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Diese Erfindung betrifft einen Dünnfilmtransistor gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 und wie es aus JP-A-61 183 433
bekannt ist, und eine Dünnfilmtransistortafel, die
Dünnfilmtransistoren dieser Art verwendet.
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Dünnfilmtransistoren (nachfolgend als TFTs bezeichnet) werden
grob in den versetzten Typ, den rückwärts versetzten Typ, den
koplanaren Typ und den rückwärts koplanaren Typ unterteilt.
Von diesen ist die Anordnung des rückwärts versetzten Typs in
den Figuren 1 und 2 gezeigt und wird unten erläutert.
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Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen; eine Gateelektrode 2, die
aus einem Metall, wie Tantal oder Chrom besteht, ist auf einem
isolierenden Substrat 1 gebildet, das aus Glas oder ähnlichem
hergestellt ist, und ein das Gate isolierender Film 3 ist auf
der Gateelektrode 2 gebildet. Ein Halbleiterfilm 4 vom i-Typ,
der aus amorphen Silicium vom i-Typ (i-a-Si) besteht, ist auf
dem das Gate isolierenden Film 3 so gebildet, daß er zu der
Gateelektrode 2 entgegengesetzt ist. Source- und
Drain-Elektroden 5 und 6, die aus einem Metall hergestellt sind, wie
Chrom, sind jeweils auf dem Halbleiterfilm 4 vom i-Typ durch
Halbleiterschichten 7 vom n-Typ hindurch gebildet und
voneinander mit einem vorbestimmten Abstand beabstandet, um einen
Kanalbereich zu bilden. Jede Halbleiterschicht 7 vom n-Typ
besteht aus amorphem Silicium (n&spplus;-a-Si), das mit Störstellen
dotiert ist. Eine Schutzschicht (nicht gezeigt) ist gebildet,
um die gesamte Struktur zu überdecken.
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Diese Art von Dünnfilmtransistor und eine Dünnfilmtransistor-
Matrixanordnung, die aus diesen Dünnfilmtransistoren in
Matrixform angeordnet gebildet ist, sind mit den unten
beschriebenen zwei Verfahren hergestellt worden. Die Tabelle 1
listet die Anforderungen auf, die die Herstellungsschritte für
einen herkömmlichen Dünnfilmtransistor und eine
Dünnfilmtransistor-Matrixanordnung betreffen. In diesem Fall wird der
umgekehrt versetzte Typ der Fig. 1 als ein Beispiel genommen.
Tabelle 1
Schritt
gebildeter
Vorrichtung zur Filmbildung
Filmmaterial
Temperatur zur Filmbildug
Gateelektrode und Verdrahten
Gate-isolierfilm
Halbleiterschicht
kontaktschicht
Source-/Drain-Elektroden
Bildelementekektrode
isolierender Zwischenschictfilm
Verdrahtung des Drain
Schutzisolierschicht
Verdampfung oder Zerstäubung
chemisches Dampfabscheidungsplasma
Cr oder Ta oder Mo
Al auf Ti
ungefähr 350ºC
ungefähr 250ºC
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[Schritt 1]
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Ein Gatemetallfilm wird aus einem harten Metall, wie Cr
(Chrom), Ta (Tantal) oder Mo (Molybdän) auf einem Glassubstrat
innerhalb des Temperaturbereiches von 100 bis 200ºC gebildet,
wobei eine Verdampfungs- oder zerstäubungsvorrichtung
verwendet wird. Dann wird der Gatemetallfilm zu einem Muster
gebildet, um eine Gateelektrode und Gateverbindungen zu bilden.
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[Schritt 2]
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Dann wird auf dem Substrat ein SiN (Siliciumnitrid) Film in
dem Temperaturbereich von 300 bis 350ºC bei einer
HF-Entladungsenergiedichte
im Bereich von 120 bis 130 mW/cm² gebildet,
wobei eine chemische Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung
verwendet wird, um eine das Gate isolierende Schicht guter
Qualität mit einer hohen Gatedurchbruchsspannung zu erzeugen.
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[Schritt 3]
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Als nächstes wird auf der Gateisolierschicht (SiN Film) eine
a-Si (amorphes Silicium) Schicht aus hydriertem a-Si (a-Si:H)
als eine Halbleiterschicht bei einer Temperatur von ungefähr
250ºC mit der HF Entladungsenergiedichte im Bereich von 40 bis
50 mW/cm² gebildet, wobei die chemische
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet wird. Der Grund dafür, warum die
a-Si Schicht bei ungefähr 250ºC gebildet wird, ist, daß eine
höhere Filmbildungstemperatur die Halbleitereigenschaften
wegen einer Verringerung des wasserstoffgehalts der a-Si
Schicht verschlechtert, und daß eine niedrigere
Filmbildungstemperatur die Qualität des a-Si Films verschlechtert.
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[Schritt 4]
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Als nächstes wird auf die a-Si Schicht eine n&spplus;-a-Si (mit
Störstellen vom n-Typ dotiertes amorphes Silicium) Schicht als
eine ohm'sche Kontaktschicht unter den gleichen Bedingungen
wie denjenigen für die a-Si Schicht gebildet (eine
Filmbildungstemperatur von ungefähr 250ºC mit der HF
Entladungsenergiedichte im Bereich von 40 bis 50 mW/cm²), wobei die
chemische Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet wird.
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[Schritt 5]
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Dann werden auf der n&spplus;-a-Si Schicht ein Source- und Drain-
Metallfilm aus beispielsweise Cr innerhalb des
Temperaturbereiches von 100 bis 200ºC mit der Verdampfungs- oder
Zerstäubungsvorrichtung gebildet. Daraufhin werden der
Sourceund Drain-Metallfilm und die darunterliegende n&spplus;-a-Si Schicht
und die a-Si Schicht als Muster ausgebildet, so daß eine
Halbleiterschicht gebildet wird, und dann werden der Source- und
Drain-Metallfilm und die n&spplus;-a-Si Schicht zu einer Source- und
einer Drainelektrode getrennt.
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Als nächstes wird ein transparenter, leitender Film, wie ein
ITO Film, innerhalb des Temperatursbereiches von 100 bis 200ºC
gebildet, um als eine Bildelementelektrode zu dienen, wobei
die Verdampfungs- oder Zerstäubungsvorrichtung verwendet wird.
Dann wird der LTD Film als Muster ausgebildet, um eine
Bildelektrode zu erzeugen, von der einer ihrer Ränder die
Sourceelektrode überlappt.
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[Schritt 7]
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Als nächstes wird ein SiN Film als eine isolierende
Zwischenschicht, die die Gateverbindung von der Drainverbindung
isoliert, unter den gleichen Bedingungen wie jenen für den
Gateisolierfilm (der Filmbildungstemperaturbereich von 300 bis
350ºC mit dem HF Entladungsenergiedichtebereich von 120 bis
130 mW/cm²) gebildet, wobei die chemische
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet wird. Daraufhin wird ein
Kontaktloch, das die Drainelektrode erreicht, in der isolierenden
Zwischenschicht hergestellt.
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Dann werden auf dem isolierenden Zwischenfilm Ti (Titan) und
Al (Aluminium) Filme der Reihe nach innerhalb des
Temperaturbereiches von 100 bis 200ºC gebildet, wobei die
Verdampfungsoder Zerstäubungsvorrichtung verwendet wird. Daraufhin werden
der Ti und Al Film als Muster ausgebildet, um eine
Drainverbindung zu erzeugen, die mit der Drainelektrode durch das
Kontaktloch hindurch verbunden ist.
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[Schritt 9]
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Als nächstes wird ein SiN Film als ein Schutzisolierfilm
innerhalb des Temperaturbereiches von 300 bis 350ºC mit der HF
Entladungsenergiedichte im Bereich von 120 bis 130 mW/cm²
gebildet, wobei die chemische
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet wird. Dies beendet einen Dünnfilmtransistor.
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Obgleich die oben beschriebenen Herstellungsschritte jene für
den umgekehrt versetzten Dünnfilmtransistor sind, sind die
gleichen Bedingungen, die in Tabelle 1 gezeigt sind, ebenfalls
beim Bilden der Gateisolierfilme und Halbleiterschichten
anderer Arten von Dünnfilmtransistoren verwendet worden: dem
umgekehrt koplanaren Typ, dem versetzten Typ und dem koplanaren
Typ, wobei die Gate-, Source- und Drainelektrode aus einem
harten Metall, wie Cr, Ta oder Mo, hergestellt worden sind.
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Bei den oben angegebenen Herstellungsschritten für
Dünnfilmtransistoren wird ein Siliciumnitridfilm für den
Gateisolierfilm 3, die Sperrschicht 8 (es wird auf den Dünnfilmtransistor
der Fig. 2 Bezug genommen), den Isolierzwischenfilm (nicht
gezeigt) und einen Schutzisolierfilm (nicht gezeigt) verwendet,
und ein Siliciumoxidfilm kann verwendet werden, wie es
benötigt wird.
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Bei jedem dieser herkömmlichen Dünnfilmtransistoren wird ein
dünner Film auf Siliciumgrundlage, wie ein SiN Film und ein
SiO Film durch ein chemisches
Plasma-Dampfabscheidungsverfahren gebildet. Dieses chemische
Plasma-Dampfabscheidungsverfahren ist ein Verfahren, ein Prozeßgas einer Kammer zuzuführen,
in der ein auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmtes Substrat
angeordnet ist, wobei eine Hochfrequenz-Glühentladung (HF
Entladung) beim Zuführen eines HF Stroms so hervorgerufen wird,
daß das Prozeßgas in einen Plasmazustand gebracht wird,
während der Druck des Prozeßgases auf einen vorbestimmten Wert
gesteuert und eine Siliciumverbindung auf dem Substrat
abgeschieden wird, wodurch ein dünner Film auf Siliciumbasis
gebildet wird.
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Das Prozeßgas besteht aus einem Hauptreaktionsgas, das als ein
Quellengas für einen zu bildenden Film dient, und einem
Trägergas, um das Hauptreaktionsgas zu verdünnen, um den
Plasmazustand zu erhalten. Um den SiO Film zu bilden, bilden
Monosilan (SiN) Gas und Ammoniakgas (NH&sub3;) ein Hauptreaktionsgas
und Stickstoffgas (N&sub2;) wird als ein Trägergas verwendet. Um
den SiO Film zu bilden, bilden Monosilan (SiH&sub4;) Gas und das
Lachgas (N&sub2;O) ein Hauptreaktionsgas und Stickstoffgas (N&sub2;)
wird als ein Trägergas verwendet.
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Die Bildung des obigen dünnen Films auf Siliciumbasis wird
durch die folgenden Schritte durchgeführt, wie es durch die
Zuführung des Prozeßgases und den Zeitverlauf der HF Entladung
in Fig. 3 angegeben ist.
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Ein auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmtes Substrat wird
in einer Kammer angeordnet und die Kammer wird evakuiert. Das
Prozeßgas als eine Gasmischung aus dem Hauptreaktionsgas und
dem Trägergas wird zugeführt und so gesteuert, daß es einen
vorbestimmten Druck hat. Wenn ungefähr 15 Minuten zur
Stabilisierung des Drucks des Prozeßgases und der Substrattemperatur
verstrichen sind, wird ein HF Strom zugeführt, um eine HF
Entladung zu beginnen, wodurch ein Plasma erzeugt und die
Abscheidung eines dünnen Films auf Siliciumbasis begonnen wird.
Wenn eine Zeitdauer, die zum Abscheiden dieses dünnen Films
mit einer vorbestimmten Dicke benötigt wird, abläuft, wird die
Zufuhr des HF Stroms angehalten, um die HF Entladung zu
unterbrechen. Nach Ablauf einiger Sekunden wird das Zuführen des
Prozeßgases angehalten.
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Um einen dichten, dünnen Film auf Siliciumbasis (insbesondere
einen dünnen Siliciumnitrid-Film) zu erhalten, der von
Defekten frei ist und eine hohe Durchbruchsspannung hat, wird der
Siliciumnitrid-Dünnfilm bei einer Substrattemperatur von
ungefähr 350ºC und einer HF Energie von 120 bis 130 mW/cm²
gebildet.
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Das Zusammensetzungsverhältnis (Si/N) der Anzahl von
Siliciumatomen (Si) zu der Anzahl von Nitridatomen (N) des sich
ergebenden Siliciumnitridfilms hat einen Wert nahe dem
stöchiometrischen Verhältnis (Si/N = 0,75) des chemisch stabilsten
Siliciumnitrids (SiN). Der erhaltene Siliciumnitridfilm ist
dicht, ist frei von Defekten und hat eine hohe
Durchbruchsspannung.
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Da die Filmbildung durchgeführt wird, während die
Substrattemperatur bei 350ºC beibehalten wird, muß das Substrat nach und
nach erwärmt werden, damit keine Defekte bewirkt werden, wie
Verformungen und Risse des Substrats. Zusätzlich muß das
Substrat während einer langen Zeitdauer gekühlt werden, die
länger als die Erwärmungszeit ist, um zu verhindern, daß der
Siliciumnitridfilm durch eine Spannung reißt, die durch den
Unterschied der wärmeausdehnungskoeffizienten des Substrats
und des Siliciumnitridfilms hervorgerufen wird. Deshalb werden
gemäß dem herkömmlichen Filmbildungsverfahren die
Erwärmungsund Kühiperioden des Substrats verlängert, so daß der
Bildungswirkungsgrad von dünnen Filmen auf Siliciumbasis
verschlechtert wird, wodurch sich eine niedrigere Produktivität
ergibt.
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Fig. 2 zeigt eine Verbesserung des in Fig. 1 gezeigten
Dünnfilmtransistors vom rückwärts versetzten Typ. Dieser
Dünnfilmtransistor schließt eine Sperrschicht 8 ein, die aus einem
isolierenden Film in einem Bereich besteht, der den
Kanalbereich der Halbleiterschicht 4 vom i-Typ bildet. Die anderen
Bereiche des Dünnfilmtransistors sind die gleichen, wie jene
in Fig. 1, und die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1
bezeichnen die gleichen Teile in Fig. 2.
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Das obige Verfahren zum Bilden des dünnen Films auf
Siliciumbasis wird bei dem Herstellungsschritt des in Fig. 2 gezeigten
Dünnfilmtransistors verwendet. Die Schritte zum Herstellen
dieses Dünnfilmtransistors werden unten beschrieben.
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Ein Metallfilm, der aus Chrom (Cr), Tantal (Ta) Molybdän (Mo)
oder ähnlichem besteht, wird auf einem Substrat 1 durch eine
Zerstäubungsvorrichtung gebildet und durch ein
Photoätzverfahren als Muster ausgestaltet, wodurch eine Gateelektrode 2 und
ein Gateleitungsabschnitt gebildet werden, der mit dieser
Gateelektrode 2 verbunden ist.
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Ein Gateisolierfilm 3, eine Halbleiterschicht 4 vom i-Typ und
eine Sperrisolierschicht 8 werden aufeinanderfolgend auf dem
Substrat 1 durch eine chemische
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung gebildet.
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Der Sperrisolierfilm 8 wird durch ein Photoätzverfahren als
Muster ausgestaltet, um die Sperrisolierschicht 8 nur in dem
Kanalbereich der Halbleiterschicht 4 vom i-Typ zurückzulassen.
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Eine Halbleiterschicht 7 vom n-Typ wird auf dem Halbleiterfilm
4 vom i-Typ durch eine chemische
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung gebildet, und ein Metallfilm, der aus Chrom, Tantal
oder Molybdän hergestellt ist, dient als Source- und
Drainelektrode 5 und 6 und wird auf der Halbleiterschicht 7 vom n-
Typ durch eine Zerstäubungsvorrichtung gebildet. Der
Metallfilm und die Halbleiterschicht 7 vom i-Typ werden durch ein
Photoätzverfahren als Muster ausgebildet, um die Source- und
Drainelektrode 5 und 6 zu bilden.
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Die Halbleiterschicht 4 vom i-Typ wird in der Form eines
Transistors als Muster ausgebildet, um einen Dünnfilmtransistor
oder TFT fertigzustellen.
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Während des Herstellungsverfahrens des obigen
Dünnfilmtransistors werden der Gateisolierfilm 3 und die Sperrschicht 8
aus SiN Filmen hergestellt, und der Halbleiterfilm 4 vom i-Typ
umfaßt einen hydrierten, amorphen Siliciumfilm (a-Si:H). Der
Halbleiterfilm 7 vom n-Typ umfaßt einen a-Si Film vom n&spplus;-Typ.
Die SiN Filme werden bei einer Substrattemperatur von 350ºC
und einer HF Entladungsenergiedichte von 120 bis 130 mW/cm² so
gebildet, daß dichte Filme erhalten werden, die hohe
Durchbruchsspannungen haben. Der hydrierte, amorphe Siliciumfilm
(i-a-Si) wird bei einer Substrattemperatur von ungefähr 250ºC
und einer HF Entladungsenergiedichte von 40 bis 50 mW/cm²
gebildet,
um eine Abnahme des Wasserstoffgehalts zu verhindern.
Der a-Si Film vom n&spplus;-Typ wird unter den gleichen Bedingungen
wie jenen für den i-a-Si Film gebildet. Auf diese Weise wird,
wenn eine Mehrzahl von Filmen fortlaufend auf einem Substrat
bei unterschiedlichen Substrattemperaturen während der
Filmbildung gebildet werden, eine chemische
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet, die eine schematische
Ausgestaltung hat, die in Fig. 4 gezeigt ist. Fig. 4 zeigt die
chemische Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung, um kontinuierlich
den Gateisolierfum 3, den Haibleiterfum 4 vom i-Typ und die
Sperrschicht 8 zu bilden.
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Diese chemische Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung umfaßt
eine Ladekammer 11 für ein Substrat, eine Kammer zur
Siliciumnitridbildung (die nachfolgend als eine Kammer zur Bildung
eines Gateisolierfilms bezeichnet wird) 12, um den
Gateisolierfilm 3 zu bilden, eine Abkühlkammer 13 für das Substrat, eine
Kammer 14 zur amorphen Siliciumbildung (die nachfolgend als
eine Kammer zur Halbleiterbildung vom i-Typ bezeichnet wird),
um den Halbleiterfilm 4 vom i-Typ zu bilden, eine
Erwärmungskammer 15 für das Substrat, eine Kammer 16 zur Bildung eines
Siliciumnitridfilms (die nachfolgend als eine Kammer zur
Bildung einer Sperrschicht bezeichnet wird), um die Sperrschicht
8 zu bilden, und eine Substrataustragskammer 17. Diese Kammern
sind fortlaufend gebildet
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Der Gateisolierfilm 3, die i-a-Si Schicht 4 und die
Sperrschicht 8 werden durch diese chemische
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung auf die folgende Weise gebildet.
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Ein Substrat wird in die Substratladekammer 11 eingebracht und
auf eine Temperatur (ungefähr 350ºC) zur Bildung eines SiN
Films erwärmt. Das erwärmte Substrat wird in die Kammer 12 zur
Bildung eines Gateisolierfilms überführt, und der
Gateisolierfilm 3 wird unter den obigen Bedingungen zur Filmbildung
gebildet.
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Das Substrat wird dann in die Substratabkühlkammer 13
überführt, und die Substrattemperatur wird auf eine Temperatur
(ungefähr 250ºC) zur Bildung einer i-a-Si Schicht verringert,
und das abgekühlte Substrat wird in die Kammer 14 zur Bildung
eines Halbleiterfilms vom i-Typ überführt, und der
Halbleiterfilm 4 vom i-Typ wird bei den obigen Bedingungen gebildet.
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Das Substrat wird dann in die Substraterwärmungskammer 15
überführt, und das Substrat auf eine Temperatur (ungefähr
350ºC) zur Bildung eines SiN Films erwärmt. Das erwärmte
Substrat wird in die Kammer 16 zur Bildung einer Sperrschicht
überführt, und die Sperrschicht 8 wird unter den obigen
Bedingungen gebildet.
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Das Substat wird dann in die Substrataustragskammer 17
überführt und auf Umgebungstemperatur (Raumtemperatur) abgekühlt.
Das abgekühlte Substrat wird außerhalb der
Substrataustragskammer 17 entfernt.
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In diesem Fall wird eine lange Zeitdauer benötigt, um nach und
nach das Substrat in der Ladekammer 11 und der
Erwärmungskammer 15 für das Substrat zu erwärmen und nach und nach das
Substrat in der Substratabkühlkammer 13 und in der
Substrataustragskammer 17 so abzukühlen, daß Risse verhindert werden,
die durch eine Wärmespannung hervorgerufen werden, die auf den
SiN Film und die i-a-Si Schicht wirkt, die auf dem Substrat
gebildet sind.
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Wenn der Dünnfilmtransistor vom umgekehrt versetzten Typ, der
keine Sperrisolierschicht 8 aufweist und in Fig. 1 gezeigt
ist, gebildet werden soll, dann wird die amorphe
Siliciumschicht vom n-Typ (nachfolgend als n&spplus;-a-Si Schicht
bezeichnet), die als Halbleiterschicht 7 vom n-Typ dient, gebildet,
unmittelbar nachdem der Halbleiterfilm 4 vom i-Typ gebildet
worden ist. Die Bedingungen für die Filmbildung der n&spplus;-a-Si
Schicht können die gleichen wie jene für die i-a-Si Schicht
sein. Deshalb werden der Gateisolierfilm, die
Halbleiterschicht
vom i-Typ und die Halbleiterschicht vom n-Typ des
Dünnfilmtransistors in Fig. 1 durch eine chemische Plasma-
Dampfabscheidungsvorrichtung gebildet, die so ausgestaltet
ist, daß die Erwärmungskammer 15 für das Substrat und die
Kammer 16 zur Bildung der Sperrschicht von der chemischen Plasma-
Dampfabscheidungsvorrichtung in Fig. 4 entfernt werden, und
eine Kammer zur Bildung einer n&spplus;-a-Si Schicht zwischen der
Kammer 14 zur Bildung des Halbleiterfilms und der
Substrataustragskammer 17 angeordnet wird.
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Bei diesem Dünnfilmtransistor vom versetzten Typ werden,
nachdem die Source- und Drainelektrode und die n&spplus;-a-Si Schicht
darauf der Reihe nach gebildet worden sind, die i-a-Si Schicht
und der Gateisolierfilm aufeinanderfolgend gebildet, und
darauf wird eine Gateelektrode gebildet. Deshalb können die i-a-
Si Schicht und der Gateisolierfilm dieses Dünnfilmtransistors
vom versetzten Typ durch eine chemische
Piasma-Dampfabscheidungsvorrichtung gebildet werden, die aneinander angrenzende
Kammern aufweist, d.h. eine Substratladekammer, eine Kammer
zur Bildung eines Halbleiterfilm vom i-Typ, eine
Erwärmungskammer für das Substrat, eine Kammer zur Bildung eines
Gateisolierfilms und eine Substrataustragskammer.
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Gemäß dem obigen herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines
Dünnfilmtransistors wird die Gateisolierschicht bei einer
Filmbildungstemperatur von ungefähr 350ºC gebildet, und die
Halbleiterschicht vom i-Typ wird bei der
Filmbildungstemperatur von ungefähr 250ºC gebildet. Aus diesem Grund wird
beispielsweise bei der Herstellung des Dünnfilmtransistors vom
umgekehrt versetzten Typ das Substrat, auf dem der
Gateisolierfilm in der Kammer 12 zur Bildung des Gateisolierfilms
gebildet wird, auf eine Temperatur eingestellt, bei der der
Halbleiterfilm vom i-Typ gebildet werden kann, und dieses
temperatureingestellte Substrat muß dann in die Kammer 14 zur
Bildung eines Halbleiterfilms vom i-Typ überführt werden. Aus
diesem Grund schließt die herkömmliche chemische
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung die Substratabkühlkammer 13 ein, die
zwischen der Kammer 12 zur Bildung des Gateisolierfilms und
der nächsten Kammer 14 zur Bildung eines Halbleiterfilms vom
i-Typ gebildet ist, um das Substrat, das den Gateisolierfilm
darauf aufweist, auf eine Temperatur zur Bildung des
Halbleiterfilms vom i-Typ anzukühlen. Da das Substrat nach und nach
während einer langen Zeitdauer abgekühlt werden muß, wie es
oben beschrieben worden ist, wird eine lange Zeitdauer
benötigt, das Substrat, auf dem der Gateisolierfilm bei einer
Temperatur von ungefähr 350ºC gebildet wird, auf eine Temperatur
von ungefähr 250ºC abzukühlen.
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Das obige Problem stellt sich ebenfalls bei der Herstellung
des Dünnfilmtransistors vom versetzten Typ. In diesem Fall
wird das Substrat, das den in der Kammer zur Bildung eines
Halbleiterfilms vom i-Typ gebildeten i-a-Si Film aufweist, auf
die Bildungstemperatur für den Gateisolierfum in der
Substraterwärmungskammer erwärmt, und das erwärmte Substrat muß
in die Kammer zur Bildung eines Gateisolierfilms überführt
werden. Da diese Substraterwärmung langsam während einer
langen Zeitdauer durchgeführt werden muß, wird eine lange
Zeitdauer benötigt, das Substrat mit der gebildeten i-a-Si
Schicht, die bei der Filmbildungstemperatur von ungefähr 25ºC
gebildet worden ist, auf die Temperatur von ungefähr 350ºC zu
erwärmen.
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Aus diesem Grund kann das herkömmliche Herstellungsverfahren
für Dünnfilmtransistoren keine Dünnfilmtransistoren mit einem
hohen Wirkungsgrad herstellen.
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Wie es oben beschrieben worden ist, erhöht die Gate-,
Sourceund Drainelektrode aus einem harten Material mit einem hohen
Schmelzpunkt herzustellen, wie Cr, Ta oder Mo, die
Herstellungskosten von Dünnfilmtransistoren, weil solche harten
Metalle teuer sind. Da ferner diese harten Metalle einen hohen
spezifischen Widerstand aufweisen, haben die Gateelektrode und
die Source- und Drainelektrode eine hohe Impedanz, die große
Spannungsabfälle bewirkt, wodurch die Arbeitskennlinien
(insbesondere die Reaktionskennlinie) eines
Dünnfilmtransistors verschlechtert werden. Ferner besteht bei
Mehrfachanordnungen aus Dünnfilmtransistoren das Problem, daß es eine
Verzögerung bei dem Abtastsignal aufgrund der Impedanz der
Abtastsignalleitung unmöglich macht, die in einer Matrix
angeordneten Dünnfilmtransistoren zu steuern.
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Es ist vorgeschlagen worden, daß Al, das weniger teuer ist und
einen niedrigen spezifischen Widerstand hat, für die
Gateelektrode und die Source- und Drainelektroden verwendet werden
sollte. Jedoch gibt es ein Problem: Wenn ein Al Film bei
mehreren hundert Grad Celsius wärmebehandelt wird, dann treten
Höcker, die Buckel genannt werden, in der Oberfläche auf,
wodurch sich eine rauhe Oberfläche ergibt.
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Da der Gateisolierfilm (SiN Film) des Dünnfilmtransistors bei
ungefähr 350ºC mit der chemischen
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung gebildet wird, wie es oben beschrieben worden ist,
erlaubt die Verwendung von beispielsweise Al für die
Gateelektrode des rückwärts versetzten Dünnfilmtransistors, daß Buckel
auf der Oberfläche der Gateelektrode (Al Film) während der
Bildung des Gateisolierfilms erscheinen, nachdem die
Gateelektrode hergestellt worden ist. Diese Buckel bewirken Defekte in
dem Gateisolierfilm, die die Gateelektrode mit der
Halbleiterschicht und die Souceelektrode mit der Drainelektrode
kurzschließen. Das gleiche trifft bei Dünnfilmtransistoren vom
rückwärts koplanaren Typ, vom versetzten Typ und vom
koplanaren Typ zu. Das heißt, bei diesen Arten von
Dünnfilmtransistoren ermöglicht die Verwendung von Al für die unteren
Elektroden (die Gateelektrode für den rückwärts koplanaren
Dünnfilmtransistor und die Source- und Drainelektrode für den
versetzten und koplanaren Dünnfilmtransistor), die vor der Bildung
des Gateisolierfilms gemacht werden, daß sich Buckel auf der
Oberfläche der Elektrode (Al Film) zum Zeitpunkt der Bildung
des Gateisolierfilms (SiN Film) in einem nachfolgenden Schritt
entwickeln, wodurch sich Defekte in dem Gateisolierfilm
ergeben.
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Aus diesem Grund ist es unmöglich gewesen, Al für die
Gateelektrode und die Source- und Drainelektrode zu verwenden.
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Patent Abstracts of Japan, Band 11, Nr. 3 und JP-A-61 183 433
offenbaren einen dünnen Film aus Aluminiumlegierung, der < =0,5
Gew.-% Titan enthält und der auf dem Substrat durch
Elektronenstrahl-Dampfabscheidung oder Ionisierungs-Dampfabscheidung
unter Verwendung der titanenthaltenden Aluminiumlegierung als
eine Verdampfungsquelle gebildet wird. Dieser dünne Film weist
eine kleine Korngröße sowie verringerte Buckel auf und
zeichnet sich durch eine feine Verarbeitbarkeit sowie eine
Oberflächenglätte aus, so daß er auf geeignete Weise als
Verdrahtungselektroden von Halbleitereinrichtungen und
reflektierender Filme von optischen Aufzeichnungsmedien verwendet werden
kann.
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EP-A-301 571 offenbart eine
Dünnfilmtransistor-Mehrfachanordnung, die umfaßt, ein isolierendes Substrat (1);
Gateelektroden (2), die auf einer Oberfläche des Substrats gebildet sind;
eine erste Isolierschicht (6), die aus einem anodisch
oxidierten Film hergestellt und auf dem Substrat gebildet ist, so daß
sie über jeder der Gateelektroden liegt; eine zweite
Isolierschicht (7) und eine Halbleiterschicht (8), die übereinander
angeordnet und so gebildet sind, daß sie über der ersten
Isolierschicht (6) liegen, wobei die zweite Isolierschicht (7)
zwischen die Halbleiterschicht (8) und die erste
Isolierschicht (6) eingefügt ist; und Quellen-(11) und
Drainelektroden (13), die auf der Halbleiterschicht (8) gebildet sind.
Jede der Gateelektroden (2) weist eine doppelschichtige
Struktur auf, die eine erste Metallschicht (4), die aus einem
Metall mit einer hohen Elektroleitfähigkeit hergestellt ist, und
eine zweite Metallschicht (5) einschließt, die aus einem
Metall hergestellt ist, das eine besondere Eigenschaft aufweist,
anodisch oxidiert zu sein.
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Eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist, einen
Dünnfilmtransistor zu schaffen, der gute Arbeitseigenschaften
aufweist, indem der Widerstand der Elektroden verringert wird,
ohne daß Defekte in dem Gateisolierfilm hervorgerufen werden,
und eine Dünnfilmtransistortafel zu schaffen, die einen
stabilen Betrieb sicherstellt, indem die Widerstände der Elektroden
der Dünnfilmtransistoren, der Abtastsignalleitungen, die mit
den Dünnfilmtransistoren verbunden sind, und/oder der
Datensignalleitungen verringert werden, ohne daß Defekte in den
Gateisolierfilmen hervorgerufen werden.
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Die vorstehenden Zielsetzungen werden durch den Gegenstand der
Ansprüche 1 und 8 erreicht.
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Bei dieser Anordnung macht, da eine oder zwei der Elektroden
auf der Oberfläche des Substrats aus titanenthaltendem
Aluminium hergestellt werden, dies die Al Kristallkörner feiner,
wodurch die Filmoberfläche während der Filmbildung glatter
wird. Ferner wird Titan an der Aluminiumkristallkorngrenze
abgetrennt, was die Gitterverformung der Grenze erhöht, wodurch
Druckspannung in dem Film absorbiert wird Als ein Ergebnis
entwickeln sich keine Buckel aufgrund der Erwärmung nach der
Filmbildung. Die Verwendung von Aluminium, das einen niedrigen
spezifischen Widerstand hat und eine geringe Zunahme bei dem
Widerstand zeigt, sogar wenn Titan enthalten ist, verringert
den Widerstand der Elektrode, wodurch die Arbeitseigenschaften
des Dünnfilmtransistors besser gemacht werden.
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Der Titangehalt des titanenthaltenden Aluminiums wird gemäß
einer Temperatur ausgewählt, auf die das Substrat erwärmt
wird, nachdem die Elektroden auf der Substratoberfläche
hergestellt worden sind, und beträgt über 2,2 Gew.-%. Wenn
beispielsweise die Elektrode eine Gateelektrode ist und ein
Gateisolierfilm auf der Gateelektrode aus einem Siliciumnitridfilm
innerhalb des Temperaturbereiches von 250 bis 270ºC des
Substrats hergestellt wird, kann die Gateelektrode aus
titanenthaltendem Aluminium mit einem Titangehalt von 2,2 Gew.-%
oder mehr hergestellt werden; wenn der Gateisolierfilm
innerhalb des Temperaturbereiches von 350 bis 370ºC des Substrats
gebildet wird, kann die Gateelektrode aus titanenthaltendem
Aluminium mit einem Titangehalt von 4,2 Gew.-% oder mehr
hergestellt werden. Hier ist es, wenn es schwierig ist, genau den
Titangehalt des titanenthaltenden Aluminiums zu steuern,
wünschenswert, daß das titanenthaltende Aluminium einen
Titangehalt von 5 Gew.-% oder mehr selbst für den Gateisolierfilm aus
Siliciumnitrid, der innerhalb des Temperaturbereiches von 250
bis 270ºC des Substrats hergestellt wird, im Hinblick auf
Änderungen des Titangehalts haben sollte.
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Es ist möglich, Siliciumnitridfilme, deren
Filmbildungstemperatur so niedrig wie zwischen 250 und 270ºC ist, nahezu frei
von Defekten und ihre Durchbruchsspannungen ausreichend hoch
herzustellen, indem die HF Entladungsenergie der
Plasmavorrichtung in dem Bereich von 60 bis 100 mW/cm² gesteuert wird.
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Für die Isolierfilme des Dünnfilmtransistors gemäß der
vorliegenden Erfindung wird zusätzlich zu einem einschichtigen
Siliciumnitridfilm ein mehrschichtiger Isolierfilm, der aus
verschiedenen Materialien hergestellt wird, verwendet, um weiter
Defekte zu verringern und die Durchbruchsspannung zu erhöhen.
Im Fall von rückwärts versetzten Dünnfilmtransistoren, die auf
der Gateelektrode aus titanenthaltendem Aluminium gebildet
werden, sind die folgenden zwei Schichten die
Gateisolierschichten: Eine ist ein Metalloxidf ilm, der durch anodisches
Oxidieren der Gateelektrode gebildet wird, und die andere ist
ein Siliciumnitridfilm, der innerhalb des Temperaturbereiches
so niedrig wie zwischen 250 bis 270ºC bei einer HF
Entladungsenergie im Bereich von 60 bis 100 mW/cm² in der chemischen
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung gebildet wird. Da der
anodisch oxidierte Film im Hinblick auf die Qualität dicht ist,
ist die Gefahr, daß Defekte in dem zweischichtigen
Gateisolierfum auftreten, geringer, und die Durchbruchsspannung
nimmt zu. Der Gateisolierfilm kann als eine dreischichtige
Struktur aus einem Siliciumnitridfilm, einem Metalloxidfilm,
wie ein Tantaloxidfilm, und einem Siliciumnitridfilm aufgebaut
sein.
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Bei Dünnfilmtransistoren dieser Erfindung ist es, um den
Wirkungsgrad der Produktion zu erhöhen, wünschenswert, die
Elektrode oder die Elektroden auf der Substratoberfläche aus
Aluminium, das eine bestimmte Menge an Titan enthält,
herzustellen, und dann eine Siliciumnitridisolierschicht auf der
Elektrode oder den Elektroden bei einer HF Entiadungsenergie im
Bereich von 60 bis 100 mW/cm² in der chemischen
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung zu bilden. Dies ermöglicht, daß
Dünnfilmtransistoren bei nahezu konstanter Temperatur über eine
Reihe von Schritten hergestellt werden können, was zu einer
großen Produktivität führt.
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Dünnfilmtransistoren gemäß der vorliegenden Erfindung sind
äußerst geeignet für Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen.
Eine Dünnfilmtransistortafel, die Dünnfilmtransistoren dieser
Erfindung verwendet, umfaßt: Eine große Anzahl von
Dünnfilmtransistoren, die matrixförmig auf einem transparenten,
isolierenden Substrat angeordnet sind; transparente
Bildelementelektroden, die mit den Sourceelektroden der
Dünnfilmtransistoren auf einer eins-zu-eins Grundlage verbunden sind;
Abtastsignalleitungen zu den Gateelektroden der
Dünnfilmtransistoren auf der Basis einer Zeile oder Spalte, um den
Dünnfilmtransistoren Signale zuzuführen; und Datensignalleitungen, die
mit der Drainelektrode der Dünnfilmtransistoren auf der
Grundlage einer Zeile oder Spalte verbunden sind, um den
Dünnfilmtransistoren Datensignale zuzuführen. Ein zweites Substrat,
auf dem mindestens eine entgegengesetzte Elektrode gebildet
ist, das sie zu den Bildelementelektroden zuweist, ist
angeordnet, damit es der Dünnfilmtransistortafel mit einem
bestimmten Abstand beabstandet gegenüber ist, wobei
Flüssigkristall zwischen diesen Substraten versiegelt ist. Bei der
Dünnfilmtransistortafel sind mindestens die Elektroden der
Dünnfilmtransistoren, die auf dem Substrat gebildet sind, und die
Signalleitungen, die mit den Elektroden verbunden sind, aus
titanenthaltendem Aluminium hergestellt. In dem Fall von
rückwärts versetzten Dünnfilmtransistoren werden die
Gateelektroden und die Abtastsignalleitungen aus titanenthaltendem
Aluminium hergestellt. Somit weisen die Gateelektroden und die
Abtastsignalleitungen niedrige Widerstände auf, wodurch die
Betriebseigenschaften der Dünnfilmtransistoren verbessert
werden. Der verringerte Widerstand der Abtastsignalleitungen
verhindert, daß Abtastsignale verzögert werden, was ein klares
Bild der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung und einen stabilen
Betrieb ergibt.
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Der Titangehalt des titanenthaltenden Aluminiums, das für die
Elektrode oder Elektroden auf dem Substrat verwendet wird,
wird ausgewählt, wobei die Beziehung zwischen der
Erwärmungstemperatur des Substrats bei den Herstellungsschritten
der Dünnfilmtransistortafel und dem zulässigen
Verdrahtungswiderstand der Abtastsignalleitungen und/oder
Datensignalleitungen berücksichtigt wird, der bei der Anzeigegröße der
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung gefordert wird. Eine
Wärmebehandlung von Substraten bei hoher Temperatur benötigt einen
größeren Titangehalt. Jedoch verringert eine Zunahme des
Titangehalts den Widerstand, so daß die obere Grenze für den
Bereich festgelegt wird, tn dem der Verdrahtungswiderstand
liegt, der bei der Anzeigegröße verlangt wird.
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Wie es oben beschrieben worden ist sind bei dieser Erfindung,
da mindestens die Elektrode oder Elektroden auf dem Substrat
aus titanenthaltendem Aluminium gebildet sind, die Widerstände
der Dünnfilmtrans istorelektroden und Signalleitungen niedrig,
wodurch die Betriebseigenschaften der
Dünnfilmtransistorelemente und der Tafel verbessert werden.
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Diese Erfindung kann vollständiger aus der folgenden, ins
einzelne gehenden Beschreibung verstanden werden, wenn sie in
Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird, in
denen:
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Fig. 1 eine Schnittansicht einer herkömmlichen
Dünnfilmtransistorstruktur ist;
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Fig. 2 eine Schnittansicht einer anderen herkömmlichen
Dünnfilmtransistorstruktur ist;
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Fig. 3 ein zeitdiagramm ist, das den Startzeitpunkt der
Zuführung des Prozeßgases und den Startzeitpunkt der
HF Entladung zeigt;
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Fig. 4 eine schematische Ansicht ist, die eine Anordnung
einer chemischen Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung
zeigt, die bei einem herkömmlichen
Herstellungsverfahren für Dünnfilmtransistoren verwendet wird;
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Fig. 5 eine Draufsicht auf eine
Dünnfilmtransistor-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung ist, die eine erste
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;
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Fig. 6 eine Schnittansicht ist, die entlang der Linie VI-VI
der Fig. 5 genommen ist;
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Fig. 7 eine vergrößerte Schnittansicht eines
Dünnfilmtransistors ist, der bei der ersten Ausführungsform
verwendet wird;
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Fig. 8 ein Diagramm der Buckelerzeugung ist, das
buckelerzeugende Bereiche und keine buckelerzeugenden
Bereiche in dem Diagramm mit dem Titangehalt des
titanenthaltenden Aluminiums als Funktion der
Wärmebehandlungstemperatur darstellt;
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Fig. 9 Buckelerzeugungszustände auf der Oberfläche des
titanenthaltenden Aluminiums bei verschiedenen
Titangehalten darstellt, wenn das titanenthaltende
Aluminium bei Temperaturen im Bereich von 250 bis
270ºC wärmebehandelt wird;
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Fig. 10 eine vergrößerte Schnittansicht für einen
Dünnfilmtransistor ist, der bei einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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Fig. 11 Buckelerzeugungszustände auf der Oberfläche des
titanenthaltenden Aluminiums bei verschiedenen
Titangehalten darstellt, wenn das titanenthaltende
Aluminium bei Temperaturen im Bereich von 350 bis
370ºC wärmebehandelt wird;
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Fig. 12 eine vergrößerte Schnittansicht eines
Dünnfilmtransistors ist, der bei einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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Fig. 13A bis 13F Schnittansichten sind, die die
Herstellungsreihenfolge der vierten Ausführungsform der Fig. 12
darstellt;
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Fig. 14 eine Schnittansicht ist, die eine schematische
Anordnung einer chemischen
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung zeigt, die bei der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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Fig. 15 ein Histogramm ist, das das Durchbruchsprüfergebnis
eines dünnen Films auf Siliciumbasis zeigt, der mit
dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt
worden ist;
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Fig. 16 ein Histogramm ist, das das Durchbruchsprüfergebnis
eines dünnen Films auf Siliciumbasis zeigt, der
durch das gleiche Verfahren wie bei dem Stand der
Technik hergestellt worden ist;
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Fig. 17 eine Draufsicht ist, die eine Prüfprobe beim
Durchbruchstest der Fig. 15 und 16 zeigt;
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Fig. 18 eine Schnittansicht ist, die die in Fig. 17 gezeigte
Prüfprobe zeigt;
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Fig. 19 eine graphische Darstellung ist, die eine Beziehung
zwischen einer Defektauftretungsdichte und einem
Zusammensetzungsverhältnis eines dünnen Films auf
Siliciumbasis zeigt, der mit dem Verfahren der
vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist;
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Fig 20 ein Zeitdiagramm ist, das eine Beziehung zwischen
einem Startzeitpunkt der Zuführung des Prozeßgases
und einem Startzeitpunkt der HF Entladung bei dem
Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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Fig. 21 eine graphische Darstellung ist, die eine Beziehung
zwischen einer Filmbildungszeit und einer Filmdicke
bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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Fig. 22 ein Zeitdiagramm ist, das eine Beziehung zwischen
einem Startzeitpunkt der Zuführung des Prozeßgases
und einem Startzeitpunkt der HF Entladung zeigt,
wenn ein Film, der von dem durch das
Herstellungsverfahren der Fig. 20 verschieden ist, durch das
Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung
gebildet werden soll;
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Fig. 23 ein Zeitdiagramm ist, das eine Beziehung zwischen
einem Startzeitpunkt der Zuführung des Prozeßgases
und einem Startzeitpunkt der HF Entladung zeigt,
wenn ein Film, der von dem durch das Verfahren der
Fig. 22 hergestellten, verschieden ist, durch das
Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung
gebildet werden soll;
-
Fig. 24 ein Zeitdiagramm ist, das eine Beziehung zwischen
einem Startzeitpunkt der Zuführung des Prozeßgases
und einem Startzeitpunkt der HF Entladung zeigt,
wenn ein Film, der von dem durch das Verfahren der
-
Fig. 23 hergestellten, verschieden ist, durch das
Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung
gebildet werden soll;
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Fig. 25 ein Zeitdiagramm ist, das einen Startzeitpunkt der
HF Entladung und einen Zustand der HF
Entladungsenergiezuführung bei einem Herstellungsverfahren der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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Fig. 26 ein Zeitdiagramm ist, das einen Startzeitpunkt der
HF Entladung und den Zustand der HF
Entladungsenergiezuführung zeigt, wenn ein Film, der von einem mit
dem Herstellungsverfahren der Fig. 25 gebildeten
Film unterschiedlich ist, durch das
Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung gebildet werden
soll;
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Fig. 27 ein Zeitdiagramm ist, das einen Startzeitpunkt der
HF Entladung und den Zustand der HF
Entladungsenergiezuführung zeigt, wenn ein Film, der von einem mit
dem Herstellungsverfahren der Fig. 26 gebildeten
Film unterschiedlich ist, durch das
Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung gebildet werden
-
Fig. 28 ein Zeitdiagramm ist, das einen Startzeitpunkt der
HF Entladung und den Zustand der HF
Entladungsenergiezuführung zeigt, wenn ein Film, der von einem mit
dem Herstellungsverfahren der Fig. 27 gebildeten
Film unterschiedlich ist, durch das
Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung gebildet werden
soll;
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Fig. 29 eine Schnittansicht ist, die eine Struktur eines
Dünnfilmtransistors zeigt, der durch das Verfahren
der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist;
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Fig. 30A, 30B, 30C und 30D Schnittansichten sind, die Schritte beim Herstellen
des Dünnfilmtransistors zeigen, der in Fig. 29
gezeigt ist;
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Fig. 31 eine schematische Ansicht einer chemischen Plasma-
Dampfabscheidungsvorrichtung ist, die bei dem
Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung
verwendet wird;
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Fig. 32 eine Schnittansicht einer Struktur eines
Dünnfilmtransistors ist, der durch das Verfahren der
vorliegenden Erfindung hergestellt ist und von demjenigen,
der in Fig. 31 gezeigt ist, verschieden ist;
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Fig. 33 eine Schnittansicht einer Struktur eines
Dünnfilmtransistors ist, der durch das Verfahren der
vorliegenden Erfindung hergestellt ist und von demjenigen,
der in Fig. 32 gezeigt ist, verschieden ist;
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Fig. 34 eine Schnittansicht einer Struktur eines
Dünnfilmtransistors ist, der durch das Verfahren der
vorliegenden Erfindung hergestellt ist und von demjenigen,
der in Fig. 33 gezeigt ist, verschieden ist;
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Fig. 35 eine graphische Darstellung ist, die die
I-V-Kennlinie eines Dünnfilmtransistors zeigt, der mit dem
Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt
ist; und
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Fig. 36 eine graphische Darstellung ist, die die
I-V-Kennlinie des in Fig. 33 gezeigten Dünnfilmtransistors
zeigt.
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Auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nehmend, werden die
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert.
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Die Fig. 5 bis 7 zeigen eine erste Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Fig. 5 ist eine Draufsicht auf eine
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit aktiver Matrix, die
Dünnfilmtransistoren der vorliegenden Erfindung verwendet. Fig. 6 ist
eine Schnittansicht der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung.
Fig. 7 ist eine Schnittansicht von einem der
Dünnfilmtransistoren.
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In den Fig. 5 und 6 sind auf einem ersten Substrat 101 aus
einem transparenten, isolierenden Material, wie Glas,
Dünnfilmtransistoren 102 und transparente Bildelementelektroden 103,
die mit einzelnen Dünnfilmtransistoren 102 verbunden sind, als
Matrix angeordnet. Zwischen den Bildelementelektroden 103
laufen Abtastsignalleitungen 104 in der Zeilenrichtung, um die
Gateelektroden der Dünnfilmtransistoren 102 auf einer Zeilen-
Grundlage zu verbinden. Zwischen den Bildelementelektroden 103
gibt es auch Datensignalleitungen 104, die in Spaltenrichtung
verlaufen, um die Drainelektroden der Dünnfilmtransistoren auf
einer Spalten-Grundlage zu verbinden. Alle diese Bauteile
bilden eine Dünnfilmtransistortafel. Die Bildelementelektroden
103, die Signalleitungen 104 und 105 und die
Dünnfilmtransistoren 102 sind mit einem Ausrichtungsfilm 106 überdeckt, der
über das gesamte erste Substrat 101 ausgebildet ist.
Entgegengesetzte Elektroden 108, die zu den Bildelementelektroden 103
weisen, sind auf der Oberfläche eines zweiten Substrats 107
gebildet, das zu dem ersten Substrat mit einem bestimmten
Abstand beabstandet weist. Auf dem zweiten Substrat 107 ist ein
Ausrichtungsfilm 109 so gebildet, daß er die gesamten
Oberflächen
der entgegengesetzten Elektroden 108 überdeckt. Das erste
und zweite Substrat 101 und 107 sind miteinander mit einem
bestimmten Abstand beabstandet verbunden, wobei ein
Dichtungselement 110 verwendet wird. Zwischen diesen Substraten ist
Flüssigkristallmaterial 111 eingefüllt.
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In Fig. 7, die eine Schnittansicht von einem der
Dünnfilmtransistoren zeigt, umfaßt der Dünnfilmtransistor 102: Eine
Gateelektrode 112 und eine Abtastsignalleitung 104, die auf dem
ersten Substrat 101 gebildet sind, einen transparenten SiN
Gateisolierfilm 113, der auf dem ersten Substrat 101 so
gebildet ist, daß er die Gateelektrode 112 und die
Abtastsignalleitung 104 überdeckt, eine a-Si Halbleiterschicht 114, die auf
dem Gateisolierf um 113 so gebildet ist, daß sie der
Gateelektrode 112 zugewandt ist, und Source- und Drainelektroden 116
und 117, die über beiden Rändern der Halbleiterschicht 114
mittels einer n&spplus;-a-Si (störstellendotiertes, amorphes Silicium
vom n-Typ) ohm'schen Kontaktschicht 115 (nachfolgend als eine
Kontaktschicht bezeichnet) gebildet ist. Die Sourceelektrode
116 ist mit einer Bildelementelektrode 103 verbunden, die aus
einem transparenten, leitenden Film, wie ITO, hergestellt ist.
Die Bildelementelektrode 103 ist auf der Gateisolierschicht
113 so gebildet, daß ein Ende der Elektrode 103 die
Sourceelektrode 116 zur elektrischen Verbindung überlappen kann. Die
Halbleiterschicht 114, die Source- und Drainelektroden 116 und
117 sind mit einem SiN isolierenden Zwischenfum 118
überdeckt, der über dem gesamten Bereich gebildet ist, in dem die
Datensignalleitungen 105 gebildet sind. Die Datensignalleitung
105 ist auf dem isolierenden Zwischenfilm 118 gebildet und mit
der Drainelektrode 117 durch ein Kontaktioch 118a verbunden,
das in dem isolierenden Zwischenschichtfilm 118 gebildet ist.
Die Datensignalleitung 105 ist mit einem SiN Schutzisolierfilm
119 überdeckt.
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Die Gateelektrode 112 und die Abtastsignalleitung 104 sind aus
titanenthaltendem Aluminium mit einem Titangehalt von 2,2
Gew.-% oder mehr hergestellt. Bei dieser Ausführungsform ist
die Datensignalleitung 105 auch aus titanenthaltendem
Aluminium mit einem Titangehalt von 2,2 Gew.-% oder mehr
hergestellt. Die Source- und Drainelektrode 116 und 117 sind aus
einem Metall gebildet, das einen guten ohm'schen Kontakt mit
der n&spplus;-a-Si Kontaktschicht 115 aufweist, wie Cr.
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Bezug nehmend auf Tabelle 2 wird das Herstellungsverfahren des
Dünnfilmtransistors nun beschrieben.
Tabelle 2
Schritt
gebildeter Film
Vorrichtung zur Filmbildung
Filmmaterial
Temperatur zur Filmbildung
Gateelektrode und Verdrahten
Gate-Isolierfilm
Halbleiterschicht
Kontaktschicht
Sourc-/Drain-Elektroden
Bildelementelektrode
isolierende Zwischenschicht
Verdrahtung des Drain
Schutzisolierschicht
Verdampfung oder Zerstäubung
chemisches Dampfabscheidungsplasma
Ti-enthaltendes Al mit 2,2 Gew.-% oder mehr
ungefähr 250ºC
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[Schritt 1]
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Zuerst wird auf dem Glassubstrat 101 ein Gatemetallfilm aus
titanenthaltendem Aluminium mit einem Titangehalt von 2,2
Gew.-% oder mehr innerhalb des Temperaturbereiches von 100 bis
200ºC gebildet, wobei eine Verdampfungs- oder
Zerstäubungsvorrichtung verwendet wird. Der Gatemetallfilm wird als Muster so
ausgebildet, daß er die Gateelektrode 112 und eine
Abtastsignalleitung 104 bildet.
-
[Schritt 2]
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Dann wird auf dem Substrat 101 ein SiN Film innerhalb des
Temperaturbereiches von 250 bis 270ºC mit der HF
Entladungsenergiedichte im Bereich von 60 bis 100 mW/cm² gebildet, wobei die
chemische Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet wird,
um die Gateisolierschicht 113 zu erzeugen.
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[Schritt 3]
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Als nächstes wird der Gateisolierfilm (SiN Film) 113, eine
a-Si (amorphes Silicium) Schicht aus hydriertem a-Si (a-Si:H)
als die Halbleiterschicht 114 bei einer Temperatur von
ungefähr 250ºC mit der HF Entladungsenergiedichte im Bereich von
40 bis 50 mW/cm² gebildet, wobei die chemische
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet wird. Der Grund, warum die
a-Si Schicht bei ungefähr 250ºC gebildet wird, ist, daß eine
höhere Filmbildungstemperatur den Wasserstoffgehalt in der
a-Si Schicht verringert, wodurch die Halbleitereigenschaften
verschlechtert werden.
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[Schritt 4]
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Als nächstes wird eine n&spplus;-a-Si Schicht auf der a-Si Schicht
als die Kontaktschicht 115 unter den gleichen Bedingungen wie
jenen für die a-Si Schicht gebildet (eine
Filmbildungstemperatur von ungefähr 250ºC mit der HF Entladungsenergiedichte im
Bereich von 40 bis 50 mW/cm²), wobei die chemische Plasma-
Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet wird.
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Dann wird auf der n&spplus;-a-Si Schicht ein Source- und
Drainmetallfilm, aus beispielsweise Cr, innerhalb des Temperaturbereiches
von 100 bis 200ºC gebildet, wobei die Verdampfungs- oder
Zerstäubungsvorrichtung verwendet wird. Danach werden der
Sourceund Drainmetallf ilm und die darunterliegende n&spplus;-a-Si Schicht
und eine a-Si Schicht so als Muster ausgebildet, daß eine
Halbleiterschicht 114 gebildet wird, und dann werden der
Source- und Drainmetallfilm und die n&spplus;-a-Si Schicht zu
Sourceund Drainelektroden 116 und 117 getrennt.
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[Schritt 6]
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Als nächstes wird ein transparenter, leitender Film, wie ein
ITO Film, der als Bildelementelektrode 103 dient, innerhalb
des Temperaturbereiches von 100 bis 200ºC gebildet, wobei die
Verdampfungs- oder Zerstäubungsvorrichtung verwendet wird.
Dann wird der ITO Film mit einem Muster ausgebildet, um die
Bildelementelektrode 103 zu erzeugen, von der ein Rand die
Sourceelektrode 116 überlappt.
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Als nächstes wird ein SiN Film als der isolierende
Zwischenschichtfilm 118, der die Abtastsignalleitung 104 von der
Datensignalleitung 105 isoliert, unter den gleichen
Bedingungen wie jenen für den Gateisolierfilm 113 gebildet (der
Filmbildungstemperaturbereich von 250 bis 270ºC mit der HF
Entladungsenergiedichte im Bereich von 60 bis 100 mW/cm²), wobei
die Plasmavorrichtung verwendet wird. Danach wird das
Kontaktloch 118a, das die Drainelektrode 117 erreicht, in dem
isolierenden Zwischenschichtfilm 118 hergestellt.
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[Schritt 8]
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Dann wird auf dem isolierenden Zwischenschichtfilm 118 ein
Drainverbindungsmetallfilm aus titanenthaltendem Aluminium mit
einem Titangehalt von 2,2 Gew.-% oder mehr innerhalb des
Temperaturbereiches von 100 bis 200ºC gebildet, wobei die
Verdampfungs- oder Zerstäubungsvorrichtung verwendet wird. Danach
wird der Drainverbindungsmetallfilm als Muster ausgebildet, um
die Datensignalleitung 105 zu erzeugen, die mit der
Drainelektrode 117 bei dem Kontaktloch 118a verbunden ist.
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Als nächstes wird ein SiN Film als ein Schutzisolierfilm 119
in dem Temperaturbereich von 250 bis 270ºC mit der HF
Entladungsenergiedichte im Bereich von 60 bis 100 mW/cm² gebildet,
wobei die chemische Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung
verwendet wird. Dies stellt den Dünnfilmtransistor fertig.
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Bei diesem Dünnfilmtransistor sind die Gateelektrode 112 und
die Abtastsignalleitung 104, die vor der Bildung des
Gateisolierfilms 113 gebildet werden, aus titanenthaltendem Aluminium
statt aus reinem Al hergestellt Der spezifische Widerstand
des titanenthaltenden Aluminiums ist etwas höher als der von
reinem Al, aber viel niedriger als jener von herkömmlich
verwendeten Metallen mit hohem Schmelzpunkt, wie Cr, T oder Mo.
Deshalb kann die Verwendung von titanenthaltendem Aluminium
für die Elektroden die Betriebseigenschaften des
Dünnfilmtransistors verbessern.
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Ferner ermöglicht die Verwendung von titanenthaltendem
Aluminium für die Gateelektrode 112 und die Abtastsignalleitung 104
weniger rauhe Filmoberflächen während der Filmbildung und
einer nachfolgenden Wärmebehandlung wegen des Vorhandenseins von
Ti. Deshalb werden, indem der Titangehalt des
titanenthaltenden Aluminiums gemäß der Filmbildungstemperatur des
Gateisolierf ilms 113, der nach der Bildung der Gateelektrode 112
gebildet wird, und der Abtastsignalleitung 104 ausgewählt wird,
Buckel auf den Oberflächen der Gateelektrode 112 und der
Abtastsignalleitung 104 (titanenthaltendes Aluminium) während
der Bildung des Gateisolierfilms 113 nicht auftreten.
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Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen dem Titangehalt des
titanenthaltenden Aluminiums und den Wärmebehandlungstemperaturen,
bei denen Buckel in dem titanenthaltenden Aluminiumfilm
auftreten. In Fig. 8 treten beispielsweise bei titanenthaltendem
Aluminium mit einem Titangehalt von 2,2 Gew.-% keine Buckel
durch eine Wärmebehandlung bei 270ºC oder weniger auf, wobei
aber bei höheren Temperaturen als diese Buckel erscheinen. Bei
titanenthaltenden Aluminium mit einem Titangehalt von 3,
Gew.-% erscheinen keine Buckel durch eine Wärmebehandlung bei
320ºC oder weniger, aber bei Temperaturen die höher als diese
sind, erscheinen Buckel. Ferner treten bei titanenthaltendem
Aluminium mit einem Titangehalt von 4,2 Gew.-% keine Buckel
durch eine Wärmebehandlung bei 370ºC oder niedriger auf,
jedoch erscheinen Buckel bei Temperaturen höher als diese. In
Fig. 8 gibt der schraffierte Bereich einen undefinierten
Bereich an, wo es schwierig ist, das Vorhandensein oder Fehlen
von Buckeln zu bestimmen.
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Wie es oben angegeben worden ist, hängt das Vorhandensein oder
Fehlen von Buckeln nach einer Wärmebehandlung des
titanenthaltenden Aluminiumfilms von dem Titangehalt des
titanenthaltenden Aluminiumfilms und der Wärmebehandlungstemperatur ab (die
Filmbildungstemperatur für den Gateisolierfilm 113).
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Fig. 9 zeigt, wie Buckel nach der Wärmebehandlung des
titanenthaltenden Aluminiumfilms stattfinden, wenn der
Gateisolierfilm 113 innerhalb des Temperaturbereiches von 250 bis 270ºC
wie bei der obigen Ausführungsform gebildet wird. Was hier
dargestellt ist, sind die Meßergebnisse der
Oberflächenzustände des Films nachdem ein reiner Aluminiumfilm und
verschiedene titanenthaltende Aluminiumfilme mit
unterschiedlichem Titangehalt innerhalb des Bereiches von 250 bis 270ºC
wärmebehandelt worden sind. Die Wärmebehandlung wurde gemacht,
indem ein Substrat erwärmt wird, auf dem ein reiner
Aluminiumfilm oder ein titanenthaltender Aluminiumfilm mit der
chemischen Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung auf die gleiche
Weise wie bei der Bildung der Gateisolierschicht 113 gebildet
worden ist.
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Wie es in Fig. 9 gezeigt ist, hat der reine Aluminiumfilm mit
0% Titangehalt im wesentlichen rauhe Filmoberflächen nach
einer Wärmebehandlung innerhalb des Bereiches von 250 bis 270ºC,
wodurch Buckel a in hoher Zahl auftreten konnten. Bei einem
titanenthaltenden Aluminiumfilm mit einem Titangehalt von 1,3
Gew.-% war die Filmoberfläche viel weniger rauh als die des
reinen Aluminiumfilms, wobei aber einige Buckel a beobachtet
wurden. Im Gegensatz dazu war bei einem titanenthaltenden
Aluminiumfilm mit einem Titangehalt von 2,2 Gew.-% die
Filmoberfläche nahezu glatt und es konnten überhaupt keine Buckel
beobachtet werden. Dies gilt auch für titanenthaltende
Aluminiumfilme
mit einem Titangehalt von 2,7 Gew.-% und 5,6 Gew.-%.
Es hat sich herausgestellt, daß, je mehr Titan der
Aluminiumfilm enthält, desto glatter wird die Filmoberfläche.
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Da bei der Ausführungsform die Gateisolierschicht 113
innerhalb des Temperaturbereiches von 250 bis 270ºC gebildet wird
und die Gateelektrode 112 und die Abtastsignalleitung 104 aus
titanenthaltendem Aluminium mit einem Titangehalt von 2,2
Gew.-% oder mehr hergestellt worden sind, treten keine Buckel
auf der Oberfläche der Gateelektrode 112 und der
Abtastsignalleitung 104 während der Bildung des Gateisolierfilms 113 auf.
Dies verhindert, daß durch Buckel hervorgerufene Defekte in
dem Gateisolierfilm 113 erscheinen. Bei der Ausführungsform
werden nach der Bildung des Gateisolierfilms 113 die
Halbleiterschicht (a-Si Schicht) 114 und die Kontaktschicht (n&spplus;-a-Si
Schicht) 115 gebildet, worauf die Bildung des isolierenden
Zwischenschichtfilms 118 und des Schutzisolierfilms 119 (beide
als ein SiN Film hergestellt) folgt. Da die Halbleiterschicht
114 und die Kontaktschicht 115 bei ungefähr 250ºC gebildet
werden, und der isolierende Zwischenschichtfilm 118 und der
Schutzisolierfilm 119 innerhalb des Temperaturbereiches von
250 bis 270ºC gebildet werden, der gleichen Temperatur wie
diejenige, bei der der Gateisolierfilm 113 gebildet wird,
treten keine Buckel auf den Oberflächen der Gateelektrode 112 und
der Abtastsignalleitung 104 zum Zeitpunkt der Bildung dieser
Filme auf.
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Obgleich es in Fig. 9 nicht gezeigt ist, hat ein
titanenthaltender Aluminiumfilm mit einem Titangehalt von 2,0 Gew.-%
nahezu keine Rauhigkeit auf der Filmoberfläche und es wurden
überhaupt keine Buckel gefunden. Aus diesem Grund sind
titanenthaltende Aluminiumfilme mit einem Titangehalt von 2,
Gew.-% oder mehr ausreichend für eine Wärmebehandlung
innerhalb des Temperaturbereiches von 250 bis 270ºC. Bei der
Ausführungsform wurden jedoch sicherheitshalber titanenthaltende
Aluminiumfilme mit einem Titangehalt von 2,2 Gew.-% oder mehr
verwendet. Der titanenthaltende Aluminiumfilm hat einen
besseren Oberflächenzustand nach der Wärmebehandlung, wenn
sein Titangehalt zunimmt. Da eine Zunahme des Titangehalts zu
einer Zunahme des Widerstands des titanenthaltenden
Aluminiumfilms führt, ist es wünschenswert, den Titangehalt so
klein wie möglich zu machen. Die Filmbildungstemperatur des
Gateisolierfilms 113, des isolierenden Zwischenschichtfilms
118 und des Schutzisolierfilms 119 können niedriger als 250ºC
sein Jedoch wird die Halbleiterschicht 114 bei ungefähr 250ºC
gebildet, um gute Halbleitereigenschaften und Filmqualität zu
erhalten, so daß die Gateelektrode 112 und die
Abtastsignalleitung 104 auf ungefähr 250ºC während der Bildung der
Halbleiterschicht 114 unabhängig von den Isolierfilmen 113 und 118
erwärmt werden, die bei einer Filmbildungstemperatur von
weniger als 250ºC gebildet werden. Deshalb ist es notwendig,
den Titangehalt des titanenthaltenden Aluminiumfilms für die
Gateelektrode 112 und die Abtastsignalleitung 104 auf einen
Wert einzustellen, bei dem das Erwärmen auf ungefähr 250ºC
keine Buckel bewirkt. Um dies zu erreichen wurden bei der
Ausführungsform titanenthaltende Aluminiumfilme mit einem
Titangehalt von 2,2 Gew.-% oder mehr verwendet, und der
Gateisolierfilm 113, der isolierende Zwischenschichtfilm 118 und
der Schutzisolierfilm 119 wurden innerhalb des
Temperaturbereiches von 250 bis 270ºC gebildet, der gleich oder etwas
höher als die Fumbildungstemperatur der Halbleiterschicht 113
ist.
-
Da bei der Ausführungsform die HF Entladungsenergiedichte
innerhalb des Bereiches von 60 bis 100 mW/cm² beim Bilden eines
SiN Films, der als der Gateisolierfilm 113 dient, mit der
chemischen Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung gesteuert wird,
ermöglicht die Filmbildungstemperatur von so niedrig wie
ungefähr 250 bis 270ºC, daß der Gateisolierfilm 113 eine
ausreichend hohe Durchbruchsspannung hat.
-
Wenn der Gateisolierfilm aus einem geschichteten Film
hergestellt wird, der aus einer Mehrzahl von Isolierfilmen aus
verschiedenen Materialien besteht, wie ein geschichteter Film aus
einem SiN Film und einem TaOx (Tantaloxid) Film, kann dem
Gateisolierf ilm eine ausreichend hohe Durchbruchsspannung
gegeben werden, indem der Gateisolierfilm innerhalb des
Temperaturbereiches von so niedrig wie 250 bis 270ºC mit einer
erhähten HF Entladungsenergiedichte gebildet wird.
-
Fig. 10 und Tabelle 3 beziehen sich auf eine zweite
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Tabelle 3
Schritt
gebildeter Film
Vorrichtung zur Filmbildung
Filmmaterial
Temperatur zur Filmbildung
Gateelektrode und Verdrahten
Isolierfilm für unteres Gate
Isolierfilm für oberes Gate
Halbleiterschicht
Kontaktschicht
Source-/Drain-Elektroden
Bildelementelektrode
isolierende Zwischenschicht
Verdrahtung des Drain
Schutzisolierschicht
Verdampfung
oder Zerstäubung
chemisches Dampfabscheidungsplasma
Zerstäubung
Ti-enthaltendes Al mit 2,2 Gew.-% oder mehr
ungefähr 250ºC
-
Wie es in Fig. 10 gezeigt ist, ist bei dieser Ausführungsform
der Gateisolierfilm 120 als ein dreischichtiger Film gebildet,
der aus einem unteren Gateisolierfilm 120a, der aus SiN
hergestellt ist, einem mittleren Gateisolierfilm 120b, der aus TaOx
hergestellt ist, und einem oberen Gateisolierfilm 12ºC
besteht, der aus SiN hergestellt ist. Diese Gateisolierfilme
120a, 120b, 120c werden innerhalb des Temperaturbereiches von
250 bis 270ºC mit der HF Entladungsenergiedichte im Bereich
von 120 bis 130 mW/cm² gebildet, wobei die chemische Plasma-
Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet wird. Der
Dünnfilmtransistor dieser Ausführungsform weist die gleiche Anordnung wie
der der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme auf, daß der
Gateisolierfum 120 ein dreischichtiger Film ist, so daß die
gleichen Teile, wie die bei der ersten Ausführungsform durch
die gleichen Bezugszeichen angegeben sind und ihre
Erläuterungen weggelassen werden. Hier werden der isolierende
Zwischenschichtfilm 118 und der Schutzisolierfilm 119 unter den
gleichen Bedingungen wie jenen für die Gateisolierfilme 120a, 120b
und 120c gebildet (der Filmtemperaturbereich von 250 bis 270ºC
mit der HF Entladungsenergiedichte im Bereich von 120 bis 130
mW/cm²). Die Tabelle 3 führt verschiedene Bedingungen auf, die
das Herstellungsverfahren eines Dünnfilmtransistors gemäß der
Ausführungsform betreffen. Der Dünnfilmtransistor wird mit den
folgenden Schritten hergestellt:
-
[Schritt 1]
-
Zuerst wird auf dem Glassubstrat 101 ein Gatemetallfilm aus
titanenthaltendem Aluminium mit einem Titangehalt von 2,2
Gew.-% oder mehr innerhalb des Temperaturbereiches von 100 bis
200ºC gebildet, wobei eine Verdampfungs- oder
Zerstäubungsvorrichtung verwendet wird. Der Gatemetallfilm wird als Muster so
ausgebildet, daß er die Gateelektrode 112 und eine
Abtastsignalleitung 104 bildet.
-
Dann wird auf dem Substrat 101 ein SiN Film innerhalb des
Temperaturbereiches von 250 bis 270ºC mit der HF
Entladungsenergiedichte
im Bereich von 120 bis 130 mW/cm² gebildet, wobei
die chemische Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet
wird, um den unteren Gateisolierfilm 120a zu erzeugen.
-
[Schritt 3]
-
Als nächstes wird auf dem unteren Gateisolierfilm 120a, ein
TaOx Film innerhalb des Temperaturbereiches von 100 bis 200ºC
gebildet, wobei die Zerstäubungsvorrichtung verwendet wird, um
den Isolierfilm 120b des mittleren Gates zu erzeugen.
-
Dann wird auf dem Isolierfilm 120b für das mittlere Gate ein
SiN Film innerhalb des Temperaturbereiches von 250 bis 270ºC
mit der HF Entladungsenergiedichte im Bereich von 120 bis 130
mW/cm² gebildet, wobei die chemische
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet wird, um den oberen Gateisolierfilm 120c
zu erzeugen.
-
[Schritt 5]
-
Als nächstes wird der Gateisolierfilm (SiN Film) 120, eine
a-Si (amorphes Silicium) Schicht aus hydriertem a-Si (a-Si:H)
als die Halbleiterschicht 114 bei einer Temperatur von
ungefähr 250ºC mit der HF Entladungsenergiedichte im Bereich von
40 bis 50 mW/cm² gebildet, wobei die chemische
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet wird.
-
Als nächstes wird eine n&spplus;-a-Si Schicht auf der a-Si Schicht
als die Kontaktschicht 115 unter den gleichen Bedingungen wie
jenen für die a-Si Schicht gebildet (eine
Filmbildungstemperatur von ungefähr 250ºC mit der HF Entladungsenergiedichte im
Bereich von 40 bis 50 mW/cm²), wobei die chemische Plasma-
Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet wird.
-
[Schritt 7]
-
Dann wird auf der n&spplus;-a-Si Schicht ein Source- und
Drainmetallfilm, aus beispielsweise Cr, bei einer Temperatur innerhalb
des Bereiches von 100 bis 200ºC gebildet, wobei die
Verdampfungs- oder Zerstäubungsvorrichtung verwendet wird. Danach
werden der Source- und Drainmetallfilm und die
darunterliegende n&spplus;-a-Si Schicht und die a-Si Schicht so als Muster
ausgebildet, daß eine Halbleiterschicht 114 gebildet wird, und
dann werden der Source- und Drainmetallfilm und die n&spplus;-a-Si
Schicht zu Source- und Drainelektrode 116 und 117 getrennt.
-
[Schritt 8]
-
Als nächstes wird ein transparenter, leitender Film, wie ein
ITO Film, der als Bildelementelektrode 103 dient, innerhalb
des Temperaturbereiches von 100 bis 200ºC gebildet, wobei die
Verdampfungs- oder Zerstäubungsvorrichtung verwendet wird.
Dann wird der ITO Film mit einem Muster ausgebildet, um die
Bildelementelektrode 103 zu erzeugen, von der ein Rand die
Sourceelektrode 116 überlappt.
-
Als nächstes wird ein SiN Film als der isolierende
Zwischenschichtfilm 118, der die Abtastsignalleitung 104 von der
Datensignalleitung 105 isoliert, unter den gleichen
Bedingungen wie jenen für den Gateisolierfilm 113 gebildet (der
Filmbildungstemperaturbereich von 250 bis 270ºC mit der HF
Entladungsenergiedichte im Bereich von 120 bis 130 mW/cm²), wobei
die Plasmavorrichtung verwendet wird. Danach wird das
Kontaktloch 117a, das die Drainelektrode 117 erreicht, in dem
isolierenden Zwischenschichtfilm 118 hergestellt.
-
[Schritt 10]
-
Dann wird auf dem isolierenden Zwischenschichtfilm 118 ein
Drainverbindungsmetallfilm aus titanenthaltendem Aluminium mit
einem Titangehalt von 2,2 Gew.-% oder mehr bei der Temperatur
innerhalb des Bereiches von 100 bis 200ºC gebildet, wobei die
Verdampfungs- oder Zerstäubungsvorrichtung verwendet wird.
Danach wird der Drainverbindungsmetallfilm als Muster
ausgebildet, um die Datensignalleitung 105 zu erzeugen, die mit der
Drainelektrode 117 durch das Kontaktloch 118a hindurch
verbunden ist.
-
[Schritt 11]
-
Als nächstes wird ein SiN Film als ein Schutzisolierfilm 118
in dem Temperaturbereich von 250 bis 270ºC mit der HF
Entladungsenergiedichte im Bereich von 120 bis 130 mW/cm² gebildet,
wobei die chemische Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung
verwendet wird. Dies beendet den Dünnfilmtransistor.
-
Da bei der Ausführungsform die Gateisolierfilme 120a und 120c,
der isolierende Zwischenschichtfilm 118 und der
Schutzisolierfilm 119 innerhalb des Temperaturbereiches von 250 bis 270ºC
gebildet werden, knnen die Gateelektrode 112 und die
Abtastsignalleitung 104 aus titanenthaltendem Aluminium mit einem
Titangehalt von 2,2 Gew.-% oder mehr hergestellt werden. Bei
der Ausführungsform ist der Gateisolierfilm 120 als ein
dreischichtiger Film zusammengesetzt, der aus einem unteren SiN
Gateisolierfilm 120a, einem mittleren TaOx Gateisolierfilm
120b und einem oberen SiN Gateisolierfilm 120c besteht, wobei
der mittlere Gateisolierfilm 120b ein geschlossener
Isolierfilm aus einem sehr gut isolierenden Metalloxid ist. Deshalb
ist, selbst wenn der obere und der untere Gateisolierfilm
120a, 120c Filme mit niedrigen Durchbruchsspannungen sind, die
innerhalb des Temperaturbereiches von 250 bis 270ºC mit der HF
Entladungsenergiedichte im Bereich von 120 bis 130 mW/cm²
hergestellt worden sind, die gesamte Durchbruchsspannung des
dreischichtigen Films ausreichend hoch, der aus den
Gateisolierfilmen 120a, 120b und 120c zusammengesetzt ist.
-
[eine dritte Ausführungsform]
-
Während bei der ersten und der zweiten Ausführungsform der
Gateisolierfilm 112 oder 120, der isolierende
Zwischenschichtfilm 118 und der Schutzisolierfilm 119 in dem
Temperaturbereich von 250 bis 270ºC gebildet werden, können sie in dem
höheren Temperaturbereich von 350 bis 370ºC gebildet werden.
-
Tabelle 4 führt verschiedene Bedingungen auf, die die
Herstellungssschritte für eine dritte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung betreffen. Bei dieser Ausführungsform wird der
Gateisolierfilm innerhalb des Temperaturbereiches von 350 bis
370ºC gebildet.
Tabelle 4
Schritt
gebildeter Film
Vorrichtung zur filmbildung
Filmmaterial
Temperatur zur Filmbildung
Gateelektrode und Verdrahten
Gate-Isolierfilm
Halbleiterschicht
Kontaktschicht
Source-/Drain-Elektroden
Bildelementelektrode
isolierende Zwischenschicht
Verdrahtung des Drain
Schutzisolierschicht
Verdampfung oder Zerstäubung
chemisches Dampfabscheidungsplasma
Ta-enthaltendes Al mit 2,2 Gew.-% oder mehr
ungefähr 250ºC
-
Der Dünnfilmtransistor dieser Ausführungsform hat die gleiche
Anordnung wie diejenige der ersten Ausführungsform der Fig. 7,
so daß seine Erläuterung weggelassen wird Wenn der
Gateisolierfilm bei einer hohen Temperatur im Bereich von 350 bis
370ºC gebildet wird, wie bei dieser Ausführungsform, können
die Gateelektrode und die Gateverbindungen aus
titanenthaltendem Aluminium mit einem Titangehalt von 4,2 Gew.-% oder mehr
(es wird auf Fig. 8 Bezug genommen) hergestellt werden.
-
Der Dünnfilmtransistor wird mit den folgenden, unten
beschriebenen Schritten hergestellt. Die gleichen Filme wie jene in
Fig. 7 werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
-
[Schritt 1]
-
Zuerst wird auf dem Glassubstrat 101 ein Gatemetallfilm aus
titanenthaltendem Aluminium mit einem Titangehalt von 4,2
Gew.-% oder mehr innerhalb des Temperaturbereiches von 100 bis
200ºC gebildet, wobei die Verdampfungs- oder
Zerstäubungsvorrichtung verwendet wird. Der Gatemetallfilm wird als Muster so
ausgebildet, daß er die Gateelektrode 112 und eine
Abtastsignalleitung 104 bildet.
-
[Schritt 2]
-
Dann wird auf dem Substrat 101 ein SiN Film innerhalb des
Temperaturbereiches von 350 bis 370ºC mit der HF
Entladungsenergiedichte im Bereich von 120 bis 130 mW/cm² gebildet, wobei
die chemische Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet
wird, um die Gateisolierschicht 113 zu erzeugen. Der
Gateisolierfilm 113 ist von geschlossener Qualität und seine
Durchbruchsspannung ist ausreichend hoch, weil er innerhalb des
Temperaturbereiches von 350 bis 370ºC gebildet worden ist.
-
Als nächstes werden der Gateisolierfilm (SiN Film) 113, eine
a-Si (amorphes Silicium) Schicht aus hydriertem a-Si (a-Si:H)
als die Halbleiterschicht 114 bei einer Temperatur von
ungefähr 250ºC mit der HF Entladungsenergiedichte im Bereich von
40 bis 50 mW/cm² gebildet, wobei die chemische
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet wird.
-
[Schritt 4]
-
Als nächstes wird eine n&spplus;-a-Si Schicht auf der a-Si Schicht
als die Kontaktschicht 115 unter den gleichen Bedingungen wie
jenen für die a-Si Schicht gebildet (eine
Filmbildungstemperatur von ungefähr 250ºC mit der HF Entladungsenergiedichte im
Bereich von 40 bis 50 mW/cm²), wobei die chemische Plasma-
Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet wird.
-
Dann wird auf der n&spplus;-a-Si Schicht ein Source- und
Drainmetallfilm, aus beispielsweise Cr, innerhalb des Temperaturbereiches
von 100 bis 200ºC gebildet, wobei die Verdampfungs- oder
Zerstäubungsvorrichtung verwendet wird. Danach werden der
Sourceund Drainmetallfilm und die darunterliegende n&spplus;-a-Si Schicht
und die a-Si Schicht so als Muster ausgebildet, daß eine
Halbleiterschicht 114 gebildet wird, und dann werden der
Sourceund Drainmetallfilm und die n&spplus;-a-Si Schicht zu Source- und
Drainelektrode 116 und 117 getrennt.
-
[Schritt 6]
-
Als nächstes wird ein transparenter, leitender Film, wie ein
ITO Film, der als Bildelementelektrode 103 dient, innerhalb
des Temperaturbereiches von 100 bis 200ºC gebildet, wobei die
Verdampfungs- oder Zerstäubungsvorrichtung verwendet wird.
Dann wird der ITO Film mit einem Muster ausgebildet, um die
Bildelementelektrode 103 zu erzeugen, von der ein Rand die
Sourceelektrode 116 überlappt.
-
Als nächstes wird ein SiN Film als der isolierende
Zwischenschichtfilm 118, der die Abtastsignalleitung 104 von der
Datensignalleitung 105 isoliert, unter den gleichen
Bedingungen wie jenen für den Gateisolierfilm 113 gebildet (der
Filmbildungstemperaturbereich von 350 bis 370ºC mit der HF
Entladungsenergiedichte im Bereich von 120 bis 130 mW/cm², wobei
die Plasmavorrichtung verwendet wird. Danach wird das
Kontaktloch 118a, das die Drainelektrode 117 erreicht, in dem
isolierenden Zwischenschichtfilm 118 hergestellt.
-
[Schritt 8]
-
Dann wird auf dem isolierenden Zwischenschichtfilm 118 ein
Drainverbindungsmetallfilm aus titanenthaltendem Aluminium mit
einem Titangehalt von 4,2 Gew.-% oder mehr innerhalb des
Temperaturbereiches von 100 bis 200ºC gebildet, wobei die
Verdampfungs- oder Zerstäubungsvorrichtung verwendet wird. Danach
wird der Drainverbindungsmetallfilm als Muster ausgebildet, um
die Datensignalleitung 105 zu erzeugen, die mit der
Drainelektrode 117 durch das Kontaktloch 118a hindurch verbunden ist.
-
Als nächstes wird ein SiN Film als ein Schutzisolierfilm 118
in dem Temperaturbereich von 350 bis 370ºC mit der HF
Entladungsenergiedichte im Bereich von 120 bis 130 mW/cm² gebildet,
wobei die chemische Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung
verwendet wird. Dies beendet den Dünnfilmtransistor 102.
-
Bei diesen Ausführungsformen können, da die Gateelektrode 112
und die Abtastsignalleitung 104, die vor der Bildung des
Gateisolierfilms 113 gebildet worden sind, aus titanenthaltendem
Aluminium statt aus reinem Aluminium hergestellt worden sind,
die Betriebseigenschaften des Dünnfilmtransistors verbessert
werden. Ferner sind bei der Ausführungsform die Gateelektrode
112 und die Abtastsignalleitung 104 aus titanenthaltendem
Aluminium mit einem Titangehalt von 4,2 Gew.-% oder mehr
hergestellt, so daß keine Buckel auf den Oberflächen der
Gateelektrode 112 und der Abtastsignalleitung 104 auftreten.
-
Fig. 11 zeigt die Meßergebnisse der Filmoberflächen, nachdem
ein reiner Aluminiumfilm und verschiedene Titan-Aluminiumfilme
mit unterschiedlichem Titangehalt bei Temperaturen im Bereich
von 350 bis 370ºC wärmebehandelt worden sind. Die
Wärmebehandlung wurde gemacht, indem ein Substrat erwärmt wurde, auf dem
ein reiner Aluminiumfilm oder ein titanenthaltender
Aluminiumfilm mit der chemischen Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung
auf die gleiche Weise wie bei der Bildung des Gateisolierfilms
113 gebildet worden ist.
-
Wie es in Fig. 11 gezeigt ist, hatte der reine Aluminiumfilm
mit einem Aluminiumgehalt von 0% äußerst rauhe Filmoberflächen
nach einer Wärmebehandlung im Bereich von 350 bis 370ºC,
wodurch Buckel a in beträchtlich großer Anzahl erscheinen
konnten. Dies gilt im wesentlichen auch für einen
titanenthaltenden Aluminiumfilm mit einem Titangehalt von 1,3 Gew.-%, was zu
der Erzeugung von Buckeln in einer großen Menge führte. Bei
einem titanenthaltenden Aluminiumfilm mit einem Titangehalt
von 3,7 Gew.-% war die Filmoberfläche viel weniger rauh als
die bei dem reinen Aluminiumfilm, aber einige Buckel a wurden
beobachtet. Im Gegensatz dazu war bei einem titanenthaltenden
Aluminiumfilm mit einem Titangehalt von 4,2 Gew.-% die
Filmoberfläche nahezu glatt und es wurden überhaupt keine Buckel
beobachtet. Dies gilt auch für titanenthaltende Aluminiumfilme
mit einem Titangehalt von 10,0 Gew.-%. Es hat sich
herausgestellt, daß, je mehr Titan der Aluminiumfilm enthält, desto
glatter wird die Filmoberfläche.
-
Bei der Ausführungsform entstehen keine Buckel auf den
Oberflächen der Gateelektrode 112 und der Abtastsignalleitung 104
während der Bildung des Gateisolierfilms 113. Dies verhindert,
daß durch Buckel hervorgerufene Defekte in dem Gateisolierfilm
113 erscheinen. Bei der Ausführungsform werden nach der
Bildung des Gateisolierfilms 113 die Haibleiterschicht (a-Si
Schicht) 114 und die Kontaktschicht (n&spplus;-a-Si Schicht) 115
gebildet, worauf die Bildung des isolierenden
Zwischenschichtfilms 118 und des Schutzisolierfilms 119 (beide als ein SiN
Film hergestellt) folgt. Da die Halbleiterschicht 114 und die
Kontaktschicht 115 bei ungefähr 250ºC gebildet werden, und der
isolierende Zwischenschichtf ilm 118 und der Schutzisolierfilm
119 innerhalb des Temperaturbereiches von 350 bis 370ºC
gebildet werden, der gleichen Temperatur wie diejenige, bei der der
Gateisolierfilm 113 gebildet wird, treten keine Buckel an den
Oberflächen der Gateelektrode 112 und der Abtastsignalleitung
104 zum Zeitpunkt der Bildung dieser Filme auf.
-
Obgleich es in Fig. 11 nicht gezeigt ist, hat ein
titanenthaltender Aluminiumfilm mit einem Titangehalt von 4,0 Gew.-%
nahezu keine Rauhigkeit auf der Filmoberfläche und es wurden
überhaupt keine Buckel gefunden. Aus diesem Grund sind
titanenthaltende Aluminiumfilme mit einem Titangehalt von 4,0 Gew.-
% oder mehr ausreichend für eine Wärmebehandlung innerhalb des
Temperaturbereiches von 350 bis 370ºC. Bei der Ausführungsform
wurden jedoch sicherheitshalber titanenthaltende
Aluminiumfilme mit einem Titangehalt von 4,2 Gew.-% oder mehr
verwendet. Der titanenthaltende Aluminiumfilm hat einen besseren
Oberflächenzustand nach der Wärmebehandlung, wenn sein
Titangehalt zunimmt. Da eine Zunahme des Titangehalts zu einer
Zunahme des Widerstands des titanenthaltenden Aluminiumfilms
führt, ist es wünschenswert, den Titangehalt so klein wie
möglich zu machen.
-
Obgleich bei der ersten bis dritten Ausführungsform die
Datensignalleitung 105 aus titanenthaltendem Aluminium hergestellt
ist, kann sie aus einem Metall mit einem hohen Schmelzpunkt,
wie Cr, hergestellt werden, dem gleichen Metall wie das, aus
dem die Source- und Drainelektrode 116 und 118 hergestellt
ist. In diesem Fall können die Source- und Drainelektrode 116
und 118 und die Datensignalleitung 105 durch Musterbildung des
gleichen Metallfilms in einer ähnlichen Weise wie bei der
Bildung der Gateelektrode 112 und der Abtastsignalleitung 104
gebildet werden. Ferner können die Source- und Drainelektrode
116 und 117 aus einem titanenthaltenden Aluminiumfilm
hergestellt werden, dessen Titangehalt in Reaktion auf die
Filmbildungstemperatur für den Gateisolierfilm 113 oder ähnliches
eingestellt wird. In diesem Fall ist es wünschenswert, daß die
Source- und Drainelektrode 116 und 117 zweischichtige Filme
sein sollten, die ein dünner Film aus Metall, wie einen Cr
Film, mit einem guten ohm'schen Kontakt an der Grenzschicht zu
der Kontaktschicht (n&spplus;-a-Si Schicht) 115 sind. Der Metallfilm,
der aus z.B. Cr hergestellt wird, kann äußerst dünn sein. Die
Verwendung eines zweischichtigen Films aus einem
titanenthaltendem Aluminium- und einem Metalldünnfilm, der aus z.B. Cr
hergestellt ist, ergibt eine sehr geringe Zunahme des
Widerstands.
-
Während bei der Ausführungsform die vorliegende Erfindung auf
den umgekehrt versetzten Typ angewendet wird, kann sie auf den
umgekehrten, koplanaren Typ, den versetzten Typ und den
koplanaren Typ angewendet werden. In diesem Fall muß von der
Gateelektrode und der Source- und Drainelektrode mindestens
die untere Elektrode (die Gateelektrode für den umgekehrten
koplanaren Typ und die Source- und Drainelektrode für den
versetzten und koplanaren Typ) die vor der Bildung des
Gateisolierfilms gebildet worden ist, aus titanenthaltendem Aluminium
hergestellt werden.
-
Der obenerwähnte titanenthaltende Aluminiumdünnfilm wird
mittels der Zerstäubungsvorrichtung unter Verwendung eines Ziels
aus titanenthaltendem Aluminium oder eines Ziels aus reinem
Aluminium gebildet, das mit feinen Titanabschnitten
dispergiert worden ist. Das titanenthaltende Aluminiumziel kann
hergestellt werden, indem pulverisiertes Titan mit Aluminium
vermischt wird, die Mischung geschmolzen wird und Walzen und
Schmieden wiederholt werden, so daß sich das Titan während des
Abkühlens nicht trennt. Das Titanmischverhältnis kann auf
einen erwünschten Wert eingestellt werden, indem der Mischwert
für das titanenthaltende Aluminiumziel gesteuert wird, und
indem das Verhältnis des Aussetzungsbereiches der
Titanabschnitte zu dem Aussetzungsbereich des Aluminiums für das Ziel
mit feinen, dispergierten Titanabschnitten gesteuert wird.
-
Der Titangehalt der titanenthaltenden Aluminiumgateelektrode
112 und der Abtastsignalleitung 104 wird in Abhängigkeit von
der Beziehung zwischen der Erwärmungstemperatur des Substrats
bei den Herstellungsschritten für die Dünnfilmtransistortafel
und dem zulässigen Verdrahtungswiderstand der
Abtastsignalleitung und/oder Datensignalleitung ausgewählt, der für die Größe
der Flüssigkristallanzeigeeinrichtung benötigt wird. Der
Titangehalt wird mit der Wärmebehandlungstemperatur des
Substrats erhöht. Ein höherer Titangehalt verringert den
Widerstand, so daß die obere Grenze auf den
Verdrahtungswiderstandsbereich eingestellt wird, der einen Wert einschließt,
der für die Anzeigegröße benötigt wird. Beispielsweise ist, da
titanenthaltendes Aluminium mit einem Titangehalt von 5 Gew.-%
einen spezifischen Widerstand von ungefähr 17 µΩ cm aufweist,
eine Flüssigkristallanzeige von 20-Zoll mit einer Anzahl von
Punkten 640 x 3 horizontal, 480 vertikal möglich, und bis
ungefähr 13-Zoll Flüssigkristalleinrichtungen sind für die
Anzahl von Punkten 1120 x 3 horizontal, 780 vertikal möglich.
-
[Eine vierte Ausführungsform]
-
Die vorliegende Erfindung kann bei einem Dünnfilmtransistor
angewendet werden, der einen zweischichtigen Gateisolierfilm
aufweist. Fig. 12 ist eine Schnittansicht einer vierten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 13A bis 13F
sind Schnittansichten, die den Herstellungsablauf der vierten
Ausführungsform darstellen.
-
In Fig. 12 umfaßt die vierte Ausführungsform eine
Gateelektrode 202, die auf einem Glassubstrat 201 gebildet ist, einen
SiN Gateisolierfilm 203 auf der Gateelektrode 202, eine a-Si
Halbleiterschicht 204 vom i-Typ, die auf dem Gateisolierfilm
203 so gebildet ist, daß sie zu der Gateelektrode 202 weist,
und eine Source- und Drainelektrode 206 und 207, die an beiden
Rändern der Halbleiterschicht 204 vom i-Typ über eine mit
Störstellen vom n-Typ dotierte, a-Si Halbleiterschicht 205 vom
n-Typ gebildet. Oberhalb des Kanalbereiches der
Halbleiterschicht vom i-Typ ist ein SiN Sperrisolierfilm 208 gebildet.
-
Die Gateelektrode 202 ist aus titanenthaltendem Aluminium
hergestellt, und die Oberflächenschicht der Gateelektrode 202 ist
eine anodisch oxidierte Schicht 202a.
-
Die Source- und Drainelektrode 206 und 207 sind beispielsweise
aus Cr hergestellt, das einen guten Kontakt mit der
Halbleiterschicht 205 vom n-Typ aufweist, oder sind zweischichtige
Elektroden, die aus einem leitenden Film mit geringem
Widerstand,
wie einem Aluminiumfilm auf einem Cr Film oder
ähnlichem bestehen.
-
Die Fig. 13A bis 13F zeigen das Herstellungsverfahren des
Dünnfilmtransistors. Der Dunnfilmtransistor wird den unten
beschriebenen Schritten folgend hergestellt.
-
[Schritt 1]
-
Wie es in Fig. 13A gezeigt ist, wird auf dem Glassubstrat 201
eine titanenthaltende Aluminiumgateelektrode 202 gebildet,
indem zuerst ein titanenthaltender Aluminiumfilm auf dem
Glassubstrat 201 mit der Zerstäubungsvorrichtung gebildet wird,
und dann auf dem titanenthaltenden Aluminiumfilm Photoätzen
ausgeführt wird, um das erwünschte Muster zu erzeugen.
-
Der Titangehalt des titanenthaltenden Aluminiumfilms wird in
Abhängigkeit von der Filmbildungstemperatur des
Gateisolierfilms 203 ausgewählt, der nach der Bildung der Gateelektrode
202 gebildet wird.
-
Als nächstes wird, wie es in Fig. 138 gezeigt ist, die
Oberflächenschicht der Gateelektrode 202 anodisch oxidiert, um die
Oberflächenschicht in eine anodisch oxidierte Schicht 202a
umzuwandeln.
-
Das anodische Oxidieren der Gateelektrode 202 wird
durchgeführt, indem das Glassubstrat 201, auf dem die Gateelektrode
202 geformt worden ist, in einen Elektrolyten eingetaucht
wird, so daß die Gateelektrode 202 zu der Kathode weist und
dann eine Spannung über die Gateelektrode 202 an die Kathode
angelegt wird.
-
[Schritt 3]
-
Dann werden, wie es in Fig. 13C gezeigt ist, der
Gateisolierfilm 203, die Halbleiterschicht 204 vom i-Typ und die
Sperrisolierschicht
208 der Reihe nach gebildet, wobei die
chemische Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet wird.
-
Der Gateisolierfilm (SiN Film) 203 wird beispielsweise bei der
Temperatur von 350 bis 370ºC mit der HF
Entladungsenergiedichte im Bereich von 120 bis 130 mW/cm² gebildet. Der unter
solchen Bedingungen derart gebildete SiN Film 203 hat eine
dichte Qualität und eine hohe Durchbruchsspannung.
-
Die Halbleiterschicht vom i-Typ (a-Si Schicht) 204 wird aus
hydriertem a-Si (a-Si:A) bei ungefähr 250ºC bei der HF
Entladungsenergiedichte im Bereich von 40 bis 50 mW/cm² gebildet.
Der Grund, warum die Halbleiterschicht 204 vom i-Typ bei
ungefähr 250ºC gebildet wird, ist, daß eine höhere
Filmbildungstemperatur den Wasserstoffgehalt der Halbleiterschicht 204
verringert, wodurch die Halbleitereigenschaften verschlechtert
werden.
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Der Sperrisolierfilm (SiN film) 208 wird unten den gleichen
Bedingungen wie jenen für den Gateisolierfilm 203 gebildet.
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Dann wird, wie es in Fig. 13D gezeigt ist, der
Sperrisolierfilm 208 mit Ausnahme des Bereiches, der dem Kanalbereich der
Halbleiterschicht 204 vom i-Typ entspricht, durch Photoätzen
entfernt, und dann wird die Halbleiterschicht 204 vom i-Typ zu
einem bestimmten Muster durch weiteres Photoätzen geformt.
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[Schritt 5]
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Als nächstes wird, wie es in Fig. 13E gezeigt ist, die
Halbleiterschicht 205 vom n-Typ unter den gleichen Bedingungen wie
jenen für die Halbleiterschicht 204 vom i-Typ gebildet, wobei
die chemische Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet
wird. Auf der Schicht 205 wird ein Metallfilm 210 für die
Source- und Drainelektrode (wie ein Cr Film oder ein
zweischichtiger Film aus einem Cr und einem Al Film) innerhalb des
Temperaturbereiches von 100 bis 200ºC gebildet, wobei die
Zerstäubungsvorrichtung verwendet wird.
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Als nächstes wird, wie es in Fig. 13F gezeigt ist, der
Metallfilm 210 für die Source- und Drainelektrode durch Photoätzen
als Muster ausgebildet, um die Source- und Drainelektrode 206
und 207 zu bilden. Daraufhin wird die Halbleiterschicht 205
vom n-Typ mit Ausnahme der Bereiche unter der Source- und
Drainelektrode 206 und 207 weggeätzt, um den in Fig. 12
gezeigten Dünnfilmtransistor zu beenden.
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In dem Dünnfilmtransistor der Ausführungsform wird die
Gateelektrode 202, die auf dem Glassubstrat 201 gebildet ist, aus
titanenthaltendem Aluminium (Ti-enthaltendem Al) statt aus
reinem Aluminium hergestellt, dessen Oberfläche anodisch
oxidiert ist.
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Obgleich das titanenthaltende Aluminium einen etwas größeren
spezifischen Widerstand als den von reinem Aluminium aufweist,
ist sein spezifischer Widerstand niedriger als der von
Metallen mit hohem Schmelzpunkt, wie Titan oder eine
Titan-Molybdän-Legierung, die für die Gateelektroden herkömmlicher
Dünnfilmtransistoren verwendet wird, und seine
Adhäsionseigenschaften mit dem Glassubstrat sind gut.
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Da die Gateelektrode 202 des Dünnfilmtransistors aus
titanenthaltendem Aluminium mit geringem Widerstand hergestellt ist,
ist ein Spannungsabfall über die Gateelektrode klein, wodurch
die Betriebseigenschaften verbessert werden.
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Der titanenthaltende Aluminiumfilm hat verglichen mit einem
reinen Al Film ohne Titan eine weniger rauhe Filmoberfläche
nach der Wärmebehandlung. Das anodische Oxidieren der
Oberflächenschicht macht die durch die Wärmebehandlung bewirkte
Rauhigkeit der Filmoberfläche sogar glatter.
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Die Bildung der Gateelektrode 202 aus titanenthaltendem
Aluminium und das anodische Oxidieren ihrer Oberflächenschicht
erzeugen nahezu keine Rauhigkeit der Oberfläche der
Gateelektrode 202 während der Bildung des Gateisolierfilms 203 nach
der Bildung der Gateelektrode 202. Somit hat der
Gateisolierfilm 203 keine Defekte, die durch die Rauhigkeit der
Oberfläche der Gateelektrode 202 bewirkt werden. Da der Isolierfilm
auf der Gateelektrode 202 ein zweischichtiger Film ist, der
aus der anodisch oxidierten Schicht 202a bei der
Gateelektrodenoberfläche und dem Gateisolierfilm 203 gebildet ist, wobei
der Metalloxidfilm und der Siliciumnitridfilm als der
Gateisolierfilm wirken, ist die Durchbruchsspannung zwischen der
Gateiektrode 202 und der Source- und Drainelektrode 206 und
207 ausreichend hoch.
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Der Titangehalt des titanenthaltenden Aluminiums kann in
Abhängigkeit von der Filmbildungstemperatur für den
Gateisolierfilm 203 ausgewählt werden, der nach der Bildung der
Gateelektrode 202 gebildet wird. Wenn der Gateisolierfilm 203 in dem
Temperaturbereich von 350 bis 370ºC gebildet wird, wie bei der
Ausführungsform, kann die Gateelektrode 202 aus
titanenthaltendem Aluminium mit einem Titangehalt von 4,2 Gew.-% oder
mehr hergestellt werden.
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Je mehr Titan das titanenthaltende Aluminium enthält, um so
besser wird der Oberflächenzustand nach der Wärmebehandlung.
Die Zunahme an Titangehalt ergibt eine Erhöhung bei dem
Widerstand des titanenthaltenden Aluminiums, so daß es
wünschenswert ist, die Gateelektrode aus titanenthaltendem Aluminium
mit so wenig wie möglich Titan herzustellen, es sei denn, daß
der Gehalt auf unterhalb von 4,2 Gew.-% fällt.
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Die Gateelektrode 202 wird auf bestimmte
Filmbildungstemperaturen jedesmal erwärmt, wenn die Haibleiterschicht 204 vom
Typ, die nach dem Bilden des Gateisolierfilms 203, des
Sperrisolierfilms 208, der Halbleiterschicht 205 vom n-Typ gebildet
werden soll und der Source- und Drainelektrodenfilm 210
gebildet
werden. Diese Filmbildungstemperaturen sind gleich oder
niedriger als die für den Gateisolierfilm 203: ungefähr 250ºC
für die Halbleiterschicht 204 vom i-Typ und die
Halbleiterschicht 205 vom n-Typ, 350 bis 370ºC für die
Sperrisolierschicht 208, und 100 bis 200ºC für den Source- und
Drainelektrodenfilm 210. Als Ergebnis davon tritt während der Bildung
dieser Filme keine Rauhigkeit auf der Oberfläche der
Gateelektrode 202 auf.
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Die titanenthaltende Aluminiumgateelektrode 202 hat gute
Adhäsionseigenschaften auf dem Glassubstrat 201, was es unnötig
macht, einen darunterliegenden Film zu schaffen, der
ermöglicht, daß die Gateelektrode in guter Berührung mit der
Glassubstratoberf läche wie bei herkömmlichen Dünnfilmtransistoren
ist. Da das titanenthaltende Aluminium nicht teuer ist, kann
die Gateelektrode mit geringen Kosten hergestellt werden.
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Bei dem Dünnfilmtransistor der Ausführungsform ist es möglich,
die Betriebseigenschaften zu verbessern und die
Durchbruchsspannung zwischen der Gateleketrode 202 und der Source- und
Drainelektrode 206 und 207 durch Verringern eines
Spannungsabfalls über die Gateelektrode 202 ausreichend anzuheben. Es ist
auch möglich, die Herstellungskosten zu verringern, indem die
Gateelektrode 202 mit geringen Kosten gebildet wird.
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Während bei der Ausführungsform der Gateisolierf ilm 203 in dem
Temperaturbereich von 350 bis 370ºC gebildet wird, kann er bei
einer niedrigeren Temperatur gebildet werden. Das Bilden des
Gateisolierfilms 203 und des Sperrisolierfilms 208 bei der
gleichen niedrigeren Temperatur ermöglicht, daß die
Gateelektrode 202 aus titanenthaltendem Aluminium mit einem
Titangehalt von weniger als dem der Ausführungsform hergestellt
werden kann, wodurch der Widerstand verringert wird.
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Der Gateisolierfilm (SiN Film) 203 mit einer ausreichend hohen
Durchbruchsspannung kann langsam in dem niedrigeren
Temperaturbereich von beispielsweise ungefähr 250 bis 270ºC mit einer
HF Entladungsdichte im Bereich von 60 bis 100 mW/cm²
hergestellt werden, wobei die chemische
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet wird.
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Wenn der Gateisolierfilm 203 und der Sperrisolierfilm 208 in
dem Temperaturbereich von ungefähr 250 bis 270ºC gebildet
werden, kann der Titangehalt des titanenthaltenden Aluminiums,
das für die Gateelektrode 202 verwendet wird, 2,2 Gew.-% oder
mehr sein. Die Bildung der Gateelektrode 202 aus
titanenthaltendem Aluminium mit einem Titangehalt von 2,2 Gew.-% oder
mehr führt nahezu keine Rauhigkeit an der Oberfläche der
Gateelektrode 202 während der Bildung des Gateisolierfilms 203 und
des Sperrisolierfilms 208 ein.
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Der Gateisolierf ilm 203 und der Sperrisolierfilm 208 können
bei einer sogar niedrigeren Temperatur gebildet werden. Da die
Gateelektrode auf ungefähr 250ºC jedesmal erwärmt wird, wenn
die Halbleiterschicht 204 vom i-Typ und die Halbleiterschicht
205 vom n-Typ gebildet werden, ist es wünschenswert, die
Gateelektrode 202 aus titanenthaltendem Aluminium mit einem
Titangehalt von 2,2 Gew.-% oder mehr zu formen, selbst wenn der
Gateisolierfilm 203 und der Sperrisolierfilm 208 bei einer
sogar niedrigeren Temperatur gebildet werden.
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Während bei der Ausführungsform die vorliegende Erfindung auf
den Dünnfilmtransistor vom umgekehrten Versetzungstyp
angewendet wird, kann sie auf den Dünnfilmtransistor vom umgekehrten
koplanaren Typ angewendet werden, bei dem die
Halbleiterschicht 204 vom i-Typ und die Source- und Drainelektrode 206
und 207 in der entgegengesetzten Reihenfolge zu der bei der
Ausführungsform geschichtet sind.
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Das Herstellungsverfahren der Dünnfilme auf Siliciumbasis, die
bei den obengenannten Dünnfilmtransistoren verwendet werden,
wird nun erläutert.
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[Erstes Filmbildungsverfahren]
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Ein dünner Film auf Siliciumbasis gemäß der vorliegenden
Erfindung wird gebildet, indem eine chemische
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet wird, die in Fig. 14 gezeigt
ist. Diese chemische Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung
verwendet ein vertikales, beidseitiges Entladungsschema.
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Bezug nehmend auf Fig. 14 wird ein Substrathalter 302 bewegbar
von einem Halterbewegungsmechanismus 303 innerhalb einer
abgedichteten Kammer 301 gehalten. Eine Mehrzahl von Substraten
304, die der Bildung von dünnen Filmen auf Siliciumbasis
ausgesetzt werden, sind an den beiden Hauptoberflächen des
Substrathalters 302 angebracht. Eine Heizeinrichtung 305 ist
innerhalb des Substrathalters 302 angeordnet, um die Substrate
304 auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten. HF
Elektroden 306 sind angeordnet, jeweils den Substraten 304 gegenüber
zu sein, die an beiden Hauptoberflächen des Substrathalters
302 angebracht sind. Die HF Elektroden 306 sind in der Kammer
301 so angebracht, daß sie elektrisch voneinander durch
Elektrodenhalteelemente 307 isoliert sind. Jede HF Elektrode 306
umfaßt eine Metallplatte, die eine große Anzahl von Löchern
aufweist, durch die Prozeßgas PG in Richtung zu den Substraten
304 strömt. Eine Einlaßöffnung 308 zur Aufnahme des
Prozeßgases PG ist in der rückwärtigen Oberfläche jeder HF Elektrode
306 gebildet, so daß das Prozeßgas PG von der Einlaßöffnung
308 zu der Kammer zugeführt wird. Das Gas in der Kammer wird
durch eine Austragsöf fnung 309 durch eine Vakuumpumpe (nicht
gezeigt) ausgebracht, die mit der Austragsöf fnung 309
verbunden ist. Befestigungsschutzplatten 310 zur
Ablagerungsverhinderung von Material auf Siliciumbasis auf der inneren
Wandoberfläche der Kammer sind außerhalb des Bereiches angeordnet,
in dem die Substrate 304 und die HF Elektroden 306 angeordnet
sind. Hochfrequenz-Leistungsquellen 311 sind mit den HF
Elektroden 306 verbunden. Andere Elemente, wie die Kammer 301
und der Substrathalter :302 mit Ausnahme der HF Elektroden 306
sind auf Masse.
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Um einen dünnen Film auf Siliciumbasis zu bilden, wobei diese
chemische Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet wird,
werden die Substrate 304 an dem Substrathalter 302 angebracht
und auf ungefähr 230 bis 270ºC erwärmt. Der Substrathalter
302, der die erwärmten Substrate 304 hält, ist an dem
Halterbewequngsmechanismus 303 befestigt und in der Kammer an einer
vorbestimmten Position eingesetzt. Eine Tür der Kammer wird
geschlossen, und die Kammer wird auf einen Unterdruck von
ungefähr 10&supmin;&sup7; Torr durch eine Vakuumpumpe evakuiert, und das
Prozeßgas, eine Gasmischung aus dem Hauptreaktionsgas und
einem Trägergas, wird von den Einlaßöf fnungen 308 zugeführt. Die
Zuführmenge des Trägergases und die Menge des Trägergases, das
von der Austragsöffnung 309 ausgebracht wird, werden so
gesteuert, daß der Innendruck der Kammer auf ungefähr 0,5 Torr
stabilisiert ist. Die Substrate 304 werden durch die
Heizeinrichtung 305 so erwärmt, daß sie die Substrattemperatur nicht
verringern, so daß die Substrattempertur nahezu konstant
gehalten wird. Nachdem die Substrattemperatur und der Innendruck
der Kammer stabilisiert sind, wird ein Hochfrequenzstrom von
der Hochfrequenz-Leistungsquelle 111 den HF Elektroden 306
zugeführt, um eine elektrische Glühentladung zwischen den HF
Elektroden 306 und dem Substrathalter 302 zu starten und ein
Plasma zwischen den HF Elektroden 306 und dem Substrathalter
zu erzeugen. Das Prozeßgas wird in diesen Plasmazustand
zersetzt. Eine chemische Reaktion tritt auf, um einen dünnen Film
aus einem vorbestimmten Material auf jedem Substrat 304
abzuscheiden. Diesen Film läßt man wachsen, um einen erwünschten
dünnen Film auf Siliciumbasis zu erhalten.
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Gemäß dem ersten Verfahren zum Bilden eines Dünnf ums wird die
Filmbildung in dem Temperaturbereich des Substrats von 230 bis
270ºC und der HF Entladungsenergiedichte im Bereich von 60 bis
100 mW/cm² durchgeführt. Ein geeignetes Prozeßgas wird gemäß
der Art des Films, der gebildet werden soll, ausgewählt und
mit einer geeigneten Menge zugeführt. Wenn ein dünner Film auf
Silidumbasis, der gebildet werden soll, aus Siliciumnitrid
besteht, werden Monosilan-Gas oder Disilan-Gas und Ammoniumgas
verwendet, das Hauptreaktionsgas zu bilden, und Stickstoff,
Wasserstoff, Hehum oder eine Gasmischung davon wird als
Trägergas verwendet. Beispielsweise werden, wenn SiH&sub4; und NH&sub4;
verwendet werden, ein Hauptreaktionsgas zu bilden, und N&sub2; als
ein Trägergas verwendet wird, diese vorzugsweise mit einem
Verhältnis von 1:1:14 bis 1:2,7:12,3 gemischt. Ein derart
hergestellter dünner Film aus Siliciumnitrid weist ein
Zusammensetzungsverhältnis (Si/N) ( von 0,75 bis 0,85 als das Verhältnis
der Anzahl von Siliciumatomen (Si) zu der Anzahl von
Stickstoffatomen (N) auf.
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Ein Siliciumnitridfilm wurde unter den folgenden Bedingungen
gebildet, die innerhalb des Bereiches der obigen
Filmformungsbedingungen fallen:
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Substrattemperatur: 250ºC
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Hauptreaktionsgas: SiH&sub4; 30 ccm/min
NH&sub3; 60 ccm/min
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Trägergas: N&sub2; 390 ccm/min
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Druck: 0,5 Torr
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HF Entladungsfrequenz: 13,56 Mhz
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Entladungsenergiedichte: 84 mW/cm²
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Die Entladungsenergiedichte ist ein Wert, der erhalten wird,
indem eine zugeführte Hochfrequenzenergie durch die Fläche
jeder HF Elektrode geteilt wird. Die Einheit ccm/min stellt eine
Menge (ccm) von Gas bei einer Atmosphäre und 0ºC dar, die pro
Minute fließt.
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Der unter den obigen Bedingungen gebildete Siliciumnitridfilm
weist eine sehr kleine Anzahl von Defekten und eine
ausreichend hohe Durchbruchsspannung auf, da die HF
Entladungsenergiedichte so niedrig wie 84 mW/cm² ist, obgleich die
Filmbildungstemperatur so niedrig wie 250ºC ist. Ein
Zusammensetzungsverhältnis dieses Siliciumnitridfilms ist ungefähr 0,85.
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Fig. 15 zeigt ein Histogramm eines Durchbruchsprüfergebnisses
des Siliciumnitridfilms, der unter den obigen Bedingungen zur
Filmbildung gebildet worden ist. Zum Zweck des Vergleichs ist
in Fig. 16 ein Histogramm eines Durchbruchsprüfergebnisses
eines Siliciumnitridfilms gezeigt, der unter den gleichen oben
beschriebenen Bedingungen mit Ausnahme davon gebildet worden
ist, daß die HF Entladungsenergiedichte auf einen
herkömmlichen Wert eingestellt worden ist, d.h. 127 mW/cm².
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Die Histogramme der Durchbruchsprüfergebnisse, die in den Fig.
15 und 16 gezeigt sind, werden erhalten, indem die
Durchbruchsspannungen einer Siliciumnitridfilmprobe gemessen
werden, die in den Fig. 17 und 18 gezeigt sind. Diese Probe wird
so gebildet, daß eine Mehrzahl von streifenähnlichen unteren
Elektroden 322 parallel zueinander auf der Oberfläche eines
Gassubstrats 321 gebildet werden, ein Siliciumnitridfilm 323
wird darauf gebildet und eine Mehrzahl von streifenförmigen,
oberen Elektroden 324 werden parallel zueinander auf dem
Sihciumnitridfilm 323 in einer zu den unteren Elektroden 322
senkrechten Richtung gebildet. Eine Durchbruchsspannung des
Siliciumnitridfilms 323 wird durch das Vorhandensein/Fehlen
eines Stroms gemessen, der durch die Papierelektroden 324 bei
Anlegen einer Spannung an jede untere Elektrode 322 fließt.
Dies wird an allen Schnittpunkten zwischen allen unteren und
oberen Elektroden 322 und 324 wiederholt. Die Probe hatte
insgesamt 691200 Filmabschnitte, entsprechend den Schnittpunkten
der oberen und unteren Elektroden, und diese Filmabschnitte
hatten eine Gesamtf läche von 2,07 cm². Der Siliciumnitridfilm
323 wurde durch eine chemische
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung vom parallelen, flachen Plattentyp so gebildet, daß
er eine Dicke von 1000 Å hatte.
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Die Durchbruchsspannungen des Siliciumnitridfilms 323 einer
Probe, die den Siliciumnitridfilm 323 aufwies, der gebildet
wurde, während die Entladungsenergiedichte gesteuert wurde,
daß sie 127 mW/cm² bei einer Filmbildungstemperatur von 250ºC
hatte, wurde gemessen, indem fortlaufend eine Feldintensität
der zwischen den Elektroden 322 und 324 angelegten Energie
geändert wurde. Die Häufigkeit des Auftretens (d.h. ein
Verhältnis eines Durchbruchszählwerts der Filmabschnitte, die den
entgegengesetzten oberen und unteren Elektroden entsprechen,
zu der Gesamtanzahl der Filmabschnitte, die den
entgegengesetzten oberen und unteren Elektroden entsprechen) eines
Durchbruchs des Siliciumnitridfilms bei jeder Filmintensität
ist gegeben, wie es in Fig. 16 gezeigt ist. Ein Filmabschnitt,
der den entgegengesetzten oberen und unteren Elektroden
entspricht und durch den ein Strom von 1 x 106 A oder mehr floß,
wurde als ein fehlerhafter Durchbruchsabschnitt bestimmt.
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Wie es in dem Durchbruchshistogramm der Fig. 16 gezeigt ist,
war bei einem Siliciumnitridfilm, der bei einer
Filmbildungstemperatur von 250ºC und einer Entladungsenergiedichte
von 127 mW/cm² gebildet worden war, ein Fehler vom A Modus
(d.h. ein durch ein Nadelloch anfänglich bewirkter Fehler),
der bei einer niedrigen Feldintensität von 3 MV/cm² oder
weniger auftrat, so groß wie ungefähr 5% bei 1 MV/cm² und ungefähr
2,5% bei 2 MV/cm². Ein Fehler vom B Modus (d.h. ein Fehler,
der durch eine Schwachstelle bewirkt wird) der bei einer
Feldintensität von mehr als 3 MV/cm² auftrat, war so groß wie
ungefähr 5,2% bei 5 MV/cm² und ungefähr 14,3% bei 6 MV/cm².
Fig. 16 zeigt ein Durchbruchshistogramm eines
Siliciumnitridfilms, der bei einer Entladungsenergiedichte von 127 mW/cm²
gebildet worden ist. Wenn die Filmbildungstemperatur auf 250ºC
eingestellt war, blieb das Durchbruchsprüfergebnis des sich
ergebenden Siliciumnitridfilms nahezu das gleiche wie das der
Fig. 16, selbst wenn die Entladungsenergiedichte innerhalb des
Bereiches von 120 bis 130 mW/cm² geändert wurde.
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Die Durchbruchseigenschaften von Siliciumnitridfilmen werden
angesehen, daß sie gemäß dem folgenden Mechanismus
verschlechtert werden. Wenn ein Siliciumnitridfilm bei einer hohen
Entladungsenergiedichte von 127 mW/cm² gebildet wird, wird
insbesondere während einer Anfangsperiode der Filmbildung
Siliciumnitrid einzeln dispergiert und ungleichförmig auf der
Oberfläche
des Substrats abgeschieden, und das Aufwachsmaß des
Siliciumnitridfilms wird ungleichförmig, so daß Fehler, wie
Nadellöcher und Schwachstellen, zunehmen. Wenn die
Filmbildungstemperatur so hoch wie ungefähr 350ºC wie bei einem herkömmlichen
Filmbildungsverfahren ist, kann der sich ergebende
Siliciumnitridfilm ein von Fehlern, wie Nadellöchern und Schwachstellen,
freier dichter Film sein. Zufriedenstellende
Durchbruchseigenschaften dieses Siliciumnitridfilms können sichergestellt
werden. Jedoch kann, wenn die Filmbildungstemperatur auf ungefähr
250ºC eingestellt wird, ein dichter Siliciumnitridfilm nicht
erhalten werden. Als ein Ergebnis treten die obigen Fehler
auf, wodurch die Durchbruchsspannungen verringert werden.
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Ein Siliciumnitridfilm 323, der bei einer
Filmbildungstemperatur von 250ºC und einer Entladungsenergiedichte von 84 mW/cm²
gebildet worden ist, wurde als eine Probe verwendet, um eine
Durchbruchsspannung des Films 323 zu messen, wobei dem
gleichen Vorgang wie oben beschrieben gefolgt wird. Die Häufigkeit
des Auftretens des Durchbruchs dieses Isolierfilms bei den
entsprechenden Feldintensitäten ist gegeben, wie es in Fig. 15
gezeigt ist. Ein Filmabschnitt, der der oberen und unteren
Elektrode entsprach und durch den ein Strom von 1 x 10&supmin;&sup6; A
oder mehr floß, wurde als ein fehlerhafter
Durchbruchsabschnitt bestimmt.
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Wie es in dem Durchbruchshistogramm der Fig. 15 gezeigt ist,
war bei einem Siliciumnitridfilm, der bei einer
Filmbildungstemperatur von 250ºC und einer Entladungsenergiedichte von 84
mW/cm² gebildet worden war, der Fehler vom A Modus, der bei
einer niedrigen Feldintensität von 3 MV/cm² oder weniger
auftritt, nahezu Null. Ein Fehler vom B Modus, der bei einer
hohen Feldintensität von mehr als 3 MV/cm² auftritt, war so
klein wie ungefähr 0,4% bei 5 MV/cm² und ungefähr 0,6% bei 6
MV/cm².
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Die Abnahme der Häufigkeit oder des Auftretens von
Durchbrüchen wird angesehen, als daß es durch den folgenden Grund
bewirkt wird. Wenn die HF Entladungsenergiedichte auf ungefähr
84 mW/cm² verringert wird, wird der Abscheidungszustand eines
Siliciumnitrids auf der Substratoberfläche ausgemittelt, und
der Siliciumnitridfilm wächst gleichförmig auf. Wenn der
Siliciumnitridfilm gleichförmig wächst, werden Fehler, wie
Nadellöcher und Schwachstellen, nahezu ausgeschlossen, so daß der
sich ergebende Siliciumnitridfilm eine ausreichend hohe
Durchbruchsspannung aufweist.
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Ein Siliciumnitridfilm, der durch das Verfahren dieser
Ausführungsform gebildet wird, kann eine sehr hohe
Durchbruchsspannung haben. Wenn dieser Siliciumnitridf ilm als ein
Gateisolierfilm für einen Dünnfilmtransistor oder ein MOS
integriertes Schaltungselement verwendet wird, können die
Auftrittshäufigkeit eines Durchbruchs des Dünnfilmtransistors und des MOS
integrierten Schaltungselements stark verringert werden, und
der Herstellungsausstoß und die Zuverlässigkeit solcher
Transistoren und Schaltungselemente können verbessert werden.
Zusätzlich kann die Dicke des Gateisolierfilms
(Siliciumnitridfilm) aufgrund ihrer hohen Durchbruchsspannung verringert
werden. Deshalb kann, selbst wenn eine an eine Gateelektrode
angelegte Spannung die gleiche bleibt, ein großer EIN Strom
erhalten werden, wenn ein stärkeres elektrisches Feld auf eine
Halbleiterschicht angewendet wird.
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Bei dem obigen ersten Verfahren zum Bilden eines
Siliciummaterialfilms war die HF Entladungsenergiedichte auf 84 mW/cm²
eingestellt worden. Jedoch haben, wenn die
Entladungsenergiedichte innerhalb des Bereiches von 60 bis 100 mW/cm² fällt,
Siliciumnitridfilme, die bei einer Entladungsenergiedichte,
die innerhalb dieses Bereiches fällt, und bei einer Tempartur
so niedrig wie ungefähr 250ºC gebildet werden,
Durchbruchsspannungen so hoch, wie sie in dem
Durchbruchsspannungshistogramm in Fig. 15 dargestellt sind.
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Gemäß dem ersten Verfahren zum Bilden eines dünnen Films kann
ein Siliciumnitridfilm, der eine ausreichend hohe
Durchbruchsspannung
aufweist, bei einer Filmbildungstemperatur (ungefähr
250ºC) um ungefähr 100ºC niedriger als bei dem herkömmlichen
Filmbildungsverfahren erhalten werden. Die
Substraterwärmungszeit zum Zeitpunkt der Bildung eines Siliciumnitridfilms kann
verkürzt werden, und die Substratabkühlzeit bei der Bildung
des Siliciumnitridfilms kann ebenfalls verkürzt werden. Der
Siliciumnitridf ilm kann wirksam gebildet werden. Bei dem
Filmbildungsverfahren, wie es oben beschrieben worden ist, ist, da
die HF Entladungsenergiedichte eingestellt ist, innerhalb des
Bereiches von 60 bis 100 mW/cm² zu fallen, die
Filmabscheidungsgeschwindigkeit niedriger als die bei dem herkömmlichen
Filmbildungsverfahren, das eine HF Entladungsenergiedichte von
120 bis 130 mW/cm² hat. Jedoch ist die Abnahme der
Abscheidungsgeschwindigkeit kleiner als die Abnahme bei den
Erwärmungs- und Abkühlzeiten des Substrats. Deshalb wird kein
Problem durch die Abnahme bei der Abscheidungsgeschwindigkeit
gebildet.
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Es wurden Siliciumnitridfilme 750 Å dick, die verschiedene
Zusammensetzungsverhältnisse hatten, gebildet, indem das
Strömungsgeschwindigkeitsverhältnis des Prozeßgases geändert wird,
während die Filmbildungstemperatur, der Druck, die HF
Entladungsfrequenz und die Entladungsenerqiedichte der obigen
Filmbildungsbedingungen unverändert gehalten wurden. Die Dichte
der Fehler, die beim Anlegen eines hohen elektrischen Feldes
von 3 MV/cm² zwischen den Elektroden 322 und 324 der
Siliciumnitridfilmproben auftrat, die die obigen
Zusammensetzungsverhältnisse hatten, wurde gemessen, wie es in Fig. 21 gezeigt
ist.
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Wie es in Fig. 19 gezeigt ist, änderte sich die Dichte von
Fehlern, die beim Anlegen des hohen elektrischen Feldes an die
Proben auftraten, in Abhängigkeit von den
Zusammensetzungsverhältnissen (Siln) der Proben. Ein Siliciumnitridfilm, der ein
Zusammensetzungsverhältnis von Si/N = 0,85 hat und bei einem
Gasströmungsgeschwindigkeitsverhältnis von SiH&sub4; : NH&sub3; : N&sub2; 1
1 : 14 (Gasströmungsgeschwindigkeiten: 30 ccm/min von SiH&sub4;;
30 ccm/min von NH&sub3;; und 420 ccm/min von N&sub2;) gebildet wird und
ein Siliciumnitridfilm, der ein Zusammensetzungsverhältnis von
Si/N > 0,75 hat und bei einem
Gasströmungsgeschwindigkeitsverhältnis von SiH&sub4; : NH&sub3; : N&sub2; = 1 : 2,7 : 12,3
(Gasströmungsgeschwindigkeiten: 30 ccm/min von SiH&sub4;; 80 ccm/min von NH&sub3; und
370 ccm/min von N&sub2;) gebildet wird, hatte Fehlerdichten so
klein wie 50 Fehler/cm² oder weniger. Ein Siliciumnitridfilm,
der ein Zusammensetzungsverhältnis von Si/N hat, das innerhalb
des Bereiches von 0,75 (ausgeschlossen) bis 0,85
(eingeschlossen) fällt, beispielsweise ein Siliciumnitridfilm, der
ein Zusammensetzungsverhäitnis von Si/N = 0,83 hat und bei
einem Gasströmungsgeschwindigkeitsverhältnis von SiH&sub4; : NH&sub3;
N&sub2; = 1 : 2 : 13 (Gasströmungsgeschwindigkeiten: 30 ccm/min von
SiH&sub4;; 60 ccm/min von NH&sub3;; und 390 ccm/min von N&sub2;) gebildet
wird, hatte eine kleinere Fehlerdichte von 30 Fehlern/cm² oder
weniger.
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Wie es oben beschrieben worden ist muß, um einen
Siliciumnitridfilm zu erhalten, der eine Durchbruchsspannung hat, sein
Zusammensetzungsverhältnis größer als ein Verhältnis der
Anzahl von Si Atomen zu der von N Atomen sein, das
stöchiometrisch aus der chemischen Formel SiN von Siliciumnitrid
berechnet wird, d.h. größer als ein Wert von 0,75 als der
chemisch stabilste Zustand des Verhältnisses der Anzahl von Si
Atomen zu der von N Atomen. vorzugsweise fällt das
Zusammensetzungsverhältnis des Siliciumnitridfilms, der eine hohe
Durchbruchsspannung hat, innerhalb des Bereiches 0,75
(ausgeschlossen) bis 0,85 (eingeschlossen)
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[Zweites Filmbildungsverfahren]
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Das zweite Verfahren wird unten beschrieben. Bei dem zweiten
Verfahren wird zusätzlich zu den Filmbildungsbedingungen des
ersten Verfahrens die HF Entladungsenergiezuführzeit
optimiert, um einen dünnen Film auf Siliciumbasis zu bilden, der
eine kleinere Anzahl von Fehlern aufweist. Fig. 20 ist ein
Zeitdiagramm der Prozeßgaszuführzeit und einer HF
Entladungsstartzeit
bei der Bildung eines Siliciumnitridfilms. Ein
Siliciumnitridfilm wird gebildet, wie folgt.
-
Es wird nur das N&sub2; Gas, das als ein Trägergas dient, zuerst
der Kammer zugeführt, und die Substrattemperatur und der
Innendruck (Gasdruck) der Kammer werden eingestellt, damit sie
eine vorbestimmte Filmbildungstemperatur bzw. einen
vorbestimmten Druck haben. Wenn die Substrattemperatur und der
Kammerdruck stabilisiert sind, wird eine HF Entladung gestartet.
Wenn der Entladungszustand stabilisiert ist, werden SiH&sub4; Gas
und NH&sub3; Gas, die das Hauptreaktionsgas bilden, der Kammer
zugeführt. Wenn die HF Entladung begonnen wird und alle Gase
(SiH&sub4;, NH&sub3; und N&sub2;), die zum Bilden des Siliciumnitridfilms
benötigt werden, der Kammer zugeführt werden, wird die Bildung
eines Siliciumnitridfilms durch ein chemisches
Plasma-Dampfabscheidungsverfahren begonnen.
-
Die Zeit, die benötigt wird, die Substrattemperatur und den
Innendruck der Kammer einzustellen und zu stabilisieren, hängt
von der Filmbildungsvorrichtung und der Art des Substrats ab,
muß aber ein Minimum von ungefähr 15 Minuten sein. Einer Zeit
von einigen zehn Sekunden ist ausreichend, die HF Entladung zu
stabilisieren. Die HF Entladung kann gestartet werden, wenn 15
Minuten nach der Zufuhr von N&sub2; Gas in die Kammer verstrichen
sind. Das Zuführen der SiH&sub4; und NH&sub3; Gase kann innerhalb einer
Minute beim Start der Entladung begonnen werden. Die SiH&sub4; und
NH&sub3; Gase können der Kammer gleichzeitig zugeführt werden. Um
die Änderungen des Innendrucks der Kammer durch das
Hauptreaktionsgas zu verringern, werden die SiH&sub4; und NH&sub3; Gase
vorzugsweise mit einer geringen Zeitverzögerung zugeführt, wie es in
Fig. 19 gezeigt ist. Mit dieser Technik können
Druckänderungen, die durch die Gaszufuhr hervorgerufen werden, leicht
korrigiert werden. Die Zeitverschiebung zwischen dem Zuführen des
SiH&sub4; Gases und dem Zuführen des NH&sub3; Gases wird durch die Zeit
bestimmt, die verlangt wird, den Innendruck der Kammer auf
einen vorbestimmten Druck zu steuern. Bei dieser Ausführungsform
ist die Zeitverschiebung ungefähr eine Minute oder weniger.
-
Wenn die SiH&sub4; und NH&sub3; Gase mit der Zeitverschiebung zugeführt
werden, wird vorzugsweise das NH&sub3; Gas zuerst zugeführt und das
SiH&sub4; Gas wird dann zugeführt.
-
Die Gaszufuhr zu der Kammer und die HF Entladung in der Kammer
werden abwechselnd während der Filmbildungszeit durchgeführt,
die durch die Dicke eines zu bildenden SiN Films bestimmt
werden. Wenn die Filmbildungszeit abgelaufen ist, wird die HF
Entladung zuerst angehalten, und dann wird die Zufuhr von
Gasen mit einer Zeitverschiebung von einigen Sekungen
angehalten
-
Bei dieser Ausführungsform wird nur das N&sub2; Gas, das als das
Trägergas dient, der Kammer zugeführt, und die
Substrattemperatur und der Innendruck der Kammer werden eingestellt. Die HF
Entladung wird dann begonnen, und die SiH&sub4; und NH&sub3; Gase, die
das Hauptreaktionsgas bilden, werden der Kammer zugeführt. Aus
diesem Grund wird eine Änderung der Dicke eines
Abscheidungsfilms als eine Funktion der Zeit linear von der Startzeit (RF)
der HF Entladung erhöht, wie es in Fig. 21 gezeigt ist.
-
Da das N&sub2; Gas, das der Kammer vor dem Beginn der HF Entladung
zugeführt wird, kein Material enthält, das auf ein Substrat
bei einer thermischen Zersetzung abgeschieden wird, wird ein
thermisch zersetztes Material nicht auf dem Substrat vor der
HF Entladung, anders als bei dem herkömmlichen
Filmbildungsverfahren, abgeschieden. Die Dicke des sich ergebenden
Siliciumnitridfilms kann gleichförmig über den ganzen Film sein.
Zusätzlich wird, da die HF Entladung beim Zuführen nur des N&sub2;
Gases begonnen wird, eine zukünftige Oberfläche des Substrats
zur Silicumnitridfilmbildung (d.h. eine Substratoberfläche
oder eine Oberfläche einer Elektrode oder ähnliches, die auf
der Substratoberfläche gebildet wird) mit dem N&sub2; Gas
plasmagereinigt. Da der SiN Film auf der sauberen Oberfläche gebildet
wird, hat der SiN Film eine gleichförmige Qualität, selbst an
der Grenzschicht mit der Abscheidungsoberfläche.
-
Da die SiH&sub4; und NH&sub3; Gase der Kammer zugeführt werden, nachdem
die HF Entladung gestartet und stabilisiert ist, wächst der
Siliciumnitridfilm, der durch das chemische
Plasma-Dampfabscheidungsverfahren gebildet wird, gleichförmig über den
ganzen Film von der Anfangszeit der Filmbildung an. Der sich
ergebende SiN Film ist frei von Fehlern, wie Nadellöchern und
Schwachstellen, und hat eine hohe Durchbruchsspannung.
-
Im Gegensatz zu dem obigen Verfahren werden bei dem
herkömmlichen Verfahren alle die Gase gleichzeitig der Kammer
zugeführt, und die HF Entladung wird gestartet, nachdem die
Substrattemperatur und der Innendruck der Kammer stabilisiert
sind. Während einer Zeit von der Zufuhr der Gase in die Kammer
bis zu dem Start der HF Entladung, d.h. einer Zeit, in der die
Substrattemperatur und der Innendruck der Kammer eingestellt
werden, wird ein Quellengas als ein aktives Gas thermisch
zersetzt und auf dem Substrat abgeschieden. Wenn das thermisch
zersetzte Material des Quellengases an der Substratoberfläche
vor dem Beginn der HF Entladung anhaftet, wird ein chemischer
Plasma-Dampfabscheidungsfilm bei der HF Entladung auf dem Film
des thermisch zersetzten Materials abgeschieden.
-
Da der Film aus thermisch zersetztem Material ungleichförmig
an dem Substrat anhaftet, wird der Grad des Wachsens des
chemischen Plasma-Dampfabscheidungsfilms ungleichförmig. Fehler,
wie Nadellöcher und Schwachstellen, werden in dem sich
ergebenden dünnen Film auf Siliciumbasis gebildet. Deshalb werden
die Eigenschaften des dünnen Films auf Siliciumbasis instabil.
-
Das erste Anwendungsbeispiel, bei dem die vorliegende
Erfindung auf die Bildung eines SiO Films angewendet wird, wird
unten beschrieben. Fig. 22 ist ein Zeitdiagramm der Gaszufuhr
und der HF Entladung bei der Bildung eines SiO Films. Der SiO
Film wird gebildet, wie folgt.
-
Es wird nur N&sub2; Gas als ein Trägergas der Kammer zuerst
zugeführt, und die Substrattemperatur und der Innendruck der
Kammer
werden eingestellt. Wenn die Substrattemperatur und der
Innendruck der Kammer stabilisiert sind, wird eine HF
Entladung gestartet. Wenn der Entladungszustand stabilisiert ist,
werden das SiH&sub4; und N&sub2;O, die das Hauptreaktionsgas bilden, der
Kammer zugeführt, und die Bildung des SiO Films durch das
chemische Plasma-Dampfabscheidungsverfahren wird gestartet. Bei
dieser Ausführungsform können die SiH&sub4; und N&sub2;O Gase
gleichzeitig der Kammer zugeführt werden. Jedoch werden das SiH&sub4; und
das N&sub2;O Gas mit einer Zeitverschiebung zugeführt, wie es in
Fig. 22 gezeigt ist, um Druckänderungen durch die Zufuhr der
Gase zu verringern, und eine Korrektur der Druckänderungen
kann erleichtert werden. In diesem Fall wird vorzugsweise das
N&sub2;O Gas zuerst zugeführt, und dann wird das SiH&sub4; Gas
zugeführt. Die HF Entladung und die Gaszufuhr werden auf die
gleiche Weise wie bei der zweiten Ausführungsform, die oben
beschrieben ist, bei Ablauf der Filmbildungszeit angehalten.
-
Bei dem ersten Anwendungsbeispiel wird nur das N&sub2; Gas als ein
Trägergas zuerst der Kammer zugeführt, wobei die
Substrattemperatur und der Innendruck der Kammer eingestellt werden, und
eine HF Entladung wird gestartet. Danach werden das SiH&sub4; und
das NO&sub2; Gas, die als Reaktionsgase dienen, der Kammer
zugeführt. Deshalb ergibt sich eine Dickenänderung des
Abscheidungsfilms als eine Funktion der Zeit, wie es in Fig. 21
gezeigt ist. Ein SiO Film, der eine gleichförmige Qualität über
den ganzen Film und eine hohe Durchbruchsspannung aufweist,
kann auf die gleiche Weise wie bei der zweiten Ausführungsform
gebildet werden.
-
Das zweite Anwendungsbeispiel, bei dem die vorliegende
Erfindung auf die Bildung eines a-Si:H Films angewendet wird, wird
unten beschrieben. Fig. 23 ist ein Zeitdiagramm der Gaszufuhr
und HF Entladung bei der Bildung eines a-Si : H Films. Der
a-Si:H Film wird gebildet, wie folgt.
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Nur H&sub2; Gas wird als Trägergas der Kammer zuerst zugeführt. Die
Substrattemperatur und der Innendruck der Kammer werden
eingestellt.
Wenn die Substrattemperatur und der Innendruck der
Kammer stabilisiert sind, wird eine HF Entladung gestartet.
Wenn der Entladungszustand stabilisiert ist, wird SiH&sub4; Gas,
das als Hauptreaktionsgas dient, zugeführt, um die Bildung des
a-Si:H Films durch das chemische
Plasma-Dampfabscheidungsverfahren zu beginnen. Die HF Entladung und die Gaszufuhr werden
auf die gleiche Weise wie bei der zweiten Ausführungsform nach
Ablauf der Filmbildungszeit angehalten.
-
Bei diesem Anwendungsbeispiel wird nur das H&sub2; Gas, das als ein
Trägergas dient, zuerst der Kammer zugeführt, die
Substrattemperatur und der Innendruck der Kammer werden eingestellt, und
eine HF Entladung wird gestartet. Danach wird das SiH&sub4; Gas,
das als das Hauptreaktiongas dient, der Kammer zugeführt. Eine
Änderung der Dicke des Abscheidungsfilms als eine Funktion der
Zeit ergibt sich, wie es in Fig. 21 gezeigt ist. Da das N&sub2;
Gas, das der Kammer vor dem Beginn der HF Entladung zugeführt
worden ist, kein Material enthält, das auf einem Substrat bei
thermischer Zersetzung abgeschieden wird, wird ein thermisch
zersetztes Material nicht auf dem Substrat vor der HF
Entladung anders als bei dem herkömmlichen Filmbildungsverfahren
abgeschieden. Da das SiH&sub4; Gas der Kammer bei Beginn der HF
Entladung zugeführt wird, wächst der a-Si:H Film, der durch
das chemische Plasma-Dampfabscheidungsverfahren gebildet wird,
gleichförmig über die gesamte Fläche von dem Anfangszeitpunkt
der Filmbildung an, ohne daß Fehler, wie Nadell:cher und
Schwachstellen, hervorgerufen werden. Der a-Si:H Film, der
durch dieses Bildungsverfahren gebildet wird, weist eine
gleichförmige Qualität über den gesamten Film und stabile
Halbleitereigenschaften auf. Bei dem zweiten
Anwendungsbeispiel wird die gleiche Wirkung, wie bei der zweiten
Ausführungsform, wie eine Reinigungswirkung einer
Filmbildungsoberfläche durch ein Plasma des H&sub2; Gases, erhalten.
-
Das dritte Anwendungsbeispiel bei dem die vorliegende
Erfindung zur Bildung eines n&spplus;-a-Si Films angewendet wird, wird
unten beschrieben. Fig. 24 ist ein Zeitdiagramm der Gaszufuhr
und HF Entladung bei der Bildung eines n&spplus;-a-Si Films. Dieser
n&spplus;-a-Si Film wird gebildet, wie folgt.
-
Nur H&sub2; Gas als ein Trägergas wird zuerst der Kammer zugeführt.
Die Substrattemperatur und der Innendruck der Kammer werden
eingestellt. Wenn die Substrattemperatur und der Innendruck
der Kammer stabilisiert sind, wird eine HF Entladung
gestartet. Wenn der Entladungszustand stabilisiert ist, werden SiH&sub4;
Gas und PH&sub3; Gas, die ein Hauptreaktionsgas bilden, zugeführt,
um die Bildung des n&spplus;-a-Si Films durch das chemische Plasma-
Dampfabscheidungsverfahren zu beginnen. Bei dem dritten
Anwendungsbeispiel können das SiH&sub4; und das PH&sub3; Gas gleichzeitig
zugeführt werden. Wenn das SiH&sub4; und PH&sub3; Gas mit einer
Zeitverschiebung zugeführt werden, wie es in Fig. 19 gezeigt ist,
können Druckänderungen durch die Gaszufuhr verringert werden,
und die Korrektur solcher Druckänderungen kann erleichtert
werden. In diesem Fall wird das PH&sub3; Gas vorzugsweise zuerst
zugeführt, und dann wird das SiH&sub4; Gas der Kammer zugeführt.
Die HF Entladung und Gaszufuhr werden auf die gleiche Weise
wie bei der zweiten Ausführungsform bei Ablauf der
Filmbildungszeit angehalten.
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Bei dem dritten Anwendungsbeispiel wird nur das H&sub2; Gas, das
als ein Trägergas dient, der Kammer zuerst zugeführt, wobei
die Substrattemperatur und der Innendruck der Kammer
eingestellt werden, und eine HF Entladung wird gestartet. Danach
werden das SiH&sub4; und das PH&sub3; Gas, die das Hauptreaktionsgas
bilden, der Kammer zugeführt. Eine Dickenänderung des
Abscheidungsfilms als eine Funktion der Zeit besteht, wie es in Fig.
21 gezeigt ist. Deshalb weist der gesamte n&spplus;-a-Si Film eine
gleichförmige Qualität und stabile Leitungseigenschaften auf.
-
[Drittes Verfahren]
-
Zusätzlich zu dem ersten Verfahren zielt das dritte Verfahren
auf das Herstellen eines fehlerfreien, dünnen Films auf
Siliciumbasis,
indem der Zustand beim Start der HF Entladung
gesteuert wird.
-
Fig. 25 ist ein Zeitdiagramm der Gaszufuhr und der HF
Entladung bei der Bildung eines Siliciumnitridfilms. Dieser
Siliciumnitridfilm wird gebildet, wie folgt. SiH&sub4;, NH&sub3; und N&sub2;, die
ein Prozeßgas bilden, werden als ein Prozeßgas der Kammer
zugeführt. Die Substrattemperatur und der Innendruck (Gasdruck)
der Kammer werden auf eine vorbestimmte Filmbildungstemperatur
bzw. einen vorbestimmten Druck eingestellt. Wenn die
Substrattemperatur und der interne Druck der Kammer stabilisiert sind,
wird eine HF Entladung gestartet. Zu der Startzeit der HF
Entladung wird die Zunahmegeschwindigkeit der
Entladungsenergiedichte auf einen eingestellten Wert(60 bis 100 mW/cm²)
gesteuert, so daß sie in den Bereich von 3 bis 10 mW/cm² pro Sekunde
fällt. Eine Zeit t&sub1;, die benötigt wird, die
Entladungsenergiedichte auf den eingestellten Wert mit dieser
Änderungsgeschwindigkeit zu erhöhen, ist 10 bis 20 Sekunden. Eine
Beziehung zwischen der Zeit t&sub1;, dem eingestellten Wert der
Entladungsenergiedichte und der Erhöhungsgeschwindigkeit der
Ladungsenergiedichte ist zusammengefaßt in [Tabelle 5].
[Tabelle 5]
Eingestellter Wert (mW/cm²)
Zunahmegeschwindigkeit Zeit (mW/cm) pro Sekunde
Zeit (sek).
-
Nachdem die Entladungsenergiedichte auf den eingestellten Wert
erhöht ist, wird die Entladungsenergiedichte auf dem
eingestellten Wert während der Filmbildungszeit gehalten, die durch
die Dicke eines zu bildenden Siliciumnitridfilms bestimmt ist.
Wenn die Filmbildungszeit abläuft, wird die HF Entladung
angehalten.
Die Zufuhr des Prozeßgases wird mit einer
Zeitverschiebung von mehreren Sekunden angehalten.
-
Bei dem dritten Verfahren wird, wenn die HF Entladung begonnen
wird, die Entladungsenergiedichte nach und nach auf den
eingestellten Wert mit einer Zunahmegeschwindigkeit von 3 bis 10
mW/cm² pro Sekunde erhöht, und die Entladungsenergiedichte
kann auf einen stabilen Entladungszustand erhöht werden. Aus
diesem Grund kann SiN, das auf dem Substrat abgeschieden wird,
gleichförmig von der Anfangsperiode der Filmbildung an
abgeschieden werden. Zusätzlich wächst, da die
Entladungsenergiedichte nach und nach erhöht wird, der Abscheidungsfilm nach
und nach während der Filmbildungszeit, und der
Abscheidungstilm kann in der Anfangsperiode der Filmbildung dicht sein.
Wenn der Abscheidungsfilm in der Anfangsperiode der
Filmbildung gleichförmig und dicht ist, wird das Wachsmaß eines
darauf abgeschiedenen Films gleichförmig. Der sich ergebende
Siliciumnitridfilm wird ein Film, der von Fehlern frei ist,
wie von Nadellöchern und Schwachstellen, und der stabile
Eigenschaften aufweist. Dieser SiN Film hat eine ausreichend
hohe Durchbruchsspannung.
-
Bei dem dritten Verfahren wird die Zunahmegeschwindigkeit der
Entladungsenergiedichte eingestellt, daß sie innerhalb des
Bereiches von 3 bis 10 mW/cm² pro Sekunde fällt, aus dem
folgenden Grund. Wenn die Zunahmegeschwindigkeit der
Entladungsenergiedichte höher als 10 mW/cm² pro Sekunde oder mehr ist,
gehen die Gleichförmigkeit und Dichte des Abscheidungsfilms in
der Anfangsperiode der Filmbildung verloren. Wenn die
Erhöhungsgeschwindigkeit der Entladungsenergiedichte verringert
wird, kann die Gleichförmigkeit und Dichte des
Abscheidungsfilms in der Anfangsperiode der Filmbildung verbessert werden.
Wenn die Zunahmegeschwindigkeit kleiner als 2 mW/cm² pro
Sekunde oder weniger ist, wird viel Zeit benötigt, die
Entladungsenergiedichte auf den gesetzten Wert einzustellen, so daß
der Filmbildungswirkungsgrad verschlechtert wird. Deshalb
fällt vorzugsweise die Zunahmegeschwindigkeit der
Entladungsenergiedichte
innerhalb des Bereiches von 2 bis 10 mW/cm² pro
Sekunde. Innerhalb dieses Bereiches kann ein SiN Film, der
stabile Eigenschaften aufweist und von Fehlern, wie
Nadellöchern und Schwachstellen frei ist, erhalten werden, ohne den
Filmbildungswirkungsgrad stark zu verschlechtern.
-
Im Gegensatz dazu wird bei dem herkömmlichen
Filmbildungsverfahren zu Beginn der HF Entladung die Entladungsenergiedichte
schnell innerhalb einer sehr kurzen Zeitdauer von 1 bis 2
Sekunden erhöht. Wenn die Entladungsenergiedichte schnell
innerhalb einer kurzen Zeitdauer erhöht wird, wird der
Entladungszustand instabil und das Material auf Silciumbasis, das
auf dem Substrat während der Anf angsdauer der Filmbildung
abgeschieden wird, wird ungleichfrmig abgeschieden.
-
Wenn das Material auf Siliciumbasis während der Anfangsperiode
der Filmbildung auf dem Substrat auf eine dispergierte Weise
abgeschieden wird, wird der Grad des Wachsens des
Abscheidungsfilms ungleichförmig. Aus diesem Grund werden bei dem
herkömmlichen Filmbildungsverfahren Fehler, wie Nadellöcher
und Schwachstellen, in dem sich ergebenden, dünnen Film auf
Siliciumbasis gebildet, so daß die Eigenschaften des dünnen
Films auf Siliciumbasis instabil werden.
-
Das erste Anwendungsbeispiel bei dem das dritte Verfahren auf
die Bildung eines SiO Films angewendet wird (wird unten
beschrieben). Fig. 26 ist ein Zeitdiagramm der Gaszufuhr und HF
Entladung bei der Bildung eines SiO Films. Der SiO Film kann
gebildet werden, wie folgt.
-
SiH&sub4;, N&sub2;O und N&sub2; Gas, die ein Prozeßgas bilden, werden als ein
Prozeßgas zugeführt, die Substrattemperatur und der
Anfangsdruck der Kammer werden eingestellt und eine HF Entladung wird
gestartet. Zum Zeitpunkt des Starts der HF Entladung wird die
Zunahmegeschwindigkeit der Entladungsenergiedichte auf einen
gesetzten Wert gesteuert, daß sie innerhalb des Bereiches von
3 bis 10 mW/cm² pro Sekunde fällt. In diesem Fall ist der
gesetzte Wert der Entladungsenergiedichte bei der Bildung des
SiO Films der gleiche (60 bis 100 mW/cm²) wie bei der Bildung
des SiN Films bei dem dritten Verfahren. Eine Beziehung
zwischen einer Zeit t&sub2;, die benötigt wird, die
Entladungsenergiedichte auf den gesetzten Wert zu erhöhen, dem gesetzten Wert
der Entladungsenergiedichte und der Zunahmegeschwindigkeit bei
der Entladungsenergiedichte sind die gleichen wie die obigen
[Tabelle 5]. Die HF Entladung und die Gaszufuhr werden auf die
gleiche Weise wie bei dem dritten Verfahren nach Ablauf der
Filmbildungszeit angehalten.
-
Zum Zeitpunkt des Starts der HF Entladung kann bei diesem
ersten Anwendungsbeispiel, da die Entladungsenergiedichte
langsam auf den gesetzten Wert mit einer Geschwindigkeit 3 bis 10
mW/cm² pro Sekunde erhöht wird, ein SiO Film erhalten werden,
der von Fehlern, wie Nadellöchern und Schwachstellen, frei ist
und stabile Eigenschaften aufweist.
-
Bei der obigen ersten Anwendung des dritten Verfahrens wird
die Zunahmegeschwindigkeit bei der Entladungsenergiedichte
gesetzt, daß sie innerhalb des Bereiches von 3 bis 10 mW/cm² pro
Sekunde füllt. Diese Geschwindigkeit kann 2 bis 10 mW/cm² pro
Sekunde auf die gleiche Weise wie bei dem dritten Verfahren
sein.
-
Ein zweites Anwendungsbeispiel, bei dem das dritte Verfahren
auf die Bildung eines a-Si:H Films angewendet wird, wird unten
beschrieben. Fig. 27 ist ein Zeitdiagramm der Gaszufuhr und
der HF Entladung bei der Bildung eines a-Si:H Films. Dieser
a-Si:H Film wird gebildet, wie folgt.
-
SiH&sub4; und H&sub2; Gas, die ein Prozeßgas bilden, werden der Kammer
zugeführt, die Substrattemperatur und der Innendruck der
Kammer werden eingestellt und eine HF Entladung wird gestartet.
Zum Zeitpunkt des Starts der HF Entladung wird die
Zunahmegeschwindigkeit der Entladungsenergiedichte auf einen gesetzten
Wert (40 bis 60 mW/cm² bei der Bildung des a-Si:H Films)
eingestellt,
daß sie innerhalb des Bereiches von 2 bis 5 mW/cm²
pro Sekunde fällt. Eine Beziehung zwischen einer Zeit t&sub3;, die
zum Erhöhen der Entladungsenergiedichte auf den gesetzten Wert
mit dieser Geschwindigkeit verlangt wird, dem gesetzten Wert
der Entladungsenergiedichte und der Zunahmegeschwindigkeit bei
der Entladungsenergiedichte ist unten in [Tabelle 6]
zusammengefaßt.
[Tabelle 6]
Eingestellter Wert (mW/cm²)
Zunahmegeschwindigkeit (mw/cm) pro Sekunde
Zeit (sek.)
-
Nachdem die Entladungsenergiedichte auf den gesetzten Wert
erhöht ist, wird die Entladungsenergiedichte auf dem gesetzten
Wert während der Filmbildungszeit gehalten, die durch die
Dicke eines a-Si:H Films bestimmt wird, der gebildet werden
soll. Wenn die Filmbildungszeit zu Ende geht, wird die HF
Entladung angehalten. Die Zufuhr des Prozeßgases wird mit einer
Zeitverschiebung von mehreren Sekunden angehalten.
-
Bei dem zweiten Anwendungsbeispiel des dritten Verfahrens kann
zur Zeit des Starts der HF Entladung, da die
Entladungsenergiedichte langsam auf den gesetzten Wert innerhalb des
Bereiches von 2 bis 5 mW/cm² pro Sekunde erhöht wird, die
Entladungsenergiedichte auf einen stabilen Entladungszustand erhöht
werden. Der a-Si:H Film, der auf dem Substrat abgeschieden
ist, wird gleichförmig von der Anfangszeit der Filmbildung
abgeschieden. Zusätzlich wächst, wenn die
Entladungsenergiedichte langsam erhöht wird, der Abscheidungsfilm langsam, und
es wird ein dichter Film während der Anfangsperiode der
Filmbildung erhalten. Wenn der Abscheidungsfilin während der
Anfangsperiode der Filinbildung gleichförmig und dicht ist, wird
der Grad des Wachsens eines Films, der darauf gebildet wird,
qleichförmig. Der sich ergebende a-Si:H Film ist frei von
Fehlern, wie Nadellöchern und Schwachstellen, und hat stabile
Eigenschaften. Dieser a-Si:H Film hat gute
Halbleitereigenschaften.
-
Bei diesem zweiten Anwendungsbeispiel des dritten Verfahrens
können die Gleichförmigkeit und Dichte des Abscheidungsfilms
während der Anfangsperiode der Filmbildung verbessert werden,
wenn die Zunahmegeschwindigkeit der Entladungsenergiedichte
verringert wird. Jedoch benötigt man, wenn diese
Zunahmegeschwindigkeit übermäßig niedrig ist, eine lange Zeitdauer, die
tatsächliche Entladungsenergiedichte auf den gesetzten Wert
einzustellen, so daß der Filmbildungswirkungsgrad
verschlechtert wird. Die Zunahmegeschwindigkeit bei der
Entladungsenergiedichte fällt vorzugsweise in den Bereich von 2 bis 10
mW/cm² pro Sekunde. Innerhalb dieses Bereiches kann ein
stabiler a-Si:H Film, der von Fehlern, wie Nadellöchern und
Schwachstellen, frei ist, und stabile Eigenschaften aufweist,
erhalten werden, ohne übermäßig den Filmbildungswirkungsgrad
zu verschlechtern.
-
Ein drittes Anwendungsbeispiel, bei dem das dritte Verfahren
auf die Bildung eines n&spplus;-a-Si Films angewendet wird, wird
unten beschrieben. Fig. 28 ist ein Zeitdiagramm der Gaszufuhr
und HF Entladung bei der Bildung eines n&spplus;-a-Si Films. Der
n&spplus;-a-Si Film wird gebildet, wie folgt.
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SiH&sub4;, PH&sub3; und H&sub2; Gas, die ein Prozeßgas bilden, werden der
Kammer zugeführt, die Substrattemperatur und der Innendruck der
Kammer werden eingestellt und eine HF Entladung wird
gestartet. Zu dem Zeitpunkt des Beginns der HF Entladung wird die
Zunahmegeschwindigkeit bei der Entladungsenergiedichte auf
einen gesetzten Wert gesteuert, daß sie innerhalb des Bereiches
von 2 bis 5 mW/cm² pro Sekunde fällt. Der gesetzte Wert der
Entladungsenergiedichte bei der Bildung dieses n&spplus;-a-Si Films
ist 40 bis 60 mW/cm² wie bei der Bildung des a-Si:H Films des
zweiten Anwendungsbeispiels der dritten Ausführungsform. Eine
Beziehung zwischen einer Zeit t&sub4;, die verlangt wird, die
Entladungsenergiedichte auf den gesetzten Wert zu erhöhen, dem
gesetzten Wert der Entladungsenergiedichte und der
Zunahmegeschwindigkeit der Entladungsenergiedichte sind die gleichen
wie die in [Tabelle 6]. Die HF Entladung und die Gaszufuhr
werden auf die gleiche Weise wie bei der dritten
Ausführungsform bei Ablauf der Filmbildungszeit angehalten.
-
Bei dem dritten Anwendungsbeispiel des dritten Verfahrens ist
zur Zeit des Starts der HF Entladung, da die
Entladungsenergiedichte langsam auf den gesetzten Wert innerhalb des
Bereiches von 2 bis 5 mW/cm² pro Sekunde erhuht wird, der sich
ergebende n&spplus;-a-Si Film frei von Defekten, wie Nadellöchern und
Schwachstellen, und hat stabile Eigenschaften. Dieser n&spplus;-a-Si
Film hat gute Leitfähigkeitseigenschaften.
-
Bei dem dritten Anwendungsbeispiel des dritten Verfahrens wird
die Zunahmegeschwindigkeit der Entladungsenergiedichte
gesetzt, daß sie innerhalb des Bereiches von 3 bis 10 mW/cm² pro
Sekunde fällt, kann aber innerhalb des Bereiches von 2 bis 10
mW/cm² pro Sekunde wie bei dem zweiten Anwendungsbeispiel der
dritten Ausführungsform fallen.
-
Wie es oben beschrieben worden ist, wird gemäß dem Verfahren
zum Bilden dünner Filme auf Siliciumbasis die HF
Entladungsenergiedichte verringert, daß sie innerhalb des Bereiches von
60 bis 100 mW/cm² fällt, um einen Siliciumnitridfilm zu
bilden, der eine hohe Durchbruchsspannung bei einer
Filmbildungstemperatur von 230 bis 270ºC aufweist. Wie bei dem
zweiten Verfahren kann die Zusammensetzung des Prozeßgases
ausgewählt werden, daß das Zusammensetzungsverhältnis eines
Siliciumnitridfilms größer als das stöchiometrische Verhältnis ist,
wodurch ein Siliciumnitridfilm gebildet wird, der eine hohe
Durchbruchsspannung aufweist. Zusätzlich werden wie bei dem
zweiten und dritten Verfahren die Zufuhr eines Prozeßgases und
die Startzeit der HF Entladung gesteuert, oder es wird die
Zunahmegeschwindigkeit der HF Entladungsenergie gesteuert, um
einen Siliciumnitridfilm zu erhalten, der eine hohe
Durchbruchsspannung hat. Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren
kann, wenn die Technik des ersten Verfahrens mit mindestens
einer der Techniken des zweiten und dritten Verfahrens
kombiniert wird, ein Siliciumnitridfilm oder ein Siliciumoxidfilm
bei niedrigen Filmbildungstemperaturen gebildet werden, der
nahezu frei von Fehlern ist und eine hohe Durchbruchsspannung
aufweist. Beispielsweise wird die HF Entladungsenergiedichte
verringert, daß sie innerhalb des Bereiches von 60 bis 100
mW/cm² fällt, ein Prozeßgas, das aus einem Hauptreaktionsgas
(d.h. SiH&sub4; und NH&sub3;) und einem Trägergas (d.h. N&sub2;) besteht, wird
verwendet, und das Gasstrmungsgeschwindigkeitsverhältnis wird
eingestellt, daß es 1 : 1 : 14 bis 1 : 2,7 : 12,3 ist. In
diesein Fall kann das Trägergas zuerst zugeführt werden, die HF
Entladung kann gestartet werden und dann kann das
Hauptreaktionsgas der Kammer zugeführt werden.
-
[Viertes Verfahren]
-
Verfahren zum Bilden von dünnen Filmen auf Siliciumbasis gemäß
dem ersten bis dritten Verfahren können bei einem Verfahren
zur Herstellung eines dünnen Films angewendet werden, der in
einer Dünnfilmtransistor-Flüssigkristalleinrichtung verwendet
wird. Fig. 29 zeigt eine Struktur eines Dünnfilmtransistors,
der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt
worden ist. Bezug nehmend auf Fig. 29 wird eine Gateelektrode
402, die aus einem Metall, wie titanenthaltendem Aluminium
besteht, auf einem isolierenden Substrat 401 gebildet, das aus
Glas oder ähnlichem hergestellt ist, und ein Gateisolierfilm
403 wird auf der Gateelektrode 402 gebildet. Ein
Halbleiterfilm 404 vom i-Typ, der aus amorphen Silicium (i-a-Si) vom
i-Typ besteht, wird auf dem Gateisolierfilin 403 so gebildet,
daß er zu der Gateelektrode 402 entgegengesetzt ist. Eine
Sperrschicht 408 wird auf dem oberen mittleren Abschnitt des
Halbleiterfilms 404 vom i-Typ so gebildet, daß sein
Kanalbereich
überdeckt ist. Source- und Drainelektroden 405 und
406, die aus einem Metall, wie Chrom bestehen, werden an den
Endbereichen des Halbleiterfilms 404 vom i-Typ so gebildet,
daß sie mit dem Halbleiterfilm 404 vom i-Typ durch eine
Halbleiterschicht 407 vom n-Typ hindurch in ohm'schen Kontakt
sind, die aus st2rstellendotiertem n-Typ, amorphen Silicium
(n&spplus;-a-Si) besteht.
-
Ein Verfahren zum Herstellen dieses Dünnfilmtransistors wird
unten beschrieben.
-
Der Dünnfilmtransistor, der in Fig. 29 gezeigt ist, wird mit
den folgenden Schritten hergestellt.
-
Ein Metallfilm, der aus titanenthaltendem Aluminium besteht,
wird auf einem isolierenden Substrat 401 durch ein
Zerstäubungsverfahren gebildet und als Muster ausgestaltet, um eine
Gateelektrode 402 zu bilden (Fig. 30A).
-
Ein Siliciumnitridfilm, der als ein Gateisolierfilm 403 dient,
ein i-a-Si Film, der als ein Halbleiterfilm 404 vom i-Typ
dient und ein Siliciumnitridfilm 408a, der als eine
Sperrschicht dient, werden aufeinanderfolgend auf der Gateelektrode
402 und der gesamten Oberfläche des Substrats 401, auf dem
sich die Gateelektrode 402 befindet, gebildet (Fig. 30B).
-
Der Gateisolierfilm 403, der Halbleiterfilm 404 vom i-Typ und
der Siliciumnitridfilm 408a werden fortlaufend unter
Verwendung einer chemischen Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung
gebildet, wie folgt.
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Fig. 31 zeigt eine Anordnung der chemischen
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung, die bei der Bildung des
Gateisolierfilms 403, der i-a-Si Schicht 404 und des Siliciumnitridfilms
408a verwendet wird. Diese chemische
Dampfabscheidungsvorrichtung umfaßt eine Substratladekammer 421, eine Kammer 422 zur
Bildung eines Siliciumnitridfilms (nachfolgend als Kammer zur
Bildung eines Gateisolierfilms bezeichnet), um den
Gateisolierfilm zu bilden, eine erste überführungskammer 423, eine
Kammer zur Bildung eines amorphen Siliciumfilms (nachfolgend
als Kammer zur Bildung einer i-a-Si Schicht bezeichnet) 424,
um die i-a-Si Schicht zu bilden, eine zweite
Überführungskammer 424, eine Kammer 426 zur Bildung eines Siliciumnitridfilms
(nachfolgend als Kammer zur Bildung einer Sperrschicht
bezeichnet), um die Sperrschicht (Siliciumnitridfilm 408a) zu
bilden, und eine Austragskammer 427 für das Substrat. Diese
Kammern sind aneinander angrenzend gebildet.
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Die Kammer 422 zur Bildung eines Gateisolierfilms, die Kammer
424 zur Bildung eines Halbleiterfilms vom i-Typ und die Kammer
426 zur Bildung einer Sperrschicht weisen den gleichen Aufbau
wie jene bei der chemischen
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung auf, die in Fig. 14 gezeigt ist. Eine Vakuumpumpe 428 ist
mit jeder Kammer über ein Ventil V verbunden. Zuführeinheiten
429 für Inertgas sind mit der Ladekammer 421 für das Substrat
bzw. der Austragskammer 427 für das Substrat über Ventile V
verbunden. Die Zufuhreinheit 430 für ein Prozeßgas und eine
Hochfrequenz-Leistungsquelle 431 sind mit jeder der Kammern
422 für die Bildung eines Gateisolierfilms, der Kammer 424 für
die Bildung des i-a-Si Films bzw. der Kammer 426 für die
Bildung der Sperrschicht verbunden.
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In der chemischen Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung, die in
Fig. 31 gezeigt ist, wird ein Inertgas der Ladekammer 423 für
das Substrat zugeführt, und eine Tür 421a wird geöffnet, um
einen Substrathalter 421, an dem sich Substrate 401 befinden,
an einem Halterbewegungsmechanismus 412 in der Kammer
anzubringen. Die Tür 421a wird dann geschlossen. In der Ladekammer
421 für das Substrat werden die Substrate 401 auf eine
vorbestimmte Temperatur von 230 bis 270ºC als
Filmbildungstemperaturbereich, beispielsweise auf eine Temperatur von 250ºC der
ersten Ausführungsform durch eine Heizeinrichtung 421b
erwärmt. Nachdem die Substrate auf die vorbestimmte Temperatur
erwärmt sind, wird die Ladekammer 421 für die Substrate
evakuiert
und eine Tür 422a der Kammer 422 zur Bildung des
Gateisolierfilms wird geöffnet, um den Substrathalter 411 in die
Kammer 422 für die Bildung des Gateisolierfilms zu überführen.
Die Substrate 401 werden eingestellt, daß sie HF Elektroden
413 gegenüber sind. Danach wird ein Prozeßgas der Kammer 422
zur Bildung des Gateisolierfilms zugeführt. Eine
Hochfrequenzenergie wird von der Hochfrequenz-Energiequelle 431 den HF
Elektroden 413 zugeführt, während die Substrattemperatur bei
250ºC gehalten wird, um eine HF Entladung zu beginnen, wodurch
ein SiN Film auf jedem Substrat abgeschieden wird. In diesem
Fall wird die HF Entladungsenergiedichte gesteuert, daß sie 60
bis 100 mW/cm² hat.
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Wenn jeder SiN Film eine vorbestimmte Dicke aufweist und die
Bildung der Gateisolierfilme auf den jeweiligen Substraten 401
abgeschlossen ist, wird eine Tür 422b geöffnet, um die
Substrate 401 zu der ersten überführungskammer 123 zu überführen.
Danach wird die Tür 422b geschlossen, das Gas in der Kammer
423 wird ausgetragen. Wenn das Gas in der ersten
Überführungskammer 423 vollständig ausgetragen worden ist, wird eine
Tür 424a der Kammer zur Bildung eines i-a-Si Films geöffnet,
und die an dem Substrathalter 411 angebrachten Substrate 401
werden in die Kammer 424 zur Bildung eines i-a-Si Films
überführt. Die Substrate 401 werden eingestellt, daß sie HF
Elektroden 14 gegenüber sind. Danach wird ein Prozeßgas der Kammer
424 zur Bildung des i-a-Si Films zugeführt, und eine
Hochfrequenzenergie wird von der Hochfrequenz-Energieguelle 431 den
HF Elektroden 414 zugeführt, um eine HF Entladung zu starten,
während die Substrattemperatur bei 250ºC gehalten wird,
wodurch auf jedem Substrat ein i-a-Si Film abgeschieden wird. In
diesem Fall wird die HF Entladungsenerqie gesteuert, daß sie
von 40 bis 50 mW/cm² ist.
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Wenn der i-a-Si Film auf jedem Substrat eine vorbestimmte
Dicke aufweist und die Bildung der Halbleiterfilme vom i-Typ
auf den jeweiligen Substraten abgeschlossen ist, wird eine Tür
424b geöffnet, um die Substrate 401 zu der zweiten
Überführungskammer
425 zu überführen. Nachdem die Tür 424b
geschlossen ist, wird das Gas in der Kammer 425 ausgetragen. Wenn das
Gas in der zweiten Überführungskammer 425 vollständig
ausgetragen worden ist, wird eine Tür 426a der Kammer 426 zur
Bildung der Sperrschicht geöffnet, um die Substrate 401, die an
dem Substrathalter 421 angebracht sind, in die Kammer 426 zur
Bildung der Sperrschicht zu überführen. Die Substrate 401
werden eingestellt, daß sie den HF Elektroden 415 gegenüber sind.
Ein Prozeßgas wird der Kammer 426 zur Bildung der Sperrschicht
zugeführt und es wird eine Hochfrequenzenergie von der
Hochfrequenz-Energiequelle den HF Elektroden 415 zugeführt, um
eine HF Entladung zubeginnen, während die Substrattemperatur
bei 250ºC gehalten wird. Ein SiN Film wird auf jedem Substrat
abgeschieden. In diesem Fall wird die HF
Entladungsenergiedichte gesteuert, daß sie 60 bis 100 mW/cm² wie bei der
Filmbildungsbedingung des Gateisolierfilms hat.
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Wenn der SiN Film auf jedem Substrat eine vorbestimmte Dicke
hat und die Bildung der Sperrschicht auf den jeweiligen
Substraten abgeschlossen ist, wird eine Tür 426b geöffnet, um die
Substrate 401 in die Austragskammer 427 für Substrate zu
überführen. Nachdem die Tür 426b geschlossen ist, wird ein
Inertgas der Austragskammer 427 für die Substrate zugeführt,
um den Innendruck auf Atmosphärendruck zu bringen und die
Substrate 401 auf Raumtemperatur abzukühlen. Eine Tür 427a
wird geöffnet, um die abgekühlten Substrate 401 zusammen mit
dem Substrathalter 411 nach außerhalb der Kammer 427 zu
entfernen.
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Während des Vorgangs der Filmbildung wird eine lange Zeitdauer
benötigt, die Substrate auf eine Temperatur zur
Siliciumnitridfilmbildung zu erwärmen und die Substrate 401
abzukühlen, bevor sie aus der Austragskammer 427 für Substrate
entfernt werden, damit der gebildete SiN und der i-a-Si Film vor
Rissen geschützt werden, die durch thermische Störungen
hervorgerufen werden.
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Während der Filinbildung sind die Prozeßgase, die der Kammer
zur Bildung des Gateisolierf ilms und der Kammer zur Bildung
der Sperrschicht zugeführt werden, die gleichen wie jene bei
der ersten Ausführungsform. Das heißt, Monosilan- oder
Disilangas und Ammoniumgas bilden ein Hauptreaktionsgas, und
Stickstoff, Wasserstoff, Hehum oder eine Mischung davon wird
als Trägergas verwendet. Wenn SiH&sub4; und NH&sub3; ein
Hauptreaktionsgas bilden und N&sub2; als ein Trägergas verwendet wird, ist ein
Mischungsverhältnis von SiH&sub4;&sub1; NH&sub3; und N&sub2; 1 : 1 14 bis 1: 2,7
12,3. Bei der obigen Ausführungsform werden die Filme unter
den gleichen Bedingungen wie bei der ersten Ausführungsform
gebildet.
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Das Prozeßgas, das der Kammer 424 zur Bildung des i-a-Si Films
zugeführt wird, besteht aus Monosilangas als Hauptreaktionsgas
und Wasserstoff als ein Trägergas.
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Der Siliciumnitridfilm 408a des Stapels aus dem
Siliciumnitridfilm 403, dem i-a-Si Film 404 und dem Siliciumnitridfilm
408a, die nacheinander auf dem Substrat gebildet sind, wird zu
einem Muster in einer Form gebildet, die derjenigen des
Kanalbereiches entspricht, wodurch die Sperrschicht 408 (Fig. 30C)
gebildet wird.
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Ein n&spplus;-a-Si Film 407a, um einen ohm'schen Kontakt mit dem
i-a-Si Film zu erhalten, und ein Metallfilm 409 werden
aufeinanderfolgend auf dem i-a-Si Film 404 gebildet (Fig.
32D)
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Der n&spplus;-a-Si Film 407a und die Metallschicht 409 werden mit
einem Muster ausgebildet, damit sie Formen aufweisen, die der
Source- und Drainelektrode 405 und 406 entsprechen, wodurch
ein Dünnfilmtransistor gebildet wird, der in Fig 29 gezeigt
ist.
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Der SiN Film, der als der Gateisolierfilin dient, der SiN Film,
der als Sperrfilm dient, und die i-a-Si Schicht, die als
Halbleiterschicht
vom i-Typ dient, werden bei ungefähr 250ºC
gebildet. Deshalb können der Gateisolierfilm, die Sperrschicht
und die Halbleiterschicht vom i-Typ nacheinander gebildet
werden, ohne die Substrattemperatur während der Filmbildung
einzustellen. Gemäß diesem Herstellungsverfahren kann die Zeit,
die benötigt wird, den Gateisolierfilm, die Sperrschicht und
die Halbleiterschicht vom i-Typ zu bilden, stark verkürzt
werden, und ein Dünnfilmtransistor kann mit hohem Wirkungsgrad
hergestellt werden.
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Bei diesem Herstellungsverfahren werden der SiN Gatefilm, der
SiN Sperrfilm und die i-a-Si Schicht bei ungefähr 250ºC
gebildet. Da die i-a-Si Schicht bei dieser Filmbildungstemperatur
gebildet wird, werden die Halbleitereigenschaften der i-a-Si
Schicht nicht verschlechtert.
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Da der SiN Gatefilm und der SiN Sperrfilm bei HF
Entladungsenergiedichten von 60 bis 100 mW/cm² gebildet werden, können
der Gate- und Sperr-SiN-Film ausreichend hohe
Durchbruchsspannungen haben, selbst wenn die Filmbildungstemperatur so
niedrig wie ungefähr 250ºC ist.
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Gemäß diesem Herstellungsverfahren kann ein
Dünnfilmtransistor, der ausgezeichnete Eigenschaften besitzt, erhalten
werden, wobei die Halbleiterschicht vom i-Typ ausgezeichnete
Halbleitereigenschaften und der Gateisolierfilm eine
ausreichend hohe Durchbruchsspannung hat.
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Die obige Ausführungsform stellt beispielhaft einen
Dünnfilmtransistor vom umgekehrt versetzten Typ dar, der einen
Sperrisolierfilm hat. Jedoch ist die vorliegende Erfindung auch auf
das Herstellen eines Dünnfilmtransistors vom umgekehrt
versetzten Typ anwendbar, der keinen Sperrisolierfilm hat. In
diesem Fall können ein Gateisolierfilm, ein Halbleiterfilm vom
i-Typ und eine Halbleiterschicht vom n-Typ kontinuierlich
gebildet werden. In diesem Fall wird eine chemische Plasma-
Dampfabscheidungsvorrichtung, die eine Kammer zur Bildung
eines n&spplus;-a-Si Films aufweist, statt der chemischen Plasma-
Dampfabscheidungsvorrichtung verwendet, die die Kammer 426 zur
Bildung der Sperrschicht hat, die in Fig. 31 gezeigt ist.
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Die vorliegende Erfindung ist auch auf die Herstellung eines
Dünnfilmtransistors vom versetzten Typ anwendbar, der eine
umgekehrte Struktur eines Dünnfilmtransistors vom umgekehrt
versetzten Typ aufweist. Ein Dünnfilmtransistor vom versetzten
Typ ist in Fig. 32 gezeigt. Die gleichen Bezugszeichen wie in
Fig. 29 bezeichnen die gleichen Teile in Fig. 32. In diesem
Fall werden eine i-a-Si Schicht 404 und ein Gateisolierfilm
403 kontinuierlich gebildet. In diesem Fall weist die
chemische Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung eine
Substratladekammer, eine Kammer zur Bildung einer Halbleiterschicht vom
i-Typ, eine Kammer zur Bildung eines Gateisolierfilms und eine
Substrataustragskammer auf, die alle aneinander angrenzend
sind.
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[Fünfte Ausführungsform]
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Die fünfte Ausführungsform liefert einen Dünnfilmtransistor,
bei dem ein Gateisolierf ilm eine zweischichtige Struktur
aufweist, die aus einem SiN Film, der eine Durchbruchsspannung
hat, und einem SiN Film besteht, der eine gute
Grenzschichteigenschaft mit dem Halbleiterfilm vom i-Typ besitzt. Diese
Ausführungsform wird im einzelnen beschrieben.
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Bei dem Dünnfilmtransistor der fünften Ausführungsform, wie es
in Fig. 33 gezeigt ist, ist eine Gateelektrode 502 auf einem
isolierenden Substrat 501 gebildet, das aus Glas besteht, und
ein Gateisolierfilm 503 ist auf der Gateelektrode 502
gebildet. Eine Halbleiterschicht 504, die aus amorphen Silicium
oder Polysilicium besteht, ist auf dem Gateisolierfilm 503 so
gebildet, daß sie der Gateelektrode 502 gegenüberliegt. Die
Source- und Drainelektrode 505 und 506 sind an beiden
Endabschnitten der Halbleiterschicht 504 über eine ohm'sche
Kontaktschicht
507 gebildet, die aus störstellendotiertem n-Typ
amorphen Silicium oder Polysilicium besteht.
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Diese Ausführungsform ist auch auf einen Dünnfilmtransistor
anwendbar, der in Fig. 34 gezeigt ist. Bei diesem
Dünnfilmtransistor ist eine Sperrschicht auf einem Abschnitt gebildet,
der einem Kanalbereich einer Halbleiterschicht vom i-Typ
entspricht. Die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 33 bezeichnen
die gleichen Teile in Fig. 34, und eine ins einzelne gehende
Beschreibung davon wird weggelassen.
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Ein Gateisolierfilin 503 besteht aus einem Si-reichen
Siliciumnitridfilm 503a, der eine größere Anzahl an Siliciumatomen
(Si) als die hat, die durch ein stöchiometrisches Verhältnis
(Si/N = 0,75) wiedergegeben ist, und es wird ein N-reicher
Siliciumfilm 503b in einem Bereich des Gateisolierfilms 503
nahe der Grenzschicht mit einer Halbleiterschicht 504 gebildet
und weist eine größere Anzahl an Stickstoffatomen (N) als das
dargestellte stöchiometrische Verhältnis auf. Die Dicke des
Gateisolierfilins 503 ist ungefähr 1100 Å und die Dicke des
Nreichen Siliciumnitridfilms 503b an der Grenzschicht mit der
Halbleiterschicht 504 ist ungefähr 100 Å.
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Der Siliciumnitridfilm 503a, der eine größere Anzahl von
Sihciumatomen in dem Gateisolierfilin 503 aufweist, wird durch
eine chemische Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung gemäß den
folgenden Filmbildungsbedingungen gebildet:
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Substrattemperatur: 250 ºC
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Hauptreaktionsgas: SiH&sub4; 30 ccm/min
NH&sub3; 60 ccm/min
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Trägergas: N&sub2; 390 ccm/min
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Druck: 0,5 Torr
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HF Entladungsfrequenz: 13,56 Mhz
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Entladungsenergiedichte: 84 mW/cm²
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Das Zusammensetzungsverhältnis des Siliciumnitridfilms, der
bei einer HF Entladungsenergiedichte von 84 mW/cm² gebildet
wird, ist Si/N = 0,83.
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Der N-reiche Siliciumnitridfilm 503b an der Grenzschicht mit
der Halbleiterschicht 504 wird durch eine chemische Plasma-
Dampfabscheidungsvorrichtung unter den gleichen Bedingungen
wie bei der Bildung des Siliciumnitridfilms gebildet, der eine
größere Anzahl Siliciumatome aufweist, mit der Ausnahme, daß
die HF Entladungsenergiedichte gesteuert wird, daß sie 127
mW/cm² hat. Auf diese Weise wird ein
Zusammensetzungsverhältnis des Siliciumnitridfilms, der bei der HF
Entladungsenergiedichte von 127 mW/cm² gebildet wird, Si/N = 0,69.
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Bei diesem Dünnfilmtransistor der fünften Ausführungsform hat,
da der Gateisolierfilm 503 einen Siliciumnitridfilm
einschließt, der eine größere Anzahl an Siliciumatomen als durch
das stöchiometrische Verhältnis wiedergegeben aufweist, der
Gateisolierfilin 503 eine ausreichend hohe Durchbruchsspannung
wie bei der ersten Ausführungsform.
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Da der Siliciumnitridfilm 503a, der eine größere Anzahl von
Siliciumatomen als die durch das stöchiometrische Verhältnis
wiedergegebene aufweist, hauptsächlich verwendet wird, den
Gateisolierfilm 503 zu bilden, wird ein Durchbruch zwischen
der Gateelektrode 502 und der Source- und Drainelektrode 505
und 506 vorzüglich bei dem Dünnfilmtransistor dieser
Ausführungsform verhindert. Zusätzlich kann, da die Dicke des
Gateisolierfilms 503 so klein wie ungefähr 1100 Ä sein kann, ein
stärkeres, elektrisches Feld an die Halbleiterschicht 504
angelegt werden, um den EIN Strom zu erhöhen, selbst wenn die an
die Gateelektrode 502 gelegte Gatespannung die gleiche bleibt.
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Wenn der Gateisolierfilm 503 aus einem Siliciumnitridfilm 503a
besteht, der eine größere Anzahl von Siliciumatomen als die
durch das stöchiometrische Verhältnis wiedergegebene aufweist,
treten Hysteresis-Eigenschaften in der VG-ID Kennlinie des
Dünnfilmtransistors auf. Bei dem Dünnfilmtransistor dieser
Ausführungsform hat der Dünnfilmtransistor eine gute VG-ID
Kennlinie ohne Hysteresis-Eigenschaften, da der
Siliciumnitridfilm 503b, der eine größere Anzahl von Stickstoffatomen
als die durch das stöchiometrische Verhältnis wiedergegebene
aufweist, an einer Grenzschicht des Gateisolierfilins 503 mit
der Halbleiterschicht 504 gebildet wird und die Hysteresis-
Eigenschaften der VG-ID Kennlinie durch eine
Filmzusammensetzung an der Grenzschicht des Gateisolierfilms 503 mit der
Halbleiterschicht 504 bestimmt wird.
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Die Fig. 35 und 36 zeigen VG-ID Kennlinien (durchgezogene
Kurven) eines Dünnfilmtransistors, dessen Gateisolierfilm 503 nur
aus einem Siliciumnitridfilm besteht, der eine größere Anzahl
an Silciumatomen als die durch das stöchiometrische Verhältnis
wiedergegebene aufweist, und von einem Dünnfilmtransistor,
dessen Gateisolierfilin 503 aus beiden Siliciumnitridfilmen
503a, 503b besteht, die eine größere Anzahl von Siliciumatomen
als die durch das stöchiometrische Verhältnis wiedergegebene
aufweist und der Siliciumnitridfilm 503b eine größere Anzahl
an Stickstoffatomen als die durch das stöchiometrische
Verhältnis wiedergegebene aufweist. Wenn der Gateisolierfilin nur
aus einem Siliciumnitridfilxn besteht, der eine größere Anzahl
an Siliciumatomen aufweist, treten Hysteresis-Eigenschaften in
der VG-ID Kennlinie auf, wie es in Fig. 35 gezeigt ist. Jedoch
weist, wenn der Gateisolierfilin 503 auch den
Siliciumnitridfilm 503b aufweist, der eine größere Anzahl an
Stickstoffatomen aufweist und an der Grenzschicht des Cateisolierfilms 503
mit der Halbleiterschicht 504 gebildet wird, die VG-ID
Kennlinie keinerlei Hysteresis auf, wie es in Fig. 36 gezeigt ist.
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Die Dicke des Siliciumnitridfilms 503b, der eine größere
Anzahl an Stickstoffatomen aufweist, ist ausreichend mit
ungefähr 100 Å. Selbst wenn der Siliciumnitridfilm 503b auf der
Oberfläche des Siliciumnitridfilms (Dicke: ungefähr 1000 Å)
503a gebildet wird, ist die Gesamtdicke des Isolierfilins
ungefähr 1100 Å. Der EIN Strom des Dünnfilmtransistors der fünften
Ausführungsform ist ausreichend größer als der des
herkömmlichen Dünnfilmtransistors (Gateisolierfilmdicke: 3000 bis 4000
Å), der die VG-ID Kennlinienkurve aufweist, die durch die
abwechselnd lang und zweimal kurz gestrichelte Linie in Fig. 36
angegeben ist.
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Bei dieser Ausführungsform können, da der Si-reiche Nitridfilm
503a und der N-reiche Nitridfilm 503b, der nahe der
Halbleiterschicht 504 gebildet ist, durch die chemische
Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung bei HF Entladungsenergiedichten von 84
mW/cm² bzw. 127 mW/cm² gebildet werden, diese
Siliciumnitridfilme 503a und 503b kontinuierlich durch die chemische Plasma-
Dampfabscheidungsvorrichtung gebildet werden.
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Bei der fünften Ausführungsform wird ein Siliciumnitridfilm,
der eine größere Anzahl Siliciumatome aufweist und als der
Gateisolierfilm 503 dient, bei der HF Entiadungsenergiedichte
von 84 mW/cm² gebildet. Jedoch kann dieser Siliciumnitridfilm
innerhalb des Entladungsenergiedichtebereiches von 60 bis 100
mW/cm² gebildet werden. Irgendein Silciumnitridfilm, der
innerhalb dieses Bereiches der Entladungsenergiedichte gebildet
wird, weist eine hohe Durchbruchsspannung auf.
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Zusätzlich kann ein Siliciumnitridfilm, der eine größere
Anzahl an Stickstoffatomen aufweist und als der
Siliciumnitridfilm 503b an der Grenzschicht mit der Halbleiterschicht 504
dient, bei einer HF Entladungsenergiedichte von 110 mW/cm²
oder mehr gebildet werden Jedoch ist eine bevorzugte
Entladungsenergiedichte zum Bilden dieses Siliciumnitridfilms ein
Maximum von ungefähr 250 mW/cm². Der Si-reiche Nitridfilm 503a
und der N-reiche Nitridfilm 503b können bei dem vorgenannten
Schritt des Bildens des Gateisolierfilms 503 gebildet werden,
indem die Zusammensetzung des Prozeßgases nach der Bildung des
Isolierfilins geändert wird.
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Der Dünnfilmtransistor dieser Ausführungsform ist vom
umgekehrt versetzten Typ. Jedoch ist die vorliegende Erfindung auf
gleiche Weise auf Dünnfilmtransistoren vom versetzten, vom
koplanaren und vom umgekehrt koplanaren Typ natürlich anwendbar.