專利名稱：具有不同晶體溝道生長(zhǎng)方向的半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用設(shè)在玻璃等之類制成的絕緣襯底上的TFT(薄膜晶體管)的半導(dǎo)體器件，更具體地說，涉及一種可用于有源矩陣型液晶顯示器中的半導(dǎo)體器件。
玻璃等之類制成的絕緣襯底上設(shè)有若干TFT的半導(dǎo)體器件，已知的有圖像傳感器和采用這些TFT作為像素激勵(lì)器的有源矩陣型液晶顯示裝置。
這些裝置中使用的TFT通常采用薄膜狀硅半導(dǎo)體。薄膜狀硅半導(dǎo)體大致分為兩種類型，即非晶硅半導(dǎo)體(a-Si)和晶體硅半導(dǎo)體。最常用的是非晶硅半導(dǎo)體，因?yàn)檫@種半導(dǎo)體制造溫度低，可較容易地用氣相法制造出來，因而生產(chǎn)率高。然而，非晶體硅半導(dǎo)體在諸如導(dǎo)電性之類的物理性能方面比晶體硅半導(dǎo)體差，所以歷來都迫切要求研制出一種制造晶體硅半導(dǎo)體制成的TFT的方法，以便將來得出速率更高的特性。歷來已知的晶體硅半導(dǎo)體有多晶硅、微晶硅、含晶體成分的非晶硅和處于晶態(tài)性能與非晶態(tài)性能之間的中間狀態(tài)的半非晶硅等等。
制造具有這些晶態(tài)性能的薄膜硅半導(dǎo)體的方法，已知有下列幾種(1)制造薄膜時(shí)直接形成晶體薄膜。
(2)先制造非晶薄膜，再加激光束能，從而使其具晶態(tài)性能。
(3)先制造非晶半導(dǎo)體薄膜，再加上熱能，從而使其具晶態(tài)性能。
然而，在方法(1)中，要均勻地在襯底的整個(gè)上表面上形成半導(dǎo)體物理性能優(yōu)異的薄膜，在技術(shù)上有困難。此外，由于薄膜成形溫度高，達(dá)600℃或以上，因而成本方面有問題，以致不能用便宜的玻璃作為襯底。在方法(2)中，舉目前最常用的準(zhǔn)分子激光器的例子的情況來說，首先由于激光束照射的范圍小，因而產(chǎn)生生產(chǎn)率低的問題。此外，激光束在穩(wěn)定性方面也不足以均勻處理大理大面積襯底的整個(gè)上表面，因而目前深信，這個(gè)方法是下一代的技術(shù)課題。在方法(3)中，與方法(1)和方法(2)相比較，有這樣的好處，即它能適應(yīng)襯底大面積的情況。但卻需要600℃或更高的溫度，從應(yīng)用便宜的玻璃的觀點(diǎn)來看，需要進(jìn)一步降低加熱溫度。特別是，目前液晶顯示裝置的體積越來越大，因此，同樣需要采用大幅玻璃襯底。采用這種大幅玻璃襯底時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)重大問題，即半導(dǎo)體制造過程中必然出現(xiàn)的襯底在加熱過程中的收縮或變形破壞了掩模套準(zhǔn)等工序的精度。尤其是在目前最常用的Corning 7059玻璃的情況下，扭變點(diǎn)是593℃，因而普通的熱結(jié)晶法會(huì)使襯底大部分畸變。此外，除溫度問題外，由于目前的工藝要求晶化的加熱時(shí)間達(dá)數(shù)十小時(shí)或以上，因而也要求縮短加熱時(shí)間。
本發(fā)明是為解決上述問題而提出的。更具體地說，本發(fā)明的目的是應(yīng)用通過加熱晶化非晶硅形成的晶化薄膜以制造晶體硅半導(dǎo)體形成的薄膜的方法，提供降低晶化所需的溫度和縮短晶化所需的時(shí)間的一種工藝。用本發(fā)明的工藝制備出來的晶體硅半導(dǎo)體，其物理性能比起那些用普通工藝制造的晶體硅半導(dǎo)體相同或更好，甚至還可以應(yīng)用到TFT的有源層區(qū)域上。
本發(fā)明的另一個(gè)目的，是應(yīng)用上述方法有選擇地在襯底上形成性能合乎要求的TFT。
本發(fā)明者同人就上述制造非晶硅半導(dǎo)體薄膜的方法用CVD(化學(xué)汽相淀積法)法或?yàn)R射法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，通過加熱來使如此形成的薄膜晶化，并研究了實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
首先研究了在玻璃襯底上形成非晶硅薄膜通過加熱進(jìn)行晶化的機(jī)理。結(jié)果，我們觀察到晶體是從玻璃襯底與非晶硅之間的界面開始生長(zhǎng)的，且當(dāng)薄膜的厚度超過一定值時(shí)演變成垂直于襯底前表面的柱形。
我們認(rèn)為，上述現(xiàn)象是由于玻璃襯底與非晶硅薄膜之間的界面存在形成晶體生長(zhǎng)基礎(chǔ)的晶核(形成晶體生長(zhǎng)基礎(chǔ)的種子)，非晶硅薄膜和晶體即從該晶核生長(zhǎng)的。我們認(rèn)為，這種晶核是存在于襯底表面的少量金屬元素雜質(zhì)或存在于玻璃表面的晶體成分(我們認(rèn)為，玻璃襯底表面存在有氧化硅的晶體成分，即所謂晶化玻璃)。
因此我們認(rèn)為，更積極地引入晶核可以降低晶化溫度，為證明這個(gè)效果，在襯底上形成少量另外的金屬，在該金屬上于是形成有非晶硅制成的薄膜。接著又進(jìn)行了通過加熱進(jìn)行晶化的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果證實(shí)了，在襯底上加幾種金屬時(shí)，晶化溫度下降，果然如預(yù)料的那樣發(fā)生了以雜質(zhì)作為晶核的晶體生長(zhǎng)現(xiàn)象。于是我們更詳細(xì)地研究了多種雜質(zhì)金屬能降低溫度的機(jī)理。多種雜質(zhì)金屬為鎳(Ni)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鈀(Pd)和鉑(Pt)。
晶化過程可分為兩個(gè)階段，即初始生核階段和從晶核產(chǎn)生的晶體生長(zhǎng)階段。我們測(cè)定了直到在給定溫度下細(xì)晶在點(diǎn)樣圖中產(chǎn)生所經(jīng)過的時(shí)間，以此來研究初始產(chǎn)生晶核的速率。事先制備由上述雜質(zhì)金屬制成的薄膜時(shí)制成的非晶硅薄膜，其上述時(shí)間在任何情況下都縮短了，同時(shí)證實(shí)了，引入晶核時(shí)，具有降低晶化溫度的作用。此外，我們還改變加熱時(shí)間來研究晶粒在晶核產(chǎn)生之后的生長(zhǎng)過程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在金屬膜上形成的非晶硅薄膜晶化時(shí)，甚至晶體生長(zhǎng)在晶核生長(zhǎng)之后的速率也顯著增加。這出乎我們的意料之外。但在現(xiàn)有情況下，這個(gè)機(jī)理得不到解釋，我們假設(shè)發(fā)生了某種催化作用。
在任何情況下，有一點(diǎn)是可以肯定的，即在含有少量某種金屬的薄膜上形成非晶硅制成的薄膜再通過加熱連同上述兩種作用進(jìn)行晶化時(shí)，在580℃或以下的溫度歷時(shí)大約四小時(shí)可得出充分的晶態(tài)性能，這是按慣例所不能預(yù)料的。具有這種作用的雜質(zhì)金屬中，效果最顯著和為本發(fā)明者同人所選用的材料是鎳。
現(xiàn)在舉例說明鎳如何具有這種作用。在用等離子體CVD法的未經(jīng)過任何處理的襯底(Corning 7059)上(即襯底上不形成小量鎳制成的薄膜)形成非晶硅制成的薄膜是通過在氮?dú)夥罩屑訜徇M(jìn)行晶化的情況下，若加熱溫度為600℃，則加熱時(shí)間需要10小時(shí)或以上。然而，在采用在形成有小量鎳制成的薄膜的襯底上形成的非晶硅制成的薄膜的情況下，加熱大約四小時(shí)即可達(dá)到同樣的晶化狀態(tài)。這時(shí)對(duì)晶化的評(píng)價(jià)是采用拉曼光譜進(jìn)行的。即使從這一點(diǎn)也可知道，鎳的作用是非常大的。
從上述說明可知，在小量鎳制成的薄膜上形成非晶硅制成的薄膜的情況下，可以降低晶化溫度并縮短晶化所需的時(shí)間。假設(shè)用這種工藝制造TFT，這里就此進(jìn)行更詳細(xì)的說明。稍后即將說明，即使鎳薄膜不僅是在襯底上(即非晶硅薄膜底側(cè))而且也在非晶硅薄膜上形成，還是可以獲得同樣的效果，在離子注入工藝和等離子體工藝中也是如此。因此以下在本說明書中，一系列這類工藝都叫做“小量鎳加入”法。此外，制造非晶硅薄膜時(shí)也可以加入小量的鎳。
首先說明小量鎳加入法。
應(yīng)該肯定的是，無論是用在襯底上形成小量鎳制成的薄膜然后形成非晶硅制成的薄膜的方法或是用先形成非晶硅薄膜再形成小量鎳的薄膜的方法都可以加小量的鎳，因?yàn)檫@兩種方法都同樣具有降溫效果。此外，薄膜成形的方法可以采用濺射法、汽相淀積法、CVD法和采用等離子體的方法，這樣就局限于某特殊方法或?yàn)樵摲椒ㄋ拗啤Ｈ欢?，?dāng)小量鎳制成的薄膜是在襯底上形成時(shí)，實(shí)際上值得注意的是先在Corning 7059玻璃襯底上形成氧化硅制成的薄膜(墊底薄膜)，然后再在其上形成小量鎳制成的薄膜，而不是直接在Corning 7059襯底上形成小量鎳制成的薄膜。這是因?yàn)樵诖饲闆r下重要的一點(diǎn)是使晶化在低溫下進(jìn)行，使硅直接與鎳接觸，而在Corning 7059型玻璃的情況下，硅以外的成分妨礙了硅與鎳之間的接觸或反應(yīng)。
作為小量鎳的加入方法，甚至在用離子注入法加鎳代替將鎳薄膜形成得使其與非晶硅的上部分或下部分接觸的作法的情況下，證實(shí)了可以取得基本上相同的效果。至于鎳的量，加入1×1015原子／立方厘米或以上的鎳時(shí)，證實(shí)了晶化溫度下降。然而，當(dāng)加入量為5×1019原子／立方厘米或以上時(shí)，拉曼光譜中的峰的形狀與單是硅物質(zhì)的顯然不同。因此最好采用1×1015原子／立方厘米至1×1019原子／立方厘米的范圍。鎳的密度為5×1019原子／立方厘米或以上時(shí)，局部有NiSi產(chǎn)生，從而使半導(dǎo)體的特性變壞。鎳的密度為1×1015原子／立厘米或以下時(shí)，鎳的催化作用變差。在晶化狀態(tài)下，隨著鎳密度的下降，得出的效果更優(yōu)異。
其次說明加入小量鎳情況下的晶體結(jié)構(gòu)。如上所述，在不加鎳的情況下，我們知道，各晶核是從例如襯底的界面等之類的晶核無規(guī)則地出現(xiàn)的，晶體地從各晶核無規(guī)則地生長(zhǎng)成一定厚度的薄膜，至于薄膜更厚時(shí)，晶體就呈柱形生長(zhǎng)，其取向(110)通常是取垂直于襯底的方向。當(dāng)然，可以看到晶體在整個(gè)薄膜上基本上均勻生長(zhǎng)。相反，在這時(shí)加有小時(shí)鎳的TFT的情況下，有這樣的特點(diǎn)，即晶體在加有鎳的部位的生長(zhǎng)與在靠近該部位的生長(zhǎng)不同。就是說，在加有鎳的部位，通過透射電子束顯微照相經(jīng)探明，所加入的鎳或鎳與硅的化合物構(gòu)成晶核，同樣，在不加入鎳的情況下，生長(zhǎng)出基本上垂直于襯底的柱形晶體。這時(shí)，即使在靠近上述小量鎳不直接加入的部位，也證實(shí)了晶體是在低溫下進(jìn)行的。在該部分，觀察到晶體呈針狀或柱狀平行于襯底生長(zhǎng)的這種特殊的晶體生長(zhǎng)現(xiàn)象。觀察到晶體橫向平行于襯底生長(zhǎng)是從加入的小量鎳最大為數(shù)百微米的部位開始的，此外還發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間的推移和溫度的升高，生長(zhǎng)量成比例增加。舉例說，在550℃下歷時(shí)四小時(shí)可以觀察到40微米的生長(zhǎng)幅度。
我們認(rèn)為，晶體是以針形或柱形的形成從上述鎳直接加入的部位平行于襯底生長(zhǎng)的，且晶粒間界的影響在生長(zhǎng)方向上是很小的。就是說，由于晶體生長(zhǎng)是以針狀或柱狀的形式進(jìn)行的，晶粒邊界在該方向的影響是極小的。
這里讓我們看看有源矩陣型液晶顯示裝置。應(yīng)該指出，在有源矩陣型液晶顯示裝置中，外圍電路TFT所要求的特性是與像素部分的TFT所要求的特性不同的。就是說，制造外圍電路驅(qū)動(dòng)器的TFT，為讓導(dǎo)通狀態(tài)的大電流流過，必須具有高的遷移率，而制造像素部分的TFT為了提高電荷保持能力不是提高遷移率，而是要求抑制截止?fàn)顟B(tài)電流。
因此，在應(yīng)用本發(fā)明的情況下，采用上述晶體在平行襯底的方向生長(zhǎng)的晶體硅薄膜，且外圍電路用的TFT構(gòu)制得使其源極和漏極在平行于晶體生長(zhǎng)方向的方向形成，而像素使用的TFT構(gòu)制得使其源極和漏極在垂直于晶體生長(zhǎng)方向的方向形成。就是說，外圍電路的TFT構(gòu)制得使載流子流動(dòng)時(shí)最大限度地使其不受晶界的影響，而其像素用的TFT則構(gòu)制得使載流子流動(dòng)時(shí)越過晶界，從而使源極與漏極間的電阻高，以降低截止?fàn)顟B(tài)的電流。
上述結(jié)構(gòu)的原理是，利用載流子在源極與漏極之間的流通，令源極與漏極的方向(源極與漏極之間連線的方向)平行于或垂直于上述晶體生長(zhǎng)的方向，從而制取合乎性能的TFT。就是說，其基本原理如下。載流子移動(dòng)時(shí)，選取使載流子平行于呈針狀或柱狀形式生長(zhǎng)的晶體的晶界流動(dòng)(即平行于晶體生長(zhǎng)方向的方向)或使載流子垂直于呈針狀或柱狀形式生長(zhǎng)的晶界流動(dòng)(即垂直于晶體生長(zhǎng)方向的方向)，從而制取遷移率高的TFT或載止?fàn)顟B(tài)電流小的TFT。
用晶體生長(zhǎng)方向平行于襯底表面的晶體硅薄膜制造TFT時(shí)，源極和漏極各區(qū)都沿晶體生長(zhǎng)方向形成，因而能制取載流子的流動(dòng)幾乎不受晶界影響的遷移率高的TFT。此外，源極和漏極垂直于晶體生長(zhǎng)的方向形成，因而載流子的運(yùn)動(dòng)受晶界的影響，從而可制取截止?fàn)顟B(tài)電流小的TFT。因此，這些TFT能否與眾不同地制造出來，取決于如何調(diào)定在源極與漏極之間相對(duì)于晶體生長(zhǎng)方向流動(dòng)的載流子流動(dòng)方向。
附在本說明書中且構(gòu)成本說明書的一部分的附圖，與本說明書結(jié)合起來，用以說明本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)和原理。附圖中

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意圖；圖2A至2D示出了本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造過程的剖視圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例半導(dǎo)體器件的示意圖；圖4A至4D示出了本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造過程的剖視圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意圖。
現(xiàn)在參看附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
圖1示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意圖。圖1是液晶顯示器從其一個(gè)上表面看法的視圖，可以看到呈矩陣形式的像素部分，和外圍電路部分。本實(shí)施例是激勵(lì)各像素的TFT和構(gòu)成外圍電路的TFT在絕緣襯底(例如玻璃襯底)上形成的一個(gè)實(shí)例。在本實(shí)施例中，采用晶體生長(zhǎng)方向平行于襯底的晶體硅薄膜作為構(gòu)成TFT的半導(dǎo)體薄膜，用作外圍電路的TFT則設(shè)計(jì)得使載流子在TFT工作時(shí)的流動(dòng)方向取得使其平行于晶體硅薄膜的晶體生長(zhǎng)方向，用作像素部分的TFT則設(shè)計(jì)得使載流子在TFT工作時(shí)的流動(dòng)方向垂直于晶體硅薄膜的晶體生長(zhǎng)方向。
以下圖2A至2D中所示的是構(gòu)成外圍電路的NTFT和PTFT互補(bǔ)電路的制造過程，圖4A至4D中所示的是形成像素的NTFT的制造過程。這兩個(gè)過程是在同一個(gè)襯底上進(jìn)行的，且共同的過程是同時(shí)進(jìn)行的。就是說，圖2A至2D分別與圖4A至4D對(duì)應(yīng)得使圖2A的過程與圖4A的過程同時(shí)時(shí)行，圖2B的過程與圖4B的過程同時(shí)進(jìn)行。
圖2A至2D示出了構(gòu)成外圍電路的NTFT和PTFT的互補(bǔ)電路的制造過程，圖4A至4D示出了設(shè)在像素上的NTFT的制造過程。首先，用濺射法在玻璃襯底(Corning 7059)上形成厚2000埃的氮化硅墊底薄膜。接著，用金屬掩模制成掩模，在墊底薄膜102上形成氧化硅薄膜等。連同掩模103一起，墊底薄膜102以多個(gè)狹縫的形式暴露出來。就是說，圖1A的情況從頂面看去時(shí)，墊底薄膜102呈多個(gè)狹縫的形式暴露出來，其它部分則掩蔽起來。這時(shí)，在圖4A至4D所示的像素部分的TFT中，有一個(gè)部分中的墊底薄膜102以多個(gè)狹縫的形式在紙面的正側(cè)或后側(cè)暴露出來。這里參照?qǐng)D5說明這個(gè)關(guān)系。圖5中，沿A-A＇線截取的剖面對(duì)應(yīng)于圖4C或4D。圖4A至4D中，編號(hào)115表示溝道形成區(qū)。如圖5中所示，在對(duì)應(yīng)于圖2A的過程中，在用編號(hào)100表示的區(qū)域內(nèi)，墊底薄膜呈多個(gè)狹縫的形式暴露出來。
加上上述掩模103之后，用濺射法在掩模103上形成厚5至200埃(例如20埃)的硅化鎳薄膜(化學(xué)式NiSix，0．4≤X≤2．5，例如，X=2．0)。接著，除去掩模103，于是區(qū)域100上局部形成硅化鎳薄膜。就是說，小量的鎳局部加到區(qū)域100上。
下一部工序是用等離子體CVD法在區(qū)域100上形成厚500至1500埃(例如1000埃)的本征i型的非晶硅薄膜104。然后在氫還原氣氛中(氫分壓最好為0．1至1個(gè)大氣壓)或惰性氣氛(大氣壓)中將薄膜104在550℃下退火四小時(shí)，使其晶化。退火溫度可取450℃或以上，但若退火溫度高，該方法會(huì)變得與普通的方法一樣。因此退火溫度以450至550℃為宜。
這時(shí)，在局部形成有鎳硅薄膜的區(qū)域100中，硅薄膜104在垂直于襯底101的方向上晶化。這時(shí)，在箭頭105所示的區(qū)域100的周邊區(qū)域中，晶體從區(qū)域100朝側(cè)向(在平行于襯底的方向)生長(zhǎng)。接著，從稍后即將談到的可知，在圖2A至2D所示的外圍電路部分的TFT中，源區(qū)和漏區(qū)是在晶體生長(zhǎng)方向上形成的。此外，從圖5中可知，在設(shè)在像素部分上的TFT中，源極與漏極的連線垂直于箭頭105所示的晶體生長(zhǎng)方向。在上述晶體生長(zhǎng)的時(shí)間，在平行于襯底方向的晶體生長(zhǎng)距離在40微米左右。
經(jīng)過上述過程，非晶薄膜晶化，從而制取晶體硅薄膜104。接著，分離各元件，并除去不同的晶體硅薄膜104，于是形成元件區(qū)。在該過程中，若TFT的有源層(源區(qū)和漏區(qū)以及形成有溝道形成區(qū)的部分)取40微米以內(nèi)，則有源層可由圖2A至2D中的晶體硅薄膜構(gòu)成。當(dāng)然，若至少溝道形成區(qū)由晶體硅薄膜構(gòu)成，則還可以增加有源區(qū)的長(zhǎng)度。
這之后，用濺射法在元件區(qū)上形成1000埃厚的氧化硅薄膜106，作為柵極絕緣薄膜。濺射時(shí)，以氧化硅作靶，濺射時(shí)的襯底溫度為200至400℃，例如，350℃，且濺射氣氛中含氧和氬時(shí)，氬對(duì)氧的比值取0至0．5，例如0．1或以上。接下去的工序是用濺射法在薄膜106上形成厚6000至8000埃(例如6000埃)的鋁膜(含0．1至2％的硅)。氧化硅薄膜106和鋁膜的形成過程最好依次進(jìn)行。
接著，將鋁膜制成一定的形狀使其形成柵電極107和109。不言而喻，這些過程在圖2C和4C中是同時(shí)進(jìn)行的。此外，對(duì)鋁電極進(jìn)行陽極氧化處理，從而在電極上形成氧化膜108和110。該陽極氧化處理是在含1％至5％酒石酸的乙二醇溶液中進(jìn)行的。得出的氧化層108和110的厚度為2000埃。鑒于氧化物108和110的厚度達(dá)到在接下去將進(jìn)行的離子摻雜工序中偏離柵區(qū)所需要的厚度，因而偏離柵區(qū)的長(zhǎng)度可在上述陽極氧化過程中確定。
接著，以柵電極107、柵電極107周邊的氧化層108、柵電極109和其周邊的氧化物層110為掩模，用離子摻雜法將雜質(zhì)(磷和硼)注入有源區(qū)中。作為摻雜氣，這里采用磷化氫(PH3)和乙硼烷(B2H6)，前者的加速電壓為60至90千伏；例如65千伏，后者的加速電壓為40至80千伏，例如65千伏。劑量為1×1015至8×1015厘米-2例如，磷為2×1015厘米-2，硼為5×1015厘米-2。摻雜時(shí)，無需摻雜的部位用光致抗蝕劑蓋起來，以便局部摻入相應(yīng)的元素。結(jié)果，分別形成n型雜質(zhì)區(qū)114和116以及P型雜質(zhì)區(qū)111和113，從而分別形成P溝道TFT(PTFT)區(qū)和n溝道TFT(NTFT)區(qū)，如圖2C中所示。此外，與此同時(shí)，如圖4C和5中所示，可以形成n溝道TFT。
這之后，進(jìn)行退火，即用激光束照射來激活因離子注入而產(chǎn)生的雜質(zhì)。激光束采用KrF準(zhǔn)分子激光(波長(zhǎng)248納米，脈沖寬度20納秒)，但也可采用各種不同的激光，激光束照射的條件是，能量密度200至400毫焦／平方厘米，例如250毫焦／平方厘米，發(fā)射次數(shù)2至10次，例如，每處發(fā)射兩次。發(fā)射激光束時(shí)，將襯底加熱到200至450℃左右有好處。在用激光進(jìn)行退火的過程中，由于鎳已分散到事先已晶化的部位，因而用激光束照射就不難進(jìn)行再晶化，從而不難激活已摻以雜質(zhì)形成P型的摻雜區(qū)111和113以及已摻以雜質(zhì)形成n型的摻雜區(qū)114和116。
其次，在外圍電路部分中，如圖2D中所示，用等離子體CVD法形成厚6000埃的氧化硅薄膜118，作為層間絕緣體，再在氮化硅薄膜118上開接觸孔，然后用金屬材料，例如多層氮化鈦和鋁制成的薄膜，制取TFT的各電極和配線117、120和119。此外，在像素部分，如圖4D中所示，形成氧化硅層間絕緣體并在其上開設(shè)接觸孔之后，在其上形成構(gòu)成像素電極的ITO電極212，再形成金屬配線213和214。最后在350℃下在1個(gè)大氣壓的氫氣氛中退火30分鐘，從而完成TFT電路或TFT(圖1D和4D)。
在圖2D所示的結(jié)構(gòu)中，為示出局部加鎳的部位與TFT之間的關(guān)系，在圖3中示出了圖2D半導(dǎo)體器件從頂面看去的示意圖。圖3中，將小量鎳局部加到用編號(hào)100表示的部位中，然后通過熱退火合晶體從該部位橫向(在紙表面的左右方向)如箭頭105所示的那樣生長(zhǎng)。然后在晶體生長(zhǎng)已橫向發(fā)展的部位中，形成源區(qū)111、漏區(qū)113和溝道形成區(qū)112，作為PFET。同樣，形成源區(qū)114、漏區(qū)116和溝道形成區(qū)115作為NFET。就是說，在外圍電路部分中，在源極與漏極之間，載流子流動(dòng)的方向與晶體生長(zhǎng)的方向105一致。因此，由于載流子在流動(dòng)的過程中沒有通過晶界，因而可使遷移率特別高。
另一方面，在形成于圖4D所示的像素部分中的NTFT中，如圖5中所示，由于在源區(qū)和漏區(qū)中流動(dòng)的載流子垂直于晶體生長(zhǎng)的方向105，這些載流子流動(dòng)時(shí)必然越過大量晶界。就是說，源極與漏極之間的電阻增高，導(dǎo)通狀態(tài)電流值和截止?fàn)顟B(tài)電流值都減小。然而，由于可以減小截止?fàn)顟B(tài)電流的絕對(duì)值，因而提高了像素電極(在圖4D的情況為ITO電極212)保持電荷的功能。因此，若已求出所要求的導(dǎo)通／截止比，可以選取圖4D和5所示的結(jié)構(gòu)，將截止?fàn)顟B(tài)電流小的TFT應(yīng)用到像素電極上。
在本實(shí)施例中，引入Ni的方法采用了這樣的方法在非晶硅薄膜104下面的墊底薄膜102的表面上局部形成Ni薄膜(它特別薄，因而難以將其視為薄膜)，然后令晶體從該部分生長(zhǎng)。不然也可以在形成非晶硅薄膜104之后，往其上部表面加入小量鎳。就是說，晶體生長(zhǎng)可以從非晶硅薄膜上部表面或下部表面開始。此外也可采用先形成非晶硅薄膜再用離子摻雜法往非晶硅薄膜104中注入鎳離子的方法。此外，還可以不形成鎳薄膜而用等離子體處理法加入小量的鎳。
圖2D中所示的電路是具有PTFT和NTFT的互補(bǔ)型CMOS結(jié)構(gòu)。不然在上述過程中，也可以同時(shí)制取兩個(gè)TFT，然后中從其中間切開，從而能同時(shí)制造分立的兩個(gè)TFT。
在有源矩陣型液晶顯示器中，外圍電路部分的TFT由令晶體沿平行于載流子流動(dòng)方向生長(zhǎng)得出的晶體硅薄膜構(gòu)成，像素部分的TFT則由令晶體沿垂直于載流子流動(dòng)方向生長(zhǎng)得出的晶體硅薄膜構(gòu)成，從而使外圍電路可以構(gòu)制得可以進(jìn)行高速操作，像素部分可以構(gòu)制得使其形成保持電荷所需要的截止?fàn)顟B(tài)電流值小的TFT。
上述對(duì)本發(fā)明的一些最佳實(shí)施例所作的說明是為了舉例說明和介紹而進(jìn)行的，這里并不想毫無遺漏地詳盡說明本發(fā)明或把本發(fā)明限制在所公開的完全一模一樣的形式，根據(jù)上述教導(dǎo)或通過對(duì)本發(fā)明的實(shí)踐是可以作出種種修改和提出各種方案的。選取和說明上述實(shí)施例是為了說明本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，使本技術(shù)領(lǐng)域的行家們可以在各種不同的實(shí)施例中并用各種不同適用用于特定設(shè)想的用途的修改方案應(yīng)用本發(fā)明。我們的意圖是，本發(fā)明的范圍由本說明書所附的權(quán)利要求書及其等效內(nèi)容確定。
權(quán)利要求
1．一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括下列步驟在一襯底上形成基本上是非晶的硅膜；在形成所述硅膜的前或后，將一能促進(jìn)結(jié)晶的金屬元素引進(jìn)所述硅膜；通過加熱使所述硅膜結(jié)晶，使得晶體在和一部分加入了所述金屬元素的區(qū)域毗鄰的所述襯底表面大約相平行的方向上生長(zhǎng)；以及在該硅膜的所述區(qū)域里形成多個(gè)薄膜晶體管，其中一部分的所述薄膜晶體管以這樣的方式設(shè)置，使得其結(jié)晶硅膜的晶體生長(zhǎng)方向與沿著載流子流動(dòng)的方向成第一角度，而另一部分的所述薄膜晶體管以這樣的方式設(shè)置，使得其結(jié)晶硅膜的晶體生長(zhǎng)方向與沿著載流子流動(dòng)的方向成第二角度，所述第一角度與所述第二角度不同。
2．權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述第一角大約為0°，而所述第二角度大約為90°。
3．權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于所述金屬元素是選自Ni、Co、Pd和Pt組合中的至少一種元素。
4．一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括下列步驟制備一種具有供有源矩陣型液晶顯示器件用的外圍電路部分和象素部分的襯底；在所述襯底上形成基本上是非晶的硅膜；在形成所述硅膜之前或后，將能促進(jìn)結(jié)晶的金屬元素引進(jìn)所述硅膜中；通過加熱使所述硅膜結(jié)晶，使得晶體在和一部分加入了所述金屬元素的區(qū)域毗鄰的所述襯底表面大約相平行的方向上生長(zhǎng)；以及在該硅膜的所述區(qū)域里形成多個(gè)薄膜晶體管；其中一部分的所述薄膜晶體管以這樣的方式設(shè)置，使得其結(jié)晶硅膜的晶體生長(zhǎng)方向與沿著載流子流功的方向成第一角度，而另一部分的所述薄膜晶體管以這樣的方式設(shè)置，使得其結(jié)晶硅膜的晶體生長(zhǎng)方向與沿著載流子流動(dòng)的方向成第二角度，所述第一角度與所述第二角度不同。
5．權(quán)利要求4的方法，其特征在于所述第一角度大約為0°，而所述第二角度大約為90°。
6．權(quán)利要求4或5的方法，其特征在于所述金屬元素是選自Ni、Co、Pd和Pk組合中的至少一種元素。
全文摘要
一種有源矩陳和液晶顯示器,其外圍電路部分中配置有遷移率高能容許大量導(dǎo)通狀態(tài)電流流過的TFT,其像素部分中配置有截止?fàn)顟B(tài)電流小的TFT。這些性能不同的TFT是采用晶體生長(zhǎng)方向平行于襯底的晶體硅薄膜構(gòu)成的。就是說,令晶體生長(zhǎng)方向與載流子流動(dòng)方向之間形成的角度彼此不同從而控制載流子流動(dòng)時(shí)受到的阻力進(jìn)而確定TFT的性能。
文檔編號(hào)H01L21/84GK1206225SQ9810387
公開日1999年1月27日 申請(qǐng)日期1998年2月10日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月10日
發(fā)明者船田文明, 森田達(dá)夫, 田仲廣久, 張宏勇, 高山徹 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所, 夏普公司