DE69115405T2 - Dünnfilmtransistor und eine Dünnfilmtransistorpanele, die solche Transistoren verwendet - Google Patents

Dünnfilmtransistor und eine Dünnfilmtransistorpanele, die solche Transistoren verwendet

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • [Schritt 1]
  • 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.
  • [Schritt 2]
  • 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.
  • [Schritt 3]
  • 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.
  • [Schritt 4]
  • 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.
  • [Schritt 5]
  • 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.
  • 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.
  • [Schritt 7]
  • 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.
  • 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.
  • [Schritt 9]
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Halbleiterschicht 4 vom i-Typ wird in der Form eines Transistors als Muster ausgebildet, um einen Dünnfilmtransistor oder TFT fertigzustellen.
  • 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.
  • 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
  • Der Gateisolierfilm 3, die i-a-Si Schicht 4 und die Sperrschicht 8 werden durch diese chemische Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung auf die folgende Weise gebildet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Das Substat wird dann in die Substrataustragskammer 17 überführt und auf Umgebungstemperatur (Raumtemperatur) abgekühlt. Das abgekühlte Substrat wird außerhalb der Substrataustragskammer 17 entfernt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Aus diesem Grund kann das herkömmliche Herstellungsverfahren für Dünnfilmtransistoren keine Dünnfilmtransistoren mit einem hohen Wirkungsgrad herstellen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Aus diesem Grund ist es unmöglich gewesen, Al für die Gateelektrode und die Source- und Drainelektrode zu verwenden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die vorstehenden Zielsetzungen werden durch den Gegenstand der Ansprüche 1 und 8 erreicht.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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:
  • Fig. 1 eine Schnittansicht einer herkömmlichen Dünnfilmtransistorstruktur ist;
  • Fig. 2 eine Schnittansicht einer anderen herkömmlichen Dünnfilmtransistorstruktur ist;
  • Fig. 3 ein zeitdiagramm ist, das den Startzeitpunkt der Zuführung des Prozeßgases und den Startzeitpunkt der HF Entladung zeigt;
  • Fig. 4 eine schematische Ansicht ist, die eine Anordnung einer chemischen Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung zeigt, die bei einem herkömmlichen Herstellungsverfahren für Dünnfilmtransistoren verwendet wird;
  • Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Dünnfilmtransistor-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung ist, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;
  • Fig. 6 eine Schnittansicht ist, die entlang der Linie VI-VI der Fig. 5 genommen ist;
  • Fig. 7 eine vergrößerte Schnittansicht eines Dünnfilmtransistors ist, der bei der ersten Ausführungsform verwendet wird;
  • 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;
  • 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;
  • Fig. 10 eine vergrößerte Schnittansicht für einen Dünnfilmtransistor ist, der bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
  • 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;
  • Fig. 12 eine vergrößerte Schnittansicht eines Dünnfilmtransistors ist, der bei einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
  • Fig. 13A bis 13F Schnittansichten sind, die die Herstellungsreihenfolge der vierten Ausführungsform der Fig. 12 darstellt;
  • Fig. 14 eine Schnittansicht ist, die eine schematische Anordnung einer chemischen Plasma-Dampfabscheidungsvorrichtung zeigt, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
  • Fig. 15 ein Histogramm ist, das das Durchbruchsprüfergebnis eines dünnen Films auf Siliciumbasis zeigt, der mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist;
  • 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;
  • Fig. 17 eine Draufsicht ist, die eine Prüfprobe beim Durchbruchstest der Fig. 15 und 16 zeigt;
  • Fig. 18 eine Schnittansicht ist, die die in Fig. 17 gezeigte Prüfprobe zeigt;
  • 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;
  • 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;
  • Fig. 21 eine graphische Darstellung ist, die eine Beziehung zwischen einer Filmbildungszeit und einer Filmdicke bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 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;
  • 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;
  • Fig. 25 ein Zeitdiagramm ist, das einen Startzeitpunkt der HF Entladung und einen Zustand der HF Entladungsenergiezuführung bei einem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 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;
  • 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;
  • Fig. 29 eine Schnittansicht ist, die eine Struktur eines Dünnfilmtransistors zeigt, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist;
  • Fig. 30A, 30B, 30C und 30D Schnittansichten sind, die Schritte beim Herstellen des Dünnfilmtransistors zeigen, der in Fig. 29 gezeigt ist;
  • Fig. 31 eine schematische Ansicht einer chemischen Plasma- Dampfabscheidungsvorrichtung ist, die bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
  • 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;
  • 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;
  • 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;
  • Fig. 35 eine graphische Darstellung ist, die die I-V-Kennlinie eines Dünnfilmtransistors zeigt, der mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist; und
  • Fig. 36 eine graphische Darstellung ist, die die I-V-Kennlinie des in Fig. 33 gezeigten Dünnfilmtransistors zeigt.
  • Auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nehmend, werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • [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.
  • [Schritt 2]
  • 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.
  • [Schritt 3]
  • 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.
  • [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 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.
  • [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 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.
  • [Schritt 8]
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 µ&Omega; 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.
  • Der Sperrisolierfilm (SiN film) 208 wird unten den gleichen Bedingungen wie jenen für den Gateisolierfilm 203 gebildet.
  • 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.
  • [Schritt 5]
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Das Herstellungsverfahren der Dünnfilme auf Siliciumbasis, die bei den obengenannten Dünnfilmtransistoren verwendet werden, wird nun erläutert.
  • [Erstes Filmbildungsverfahren]
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ein Siliciumnitridfilm wurde unter den folgenden Bedingungen gebildet, die innerhalb des Bereiches der obigen Filmformungsbedingungen fallen:
  • Substrattemperatur: 250ºC
  • Hauptreaktionsgas: SiH&sub4; 30 ccm/min NH&sub3; 60 ccm/min
  • Trägergas: N&sub2; 390 ccm/min
  • Druck: 0,5 Torr
  • HF Entladungsfrequenz: 13,56 Mhz
  • Entladungsenergiedichte: 84 mW/cm²
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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)
  • [Zweites Filmbildungsverfahren]
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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)
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • [Fünfte Ausführungsform]
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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:
  • Substrattemperatur: 250 ºC
  • Hauptreaktionsgas: SiH&sub4; 30 ccm/min NH&sub3; 60 ccm/min
  • Trägergas: N&sub2; 390 ccm/min
  • Druck: 0,5 Torr
  • HF Entladungsfrequenz: 13,56 Mhz
  • Entladungsenergiedichte: 84 mW/cm²
  • Das Zusammensetzungsverhältnis des Siliciumnitridfilms, der bei einer HF Entladungsenergiedichte von 84 mW/cm² gebildet wird, ist Si/N = 0,83.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (9)

  1. Dünnfilmtransistor mit einen isolierenden Substrat (101, 201, 401, 501) , einem nicht-einkristailinen Silikonhalbleiterfilm (114, 204, 404, 504), der über dem Substrat angeordnet ist, einem isolierenden Film (113, 203, 403, 503) , der auf dem Halbleiterfilm angeordnet ist, und einem Paar von ersten Elektroden (116, 117; 206, 207; 407; 506, 507), die mit einem vorgegebenen Abstand voneinander in einer Ebene angeordnet und eiektrisch mit dem Haibleiterfum verbunden sind, um so den Kanalbereich des Transistors zu bilden, und einer zweiten Elektrode (112, 202, 402, 502) die so angeordnet ist, daß zumindest der isolierende Film zwischen ihr und dem Paar von ersten Elektroden angeordnet sind, wobei von dem ersten Elektrodenpaar und der zweiten Elektrode zumindest die Elektrode oder das Elektrodenpaar auf dem Substrat angeordnet sind, welches aus titanenthaltendem Aluminium gemacht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das titanenthaltende Aluminium einen Titananteil von mindestens 2,2 Gewichtsprozent aufweist.
  2. 2. Dünnfilmtransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode aus titanenthaltendem Aluminium auf dem Substrat ausgebildet ist und das Paar von ersten Elektroden über der zweiten Elektrcde ausgebildet ist, so daß zumindest der isolierende Film auf der zweiten Elektrode zwischen dem Paar von ersten Elektroden und der zweiten Elektrode eingeschlossen ist.
  3. 3. Dunnfilmtransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar von esten Elektroden aus titanenthaltendem Aluminium auf dem Substrat ausgebildet ist und die zweite Elektrode urer dem Paar erster Elektroden ausgebildet ist, um zumindest den isolierenden Film auf dem ersten Elektrodenpaar zwischen sich selbst und dem Paar von ersten Elektroden einzuschließen.
  4. 4. Dünnfilmtransistor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Film ein Silikonnitridfilm ist, der im Substrattemperaturbereich von 230 bis 270ºC ausgebildet wird; und daß die Elektrode oder das Elektrodenpaar auf dem Substrat aus titanenthaltendem Aluminium hergestellt ist mit einem Titananteil von mindestens 2,2 Gewichtsprozent.
  5. 5. Dünnfilmtransistor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Film ein Silikonnitridfilm ist, der in einem Substrattemperaturbereich von 350 bis 370ºC hergestellt ist, und daß die Elektrode oder das Elektrodenpaar auf dem Substrat aus titanenthaltendem Aluminium mit einem Titananteil von mindestens 4,2 Gewichtsprozent hergestellt ist.
  6. 6. Dünnfilmtransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Film aus einer Metalloxidschicht besteht, die durch Anodlsieren der Oberfläche der Elektrode oder des Elektrodenpaares auf dem Substrat gebildet wird und weiter aus einer Silikonnitridschicht besteht, die auf der Metalloxidschicht ausgebildet ist.
  7. 7. Dünnfilmtransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Blockierschicht auf dem Halbleiterfilm vorgesehen ist, um das Paar von ersten Elektroden voneinander zu trennen.
  8. 8. Dünnfilmtransistorschicht, die aus Dünnfilmtransistoren nach Anspruch 1 besteht, welche in einer Matrix auf dem Substrat angeordnet sind, mit:
    einer Vielzahl von Steuersignaileitungen, die so ausgebildet sind, daß sie sich in Zeilen- oder Spaltenrichtung erstrecken und mit den zweiten Elektroden der Dünnfilmtransistoren einer Reihe oder Spalte verbunden sind, um Steuersignale an die Dünnfilmtransistoren zur Verfügung zu stellen;
    einer Vielzahl von Datensignalleitungen, die so ausgebildet sind, daß sie sich in Zeilen oder Spaltenrichtung erstrecken und eine Elektrode von jedem Elektrodenpaar der Dünnfilmtransistoren einer Zeile oder Spalte verbinden, um Datensignale an die Dünnfilmtransistoren zuzuführen; und
    transparente Pixel-Elektroden, die auf dem Substrat so angeordnet sind, daß sie mit den 2nalviduellen Dünnfilmtransistoren korrespondieren und die mit dem jeweils anderen Transistor jedes ersten Elektrodenpaares verbunden sind, so daß Datensignale an die Pixel-Elektroden über die Dünnfilmtransistoren angelegt werden können, wodei unter den Steuersignalleitungen und den Datensignalleitungen zumindest die Leitungen, die auf dem Substrat ausgebildet sind, aus titanenthaltendem Aluminium mit einem Titangehalt von mindestens 2,2 Gewichtsprozent hergestellt sind.
  9. 9. Dünnfilmtransistorschicht nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierende Film aus einer Metalloxidschicht beteht, die durch Anodisleren der Oberfläche der Elektrode auf dem Substrat und der Oberflächen, die mit der Elektrode der Steuerelektrodenleitungen und Datensignalleitungen verbunden sind, und einer Silikonnitridschicht besteht, die auf der Metalloxidschicht ausgebildet ist.
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