[发明专利]半导体膜、半导体器件和它们的生产方法

说明书

                     发明背景

发明领域

本发明涉及依靠等离子体CVD方法生产具有非晶结构的半导体膜的方法，涉及具有由使用半导体膜的薄膜晶体管(下文中称作TFT)组成的电路的半导体器件，并涉及它们的生产方法。本发明涉及以，例如，液晶显示面板为代表的电光器件和安装了这类电光器件作为其部件的电子器件。

本技术说明中，半导体器件代表通过利用半导体性能作为整体来工作的器件。因而，电光器件、半导体电路和电子器件都是半导体器件。

相关技术说明

迄今薄膜晶体管(下文中称作TFT)作为使用具有结晶结构的半导体膜的典型半导体器件是众所周知的。虽然TFT作为用于在诸如玻璃的绝缘衬底上形成集成电路的技术正在引起关注，但是与驱动电路集成的这类的液晶显示器件现在已经投入实际应用。迄今为止，已经通过使等离子体CVD法或低压CVD法淀积的非晶半导体膜受到热处理或激光退火法(通过用激光辐射晶化半导体膜的技术)的处理制备出具有结晶结构的半导体膜。

这样制备的具有结晶结构的半导体膜是大量结晶颗粒的集合体，它们的晶体方位在任意方向取向并且是不可控的，其成为对TFT性能加以限制的因素。为了处理上述问题，日本专利特许公开号7-183540公开了一种通过添加诸如镍的促进半导体膜晶化的金属元素制备具有结晶结构的半导体膜的技术，使不仅降低晶化所必需的加热温度而且增加晶体方位在一个方向的取向成为可能。当用具有这种结晶结构的半导体膜形成TFT时，不仅改善电场迁移率，而且降低次阈值(sub-threshold)系数(S-值)，并且电性能得到显著地改善。

促进晶化的金属元素的使用使控制晶化过程中核的产生成为可能。因而，膜的质量比起通过其它允许核以任意方式产生的晶化方法得到的膜来变得更均匀。理想地，希望完全地除去金属元素或到可允许的范围。但是，随着金属元素被添加以促进晶化，金属元素会残留在具有结晶结构的半导体膜的内部或表面上，变成所获得的元件的性能的偏差的原因。例如，TFT中关电流增加，引起各元件之间的偏差的问题。这就是说，促进晶化的金属元素在形成具有结晶结构的半导体膜之后变成非常不必要的。

使用磷的吸取被有效地用作从具有结晶结构的半导体膜的特定区域除去促进晶化的金属元素的方法。例如，在450-700℃进行热处理同时向TFT的源/漏区添加磷，金属元素能很容易地从沟道形成区中除去。

磷通过离子掺杂法(其中PH₃等用等离子体分解、在电场中加速离子以便于注入到半导体中但是不会由质量分离离子的方法)注入到具有结晶结构的半导体膜中。但是，为了实现吸取，磷的浓度不得低于1×10²⁰/cm³。通过离子掺杂法的磷的加入使具有结晶结构的半导体膜变成非晶的，同时磷浓度的增加阻碍了随后通过退火进行的重结晶。另外，在高浓度添加的磷造成掺杂所需的处理时间的增加，引起掺杂步骤中生产量减小的问题。

另外，用于转变导电类型的硼的浓度必须是加到p沟道TFT的源/漏区的磷的浓度的1.5-3倍，其导致了伴随着实现重结晶中的困难的源/漏区电阻增加的问题。

当没有充分地进行吸取且吸取在衬底中变得无规律时，TFT的性能中就出现差异或偏差。透射型液晶显示器件的情形中，安排在像素部分的TFT的电性能的偏差是供给像素电极的电压的偏差，由此偏差出现在透射的光量上，所述光然后由观察者的眼睛感知为显示器上的深浅。

对于使用OLED的发光器件，TFT是实现有源矩阵驱动系统不可缺少的元件。因而，使用OLED的发光器件必须有至少作为开关元件工作的TFT和供给每个像素中的OLED电流的TFT。无论是何种像素的电路构造和其驱动方法，像素的亮度决定于电连接到OLED并供给OLED电流的TFT的开电流(I_on)。因而，当白色显示在整个表面上时，除非电流保持恒定，否则亮度中就出现偏差。

本发明涉及解决上述问题的方法，并提供在通过使用促进半导体膜晶化的金属元素得到具有结晶结构的半导体膜之后，有效地除去残留在膜中的金属元素的技术。