薄膜晶体管制造技术

提供一种具有有利电特性的薄膜晶体管。薄膜晶体管包括：栅电极；栅绝缘层；半导体层，它包括微晶半导体区和非晶半导体区；杂质半导体层；布线；第一氧化区，设置在微晶半导体区与布线之间；以及第二氧化区，设置在非晶半导体区与布线之间，其中，在从所述布线中包含的元素的分布与所述半导体层中包含的元素的分布的相交处的所述半导体层侧，与所述第一氧化区中的氧分布的最高倾斜度(m1)相切的直线和与所述第二氧化区中的氧分布的最高倾斜度(m2)相切的直线满足关系式1＜m1/m2＜10。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及薄膜晶体管、用于制造薄膜晶体管的方法以及应用薄膜晶体管的显示直O
技术介绍
作为一种类型的场效应晶体管，其沟道形成区使用在具有绝缘表面的衬底之上所 形成的半导体层来形成的薄膜晶体管是已知的。已经公开将非晶硅、微晶硅和多晶硅用于 薄膜晶体管中的半导体层的技术(参见参考文献1至幻。薄膜晶体管的一种典型应用是 液晶电视装置，其中薄膜晶体管作为构成显示屏幕的各像素的开关晶体管已经投入实际使 用。[参考文献][专利文献1]日本公开专利申请No.2001-053283o[专利文献2]日本公开专利申请Νο·Η5-129608。[专利文献3]日本公开专利申请No.2005049832。[专利文献4]日本公开专利申请Νο·Η7-131030。[专利文献5]日本公开专利申请No.2005-19154
技术实现思路
在其沟道使用具有宽带隙的非晶硅层来形成的薄膜晶体管中，当电场施加到布线 和非晶硅层的侧面时，载流子没有经由非晶硅层的侧面从非晶硅层注入布线，并且截止电 流(off current)没有变高。但是，这种薄膜晶体管具有低场效应迁移率和低导通电流(on current)的问题。另一方面，相比其沟道使用非晶硅层来形成的薄膜晶体管，其沟道使用具有小带 隙的微晶硅层来形成的薄膜晶体管具有更高的场效应迁移率。但是，当电场施加到布线和 微晶硅层的侧面时，其中施加电场的区域中的势垒电位降低；因此，载流子从微晶硅层注入 到布线，并且截止电流变高。因此，包括微晶硅层的这种薄膜晶体管具有低效开关特性。此外，微晶硅层的侧面与布线之间的界面设置在比栅电极的端部更靠外的外侧， 由此可形成其中电场没有施加到微晶硅的侧面与布线之间的界面的结构。在这种结构中， 微晶硅层以平面形状延伸到栅电极的外侧；因此，电场没有施加到微晶硅层的侧面与布线 之间的界面，并且载流子没有从微晶硅层注入到布线。但是，微晶硅层吸收光、通常是来自 衬底侧的背光，这引起光电流的生成。因此，截止电流在实际使用的环境中变高，并且截止 电流无法降低。其中多晶硅层用于沟道形成区的薄膜晶体管具有例如比上述两种类型的薄膜晶 体管更高的场效应迁移率和更高的导通电流等特性。由于这类特性，这种薄膜晶体管可以 用作不仅是设置在像素中而且是设置在要求其高速操作的驱动器电路中的开关晶体管。但是，相比其沟道使用非晶硅层来形成的薄膜晶体管，其沟道使用多晶硅层来形成的薄膜晶体管要求对半导体层的晶化步骤，并且具有更高的制造成本的问题。例如，用 于形成多晶硅层的过程中涉及的激光退火技术的问题在于，大屏幕液晶面板无法高效地生 产，因为激光束照射面积很小。用于制造显示面板的母板玻璃衬底的尺寸逐年增长，如下所示第三代(550毫 米X 650毫米)，第3. 5代(600毫米X 720毫米或620mmX 750mm)，第四代(680毫米X 880 毫米或730毫米X 920毫米)，第五代(1100毫米X 1300毫米)，第六代(1500毫米X 1850 毫米)，第七代(1870毫米X2200毫米)，第八代(2200毫米XMOO毫米)，第九代 (2400mmX 2800mm 或者 M50mmX 3050mm，以及第十代 Q950mmX :3400mm)。玻璃衬底的尺寸 的增加基于最小成本设计的概念。另一方面，可用于以高生产率在例如第十代O950mmX3400mm)等的大面积母板 玻璃衬底之上制造能够高速操作的薄膜晶体管的技术尚未建立，这是行业中的一个问题。因此，本专利技术的实施例的一个目的是提供一种具有有利电特性的薄膜晶体管。本 专利技术的实施例的另一个目的是提供一种用于以高生产率来制造具有有利电特性的薄膜晶 体管的方法。本专利技术的一个实施例是一种薄膜晶体管，其中包括覆盖栅电极的栅绝缘层；半 导体层，它与栅绝缘层接触，并且包括具有凸出和凹陷形状的微晶半导体区和非晶半导体 区；杂质半导体层，它与半导体层的一部分接触，并且用作源区和漏区；与杂质半导体层接 触的布线；第一氧化区，设置在微晶半导体区与布线之间；以及第二氧化区，设置在非晶半 导体区与布线之间。在该薄膜晶体管中，在从布线中包含的元素的分布与半导体层中包含 的元素的分布(它们通过能量分散X射线谱(EDX)而制造)的相交处的半导体层侧，与第 一氧化区中的氧分布的最高倾斜度(ml)相切的直线以及与第二氧化区中的氧分布的最高 倾斜度(m2)相切的直线满足关系式1 <ml/m2 < 10。注意，半导体层可具有比栅电极更小 的面积，并且整个半导体层可与栅电极重叠。本专利技术的一个实施例是一种薄膜晶体管，其中包括覆盖栅电极的栅绝缘层；绝 缘层；与绝缘层接触的背栅电极；半导体层，它包括具有凸出和凹陷形状的微晶半导体区 以及非晶半导体区，并且设置在栅绝缘层与绝缘层之间；杂质半导体层，设置在半导体层之 上；与杂质半导体层接触的布线；第一氧化区，设置在微晶半导体区与布线之间；以及第二 氧化区，设置在非晶半导体区与布线之间。在该薄膜晶体管中，在从通过能量分散X射线谱 制造的布线中包含的元素的分布与半导体层中包含的元素的分布的相交处的半导体层侧， 与第一氧化区中的氧分布的最高倾斜度(ml)相切的直线以及与第二氧化区中的氧分布的 最高倾斜度(m2)相切的直线满足关系式1 <ml/m2 < 10。注意，半导体层可具有比栅电极 更小的面积，并且整个半导体层可与栅电极重叠。在从通过能量分散X射线谱制造的布线中包含的元素的分布与半导体层中包含 的元素的分布的相交处通常等于或小于IOnm的范围内的半导体层侧，与第一氧化区中的 氧分布的最高倾斜度(ml)相切的直线以及与第二氧化区(π )中的氧分布的最高倾斜度 (m2)相切的直线的比率满足1 < ml/M2 < 10。该比率表示，在布线与微晶半导体区之间所 形成的第一氧化区具有的氧量(其通过能量分散X射线谱来测量)比布线与非晶半导体区 之间所形成的第二氧化区更大。也就是说，在布线与微晶半导体区之间所形成的第一氧化 区具有高绝缘性质。因此，势垒可在微晶半导体区与布线之间形成，并且从布线注入到微晶6半导体区的载流子可减少。因此，薄膜晶体管的截止电流可降低。半导体层中包含的微晶半导体区和非晶半导体区各包括氮。氮浓度分布的峰值 浓度在1 XIOki原子/立方厘米至IX IO21原子/立方厘米范围(包含端值)内，优选地在 2Xl(f°原子/立方厘米至IXlO21原子/立方厘米范围(包含端值)内。此外，在非晶半 导体区中，可散布其粒径(grain size)等于或大于Inm并且等于或小于IOnm的半导体晶 粒。在本说明书中，除非提到用于测量浓度的方法，否则浓度是通过二次离子质谱法(SIMS) 所测量的值。此外，微晶半导体区和非晶半导体区可包括氮、NH基团或NH2基团。另外，存在于 相邻微晶半导体晶粒(即，晶粒边界)之间的界面以及微晶半导体区与非晶半导体区之前 的界面处的半导体原子的悬挂键与NH基团交联，并且因而缺陷水平降低，使得形成传递载 流子所经过的路径。备选地，悬挂键与NH2基团端接，并且因而降低缺陷水平。设置在半导体层与布线之间的势垒区是绝缘区或非晶区。绝缘区由半导体 氮化物或半导体氧化物形成。半导体氮化物的示例包括氮本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种薄膜晶体管，包括：栅电极；覆盖所述栅电极的栅绝缘层；半导体层，设置在所述栅绝缘层之上，并且包括微晶半导体区以及微晶半导体区上的非晶半导体区；在所述半导体层上的杂质半导体层；所述杂质半导体层上的布线；第一氧化区，设置在所述微晶半导体区的侧面与所述布线之间；以及第二氧化区，设置在所述非晶半导体区的侧面与所述布线之间，其中，在从所述布线中包含的元素的分布与所述半导体层中包含的元素的分布的相交处的所述半导体层侧，与所述第一氧化区中的氧分布的最高倾斜度（ｍ１）相切的直线和与所述第二氧化区中的氧分布的最高倾斜度（ｍ２）相切的直线满足关系式１＜ｍ１／ｍ２＜１０。

【技术特征摘要】
2009.12.28 JP 2009-2983721.一种薄膜晶体管，包括 栅电极；覆盖所述栅电极的栅绝缘层；半导体层，设置在所述栅绝缘层之上，并且包括微晶半导体区以及微晶半导体区上的 非晶半导体区；在所述半导体层上的杂质半导体层； 所述杂质半导体层上的布线；第一氧化区，设置在所述微晶半导体区的侧面与所述布线之间；以及 第二氧化区，设置在所述非晶半导体区的侧面与所述布线之间， 其中，在从所述布线中包含的元素的分布与所述半导体层中包含的元素的分布的相交 处的所述半导体层侧，与所述第一氧化区中的氧分布的最高倾斜度(ml)相切的直线和与 所述第二氧化区中的氧分布的最高倾斜度(m2)相切的直线满足关系式1 <ml/m2 < 10。2.一种薄膜晶体管，包括 栅电极；覆盖所述栅电极的栅绝缘层； 背栅电极，设置在所述栅电极的相对位； 层间绝缘层，与所述背栅电极接触；半导体层，包括微晶半导体区和所述微晶半导体区上的非晶半导体区，并且设置在所 述栅绝缘层与所述层间绝缘层之间； 在所述半导体层上的杂质半导体层； 所述杂质半导体层上的布线；第一氧化区，设置在所述微晶半导体区与所述布线之间；以及 第二氧化区，设置在所述非晶半导体区的侧面与所述布线之间， 其中，在从所述布线中包含的元素的分布与所述半导体层中包含的元素的分布的相交 处的所述半导体层侧，与所述第一氧化区中的氧分布的最高倾斜度(ml)相切的直线和与 所述第二氧化区中的氧分布的最高倾斜度(m2)相切的直线满足关系式1 <ml/m2 < 10。3.如权利要求2所述的薄膜晶体管，其中，所述栅电极与所述背栅电极相互连接。4.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，所述第二氧化区在所述杂质半导体层与所述布线之间以及在所述非晶半导体区 与所述布线之间形成。5.如权利要求2所述的薄膜晶体管，其中，所述第二氧化区在所述杂质半导体层与所述布线之间以及在所述非晶半导体区 与所述布线之间形成。6.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫入秀和，笹川慎也，仓田求，田所麻美，
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