專利名稱：用于顯示的薄膜半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于顯示的薄膜半導(dǎo)體器件及其制造方法。特別是涉及顯示用的薄膜半導(dǎo)體器件，它用在其內(nèi)部裝入外部驅(qū)動部分的大規(guī)模有源矩陣液晶顯示器中，還涉及它的制造方法。
首先，參考

圖1簡單地解釋一個普通結(jié)構(gòu)的有源矩陣液晶顯示器件。如圖1所示，這個平面結(jié)構(gòu)的有源矩陣液晶顯示器件包括一個主基片(101)，一個相對的基片(102)，一個把主基片(101)固定于相對基片(102)上的間隔層(103)，以及在兩個基片之間的液晶。在主基片表面上形成了由象素電極(104)和開關(guān)器件(105)組成的顯示部分(106)，驅(qū)動象素電極的開關(guān)器件(105)和(104)是按矩陣排列的，外部驅(qū)動部分(107)連接于顯示部分(106)。開關(guān)器件(105)由多個薄膜晶體管組成。薄膜晶體管也象電路元件那樣形成了外部驅(qū)動部分(107)。有上述結(jié)構(gòu)的主基片(101)在下文中稱之為“用于顯示的薄膜半導(dǎo)體器件”。
在用于顯示的薄膜半導(dǎo)體器件中已形成集成化的薄膜晶體管(TFT)方面，其結(jié)構(gòu)是用多晶硅制造的半導(dǎo)體膜形成，目前這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到充分發(fā)展，并且已用于相對小(幾英吋)的有源矩陣液晶顯示器件中?？墒?，由于多晶硅TFTs是由高溫處理制成的，它和石英基片都具有極好的熱電阻，因而得到使用。另一方面，對較大有源矩陣液晶顯示板(十或幾十英吋)的石英基片來說，由于它的價格很高而不適于使用，從而使用玻璃基片。當(dāng)使用玻璃基片時，由于它的熱阻差，就可使用由相對低溫度處理制作非晶體硅TFTs。然而非晶體硅TFTs具有低的遷移率和不能制造p-溝道非晶體硅TFTs。結(jié)果，在玻璃基片上形成一個外部驅(qū)動部分是不可能做到的，要裝配和使用外部附著的驅(qū)動器件，并且靠TAB或類似的方法來安裝。因此，象素的數(shù)目受到屏幕尺寸以及安裝極限的限制。所以，對于使用非晶體硅TFT，如何來制造用于顯示的高密度薄膜半導(dǎo)體器件來說，就受到一種限制。此外，由于一個非晶體硅TFT具有低的遷移率，為了獲得一個足夠大的開啟電流，晶體管尺寸必然地變大。因而，作為開關(guān)的非晶體硅TFTs變大，占據(jù)了顯示部分的面積變大，這樣造成對實(shí)現(xiàn)高快門速率的妨礙。
最近，已制造出具有高遷移率的多晶硅TFTs，它是借助于低溫處理得到充分發(fā)展的。這種技術(shù)包含用準(zhǔn)分子激光器進(jìn)行低溫退火對非晶體硅進(jìn)行局部加熱，從而使非晶體硅薄膜轉(zhuǎn)化成多晶硅薄膜?？墒?，除了用低溫處理和用大基片可完成的制造形成的半導(dǎo)體薄膜以外，這種工藝過程是有困難的，因此，這種技術(shù)還未在實(shí)際中得到應(yīng)用。例如，在一個處理過程中形成一個柵絕緣隔離層，就產(chǎn)生了問題。在大約1000℃時，用熱氧化多晶硅就產(chǎn)生了多晶硅TFTs的柵絕緣隔離層。當(dāng)使用另外的一些方法，如在低溫時完成加工薄膜的操作過程，來替代上述熱氧化工藝，那么柵絕緣薄膜就缺少足夠的抵抗電壓。此外，為了制造外部驅(qū)動器件，同時要制造N-溝道TFTs和P-溝道TFTs，以及完成雜質(zhì)離子注入，但是，人們還沒有實(shí)現(xiàn)用離子注入設(shè)備可以處理大的基片，因而出現(xiàn)了困難的問題?，F(xiàn)在已經(jīng)用等離子氣相擴(kuò)散設(shè)備代替了離子注入設(shè)備，但摻雜的控制是困難的，所以人們還未實(shí)現(xiàn)在大規(guī)模生產(chǎn)中實(shí)際使用它們。除上述之外，最困難的問題是不可能用低溫處理和不使用離子注入技術(shù)生產(chǎn)出帶有LDD結(jié)構(gòu)的TFTs(后面稱之為LDD-TFTs)。作為開關(guān)用的薄膜晶體管使用LDD-TFTs是必不可少的，為了防止象素的穿漏，在小的有源矩陣液晶顯示器件中也使用LDD-TFTs。可是，現(xiàn)在使用低溫處理并且不用離子注入方法形成LDD-TFTs是極端，困難的。
從上述討論過的技術(shù)結(jié)合存在的問題來看，本發(fā)明的一個任務(wù)是提供一個用低溫工藝制造的用于顯示的大規(guī)模薄膜半導(dǎo)體器件的LDD-TFTs結(jié)構(gòu)和其制造方法。就制造大的顯示器來講，本發(fā)明的第二個任務(wù)是使用多晶硅TFTs性能增加，為了能使外部驅(qū)動器件包含在內(nèi)，在兼顧顯示部分LDD-TFTs結(jié)構(gòu)同時，也包括外圍驅(qū)動部分。就制造較大的顯示器來講，本發(fā)明的第三個任務(wù)是提供一種方法，為了獲得高的象素密度和高的快門速率，可能生產(chǎn)一種在片上構(gòu)成的一個黑色掩膜和一個彩色濾光器。
為了解決與上述討論過的技術(shù)有關(guān)的各種問題，并且完成本發(fā)明的全部任務(wù)，設(shè)計(jì)出如下的裝置作為本發(fā)明用于顯示的薄膜半導(dǎo)體的基本結(jié)構(gòu)，有一個顯示部分和一個集成在玻璃基片上的外部驅(qū)動部分。象素電極和作為開關(guān)的薄膜晶體管在顯示部分中按矩陣排列。構(gòu)成電路元件的薄膜晶體管被形成于外部驅(qū)動部分中。每個薄膜晶體管是底注(bottom gate)型包含一個柵電極，形成在柵電極上的一個絕緣層上的多結(jié)晶半導(dǎo)體層，一個高濃度的摻雜質(zhì)膜在多結(jié)晶半導(dǎo)體層上形成一個源極和一個漏極。作為開關(guān)用的薄膜晶體管的特征是它們具有一個LDD結(jié)構(gòu)。其中在多結(jié)晶半導(dǎo)體層和高密度的摻雜膜之間插入一個低密度的摻雜膜。
最好，顯示部分包括一個含有多個象素電極的上側(cè)部分，一個含有用于開關(guān)的多個薄膜晶體管的下側(cè)部分，以及一個彩色濾光層，一個黑色掩膜層，和一個插在彩色過濾層和黑色掩膜層之間的平面層。在這種情況下，黑色掩膜層含有一個金屬布線圖形區(qū)，其電連接到作為源極和漏極的高濃度摻雜層上。另外，多個象素電極通過金屬布線圖形區(qū)電連接于漏極的高濃度摻雜膜上。
具有上面描述構(gòu)造的用于顯示的薄膜半導(dǎo)體器件能夠通過下述低溫處理工藝來制造首先，在玻璃基片上形成多個柵電極。其次，在柵電極上的一個絕緣膜上形成一半導(dǎo)體薄膜，然后，把半導(dǎo)體薄膜用激光熱處理轉(zhuǎn)化成一個多結(jié)晶層。低濃度摻雜層僅有選擇地形成在包含在顯示部分內(nèi)的多結(jié)晶半導(dǎo)體層上。此外，作為源極和漏極的高濃度摻雜層形成在低濃度摻雜膜上，作為開關(guān)的薄膜晶體管由此形成了一個疊加起來的LDD結(jié)構(gòu)。與此同時，作為電路元件的薄膜晶體管是直接由包括在外部驅(qū)動部分內(nèi)的多結(jié)晶半導(dǎo)體層上，作為源極和漏極的高濃度摻雜層形成的。最好，為了減少多結(jié)晶半導(dǎo)體層的電阻值，對包括在外部驅(qū)動部分內(nèi)的高濃度摻雜層上進(jìn)行選擇性的附加的激光退火處理。
按照本發(fā)明，在低溫條件下，在柵電極的一個柵絕緣膜上形成半導(dǎo)體膜，其過程是在玻璃基片上形成多個電極之后進(jìn)行的。接著，借助于激光退火處理半導(dǎo)體薄膜轉(zhuǎn)化成一個多結(jié)晶半導(dǎo)體層。用這個辦法，使用低溫工藝就能形成一個多結(jié)晶薄膜晶體管。由于它是一個底注型，這種結(jié)構(gòu)不容易遭到來自雜質(zhì)，例如在玻璃基片中的鈉，的不利影響。另外，因?yàn)樽鳛槠骷^(qū)域的是一個多結(jié)晶半導(dǎo)體層，所以它能使TFT做的很小。特別需要指出的是，在用作象素開關(guān)的薄膜晶體管中，一個LDD結(jié)構(gòu)是利用低溫處理工藝在多結(jié)晶半導(dǎo)體層上所形成的一個低濃度摻雜層和一個高濃度摻雜層來實(shí)現(xiàn)的。用這種方法，可以有效地防止在顯示器件中所出現(xiàn)的象素穿漏以及類似情況的這些致命的缺點(diǎn)。另一方面，在薄膜晶體管構(gòu)成的外部驅(qū)動部分的電路元件中，用低溫處理方法在多結(jié)晶半導(dǎo)體層上疊放上一個高濃度摻雜層，與此同時，就可以形成N-溝道TFTs和P-溝道TFTs，以及實(shí)現(xiàn)驅(qū)動器的制造。這時，在包含于外部驅(qū)動部分之內(nèi)的薄膜晶體管上有選擇地進(jìn)行附加的激光退火處理，以增加這些TFTs的速度。另外，在本發(fā)明中，彩色濾光層，黑色掩膜層以及平面層所采用的在片上結(jié)構(gòu)將有助于獲得較大的象素密度和較大的快門速率。
圖1是一個傳統(tǒng)的有源矩陣液晶顯示器件的結(jié)構(gòu)透視圖;
圖2是本發(fā)明第一個最佳實(shí)施例的一個剖視圖;
圖3(A)至3(F)是說明本發(fā)明第一個最佳實(shí)施例制造工藝過程中各個步驟的幾個剖視圖;
圖4是本發(fā)明第二個最佳實(shí)施例的一個剖視圖;
圖5(A)至5(G)是說明本發(fā)明第二個最佳實(shí)施例制造工藝過程中各個工藝步驟的幾個剖視圖;
圖6是本發(fā)明第三個最佳實(shí)施例的一個剖視圖;
圖7(A)至7(H)是說明本發(fā)明第三個最佳實(shí)施例制造過程中各個工藝步驟的幾個剖視圖。
現(xiàn)在結(jié)合各個附圖對本發(fā)明的幾個最佳實(shí)施例加以說明。圖2是本發(fā)明用于顯示的薄膜半導(dǎo)體器件的第一個最佳實(shí)施例的簡要局部剖視圖。這個器件具有一個顯示部分和一個外部驅(qū)動部分，其在一個玻璃基片(0)上形成為整體的器件，在顯示部分里，象素電極(9)和作為開關(guān)的薄膜晶體管按矩陣排列形成。在這個實(shí)施例中，這些薄膜晶體管(TFTs)是LDD結(jié)構(gòu)(在后面稱NchLDD-TFTs)的N-溝道型薄膜晶體管。另一個方面，在外部驅(qū)動部分中，有許多薄膜晶體管構(gòu)成的電路元件。在這個實(shí)施例中，為了簡化附圖，只畫出了一對含有一個N-溝道型薄膜晶體管(NchTFT)和一個P-溝道型薄膜晶體管(PchTFT)的晶體管。
對于每個TFTs來說，一個柵電極(1)是按照預(yù)定形狀形成在玻璃基片(0)上的。這種柵電極是由一種金屬，例如Ta、Ti、Cr、Mo/Ta、Al或Cu制成的。一個柵絕緣膜(2)由柵電極(1)上的含金屬氧化物形成。在外部驅(qū)動部分的PchTFT和NchTFT中，在柵絕緣膜(2)上，由多晶硅形成了一個多結(jié)晶半導(dǎo)體層(3)。在PchTFT情況下，在多結(jié)晶半導(dǎo)體層(3)上進(jìn)一步形成了一個P+型高濃度摻雜層(4)。在NchTFT情況下，在該多結(jié)晶半導(dǎo)體層(3)上形成一個高濃度摻雜層(7)。在這兩種情況中，高濃度摻雜層被由SiO2制成的蝕刻停止層(5)分成兩部分，被分成的兩部分就成為源極和漏極。布線層(6)與這些源極和漏極相連接。
在柵電極(1)上形成一個柵絕緣膜(2)，在絕緣膜上形成了由純多晶硅組成的一個多結(jié)晶半導(dǎo)體層(3)，就這點(diǎn)說來，在顯示部分中形成的NchLDD-TFT與外部驅(qū)動部分的NchTFT結(jié)構(gòu)相同。在顯示部分的NchLDD-TFT中，含有N型硅的一個N型低濃度摻雜層(8)被淀積在多結(jié)晶半導(dǎo)體層(3)上，并且含有N+型硅的一個N+型高濃度摻雜層(7)被淀積在N型低濃度摻雜層(8)之上。這兩種硅層相疊放置是為了形成一個LDD結(jié)構(gòu)的N-，N+構(gòu)成，并且禁止NchLDD-TFT產(chǎn)截止電流。最后，用鋁或類似材料制造一個布線層(6)，它與NchLDD-TFT的源極側(cè)面相連接，用透明的導(dǎo)電膜例如ITO制成的一個象素電極(9)與漏極側(cè)面相連接。
圖3中詳細(xì)地說明了圖2所示的薄膜半導(dǎo)體器件的制造方法。在這個最佳實(shí)施例中，顯示部分的NchLDD-TFTs和外部驅(qū)動部分的NchTFTs是用低溫處理工藝在玻璃基片上同時形成的，而沒有采用離子注入法。首先，在步驟(A)中，柵電極(1)被形成在一個玻璃基片上。這里，使用Mo/Ta作為柵電極材料。接著，在步驟(B)中，由陽極氧化形成Ta2O5以構(gòu)成柵絕緣膜(2)。這種由陽極氧化產(chǎn)生的氧化膜具有良好的界面態(tài)和均勻性，因此，它是制作柵絕緣膜的極好材料。接著，在步驟(C)中，形成了非晶體硅膜(11)和SiO2膜(12)。然后，對整個表面用一個準(zhǔn)分子激光器進(jìn)行退火處理，因此，非晶體硅(11)被多晶硅化。接著，在步驟(D)中，SiO2膜(12)和多晶硅半導(dǎo)體薄膜被刻線圖形，并且分別變成蝕刻停止層(5)和多晶硅半導(dǎo)體層(3)。此外，用P-CVD方法在屬于顯示部分的TFT上形成N-型硅低濃度摻雜層(8)。在另一步驟(E)中，用P-CVD方法形成一個N+型硅高濃度摻雜層(7)。外部驅(qū)動部分側(cè)邊的NchTFT和顯示部分側(cè)邊為NchLDD-TFT可以同時用這些方法制成。當(dāng)在外部驅(qū)動部分側(cè)邊形成PchTFTs時，就形成了一個P+型高濃度摻雜層(4)而不形成N+型高濃度摻雜層(7)。在最后步驟(F)中，形成了布線層(6)和象素電極(9)。像這些步驟一樣，用低溫處理和不采用離子注入方法就能在同一玻璃基片上形成PchTFT，NchTFT和NchLDD-TFT三種晶體管。因此，生產(chǎn)制造出裝配在驅(qū)動器內(nèi)的用于顯示的薄膜半導(dǎo)體器件是可做到的，其用作象素開關(guān)的薄膜晶體管具有一種LDD結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明第二個最佳實(shí)施例的用于顯示的薄膜半導(dǎo)體器件將參考圖4加以描述。在說明之前，先將它的背景技術(shù)加以簡單介紹，以利于更容易地理解這個最佳實(shí)施例。由于制造成本的原因，裝配在驅(qū)動器內(nèi)的有源矩陣液晶顯示器件僅能作成已經(jīng)商業(yè)化的那種小顯示器，例如作成象探視器那樣的顯示器。因此，象素的數(shù)量在最多時約有300，000個象素單元。這樣，如第一個實(shí)施例說明的那樣，要想制造裝配在驅(qū)動器內(nèi)用于顯示的薄膜半導(dǎo)體器件，就要使用一個大的玻璃基片。用于VGA(480×640×3象素)的有源矩陣液晶顯示器就要作成相當(dāng)大的矩陣液晶顯示面板，才能用于現(xiàn)行的手提PC機(jī)和詞處理器，等等之上。簡單想一下，如果這種有源矩陣液晶顯示面板作成芯片結(jié)構(gòu)的驅(qū)動器，那么在小的(300，000象素實(shí)線)顯示器中，與組合在一起的水平驅(qū)動器比較將需要三倍的速度。在這點(diǎn)上，有一種可能性就是如圖2所示的第一個最佳實(shí)施例的薄膜晶體管速度不能做的足夠快。薄膜晶體管的性能將通過在高溫條件下用退火處理方法激活各種雜質(zhì)來得到一定的改善?？墒钱?dāng)使用玻璃基片時，就不可能進(jìn)行這種高溫的退火處理。因?yàn)椋绻眉す膺M(jìn)行激活處理對所有的TFTs都進(jìn)行退火處理，由于擴(kuò)散的作用，作為象素開關(guān)器件的TFTs的LDD結(jié)構(gòu)就存在著消失的危險?？紤]到這個問題，當(dāng)制造用于象素開關(guān)薄膜晶體管的LDD結(jié)構(gòu)時這個實(shí)施例就把在外部驅(qū)動部分中形成更良好性能的薄膜晶體管作為一個目的而提出。
如圖4所示，第二個最佳實(shí)施例基本上與圖2所示的第一個最佳實(shí)施例結(jié)構(gòu)相同。因此，為了便于理解，相應(yīng)部分給出了相同的參考標(biāo)號。不同點(diǎn)是，在外部驅(qū)動部分內(nèi)形成了PchTFT和NchTFT的混合多結(jié)晶半導(dǎo)體層。在第一個最佳實(shí)施例中，這個多結(jié)晶半導(dǎo)體層(3)是由純的多晶硅制成的。但是，在第二個最佳實(shí)施例中，這個PchTFT的多結(jié)晶半導(dǎo)體層(13)是由P+型多晶硅構(gòu)成的。因此，第二個最佳實(shí)施例的多結(jié)晶半導(dǎo)體層比起第一個最佳實(shí)施例的多結(jié)晶半導(dǎo)體層來有較低的電阻率，并且可能獲得較高的工作速度。純的多晶硅僅能留在柵絕緣膜(2)和蝕刻停止層(5)之間。類似地，為了具有較低電阻率，NchTFT的多結(jié)晶半導(dǎo)體層(14)是由N+型多晶硅構(gòu)成的。其次，純的多晶硅僅保留在柵絕緣膜(2)和蝕刻停止層(5)之間。
現(xiàn)在參考圖5來對圖4中所示出的第二最佳實(shí)施例的制造方法進(jìn)行描述。與圖3中所示的第一個最佳實(shí)施例的制造方法相比較可以明顯看出，其步驟(A)至(E)正好相同。可是，在這個最佳實(shí)施例中，步驟(E)之后，在步驟(F)中選用了激光退火處理的方法。即，象素開關(guān)器件NchLDD-TFTs被一層保護(hù)膜(15)蓋住了，并且包含在外部驅(qū)動部分之內(nèi)的NchTFTs被準(zhǔn)分子激光器退火處理。結(jié)果，由純的多晶硅構(gòu)成多結(jié)晶半導(dǎo)體層(3)和在其上由N+型多晶硅構(gòu)成高濃度摻雜層(7)，他們互相熔化，除溝道區(qū)域處的所有部分都制成N型。因此，在溝道區(qū)域中留下純的多晶硅，其他所有部分都轉(zhuǎn)化成含有N+型多晶硅的多結(jié)晶半導(dǎo)體層(14)，它們的電阻率較低。NchTFT的開電流因此而增加，并且NchTFT變得能持續(xù)高速工作。另外，僅僅外部驅(qū)動部分的薄膜晶體管選用了激光退火處理，由含有低濃度摻雜層(8)和高濃度摻雜層(7)組成象素開關(guān)的NchLDD-TFT的LDD結(jié)構(gòu)被保留下來。之后，在步驟(G)中，在高濃度摻雜層(7)上形成了布線層(6)和象素電極(9)，這樣便獲得如圖4中所示的用于顯示的膜半導(dǎo)體器件。如步驟(F)所示的附加激光退火處理也在PchTFTs上進(jìn)行。
本發(fā)明的用于顯示的薄膜半導(dǎo)體器件的第三個最佳實(shí)施例將參考圖6加以詳細(xì)描述。首先，將簡要地說明一下第三個最佳實(shí)施例的背景情況。在圖2和圖4中所示的第一和第二個最佳實(shí)施例中，由于有TFTs和布線層造成用于顯示的膜半導(dǎo)體器件表面非常不平整。因此，當(dāng)把用于顯示的膜半導(dǎo)體器件裝配到液晶板上時，它難于控制液晶的取向，均勻取向以及象素開/關(guān)的控制都成問題。這種對于薄膜晶體管屏蔽的干擾是可以想像到的，帶有黑色掩膜的布線層(以及補(bǔ)充的電容)位于基片側(cè)面的對面，以防止顯示質(zhì)量的降低。無論如何，從增加象素密度這點(diǎn)來考慮，這種方法有極大的缺點(diǎn)，因?yàn)楹谏谀さ膶挾炔荒軌驕p小。另外，用這種方法，為了增加快門速率，在含鋁或類似金屬組成的布線層下面構(gòu)成補(bǔ)償?shù)碾娙?。在底注?gòu)造情況下，無論如何，布線層和多結(jié)晶半導(dǎo)體層都可能互相短路，若沒有一個絕緣膜，這種結(jié)構(gòu)就不能被采用。還有，當(dāng)黑色掩膜放在基片側(cè)面的對面時，對于提供一個校正誤差補(bǔ)償用的空白區(qū)域是需要的，因此，快門的速率就降下來了。為了解決上述問題，第三個最佳實(shí)施例的一個任務(wù)是在芯片上形成一個彩色濾光層，一個黑色掩膜層，和一個平面層，另外，這種結(jié)構(gòu)在第一和第二個最佳實(shí)施例中已給出。
圖6是一個結(jié)構(gòu)的兩個象素的局部剖視圖，其中，第三個最佳實(shí)施例的用于顯示的薄膜半導(dǎo)體器件設(shè)置在一個有源矩陣液晶顯示面板上。在一玻璃基片(主基片)(0)上形成一個柵電極(1)，在基片上構(gòu)成一個用于顯示的薄膜半導(dǎo)體器件。這種柵電極是由一種金屬，例如Ta、Ti、Cr、Mo/Ta、Al、或Cu制造而成的。柵絕緣膜(2)是由柵電極上形成一層金屬氧化物而構(gòu)成的。由純的多晶硅組成的多結(jié)晶半導(dǎo)體層(3)在柵絕緣膜(2)上形成。另外，由N-型硅組成的低濃度摻雜層(8)在多結(jié)晶半導(dǎo)體層(3)上形成，由N+型多晶硅組成的高濃度摻雜層(7)在N-型層(8)上形成，作為一個漏極和一個源極。由N-型多晶硅和N+-型多晶硅組成的這種兩層結(jié)構(gòu)構(gòu)成了一個LDD，并且抑制NchLDD-TFT的關(guān)電流。上邊所述的NchLDD-TFT包括在下側(cè)部分中。另一方面，在上側(cè)部分中提供了一個象素電極(9)。一個彩色濾光層，一個黑色掩膜層以及一個平面層被插入到上部側(cè)面部分和上部側(cè)面部分之間。彩色濾光層(21)包括賦予相應(yīng)的象素三種基本彩色RGB的三個部分(22)、(23)和(24)。在彩色濾光層(21)上邊構(gòu)成了作為信號線的一個金屬布線層(6)。金屬布線層(6)和包括柵電極(1)的柵線構(gòu)成一個黑色掩膜層。因此，在象素電極(9)側(cè)面的接觸孔中設(shè)置金屬布線層(6)。由于在玻璃基片表面有高度差異，平面層(25)是另外形成的。上述的象素電極(9)在平面層(25)之上形成，并且經(jīng)過金屬布線層(6)電連接著NchLDD-TFT的漏極。在這個第三最佳實(shí)施例中，彩色濾光層(21)和黑色掩膜層形成在主基片(玻璃基片)(0)側(cè)面上，在芯片上，僅由透明導(dǎo)體膜組成的面電極(27)形成在面基片(26)上。定向膜(28)在主要面基片(0)和(26)內(nèi)表面上形成。用研磨來處理這些定向膜(28)之后，兩個基片(0)和(26)互相貼牢，液晶(29)被注入和密封在它們之間的縫隙中，并且獲得了大的有源矩陣液晶顯示板。
如上所述，靠平面層(25)的形成使得主基片(0)的不均勻性減少了，相反的傾斜區(qū)域消除了，并能使墨色掩膜的寬度減至最小。因此，在研磨處理過程中，就可抑制定向膜(28)的厚度和定向的缺陷方面的變化。把彩色過濾層(21)作為絕緣層和在其上的布線(例如，鋁)，對在其下插入輔助電容量是可能的。在主基片(0)上制造采色光濾層和黑色掩膜層時，相對于面基片(26)對準(zhǔn)精度是非常容易做到的。此外，由于NchLDD-TFT使用由多晶硅組成的多結(jié)晶半導(dǎo)體層(3)作為器件區(qū)域，晶體管的尺寸也能夠減少。由于上述原因，有源矩陣液晶顯示板的快門速率也得到改善。結(jié)果，包括逆光的整個顯示器的耗散功率都降低了。
現(xiàn)在對照圖7來描述圖6所示的第三個最佳實(shí)施例的制造方法。首先，在步驟(A)中，在玻璃基片上形成柵電極(1)。這里，用作柵電極(1)的金屬材料是Mo/Ta。接著，在步驟(B)中，用陽極氧化形成Ta2O5構(gòu)成一柵絕緣膜(2)。這種由陽極氧化產(chǎn)生的氧化物具有良好的界面態(tài)和均勻性，用作制成柵絕緣膜(2)是非常好的。在接著的步驟(C)中，按順序形成一個硅膜(11)和一個SiO2膜(12)，硅膜(11)經(jīng)過一個準(zhǔn)分子激光器進(jìn)行退火處理后轉(zhuǎn)化成為一個多晶硅膜。在步驟(D)中，SiO2膜(12)和多晶硅膜按照預(yù)先確定好的形狀被分別制成一個蝕刻停止層(5)和多結(jié)晶半導(dǎo)體層(3)。另外，由N-型硅組成的低濃度摻雜層(8)用CVD方法形成在多結(jié)晶的半導(dǎo)體層(3)上方。然后，在步驟(E)中，由N+型硅組成的高濃度摻雜層(7)被形成。
接著，在步驟(F)中分別形成用三原色RGB給彩色濾光膜(21)著色的(22)、(23)和(24)圖形區(qū)。另外，形成通過NchLDD-TFTs的源極和漏極的接觸孔。在步驟(G)中，在金屬中制成構(gòu)成一個黑色掩膜的布線層(6)。最后，在步驟(H)中，形成了平面層(25)。象素電極(9)被制成在平面層(25)上。為蓋住象素電極(9)，定向膜(28)被淀積在其上。利用上述工藝步驟，使用低溫處理，并且不用離子注入法，就能在玻璃基片上形成一個薄膜晶體管，一個彩色濾光層，一個黑色掩膜層和一個平面層。如果能在大的玻璃基片上制造出多晶硅TFTs，制出插入型驅(qū)動器就是有可能的。另外，由于用作象素開關(guān)的薄膜晶體管能造的很小，這樣快門速率能提高。此外，借助于彩色膜和黑色掩膜層的結(jié)合，快門速率進(jìn)一步提高。快門速率的改善有助于包括逆光的整個顯示器能耗的減少。當(dāng)這種器件被用于便攜式信息儀器，例如手提式終端時，這個優(yōu)點(diǎn)對于延長電池壽命是非常有用的。
作為一種補(bǔ)充，參考圖7的步驟(H)，對于結(jié)構(gòu)，膜的厚度，組成的元件制造方法給出專門例子的說明。用例如濺射Mo/Ta合金的方法使其達(dá)到約200nm的厚度形成柵電極(1)。用例如約230nm厚度的Ta2O5陽極氧化物來制成柵絕緣膜(2)。用等離子CVD方法形成如100nm厚的一非晶體硅膜，對其進(jìn)行激光退火處理后就獲得了多結(jié)晶半導(dǎo)體層(3)。用等離子CVD方法形成具有厚度為50nm的N-型非晶體硅制成低濃度摻雜層(8)。另外，用等離子CVD方法堆積起N+型非晶體硅至厚度為100nm制成高濃度摻雜層(7)。用等離子CVD方法把SiO2堆積起200nm厚并把它制成預(yù)定形狀以獲得蝕刻停止層(5)。彩色濾光層的區(qū)段(22)、(23)和(24)是用色素擴(kuò)散法達(dá)到1500nm厚度時制成的。金屬布線層(6)是用濺射方法將Mo達(dá)到厚度為240nm并制成預(yù)定形狀。平面層(25)是用涂一層透明保護(hù)膜，使其達(dá)到1000nm厚而制成的。象素電極(9)是用濺射方法將50nm厚度的ITO按預(yù)定形狀形成的。定位膜(28)是用一個滾動涂料器將聚酰亞胺涂至厚度為80nm而制成的。
如上所述，按照本發(fā)明，可能用激光退火處理方法產(chǎn)生多結(jié)晶的非晶體硅，用低溫處理工藝而不用離子注入方法能制造出N-溝道晶體管，P-溝道晶體管，以及帶有LDD結(jié)構(gòu)的晶體管。結(jié)果，就可能采用大的玻璃基片生產(chǎn)出帶有插入驅(qū)動器用于顯示器的薄膜半導(dǎo)體器件，并且降低了制造成本，增加了象素密度，實(shí)現(xiàn)了增加有源矩陣液晶顯示板的工作效率之目的。另外，對用在外部驅(qū)動部分內(nèi)的薄膜晶體管進(jìn)行選擇性的退火處理，得到外部驅(qū)動部分中的高性能晶體管，當(dāng)作為開關(guān)器件使用時，保持晶體管的LDD結(jié)構(gòu)因而驅(qū)動器的速度也得到增加。因此，帶有插入驅(qū)動器的大液晶顯示板中象素的數(shù)目也能增加。此外，除了在玻璃基片上的多晶硅晶體管之外，所制造的彩色濾光器和黑色掩膜，使液晶顯示板的快門速率得到改善，并且可以實(shí)現(xiàn)包括逆光的顯示模塊的能耗降低了。
權(quán)利要求
1.一個薄膜半導(dǎo)體器件，包括一個玻璃基片；一個在玻璃基片上形成的顯示部分，在顯示部分中按矩陣方式形成的多個象素電極和用作開關(guān)的第一個薄膜晶體管；在玻璃基片上形成的一個外部驅(qū)動電路部分，在外部驅(qū)動電路部分中形成了構(gòu)成電路元件的第二薄膜晶體管；第一和第二薄膜晶體管的每一個包括一個柵電極，在柵電極上的一個絕緣膜之上形成了一個多結(jié)晶半導(dǎo)體層，在多結(jié)晶半導(dǎo)體層上形成了組成源極和漏極區(qū)域的一個高濃度摻雜層；第一薄膜晶體管具有一種LDD結(jié)構(gòu)，其中一個低濃度摻雜層是插在多結(jié)晶半導(dǎo)體層和高濃度摻雜層之間的。
2.按權(quán)利要求1所述的薄膜半導(dǎo)體器件，其中顯示部分包括一個含有象素電極的上部區(qū)域，一個含有第一薄膜晶體管的下部區(qū)域，以及放在上部和下部區(qū)域之間的一平面層。
3.按照權(quán)利要求2所述的薄膜半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括在上部和下部區(qū)域之間的一個彩色濾光層和一個黑色掩膜層。
4.按照權(quán)利要求3所述的薄膜半導(dǎo)體器件，其中黑色掩膜層包含一個電連接于高濃度摻雜層的金屬布線圖形區(qū)。
5.按照權(quán)利要求4所述的薄膜半導(dǎo)體器件，其中象素電極用金屬布線圖形區(qū)電連接于高濃度摻雜層。
6.一個液晶顯示器件包括一個玻璃基片;一個在玻璃基片上形成的顯示部分，在顯示部分中用矩陣方法形成了多個象素電極和用作開關(guān)的第一薄膜晶體管;在玻璃基片上形成的一個外部驅(qū)動電路部分，在外部驅(qū)動電路部分中形成了構(gòu)成電路元件的第二薄膜晶體管;第一和第二薄膜晶體管的每一個包括一個柵電極，在柵電極上的一個絕緣膜之上形成了一個多結(jié)晶半導(dǎo)體層，以及在多結(jié)晶半導(dǎo)體層上形成構(gòu)成源極和漏極區(qū)域的一個高濃度摻雜層;第一薄膜晶體管是一種LDD結(jié)構(gòu)，其中一個低濃度摻雜層是插入在多結(jié)晶半導(dǎo)體層和高濃度摻雜層之間的;一個相對的基片設(shè)置在玻璃基片對面;以及一個裝在玻璃基片和相對基片之間的液晶層。
7.按照權(quán)利要求6所述的液晶顯示器件，其中顯示部分包括一個含有象素電極的上部區(qū)域，一個含有第一薄膜晶體管的下部區(qū)域，以及一個放在上部和下部區(qū)域之間的平面層。
8.按照權(quán)利要求7所述的薄膜半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括在上部和下部區(qū)域之間的一個彩色濾光層和一個黑色掩膜層。
9.一種用于制造薄膜半導(dǎo)體器件的方法，包括在一個玻璃基片上形成一體的一個顯示部分和一個外部驅(qū)動電路部分，所含步驟為在一玻璃基片上形成一個柵電極;在柵電極上的絕緣膜之上形成一個半導(dǎo)體薄膜;在半導(dǎo)體薄膜上進(jìn)行激光退火處理，以把半導(dǎo)體薄膜轉(zhuǎn)化成一個多結(jié)晶半導(dǎo)體層;在顯示部分中，在多結(jié)晶半導(dǎo)體層上選擇性地形成一個低濃度摻雜層;以及在低濃度摻雜層上形成構(gòu)成源極和漏極區(qū)域的一個高濃度摻雜層，由此形成了具有一個LDD結(jié)構(gòu)用于開關(guān)的薄膜晶體管，以及在外部驅(qū)動電路部分中，在多結(jié)晶半導(dǎo)體層上形成構(gòu)成源極和漏極區(qū)域的一個高濃度摻雜層，由此形成了構(gòu)成一個電路元件的一個薄膜晶體管。
10.按照權(quán)利要求9所述的用于制造一個薄膜半導(dǎo)體器件的方法，進(jìn)一步包括在外部驅(qū)動電路部分中在高濃度摻雜層上選擇性地進(jìn)行附加激光退火處理的一個步驟，以用來減少多結(jié)晶半導(dǎo)體層的電阻。
11.一種疊加LDD結(jié)構(gòu)底注型(bottom gate)薄膜晶體管包括一個玻璃基片;一個在玻璃基片上形成的柵電極;一個在柵電極上的絕緣層之上形成的多結(jié)晶半導(dǎo)體層;以及在低濃度摻雜層上形成的構(gòu)成了源極和漏極區(qū)域的一個高濃度摻雜層。
全文摘要
一種象素開關(guān)用LDD結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管以低溫工藝在一大玻璃基片上形成。顯示用TFST包括顯示部分和外驅(qū)動部分。象素電極9和TFT在顯示部分按矩陣排列。在P溝道和N溝道TFT形成于外部驅(qū)動部分。每個TFT包括柵極1、1上的絕緣膜2、2上的多晶半導(dǎo)體層3、及3上的構(gòu)成源極4和漏極7的高濃度摻雜層。開關(guān)用TFT為LDD結(jié)構(gòu)，低濃度摻雜層8插于層3和高濃度摻雜層7之間。
文檔編號H01L21/77GK1112730SQ9411282
公開日1995年11月29日 申請日期1994年11月5日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月5日
發(fā)明者井上祐子, 木下幸男, 林久雄 申請人:索尼公司