dòng)。當(dāng)CPU執(zhí)行程序時(shí)，中斷控制器3604基于優(yōu)選級(jí)或屏蔽狀態(tài)，確定外部輸入/輸出設(shè)備或外圍電路的中斷請(qǐng)求，并處理該請(qǐng)求。寄存器控制器3607產(chǎn)生寄存器3606的地址，并根據(jù)CPU的狀態(tài)從/向寄存器3606讀/寫數(shù)據(jù)。
定時(shí)控制器3605產(chǎn)生信號(hào)以控制ALU 3601、ALU控制器3602、指令解碼器3603、中斷控制器3604以及寄存器控制器3607的驅(qū)動(dòng)定時(shí)。例如，定時(shí)控制器3605被提供有內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器，用于產(chǎn)生基于參考時(shí)鐘信號(hào)CLK1(3621)的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)CLK2(3622)，并將該時(shí)鐘信號(hào)CLK2提供給上述各個(gè)電路。
(實(shí)施例模式7)該實(shí)施例模式中，參考圖12描述了使用實(shí)施例模式1到3中描述的具有各種結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管制作顯示裝置的方法。該實(shí)施例模式中描述的制造顯示裝置的方法是同時(shí)制造像素部分的薄膜晶體管及其外圍驅(qū)動(dòng)電路部分的方法。該實(shí)施例模式中，相同的附圖標(biāo)記用于表示和實(shí)施例模式1到6中相同的部分，省略了對(duì)它們的詳細(xì)描述。
通過實(shí)施例模式3中的方法形成本發(fā)明的多個(gè)晶體管。然后，形成厚度為50到500nm(一般地，200到300nm)的鈍化薄膜1001作為保護(hù)薄膜。該鈍化薄膜可以用氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜或這些薄膜的疊層代替。通過提供鈍化薄膜1001可以防止各種離子性雜質(zhì)浸透的阻擋效應(yīng)(blocking effect)，其中雜質(zhì)包括環(huán)境中的氧或濕氣。
然后，在鈍化薄膜1001上形成厚度為1.6μm的層間絕緣薄膜1002。層間絕緣薄膜1002可以通過SOG(玻璃上旋涂)方法或旋涂方法由有機(jī)樹脂薄膜(例如聚酰亞胺，BCB(苯并環(huán)丁烯)、丙烯酸或硅氧烷)；無機(jī)層間絕緣薄膜(含有諸如氮化硅或者氧化硅的硅的絕緣薄膜)；低k(低介電常數(shù))材料形成的薄膜等形成。層間絕緣薄膜1002優(yōu)選地是較好平坦化的薄膜，這是因?yàn)閷娱g絕緣薄膜1002減輕了在玻璃襯底上形成的薄膜晶體管所導(dǎo)致的起皺，這樣具有很好的平整度。此后，還可以在層間絕緣薄膜上形成另一鈍化薄膜。應(yīng)當(dāng)指出硅氧烷具有由硅(Si)氧(O)鍵形成的框架結(jié)構(gòu)，其中至少包含氫的有機(jī)基團(tuán)(例如烷基或芳香族烴)可以作為替代物。至少包含氫的有機(jī)基團(tuán)或氟代基團(tuán)可以備選地用作替代物。
然后，在鈍化薄膜1001和層間絕緣薄膜1002中形成接觸孔，然后，形成源極和漏極導(dǎo)線1003a到1003i。該實(shí)施例模式中，每個(gè)源極和漏極導(dǎo)線具有鈦薄膜、第一鋁薄膜、包含碳和金屬元素的第二鋁薄膜的三層結(jié)構(gòu)；或鉬薄膜、第一鋁薄膜、包含碳和金屬元素的第二鋁薄膜的三層結(jié)構(gòu)。第一鋁薄膜可以是包含另一種金屬元素的薄膜。給出鈦、鉬或鎳作為包含在第二鋁薄膜中的金屬元素的實(shí)例。應(yīng)當(dāng)指出可以使用其它金屬(而不是上述金屬)作為源極和漏極導(dǎo)線的金屬。
接著，形成與漏極導(dǎo)線1003h接觸的像素電極1004(圖12)。通過刻蝕透明導(dǎo)電薄膜形成像素電極1004。氧化銦和氧化錫的化合物、氧化銦和氧化鋅的化合物、氧化鋅、氧化錫或氧化銦可以用作該透明導(dǎo)電薄膜。
當(dāng)像素電極1004由透明導(dǎo)電薄膜形成且漏極導(dǎo)線由鋁薄膜形成時(shí)，在界面形成氧化鋁。因?yàn)檠趸锞哂懈唠娮瑁虼嗽谙袼仉姌O和漏極導(dǎo)線之間產(chǎn)生高電阻。然而，該實(shí)施例模式中，像素電極通過第二鋁薄膜與第一鋁薄膜相連；因此，沒有形成氧化物。這是因?yàn)榘诘诙X薄膜中的金屬元素抑制了氧化物的形成。因此，漏極導(dǎo)線和像素電極之間界面中的電阻可以保持較低。
在形成像素電極之后，使用樹脂材料形成間隔壁1005。通過刻蝕厚度為1到2μm的丙烯酸薄膜或聚酰亞胺薄膜形成間隔壁1005，從而暴露像素電極1004的一部分。應(yīng)當(dāng)指出可以在間隔壁1005下面適當(dāng)提供用作光屏蔽薄膜(未示出)的由黑色材料形成的薄膜。
然后，通過真空蒸發(fā)淀積方法連續(xù)形成EL層1006和電極(MgAg電極)1007而不暴露于周圍環(huán)境。優(yōu)選地形成厚度為100nm到1μm的EL層1006和形成厚度為180到300nm的電極1007(典型的為200到250nm)?？梢酝ㄟ^噴墨方法、絲網(wǎng)印刷方法等形成該EL層。
該步驟中，在每個(gè)紅、綠和藍(lán)色像素中相繼形成EL層和陰極。因?yàn)閷?duì)于溶液來講EL層具有低電阻，必須在沒有使用光刻技術(shù)的情況下為每種顏色單獨(dú)形成EL層。因此，優(yōu)選地使用金屬掩模覆蓋像素而不是預(yù)定像素，以選擇性地僅在必要部分形成EL層和陰極。因?yàn)槿貞B(tài)化合物(triplet compound)比單重態(tài)化合物(singlet compound)具有較高的亮度，優(yōu)選地用三重態(tài)化合物形成看上去暗的紅色像素，用單重態(tài)化合物形成其它像素。應(yīng)當(dāng)指出本發(fā)明不限于此，可用三重態(tài)化合物形成其它像素。
換句話說，設(shè)置覆蓋所有像素而不是紅色像素的掩模，使用所述掩模選擇性地形成用于紅光發(fā)射的EL層和電極。接著，設(shè)置覆蓋所有像素而不是綠色像素的掩模，使用掩模選擇性地形成用于綠光發(fā)射的EL層和電極。接著，設(shè)置覆蓋所有像素而不是藍(lán)色像素的掩模，使用掩模選擇性地形成用于藍(lán)光發(fā)射的EL層和電極。應(yīng)當(dāng)指出這里每種顏色都使用不同的掩模；然而，可以多次使用相同的掩模。此外，優(yōu)選地，一直維持真空直到在所有的像素中形成EL層和電極為止。
可以使用已知的材料形成EL層1006。考慮到驅(qū)動(dòng)電壓，優(yōu)選地使用有機(jī)材料。例如，優(yōu)選地形成具有空穴注入層、空穴傳輸層、發(fā)光層和電子注入層的四層結(jié)構(gòu)的EL層。其中混合有氧化鉬和α-NPD的薄膜也可用作EL層。備選地，有機(jī)材料和無機(jī)材料相結(jié)合的混合層也可用作EL層。在使用有機(jī)材料作為EL層的情況下，可以使用每種低分子材料、中間分子材料和高分子材料。此外，該實(shí)施例模式示出了使用MgAg電極作為EL元件陰極的實(shí)例；然而，也可使用其它已知材料。
在形成電極1007之后，完成了發(fā)光元件1008。此后，提供完全覆蓋發(fā)光元件1008的保護(hù)薄膜1009?？梢允褂冒ㄌ急∧?、氮化硅薄膜或氮氧化硅薄膜的絕緣薄膜形成保護(hù)薄膜1009。這種絕緣薄膜可以用作單層或疊層。
而且，提供密封材料1010以覆蓋保護(hù)薄膜1009，以及覆蓋材料1011附著到密封材料1010。作為密封材料1010，使用紫外線硬化樹脂，所述紫外線硬化樹脂優(yōu)選地包含吸濕物質(zhì)或抗氧化劑物質(zhì)。而且，該實(shí)施例模式中，玻璃襯底、石英襯底或塑料襯底可以用于覆蓋材料1011。盡管沒有示出，可以在密封材料1010和覆蓋部件1011之間提供偏振片。通過提供偏振片，可以提供高對(duì)比度的顯示。
相應(yīng)地，如圖12所示，完成了有源矩陣EL顯示裝置，它具有包括p溝道薄膜晶體管1012、n溝道薄膜晶體管1013、取樣電路薄膜晶體管1014、開關(guān)薄膜晶體管1015和電流控制薄膜晶體管1016的結(jié)構(gòu)。在該實(shí)施例模式中，p溝道薄膜晶體管1012、電流控制薄膜晶體管1016、n溝道薄膜晶體管1013、開關(guān)薄膜晶體管1015以及取樣電路薄膜晶體管1014可以在一個(gè)襯底上同時(shí)形成。
在該實(shí)施例模式中，描述了底面發(fā)射EL顯示裝置，其中像素電極是透明導(dǎo)電薄膜，其它電極是MgAg電極。然而，本發(fā)明不限于這種結(jié)構(gòu)，通過形成具有光屏蔽材料的像素電極和形成具有透明導(dǎo)電薄膜的其它電極，可以制作頂部發(fā)射的EL顯示裝置。此外，通過使用透明導(dǎo)電薄膜形成兩種電極，可以制作雙面發(fā)射的EL顯示裝置。
圖13示出了顯示裝置的示意圖。在襯底1300上形成柵極-信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路1301、源極-信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路1302以及具有多個(gè)像素1303的像素部分1304。柵極-信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路1301和源極-信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路1302與一個(gè)FPC(柔性印刷電路)1305相連。圖12中示出的每個(gè)p溝道薄膜晶體管1012和n溝道薄膜晶體管1013可以用于源極-信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路或柵極-信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路。
源極-信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路1302包括移位寄存器電路、電平移動(dòng)電路以及取樣電路。時(shí)鐘信號(hào)(CLK)和起始脈沖信號(hào)(SP)輸入到移位寄存器電路，該電路輸出一個(gè)用于取樣視頻信號(hào)的取樣信號(hào)。從移位寄存器輸出的該取樣信號(hào)被輸入到電平移動(dòng)電路，并且將該信號(hào)放大。放大的取樣信號(hào)然后被輸入到取樣電路。該取樣電路通過取樣信號(hào)對(duì)從外部輸入的視頻信號(hào)進(jìn)行取樣，并將信號(hào)輸入到像素部分。
這樣，在根據(jù)該實(shí)施例模式制造的半導(dǎo)體裝置中，可以實(shí)現(xiàn)高速操作和高性能。此外，可以簡(jiǎn)化制造工藝。
本發(fā)明不限于具有上述結(jié)構(gòu)的顯示裝置，并可以應(yīng)用到各種顯示裝置的制造工藝中。
(實(shí)施例模式8)該實(shí)施例模式中，描述了根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置的實(shí)例。該實(shí)施例模式中，相同的附圖標(biāo)記用于表示與實(shí)施例模式1到7相同的部分，省略了對(duì)它們的詳細(xì)描述。
通過和實(shí)施例模式3中相同的步驟，在絕緣襯底100上形成沒有LDD結(jié)構(gòu)的n溝道薄膜晶體管1201和1203以及p溝道薄膜晶體管1202(圖14A)。然而，n溝道薄膜晶體管和p溝道薄膜晶體管的每個(gè)結(jié)構(gòu)不限于上述結(jié)構(gòu)，可以采用實(shí)施例模式1到3中描述的任意結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)指出可以在形成側(cè)壁之前注入雜質(zhì)離子來形成沒有LDD結(jié)構(gòu)的p溝道薄膜晶體管。
接著，在層間絕緣薄膜1200和導(dǎo)線1210上還形成層間絕緣薄膜1204。然后，使用光掩模，形成抗蝕劑掩模，通過干法刻蝕部分地去除層間絕緣薄膜1204以形成開孔(接觸孔)。在形成該接觸孔的過程中，四氟化碳(CF4)、氧氣(O2)和氦氣(He)用作刻蝕氣體，流量比為CF4∶O2∶He等于50∶50∶30sccm。應(yīng)當(dāng)指出接觸孔的底面到達(dá)與n溝道薄膜晶體管1203連接的導(dǎo)線1210。
然后，在去除抗蝕劑掩模之后，在整個(gè)表面上形成導(dǎo)電薄膜，并執(zhí)行刻蝕，以形成像素電極1205，該像素電極1205與n溝道薄膜晶體管1203電連接(圖14B)。該實(shí)施例模式中，制作了反射液晶顯示板；因此，通過濺射方法使用光反射金屬材料例如Ag(銀)、Au(金)、Cu(銅)、W(鎢)或Al(鋁)形成像素電極1205。
在制造透光液晶顯示板的情況下，使用透明導(dǎo)電薄膜例如氧化銦錫、包含氧化硅、氧化鋅或氧化錫的氧化銦錫形成像素電極1205。
經(jīng)過上述步驟，制作完成液晶顯示裝置的薄膜晶體管襯底，其中作為像素部分的薄膜晶體管的n溝道薄膜晶體管1203、包括n溝道薄膜晶體管1201和p溝道薄膜晶體管1202的CMOS電路1206、以及像素電極1205形成在絕緣襯底100上。
然后，形成定向薄膜1207a以覆蓋像素電極1205，如圖15所示。應(yīng)當(dāng)指出可以由微滴放電(droplet discharge)方法、絲網(wǎng)印刷方法或膠印方法形成定向薄膜1207a。此后，對(duì)定向薄膜1207a的表面執(zhí)行摩擦處理。
在反襯底(counter substrate)1208上，提供由著色層1209a、光屏蔽層(黑色矩陣)1209b以及外涂層1213形成的濾色器，形成由透明電極或反射電極形成的反電極1211，然后，在其上形成定向薄膜1207b。盡管這里沒有示出，但形成密封材料以環(huán)繞與包括n溝道薄膜晶體管1203的像素部分重疊的區(qū)域，其中n溝道薄膜晶體管1203是由微滴放電方法形成的像素薄膜晶體管。
然后，在減小的壓力下滴落液晶合成物1212，以便沒有混合泡沫，且襯底100和1208相互接觸。使用TN模式作為液晶化合物1212的定向模式，其中液晶分子從光入射點(diǎn)到光發(fā)射點(diǎn)被扭轉(zhuǎn)90°。襯底以這樣的方式相互接觸其摩擦方向彼此以直角垂直交叉。
應(yīng)當(dāng)指出，通過分散球形間隙、或提供由樹脂形成的柱狀間隙、或通過提供密封材料中的填充物，可以保持一對(duì)襯底之間的距離。上述柱狀間隙通過使用包含丙烯酸、聚酰亞胺、聚酰亞胺酰胺和環(huán)氧樹脂其中至少一種作為其主要成分的有機(jī)樹脂材料，或具有氧化硅、氮化硅、包含氮的氧化硅中任意一種的無機(jī)材料或它們的疊層形成。
如上所述，該實(shí)施例模式中，可以形成具有較長(zhǎng)壽命的緊湊的液晶顯示裝置。該實(shí)施例模式中制作的液晶顯示裝置可以用作各種電子設(shè)備的顯示部分。
該實(shí)施例模式中，描述了具有單柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管；然而，本發(fā)明不限于單柵結(jié)構(gòu)，可以采用具有多個(gè)溝道形成區(qū)域的多柵薄膜晶體管，例如雙柵薄膜晶體管。
(實(shí)施例模式9)根據(jù)本發(fā)明，可以制造各種電子設(shè)備。例如，攝影機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、投影儀、頭部安裝的顯示器(護(hù)目鏡型顯示器)、車載導(dǎo)航系統(tǒng)，車載立體聲、個(gè)人計(jì)算機(jī)、游戲機(jī)、便攜式信息終端(例如便攜式計(jì)算機(jī)、便攜式電話或電子圖書)、配備有記錄介質(zhì)的圖像再現(xiàn)裝置(尤其是能夠再現(xiàn)記錄介質(zhì)(諸如數(shù)字化視頻光盤(DVD))和包括能夠在其上顯示圖像的顯示部分的裝置)等。在圖16A到16D中示出它們的特定實(shí)例。
圖16A示出了個(gè)人計(jì)算機(jī)，它包括主體2101、機(jī)箱2102、顯示部分2103、鍵盤2104、外部連接端口2105、鼠標(biāo)2106等。本發(fā)明用于制造顯示部分2103。根據(jù)本發(fā)明，可以提供高速操作和高性能的個(gè)人計(jì)算機(jī)。
圖16B示出了包括記錄介質(zhì)的圖像再現(xiàn)裝置(尤其是，DVD再現(xiàn)裝置)，它包括主體2201、機(jī)箱2202、顯示部分A 2203、顯示部分B 2204、記錄介質(zhì)(DVD等)讀取部分2205、操作鍵2206、揚(yáng)聲器部分2207等。顯示部分A 2203主要顯示圖像信息，顯示部分B 2204主要顯示字符信息。本發(fā)明用于制造顯示部分A 2203和顯示部分B 2204。根據(jù)本發(fā)明，既便圖像再現(xiàn)裝置被微型化且精確地形成導(dǎo)線等，仍可以提供高速操作和高性能的個(gè)人計(jì)算機(jī)。
圖16C示出了便攜式電話，它包括主體2301、音頻輸出端口2302、音頻輸入端口2303、顯示部分2304、操作開關(guān)2305、天線2306等。通過將根據(jù)本發(fā)明制造的顯示裝置用于顯示部分2304，既便便攜式電話被微型化且導(dǎo)線等被精確形成，仍可提供具有高速操作和高性能的便攜式電話。
圖16D示出了攝像機(jī)，它包括主體2401、顯示部分2402、機(jī)箱2403、外部連接端口2404、遠(yuǎn)程控制接收器2405、圖像接收部分2406、電池2407、音頻輸入部分2408、接目鏡部分2409、操作鍵2410等。本發(fā)明可以用于制造顯示部分2402。通過將根據(jù)本發(fā)明制造的顯示裝置用于顯示部分2402，既便攝像機(jī)被微型化且導(dǎo)線等被精確形成，仍可以制作能夠顯示高質(zhì)量圖像的高度可靠的攝像機(jī)。該實(shí)施例模式可以和前面實(shí)施例模式自由組合。
特別是，用于這種電子設(shè)備的顯示部分的顯示裝置包括用于驅(qū)動(dòng)像素的薄膜晶體管，根據(jù)電路，所需的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)相互不同。通過采用本發(fā)明，可以高精度地制造用于各種電路的具有合適結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管；因此，可以高產(chǎn)量地制造高質(zhì)量的電子設(shè)備。
如上所述，本發(fā)明的應(yīng)用范圍極為廣泛，本發(fā)明可以用于各種領(lǐng)域的電子設(shè)備。
本申請(qǐng)基于2005年4月28日提交到日本專利局的日本專利申請(qǐng)，序列號(hào)為no.2005-133661，此處引用其全部?jī)?nèi)容作為參考。
權(quán)利要求
1.一種制造薄膜晶體管的方法，包括以下步驟在具有絕緣表面的襯底上形成非晶半導(dǎo)體薄膜；通過晶化該非晶半導(dǎo)體薄膜形成晶體半導(dǎo)體薄膜；通過刻蝕該晶體半導(dǎo)體薄膜形成島狀半導(dǎo)體薄膜；在該島狀半導(dǎo)體薄膜上形成柵極絕緣薄膜；在該柵極絕緣薄膜上形成導(dǎo)電薄膜；通過刻蝕該導(dǎo)電薄膜形成柵電極；以及通過使用高密度等離子體氧化該柵電極表面而使柵電極變細(xì)。
2.一種制造薄膜晶體管的方法，包括以下步驟在具有絕緣表面的襯底上形成非晶半導(dǎo)體薄膜；通過晶化該非晶半導(dǎo)體薄膜形成晶體半導(dǎo)體薄膜；通過刻蝕該晶體半導(dǎo)體薄膜形成島狀半導(dǎo)體薄膜；在該島狀半導(dǎo)體薄膜上形成柵極絕緣薄膜；在該柵極絕緣薄膜上形成導(dǎo)電薄膜；通過刻蝕該導(dǎo)電薄膜形成柵電極；通過使用高密度等離子體氧化柵電極表面而使柵電極變細(xì)；以及去除該柵電極表面上形成的氧化物薄膜。
3.一種制造薄膜晶體管的方法，包括以下步驟在具有絕緣表面的襯底上形成非晶半導(dǎo)體薄膜；通過晶化該非晶半導(dǎo)體薄膜形成晶體半導(dǎo)體薄膜；通過刻蝕該晶體半導(dǎo)體薄膜形成島狀半導(dǎo)體薄膜；在該島狀半導(dǎo)體薄膜上形成柵極絕緣薄膜；在該柵極絕緣薄膜上形成導(dǎo)電薄膜；通過刻蝕導(dǎo)電薄膜形成柵電極；通過使用高密度等離子體氧化柵電極表面而使柵電極變細(xì)；使用該柵電極作為掩模，向該島狀半導(dǎo)體薄膜摻雜第一雜質(zhì)離子；在該柵電極側(cè)面上形成側(cè)壁；以及使用該柵電極和側(cè)壁作為掩模，向該島狀半導(dǎo)體薄膜摻雜第二雜質(zhì)離子，以具有比第一雜質(zhì)離子高的濃度。
4.一種制造薄膜晶體管的方法，包括以下步驟在具有絕緣表面的襯底上形成非晶半導(dǎo)體薄膜；通過晶化該非晶半導(dǎo)體薄膜形成晶體半導(dǎo)體薄膜；通過刻蝕該晶體半導(dǎo)體薄膜形成島狀半導(dǎo)體薄膜；在該島狀半導(dǎo)體薄膜上形成柵極絕緣薄膜；在該柵極絕緣薄膜上形成導(dǎo)電薄膜；通過刻蝕導(dǎo)電薄膜形成柵電極；通過使用高密度等離子體氧化柵電極表面而使柵電極變細(xì)；去除柵電極表面上形成的氧化物薄膜；使用該柵電極作為掩模，向該島狀半導(dǎo)體薄膜摻雜第一雜質(zhì)離子；在該柵電極側(cè)面上形成側(cè)壁；以及使用該柵電極和側(cè)壁作為掩模，向該島狀半導(dǎo)體薄膜摻雜第二雜質(zhì)離子，以具有比第一雜質(zhì)離子高的濃度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中高密度等離子體的高電子密度是1.0×1011cm-3到1.0×1013cm-3，且電子溫度是0.5到1.5eV。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中高密度等離子體的高電子密度是1.0×1011cm-3到1.0×1013cm-3，且電子溫度是0.5到1.5eV。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中高密度等離子體的高電子密度是1.0×1011cm-3到1.0×1013cm-3，且電子溫度是0.5到1.5eV。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中高密度等離子體的高電子密度是1.0×1011cm-3到1.0×1013cm-3，且電子溫度是0.5到1.5eV。
9.一種薄膜晶體管，包括具有絕緣表面的襯底；在該襯底上形成的島狀半導(dǎo)體薄膜；以及在該島狀半導(dǎo)體薄膜上形成的柵電極，其中使用高密度等離子體在柵電極的表面上形成氧化物薄膜，以及其中該氧化物薄膜包含稀有氣體元素。
10.一種薄膜晶體管，包括具有絕緣表面的襯底；在該襯底上形成的具有LDD區(qū)域的島狀半導(dǎo)體薄膜；以及在該島狀半導(dǎo)體薄膜上形成的柵電極，其中使用高密度等離子體在柵電極的表面上形成氧化物薄膜，以及其中該氧化物薄膜包含稀有氣體元素。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的薄膜晶體管，其中該薄膜晶體管包含在RFID中。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的薄膜晶體管，其中該薄膜晶體管包含在RFID中。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的薄膜晶體管，其中該薄膜晶體管包含在CPU中。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的薄膜晶體管，其中該薄膜晶體管包含在CPU中。
15.根據(jù)權(quán)利要求9的薄膜晶體管，其中該薄膜晶體管包含在液晶顯示裝置中。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的薄膜晶體管，其中該薄膜晶體管包含在液晶顯示裝置中。
17.根據(jù)權(quán)利要求9的薄膜晶體管，其中該薄膜晶體管包含在EL示裝置中。
18.根據(jù)權(quán)利要求10的薄膜晶體管，其中該薄膜晶體管包含在EL顯示裝置中。
19.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中第一雜質(zhì)離子和第二雜質(zhì)離子是相同的雜質(zhì)離子。
20.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中第一雜質(zhì)離子和第二雜質(zhì)離子是相同的雜質(zhì)離子。
全文摘要
本發(fā)明提供一種薄膜晶體管及其制造方法，其中該晶體管的溝道的基本長(zhǎng)度被縮短以微型化半導(dǎo)體裝置。此外，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，該半導(dǎo)體裝置實(shí)現(xiàn)了高速操作和高性能。而且，此外，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種制造方法，其中制造工藝被簡(jiǎn)化。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具有在具有絕緣表面的襯底上形成的島狀半導(dǎo)體薄膜以及在該島狀半導(dǎo)體薄膜上形成的柵電極，其中通過高密度等離子體氧化該柵電極的表面使該柵電極變細(xì)，且溝道的基本長(zhǎng)度被縮短。
文檔編號(hào)H01L29/786GK1855397SQ20061007722
公開日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2006年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月28日
發(fā)明者磯部敦生, 山崎舜平 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所