薄膜半导体器件制造技术

一种在玻璃基片上形成的能提高薄膜晶体管工作特性和可靠性的薄膜半导体器件。该薄膜半导体器件具有在含有碱性金属的玻璃基片１上形成的薄膜晶体管３。玻璃基片１被缓冲层２覆盖。在这个缓冲层２上形成的薄膜晶体管３具有作为有源层的多晶半导体薄膜４。该缓冲层２包括至少一个氮化硅层，并且能防止薄膜晶体管３被诸如Ｎａ的碱性金属沾污，而且具有这样的厚度，它能使薄膜晶体管３免受局部集中的碱性金属离子（Ｎａ）产生的电场的影响。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用作有源阵列液晶显示屏的驱动基片或类似结构的薄膜半导体器件，尤其涉及一种采用普通玻璃作为基片，通过低温工艺制作的薄膜半导体器件。尤其还涉及这样的技术，它用于防止玻璃中含有的碱性金属的有害作用。薄膜半导体器件是这样的器件，其中薄膜晶体管在绝缘基片上形成，并且由于它们对诸如有源阵列液晶显示展的驱动基片的应用很理想，所以在最近几年它们有了极大的发展。尤其当在大面积液晶显示屏中使用薄膜半导体器件。对降低绝缘基片的成本是必需的，玻璃基片被用来替代过去使用的相对高质量的石英基片。当使用玻璃基片时，因为它的热阻相当低，所以薄膜晶体管必须在低于600℃的低温工艺中形成。现在用于构成薄膜晶体管的有源层的半导体薄膜，使用的是非晶硅和多晶硅。然而，从薄膜晶体管的工作特性的观点看，多晶硅优于非晶硅。由于这个原因，在最近几年通过低温工艺制作多晶硅薄膜晶体管的发展有了很大的进步。当多晶硅用作在玻璃基片上形成的薄膜晶体管的有源层时，玻璃基片中含有的碱性金属如钠(Na)引起的沾污就成为一个问题。多晶硅比非晶硅对碱金属沾污更敏感，并且具有这样沾污的多晶硅对薄膜晶体管的工作特性和可靠性具有有害影响。例如，如果碱性金属扩散进入薄膜晶体管的栅绝缘层，器件的特性会改变。当在高温下，施加偏置并且进行工作测试时，器件的特性会发生极大的变化，这是因为栅绝缘层中的碱性金属移动，极化并且在一些位置聚集。因此，当在玻璃基片上制作薄膜晶体管时，在实际制作中预先以氮化硅(SiNX)膜或含磷玻璃(PSG)作为缓冲层以做基层。通过插入这个缓冲层，从玻璃基片向栅绝缘层的碱性金属的垂直扩散受到抑制并且防止了栅绝缘层的沾污。但是已经弄清楚了只是防止碱性金属的垂直运动是不够的。那就是由于施加于薄膜晶体管的驱动电压偏置和碱性金属离子的极化以及其在局部的聚集，在玻璃基片中的碱性金属会产生水平扩散。通过碱性金属离子电荷的局部极化产生一个电场，并且这个电场反过来对薄膜晶体管的工作特性具有有害作用。已经很清楚这样会导致薄膜晶体管的阈值电压和漏电流的波动。要防止玻璃基片中碱性金属的这种水平移动是极其困难的。由于这个原因，例如在USP-5,349,456中公开了一种从玻璃基片中去除Na的方法。然而，这种方法并不总是有实效的，因为它极大削弱了使用低成本玻璃基片的优势。因此，本专利技术的目的在于解决上面所述的问题和提供一种在玻璃基片上制作的包括薄膜晶体管的薄膜半导体器件，其中由于玻璃基片中碱性金属的水平扩散导致的上升电场对薄膜晶体管工作特性的有害作用被有效地、便宜地防止。为了达到上述目的和其它目的，根据本专利技术的薄膜半导体器件，其基本构成包括含有碱性金属的玻璃基片，覆盖这个玻璃表面的缓冲层和在这个缓冲层上制作的以多晶半导体薄膜为有源层的薄膜晶体管。作为本专利技术的一个特征部分，缓冲层包括至少一个氮化硅层并且防止薄膜晶体管被碱性金属沾污以及具有保护薄膜晶体管免受由局部碱性金属离子产生的电场的影响的厚度。在本专利技术的一种形式中，薄膜晶体管具有背栅(bettom gate)结构，其中栅电极，栅绝缘层和半导体薄膜被从底部依次叠放在一起。在这种情况下，半导体薄膜具有位于栅电极正上方的沟道区，高浓度杂质区位于沟道区两端，低浓度杂质区插在沟道区和高浓度杂质区之间。通过缓冲层，低浓度杂质区可免受玻璃基片内形成的电场的影响。更好的是，栅绝缘层包括氮化硅层并且与缓冲层叠加在一起，这两层共同保护和隔离薄膜晶体管。在这种情况下，相互叠放的栅绝缘层和缓冲层的总厚度超过200nm。缓冲层最好是由氮化硅和二氧化硅构成的双层结构。在特定结构中，形成至少连接薄膜晶体管一部分的象素电极，并且这种薄膜半导体器件能够用于有源阵列显示屏的驱动基片。本专利技术中，在玻璃基片和薄膜晶体管之间插入了缓冲层。这个缓冲层包括至少一个氮化硅层，并且能阻碍碱性金属的垂直移动，所以抑制了栅绝缘层的沾污。氮化硅层具有致密的组分，并且通过使它的厚度在20nm以上就可以确实完全地防止Na和类似碱性金属通过它。加上这个氮化硅层，缓冲层也可以包括例如一个二氧化硅层，具有双层结构。由于二氧化硅层的膜应力低于氮化硅层的膜应力，所以就可能使得缓冲层的整个厚度厚从而使薄膜晶体管与玻璃基片电隔离。通过使缓冲层的厚度至少为100nm，就可以在电学上保护薄膜晶体管免受玻璃基片的影响。所以就可以保护薄膜晶体管免受由于玻璃基片中碱性金属水平扩散形成的电场的有害作用的影响。结果就是即使使用含有碱性金属的玻璃基片也可以保证薄膜晶体管的可靠性和工作特征。附图说明图1是根据本专利技术的薄膜半导体器件的第一最佳实施方式的截面简图；图2是根据本专利技术的薄膜半导体器件的第二最佳实施方式的截面简图；图3是根据本专利技术的薄膜半导体器件的第三最佳实施方式的截面简图；并且图4是根据本专利技术的薄膜半导体器件组成有源阵列液晶显示屏的例子的透视简图。参照附图将详细描述本专利技术的最佳实施方式。图1示出了根据本专利技术的薄膜半导体器件的第一最佳实施方式，并且是一个实例，其中，在玻璃基片上形成了N沟、顶栅(top gate)结构的薄膜晶体管。如图1所示，这个薄膜半导体器件利用含有诸如钠的碱性金属的玻璃基片1制成。玻璃基片1的上表面被缓冲层2覆盖。在缓冲层2上形成薄膜晶体管3。薄膜晶体管3是场效应晶体管，具有作为有源层的含有多晶硅或类似成分的多晶半导体薄膜4。薄膜晶体管3具有顶栅结构，在多晶半导体薄膜4上的栅绝缘层5之上通过掩膜形成栅电极G。结果是沟道区Ch在栅电极G正下方形成，而栅绝缘层5在它们之间。少量P型杂质扩散进沟道区和多晶半导体薄膜4的一部分，用于调整阈值。源区S和漏区D以高浓度N型杂质注入，形成于沟道区Ch的相对两侧。具有这样的结构的薄膜晶体管3被由PSG或类似成分构成的夹层绝缘层6所覆盖。在夹层绝缘层6内形成接触孔并且通过这些接触孔互连电极7S，7D分别与源区S和漏区D电连接。在这个例子中N型杂质注入形成N沟类型薄膜晶体管3，但是本专利技术当然不局限于此，也能应用于P沟类型的薄膜晶体管。作为本专利技术的特征部分，缓冲层2包括至少一层氮化硅并防止薄膜晶体管3被碱性金属沾污。氮化硅层(SiNX)具有相对致密的组分，通过使它的厚度至少为20nm就可以确实完全阻碍玻璃基片1中诸如Na这样的碱性金属的向上垂直扩散。该缓冲层2也具有这样的厚度以使它能够保护薄膜晶体管3免受局部碱性金属离子(Na+)和类似成分导致的电场的影响。例如该缓冲层2具有由氮化硅层(SiNX)和二氧化硅层(SiO2)构成的双层结构并且具有至少100nm的总厚度。作为本专利技术的一个特征部分，现在对缓冲层2的电场屏蔽功能进行详细描述。当薄膜晶体管3工作时，存在这样的时候例如地电平(0V)施加在源区S一端上的互连电极7S上，并且正向偏置电压施加在连接到漏区D的互连电极7D上。当这种偏置施加到器件时，具有正电荷的Na+离子从漏区D附近排斥出来并且水平运动到源区S的附近。如附图1所示，其结果是正电荷(Na+)在源区S附近接近玻璃基片1的表面处聚集，并且形成正电荷区8。同时，在漏区D附近接近玻璃基片1的表面处由于电荷平衡被与排出的Na+相一致的量打破，形成一个负电荷区9。这样在玻璃基片1的表面的附近，从形成Na+的位置导致了一个电场。薄膜晶体管3的工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜半导体器件，包括： 含有碱性金属的玻璃基片； 覆盖所述玻璃基片表面的缓冲层；以及 在所述缓冲层上形成的薄膜晶体管，并且具有作为有源层的多晶半导体薄膜， 其中所述缓冲区包括至少一个氮化硅层，并防止所述薄膜晶体管被碱性金属沾污，而且具有这样的厚度使得它能够保护所述薄膜晶体管免受局部集中的碱性金属离子产生的电场的影响。

【技术特征摘要】
JP 1995-10-13 291788/951.一种薄膜半导体器件，包括含有碱性金属的玻璃基片；覆盖所述玻璃基片表面的缓冲层；以及在所述缓冲层上形成的薄膜晶体管，并且具有作为有源层的多晶半导体薄膜，其中所述缓冲区包括至少一个氮化硅层，并防止所述薄膜晶体管被碱性金属沾污，而且具有这样的厚度使得它能够保护所述薄膜晶体管免受局部集中的碱性金属离子产生的电场的影响。2.根据权利要求1的薄膜半导体器件，其中所述的氮化硅层具有至少20nm的厚度。3.根据权利要求1的薄膜半导体器件，其中所述的缓冲层具有至少100nm的厚度。4.根据权利要求1的薄膜半导体器件，其中所述的薄膜晶体管具有背栅结构，包括从底部依次叠加的栅电极，栅绝缘层和多晶半导体薄膜。5.根据权利要求4的薄膜半...

【专利技术属性】
技术研发人员：林久雄，下垣内康，加藤庆二，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]