半导体器件制造技术

为了实现更高可靠性ＴＦＴ和高可靠性半导体器件，本发明专利技术的ＮＴＦＴ在半导体层中具有沟道形成区、ｎ型第一、第二和第三杂质区。第二杂质区是与栅极的锥部交叠的低浓度杂质区且栅绝缘膜置于第二杂质区与栅极之间，并且第二杂质区的杂质浓度从沟道形成区向第一杂质区逐渐增高。而且，第三杂质区是不与栅极交叠的低浓度杂质区。另外，相同衬底上的多个ＮＴＦＴｓ应该分别具有不同的第二杂质区长度，这取决于工作电压的差别。即，当第二ＴＦＴ的工作电压高于第一ＴＦＴ的工作电压时，在第二ＴＦＴ上的第二杂质区的长度比在第一ＴＦＴ上的长。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及薄膜晶体管(以下称为TFT)和具有由薄膜晶体管构成的电路的半导体器件。本专利技术涉及这样的半导体器件，如电光器件、传统有源矩阵液晶显示器件(以下称为AM-LCDs)和包括处理器等的半导体电路。本专利技术还涉及配有电光器件或半导体电路的电子设备。注意在整个说明书中，半导体器件指得是利用半导体特性而达到其功能的一般器件，电光器件、半导体电路和电子设备都是半导体器件。
技术介绍
近年来由使用多晶硅膜的TFT电路构成的有源矩阵型液晶显示器件已经成为公众注意的焦点。它们是用于实现高清晰度图像显示的主要器件，其中很多象素排列成矩阵状态，并且在液晶中产生的电场被控制在该矩阵状态。就这种类型的有源矩阵型液晶显示器件而言，随着分辨率在XGA和SXGA中变为高清晰度，仅象素的数量就超过一百万。因此驱动所有象素的驱动电路是非常复杂的，并由大量TFTs形成。对于实际液晶显示器件(也称为液晶显示板)所要求的规格是很严格的，为使所有象素正常工作，必须保证象素和驱动电路的高可靠性。尤其是，如果在驱动电路中发生不正常情况，这将导致其中一列(或一行)象素完全断开的称为线缺陷的故障。但是，从可靠性观点来看，使用多晶硅膜的TFTs仍然落后于LSIs中使用的MOSFETs(形成在单晶半导体衬底上的晶体管)等。只要没有克服这个缺陷，在形成LSI电路时很难使用TFTs的观点就越加稳固。本专利技术的申请人考虑到在将TFT与MOSFET对比时，涉及TFT结构的问题会影响其可靠性(尤其是抗热载流子特性)。
技术实现思路
本专利技术是克服这些问题的技术，因此本专利技术的目的是实现具有比MOSFET高的或与其相同的可靠性的TFT。另外，本专利技术的另一目的是实现包括由使用这种TFT的电路形成的半导体电路的高可靠性半导体器件。为解决上述问题，本专利技术的n沟道TFT(以下称为NTFT)具有用作其中形成反型层的半导体层中的源区或漏区的n型第一杂质区；和在沟道形成区和第一杂质区之间的两类杂质区(第二杂质区和第三杂质区)，这两杂质区表现为与第一杂质区相同的导电性类型。确定第二和第三杂质区的导电性的杂质的浓度低于第一杂质区的杂质浓度。第二和第三杂质区用作高电阻区，也称为LDD区。第二杂质区是与栅极交叠且栅绝缘膜置于其间的低浓度杂质区，并有提高抗热载流子特性的作用。另一方面，第三杂质区是不与栅极重叠的低杂质区，并有防止截止电流增加的作用。本专利技术最重要的特征是第一NTFT和第二NTFT位于同一衬底上，但是分别具有不同的第二杂质区长度。换言之，根据工作电压的不同，应该设置有适当第二杂质区长度的合适的TFTs。具体地说，当第二TFT的工作电压高于第一TFT的工作电压时，在第二TFT上的第二杂质区的长度比在第一TFT上的长。按照本专利技术，提供了一种包括在衬底上的第一和第二TFT的半导体器件，所述第一和所述第二TFT各包括具有沟道形成区、第一杂质区、第二杂质区、以及形成在所述第一杂质区和所述第二杂质区之间的第三杂质区的半导体层；和邻近所述半导体层并有栅绝缘膜置于其间的栅极，其中所述第二杂质区位于所述半导体层中，以便与所述栅极重叠且所述栅绝缘膜置于其间，其中所述第一和第三杂质区与所述栅极不重叠，其中所述第二杂质区呈现出有这样的浓度梯度，即该第二杂质区中包含的杂质元素的浓度随着与所述第三杂质区的距离减小而增加，和其中形成在所述第一TFT中的第二杂质区的长度与形成在所述第二TFT中的第二杂质区的长度不同。按照本专利技术，提供一种包括在衬底上的第一和第二NTFT的半导体器件，所述第一和所述第二NTFT各包括具有沟道形成区、第一杂质区、第二杂质区、以及形成在所述第一杂质区和所述第二杂质区之间的第三杂质区的半导体层；和邻近所述半导体层并有栅绝缘膜置于其间的栅极，其中所述第二杂质区位于所述半导体层中，以便与所述栅极重叠且所述栅绝缘膜置于其间，其中所述第一和第三杂质区与所述栅极不重叠，其中所述第二杂质区呈现出有这样的浓度梯度，即该第二杂质区中包含的元素周期表第15族中的元素的浓度随着与所述第三杂质区的距离减小而增加，以及其中形成在所述第一NTFT中的第二杂质区的长度与形成在所述第二NTFT中的第二杂质区的长度不同。按照本专利技术，还提供了一种包括在衬底上的第一和第二NTFT的半导体器件，所述第一和所述第二NTFT各包括具有沟道形成区、第一杂质区、第二杂质区、以及形成在所述第一杂质区和所述第二杂质区之间的第三杂质区的半导体层；和邻近所述半导体层并有栅绝缘膜置于其间的栅极，其中所述第二杂质区位于所述半导体层中，以便与所述栅极重叠且所述栅绝缘膜置于其间，与所述第二杂质区重叠的一部分所述栅极为锥形，其中所述第一和第三杂质区与所述栅极不重叠，和其中形成在所述第一NTFT中的第二杂质区的长度与形成在所述第二NTFT中的第二杂质区的长度不同。通常，众所周知抗热载流子能力由于所谓GOLD结构(栅-漏重叠的LDD)而提高。这种技术已经开始适用于TFTs，但是由于常规GOLD结构而使截止电流增加(在TFT处于截止状态时流过的电流)的问题已经被不合理地忽略了。本专利技术的申请人考虑必须解决以上问题，并研究证明通过形成不与栅极交叠的杂质区(第三杂质区)可以显著减小截止电流。因此可以说本专利技术的特征在于第三杂质区的有源形成。注意，栅极是与半导体层相交叠且栅绝缘膜置于其间的电极，并且是用于将电场施加于半导体层并形成反型层的电极。与半导体层相交叠而栅绝缘膜置于其间的部分栅布线是栅极。此外，本专利技术的栅极的膜厚在栅极周边从中间平坦部分向外线性或逐渐减小。即，其特征在于构图成锥形。通过(使杂质通过)栅极的锥形区用杂质掺杂第二杂质区以施于导电性。因此浓度梯度反映栅极的侧表面的倾斜度(锥部的膜厚的变化)。换言之，掺杂进第二杂质区的杂质浓度从沟道形成区向第一杂质区逐渐增加。这是由于锥形区中的膜厚不同而使杂质到达的深度的变化引起的。换言之，当观察深度方向的杂质浓度分布时，掺杂的杂质处于最高浓度的深度随着栅极锥部的倾斜度而变化。可以在具有这种结构的第二杂质区内部形成杂质浓度梯度。本专利技术的特征在于有源地形成这种类型的浓度梯度，形成提高电场释放效应的TFT结构。另外，本专利技术中其它栅极的结构是与栅绝缘膜接触的第一栅极和形成在第一栅极上的第二栅极的叠层。当然也可以使用单层第一栅极。在这种结构中，第一栅极的侧表面(锥部)具有形成有栅绝缘膜且角度(用θ表示，以下称为锥角)等于或大于3°且等于或小于40°(如果等于或大于5°并等于或小于35°是希望的，如果等于或大于8°并等于或小于20°则更好)的锥形形状。另一方面，第二栅极在沟道纵向的宽度比第一栅极的窄。对于有上述类型叠层栅极的薄膜晶体管，包含在第二杂质区中的杂质的浓度分布反映第一栅极的锥部的膜厚的变化。其杂质浓度在第一杂质区的方向从沟道形成区逐渐增加。有上述结构的NTFT具有高的抗热载流子能力，并且其耐电压特性(抵抗由于电场浓度引起的绝缘击穿的特性)也很好，因此可以防止随着时间的增加而使导通电流(在TFT处于导通状态时流过的电流)变坏。这种效果是由于形成第二杂质区产生的。另外，通过形成第三杂质区可以大大减小截止电流。总之，形成第三杂质区是本专利技术的NTFT的特征。本专利技术NTFT具有非常高的可靠性。因此在NTFT互补地与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体层，该半导体层包含至少一个沟道形成区、源区和漏区、以及处于源区或漏区与沟道形成区之间的至少一个杂质区；和形成在所述半导体层上的栅极，其中在所述栅极和所述半导体层之间配置 了栅绝缘膜；其中只有所述杂质区的一部分与所述栅极的一部分重叠，和其中所述栅极的重叠部分的厚度比所述栅极的处在所述沟道形成区上的部分的厚度薄。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]