DE69420791T2 - Dünnfilm-Halbleiteranordnung für Anzeigetafel mit aktiver Matrix und Verfahren zur Herstellung - Google Patents
Dünnfilm-Halbleiteranordnung für Anzeigetafel mit aktiver Matrix und Verfahren zur HerstellungInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dünnfilm- Halbleitervorrichtung mit einem auf einem Isolationssubstrat gebildeten Dünnfilmtransistor und mit einer polykristallinen Halbleiterschicht zum Festlegen eines aktiven Bereiches. Das heißt, die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Technik einer Hydrierungsbehandlung von Dünnfilmhalbleitern.
- Anhand von Fig. 17 wird ein Prozeß zur Hydrierungsbehandlung im folgenden kurz beschrieben. Wie in der Figur gezeigt ist, wird ein zu einer vorbestimmten Gestalt gemusterter Dünnfilm aus polykristallinem Silizium 102 auf der Oberfläche eines Isolationssubstrates 101 gebildet, um einen Elementbereich zu liefern. Ein Sourcebereich S und ein Drainbereich D, die Fremdstoffe bei hoher Konzentration enthalten, werden in dem Dünnfilm des polykristallinen Siliziums 102 erzeugt, und ein Kanalbereich Ch ist dazwischen enthalten. Ein Dünnfilmtransistor (TFT) wird aufgebaut, indem eine Gateelektrode G auf der oberen Seite des Kanalbereiches Ch gebildet wird, wobei ein Gateoxidfilm 103 und ein Gatenitridfilm 104 dazwischen gelegen sind. Der sich ergebende TFT wird mit einem ersten Zwischenschichtdielektrikum 105 beschichtet, und eine Zwischenverbindungselektrode 106 wird mit dem Sourcebereich S über ein in dem ersten Zwischenschichtdielektrikumfilm vorgesehenes Kon taktloch verbunden. Ein zweites Zwischenschichtdielektrikum 107 wird weiterhin auf dem ersten Isolationsfilm 105 aufgetragen. Eine Pixelelektrode 108, die aus einem lichtdurchlässigen elektrisch leitenden Film, wie beispielsweise einem ITO-(Indiumzinnoxid-)Film besteht, wird auf dem zweiten Zwischenschichtdielektrikum 107 durch Mustern erzeugt und elektrisch mit dem Drainbereich D des TFT über ein zweites Kontaktloch verbunden. Ein P-SiN-Film 109 wird als ein Überpassivierungsfilm auf der Oberfläche des zweiten Zwischenschichtdielektrikumfilmes 107 durch Mustern erzeugt. Der P-SiN-Film 109 ist ein relativ poröser Film und enthält Wasserstoffatome in einer beträchtlichen Menge. Demgemäß dient der P-SiN-Film als eine Wasserstoffversorgungsquelle. Somit können durch Auftragen eines P-SiN- Filmes 109 nach Erzeugen eines TFT und Tempern desselben danach die Wasserstoffatome in den Dünnfilm des polykristallinen Siliziums 102 durch den zweiten Zwischenschichtdielektrikumfilm 107, den ersten Zwischenschichtdielektrikumfilm 105, den Gateoxidfilm 103 und dergleichen diffundieren. Die durch die Hydrierungsbehandlung eingeführten Wasserstoffatome diffundieren in die Korngrenzen des Dünnfilmes des polykristallinen Siliziums 102, um schließlich mit den nichtpaarigen Bindungen zu kombinieren. Demgemäß wird das Barrierepotential aufgrund der Abnahme in der Dichte der Fangstellen abgesenkt. Die Ladungsträgerbeweglichkeit innerhalb des polykristallinen Silizium-TFT wird dadurch angehoben, um den EIN-Strom zu steigern. Der Leckstrom kann durch die Verminderung in den Fangstellenpegeln unterdrückt werden. Weiterhin kann die Schwellenwertspannung des Transistors abgesenkt werden, da ein Teil der Wasserstoffatome in die Korngrenze des Dünnfilmes des polykristallinen Siliziums 102 diffundiert, um mit den nichtpaarigen Bindungen zu kombinieren, wodurch das Barrierepotential durch Vermindern der Fangstellendichte abgesenkt wird. Somit kann die Ladungsträgerbeweglichkeit innerhalb des polykristallinen Silizium-TFT weiter angehoben werden, um den EIN-Strom zu steigern. Jedoch kann der Leckstrom gesteuert werden durch Verringern der Fangstellenniveaus. Weiterhin kombiniert ein Teil der durch die Behandlung eingeführten Wasserstoffatome mit den Grenzniveaus an der Grenze zwischen der polykristallinen Siliziumschicht und dem Gateoxidfilm, um weiter die Schwellenwertspannung des Transistors abzusenken.
- Bei der vorangehend beschriebenen Technik enthält der als die Diffusionsquelle vorgesehene P-SiN-Film 109 Wasserstoff bis zu einer beträchtlichen Menge. Demgemäß kann er möglicherweise einer Reduktionsreaktion mit ITO unterliegen, welches die Pixelelektrode 108 bildet. Dies erfordert es, daß der Teil des P-SiN-Filmes, der in Berührung mit ITO ist, durch Photolithographie und Ätzen entfernt wird, damit das Auftreten der Reduktionsreaktion zwischen dem P-SiN- Film und ITO verhindert wird. Jedoch verbrauchen diese zusätzlichen Schritte zum Entfernen Zeit und Kosten. Darüber hinaus ist es schwierig, TFTs von gleichmäßiger Qualität zu realisieren, sobald ein Teil des P-SiN-Filmes entfernt ist, da die Hydrierungswirksamkeit in dem Teil abnimmt, von welchem das P-SiN entfernt ist. Als eine alternative Einrichtung zur Hydrierung wird ein TFT einem Wasserstoffplasma ausgesetzt, um Wasserstoff in die Struktur einzubauen. Ähnlich zu dem einen P-SiN-Film als die Wasserstoffversorgungsquelle verwendenden Prozeß erfordert auch dieser Prozeß zusätzliche Schritte, insbesondere Geräte, usw., was zu einer Steigerung in Kosten und Prozeßzeit führt.
- Das zum Stand der Technik zählende Dokument Patent Abstracts of Japan, Band 16, 354, und JP-A-4 111 362 offen bart einen Dünnfilmtransistor und dessen Herstellung, wobei eine Halbleiterschicht, ein Gateoxidfilm, ein polykristalliner Siliziumfilm, eine Source und eine Drain auf einem isolierenden Substrat gebildet werden. Dann wird bei einem Filmerzeugungsgerät Stickstoff als ein erstes Gas verwendet, und Monosilan wird als ein zweites Gas verwendet. Das erste Gas wird zum Strömen in das Innere eines Reaktionsbehälters von einer Gaseinlaßöffnung gebracht, ein Plasma wird angeregt, und das zweite Gas wird von einer Gaseinlaßöffnung eingeführt und mit dem ersten angeregten Gas zur Reaktion gebracht. Dadurch wird ein Siliziumnitrid- H-Film, dessen Wasserstoffkonzentration bei 25 Atom-% liegt, aufgetragen. Während der Film aufgetragen wird, wird die Oberflächentemperatur des Substrates bei 330ºC mittels einer Heizeinheit gehalten. Dann wird eine Lichtquelle zur Einstrahlung gebracht, und 330ºC wird als eine Temperatur, bei der Wasserstoff in dem H-Film kaum diffundiert, gehalten. Ein Siliziumnitridfilm, der dichter als der H-Film ist und dessen Wasserstoffkonzentration niedrig (5 Atom-%) ist, wird gebildet; danach wird er in Stickstoff getempert, und Wasserstoff wird zu der Halbleiterschicht diffundiert.
- Weiterhin offenbart das zum Stand der Technik zählende Dokument Patent Abstracts of Japan, Band 16 381 und JP-A- 4 122 073 eine Halbleitervorrichtung, bei welcher auf einem isolierenden Substrat eine aus polykristallinem Silizium hergestellte aktive Schicht, ein gateisolierender Film und eine Gateelektrode gebildet werden. Auf beiden Seiten der aktiven Schicht werden ein Sourceabschnitt und ein Drainabschnitt gebildet. Somit wird eine TFT-(Dünnfilmtransistor-)Struktur hergestellt. Dann wird ein Schicht-zu- Schicht-Isolationsfilm gebildet, und ein Kontaktloch wird in diesem Film erzeugt. Danach wird Al für eine Elektrodenzwischenverbindung aufgetragen. Nach der Erzeugung eines Zwischenverbindungsmusters wird ein aus a-SiO : H hergestellter photoleitender Dünnfilm gebildet. Unmittelbar danach wird ein SiON-Film oder ein SiN-Film durch ein Plasma-CVD- Verfahren für einen schützenden isolierten Dünnfilm aufgetragen. Folglich kann die Ausbeute gesteigert werden, ohne dem TFT-Substrat irgendeinen Schaden zuzufügen.
- Das zum Stand der Technik zählende Dokument Patent Abstracts of Japan, Bd. 15, 405, und JP-A-3 165 066 offenbart einen polykristallinen Silizium-Dünnfilmtransistor und dessen Herstellung, wobei ein polykristalliner Siliziumfilm auf einem Quarzsubstrat durch druckreduzierte CVD aufgetragen und in eine Inselform geätzt wird. Der nächste Schritt ist eine Wärmebehandlung in einer Nitridatmosphäre nach Erzeugung eines Gateoxidfilmes durch thermische Oxidation. Nachdem das polykristalline Silizium aufgetragen ist, wird eine Gateelektrode durch Ätzen gebildet. Ein weiterer Schritt besteht im Erzeugen von Source-Drain-Bereichen mit einer Maske aus der Gateelektrode und im Erzeugen eines Zwischenschichtisolierfilmes aus einem SiO&sub2;-Film durch thermische Oxidation nach Aktivierung von Fremdstoffionen. Dieser Zwischenschichtisolierfilm wird für Kontaktfenster geöffnet, und Al-Verdrahtungsschichten werden gebildet und gesintert. Der abschließende Schritt ist die Auftragung eines Siliziumnitridfilmes durch Plasma-CVD und zur Hydrierung nach Auftragung eines SiO&sub2;-Filmes mit einer kleineren Anzahl an Pin- bzw. Haarlöchern durch Ozon-CVD. Dieser Prozeß kann die Eigenschaften ohne Entweichen von Wasserstoffatomen während einer Hydrierung verbessern.
- Schließlich offenbart das zum Stand der Technik zählende Dokument US-A-4 883 766 ein Verfahren zum Erzeugen eines Dünnfilmtransistors, das die folgenden Schritte aufweist: Vorbereiten einer Struktur mit einem Substrat, einer akti ven Schicht und einer Diffusionsschicht, die auf dem Substrat gebildet ist, und einer Gateelektrode, die auf der aktiven Schicht gebildet ist, auf der Struktur Erzeugen einer Zwischenschicht-Isolatorschicht aus einem Siliziumoxid-Hydrat (SiOxHy) mit einer vorbestimmten Zusammensetzung, Erzeugen von Kontaktlöchern in der Zwischenschicht- Isolatorschicht, Erzeugen einer Verdrahtungsschicht auf der Zwischenschicht-Isolatorschicht und Ausführen eines thermischen Prozesses, um dadurch Wasserstoffatome in der Zwischenschicht-Isolatorschicht in wenigstens die aktive Schicht und die Diffusionsschicht zu diffundieren, wobei eine Verdrahtung als eine Wasserstoffbarriere dient.
- Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Struktur und ein Herstellungsverfahren für eine Dünnfilmhalbleitervorrichtung zu schaffen, die ausgelegt für die Anwendung einer wirksamen Hydrierungsbehandlung ist.
- Zur Lösung der Aufgabe sieht die vorliegende. Erfindung eine Dünnfilm-Halbleitervorrichtung, wie diese im Patentanspruch 1 angegeben ist, und ein Verfahren, wie dieses in Patentanspruch 11 angegeben ist, vor. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
- Eine Dünnfilm-Halbleitervorrichtung umfaßt ein Isolationssubstrat, einen Dünnfilmtransistor, der auf dem Isolationssubstrat gebildet ist und eine polykristalline Halbleiterschicht hat, um einen aktiven Bereich zu definieren, einen hygroskopen Zwischen-Dielektrikumfilm, der den aktiven Bereich bedeckt, und einen Deckfilm zum Sperren oder Blockieren einer Wasserstoffdiffusion.
- Der Zwischenschicht-Dielektrikumfilm gemäß der vorliegenden Erfindung ist hygroskop und ist beispielsweise ein Film, der auf Siliziumdioxid (SiO&sub2;) beruht, das wenigstens ein Element enthält, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Phosphor, Arsen, Blei, Antimon und Bor besteht.
- Der Deckfilm gemäß der vorliegenden Erfindung enthält beispielsweise wenigstens eine Schicht, die aus Aluminium (Al), P-SiN, P-SiO&sub2;, P-SiON, Titan (Ti) oder Tantal (Ta) hergestellt ist.
- Weiterhin kann eine Pixelelektrode auf der Oberseite des Zwischenschicht-Dielektrikumfilmes gebildet werden, um die Dünnfilm-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Ansteuersubstrat für Anzeigeelemente zu verwenden.
- Vorzugsweise ist die Oberseitenfläche des Zwischenschicht- Dielektrikumfilmes gemäß der vorliegenden Erfindung durch Aufrauhen der Oberfläche vergrößert. Somit kann sie sofort Wasser absorbieren, um eine wirksame Wasserstoffversorgungsquelle für den Elementbereich zu liefern.
- Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Substrates zur Verwendung in Anzeigeelementen vorgesehen, das aufweist: einen Auftragungsschritt zum Auftragen einer hygroskopen isolierenden Zwischenschicht nach Bilden eines Dünnfilmtransistors, einen Beschichtungsschritt zum Auftragen eines Deckfilmes, der als ein Wasserstoffdiffusionssperrfilm auf dem Zwischenschicht-Dielektrikumfilm wirkt, und einen Hydrierungsschritt zum Hydrieren der sich ergebenden Struktur durch Pyrolyse des in dem Zwischenschichtfilm eingefangenen Wassers zum Erzeugen von Wasserstoff und zum Einführen des sich ergebenden Wasserstoffes in den Dünnfilm des polykristallinen Halbleiters durch Diffusion. Somit wird ein Substrat zur Verwendung in Anzeigeelementen hergestellt, das einen integrierten Dünnfilmtransistor mit einem polykristallinen Dünnfilm-Halbleiter als den Elementbereich, einer durch den Dünnfilmtransistor angesteuerten Pixelelektrode und einer Zwischenverbindungselektrode für den Dünnfilmtransistor aufweist.
- In dem Auftragungsschritt gemäß dem Prozeß der vorliegenden Erfindung wird beispielsweise ein Siliziumglas als der Zwischenschichtfilm aufgetragen. Verwendbares Siliziumglas umfaßt ein PSG (Phosphorsilikatglas), das 8% oder weniger Phosphor enthält. In dem Beschichtungsschritt wird bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beispielsweise ein dichter elektrisch leitender Film als der Deckfilm aufgetragen bzw. abgeschieden. Der leitende Film ist aus einem metallischen Material hergestellt, das aus der Gruppe gewählt sein kann, die beispielsweise aus Aluminium, Titan, Tantal, Molybdän, Chrom, Wolfram und Titannitrid besteht. Sonst kann ein Metallsilizid, das aus der Gruppe gewählt ist, die beispielsweise aus Aluminiumsilizid, Titansilizid, Molybdänsilizid, Chromsilizid und Wolframsilizid besteht, ebenfalls gewählt werden. Weiterhin kann ein Mehrschichtfilm mit zwei oder mehr Schichten, die aus Materialien hergestellt sind, die beispielsweise aus Aluminium, Titan, Tantal, Molybdän, Chrom, Wolfram, Aluminiumsilizid, Titansilizid, Molybdänsilizid, Chromsilizid undWolframsilizid gewählt sind, als der leitende Film verwendet werden. In diesem Fall kann der leitende Film in die Zwischenverbindungselektrode nach dem Hydrierungsschritt gemustert werden. Es ist auch möglich, zusätzlich einen Schritt einer Planarisierung zum Erzeugen eines Planarisierungsfilmes nach dem Schritt der Zwischenverbindung oder einen Schritt zum Vorsehen von Pixels durch Erzeugen der Pixelelektroden auf dem Planarisierungsfilm zu bewirken.
- Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein dichter Isolationsfilm als der Deckfilm in dem Beschichtungsschritt aufgetragen werden. Der Isolationsfilm kann aus den Materialien gewählt werden, die beispielsweise aus P-SiN, P-SiO oder P-SiON hergestellt sind. Dieser Isolationsfilm kann nach dem Abschluß des Hydrierungsschrittes entfernt werden.
- Der Hydrierungsschritt wird vorzugsweise durch Anwenden einer Wärmebehandlung auf die Struktur in dem Temperaturbereich von 150 bis 500ºC bewirkt. Vorzugsweise liegt die Heizdauer in dem Bereich von 1 bis 15 Stunden. Es wird auch bevorzugt, daß die Wärmebehandlung unter einer Stickstoffgas- oder Wasserstoffgas-Atmosphäre bewirkt wird.
- Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der auf den Dünnfilmtransistor aufgetragene Zwischenschichtfilm als die Wasserstoffversorgungsquelle verwendet wird. Das heißt, das Verfahren umfaßt ein Auftragen eines Deckfilmes, der zum Sperren einer Wasserstoffdiffusion in der Lage ist, auf dem Zwischenschichtfilm, und danach ein Zerlegen des in dem Zwischenschichtfilm eingefangenen Wassers zum Erzeugen von Wasserstoff. Wasserstoff wird dann in die polykristallinen Halbleiterschicht eingeführt. Der Deckfilm kann beispielsweise ein dichter, elektrisch leitender Film sein. Der so aufgetragene Leiterfilm wird nach der Hydrierungsbehandlung gemustert, um eine Zwischenverbindungselektrode, eine Schwarzmaske usw. zu bilden. Somit kann gesehen werden, daß der Deckfilm nicht besonders für die Hydrierungsbehandlung aufgetragen ist, und daß die Hydrierungsbehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise vorgenommen werden kann, ohne irgendwelche zusätzliche Prozeßschritte zu enthalten. Der Deckfilm braucht nicht notwendigerweise ein Leiterfilm zu sein, und ein dichter Isolationsfilm kann ebenfalls verwendet werden. In diesem Fall kann der Isolationsfilm, so wie dieser vorliegt, übrig gelassen werden, so daß er als der Zwischenschichtfilm verwendet werden kann. Der Kernpunkt beim Steigerung der Hydrierungswirksamkeit in einem Dünnfilmtransistor ist die Gewinnung von Wasserstoff in ausreichender Menge. Das heißt, eine ausreichend große Menge an Wasser muß durch den Zwischenschicht-Dielektrikumfilm absorbiert werden. In diesem Zusammenhang ist das auf dem Dünnfilmtransistor aufgetragene Zwischenschichtdielektrikum einer Ätzbehandlung und dergleichen unterworfen, um dessen Oberseitenfläche zu vergrößern. Somit kann die Wasseradsorptionsleistung des Zwischenschichtdielektrikums gesteigert werden, um Wasserstoff in einer ausreichend großen Menge zur Hydrierung zurückzuhalten.
- Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt ein Auftragen eines Deckfilmes, der als ein Wasserstoffdiffusionsschirm wirkt, auf der Oberfläche einer hygroskopen Zwischenschicht. Somit wird Wasserstoff durch Zerlegen des in dem Zwischenschichtdielektrikum eingefangenen Wassers erhalten, und er kann in die zum Deckfilm entgegengesetzte Seite diffundieren, um die Hydrierung des Dünnfilmtransistors zu bewirken. Der Zwischenschichtfilm und der Deckfilm, die bei der Hydrierungsbehandlung verwendet werden, werden durch die Schritte hergestellt, die allgemein in einem üblichen Prozeß zum Herstellen von TFTs enthalten sind. Demgemäß brauchen die Schritte zum Bewirken der Hydrierungsbehandlung nicht speziell zu den herkömmlichen Prozeßschritten beigefügt zu werden. Dies reduziert in vorteilhafter Weise die Herstellungskosten und liefert einen hohen Durchsatz. Da der Prozeß ohne Verwenden des herkömmlichen P-SiN-Filmes als der Diffusionsquelle bewirkt wird, kann ein Auftreten der Reduktionsreaktion zwischen einer aus ITO und dergleichen hergestellten Pixelelektrode verhindert werden. Demgemäß kann das Ausfallverhältnis der Produkte beträchtlich verbessert werden. Darüber hinaus können TFTs mit hohem Betriebsverhalten und einheitlicher Qualität ausgeführt werden, da Wasserstoff aus dem Zwischenschichtdielektrikum eingeführt wird, das in der Nähe des polykristallinen Dünnfilm-Halbleiters vorgesehen ist. Weiterhin kann im Unterschied zu den herkömmlichen Prozessen das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden, ohne irgendwelche zusätzliche Schritte zur Hydrierung zu enthalten. Somit kann eine hochqualitative Vorrichtung realisiert werden, indem die Schäden ausgeschlossen werden, die der TFT während der Herstellungsschritte erfährt.
- Außerdem kann die Wasseradsorptionsleistung und damit die Menge an Wasserstoff, die in dem Zwischenschichtdielektrikum zurückgehalten ist, erhöht werden, indem die Oberseitenfläche des auf SiO&sub2; basierenden Zwischenschichtdielektrikums gesteigert wird, das auf der Vorrichtung durch beispielsweise Lichtätzen aufgetragen ist. Wasser, das für die Hydrierung erforderlich ist, kann nicht nur auf der Oberfläche, sondern auch im Innern des Zwischenschichtdielektrikums durch Beifügen von Fremdstoffen, wie beispielsweise Phosphor, Arsen, Blei, Antimon und Bor in den Film angesammelt werden. Weiterhin kann ein Film aus beispielsweise P-Sin, P-SiON, Aluminium (Al), Titan (Ti) oder Tantal (Ta) auf der Oberflächenseite des wasserabsorbierten Zwischenschicht-Dielektrikumfilmes aufgetragen werden, um das Auftreten einer externen Diffusion von Wasserstoff zu ver hindern. Somit kann Wasserstoff wirksam zu der Vorrichtungsseite beim Hydrierungstempern gespeist werden. Die Hydrierungswirksamkeit kann auf diese Weise verbessert werden, und ein weiterer Effekt des Vergrößerns des EIN- Stromes und des Verminderns des AUS-Stromes wird für die Dünnfilm-Transistorvorrichtung gewonnen.
- Fig. 1A bis 1F sind ein Diagramm, das schematisch gezeichnet schrittsequentielle Schnittstrukturen zeigt, die in einem Verfahren zum Herstellen eines Substrates für ein Anzeigeelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erhalten sind,
- Fig. 2A bis 2C sind ein erläuterndes Diagramm, das in Einzelheiten schrittsequentielle Schnittstrukturen während eines Hydrierungsschrittes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
- Fig. 3A bis 3F sind ein Diagramm, das schematisch gezeichnete schrittsequentielle Schnittstrukturen zeigt, die in einem Verfahren zum Herstellen eines Substrates für ein Anzeigeelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erhalten sind,
- Fig. 4A bis 4F sind ein Diagramm, das schematisch gezeichnete schrittsequentielle Schnittstrukturen zeigt, die in einem Verfahren zum Herstellen eines Substrates für ein Anzeigeelement gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erhalten sind,
- Fig. 5 ist eine Explosionsdarstellung in Perspektive einer aktiven matrix-adressierten Flüssigkri stall-Anzeigevorrichtung, die durch Verwenden eines Substrates für Anzeigen, welches gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, zusammengebaut ist,
- Fig. 6A bis 6F sind ein Diagramm, das schematisch gezeichnete schrittsequentielle Schnittstrukturen zeigt, die in einem Verfahren zum Herstellen eines Substrates für ein Anzeigeelement gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erhalten sind,
- Fig. 7A bis 7F sind ein Diagramm, das schematisch gezeichnete schrittsequentielle Schnittstrukturen zeigt, die in einem Verfahren zum Herstellen eines Substrates für ein Anzeigeelement gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erhalten sind,
- Fig. 8 ist eine schematisch gezeichnete Schnittdarstellung eines Substrates für Anzeigen gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
- Fig. 9 ist eine schematisch gezeichnete Schnittdarstellung eines Substrates für Anzeigen gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
- Fig. 10 ist eine schematisch gezeichnete Schnittdarstellung eines Substrates für Anzeigen gemäß einem weiteren anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
- Fig. 11 ist eine schematisch gezeichnete Schnittdarstellung eines Teiles einer Dünnfilm-Halbleiter vorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
- Fig. 12A und 12B sind ein Diagramm, das einen schematisch gezeichneten Fortgang bei einer Hydrierungsbehandlung für eine in Fig. 11 veranschaulichte Dünnfilm-Halbleitervorrichtung zeigt,
- Fig. 13 ist ein Graph, der die Ids-(Drainstrom-)Vgs-(Gatespannung-)Kennlinienkurve für einen einer Hydrierungsbehandlung unterworfenen Dünnfilmtransistor zeigt,
- Fig. 14A bis 14G sind ein Diagramm, das schematisch gezeichnete schrittsequentielle Schnittstrukturen zeigt, die in einem Verfahren zum Herstellen eines Substrates für ein Anzeigeelement gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erhalten sind,
- Fig. 15A bis 15C sind ein Diagramm, das schematisch gezeichnete schrittsequentielle Schnittstrukturen zeigt, die in einem Verfahren zum Herstellen eines Substrates für ein Anzeigeelement gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erhalten sind,
- Fig. 16A bis 16C sind ein Diagramm, das schematisch gezeichnete schrittsequentielle Schnittstrukturen zeigt, die in einem Verfahren zum Herstellen eines Substrates für ein Anzeigeelement gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erhalten sind, und
- Fig. 17 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Verfahren einer Hydrierbehandlung zeigt.
- Die vorliegende Erfindung wird in weiteren Einzelheiten im folgenden anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung mittels der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es sollte jedoch verstanden werden, daß die vorliegende Erfindung nicht als auf die folgenden Beispiele begrenzt auszulegen ist.
- Die Fig. 1A bis 1F zeigen schematisch gezeichnete schrittsequentielle Schnittstrukturen, die in einem Verfahren zum Herstellen eines Substrates für ein Anzeigeelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erhalten sind.
- In Fig. 1A wird eine polykristalline Halbleiterschicht 2 global auf der Oberfläche eines Glassubstrates 1 mittels CVD (chemische Dampfabscheidung) oder dergleichen gebildet. Im vorliegenden Fall wird polykristallines Silizium (Poly- Si) aufgetragen, um einen polykristallinen Dünnfilm-Halbleiter zu liefern. Dann wird in Fig. 1B ein Gateoxidfilm 3 auf dem polykristallinen Dünnfilm-Halbleiter 2 gebildet, um einen Dünnfilmtransistor TFT 4, der darin eine Gateelektrode G hat, aufzubauen. Der Dünnfilmtransistor 4 umfaßt auf den beiden Seiten der Gateelektrode G einen Drainbereich D und einen Sourcebereich S. die beide hoch mit Fremdstoffen dotiert sind.
- In Fig. 1C wird ein Auftragungsschritt vorgenommen, der ein Auftragen eines hygroskopen isolierenden Zwischenschichtdielektrikums 5 umfaßt. Das Zwischenschichtdielektrikum 5 ist beispielsweise ein Siliziumglasfilm. Vorzugsweise ist es ein 8% oder weniger an Phosphor enthaltender PSG-Film. Noch vorteilhafter wird in dem vorliegenden Fall ein 4% Phosphor enthaltendes PSG aufgetragen. Der PSG-Film ist hygroskop und daher zum Bewahren von Wasser darin geeignet.
- Dann wird in Fig. 1D das Zwischenschichtdielektrikum 5 lokal geätzt, um ein mit dem Sourcebereich S das TFT 4 kommunizierendes Kontaktloch zu perforieren. Anschließend wird ein Beschichtungsschritt durchgeführt, um einen Deckfilm 6 als einen Wasserstoffdiffusionsschirm auf dem Zwischenschichtdielektrikum 5 aufzutragen. Der Deckfilm 6 ist ein dichter Leiterfilm aus beispielsweise Aluminium, Titan, Tantal oder Titannitrid. Aluminium wird im vorliegenden Fall mit einer Dicke von 300 nm oder mehr aufgetragen, um eine ausreichend hohe Verhinderungsfunktion gegenüber der Diffusion von Wasserstoff aufzuprägen. Dann wird der Hydrierungsschritt bewirkt. Wasser, das in dem Zwischenschichtdielektrikum 5 eingefangen ist, wird zerlegt, um Wasserstoff zu erzeugen. Der so erzeugte Wasserstoff wird zum Diffundieren in den polykristallinen Dünnfilm-Halbleiter 2 gebracht, der auf der Seite gelegen ist, die gegenüber zu derjenigen des Deckfilmes 6 ist. Die Struktur wird in den Temperaturbereich von 150 bis 500ºC während dieses Schrittes erwärmt. Das Zerlegen von Wasserstoff schreitet bei einer Temperatur von 150ºC oder niedriger nicht fort. Dagegen unterliegt der Deckfilm 6 einem Schmelzen, oder das aus PSG und dergleichen hergestellte Zwischenschichtdielektrikum wird verdichtet, falls die Temperatur bei einem hohen Wert wie 500ºC oder sogar höher gehalten ist. Demgemäß wird eine Heiztemperatur im vorliegenden Fall von 300ºC gewählt. Die Wärmebehandlung dauert vorzugsweise für eine Zeitdauer von etwa 1 bis 15 Stunden fort. Die Eigenschaften bzw. Kennlinien eines TFT können weiter mit einer gesteigerten Zeitdauer der Wärmebehandlung verbessert werden. Jedoch beeinträchtigt umgekehrt eine Wärmebehandlung von 15 Stunden oder länger den Durchsatz. Dagegen erweist sich eine zu kurze Wärmebehandlung mit einer Zeitdauer von innerhalb einer Stunde gelegentlich als für eine Hydrierung unzureichend. Somit wird die Wärmebehandlung im vorliegenden Fall für eine Zeitdauer von etwa 3 Stunden bewirkt. Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise unter einer Atmosphäre vorgenommen, welche gasförmigen Stickstoff oder gasförmigen Wasserstoff enthält. Es wird angenommen, daß die Hydrierung durch die Wärmebehandlung entsprechend dem folgenden Prozeß auftritt: das heißt, Wasser, das in dem Zwischenschichtdielektrikum 5 enthalten ist, wird zerlegt, und der sich ergebende Wasserstoff allein wird zum Diffundieren in den polykristallinen Dünnfilm-Halbleiter 2 gebracht. Da die Oberfläche der Vorrichtung mit einem Deckfilm 6 bedeckt ist, kann das Auftreten der Auswärts-Zerstreuung bzw. -Dissipation von Wasserstoff verhindert werden.
- In Fig. 1E wird sodann der Deckfilm 6 gemustert, um eine Zwischenverbindungselektrode entsprechend dem Sourcebereich S des TFT 4 zu ergeben. Nach diesem Schritt der Zwischenverbindung wird ein anderes Zwischenschichtdielektrikum 7 weiterhin darauf aufgetragen.
- Schließlich werden in Fig. 1F die Zwischenschichtdielektrika 5 und 7 lokal geätzt, um ein Kontaktloch zu liefern, das mit dem Drainbereich D des TFT 4 in Verbindung steht. Ein vollständiges Substrat für Anzeigeelemente wird ausgeführt, indem schließlich der Pixelschritt zum Erzeugen einer Pixelelektrode 9 auf dem Zwischenschichtdielektrikum 7 bewirkt wird.
- Der Effekt des Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auf das Verkürzen der Prozeßschritte wurde durch Messen der Laufzeit bewertet. Die Zeitdauer des gesamten Prozesses von der Eingabe eines Glassubstrates 1 bis zum Abschluß eines Substrates für Anzeigeelemente wurde als verkürzt gefunden, um einen Mittelwert von 14 Tagen zu liefern. Darüber hinaus kann der CVD-Prozeßschritt und dergleichen von dem Verfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgeschlossen werden, da die herkömmlichen P-SiN-Filme usw., die als eine Diffusionsquelle verwendet wurden, ausgenommen werden können. Somit sind die gesamten Herstellungskosten bis etwa 95% der Kosten reduziert, die für einen herkömmlichen Prozeß erforderlich sind. Weiterhin wurde das so für Anzeigeelemente erhaltene Substrat in ein Aktivmatrix-Anzeigeelement zusammengebaut. Der bezüglich Pixels fehlerhafte Prozentsatz wurde als extrem niedrig gefunden. Er betrug 1,0 ppm (Teile pro Million) oder weniger im Mittel. Es ist anzunehmen, daß dieses Ergebnis der wirksamen Hydrierung zuzuschreiben ist, die weniger Schaden für das Substrat verursacht.
- Ein vergleichbares Substrat für Anzeigeelemente wurde gemäß einem herkömmlichen Prozeß oder Verfahren hergestellt. Somit wurde ein P-SiN-Film als eine Wasserstoffdiffusionsquelle aufgetragen und einer Photolithographie und einem Ätzen vor Bewirken der Hydrierungsbehandlung unterworfen. Ein vollständiges Substrat für ein Anzeigeelement wurde lediglich nach 18 Tagen im Mittel ab dem Zeitpunkt erhalten, in welchem ein Glassubstrat geladen wurde. Das so für Anzeigeelemente erhaltene Substrat wurde in ein Aktivmatrix-Anzeigeelement zusammengebaut. Der fehlerhafte Prozentsatz für die Pixels wurde durch Überwachung zu einem hohen Wert von 2,5 ppm im Mittel gefunden, und auch die laufenden Kosten wurden als steigend ermittelt.
- Die Fig. 2A bis 2C sind ein erläuterndes Diagramm, das in Einzelheiten die schrittsequentiellen Schnittstrukturen des wesentlichen Teiles während eines Hydrierungsschrittes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
- In Fig. 2A wird ein PSG-Film als ein Zwischenschichtdielektrikum 5 nach Herstellen eines TFT 4 aufgetragen.
- In Fig. 2B wird sodann Aluminium durch Dampf auf das Zwischenschichtdielektrikum 5 als ein Deckfilm 6 aufgetragen. Wasser dringt in das Zwischenschichtdielektrikum 5 ein, während die Struktur belassen wird, bevor die Dampfabscheidung bewirkt wird, oder während die Struktur einer Vorbehandlung unterworfen wird, bevor die Dampfabscheidung bewirkt wird. Wasser kann in einer ausreichenden Menge bewahrt werden, indem ein hoch hygroskopes PSG als das Zwischenschichtdielektrikum 5 verwendet wird.
- Schließlich wird in Fig. 2C Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff während der Dampfabscheidung des Deckfilmes 6 oder des danach bewirkten Temperns zerlegt. Wasserstoff, das als das Zerlegungsprodukt erhalten ist, diffundiert in den aus polykristallinem Silizium hergestellten polykristallinen Dünnfilm-Halbleiter 2. Das hygroskope Vermögen des PSG wird mit steigender Konzentration von Phosphor stärker und damit für die Hydrierung vorteilhafter. Jedoch hindern Phosphoratome, die in einer überschreitend hohen Konzentration über 8% vorhanden sind, umgekehrt den Fortschritt der Hydrierung. Es wird angenommen, daß die in Überschuß vorhandenen Phosphoratome den Diffusionstransport von pyrolytischem Wasserstoff unterbinden. Folglich muß die Phosphorkonzentration in einem PSG-Zwischenschichtdielektrikum in einem optimalen Bereich gehalten werden.
- Anhand der Fig. 3A bis 3F wird das Verfahren zum Herstellen eines Substrates für Anzeigeelemente gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im folgenden in Einzelheiten beschrieben.
- Wie in den Fig. 3A und 3B gezeigt ist, wird ein Schritt zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, die einen Dünnfilmtransistor 4 auf einem Substrat 1 aufweist, zuerst bewirkt. Dieser Schritt ist der gleiche wie derjenige, der in den Fig. 1A und 1B veranschaulicht ist.
- In Fig. 3C wird danach ein Ablagerungsschritt zum Auftragen eines hygroskopen Isolationsfilmes als ein Zwischenschichtdielektrikum 5 durchgeführt. Dieser Schritt ist ebenfalls der gleiche wie derjenige, der in Fig. 1C gezeigt ist.
- In Fig. 3D wird das PSG-Zwischenschichtdielektrikum 5 lokal geätzt, um ein Kontaktloch einzubringen, das mit dem Sourcebereich S des TFT 4 in Verbindung steht. Danach wird ein Film eines Leiters, wie beispielsweise Aluminium, aufgetragen und gemustert, um eine Zwischenverbindungselektrode 9 zu bilden.
- Wie in Fig. 3E gezeigt ist, wird ein Beschichtungsschritt durchgeführt, um einen Deckfilm 6 als einen Wasserstoffdiffusionsschirm auf dem Zwischenschichtdielektrikum 5 aufzutragen. Der Deckfilm 6 ist ein dichter Isolationsfilm in diesem Fall. Der Isolationsfilm wird aus Materialien gewählt, die beispielsweise aus P-SiN, P-SiO oder P-SiON hergestellt sind. Ein P-SiN-Film wird für den Isolationsfilm in dem vorliegenden Fall verwendet. P-SiN wird als der Deckfilm 6 in dem vorliegenden Fall mit einer Dicke von 100 nm oder mehr aufgetragen, um eine ausreichend hohe Verhinderungsfunktion gegenüber der Diffusion von Wasser stoff mitzugeben. Dann wird der Hydrierungsschritt bewirkt. Wasser, das in dem Zwischenschichtdielektrikum 5 eingefangen ist, wird erwärmt und zerlegt, um Wasserstoff zu erzeugen. Der so erzeugte Wasserstoff wird zum Diffundieren in den polykristallinen Dünnfilmhalbleiter 2 gebracht, der auf der zu der Seite des Deckfilmes 6 gegenüberliegenden Seite vorgesehen ist. Die Wärmebehandlung wird in dem vorliegenden Beispiel bei 300ºC für eine Zeitdauer von 3 Stunden oder länger bewirkt.
- Schließlich werden in Fig. 3F der Deckfilm 6 und das Basiszwischenschichtdielektrikum 5 lokal geätzt, um ein Kontaktloch zu erzeugen, das mit dem Drainbereich D des TFT 4 in Verbindung steht. Ein vollständiges Substrat für Anzeigeelemente wird ausgeführt durch Auftragen eines klaren leitenden Filmes, wie beispielsweise eines ITO-Filmes, und durch Erzeugen einer Pixelelektrode 8 durch Mustern des aufgetragenen klaren leitenden Filmes.
- Ein Mittel von 18 Tagen war erforderlich von dem Eingang eines Glassubstrates 1 bis zu dem Abschluß eines Substrates für Anzeigeelemente. Der Durchsatz dieses Verfahrens ist im Vergleich mit dem oben anhand der Fig. 1A bis 1F im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Verfahren erhöht. Dies beruht auf dem Einbau eines zusätzlichen Schrittes zum Auftragen eines Isolationsfilmes für den Deckfilm anstelle eines leitenden Filmes zur Verwendung in Zwischenverbindungselektroden. Eine Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung wird zusammengebaut, wobei das Substrat für Anzeigeelemente verwendet wird, das gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3A bis 3F erhalten ist. Der Prozentsatz an Fehlern für die Pixels wird durch Inspektion auf einem niedrigen Wert von 1,3 ppm im Mittel gefunden. Somit wird eine ausreichend hohe Hydrierungswirksamkeit realisiert. In dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 3A bis 3F wird der Deckfilm 6 belassen wie dieser ist, um ihn als ein Zwischenschichtdielektrikum zwischen der Zwischenverbindungselektrode 9 und der Pixelelektrode 8 zu benutzen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf dieses Ausführungsbeispiel begrenzt, und der Deckfilm 6 kann entfernt werden, nachdem er in der Hydrierungsbehandlung verwendet wurde. Dann kann ein anderes Zwischenschichtdielektrikum, das hervorragende Eigenschaften aufweist, nach Ätzen anstelle des Deckfilmes aufgetragen werden. Die Perforierung einer Öffnung für den Kontakt zu dem Drainbereich D des TFT 4 kann auf diese Weise erleichtert werden.
- Anhand der Fig. 4A bis 4G wird im folgenden das Verfahren zum Herstellen eines Substrates für Anzeigeelemente gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Einzelheiten beschrieben. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist eine Kombination eines Hydrierungsschrittes unter Verwendung eines hygroskopen Zwischenschichtdielektrikums und eines Planarisierungsschrittes.
- In Fig. 4A wird zunächst eine erste polykristalline Siliziumschicht (1Poly) mittels LPCVD (Flüssigphasen-Dampfabscheidung) auf der Oberfläche eines aus Quarz und dergleichen hergestellten Isolationssubstrates aufgetragen. Nachdem einmal 1Poly durch Implantieren von Siliziumionen fein unterteilt ist, wird ein Festphasenwachstumsprozeß bewirkt, um grobkörniges 1Poly zu erhalten. Das so gewonnene 1Poly wird in eine vorbestimmte Gestalt gemustert, um einen Elementbereich zu liefern. Dann wird die Oberfläche des 1Poly thermisch oxidiert, um einen SiO&sub2;-Gateoxidfilm zu erzeugen. Die Schwellenwertspannung wird zuvor durch Implantieren von Borionen mit einer vorbestimmten Konzentration gesteuert.
- In dem in Fig. 4B veranschaulichten Schritt wird SiN durch einen LPCVD-Prozeß aufgetragen, um einen Gatenitridfilm zu erzeugen. Die Oberfläche des SiN-Filmes wird thermisch oxidiert, um die Oberfläche in SiO&sub2; umzuwandeln. Auf diese Weise wird ein dreischichtiger SiO&sub2;/SiN/SiO&sub2;-Gateisolationsfilm mit einer hervorragenden Halte- bzw. Stehspannung erhalten. Eine zweite polykristalline Siliziumschicht (2Poly) wird danach durch einen LPCVD-Prozeß aufgetragen. Nach Absenken des Widerstandswertes wird 2Poly in eine vorbestimmte Gestalt gemustert, um eine Gateelektrode G zu gewinnen. Ein Sourcebereich S und ein Drainbereich D sind in 1Poly durch Implantieren von Arsenionen mit einer hohen Konzentration vorgesehen. Auf diese Weise wird ein N-Kanal- TFT erhalten.
- In dem folgenden, in Fig. 4C veranschaulichten Schritt wird ein Zwischenschichtdielektrikum (PSG) durch einen APCVD- Prozeß aufgetragen. Nach Eindringen bzw. Perforieren eines ersten Kontaktloches (1CON) und eines zweiten Kontaktloches (2CON) in dem PSG wird ein Aluminiumfilm (A1) über der gesamten Oberfläche der Struktur aufgetragen. Die sich ergebende Struktur wird einer Wärmebehandlung (Tempern) unterworfen, um das im PSG eingefangene Wasser zu erwärmen und zu zerlegen. Auf diese Weise wird ein Hydrierungsschritt bewirkt, indem die bei der Zerlegung erzeugten Wasserstoffatome zum Diffundieren von 1Poly gebracht werden, während ein Aluminiumdeckfilm verwendet wird, der durch Sputtern aufgetragen ist.
- In Fig. 4D wird der Aluminiumfilm in eine vorbestimmte Gestalt gemustert, um eine Zwischenverbindungselektrode zu erzeugen, die elektrisch mit dem Sourcebereich S des TFT verbunden ist.
- In dem folgenden, in Fig. 4E veranschaulichten Schritt werden Oberflächenunregelmäßigkeiten auf dem PSG durch den Planarisierungsfilm vergraben. Somit wird ein flüssiges Acrylharz mit einer vorbestimmten Viskosität auf die Oberfläche des PSG durch Spin- bzw. Schleuderbeschichten aufgetragen. Das Acrylharz wird danach einer Wärmebehandlung unterworfen, um einen gehärteten Film als den Planarisierungsfilm zu erhalten. Eine Öffnung, die an 2CON angepaßt ist, wird durch Anwenden einer Photolithographie und Ätzen auf den gehärteten planarisierten Film gebildet. Der Drainbereich D des TFT wird in dem Boden des 2CON freigelegt.
- In Fig. 4F wird ein klarer leitender Film durch Sputtern aufgetragen. Ein ITO-Film wird in dem vorliegenden Fall für den klaren leitenden Film verwendet. Die Innenseite des 2CON wird ebenfalls mit ITO gefüllt, um elektrisch 2CON mit dem Drainbereich D des TFT zu verbinden. In Fig. 4 G wird schließlich der ITO-Film in eine vorbestimmte Gestalt gemustert, um eine Pixelelektrode zu liefern. Auf diese Weise wird ein planarisiertes Substrat für Anzeigeelemente vervollständigt. Das so erhaltene Substrat für Anzeigeelemente wird beispielsweise in der Anordnung einer Aktivmatrix- Flüssigkristallanzeige verwendet. In diesem spezifischen Fall wird ein gegenüberliegendes Substrat, das darauf eine gegenüberliegende Elektrode hat, mit dem oben erhaltenen Substrat für Anzeigeelemente verbunden, wobei ein vorbestimmter Abstand dazwischen eingehalten wird. Nach dem obigen Zusammenbauschritt wird ein Flüssigkristall in dem durch die beiden Substrate definierten Raum eingeschlossen, um ein vollständiges Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigeelement zu erhalten. In dem Schritt des in Fig. 4C gezeigten vorliegenden Ausführungsbeispiels können 1CON, das mit dem Sourcebereich S in Verbindung steht, und 2CON, das mit dem Drainbereich D in Verbindung steht, gleichzeitig durch Ätzen von PSG eingebracht werden. Somit kann der Herstellungsprozeß im Vergleich mit herkömmlichen Prozessen vereinfacht werden. Weiterhin werden Oberflächenunregelmäßigkeiten durch Benutzen eines Planarisierungsfilmes vergraben, um die Oberflächenstufen zu entfernen. Demgemäß kann durch Anwenden des Substrates des vorliegenden Ausführungsbeispiels auf ein Flüssigkristall-Anzeigeelement ein gleichmäßiger Vorneigungswinkel an Flüssigkristallmolekülen erhalten werden, und es kann eine hohe Anzeigequalität realisiert werden, indem die Bildung einer umgekehrt geneigten Domäne unterdrückt wird.
- Im folgenden wird anhand von Fig. 5 ein Beispiel einer Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung beschrieben, die durch Zusammenbauen eines Substrates für Anzeigeelemente erhalten ist, welche gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind. Wie in der Figur gezeigt ist, umfaßt das vorliegende Flüssigkristall-Anzeigeelement ein Paar von einander gegenüberliegenden Glassubstraten 51 und 52 und eine Flüssigkristallschicht 53, die zwischen den Substraten eingeschlossen ist. Eines der Glassubstrate 51 ist gemäß der vorliegenden Erfindung verarbeitet. Somit hat das Glassubstrat 51 darauf Signalleitungen 54 und Abtastleitungen 55, die in einer Matrix angeordnet sind, TFTs 56 und Pixelelektroden 57, die an den Kreuzungen der Signalleitungen und der Abtastleitungen gelegen sind. Die hier verwendeten TFTs 56 sind zuvor einer Hydrierungsbehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung unterworfen. Die TFT 56 sind aktive Schaltelemente, die linien- bzw. zeilensequentiell durch die Abtastleitungen 55 gewählt sind, und die das durch die Signalleitungen 54 gelieferte Bildsignal in die entsprechenden Pixelelektroden 57 schreiben. Andererseits sind gegenüberliegende Elektroden 58 und ein Farbfilterfilm 59 auf der Innenfläche des oberen Glassubstrates 52 gebildet.
- Der Farbfilterfilm 59 ist in Segmente R (Rot), G (Grün) und B (Blau) entsprechend jeder der Pixelelektroden 57 unterteilt. Das Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigeelement von dieser Struktur ist zwischen zwei polarisierte Schichten 60 und 61 gelegt, um eine Vollfarbbildanzeige bei Bedarf durch Verwenden von weißem einfallendem Licht zu liefern.
- Die Fig. 6A bis 6F zeigen schematisch gezeichnete schrittsequentielle Schnittstrukturen, die in einem Verfahren zum Herstellen eines Substrates für ein Anzeigeelement gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erhalten sind.
- In Fig. 6A wird zunächst global eine polykristalline Halbleiterschicht 2 auf der Oberfläche eines Glassubstrates 1 mittels CVD oder dergleichen gebildet. In dem vorliegenden Fall wird polykristallines Silizium (Poly-Si) aufgetragen, um einen polykristallinen Dünnfilm-Halbleiter zu erzeugen.
- Dann wird in Fig. 6B ein Gateoxidfilm 3 auf dem polykristallinen Dünnfilm-Halbleiter 2 gebildet, um einen Dünnfilmtransistor (TFT) 4 aufzubauen, der eine Gateelektrode G enthält. Der Dünnfilmtransistor 4 umfaßt auf beiden Seiten der Gateelektrode G einen Drainbereich D und einen Sourcebereich S. die beide hoch mit Fremdstoffen dotiert sind.
- In Fig. 6C wird ein hygroskopes isolierendes Zwischenschichtdielektrikum aufgetragen. Das Zwischenschichtdielektrikum 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein 4% Phosphor enthaltender PSG-Film. Der PSG-Film ist hygroskop und daher geeignet, Wasser darin aufzubewahren.
- Dann wird in Fig. 6D das Zwischenschichtdielektrikum 5 lokal geätzt, um ein mit dem Sourcebereich S des TFT 4 in Verbindung stehendes Kontaktloch einzubringen bzw. zu perforieren. Danach wird ein aus Molybdän hergestellter Deckfilm 6 als ein Wasserstoffdiffusionsschirm auf dem Zwischenschichtdielektrikum 5 aufgetragen. Der Deckfilm 6 ist ein dichter Leiterfilm, der mit einer Dicke von 300 nm oder mehr aufgetragen ist, um eine ausreichend hohe Verhinderungsfunktion gegenüber der Diffusion von Wasserstoff zu liefern. Zusätzlich zu Molybdän kann der Deckfilm 6 aus einem Metall eines Metall-Zwischenverbindungsmaterials, beispielsweise Titan, Chrom und Wolfram hergestellt sein. Sonst kann er aus Metallsiliziden, wie beispielsweise Aluminiumsilizid, Titansilizid, Molybdänsilizid, Chromsilizid und Wolframsilizid gewählt werden. Dann wird das in dem Zwischenschichtdielektrikum 5 eingefangene Wasser zerlegt, um Wasserstoff zu erzeugen. Der so erzeugte Wasserstoff wird zum Diffundieren in den polykristallinen Dünnfilmhalbleiter 2 gebracht, der auf der Seite gegenüber zu derjenigen des Deckfilmes 6 gelegen ist. Die Struktur wird bei einer Temperatur erwärmt, bei der das PSG nicht verdichtet wird und bei der Molybdän nicht schmilzt. Somit wird beispielsweise die Wärmebehandlung bei 300ºC bewirkt. Die Eigenschaften eines TFT können weiter mit steigender Zeitdauer der Wärmebehandlung verbessert werden. Hinsichtlich des Durchsatzes wird jedoch eine Zeitdauer von 3 Stunden oder länger für die Wärmebehandlung bevorzugt. Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise unter einer Atmosphäre vorgenommen, die gasförmigen Stickstoff oder gasförmigen Wasserstoff enthält. Es wird angenommen, daß die Hydrierung durch die Wärmebehandlung gemäß dem folgenden Prozeß auftritt; das heißt, in dem Zwischenschichtdielektrikum 5 enthaltenes Wasser wird zerlegt, und der sich ergebende Wasserstoff allein wird zum Diffundieren in den polykristallinen Dünnfilmhalbleiter 2 gebracht. Da die Oberfläche der Vorrichtung mit einem Deckfilm 6 bedeckt ist, kann das Auftreten einer Auswärtsdissipation von Wasserstoff verhindert werden. In Fig. 6E wird dann der Molybdändeckfilm 6 gemustert, um einen Zwischenverbindungselektrode zu dem Sourcebereich S des TFT 4 zu ergeben. Nach diesem Schritt des Bildens der Zwischenverbindung wird ein anderes Zwischenschichtdielektrikum 7 darauf aufgetragen. Schließlich werden in Fig. 6F die Zwischenschichtdielektrika 5 und 7 lokal geätzt, um ein Kontaktloch zu ergeben, das mit dem Drainbereich D des TFT 4 in Verbindung steht. Ein vollständiges Substrat für Anzeigeelemente wird geliefert, indem schließlich eine Pixelelektrode 8, die aus ITO und dergleichen hergestellt ist, auf dem Zwischenschichtdielektrikum 7 gebildet wird.
- Die Auswirkung des Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auf das Verkürzen der Verfahrensschritte wird durch Messen der Laufzeit bewertet. Die Zeit, die für den gesamten Prozeß von der Eingabe eines Glassubstrates 1 bis zur Vervollständigung eines Substrates für Anzeigeelemente benötigt wird, wird als verkürzt gefunden, um einen Mittelwert von 14. Tagen zu ergeben. Darüber hinaus kann der CVD-Verfahrensschritt und dergleichen von dem Verfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgeschlossen werden, da die herkömmlichen P-SiN-Filme usw., die als eine Diffusionsquelle verwendet werden, ausgeschlossen werden können. Somit werden die gesamten Herstellungskosten um etwa 95% der Kosten reduziert, die für einen herkömmlichen Prozeß erforderlich sind. Darüber hinaus wird das so erhaltene Substrat für Anzeigeelemente in ein Aktivmatrix-Anzeigeelement zusammengebaut. Der fehlerhafte Prozentsatz für die Pixels wird als extrem niedrig mit einem Ergebnis von 1,0 ppm oder weniger im Mittel gefunden. Es wird angenommen, daß dieses Ergebnis der wirksamen Hydrierung zuzu schreiben ist, die weniger Beschädigung an dem Substrat verursacht.
- Anhand der Fig. 7A bis 7F wird ein Verfahren zum Herstellen eines Substrates für Anzeigen gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im folgenden beschrieben. Dieses Verfahren ist grundsätzlich das gleiche wie dasjenige des vierten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Fig. 8. Demgemäß sind die entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszahlen versehen, um sie sofort verständlich zu machen.
- In den Fig. 7A und 7B wird ein Schritt zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, der ein Bilden eines Dünnfilmtransistors 4 auf einem Substrat 1 umfaßt, zuerst bewirkt. Dieser Schritt ist ähnlich zu dem in Fig. 6A und 6B veranschaulichten Schritt.
- In Fig. 7C wird ein Auftragungsschritt zum Auftragen eines hygroskopen Isolationsfilmes als einem Zwischenschichtdielektrikum 5 durchgeführt. Ein undotiertes Siliziumglas (NSG) wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als das Zwischenschichtdielektrikum 5 verwendet. Nachdem das NSG dazu gebracht wurde, ausreichend Wasser zu absorbieren, wird es lokal geätzt, um ein Kontaktloch einzubringen, das mit dem Sourcebereich S des TFT 4 in Verbindung steht. Anschließend werden ein erster Titan-Deckfilm 6a und weiterhin darauf ein zweiter Aluminium-Deckfilm 6b kontinuierlich aufgetragen bzw. abgeschieden, um einen doppelschichtigen Metallfilm zu liefern. Die sich ergebende Struktur wird einer Wärmebehandlung bei 400ºC danach unterworfen, um die in dem Zwischenschichtdielektrikum 5 eingefangenen Wasserstoffatome in den polykristallinen Dünnfilm-Halbleiter 2 diffundieren zu lassen. Der erste Deckfilm 6a wirkt als die Barrieremetallschicht während der Wärmebehandlung, um das Erzeugen von Spitzen oder Spikes zwischen Aluminium und Poly-Si zu verhindern. Somit wird der Titanfilm vorzugsweise mit einer Dicke von 100 nm oder weniger vorgesehen.
- In Fig. 7E wird der in zwei Schichten strukturierte Deckfilm nach der Hydrierungsbehandlung gemustert, um eine Zwischenverbindungselektrode zu erzeugen. Ein anderes Zwischenschichtdielektrikum 7 wird auf der sich ergebenden Struktur aufgetragen. Schließlich wird ein Substrat für Anzeigeelemente durch Bilden einer Pixelelektrode 8 vervollständigt. Titan und Aluminium werden für den in zwei Schichten strukturierten Deckfilm in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht nur hierauf begrenzt. Im allgemeinen kann der Deckfilm unter Verwendung eines mehrlagigen Filmes vorgesehen werden, der zwei oder mehr Schichten aufweist, die jeweils aus Materialien hergestellt sind, die aus Aluminium, Titan, Molybdän, Chrom, Wolfram, Aluminiumsilizid, Titansilizid, Molybdänsilizid, Chromsilizid und Wolframsilizid gewählt sind.
- Die Auswirkung des Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auf die Verkürzung der Prozeßschritte wird bewertet durch Messen der Laufzeit. Die Zeit, die für den gesamten Prozeß von der Eingabe eines Glassubstrates 1 bis zu der Vervollständigung eines Substrates für Anzeigeelemente benötigt wird, wird als verkürzt gefunden, um ein Mittel von 15 Tagen zu ergeben. Die Hydrierung wird als weiter fortschreitend im Vergleich mit dem Fall gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel gefunden, da die Temperatur der Wärmebehandlung in dem vorliegenden Prozeß angehoben ist. Wenn demgemäß das so erhaltene Substrat für Anzeigeelemente in ein Aktivmatrix- Anzeigeelement zusammengebaut wird, wird der fehlerhafte Prozentsatz für die Pixels als auf einen extrem niedrigen Wert von 0,8 ppm oder weniger im Mittel herabgesetzt gefunden.
- Fig. 8 ist eine schematisch gezeichnete Schnittdarstellung eines Substrates für Anzeigen gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in der Figur gezeigt ist, wird ein Dünnfilmtransistor 4 auf einem Glassubstrat 1 gebildet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Dünnfilmtransistor 4 durch ein erstes Zwischenschichtdielektrikum 5 und ein zweites Zwischenschichtdielektrikum 7 bedeckt. Eine Zwischenverbindungselektrode 9, die mit dem Sourcebereich S des Dünnfilmtransistors 4 in Verbindung steht, liegt zwischen den beiden Zwischenschichtdielektrika 5 und 7. Ein Deckfilm 6, der in der Lage ist, eine Wasserstoffdiffusion zu sperren, ist auf den beiden Schichten der Zwischenschichtdielektrika 5 und 7 aufgetragen bzw. abgeschieden. Wasserstoff wird in die polykristalline Halbleiterschicht 2 eingeführt, indem eine Wärmebehandlung auf die sich ergebende Struktur zur Einwirkung gebracht wird. Wenn wenigstens eines der Zwischenschichtdielektrika 5 und 7 ausreichend hygroskop ist, kann eine wirksame Hydrierungsbehandlung gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung bewirkt werden. Nicht alle der geschichteten Zwischenschichtdielektrika müssen hygroskop sein.
- Fig. 9 ist eine schematisch gezeichnete Schnittdarstellung eines Substrates für Anzeigen gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In den vorangehenden ersten bis fünften Ausführungsbeispielen wird die Hydrierungsbehandlung bewirkt, nachdem ein Kontaktloch in der Struktur vorgesehen ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf die vorangehenden Ausführungsbeispiele begrenzt, und die Hydrierungsbehandlung kann bewirkt werden, nachdem ein Deckfilm 6 aufgetragen ist, ohne ein Kontaktloch zu öffnen, wie dies in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Im vorliegenden Fall kann beispielsweise ein dichter Isolationsfilm als der Deckfilm 6 verwendet werden. Dann kann ein Kontaktloch in dem Zwischenschichtdielektrikum 5 entweder mit dem noch in der Struktur zurückbleibenden Deckfilm 6 oder bei dessen Entfernung vorgesehen werden.
- Fig. 10 ist eine schematisch gezeichnete Schnittdarstellung eines Substrates für Anzeige gemäß einem weiteren anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in der Figur gezeigt ist, wird die Hydrierungsbehandlung nach Öffnen eines Kontaktloches bewirkt, das mit dem Sourcebereich S und dem Drainbereich D des Dünnfilmtransistors 4 in Verbindung steht, und nach Auftragen eines Deckfilmes, der aus einem dichten Leitermaterial hergestellt ist.
- Ein Verfahren gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden beschrieben. Fig. 11 ist eine Teilschnittdarstellung eines Substrates für Anzeigen gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in der Figur gezeigt ist, wird ein Dünnfilmhalbleiter 2 mit polykristallinem Silizium (Poly- Si) durch Mustern in eine vorbestimmte Gestalt gebildet, um einen Elementbereich auf einem Isolationssubstrat 111 zu ergeben, das aus Quarz (Quarz) und dergleichen hergestellt ist. Ein Dünnfilmtransistor (TFT) 3 wird in dem Elementbereich gebildet. Das heißt, eine Gateelektrode G wird auf dem Dünnfilmtransistor 112 gebildet, wobei dazwischen ein dreischichtiges Gatedielektrikum enthalten ist. Weiterhin umfaßt der Dünnfilmtransistor 4 auf den beiden Seiten der Gateelektrode G einen Drainbereich D und einen Sourcebereich S. die beide hoch mit Fremdstoffen dotiert sind.
- Die Oberfläche des TFT 113 der obigen Struktur wird mit einem ersten Zwischenschichtdielektrikum 4 bedeckt. Die Oberfläche 115 des ersten Zwischenschichtdielektrikums 114 wird aufgerauht, um dessen Fläche zu vergrößern. Somit wird auf diese Weise die Adsorption von Wasser zu dem Dünnfilmhalbleiter gesteigert, um eine wirksame Wasserstoffdiffusionsquelle zu ergeben. Darüber hinaus hat das erste Zwischenschichtdielektrikum 114 selbst eine vorbestimmte Hygroskopizität und ist in der Lage, darin Wasser bis zu einem gewissen Ausmaß anzusammeln.
- Eine Zwischenverbindungselektrode 116, die in eine vorbestimmte Gestalt gemustert ist, wird auf dem ersten Zwischenschichtdielektrikum 114 gebildet und mit dem Sourcebereich S des TFT 113 über ein Kontaktloch verbunden, das in dem ersten Zwischenschichtdielektrikum 114 vorgesehen ist. Ein zweites Zwischenschichtdielektrikum 116 wird auf der Zwischenverbindungselektrode 116 aufgetragen. Ähnlich zu dem ersten Zwischenschichtdielektrikum 114 ist das zweite Zwischenschichtdielektrikum 116 ebenfalls hygroskop und weist eine rauhe Oberfläche 117 auf.
- Ein Wasserstoffdiffusionsschirm 118 wird auf dem zweiten Zwischenschichtdielektrikum 116 aufgetragen, um eine Diffusion von Wasserstoff nach außen zu verhindern. Zusätzlich wird eine Pixelelektrode 119 auf der Oberseite des zweiten Zwischenschichtdielektrikums 116 gebildet und ist mit dem Drainbereich D des TFT 3 über ein Kontaktloch verbunden. Die Dünnfilm-Halbleitervorrichtung dieser Art kann bei spielsweise als ein Ansteuersubstrat für ein Aktivmatrix- Flüssigkristall-Anzeigeelement verwendet werden.
- Anhand der Fig. 12A und 12B ist im folgenden ein Verfahren zur Hydrierungsbehandlung für eine Dünnfilm-Halbleitervorrichtung mit der in Fig. 11 veranschaulichten Struktur beschrieben. Eine gewünschte Hydrierungsbehandlung kann beispielsweise durch Vornehmen eines Temperns nach Bilden eines Wasserstoffdiffusionsschirmes bewirkt werden, da in dem ersten Zwischenschichtdielektrikum 114 und in dem zweiten Zwischenschichtdielektrikum 116 eingebaute Wasserstoffatome in den den Elementbereich bildenden Dünnfilmhalbleiter 112 diffundieren.
- Fig. 12A zeigt die Verteilung der Wasserstoffkonzentration längs der Dickenrichtung des ersten Zwischenschichtdielektrikums vor einem Tempern. Die Figur stellt dar, daß die Wasserstoffkonzentration in dem ersten Zwischenschichtdielektrikum vor einem Tempern in einem Teil näher zu der Oberfläche größer ist. Fig. 12B zeigt die Verteilung der Wasserstoffkonzentration längs der Tiefenrichtung des ersten Zwischenschichtdielektrikums nach einem Tempern. Es kann gesehen werden, daß eine beträchtliche Menge an Wasserstoff eingeführt wird, wenn die Wärmebehandlung einwirkt, um die Wasserstoffatome, die anfänglich in dem ersten Zwischenschichtdielektrikum vorhanden sind, in die Grenze zwischen dem Dünnfilmhalbleiter (Poly-Si) zu treiben. Die Einwärtsdiffusion von Wasserstoff kann so erleichtert werden, indem das Tiefenprofil in dem Zwischenschichtdielektrikum vor einem Tempern derart eingestellt wird, daß die Oberflächenseite höher als die Transistorkanalseite ist.
- Fig. 13 ist ein Graph, der die Drainstrom-(Ids-)Gatespannung-(Vgs-)Kennlinien zeigt, die in einem Dünnfilmtransistor beobachtet werden, nachdem die Vorrichtung einer Hydrierungsbehandlung unterworfen ist. Die hier verwendete Probe ist ein N-Kanal-Dünnfilmtransistor mit einer Kanalbreite von 20 um und einer Kanallänge von 5 um. Die mit der Zahl 1 angegebene Kurve zeigt die Drainstrom-Gatespannung- Kennlinie für einen Fall mit einem Zwischenschichtdielektrikum mit einer rauhen Oberfläche und diejenige Kurve, die mit der Zahl 2 versehen ist, zeigt dieselbe für einen Fall mit einem Zwischenschichtdielektrikum ohne rauhe Oberfläche. Es kann aus dem Graph klar gesehen werden, daß die Hydrierungswirksamkeit durch Aufrauhen der Oberfläche des Zwischenschichtdielektrikums verbessert ist, welches als die Wasserstoffdiffusionsquelle wirkt, und daß der AUS- Strom (Leckstrom) vermindert werden kann, während der EIN- Strom verstärkt ist.
- Anhand der Fig. 14A bis 14G wird ein Verfahren zum Herstellen einer Dünnfilm-Halbleitervorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im folgenden beschrieben. In der Fig. 14A wird zunächst eine erste polykristalline Siliziumschicht aus beispielsweise Poly-Si bis zu einer Dicke von etwa 30 nm mittels LPCVD auf der Oberfläche eines Isolationssubstrates aufgetragen, das aus Quarz (Quarz) und dergleichen hergestellt ist. Falls erforderlich wird Poly-Si zuerst durch Implantieren von Siliziumionen (Si&spplus;) amorph gemacht und danach getempert, um ein grobkörniges Poly-Si zu erhalten.
- In dem in Fig. 14B veranschaulichten Schritt wird das so erhaltene Poly-Si gemäß einem vorbestimmten Muster geätzt, um einen Elementbereich zu liefern. Dann wird die Oberfläche des Poly-Si oxidiert, um einen Gateoxidfilm mit einer Dicke von etwa 60 nm zu erzeugen. Ein Gatenitrid-(Si&sub3;N&sub4;-)- Film mit etwa 50 nm in der Dicke wird außerdem auf dem Gateoxidfilm mittels eines LPCVD-Prozesses aufgetragen. Die Oberfläche des Gatenitridfilmes wird thermisch oxidiert, um einen anderen Gateoxidfilm mit einer Dicke von etwa 1 bis 2 nm zu bilden. Auf diese Weise wird ein dreischichtiges Gatedielektrikum gebildet. Im Fall eines Steuerns der Schwellenwertspannung Vth des Dünnfilmtransistors werden bei Bedarf Borionen (B&spplus;) mit einer Dosis von etwa 1 · 1012 bis 8 · 10¹²/cm² implantiert.
- In dem in Fig. 14C veranschaulichten Schritt wird eine Schicht aus polykristallinem Silizium bis zu einer Dicke von etwa 300 nm gebildet. Die polykristalline Siliziumschicht ist mit Phosphor dotiert, um deren Widerstand zu vermindern. Dann wird die polykristalline Siliziumschicht in eine vorbestimmte Gestalt geätzt, um eine Gateelektrode G zu bilden. Das Gatedielektrikum wird ebenfalls geätzt.
- In Fig. 14D wird der Teil mit Ausnahme der Gateelektrode G einer Ionenimplantation unterworfen, um Arsenionen (As&spplus;) mit einer Dosis von 2 · 10¹&sup4; bis 10 · 10¹&sup4;/cm² einzuführen, damit der Sourcebereich S und der Drainbereich D für den Dünnfilmtransistor TFT gebildet werden. Vor der Ionenimplantation wird ein Resist mit einer vorbestimmten Gestalt durch Mustern gebildet. Nach der Ionenimplantation wird die Struktur unter einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 1000ºC getempert, um den Sourcebereich 5 und den Drainbereich D zu aktivieren.
- In Fig. 14E wird ein erstes, auf SiO&sub2; basierendes Zwischenschichtdielektrikum mit einer Dicke von etwa 500 nm gebildet, um einen Schutz- und Isolierfilm für den TFT zu erzeugen. Falls erforderlich wird Phosphor, Arsen, Blei, Anti mon, Bor usw. in das auf SiO&sub2; basierende erste Zwischenschichtdielektrikum beigefügt. Die Menge an adsorbiertem Wasser nimmt mit steigendem Anteil von diesen Fremdstoffen zu. Insbesondere wird in diesem Ausführungsbeispiel 5 Gew.-% an Phosphor in die SiO&sub2;-Schicht beigefügt. Ein mit dem Sourcebereich S in Verbindung stehendes Kontaktloch wird in das erste Zwischenschichtdielektrikum eingebracht bzw. perforiert.
- In Fig. 14F wird ein Film aus Metall, wie beispielsweise Aluminium, mit einer Dicke von etwa 300 nm aufgetragen. Der metallische Film wird in eine vorbestimmte Gestalt gemustert, um eine Zwischenverbindungselektrode zu erhalten. Dann wird ein auf SiO&sub2; basierendes zweites Zwischenschichtdielektrikum mit einer Dicke von etwa 500 nm gebildet, um die Zwischenschichtelektrode zu isolieren und elektrisch zu trennen. Bei Bedarf wird Phosphor, Arsen, Blei, Antimon, Bor usw. in das auf SiO&sub2; basierende zweite Zwischenschichtdielektrikum beigefügt. Die Menge an Phosphor, das in das zweite SiO&sub2;-Zwischenschichtdielektrikum einzubauen ist, liegt in dem Bereich von 0 bis 3 Gew.-%. Dann wird die Oberfläche des zweiten Zwischenschichtdielektrikums leicht bis etwa 5% oder weniger bezüglich der Filmdicke geätzt. Diese Behandlung ermöglicht es dem zweiten Zwischenschichtdielektrikumfilm wirksam für die Hydrierung erforderliches Wasser aufzunehmen. Beispielsweise kann eine Lösung auf Fluorwasserstoffsäurebasis als das Ätzmittel zum Ätzen verwendet werden. Das heißt, eine verdünnte Lösung aus Fluorwasserstoffsäure wird für das leichte Ätzen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet. Alternativ kann die Oberseitenfläche des zweiten Zwischenschichtdielektrikums vergrößert werden, um die Menge an zu der Oberfläche des zweiten Zwischenschichtdielektrikums adsorbierten Wassers zu steigern, indem zuvor das zweite Zwischenschicht dielektrikum einer Musterung unterworfen wird, um darauf Unregelmäßigkeiten zu bilden.
- In Fig. 14G wird ein aus Plasma abgeschiedener Film, wie beispielsweise ein P-SiN-, ein P-SiO&sub2;- oder ein P-SiON-Film oder ein metallischer Film 118, wie beispielsweise aus Aluminium, Titan und Tantal, aufgetragen, um das Auftreten einer Auswärtsdiffusion zu verhindern. Das heißt, ein aus Plasma abgeschiedener Siliziumnitridfilm (P-SiNx) wird auf dem zweiten Zwischenschichtdielektrikum mit einer Dicke von etwa 50 nm gebildet. Der so erhaltene Wasserstoffdiffusionsschirm wird einem Ätzen unterworfen, um den Kontaktteil zu entfernen, während wenigstens eine Fläche größer als der TFT ausgelassen wird. Die Hydrierung wird durch Tempern der sich ergebenden Struktur bei einem Temperaturbereich von 200 bis 500ºC unter einer Stickstoffatmosphäre beschleunigt. Ein Kontaktloch wird danach geöffnet, und ein Dünnfilm aus ITO wird mit einer Dicke von etwa 100 nm gebildet. Die Struktur wird in eine Dünnfilmtransistorvorrichtung durch Mustern des Dünnfilm-ITO in eine vorbestimmte Gestalt und Vorsehen einer Pixelelektrode 119 darauf vervollständigt.
- Anhand der Fig. 15A bis 15C wird im folgenden ein Verfahren zum Herstellen einer Dünnfilm-Halbleitervorrichtung gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Schritte bis zu dem einen Schritt, der in Fig. 14C des vorangehenden sechsten Ausführungsbeispiels veranschaulicht ist, werden in der gleichen Weise vorgenommen. Das heißt, die Schritte des Bildens einer Gateelektrode und des Schneidens des Gatedielektrikums sind die gleichen für die beiden Prozesse gemäß dem sechsten und dem siebente Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein auf SiO&sub2; basierendes erstes Zwischenschichtdi elektrikum wird in dem darauffolgenden Schritt, der in Fig. 15A veranschaulicht ist, aufgetragen. Um für die Hydrierung notwendiges Wasser wirksam zu absorbieren, wird die Oberfläche des ersten Zwischenschichtdielektrikums leicht geätzt, indem beispielsweise eine auf Fluorwasserstoffsäure basierende Lösung verwendet wird, damit eine rauhe Oberfläche erhalten wird. Ein Dünnfilm aus aus Plasma abgeschiedenem Siliziumnitrid (P-SiN) wird als ein Wasserstoffdiffusionsschirm mit einer Dicke von etwa 50 nm durch Plasma unterstütztes CVD erhalten. Die Hydrierung wird danach durch Tempern der sich ergebenden Struktur in dem Temperaturbereich von 250 bis 500ºC beschleunigt.
- In Fig. 15B wird der unnötige Teil des Wasserstoffdiffusionsschirmes durch Ätzen entfernt. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Wasserstoffdiffusionsschirm einem globalen Ätzen unterworfen. Dann wird ein Kontaktloch eingebracht oder perforiert, und ein Aluminiumfilm wird aufgetragen und in eine vorbestimmte Gestalt gemustert, um eine Zwischenverbindungselektrode zu liefern. Weiterhin wird ein auf SiO&sub2; basierendes zweites Zwischenschichtdielektrikum für die Isolation der Zwischenverbindungselektrode gebildet.
- In Fig. 15C wird ein Kontaktloch in dem ersten Zwischenschichtdielektrikum und dem zweiten Zwischenschichtdielektrikum vorgesehen, um Dünnfilm-ITO aufzutragen bzw. abzuscheiden. Das Dünnfilm-ITO wird in eine vorbestimmte Gestalt gemustert, um eine Pixelelektrode zu erzeugen. Auf diese Weise wird eine vollständige Dünnfilm-Halbleitervorrichtung erhalten.
- Anhand der Fig. 16A bis 16D wird im folgenden ein Verfahren zum Herstellen einer Dünnfilm-Halbleitervorrichtung gemäß einem letzten Ausführungsbeispiel, d. h. einem achten Ausführungsbeispiel, der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Schritte bis zu dem Schritt, der in Fig. 14C des vorangehenden sechsten Ausführungsbeispiels veranschaulicht ist, werden in der gleichen Weise bewirkt. Das heißt, die Schritte des Bildens einer Gateelektrode und des Schneidens des Gatedielektrikums sind die gleichen für beide Prozesse gemäß dem sechsten und dem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Zwischenschichtdielektrikum wird in den darauffolgenden Schritt aufgetragen, wie dies in Fig. 16A veranschaulicht ist. Danach wird die Oberfläche des ersten Zwischenschichtdielektrikums leicht mittels beispielsweise einer auf einer Fluorwasserstoffsäure basierenden Lösung geätzt, um eine rauhe Oberfläche zu erzeugen. Die Erzeugung der rauhen Oberfläche erlaubt es, Wasser, das für die Hydrierung erforderlich ist, wirksam in die Oberfläche und das Innere des ersten Zwischenschichtdielektrikums zu absorbieren. Das so durch das erste Zwischenschichtdielektrikum absorbierte Wasser wird in den späteren Schritten zerlegt, um Wasserstoff zu erzeugen. Die Zerlegung von Wasser wird durch Erwärmen oder Einwirken eines Plasmas eingeleitet. In dem Fall von beispielsweise einem auf SiO&sub2; basierenden Zwischenschichtdielektrikum kann ein Mechanismus zum Erzeugen von Wasserstoff durch die Kombination von Si und H&sub2;O angenommen werden. In dem Fall, in welchem ein Wasserstoffdiffusionsschirm durch plasmaunterstütztes CVD oder durch Sputtern aufgetragen ist, kann die Zerlegung von H&sub2;O durch die Energie beschleunigt werden, die während des Prozesses einwirkt.
- In Fig. 16B wird ein Kontaktloch in dem ersten Zwischenschichtdielektrikum vorgesehen, und ein Aluminiumfilm wird aufgetragen. Der so erhaltene Aluminiumfilm wird in eine gewünschte Gestalt gemustert, um eine Zwischenverbindungs elektrode zu liefern. Weiterhin wird ein auf SiO&sub2; basierendes zweites Zwischenschichtdielektrikum für die Isolation der Zwischenschichtelektrode gebildet.
- In Fig. 16C wird ein aus einem Plasma abgeschiedener Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von etwa 50 nm auf dem zweiten Zwischenschichtdielektrikum mittels plasmaunterstütztem CVD vorgesehen, um einen Wasserstoffdiffusionsschirm zu bilden. Die sich ergebende Struktur wird einem Tempern unter einer Stickstoffatmosphäre in einem Temperaturbereich von 250 bis 500ºC für die Hydrierung unterworfen.
- Schließlich wird, wie in Fig. 16D gezeigt ist, der Wasserstoffdiffusionsschirm geätzt, um darin ein Kontaktloch vorzusehen. Dünnfilm-ITO wird aufgetragen und in eine vorbestimmte Gestalt gemustert, um eine Pixelelektrode zu liefern. Auf diese Weise wird eine vollständige Dünnfilm- Halbleitervorrichtung erhalten.
- Während die Erfindung in Einzelheiten und anhand spezifischer Ausführungsbeispiele hiervon beschrieben wurde, ist für den Fachmann selbstverständlich, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen darin vorgenommen werden können, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen, wie dieser in den Patentansprüchen festgelegt ist.
Claims (22)
1. Dünnfilm-Halbleitervorrichtung, umfassend:
ein Isolationssubstrat (1),
einen Dünnfilmtransistor (4), der auf dem
Isolationssubstrat (1) gebildet ist und eine polykristalline
Halbleiterschicht (2) hat, die Source- und
Drainbereiche in beabstandeter Beziehung voneinander mit
einem dazwischenliegenden aktiven Bereich aufweist, und
eine Gateelektrode (G), die die polykristalline
Halbleiterschicht (2) durch einen Gateisolationsfilm (3)
kontaktiert, hat,
ein Zwischenschichtdielektrikum (5), das über der
Gateelektrode (G) gebildet ist und die Source- und
Drainbereiche (S. D) teilweise berührt, und
eine Deckschicht (6) zum Sperren einer
Wasserstoffdiffusion, die auf dem
Zwischenschichtdielektrikum (5) gebildet ist und wenigstens einen Teil von
diesem bedeckt,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Zwischenschichtdielektrikum (5) als eine
Quelle von Wasserstoff durch Absorbieren von Wasser
dient, auf Siliziumdioxid beruht und wenigstens ein
Element enthält, das aus der Gruppe gewählt ist, die
aus Phosphor, Arsen, Blei, Antimon und Bor besteht.
2. Dünnfilm-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei
der das Zwischenschichtdielektrikum (5) eine rauhe
Oberfläche hat.
3. Dünnfilm-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder
2, bei der die Deckschicht (6) ein dichter
Isolierfilm ist.
4. Dünnfilm-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, bei
der der Isolierfilm ein aus Plasma abgeschiedener
Film ist.
5. Dünnfilm-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, bei
der der aus Plasma abgeschiedene Film aus der Gruppe
gewählt ist, die aus P-SiN, P-SiO und P-SiON-Filmen
besteht.
6. Dünnfilm-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei
der die Deckschicht (6) ein dichter Leiterfilm ist.
7. Dünnfilm-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, bei
der der Leiterfilm ein Film aus wenigstens einem
Element ist, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus
Aluminium, Titan, Tantal, Molybdän, Chrom, Wolfram
und Titannitrid besteht.
8. Dünnfilm-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, bei
der der Leiterfilm ein Film aus wenigstens einem
Material ist, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus
Aluminiumsilizid, Titansilizid, Molybdänsilizid,
Chromsilizid und Wolframsilizid besteht.
9. Dünnfilm-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, bei
der der Leiterfilm ein mehrschichtiger Film mit zwei
oder mehr Schichten ist, die aus Materialien
hergestellt sind, die aus der Gruppe gewählt sind, die aus
Aluminium, Titan, Tantal, Molybdän, Chrom, Wolfram,
Aluminiumsilizid, Titansilizid, Molybdänsilizid,
Chromsilizid und Wolframsilizid besteht.
10. Dünnfilm-Halbleitervorrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 9, welche ein Pixelelektrode auf der
Oberseite des Zwischenschichtdielektrikums (5) aufweist
und welche als ein Ansteuersubstrat für
Anzeigeelemente verwendet wird.
11. Verfahren zum Herstellen eines Isolationssubstrates
einer Dünnfilm-Halbleitervorrichtung, umfassend:
einen Dünnfilmtransistor (4), der auf dem
Isolationssubstrat (1) gebildet ist und eine polykristalline
Halbleiterschicht (2) hat, die Source- und
Drainbereiche in beabstandeter Beziehung voneinander mit
einem dazwischenliegenden aktiven Bereich hat, und eine
Gateelektrode (G) aufweist, die die polykristalline
Halbleiterschicht (2) durch einen Gateisolationsfilm
(3) kontaktiert,
ein Zwischenschichtdielektrikum (5), das über der
Gateelektrode (G) gebildet ist und die Source- und
Drainbereiche (S, D) teilweise berührt, und
eine Deckschicht (6) zum Sperren einer
Wasserstoffdiffusion, die auf dem
Zwischenschichtdielektrikum (5) gebildet ist und wenigstens einen Teil von
diesem berührt,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die
folgenden Schritte aufweist:
einen Auftragungs- bzw. Abscheidungsschritt mit
einem Bilden des Zwischenschichtdielektrikums (5)
nach Erzeugen eines Dünnfilmtransistors auf einem
Isolationssubstrat (1),
einen Beschichtungsschritt mit einem Erzeugen der
Deckschicht (6) zum Sperren einer
Wasserstoffdiffusion auf dem Zwischenschichtdielektrikum (5), und
einen Hydrierungsschritt mit einem Zerlegen von in
dem Zwischenschichtdielektrikum (5) eingefangenem
Wasser, um Sauerstoff zu erzeugen, und mit einem
Diffundierenlassen des so erzeugten Wasserstoffes in die
Seite entgegengesetzt zu derjenigen der Deckschicht
(6) und in die polykristalline Halbleiterschicht (2).
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der
Beschichtungsschritt ein Bilden eines dichten Leiterfilmes
als die Deckschicht (6) umfaßt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Leiterfilm
nach dem Hydrierungsschritt gemustert wird, um eine
Zwischenverbindungselektrode zu erzeugen.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Schritt des
Bildens einer Zwischenverbindungselektrode durch
einen Planarisierungsschritt zum Bilden eines
Planarisierungsfilmes und einen
Pixelelektroden-Erzeugungsschritt zum Bilden einer Pixelelektrode. auf dem
Planarisierungsfilm gefolgt wird.
15. Verfahren nach Ansprucfr 11, bei dem der
Beschichtungsschritt ein Erzeugen eines dichten Isolierfilmes
als die Deckschicht (6) aufweist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Isolierfilm
aus der Gruppe gewählt ist, die aus P-SiN-, P-SiO-
und P-SiON-Filmen besteht.
17. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Isolierfilm
nach dem Hydrierungsschritt entfernt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der
Hydrierungsschritt das Einwirken einer Wärmebehandlung in dem
Temperaturbereich von 150 bis 500ºC umfaßt.
19. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der
Hydrierungsschritt das Einwirken einer Wärmebehandlung unter
einer gasförmigen Stickstoff- oder einer gasförmigen
Wasserstoffatmosphäre umfaßt.
20. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Verfahren
außerdem einen Schritt zum Vergrößern der
Oberseitenfläche der Wasserabsorption durch Aufrauhen der
Oberfläche des Zwischenschichtdielektrikums (5) umfaßt.
21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Schritt zum
Vergrößern der Oberseitenfläche der Wasserabsorption
ein leichtes Ätzen der Oberfläche des
Zwischenschichtdielektrikums (5) umfaßt, um eine aufgerauhte
Oberfläche zu liefern.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 21, bei
dem:
der Hydrierungsschritt durch Pyrolyse des in dem
Zwischenschichtdielektrikum (5) eingefangenen Wassers
zum Erzeugen von Wasserstoff und Einführen des so
erzeugten Wasserstoffes in die polykristalline
Halbleiterschicht (2) bewirkt wird, indem diesem erlaubt
wird, in der Richtung zu diffundieren, die
entgegengesetzt zu der Seite der Deckschicht (6) ist.
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