[发明专利]半导体器件

说明书

本发明涉及半导体器件特别涉及形成在绝缘表面上的薄膜型绝缘栅场效应晶体管，所述绝缘表面可以是像玻璃的绝缘基片的表面，或是在硅片上形成的氧化硅绝缘膜。本发明特别适用于在变形温度为750℃或更低温度的玻璃基片上形成的TFT(薄膜晶体管)的制造。本发明还涉及使用绝缘表面上的TFT_s的半导体集成电路，所述TFT_s是用工艺温度为650℃或更低温度的工艺制成的。本发明的半导体集成电路适合于作液晶显示的有源矩阵，图像传感器的驱动电路，三维集成电路，或SOI集成电路，或诸如微处理机、微型计算机，微型计算器或半导体存储器等等的常规半导体集成电路。实际上，本发明有利于在基本上形成有源矩阵电路和外围驱动电路的单片型有源矩阵。

近来，已研究了绝缘基片上的绝缘栅场效应半导体器件(MOSFET)的结构。绝缘基片上的半导体集成电路结构有利于改进电路的工作速度，因为，在该结构中没有存在于绝缘基片与布线之间的杂散电容，而这种杂散电容存在于使用半导体基片的常规半导体集成电路中。MOSFET形成在绝缘基片上，并具有称之为薄膜晶体管(TFT)的薄膜式有源区。

而且，现有的器件中的半导体集成电路是形成在透明基片上，例如，像液晶显示器或图像传感器的光器件。由于，这些器件需要形成在大面积上，TFT的制造工艺需要在较低温度下进行。而且，由于在基片上的具有许多外引出端的器件其所述外引出端与外部电路的连接困难，曾建议这些外部电路相应电路以单片形式形成在同一绝缘基片上。图7显示了这种单片式集成电路的一个实例的方框图。图中示出了单片式有源矩阵电路。在一个基片7上有有源矩阵电路3，外围驱动电路1和2，和连接有源矩阵电路和外围驱动电路的母线5和6。有源矩阵电路3包括许多象素4，每个象素包括TFT8，

与像液晶的光调制介质10连接的象素电极9。在该结构中，避免了上述的减化连接问题。

但是，驱动电路的TFT与有源矩阵电路的TFT所需的电特性通常不同。例如，当反向基极电压加到栅电极时，有源矩阵电路需要有足够低的漏电流特性(断开电流)。另一方面，外围驱动电路要求有足够高的迁移率。假若形成具有1000根以上的扫描线的单片式有源矩阵器件，外围驱动电路中的这些TFT必须有大于150cm²／Vs的迁移率，并且，有源矩阵电路中的漏极电流的ON／OFF比必须是7位数以上。用非单晶半导体制作TFT几乎不可能同时获得这些特性。

已建议将结晶TFT用作有源矩阵液晶器件或图象传感器器件。图3A-3F是按现有技术制造TFT的方法实例的剖视图。

参看图3A，在基片301上形成底层薄膜302，和结晶硅的有源层303。用氧化硅之类的材料在有源层上形成绝缘膜304。

然后，用掺磷的多晶硅，钽，钛或铝等形成栅电极305。以该栅电极用作掩模，用适当的方法，例如用自对准离子掺杂法，将杂质元素(磷或硼)掺入有源层303中，由此形成含较低杂质浓度的杂质区306和307，因此，具有较高电阻值。这些区域306和307本发明人在后面称之为高阻区(HRD：高电阻率漏区)。栅电极下面的设有被掺杂的有源层部分将成为沟道区。之后，用激光或热源，如热炽灯激活已掺杂区(图3B)。

参看图3C，用等离子CVD或APCVD(大气压CVD)法形成氧化硅绝缘膜308，然后，进行各向异性刻蚀，留下邻近栅电极侧右的绝缘材料309(侧边空白)，如图3D所示。

参看图3E，用栅电极305和侧边空白309作掩模，用离子掺杂之类的方法引入杂质，在有源层303中形成有较高杂质浓度的杂质区310和311。杂质区310和311具有低电阻率并成为源区和漏区。因此，有两个独立的步骤将杂质掺入有源层，并在两个掺杂步骤之间有一步各向异性刻蚀步骤。

然后，用激光或热炽灯使已掺入的杂质活化。最后，如图3F所示，形成中间层绝缘膜312，在此之后，在源区和漏区形成穿过中间层绝缘膜的连接孔。而且，穿过连接孔采用金属材料如铝形成电极／连线313和314。

按照常规半导体集成电路用的已知的LDD技术获得上述的方法，而且，该方法对于在玻璃基片上的薄膜工艺而言存在某些缺陷，这正如下面所讨论的。

最初，必须用激光或热炽灯两次激活所加的杂质元素。而且，在这些步骤之间还有各向异性刻蚀步骤，因此，必须将基片从真空室内取出。为此，生产率降低。在用半导体基片的常规半导体电路的情况下，杂质的激活是在杂质掺入完全完成之后(通常是在相当于图3F所示的步骤之后)用热退火处理一次完成的。