ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к полупроводниковому устройству, включающему в себя тонкопленочный транзистор (ТПТ) и тонкопленочный диод (ТПД), и способу изготовления такого устройства, а также относится к дисплейному устройству.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Недавно были разработаны полупроводниковое устройство, включающее в себя тонкопленочный транзистор (ТПТ) и тонкопленочный диод (ТПД) на одной подложке, и электронные устройства с таким полупроводниковым устройством. Было предложено изготавливать такое полупроводниковое устройство путем получения соответствующих полупроводниковых слоев ТПТ и ТПД из одной кристаллической полупроводниковой пленки на подложке.
Патентный документ №1 (выложенная публикация японской патентной заявки 6-275808) описывает датчик изображения, включающий в себя, на одной подложке, элемент фотодатчика, который использует ТПД, и возбудитель, который использует ТПТ. Согласно патентному документу №1 соответствующие полупроводниковые слои ТПТ и ТПД получают путем кристаллизации аморфной полупроводниковой пленки, которую осадили на подложку.
Если ТПТ и ТПД образуют общие части единого полупроводникового устройства на одной подложке, таким образом, не только общий размер полупроводникового устройства, но также количество требуемых частей может быть снижено, таким образом существенно снижая стоимость. К тому же продукты с новыми функциями, которые не могут быть достигнуты путем обычного объединения частей, также могут быть получены.
С другой стороны, патентный документ №2 (выложенная публикация японской патентной заявки №6-275807) описывает технологию применения одной и той же полупроводниковой пленки аморфного кремния для формирования ТПТ из кристаллического кремния (который будет называться здесь "кристаллический кремниевый ТПТ") и ТПД из кристаллического кремния (который будет называться здесь "кристаллический кремниевый ТПД") на одной подложке. Более конкретно, каталитический элемент, который активирует кристаллизацию аморфного кремния, добавляют к одной части аморфной кремниевой пленки на подложке, являющейся активной областью ТПТ. После этого выполняют процесс термической обработки, получая кремниевую пленку, в которой только часть, являющаяся активной областью ТПТ, кристаллизовалась, а часть, представляющая собой ТПД, остается аморфной. Путем использования такой кремниевой пленки кристаллический кремниевый ТПТ и аморфный кремниевый ТПД могут быть легче изготовлены на одной пленке.
Кроме того, согласно патентному документу №3 (выложенная публикация японской патентной заявки №2005-72126), одна полупроводниковая пленка (из аморфного кремния) используется для изготовления фотосенсорного ТПТ, функционирующего как фотодатчик, и переключающего ТПТ, функционирующего как переключающий элемент. Путем изготовления кремниевой пленки, которая определяет область канала фотосенсорного ТПТ, более толстой, чем кремниевая пленка, которая определяет его области истока и стока или активную область переключающего ТПТ, чувствительность фотодатчика увеличивается. Согласно этому патентному документу, чтобы сделать толщины соответствующих кремниевых пленок этих ТПТ отличными друг от друга, когда выполняют фотолитографический способ для разделения аморфного кремния на ряд островков, толщину аморфной кремниевой пленки частично снижают с помощью способа половинной экспозиции, который использует серую тональную маску. Патентный документ №3 также описывает, что путем облучения аморфной кремниевой пленки лазерным лучом эти утонченные части аморфной кремниевой пленки (т.е. части, являющиеся областями истока и стока каждого фотосенсорного ТПТ, и часть, являющаяся областью каждого переключающего ТПТ) кристаллизуются, а другая, не утонченная часть (т.е. часть, являющаяся областью канала фотосенсорного ТПТ) остается аморфной.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно патентному документу 1 соответствующие полупроводниковые слои ТПТ и ТПД формируют одновременно путем кристаллизации одной кристаллической полупроводниковой пленки. ТПТ и ТПД должны иметь разные параметры устройств соответственно их применению. Согласно такому способу, однако, трудно и для ТПТ, и для ТПД одновременно удовлетворить их требуемым характеристикам устройств.
Согласно способам, описанным в патентных документах №2 и 3, полупроводниковые слои ТПТ и ТПД с взаимно различными кристаллическими состояниями формируют из одной аморфной полупроводниковой пленки. Однако трудно модифицировать способ изготовления так, чтобы кристаллические состояния можно было оптимизировать на основании полупроводникового слоя. К тому же, даже если приспособить любой из способов, описанных в патентных документах №2 и 3, все еще трудно получить ТПТ и ТПД с хорошими производительностями, как будет описано ниже.
Если только часть одной аморфной полупроводниковой пленки избирательно кристаллизуется, как в патентном документе №2, для образования кристаллического кремниевого ТПТ из кристаллической части и аморфного кремниевого ТПД из оставшейся аморфной части пленки, определенно можно улучшить характеристики кристаллического кремниевого ТПТ путем регулирования условий роста кристалла. В этом случае, однако, некоторые атомы водорода, исходно включенные в аморфную кремниевую пленку, будут потеряны во время термического процесса кристаллизации части аморфной кремниевой пленки в кристаллический кремний. В результате, аморфный кремниевый ТПД с хорошими электрическими параметрами не может быть образован из такой части, которая остается аморфной после процесса термической обработки. Более конкретно, в осажденной аморфной кремниевой пленке атомы кремния тесно связаны с атомами водорода, совсем не оставляя, таким образом, свободных связей (т.е. оборванных). Однако во время процесса отжига для кристаллизации аморфной кремниевой пленки связи между атомами кремния и водорода разрываются, и некоторые атомы водорода теряются, превращая, таким образом, аморфную кремниевую пленку в аморфный кремний плохого качества с множеством свободных связей кремния. По этой причине также трудно получить фотосенсорный ТПТ (т.е. аморфный кремниевый ТПТ) с хорошими электрическими параметрами посредством способа из патентного документа №3.
Как можно видеть, если полупроводниковое устройство изготавливают путем формирования ТПТ и ТПД из одной аморфной полупроводниковой пленки посредством любой из этих обычных технологий, для ТПТ и ТПД трудно одновременно достичь их требуемых характеристик. В результате, высокопроизводительное полупроводниковое устройство не может быть получено.
Задачей настоящего изобретения является создание полупроводникового устройства, которое включает в себя тонкопленочный транзистор и тонкопленочный диод на одной подложке, и у которого тонкопленочный транзистор и тонкопленочный диод могут иметь ожидаемые характеристики.
Полупроводниковое устройство согласно настоящему изобретению включает в себя тонкопленочный транзистор и тонкопленочный диод. Тонкопленочный транзистор включает в себя полупроводниковый слой, который имеет область канала, область истока и область стока, электрод затвора, который регулирует проводимость области канала, и изолирующую пленку затвора, расположенную между данным полупроводниковым слоем и электродом затвора. Тонкопленочный диод включает в себя полупроводниковый слой, который имеет, по меньшей мере, область n-типа и область p-типа. Соответствующие полупроводниковые слои тонкопленочного транзистора и тонкопленочного диода представляют собой кристаллические полупроводниковые слои, которые были сформированы путем кристаллизации одной аморфной полупроводниковой пленки. Выступы образованы на поверхности полупроводникового слоя тонкопленочного диода. И полупроводниковый слой тонкопленочного диода имеет большую шероховатость поверхности, чем слой тонкопленочного транзистора.
В одном предпочтительном варианте осуществления соответствующие полупроводниковые слои тонкопленочного транзистора и тонкопленочного диода имеют, по существу, равные степени кристалличности.
В другом предпочтительном варианте осуществления соответствующие полупроводниковые слои тонкопленочного транзистора и тонкопленочного диода имеют, по существу, одинаковый средний размер кристаллических зерен.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления полупроводниковый слой тонкопленочного диода имеет бóльшую среднюю арифметическую поверхностную шероховатость Ra, чем тонкопленочный транзистор.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления полупроводниковый слой тонкопленочного диода имеет бóльшую максимальную высоту поверхности Rz, чем тонкопленочный транзистор.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления выступы образованы на поверхности полупроводникового слоя тонкопленочного транзистора тоже. Выступы на поверхности полупроводникового слоя тонкопленочного транзистора имеют меньшую среднюю высоту, чем их аналоги на поверхности полупроводникового слоя тонкопленочного диода.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления полупроводниковый слой тонкопленочного транзистора имеет, по существу, плоскую поверхность.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления данные выступы расположены по границе кристаллических зерен, которые включены в полупроводниковый слой.
Каждый из выступов может включать в себя острую и приподнятую часть, которая расположена на границе между тремя или более кристаллических зерен в полупроводниковом слое.
Предпочтительно, когда полупроводниковый слой тонкопленочного транзистора имеет однородную поверхностную шероховатость по всей его поверхности.
По меньшей мере, часть соответствующих полупроводниковых слоев тонкопленочного транзистора и тонкопленочного диода могут включать в себя каталитический элемент, который имеет функцию содействия кристаллизации аморфной полупроводниковой пленки.
Тонкопленочный диод может дополнительно иметь внутреннюю область, которая расположена между областями n-типа и p-типа в полупроводниковом слое тонкопленочного диода. По меньшей мере, внутренняя область полупроводникового слоя тонкопленочного диода может иметь большую поверхностную шероховатость, чем полупроводниковый слой тонкопленочного транзистора.
Тонкопленочный транзистор может включать в себя ряд тонкопленочных транзисторов, включая n-канальный тонкопленочный транзистор и p-канальный тонкопленочный транзистор.
Способ изготовления полупроводникового устройства согласно настоящему изобретению включает в себя этапы: (а1) обеспечения подложки, поверхность которой уже покрыта аморфной полупроводниковой пленкой; (b) формирования оксидного слоя на части аморфной полупроводниковой пленки; (c) облучения и кристаллизации аморфной полупроводниковой пленки лазерным лучом, который поступает из-за оксидного слоя, с получением кристаллической полупроводниковой пленки, включающей первую кристаллизованную область, в которой остаток аморфной полупроводниковой пленки, которая не покрыта оксидным слоем, кристаллизован, и вторую кристаллизованную область, в которой часть аморфной полупроводниковой пленки, которая покрыта оксидным слоем, кристаллизована и которая имеет бóльшую поверхностную шероховатость, чем первая кристаллизованная область; и (d) структурирования данной кристаллической полупроводниковой пленки на первый полупроводниковый островок, задающий активную область тонкопленочного транзистора, и второй полупроводниковый островок, задающий активную область тонкопленочного диода. Первый полупроводниковый островок имеет первую кристаллизованную область, а второй полупроводниковый островок имеет вторую кристаллизованную область.
Другой способ изготовления полупроводникового устройства согласно настоящему изобретению включает в себя этапы: (а1) обеспечения подложки, поверхность которой уже покрыта аморфной полупроводниковой пленкой; (а2) облучения аморфной полупроводниковой пленки лазерным лучом с кристаллизацией и превращением аморфной полупроводниковой пленки в кристаллическую полупроводниковую пленку; (b) формирования оксидного слоя локально на кристаллической полупроводниковой пленке; (с) облучения кристаллической полупроводниковой пленки лазерным лучом, который поступает из-за оксидного слоя, и снижения поверхностной шероховатости части кристаллической полупроводниковой пленки, которая не покрыта оксидным слоем, с превращением этой части кристаллической полупроводниковой пленки, которая не покрыта оксидным слоем, в первую кристаллизованную область, а остальной кристаллической полупроводниковой пленки, которая покрыта оксидным слоем, во вторую кристаллизованную область с большей поверхностной шероховатостью, чем первая кристаллизованная область; и (d) структурирования данной кристаллической полупроводниковой пленки на первый полупроводниковый островок, задающий активную область тонкопленочного транзистора, и второй полупроводниковый островок, задающий активную область тонкопленочного диода. Первый полупроводниковый островок имеет первую кристаллизованную область, а второй полупроводниковый островок имеет вторую кристаллизованную область.
Еще один способ изготовления полупроводникового устройства согласно настоящему изобретению включает в себя этапы: (а1) обеспечения подложки, поверхность которой уже покрыта аморфной полупроводниковой пленкой; (а2') добавления каталитического элемента, который способствует кристаллизации, в, по меньшей мере, часть аморфной полупроводниковой пленки, и затем нагрева аморфной полупроводниковой пленки с кристаллизацией и превращением аморфной полупроводниковой пленки в кристаллическую полупроводниковую пленку; (b) формирования оксидного слоя локально на кристаллической полупроводниковой пленке; (c) облучения кристаллической полупроводниковой пленки лазерным лучом, который поступает из-за оксидного слоя, с дополнительной кристаллизацией или рекристаллизацией и превращением части кристаллической полупроводниковой пленки, которая не покрыта оксидным слоем, в первую кристаллизованную область, а остальной кристаллической полупроводниковой пленки, которая покрыта оксидным слоем, во вторую кристаллизованную область с большей поверхностной шероховатостью, чем первая кристаллизованная область; и (d) структурирования данной кристаллической полупроводниковой пленки на первый полупроводниковый островок, задающий активную область тонкопленочного транзистора, и второй полупроводниковый островок, задающий активную область тонкопленочного диода. Первый полупроводниковый островок имеет первую кристаллизованную область, а второй полупроводниковый островок имеет вторую кристаллизованную область.
Еще один способ изготовления полупроводникового устройства согласно настоящему изобретению включает в себя этапы: (а1) обеспечения подложки, поверхность которой уже покрыта аморфной полупроводниковой пленкой; (а2') добавления каталитического элемента, который способствует кристаллизации, в, по меньшей мере, часть аморфной полупроводниковой пленки, и затем нагрева аморфной полупроводниковой пленки с кристаллизацией и превращением аморфной полупроводниковой пленки в кристаллическую полупроводниковую пленку; (а3') облучения и дополнительной кристаллизации или рекристаллизации кристаллической полупроводниковой пленки лазерным лучом; (b) формирования оксидного слоя локально на кристаллической полупроводниковой пленке; (c) облучения кристаллической полупроводниковой пленки лазерным лучом, который поступает из-за оксидного слоя, и снижения поверхностной шероховатости части кристаллической полупроводниковой пленки, которая не покрыта оксидным слоем, с превращением этой части кристаллической полупроводниковой пленки, которая не покрыта оксидным слоем, в первую кристаллизованную область, а остальной кристаллической полупроводниковой пленки, которая покрыта оксидным слоем, во вторую кристаллизованную область с большей поверхностной шероховатостью, чем первая кристаллизованная область; и (d) структурирования данной кристаллической полупроводниковой пленки на первый полупроводниковый островок, задающий активную область тонкопленочного транзистора, и второй полупроводниковый островок, задающий активную область тонкопленочного диода. Первый полупроводниковый островок имеет первую кристаллизованную область, а второй полупроводниковый островок имеет вторую кристаллизованную область.
В одном предпочтительном варианте осуществления данный способ дополнительно включает в себя этап удаления естественной оксидной пленки с той части аморфной полупроводниковой пленки, которая не покрыта оксидным слоем, перед этапом (c).
В другом предпочтительном варианте осуществления этап (c) выполняют в атмосфере инертного газа, такого как окружающий газообразный азот.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления данная подложка является светопропускающей. Этап (a) включает в себя этапы: формирования непрозрачного слоя для отсечения света, который поступает из-за противоположной поверхности подложки, на области подложки, которая будет расположена под вторым полупроводниковым островком, задающим активную область тонкопленочного диода; и осаждения аморфной полупроводниковой пленки на подложке, на которой образован непрозрачный слой. Этап (b) включает в себя этапы: (b1) осаждения оксидной пленки на аморфной полупроводниковой пленке или кристаллической полупроводниковой пленке; (b2) осаждения пленки из фоторезиста на данной оксидной пленке и воздействия на пленку из фоторезиста процессов экспозиции и развития с формированием структуры из фоторезиста; и (b3) травления оксидной пленки с использованием структуры из фоторезиста в качестве маски с формированием оксидного слоя. Этап (b2) включает в себя экспозицию пленки из фоторезиста свету, который поступает из-за противоположной поверхности подложки, с использованием непрозрачного слоя в качестве маски.
Этап (b) предпочтительно включает в себя установление такой толщины D (нм) оксидного слоя, что толщина D и показатель преломления n оксидного слоя, и длина волны λ (нм) лазерного луча на этапе (с) удовлетворяют неравенству: D≤λ/(4×n)×0,5.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления данный способ дополнительно включает в себя этап тонкого окисления поверхности аморфной полупроводниковой пленки перед этапом (а2).
В еще одном предпочтительном варианте осуществления этап (а2) выполняют в атмосфере, содержащей кислород.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления этап (с) включает в себя облучение лазерным лучом с такой плотностью энергии облучения, которая не является слишком высокой, чтобы избежать полного восстановления кристаллического состояния кристаллической полупроводниковой пленки, которая получена на этапе (а2).
В еще одном предпочтительном варианте осуществления этап (с) включает в себя облучение лазерным лучом с такой плотностью энергии облучения, которая не является слишком высокой, чтобы избежать полного восстановления кристаллического состояния кристаллической полупроводниковой пленки, которая получена на этапе (а2').
В еще одном предпочтительном варианте осуществления данный способ дополнительно включает в себя этап тонкого окисления поверхности аморфной полупроводниковой пленки перед этапом (а3').
В еще одном предпочтительном варианте осуществления этап (а3') выполняют в атмосфере, включающей в себя кислород.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления этап (c) включает в себя облучение лазерным лучом с такой плотностью энергии облучения, которая не является слишком высокой, чтобы избежать полного восстановления кристаллического состояния кристаллической полупроводниковой пленки, которая получена на этапе (а3').
В еще одном предпочтительном варианте осуществления этап (а3') включает в себя облучение лазерным лучом с такой плотностью энергии облучения, которая не является слишком высокой, чтобы избежать полного восстановления кристаллического состояния кристаллической полупроводниковой пленки, которая получена на этапе (а2').
Никель может быть использован в качестве каталитического элемента на этапе (а2').
В еще одном предпочтительном варианте осуществления этап (d) может включать в себя превращение второй кристаллизованной области в часть второго полупроводникового островка, являющегося внутренней областью тонкопленочного диода. Альтернативно этап (а) может включать в себя превращение второй кристаллизованной области во весь второй полупроводниковый островок.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления этап (d) может включать в себя превращение первой кристаллизованной области во весь первый полупроводниковый островок. Или этап (d) может включать в себя превращение первой кристаллизованной области в полупроводниковый слой, являющийся одним из двух электродов конденсатора.
Данный способ может дополнительно включать в себя этапы: (h) формирования изолирующей пленки затвора на первом полупроводниковом островке; (i) формирования электрода затвора на изолирующей пленке затвора, так что электрод затвора перекрывает часть первого полупроводникового островка, являющуюся областью канала; (j) легирования частей первого полупроводникового островка, являющихся областями истока/стока, легирующим элементом; (k) легирования части второго полупроводникового островка, являющейся областью n-типа, легирующим элементом n-типа; и (l) легирования другой части второго полупроводникового островка, являющейся областью p-типа, легирующим элементом p-типа.
Дисплейное устройство согласно настоящему изобретению включает в себя: дисплейную область, включающую в себя множество дисплейных элементов; и рамочную область, которая окружает дисплейную область. Данное устройство дополнительно включает в себя фотосенсорный элемент с тонкопленочным диодом. Каждый дисплейный элемент включает в себя электрод и тонкопленочный транзистор, который присоединен к данному электроду. Тонкопленочный транзистор и тонкопленочный диод сформированы на одной подложке. Тонкопленочный транзистор включает в себя кристаллический полупроводниковый слой с областью канала и областями истока и стока, изолирующую пленку затвора, которая расположена так, чтобы покрывать данный кристаллический полупроводниковый слой, и электрод затвора, который расположен на изолирующей пленке затвора, чтобы регулировать проводимость области канала. Тонкопленочный диод включает в себя кристаллический полупроводниковый слой, который имеет, по меньшей мере, область n-типа и область p-типа. Соответствующие полупроводниковые слои тонкопленочного транзистора и тонкопленочного диода представляют собой кристаллические полупроводниковые слои, которые сформированы путем кристаллизации одной аморфной полупроводниковой пленки. Выступы сформированы на поверхности полупроводникового слоя тонкопленочного диода. И полупроводниковый слой тонкопленочного диода имеет большую поверхностную шероховатость, чем слой тонкопленочного транзистора.
В одном предпочтительном варианте осуществления дисплейный элемент дополнительно включает в себя заднюю подсветку и контроллер задней подсветки для регулирования яркости света, испускаемого от задней подсветки. Фотосенсорный элемент генерирует сигнал освещенности, соответствующей освещенности внешним светом, и выдает данный сигнал освещенности на контроллер задней подсветки.
В другом предпочтительном варианте осуществления дисплейный элемент дополнительно включает в себя множество оптических датчиков сенсорного экрана, каждый из которых включает в себя фотосенсорный элемент и расположен в дисплейной области для связи с одним, двумя или более из дисплейных элементов.
ПРЕИМУЩЕСТВЕННЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению в полупроводниковом устройстве, включающем в себя ТПТ и ТПД на одной подложке, полупроводниковые слои ТПТ и ТПД могут быть оптимизированы соответственно требуемым параметрам устройства. Следовательно, соответствующие параметры устройства, которые должны иметь ТПТ и ТПД, могут быть достигнуты одновременно.
В частности, если ТПД используется как фотодатчик, предпочтительно, когда полупроводниковый слой ТПД имеет бóльшую поверхностную шероховатость, чем слой ТПТ, так как надежность ТПТ (выраженная посредством напряжения пробоя затвора) может быть увеличена с увеличением оптической эффективности фотодатчика.
Также согласно способу изготовления настоящего изобретения такое полупроводниковое устройство может быть легко изготовлено без увеличения количества этапов процесса изготовления или стоимости изготовления. В результате продукты меньшего размера и с улучшенными параметрами могут быть получены при сниженных затратах.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах:
фиг.1 изображает схематичный вид в поперечном разрезе, изображающий полупроводниковое устройство в качестве первого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг.2(А)-2(D) изображают схематичные виды в поперечном разрезе, изображающие соответствующие этапы процесса изготовления для изготовления полупроводникового устройства первого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг.3(Е)-3(Н) изображают схематичные виды в поперечном разрезе, изображающие соответствующие этапы процесса изготовления для изготовления полупроводникового устройства первого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг.4(А)-4(D) изображают схематичные виды в поперечном разрезе, изображающие соответствующие этапы процесса изготовления для изготовления полупроводникового устройства согласно второму предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.5(Е)-5(G) изображают схематичные виды в поперечном разрезе, изображающие соответствующие этапы процесса изготовления для изготовления полупроводникового устройства согласно второму предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.6(Н)-6(J) изображают схематичные виды в поперечном разрезе, изображающие соответствующие этапы процесса изготовления для изготовления полупроводникового устройства согласно второму предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.7(А)-7(С) изображают схематичные виды в поперечном разрезе, изображающие соответствующие этапы процесса изготовления для изготовления полупроводникового устройства согласно третьему предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.8(D)-8(F) изображают схематичные виды в поперечном разрезе, изображающие соответствующие этапы процесса изготовления для изготовления полупроводникового устройства согласно третьему предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.9(А)-9(D) изображают схематичные виды в поперечном разрезе, изображающие соответствующие этапы процесса изготовления для изготовления полупроводникового устройства согласно четвертому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.10(А)-10(С) изображают схематичные виды в поперечном разрезе, изображающие соответствующие этапы процесса изготовления для изготовления полупроводникового устройства согласно пятому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.11(D)-11(Е) изображают схематичные виды в поперечном разрезе, изображающие соответствующие этапы процесса изготовления для изготовления полупроводникового устройства согласно пятому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.12(А)-12(С) изображают схематичные виды в поперечном разрезе, изображающие соответствующие этапы процесса изготовления для изготовления полупроводникового устройства согласно шестому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.13(D)-13(F) изображают схематичные виды в поперечном разрезе, изображающие соответствующие этапы процесса изготовления для изготовления полупроводникового устройства согласно шестому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.14(G)-14(I) изображают схематичные виды в поперечном разрезе, изображающие соответствующие этапы процесса изготовления для изготовления полупроводникового устройства согласно шестому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.15 изображает принципиальную схему, изображающую фотодатчик ТПД согласно седьмому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.16 изображает конфигурацию панели сенсорного экрана фотосенсорного типа согласно седьмому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.17 изображает вид сверху, схематично изображающий заднюю подложку LCD панели сенсорного экрана согласно седьмому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг.18 изображает общий вид, изображающий жидкокристаллическое дисплейное устройство с датчиком окружающего света согласно седьмому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Чтобы оптимизировать параметры устройств ТПТ и ТПД на одной подложке, настоящие изобретатели провели исследования с разных углов зрения, чтобы найти, как параметры устройства зависят от структуры полупроводниковых слоев ТПТ и ТПД. В результате настоящие изобретатели обнаружили, что путем регулирования величин поверхностной шероховатости полупроводниковых слоев ТПТ и ТПД соответствующие требуемые параметры устройств могут быть достигнуты одновременно независимо от кристаллических состояний их полупроводниковых слоев.
Более конкретно, что касается ТПД (например, фотосенсорного ТПД, используемого в качестве фотодатчика), путем увеличения поверхностной неоднородности его полупроводникового слоя отражение входящего света, который падает на полупроводниковый слой, может быть минимизировано, и величина протекающего тока яркого состояния может быть увеличена вместо этого. В результате чувствительность к внешнему свету (т.е. SNR относительно входящего света, который выражается отношением величины протекающего тока в ярком состоянии к величине протекающего тока в темном состоянии) может быть увеличена. Что касается ТПТ, с другой стороны, если его полупроводниковый слой имел большую поверхностную неоднородность, то его надежность (в обозначениях напряжения пробоя затвора, в частности) будет снижаться. По этой причине предпочтительно, когда поверхностная неоднородность его полупроводникового слоя снижается.
Это является основной идеей настоящего изобретения, и один из его основных признаков состоит в том, чтобы заставить полупроводниковый слой ТПД иметь большую поверхностную шероховатость, чем слой ТПТ. Тогда ТПД может иметь увеличенную величину протекания тока яркого состояния и может достигать более высокой оптической эффективности, тогда как ТПТ гарантирует увеличенную надежность. В полупроводниковом устройстве настоящего изобретения соответствующие полупроводниковые слои не должны иметь различные кристаллические состояния в противоположность аналогам, описанным в патентных документах №2 и 3. Таким образом, полупроводниковое устройство настоящего изобретения может быть изготовлено путем выполнения более простого способа, чем они. Особенно предпочтительно, когда поверхностная шероховатость полупроводникового слоя ТПД увеличивается путем придания поверхностной неоднородности (т.е. выступов на границе кристаллических зерен), получаемой, когда аморфная полупроводниковая пленка кристаллизуется.
Такая поверхностная неоднородность получается следующим образом. Более конкретно, после того, как полупроводниковую пленку расплавили путем облучения лазерным лучом, возникают зародыши кристаллов, и пленка затем затвердевает от этих зародышей. Тем временем, так как эти расплавленные части и затвердевшие части имеют взаимно разные объемы, участки границы затвердевающих кристаллических зерен имеют тенденцию подниматься в форме горной цепи. Или в тройной точке или мультикристаллическом пересечении, где три или больше кристаллов пересекаются друг с другом, образуются острые выступы. Такой участок, который поднимается подобно горной цепи или подобно горе на поверхности полупроводниковой пленки, будет называться здесь "выступом". В предшествующем уровне техники обычно считается, что, если такие выступы были на поверхности полупроводникового слоя (т.е. на границе раздела канала), ТПТ должен иметь ухудшенные свойства границы раздела или уменьшенную подвижность полевого эффекта и что, так как электрическое поле будет иметь очень высокую интенсивность вблизи гребня такого выступа, изолирующая пленка затвора должна иметь уменьшенное напряжение пробоя и будет терять надежность. По этой причине считается важной задачей минимизировать такие выступы, и различные попытки были сделаны, чтобы устранить эти выступы. Напротив, настоящее изобретение обеспечивает средство для улучшения параметров ТПД путем намеренного использования этих выступов.
Более конкретно, согласно настоящему изобретению ТПТ и ТПД полупроводниковые слои могут быть сделаны имеющими взаимно различную поверхностную шероховатость следующим образом (который будет называться здесь "первый способ").
Прежде всего аморфную полупроводниковую пленку осаждают на подложке. Затем оксидную пленку (или оксидный слой) избирательно формируют только на участке данной аморфной полупроводниковой пленки, задающем активную область ТПД. И затем аморфную полупроводниковую пленку облучают и кристаллизуют посредством лазерного луча, который излучается из-за подложки. В результате участок, покрытый оксидным слоем, будет иметь большую поверхностную шероховатость, чем другой участок, который не покрыт оксидным слоем.
Такое увеличение поверхностной шероховатости, вызванное в части, замаскированной оксидным слоем, путем кристаллизации аморфной полупроводниковой пленки посредством лазерного луча, действительно наблюдалось настоящими изобретателями при тестировании различных параметров процесса, чтобы улучшить кристалличность кристаллической полупроводниковой пленки путем ее облучения посредством лазерного луча. Не вполне ясно, как и почему поверхностная неоднородность увеличивается в таком случае. Однако настоящие изобретатели считают, что поглощение кислорода в полупроводниковую пленку, расплавляющуюся и затвердевающую путем облучения посредством лазерного луча, во время процесса кристаллического роста должно делать что-то, что увеличивает поверхностную шероховатость. Это происходит потому, что если кислород присутствует в атмосфере, в которой процесс лазерной кристаллизации выполняют на подложке, совсем не покрытой оксидным слоем, то поверхностная неоднородность также имеет тенденцию к увеличению. И чем выше парциальное давление кислорода, тем больше будет полученная поверхностная неоднородность.
Необязательно этот первый способ может быть заменен следующим вторым способом. Прежде всего аморфную полупроводниковую пленку осаждают на подложке. И всю аморфную полупроводниковую пленку облучают и кристаллизуют посредством лазерного луча. После этого оксидную пленку избирательно осаждают только на участке кристаллической полупроводниковой пленки, задающем активную область ТПД, а естественную оксидную пленку удаляют с других частей. Затем кристаллическую полупроводниковую пленку снова облучают посредством лазерного луча в атмосфере инертного газа, тем самым сглаживая только те участки, которые не покрыты оксидной пленкой. Между тем, участок, покрытый оксидной пленкой, будет либо сохранять имеющееся кристаллизованное состояние поверхности, либо придет к увеличенной поверхностной шероховатости.
Применяемый здесь термин "поверхностная шероховатость" относится либо к средней арифметической шероховатости Ra, либо к максимальной высоте Rz, как определено в JIS В 0601-2001. Таким образом, полупроводниковый слой ТПД должен иметь либо бóльшую среднюю арифметическую шероховатость Ra, либо бóльшую максимальную высоту Rz, чем полупроводниковый слой ТПТ. Тогда поверхность полупроводникового слоя ТПД будет отражать меньше света, чем поверхность полупроводникового слоя ТПТ.
Более конкретно, согласно этому предпочтительному варианту осуществления, максимальная высота Rz определяется по высоте самого высокого выступа независимо от количества (или плотности) выступов на поверхности. С другой стороны, даже если выступы являются низкими, но если выступы имеют высокую плотность, средняя арифметическая шероховатость Ra будет большой. Точно рассматривая, как растут эти выступы, вообще говоря, чем ниже плотность выступов (т.е. чем больше размер кристаллических зерен), тем выше будут выступы.
И чем выше эти выступы на поверхности полупроводникового слоя, тем более эффективно эти выступы будут снижать отражение поступающего света, и тем выше может быть характеристика фотосенсорного ТПД. По этой причине, если максимальная высота Rz больше на поверхности полупроводникового слоя ТПД, чем на поверхности полупроводникового слоя ТПТ, описанные выше эффекты могут быть достигнуты независимо от величины средней арифметической шероховатости Ra.
Также, чем выше плотность выступов на поверхности полупроводникового слоя (т.е. чем больше средняя арифметическая шероховатость Ra), тем более эффективно эти выступы могут снижать отражение поступающего света. По этой причине, если средняя арифметическая шероховатость Ra больше на поверхности полупроводникового слоя ТПД, чем на поверхности полупроводникового слоя ТПТ, описанные выше эффекты могут быть достигнуты независимо от величины максимальной высоты Rz.
Тем не менее, более предпочтительно, когда поверхность полупроводникового слоя ТПД имеет большую среднюю арифметическую шероховатость Ra и большую максимальную высоту Rz, чем поверхность полупроводникового слоя ТПТ. Потому что в этом случае еще легче минимизировать отражение поступающего света и сохранять надежность ТПТ достаточно высокой при увеличенном SNR ТПД.
Оксидный слой для использования в первом и втором способе предпочтительно имеет толщину, заданную так, чтобы не вызывать какого-либо противоотражающего эффекта в отношении лазерного луча. Причина заключается в том, что если оксидный слой имеет толщину, заданную так, чтобы вызывать противоотражающий эффект, часть полупроводниковой пленки, которая находится под оксидным слоем, будет иметь поверхность, облучаемую существенно большей энергией. В этом случае часть полупроводниковой пленки, покрытая оксидным слоем, и остаток полупроводниковой пленки, не покрытый оксидным слоем, будут иметь взаимно разные кристаллические состояния. В такой ситуации, если часть, покрытая оксидным слоем, облучается лазерным лучом с надлежащей энергией облучения, то другая часть, не покрытая оксидным слоем, облучается с недостаточной энергией и не будет иметь хорошего кристаллического состояния. В результате степень кристалличности полупроводникового слоя, задающего активную область ТПТ, будет гораздо хуже, чем кристалличность полупроводникового слоя, задающего активную область ТПД, и ожидаемые параметры ТПТ не будут достигнуты. Наоборот, если часть, не покрытая оксидным слоем, облучается посредством лазерного луча с надлежащей энергией облучения, то другая часть, покрытая оксидным слоем, облучается с избыточной энергией, которая превышает диапазон энергии для достижения хорошего кристаллического состояния, и будет иметь очень плохое кристаллическое состояние с некоторыми микрокристаллическими компонентами. В результате степень кристалличности полупроводникового слоя, задающего активную область ТПД, будет гораздо хуже, чем кристалличность полупроводникового слоя, задающего активную область ТПТ, и ожидаемые параметры ТПД не будут достигнуты. По этой причине, если оксидный слой функционирует как противоотражающая пленка, полупроводниковые слои, задающие активную область ТПТ и активную область ТПД, могут определенно иметь разную поверхностную шероховатость, но будут также иметь разные степени их кристалличности. Тогда будет трудно регулировать степень кристалличности и поверхностную шероховатость независимо друг от друга. С другой стороны, если используется оксидный слой без противоотражающего эффекта, то только поверхностная шероховатость части, покрытой оксидным слоем, может быть больше, чем поверхностная шероховатость другой части без существенного увеличения энергии, приложенной к части, покрытой оксидным слоем. Следовательно, только поверхностная шероховатость полупроводниковых слоев, задающих активные области ТПТ и ТПД, может быть сделана отличной друг от друга при их степенях кристалличности, по существу, равных друг другу.
Между тем, также предполагается, что поверхностная неоднородность, получаемая на аморфной полупроводниковой пленке, облучаемой посредством лазерного луча во время ее кристаллизации, снижается при облучении полупроводниковой пленки посредством лазерного луча сквозь верхний слой (см. выложенную публикацию японской патентной заявки №2005-347560, например). Кроме того, технология сглаживания полупроводниковой пленки путем облучения полупроводниковой пленки посредством лазерного луча сквозь верхний слой также была предложена (в выложенной публикации японской патентной заявки №2007-288159, например). Согласно этим предложенным технологиям, используя жесткость верхнего слоя, эти выступы, образующиеся из-за объемного расширения плавящейся и затвердевающей полупроводниковой пленки, намеренно сглаживают. Таким образом, данный верхний слой обеспечивают для совершенно иной цели, чем оксидный слой настоящего изобретения, который используют, чтобы выращивать эти выступы. Более конкретно, что касается этих верхних слоев, их жесткость является ключом к преднамеренному сглаживанию этих выступов. По этой причине верхние слои предпочтительно являются настолько жесткими, насколько это возможно, и настолько толстыми, насколько это возможно. Например, согласно этим предложенным технологиям используемые верхние слои имеют толщину 2 мкм или 100-300 нм. Напротив, оксидный слой настоящего изобретения обеспечивается, чтобы избежать возникновения такого эффекта сглаживания выступов. Для этой цели оксидный слой может иметь толщину 30 нм или меньше, например. Также, чем меньше жесткость оксидного слоя, тем лучше. Другими словами, до тех пор, пока оксидный слой увеличивает поверхностную шероховатость полупроводниковой пленки под собой, данный оксидный слой предпочтительно является тонким, насколько это возможно.
Неважно, применяется ли первый способ или второй способ, перед осаждением аморфной полупроводниковой пленки, непрозрачный слой может быть образован на полупроводниковом слое ТПД так, чтобы отрезать свет, который поступает из-под подложки. В этом случае оксидная пленка может быть структурирована путем выполнения процесса самовыравнивания, при котором оксидная пленка облучается светом, который поступает из-под задней поверхности подложки, используя непрозрачный слой в качестве маски. Тогда количество применяемых фотомасок может быть снижено.
Если полупроводниковые слои ТПТ и ТПД образованы посредством первого способа, выступы также формируются на поверхности полупроводникового слоя ТПТ. Однако средняя высота этих выступов на полупроводниковом слое ТПТ меньше, чем высота выступов на полупроводниковом слое ТПД.
С другой стороны, если полупроводниковые слои ТПТ и ТПД образованы посредством второго способа, полупроводниковый слой ТПТ имеет, по существу, плоскую поверхность, которая называется здесь поверхностью, которая подвергалась процессу сглаживания и которая может иметь поверхностную шероховатость (т.е. среднюю арифметическую шероховатость) Ra, равную 3 нм или меньше.
Согласно этому предпочтительному варианту осуществления полупроводниковый слой ТПТ предпочтительно имеет, по существу, однородную поверхностную шероховатость по всей его поверхности. Тогда ТПТ может иметь увеличенную надежность.
Необязательно, по меньшей мере, часть полупроводниковых слоев ТПТ и ТПД может включать в себя каталитический элемент, который способствует кристаллизации аморфной полупроводниковой пленки.
ТПД может дополнительно иметь внутреннюю область между областями n-типа и p-типа полупроводникового слоя ТПД. В этом случае, по меньшей мере, внутренняя область полупроводникового слоя ТПД предпочтительно имеет большую поверхностную шероховатость, чем полупроводниковый слой ТПТ (в его области канала среди прочего).
ВАРИАНТ 1 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Далее будет описан первый предпочтительный вариант осуществления полупроводникового устройства согласно настоящему изобретению. Полупроводниковое устройство этого предпочтительного варианта осуществления включает в себя n-канальный ТПТ и ТПД на одной подложке и может использоваться в качестве дисплейного устройства с активной адресуемой матрицей с сенсорной секцией, например.
Фиг.1 изображает схематичный вид в поперечном разрезе, изображающий типичное полупроводниковое устройство согласно этому предпочтительному варианту осуществления. Полупроводниковое устройство этого предпочтительного варианта осуществления обычно включает в себя ряд ТПТ и ряд ТПД на одной подложке. На фиг.1, однако, конфигурации из только одного из этих ТПТ и только одного из этих ТПД изображены для простоты. Также на фиг.1, как типичный ТПТ, изображен n-канальный ТПТ с единственной структурой стока. Однако ТПТ не всегда имеет такую структуру. Альтернативно полупроводниковое устройство может также включать в себя ТПТ с LDD или GOLD структурой или может включать в себя ряд ТПТ, включая n-канальный ТПТ и p-канальный ТПТ.
Полупроводниковое устройство этого предпочтительного варианта осуществления включает в себя тонкопленочный транзистор 125 и тонкопленочный диод 126, которые расположены на подложке 101 с грунтовочными пленками 103 и 104, находящимися между ними. Тонкопленочный транзистор 125 включает в себя полупроводниковый слой 108 с канальной областью 116 и областями истока/стока 114, изолирующую пленку 110 затвора на полупроводниковом слое 108, электрод 111 затвора, который регулирует проводимость области 116 канала, и электроды и соединения 123, которые соединены с областями истока/стока 114. С другой стороны, тонкопленочный диод 126 включает в себя полупроводниковый слой 109 с, по меньшей мере, областью n-типа 115 и областью p-типа 119, и электроды и соединения 124, которые соединены с областями n-типа и p-типа 115 и 119. В примере, показанном на фиг.1, внутренняя область 120 задана между областями n-типа и p-типа 115 и 119 полупроводникового слоя 109.
Тонкопленочный транзистор 125 и тонкопленочный диод 126 покрыты пленкой 121 нитрида кремния и пленкой 122 диоксида кремния в качестве межуровневых диэлектрических пленок. Также, если подложка 101 является светопропускающей, непрозрачная пленка 102 может быть расположена между полупроводниковым слоем 109 тонкопленочного диода 126 и подложкой 101, чтобы предотвращать свет, который поступает из-под задней поверхности подложки 101, от входа в полупроводниковый слой 109.
Соответствующие полупроводниковые слои 108 и 109 тонкопленочного транзистора 125 и тонкопленочного диода 126 представляют собой кристаллические полупроводниковые слои, полученные путем кристаллизации одной аморфной полупроводниковой пленки. Также выступы сформированы на поверхности полупроводникового слоя 109 тонкопленочного диода 126. Эти выступы получаются, когда аморфная полупроводниковая пленка, облучаемая и кристаллизуемая посредством лазерного луча, плавится и затвердевает. Обычно эти выступы находятся на границе между зернами кристаллов в полупроводниковом слое 109.
Полупроводниковый слой 109 тонкопленочного диода 126 имеет бóльшую поверхностную шероховатость, чем полупроводниковый слой 108 тонкопленочного транзистора 125. В этом случае получаются следующие преимущества.
Более конкретно, поверхность полупроводникового слоя 109 тонкопленочного диода 126 имеет бóльшую поверхностную шероховатость и, следовательно, отражает гораздо меньше поступающего света, и имеет увеличенную чувствительность к свету. В результате, яркий ток увеличивается, и отношение яркости к темноте, которое обозначается SNR, может быть увеличено. Если полупроводниковый слой 109 тонкопленочного диода 126 имеет среднюю арифметическую шероховатость Ra, равную 6 нм или больше, и/или максимальную высоту Rz, равную 60 нм или больше, например, SNR может быть увеличено более эффективно. В тонкопленочном транзисторе 125, с другой стороны, полупроводниковый слой 108 предпочтительно имеет относительно малую поверхностную шероховатость (например, среднюю арифметическую шероховатость Ra, равную 5 нм или меньше, и/или максимальную высоту Rz, равную 50 нм или меньше). Тогда надежность может быть увеличена в обозначениях напряжения пробоя изолирующей пленки затвора и напряжения смещения затвора, и подвижность полевого эффекта может быть увеличена тоже.
Таким образом, согласно этому предпочтительному варианту осуществления соответствующие полупроводниковые слои 108 и 109 тонкопленочного транзистора 125 и тонкопленочного диода 126 (особенно фотосенсорного ТПД) могут иметь совершенно разные величины поверхностной шероховатости только без существенно разных степеней кристалличности. В результате, параметры этих компонентов могут быть оптимизированы соответственно их требованиям.
Величины поверхностной шероховатости этих полупроводниковых слоев 108 и 109 особо не ограничиваются. Например, если полупроводниковые слои 108 и 109 формируют из аморфной кремниевой полупроводниковой пленки толщиной 50 нм, полупроводниковый слой 108 тонкопленочного транзистора 125 может иметь среднюю арифметическую шероховатость Ra, равную 3-5 нм, а полупроводниковый слой 109 тонкопленочного диода 126 может иметь среднюю арифметическую шероховатость Ra, равную 6-10 нм. Также в этом предпочтительном варианте осуществления полупроводниковый слой 108 тонкопленочного транзистора 125 имеет максимальную высоту Rz (определенную по JIS В 0601-2001), равную 30-50 нм, тогда как полупроводниковый слой 109 тонкопленочного диода 126 имеет максимальную высоту Rz, равную 60-100 нм. Если полупроводниковые слои 108 и 109 имеют величины поверхностной шероховатости, попадающие в эти интервалы, фоточувствительность (выраженная величиной яркого тока) тонкопленочного диода 126 будет приблизительно в 1,3 раза выше, чем фоточувствительность тонкопленочного диода, у которого поверхностная шероховатость полупроводникового слоя такая же высокая, как у тонкопленочного транзистора 125.
Согласно этому предпочтительному варианту осуществления, степени кристалличности полупроводниковых слоев 108 и 109 могут быть отличными друг от друга или, по существу, равными друг другу. Если соответствующие полупроводниковые слои 108 и 109 тонкопленочного транзистора 125 и тонкопленочного диода 126 имеют, по существу, одинаковую степень кристалличности, нет необходимости регулировать кристаллические состояния полупроводниковых слоев 108 и 109 независимо друг от друга. Это является причиной, почему высоконадежное высокопроизводительное полупроводниковое устройство может быть получено без усложнения процесса его изготовления. Также средние размеры зерен кристаллов этих полупроводниковых слоев 108 и 109 могут быть отличными друг от друга или, по существу, равными друг другу.
Полупроводниковое устройство этого предпочтительного варианта осуществления может быть изготовлено следующим образом, например.
Прежде всего, как показано на фиг.2(А), непрозрачный слой 102 формируют на подложке 101, и затем пленку 103 нитрида кремния и пленку 104 диоксида кремния осаждают в этом порядке в виде грунтовочных пленок. Затем аморфную полупроводниковую пленку 105 (например, аморфную кремниевую пленку в этом примере) осаждают на эти слои и пленки.
Низкощелочная стеклянная подложка или кварцевая подложка может использоваться в качестве подложки 101. В этом предпочтительном варианте осуществления используется низкощелочная стеклянная подложка. В этом случае стеклянная подложка может заранее подвергаться тепловой обработке до температуры, которая ниже, чем точка окрашивания стекла, приблизительно на 10-20°C.
Непрозрачный слой 102 расположен так, чтобы предотвращать свет, который поступает из-под задней поверхности подложки, от проникновения в ТПД. Непрозрачный слой 102 может быть сделан из металлической пленки или кремниевой пленки, например. Если используется металлическая пленка, тугоплавкий металл, такой как тантал (Та), вольфрам (W) или молибден (Мо), является предпочтительным, принимая во внимание термическую обработку, выполняемую на более поздней стадии процесса изготовления. В этом предпочтительном варианте осуществления молибденовую пленку осаждают посредством процесса напыления и затем структурируют, формируя непрозрачный слой 102. В этом случае непрозрачный слой 102 может иметь толщину от 20 нм до 200 нм и предпочтительно имеет толщину от 30 нм до 150 нм (например, 100 нм в этом предпочтительном варианте осуществления).
Пленка 103 нитрида кремния и пленка 104 диоксида кремния обеспечивается, чтобы предотвращать примеси от диффузии из подложки 101. В этом предпочтительном варианте осуществления эти грунтовочные пленки 103 и 104 формируют посредством плазменного CVD способа. Объединенная толщина этих грунтовочных пленок 103 и 104 может быть от 100 до 600 нм и предпочтительно находится в диапазоне от 150 до 450 нм. Хотя двухслойная грунтовочная пленка используется в этом предпочтительном варианте осуществления, единственный слой диоксида кремния также может использоваться, например.
Аморфная кремниевая пленка 105 может быть образована посредством известного способа, такого как плазменный CVD способ или способ напыления. В этом предпочтительном варианте осуществления аморфную кремниевую пленку осаждают до толщины 50 нм посредством плазменного CVD способа. Необязательно, если грунтовочные пленки 103 и 104 и аморфную кремниевую пленку 105 образуют посредством одного способа осаждения, эти пленки могут осаждаться непрерывно. Если подложка, на которую нанесли грунтовочные пленки, не экспонируется на воздухе, загрязнений на ее поверхности можно избежать, и вариации характеристики или порогового напряжения между изготовленными ТПТ могут быть снижены.
Затем, как показано на фиг.2(В), оксидный слой (из диоксида кремния в этом примере) 106 избирательно формируют только на участке аморфной кремниевой пленки 105, который будет задавать активную область ТПД. Оксидный слой 106 образуют путем осаждения пленки диоксида кремния на всей поверхности подложки 101 посредством плазменного CVD способа, например, и затем структурируют. В этом предпочтительном варианте осуществления формируют слой 106 диоксида кремния, имеющий толщину D, равную 20 нм.
Затем, как показано на фиг.2(С), аморфную кремниевую пленку 105 облучают и кристаллизуют посредством лазерного луча 107, который излучается сверху от подложки 101. В этом этапе способа луч XeCl эксимерного лазера (с длиной волны 308 нм и шириной импульса 40 нсек) или луч KrF эксимерного лазера (с длиной волны 248 нм) может использоваться в качестве лазерного луча. В этом предпочтительном варианте осуществления используется луч XeCl эксимерного лазера с длиной волны 308 нм. Размеры пятна лазерного луча определяют так, что образуется вытянутое пятно луча на поверхности подложки 101. И путем последовательного сканирования поверхности подложки 101 перпендикулярно направлению, в котором вытянуто пятно луча, аморфная кремниевая пленка кристаллизуется на всей поверхности подложки. В этом случае предпочтительно, когда поверхность сканируют так, что пятна луча частично перекрываются друг с другом. В этом случае произвольная точка на аморфной кремниевой пленке 105 будет облучаться посредством лазерного луча несколько раз, что приводит к увеличению однородности.
В результате аморфная кремниевая пленка 105 немедленно плавится и кристаллизуется при затвердевании и в итоге превращается в кристаллическую кремниевую пленку. Участок 105b кристаллической кремниевой пленки, который покрыт слоем диоксида кремния 106, получает бóльшую поверхностную шероховатость, чем другая часть 105а, которая не покрыта слоем диоксида кремния 106. Это происходит потому, что выступы образуются на поверхности кристаллической кремниевой пленки во время процесса плавления и затвердевания, и потому, что выступы выше на этом участке 105b, покрытом слоем диоксида кремния 106, чем на другом участке 105а. Следует заметить, что эти участки 105b и 105а имеют, по существу, одинаковую степень кристалличности и размер зерен кристаллов.
До того как аморфную кремниевую пленку облучают посредством лазерного луча 107, естественную оксидную пленку предпочтительно удаляют с ее участка, который не покрыт слоем 106 диоксида кремния. Тогда можно предотвращать выступы от излишне высокого роста на участке 105а и дополнительно снижать там поверхностную шероховатость. Еще более предпочтительно, когда лазерным лучом 107 облучают в атмосфере инертного газа, такого как окружающий газообразный азот, так как поверхностная шероховатость области 105а может дополнительно снижаться в этом случае.
Затем, как показано на фиг.2(D), слой 106 диоксида кремния удаляют, и потом избыточные участки кристаллической кремниевой пленки удаляют, тем самым электрически изолируя эти две области элемента друг от друга. В результате полупроводниковый слой 108, являющийся активной областью ТПТ (включая области истока/стока и область канала), формируется на участке 105а, и полупроводниковый слой 109, являющийся активной областью ТПД (включая n+ или p+ область и внутреннюю область), формируется на участке 105b.
Затем, как показано на фиг.3(Е), изолирующую пленку 110 затвора осаждают на эти полупроводниковые островки 108 и 109, и потом металлический материал, являющийся электродом 111 затвора ТПТ (который будет называться здесь "электрод 111 затвора" по причине удобства), осаждают на изолирующую пленку 110 затвора.
Изолирующая пленка 110 затвора предпочтительно представляет собой пленку диоксида кремния с толщиной от 20 нм до 150 нм. В этом предпочтительном варианте осуществления используется пленка диоксида кремния толщиной 100 нм.
Электрод 111 затвора может быть образован путем осаждения проводящей пленки на изолирующую пленку 110 затвора посредством напыления или CVD способа, например, и затем ее структурирования. Проводящая пленка, осаждаемая на этом этапе способа, предпочтительно представляет собой тугоплавкий металл, такой как W, Та, Ti или Мо, или их сплав, и предпочтительно имеет толщину от 300 нм до 600 нм. В этом предпочтительном варианте осуществления танталовая (Та) пленка, содержащая очень малое количество азота в виде добавки, осаждается до толщины 450 нм.
Затем, как показано на фиг.3(F), маску 112 из фоторезиста формируют на изолирующей пленке 110 затвора так, чтобы частично покрывать полупроводниковый слой 109, являющийся активной областью ТПД, и ионы 113 легирующей добавки n-типа (такой как фосфор) внедряют на всю поверхность подложки 101 сверху. Ионы 113 фосфора проходят сквозь изолирующую пленку 110 затвора, внедряясь в полупроводниковые слои 108 и 109. В результате этого этапа способа ионы 113 фосфора внедряются в открытый участок полупроводникового слоя 109 ТПД, который не покрыт маской 112 из фоторезиста, и в участок полупроводникового слоя 108 ТПТ, который не замаскирован электродом 111 затвора. Однако ионы 113 фосфора не внедряются ни в участок, покрытый маской 112 из фоторезиста, ни в участок, замаскированный электродом 111 затвора. Впоследствии эти участки полупроводникового островка 108 ТПТ, которые были имплантированы ионами 113 фосфора, будут областями 114 истока/стока ТПТ, тогда как участок, замаскированный электродом 111 затвора и не имплантированный ионами 113 фосфора, будет канальной областью 116 ТПТ. С другой стороны, участок полупроводникового слоя 109 ТПД, который был имплантирован ионами 113 фосфора, будет n+ областью 115 ТПД.
Затем маску 112 из фоторезиста обдирают, и потом другую маску 117 из фоторезиста формируют на изолирующей пленке 110 затвора так, чтобы покрывать участок полупроводникового слоя 109, являющийся активной областью ТПД, и весь полупроводниковый слой 108, являющийся активной областью ТПТ, и ионы 118 легирующей добавки p-типа (такой как бор) внедряют на всю поверхность подложки 101 сверху, как показано на фиг.3(С). На этом этапе способа ионы 118 бора проходят сквозь изолирующую пленку 110 затвора, внедряясь в полупроводниковый слой 109. В результате этого этапа способа ионы 118 бора внедряются в открытый участок полупроводникового слоя 109 ТПД, который не покрыт маской 117 из фоторезиста. То есть никакие ионы 118 бора не внедряются в участки, покрытые маской 117 из фоторезиста. Впоследствии тот участок полупроводникового слоя 109 ТПД, который имплантирован ионами 118 бора, будет p+ областью 119 ТПД, тогда как участок, который не имплантирован ионами бора или фосфора, будет его внутренней областью 120.
Затем маску 117 из фоторезиста обдирают, и потом подложку термически обрабатывают в инертной атмосфере (например, окружающем газообразном азоте). В результате этого процесса термической обработки различные легирующие дефекты, такие как кристаллические дефекты, которые возникли во время этапов процессов внедрения ионов в участки, являющиеся областями 114 истока/стока ТПТ, и в участки, являющиеся n+ и p+ областями 115 и 119 ТПД, исправляются, и легирующие атомы фосфора и бора, внедренные туда, активируются. Процесс термической обработки этого этапа способа может выполняться в обычной печи нагрева, но предпочтительно выполняется в виде быстрого термического отжига (БТО). Среди прочего, особенно предпочтительно, когда температура подложки повышается и снижается мгновенно путем распространения высокотемпературного инертного газа напротив поверхности подложки.
Затем, как показано на фиг.3(Н), пленку 121 нитрида кремния и пленку 122 диоксида кремния осаждают в данном порядке в качестве межуровневых диэлектрических пленок. Если необходимо, процесс термической обработки может выполняться, чтобы гидрировать полупроводниковые слои 108 и 109. Например, эти слои 108 и 109 могут отжигаться при температуре от 350°C до 450°C в окружающем газообразном азоте или окружающем подмешанном газообразном водороде при атмосферном давлении. После этого контактные отверстия вырезают сквозь межуровневые диэлектрические пленки 121 и 122, и пленку из металлического материала (например, пакет из нитрида титана и алюминия) осаждают на межуровневую диэлектрическую пленку 122 и в контактные отверстия и структурируют в электроды и соединения 123 и 124, образуя участки ТПТ и ТПД. Таким образом, завершают тонкопленочный транзистор 125 и тонкопленочный диод 126. Необязательно, чтобы защитить эти устройства, пассивирующую пленку из нитрида кремния, например, можно осаждать на тонкопленочный транзистор 125 и тонкопленочный диод 126.
Согласно этому способу полупроводниковые слои 108 и 109 с взаимно различными степенями поверхностной шероховатости могут быть образованы без усложнения процесса изготовления.
Согласно описанному выше способу толщина D (нм) оксидного слоя (т.е. слоя диоксида кремния 106 в этом примере), образованного на этапе способа, показанного на фиг.2(В), предпочтительно устанавливается такой, что толщина D и показатель преломления n оксидного слоя и длина волны λ (нм) лазерного луча удовлетворяют неравенству: D≤λ/(4×n)×0,5. Тогда противоотражающее действие оксидного слоя может быть снижено настолько, что различие в степени кристалличности между участком 105b, покрытым оксидным слоем, и участком 105а, не покрытым оксидным слоем, может быть минимальным. То есть в этом случае эти части 105а и 105b могут иметь, по существу, одинаковое кристаллическое состояние, и их единственным основным различием будет их поверхностная шероховатость. В этом предпочтительном варианте осуществления пленка диоксида кремния имеет показатель преломления n, равный 1,46, и лазерный луч имеет длину волны λ, равную 308 нм. Это является причиной, почему слой 106 диоксида кремния предпочтительно имеет толщину D, равную 26 нм или меньше. Однако, если оксидный слой слишком тонкий, поверхностная шероховатость этого участка 105b, покрытого оксидным слоем, не может быть достаточно увеличена. По этой причине предпочтительно, когда оксидный слой имеет толщину D, равную, по меньшей мере, 3 нм.
В описанном выше примере слой 106 диоксида кремния формируют в качестве оксидного слоя. Однако такой же эффект также может быть достигнут, даже если слой 106 диоксида кремния заменяют любым другим оксидным слоем, таким как слой оксинитрида кремния.
ВАРИАНТ 2 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Далее будет описан второй предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи. В способе изготовления полупроводникового устройства согласно этому второму предпочтительному варианту осуществления каталитический элемент используют для кристаллизации аморфной полупроводниковой пленки, и этап удаления каталитического элемента путем геттерирования выполняют после этапа кристаллизации, что составляет два основных отличия от способа изготовления первого предпочтительного варианта осуществления, описанного выше.
Прежде всего, как показано на фиг.4(А), непрозрачный слой 202, пленку 203 нитрида кремния, пленку 204 диоксида кремния и аморфную полупроводниковую пленку (аморфную кремниевую пленку) 205 укладывают в данном порядке на подложке 201. Затем каталитический элемент 206 добавляют на поверхность аморфной кремниевой пленки 205.
Более конкретно, поверхность аморфной кремниевой пленки 205 покрывают водным раствором, содержащим приблизительно 5 масс.ч./млн каталитического элемента 106 (например, никеля в этом предпочтительном варианте осуществления), такого как водный раствор ацетата никеля, посредством способа покрытия центрифугированием. Каталитический элемент 206 предпочтительно представляет собой один или множество элементов, выбранных из группы, состоящей из железа (Fe), кобальта (Co), олова (Sn), свинца (Рb), палладия (Pd) и меди (Сu), а также никеля (Ni). Хотя их каталитическое действие ниже, чем действие элементов указанной группы, рутений (Ru), родий (Rh), осмий (Os), иридий (Ir), платина (Pt) или золото (Аu) также могут служить в качестве каталитического элемента. Доза каталитического элемента, добавляемого на этом этапе способа, очень мала. И концентрация каталитического элемента на поверхности аморфной кремниевой пленки 205 контролируется рентгеновским флуоресцентным анализом с полным отражением (TRXRF). В этом предпочтительном варианте осуществления каталитический элемент имеет концентрацию приблизительно 5×1012 атомов/см2. Необязательно перед выполнением этого этапа способа поверхность аморфной кремниевой пленки 205 может слегка окисляться озоновой водой, например, для увеличения смачиваемости поверхности аморфной кремниевой пленки 205 во время процесса покрытия центрифугированием.
В этом предпочтительном варианте осуществления предполагается, что никель вводится путем процесса покрытия центрифугированием. Однако тонкая пленка каталитического элемента 206 (например, никелевая пленка в этом предпочтительном варианте осуществления) может быть образована на аморфной кремниевой пленке 205 посредством способа испарения или способа напыления, например.
Затем, как показано на фиг.4(В), аморфную кремниевую пленку 205 нагревают, вызывая твердофазную кристаллизацию в аморфной кремниевой пленке 205, используя каталитический элемент 206 в качестве зародыша. Таким образом, может быть получена первая кристаллическая кремниевая пленка 205а.
Термическую обработку предпочтительно выполняют в инертной атмосфере (например, в окружающем газообразном азоте) при температуре от 550°C до 620°C в течение любой требуемой продолжительности времени от 30 минут до 4 часов. В этом предпочтительном варианте осуществления термическую обработку проводят при 590°C в течение часа. В результате этой термической обработки атомы 206 никеля, которые были добавлены на поверхность аморфной кремниевой пленки 205, рассеиваются сквозь аморфную кремниевую пленку 205, а также образуют силициды, тем самым кристаллизуя аморфную кремниевую пленку 205, используя эти силициды как зародыши роста кристаллов. Хотя процесс кристаллизации выполняют в этом предпочтительном варианте осуществления посредством способа термической обработки, используя печь, кристаллизацию можно также выполнять посредством системы быстрого термического отжига (БТО), которая использует лампу в качестве источника тепла.
Затем, как показано на фиг.4(С), слой 207 диоксида кремния формируют только на участке первой кристаллической кремниевой пленки 205а, который будет задавать активную область ТПТ. Слой 207 диоксида кремния может быть образован, как уже описано со ссылкой на фиг.2(В). В этом предпочтительном варианте осуществления формируют слой 207 диоксида кремния, имеющий толщину D, равную 15 нм.
Затем, как показано на фиг.4(D), первую кристаллическую кремниевую пленку 205а облучают посредством лазерного луча 208. В этом предпочтительном варианте осуществления излучается луч XeCl эксимерного лазера с длиной волны 308 нм, как на этапе лазерного облучения первого предпочтительного варианта осуществления, показанном на фиг.2(C). В результате этого этапа способа первая кристаллическая кремниевая пленка 205а рекристаллизуется, превращаясь во вторую кристаллическую кремниевую пленку еще более высокого качества. В этом случае участок 205с второй кристаллической кремниевой пленки, который покрыт слоем 207 диоксида кремния, получает большую поверхностную шероховатость, чем другая часть 205b, которая не покрыта слоем 207 диоксида кремния.
Следует заметить, что если была какая-либо оксидная пленка, оставшаяся на этом открытом участке первой кристаллической кремниевой пленки 205а, который не покрыт слоем 207 диоксида кремния, то поверхностная шероховатость этой части 205b будет увеличиваться при облучении лазерным лучом 208. По этой причине предпочтительно, когда перед тем, как первую кристаллическую кремниевую пленку 205а облучают посредством лазерного луча 208, естественную оксидную пленку удаляют с этого открытого участка, который не покрыт слоем 207 диоксида кремния. Тогда можно предотвращать поверхностную шероховатость этой части 205b от увеличения путем лазерного облучения. Еще более предпочтительно, когда посредством лазерного луча 208 облучают в инертной атмосфере, такой как окружающий газообразный азот, так как поверхностная шероховатость области 205b может дополнительно снижаться в этом случае. Также на этом этапе способа плотность энергии облучения лазерного луча 208 предпочтительно задают не слишком высокой, чтобы избежать возврата кристаллического состояния первой кристаллической кремниевой пленки 205а (показанной на фиг.4(В)). Тогда лазерный луч 208 будет тонко воздействовать только на аморфные части или кристаллические дефекты, оставшиеся в первой кристаллической кремниевой пленке 205а, увеличивая ее степень кристалличности. Следовательно, может быть получена вторая кристаллическая кремниевая пленка с хорошей однородностью и прекрасной кристалличностью.
Затем, как показано на фиг.5(Е), слой 207 диоксида кремния удаляют, и потом полупроводниковый слой 209, являющийся активной областью ТПТ, формируют на участке 205b кристаллической кремниевой пленки, и полупроводниковый слой 210, являющийся активной областью ТПД, формируют на участке 205с.
Затем, как показано на фиг.5(F), изолирующую пленку 211 затвора осаждают на эти полупроводниковые слои 209 и 210, и потом электрод 212 затвора ТПТ формируют так, чтобы он частично перекрывался с полупроводниковым слоем 209. Изолирующую пленку 211 затвора и электрод 212 затвора образуют, как уже описано со ссылкой на фиг.3(Е).
Затем, как показано на фиг.5(G), маску 213 из фоторезиста формируют на изолирующей пленке 211 затвора так, чтобы частично покрывать полупроводниковый слой 210, и ионы 214 легирующей добавки n-типа (такой как фосфор) внедряют в полупроводниковые слои 209 и 210. Этот процесс ионного легирования выполняют таким же образом и в таких же условиях, как уже описано со ссылкой на фиг.3(F). В результате этого этапа способа области истока/стока 215 задаются в тех частях полупроводникового слоя 209, которые не перекрываются электродом 212 затвора, тогда как канальная область 217 задается в другой части полупроводникового слоя 209, которая перекрывается электродом 212 затвора и которая не имплантируется ионами 214 фосфора. С другой стороны, область 216 n-типа задается в открытой части полупроводникового слоя 210, которая не покрыта маской 213.
Затем маску 213 из фоторезиста обдирают и потом другую маску 218 из фоторезиста формируют так, чтобы покрывать весь полупроводниковый слой 209 и участок полупроводникового слоя 210, и ионы 219 легирующей добавки p-типа (такой как бор) внедряют в полупроводниковый слой 210, как показано на фиг.6(Н). Этот процесс ионного легирования выполняют таким же образом и в таких же условиях, как уже описано со ссылкой на фиг.3(G). В результате область 220 p-типа задается в этой открытой части полупроводникового слоя 210, которая не покрыта маской 218, тогда как часть, которая имплантирована ионами бора или фосфора, будет внутренней областью 221.
Затем маску 218 удаляют, и потом выполняют термическую обработку. Путем проведения термической обработки те части полупроводниковых слоев 209 и 210, которые имплантированы легирующими ионами (т.е. фосфором и бором), активируются. Кроме того, каталитический элемент (т.е. никель в этом примере) в канальной области 217 и внутренней области 221 движется, как показано стрелками 222, в направлении областей 215 истока/стока и области 216 n-типа, где есть атомы фосфора с функцией геттерирования, как показано на фиг.6(I). Следовательно, концентрации никеля в канальной области 217 полупроводникового слоя 209 и во внутренней области 221 полупроводникового слоя 210 становятся ниже, чем в областях 215 истока/стока и области 216 n-типа.
В этом предпочтительном варианте осуществления БТО способ предпочтительно выполняют в качестве термической обработки, так что температура подложки повышается или понижается мгновенно путем погружения подложек одна за другой в высокотемпературную атмосферу и распространения высокотемпературного газообразного азота напротив поверхности подложки. Процесс термической обработки выполняют при скорости роста/падения температуры, превышающей 200°C в минуту (например, при 650°C за 10 минут). На этом этапе способа любой другой тип термической обработки также может выполняться. Например, естественно можно выполнять обычный процесс термической обработки, используя диффузионную печь или БТО способ, который использует лампу.
Затем, как показано на фиг.6(J), пленку 223 нитрида кремния и пленку 224 диоксида кремния осаждают в данном порядке в качестве межуровневых диэлектрических пленок посредством плазменного CVD способа. Если необходимо, процесс термической обработки выполняют снова при температуре от 300°C до 500°C в течение от 30 минут до 4 часов для гидрирования полупроводниковых слоев. Это этап способа для замыкания и дезактивации оборванных связей, которые будут ухудшать характеристики ТПТ, путем подачи атомов водорода на границу раздела между активными областями и изолирующей пленкой затвора. В этом предпочтительном варианте осуществления термическую обработку выполняют при 410°C в течение часа в окружающем газообразном азоте, содержащем приблизительно 3% водорода. Альтернативно, полупроводниковые слои можно также гидрировать посредством способа плазменного гидрирования (который использует водород, возбужденный плазмой). Затем, как уже описано со ссылкой на фиг.3(Н), контактные отверстия вырезают сквозь межуровневые диэлектрические пленки 223 и 224, и формируют электроды и соединения 225 и 226. Таким образом, завершают тонкопленочный транзистор 227 и тонкопленочный диод 228. Необязательно пассивирующую пленку можно осаждать на тонкопленочный транзистор 227 и тонкопленочный диод 228.
Как в предпочтительном варианте осуществления, описанном выше, толщина D (нм) слоя 207 диоксида кремния также предпочтительно устанавливается в этом предпочтительном варианте осуществления такой, что толщина D и показатель преломления n слоя 207 диоксида кремния и длина волны λ (нм) лазерного луча удовлетворяют неравенству: D≤λ/(4×n)×0,5. Тогда кристаллические кремниевые пленки 205b и 205c могут иметь, по существу, одинаковое кристаллическое состояние, и их единственным различием будет их поверхностная шероховатость. В этом предпочтительном варианте осуществления пленка диоксида кремния имеет показатель преломления n, равный 1,46, а лазерный луч имеет длину волны λ, равную 308 нм. Это является причиной, почему слой 207 диоксида кремния предпочтительно имеет толщину D, равную 26 нм или меньше.
Когда полупроводниковое устройство этого предпочтительного варианта осуществления изготавливают посредством такого способа, полупроводниковый слой 210 тонкопленочного диода 228 может иметь большую поверхностную шероховатость, чем полупроводниковый слой 209 тонкопленочного транзистора 227. Поэтому тонкопленочный диод 228 для использования в качестве фотосенсорного ТПД отражает гораздо меньше поступающего света от полупроводникового слоя 210 и имеет увеличенную чувствительность к свету. В результате яркий ток увеличивается, и отношение яркости к темноте, которое выражается посредством SNR, может увеличиваться. В тонкопленочном транзисторе 227, с другой стороны, полупроводниковый слой 209 имеет относительно небольшую поверхностную шероховатость. По этой причине надежность может быть увеличена в обозначении напряжения пробоя изолирующей пленки затвора и напряжения смещения затвора, и полевая подвижность может быть увеличена тоже. Таким образом, согласно этому предпочтительному варианту осуществления, соответствующие полупроводниковые слои 209 и 210 тонкопленочного транзистора 227 и тонкопленочного диода 228 могут иметь только совершенно разные величины поверхностной шероховатости без существенно различных степеней кристалличности. В результате, параметры этих компонентов могут быть оптимизированы соответственно их требованиям.
Кроме того, согласно этому предпочтительному варианту осуществления, полупроводниковые слои 209 и 210 представляют собой кристаллические полупроводниковые слои, которые были кристаллизованы с каталитическим элементом. По этой причине полупроводниковое устройство этого предпочтительного варианта осуществления будет давать даже лучшие параметры транзистора, чем в первом предпочтительном варианте осуществления. Следовательно, если схема сформирована с использованием этого тонкопленочного диода 228, компоненты этой схемы могут быть интегрированы вместе еще более плотно, и общий размер схемы может быть дополнительно уменьшен. С другой стороны, если тонкопленочный диод 228 используется в качестве элемента переключения пикселя в дисплейном устройстве, светосила пиксельной секции может быть увеличена.
ВАРИАНТ 3 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Далее третий предпочтительный вариант осуществления полупроводникового устройства согласно настоящему изобретению будет описан со ссылкой на сопровождающие чертежи. Полупроводниковое устройство этого предпочтительного варианта осуществления имеет такую же конфигурацию, как его аналог в первом предпочтительном варианте осуществления (смотри фиг.1). Согласно этому предпочтительному варианту осуществления, однако, способ изготовления дополнительно упрощен путем использования специальной структуры непрозрачного слоя, что является основным отличием от первого предпочтительного варианта осуществления, описанного выше.
Прежде всего, как показано на фиг.7(А), непрозрачный слой 302 формируют в виде специальной структуры на подложке 301, а затем пленку 303 нитрида кремния и пленку 304 диоксида кремния укладывают на него в данном порядке как грунтовочные пленки. После этого аморфную кремниевую пленку 305 осаждают на них. Эти слои и пленки формируют также, как уже описано со ссылкой на фиг.2(А).
Затем, как показано на фиг.7(В), пленку 306 диоксида кремния осаждают до толщины 20 нм, например, на аморфную кремниевую пленку 305 посредством плазменного CVD способа, и затем покрывают фоторезистом 307. Затем фоторезист 307 подвергают облучению 308, которое поступает из-под задней поверхности подложки 301. В этом случае участок фоторезиста 307, который замаскирован непрозрачным слоем 302, не подвергается облучению.
Когда фоторезист 307, который подвергся облучению, преобразуется, получается маска 309 из фоторезиста, имеющая такую же структуру, как непрозрачный слой 302, как показано на фиг.7(С).
Затем, как показано на фиг.8(D), пленку 306 диоксида кремния структурируют с маской 309 из фоторезиста, формируя островок 310 из диоксида кремния такой же формы, как форма непрозрачного слоя 302. После этого маску 309 из фоторезиста обдирают.
Затем, как показано на фиг.8(Е), лазерным лучом 311 излучают из слоя 310 диоксида кремния. На этом этапе способа луч XeCl эксимерного лазера с длиной волны, равной 308 нм, используют в качестве лазерного луча 311. Размеры пятна лазерного луча 311 задают так, что вытянутое пятно луча образуется на поверхности подложки 301. И путем последовательного сканирования поверхности подложки 301 перпендикулярно направлению, в котором вытянуто пятно луча, аморфная кремниевая пленка 305 кристаллизуется по всей поверхности подложки, превращаясь в кристаллическую кремниевую пленку. Участок 305b кристаллической кремниевой пленки, который покрыт слоем 310 диоксида кремния, получает бóльшую поверхностную шероховатость, чем другой ее участок 305а, который не покрыт слоем 310 диоксида кремния. Следует заметить, что эти участки 305а и 305b имеют, по существу, одинаковые степени кристалличности и почти одинаковый размер кристаллических зерен.
До того как аморфную кремниевую пленку 305 облучают лазерным лучом 311, естественную оксидную пленку предпочтительно удаляют с ее участка, который не покрыт слоем 310 диоксида кремния, как в предпочтительных вариантах осуществления, описанных выше. Также более предпочтительно, когда лазерным лучом 311 облучают в атмосфере инертного газа, такого как окружающий газообразный азот, так как поверхностная шероховатость области 305а может быть дополнительно снижена в этом случае.
Затем слой 310 диоксида кремния обдирают, и потом полупроводниковый слой 312, задающий активную область ТПТ, формируют из участка 305а кристаллической кремниевой пленки, и полупроводниковый слой 313, задающий активную область ТПД, формируют из участка 305b, как показано на фиг.8(F).
После этого, хотя это показано, ТПТ и ТПД изготавливают, используя полупроводниковые слои 312 и 313 соответственно, как уже описано для первого предпочтительного варианта осуществления со ссылкой на фиг.3(Е)-3(Н).
Согласно этому предпочтительному варианту осуществления эффекты первого предпочтительного варианта осуществления, описанного выше, также достигаются. К тому же, так как оксидная пленка (например, пленка диоксида кремния) 306, применяемая, чтобы сделать поверхностную шероховатость кристаллической кремниевой пленки локально другой, структурируется путем выполнения процесса экспозиции задней стороны, используя непрозрачный слой 302 со специальной структурой, некоторые этапы способа изготовления могут быть опущены. Более конкретно, количество применяемых фотомасок может быть уменьшено на одну по сравнению со способом первого предпочтительного варианта осуществления. Следовательно, эффекты настоящего изобретения могут быть достигнуты без существенного увеличения количества этапов способа изготовления по сравнению с обычным способом.
ВАРИАНТ 4 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Далее будет описан четвертый предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. В способе изготовления полупроводникового устройства согласно этому четвертому предпочтительному варианту осуществления после того, как аморфную полупроводниковую пленку облучают и кристаллизуют посредством лазерного луча во всей полноте, только одна часть полученной кристаллической полупроводниковой пленки, задающая активную область ТПТ, имеет сглаженную поверхность, что является основным отличием от первого предпочтительного варианта осуществления, описанного выше.
Согласно этому предпочтительному варианту осуществления сначала всю аморфную кремниевую пленку кристаллизуют и превращают в кристаллическую кремниевую пленку путем ее облучения посредством лазерного луча в течение первого времени. В этот момент времени выступы существуют, по существу, равномерно по всей поверхности кристаллической кремниевой пленки. Затем оксидный слой формируют только на участке кристаллической кремниевой пленки, задающем активную область ТПД, и только другой ее участок, задающий активную область ТПТ, облучают посредством лазерного луча в течение второго времени. В результате тот участок кристаллической кремниевой пленки, который облучали посредством лазерного луча, имеет сглаженную поверхность. Предпочтительно, когда второй процесс лазерного облучения выполняют с сохранением предыдущего кристаллического состояния (до того, как его облучают лазерным лучом в течение второго времени). Таким образом, только поверхностная шероховатость тонкопленочных слоев ТПТ и ТПД может отличаться друг от друга, тогда как их степени кристалличности сохраняются, по существу, равными друг другу. Кроме того, так как кристаллическая кремниевая пленка имеет поверхность, сглаженную облучением посредством лазерного луча в течение второго времени, полупроводниковый слой, полученный таким образом, имеет меньшую поверхностную шероховатость, чем полупроводниковый слой ТПТ первого предпочтительного варианта осуществления, описанного выше. Следовательно, подвижность полевого эффекта ТПТ может быть дополнительно увеличена, и надежность тоже может быть увеличена.
Далее пример способа изготовления согласно данному предпочтительному варианту осуществления будет описан более конкретно со ссылкой на сопровождающие чертежи.
Прежде всего, как показано на фиг.9(А), непрозрачный слой 402 формируют на подложке 401, и затем пленку 403 нитрида кремния и пленку 404 диоксида кремния осаждают в этом порядке в виде грунтовочных пленок. Затем аморфную полупроводниковую пленку (например, аморфную кремниевую пленку в этом примере) 405 осаждают на них. Эти слои и пленки формируют так, как уже описано со ссылкой на фиг.2(А).
Затем аморфную кремниевую пленку 405 облучают и кристаллизуют посредством лазерного луча 406, который поступает из-за от подложки 401, получая кристаллическую кремниевую пленку 405а (что составляет первый процесс лазерного облучения). Как показано на фиг.9(В), на поверхности кристаллической кремниевой пленки 405а существуют выступы, которые получаются, когда аморфная кремниевая пленка 405 плавится и затвердевает.
Перед облучением посредством лазерного луча 406 аморфная кремниевая пленка 405 предпочтительно имеет поверхность, слегка окисленную озоновой водой, например. В результате может быть получена кристаллическая кремниевая пленка 405а с бóльшей поверхностной шероховатостью и хорошей кристалличностью (например, которая имеет больший размер кристаллических зерен). Процесс тонкого окисления может выполняться просто путем промывки поверхности аморфной кремниевой пленки 405 озоновой водой, например. Также посредством лазерного луча 406 предпочтительно облучают в атмосфере, содержащей кислород. Тогда степень кристалличности (или размер кристаллических зерен) кристаллической кремниевой пленки 405а может быть дополнительно увеличена.
Затем, как показано на фиг.9(С), островок оксида (например, слой диоксида кремния) 407 формируют на участке кристаллической кремниевой пленки 405а, задающем активную область ТПД. Слой 407 диоксида кремния также может быть образован путем осаждения или структурирования пленки диоксида кремния, как уже было описано со ссылкой на фиг.2(В). Альтернативно пленка диоксида кремния также может быть структурирована путем выполнения процесса самовыравнивания, используя форму непрозрачного слоя 402, как уже описано со ссылкой на фиг.7(В)-8(D). Слой 407 диоксида кремния может иметь толщину 20 нм, например.
В таком состоянии кристаллическую кремниевую пленку 405а облучают в течение второго времени посредством лазерного луча 408, который поступает из-за подложки 401. В результате, участок кристаллической кремниевой пленки 405а, который не покрыт слоем 407 диоксида кремния, получает уменьшенную поверхностную шероховатость и сглаживается. С другой стороны, другой ее участок 405с, который покрыт слоем 407 диоксида кремния, сохраняет поверхностную шероховатость, которая была получена им посредством первого процесса лазерного облучения. Или, в зависимости от энергии облучения посредством лазерного луча 408, слой 407 диоксида кремния может достигать такого же состояния, как оксидный слой первого предпочтительного варианта осуществления, описанного выше, и, следовательно, может дополнительно увеличивать поверхностную шероховатость этой части 405с.
В этом предпочтительном варианте осуществления луч XeCl эксимерного лазера с длиной волны 308 нм используют в качестве лазерного луча 408. Размеры пятна лазерного луча 408 задают так, что вытянутое пятно луча образуется на поверхности подложки 401. И путем последовательного сканирования поверхности подложки 401 перпендикулярно направлению, в котором вытянуто пятно луча, аморфная кремниевая пленка 405 облучается посредством лазерного луча 408 по всей поверхности подложки. Энергию облучения лазерного луча 408, которым облучают на этом этапе способа в целях сглаживания, устанавливают равной или более высокой, чем энергия лазерного луча, посредством которого облучают в течение первого времени для кристаллизации. Если первая энергия облучения была ниже, чем последняя, эффект сглаживания будет недостаточным. Но если данная энергия облучения была, напротив, слишком высокой, степень кристалличности, которая была получена посредством первого процесса лазерного облучения, будет возвращаться в исходное состояние. Поэтому энергия облучения этого второго процесса лазерного облучения предпочтительно выше, чем в первый раз приблизительно на от +0 мДж/см2 до +30 мДж/см2.
Как в предпочтительных вариантах осуществления, описанных выше, толщина D (нм) слоя 407 диоксида кремния также предпочтительно устанавливается в этом предпочтительном варианте осуществления такой, что толщина D и показатель преломления n слоя 407 диоксида кремния и длина волны λ (нм) лазерного луча удовлетворяют неравенству: D≤λ/(4×n)×0,5. Тогда противоотражающий эффект слоя 407 диоксида кремния может быть снижен, и влияние второго процесса лазерного облучения на кристалличность может быть минимизировано. В результате эти участки 405b и 405с кристаллической кремниевой пленки могут иметь, по существу, одинаковое кристаллическое состояние, и их единственным основным различием будет их поверхностная шероховатость. В этом предпочтительном варианте осуществления пленка диоксида кремния имеет показатель преломления n, равный 1,46, и лазерный луч имеет длину волны λ, равную 308 нм. Это является причиной, почему слой 407 диоксида кремния предпочтительно имеет толщину D, равную 26 нм или меньше.
Предпочтительно, когда перед тем, как кристаллическую кремниевую пленку 405а облучают посредством лазерного луча 408 в течение второго времени, естественную оксидную пленку удаляют с открытого участка кристаллической кремниевой пленки 405а, который не покрыт слоем 407 диоксида кремния. Тогда поверхностная шероховатость этого участка 405b может быть дополнительно снижена. Еще более предпочтительно, когда посредством лазерного луча 408 облучают в течение второго времени в инертной атмосфере, такой как окружающий газообразный азот, так как в этом случае поверхностная шероховатость участка 405b может дополнительно снижаться.
Также на этом этапе способа плотность энергии лазерного луча 408 предпочтительно задают не слишком высокой, чтобы избежать полного восстановления кристаллического состояния кристаллической кремниевой пленки 405а. Тогда обе из этих частей 405b и 405с могут иметь, по существу, равные и увеличенные степени кристалличности.
Затем слой 407 диоксида кремния удаляют, и потом кристаллическую кремниевую пленку разделяют на островки, образуя полупроводниковые слои 409 и 410, являющиеся активными областями ТПТ и ТПД, из этих участков 405b и 405с соответственно, как показано на фиг.9(D).
После этого, хотя это не показано, ТПТ и ТПД (фотосенсорный ТПД) изготавливают, используя полупроводниковые слои 409 и 410 соответственно, как уже описано для первого предпочтительного варианта осуществления со ссылкой на фиг.3(Е)-3(Н).
Согласно этому предпочтительному варианту осуществления эффекты первого предпочтительного варианта осуществления, описанного выше, также достигаются. Более конкретно, фотосенсорный ТПД отражает гораздо меньше света, поступающего от поверхности полупроводникового слоя 410, и имеет увеличенную чувствительность к свету, в результате, яркий ток увеличивается, и отношение яркости к темноте, которое обозначается SNR, может увеличиваться. В ТПТ, с другой стороны, полупроводниковый слой 409 имеет сглаженную поверхность. Поэтому надежность может быть увеличена в обозначениях напряжения пробоя изолирующей пленки затвора и напряжения смещения затвора, и полевая подвижность тоже может быть увеличена. В результате, параметры ТПТ и ТПД могут быть оптимизированы соответственно их требованиям.
Также в отличие от первого предпочтительного варианта осуществления образуется кристаллическая кремниевая пленка 405а с большой поверхностной шероховатостью и хорошей кристалличностью, и только ее необходимая часть сглаживается в этом предпочтительном варианте осуществления. Согласно такому способу, кристаллическая кремниевая пленка 405а с однородной степенью кристалличности образуется над всей подложкой 401 посредством первого процесса лазерного облучения и затем структурируется на полупроводниковые слои ТПТ и ТПД 409 и 410. Следовательно, степени кристалличности этих полупроводниковых слоев 409 и 410 могут регулироваться так, чтобы быть, по существу, равными друг другу. Кроме того, степень кристалличности и поверхностная шероховатость, которые являются двумя важными параметрами, могут регулироваться на двух разных этапах способа. Поэтому способ изготовления и качество продукта могут легко регулироваться, что также является выгодным.
Таким образом, согласно этому предпочтительному варианту осуществления соответствующие полупроводниковые слои 409 и 410 ТПТ и ТПД могут иметь совершенно разные величины поверхностной шероховатости, и только их кристаллические состояния, по существу, равны друг другу. В результате, параметры этих компонентов могут быть еще ближе к требуемым параметрам.
Величины поверхностной шероховатости этих полупроводниковых слоев 409 и 410 не ограничиваются особо. Например, если полупроводниковые слои 409 и 410 образованы из аморфной кремниевой пленки с толщиной 50 нм, полупроводниковый слой 409, задающий активную область ТПТ, может иметь среднюю арифметическую шероховатость Ra, равную 1-3 нм, и максимальную высоту Rz, равную 10-20 нм, тогда как полупроводниковый слой 410, задающий активную область ТПД, может иметь среднюю арифметическую шероховатость Ra, равную 6-10 нм, и максимальную высоту Rz, равную 60-100 нм. Если полупроводниковые слои 409 и 410 имеют поверхностную шероховатость, попадающую в эти интервалы, фоточувствительность (выраженная посредством величины яркого тока) ТПД, сделанного из полупроводникового слоя 410, будет приблизительно в 1,5 раз выше, чем фоточувствительность тонкопленочного диода, у которого поверхностная шероховатость полупроводникового слоя так же высока, как у ТПТ.
ВАРИАНТ 5 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Далее будет описан пятый предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. В способе изготовления полупроводникового устройства согласно этому пятому предпочтительному варианту осуществления кристаллическую полупроводниковую пленку, которую кристаллизовали с каталитическим элементом, облучают и рекристаллизуют во всей полноте посредством лазерного луча, и только часть рекристаллизованной кристаллической полупроводниковой пленки, задающая активную область ТПТ, имеет сглаженную поверхность в отличие от способа изготовления второго предпочтительного варианта осуществления, описанного выше.
Согласно этому предпочтительному варианту осуществления сначала аморфную кремниевую пленку кристаллизуют в твердой фазе, используя каталитический элемент, получая первую кристаллическую кремниевую пленку. После этого первую кристаллическую кремниевую пленку облучают посредством лазерного луча в течение первого времени так, чтобы рекристаллизовать во всей полноте. Вторая кристаллическая кремниевая пленка, полученная таким образом, имеет, по существу, однородную кристалличность, а также имеет выступы над всей ее поверхностью. Затем только часть второй кристаллической кремниевой пленки, задающей активную область ТПТ, облучают посредством лазерного луча в течение второго времени так, чтобы она сглаживалась. Предпочтительно, когда второй процесс лазерного облучения выполняют с сохраняемым предыдущим кристаллическим состоянием (до того, как его облучают посредством лазерного луча в течение второго времени). Таким образом, только поверхностная шероховатость полупроводниковых слоев ТПТ и ТПД может отличаться друг от друга, при том что их степени кристалличности сохраняются, по существу, равными друг другу. Кроме того, так как кристаллическая кремниевая пленка имеет поверхность, сглаженную облучением посредством лазерного луча в течение второго времени, полупроводниковый слой, полученный таким образом, может иметь меньшую поверхностную шероховатость, чем полупроводниковый слой ТПТ второго предпочтительного варианта осуществления, описанного выше. Следовательно, подвижность полевого эффекта ТПТ может дополнительно увеличиваться, и надежность тоже может увеличиваться.
Далее пример способа изготовления согласно данному предпочтительному варианту осуществления будет описан более конкретно со ссылкой на сопровождающие чертежи.
Прежде всего, как показано на фиг.10(А), непрозрачный слой 502 формируют в виде специальной структуры на подложке 501, и затем пленку 503 нитрида кремния и пленку 504 диоксида кремния осаждают на него в этом порядке в виде грунтовочных пленок. После этого аморфную полупроводниковую пленку (например, аморфную кремниевую пленку) 505 осаждают на них, и каталитический элемент (например, никель в этом примере) 506 добавляют на ее поверхность. Непрозрачный слой 502, грунтовочные пленки 503 и 504 и аморфную кремниевую пленку 505 формируют, и никель 506 добавляют, как уже описано со ссылкой на фиг.4(А).
Затем, как показано на фиг.10(В), аморфную кремниевую пленку 505 нагревают, вызывая твердофазную кристаллизацию в аморфной кремниевой пленке 505, используя никель 506 в качестве зародышей. Термическую обработку можно выполнять, как уже описано со ссылкой на фиг.4(В). Таким образом, может быть получена первая кристаллическая кремниевая пленка 505а.
Затем, как показано на фиг.10(С), первую кристаллическую кремниевую пленку 505а облучают в течение первого времени посредством лазерного луча 507, который поступает из-за подложки 501. В результате этого этапа способа первая кристаллическая кремниевая пленка 505а рекристаллизуется во вторую кристаллическую кремниевую пленку 505b еще более высокого качества. Выступы получаются над всей поверхностью второй кристаллической кремниевой пленки 505b. Луч ХеСl эксимерного лазера с длиной волны 308 нм может быть использован в качестве лазерного луча 507. Размеры пятна лазерного луча 507 задают так, что вытянутое пятно луча образуется на поверхности подложки 501. И путем последовательного сканирования поверхности подложки 501 перпендикулярно направлению, в котором вытянуто пятно луча, первая кристаллическая кремниевая пленка 505а рекристаллизуется над всей поверхностью подложки.
Перед облучением посредством лазерного луча 507 кристаллическая кремниевая пленка 505а предпочтительно имеет поверхность, слегка окисленную озоновой водой, например. В результате, может быть получена кристаллическая кремниевая пленка 505b с большей поверхностной шероховатостью и хорошей кристалличностью (например, которая имеет больший размер кристаллических зерен). Процесс тонкого окисления может выполняться просто путем промывки поверхности кристаллической кремниевой пленки 505а озоновой водой, например. Также посредством лазерного луча 507 предпочтительно облучают в атмосфере, содержащей кислород. Тогда степень кристалличности (или размер кристаллических зерен) кристаллической кремниевой пленки 505b может быть дополнительно увеличена.
Затем, как показано на фиг.11(D), островок оксида (например, слой диоксида кремния) 508 формируют на участке второй кристаллической кремниевой пленки 505b, задающем активную область ТПД. Слой 508 диоксида кремния имеет толщину D, равную 20 нм, и также может быть образован путем осаждения и структурирования пленки диоксида кремния так же, как уже описано со ссылкой на фиг.2(В). Альтернативно пленка диоксида кремния также может быть структурирована путем выполнения процесса самовыравнивания, используя форму непрозрачного слоя 502, как уже описано со ссылкой на фиг.7(В)-8(D).
В таком состоянии кристаллическую кремниевую пленку 505b облучают в течение второго времени посредством лазерного луча 509, который поступает из-за подложки 501. В результате, участок кристаллической кремниевой пленки 505b, который не покрыт слоем 508 диоксида кремния, получает уменьшенную поверхностную шероховатость и сглаживается. С другой стороны, другой ее участок 505d, который покрыт слоем 508 диоксида кремния, сохраняет поверхностную шероховатость, которая была получена им посредством первого процесса лазерного облучения, или дополнительно увеличивает поверхностную шероховатость в зависимости от энергии облучения лазерного луча 509.
Энергию облучения лазерного луча 509, которым облучают на этом этапе способа в целях сглаживания, устанавливают равной или более высокой, чем энергия лазерного луча, посредством которого облучают в течение первого времени. Если первая энергия облучения была ниже, чем последняя, эффект сглаживания будет недостаточным. Но если данная энергия облучения была, напротив, слишком высокой, степень кристалличности, которая была получена посредством первого процесса лазерного облучения, будет возвращаться в исходное состояние. Поэтому энергия облучения этого второго процесса лазерного облучения предпочтительно выше, чем в первый раз, приблизительно на от +0 мДж/см2 до +30 мДж/см2.
В этом предпочтительном варианте осуществления луч XeCl эксимерного лазера с длиной волны 308 нм используют в качестве лазерного луча 509. Размеры пятна лазерного луча 509 задают так, что вытянутое пятно луча образуется на поверхности подложки 501. И путем последовательного сканирования поверхности подложки 501 перпендикулярно направлению, в котором вытянуто пятно луча, кристаллическая кремниевая пленка 505b облучается лазерным лучом 509 по всей поверхности подложки.
Как в предпочтительных вариантах осуществления, описанных выше, толщина D (нм) слоя 508 диоксида кремния также предпочтительно устанавливается в этом предпочтительном варианте осуществления такой, что толщина D и показатель преломления n слоя 508 диоксида кремния и длина волны λ (нм) лазерного луча удовлетворяют неравенству: D≤λ/(4×n)×0,5. Тогда противоотражающее действие слоя 508 диоксида кремния может быть снижено, и влияние второго процесса лазерного облучения на кристалличность может быть минимизировано. В результате, эти участки 505c и 505d кристаллической кремниевой пленки могут иметь, по существу, одинаковое кристаллическое состояние, и их единственным основным различием будет их поверхностная шероховатость. В этом предпочтительном варианте осуществления пленка диоксида кремния имеет показатель преломления n, равный 1,46, и лазерный луч имеет длину волны λ, равную 308 нм. Это является причиной, почему слой 508 диоксида кремния предпочтительно имеет толщину D, равную 26 нм или меньше.
Предпочтительно, когда перед тем, как кристаллическую кремниевую пленку 505b облучают посредством лазерного луча 509 в течение второго времени, естественную оксидную пленку удаляют с открытого участка кристаллической кремниевой пленки 505b, который не покрыт слоем 508 диоксида кремния. Тогда поверхностная шероховатость этого участка 505с может быть дополнительно снижена. Еще более предпочтительно, когда посредством лазерного луча 509 облучают в течение второго времени в инертной атмосфере, такой как окружающий газообразный азот, так как поверхностная шероховатость участка 505с может дополнительно снижаться в этом случае.
Также на этом этапе способа плотность энергии лазерного луча 509 предпочтительно задают не слишком высокой, чтобы избежать полного восстановления кристаллического состояния кристаллической кремниевой пленки 505b. Тогда обе из этих частей 505c и 505d могут иметь, по существу, равные и увеличенные степени кристалличности.
Затем слой 508 диоксида кремния удаляют, и потом кристаллическую кремниевую пленку разделяют на островки, образуя полупроводниковые слои 510 и 511, являющиеся активными областями ТПТ и ТПД, из этих участков 505с и 505d соответственно, как показано на фиг.11(Е).
После этого, хотя это не показано, ТПТ и ТПД (фотосенсорный ТПД) изготавливают, используя полупроводниковые слои 510 и 511 соответственно, как уже описано для второго предпочтительного варианта осуществления со ссылкой на фиг.5(F)-6(J).
Согласно этому предпочтительному варианту осуществления эффекты второго предпочтительного варианта осуществления, описанного выше, также достигаются. Более конкретно, фотосенсорный ТПД отражает гораздо меньше света, поступающего от поверхности полупроводникового слоя 511, и имеет увеличенную чувствительность к свету. В результате, яркий ток увеличивается, и отношение яркости к темноте, которое обозначается SNR, может увеличиваться. В ТПТ, с другой стороны, полупроводниковый слой 510 имеет сглаженную поверхность. Поэтому надежность может быть увеличена в обозначениях напряжения пробоя изолирующей пленки затвора и напряжения смещения затвора, и полевая подвижность тоже может быть увеличена. В результате параметры ТПТ и ТПД могут быть оптимизированы соответственно их требованиям. Кроме того, согласно этому предпочтительному варианту осуществления полупроводниковые слои 510 и 511 являются кристаллическими полупроводниковыми слоями, которые были кристаллизованы с каталитическим элементом. По этой причине полупроводниковое устройство данного предпочтительного варианта осуществления будет достигать еще лучших показателей транзистора, чем первый предпочтительный вариант осуществления. Следовательно, если схема сформирована с использованием ТПТ данного предпочтительного варианта осуществления, компоненты этой схемы могут быть интегрированы вместе еще более плотно, и общий размер схемы может быть дополнительно уменьшен. С другой стороны, если ТПТ данного предпочтительного варианта осуществления используется в качестве элемента переключения пикселя в дисплейном устройстве, светосила пиксельной секции может быть увеличена.
Также в отличие от второго предпочтительного варианта осуществления кристаллическая кремниевая пленка 505b с большей поверхностной шероховатостью (так как она имеет выступы) и хорошей кристалличностью образуется сразу, и затем только необходимая часть ее сглаживается в этом предпочтительном варианте осуществления. Согласно такому способу кристаллическая кремниевая пленка 505b с однородной степенью кристалличности образуется над всей подложкой 501 посредством первого процесса лазерного облучения и затем структурируется в полупроводниковые слои ТПТ и ТПД 510 и 511. Следовательно, степени кристалличности этих полупроводниковых слоев 510 и 511 могут устанавливаться, по существу, равными друг другу. Кроме того, степень кристалличности и поверхностная шероховатость, которые являются двумя важными параметрами, могут регулироваться в двух разных этапах способа. Поэтому данный способ изготовления и качество продукта могут легко регулироваться, что является выгодным.
Таким образом, согласно этому предпочтительному варианту осуществления соответствующие полупроводниковые слои 510 и 511 ТПТ и ТПД могут иметь совершенно разные величины поверхностной шероховатости, и только их кристаллические состояния, по существу, равны друг другу. В результате параметры ТПТ и ТПД могут быть еще ближе к требуемым параметрам.
ВАРИАНТ 6 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Далее будет описан шестой предпочтительный вариант осуществления полупроводникового устройства согласно настоящему изобретению. Как и для предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения от первого до пятого, описывается, как изготавливать полупроводниковое устройство с простейшей структурой (более конкретно, как изготавливать n-канальный ТПТ и фотосенсорный ТПД на одной подложке), позволяя читателю легко понять основы, как работает данное изобретение. Но в последующем описании будет рассмотрено, как изготавливать полупроводниковое устройство, которое включает в себя ряд ТПТ и ТПД с разными типами проводимости или конфигурациями на одной подложке и которое применимо для электронного устройства с фотосенсорной секцией и дисплейной секцией.
Полупроводниковое устройство этого предпочтительного варианта осуществления применимо к активной матричной подложке для дисплейного устройства с фотосенсорной функцией и включает в себя контурную секцию с рядом ТПТ, пиксельную секцию с большим количеством пикселей (которая будет также называться здесь "дисплейная область") и фотосенсорную секцию с фотосенсорными ТПД на одной подложке.
Контурная секция включает в себя n-канальные ТПТ и p-канальные ТПТ. В этом предпочтительном варианте осуществления ТПТ с GOLD (LDD с перекрытым затвором) структурой, который будет достигать высокой надежности против ухудшения горячего носителя, используется в качестве n-канального ТПТ. Что касается p-канального ТПТ, с другой стороны, используется ТПТ без LDD областей, т.е. так называемый "ТПТ с единственной стоковой структурой".
Пиксельная секция включает в себя ряд ТПТ (пиксельных ТПТ), каждый из которых обеспечивается для привязанного одного из пикселей и который функционирует как переключающий элемент, и запоминающие конденсаторы, присоединенные к этим ТПТ. В качестве пиксельного ТПТ используется ТПТ с LDD структурой, который имеет LDD область, которая отходит от электрода затвора к областям истока/стока, чтобы снижать ток выключенного состояния. Также, чтобы распределять напряжение, подаваемое между областями истока/стока, и снижать ток выключенного состояния еще более эффективно, ТПТ предпочтительно имеет структуру двойного затвора, в которой два электрода затвора расположены последовательно друг другу относительно единственного полупроводникового слоя.
Согласно этому предпочтительному варианту осуществления полупроводниковые слои ТПТ и ТПД (т.е. их активные области) формируют из кристаллической полупроводниковой пленки, полученной путем кристаллизации одной аморфной полупроводниковой пленки. Также на этапе кристаллизации аморфной полупроводниковой пленки или на этапе сглаживания кристаллической полупроводниковой пленки часть кристаллической полупроводниковой пленки, являющуюся полупроводниковым слоем фотосенсорного ТПД, делают имеющей большую поверхностную шероховатость, чем любая другая область. Поэтому полупроводниковый слой n-канального ТПТ, полупроводниковый слой p-канального ТПТ, полупроводниковый слой пиксельного ТПТ и полупроводниковый слой, являющийся нижним электродом секции запоминающих конденсаторов, все имеют меньшую поверхностную шероховатость, чем полупроводниковый слой фотосенсорного ТПД.
Такие полупроводниковые слои с разными величинами поверхностной шероховатости могут быть образованы посредством любого из способов предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения от первого до пятого, описанных выше. В последующем описании будет конкретно рассмотрено, как изготавливать такое полупроводниковое устройство посредством способа четвертого предпочтительного варианта осуществления, описанного выше (смотри фиг.9).
Прежде всего, как показано на фиг.12(А), непрозрачный слой 602 с особой структурой формируют на подложке 601, и затем пленку 603 нитрида кремния и пленку 604 диоксида кремния осаждают на ней в этом порядке в виде грунтовочных пленок. Затем аморфную полупроводниковую пленку (например, аморфную кремниевую пленку в этом примере) 605 осаждают на них. Эти слои и пленки формируют так, как уже описано со ссылкой на фиг.2(А).
Затем, как показано на фиг.12(В), аморфную кремниевую пленку 605 облучают и кристаллизуют посредством лазерного луча 606, который поступает из-за от подложки 601, получая кристаллическую кремниевую пленку 605а (что составляет первый процесс лазерного облучения). Как показано на фиг.12(В), выступы получаются равномерно над всей поверхностью кристаллической кремниевой пленки 605а. Этот первый процесс лазерного облучения выполняют таким же образом и в таких же условиях, как уже описано для четвертого предпочтительного варианта осуществления со ссылкой на фиг.9(В).
Перед облучением посредством лазерного луча 606 аморфная кремниевая пленка 605 также предпочтительно имеет поверхность, слегка окисленную озоновой водой, например, как в четвертом предпочтительном варианте осуществления, описанном выше. Также посредством лазерного луча 606 предпочтительно облучают в атмосфере, содержащей кислород. Тогда степень кристалличности (или размер кристаллических зерен) кристаллической кремниевой пленки 605а может быть дополнительно увеличена.
Затем, как показано на фиг.12(С), островок оксида (например, слой диоксида кремния) 607 формируют только на участке кристаллической кремниевой пленки 605а, задающем активную область ТПД. Слой 607 диоксида кремния также может быть образован путем осаждения или структурирования пленки диоксида кремния на всю поверхность подложки 601. Альтернативно, пленка диоксида кремния также может быть структурирована путем выполнения процесса экспозиции задней стороны, используя структуру непрозрачного слоя 602, как уже описано со ссылкой на фиг.7(В)-8(D). Слой 607 диоксида кремния может иметь толщину 20 нм, например.
В таком состоянии кристаллическую кремниевую пленку 605а облучают в течение второго времени посредством лазерного луча 608, который поступает из-за подложки 601. В результате участок кристаллической кремниевой пленки 605а, который не покрыт слоем 607 диоксида кремния, превращается в сглаженную область 605b с уменьшенной поверхностной шероховатостью. С другой стороны, другой ее участок 605с, который покрыт слоем 607 диоксида кремния, сохраняет поверхностную шероховатость, которая была получена им посредством лазерного луча первого процесса лазерного облучения. Или, в зависимости от энергии облучения посредством лазерного луча 608, участок 605с может иметь дополнительно увеличенную поверхностную шероховатость, которая больше, чем поверхностная шероховатость участка 605b.
В этом предпочтительном варианте осуществления луч XeCl эксимерного лазера с длиной волны 308 нм используют в качестве лазерного луча 608. Размеры пятна лазерного луча 608 задают так, что вытянутое пятно луча образуется на поверхности подложки 601. И путем последовательного сканирования поверхности подложки 601 перпендикулярно направлению, в котором вытянуто пятно луча, аморфная кремниевая пленка 605 облучается посредством лазерного луча 608 по всей поверхности подложки.
Как в четвертом предпочтительном варианте осуществления, описанном выше, также предпочтительно, когда перед тем, как кристаллическую кремниевую пленку 605а облучают посредством лазерного луча 608 в течение второго времени, естественную оксидную пленку удаляют с открытого участка кристаллической кремниевой пленки 605а, который не покрыт слоем 607 диоксида кремния. Тогда поверхностная шероховатость этого участка 605b может быть дополнительно снижена. Еще более предпочтительно, когда посредством лазерного луча 608 облучают в течение второго времени в инертной атмосфере, такой как окружающий газообразный азот, так как поверхностная шероховатость участка 605b может дополнительно снижаться в этом случае.
Затем слой 607 диоксида кремния удаляют, и потом участок 605b кристаллической кремниевой пленки структурируют на полупроводниковый слой 609n, являющийся активной областью n-канального ТПТ, полупроводниковый слой 609p, являющийся активной областью p-канального ТПТ, полупроводниковый слой, являющийся активной областью пиксельного ТПТ, и полупроводниковый слой 609q, являющийся нижним электродом запоминающего конденсатора, как показано на фиг.13(D). С другой стороны, участок 605с структурируют в полупроводниковый слой 609d, являющийся активной областью фотосенсорного ТПД.
Затем, как показано на фиг.13(Е), изолирующую пленку 610 затвора осаждают на эти полупроводниковые слои 609n, 609p, 609g и 609d. После этого легирующие маски 611n, 611p, 611g и 611d фоторезиста задают на изолирующей пленке 610 затвора. Более конкретно, легирующая маска 611n расположена так, чтобы покрывать участок полупроводникового слоя 609n, являющийся канальной областью. Легирующая маска 611g расположена так, чтобы покрывать полупроводниковый слой 609g полностью за исключением его участка, являющегося запоминающим конденсатором. И легирующие маски 611p и 611d расположены так, чтобы покрывать полупроводниковые слои 609p и 609d полностью.
В таком состоянии открытые участки полупроводниковых слоев 609n и 609g, которые не покрыты легирующими масками 611n и 611g, слабо легируют первой легирующей добавкой 612 n-типа (фосфор). На этом этапе способа фосфин (РН3) используют в качестве легирующего газа, ускоряющее напряжение устанавливают в диапазоне от 60 до 90 кВ (например, 70 кВ), и дозу устанавливают в диапазоне от 1×1012 до 1×1014 см-2 (например, 2×1013 см-2). В результате первый набор слабо легированных областей 613n и 613g n-типа задают в той части полупроводникового слоя 609n, которая будет являться активной областью n-канального ТПТ (включая области истока/стока и LDD область), и в той части полупроводникового слоя 609g, которая будет являться активной областью пиксельного ТПТ и запоминающим конденсатором соответственно. Между тем, другие части не легируют ионами 612 фосфора.
Затем легирующие маски 611n, 611p, 611g и 611d удаляют, и потом электроды 614n и 614p затвора формируют на полупроводниковых слоях 609n и 609p, и два электрода 614g затвора и верхний электрод 614s для секции запоминающих конденсаторов формируют на полупроводниковом слое 609g, как показано на фиг.13(F). После этого задают маску 615 из фоторезиста, полностью покрывая полупроводниковый слой 609d ТПД.
Электрод 614n затвора расположен так, чтобы покрывать участок полупроводникового слоя 609n, являющийся канальной областью и частично перекрываться со слабо легированными областями 613n n-типа на правой и левой сторонах этой канальной области. Электрод 614p затвора расположен так, чтобы покрывать участок полупроводникового слоя 609p, являющийся канальной областью. И электроды 614g затвора расположены так, чтобы покрывать два участка полупроводникового слоя 609g, являющиеся соответствующими канальными областями.
В таком состоянии полупроводниковые слои 609n, 609p и 609g слабо легируют второй посредством легирующей добавки 616 n-типа (фосфор). На этом этапе способа фосфин (PH3) используют в качестве легирующего газа, ускоряющее напряжение устанавливают в диапазоне от 60 до 90 кВ (например, 70 кВ) и дозу устанавливают в диапазоне от 1×1012 до 1×1014 см-2 (например, 2×1013 см-2). В результате второй набор слабо легированных областей 617n, 617p и 617g n-типа задают в той части полупроводниковых слоев 609n, 609p и 609g, которые не покрыты электродами 614n, 614p и 614g затвора и верхним электродом 614s.
Затем маску 615 из фоторезиста обдирают, и потом другой набор масок 618p, 618g и 618d из фоторезиста задают на полупроводниковых слоях 609p, 609g и 609d соответственно, как показано на фиг.14(G). Маска 618p из фоторезиста расположена так, чтобы полностью покрывать полупроводниковый слой 609p. Маска 618g из фоторезиста расположена так, чтобы покрывать не только электроды 614g затвора на полупроводниковом слое 609g, но также участки слабо легированных областей 617g n-типа из второго набора, которые находятся у обоих концов каждого из двух электродов 614g затвора. И маска 618d из фоторезиста расположена так, чтобы полностью покрывать полупроводниковый слой 609d за исключением его участка, являющегося областью n-типа.
В таком состоянии открытые участки сильно легируют посредством легирующей добавки 619 n-типа (фосфор). На этом этапе способа фосфин (РН3) используют в качестве легирующего газа, ускоряющее напряжение устанавливают в диапазоне от 60 до 90 кВ (например, 70 кВ) и дозу устанавливают в диапазоне от 1×1015 до 1×1016 см-2 (например, 5×1015 см-2). В результате, открытые участки полупроводникового слоя 609n, являющиеся активной областью n-канального ТПТ, которые не покрыты электродом 614n затвора, превращаются в области 620n истока/стока. Части слабо легированной области n-типа второго набора, которые были покрыты электродом 614n затвора и не имплантировались ионами 619 фосфора, становятся GOLD областями 621n. А другая часть между GOLD областями 621n, которая не была имплантирована ни фосфором, ни бором, становится канальной областью 626n. Между тем, полупроводниковый слой 609р, являющийся активной областью p-канального ТПТ, не имплантируется ионами 619 фосфора. С другой стороны, открытые участки полупроводникового слоя 609g, являющиеся активной областью пиксельного ТПТ и запоминающим конденсатором, которые не покрыты маской 618g из фоторезиста и которые сильно легировали посредством ионов 619 фосфора, превращаются в области 620g истока/стока. Участки слабо легированной области n-типа второго набора, которые покрыты маской 618g из фоторезиста и не имплантируются посредством ионов 619 фосфора, становятся LDD областями 622g. Кроме того, участки полупроводникового слоя 609g, которые покрыты электродами 614g затвора, становятся канальными областями 626g. Другой участок полупроводникового слоя 609g, покрытый верхним электродом 614s, остается слабо легированной областью n-типа первого набора и будет нижним электродом 621g для запоминающего конденсатора. Кроме того, открытый участок полупроводникового слоя 609d, являющийся активной областью ТПД, который не покрыт маской 618d из фоторезиста, становится областью 620d n-типа.
В этом описании LDD области, перекрываемые электродом затвора, будут называться "GOLD области", чтобы легко различаться от LDD областей, которые не перекрываются (т.е. выступают) электродом затвора (которые будут просто называться "LDD области").
Затем маски 618p, 618g и 618d из фоторезиста обдирают и потом другой набор масок 623n, 623g и 623d из фоторезиста задают на полупроводниковых слоях 609n, 609g и 609d соответственно, как показано на фиг.14(Н). Маски 623n и 623g из фоторезиста расположены так, чтобы полностью покрывать полупроводниковые слои 609n и 609g. Маска 623d из фоторезиста расположена так, чтобы полностью покрывать полупроводниковый слой 609d за исключением его участка, являющегося областью p-типа.
В таком состоянии открытые участки сильно легируют посредством легирующей добавки 624 p-типа (бор). На этом этапе способа диборан (B2H6) используют в качестве легирующего газа, ускоряющее напряжение устанавливают в диапазоне от 40 до 90 кВ (например, 75 кВ), и дозу устанавливают в диапазоне от 1×1015 до 1×1016 см-2 (например, 3×1015 см-2). В результате открытые участки полупроводникового слоя 609p, являющиеся активной областью p-канального ТПТ, которые не покрыты электродом 614p затвора, превращаются в области 625p истока/стока. С другой стороны, другой участок полупроводникового слоя 609p, который покрыт электродом 614p затвора и который не имплантируется посредством ионов 624 бора, становится канальной областью 626p. Полупроводниковые слои 609n и 609g сильно не имплантируются посредством ионов 624 бора. Но часть полупроводникового слоя 609d ТПД сильно имплантируется посредством ионов 624 бора и становится областью 625d p-типа. А другая часть полупроводникового слоя 609d, которая не имплантируется ни фосфором, ни бором, становится внутренней областью 626d.
Затем маски 623n, 623g и 623d из фоторезиста удаляют и потом выполняют термическую обработку, чтобы активировать легирующие добавки (т.е. фосфор и бор), которые были имплантированы в соответствующие полупроводниковые слои. Этот процесс активации можно выполнять таким же образом и в таких же условиях, как уже описано для первого предпочтительного варианта осуществления со ссылкой на фиг.3(G).
Затем, как показано на фиг.14(I), пленку 627 нитрида кремния и пленку 628 диоксида кремния осаждают в данном порядке в качестве межуровневых диэлектрических пленок. Если необходимо, процесс термической обработки можно проводить для гидрирования. После этого контактные отверстия вырезают сквозь межуровневые диэлектрические пленки 627 и 628, и электроды и соединения 629n, 629p, 629g и 629d формируют, как уже описано со ссылкой на фиг.3(Н).
Таким образом, завершают n-канальный тонкопленочный транзистор 630, p-канальный тонкопленочный транзистор 631, тонкопленочный транзистор 632 переключения пикселей, запоминающий конденсатор 633 и тонкопленочный диод 634. Необязательно контактные отверстия также могут быть вырезаны над соответствующими электродами затвора этих тонкопленочных транзисторов 630 и 631, которые образуют контур, тем самым присоединяя эти транзисторы 630 и 631 к областям истока/стока других ТПТ на подложке через соединения истока/стока. Также, если необходимо, эти компоненты могут быть покрыты пассивирующей пленкой тоже.
Согласно этому предпочтительному варианту осуществления полупроводниковый слой тонкопленочного диода 634 может иметь большую поверхностную шероховатость, чем соответствующие полупроводниковые слои тонкопленочных транзисторов 630-632, как в предпочтительных вариантах осуществления, описанных выше. Следовательно, тонкопленочный диод 634 имеет увеличенную чувствительность к свету и увеличенный SNR. И тонкопленочные транзисторы 630-632 могут иметь увеличенную надежность и увеличенную подвижность полевого эффекта.
Кроме того, так как полупроводниковый слой, являющийся нижним электродом 621g запоминающего конденсатора 633, имеет минимизированную поверхностную шероховатость, напряжение пробоя конденсаторной секции может быть увеличено. В результате, частота отказов, вызванных током утечки, текущим сквозь конденсатор, может быть существенно снижена.
Более того, соответствующие полупроводниковые слои могут иметь разную только поверхностную шероховатость при сохранении их степеней кристалличности, по существу, равных друг другу, соответствующие показатели устройств тонкопленочных транзисторов 630-632 и тонкопленочного диода 634 могут быть оптимизированы соответственно их применениям.
Величины поверхностной шероховатости полупроводниковых слоев 609n, 609p, 609g и 609d этого предпочтительного варианта осуществления особо не ограничиваются. Например, если эти полупроводниковые слои формируют из аморфной кремниевой пленки толщиной 50 нм, полупроводниковые слои 609n, 609p и 609g, задающие активные области ТПТ и конденсаторную секцию, могут иметь среднюю арифметическую шероховатость Ra, равную 1-3 нм, и максимальную высоту Rz, равную 10-20 нм. С другой стороны, полупроводниковый слой 609d, задающий активную область ТПД, может иметь среднюю арифметическую шероховатость Ra, равную 6-10 нм, и максимальную высоту Rz, равную 60-100 нм. Если полупроводниковые слои имеют величины поверхностной шероховатости, попадающие в эти интервалы, фоточувствительность (выраженная величиной яркого тока) тонкопленочного диода 634, который был сформирован из полупроводникового слоя 609d, будет приблизительно в 1,5 раз выше, чем фоточувствительность тонкопленочного диода, у которого поверхностная шероховатость полупроводникового слоя такая же высокая, как поверхностная шероховатость тонкопленочных транзисторов 630-632.
Предпочтительно, когда этап процесса легирования, задающий области истока/стока для тонкопленочных транзисторов 630-632, и этап процесса легирования, задающий область n-типа или p-типа для тонкопленочного диода 634, выполняют в одно время, как в способе, описанном выше, так как способ изготовления может быть дополнительно упрощен в этом случае. В частности, если n-канальные и p-канальные тонкопленочные транзисторы 630 и 631 формируют одновременно, как в предпочтительном варианте осуществления, описанном выше (т.е. формируя ТПТ с CMOS расположением), этап введения легирующей добавки n-типа для изготовления тонкопленочного диода 634 и тонкопленочного транзистора 630 и этап введения легирующей добавки p-типа для изготовления тонкопленочного диода 634 и тонкопленочного транзистора 631 можно выполнять одновременно, что является еще более выгодным.
ВАРИАНТ 7 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Далее дисплейное устройство с сенсорной функцией будет описано в качестве седьмого особого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения. Такое дисплейное устройство изготавливают, используя полупроводниковые устройства согласно любому из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, описанному выше.
Дисплейное устройство с сенсорной функцией согласно данному предпочтительному варианту осуществления может быть жидкокристаллическим дисплейным устройством с сенсорным экраном, которое включает в себя дисплейную область и рамочную область, окружающую дисплейную область. Дисплейная область включает в себя множество дисплейных элементов (т.е. пикселей) и множество фотосенсорных элементов. Каждый дисплейный элемент включает в себя электрод пикселя и ТПТ переключения пикселя. Каждый фотосенсорный элемент включает в себя ТПД. Рамочная область имеет драйвер дисплея для управления соответствующими дисплейными элементами, и ТПТ драйвера используются для формирования данного драйвера. ТПТ переключения пикселей, ТПТ драйвера и ТПД фотосенсорного элемента интегрированы вместе на одной подложке посредством способа из любого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения от первого до шестого, описанного выше. Следует заметить, что среди этих ТПТ для использования в дисплейном устройстве настоящего изобретения, по меньшей мере, ТПТ переключения пикселей и ТПД фотосенсорного элемента должны быть сформированы на одной подложке посредством способа, описанного выше. Таким образом, драйвер, например, может быть расположен на другой подложке.
Согласно этому предпочтительному варианту осуществления каждый фотосенсорный элемент расположен возле связанного с ним дисплейного элемента (например, пикселя, изображающего основной цвет). В этом случае один фотосенсорный элемент или множество фотосенсорных элементов могут быть обеспечены для одного дисплейного элемента. Альтернативно один фотосенсорный элемент может быть обеспечен для комплекта из множества дисплейных элементов. Например, один фотосенсорный элемент может быть обеспечен для комплекта из дисплейных элементов трех цветов, которые могут быть пикселями, изображающими три основных цвета R, G и В. Таким образом, количество (или плотность) фотосенсорных элементов относительно количества дисплейных элементов может быть выбрано надлежащим образом соответственно разрешению.
Если цветные фильтры расположены ближе к наблюдателю, чем фотосенсорные элементы, то чувствительность ТПД, которые формируют фотосенсорные элементы, может снижаться. Поэтому предпочтительно, когда никакие цветные фильтры не расположены ближе к наблюдателю, чем фотосенсорные элементы.
Следует заметить, что дисплейное устройство этого предпочтительного варианта осуществления не обязано иметь конфигурацию, описанную выше. Например, если фотосенсорные ТПД расположены в рамочной области, дисплейное устройство также может функционировать как датчик окружающего света, который может регулировать яркость экрана соответственно освещенности внешним светом. Альтернативно, если цветные фильтры расположены ближе к наблюдателю, чем фотосенсорные элементы, так что входящий свет проходит сквозь цветные фильтры и затем принимается фотосенсорными элементами, фотосенсорные элементы могут функционировать как датчик цветного изображения.
Далее дисплейное устройство согласно данному предпочтительному варианту осуществления будет описано со ссылкой на сопровождающие чертежи как применимое для сенсорной панели LCD с датчиком сенсорной панели.
Фиг.15 изображает схему, показывающую конфигурацию фотосенсорного элемента, расположенного в дисплейной области. Фотосенсорный элемент включает в себя фотосенсорный тонкопленочный диод 701, запоминающий конденсатор 702 сигнала и тонкопленочный транзистор 703 для приема сигнала, сохраненного в конденсаторе 702. После того, как RST сигнал принят, и после того, как RST потенциал записан в узле 704, потенциал в узле 704 уменьшается из-за тока утечки, вызываемого поступающим светом. Тогда потенциал затвора тонкопленочного транзистора 703 изменяется, открывая или закрывая затвор ТПТ. Таким образом, может быть принят сигнал VDD.
Фиг.16 изображает вид в поперечном разрезе, показывающий пример сенсорной панели LCD с активной адресуемой матрицей. В этом примере сечение оптического сенсорного датчика, включая фотосенсорный элемент, обеспечено для каждого пикселя.
LCD, показанный на фиг.16, включает в себя жидкокристаллический модуль 802 и заднюю подсветку 801, которая расположена позади жидкокристаллического модуля 802. Хотя это не показано на фиг.16, жидкокристаллический модуль 802 включает в себя светопропускающую заднюю подложку, переднюю подложку, которая расположена напротив задней подложки, и жидкокристаллический слой, расположенный между этими двумя подложками. Жидкокристаллический модуль 802 включает в себя ряд дисплейных элементов (т.е. пикселей, дающих основные цвета), каждый из которых включает в себя электрод пикселя (не показан) и тонкопленочный транзистор 805 переключения пикселя, который соединяется с электродом пикселя. Также возле каждого дисплейного элемента расположен элемент оптического сенсорного датчика, включающий в себя тонкопленочный диод 806. Хотя это не показано на фиг.16, цветные фильтры также расположены ближе к наблюдателю над каждым дисплейным элементом, но не над каким-либо элементом оптического сенсорного датчика. Непрозрачный слой 807 находится между тонкопленочными диодами 806 и задней подсветкой 801. Таким образом, свет, который поступает от задней подсветки 801, отрезается непрозрачным слоем 807 и не попадает на какой-либо тонкопленочный диод 806, на который падает только внешний свет 804. Путем восприятия этого поступающего внешнего света 804 тонкопленочными диодами 806 реализуется сенсорная панель фотосенсорного типа. Следует заметить, что непрозрачный слой 807 должен быть расположен так, чтобы свет, поступающий от задней подсветки 801, не попадал во внутреннюю область какого-либо тонкопленочного диода 806.
Фиг.17 изображает схематичный вид сверху, показывающий типичную заднюю подложку для использования в сенсорной панели LCD с активной адресуемой матрицей. LCD этого предпочтительного варианта осуществления в действительности сделан из огромного количества пикселей (включая R, G и В пиксели). Но только два из этих пикселей показаны на фиг.17 для простоты.
Задняя подложка 1000 включает в себя ряд дисплейных элементов (т.е. пикселей), каждый из которых включает в себя электрод 22 пикселя и тонкопленочный транзистор 24 переключения пикселя, и ряд элементов оптических сенсорных датчиков, каждый из которых расположен возле соответствующего одного из дисплейных элементов и который включает в себя фотосенсорный фотодиод 26, запоминающий конденсатор 28 сигнала и тонкопленочный транзистор 29 слежения фотосенсора.
Тонкопленочный транзистор 24 может иметь такую же структуру, как ТПТ, который уже описан для третьего предпочтительного варианта осуществления, т.е. LDD структуру с двойным затвором, включающую два электрода затвора и LDD область. Область истока тонкопленочного транзистора 24 соединена с шиной 34 питания пикселя, а его область стока соединена с электродом 22 пикселя. Тонкопленочный транзистор 24 включается в ON или OFF положение в ответ на сигнал, подаваемый через шину 32 затвора пикселя. При таком расположении электрод 22 пикселя и противоэлектрод на передней подложке, который расположен напротив на задней подложке 1000, подают напряжение на жидкокристаллический слой, изменяя состояние ориентации жидкокристаллического слоя и выполняя операцию дисплея.
С другой стороны, фотосенсорный фотодиод 26 может иметь такую же конфигурацию, как ТПД, который уже описан для третьего предпочтительного варианта осуществления, и имеет область 26p p+-типа, область 26n n+-типа и внутреннюю область 26i, расположенную между этими двумя областями 26p и 26n. Запоминающий конденсатор 28 сигнала использует слой электрода затвора и Si слой в качестве электродов, и образует емкость в изолирующей пленке затвора. Область 26p p+-типа фотосенсорного фотодиода 26 соединяется с линией 36 RST сигнала фотосенсора, а его область 26n n+-типа соединяется с нижним электродом (Si слой) запоминающего конденсатора 28 сигнала и с линией 38 RWS сигнала фотосенсора посредством конденсатора 28. Область 26n n+-типа дополнительно соединяется со слоем электрода затвора тонкопленочного транзистора 29 слежения фотосенсора, области истока и стока которого соединяются с линией 40 VDD сигнала фотосенсора и линией 42 COL сигнала фотосенсора соответственно.
Как описано выше, фотосенсорный фотодиод 26, запоминающий конденсатор 28 сигнала и тонкопленочный транзистор 29 слежения фотосенсора соответствуют тонкопленочному диоду 701, конденсатору 702 и тонкопленочному транзистору 703 драйвера, показанного на фиг.15, и вместе образуют фотосенсорный драйвер. Далее будет описано, как этот драйвер выполняет фотосенсорную операцию.
(1) Сначала по линии 38 RWS сигнала в запоминающий конденсатор 28 сигнала записывается RWS сигнал. В результате положительное электрическое поле возникает в области 26n n+-типа фотосенсорного фотодиода 26, и обратное смещение будет подаваться на фотосенсорный фотодиод 26. (2) Затем ток фотоутечки возникает в фотосенсорных фотодиодах 26 в поверхностной области подложки, которая облучается посредством света, вызывая движение электрических зарядов в направлении линии 36 RST сигнала. (3) В результате потенциал в области 26n n+-типа снижается, и это изменение потенциала, в свою очередь, вызывает изменение напряжения затвора, подаваемого на тонкопленочный транзистор 29 слежения фотосенсора. (4) VDD сигнал подается по линии 40 VDD сигнала на электрод истока тонкопленочного транзистора 29 слежения фотосенсора. Когда напряжение затвора меняется, как описано выше, величина тока, текущего по линии 42 COL сигнала, которая соединяется с электродом стока, изменяется. Таким образом, электрический сигнал, отражающий этот ток, может выводиться по линии 42 COL сигнала. (5) И по линии 42 COL сигнала RST сигнал записывается в фотосенсорный фотодиод 26, восстанавливая потенциал на запоминающем конденсаторе 28 сигнала. Путем выполнения этой последовательности этапов обработки от (1) до (5) несколько раз при сканировании может осуществляться фоточувствительность.
В сенсорной панели LCD этого предпочтительного варианта осуществления задняя подложка не всегда должна иметь конфигурацию, показанную на фиг.17. Необязательно запоминающий конденсатор Cs может быть обеспечен для каждого ТПТ переключения пикселя, например. В примере, изображенном на фиг.17, элемент оптического сенсорного датчика расположен возле каждого из R, G и В пикселей. Альтернативно один элемент оптического сенсорного датчика может быть обеспечен для набора из дисплейных пикселей трех цветов (т.е. R, G и В пикселей), как описано выше.
Теперь обратимся опять к фиг.16. В описанном выше примере тонкопленочные диоды 806 расположены в дисплейной области и используются в качестве сенсорного датчика, как можно видеть из вида в разрезе, показанного на фиг.16. Альтернативно тонкопленочные диоды 806 могут также быть расположены вне дисплейной области и могут использоваться в качестве датчика окружающего света для регулирования освещенности задней подсветки 801 согласно освещенности внешним светом 804.
Фиг.18 изображает общий вид, показывающий LCD с датчиком окружающего света. LCD 2000 включает в себя LCD подложку 50, включающую дисплейную область 52, драйвер 56 затвора, драйвер 58 истока и фотосенсорную секцию 54, и заднюю подсветку 60, которая расположена позади LCD подложки 50. Часть LCD подложки 50, которая окружает дисплейную область 52 и которая включает в себя драйверы 56 и 58 и фотосенсорную секцию 54, будет называться здесь "рамочная область".
Освещенность задней подсветки 60 регулируется контроллером задней подсветки (не показан). Хотя это не показано, дисплейная область 52 и драйверы 56 и 58 используют ТПТ, а фотосенсорная секция 54 использует ТПД. Фотосенсорная секция 54 генерирует сигнал освещенности, отражающий освещенность внешним светом, и подает его в контроллер задней подсветки, используя соединение с гибкой подложкой. В ответ на сигнал освещенности контроллер задней подсветки генерирует сигнал контроля задней подсветки и выдает его на заднюю подсветку 60.
Необязательно путем применения настоящего изобретения органическое EL дисплейное устройство с датчиком окружающего света также может быть обеспечено. Такое органическое EL дисплейное устройство может также иметь конфигурацию, включающую дисплейные элементы и фотосенсорные элементы на одной подложке подобно LCD, показанному на фиг.18, но не обязано иметь заднюю подсветку 60 позади подложки. В этом случае фотосенсорная секция 54 соединяется с драйвером 58 истока кабелем, предусмотренным для подложки 50, так что сигнал освещенности и подается из фотосенсорной секции 54 в драйвер 58 истока. В ответ на этот сигнал освещенности драйвер 58 истока настраивает яркость дисплейной области 52.
Хотя настоящее изобретение описано в отношении конкретных предпочтительных вариантов его осуществления, специалистам в данной области техники будет ясно, что описанное изобретение может быть модифицировано многими путями и может предполагать много вариантов осуществления, иных, чем конкретно описаны выше, пока эти модификации попадают в правильную сущность и объем данного изобретения. Например, путем использования ТПТ настоящего изобретения аналоговые драйверы и цифровые драйверы могут быть изготовлены на стеклянной подложке одновременно. Такой аналоговый драйвер может включать в себя драйвер истока, пиксельную секцию и драйвер затвора. Драйвер истока может включать в себя сдвиговый регистр, буфер и схему отбора (передающий элемент). С другой стороны, драйвер затвора может включать в себя сдвиговый регистр, схему сдвига уровня и буфер. Также, если необходимо, схема сдвига уровня может быть обеспечена между схемой отбора и сдвиговым регистром. Кроме того, согласно способу изготовления настоящего изобретения, устройство памяти и микропроцессор также могут быть изготовлены.
Настоящее изобретение обеспечивает полупроводниковое устройство, включающее в себя высокопроизводительные ТПТ и ТПД, которые изготавливают на одной подложке, используя их лучшие полупроводниковые пленки. В результате, ТПТ с высокой подвижностью полевого эффекта и ON/OFF отношением, которые могут быть использованы в качестве ТПТ драйвера, ТПТ переключения электрода пикселя, и ТПД, которые будут иметь низкую величину темнового тока при использовании в качестве фотосенсоров и высокий SNR относительно входящего света (т.е. высокое отношение яркого тока к темновому току состояния), могут быть изготовлены путем выполнения этих последовательностей этапов процесса изготовления. Среди этих полупроводниковых слоев, если их участки, являющиеся канальной областью, которая будет иметь существенное влияние на подвижность полевого эффекта ТПТ, и внутренней областью, которая будет иметь большое воздействие на фоточувствительность ТПД, оптимизируются с точки зрения неоднородности их поверхности, соответствующие полупроводниковые компоненты могут достигать их лучших требуемых показателей устройств. Кроме того, такие высокопроизводительные полупроводниковые компоненты обеспечиваются путем выполнения простого способа изготовления, и продукт меньшего размера и с улучшенными показателями может обеспечиваться при пониженных затратах.
ПРИМЕНИМОСТЬ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Настоящее изобретение имеет широкое множество применений и применимо к любому типу полупроводникового устройства с ТПТ и ТПД и к электронному устройству в любой области, которое использует такое полупроводниковое устройство. Например, CMOS схема и пиксельная секция, изготовленные путем осуществления настоящего изобретения, могут использоваться в жидкокристаллическом дисплейном устройстве с активной адресуемой матрицей и органическом EL дисплейном устройстве. Такое дисплейное устройство может использоваться как дисплейный экран сотового телефона или портативная игровая консоль или монитор цифровой камеры. Следовательно, настоящее изобретение применимо к любому типу электронного устройства, включая встроенное LCD или органическое EL дисплейное устройство.
Настоящее изобретение может использоваться особенно эффективно в таком дисплейном устройстве, как дисплейное устройство с активной адресуемой матрицей LCD или органическое EL дисплейное устройство, датчик изображения, фотодатчик и электронное устройство, включающее в себя любые из этих устройств в комбинации. Будет особенно выгодно применять настоящее изобретение к дисплейному устройству с фотосенсорной функцией, которое использует ТПД, или электронному устройству с таким дисплейным устройством. Возможно, настоящее изобретение также применимо к датчику изображения, содержащему фотодатчик, который использует ТПД, и драйвер, который использует ТПТ.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| АМОРФНЫЙ ОКСИД И ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР С ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ | 2008 |
|
RU2399989C2 |
| СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО | 2005 |
|
RU2358354C2 |
| ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР | 2005 |
|
RU2358355C2 |
| ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ ОКСИДНУЮ ПЛЕНКУ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ, И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 2007 |
|
RU2400865C2 |
| АМОРФНЫЙ ОКСИД И ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР С ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ | 2008 |
|
RU2402106C2 |
| УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ | 2009 |
|
RU2486557C2 |
| ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО | 2010 |
|
RU2501117C2 |
| ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА | 2010 |
|
RU2506661C1 |
| УСТРОЙСТВО ХРАНЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 1999 |
|
RU2208267C2 |
| ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 2010 |
|
RU2497169C1 |
Изобретение относится к полупроводниковым устройствам. Сущность изобретения: полупроводниковое устройство содержит тонкопленочный транзистор, который включает в себя полупроводниковый слой, который имеет область канала, область истока и область стока, электрод затвора, который выполнен с возможностью регулирования проводимости области канала, и изолирующую пленку затвора, расположенную между данным полупроводниковым слоем и электродом затвора, и тонкопленочный диод, который включает в себя полупроводниковый слой, который имеет, по меньшей мере, область n-типа и область p-типа, при этом соответствующие полупроводниковые слои тонкопленочного транзистора и тонкопленочного диода представляют собой кристаллические полупроводниковые слои, которые были сформированы путем кристаллизации одной аморфной полупроводниковой пленки, и при этом на поверхности полупроводникового слоя тонкопленочного диода образованы выступы, и полупроводниковый слой тонкопленочного диода имеет большую шероховатость поверхности, чем полупроводниковый слой тонкопленочного транзистора. Изобретение позволяет создать полупроводниковое устройство, которое включает в себя тонкопленочный транзистор и тонкопленочный диод на одной подложке, с улучшенными характеристиками. 6 н. и 27 з.п. ф-лы, 18 ил.
1. Полупроводниковое устройство, содержащее: тонкопленочный транзистор, который включает в себя полупроводниковый слой, который имеет область канала, область истока и область стока, электрод затвора, который выполнен с возможностью регулирования проводимости области канала, и изолирующую пленку затвора, расположенную между данным полупроводниковым слоем и электродом затвора, и тонкопленочный диод, который включает в себя полупроводниковый слой, который имеет, по меньшей мере, область n-типа и область p-типа, при этом соответствующие полупроводниковые слои тонкопленочного транзистора и тонкопленочного диода представляют собой кристаллические полупроводниковые слои, которые были сформированы путем кристаллизации одной аморфной полупроводниковой пленки, и при этом выступы образованы на поверхности полупроводникового слоя тонкопленочного диода, и при этом полупроводниковый слой тонкопленочного диода имеет большую шероховатость поверхности, чем полупроводниковый слой тонкопленочного транзистора.
2. Полупроводниковое устройство по п.1, в котором соответствующие полупроводниковые слои тонкопленочного транзистора и тонкопленочного диода имеют, по существу, равные степени кристалличности.
3. Полупроводниковое устройство по п.1 или 2, в котором соответствующие полупроводниковые слои тонкопленочного транзистора и тонкопленочного диода имеют, по существу, одинаковый средний размер кристаллических зерен.
4. Полупроводниковое устройство по п.1 или 2, в котором полупроводниковый слой тонкопленочного диода имеет большую среднюю арифметическую поверхностную шероховатость Ra, чем полупроводниковый слой тонкопленочного транзистора.
5. Полупроводниковое устройство по п.1 или 2, в котором полупроводниковый слой тонкопленочного диода имеет большую максимальную высоту Rz поверхности, чем полупроводниковый слой тонкопленочного транзистора.
6. Полупроводниковое устройство по п.1 или 2, в котором выступы также образованы на поверхности полупроводникового слоя тонкопленочного транзистора, и при этом выступы на поверхности полупроводникового слоя тонкопленочного транзистора имеют меньшую среднюю высоту, чем выступы на поверхности полупроводникового слоя тонкопленочного диода.
7. Полупроводниковое устройство по п.1 или 2, в котором полупроводниковый слой тонкопленочного транзистора имеет, по существу, плоскую поверхность.
8. Полупроводниковое устройство по п.1 или 2, в котором выступы расположены по границе кристаллических зерен, которые включены в полупроводниковый слой.
9. Полупроводниковое устройство по п.8, в котором каждый выступ имеет острую и приподнятую часть, которая расположена на границе между тремя или более кристаллическими зернами в полупроводниковом слое.
10. Полупроводниковое устройство по п.1 или 2, в котором полупроводниковый слой тонкопленочного транзистора имеет однородную поверхностную шероховатость по всей его поверхности.
11. Полупроводниковое устройство по п.1 или 2, в котором, по меньшей мере, часть соответствующих полупроводниковых слоев тонкопленочного транзистора и тонкопленочного диода включает в себя каталитический элемент, который имеет функцию содействия кристаллизации аморфной полупроводниковой пленки.
12. Полупроводниковое устройство по п.1 или 2, в котором тонкопленочный диод дополнительно имеет внутреннюю область, которая расположена между областями n-типа и p-типа в полупроводниковом слое тонкопленочного диода, и
при этом, по меньшей мере, внутренняя область полупроводникового слоя тонкопленочного диода может иметь большую поверхностную шероховатость, чем полупроводниковый слой тонкопленочного транзистора.
13. Полупроводниковое устройство по п.1 или 2, в котором тонкопленочный транзистор содержит ряд тонкопленочных транзисторов, включая n-канальный тонкопленочный транзистор и p-канальный тонкопленочный транзистор.
14. Способ изготовления полупроводникового устройства, содержащий этапы, на которых:
(а1) обеспечивают подложку, поверхность которой уже покрыта аморфной полупроводниковой пленкой;
(b) формируют оксидный слой на части данной аморфной полупроводниковой пленки;
(c) облучают и кристаллизуют данную аморфную полупроводниковую пленку посредством лазерного луча, который выполнен с возможностью поступления из-за оксидного слоя, таким образом получая кристаллическую полупроводниковую пленку, включающую в себя первую кристаллизованную область, в которой остаток аморфной полупроводниковой пленки, который не покрыт оксидным слоем, кристаллизован, и вторую кристаллизованную область, в которой часть аморфной полупроводниковой пленки, которая покрыта оксидным слоем, кристаллизована, и которая имеет большую поверхностную шероховатость, чем первая кристаллизованная область; и
(d) структурируют данную кристаллическую полупроводниковую пленку на первый полупроводниковый островок, задающий активную область тонкопленочного транзистора, и второй полупроводниковый островок, задающий активную область тонкопленочного диода, где первый полупроводниковый островок имеет первую кристаллизованную область, а второй полупроводниковый островок имеет вторую кристаллизованную область.
15. Способ изготовления полупроводникового устройства, содержащий этапы, на которых:
(а1) обеспечивают подложку, поверхность которой уже покрыта аморфной полупроводниковой пленкой;
(а2) облучают аморфную полупроводниковую пленку посредством лазерного луча, таким образом кристаллизуя и превращая аморфную полупроводниковую пленку в кристаллическую полупроводниковую пленку;
(b) формируют оксидный слой локально на данной кристаллической полупроводниковой пленке;
(c) облучают кристаллическую полупроводниковую пленку посредством лазерного луча, который поступает из-за оксидного слоя, и снижают поверхностную шероховатость части кристаллической полупроводниковой пленки, которая не покрыта оксидным слоем, таким образом превращая эту часть кристаллической полупроводниковой пленки, которая не покрыта оксидным слоем, в первую кристаллизованную область, а остальную кристаллическую полупроводниковую пленку, которая покрыта оксидным слоем, во вторую кристаллизованную область с большей поверхностной шероховатостью, чем первая кристаллизованная область; и
(d) структурируют данную кристаллическую полупроводниковую пленку на первый полупроводниковый островок, задающий активную область тонкопленочного транзистора, и второй полупроводниковый островок, задающий активную область тонкопленочного диода, причем первый полупроводниковый островок имеет первую кристаллизованную область, а второй полупроводниковый островок имеет вторую кристаллизованную область.
16. Способ изготовления полупроводникового устройства, содержащий этапы, на которых:
(а1) обеспечивают подложку, поверхность которой уже покрыта аморфной полупроводниковой пленкой;
(а2') добавляют каталитический элемент, который способствует кристаллизации, в, по меньшей мере, часть аморфной полупроводниковой пленки, и затем нагревают аморфную полупроводниковую пленку, таким образом кристаллизуя и превращая аморфную полупроводниковую пленку в кристаллическую полупроводниковую пленку;
(b) формируют оксидный слой локально на кристаллической полупроводниковой пленке;
(c) облучают кристаллическую полупроводниковую пленку посредством лазерного луча, который поступает из-за оксидного слоя, таким образом дополнительно кристаллизуя или рекристаллизуя и превращая часть кристаллической полупроводниковой пленки, которая не покрыта оксидным слоем, в первую кристаллизованную область, а остальную кристаллическую полупроводниковую пленку, которая покрыта оксидным слоем, во вторую кристаллизованную область с большей поверхностной шероховатостью, чем первая кристаллизованная область; и
(d) структурируют данную кристаллическую полупроводниковую пленку на первый полупроводниковый островок, задающий активную область тонкопленочного транзистора, и второй полупроводниковый островок, задающий активную область тонкопленочного диода, причем первый полупроводниковый островок имеет первую кристаллизованную область, а второй полупроводниковый островок имеет вторую кристаллизованную область.
17. Способ изготовления полупроводникового устройства, содержащий этапы, на которых:
(а1) обеспечивают подложку, поверхность которой уже покрыта аморфной полупроводниковой пленкой;
(а2') добавляют каталитический элемент, который способствует кристаллизации, в, по меньшей мере, часть аморфной полупроводниковой пленки, и затем нагревают аморфную полупроводниковую пленку, таким образом кристаллизуя и превращая аморфную полупроводниковую пленку в кристаллическую полупроводниковую пленку;
(а3') облучают и дополнительно кристаллизуют или рекристаллизуют кристаллическую полупроводниковую пленку посредством лазерного луча;
(b) формируют оксидный слой локально на кристаллической полупроводниковой пленке;
(c) облучают кристаллическую полупроводниковую пленку посредством лазерного луча, который поступает из-за оксидного слоя, и снижают поверхностную шероховатость части кристаллической полупроводниковой пленки, которая не покрыта оксидным слоем, таким образом превращая эту часть кристаллической полупроводниковой пленки, которая не покрыта оксидным слоем, в первую кристаллизованную область, а остальную кристаллическую полупроводниковую пленку, которая покрыта оксидным слоем, во вторую кристаллизованную область с большей поверхностной шероховатостью, чем первая кристаллизованная область; и
(d) структурируют данную кристаллическую полупроводниковую пленку на первый полупроводниковый островок, задающий активную область тонкопленочного транзистора, и второй полупроводниковый островок, задающий активную область тонкопленочного диода, причем первый полупроводниковый островок имеет первую кристаллизованную область, а второй полупроводниковый островок имеет вторую кристаллизованную область.
18. Способ по п.14, дополнительно содержащий этап, на котором удаляют естественную оксидную пленку с той части аморфной полупроводниковой пленки, которая не покрыта оксидным слоем, перед этапом (c).
19. Способ по п.14, в котором этап (c) выполняют в атмосфере инертного газа, такого как окружающий газообразный азот.
20. Способ по п.14, в котором подложка является светопропускающей и при этом этап (а) включает в себя этапы, на которых:
формируют непрозрачный слой для отсечения света, который поступает из-под противоположной поверхности подложки, на области подложки, которая будет расположена под вторым полупроводниковым островком, задающим активную область тонкопленочного диода; и
осаждают аморфную полупроводниковую пленку на подложку, на которой образован непрозрачный слой, и
при этом этап (b) включает в себя этапы, на которых:
(b1) осаждают оксидную пленку на аморфную полупроводниковую пленку или кристаллическую полупроводниковую пленку;
(b2) осаждают пленку из фоторезиста на оксидную пленку и подвергают данную пленку из фоторезиста процессам экспозиции и развития, таким образом формируя структуру из фоторезиста; и
(b3) травят оксидную пленку с использованием структуры из фоторезиста в качестве маски, таким образом формируя оксидный слой, и
при этом на этапе (b2) вызывают экспозицию пленки из фоторезиста свету, который поступает из-под противоположной поверхности подложки, с использованием непрозрачного слоя в качестве маски.
21. Способ по п.14, в котором на этапе (b) устанавливают такую толщину D (нм) оксидного слоя, что толщина D и показатель n преломления оксидного слоя и длина волны λ (нм) лазерного луча на этапе (c) удовлетворяют неравенству: D≤λ/(4·n)·0,5.
22. Способ по п.15, дополнительно содержащий этап, на котором тонко окисляют поверхность аморфной полупроводниковой пленки перед этапом (a2).
23. Способ по п.15 или 22, в котором этап (а2) выполняют в атмосфере, содержащей кислород.
24. Способ по любому из пп.15 или 22, в котором на этапе (c) облучают посредством лазерного луча с такой плотностью энергии облучения, которая не является слишком высокой, чтобы избежать полного восстановления кристаллического состояния кристаллической полупроводниковой пленки, которая была получена на этапе (а2).
25. Способ по п.16, в котором на этапе (c) облучают посредством лазерного луча с такой плотностью энергии облучения, которая не является слишком высокой, чтобы избежать полного восстановления кристаллического состояния кристаллической полупроводниковой пленки, которая получена на этапе (а2').
26. Способ по п.17, дополнительно содержащий этап, на котором тонко окисляют поверхность аморфной полупроводниковой пленки перед этапом (а3').
27. Способ по пп.17 или 26, в котором этап (а3') выполняют в атмосфере, содержащей кислород.
28. Способ по любому из пп.17 или 26, в котором на этапе (с) облучают посредством лазерного луча с такой плотностью энергии облучения, которая не является слишком высокой, чтобы избежать полного восстановления кристаллического состояния кристаллической полупроводниковой пленки, которая была получена на этапе (а3').
29. Способ по любому из пп.17 или 26, в котором на этапе (а3') облучают посредством лазерного луча с такой плотностью энергии облучения, которая не является слишком высокой, чтобы избежать полного восстановления кристаллического состояния кристаллической полупроводниковой пленки, которая получена на этапе (а2').
30. Способ по п.16, в котором никель используют в качестве каталитического элемента на этапе (а2').
31. Дисплейное устройство, содержащее: дисплейную область, включающую в себя множество дисплейных элементов; и рамочную область, которая окружает дисплейную область, при этом данное устройство дополнительно включает в себя фотосенсорный элемент с тонкопленочным диодом, и при этом каждый упомянутый дисплейный элемент включает в себя электрод и тонкопленочный транзистор, который присоединен к электроду, и при этом тонкопленочный транзистор и тонкопленочный диод сформированы на одной подложке, и при этом тонкопленочный транзистор включает в себя кристаллический полупроводниковый слой с областью канала и областями истока и стока, изолирующую пленку затвора, которая расположена так, чтобы покрывать данный кристаллический полупроводниковый слой, и электрод затвора, который расположен на изолирующей пленке затвора, с возможностью регулирования проводимости области канала, и при этом тонкопленочный диод включает в себя кристаллический полупроводниковый слой, который имеет, по меньшей мере, область n-типа и область p-типа, и при этом соответствующие полупроводниковые слои тонкопленочного транзистора и тонкопленочного диода представляют собой кристаллические полупроводниковые слои, которые сформированы путем кристаллизации одной аморфной полупроводниковой пленки, и при этом выступы сформированы на поверхности полупроводникового слоя тонкопленочного диода, и при этом полупроводниковый слой тонкопленочного диода имеет большую поверхностную шероховатость, чем полупроводниковый слой тонкопленочного транзистора.
32. Дисплейное устройство по п.31, в котором данный дисплейный элемент дополнительно включает в себя заднюю подсветку и контроллер задней подсветки для регулирования яркости света, испускаемого от задней подсветки, и
при этом фотосенсорный элемент выполнен с возможностью генерирования сигнала освещенности, соответствующей освещенности внешним светом, и выдачи данного сигнала освещенности на контроллер задней подсветки.
33. Дисплейное устройство по п.31, дополнительно содержащее множество оптических датчиков сенсорного экрана, каждый из которых включает в себя фотосенсорный элемент и расположен в дисплейной области для связи с одним, двумя или более из дисплейных элементов.
| US 7164164 B2, 16.01.2007 | |||
| Станок для изготовления деревянных ниточных катушек из цилиндрических, снабженных осевым отверстием, заготовок | 1923 |
|
SU2008A1 |
| US 7265740 B2, 04.09.2007 | |||
| US 5861655 A, 19.01.1999 | |||
| JP 6275808 A, 30.09.1994 | |||
| JP 6275807 A, 30.09.1994 | |||
| RU 2000133345 A, 20.03.2002. | |||
