[发明专利]薄膜晶体管及半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管以及利用该薄膜晶体管的半导体装置。 

背景技术

薄膜晶体管(TFT)可以形成在廉价的玻璃衬底上，并且广泛地用作有源矩阵型半导体显示装置所具有的半导体元件。TFT的迁移率、导通电流等特性取决于用于TFT的半导体膜的结晶性。例如，其沟道形成区域由非晶半导体膜形成的TFT的迁移率为0.4cm²/V·sec至0.8cm²/V·sec左右，而其沟道形成区域由多晶半导体膜形成的TFT的迁移率为几十cm²/V·sec至几百cm²/V·sec左右。因此，与利用非晶半导体膜的TFT相比，利用多晶半导体膜的TFT的迁移率高二位数以上，而获得高导通电流。 

然而，多晶半导体膜所包含的晶粒的粒径具有很广的分布即几μm至几百μm。因此，利用多晶半导体膜的TFT具有其迁移率及导通电流高于利用非晶半导体膜的TFT的迁移率及导通电流的优点，但是因为沟道形成区域中的结晶性在元件之间不均匀，所以还具有在元件之间的迁移率及导通电流的不均匀性大的缺点。因此，当重视迁移率的高度而将多晶半导体膜用于TFT时，在元件之间发生不均匀性，另一方面，当重视元件之间迁移率的均匀性而将非晶半导体膜用于TFT时，又难以确保高迁移率。 

于是，正在开发将具有几nm至几百nm左右的晶粒的微晶半导体膜用于沟道形成区域的TFT。因为利用微晶半导体膜的TFT可以在确保具有一定程度的高度的迁移率及导通电流的同时抑制在元件之间的迁移率及导通电流的不均匀性，所以可以制造高性能且能够获得高可靠性的半导体装置。 

下面的专利文件1和专利文件2记载有将具有微晶半导体膜的薄膜晶体管用作开光元件的半导体显示装置。 

[专利文件1]日本专利申请公开Hei4-242724号公报 

[专利文件2]日本专利申请公开2005-49832号公报 

一般来说，微晶半导体膜通过CVD法等气相成长法而形成，但是刚开始成膜时形成的层是非晶或者结晶缺陷多的层，而与之后形成的层相比，其结晶性差得多。因此，在按栅电极、栅极绝缘膜、微晶半导体膜的顺序进行成膜的反交错型TFT中，微晶半导体膜和栅极绝缘膜的界面附近的结晶性低。从而，因为在利用微晶半导体膜的反交错型TFT中，在上述的结晶性低的界面附近形成多个载流子移动的沟道形成区域，所以难以进一步提高TFT的迁移率及导通电流等特性。 

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种利用能够获得更高的迁移率及导通电流的微晶半导体膜的薄膜晶体管、以及利用该薄膜晶体管的半导体装置。 

在本发明的一种结构中，不是使微晶半导体膜中的刚开始成膜时形成的结晶性差的层中，而是使结晶性高的层中的接近栅极绝缘膜的层包含赋予一导电型的杂质元素，以便在之后形成的结晶性高的层中形成沟道形成区域，。并且，将包含杂质元素的层用作沟道形成区域。此外，在用作源区域或漏区域的包含杂质元素的一对半导体膜和用作沟道形成区域的包含杂质元素的层之间设置不包含赋予一导电型的杂质元素的层或者与其他层的层相比，赋予一导电型的杂质元素的浓度低得多的层。 

作为使结晶性高的层中的接近栅极绝缘膜的层包含的杂质元素，当制造n型薄膜晶体管时使用赋予n型导电性的杂质元素，而当制造p型薄膜晶体管时使用赋予p型导电性的杂质元素。

具体地说，本发明的半导体装置所具有的一种薄膜晶体管包括：绝缘表面上的导电膜；导电膜上的栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上与导电膜重叠的第一半导体膜；第一半导体膜上的一对第二半导体膜。此外，第一半导体膜包含微晶半导体。并且，第一半导体膜与栅极绝缘膜以及一对第二半导体膜远离并且具有包含杂质元素的层。 

具体地说，本发明的半导体装置所具有的一种薄膜晶体管包括：绝缘表面上的导电膜；导电膜上的栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上与导电膜重叠的第一半导体膜；第一半导体膜上的一对第二半导体膜。此外，第一半导体膜至少具有在栅极绝缘膜一侧具有包含微晶半导体的半导体膜，并且在一对第二半导体膜一侧具有包含非晶半导体的半导体膜。并且，包含微晶半导体的半导体膜与栅极绝缘膜远离并且具有包含杂质元素的层。 

本发明的薄膜晶体管可以将微晶半导体膜中的结晶性更高的层用作沟道形成区域，所以可以提高导通电流以及迁移率。此外，根据本发明的薄膜晶体管，可以制造更高速驱动或更高性能的半导体装置。 

附图说明