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Die
vorliegende Erfindung ist allgemein auf ein Verfahren zum Behandeln
einer dotierten amorphen Siliziumoberfläche vor der Herstellung eines elektrischen
kontakten damit gerichtet, um den elektrischen Kontakt zu fördern. Das
Verfahren ist anwendbar auf die Herstellung von mikroelektronischen Schaltungen
und mehr im besonderen ist es anwendbar auf die Herstellung amorpher
Dünnfilm-Siliziumhalbleiter,
insbesondere solche wie sie in Matrix-adressierten Flüssigkristallanzeige-Systemen verwendet
werden.
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Ein
Flüssigkristall-Anzeigeelement
umfaßt üblicherweise
ein Paar flacher Platten, die an ihren Außenkanten abgedichtet sind
und eine Menge eines Flüssigkristallmaterials
enthalten. Die flachen Platten weisen im allgemeinen transparentes
Elektrodenmaterial auf, das in vorbestimmten Mustern auf den inneren
Oberflächen
angeordnet ist. Eine Platte ist häufig vollständig von einer einzigen transparenten, geerdeten
ebenen Elektrode bedeckt.
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Die
gegenüberliegende
Platte ist mit einer Reihe von transparenten Elektroden versehen,
die im folgenden als Pixel (Bildelement)-Elektroden bezeichnet werden.
Eine solche typische Zelle in einer Flüssigkristallanzeige schließt Flüssigkristallmaterial ein,
das zwischen einer Pixel-Elektrode und einer geerdeten Elektrode
angeordnet ist und eine kondensatorähnliche Struktur zwischen transparenter
vorderer und rückwärtiger Platte
bildet. Im allgemeinen ist die Transparenz jedoch nur für eine der
beiden Platten und die darauf angeordneten Elektroden erforderlich.
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Im
Betrieb wird die Orientierung des Flüssigkristallmaterials durch
Spannungen bewirkt, die an die Elektroden auf beiden Seiten des
Flüssigkristallmaterials
angelegt werden. Üblicherweise
bewirkt eine an die Pixel-Elektrode angelegte Spannung eine Änderung
der optischen Eigenschaften des Flüssigkristallmaterials. Diese
optische Änderung
verursacht die Anzeige von Information auf dem Anzeigeschirm. In üblichen
Digitaluhranzeigen und in neuen LCD-Anzeigen, Schirmen, die bei
einigen Miniatur-Fernsehempfängern
benutzt werden, wird der visuelle Effekt üblicherweise durch Variationen
im reflektierten Licht erzeugt. Die Verwendung transparenter Vorder-
und rückwärtiger Platten
und transparenter Elektroden gestattet jedoch auch die Erzeugung
visueller Effekte über
Durchlässigkeitswirkungen.
Diese Durchlässigkeitswirkungen
können
mittels nachfolgend mit Energie versehener Lichtquellen für die Anzeige
mit Fluoreszenz-Elementen erleichtert werden. Dies wird üblicher
Weise als Hintergrund-Beleuchtung bezeichnet. Es werden verschiedene
elektrische Mechanismen benutzt, um nacheinander einzelne Pixel-Elemente
in einer LCD-Anzeige an-und abzuschalten. Am zweckmäßigsten
umfaßt das
Schalterelement der vorliegenden Erfindung einen Dünnfilm-Feldeffekttransistor
mit einer Schicht aus amorphem Silizium. Solche Elemente sind in
vielen LCD-Anzeigen bevorzugt wegen ihrer potentiell geringen Größe, ihres
geringen Leistungsverbrauchs, der Schaltgeschwindigkeit, der leichten Herstellung
und der Verträglichkeit
mit üblichen LCD-Strukturen.
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Dünnfilm-Feldeffekttransistoren,
die hergestellt sind durch Plasma-gefördertes chemisches Dampfabscheiden
(PECVD) von amorphem Silizium (a-Si) und Siliziumnitrid sind ideal
für das
Matrix-Adressieren von Flüssigkristallanzeigen.
Sie werden hergestellt auf Glassubstraten mit einer hohen Bildelementdichte
unter Anwendung von Verfahren und Ausrüstungen, wie sie üblicherweise
bei der Herstellung von integrierten Schaltungen benutzt werden.
Bei einem Verfahren zur FET-Herstellung und LCD-Anzeigen wird mittels zwei Maskierungsstufen ein
Molybdänkontakt
an amorphes N+-Silizium angebracht. Nach
einer Abscheidung eines isolierenden Materials, wie Siliziumnitrid,
einer Schicht eigenleitenden amorphen Siliziums und dem Dotieren
der oberen Teile der Schicht aus amorphem Silizium wird eine dünne Schicht
aus Molybdän
durch Zerstäuben abgeschieden.
In diesem Film wird ein Muster aus kleinen Bereichen hergestellt,
die als Mesas bezeichnet werden. Dann versieht man die Siliziumnitrid/Silizium-Schichten mit Mustern,
wobei Bereiche gebildet werden, die etwas größer sind als die Mesas und
die als Inseln bezeichnet werden. Dann scheidet man Molybdän dick auf
der Scheibe ab und versieht es mit einem Muster zur Bildung Von
Source/Drain- und Datenlinien-Elektroden. Das Abscheiden des dünnen Molybdäns vor der
nachfolgenden Verarbeitung zu Inseln hat sich als erforderlich erwiesen,
um einen zuverlässigen
Kontakt von Molybdän
am N+-Si-lizium sicherzustellen.
Es sind daher zwei Maskierungsstufen erforderlich, um den Kontakt
zu bilden: die Mesa-Maske und die Insel-Maske. Das Vermindern der Zahl
von Maskierungsstufen ist erwünscht,
weil es die Verarbeitungszeit verkürzt und im allgemeinen die
Elementausbeute erhöht.
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Die 1A und 1B veranschaulichen insbesondere die
Tatsache, daß die
vorliegende Erfindung eine Maskierungsstufe weniger benutzt als
andere Behandlungsverfahren. Im besonderen veranschaulicht die 1A eine Stufe bei der Herstellung
eines invertierten Dünnfilm-Feldeffekttransistors. 1B veranschaulicht eine
vollständige
FET-Struktur, die gemäß einem
Verfahren erhalten wurde, das sich von der vorliegenden Erfindung
unterscheidet. Die in 1 gezeigten
Transistor-Strukturen befinden sich auf einem Glassubstrat 10.
Dies ist eine typische Situation, in der diese Transistoren in Flüssigkristall-Anzeigen
eingesetzt werden. Im allgemeinen ist jedoch irgendein isolierendes
Substratmaterial, das mit den anderen beim Transistor benutzten
Materialien thermisch verträglich
und nicht reaktiv ist, zur Verwendung als Substrat geeignet. Es
wird auch darauf hingewiesen, daß die in den Figuren veranschaulichte
Transistor-Struktur eine invertierte Struktur ist, da die Gate-Elektrode
an einem tiefer liegenden Punkt der Transistor-Struktur angeordnet
ist.
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Im
besonderen veranschaulicht die 1A eine
Gate-Elektrode 12, die auf einem Substrat 10 angeordnet
ist. Die Anordnung der Materialien der Gate-Elektrode und der leitenden
Zuleitungen erfordert üblicherweise
eine separate Stufe des Maskierens und Musterns, die für die Durchführung der
vorliegenden Erfindung nicht besonders relevant ist. Nach der Bildung
der Metallmuster der Gate-Elektrode 12 wird eine isolierende
Schicht 14, die üblicherweise
Siliziumnitrid umfaßt,
auf dem Substrat abgeschieden. In einer ähnlichen Weise scheidet man dann
eine Schicht aus amorphem Silizium-Material 16 über der
isolierenden Schicht 14 ab. Danach wird eine dotierte amorphe
Silizium-Schicht 15 in einer üblichen Weise unter Verwendung
bekannter Verfahren abgeschieden, um die Schicht 15 aus
dotiertem amorphem N+-Silizium zu bilden.
Als nächstes
verwendet man eine Schicht aus einem metallischen Material 18,
wie Molybdän.
Die Molybdänschicht 18 wird
benutzt, um den elektrischen Kontakt zu dem dotierten amorphen N+-Silizium-Material 15 zu verbessern.
Es ist die Verbesserung dieses elektrischen Kontaktes, auf die sich
die Erfindung besonders richtet. Gemäß den in den 1A und 1B veranschaulichten
Verfahren wird die Schicht 18 maskiert und gemustert, was
zur Bildung der in 1A gezeigten Mesa-Struktur 18 führt. Es
ist diese besondere Maskierungsstufe, die durch die vorliegende
Erfindung beseitigt wird. Bei dem dargestellten Verfahren beseitigt
ein nachfolgendes Mustern und Maskieren Teile der Schichten 14, 15 und 16,
um unterhalb der gezeigten Mesa-Struktur Insel-Strukturen zu bilden. Wird
die Schicht 18 vor dem Abscheiden und Ätzen des Source- und Drain-Elektroden-Materials
nicht zu Mesas zurückgeschnitten,
dann entwickelt sich häufig
aufgrund eines Unterschneidens des Silizium/Siliziumnitrid-Materials
ein Überhang
und verursacht Stufenabdeckungsprobleme für die Source/Drain-Metallisierungsschicht.
Die separaten Maskierungsschritte für die Mesa- und Insel-Strukturen haben
sich daher als sehr geeignet erwiesen, um das Auftreten von Stufenabdeckungsproblemen
zu vermeiden.
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1B veranschaulicht die Vervollständigung
eines Verfahrens zum Bilden eines Dünnfilm-Feldeffekttransistors
aus der in 1A gezeigten
Struktur. Im besonderen wird eine Schicht aus leitendem Material 19,
das vorzugsweise Molybdän umfaßt, wie
gezeigt abgeschieden und gemustert. Im besonderen führt das
Mustern des Molybdän-Materials
zur Bildung einer Öffnung
oder eines Spaltes, der die getrennten Source- und Drain-Abschnitte
des Feldeffekttransistors trennt. Die den Kontakt verbessernde Schicht 18 wird,
wie dargestellt, in Abschnitte 18' unterteilt. Obwohl sie üblicherweise
das gleiche Material umfassen, vorzugsweise Molybdän, sind
die Strukturen 18' und 19 in 1B als verschieden dargestellt,
da diese Strukturen tatsächlich
etwas verschiedene Funktionen erfüllen. Im besonderen ist die Molybdän-Schicht 18 (die
nach dem Mustern auch mit der Bezugsziffer 18' bezeichnet
wird), wie oben ausgeführt,
relativ dünn,
nämlich
ungefähr
50 nm, und sie dient ausschließlich
dem Zweck, den elektrischen Kontakt zur dotierten amorphen Siliziumschicht 15 zu
verbessern. Eine sehr viel dickere Metallisierungsschicht 19 wird
jedoch verwendet, um die Source- und Drain-Metallisierungsmuster
herzustellen und die Verbindung dieser Elemente mit dem Rest der
Schaltung zu bewirken. Im allgemeinen ist bei einem Flüssigkristall-Anzeigeelement,
wie oben beschrieben, jedes Pixel-Element mit einem einzelnen FET-Element
verbunden, wie es in 1B (oder in 2D, die weiter unten mit
bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren
detaillierter erläutert
wird) gezeigt ist. Die die vorliegende Erfindung erläuternden
Figuren sind nicht maßstabgetreu,
insbesondere sind die Abmessungen in der vertikalen Richtung vergrößert dargestellt,
um eine bessere bildliche Darstellung der Erfindung zu ergeben und
um für
den Fachmann auf dem Gebiete der Herstellung von Mikro-Elektronik
leichter verstanden zu werden.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zum Verbessern elektrischen Kontaktes an amorphen Silizium-Materialien zu schaffen.
Weiter ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Zahl
der Maskierungsstufen, die bei der Herstellung von Dünnfilm-Transistoren
aus amorphem Silizium erforderlich sind, zu vermindern. Eine weitere
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Erhöhung der Ausbeute an Dünnfilm-Feldeffekttransistoren,
die in Mikroschaltungen benutzt werden. Und schließlich ist
es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Anzahl der
Maskierungsstufen zu verringern und die Ausbeute bei der Herstellung
von Matrix-adressierten Flüssigkristallanzeigen
zu verbessern. Schließlich
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
Behandeln einer amorphen Siliziumoberfläche, insbesondere einer N+-dotierten amorphen Siliziumoberfläche, zu
schaffen, um den elektrischen Kontakt mit dieser Oberfläche zu verbessern,
insbesondere wenn das nachfolgend benutzte Kontaktmaterial Molybdän ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das
Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird eine dünne Molybdänschicht mit einer Dicke von
etwa 50 nm durch Zerstäuben
auf das N+-Silizium aufgebracht. Dann entfernt
man diese Molybdänschicht
durch Ätzen, ohne
daß eine
Musterbildung erforderlich ist. Die Silizium/Siliziumnitrid-Schicht wird dann
wie oben beschrieben durch Mustern in Inseln überführt. Als nächstes scheidet man Molybdän-Source/Drain-Metall ab, versieht
es mit einem Muster, ätzt
und das Verfahren ist abgeschlossen. Es ist die Abscheidung dieser
dünnen
Molybdänschicht
und ihre nachfolgende Entfernung, von der angenommen wird, daß sie den
verbesserten elektrischen Kontakt zwischen den Molybdän-Source/Drain-Elektroden
und dem amorphen N+-Silizium-Material bewirkt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
beseitigt die Notwendigkeit, vor der Bildung der Source/Drain-Kontakte
Molybdän-Mesas
zu bilden. Somit wird eine Maskierungsstufe beseitigt. Ohne die
vorliegende Erfindung ist die Mesa/Insel-Struktur allgemein erforderlich,
da sich durch Unterschneiden der Silizium/Siliziumnitrid-Schichten
das Überhangproblem
entwickeln und Stufenabdeckprobleme für die Source/Drain-Metallisierung
verursachen kann.
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Im
folgendem wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher erläutert. Im
einzelnen Zeigen:
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1A eine
Querschnittsseitenansicht, die die Mesa- und Insel-Strukturen zeigt,
die bei einer Stufe der Dünnfilm-FET-Herstellung
vorhanden sind,
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1B eine
Querschnittsseitenansicht ähnlich
der nach 1A, die noch näher die
Abscheidung des Source/Drain-Kontaktmaterials und das Ätzen eines
Spaltes darin zeigt, um einen invertierten Feldeffekttransistor
zu bilden,
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2A eine
Querschnittsseitenansicht, die eine anfängliche Verfahrensstufe gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt,
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2B veranschaulicht ähnlich der 2A aber
deutlicher das Entfernen der dünnen
Schicht aus abgeschiedenem Molybdän, was zu einer permanenten Änderung
der amorphen N+-Siliziumoberfläche führt,
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2C veranschaulicht ähnlich der 2B aber
deutlicher das Mustern mittels einer Maskierungsstufe, um Inseln
zu bilden und veranschaulicht insbesondere die Abwesenheit der Mesa-Strukturen und
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2D veranschaulicht ähnlich der 2C aber
deutlicher die Abscheidung und das Mustern der Source/Drain-Metallisierung.
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Ein
Verfahren zum Ausführen
der vorliegenden Erfindung ist insbesondere in den 2A bis 2D veranschaulicht.
Die Arbeitsstufen, die erforderlich sind, um das im Querschnitt
in 2A gezeigte Element herzustellen, sind üblicherweise
die gleichen, wie sie zur Herstellung der Elementstufe erforderlich
sind, die in 1A gezeigt ist, wie sie oben erläutert ist,
was die Bildung der dotierten amorphen Siliziumschicht 15 einschließt. In diesem
Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß der dotierte Bereich, der
als separate Schicht 15 bezeichnet ist, tatsächlich durch
Dotieren eines Teiles der amorphen Siliziumschicht 16 gebildet
wird, so daß die
Schichten 15 und 16 im wesentlichen eine einzige
Struktur mit der Ausnahme bilden, daß die oberen Bereiche des amorphen
Silizium-Materials mit einem Dotierungsmittel besonderer Polarität, wie Phosphor,
dotiert sind.
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Die 2A veranschaulicht
die Abscheidung einer dünnen
Molybdän-Schicht,
die vorzugsweise durch Sputtern auf das dotierte amorphe N+-Silizium aufgebracht wird. Diese Molybdän-Schicht 21 hat
vorzugsweise eine Dicke von etwa 50 nm. In deutlichem Gegensatz
zu anderen Verfahren wird diese dünne Molybdän-Schicht 21 entfernt.
Das Entfernen erfolgt vorzugsweise durch Ätzen mit einer Mischung von
Phosphor-, Essig- und Salpetersäure
in einer wäßrigen Lösung, die üblicherweise
als PAWN-Ätzung
bezeichnet wird. Die Molybdän-Schicht 21 wird
ohne eine Musterstufe entfernt. Dies steht ebenfalls in deutlichem
Gegensatz zu dem in den 1A und 1B veranschaulichten
Verfahren. Als Ergebnis der Abscheidung und Entfernung der Molybdän-Schicht 21 wird
eine permanente Änderung
der dotierten amorphen N+-Silizium-Schicht 15 angenommen.
Diese Änderung
wird durch die dicke Linie 20 in den 2B, 2C und 2D veranschaulicht.
Es ist diese permanente Änderung,
die die erwünschten
Eigenschaften nach der vorliegenden Erfindung zu erzeugen scheint.
In Übereinstimmung
mit bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zur Bildung von Dünnfilm-Feldeffekttransistoren
wird die Silizium/Siliziumnitrid-Schicht dann, wie oben beschrieben,
zu Inseln gemustert. Eine typische Insel ist in 2C gezeigt.
Es wird be sonders darauf hingewiesen, daß in den 2C und 2D keine
Mesa-Strukturen vorhanden sind und daß kein Problem des Unterschneidens, Überhängens oder
der Stufenabdeckung auftritt. Die Änderung der Oberfläche der N+-dotierten amorphen Silizium-Schicht 15 verbessert
die Oberfläche
hinsichtlich des elektrischen Kontaktes mit dem nachfolgend abgeschiedenen
Molybdän-Material 19,
das wie oben beschrieben gemustert wird, um die Source- und Drain-Metallisierung
zu erzeugen. Die erhaltene Struktur ist in 2D ersichtlich.
Es wurde festgestellt, daß bei
Weglassen des Abscheidens der Molybdänschicht 21 die Ausbeute
an guten elektrischen Kontakten deutlich vermindert ist. Ausgeführte Versuche
haben deutlich gezeigt, daß die
Abscheidung und nachfolgende Entfernung der Molybdän-Schicht 21 zu
den vorteilhaften Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens führt. Es
wurde insbesondere durch elektrische Messungen festgestellt, daß aufgrund
der Abscheidung und Entfernung des Molybdäns eine Änderung der N+-Siliziumoberfläche stattfindet.
Selbst nach langem Ätzen
in einer PAWN-Ätzlösung zur
Entfernung des Molybdäns
ist die elektrische Leitfähigkeit
des N+-Siliziums sehr viel größer als
die von unbehandeltem N+-Silizium. Ein Zerstäubungs (Sputter)-Ätzen der Oberfläche, gefolgt
von einem ausreichenden Plasma-Ätzen,
um einen geringen Teil des N+-Materials zu
entfernen führt
zu einer sehr starken Verminderung der N+-Leitfähigkeit
im Vergleich zu der Leitfähigkeit,
die bei Material beobachtet wird, das der Abscheidung und Entfernung
von Molybdän
ausgesetzt war. Dies zeigt, daß eine
permanente Änderung
der N+-Oberfläche aufgetreten war. Diese Änderung bleibt
auch während
mehrerer Resist-Verarbeitungsstufen einschließlich Reinigungsstufen und
Sauerstoffveraschung bestehen. Diese veränderte Oberfläche ist.
wichtig für
die Erzielung einer guten Bindung und eines guten Kontaktes mit
der dicken Molybdän-Schicht 19,
die nach der Bildung der Inseln abgeschieden und zur Source- und Drain-Metallisierung
gemustert wird.
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In
einer anderen Ausführungsform
wird die erste Molybdänkappe
erst unmittelbar vor der Abscheidung der Source-Drain-Metallisierung
entfernt. Diese Molybdänkappe
schützt
die Oberfläche
vor der Verunreinigung während
der Zwischenverarbeitung, wie dem ITO-Abscheiden und -Mustern. Das
nachfolgende Ätzen
der Molybdänkappe
ist ebenfalls vorteilhaft, da es die Siliziumoberfläche von
den Verunreinigungen befreit.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
verbessert den Kontakt zu dotierten amorphen Siliziumoberflächen merklich.
Weiter ist ersichtlich, daß das
erfindungsgemäße Verfahren
die Anzahl der Maskierungsstufen bei der Herstellung amorpher Dünnfilm-Transistoren
vermindert. Weiter ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren
besonders vorteilhaft ist für
die Herstellung von FET-Steuerelementen in Matrix-adressierten Flüssigkristallanzeigen.
Auch die Verarbeitungszeit und die Elementausbeute bei der Herstellung
solcher Transistoren werden durch das erfindungsgemäße Verfahren
verbessert.
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Die
obige Abkürzung
ITO bedeutet Indium/Zinnoxid.