半导体装置及其制造方法、显示装置制造方法及图纸

半导体装置及其制造方法，以及使用这个半导体装置的显示装置，为 在包含沟道区域的层和栅极绝缘膜之间形成良好的界面的同时，提高沟道 区域内的载流子的移动能力。包括具有沟道区域的半导体层、具有源极区 域及漏极区域的杂质层、隔着栅极绝缘膜相对半导体层设置的栅电极。半 导体层，具有至少叠层了第一非晶膜、包含晶相的结晶膜的叠层结构，第 一非晶膜，直接叠层在栅极绝缘膜上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术，涉及半导体装置及其制造方法，以及具有这个半导体装置的显示装置。
技术介绍
做为半导体装置，薄膜晶体管(TFT-Thin-Film Transistor)已为所 知，这个薄膜晶体管(TFT)适合于驱动液晶显示装置或有机EL显示 装置等的显示装置而为使用。 特別是，沟道区域只由非晶硅(a-Si)等的非晶膜形成的非晶硅薄 膜晶体管(a-SiTFT)使用的最为普遍。在此，所谓的沟道高型薄膜晶 体管(以前结构1)，参照放大剖面图的附图说明图17说明。薄膜晶体管(TFT) 100,具有形成在基板101上的'栅电极102、覆盖栅电极102的栅绝 缘膜103、形成在栅绝缘膜103上构成沟道区域的非晶硅层104、 在非晶硅层104上图案形成的n+硅层的源极区域105及漏极区域 106、覆盖源极区域105的源电极107、和覆盖漏极区域106的漏电 极108。 然而，这个以前的结构1的非晶硅薄膜晶体管，由于沟道区域 为非晶膜，移动度为0.2 0.5cmVVs，导通性较差。相反，通过将栅 极绝缘膜用硅氮化膜形成，可以得到与沟道区域得非晶硅层104之 间的良好界面特性，提高接通电流的上升特性(S值)。再有，因为 非结晶硅层104的带宽间隙宽，所以漏电流(非导通电流)小。还有， 在非结晶硅层104和源极区域105以及漏极区域106之间的界面同 样降低了漏电流。 另一方面，沟道区域只由结晶层膜(微结晶硅膜)形成的薄膜晶 体管(TFT)2也已为所知。这个薄膜晶体管(TFT)，是在上述非结晶 硅薄膜晶体管(TFT)结构中，具有沟道区域由微结晶硅膜形成的结7构。还有，栅极绝缘膜是由硅氮化膜或氧化硅膜形成的。根据这个薄膜晶体管(TFT),因为沟道区域具有结晶性，移动度为1 3cmVVs， 导通性得到提高。 然而，由于微结晶硅膜(沟道区域)中欠陷能级数多，在与n+硅 层(源极区域及漏极区域)的接合界面特性差。也就是，与非结晶硅 层(a-Si层)相比电阻低带宽间隙窄，所以非导通电流变大。再有，微结晶硅膜(沟道区域)，由于具有结晶硅和非结晶硅的 混合结构，即便是由硅氧化膜及硅氮化膜的任何一种形成，也无法 得到良好的界面。也就是，固定电荷密度及界面能级密度非常高， 薄膜晶体管(TFT)的阈值电压的极端负移动和S值恶化成为问题。 还有，制造工序非常不安定，所以控制阈值电压是困难的。 在此，参照表示电压电流特性的曲线的图19说明上述以前结构 1及以前结构2。图19中的实线，是表示在以前结构l(沟道区域为 非结晶硅层、且栅极绝缘膜是SiNx的结构)的薄膜晶体管(TFT)中， 表示对应于施加电压的增大所产生的电流值的变化。施加电压在一 40V~—10V的范围中，电流值约在1(T12A以下值大偏差变化。这 样做，施加电压如果大于一10V的话，导通电流竖直上升急增大。 其后，伴随着施加电压的增大导通电流渐渐接近10^A程度。图19中的点划线，以前结构2(沟道区域是微结晶硅层，且栅极 绝缘膜为SiNx结构)的薄膜晶体管(TFT),与以上所述相同，表示 了施加电压的增大产生的电流值的变化。施加电压在—40V 一22V 范围内，电流值只是减少。其后，伴随着施加电压的增大而增大， 导通电流竖直上升渐渐接近1(^A程度。 图19中的波线，以前结构2(沟道区域是微结晶硅层，且栅极绝 缘膜为SiOx结构)的薄膜晶体管(TFT)，与以上所述相同，表示了 施加电压的增大产生的电流值的变化。施加电压在一40V~—25V范 围内，电流值只是减少。其后，伴随着施加电压的增大而增大，导 通电流竖直上升渐渐接近10-3八程度。 这样，.得知以前结构2中，无论栅极绝缘膜是SiNx或SiOx的 哪一种，在非导通电流增加的同时，电流的竖立上升的特性比以前结构1恶化了。 对此，如剖面图的图18所示，使非结晶硅层104介于微结晶硅 层110和源极区域105及漏极区域106之间以为所知(例如，参照 专利文献1及专利文献2)。也就是，在栅极绝缘膜103上形成微结 晶硅层104。这样做，非结晶硅层104上分别形成了源极区域105 及漏极区域106。通过这样，要解决沟道区域中移动能力低的上述 以前结构1的问题点。(专利文献1)日本专利公开昭62-295465号公报 (专利文献2)日本专利公开2001-217424号公报 (专利技术所要解决的课题) 但是，上述专利文献1及专利文献2的结构中，无论栅极绝缘 膜103是SiNx或SiOx的哪一种，也无法得到这个栅极绝缘膜103 和构成沟道区域的微结晶硅层IIO之间的良好界面，固定电荷密度 及界面能级密度变得非常高。其结果，薄膜晶体管(TFT)的阈值电 压的极端负移动和S值恶化成为问题。还有，制造工序非常不安定， 所以控制阈值电压是困难的。还有，因为源极区域105—侧及漏极区域106—侧设置了高电 阻的非结晶硅层104，由这个非结晶硅层104可以降低泄漏电流， 另外又因为栅极绝缘膜103—侧设置了微结晶硅层110,由于界面 引起的泄漏电流不减少，非导通电流变高，这成为问题。
技术实现思路
本专利技术，是鉴于上述诸点专利技术的，其目的为在包含沟道区域的层和栅极绝缘膜之间形成良好的界面的同时，提高沟道区域内的载流子的移动能力。(为解决课题的方法) 为了达成上述目的，这个专利技术中，将具有沟道区域的半导体层和与柵极绝缘膜直接叠层了的第一非晶膜以及结晶膜叠层形成。 具体的讲，本专利技术所涉及的半导体装置，是包括具有沟道区域的半导体层、具有源极区域及漏极区域的杂质层、和隔着柵极绝缘膜与上述半导体层相对设置的栅电极的半导体装置，上述半导体 层，具有至少叠层了第一非晶膜、和包含晶相的结晶膜的叠层结构， 上述第一非晶膜，直接叠层在上迷柵极绝缘膜上。 上迷结晶膜和上述杂质层之间，最好的是至少形成一层第二非 晶膜。 上述柵电极形成在绝缘性基板上，还可以具有上述绝缘性基板 上形成上述半导体层覆盖上述栅电极及上迷栅极绝缘膜的至少一 部分的底栅(bottom gate)结构。 上述半导体层最好的是由硅构成。上述结晶膜，最好的是由相对于该结晶膜表面垂直延伸的柱状结晶形成的微结晶硅构成的。 上述柱状结晶的断面直径，最好的是在10nm以上且在40nm以下。上述第一非晶层，最好的是由非晶硅构成。上述栅极绝缘膜，还可以由硅氮化膜构成。上述第一非晶膜的膜厚，最好的是在5nm以上且在30nm以下。 上述杂质层，最好的是具有至少叠层了非晶的第一层、和包含 晶相的第二层的叠层结构。 上述杂质层，最好的是具有至少叠层了低浓度杂质层、和高浓 度杂质层的叠层结构。 上述第一非晶膜，最好的是由傅立叶红外光谱学(FT-IR)法检测 具有2000cm的吸收峰值和2100cm的吸收峰值，2000cnT1的吸收 峰值的比率为75%以上的光谱(法spectre)。 —种显示装置，包括形成了多个薄膜晶体管的第一基板、和隔 着显示媒体与上述第一基板相对设置的第二基板，上述薄膜晶体管 包括具有沟道区域的半导体层、具有源极区域及漏极区域的杂质 层、和隔着柵极绝缘膜与上述半导体层相对设置的栅电板，上述半 导体层，具有至少叠层了第一非晶膜、和包含晶相的结晶膜的叠层 结构，上述第一非晶膜，直接叠层在上述栅极绝缘膜上。上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，其特征在于：　包括：　具有沟道区域的半导体层、具有源极区域及漏极区域的杂质层、和隔着栅极绝缘膜与上述半导体层相对设置的栅电极，　上述半导体层，具有至少叠层了第一非晶膜、和包含晶相的结晶膜的叠层结构，　 上述第一非晶膜，直接叠层在上述栅极绝缘膜上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.8 JP 244285/20061. 一种半导体装置，其特征在于包括具有沟道区域的半导体层、具有源极区域及漏极区域的杂质层、和隔着栅极绝缘膜与上述半导体层相对设置的栅电极，上述半导体层，具有至少叠层了第一非晶膜、和包含晶相的结晶膜的叠层结构，上述第一非晶膜，直接叠层在上述栅极绝缘膜上。2. 根据权利要求l所述的半导体装置，其特征在于上述结晶膜和上述杂质层之间，至少形成了一层第二非晶膜。3. 根据权利要求l所述的半导体装置，其特征在于上述栅电极形成在绝缘性基板上，具有在上述绝缘性基板上形成为上述半导体层覆盖上述栅电极及上述栅极绝缘膜的至少一部分的底栅结构。4. 根据权利要求l所述的半导体装置，其特征在于上述半导体层由硅构成。5. 根据权利要求l所迷的半导体装置，其特征在于上述结晶膜，是由相对于该结晶膜表面垂直延伸的柱状结晶形成的微结晶硅构成的。6. 根据权利要求5所迷的半导体装置，其特征在于上述柱状结晶的断面直径，在10nm以上且在40nm以下。7. 根据权利要求l所迷的半导体装置，其特征在于上述第一非晶层，由非晶硅构成。8. 根据权利要求l所述的半导体装置，其特征在于上述栅极绝缘膜，由硅氮化膜构成。9. 根椐权利要求l所述的半导体装置，其特征在于上述第一非晶膜的膜厚，在5nm以上且在30nrn以下。10. 根据权利要求l所述的半导体装置，其特征在于上述杂质层，具有至少叠层了非晶的第一层、和包含晶相的第二层的叠层结构。11. 根据权利要求l所迷的半导体装置，其特征在于上述杂质层，具有至少叠层了低浓度杂质层、和高浓度杂质层的叠层结构。12. 根据权利要求1所述的半导体装置i其特征在于上述第一非晶膜，由傅立叶变换红外光谱法检测具有2000cm-1的吸收峰值和2100cm的吸收峰值，2000cm的吸收峰值的比率为75°/。以上的光谱。13. —种显示装置，包括形成了多个薄膜晶体管的第一基板、和隔着显示媒体与上述第一基板相对设置的第二基板，其特征在于上述薄膜晶体管包括具有沟道区域的半导体层、具有源极区域及漏极区域的杂质层、和隔着栅极绝缘膜与上述半导体层相对设置的栅电极，上述半导体层，具有至少叠层了第一非晶膜、和包含晶相的结晶膜的叠层结构，上述第一非晶膜，直接叠层在上述柵极绝缘膜上。14. 根据权利要求13所述的显示装置，其特征在于上述结晶膜和上述杂质层之间，至少形成了一层第二非晶膜。15. 根据权利要求13所述的显示装置，其特征在于上迷栅电极形成在绝缘性基板上，具有上述绝缘性基板上形成上述半导体层覆盖上述栅电极及上述栅极绝缘膜的至少一部分的底栅结构。16. 根据权利要求13所述的显示装置，其特征在于上述半导体层由硅构成。17. 根据权利要求13所述的显示装置，其特征在于上述结晶膜，是由相对于该结晶膜表面垂直延伸的柱状结晶形成的微结晶硅构成的。18. 根据权利要求17所述的显示装置，其特征在于上迷柱状结晶的断面直径，在10nm以上且在40nm以下。19. 根据权利要求13所述的显示装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：守口正生，齐藤裕一，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：JP