[发明专利]具有薄膜晶体管的电子器件

说明书

本发明涉及到一种矩阵器件，它具有一种矩阵结构，具有用作转换装置的MOSFETs和MISFETs(统称为MOS装置)并被用于执行诸如液晶显示和动态RAM(DRAM)的动态操作。这些矩阵器件的例子包括光电显示器件和半导体存贮器。本发明还涉及到一种用于驱动这种矩阵器件的电路。特别是，本发明涉及到一种使用薄膜晶体管，诸如是在绝缘基底上作为一个MOS器件而形成的薄膜晶体管的器件。

最近，已经实现一种绝缘栅半导体器件，该装置在其绝缘基底上包含一个以薄膜型式存在的有源层(也称有源区)。特别是，薄膜绝缘栅晶体管或所谓的薄膜晶体管(TFT)正在被认真地研究着。人们倾向于使用这些器件去控制在具有诸如液晶显示的矩阵结构的显示器件上的像素，根据所使用的半导体材料和晶体状态，这些器件可以分为非晶硅TFTs或多晶硅TFTs。另外，目前还研究了一种材料，这种材料表现出多晶和非晶状态之间的情况。这种材料称之为半非晶材料，并且认为它是一种微晶可浮动的非晶结构。如以后将要说明的，这是单晶状态下的高迁移率和非晶状态下的低漏电流二者良好结合的一种材料。

另外，多晶硅TFTs还被用于单晶硅的集成电路上。作为一种SOI(绝缘体上的硅)技术，这是公知的。例如，在大规模集成电路的SRAM中，这种TFTs被用作负载晶体管。但是在这种情况下，就极少使用非晶硅TFTs。

由于导电互连不是通过电容耦合到基底上的，所以绝缘基底上的半导体电路可以相当高的速度工作。已经提出了一种计划将这种半导体电路用于超高速微处理器和超高速存贮器。

通常，非晶硅半导体具有较低的场迁移率，从而使其不能应用于需高速操作的那些TFTs中。另外，P型非晶硅具有极低的场迁移率；从而不可能用其制造P-沟道TFTs或PMOS TFTs。因此，企图利用P-沟道TFTs或PMOS TFTs和N-沟道TFTs或NMOS TFTs相互结合制造互补型MOS(CMOS)是不可能的。

但是，由非晶硅半导体制成的TFS具有低截止电流的优点。所以，这种TFTs用于诸如液晶显示装置的有源矩阵晶体管等场合，在这种场合下，不需要高速操作，仅需要一种导电类型且必须能良好地保持荷电。

另一方面，多晶硅半导体比非晶硅半导体具有较高的场迁移率并因此能进行高速操作。例如，使用通过激光退火重结晶而生成的硅膜的场迁移率高达300cm²/v·s，这就非常接近在一个普通单晶硅基底上形成的MOS晶体管的大约500cm²/v·s的场迁移率。硅单晶硅上MOS电路的操作速度受到基底和传导连接之间的寄生电容的限制。相比之下，在多晶硅半导体(再结晶的硅膜)的情况下，由于电路位于绝缘基底上，这种限制就不存在了。因此，期待极高速操作。

PMOS TFTs类似于NMOS TFTs，也可以用多晶硅制造。因此，可以形成CMOS电路。例如，具有所谓单片结构的有源矩阵液晶显示器，即不仅其有源矩阵部分，而且诸如驱动器等外用部分也由CMOS多晶硅TFTs制造的产品是公知的。

在前述SRAM中所使用的TFTs就是考虑到这一点而形成的。PMOS器件是由TFTs构成的并且被用作负载晶体管。

在通常的非晶TFTs中，通过如在单晶制造技术中所使用的自对准处理来形成源/漏区是很困难的。由于栅极和源/漏区的几何重叠所引起的寄生电容会引起问题。因此，多晶硅TFTs能够利用自对准处理，并借此使寄生电容被极大地抑制。

尽管多晶硅TFTs具有上述优点，但已经指出其中还存在某些问题。在通常的多晶硅TFTs中，在绝缘基底上形成一个有源层。在有源层上形成一个绝缘棚膜和多个棚极，这种结构为共平面型，虽然这种结构可以使用自对直处理，但是对于减少来自活性层的漏电流(截止电流)却是困难的。

虽然还不能完全理解漏电流所有起因，但其主要是由于在下面基底和有源层之间建立起的界面俘获电荷而引起的。因此，通过仔细并使其界面俘获密度减少到几乎与在棚氧化层膜与活性层之间的接口上的密度相等使漏电流问题得以解决。

特别是，在高温处理(最高处理温度约为1000℃极量级)中，基体由石英制成，在基体上形成硅覆盖层，并经过约1000℃的热氧化处理形成硅覆盖层的清洁表面。然后，利用低压CVD或其他方法形成硅有源层。