DE69737901T2

DE69737901T2 - Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung

Info

Publication number: DE69737901T2
Application number: DE69737901T
Authority: DE
Inventors: Chuang-Chuang San Jose Tsai; William W. Los Altos Yao; Ronald T. Mountain View Fulks
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2017-09-26
Also published as: EP0833385A3; EP0833385B1; EP0833385A2; DE69737901D1

Description

1 zeigt ein Beispiel einer Sensoranordnung nach dem Stand der Technik, die auf einer Oberfläche des Glassubstrats 10 ausgebildet ist. Das Gate 12 schließt herkömmlicherweise hoch leitfähiges Metall ein und ist mit einer Taktleitung verbunden, zum Empfang von Signalen, die die Leitfähigkeit eines Dünnfilmtransistors (Thin Film Transistor: TFT) steuern.
Die isolierende Schicht 20, herkömmlicher Weise ein Siliciumnitrid (SiN) trennt das Gate 12 von der intrinsischen Halbleiterschicht 22, der Schicht in der der Kanal des TFT ausgebildet ist. Die Halbleiterschicht 22 ist herkömmlicher Weise amorphes Silicium (a-Si) und ist in dem Kanalgebiet durch eine isolierende Insel 24 abgedeckt, die herkömmlicher Weise in einer weiteren SiN-Schicht ausgebildet ist. Der Kanal erstreckt sich daher von einem Verbindungsgebiet an einer Seite der Insel 24 zu einem anderen Verbindungsgebiet an der anderen Seite der Insel 24.
Die dotierte Halbleiterschicht 30 und die leitfähige Metallschicht 32 werden gemustert, um Kanalanschlüsse für den TFT auszubilden, und daher wird über der Insel 24 eine Öffnung ausgebildet, so dass die Kanalanschlüsse isoliert sind. Die dotierte Halbleiterschicht 30 schließt einen Halbleiteranschluss in elektrischem Kontakt mit dem Verbindungsgebiet an einer Seite der Insel 24 und einen weiteren Halbleiteranschluss ein elektrischem Kontakt mit dem Verbindungsgebiet an der anderen Seite der Insel 24 ein. Aus Gründen des Prozesskompatibilität besteht die dotierte Halbleiterschicht 30 herkömmlicher Weise aus stark n-dotiertem (n⁺) a-Si, während die leitende Metallschicht 32 aufgespritztes Chrom sein kann.
Über der Metallschicht 32 wird eine siliciumbasierende Sensorschicht 40 ausgebildet, die als eine Diode arbeitet. Die Sensorschicht 40 kann in einer herkömmlichen p-i-n-Schicht oder in einer Schottky-Diodenschicht ausgebildet werden, die in jedem Fall durch Plasma-verbesserte chemische Dampfablagerung (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: PECVD) abgeschieden wird, herkömmlicher Weise bei Temperaturen größer als 180 °C, typischerweise zwischen 200–350 °C durchgeführt.
Über der Sensorschicht 40 zeigt die 1 ebenso die Elektrodenschicht 42, herkömmlicher Weise eine Schicht aus Indium-Zinn-Oxid (Indium-Tin-Oxide: ITO) und die untere Passivierungsschicht 44, herkömmlicher Weise eine Schicht aus siliciumbasierendem Dielektrik. Die Schicht 44 wird gemustert, um Öffnungen zu der Metallschicht 32 auf einer Seite des TFT und zur ITO-Schicht 42 auf der anderen Seite auszubilden. Daraufhin wird eine weitere leitende Metallschicht abgeschieden und gemustert, um die Datenleitung 50 und die Vorspannungsleitung 52 zu mustern, die jeweils zu der Metallschicht 32 und der ITO-Schicht 42 durch Öffnungen verbunden sind. Schließlich bedeckt die obere Passivierungsschicht 46 die Anordnung und ist herkömmlicher Weise eine weitere Schicht aus siliciumbasierendem Dielektrik.
Kanicki, J., Hasan, E., Griffith, J., Takamori, T. and Tsang, J.C., "Properties of High Conductivity Phosphorous Doped Hydrogenated Microcrystalline Silicon and Application in Thin Film Transistor Technology, " Mat. Res. Soc. Symp. Proc., Vol. 149, 1989, pp. 239–246 offenbaren die Verwendung einer stark P-dotierten (n⁺) mikrokistallinen Siliciumschicht (μc-Si:H) in einem Dünnfilmtransistor (TFT) basierend auf hydrogeniertem amorphen Silicium als eine Kontaktzwischenschicht zwischen einem Source-Drain-Metall und einer a-Si:H-Schicht. Kanicki et al. offenbaren die Anwendung in Erfassungselementen für integrierte Sensoren.
US-A-5,473,168 offenbart einen Dünnfilmtransistor mit Kontaktschichten aus mikrokristallinen Silicium vom n-Typ.
US-A-5,262,649 offenbart eine Detektoranordnung mit Spalten und Zeilen von Fotodioden aus amorphen Silicium, wobei jede mit einem Dünnfilmtransistor verbunden ist. Der Dünnfilmtransistor kann mit einer a-Si:H-Schicht oder mit polykristallinem Silicium ausgebildet sein.
PARK B ET AL: "Microcrystalline silicon in image sensor" MICROCRYSTALLINE SEMICONDUCTORS: MATERIALS SCIENCE AND DEVICES SYMPOSIUM, BOSTON, USA, 30 NOV.–4 DEC. 1992, pages 609–614, Mater. Res. Soc, USA. Ein linearer Bildsensor, der mit einem Dünnfilmtransistor als ein Schaltelement betrieben wird, wobei jede Fotodiode mit einem entsprechenden Dünnfilmtransistor verbunden ist, ist untersucht worden. Die Licht-/Dunkelleitfähigkeit der Fotodiode werden im Fall von amorphen Silicium und mikrokristallinem Material verglichen. Der Einfluss in dem Kontaktwiderstand zwischen der mikrokristallinen n⁺-Schicht und der Source-/Drain-Metallelektrode, die Elekt ronenmobilität, die Schwellspannung, und das Aus-/Ein-Stromverhältnis des Dünnfilmtransistors mit intrinsischer mikrokristalliner Siliciumschicht wurden ebenso untersucht.
US 4,571, 348 beschreibt die Verringerung von Wasserstoffgehalt von vakuumabgelagerten Filmen. Ein Verfahren zur Behandlung von dünnen Filmen, die einen erheblichen Atomanteil von Wasserstoff enthalten, um zu ermöglichen, dass derartige Filme höheren Temperaturen ausgesetzt werden, ohne Blasen zu bilden. Die Filme werden einer erheblichen, d.h. zerstörenden, hohen Implantierung vor der Wärmebehandlung ausgesetzt.
US 4,842,892 beschreibt ein Verfahren zur Ablagerung einer amorphen n⁺-Siliciumschicht auf kontaminierte Substrate. Ein Verfahren zur Ablagerung einer ablösungsfreien, blasenfreien PECVD-Dünnfilmschicht aus n⁺-amorphen Silicium aus der Zerlegung einer gasförmigen Mischung von Silan und Phosphin, auf ein Substrat, das eine oder mehrere dünne Filmschichten auf demselben aufweist, wobei Kontamination auf der freiliegenden Oberfläche der äußere Dünnfilmschicht besteht.
KANICKI J ET AL: "PROPERTIES OF HIGH CONDUCTIVITY PHOSPHOROUS DOPED HYDROGENATED MICROCRYSTALLINE SILICON AND APPLICATION IN THIN FILM TRANSISTOR TECHNOLOGY" MATERIALS REASEARCH SOCIETEY SYMPOSIUM PROCEEDINGS, vol. 149, 25 April 1989, pages 239–246. Es wurden Dünnfilmtransistoren hergestellt, die eine stark P-dotierte amorphe und mikrokristalline Schicht zwischen einem Source-/Drain-Metall und einem a-Si:H-Kanal einschließen. Es wird gezeigt, dass ein n⁺μc-Si:H Source-/Drain-Kontakt in dem Dünnfilmtransistor sehr gute Eigenschaften bereitstellt, die eine mittlere effektive Feldeffektmobilität, Schwellspannung, und Ein-/Ausstromverhältnis von ungefähr 0,9 cm²V^–1Sek^–1, unter 4 V, und über 10⁷ jeweils erbringen.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung die Herstellung einer Sensoreinrichtung zu verbessern, die ein Erfassungselement und einen Dünnfilmtransistor einschließt, insbesondere in Bezug auf die Vermeidung von Blasenbildung mit dotierten Halbleiterkanalanschlüssen. Dieses Ziel wird durch Bereitstellen eines Verfahrens zur Erzeugung einer Sensoreinrichtung gemäß Anspruch 1 erreicht. Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Problem, das bei der Herstellung von Strukturen, wie vorstehend mit Bezug auf 1 beschrieben, entsteht. Der thermische Zyklus der PECVD-Ablagerung einer siliciumbasierten Sensorschicht 40 schließt Temperaturen ein, die vergleichbar zu denen sind, bei denen bisherige siliciumbasierende Schichten abgelagert wurden, wodurch verursacht wird, dass Gas aus den bisherigen Schichten entweicht. Das Gas kann Blasen zwischen den Schichten ausbilden. Beispielsweise können sich Blasen an den Seiten der dotierten Halbleiterschicht 30 bilden, weil die Wärme verursacht, dass Wasserstoff von der Schicht 30 zu den Grenzflächen mit anderen Schichten transportiert wird, wo der Wasserstoff eingeschlossen wird. Derartige Blasen verursachen Defekte in der resultierenden Struktur, wie etwa Filmabblättern oder Ablösung und Partikelerzeugung, was zu einer Verschlechterung in der Ausbeute und Zuverlässigkeit führt.
Die Erfindung verringert das Blasenbildungsproblem bei dotierten Halbleiter-Kanalanschlüssen, die in einer Schicht aus mikrokistallinem Silicium (μc-Si) ausgebildet werden. Dies entschäft das Problem, weil die Halbleiterkanalschlüsse in der μc-Si-Schicht eine Struktur aufweisen können, die die Blasenbildung während der nachfolgenden Herstellung eines Erfassungselements in einer anderen siliciumbasierenden Schicht verhindert.
Die Erfindung wird nachstehend durch ein Beispiel mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben:
1 ist ein Querschnitt, der eine Sensoreinrichtung nach dem Stand der Technik zeigt;
2 ist ein Ablaufdiagramm, das die Hauptschritte in einem Verfahren zeigt, das eine Halbleiterschicht mit μc-Si herstellt;
3 ist ein schematisches Diagramm, das Beziehungen zwischen dem Wasserstoffdruck und dem Druck zeigt, bei dem sich Blasen über einer siliciumbasierenden Schicht ausbilden;
4 ist ein Diagramm, das Bereiche von Wasserstoff in Atomprozent in verschiedenen siliciumbasierenden Materialien zeigt;
5 ist ein Diagramm, das Bereiche und Druckgradienten in verschiedenen siliciumbasierenden Materialien zeigt;
6 ist ein Diagramm, das die Grenzschichtstabilität für verschiedene Grenzschichten zwischen μc-Si und anderen Materialien zeigt;
7 ist eine schematische Darstellung, die eine Sensoranordnung und eine Auslegung einer Zellbeschaltung in der Anordnung zeigt;
8 ist ein Querschnitt eines TFT in der Zellschaltung der 7 entlang der Linie 8-8 in 7;
9 ist ein Ablaufdiagramm, das die Arbeitsschritte bei der Herstellung der Anordnung der 7 zeigt;
10 ist ein Querschnitt eines alternativen TFT, der in der Zellschaltung der Figur verwendet werden kann; und
11 ist ein Ablaufdiagramm, das die Arbeitsschritte bei der Herstellung einer Anordnung mit TFTs wie in 10 zeigt.
Ein "Substrat" oder "Baustein" ist eine Einheit aus Material, das eine Oberfläche aufweist, auf der ein Schaltkreis ausgebildet oder angebracht werden kann.
Eine "Schicht" ist eine Dicke aus Material, die über einer Oberfläche ausgebildet ist und sich im Allgemeinen parallel zu der Oberfläche erstreckt, wobei eine Seite sich zu der Oberfläche hin und die andere Seite sich von der Oberfläche weg erstreckt. Eine Schicht kann zwei oder mehrere Schichten in der Schicht enthalten, die als "Unterschichten" bezeichnet werden. Eine Schicht kann homogen sein oder ihre Zusammensetzung kann variieren.
Die Durchführung einer "physikalischen Dampfabscheidung" besteht darin, zu veranlassen, dass ein Material auf einer physikalischen Struktur ohne eine chemische Reaktion abgeschieden wird. Beispiele schließen Aufspritzen, Vakuumverdampfen, Elektronenstrahlablagerung ein.
Die Durchführung einer "chemischen Dampfabscheidung" besteht darin, zu veranlassen, dass ein Material auf einer physikalischen Struktur durch Verwendung eines reagierenden Gases und einer Energiequelle abgeschieden wird, um eine chemische Reaktion in der Gasphase zu erzeugen.
Die Energiequelle kann thermisch, optisch oder von Natur aus ein Plasma sein; "plasmagestützte chemische Dampfablagerung" oder "PECVD" (plasma enhanced chemical vapor deposition: PECVD) verwendet ein Plasma als Energiequelle. Eine "PECVD-Schicht" ist eine Schicht, die mittels PECVD erzeugt wird.
Eine "gemusterte Schicht" ist eine Schicht, die ein Muster ausbildet. Beispielsweise kann eine gemusterte Schicht durch Entfernen eines Teils einer Schicht ausgebildet werden, um ein Muster auszubilden, oder durch Abscheiden einer Schicht in einem Muster. Die Durchführung von "Lithografie" oder "lithografisches Mustern" besteht darin, eine Strahlungsquelle zu verwenden, um ein Maskenmuster auf eine Schicht von strahlungsempfindlichem Material zu übertragen und daraufhin das strahlungsempfindliche Material zu entwickeln, um eine positive oder negative Kopie des Maskenmusters zu erhalten. Das strahlungsempfindliche Material wird als "Abdecklack" oder "Fotolack" bezeichnet. Wenn dieses für Ätzen verwendet wird, kann ein Muster aus Fotolack, das aus der Entwicklung resultiert, als "Muster aus Maskenmaterial" oder einfach eine "Maske" bezeichnet werden.
Eine "lithografisch gemusterte Schicht" ist eine Schicht, in der ein Muster durch Durchführung von Lithografie ausgebildet wurde, um ein Muster des Maskenmaterials zu erzeugen und durch darauffolgendes Wegätzen entweder des Teiles der Schicht, der durch das Muster nicht bedeckt ist oder des Teiles, der abgedeckt ist.
Ein Prozess "implantiert" eine Dotierung in einen Teil einer Schicht, wenn der Prozess veranlasst, dass Partikel der Dotierung in den Teil der Schicht gelangen. Implantieren schließt daher sowohl herkömmliche Ionenimplantierung als auch "Ionenschauer"-Dotierung ein.
Bei einer Struktur an einer Oberfläche, "bedeckt" ein Teil einer ersten Schicht oder "ist über" einem Teil einer zweiten Schicht, wenn sich der Teil der zweiten Schicht zwischen dem Teil der ersten Schicht und der Oberfläche befindet. Ein Teil einer ersten Schicht wird "über" einem Teil einer zweiten Schicht "ausgebildet", wenn der Teil der ersten Schicht eine untere Seite aufweist, die mit der oberen Seite des Teiles der zweiten Schicht an einer Grenzfläche zwischen der ersten und der zweiten Schicht zusammenkommt.
Eine Schicht oder ein Teil einer Schicht ist "dotiert", wenn diese/dieser Dotierung enthält und ist "undotiert" oder "intrinsisch", wenn sie/er diese nicht enthält.
Ein Arbeitsschritt "lagert eine dotierte Schicht ab", wenn der Arbeitsschritt die Schicht derart abscheidet, dass diese Dotierung erhält, wenn diese abgeschieden ist. Eine derartige Schicht kann als eine "abgeschiedene dotierte Schicht" bezeichnet werden, um dieselbe von einer Schicht zu unterscheiden, die nach der Abscheidung dotiert wird.
Ein "Anschluss" ist ein Teil einer Komponente, an dem die Komponente elektrisch mit anderen Komponenten verbunden ist. Eine "Leitung" ist eine einfache Komponente, die sich zwischen zwei oder mehr Anschlüssen erstreckt und diese elektrisch verbindet. Eine Leitung ist "verbunden zwischen" den Komponenten oder Anschlüssen, die sie elektrisch verbindet. Ein Anschluss einer Komponente ist mit einem Anschluss einer anderen Komponente "verbunden", wenn die zwei Anschlüsse durch eine Kombination von Anschlüssen und Leitungen verbunden sind. Bei einer integrierten Schaltung können die Anschlüsse von zwei Komponenten ebenso "verbunden" sein durch Ausbildung als ein einziger Anschluss, der Teil von zwei Komponenten ist.
Bei einer Dünnfilmstruktur weisen die Bezeichnungen "Gate-Gebiet", "gated Gebiet" und "Kanal" miteinander in Beziehung stehende Bedeutungen auf. Ein "Gate-Gebiet", das manchmal als ein "Gate" bezeichnet wird, ist ein Teil einer Schicht, der die Leitfähigkeit eines "gated Gebiets" steuert, das Teil einer weiteren Schicht ist, typischerweise festgelegt durch die Projektion des Gate-Gebiets auf die andere Schicht; umgekehrt ist ein "gated Gebiet" ein Teil einer Schicht mit Leitfähigkeit, die sich in Abhängigkeit von dem Gate-Gebiet ändert; ein "Kanal" wird ausgebildet, wenn ein Strom durch ein gated Gebiet fließt. Ein Kanal ist "hoch leitfähig" oder "ON", wenn sich der Kanal in einem Zustand befindet, in dem ein Strom frei durch diesen fließen kann. Ein Kanal ist "OFF", wenn der Kanal sich in einem Zustand befindet, in dem ein sehr kleiner Strom durch diesen fließen kann.
Ein "Transistor" ist eine Komponente, die einen Kanal oder eine Folge von Kanälen aufweist, die sich zwischen zwei Kanalanschlüssen ausdehnen, und die ebenso einen dritten Anschluss, bezeichnet als ein "Gate-Anschluss" oder einfach "Gate" derart aufweist, dass der Kanal oder die Folge von Kanälen durch Signale, die den Potenzialunterschied zwischen dem Gate und einem der Kanalanschlüsse, der als die "Source" bezeichnet wird, ändern, zwischen ON und OFF geschaltet werden. Der Kanalanschluss, der nicht die Source ist, wird als die "Drain" bezeichnet. Andere Komponenten können Anschlüsse haben, die als Gates, Sources und Drains in Analogie zu Transistoren bezeichnet werden.
Eine "kristalline Kornstruktur" oder einfach "Kornstruktur" in einem Material ist ein kristalliner Teil des Materials. Eine "Korngröße" ist eine Größe einer kristallinen Kornstruktur oder eine Größe, die repräsentativ ist für eine Ansammlung von kristallinen Kornstrukturen.
Wie hier verwendet, bedeutet "mikrokristallines Silicium" oder "μc-Si" ein Silicium, das mit kristallinen Kornstrukturen ausgebildet ist, die Korngrößen größer als 20 Å (2 nm) aufweisen. μc-Si kann von amorphem Silicium(a-Si) basierend auf dem Vorhandensein von kristallinen Kornstrukturen unterschieden werden – wirklich amorphes Silicium weist keine kristallinen Kornstrukturen auf. Kristalline Kornstrukturen können beobachtet weiden, beispielsweise, durch Raman-Streuung, Transmissionselektronenmikroskopie (Transmission Electron Microscopy: TEM), durch abtastende Elektronenmikroskopie (Scanning Electron Microscopy: SEM) oder durch Röntgenbeugung. Dotiertes μc-Si kann ebenso von dotiertem a-Si durch elektrische Messungen wie etwa den Blattwiderstand unterschieden werden – dotiertes a-Si weist einen höheren Widerstand auf. Im Gegensatz zu herkömmlichen polykristallinem Silicium (poly-Si) werden sowohl μc-Si als auch a-Si typischerweise durch Niedertemperaturprozesse hergestellt, bei denen Substrattemperaturen 350 °C nicht überschreiten, wie etwa PECVD, einschließlich PECVD mit remotem Plasma, Aufspritzen, und Verdampfung mit einem nicht erwärmten oder leicht erwärmten Substrat. Es können verschiedene Parameter angepasst werden, um festzulegen, ob a-Si oder μc-Si hergestellt wird, eingeschlossen dem Verhältnis von H₂, Gasdruck, RF-Leistung, und so fort. Im Gegensatz zu μc-Si und a-Si weist poly-Si scharfe Korngrenzen auf und ist im Wesentlichen wasserstofffrei. Poly-Si wird typischerweise durch CVD mit niedrigem Druck (LPCVD), durch PECVD bei hoher Temperatur oder durch nachträgliches Wärmebehandeln von a-Si hergestellt. Daher schließt μc-Si mehr Wasserstoff ein als poly-Si und weist eine größere Verteilung von Korngrößen auf.
Ein "siliciumbasierendes Material" ist ein Material, in welchem Silicium eine Hauptkomponente ist. Beispiele schließen kristallines Silicium, a-Si, μc-Si, poly-Si, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Silicium-Gennanium-Legierungen usw. ein.
Ein "Kanalanschluss" ist ein Anschluss, der mit einem Kanal verbindet. Ein Kanal kann sich beispielsweise zwischen zwei "Verbindungsgebieten" erstrecken, die elektrisch mit zwei Kanalanschlüssen verbunden sind.
Ein Teil einer Schicht ist "in elektrischem Kontakt mit" einem Teil einer anderen Schicht, wenn die beiden Teile in der Weise zusammenkommen, dass sie elektrisch verbunden sind. Beispielsweise kann ein Halbleiterkanalanschluss sich in elektrischem Kontakt mit einem Kontaktgebiet an einem Ende eines Halbleiterkanals befinden, wenn der Halbleiterkanalanschluss sich unmittelbar über oder unter dem Anschlussgebiet in einer anderen Schicht befindet oder sich unmittelbar benachbart zu dem Anschlussgebiet in derselben Schicht befindet. In ähnlicher Weise kann ein metallischer Kanalanschluss in elektrischem Kontakt mit einem Halbleiterkanalanschluss sein, wenn der metallische Kanalanschluss sich entweder unmittelbar über oder unter dem Halbleiterkanalanschluss in einer anderen Schicht befindet.
Ein Teil einer Schicht weist "eine Struktur auf, die die Bildung von Blasen verhindert" an einer Seite der Schicht während eines Arbeitsschritts, wenn die Struktur des Teils eine strukturelle Eigenschaft aufweist, die die Bildung von Blasen verhindert. Wenn der Arbeitsschritt ein Arbeitsschritt von hoher Temperatur ist wie etwa die Herstellung eines Erfassungselements in einer siliciumbasierenden Schicht, kann die Struktur beispielsweise die Bildung von Blasen verhindern durch Verringerung der Produktion von Gas, durch Ermöglichen von Dissipation von Gas, oder durch Verstärken der Struktur, sodass das Gas keine Blasen verursachen kann. Wenn der Teil der Schicht ein Halbleiterkanalanschluss ist, der in einer siliciumbasierenden Schicht ausgebildet ist, kann die Struktur beispielsweise eine ausreichend kleine Menge von Wasserstoff einschließen, um die Bildung von Blasen zu verhindern; kann Kornstrukturen einschließen, die es ermöglichen, dass der Wasserstoff mit einer ausreichenden Rate dissipiert, um die Bildung von Blasen zu verhindern; oder kann Grenzflächen aufweisen, die ausreichend stabil sind, um die Bildung von Blasen zu verhindern.
Ein "Erfassungselement" ist eine Komponente, die einen Stimulus empfangen kann und die ein elektrisches Signal bereitstellen kann, das ein Maß für den empfangenen Stimulus anzeigt. Der empfangende Stimulus kann elektromagnetische Strahlung, Druck, Temperatur, Chemikalien oder jeglicher andere Stimulus sein, der erfasst und gemessen werden kann.
In ähnlicher Weise ist eine "Sensoreinrichtung" eine Einrichtung, die Information empfangen kann in einer Form anders als elektrische Signale und die ein elektrisches Signal bereitstellen kann, das die empfangene Information anzeigt.
Die Bezeichnungen "Anordnung" und "Zelle" stehen in Beziehung zueinander: Eine "Anordnung" ist ein hergestellter Artikel, der eine Anordnung von "Zellen" einschließt. Beispielsweise, schließt eine "zweidimensionale Anordnung" oder "2D-Anordnung" eine Anordnung von Zellen in zwei Dimensionen ein. Eine 2D-Anordnung von Schaltungen kann Zeilen und Spalten einschließen, mit einer Leitung für jede Zeile und einer Leitung für jede Spalte. Leitungen in einer Richtung können "Datenleitungen" sein, durch die eine Zelle Signale erhält oder bereitstellt, bezeichnet als "Datensignale", die deren Status festlegen oder anzeigen. Leitungen in der anderen Richtung können als "Taktleitungen" bezeichnet werden, durch die eine Zelle ein Signal empfängt, bezeichnet als "Taktsignal", das diese in die Lage versetzt Signale von ihrer Datenleitung zu empfangen oder Signale zu dieser bereitzustellen.
Eine "Sensoranordnung" ist eine Sensoreinrichtung, die Information in der Form eines Bildes oder eines Musters empfängt, das durch eine Anordnung von Erfassungselementen detektiert werden.
In einer Legierung oder einer anderen Mischung von zwei oder mehr Elementen kann die Beziehung zwischen den Mengen der Atome der Elemente als "Atomprozent", "Atomproportion" oder "Atomverhältnis" ausgedrückt werden.
Der Arbeitsschritt in Kasten 100 in 2 erzeugt eine Halbleiterschicht. Hierbei scheidet der Arbeitsschritt in Kasten 100 eine μc-Si-Schicht ab und die μc-Si-Schicht wird strukturiert, um die Bildung von Blasen an den unteren und oberen Seiten der Halbleiterschicht während der nachfolgenden Herstellung eines Erfassungselements in einer siliciumbasierenden Schicht zu verhindern.
Der Arbeitsschritt im Kasten 102 erzeugt daraufhin ein Erfassungselement in einer siliciumbasierenden Schicht über der Halbleiterschicht. Wegen der Struktur der μc-Si-Schicht, resultiert der Arbeitsschritt in Kasten 102 nicht in der Bildung von Blasen an den unteren und oberen Seiten der Halbleiterschicht.
Der untere Teile von 3 zeigt einen teilweisen Querschnitt der Struktur 110, die ein Substrat 112 mit einer Oberfläche 114 einschließt, auf der Schichten ausgebildet wurden und wobei ein Abstand in der z-Dimension nach oben von der Fläche 114 gemessen wird. Die siliciumbasierende Schicht 120 ist über der Schicht 122, wobei die Schichten 120 und 122 an einer Grenzfläche 124 zusammentreffen. In ähnlicher Weise ist die Schicht 126 über der siliciumbasierenden Schicht 120, wobei sich die Schichten 120 und 126 an der Grenzfläche 128 treffen.
Der obere Teil der 3 zeigt eine grafische Beziehung zwischen drei Messungen von Gasdruck, die in der z-Dimension variieren. Die gestrichelte Kurve an der Oberseite zeigt den Schwellwert des Gasdrucks, über dem Blasen ausgebildet werden. Da jede der Schichten 120, 122 und 126 ein hohes Ausmaß von struktureller Stabilität aufweisen, ist der Schwellwert für die Blasenausbildung in jeder Schicht sehr hoch. Die Struktur an den Grenzflächen 124 und 128 ist jedoch nicht so stabil, so dass der Grenzwert für Blasenbildung abfällt – ein relativ niedriger Gasdruck kann verursachen, dass sich eine Blase an einer der Grenzflächen ausbildet.
Die zwei durchgezogenen Kurven zeigen den Druck des Wasserstoffgases (H₂) bei zwei Temperaturen an, einer niedrigeren Temperatur (T_L) und einer höheren Temperatur (T_H). Es ist ersichtlich, dass der H₂-Druck bei T_L unter der Schwelle für Blasenbildung verbleibt, so dass Blasen nur sehr unwahrscheinlich ausgebildet werden, wenn die nachfolgende Bearbeitung der Struktur 110 Temperaturen von größer als T_L nicht betrifft. Wenn aber nachfolgende Bearbeitung Temperaturen bis zu T_H erfordert, wobei diese Temperatur bei der Herstellung eines Erfassungselements in einer weiteren siliciumbasierenden Schicht auftreten könnte, steigt der H₂-Druck an, und es wird wahrscheinlich, dass sich Blasen an einer oder beiden Grenzflächen ausbilden werden.
Die Pfeile in dem oberen Teil der 3 schlagen drei bestimmte Vorgehensweisen zur Vermeidung von Blasenbildung vor. Die erste Vorgehensweise, die durch den Pfeil mit der Zahl "1" in einem Kreis veranschaulicht ist, modifiziert die Struktur der Schicht 126 so, dass Wasserstoff aus der Schicht 120 in die Schicht 126 gelangen kann, wodurch der Druck an der Grenzfläche 128 verringert wird. Ein Beispiel für die erste Vorgehensweise kann mit Bezug auf 1 verstanden werden, in der die Schicht 32 aus einem Material ausgebildet werden kann, das es ermöglichen würde, dass Wasserstoff in einer Rate dissipiert, die die Blasenbildung vermeiden würde. Im Gegensatz zu der ersten Vorgehensweise betreffen die anderen drei Vorgehensweisen alle Änderungen in der Struktur der Schicht 120.
Die zweite Vorgehensweise, die durch den Pfeil mit der Zahl "2" in einem Kreis veranschaulicht ist, stellt die Schicht 120 mit einem niedrigeren Atomprozentsatz für H bereit, so dass weniger H₂ bei T_H erzeugt wird. Wenn der Atomprozentsatz von H ausreichend klein ist erreicht die T_H-Kurve des Wasserstoffdrucks den Schwellwert für Blasenformati on nicht, und es ist unwahrscheinlich, dass sich Blasen an einer der Grenzflächen ausbilden.
Die dritte Vorgehensweise, die durch den Pfeil mit der Zahl "3" in einem Kreis veranschaulicht wird, stellt die Schicht 120 mit einer Struktur bereit, die es ermöglicht, dass Wasserstoff dissipiert, so dass die Steigung der T_H-Kurve des H₂-Drucks weniger steil ist über den Grenzflächen 124 und 128. Wenn die Steigung ausreichend klein ist, erreicht die T_H-Kurve wieder nicht den Schwellwert für die Blasenbildung, und es ist unwahrscheinlich, dass sich Blasen an einer der Grenzflächen ausbilden.
Die vierte Vorgehensweise, die durch den Pfeil mit der Zahl "4" in einen Kreis veranschaulicht wird, stellt die Schicht 120 mit einer Struktur bereit, die eine höhere Stabilität an den Grenzflächen 124 und 128 bereitstellt. Im Ergebnis wird der Schwellwert für die Blasenbildung an jeder der Grenzflächen 124 und 128 angehoben. Wenn die Grenzflächen ausreichend stabil sind, so dass die T_H-Kurve den Schwellwert für die Blasenbildung nicht erreicht, ist es unwahrscheinlich, dass sich Blasen an einer der Grenzflächen ausbilden.
Die 4, 5 und 6 veranschaulichen jeweils wie die zweite, dritte und vierte Vorgehensweise verfolgt werden kann, wenn die siliciumbasierende Schicht 120 eine Schicht aus μc-Si ist.
In der Balkendarstellung der 4 zeigt die vertikale Achse die Atomprozente von H an. Wie gezeigt schließen typische a-Si-Materialien zwischen 5 und 20 Atomprozent von H ein, während brauchbare μc-Si-Materialien weniger als 5 Atomprozent von H und typischerweise 1–3 Atomprozent von H oder weniger aufweisen können. Daher kann der Wechsel von einer Schicht aus a-Si zu einer Schicht von μc-Si mit niedrigem H die Atomprozent von H erheblich reduzieren. Weil die Blasenbildung direkt mit den Atomprozenten von H in einem siliciumbasierenden Material korreliert, kann die Verringerung der Atomprozente von H die Blasenbildung verhindern.
In der Balkendarstellung der 5 zeigt die vertikale Achse die Rate der H₂-Dissipation an, die als Δp/Δt gemessen werden kann, wobei Δp eine inkrementale Differenz im Druck und Δt eine inkrementale Zeit ist. Wie gezeigt wird angenommen, dass die maximale Rate der H₂-Dissipation, die in typischen a-Si-Materialien auftreten kann, niedriger ist als das Minimum, das in μc-Si-Materialien auftreten kann, als ein Ergebnis der kristallinen Kornstrukturen in dem μc-Si. Die kristallinen Kernstrukturen sind relativ dicht und sind von weniger dichtem Material umgeben. Obwohl die H₂-Bewegung innerhalb des dichten Materials der Kernstrukturen verhindert wird, wird angenommen, dass die Kerngrenzen und das weniger dichte Material eine höhere Mobilität für Wasserstoff aufweisen, wodurch ermöglicht wird, dass Wasserstoff dissipiert.
Über das Spektrum der kristallinen Kornstrukturgröße, die von sehr klein in einigen μc-Si zu sehr groß in einem Einkristallsilicium variieren, wird angenommen, dass die H₂-Dissipation zunimmt, wenn die kristallinen Kernstrukturen in der Größe von a-Si zu μc-Si zunehmen, wobei diese ein Maximum erreicht bei Mikrostrukturgrößen, die charakteristisch sind für einige μc-Si oder poly-Si, und daraufhin wieder abfällt, bevor die Größe sich derjenigen eines Einkristall-Siliciums nähert. Es wird ebenso angenommen, dass die Rate der H₂-Dissipation mit der Form der kristallinen Kernstruktur variiert, wobei säulenförmige Strukturen eine schnellere Dissipation als kugelförmige Formen erlauben. Wenn die kristallinen Kernstrukturen in μc-Si geeignete Größe und Formen aufweisen, dissipiert daher H₂ schnell, wodurch es unwahrscheinlicher wird, dass der Schwellwert für Blasenbildung erreicht wird.
In der Balkendarstellung der 6 zeigt die vertikale Achse die Grenzflächenstabilität an, die in Blasen pro Flächeneinheit gemessen werden kann. Wie gezeigt resultiert eine schwache Grenzfläche zwischen μc-Si und einem Source-Drain-Metall in erheblich mehr Blasen pro Flächeneinheit als eine starke Grenzfläche zwischen denselben Materialien. Eine schwache Grenzfläche kann beispielsweise durch das Vorhandensein von Oxid oder anderen Substanzen auf einer μc-Si-Oberfläche bevor das Source-Drain-Metall über dieser abgeschieden wird, erzeugt werden, oder durch Abwarten einer längeren Zeit, wie etwa einige Tage, um das Source-Drain-Metall auf einer μc-Si-Oberfläche abzuscheiden, wodurch ermöglicht wird, dass sich Oxid ausbildet. Wenn die Grenzfläche μc-Si/Source-Drain-Metall mit ausreichender Stabilität strukturiert ist wird daher der Schwellwert für Blasenbildung an der Grenzfläche vergrößert, wodurch es unwahrscheinlicher wird, dass der Schwellwert der Blasenbildung erreicht wird.
Die nachfolgend beschriebenen Implementierungen stellen eine Sensoranordnung mit aktiver Matrix mit TFTs als Schaltelemente bereit.
7 zeigt eine Sensoranordnung, bei der Kanalanschlüsse in mikrokristallinem Silicium ausgebildet sind, um Blasenbildung zu vermeiden.
Die Anordnung 200 in der 7 schließt ein Glassubstrat 202 ein, auf dessen Oberfläche eine Schaltungsanordnung 204 ausgebildet ist. Die Schaltungsanordnung 204 schließt Zellen ein, wobei eine repräsentative Zelle 206 genauer gezeigt ist.
Die Zelle 206 schließt Zellbeschaltung ein, die Signale für eine Datenleitung 210 bereitstellt, in Reaktion auf Taktsignale auf der Taktleitung 212. Die Komponenten, die die Zellbeschaltung ausbilden sind ebenso durch die Datenleitung 214 und die Taktleitung 216 abgegrenzt.
Das Gate 220, das in derselben Schicht wie die Taktleitungen 212 und 216 ausgebildet ist und elektrisch mit der Kontaktleitung 212 verbunden ist, erstreckt sich unter einem Kanal eines a-Si TFT, wie nachfolgend mit Bezug auf 8 erläutert wird. Über dem Gate 220 werden Kanalanschlüsse 222 und 224 ausgebildet, jeder mit einem n⁺ μc-Si-Halbleiteranschluss und einem Anschluss aus leitfähigem Metall. Wie gezeigt weist der Kanalanschluss 222 eine elektrische Verbindung 226 zu der Datenleitung 210 auf, die durch eine Öffnung in der isolierenden Schicht zwischen dem Kanalanschluss 222 und der Datenleitung 210 ausgebildet werden kann.
Die Schichten, die den Kanalanschluss 224 ausbilden, können nahezu die gesamte Fläche bedecken, die durch die Datenleitungen 210 und 214 und die Taktleitungen 212 und 216 begrenzt wird. Über dem Kanalanschluss 224 befindet sich das Erfassungselement 230, wobei eine Diode in einer Halbleiterschicht und eine Elektrode in einer leitenden Metallschicht ausgebildet ist. Die Vorspannungsleitung 232, die in derselben Schicht wie die Datenleitungen 210 und 214 ausgebildet ist, weist eine elektrische Verbindung 234 zu der Elektrode des Erfassungselements 230 auf.
Der Querschnitt in der 8 zeigt das Glassubstrat 202 mit der Oberfläche 250, auf der der TFT 252 ausgebildet wird. Das Gate 220 wird auf der Fläche 250 ausgebildet und ist elektrisch mit der Taktleitung 212 verbunden, wie in 7 gezeigt.
Die isolierende Schicht 254, eine Schicht aus SiN, trennt das Gate von der intrinsischen Halbleiterschicht 256, der Schicht aus a-Si, in der der Kanal des TFT 252 ausgebildet ist. Die Halbleiterschicht 256 ist in dem Kanalgebiet durch die isolierende Insel 258 abgedeckt, einer weiteren Schicht aus SiN.
Die Halbleiteranschlüsse 260 und 262 sind in einer n⁺ μc-Si-Schicht ausgebildet und stehen in elektrischem Kontakt mit den Verbindungsgebieten des Kanals an beiden Sei ten der Insel 258. Die Metallanschlüsse 264 und 266 sind in einer Schicht aus Chrom oder einem anderen leitfähigen Metall ausgebildet. Der Halbleiteranschluss 260 und der Metallanschluss 264 bilden zusammen einen Kanalanschluss des TFT 252 aus, während der Halbleiteranschluss 262 und der Metallanschluss 266 den anderen Kanalanschluss ausbilden.
8 zeigt ebenso die untere Passivierungsschicht 270 und die obere Passivierungsschicht 272, wobei jede Schicht aus Siliciumoxynitrid ist.
Die Bearbeitungsschritte in 9 stellen eine Anordnung mit einer Schicht aus dotiertem μc-Si wie in 8 her und sind ähnlich zu denjenigen, die in Bezug auf 6 von US-A-5,648,674 beschrieben werden.
Der Arbeitsschritt im Kasten 300 in der 9 kann durch Vorbereiten der Oberfläche 250 des Substrats 202 beginnen, das ein Glassubstrat wie etwa Corning 7059 Glas sein kann. Der Arbeitsschritt im Kasten 300 kann irgendeine notwendige Reinigung einschließen. Der Arbeitsschritt im Kasten 300 stellt daraufhin die erste gemusterte, leitende Schicht mit den Taktleitungen 212 und 216 und dem Gate 220 her. Beispielsweise kann der Arbeitsschritt im Kasten 300, wie in US-A-5,648,674 beschrieben, Nebenanschlüsse aus Aluminium, 8 μm breit und 800 Å (80 nm) dick herstellen; daraufhin kann der Arbeitsschritt im Kasten 300 durch Spritzablagerung eine Legierung aus Titan und Wolfram mit einer Dicke von ungefähr 1200 Å (120 nm) herstellen, daraufhin fotolithografische Techniken verwenden, um eine Maske herzustellen und Ätzen, um Taktleitungen ungefähr 14 μm breit und andere Merkmale wie in 7 zu erhalten.
Der Arbeitsschritt im Kasten 300 kann alternativ andere Techniken verwenden. Beispielsweise könnte die leitfähige Schicht durch Aufspritzen abgelagertes MoCr einschließen oder eine viellagige Struktur von alternierenden Schichten aus Aluminium und TiW, oder Aluminium mit einer zweifachen, dielektrischen Abdeckschicht, die unter niedriger Temperatur abgeschiedenes SiON und SiN einschließen, das bei hoher Temperatur aus chemischem Dampf unter Plasmaunterstützung (PECVD) abgeschieden wird. Diese Techniken werden eingehender in EP-A 1-0 680 088, in US-A-5,518,805 und in EP-A2-0 681 327 erörtert.
Der Arbeitsschritt im Kasten 302 stellt daraufhin die isolierende Schicht 254, die intrinsische Halbleiterschicht 256 und die isolierende Schicht her, die die Insel 258 einschließt durch eine Aufeinanderfolge von PECVD-Schritten. Die isolierende Schicht 254 kann Siliciumnitrid sein, das bei ungefähr 300–380 °C zu einer Dicke von ungefähr 3000 Å (300 nm) abgeschieden wird. Die intrinsische Halbleiterschicht 256 kann eine Schicht aus intrinsischem a-Si sein, die 5–12 % Wasserstoff einschließt und die bei ungefähr 230–300 °C zu einer Dicke von ungefähr 300–500 Å (30–50 nm) abgeschieden wird; die intrinsische Halbleiterschicht 256 kann alternativ aus intrinsischem μc-Si sein, das wie nachstehend in Bezug auf Kasten 310, aber ohne PH₃ abgeschieden wird; oder die intrinsische Halbleiterschicht 256 könnte eine geeignet ausgebildete Schicht aus intrinsischem Polysilicium sein. Die obere isolierende Schicht, die die Insel 258 einschließt, kann Siliciumnitrid sein, das hauptsächlich als ein Ätzstopp bei 200–250 °C zu einer Dicke von ungefähr 1000–1500 Å (100–150 nm) abgeschieden wird.
Der Arbeitsschritt im Kasten 304 mustert die obere isolierende Schicht, um die Insel 258 herzustellen. Der Arbeitsschritt in Kasten 304 kann fotolithografische Techniken verwenden, um die Inseln durch Belichtung einer Schicht aus Fotolack unter Verwendung einer fotolithografischen Maske und durch nachfolgendes Ätzen herzustellen, um die belichteten Gebiete des Fotolacks und daraufhin die freigelegten Abschnitte der oberen isolierenden Schicht zu entfernen. Der Arbeitsschritt im Kasten 304 kann ebenso eine Reinigung einschließen, wie etwa herkömmliches Reinigen mit einem nassen Ätzmittel, um entstandenes Oxid zu entfernen, so dass eine stabile Grenzschicht mit einer Schicht aus μc-Si ausgebildet wird. Es muss Sorgfalt darauf verwendet werden, die Erzeugung von Defekten zu vermeiden, die die Grenzschicht schwächen könnten.
Der Arbeitsschritt im Kasten 310 lagert eine Schicht aus n⁺ μc-Si mit wenig H über der gereinigten Oberfläche der Schicht 256 und der Insel 258 ab. Der Arbeitsschritt im Kasten 310 kann μc-Si abscheiden durch als erstes Durchführen von plasmaverbessertem CVD bei 0,1–2,0 Torr (13,3–266 Pa) mit 2 % einer Mischung von SiH₄ und PH₃ und weiteren 98 % H₂ bei einer hohen Abscheidungsleistung und 13,56 Megahertz RF, um eine stark n⁺ dotierte μc-Si-Schicht bei 200–300 °C mit 1–3 Atomprozent Wasserstoff zu einer Dicke von 500–1000 Å (50–100 nm) abzuscheiden. Die PH₃-SiH₄-Mischung kann 0,5–5,0 % PH₃ aufweisen. Die μc-Si-Schicht sollte dick genug sein, um ausreichend leitfähig zu sein, um als ein Kanalanschluss zu arbeiten. Die Verhältnisse der Gase sollten so ausgewählt werden, dass eine geeignete Korngröße und ein geeignetes Ausmaß von Dotierung erhalten werden. Die μc-Si-Schicht kann beispielsweise mit 0,5–5,0 % Phosphor dotiert werden. Das μc-Si sollte derart entwickelt werden, dass mikrokristalline Kern strukturen, wie etwa säulenförmige Kernstrukturen die Dissipation von Wasserstoff erlauben und die Bildung von Blasen verhindern.
Der Arbeitsschritt im Kasten 312 taucht die Schicht aus μc-Si von dem Kasten 310 in ein geeignetes Lösungsmittel wie etwa verdünnte HF, um Oxid zu entfernen. Dieser Arbeitsschritt hilft dabei, sicherzustellen, dass eine stabile Grenzschicht mit der folgenden Schicht ausgebildet werden kann. Alternativ dazu könnte RF angewendet werden (backsputter), um Oxid zu entfernen. Der Arbeitsschritt im Kasten 312 kann ebenso das Schneiden von Öffnungen in periphere Teile einschließen.
Der Arbeitsschritt im Kasten 314 lagert eine Folge von Schichten ab, in denen die Erfassungselemente ausgebildet werden können. Die erste Schicht ist ein Source-Drain-Metall, in dem Kanalanschlüsse 264 und 266 aus Metall ausgebildet werden; diese kann eine aufgespritzte Schicht aus Chrom sein, die eine stabile Grenzfläche mit der μc-Si-Schicht ausbildet. Die nächsten Schichten sind Schichten einer Diode und können eine herkömmliche p-i-n-Schicht oder eine Schottky-Diodenschicht sein, die in beiden Fällen durch plasmaverbesserte chemische Dampfabscheidung (PECVD) bei Temperaturen von 200–250 °C abgeschieden werden. Die letzte Schicht ist eine Schicht aus hoch leitfähigem, transparentem Material, in der die obere Elektrode des Erfassungselements ausgebildet wird; dies kann eine Schicht aus Indium-Zinn-Oxid (indium-tin-oxide: ITO) sein, die unter Verwendung von reaktiven Aufspritztechniken in 0,5–1,5 % O₂ zu einer Dicke von ungefähr 500–1000 Å (50–100 nm) abgeschieden wird.
Der Arbeitsschritt im Kasten 320 mustert die ITO und die Diodenschichten, um das Erfassungselement herzustellen. Der Arbeitsschritt im Kasten 320 kann fotolithografische Techniken verwenden, die eine Schicht aus Fotolack unter Verwendung einer fotolithografischen Maske belichten und nachfolgendes Ätzen, um die belichteten Gebiete des Fotolacks und daraufhin die freigelegten Abschnitte der ITO und der Diodenschichten zu entfernen. Der Arbeitsschritt im Kasten 320 kann ebenso die ITO-Schicht bei einer Temperatur von 200–230 °C für ungefähr eine Stunde wärmebehandeln. Der Arbeitsschritt im Kasten 320 kann ebenso Öffnungen über peripheren Teilen in die Chromschicht schneiden.
Der Arbeitsschritt im Kasten 322 mustert die Source-Drain-Metallschicht, die μc-Si-Schicht und die intrinsische a-Si-Schicht, um den Transistor 252 fertigzustellen. Der Arbeitsschritt im Kasten 322 kann in ähnlicher Weise fotolithografische Techniken verwen den, die eine Schicht aus Fotolack unter Verwendung einer fotolithografischen Maske belichten und nachfolgendes Ätzen, um die belichteten Gebiete des Fotolacks und daraufhin die freigelegten Abschnitte der Source-Drain-Metallschicht, der μc-Si-Schicht und der intrinsischen a-Si-Schicht zu entfernen. Die Insel 258 wirkt als ein Ätzstopp, um das Ätzen des Kanals des TFT 252 zu verhindern.
Der Arbeitsschritt im Kasten 324 stellt die untere Passivierungsschicht 270 mit Öffnungen für die elektrische Verbindungen 226 und 234 her. Der Arbeitsschritt im Kasten 324 kann ein Passivierungsmaterial wie etwa Siliciumoxynitrid zu einer Dicke von 6000 Å (600 nm) oder dicker abscheiden, wenn dies notwendig ist, um Kopplung zu verringern. Der Arbeitsschritt im Kasten 324 kann darauf fotolithografische Techniken verwenden, um die resultierende Schicht zu maskieren und daraufhin zu ätzen, um eine Öffnung herzustellen, die einen Teil des Metallanschlusses 364 und einen Teil der Elektrode des Erfassungselements 230 in jeder Einheit der Zellbeschaltung freilegen.
Der Arbeitsschritt im Kasten 326 stellt daraufhin die gemusterte oberste Metallschicht mit den Datenleitungen 210 und 214 und der Vorspannungsleitung 232 her. Der Arbeitsschritt im Kasten 326 kann durch Aufspritzen eine dünne Schicht von Titanwolfram zu einer Dicke von ungefähr 500 Å (50 nm) ablagern, gefolgt durch eine dickere Schicht aus Aluminium zu einer Dicke von 4000–5000 Å(400–500 nm), und abgedeckt durch eine letzte Schicht aus Titanwolfam zu einer Dicke von ungefähr 500–1000 Å (50–1000 nm). Diese drei Metallschichten können in Abfolge in einer Kammer ohne Unterbrechung des Vakuums zwischen den Ablagerungen durch Aufspritzen abgelagert werden. Der Arbeitsschritt im Kasten 326 kann daraufhin fotografische Techniken verwenden, um die resultierende Schicht zu maskieren und daraufhin zu ätzen, um zuerst die Titanwolframschicht mit H₂O₂ zu ätzen, gefolgt durch eine Standardaluminiumätzung und schließlich wiederum Ätzen von Titanwolfram mit H₂O₂.
Der Arbeitsschritt im Kasten 328 erzeugt die obere Passivierungsschicht 272. Der Arbeitsschritt im Kasten 328 kann ein Passivierungsmaterial wie etwa Siliciumoxynitrid zu einer Dicke von 6000 Å (600 nm) oder, wenn notwendig, dicker ablagern, um Kopplung zu reduzieren. Der Arbeitsschritt im Kasten 328 kann ebenso Öffnungen in Randbereiche schneiden, so dass Verbindungen hergestellt werden können.
Die Technik der 9 kann weiterhin herkömmliche Arbeitsschritte (nicht gezeigt) einschließen, um durch die Schicht 272 zu den Kontaktstellen zu schneiden, die Anordnung mit röntgenstrahlempfindlichem Material wie etwa Selen und Arsen zu beschichten und anderweitig den Herstellprozess zu vervollständig.
Die vorstehend in Bezug auf die 7–9 beschriebene Implementierung wurde teilweise experimentell implementiert durch die Herstellung von Sensorstrukturen mit dotierten μc-Si-Schichten, die 2–3 Atomprozent Wasserstoff aufweisen und durch ebensolches Herstellen von TFTs, die derartige Schichten einschließen. Die Analyse der μc-Si-Schichten zeigt das Vorhandensein von kristallinen Kernstrukturen, die unter Verwendung von bilderzeugendem SEM oder TEM beobachtet werden können, und die Vermeidung von Blasenformation über einen größeren Bereich von Prozesstemperaturen, als dies mit a-Si-Schichten möglich ist. TFTs gemäß der vorstehenden Implementierung sind funktionsfähig und Sensorstrukturen arbeiten, um sichtbares Licht zu erfassen.
10 zeigt einen Querschnitt der Anordnung der 7 entlang der Linie 8-8, die eine alternative Implementierung mit einer Schicht aus μc-Si veranschaulicht, die einen Kanal, ebenso wie dotierte Halbleiteranschlüsse einschließt.
Der Querschnitt in 10 zeigt ein Glassubstrat 202 mit einer Oberfläche 250, auf der ein TFT 350 ausgebildet ist. Wie in der 8 ist das Gate 220 auf dem Substrat 250 ausgebildet und ist elektrisch mit der Taktleitung 212 verbunden, wie in 7 gezeigt.
Die isolierende Schicht 352, eine Schicht aus SiN trennt das Gate 220 von einer μc-Si-Schicht, die n⁺-Halbleiterkanalanschlüsse 354 und 356 und den intrinsischen Kanal 358 einschließt. Die Anschlüsse 358 und 356 sind in elektrischem Kontakt mit Verbindungsgebieten des Kanals 358 innerhalb der μc-Si-Schicht. Die μc-Si-Schicht ist im Kanalgebiet durch eine isolierende Insel 360 abgedeckt, die in einer weiteren Schicht aus SiN ausgebildet ist, wobei deren Kanten mit den Kanten des Gates 220 ausgerichtet sind.
Wie in der 8 sind die Metallanschlüsse 362 und 364 in einer Schicht aus Chrom oder einem anderen leitenden Material ausgebildet. Der Halbleiteranschluss 354 und der Metallanschluss 362 bilden zusammen einen Kanalanschluss des TFT 350 aus, während der Halbleiteranschluss 356 und der Metallanschluss 364 den anderen Kanalanschluss ausbilden.
Die 10 zeigt ebenso die untere Passivierungsschicht 366 und die obere Passivierungsschicht 368, wobei jede eine Schicht aus Siliciumoxynitrid ist.
Die Arbeitsschritte in der 11 sind ähnlich zu denjenigen, die vorstehend in Bezug auf 9 beschrieben wurden. Die Arbeitsschritte in den Kästen 400, 412, 414, 420, 424, 426, und 428 können wie vorstehend in Bezug auf die Kästen 300, 312, 314, 320, 324, 326, und 328 in 9 implementiert werden.
Der Arbeitsschritt in dem Kasten 402 erzeugt die isolierende Schicht 352, die μc-Si-Schicht, die die Halbleiteranschlüsse 354 und 356 und den Kanal 358 einschließt, und die isolierende Schicht, die die Insel 360 einschließt durch eine Abfolge von PECVD-Schritten. Die isolierende Schicht 352 kann Siliciumnitrid sein, das, wie in Bezug auf die Schicht 254 beschrieben, abgeschieden wird. Die μc-Si-Schicht kann wie in Bezug auf die μc-Si-Schicht in 8 abgeschieden werden, aber ohne PH₃, so dass das abgeschiedene μc-Si undotiert ist. Die obere isolierende Schicht, die die Insel 360 einschließt kann Siliciumnitrid sein, das, wie in Bezug auf die obere isolierende Schicht beschrieben, die die Insel 258 in 8 einschließt, abgeschieden wird.
Der Arbeitsschritt im Kasten 404 mustert die obere isolierende Schicht, um die Insel 360 herzustellen. Der Arbeitsschritt im Kasten 404 kann selbstausrichtende Lithografietechniken verwenden, um selbst ausgerichtete Inseln durch die Durchführung von selbstausrichtender Rückseitenbelichtung einer Schicht aus Fotolack unter Verwendung des Gates 220 als eine Maske und durch nachfolgendes Ätzen herzustellen, um die belichteten Gebiete des Fotolacks und daraufhin die freigelegten Abschnitte der oberen isolierenden Schicht zu entfernen.
Der Arbeitsschritt im Kasten 410 dotiert daraufhin die Halbleiteranschlüsse 354 und 356 wie etwa durch Durchführen von Ionenimplantierung oder Ionenschauerdotierung mit einer geeigneten Dotierung. Als Ergebnis werden die Halbleiteranschlüsse 354 und 356 leitend. Die Insel 360 wirkt als eine Maske, um zu verhindern, dass Dotierungspartikel den Kanal 358 erreichen, so dass der Kanal 358 intrinsisch verbleibt.
Der Arbeitsschritt im Kasten 422 mustert die Source-Drain-Metallschicht, wie etwa mit nasser Ätzung und mustert daraufhin die μc-Si-Schicht wie etwa mit einer Plasmaätzung, um den Transistor 350 zu vervollständigen. Der Arbeitsschritt im Kasten 422 kann wie in Bezug auf Kasten 322 in 9 implementiert werden, aber ohne das Ätzen der Schichten unterhalb der Source-Drain-Metallschicht.
Die vorstehend beschriebenen Implementierungen können auf viele Weise im Umfang der Erfindung geändert werden.
Die vorstehende beschriebenen Implementierungen führen bestimmte Arbeitsschritte in bestimmten Abfolgen durch, die Erfindung kann aber mit anderen Arbeitsschritten implementiert werden und die Arbeitsschritte könnten in anderer Abfolge durchgeführt werden.
Die vorstehend beschriebenen Implementierungen stellen eine Dünnfilmschaltung auf einem isolierenden Substrat wie etwa Quarz oder Glas bereit. Die Erfindung kann mit anderen Typen von Beschaltung auf anderen Typen von Substraten implementiert werden.
Die vorstehend beschriebenen Implementierungen stellen Schaltungen mit bestimmter Geometrie und elektrischen Eigenschaften bereit, die Erfindung kann aber mit anderen Geometrien und mit anderen Schaltungen implementiert werden.
Die vorstehend beschriebenen Implementierungen erzeugen Schichten von bestimmten Dicken, die von bestimmten Materialien durch bestimmte Prozesse hergestellt werden, wobei aber andere Dicken hergestellt werden können und andere Materialien und Prozesse verwendet werden können.
Insbesondere erzeugen die vorstehend beschriebenen Implementierungen Schichten aus μc-Si mit bestimmten PECVD-Prozessen. Andere Prozesse von niedriger Temperatur können verwendet werden, einschließlich Aufspritzen oder Verdampfen von Silicium in einer Umgebung mit hohem Wasserstoffgehalt, andere Gase können in dem PECVD-Prozess verwendet werden, wie etwa Mischungen aus SiH₄ mit F₂ oder von SiF₄ mit H₂, und andere Prozesse können verwendet werden, wie remote Plasmaprozesse. In ähnlicher Weise können andere Prozesse verwendet werden, um die amorphoren Siliciumschichten in dem Sensor herzustellen einschließlich Aufspritzen und Verdampfen. Alle siliciumbasierenden Schichten können mit PECVD hergestellt werden oder alle könnten mit Aufspitzen hergestellt werden, alle könnten mit Verdampfen hergestellt werden oder es könnte jede Kombination von PECVD-Schichten, aufgespritzten Schichten und aufgedampften Schichten hergestellt werden.
Es können verschiedene leitfähige Materialien in der Schicht verwendet werden, die die Source-Drain-Metallanschlüsse und die unteren Elektroden des erfassenden Elements einschließen, einschließlich, aber nicht begrenzt auf irgendein geeignetes Metall oder Legierung wie etwa Aluminium mit oder ohne Schichten oder Barrieremetallen, Legierungen aus Aluminium einschließlich Al-Si und Legierungen aus Al mit anderen Metal len, ITO, MoTA, Cr, MoCr, Ta, Cu, Ti, TiN, W, hybride Mehrfachschichtstapel wie etwa TiW/AlCu und irgendwelche geeigneten organischen leitfähigen Materialien.
Es können verschiedene leitfähige Materialien in den oberen Elektroden des Erfassungselements verwendet werden, wobei ITO bei einer Röntgensensoranordnung mit einer Seleniumbeschichtung geeignet ist, weil dieses einen blockierenden Kontakt bereitstellt, der die Injektion von Ladungsträgern in die Seleniumbeschichtung bei hohen Spannungen blockiert; weiterhin ist ITO transparent, was bei bestimmten Anwendungen nützlich ist. Unter geeigneten Umständen können die Elektroden des Erfassungselements in Aluminium und dessen Legierungen oder in einem hitzebeständigen Metall ausgebildet sein, wie etwa Chrom, Titan, Wolfram, oder Molybdän oder deren Legierungen oder sogar eine stark dotierte leitfähige Halbleiterschicht.
Ebenso können verschiedene leitfähige Materialien in den Taktleitungen und Datenleitungen verwendet werden, einschließlich, aber nicht begrenzt auf irgendein geeignetes Metall oder Legierung wie etwa Aluminium mit oder ohne Schichten oder Barrieremetallen, Legierungen aus Aluminium einschließlich Al-Si und Legierungen aus Al mit anderen Metallen, ITO, MoTA, Cr, MoCr, Ta, Cu, Ti, TiN, W, hybride Mehrfachschichtstapel wie etwa TiW/AlCu und irgendwelche geeigneten organischen leitfähigen Materialien.
In ähnlicher Weise können verschiedene dielektrische Materialien in den isolierenden Schichten verwendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, irgendein geeignetes, siliciumbasierendes, dielektrisches Material wie etwa SiN, SiO_xN_y, oder Si_xO_y oder irgendein anderes dielektrisches Material, wie etwa Ta_xO_y oder Al_xO_y, oder irgendeine geeignete vielschichtige dielektrische Struktur.
Die vorstehend beschriebenen Implementierungen stellen Schichten in bestimmten Abfolgen her, die Abfolgen der Schichten können aber modifiziert werden. In ähnlicher Weise kann irgendeine geeignete Anordnung der Komponenten in jeder Einheit der Zellbeschaltung verwendet werden.
Die vorstehend beschriebenen Implementierungen sind für eine Sensoranordnung für Röntgenstrahlen unter Verwendung irgendeines geeigneten Szintillatormaterials geeignet. Der Szintillator könnte Thalliumbromid, Cäsiumiodid, Bleiiodid, oder ein anderes geeignetes Material sein. Weiterhin kann die Erfindung bei Sensoranordnungen für Strahlung in anderen Frequenzbändern verwendet werden, die durch einen a-Si basierenden Sensor detektierbar sind. Beispielsweise könnte die Erfindung mit einer a-Si lichtempfindlichen Schicht in einer Sensoranordnung für sichtbares Licht verwendet werden, wie in US-A-5,619,033 beschrieben.
Die Erfindung kann auf vielfache Weise angewendet werden, einschließlich bei der Herstellung von Anordnungen von Sensoren für verschiedene Bänder von Strahlung, einschließlich Röntgenstrahlung und Licht im sichtbaren oder nahezu sichtbarem Bereich.
Eine kleine, hoch auflösende Sensoranordnung für Röntgenstrahlen kann für mammografische Bilderzeugung hergestellt werden, während eine größere, niedrig auflösende Sensoranordnung für Röntgenstrahlen als ein Filmersatz in anderen diagnostischen Radiologieapplikationen hergestellt werden kann. Sensoranordnungen für Röntgenstrahlen können ebenso für Gepäckkontrolle und andere nicht zerstörende, bilderzeugende Anwendungen hergestellt werden.
Die Erfindung wurde mit Bezug auf Dünnfilmimplementierungen beschrieben, sie könnte aber in Einkristalltechnologie implementiert werden.

Claims

Ein Verfahren zur Herstellung einer Sensoreinrichtung von dem Typ, der ein Erfassungselement (230) und einen Dünnfilmtransistor (252; 350) einschließt, wobei der Dünnfilmtransistor einschließt: einen Gate-Anschluss (220); einen Kanal (358); und erste und zweite Kanalanschlüsse (222, 224; 260, 264, 262, 266; 354, 362, 356, 364); wobei der erste Kanalanschluss (224) elektrisch verbunden ist zum Empfang von Signalen von dem Erfassungselement; der Dünnfilmtransistor auf Signale von dem Gate-Anschluss durch Bereitstellen von Signalen zu dem zweiten Kanalanschluss (222) reagiert, die von dem Erfassungselement empfangen werden; die ersten und zweiten Kanalanschlüsse erste und zweite Halbleiteranschlüsse (260, 262; 354, 356) jeweils einschließen; wobei das Verfahren umfasst: (A) Herstellen des Kanals und der ersten und zweiten Kanalanschlüsse in einem ersten Satz von Schichten; wobei der Kanal und die ersten und zweiten Halbleiteranschlüsse siliciumbasierendes Material einschließen; und (B) Herstellen des Erfassungselements in einem zweiten Satz von Schichten über dem ersten Satz von Schichten; wobei der zweite Satz von Schichten siliciumbasierendes Material einschließt; dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (A) das Ablagern einer Schicht von mikroknstallinem Silicium umfasst, das die Herstellung der mikrokristallinen Siliciumschicht, die weniger als 5 Atomprozent von Wasserstoff einschließt und/oder das Entfernen von ursprünglichem Oxid von der oberen Seite der mikrokristallinen Siliciumschicht einschließt; wobei die Schicht aus mikrokristallinem Silicium die ersten und zweiten Halbleiteranschlüsse einschließt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, in dem der Schritt (B) umfasst: Durchführen einer plasmaverbesserten, chemischen Dampfablagerung bei Temperaturen größer als 200 °C, um eine Schicht aus amorphem Silicium abzulagern.
Das Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, in dem die Schicht aus mikrokristallinem Silicium eine abgeschiedene, dotierte Schicht ist.