[发明专利]半导体元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体元件及其制造方法。

背景技术

液晶显示装置等所用的有源矩阵基板按每个像素具备薄膜晶体管(Thin Film Transistor；以下称为“TFT”)等开关元件。作为这样的开关元件，以前广泛采用将非晶硅膜作为活性层的TFT(以下称为“非晶硅TFT”)、将多晶硅膜作为活性层的TFT(以下称为“多晶硅TFT”)。

多晶硅膜的电子及空穴的迁移率比非晶硅膜的迁移率高，因而多晶硅TFT具有比非晶硅TFT高的导通电流，可进行高速动作。因此，当用多晶硅TFT形成有源矩阵基板时，不仅能使用多晶硅TFT作为开关元件，而且能将其用于驱动器等周边电路。因此，具有能在同一基板上一体形成驱动器等周边电路的一部分或全部和显示部的优点。另外，还具有能以较短的开关时间对液晶显示装置等的像素电容进行充电的优点。

但是，当要制造多晶硅TFT时，除需要进行用于使非晶硅膜晶化的激光晶化工序以外，还需要进行热退火工序、离子掺杂工序等复杂的工序，存在基板的每单位面积的制造成本变高的问题。因而，多晶硅TFT主要用于中型和小型的液晶显示装置。

另一方面，非晶硅膜比多晶硅膜容易形成，因而利于大面积化。因此，非晶硅TFT适用于需要大面积的装置的有源矩阵基板。尽管具有比多晶硅TFT低的导通电流，非晶硅TFT仍然用于很多液晶电视的有源矩阵基板。

然而，当使用非晶硅TFT时，因为非晶硅膜的迁移率低，所以其高性能化受到限制。特别是近几年对于液晶电视等液晶显示装置除强烈要求大型化之外，还强烈要求高画质化和低功耗化，非晶硅TFT难以充分应对这样的要求。

因此，为了在抑制制造工序数量、制造成本的情况下实现更高性能的TFT，正在尝试使用非晶硅、多晶硅以外的材料作为TFT的活性层的材料。专利文献1、专利文献2和非专利文献1中提出用微晶硅(μc-Si)膜形成TFT的活性层。这样的TFT称为“微晶硅TFT”。

微晶硅膜是在内部具有微晶粒的硅膜，微晶粒的晶界主要是非晶相。即，具有微晶粒和非晶相的混合状态。各微晶粒的尺寸比多晶硅膜中包含的晶粒的尺寸小。还有，后面详述，在微晶硅膜中，各微晶粒具有例如从基板面按柱状生长的柱状形状。

微晶硅膜可只通过采用等离子CVD法等的成膜工序来形成。作为原料气体，可采用用氢气稀释了的硅烷气体。在形成多晶硅膜时，用CVD装置等形成非晶硅膜之后，需要利用激光、热使非晶硅膜晶化的工序(退火工序)。相比之下，在形成微晶硅膜时，可利用CVD装置等形成包含基本结晶相的微晶硅膜，因而能省去利用激光、热的退火工序。这样，以比多晶硅膜的形成所需的工序数量少的工序数量来形成微晶硅膜，因而能以与非晶硅TFT相同程度的生产率，即相同程度的工序数量和成本来制造微晶硅TFT。还有，也可以利用用于制造非晶硅TFT的装置来制造微晶硅TFT。

微晶硅膜具有比非晶硅膜高的迁移率，因而用微晶硅膜能获得比非晶硅TFT高的导通电流。还有，微晶硅膜不用像多晶硅膜那样进行复杂的工序就能形成，因而大面积化也容易。

专利文献1中记载了用微晶硅膜作为TFT的活性层来获得非晶硅TFT的1.5倍的导通电流的情况。还有，非专利文献1中记载了用由微晶硅和非晶硅构成的半导体膜来获得导通/截止电流比为10⁶、迁移率为约1cm²/Vs、阈值为约5V的TFT。该迁移率是非晶硅TFT的迁移率的同等以上。另外，在非专利文献1所记载的TFT中，为了降低截止电流，在微晶硅层上形成了非晶硅层。

再有，专利文献2中披露了采用微晶硅的反交错型的TFT。

专利文献1：日本特开平6-196701号公报

专利文献2：日本特开平5-304171号公报

非专利文献1：Zhongyang Xu等“A Novel Thin-film TransistorsWith μc-Si/a-Si Dual Active Layer Structure For AM-LCD”ID W′96Proceedings of The Third International Display Workshops VOLUME1，1996，p.117-120

发明内容

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