TW278252B - - Google Patents

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Description

經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（1 ) 〔產業上之利用領域〕 本發明係關於電子元件及其製造方法，詳細而言，係 關於在絕緣性基體的表面形成配線圖案，將其表面以氮化 矽絕緣膜來披覆而形成的電子元件。 〔相關技術〕 .以電子元件而言，以如圖7所示的用以驅動活性行列 式（active matrix )液晶顯示元件的薄膜電晶體（ thin film transistor, TFT )(以下稱 TFT)爲例來 說明相關的技術。 圖8係圖7的①—①-的斷面圖，概念的表示TFT 部。再者，圖8爲概念的表示，其尺寸等與實際的元件完 全不同。 在圖8中，9係在基板5上所形成的閘極（g a t e )電 極（配線圖案）、1 0係閘極配線（配線圖案）。3係絕 緣膜，其中3 a係閘極絕緣膜、3 b係配線交差部的層間 絕緣膜。 1 1係源極（s 〇 u r c e )電極、1 2係源極配線、1 3 係拽極（drain )電極。 此間極絕緣膜3 a及TFT行列（array )的多_層金 屬配線的交差部的絕緣膜3 b通常使用氮化矽薄膜。 此氣化砍薄膜的組成爲，砂：氮砂原子比約爲3 : 4 。爲使膜質穩定化，最好加入微量的氫。這種絕緣膜主要 是以電漿化學氣相沈積法來成膜。通常的原料氣體係使用 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210 X297公* ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 f I. 278252 A7 B7__ 五、發明説明（2 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) :砂焼（silane)—氮氣、较院一氣氣（ammonia )—氮 氣、较焼一氨氣一氫氣、砂院一氮氣一氫氣、以及较院一 氨氣一氮氣-氣氣。 然而，如此的以氮化矽絕緣膜做爲閘極絕緣膜3 a及 多層配線的交差部的絕緣膜3 b而以TFT爲代表的電子 元件中，有時候會在閘極電極9、閘極配線與使絕緣膜介 於中.間而形成的配線（源極配線1 2、源極電極1 1等） 之間產生電性上的短路。特別是，在高積體化或是大面積 基板時出現短路的可能性會變的很高。出現的短路是在最 終產品使用中或是製造過程中產生。出現在最終製品的場 合會招致產品信賴度的下降。再者，出現在製造過程的場 合，會招致良率的下降。譬如說，在形成源極配線1 2等 之後，會執行用以形成接觸孔（contacthole )等较上光 阻（p h 〇 t q r e s i s t )過程，但是有時在此過程中在源極配 線1 2與閘極配線1 0或閘極電極9之間絕緣會被破壞。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 基於認爲此缺點是因爲在絕緣膜中存在著針孔（ pinhole )，在特開昭5 8 — 1 9 0 0 4 2號公報中，企 圖藉著採用在閘極配線1 〇與源極配線1 2間的交差部堆 積無摻雜（η ο π - d 〇 p e d )的非晶矽（a m 〇 r p h q u s s i 1 i c ο η )層1 5即所謂多層絕緣膜構造來解決上述的缺點。可是 ，此技術的絕綠層不是一層的構造，只要是需要多層絕緣 膜構造就難以避免製造過程的複雜化。 所以，希望能夠有即使是一層的絕緣層構造也能有好 的絕緣特性而且能容易製造的，以T F T爲代表的，電子 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 278252 Μ £7_ 五、發明説明（3) 元件。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 特別是，現在因爲電子元件在惡劣的環境下使用的頻 率很高，所以希望使絕緣膜的耐壓保持在6百萬伏特/公 分（Μ V / c m )以上。再者，由電子元件的細小化的觀 點而言，絕緣膜的厚度在5 0 〇毫微米（nano meter, nm )以下，最好能控制在2 0 〇毫微米〜4 0 0毫微米。因 此，.希望元件的絕緣膜是有，膜厚即使是2 0 0毫微米左 右的薄膜也能有6百萬伏特/公分的絕緣耐壓。 目前，能夠符合上述要求的電子元件尙未被開發出來 Ο 〔發明所欲解決之課題〕 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 爲了解決上述課題的本發明的電子元件的持徵爲：對 於，在至少表面爲絕緣性的基體的該表面’形成導電性的 配線圖案，而將前述基體及前述配線圖案的一部份或全部 披覆上絕緣層而形成的電子元件而言：前述絕緣層是由： 至少前述圖案的台階部附近的氧含量是在1 0個原子百分 比以下的，氮化矽所構成的。 再者，本發明的電子元件的製造方法的特徵爲：對於 ，在至少表面爲絕緣性的基體的該表面’形成導電性的配 線圖案，而將前述基體及前述配線圖案的一部份或全部披 覆上氮化矽絕綠層而形成的電子元件的製造方 '法而言；前 述氮化矽絕緣層的成膜條件的成膜溫度（°C ) ’離子流量 I (安培）、成膜速度V (毫微米/分鐘）滿足。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 278252 A7 B7 五、發明説明（4 ) T>-6 5 1 (I/V)+390 15 0^X^350 (離子流量爲每6 0 X 6 0平方公分的電流量（安培 〉）的關係式。 〔作用〕 .本發明係基於在執行從基本來從新評估從前的電子元 件中所發現的事實而完成的。 即是，關於氮化矽絕緣膜，其之所以無法穩定的得到 高絕綠耐壓，主要是被認爲受到配線圖案的台階部的，局 部的膜的缺陷等的影響。但是，本發明者則新發現到在膜 中而且是台階部附近的氧含量對絕緣耐壓有很大的影響。 絕緣耐壓與膜中的氧含量的關係從前完全沒有被考慮 過，特別是在台階部附近會形成含有高濃度氧含量的區域 及此高氧濃度區域是造成絕緣耐壓降低的原因則完全不爲 人所知。 現在，在台階部附近會含有高濃度氧矽理由及其使絕 緣耐壓降低的理由雖然還不清楚，但是藉由使氧含量在 10原子百分比之下，可以得到絕緣耐壓在6百萬伏特/ 公分以上的高耐壓絕緣膜，並能夠提供具高特性且信賴性 高的電子元件。再者，因爲能夠容易的得到高耐.壓，所以 設計的自由度增加，不僅是T F T，也能夠應用到更大範 圍的電子元件。 另一方面，台階部附近的低氧含量氮化矽絕緣膜可以 本紙張尺度遑用中國國家標準（CNS ) 規格（210犬297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、?τ -! 經濟部中央櫺準局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（5 ) 藉由適當的調整電滎化學氣相沈積法的成膜溫度T (。(：） ’離子流量I(安培）及成膜速度V (毫微米/分鐘）而 獲得。 即疋’藉由定以上3個參數（parameter )在下式 所V的範圍來成膜便可形成高絕緣耐壓的氮化矽絕緣膜。 T2-651 ( I / V ) + 3 9 0 _此處的離子流量I是與特願平2 - 2 5 2 8 4 7號中 所記載的相同，是 I=Pwrf/Vpp
Pwr f :射頻（radio frequency, RF )電極所輸 入的電力 V p p :射頻電極的高頻電壓的最大値及最小値的差 (Peak-t〇-Peak値） 所定義的量。在本發明中，離子流量是以射頻電極的大小 爲6 0 X 6 0平方公分來規格化。 藉由以上的條件來成膜，離子會有效的幫助膜堆積、 而得到台階部附近的氧含量少的氮化矽膜。 再者，若成膜溫度超過3 5 0 °C，因爲有時候會由於 基板的變形或是在電子元件的其它的製造過程中形成膜等 的應力變形而會有龜裂產生的情形，所以最好成膜溫度在 3 5 0 °C以下。再者，若在比1 5 0 °C還低的溫度的話， 因爲高耐壓膜的形成所要求的離子流量會變的非常大或者 是必需使成膜速度變的而在裝置上及生產性上產生問題， 所以最好成膜溫度在1 5 0 °C以上。 本紙張尺度適用中國國家標窣（CNS>A4规格（2丨〇'乂297公*) _ 8 _ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印掣 五、 發明説明 ( 6 ) 1 1 I ( 實 施 狀 態 例 ] 1 1 1 1 以 下 ， 將 本 發 明 的 構 成 以 實 施 狀 態 例 來 說 明 二 1 I 請 1 I ( 電 子 元 件 ) 先 閱 1 I 讀 1 做 爲 本 發 明 的 對 象 的 電 子 元 件 是 9 在 只 要 表 面 爲 絕 緣 背 1 I 之 1 性 的 基 體 的 該 表 面 形 成 導 電 性 的 配 電 圖 案 9 而 將 前 述 基 注 意 事 1 體 及 .前 述 配 線 圖 案 的 部 份 或 全 部 披 覆 而 形 成 氮 化 矽 絕 緣 項 再 填 i 膜 的 電 子 元 件 0 寫 本 相 關 的 電 子 元 件 如 • T F T 元 件 、 電 容 元 件 > 發 光 元 頁 ·>—<- 1 1 件 > 光 感 測 器 ( s e n s or ) 、 太 陽 電 池 等 〇 1 1 再 者 基 體 係 只 要 表 面 是 絕 緣 性 即 可 0 也 可 以 直 接 使 1 | 用 本 身 是 絕 緣 性 的 基 體 ( 如 玻 璃 等 的 陶 瓷 ( c e r a mi C ) 基 訂 I 板 ) 也 可 以 在 半 導 體 基 板 的 表 面 形 成 絕 緣 膜 ( 如 二 氧 化 1 1 1 矽 ( S i 〇 2 ) 膜 Ν 四 氮 化 二 矽 ( S i 3 N 4 ) 等 ) 再 使 用 1 1 0 依 電 子 元 件 的 種 類 來 適 當 的 選 擇 即 可 0 1 1 導 電 線 的 配 線 圖 案 雖 然 其 材 料 沒 有 限 定 但 是 如 絡 ( 1 C r ) > 鋁 ( A 1 ) 銅 ( C U ) 其 它 的 金 屬 或 是 合 金 1 I 均 適 用 0 再 者 ) 配 線 圖 案 的 線 寬 閘 極 電 極 以 1 0 微 米 ( 1 1 I mi c Γ 〇 m e t e r ) 以 下 較 好 7 微 米 以 下 更 好 5 微 米 最 好 0 1 厚 度 則 隨 材 料 的 導 電 率 而 變 在 鉻 的 場 合 爲 1 0 0 1 1 2 0 0 毫 微 米 較 好 0 在 此 範 圍 內 ί Τ F T 行 列 上 的 配 向 膜 I 表 面 的 段 差 可 變 小 5 也 能 夠 想 辦 法 改 善 液 晶 顯 示 器 ( 1 1 1 q u id C r y s t a 1 d is P丨 ay LCD ) 的 顯 示 性 能 0 1 I ( 配 線 圖 案 台 階 部 的 角 度 ) 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 278252 at B7 五、發明説明（7 ) 即使配線圖案與基板表面所形成的接觸角度爲6 0。 〜9 0 ° ，本發明也能夠得到高絕緣特性。 雖然如果配線圖案的接觸角度以小於6 0。來披覆氮 化矽絕緣膜的話，電極間的絕緣耐壓會很好，但是必需將 電極的線寬或是厚度之一做大到必要以上。總之，雖然爲 了防止電極或是配線的發熱等，必須要確保一定以上的斷 面積.，但是，在將接觸角度設爲6 0。以下的場合，爲了 塡補被削掉的部份，必須將線寬變大或是將厚度變厚。 將電極的線寬或是厚度之一做大到必要以上是違反了 元件微細化的要求。特別是在用以驅動液晶的顯示元件的 TFT的場合，與因爲要使外部光被電極（配線）所遮蔽 的面積縮小而希望在7微米以下的要求相反。 因此要求設在6 0 °以上，所以，從前會產生若設在 6 0 °以上則絕緣特性顯著惡化的問題。但是，本發明正 是解決此問題的唯一方法。 再者，要控制在6 0 °以上，只要執行如濕触刻（ wet etching )或是乾蝕刻（dry etching )的異方向性 蝕刻即可。 (絕綠層膜厚） 在本發明中，由電子元件的高積體化及高速操作的觀 點而言，絕緣層的厚度在5 0 0毫微米較好，2 Q Q〜 4 0 0毫微米則更好。即是在薄到2 〇 〇毫微米的場合也 能夠得到6百萬伏特/公分以上的絕綠耐壓是其一大特徵 0 本紙伕尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210x：297公釐） 10 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（8 ) 〔實施例〕 以下，舉出本發明的賁施例來詳細說明。再者，當然 ’本發明的範圍並不限於以下的實施例。 在實施例中，以使用T F T的活性行列式液晶顯示器 中的T F τ的多層金屬配線的交差部爲本發明的適用例。 .本寅施例中的TFT是逆交錯（inverted stagger) 構造’以圖1及圖2來說明。 在玻璃基板（康密（corning ) # 7 0 5 9 ) 5的表 面上，在銦錫氧（indium-tin-oxide, IT0 )成膜後，執 行上圖案而形成做爲畫素電極的透明電極（I TO電極） 7 〇 接著，形成1 0 Q毫微米的鉻膜，接著，上光阻（ P h i t q - Γ e s丨s t )顯影後，藉由蝕刻而形成線寬5微米的閘 極配線及線寬7微米的閘極電極9。 在蝕刻時，藉由控制濕蝕刻或乾蝕刻的異方向性來控 制基板5與閘極配線1 〇或閘極電極9間的角度。在本例 中，此角度約爲90° 。 接著，藉由電漿化學氣相沈積法來形成氮化矽絕緣膜 ，並使氮化矽絕緣膜覆蓋住基板5及閘極電極9 ，閘極配 線1 0。成膜是在以下所示的各種條件下進行。此氮化矽 絕緣膜成爲T F T的閘極絕緣膜及層間絕緣膜。 (氮化矽絕緣膜的形成條件〉 成膜裝置：安奈碼（anelva)公司製的平行平板型， 本紙張尺度適用中國國家搮率（CNS ) A4说格（210 X 297公釐） ---;---^----r +------IT------f I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部中央標準局貝工消費合作社印$L A7 B7 五、發明説明（9 ) 內部管線型。（in-line-type) 射頻電極面積：6 0 X 6 0平方公分。 導入氣體（秒立方公分）（second cubic centimeter, SCCM) 矽烷：5 0 氣氣：1 5 0 氮氣：5 0 0 氣氣：5 0 0 壓力：1 5 0巴斯卡（pasca 1，pa ) 基板溫度：1 5 0〜4 0 0 °C 射頻電力：1 0 0〜5 0 0瓦（Watt; 1Π 激發頻率：1 3 . 5 6百萬赫（Mega Hertz; MHZ) 膜厚：2 0 0毫微米、3 0 0毫微米 接著，使由不添加雜質的非晶質矽所構成的半導體層 (i : a — S i層）1 5藉由常法來形成厚度約爲1 〇 0 毫微米的成膜。接著，在同一腔（Chamber )內堆積了約 2 0毫微米的，做爲歐姆接觸（Ohmic contact )層1 7 而添加了磷（P h 〇 s p h q r 〇 u s P )的非晶質矽層（η ~ - a —S i 層）。 光阻過程後，僅留下TFT的通道（channel )部份 ，其它部份的非晶質矽膜由濕蝕刻而除去。以含有氫氟酸 (H F )的蝕刻液來進行。此時，藉由除去非晶質矽膜使 所露出的氮化矽膜的表面在過度蝕刻（〇 ν e r - e t c h i n g )的 時間內，暴露在蝕刻液中而稍微被蝕刻。 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 12 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（ίο) 接著，在光阻過程後，形成到達透明電極（I T 0 ) 7的接觸孔，此接觸孔是由乾蝕刻所形成。 接著，形成3 0 0毫微米的鉻膜。藉由上圖案（ putteming )而形成源極電極1 1及源極配線1 2以及浅 極電極1 3及洩極配線1 8。再者，在本實施例中，如圖 2所示，將源極配線1 2設計爲橫切於閘極配線1 〇之上 。再.者，經由設於透明電極（I TO) 7上的適當位置的 接觸孔而使洩極配線1 8與透明電極7相連接。再者，此 TFT的通道長設爲4微米，通道寬設爲6微米。 〔評價測試〕 對以上種種條件所製成的T F T元件做絕緣對壓測試 。調查其與由成膜條件所得的離子流量與成膜溫度的比（ I / V )間的關係。結果如圖3所示。再者，絕緣耐壓的 測試是使用惠音（H e u 1 e 11 - p a c k e r )公司所製的 # 4 1 4 2 B，在閘極電極與洩極電極之間加電壓而進行 Ο 如圖3所示，在各個成膜溫度，耐壓均隨I /V的增 加而增加。若將此設一適當値則可得6百萬伏特/公分以 上的耐壓。 將圖3的耐壓爲6百萬伏特/公分的點對成膜溫度T 及I / V作圖可得圇4的直線（1 )。圖4的直線是斜率 爲一651 (°C，毫微米/安培分鐘），切點爲390 ( °C )的直線。此直線的上方（與原點反方向）成膜，則可 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -! • Ί _ . m —Ji · 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 13 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印製 A7 ____B7 五、發明説明（11) 得耐壓在6百萬伏特/公分以上的気化砂膜。 再者，在氮化矽爲4 0 Q°C時，由於玻璃基板的變形 及閘極電極的應力變形有時會在膜內產生微小的龜裂。因 此在實際應用上能夠得到6百萬伏特/公分的耐壓的是在 圖4中線（1 )及（2 )所圍成的區域。 接著，對於有各種耐壓的樣品調査其氮化矽絕緣膜中 的氧·含量與絕緣耐壓間的關係。使用穿透式電子顯微鏡及 能量分散型X線分析儀來觀察台階部斷面的穿透式電子顯 不微鏡（transmisson electrm micwscope，TEM)像並測 量及氧含量。 以耐壓爲0 . 8百萬伏特/公分的氮化矽絕緣膜的氧 含量爲一例，以圖5的標準的斷面圖來表示。如圖5所示 ，在斜線所示的台階部附近，可看出偵測到比其它區域高 濃度的氧。此台階部附近的氧含量與絕緣耐壓的關係可畫 成圖6。 由圖可知，如果台階部附近的氧含量超過1 0個原子 百分比，則耐壓由6百萬伏特/公分而迅速的下降。相反 的，如果控制氧含量在1 Q個原子百分比以下的話，可得 到6百萬伏特/公分的絕緣耐壓。 (其它特性） 在本實施例所製成的TFT中，具有耐懕在6百萬伏 特/公分以上的氮化矽絕緣膜的T F T也穩定的具有下列 特性，即使長時間連續使用，這些特性也不會變差。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐）^ • 14 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 JA- 278252 A7 B7 五、發明説明（l2) 絕緣膜膜厚 2 0 0毫微米 3 0 0毫微米 臨界値（伏特） 1 . 0 1 . 〇 開時電流（安培） 2 . ΟΧΙΟ'6 1 . 5 X 1 0 ~6 閉時電流（安培） 1 .0 X 1 0 - 15 1 ο X 1 0 - 15 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 〔發明的效果〕 由本發明，因爲絕緣耐壓在6百萬伏特/公分以上的 高壓絕緣膜可穩定而且容易的形成，所以能夠以高良率來 製造高特性且可靠度高的電子元件。 再者，本發明的電子元件因爲絕緣耐壓高而且均$ ’ 所以設計的自由度增加，能夠應用在廣大的範圍° 〔圖面之簡單說明〕 第1圖係賁施例中顯示所製的T F T的平面圖° 第2圖係圖1的①-①/的斷面圖。 第3圖係氮化矽絕緣膜的絕緣耐壓及離子流量（1 } /成膜速度（v )之間的關係圖。 一 第4圖係能夠得郅高耐壓絕緣膜的成膜條件的$ 〇 本紙張尺度遴用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -訂' 經濟部中央標隼局負工消费合作社印裝 15 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 A7 B7__ 五、發明説明（13) 第5圖係顯示台階部的穿透式電子顯微鏡像及氧含量 分佈的模式圇。 第6圖係台階部的氧含量與絕緣耐壓的關係圖。 第7圖係顯示從來的TFT的平面圖。 第8圖係圖7的①一①/的斷面圖。 〔圖·號說明〕 1 :通道部 2 :絕緣膜 3 a :閘極絕緣膜 3 b :交差部的層間絕緣膜 5 :基板 7 :透明電極（I TO電極） 9 :閘極配線 1 0 .閘極配線 1 1 :源極電極 1 2 :源極配線 1 3 :洩極電極 15 : a — S i 1 7 i η * — a — S i 1 8 :洩極配線 本紙悵尺度適用中國國家棣準（CNS )八4規_格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -! 16

Claims (1)

  1. 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 . 一種電子元件，係針對於，在至少表面爲絕緣性 的基體的該表面，形成導電性的配線圖案，而將前述基體 及前述配線圖案的一部份或全部披覆上絕緣層而形成的電 子元件，其特徵爲：前述絕緣層是由：至少前述圖案的台 階部附近的氧含量是在1〇個原子百分比以下的氮化矽所 構成的。 2 .如申請專利範圍第1項之電子元件，其中前述的 絕緣層是由電漿化學氣相沈積法所形成。 3. 如申請專利範圍第1或第2項之電子元件，其中 前述的絕緣層的厚度是2 0 0〜4 0 0毫微米。 4. 如申請專利範圍第1〜3項中的任1項的電子元 件，其中前述配線圖案與前述基體間的接觸角度β爲 6 0。〜9 0。。 5. 如申請專利範圍第1〜4項中的任一項的電子元 件，其中前述電子元件爲逆交錯型的薄膜電晶體；前述配 線圖案爲閘極配線：前述氮化矽膜爲閘極絕緣膜。 6 .—種電子元件的製造方法，係針對於，在至少表 面爲絕緣性的基體的該表面，形成導電性的圖案，而將前 述基體及前述配線圖案的一部份或全部披覆上氮化矽絕緣 層而形成的電子元件的製造方法，其特徵爲：前述絕緣層 是以電漿化學氣相沈積法來成膜，其成膜條件係：成膜溫 度T(°c)，離子流量I (安培）、成膜速度V (毫微米 /公分）滿足： T 会一651 (Ι/ν)+390 本紙佚尺度逋用中國國家榡準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐）_工7 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 278252 b C8 D8 六、申請專利範圍 150STS350 量 流電 的 分 公 方 平 ο 6 X ο 6 每 爲量。 流式 子係 離關 : 的 註 } ) 培 安 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210 X297公釐） 18
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