[发明专利]具有偏置栅极结构的薄膜晶体管的制造方法

说明书

本发明一般涉及用于在有源矩阵液晶显示器(LCD)中驱动液晶的薄膜晶体管，更具体地涉及具有偏置区的薄膜晶体管。

近来，供平面显示器件和其它图象显示器件用的薄膜晶体管方面的研究及开发极为活跃。用于有源矩阵LCD或其它显示器件的薄膜晶体管需要具有如下特性，高的迁移率，高的接通电流与关断电流的比例，高的耐电压，有减小器件尺寸的能力。

多晶半导体薄膜晶体管具有高性能和高可靠性的优点，但与使用非晶半导体膜的晶体管相比，也存在需要高温来形成膜这样的缺点。因此，对通过激光照射而不使用高温处理，来使非晶半导体膜晶化成为多晶半导体膜，进行了许多研究和技术应用。

图1展示了采用多晶半导体膜的传统薄膜晶体管的剖面图，图2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G、2H展示了图1所示晶体管的制造工艺步骤。以下参考这些图说明制造工艺。首先，在玻璃基片61上形成非晶半导体(a-Si)膜62a，如图2A所示。然后对非晶半导体膜62a刻图，并用准分子激光做局部照射，以使非晶半导体膜62a的部分生长成为多晶半导体(P-Si)膜62b，并仅留下该部分，如图2B所示。之后，形成栅绝缘膜63和金属膜64a，如图2C所示。接着把金属膜64a刻成栅电极64，并以栅电极64作为掩模，把杂质离子注入多晶膜62b，如图2D所示。结果，形成源区66a和漏区66b，如图2E所示。接着用准分子激光局部照射基片，以此激活及注入离子。随后，形成层间绝缘膜65，同时对层间绝缘65和栅绝缘膜63进行刻图，形成接触孔，如图2F所示。然后形成金属膜并刻成源电极67和漏电极68，如图2G和2H所示。最后，由透明导电膜如铟锡氧化物(ITO)膜形成具有特定图形的象素电极69。按此方法制成图1的传统薄膜晶体管。

采用多晶半导体膜形成的薄膜晶体管，接通电流具有相当大的值。然而，由于多晶半导体膜中存在大量的陷阱能级，通过陷阱能级不利地流动有相当大量的关断电流。这使数据保持能力恶化。因此，急迫地需要把关断电流抑制至小的数值。

为了赋予薄膜晶体管以高的接通电流与关断电流的比例，以及高的耐电压，已经尝试通过在每个源和漏电极与栅电极之间设置偏置区，来降低关断电流，并由此降低在源区和漏区之间形成的P-N结中的场聚集。

图3A是具有偏置栅极结构的传统多晶半导体薄膜晶体管平面图。图3B是沿图3A中线3B-3B的剖面图。图4A、4B、4C、4D、4E、4F、4G、4H和4I展示了图3A和3B所示薄膜晶体管的制造工艺步骤。以下参考这些图说明该制造工艺。首先，在玻璃基片51上形成非晶半导体(a-Si)膜52a，如图4A所示。然后对非晶半导体膜52a刻图，并用准分子激光进行局部照射，以使非晶半导体膜52a生长成为多晶半导体(P-Si)膜52b，如图4B所示。之后，形成栅绝缘膜53和金属膜54a，如图4C所示。把金属膜54a刻成栅电极54。由光刻胶膜1构成离子注入掩模，并由上述光刻胶膜1把杂质离子注入多晶半导体膜52b，如图4D和4E所示。结果，形成源区56a和漏区56b，如图4F所示。除去作为离子掩模的光刻胶膜1，即可获得偏置区50，如图4F所示。接着，进行准分子激光等的局部照射，以此激活及注入离子。随后，形成层间绝缘膜55，把层间绝缘膜55和栅绝缘膜53一起刻成特定构形，以此形成接触孔2，如图4G所示。然后，形成金属膜并刻成源电极57和漏电极58，如图4H和4I所示。最后，由透明导电膜如ITO膜形成具有特定图形的象素电极59。按此方法，制成图3A和3B的具有偏置区即偏置栅结构的传统薄膜晶体管。

然而，图4A-4I所示的制造工艺需要光刻步骤，来形成作为杂质离子注入掩模的光刻胶膜。这导致生产成本的增大。此外，离子注入期间，光刻胶膜有害地硬化了，以致难于分离或去除该膜。该制造工艺还存在以下问题，由于是以光刻胶膜作为掩模来进行离子注入的，所以难于控制偏置区。由于光刻工艺尚无高对准精度，故无法获得所期望的偏置区。

为解决上述问题，发明了制造薄膜晶体管的其它方法，例如公开于JP-A-4-360580和JP-A-4-360581中的方法。