[发明专利]薄膜半导体装置及其制造方法

说明书

本申请为2003年9月10日提交的、申请号为03158436.5的、发明名称为“薄膜半导体装置及其制造方法”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及薄膜半导体装置及其制造方法，特别涉及采用阈值电压(VT)不同的薄膜晶体管(TFT)、以至少包含模拟电路部和开关构成的薄膜半导体装置及其制造方法。

背景技术

作为移动电话、移动装置等便携式终端装置或笔记本个人计算机等的监视器，使用了与CRT相比以薄而轻为特征的液晶显示装置或有机EL显示装置等图像显示装置。这些液晶显示装置或有机EL显示装置应用薄膜形成技术在玻璃基板等绝缘性基板上形成具有排列成矩阵状的像素的显示部，利用外附的栅驱动器、数据驱动器等驱动电路对各像素施加与显示对应的信号来控制液晶的取向方向或有机EL元件的发光，以进行图像显示。近年来，随着薄膜形成技术的进步，已能够在与显示部为同一个的基板上用多晶硅形成TFT，已能够以使用多晶硅的TFT电路形成一部分驱动电路。

在便携式终端装置中，求得小型化、低功耗化和高性能化是重要的，与此相随，现正对图像显示装置谋求小型化和低功耗化。作为实现图像显示装置小型化的方法，可以通过在玻璃基板等上一体化地形成显示部和驱动电路，以减少外附部件的数量，从而实现小型化。另外，通过一体化地形成显示部和驱动电路，还可以减小由外附时的连接电阻、向外附连接端子的布线迂回等引起的负载量，从而实现低功耗化。另外，近年来，图像显示装置要求高精细度、鲜明的显示，因而对独立地形成各像素的有源矩阵型显示装置的需求在增长。有源矩阵型显示装置为每个像素设置了开关元件，利用由驱动电路提供的与图像对应的信号和对开关元件进行控制的信号，在开关元件为开态(导通状态)时对各像素施加与图像对应的信号，以进行显示。另外，在将有源矩阵型显示部和驱动电路一体化地形成在玻璃基板等上时，可以同时制作各像素的开关元件(TFT)和在同一基板上形成的驱动电路的TFT。

上述TFT虽然采用n沟道型、p沟道型2种TFT构成，但一般说来，由于倾向于将构成有源层的多晶硅膜n型化，而n沟道型TFT略微有些耗尽，故驱动电力相对增大，关态(关断状态)电流增加。图像显示装置，特别是用于便携式终端装置的图像显示装置，为了降低功耗，至少对开关TFT要求关态电流低，因此，在制造TFT时对n沟道型TFT的沟道区进行掺杂，以对VT进行控制。

该沟道掺杂通常对多个TFT的沟道区一起进行，因而注入多个TFT的掺杂剂的剂量大致相等，但是也能够在一次掺杂中变化各个TFT的剂量。例如，在特开平8-264798号公报中公开了通过对各个区改变用于控制掺杂剂注入量的控制膜(氧化硅膜)的厚度，从其上进行掺杂，使在控制膜薄的部分剂量增大，在控制膜厚的部分剂量减小的方法。

这里，用TFT形成的电路形形色色，既有逻辑电路等利用低电平和高电平的2值电平进行数字处理的电路，也有放大电路等进行可以处理连续量的模拟处理的电路。还有，开关是在2个端子之间切换导通和非导通的元件，它可以切断2个端子之间的电流，或与电容器组合在一起约束(保存)电荷，或起其他作用，可以根据使用的目的接入逻辑电路或模拟电路中使用。

但是，这些不同种类的电路要求的TFT的性能不同。例如，用于逻辑电路或开关的TFT，必须在开态有充分的电流驱动能力，而在关态电流不流通。特别是在强烈要求功耗低的场合，关态泄漏电流十分小是很重要的。这时，阈值电压要设定得高些。另一方面，在TFT用于模拟电路的场合，流过空载电流的电路部的TFT常为开态，模拟电路的工作能够借助于TFT的控制电压从小值到大值对漏电流非常精确地进行控制很重要。

当关态泄漏电流大时，即使在电路停止工作的状态，也因泄漏电流而消耗电力，特别是对电池的寿命是重要性能之一的移动装置的驱动电路来说，这是很重要的问题，另外，由于近来节约能源的要求，移动装置之外的装置也很需要降低工作时的功耗和降低停止工作时的待机电力。由于这种要求，现有的电路中使用的TFT全都将阈值电压VT控制得较高，以使关态泄漏电流十分小(例如在1pA以下)。

但是，在现有的沟道掺杂中，由于对所有的n沟道型(或p沟道型)TFT的沟道区一起进行掺杂，所以例如在对n沟道型TFT进行沟道掺杂时，所有的n沟道型TFT的VT被控制得相同。因此，在为了将关态泄漏电流抑制得小些而将TFT的阈值电压设定高时，电源电压范围的TFT导通区域变窄，TFT电流驱动能力的上限下降，从而产生了电路的工作速度下降，或者模拟电路的动态范围(相对电源电压范围的输出电压范围)变窄等另外的问题。