[发明专利]半导体器件

说明书

近些年来对利用薄膜半导体在玻璃或石英衬底上形成晶体管(称为薄膜晶体管)的技术已经进行了研究。特别是利用非晶硅作为薄膜半导体的技术已经得到了实际应用，用于有源矩阵型液晶显示设备和类似设备中。

然而，利用非晶硅的薄膜晶体管具有特性差的问题。例如，如果希望改进有源矩阵型液晶显示设备的显示性能，利用非晶硅的薄膜晶体管的特性就显得太差了，以至不能达此目的。

此外，已知有这样的技术，利用其中非晶硅膜已经被结晶的结晶硅膜构成薄膜晶体管。这些技术包括在形成非晶硅膜之后进行热处理或用激光照射，将非晶硅膜变成结晶硅膜。通过将非晶硅膜结晶得到的结晶硅膜通常具有多晶硅结构或微晶硅结构。

通过利用结晶硅膜构成薄膜晶体管，就能得到比用非晶硅膜要好得多的特性。例如，考虑迁移率，它是评价薄膜晶体管特性的一项重要指标，利用非晶硅膜的薄膜晶体管的迁移率是1cm²/Vs，但是利用结晶硅膜的薄膜晶体管可以得到的迁移率的值大约为100cm²/Vs。

然而，通过使非晶硅膜结晶得到的结晶硅膜具有多晶结构，并且晶粒界面引起了许多问题。例如，由于一些载流子通过晶粒界面迁移，所以存在耐压受到极大限制的问题。再一个的问题是，在高速操作下容易出现特性的改变和下降。进一步的问题是，由于一些载流子通过晶粒界面迁移，所以当薄膜晶体管截止时存在一个很大的漏电流。

另外，为了以更高集成度的方式构成有源矩阵型液晶显示设备，  不仅需要在单一的玻璃衬底上形成像素区，而且需要形成外围电路。在这种情况下，排列在外围电路中的薄膜晶体管必须能够处理大电流，以便驱动以矩阵形式排列的许许多多的像素晶体管。

为了得到能够处理大电流的薄膜晶体管，需要采用宽沟道的结构。然而，利用多晶硅膜或微晶硅膜的薄膜晶体管存在着这样的问题，即由于耐压的问题，即使加宽沟道，也不能实现上述目的。再一个问题是阈值电压等的变化很大，因此它们不实用。

本说明书公开的发明旨在提供一种薄膜晶体管，它不受晶粒界面的影响。

本说明书公开的发明的另一个目的是提供一种薄膜晶体管，它具有很高的耐压性，利用这一点就能处理大电流。

本说明书公开的发明的再一个目的是提供一种薄膜晶体管，它的特性不下降或改变。

本说明书公开的一个发明是一种半导体器件，它利用了形成在具有绝缘表面的衬底上的薄膜硅半导体，其中

上述薄膜硅半导体具有一个可以被认为实际上是单晶体的区域，

上述区域构成至少一部分有源层，

以及上述区域包含浓度在1×10¹⁶cm^-3和5×10¹⁸cm^-3之间的碳和氮原子，浓度在1×10¹⁷cm^-3和5×10¹⁹cm^-3之间的氧原子，和浓度在1×10¹⁷cm^-3和5×10²⁰cm^-3之间的氢原子，氢原子中和硅中不成对的键。

利用上述结构，可以被认为实际上是单晶体的一个区域称为薄膜硅半导体区，它具有取结晶度等于单晶硅片的结晶度的晶体结构。特别是，可以被认为实际上是单晶体的区域被定义为这样一个区域，其中与单晶硅的喇曼光谱相比的喇曼光谱强度比至少是0.8，半幅度的全宽度的比(相对值)是2或小于2，同时在所述区域中实际上没有晶粒界面。

可以被认为实际上是单晶体的这一区域可以利用非晶硅膜作为起始膜，并对它进行热处理或用激光照射得到。特别是通过搀入促进硅结晶的金属元素，就能在一个大面积上相对容易地得到上述可以被认为实际上是单晶体的区域。

从Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Zn、Ag和Au中选择的一种或多种元素可以用作促进硅结晶的金属元素。这些元素具有这样的特性，即当进行热处理或用激光照射时，它们渗入硅，并在硅中分散。上述元素中，利用Ni(镍)元素就能得到特别明显的效果。