專利名稱：半導體器件、電路襯底、光電裝置和電子設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件，具體而言，是涉及一種應用于防止器件性能隨著時間劣化的半導體器件。
背景技術：
圖1表示作為現有半導體器件例子的薄膜晶體管。圖1(a)是現有多晶硅薄膜晶體管的平面圖，圖1(b)是平面圖在bb線上的剖面圖，圖1(c)是平面圖在cc線上的剖面圖。如圖1所示，作為多晶硅晶體管，通常構造成頂柵極型(液晶顯示技術，松本正一編著，產業圖書)。
圖2是表示典型多晶硅薄膜晶體管的制作工序的圖。首先，如圖2(a)所示，在玻璃襯底51上，通過使用SiH4的PECVD或使用Si2H6的LPCVD來成膜非晶硅。通過激元激光器等激光器照射或固相生長，使非晶硅再結晶，形成多晶硅膜52。接著，如圖2(b)所示，對多晶硅52制圖成島狀后，成膜柵極絕緣膜53，成膜并成圖柵極54。之后，如圖2(c)所示，使用柵極54自我調整地向多晶硅膜52打入磷或硼等雜質，進行活性化，形成CMOS結構的源、漏極區55。成膜夾層絕緣膜56，開孔接觸孔，通過成膜和成圖來形成源、漏極57。

發明內容
以前，當長時間驅動MOS元件等半導體器件時，存在器件性能隨著時間的經過而劣化的問題。這種隨著時間劣化被列舉為例如用作有源層的半導體膜端部或半導體膜和絕緣膜的界面中電場集中的一個主要原因。緣于該原因的隨著時間劣化在例如薄膜晶體管這樣在絕緣膜上設置薄膜厚半導體膜用作有源層的半導體器件中，尤為顯著。
在薄膜晶體管中，在半導體膜的端部，電場集中，電場強度變高。另外，因為半導體膜的膜厚小，所以載流子密度也見到有變高的趨勢。
圖3中表示在多晶硅薄膜晶體管中，器件模擬的電場強度分布和載流子密度分布的分析結果。在圖3(a)所示的電場強度分布中，相對于半導體膜的大體中央部的電場強度4.5×105V/cm，在半導體膜的最前端部顯示6.6×105V/cm的高值。與此對應，如圖3(b)所示，相對于半導體膜大體中央部的載流子密度2.7×117cm-3，半導體膜最前端部為1.6×120cm-3。
因此，本發明的目的在于提供一種可應用于使半導體膜端部的電場強度或載流子密度降低，防止隨著時間劣化的半導體器件。
本發明的第一半導體器件為包括有半導體膜、在所述半導體膜上的至少一部分中形成的柵極絕緣膜，和在所述柵極絕緣膜上形成的柵極的半導體器件，其特征在于所述柵極與所述半導體膜的端部不重合地形成。在本說明書中，所謂半導體膜的端部，也可以是為了分離元件而設置的電場絕緣膜與半導體層鄰接的部分。
本發明的第二半導體器件為包括具有源極區和漏極區的半導體膜、在所述半導體膜上的至少一部分中形成的柵極絕緣膜，和在所述柵極絕緣膜上形成的柵極的半導體器件，其特征在于所述柵極的寬度比所述半導體膜的寬度小。其中，半導體膜的寬度和柵極的寬度被定義成垂直于源極區和漏極區之間的電流方向的方向上的長度。那就是，所述半導體器件具有半導體膜從柵極向外側延伸的外觀。
在本發明的第一和第二半導體器件中，因為在半導體膜的端部上方不形成柵極，所以可避免作為隨著時間劣化原因之一的在半導體膜端部中的電場集中。因此，這些半導體器件可經過長時間后維持制造時的器件性能。
本發明的第三半導體器件的特征在于，在上述半導體器件中，還具備連接于所述柵極的副柵極。
本發明的第四半導體器件的特征在于，在上述半導體器件中，在所述柵極上配置所述副柵極。
因為本發明的第三和第四半導體器件具備副柵極，所以可高精度地控制流過半導體膜的載流子。
本發明的第五半導體器件的特征在于，在上述半導體器件中，所述副柵極與所述半導體膜的端部重合地配置。在該半導體器件中，因為半導體端部載流子的控制由副柵極進行，所以該半導體器件具有適于可同時降低半導體膜端部的電場強度或載流子密度和降低截止電流的結構。另外，不止于將所述副柵極與所述半導體膜的端部重合地配置，所述副柵極還向所述半導體膜的外側延伸則更好。
本發明的第六半導體器件，包括有半導體膜、在所述半導體膜上的至少一部分中形成的柵極絕緣膜，和在所述柵極絕緣膜上形成的柵極，其特征在于，在所述半導體膜的端部，具備由未摻雜摻雜物的本征半導體形成的區。設置在該半導體器件的半導體膜端部上的由本征半導體形成的區，不利于載流子的移動。因此，在由本征半導體形成的區中，即使產生高強度的電場或高密度的載流子，也可抑制器件性能的隨著時間劣化。另外，在整個說明書中，所謂“由未摻雜摻雜物的本征半導體形成的區”不僅意味著完全未摻雜摻雜物的半導體，而且還意味著摻雜量比其它半導體區少的區。
本發明的第七半導體器件，包括有半導體膜、在所述半導體膜上的至少一部分中形成的柵極絕緣膜，和在所述柵極絕緣膜上形成的柵極，其特征在于，在所述半導體膜，具備由未摻雜摻雜物的本征半導體形成的、向所述柵極外側延伸的區。該半導體器件具有適于防止在驅動時或通電時半導體膜因加熱而劣化的結構。若將該半導體器件用作組裝在例如，移位寄存器、電平移位器、緩沖電路和模擬開關中的半導體器件，則可降低這些電路的隨著時間劣化。
本發明的第八半導體器件，包括具有源極區和漏極區的半導體膜、在所述半導體膜上的至少一部分中形成的柵極絕緣膜，和在所述柵極絕緣膜上形成的柵極，其特征在于，在所述半導體膜，具備由未摻雜摻雜物的本征半導體形成的、從所述柵極向所述源極區或所述漏極區方向延伸的區。作為該半導體器件的例子，例如可舉出如圖7或圖8所示的薄膜晶體管。這些薄膜晶體管具有適于高效率散發在半導體膜等中產生的熱的結構，例如，若用作組裝在移位寄存器、電平移位器、緩沖電路和模擬開關中的半導體器件，則可降低這些電路的隨著時間劣化。
本發明的第九半導體器件，包括具有源極區和漏極區的半導體膜、在所述半導體膜上的至少一部分中形成的柵極絕緣膜，和在所述柵極絕緣膜上形成的柵極，其特征在于，在所述半導體膜，具備多個由未摻雜摻雜物的本征半導體形成的、向所述源極區或所述漏極區方向延伸的區。該半導體器件具有不僅可抑制電流產生的熱、且可同時流過大電流量的結構。
本發明的第十半導體器件的特征在于，在上述半導體器件中，所述半導體膜形成于絕緣膜上。作為該半導體器件，可列舉例如薄膜晶體管或SOI型晶體管。在薄膜晶體管中，在半導體膜端部的上下配置絕緣膜。因此，緣于半導體膜端部的高電場強度或載流子密度的器件性能的隨著時間劣化，在薄膜晶體管中變得特別顯著。但是，本發明的半導體器件可長時間地維持制造時的器件性能。
本發明的電路襯底，包括有上述半導體器件和向該半導體器件提供信號或供電的布線。該電路襯底應用于液晶裝置或場致發光等光電裝置。
本發明的第一光電裝置具備有上述電路襯底、形成于該電路襯底上方的第一電極，和形成于所述第一電極上方的光電元件。
本發明的第二光電裝置的特征在于，將光電元件和上述半導體器件用作從移位寄存器、電平移位器、緩沖電路和模擬開關中選擇的至少一個電子電路。
在上述光電裝置中，可將有機場致發光元件用作所述光電元件。
本發明的電子設備具備上述光電裝置作為顯示部。


圖1是現有的多晶硅薄膜晶體管的平面圖、與電流平行的剖面圖、與電流垂直的剖面圖。
圖2是表示現有多晶硅薄膜晶體管的制作工序的圖。
圖3是器件模擬的現有多晶硅薄膜晶體管的電場強度和載流子密度分布圖。
圖4是本發明第一實施例的多晶硅薄膜晶體管的平面圖、與電流平行的剖面圖、與電流垂直的剖面圖。
圖5是器件模擬的本發明第一實施例的多晶硅薄膜晶體管的電場強度和載流子密度分布圖。
圖6是本發明第二實施例的多晶硅薄膜晶體管的平面圖、與電流平行的剖面圖、與電流垂直的剖面圖。
圖7是本發明第三實施例的多晶硅薄膜晶體管的平面圖。
圖8是本發明第三實施例的多晶硅薄膜晶體管的剖面圖。
圖9是本發明的光電裝置的剖面結構。
圖10是表示應用本發明的半導體器件于光電裝置中的例子的結構示意圖。
圖11是表示應用了安裝本發明的光電裝置的可移動型個人計算機的情況一種例子的圖。
圖12是表示安裝了本發明的光電裝置的便攜式電話的一個例子的圖。
圖13是表示將本發明的光電裝置應用于取景器部分的數字照相機的一個例子的圖。
具體實施例方式
下面說明本發明的最佳實施例。
(第一實施例)圖4表示本發明第一實施例的薄膜晶體管的模式的平面圖和兩個剖面圖。在該薄膜晶體管中，由源極高濃度摻雜區12、漏極高濃度摻雜區13和活性區11構成的半導體膜由多晶硅構成。該薄膜晶體管雖然與圖1所示現有的典型薄膜晶體管具有基本相同的結構，但從圖4可知，由柵極21與源極高濃度摻雜區12、漏極高濃度摻雜區13和活性區11構成的半導體膜的端部不重合地配置。另外，與柵極21連接的副柵極22向半導體膜端部41的外側延伸地形成。
對本實施例的薄膜晶體管進行器件模擬，調查電場強度和載流子密度的分布。結果如圖5所示。該器件模擬僅考慮柵極21和副柵極22中，直接對半導體膜的電場產生影響的柵極21，除此之外，使用前述與關于的通常薄膜晶體管的器件模擬相同的參數來進行。如圖3所示，在關于現有的薄膜晶體管的器件模擬的分析結果中，半導體膜的前端部的電場強度和載流子密度分別為6.6×105V/cm和1.6×120cm-3，與此相比，在關于本實施例的薄膜晶體管的器件模擬的分析結果中，分別為7.2×103V/cm和8.9×116cm-3，電場強度和載流子密度都明顯減少。
由此表示，根據本實施例的薄膜晶體管，通過將柵極21與半導體膜端部41不重合地配置，可降低半導體端部的電場強度和載流子密度。
向由源極高濃度摻雜區12、漏極高濃度摻雜區13和活性區11構成的半導體膜的外側伸出所形成的副柵極22特別是在降低截止電流方面發揮出效果。即，通過副柵極22，在微小的漏電流就成為問題的截止狀態下，遮斷了來自周邊向漏電場對半導體端部的影響。如果電場被遮斷，則由于半導體膜內的電位坡度接近零，所以載流子密度減少，抑制了微小的漏電流，降低了截止電流。
(第二實施例)
圖6表示本發明第二實施例的薄膜晶體管的模式的平面圖和兩個剖面圖。該薄膜晶體管在由源極高濃度摻雜區12、漏極高濃度摻雜區13和活性區11構成的半導體膜端部具備本征半導體區14。因此，即使本征半導體區14內產生了高強度的電場和高密度的載流子，因為本征半導體區14中不流過電流42，所以可抑制因高強度電場和高密度載流子引起的裝置性能的隨著時間劣化。
(第三實施例)圖7和圖8中分別表示本發明第三實施例的薄膜晶體管的模式平面圖和垂直于電流方向上的剖面圖。因為平行于電流的剖面圖與圖6(b)的大體相同，所以省略。圖7所示薄膜晶體管的半導體膜，通過與流過源極和漏極之間的電流42平行設置的多個本征半導體區14被分割成多個。這種結構抑制被分割成多個的半導體膜的各個端部中產生的高強度電場和高密度載流子引起的隨著時間劣化，適用于散發電流在流過時產生的熱。另外，因為本征半導體區14僅通過在期望的位置或區中進行雜質的摻雜就可形成，所以不特別需要多余的空間，具有可將薄膜晶體管作最致密配置的優點。具有這種結構的薄膜晶體管是液晶屏盤、場致發光屏盤和傳感器等各種電氣制品的重要構成要素，例如，若用作組裝在傳輸門、反相器、計時反相器、邏輯門(NAND、NOR等)、移位寄存器、電平移位器、緩沖電路、差動放大器、電流反射鏡操作放大器、DA轉換器、AD轉換器、DRAM、SRAM、算術回路加法器、微機、DSP、模擬開關、和CPU等電路中的半導體器件，則可降低這些電路的隨著時間劣化。
在本實施例中，如圖8所示，柵極21與電流流過方向交叉延伸，覆蓋半導體膜的端部而形成。代替柵極覆蓋半導體膜的端部，可由最外側的半導體膜的端部不被柵極覆蓋來形成柵極，也可在該柵極上設置副柵極。
圖9是表示作為本發明的光電裝置的一個例子，將有機場致發光元件用作光電元件的有機場致發光裝置的圖。連接于配置在絕緣襯底71上的薄膜晶體管72和75中的薄膜晶體管75的第一夾層絕緣膜76上形成的源極或漏極77，通過設置在第二夾層絕緣膜78中的接觸孔與象素電極79連接。在象素電極79為由ITO等材料構成的陽極的情況下，如本實施例所示，在象素電極79上設置空穴注入層83，作為電荷注入層是較好的。另外，在空穴注入層83上配置發光層84。在發光層84上形成陰極85，并在陰極85上配置防止水分或氧氣侵入陰極85或發光層84的密封劑86。在發光層84或空穴注入層85的側面配置密封層81，在密封層81上配置夾層82。
在使用噴墨法或微濺射法等液相加工來形成空穴注入層83或發光層84的情況下，通過使密封層81和夾層82對于用于形成發光層84或空穴注入層83中液體的親液性不同，可容易地在密封層81的規定位置上選擇性地配置空穴注入層83或發光層84。
圖10是表示為了驅動發光元件等光電元件，而使用配置了本發明的半導體器件的有機場致發光元件的有源矩陣型顯示裝置的應用情況的一個例子的圖，在該圖中，符號200為顯示裝置。
如為電路圖的圖10所示，該顯示裝置200，在基體上分別布線多個掃描線131、在與這些掃描線131交叉的方向上延伸的多個信號線132、和與這些信號線132并列延伸的多個公共供電線133，因此對應于掃描線131和信號線132的各交點設置象素(象素區)1A而構成。
對信號線132設置數據側驅動電路103。另一方面，對掃描線131設置掃描側驅動電路104。另外，在各象素區1A中，設置通過掃描線131將掃描信號提供給柵極的第一薄膜晶體管142、通過該第一薄膜晶體管142保持由信號線132提供的數據信號的保持電容cap、將由保持電容cap保持的數據信號提供給柵極的第二薄膜晶體管143、通過該第二薄膜晶體管143與公共供電線133電連接時從公共供電線133流入驅動電流的象素電極141、和夾在該象素電極141和對置電極154之間的發光元件140。
基于這種結構，當驅動掃描線143來導通第一薄膜晶體管142時，將此時的信號線132的電位保持在保持電容cap中，并根據該保持電容cap的狀態，而決定第二薄膜晶體管143的導通狀態。另外，通過第二薄膜晶體管143的溝道從公共供電線133向象素電極141流過電流，更通過由發光元件140向對置電極154流過電流，從而發光元件140可根據流過的電流量來發光。
可使用本發明的半導體器件來作為薄膜晶體管143和142。另外，本發明的半導體器件也可用作包含于數據側驅動電路103或掃描側驅動電路104中的例如移位寄存器、電平移位器、視頻線、開關等的構成元件。特別是如圖9所示形成多個本征半導體區的半導體器件最適于作為有大電流量流過的移位寄存器或電平移位器。
下面說明應用上述光電裝置的電子設備的幾個例子。圖11是表示應用上述光電裝置的可移動型個人計算機的結構的立體圖。在該圖中，個人計算機1100由包括鍵盤1102的主體部1104和顯示單元1106構成，該顯示單元1106具備上述的光電裝置。
圖12是表示在其顯示部中應用上述光電裝置100的便攜式電話的結構的立體圖。在該圖中，便攜式電話1200除多個操作鍵1202外，還具備收聽口1204、傳話口1206以及上述光電裝置100。
圖13是表示將上述光電裝置100應用于其取景器的數字照相機的結構的立體圖。該圖簡單地表示了與外部設備的連接。其中，通常的相機通過被攝體的光像來感光膠卷，而數字照相機1300通過CCD(電荷耦合裝置)等攝像元件進行光電轉換來生成攝像信號。在數字照相機1300的外殼1302的背面上，設置上述光電裝置100，根據CCD的攝像信號進行顯示而構成，光電裝置100用作顯示被攝體的取景器。另外，在外殼1302的觀察側(圖中的里面側)，設置包含光學透鏡或CCD等的受光單元1304。
當攝影者確認光電裝置100中顯示的被攝體像并按下快門1306時，此時的CCD的攝像信號傳送和存儲在電路襯底1308的存儲器中。另外，處于該數字照相機1300內，在外殼1302的側面，設置視頻信號輸出端子1312和數據通信用的輸入輸出端子1314。如圖所示，根據需要，分別將電視監視器1430連接在前者的視頻信號輸出端子1312上，或將個人計算機1440連接在后者的數據通信用的輸入輸出端子1314上。另外，通過規定的操作將存儲在電路襯底1308的存儲器中的攝像信號，輸出到電視監視器1430或個人計算機1440來構成。
作為應用本發明光電裝置100的電子設備，除圖11的個人計算機、圖12的便攜式電話、圖13的數字照相機外，還可列舉例如具備電視、取景器、監視器直視型錄象機、汽車駕駛導向裝置、呼機、電子筆記本、臺式電子計算機、文字處理器、工作站、可視電話、POS終端、觸板的設備等。另外，不用說可應用上述光電裝置100，作為這些各種電子設備的顯示部。
雖然上述實施例涉及多晶硅薄膜晶體管，但即使對于其它半導體器件，例如單晶硅薄膜晶體管、非晶硅薄膜晶體管或其它薄膜晶體管，本發明的構思也是有效的。
本發明的半導體器件可組裝在各種電路中。例如，作為各種電氣制品，例如液晶屏盤、場致發光屏盤、和傳感器等的重要構成要素，通過在傳輸門、反相器、計時反相器、邏輯門(NAND、NOR等)、移位寄存器、電平移位器、緩沖電路、差動放大器、電流反射鏡操作放大器、DA轉換器、AD轉換器、DRAM、SRAM、算術回路加法器、微機、DSP、模擬開關、和CPU中組裝本發明的半導體器件，可抑制這些電路性能的隨著時間劣化。
權利要求
1.一種半導體器件，包括半導體膜，在所述半導體膜上的至少一部分中形成的柵極絕緣膜和在所述柵極絕緣膜上形成的柵極，其特征在于所述柵極與所述半導體膜的端部不重合地形成。
2.一種半導體器件，包括具有源極區和漏極區的半導體膜，在所述半導體膜上的至少一部分中形成的柵極絕緣膜和在所述柵極絕緣膜上形成的柵極，其特征在于所述柵極的寬度比所述半導體膜的寬度小。
3.根據權利要求1或2所述的半導體器件，其特征在于還具備連接于所述柵極上的副柵極。
4.根據權利要求3所述的半導體器件，其特征在于在所述柵極上配置所述副柵極。
5.根據權利要求3或4所述的半導體器件，其特征在于所述副柵極與所述半導體膜的端部重合地配置。
6.一種半導體器件，包括半導體膜，在所述半導體膜上的至少一部分中形成的柵極絕緣膜和在所述柵極絕緣膜上形成的柵極，其特征在于在所述半導體膜的端部具備由未摻雜摻雜物的本征半導體形成的區。
7.一種半導體器件，包括半導體膜，在所述半導體膜上的至少一部分中形成的柵極絕緣膜和在所述柵極絕緣膜上形成的柵極，其特征在于在所述半導體膜上，具備由未摻雜摻雜物的本征半導體形成的、向所述柵極外側延伸的區。
8.一種半導體器件，包括具有源極區和漏極區的半導體膜，在所述半導體膜上的至少一部分中形成的柵極絕緣膜和在所述柵極絕緣膜上形成的柵極，其特征在于在所述半導體膜上，具備由未摻雜摻雜物的本征半導體形成的、從所述柵極向所述源極區或所述漏極區方向延伸的區。
9.一種半導體器件，包括具有源極區和漏極區的半導體膜，在所述半導體膜上的至少一部分中形成的柵極絕緣膜和在所述柵極絕緣膜上形成的柵極，其特征在于在所述半導體膜上，具備多個由未摻雜摻雜物的本征半導體形成的、向源極區或所述漏極區方向延伸的區。
10.根據權利要求1至9之一所述的半導體器件，其特征在于所述半導體膜形成于絕緣膜上。
11.一種電路襯底，包括根據權利要求1至10之一所述的半導體器件和向所述半導體器件提供信號或供電的布線。
12.一種光電裝置，具備權利要求11所述的電路襯底、形成于所述電路襯底上方的第一電極和形成于所述第一電極上方的光電元件。
13.一種光電裝置，其特征在于將光電元件和權利要求7-9之一所述的半導體器件用作從移位寄存器、電平移位器、緩沖電路和模擬開關中選擇的至少一個電子電路。
14.根據權利要求12或13所述的光電裝置，其特征在于所述光電元件為有機場致發光元件。
15.一種電子設備，具備權利要求11或12所述的光電裝置作為顯示部。
全文摘要
目的在于在半導體器件中,抑制因在半導體膜端部產生的電場強度·載流子密度增加而引起的隨著時間的劣化。使柵極的寬度比半導體膜的寬度窄。具備連接柵極、位于從半導體膜到柵極一側而比柵極遠的副柵極,并使副柵極的寬度比半導體膜的寬度寬。另外,在半導體膜的端部具備未摻雜摻雜物的本征半導體區。
文檔編號H01L27/12GK1369917SQ0210708
公開日2002年9月18日 申請日期2002年1月29日 優先權日2001年1月29日
發明者木村睦 申請人:精工愛普生株式會社