DE3331601A1

DE3331601A1 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE3331601A1
Application number: DE19833331601
Authority: DE
Inventors: Yutaka Tokyo Hirai; Takashi Nakagiri; Yoshiyuki Yokosuka Kanagawa Osada
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1982-09-02
Filing date: 1983-09-01
Publication date: 1984-03-08
Also published as: DE3331601C2; US4740829A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung wie einen Feldeffekttransitor oder dergleichen; im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf eine Halbleitervorrichtung, deren Hauptteil durch eine polykristalline Halbleiter-Dünnfilmschicht gebildet ist, die Germanium enthält.

In der letzten Zeit wurde vorgeschlagen, zum Gestalten eines Abtastschaltungsteils einer Bildlesevorrichtung für das Lesen von Bildern wie eines in durchgehender Länge hergestellten eindimensionalen Fotosensors bzw. Bildwandlers oder eines zweidimensionalen Bildwandlers mit vergrößerter Fläche bzw. zum Gestalten einer Ansteuerungsschaltung einer Bildanzeigevorrichtung, bei der Flüssigkristall (LC), elektrochromes Material (EC) oder dergleichen verwendet wird, einen Feldeffekt-Dünnfllmtransistor unter Verwendung eines auf einem bestimmten Substrat entsprechend den Abmessungen dieser Vorrichtungen gebildeten 5ilicium-Dünnfilms als Grundmaterial zu erzeugen. Während nach dem Stand der Technik die bei einem Abtastschaltungsteil einer Hochleistungs-Lesevorrichtung oder einem Ansteuerschaltungsteil einer Bildanzeigevorrichtung erforderliche effektive Tragirbeweglichkeit peff ungefähr 50

2
bis 100 cm /Vs beträgt, beträgt die Trägerbeweglichkeit peff

Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844 Bayer. Vereinsbank (München) Kto. 5OB 941 Postscheck !München) Kto. 670-43-804

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des Dünnfilmtransistors mit einem amorphen Silicium-Dünn-

film nur 0,1 cm /Us, so daß daher der Dünnfilm nicht unbedingt zum Gestalten dieser Schaltungsteile geeignet ist. Andererseits hat jedoch ein polykristalliner Silicium-Dünnfiim eine Trägerbeweglichkeit ueff, die größer als diejenige eines amorphen Silicium-Dünnfilms ist; zum Einhalten der vorstehend genannten Forderung ist jedoch ein Glühbehandlungsschritt'notwendig, wodurch die Probleme ent-, stehen, daß die Schritte kompliziert werden oder daß kein gleichförmiger Film über einer großen Fläche erzielbar ist.

Andererseits wurde nach dem Stand der· Technik entsprechend dem Vakuum-Dampfablagerungsverfahren die Erzeugung eines polykristallinen Germanium-Dünnfilms versucht. Die HaIl-Beweglichkeit /uH des nach diesem Verfahren erzielten Films

2 ist außerordentlich hoch, wie beispielsweise einige 100 cm / Mb, und seine Trägerbeweglichkeit jueff ist auch als groß zu erwarten. In einem nicht dotierten polykristallinen Germanium-Dünnfilm wird jedoch gewöhnlich ein Akzeptor-bzw. Durchlaßpegel hoher Dichte erzeugt, so daß daher der Wirkungsgrad der Dotierung mit einem Fremdstoff zum Bilden eines n-oder p-Halbleiters gering ist. Aus diesem Grund wurden in der Praxis keine polykristallinen Germanium-Dünnfilm-Halbleiterelemente eingesetzt. D.h., wegen der Schwierigkeit der Erzeugung des sog. eigenleitenden Halbleiters war der Wirkungsgrad der Dotierung in die Germaniummatrix durch Zusetzen eines Fremdstoffes sehr gering. Ferner wird in einem Germanium-Dünnfilm die Erscheinung einer Warmumwandlung beobachtet, bei der durch eine Wärmebehandlung die Umwandlung eines η-Halbleiters in einen p-Halbleiter auftritt; daher war der Dünnfilm nicht zur Vorrichtungsherstellung geeignet, bei der ein Warmbehandlungsschritt mit eingeschlossen ist. Somit konnte unter den bestehenden Bedingungen ein Element bzw. eine Vorrichtung, bei dem als Grundmaterial ein polykristalliner Germanium-

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Dünnfilm verwendet wird, nicht in ausreichender Weise erwünschte Eigenschaften bzw. Kennwerte oder eine erwünschte Zuverlässigkeit bieten.

Ferner entsteht durch einen im Vergleich zu dem Silicium kleineren Energiesprung bei Germanium ein Nachteil beispielsweise durch einen größeren Gegenrichtungs-Sättigungsstrom, der manchmal bei der praktischen Anwendung störend ist. Ferner nähert sich als weitere Unzulänglichkeit wegen des kleineren Energiesprungs die Konzentration der durch Wärmeenergie aus dem Valenzelektronenband zu dem Leitband angehobenen Träger bei einer niedrigen Temperatur der Konzentration der durch einen Fremdstoff verursachten Träger,

wodurch der Temperatur-Toleranzbereich der Vorrichtung

15 . . . , schmal ist.

Im Hinblick auf die vorstehend angeführten verschiedenen Gesichtspunkte liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,

eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, die eine hohe Lei-

stungsfähigkeit hat und die sehr zuverlässig ist.

Ferner soll mit der Erfindung unter Verwendung eines polykristallinen Dünnfilms, der Germanium enthält, das einen sehr geringen Störstoffpegel im verbotenen Energiebereich

eines Halbleiters hat, eine Halbleitervorrichtung geschaffen werden, die hinsichtlich des Wirkungsgrads des Dotierens eines Fremdstoffes des p-Typs oder η-Typs sehr gut ist,

Weiterhin soll erfindungsgemäß unter Verwendung eines auf einem Substrat gebildeten polykristallinen Germanium-Dünnfilm-Halbleiters ein Feldeffekt-Dünnfilmtransistor hoher Leistungsfähigkeit, hoher Zuverlässigkeit und hoher Stabilität geschaffen werden.

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Alternativ soll mit der Erfindung eine Halbleitervorrichtung mit einer vergrößerten Fläche geschaffen werden, die Feldeffekt-Dünnfilmtransistoren unter Verwendung hervorragender polykristalliner Germanium-Dünnfilm-Halbleiterschich·

5 ten als Bauelemente enthält.

Im einzelnen soll mit der Erfindung ein Halbleiterelement mit einem Hauptteil geschaffen werden, der durch eine polykristalline Haibleiterschicht gebildet ist, welche Germaniumatome wahlweise zusammen mit Siliciumatomen als Matrix aufweist, die drei Atom-?£ oder weniger Wasserstoffatome enthält (was nachstehend mit PoIy-Ge Si, :H, ausgedrückt wird, wobei O < χ ^ 1 gilt).

Mit der Erfindung _t-jird eine Halbleitervorrichtung geschaffen, die eine polykristalline Halbleiter-Dünnfilmschicht aufweist, die Ge rma^- iumatome als Matrix und 3 Atom-?o oder weniger Wasserstoffatome enthält.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht zur Darstellung desAufbaus eines erfindungsgemäßen Halbleite relements.

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht zur Darstellung der Schaltung zum Messen der Eigenschaften des erfindungsgemäßen Halbleiterelements. 30

Fig. 3, 5, 6 und 8 sind jeweils eine schematische Schnittansicht zur Darstellung eines Beispiels einer Einrichtung zur Herstellung eines polykristallinen

Halbleiter-Dünnfilms. 35

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Fig. 4 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Schritte bei der Herstellung des erfindungsge mäßen Halb leiterelements.

Fig. 7 und 9 sind jeweils eine grafische Darstellung zur Erläuterung eines Beispiels für V„-Ip.-Kennlinien des erfindungsgemäßen Halbleiterelements.

Der Feldeffekt-Dünnfllmtransistor (TFT) aJs Beispiel der
erfindungsgemäß unter Verwendung des PoIy-Ge Si, :H-Dünnfilms als Grundmaterial hergestellten Halbleitervorrichtung ist als ein Transistor bekannt, der aus einer

Halbleiterschicht, einer Elektrodenschicht und einer Iso-

lierschicht gebildet ist. D.h., zwischen eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode, die jeweils ohmschen Kontakt mit der Halbleiterschicht haben, wird eine Spannung angelegt, während der zwischen diesen Elektroden

fließende Kanalstrom dadurch moduliert wird, daß eine Vor-

spannung an eine über einer Isolierschicht angebrachte Gate-Elektrode angelegt wird.

Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines typischen Grundaufbaus

eines solchen Dünnfilmtransistors. Auf einer Halbleiter-

schicht 102 mit polykristallinen! Silicium, die auf einem

isolierenden Substrat 101 angebracht ist, sind in Kontakt mit der Halbleiterschicht 102 eine Source-Elektrode 103
und eine Drain-Elektrode 104 angebracht, welche mit einer

Isolierschicht 105 überdeckt sind, auf welcher eine Gate-30

Elektrode 106 angebracht ist.

Bei einem erfindungsgemäßen Dünnfilmtransistor mit dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau ist die Halbleiterschicht 102 aus

einem PoIy-Ge Si, :H-Dünnfilm mit den vorstehend beschrie· 35 ^x -^{1 x}

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benen Eigenschaften gebildet, wobei zwischen der Halbleiterschicht 102 und jeder der beiden Elektroden, nämlich der Source-Elektrode 103 und der Drain-Elektrode 104 eine erste η -Schicht 107 bzw. eine zweite n⁺-Schicht 108 gebildet ist, so daß dazwischen ohmscher Kontakt hergestellt ist.

Die Isolierschicht 105 kann aus einem Material wie Siliciumnitrid, Si0„, Al„0, oder dergleichen gebildet werden, das ί L j

nach dem chemischen Auf damp f\ er fahren (CVD), dem chemischen Niederdruck-Aufdampfverfahren (LPCVD) oder dem chemischen Plasma-Aufdampfverfahren (PCVD) aufgebracht wird.

Als Reaktionsgas zur Verwendung bei der Herstellung des

die Halbleiterschicht bildenden PoIv-Ge Si₁ :H-Dünnfilms

χ 1 - χ

können Substanzen mit Siliciumatomen als Bestandteil wie beispielsweise Silangase wie Monisilan (SiH,) und Disilan (Si₀H,,), Substanzen mit Germaniumatomen als Bestandteile

Z 6

wie z.B. Germangase wie Monogerman (GeH.), Digerman (Ge„H,),

Trigerman (Ge-,Η,.) oder dergleichen verwendet werden. Diese Gase können auch φit Gasen wie H„, Ar, He oder dergleichen verdünnt werden.

Die Feldeffekt-Dünnfιlmtransistoren können in eine Ausfüh-

rung, bei der eine Gate-Isolierschicht auf einer Gate-Elektrode gebildet ist (unten liegendes Gate), und eine Ausführung unterteilt werden, bei der eine Gate-Elektrode auf einer Gate-Isolierschicht ausgebildet ist (obenliegendes Gate). Andererseits können die Dünnfilmtransistoren

in eine Ausführung, bei der die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode auf der der Grenzfläche zwischen der Isolierschicht und der Halbleiterschicht gegenüberstehenden Halbleiterebene ausgebildet sind (Coplanar-Ausführung) und

eine Ausführung unterteilt werden, bei der die Source-Elek-35

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trode und die Drain-Elektrode auf der Halbleiterebene der Grenzfläche zwischen der Isolierschicht und der Halbleiterschicht gegenüberstehen (versetzte Ausführung). Daher sind nach dem Stand der Technik insgesamt vier Kombinationsarten bekannt. Die Gestaltung gemäß der Darstellung in Fig. 1 wird als Coplanar-Feldeffekt-Dünnfilmtransistor mit obenliegendem Gate bezeichnet. Mit der Erfindung ist natürlich irgendeine beliebige dieser Arten von Feldeffekt-Dünnfllm-

transistoren erziel bar. 10

Erfindungsgemäß können verschiedenerlei Transistor-Eigenschaften bzw. -Kennwerte dadurch verbessert werden, daß die unlere Grenze des Wasserstoffatomgehalts in dem polykristallinen Halbleiter-Dünnfilm auf 0,01 Atom-% einge-

regelt wird. Andererseits liegen dann, wenn der Gehalt an Wassers to ffatomen innerhalb des erfindungsgemäß angegebenen Bereichs liegt, die in dem Halbleiter-Dünnfilm enthaltenen Wasserstoffa tome an den Kristallkorngrenzen des PoIy-Ge Si₁ :H-Dünnfilms vor, wodurch aufgrund der in der Form ^x ix

Si-H und Ge-H bestehenden Bindungen gute Halbleitereigenschaften erzielbar sind. Wenn jedoch der Gehalt an Wasserstoffatomen über 3 Atom-% hinausgeht, ist das Bestehen von Bindungen in den Formen Si = H^, Si = H^, Ge = H„ und Ge = H-, bzw. von Wasserstoff in freier Form zu erwarten, ⁵

wodurch häufig eine Verschlechterung der Transistoreigenschaften auftritt, die auf den in derart unstabilen Zuständen enthaltenen Wasserstoff zurückzuführen ist.

D.h. es wurde anhand einer Vielzahl von V er Suchsergebnisse π 30

beobachtet, daß bei einem Gehalt von 3 A t ο m - ?ά oder weniger der Wasserstoffatome in dem PoIy-Ge Si₁ :H-HaIb leiter-Dünnfilm im wesentlichen keine Verschlechterung entsteht, wobei die Eigenschaften beständig gehalten werden können.

-10- D£ 32-7-4 ·■

Im Falle des Steigern des Gehalts an Wasserstoffatomen in dem Dünnfilm auf beispielsweise mehr als 3 Atom-?i wurde
ferner bei dem ständigen Einschalten des Transistors beobachtet, daß die Trägerbeweglichkeit jjeff abnimmt und daß

° zugleich mit einer Änderung der Schwellenspannung V_Tll im

Ablauf der Zeit der Drain-Ausgangsstrom abnimmt. Infolgedessen soll erfindungsgemäß der in dem den Hauptteil des
Halbleiterelements bildenden Halbleiter-Dünnfilm aus PoIy-Ge Si, :H ent haitenen Wasserstoffatamgehalt vorzugsweise

X JL ~~ X

0,01 bis 3 Atom-?i, günstiger 0,05 bis 2 Atom-?i und am günstigsten 0,1 bis 1 Atom-?i betragen.

Bei einem Gehalt von 0,1 Atom-% und darüber wurde die Messung des Wasserstoffatomgehalts in dem erfindungsgemäß αεί 5 -

finierten i^olykristall — Halbleiter-Dünnfilm mit einem herkömmlicherweise bei chemischen Analysen verwendeten Wasserstoff-Analysator ausgeführt (Elemente-Analysator Modell von Perkin Eimer Co.). Zur Analyse wurde eine jeweilige

Probe in einer Menge von 5 mg in einen Halter eingegeben,

wobei das Gewicht des Wasserstoffs gemessen wurde und der.

Wasserstoffgehalt in dem Film in Atomprozenten berechnet
wurde.

Die Analyse eines Wasserstoffgehalts von weniger als 0,1

Atom-?i wurde mittels eines Sekundärionen-Massenspektrome-

ters (SIMS) ausgeführt (Modell IMS-3f von Cameca Co.).
Bei diesem Analyseverfahren wurde ein herkömmliches Verfahren vollzogen. D.h., es wurde zum Verhindern einer Aufladung auf einen Dünnfilm der Probe Gold in einer Dicke von 30

20 nm aufgedampft und die Messung mit einer Ionenenergie

der Primär-Ionenstrahlen von 8 keV und einem Probenstrom
von 5 χ 10 A bei einer Punktegröße von 5O₁-Um Durchmesser und einer Ätzfläche von 250 ,um χ 250 μ\η ausgeführt,

um in Bezug auf Si und Ge das Erfassungsintensitätsver- ₊

hältnis von H -Ionen zu bestimmen, aus dem der Wasserstoff-

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1 gehalt in A t ο m - ?ί berechnet wurde.

Zur Darstellung der Wirkung der erfindungsgemäßen Gestaltung wurden zeitliche Änderungen des polykristallinen Silicium-Dünnfilmtransistors nach dem nachstehend beschriebenen Verfahren herbeigeführt:

Zuerst wurde ein Dünnfilmtransistor mit dem in Fig. 2 gezeigten Aufbau hergestellt; unter Anlegen einer Gate-Spannung V_ = 40 V an eine Gate-Elektrode 201 und einer Drain-Spannung V_n = 40 V zwischen eine Source-Elektrode 203 und eine Drain-Elektrode 202 wurde ein zwischen der Source-Elektrode 203 und der Drain-Elektrode 202 fließender Drain-Strom I_n mittels eines Strommeßgeräts gemessen (Elektrometer Keithley 610 C). Die prozentuale zeitliche Änderung wurde dadurch bestimmt, daß die Änderung des Drain-Stroms nach einem fortgesetzten Einschalten über 500 Stunden durch den anfänglichen Drain-Strom dividiert wurde und der erzielte Wert für die Darstellung in % mit 100 multipliziert

20 wurde.

Gemäß dem herkömmlichen Vorgehen bei Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOS-FET) wurde die Schwellenspannung V_TH des Dünnfllmtransistors als der Punkt definiert, an welchem eine aus dem geradlinigen Teil der ν_η->ΓΪ~_η-Kurve extrapolierte Linie die Abszisse für V_n schneidet. Zugleich wurden Änderungen der Schwellenspannung V_TU vor und nach der zeitlichen Änderung untersucht und die Ände-

rungsgröße (AV_TH) in Volt ausgedrückt. 30

Der Wasserstoffatomgehalt in der polykristallinen Silicium-Dünnfilm-Halbleiterschicht kann nach verschiedenerlei Verfahren auf eine Menge gemäß den vorstehenden Ausführungen

eingeregelt werden. Beispielsweise kann dies unter den 35

ι w W ι

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vorgeschriebenen Bedingungen nach einem Verfahren, bei dem gasförmiges wasserstoffhaltiges Silicium wie SiH,, Si₉H, und dergleichen und gasförmiges wasserstoffhaltiges Germanium wie GeH., Ge„H, und dergleichen durch Glimmentladungs-Zersetzung ausgefällt werden (GD-Verfahren), einem Verfahren, bei dem eine Kathodenzerstäubung unter Verwendung einer Ge-Antikathode in einem H„ oder GeH. enthaltenden Gas herbeigeführt (SP-Verfahren), einem Verfahren, bei dem Ge einer Dampfablagerung unter Verwendung von Elektronenstrahlen in einer H„-Gas-Plasmaatmosphäre unterzogen wird (IP-Verfahren), einem Verfahren, bei dem eine Dampfablagerung unter einer H„-Atmosphäre mit ultrahohem Vakuum-Grad herbeigeführt wird, einem Verfahren, bei dem ein nach dem chemischen Aufdampfverfahren oder Niederdruck-Aufdampfverfahren (CVD oder LPCVD) gebildeter PoIy-Ge_xSi-^_x: H-Dünnfilm einer Hj-Gas-Plasmabehandlung unterzogen wird, und so weiter erfolgen.

Gemäß den erfindungsgemäßen Angaben ist die Bildung eines für den Gegenstand der Erfindung geeigneten polykristallinen Halbleiter-Dünnfilms nach dem Glimmentladungs-Zersetzungs-Verfahren (GD-Verfahren), dem Kathodenzerstäubungsverfahren (SP-Verfahren), dem Ionenstrahl-Plasmaverfahren (IP-Ve rfahren) und dem Hochvakuum-Aufdampfverfahren (HVD-Verfahren) bei einer Substratoberflächentemperatur von 500°C oder darunter (im Bereich von ungefähr 350 bis 500°C) möglich. Dieser Umstand ist nicht nur hinsichtlich des gleichförmigen Erwärmens des Substrats oder der Benutzung eines billigen Substratmaterials mit großer Fläche bei der Herstellung einer sich über eine große Fläche erstreckenden Austeuerungs- oder Abtastschaltung für eine großflächige Vorrichtung vorteilhaft, sondern auch insofern wichtig, als der Erfordernis genügt werden kann, als Substrat für eine Durchlaß-Anzeigevorrichtung oder bei der Anwendung einer Bildwandlervorrichtung im Falle eines fotoelektrischen

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Wandler-Lichtempfangselements der Ausführung, bei der das Licht an der Seite des Substrats eintritt, eine lichtdurchlässige Glasplatte zu verwenden.

Da verglichen mit den Verfahren nach dem Stand der Technik die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung in Bereichen niedrigerer Temperaturen hergestellt werden kann, stehen zusätzlich zu wärmebeständigen Gläsern wie hochschmelzenden Gläsern, Hartglas usw., wärmebeständigen Keramikmatenalien, Safir, Spinell, Siliciumplättchen usw., wie sie herkömmlicherweise nach dem Stand der Technik eingesetzt werden, auch handelsübliche niedrigschmelzende Gläser, wärmebeständige Kunststoffe und dergleichen zur Verfügung. Als handelsübliches Glassubstrat unter Verwendung von niedrigschmelzendem Glas kann in Betracht gezogen werden, gewöhnliches Glas mit einem Erweichungspunkt von ungefähr 630 C, gewöhnliches Hartglas mit einem Erweichungspunkt von ungefähr 780 C, ultrahartes Glas mit einem Erweichungspunkt von ungefähr 820°C (ultrahartes Glas 1. Klasse nach der japanischen Industrienorm (JIS)) oder dergleichen zu verwenden.

Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung besteht ein Vorteil darin, daß die Filme ohne Beschädigung des Substrats hergestellt werden, da jegliches Substrat bei einer Substrattemperatur eingesetzt werden kann, die unter dem Erweichungspunkt des verwendeten Substratmaterials gehalten werden kann.

Bei Beispielen für die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung wurde aus den gewöhnlichen Gläsern (Natriumgläsern) mit verhältnismäßig niedrigen Erweichungspunkten das Substratglas "Corning # 7059" gewählt, jedoch ist es natürlich möglich, als Substrat Quarzglas mit einem Erweichungspunkt von 1500 C zu verwenden. In praktischer Hinsicht ist jedoch die Verwendung gewöhnlicher Gläser hinsichtlich der Her-

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stellung eines Dünnfιlmtransistors unter geringen Kosten und über eine große Fläche vorteilhaft.

Bei der er f indungsgemä'Gen Halbleitervorrichtung kann gemäß den vorstehenden Ausführungen bei dem PoIy-Ge Si, :H, das

X J. ~" Λ

die polykristalline Halbleiterschicht bildet, welche den Hauptteil der Halbleitervorrichtung bildet, der Wert für χ durch die Bedingung 0-^x=I angegeben werden, jedoch entspricht der Wert vorzugsweise der Bedingung 0,01"Sx~l, günstiger der Bedingung 0,05"Sx-I und am günstigsten der Bedingung 0,l=xSl.

Zur weiteren Erläuterung der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung werden nachstehend anhand von Beispielen die Herstellung der PoIy-Ge Si, :H-Halbleiter-Dünnfilme, der

X _LX

Herstellungsvorgang des Dünnfilmtransistors und Ergebnisse hinsichtlich des Verhaltens des Dünnfilmtransistors ausführlich beschrieben.

20 Beispiel 1

Bei diesem Beispiel wird die Herstellung eines Dünnfilmtransistors durch Bilden eines polykristallinen Germanium-Dünnfilms aus einem Substrat mit Hilfe einer in Fig. 3 gezeigten Einrichtung beschrieben. Als Substrat 300 wurde Corning-Glas #7059 verwendet.

Zuerst wurde nach dem Waschen des Substrats 300 das Substrat an seiner Oberfläche leicht mit einem Gemisch aus HF/HN0₃/CH₃C00H angeätzt und das Substrat nach dem Trocknen an einem an der Anodenseite in einer (nachstehend als Vakuumglocke bezeichneten) Vakuumablagerungskammer 301 angeordneten Substraterwärmungs-Halter 302 angebracht. Danach wurde die Vakuumglocke 301 mittels einer Diffusionspumpe 317 auf ein Grundvakuum von 2,67 x 10" Pa (2 χ 10~

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Torr) evakuiert. Falls während dieses Vorgangs der Druck hoch ist, kann zur Filmausfällung nicht allein das Reaktionsgas wirkungsvoll beitragen, sondern es kann auch eine Einlagerung von Sauerstoff, Stickstoff oder dergleichen in den Filmen auftreten, die unerwünschte ausgeprägte Änderungen des Widerstandswerts des Films verursacht. Danach wurde die Substrat temperatur Ts angehoben und das Substrat 300 auf 400°C gehalten'. Die Substrattemperatur wurde mittels eines Thermoelements 303 überwacht.

Bei diesem Beispiel wurden als einzuleitende Reaktionsgase auf 1 vol-?Ä mit H„-Gas verdünntes GeH.-Gas (GeH.(l)/H₂) und auf 10 vol-Teile je Million mit H~-Gas verdünntes B_?H_fi-Gas (B₂H₆(1OO)/H„) verwendet. Die Durchflußgeschwindigkeit des GeH^ (1)/H₂-Gases wurde mittels eines Durchflußreglers 304 auf 60 Ncm /min (SCCM) eingeregelt, während die Durchflußgeschwindigkeit des B„H,(100)/H„ mittels eines Durchflußregler 307 auf 30 Ncm /min eingeregelt wurde; die beiden Gase wurden gemeinsam über einen ringförmigen Gasabblaseauslaß 316 in die Vakuumglocke 301 eingeleitet, welche mit Hilfe eines Absolutdruckmessers 313 durch Regeln eines Hauptventils 311 auf einen Druck von 1,33 Pa (0,01 Torr) gebracht wurde. Nachdem der Druck in der Vakuumglocke stabilisiert war, wurde zum Herbeiführen einer Glimmentladung mittels einer Spannungsquelle 315 ein elektrisches Hochfrequenz-Feld mit 13,56 MHz an einer Kathodenelektrode 314 hervorgerufen. Die Spannung betrug 0,6 kV bei einem Strom von 55 mA und einer Hochfrequenz-Entladungsleistunq von 20 W. Der erzeugte Film hatte 0,5 pm Dicke, wobei die

30 Gleichförmigkeit des Films bei den Substratabmessungen

120 mm χ 120 mm innerhalb von +_ 10?ό lag, wenn ein Kreisring-Einblaseauslaß verwendet wurde. Der Wasserstoffgehalt im erzeugten Film wurde zu 0,3 Atom-?£ ermittelt.

'J vJ IUU I

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Als nächster Schritt wurde entsprechend dem Vorgehen gemäß der Darstellung in Fig. 4 ein Dünnfilmtransistor unter Verwendung dieses Films als Grundmaterial hergestellt. Nach dem als Schritt (a) dargestellten Ausfällen eines polykristallinen Germaniumfilms 401 auf dem Substrat 300 gemäß der vorstehenden Beschreibung wurde auf 100 vol-Teile je Million mit Wasserstoffgas verdünntes PH,-Gas (PH,(100)/ H„) in die Vakuumg'locke 301 unter einem Verhältnis von

-3
5 χ 10 von PH,-Gas in Bezug auf das GeH.-Gas eingeleitet, um den Druck in der Vakuumglocke 301 auf 16 Pa (0,12 Torr) zu bringen, woraufhin eine Glimmentladung herbeigeführt wurde, um eine mit Phosphor dotierte n⁺-Schicht 402 in einer Dicke von 0,05 /Jm zu bilden (Schritt (b)).

Darauffolgend wurde als Schritt (c) außer an Bereichen einer Source-Elektrode 403 und einer Drain-Elektrode 404 die η -Schicht 402 durch Fotoätzen entfernt. Dann wurde dieses Substrat wieder an dem Halter 302 an der Anodenseite der Vakuumglocke 301 angebracht, um einen Gate-Isolierfilm aufzubringen. Gleichermaßen wie bei der Herstellung des polykristallinen Germaniums wurde die Vakuumglocke 301 evakuiert, die Substrattemperatur auf 250 C gehalten und eine Glimmentladung hervorgerufen, wobei NH,-Gas mit einer Reinheit von 100?i, dessen Durchsatz mit einem Durchflußregler 305 auf 20 Ncm /min geregelt wurde, und auf 10 vol-?i mit H₉-GaS verdünntes SiH.-Gas (SiH.(10)/H₉) eingeleitet wurden, welches mittels eines Durchflußreglers 308 auf 5 Ncm /min eingeregelt wurde, wodurch ein SiNH-FiIm 405 in einer Dicke von 0,25 ,um abgelagert wurde (Schritt (d)).

Als nächstes wurden in einem Fotoätzschritt (Schritt (e)) Kontaktöffnungen 406-1 und 406-2 für die Drain-Elektrode 404 bzw. die Source-Elektrode 403 gebildet, wonach durch Dampfablagerung von Al auf der ganzen Oberfläche des SiNH-Films 405 ein Elektrodenfilm 407 gebildet wurde (Schritt

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Cf)); darauffolgend wurden durch Bearbeiten des Al-Elektrodenfilms 407 in einem Fotoätzschritt eine Ausführungselektnode 408 für die Source-Elektrode, eine Ausführungs-Elektnode 409 für die Drain-Elektrode und eine Gate-Elektrode 410 gebildet (Schritt (g)). Danach wurde bei 250°C eine Wärmebehandlung in H^-Atmosphäre ausgeführt.

Der entsprechend dem Prozess unter den vorstehend genannten Bedingungen erzeugte Dünnfilmtransistor (Kanallänge L = 20 ,um, Kanalbreite W = 650 jam) zeigte stabile und gute Eigenschaften bzw. Kennwerte.

Die Fig. 7 zeigt als Beispiel die ^_n-I_n- Kennliniendes auf diese Weise hergestellten Dünnfilmtransistors. Wie aus der

Fig. 7 ersichtlich ist, betrug bei V_r = 10 V die Stromstär-

-4
ke von I_n 8 χ 10 A, während bei V_n = 0 V die Stromstärke

U-j b

von I_n 3 χ 10 A war und die Schwellenspannung 4,8 V betrugt. Die Trägerbeweglichkeit jueff, die auf die bei MOS-

Dünnfilmtransistoren in der Praxis übliche Weise aus dem

geradlinigen Abschnitt der V_n- /i^-Kurve ermittelt wurde, 2 b U

wurde zu 120 cm /Vs ermittelt. Auf diese Weise wurde ein Dünnfilmtransistor mit hoher Beweglichkeit und guten Transistoreigenschaften erzielt, der für das Bilden von verschiedenartigen Ansteuerungsschaltungen geeignet war. 25

Zur Untersuchung der Beständigkeit bzw. Stabilität dieses Dünnfilmtransistors wurde fortgesetzt an das Gate eine Gleichspannung V_n von 40 V angelegt, wobei über 500 Stun-

den durchgehend die Änderungen des Stroms I_n gemessen wurden. Als Ergebnis wurde im wesentlichen keine Änderung festgestellt, da alle Änderungen innerhalb von + 0,1?ό lagen. Ferner trat auch vor und nach der zeitlichen Änderung des Dünnfilmtransistors keine Änderung /\\I_TU der Schwellenspan-

I H

nung auf, was eine außerordentlich gute Beständigkeit des 35

Dünnfilmtransistors anzeigt. Nach der zeitlichen Änderung

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wurden auch die U_n - I_n -Kennlinie und die 1/_η-Ι_η-Κβηη1ϊηϊε

UU [j U

aufgenommen, um festzustellen, ob sie sich gegenüber der Messung vor der zeitlichen Änderung geändert haben; dabei war der Wert ^eff der Trägerbeweglichkeit der gleiche, nämlich 120 cm²/Vs.

Wie mit diesem Beispiel gezeigt ist, wurde ein Dünnfilmtransistor, dessen Hauptteil aus einem polykristallinen Germanium-Dünn film mit einem Wasserstoffgehalt von 0,3 Atom-?o besteht, als ein Transistor mit sehr hoher Leistungsfähigkeit befunden.

Beispiel 2

Nach dem gleichen Vorgehen wie bei dem Beispiel 1 wurde auf einem Vycor-Glassubstrat ein polykristalliner Germaniumfilm unter folgenden Bedingungen hergestellt: Hochfrequenz leistung: 50 W, GeH.(1)/H„-Durchflußgefchwindigkeit;

60 Ncm³/min, B₉H.(100)/H„-DurchfluQgeschwindigkeit;30 Ncm³/

min und Oruck'6,7 Pa (0,05 Torr). Die Substrattemperatur (Ts) wurde unter Intervallen von 50°C über 200°C auf 700°C eingestellt, bis der Film zu einer Dicke von 0,5 /Jtn erzeugt war. Es wurden die Wasserstoffatomgehalte jeweiliger polykristalliner Germanium-Halbleiterschichten gemessen und

es wurden bei Dünnfilmtransistoren (Proben Nr. 1-1 bis 1-11), die nach dem gleichen Verfahren wie bei dem Beispiel 1 aus jeweiligen Filmen erzeugt wurden, Trägerbeweglichkeiten ,ueff gemäß der Darstellung in der Tabelle 1 ermittelt.

Wie aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, haben die Proben mit Wasserstoffgehalten von über 3 Atom-% oder weniger als 0,01 Atom-?o eine Trägerbeweglichkeit /Jeff von weniger als

2
100 cm /Vs, wobei die zeitlichen Änderungen von I_n und Δ Ι/,μ verhältnismäßig groß sind, so daß die Eigenschaften

auch hinsichtlicht der Stabilität schlechter sind.

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Tabelle 1

Probe ^Ν°·	1-1	1-2	1-3	1-4	1-5	1-6	1-7	1-8	1-9	1-10	1-11
T (⁰C) S	200	250	300	350	400	450	500	550	600	650	700
ifijasserstnf f- gehalt (AtOm-⁰O	5.2	4.3	3.6	2.8	1.2	0.9	0.5	0.2	0.08	0.02	<0.01
yeff (cm²/V s )	25	42	53	82	110	125	135	130	120	105	55
zeitliche Änderung von I₀ " (3)	2.5	1.2	1.8	<0.1	<0.1	<0.1	<0.1	<0.1	<0.1	<0.1	1.2
AV_TH (V)	0.5	0.3	0.2	0	0	0	0	0	0	0	0

Beispiel 3

Als nächstes wird das Beispiel 3 in Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Fig. 5 beschrieben.

Zuerst wurde ein gleichermaßen wie bei dem Beispiel 1 hergestelltes Substrat 500 aus Coming-Glas #7059 an einem Substrathalter 502 in einer Vakuumkammer 501 angebracht,

die auf einen Druck von 2,67 χ 10 Pa (2 χ ΙΟ"¹¹ Torr) evakuiert werden konnte; nachdem der Druck in der Vakuumkammer 501 auf 6,7 χ 10~⁹ Pa (5 χ 10"¹¹ToTr) oder darunter abgesenkt wurde, wurde die Substrattemperatur mittels eines Heizelements 503 auf 400⁰C gebracht. Darauffolgend wurde ein Elektronenstrahler 504 mit einer Beschleunigungs-

-20- DE 3274

spannung von 10 kV in Betrieb gesetzt, wobei die abgegebenen Elektronenstrahlen auf einen verdampf baren Germaniunikörper 505 aufgestrahlt wurden, um diesen zu verdampfen. Weiterhin wurde eine Diffusionszelle bzw. Knudsen-Zelle 509 mittels eines Heizelements 511 erwärmt, so daß aus der Zelle 509 Bor 510 ausgedampft wurde; danach wurden ein Verschluß 512 und ein Verschluß 507 geöffnet, um einen polykristallinen Ger'maniumf ilm zu bilden, wobei eine Steuerung mit Hilfe eines •Quarzoszillator-Filmdickenmessers 506 in der Weise erfolgte, daß an dem Substrat 500 eine Filmdicke von 0,5 ,um erreicht wurde. Der Druck während dieser Dampf-

— 7 - 9

ablagerung betrug 1,6 χ 10 Pa (1,2 χ 10 Torr), während die Dampfablagerungsgeschwindigkeit 0,1 nm/s war. Die auf diese hergestellte Probe wurde als Probe Nr. 3-1 bezeichnet.

Als nächstes wurde ein auf gleichartige Weise hergestelltes Substrat 500 aus Corning-Glas #7059 an dem Substrathalter 502 befestigt und nach dem Evakuieren der Vakuumkammer 501

— 9 — 1 1

auf einen Druck von 6,7 χ 10 Pa (5 χ 10 Torr) oder darunter Wasserstoffgas hoher Reinheit (99,999%) über ein veränderbares Ableitventil 508 in die Vakuumkammer 501 eingeleitet, um den Kammerinnendruck auf 6,7 χ 10 Pa (5 χ 10 Torr) zu bringen, wonach die Substrattemperatur auf 400 C eingestellt wurde. Gleichermaßen wie bei der Herstellung der Probe Nr. 3-1 wurden Germanium und Bor' verdampft, um einen Film zu bilden. Zur Bildung eines polykristallinen Germaniumfilms wurde die Filmerzeugungsgeschwindigkeit auf o,l nm/s eingeregelt. Die auf diese Weise hergestellte Probe wurde als Probe Nr. 3-2 bezeichnet.

An den Proben 3-1 und 3-2 wurde jeweils der Wasserstoffgehalt in dem jeweiligen polykristallinen Germanium-Dünnfilm gemessen, während an jeweils unter Verwendung der ^° Proben hergestellten Dünnfilmtransistoren auf die gleiche

DE 3274

Weise wie bei dem Beispiel 1 die Trägerbeweglichkeit ^ueff die zeitliche Änderung des Stroms I_n und der Änderungswert

AV_TU der Schwiellenspannung gemessen wurden. Die Ergebnisse I π

sind in der Tabelle 2 aufgeführt.

Wie aus der Tabelle 2 ersichtlich ist, betrug der Wasserstoffgehalt in dem polykristallinen Germanium-Dünnfilm weniger als 0,01 Atom-% bei der Probe Nr. 3-1, während er bei der Probe 3-2 0,5 Atom-?i betrug.

Infolgedessen war die effektive Trägerbeweglichkeit /Jeff des hergestellten Dünnfilmtransistors im Falle der Probe Nr. 3-2 größer im Vergleich zu der Probe Nr. 3-1, während auch der Dünnfilmtransistor aus der Probe Nr. 3-2 hinsichtlich der Stabilität besser war, so daß diese Probe als Halbleiterschicht für den Dünnfilmtransistor vorzuziehen ist.

Tabelle

Probe Nr.	3-1	3-2 j
Wasserstoffgehalt Atpm-?i	~ 0,01	0,5
^uef f (cm /Vs )	32	60
zeitliche Änderung von I₀CS)	2,0	% ο,ι
Δν_ΤΗ (V)	0,4	0

-22- DE 3274

1 Beispiel 4

Als nächstes wird in Einzelheiten anhand der Fig. 3 ein' Beispiel beschrieben, bei dem ein polykristalliner Germanium-Dünnfilm nach dem Kathodenzerstäubungsverfahren gebildet wurde.

Ein gleichermaßen wie bei dem Beispiel 1 hergestelltes Substrat 300 aus Corning-Glas #7059 wurde in enger Beruh- · rung mit einem Substraterwärmungs-Halter 302 an der oberen Anodenseite in einer Vakuumglocke 301 befestigt, während auf eine untenliegende Kathodenelektrode 314 eine (nicht gezeigte) Platte aus polykristallinem Germanium (mit der Reinheit 99,999%) so aufgelegt wurde, daß sie dem Substrat

15 gegenüberstand. Der Innendruck der Vakuumglocke wurde

mittels einer Diffusionspumpe 317 auf 1,33 χ 10 Pa ( 1 χ 10 Torr) oder darunter herabgesetzt, woraufhin der Substraterwärmungs-Halter 302 so erwärmt wurde, daß die Oberfläche

20 wurde.

flächentemperatur des Substrats 300 auf 400°C gehalten

In die Vakuumglocke 301 wurden über einen Durchflußregler 307 B₂H₆(100)/H₂-Gas mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 5 Ncm /mm und ferner über einen Durchflußregler 309 Η,,-Gas mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 50 Ncm /min eingeleitet, wobei durch Verstellung eines Hauptventils 311 der Innendruck in der Vakuumglocke auf 2,7 Pa (0,02 Torr) eingestellt wurde.

Nachdem der Innendruck in der Vakuumglocke stabilisiert war, wurde mittels einer Spannungsquelle 315 mit einer Spannung von 2,5 kV ein elektrisches Hochfrequenz-Feld mit 13,56 MHz an der untenliegenden Kathodenelektrode 314 errichtet, um eine Glimmentladung zwischen der polykristallinen Germaniumplatte auf der Kathodenelektrode 314 und der

-23- DE 3274

durch den Halter 302 gebildeten Anode hervorzurufen, damit polykristall ines p-Germanium auf dem Substrat 300 abgelagert wird. Der erzeugte Film hatte eine Dicke von 0,48 ^m. Der Wasserstoffgehalt in dem erzeugten polykristallinen Germa-

5 nium-Dünnfilm betrug 1,2 Atom-?o.

Unter Verwendung der erzielten Probe wurde nach dem gleichen Verfahren wie' bei dem Beispiel 1 ein Dünnfilmtransistor hergestellt, der als ein guter Dünnfilmtransistor befunden wurde, welcher mit einer Trägerbeweglichkeit ueff

2
von 65 cm /Vs, einer zeitlichen Änderung des Stroms I_n von weniger als 0,1 % und einem Änderungswert Δν/_Τ1, der Schwel-

I H

lenspannung von 0 V stabile und gute Transistoreigenschaften ze igte.
15

Beispiel 5

Die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung wird nun anhand eines Dünnfilmtransistors beschrieben, der unter Verwendung eines polykristallinen Germanium-Dünnfilms hergestellt wurde, welcher mittels einer Ionenplattierungs-Beschichtungseinrichtung gemäß der Darstellung in Fig. 6 hergestellt wurde.

Zuerst wurde ein Germanium-Verdampfungskörper 606 aus polykristallinem Germanium in ein Schiffchen 607 in einer Ablagerungskammer 603 eingelegt, in der Unterdruck hervorgerufen werden konnte, ein Substrat aus Corning-Glas #7059 auf Träger 611-1 und 611-2 aufgelegt und der Druck in der Ablagerungskammer 603 auf ungefähr 1,33 χ 10 Pa (1 χ 10~ Torr) herabgesetzt. Danach wurde über ein Gaseinführungsrohr 605 H₂-Gas mit einer Reinheit von 99,999?ό derart in die Ablagerungskammer 603 eingeleitet, daß der WasserstofF-Partialdruck P_u zu 1,33 χ 10 Pa (1 χ 10~⁴Torr) wurde. ^p Das verwendete Gaseinführungsrohr 605 hatte einen Innen-

-24- DE 3274

durchmesser von 2 mm und an dem Vorderende einen schleifenförmiqen Abschnitt, an welchem Gasauslaßöffnungen mit 0,5 mm Durchmesser in Abständen won 2 cm ausgebildet waren.

Danach wurde an eine Hochfrequenzspule 610 (mit dem Durchmesser 5 mm) Hochfrequenz-Leistung von 150 W bei 13,56 MHz angelegt, um innerhalb der Hochfrequenzspule 610 eine Hochfrequenz-Plasmaatmosphäre zu erzeugen.

Andererseits wurde, während die Träger 611-1 und 611-2 in Umlauf versetzt wurden, eine Heizvorrichtung 612 in Betrieb gesetzt, um das Glassubstrat auf ungefähr 400°C zu erwärmen.

Als nächster Schritt wurden durch Bestrahlung des Germanium-Verdampfungskörpers 606 aus einem Elektronenstrahler 608 erwärmte Germaniumteilchen in eine Flugbewegung versetzt. Auf diese Weise wurde ein polykristalliner Germanium film bis zu einer Dicke von ungefähr 0,5 ^m gebildet;

20 unter Verwendung dieses Films wurde mit den gleichen

Schritten wie bei dem Beispiel 1 ein Dünnfilmtransistor (als Probe Nr. 5-1) hergestellt. Ferner wurde aus einem Film, der ohne Einleiten von Wasserstoff während des BiI-dens des polykristallinen Germanium-Dünnfilms erzeugt wurde, gleichermaßen wie bei der Probe Nr. 5-1 ein Dünnfilmtransistor (als Probe Nr. 5-2) hergestellt. An jeder der dermaßen hergestellten Proben wurden die Trägerbeweglichkeit ueff, die zeitliche Änderung des Stroms I_n und der Änderungswert AV_T(, der Schwellenspannung gemessen, wobei

die in der Tabelle 3 aufgeführten Ergebnisse erzielt wurden.

DE 3274

Tabelle

f Probe Nr.	5-1	5-2
Wasserstoff-Partialdruck P_H (Pa;	1,33 χ 10"²	0
Wasserstoffgehalt (Atom-?i)	1,5	0
_;ueff (cm²/Vs)	55	20
zeitliche Änderung von ¹D ^(?°^}	^ 0,1	1,5
Av_TH (υ)	0	0,5

20 Wie aus der Tabelle 3 ersichtlich ist, hat die Probe Nr 5-1 praktisch keine zeitlichen Änderungen des Stroms I_n

2 sowie eine hohe Trägerbewieglichkeit ueff von 55 cm /Vs, so daß diese Probe gute Transistoreigenschaften zeigt.

25 Beispiel 6

Mit diesem Beispiel wird die Herstellung eines Dünnfilmtransistors durch Erzeugen eines polykristallinen Silicium-Germanium-Dünnfilms auf einem Substrat mittels der Einrichtung gemäß der Darstellung in Fig. 3 beschrieben. Als Substrat 300 wurde Corning-Glas #7059 verwendet.

Zuerst wurde das Substrat 300 nach dem Waschen an seiner Oberfläche leicht mit einem Gemisch HF/HNO,/CH,COOH angeätzt und nach dem Trocknen an einem an der Anodenseite in

-26- DE 3274

einer Vakuumglocke 301 angeordneten Substraterwärmungs-Halter 302 angebracht. Danach wurde die Vakuumglocke 301 mittels einer Diffusionspumpe 317 auf ein Grund-Vakuumausmaß von 1,33 χ 10~ Pa (1 χ 10~ Torr) evakuiert. Wenn bei diesem Vorgang der Druck unerwünscht hoch ist, trägt zum Ausfällen des Films nicht nur ein Reaktionsgas wirkungsvoll bei, sondern es können auch in den Film Sauerstoff und Stickstoff eingelagert werden, welche unerwünschte ausgeprägte Änderungen des Widerstandswerts bzw. spezifischen Widerstands des Films hervorrufen. Als nächstes wurde die Substrattemperatur T ^gesteigert und das Substrat 300 auf

500 C gehalten. Die Substrattemperatur wurde mittels eines Thermoelements 303 überwacht.

Bei diesem Beispiel wurden als einzuleitende Reaktionsgase auf 1 vol-?o mit H₂-GaS verdünntes SiH₄-GaS (SiH₄(I)/^) sowie GeH₄(l)/H₂-Gas und B„H₆(100)/H₂~Gas verwendet. Die Gasdurchflußgeschwindigkeit des SiH.(1)/H₉-Gases wurde mittels eines Durchflußreglers 310 auf 40 Ncm /min eingeregelt, diejenige des GeH.(1)/H_?-Gases mittels eines Durch-

3
flußreglers 304 auf 20 Ncm /min eingeregelt und diejenige des B₉H,(100)/H₉-Gases mittels eines Durchflußreglers 307 auf 30 Ncm /min eingeregelt; diese Gase wurden gemeinsam über einen ringförmigen Gaseinführungsauslaß 316 in die Vakuumglocke 301 eingeleitet, wobei mit Hilfe eines Absolutdruckmessers 313 der Druck in der Vakuumglocke durch Regeln eines Hauptventils 311 auf 1,33 Pa (0,01 Torr) eingestellt wurde.

^O Nachdem der Druck in der Vakuumglocke stabilisiert war, wurde an einer Kathodenelektrode 314 ein elektrisches Hochfrequenz-Feld mit 13,56 MHz errichtet, um eine Glimmentladung einzuleiten. Die Spannung betrug 0,6 kV bei einem Strom von 55 mA und einer Hochfrequenz-Entladungsleistung von 20 W. Der erzeugte Film hatte eine Dicke von 0,5 um, wobei bezogen auf die Substratabmessungen 120 χ 120 mm

-27- DE 3274

die Gleichförmigkeit des Films innerhalb von + 10?ό lag, wenn ein Kreisring-Einführungsauslaß verwendet wurde. Der Wasserstoffgehalt in dem erzeugten Film wurde als 0,2 Atom-

% ermittelt. 5

Als nächster Schritt wurde entsprechend dem in Fig. 4 dargestellten Vorgehen unter Verwendung dieses Films als Grundmaterial ein Dünnfilmtransistor hergestellt. Nachdem, gemäß der Darstellung bei dem Schritt (a) ein gemäß der vorstehenden Beschreibung auf dem Substrat 300 gebildeter polykristalliner Silicium-Germanium-Film 401 ausgefällt wurde, wurde in die Vaküumglocke 301 PH-, (100) /H₉-GaS in

-3

einem Mol-Verhältnis von 5 χ 10 des PH-,-Gases in Bezug auf die Gesamtmenge des GeH.-Gases und des SiH,-Gases ein-

geleitet, um den Druck in der Vakuumglocke 301 auf 16 Pa (0,12 Torr) einzustellen, woraufhin eine Glimmentladung herbeigeführt wurde, um eine mit Phosphor dotierte η Schicht 402 in einer Dicke von 0,05 jum zu bilden (Schritt

(b).). 20

Darauffolgend wurde als Schritt (c) außer an Bereichen einer Source-Elektrode 403 und einer Drain-Elektrode 404 die η -Schicht 402 durch Fotoätzung entfernt. Dann wurde

dieses Substrat wieder an dem Halter 302 an der Anodensei-25

te in der Vakuumglocke 301 angebracht, um einen Gate-Isolierfilm aufzubringen. Gleichermaßen wie bei der Herstellung des polykristallinen Films wurde die Vakuumglocke evakuiert, die Substrattemperatur auf 250°C gehalten und eine Glimmentladung herbeigeführt, wobei NH-,-Gas mit der Reinheit 100?i, dessen Durchfluß mittels eines Durchflußregler 305 auf 20 Ncm /min geregelt wurde, und auf 10 vol-?i mit H₂-Gas verdünntes SiH^-Gas (SiH.(10)/H₂) eingeleitet wurden, dessen Durchfluß mittels eines Durchflußreglers 308 auf 5 Ncm /mm geregelt wurde, wodurch ein SiNH-FiIm 405 mit einer Dicke von 0,25 um abgelagert wurde (Schritt (d))

-28- DE 3274

Als nächstes wurden in einem Fotoätzschritt Kontaktöffnungen 406-1 und 406-2 für die Drain-Elektrode 404 bzw/, die Source-Elektrode 403 gebildet, wonach auf der ganzen Fläche des SiNH-Films 405 durch Dampfablagerung von Al ein Elektrodenfilm 407 gebildet wurde (Schritt (f)); darauffolgend wurden durch Bearbeiten des Al-Elektrodenfilms 407 in einem Fotoätzschritt eine Ausführungs-Elektrode 408 für die Source-Elektrode, eine Ausführungs-Elektrode 409 für die Drain-Elektrode und eine Gate-Elektrode 410 gebildet (Schritt (g)). Danach wurde in einer (-!„-Atmosphäre eine Wärmebehandlung bei 250 C ausgeführt.

Für den entsprechend dem Vorgehen unter den vorstehend genannten Bedingungen erzeugten Dünnfilmtransistor (Kanallänge L = 20 um, Kanalbreite W = 650 um) wurden stabile und gute Eigenschaften bzw. Kennwerte ermittelt.

Die Fig. 9 zeigt als Beispiel V_n-I_n-Kennlinien des auf diese Weise hergestellten Dünnfilmtransistors. Wie aus der Fig. 9 ersichtlich ist, betrug bei einer Gate-Spannung V„ von 10 V die Stromstärke des Stroms I_n 6,8 χ 10 A, wäh-

— fl rend bei U_n = 0 V die Stromstärke I_n 4 χ 10 A betrug und die Schivellenspannung 3,7 V war. Die gemäß der üblichen Praxis bei MOS-Dünnfilmtransistören aus dem geradlinigen Abschnitt der V_- /l_.-Kurve erhaltene Trägerbeweglichkeit ,ueff wurde als 55 cm /Vs ermittelt. Somit wurde ein Dünnfilmtransistor mit großer Beweglichkeit und guten Transistoreigenschaften erzielt, der für das Bilden von verschiedenerlei Ansteuerungsschaltungen geeignet war.

Zur Untersuchung der Stabilität dieses Dünnfilmtransistors wurde fortgesetzt an das Gate eine Gleichspannung V„ von 40 V angelegt und über 1000 Stunden hinweg die Änderung des

Stroms I_n gemessen. Das Ergebnis war, daß keine Änderung des 35

-29- DE 3274

Stroms I_n aufgetreten ist. Ferner lag vor und nach der zeitlichen Änderung keine Änderung Δ\Ι_ΤΙΔ der Schwellen-

I H spannung vor, was eine außerordentlich gute Stabilität

bzw. Beständigkeit des Dünnf ilmtransistors anzeigt. Nach der zeitlichen Änderung wurden auch die V_n-I_n-Keηnlinien und die V_n-I„.-Kennlinien aufgenommen, wobei ermittelt

b L)

wurde, daß sie sich gegenüber dem Zeitpunkt vor der Messung der zeitlichen Änderungen nicht verändert haben, wobei auch

2 der Wert üeff der Trägerbeweglichkeit mit 55 cm /Us der

gleiche geblieben ist.

Gemäß der Darstellung bei diesem Beispiel wurde ein Dünnfilmtransistor, dessen Hauptteil durch einen polykristallinen Silicium-Germanium-Dünnfilm mit einem Wasserstoffge-

halt von 0,2 Atom-?o gebildet ist, als ein Transistor mit

sehr hoher Leistungsfähigkeit befunden.

Beispiel 7

Nach dem gleichen V/erfahren wie bei dem Beispiel 6 wurde

ein polykristalliner Silicium-Germanium-Film auf einem Vycor-Glassubstrat unter folgenden Bedingungen erzeugt:

Hochfrequenz-Leistung = 40 W, SiH,(1)/H„-Durchflußgeschwin-

3
digkeit = 40 Ncm /min, GeH. (1) /Η,,-Durchf lußgeschwmdigkei t

25 3

¹ f. \ ■*· / / ¹¹O

= 20 Ncm /min, B₀H, (100)/H_o-Durchf lußgeschwmdigkeit = 30 Ncm /min und Druck = 2,7 Pa (0,02 Torr). Die Substrattemperatur (T ) wurde unter Intervallen von 50 C über 200 C

auf 700 C eingestellt, bis der Film zu einer Dicke von 0,5

um hergestellt war. Es wurde jeweils der Wasserstoffgehalt 30

der jeweiligen polykristallinen Silicium-Germanium-Halbleiterschichten gemessen; an den nach dem gleichen Verfahren wie bei dem Beispiel 6 aus den jeweiligen Filmen hergestellten Dünnfilmtransistoren (als Proben Nr. Al-I bis Al-Il) wurden Trägerbeweglichkeiten ueff gemäß der Dar-

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Stellung in der Tabelle il-A vermittelt.

.Wie -nans der Tabelle 1—A -ersichtlich ist, hatten die Proben mit einem WaaseTataffgehalt uon -über 3 Atom-Po' :ode:r weniger als 0,01 fttam-?q ie ine T:i?ägerbe weg 1 ic hke it pe ff von weniger

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-32- DE 3274

1 Beispiel 8

Als nächstes wird das Beispiel 8 in Einzelheiten anhand der Fig. 5 beschrieben.

Zuerst wurde ein gleichermaßen wie bei dem Beispiel 6 hergestelltes Substrat 500 aus Coming-Glas # 7059 an einem Substrathalter 502'in einer Vakuumkammer 501 angebracht, die auf einen Druck von 2,7 χ 10 Pa (2 χ ΙΟ"¹¹ Torr) evakuiert werden konnte; danach wurde der Druck in der Vakuumkammer 501 auf 5,33 χ 10~ Pa (4 χ ΙΟ"¹¹ Torr) oder darunter herabgesetzt und die Substrattemperatur mittels eines Heizelements 503 auf 500 C eingestellt. Darauffolgend wurde ein Elektronenstrahler 504 mit einer Beschleunigungsspannung von 10 kV in Betrieb gesetzt und die abgegebenen Elektronenstrahlen auf einen Silicium-Verdampfungskörper 505 aufgestrahlt. Weiterhin wurde der Elektronenstrahler 504 mit einer Beschleunigungsspannung von 10 kV in Betrieb gesetzt, wobei die Elektronenstrahlen auf einen Germanium-Verdampfungskörper aufgestrahlt wurden. Danach wurde mittels eines Heizelements 511 eine Knudsen-Zelle 509 erwärmt, um aus dieser Bor 510 auszudampfen, wonach Verschlüsse 507 und 512 geöffnet wurden, um einen polykristallinen SiIi eium-Germanium-Film zu bilden, während

25 mittels eines Quarzoszillator-Filmdickemessers 506 eine

Regelung derart ausgeführt wurde, daß an dem Substrat ein Film mit einer Dicke von 0,5 ,um erzeugt wurde. Der Druck während dieser Dampfablagerung betrug 2 χ 10 Pa (1,5 χ 10 Torr) bei einer Dampfablagerungsgeschwindigkeit von 0,14 nm/s. Die auf diese Weise hergestellte Probe wurde als Probe Nr. A3-1 bezeichnet.

Als nächstes wurde ein gleichermaßen hergestelltes Substrat 500 aus Corning-Glas #7059 an dem Substrathalter 502 befestigt; nach dem Evakuieren der Vakuumkammer 501 auf einen

-33- DE 3274

9 -1 1

Druck von 5,3 χ 10 Pa (4 χ 10 Torr) oder darunter wurde hochreines Wassersto f f gas (99,999?ό) über ein verstellbares Ableitventil 508 in die Vakuumkammer 501 eingeleitet, um den Kammerinnendruck auf 2,7 χ 10 Pa (2 χ 10 Torr) zu bringen, wonach die Substrattemperatur auf 500 C eingestellt wurde. Gleichermaßen wie bei der Herstellung der Probe Nr. A3-1 wurden Silicium, Germanium und Bor verdampft, um einen Film zu bilden. Zum Bilden eines polykristallinen Silicium-Germanium-Films mit einer Dicke von 0,5 um wurde die Filmerzeugungsgeschwindigkeit auf 0,14 nrn/s eingeregelt. Die auf diese Weise hergestellte Probe wurde als Probe Nr. A3-2 bezeichnet.

An den Proben Nr. A3-1 und A3-2 wurde jeweils der Wasserstoffgehalt in dem jeweiligen polykristallinen Silicium-Germanium-Dünnfilm gemessen; an jeweiligen Dünnfilmtransistoren, die auf die gleiche Weise wie bei dem Beispiel 6 unter Verwendung der jeweiligen Proben hergestellt wurden, wurden die Trägerbeweglichkeit ueff, die zeitliche Änderung

20 des Stroms I_n, und der Ä'nderungswert AV_TU der Schwellen-

u in

spannung gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2-A dargestelIt.

Wie aus der Tabelle 2-A ersichtlich ist, betrug der Wasserstoffgehalt in dem polykristallinen Silicium-Germanium-Dünnfilm bei der Probe A3-1 weniger als 0,1 Atom-?o, während der Wasserstoffgehalt bei der Probe Nr. A3-2 0,3 Atom- % betrug.

"^ Als Ergebnis war im Falle der Probe Nr. A3-2 verglichen mit dar Probe Nr. A3-1 die effektive Trägerbeweglichkeit jjeff des hergestellten Dünnfilmtransistors größer und auch die Probe Nr. A3-2 hinsichtlich der Stabilität des Dünnfilmtransistors besser, so daß diese Probe als Halbleiterschicht für einen Dünnfilmtransistor vorzuziehen war.

-	* # w * DE	3274
-34-
Tabelle 2-A

Probe Nr.	A3-1	A3-2
Wasserstoffgehalt (Atom-?»')	0,01	0,3
fieff (cm²/VsJ	28	42
zeitliche Änderung von I₀ (SS)	1,5	ο,ι
Δν_ΤΗ (V)	0,2	0

Beispiel 9

Die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung wird nun anhand eines Dünnfilmtransistors erläutert, der unter Verwendung 2Q eines polykristallinen Silicium-Germanium-Dünnfilms hergestellt wurde, welcher mittels einer Ionenbeschichtungs-Ablagerungsvorrichtung gemäß der Darstellung in Fig. 6 erzeugt wurde.

Zuerst wurden für polykristallines Silicium-Germanium ein Siliclum-Verdampfungskörper 606 in ein Schiffchen 607 und ein Germanium-Verdampfungskörper 606' in ein Schiffchen 607' in einer Ablagerungskammer 603 eingelegt, in welcher Unterdruck hervorgerufen werden konnte; dann wurde ein Substrat aus Corning-Glas #7059 auf Träger 611-1 und 611-2 aufgelegt und der Druck in der Ablagerungskammer 603 auf ungefähr 1,33 χ 10~ Pa (1 χ 10 Torr) herabgesetzt. Danach wurde über ein Gaseinführungsrohr 605 H»-Gas mit einer Reinheit von 99,999% derart in die Ablagerungskammer 603 eingeleitet, daß der Wasserstoff-Partialdruck P,. zu

-35- DE 3274

"53 in~2 P M in"* Torr) wurde. Das verwendete Gaseinführungsrohr 605 hatte einen Innendurchmesser von 2 mm und an seinem Vorderende einen schleifenförmigen Abschnitt, an welchem Gasausblaseöffnungen mit einem Durchmesser von 0,5 mm in Abständen von 2 cm ausgebildet waren.

Danach wurde eine Hochfrequenzspule 610 (mit einem Durchmesser von 5 mm) mit Hochfrequenz-Leistung von 200 W bei 13,56 MHz beaufschlagt, um innerhalb der Hochfrequenzspule eine Hochfrequenz-Plasmaatmosphäre zu schaffen.

Andererseits wurde, während die Träger 611-1 und 611-2 in Drehung versetzt wurden, eine Heizvorrichtung 612 in Betrieb gesetzt, um das Glassubstrat auf ungefähr 450 C

, r- zu erwärmen . Ib

Als nächster Schritt wurden jeweils durch Bestrahlung des Silicium-Verdampfungskörpers 606 und des Germanium-Verdampfungskörpers 606' mit Elektronenstrahlen 608 bzw. 608'

2Q das Silicium und das Germanium erwärmt, wodurch eine Flugbewegung von Siliciumteilchen und Germaniumteilchen hervorgerufen wurde. Auf diese Weise wurde ein polykristalliner Silicium-Germanium-Film mit einer Dicke von ungefähr 0,5 pm gebildet; unter Verwendung dieses Films wurde mit den gleichen Schritten wie beim Beispiel 6 ein Dünnfilmtransistor (als Probe Nr. A4-1) hergestellt. Ferner wurde auf gleichartige Weise wie bei der Probe Nr. A4-1 ein Dünnfilmtransistor (als Probe Nr. A4-2) aus einem Film hergestellt, welcher ohne Einleiten von Wasserstoff während der Bildung des polykristallinen Silicium-Germanium-Dünnfilms erzeugt wurde. Bei jeder der dermaßen hergestellten Proben wurden die Trägerbeweglichkeit peff, die zeitliche Änderung des

Stroms I_n und der Änderungswert A\1_TU der Schwellenspannung U I H

gemessen, wobei die in der Tabelle 3-A dargestellten Ergebnisse erzielt wurden.

DE 3274

Wie aus der Tabelle 3-A ersichtlich ist, hat die Probe Nr.

A4-1 keine zeitliche Änderung des Stroms I und auch eine

2 große Trägerbeweglichkeit ueff von 32 cm /Vs, so daB daher

die Probe gute Transistorkennwerte zeigt.

Tabelle 3-A

Probe Nr. j A4-1	133x10 ⁴	32	A4-2
Wasserst off-Partial druck ^PH (Pa)	Wasserstoffgehalt j 1,2 (Atom-JS) i	^ 0,1	0
yur-ff (cm²/Vs)	0	0
zeitliche Änderung von I_n («)	8
Δν_ΤΗ (ν)	1,8
0,4

Beispiel 10

Als nächstes wird in Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Fig. 8 ein Beispiel beschrieben, bei dem ein polykristalliner SiIicium-Germanium-Dünnfilm nach dem Kathodenzerstäubungsverfahren gebildet ist. ι

In einer Vakuumglocke 801 wurde ein gleichermaßen wie bei dem Beispiel 6 hergestelltes Substrat 800 aus Corning-Glas #7059 in enger Berührung an einem Substraterwärmungs-Halter 802 an der obenliegenden Anodenseite befestigt, während auf eine untenliegende Kathodenelektrode 806 eine (nicht gezeigte) Platte aus polykristallinem Silicium (mit der

-37- DE 3274

Reinheit 99,999?ί) und auf eine untenliegende Kathodeelektrode 807 eine (nicht gezeigte) Platte aus polykristallinem Germanium (mit der Reinheit 99,999%) derart aufgelegt wurden, daß sie dem Substrat zugewandt waren. Der Innendruck

5 der Vakuumglocke 801 wurde mittels einer Diffusionspumpe

810 auf 1,33 χ 10~ Pa (1 χ 10~⁶ Torr) oder darunter herabgesetzt, woraufhin der Substraterwärmungs-Halter 802 so erwärmt wurde, daßdie Oberflächentemperatur des Substrats 800 auf 400°C gehalten wurde.

In die Vakuumglocke 801 wurden über ein ringförmiges Gaseinführungsrohr 812 B₀H, (100)/H„-GAs über einen Durchfluß-

L. O L. -j

regler 813 unter einer Strömungsgeschwindigkeit von 5 Ncm / min und ferner H_o-Gas über einen Durchflußregler 814 unter

^ 3

einer Strömungsgeschwindigkeit von 30 Ncm /min eingeleitet,

wobei der Innendruck in der Vakuumglocke 801 durch Verengen eines Hauptventils 811 auf 1,33 Pa (0,01 Torr) eingestellt wurde.

20 Nachdem der Innendruck in der Vakuumglocke stabilisiert war, wurden aus einer Spannungsquelle 808 eine Ausgangsspannung von 3,5 kV mit der Hochfrequenz 13,56 MHz an die untenliegende Kathodenelektrode 806 sowie aus einer Spannungsquelle 809 eine Ausgangsspannung von 2,5 kV mit der

Hochfrequenz 13,56 MHz an die untenliegende Kathodenelektrode 807 angelegt, um zwischen der polykristallinen SiIiciumplatte und der polykristallinen Germaniumplatte auf den Kathodenelektroden 806 und 807 einerseits und der durch den Substraterwärmungs-Halter 802 gebildeten Anode anderer-

30 seits eine Glimmentladung hervorzurufen, damit auf dem

Glassubstrat 800 ein polykristalliner p-Silicium-Germanium-Dünnfilm abgelagert wird. Der erzeugte Film hatte eine Dicke von 0,55 jum. Der Wassersto f f gehal t in dem erzeugten polykristallinen Silicium-Germanium-Dünnfilm betrug 1,6

³⁵ 'Atom-S.

-38- DE 3274

Unter Verwendung der auf diese Weise erhaltenen Probe wurde nach dem gleichen Verfahren wie bei dem Beispiel 6 ein Dünnfilmtransistor hergestellt, der als guter Dünnfilmtransistor befunden wurde, welcher stabile und gute Transistor-

5 kennwerte zeigte, wobei die Trägerbeweglichkeit ^ieff

Z
35 cm /Vs war, die zeitliche Änderung des Stroms I_n kleiner

als 0,1 % war und der Änderungswert AV_TU der Schwellen-

I H

spannung OV war. '

Gemäß der vorstehenden ausführlichen Beschreibung hat das mit einem polykristallinen Halbleiter-Dünnfilm als Grundmaterial hergestellte Halbleiterelement gute elektrische Eigenschaften ohne zeitliche Veränderungen, wobei auch die Ausbeute und die Elementestreuung verbessert werden können.

Infolgedessen ist es möglich, stabile Anzeigen unter Verwendung von Flüssigkristall, Elektroluminiszenz-Material oder elektrochromem Material oder Abtastschaltungen bzw. Ansteuerungsschaltungen wie Bildaufnahmevorrichtungen usw. zu erzeugen.

Es wird eine Halbleitervorrichtung mit einer polykristallinen Halbleiter-Dünnfilmschicht angegeben, welche Germaniumatome als Matrix aufweist und 3 Atom-?£ oder weniger Wasserstoff atome enthalt.

Claims

Patentansprüche

ill Halbleitervorrichtung, gekennzeichnet durch eine polykristalline Halbleiter-Dünnfilmschicht (102; 401), die Germaniumatome als Matrix aufweist und die drei Atom-?o oder weniger Wasserstoff atome enthält.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der polykristallinen Halbleiter-Dünnfilmschicht (102; 401) ferner SiI iciumatorne als Matrix enthalten sind.
3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoffatome in einer Menge von 0,01 bis 3 Atom-?i enthalten sind.
4. Dünnfilmtransistor, gekennzeichnet durch ein Substrat (101, 300), eine auf dem Substrat gebildete polykristalline Halbleiterschicht (102; 401), die Germaniumatome als Matrix aufweist und die drei Atom-?o oder weniger Wasserstoffatome enthält, einen Source-Bereich und einen Drain-Bereich (107, 108), die in der Halbleiterschicht gebildet sind, eine auf der Halbleiterschicht zumindest an dem Teil zwischen den beiden Bereichen gebildete Isolierschicht (105; 405), eine auf der Isolierschicht gebildete

A/25

Gate-Elektrode, eine einen elektrischen Kontakt mit dem Source-Bereich bildende Source-Elektrode (103; 403) und eine einen elektrischen Kontakt mit dem Drain-Bereich bildende Drain-Elektrode (104; 404).
5
5. Dünnfilmtransistor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der HaIbleiterschicht (102; 401) ferner Si1iciumatome als Matrix enthalten sind.

■j r\
6. Dünnfilmtransistor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daG die Wasserstoffatome in einer Menge von 0,01 bis 3 Atom-°6 enthalten sind.
7. Dünnfilmtransistor nach einem der Ansprüche 4 bis 6,

1 5

dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (101; 300) aus

wärmebeständigem Kunststoff besteht.
8. Dünnfilmtransistor nach einem der Ansprüche 4 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (101; 300) aus

20

niedrigschmelzendem Glas besteht.
9. Dünnfilmtransistor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (101; 300) aus einem Keramikmateria1 besteht.

25 30
10. Dünnfilmtransistor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (101; 300) aus Hartglas besteht.

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