專利名稱：電子電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在絕緣基片上形成的電子電路，它有薄的硅半導(dǎo)體層，例如形成薄膜晶體管，此薄的半導(dǎo)體層要與導(dǎo)電的互連線連接。
常規(guī)的薄膜器件，例如絕緣柵型場效應(yīng)晶體管(FETS)用薄的硅半導(dǎo)體膜作為有源層。此有源層厚約1500。因此，若在這薄的半導(dǎo)體膜上要形成電極，通過使金屬，例如鋁與膜直接緊密地接觸，就能獲得良好的接觸，現(xiàn)有的IC制造技術(shù)即用這種方法。在這些接觸點(diǎn)中，通常通過在鋁和半導(dǎo)體部分例如硅之間的化學(xué)反應(yīng)形成硅化物，例如硅化鋁。由于半導(dǎo)體層比硅化物層厚得多，所以不會(huì)發(fā)生問題。
然而，近來所進(jìn)行的研究證明，如果有源層的厚度低于1500，例如在約100-750之間，就會(huì)改善薄膜晶體管(TFTS)的性能。要在這樣薄的半導(dǎo)體層或有源層上形成電極，用現(xiàn)有技術(shù)就不能得到良好的接觸點(diǎn)，因?yàn)楣杌飳拥暮穸壬L得幾乎達(dá)到半導(dǎo)體層的厚度，會(huì)使接觸點(diǎn)的電特性急劇變壞。當(dāng)負(fù)荷，例如電壓長時(shí)間加到接觸點(diǎn)上時(shí)，接觸點(diǎn)就會(huì)很快變壞。
為了提高TFTS的特性，在半導(dǎo)體層上形成電極之后，就需要在氫氣中在低于400℃，典型地是200-350℃的溫度下進(jìn)行熱處理。TFTS的半導(dǎo)體層的厚度若小于1500，熱處理會(huì)大大促進(jìn)硅化物的生長，導(dǎo)致TFTS特性的變壞。
本發(fā)明的目的是提供一種可靠的電子電路，此電子電路有半導(dǎo)體層、導(dǎo)電的互連線，如半導(dǎo)體層與互連線之間的良好的接觸點(diǎn)，這些接觸點(diǎn)能耐受300℃或300℃以上的熱處理。
本發(fā)明是一種在絕緣基片上形成的電子電路，它有一主要由硅組成的半導(dǎo)體層，此半導(dǎo)體層的厚度小于1500，最好是100-750。例如，本發(fā)明適用于一種帶TFTS的電子電路，每個(gè)TFT都設(shè)置有厚度小于1500的有源層。由于半導(dǎo)體層的厚度減少，本發(fā)明的效果是顯而易見的。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，上述薄膜形式的半導(dǎo)體層或者與由玻璃制成的絕緣基片的上表面緊密接觸，或者經(jīng)由某些絕緣膜形成在此基片上。主要由鈦和氮組成的第一層部分地或整體地與半導(dǎo)體層緊密接觸。在第一層的上表面上形成主要由鋁組成的第二層。將此第一和第二層用光刻法按一定圖形刻蝕成導(dǎo)電的互連線。第二層的下表面實(shí)質(zhì)上整體地與第一層緊密接觸。還可能在第二層上形成主要由鈦和氮組成的第三層。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，薄膜狀的上述半導(dǎo)體層既可與由玻璃制成的絕緣基片緊密接觸，也可經(jīng)由某些絕緣膜形成在此基片上。由鈦和硅這兩者構(gòu)成的第一層部分地或整體地與半導(dǎo)體層緊密接觸。主要由鈦和氮構(gòu)成的第二層與第一層的上表面緊密接觸。主要由鋁構(gòu)成的第三層形成在第二層的上表面。此第一至第三層用光刻法按一定圖形刻蝕成導(dǎo)電的互連線。當(dāng)然，也可以在第三層上形成其它層。
在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例中，上述薄膜狀的半導(dǎo)體層或者與由玻璃制成的絕緣基片緊密接觸，或者經(jīng)由某些絕緣膜形成在此基片上。由鈦和硅作為主要成分組成的第一層部分地或整體地與半導(dǎo)體層緊密接觸。主要由鈦和氮組成的第二層與第一層的上表面緊密接觸。在第二層的上表面上形成主要由鋁構(gòu)成的第三層。將此第一至第三層用光刻法按一定圖形刻蝕成導(dǎo)電的互連線。此實(shí)施例的特征在于，第一層中鈦對(duì)氮的比率比第二層的鈦/氮比率大。
在這些實(shí)施例的任何結(jié)構(gòu)中，與第一層緊密接觸的薄的半導(dǎo)體膜部分顯示出N型或P型導(dǎo)電。在這些部分中的摻雜量最好是1×1019-1×1020/cm2。雜質(zhì)可以用公知的離子注入法或等離子摻雜法引入。在將雜質(zhì)離子加速到高能注入時(shí)，摻雜量最好在0.8×1015-1×1017/cm2之間。也可以使用在摻雜氣體的氛圍中用激光照射的激光摻雜法。這種方法已在1991年10月4日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)NO283981/1991和1991年10月8日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)NO290719/1991中披露。這些部分的表面電阻最好小于1KΩ/□。
可以加到半導(dǎo)體層中的元素是磷、硼、砷和其它元素。那些與導(dǎo)電的互連線接觸的半導(dǎo)體層部分可以是摻雜區(qū)的某些部分，例如TFTS的源和漏區(qū)。半導(dǎo)體層的表面電阻最好小于500Ω/□。
氧化硅層可以與該薄的半導(dǎo)體層的下表面緊密接觸。在這種結(jié)構(gòu)中，氧化硅膜可以含有與半導(dǎo)體層中相同的雜質(zhì)。
在上述第一實(shí)施例的第一層中，所含有的作為主要成分的鈦與氮的比率可以隨厚度而不同。除鈦和氮外，其它元素例如硅和氧也能用作主要成分。例如，第一層的靠近半導(dǎo)體層的那部分可以主要包括鈦和硅。第一層的靠近第二層的那部分可以主要包括鈦和氮。例如氮對(duì)鈦的比率可以設(shè)置得接近理想配比(大于0.8)。在中間區(qū)域，組分可以是連續(xù)變化的。
通常，包括氮和鈦的理想配比的材料(一氮化鈦)有良好的阻擋層特性并能防止鋁和硅的擴(kuò)散。然而，此材料與硅呈現(xiàn)高接觸電阻。所以不希望直接用其形成接觸點(diǎn)。相反，包括鈦和硅的理想配比材料(硅化鈦)與主要由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體層呈現(xiàn)低的接觸電阻。這對(duì)形成歐姆接觸是有好處的。然而鋁往往容易擴(kuò)散，例如第二層的鋁擴(kuò)散到第一層，從而在半導(dǎo)體層中形成硅化鋁。
為解決這些問題制成上述的多層結(jié)構(gòu)。特別是與第二層接觸的那部分實(shí)質(zhì)上是由理想配比的一氮化鈦組成，而一氮化鈦有良好的阻擋層特性。這就能防止第二層的鋁擴(kuò)散進(jìn)第一層。與半導(dǎo)體層接觸的部分由理想配比的硅化鈦組成。因而能得到良好的歐姆接觸。
在形成硅化鈦膜時(shí)，不必特意添加硅。鈦與半導(dǎo)體層中的硅起反應(yīng)。結(jié)果，自然形成硅化鈦。例如，通過在靠近半導(dǎo)體層部分沉積含較少氮的鈦，而在靠近第二層部分沉積含較多氮的鈦，也能產(chǎn)生類似的效果。
不管怎樣，在考慮整個(gè)第一層時(shí)，它主要由鈦和氮構(gòu)成。在第一層中氮與鈦的比率最好是0.5-1.2。這種以鈦和氮作為主要組分的材料能與導(dǎo)電氧化物如銦錫氧化物、氧化鋅和氧化鎳等構(gòu)成歐姆接觸。若鋁和這樣的導(dǎo)電氧化物一起形成接觸點(diǎn)，在此接觸點(diǎn)處會(huì)形成厚氧化鋁層，這就不可能有好的接觸點(diǎn)。在現(xiàn)有技術(shù)中，是在鋁和導(dǎo)電氧化物之間形成一鉻層。由于鉻是有毒的，所以要尋求代用材料。本發(fā)明所用的主要由鈦和氮組成的材料在這方面也是很優(yōu)秀的。
本發(fā)明的其它目的和特點(diǎn)通過下面的討論將得以清楚了解。


圖1(A)-圖1(D)是按照本發(fā)明使用TFTS的電路的截面圖，它展示出電路的加工工序；圖2(A)是本發(fā)明的電子電路的縱截面圖；圖2(B)是本發(fā)明另一電子電路的頂視圖；圖3示出按本發(fā)明制造的TFTS的特性曲線a和用現(xiàn)有技術(shù)制造的TFTS的特性曲線b；圖4(A)和圖4(B)是TFTS中接觸孔的照片；圖5(A)是展示圖4(A)中所示的接觸孔的示意圖；圖5(B)是展示圖4(B)中所示的接觸孔的示意圖；圖6是按照本發(fā)明包括許多形成在基片上下的TFTS的器件的示意性截面圖；圖7(A)-圖7(H)是按照本發(fā)明的TFT的截面圖，它示出制造TFT的工序；和圖8(A)-圖8(C)是按照本發(fā)明的TFTS的截面圖，它示出源極或漏極的接觸點(diǎn)。
實(shí)施例1在圖1(A)-圖1(D)和圖2(A)-圖2(B)中示出第一實(shí)施例。圖1(A)-圖1(D)示出帶TFTS的電子電路的制造工序。常規(guī)步驟的說明省略。首先，將氧化硅淀積成氧化硅膜2，使之在由Corning7059構(gòu)成的玻璃基片1上形成一基底膜。在此氧化硅膜2上形成厚500-1500，最好是500-750的非晶硅膜3。在此非晶硅膜3上形成防護(hù)層4。此疊層片在450-600℃下退火12-48小時(shí)，以使非晶硅膜結(jié)晶化。當(dāng)然，使之結(jié)晶化可使用激光退火或其它類似的手段(圖1(A))。
用光刻法將硅膜刻蝕成島狀半導(dǎo)體區(qū)5。在該半導(dǎo)體區(qū)5上形成厚500-1500，最好是800-1000的氧化硅膜以形成柵氧化物膜。然后用鋁加工出柵互連線和電極7。將此鋁互連線和電極7陽極氧化以形成包圍此互連線和電極7的氧化鋁敷層。這種以這種方式使頂柵TFTS陽極氧化的技術(shù)已在1992年1日24月申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)NO38637/1992中討論過。當(dāng)然，柵極可用硅、鈦、鉭、鎢、鉬或其它材料制作。隨后，使用柵極作掩模，用等離子摻雜或其它方法將雜質(zhì)，例如磷注入，以形成與柵極7對(duì)準(zhǔn)的摻雜的硅區(qū)8。然后，通過熱退火、激光退火或其它方法使摻雜區(qū)8再結(jié)晶，以形成TFTS的源和漏區(qū)(圖1(B))。
然后，淀積氧化硅層作為中間層絕緣體9。再淀積導(dǎo)電的透明氧化物，例如銦錫氧化物(ITO)。將此ITO膜用光刻法按一定圖形刻蝕成有源矩陣液晶顯示器的象素電極10。在中間層絕緣體9中形成接觸孔以露出部分摻雜區(qū)或源和漏區(qū)。通過濺射形成主要由鈦和氮構(gòu)成的第一層。另外，通過濺射按下面描述的方式形成由鋁構(gòu)成的第二層。
一鈦靶設(shè)置在濺射室。在氬氣氛中加工成膜。濺射壓強(qiáng)是1-10mtorr。首先形成厚達(dá)50-500以鈦為主要組分還包括少量氮的一層。除氬外，還將氮注入濺射室。膜在這種氛圍中通過濺射形成。結(jié)果形成一層厚200-1000的理想配比的一氮化鈦。這時(shí)，在該濺射氛圍中含氮的百分率超過40％。已注意到由于氮的分壓強(qiáng)和濺射壓強(qiáng)使濺射的淀積速率大受影響。例如，在僅由氬構(gòu)成的氛圍中淀積速率通常是在含高于20％的氮的氛圍中的淀積速率的3-5倍。就濺射氣氛來說，可用氨、醇胺、或其它物質(zhì)代替氮。已知所制備的膜的電阻率隨在濺射期間氮的分壓強(qiáng)而變化。由于此膜用以形成導(dǎo)電的互連線，所以希望電阻率低。當(dāng)然，為此要選用最佳的氮分壓強(qiáng)。例如，在含100％氮的氛圍中生產(chǎn)出來的比在含40％氮的氛圍中生產(chǎn)出來的電阻率低。典型的電阻率在50-300μΩcm之間。
在上述步驟中，如果首先形成的并包含少量氮的鈦層太厚，就會(huì)與在下面的層發(fā)生反應(yīng)。這就不可能獲得好的接觸。我們的研究已經(jīng)證實(shí)，如果鈦層比半導(dǎo)體層薄，則可獲得良好的結(jié)果。
在用這種方式形成第一層11之后，濺射鋁以形成含有1％硅的第二層。第二層的厚度是2000-5000。用光刻法按一定圖形刻蝕這些層。更準(zhǔn)確地說，此鋁的第二層被用腐蝕劑腐蝕，例如用磷酸、醋酸和硝酸組成的混合酸。隨后，用緩沖氫氟酸或亞硝酸刻蝕第一層。這時(shí)，由于過腐蝕，使中間層絕緣體損壞。此腐蝕工藝也可以通過用過氧化氫(H2O2)水溶液和氨水(NH3OH)的混合液來進(jìn)行腐蝕，用有選擇地預(yù)先留下的鋁層作掩膜。在這種情況下中間層絕緣體不受影響。然而有機(jī)材料，例如光刻膠會(huì)被氧化。
上述腐蝕步驟可以是干腐蝕工藝。如果用四氯化碳作為腐蝕氣體，可連續(xù)腐蝕第二和第一層，且對(duì)氧化硅無不良影響。以這種方法形成從摻雜區(qū)延伸的導(dǎo)電的互連線。然后使此疊層片在氫氣的氛圍中在300℃下退火，從而完成TFTS。
以這種方法加工成的電路有要與外部連接的部分。圖2(A)示出該方法，用以與外部連接的導(dǎo)電的互連線19從集成電路18向基片周邊部分延伸，該電路18集成在基片17上。此電子電路往往可用機(jī)械裝置來做電接觸，比如在虛線框出的區(qū)域20中的接觸卡具(即插座)。
在圖2(B)所示的液晶顯示器中，電路22-24激活基片21上的有源矩陣區(qū)25。為向電路22-24提供電功率和信號(hào)，在用虛線框出的區(qū)域27中加工出許多電接觸點(diǎn)。用金屬絲焊接的連接是永久性的而且十分可靠。然而加工這些引線要花費(fèi)大量的勞動(dòng)。特別是這種方法不適合大量端點(diǎn)的連接。所以使用機(jī)械接觸點(diǎn)往往更有利。
然而在這種情況下，在接觸點(diǎn)處導(dǎo)電的互連線表面要足夠牢固，其下面的層要牢固地粘接到導(dǎo)電的互連線。鋁不能達(dá)到這些目的。主要由鈦構(gòu)成的材料可很好地粘接到硅、氧化硅、鋁和其它類似的材料上。這種材料敷層的硬度也是高的。因此，這種材料是能滿足要求的。它能完全都不用氮。也可使氮最大含量達(dá)到理想配比的比率。在本實(shí)施例中，第一層的與第二層接觸的那些部分由理想配比的一氮化鈦構(gòu)成。接觸卡具13壓在一氮化鈦露出部分上以形成接觸點(diǎn)(圖1(C))。
另一方面如圖1(D)所示，在第一層14上形成第二層15。在第二層15上形成由一氮化鈦構(gòu)成的第三層16。接觸卡具可與此第三層接觸。在這種情況下，如圖1(C)所示，不必部分地腐蝕第二層。而且，如圖1(E)所示，按照本發(fā)明主要由氮和鈦構(gòu)成的一層被首先用光刻法按一定圖形刻蝕成導(dǎo)電的互連線，然后形成ITO膜。無論如何，在本實(shí)施例中，此ITO膜由主要包括鈦和氮的材料構(gòu)成。從而獲得好的接觸。膜的材料不限于ITO。也可以使用各種各樣其它的導(dǎo)電氧化物。
用這種方法得到的TFTS的VD-ID特性如圖3中的曲線a所示。為便于對(duì)照，具有常規(guī)Al/Si接觸點(diǎn)的TFTS的VD-ID特性如圖3中的曲線b所示?？煽吹睫D(zhuǎn)折點(diǎn)在用現(xiàn)有技術(shù)方法制造的TFTS的曲線b上的靠近VD＝0處。它們的接觸電阻不構(gòu)成歐姆接觸。相反，在按照本發(fā)明制作的TFTS的曲線a上看不到這種異?，F(xiàn)象，而呈現(xiàn)通常的MOSFET特性。
圖4(A)和圖4(B)是兩張照片，此照片表明從TFTS延伸的導(dǎo)電互連線材料的熔合(即形成硅化物)，即在源和漏區(qū)鋁與N型硅的熔合在像實(shí)施例1同樣條件下被壓制而成的情況。圖4(A)和圖4(B)的照片所示的區(qū)域分別在圖5(A)和圖5(B)中示出。每張照片中心可見的矩形區(qū)是一接觸孔。在形成接觸點(diǎn)之后，將此疊層片在300℃下退火30分鐘。若在硅和鋁之間如圖4(A)所示不存在一氮化鈦，則在接觸點(diǎn)處就要生成大量硅化物(瑕斑)。若像圖4(B)那樣有厚度1000的一氮化鈦膜，就不會(huì)產(chǎn)生任何瑕斑。
實(shí)施例2參照?qǐng)D1(A)-圖1(D)對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行說明，這些圖概略地示出制造有TFTS的電子電路的工序。這里不涉及常規(guī)步驟。首先在玻璃基片1上淀積氧化鋁作為氧化鋁基底膜2。在此氧化硅膜2上形成厚100-1000最好是100-750的非晶硅膜3。在此非晶硅膜3上形成一保護(hù)層4。將此疊層體在450-600℃下退火12-48小時(shí)以使非晶硅膜結(jié)晶化。當(dāng)然，為使其結(jié)晶化可用激光退火也可用其它類似的手段。
將硅膜用光刻法按一定圖形刻蝕成島狀半導(dǎo)體區(qū)5。在此半導(dǎo)體區(qū)5上形成厚500-1500，最好是800-1000的氧化硅膜6，以形成柵氧化膜。然后用鋁加工成柵互連線和電極7。此鋁制互連線和電極7被陽極氧化以形成包圍此互連線和電極7的氧化硅敷層。隨后，用柵極作掩模通過離子注入或其它方法注入雜質(zhì)，例如磷、以形成與柵電極7對(duì)準(zhǔn)的摻雜硅區(qū)8。摻雜劑量、加速電壓和柵氧化膜厚度被如此設(shè)置，使摻雜劑量是0.8-4×1015/cm2，使摻雜劑濃度為1×1019-1×1021/cm3。然后通過熱退火、激光退火或其它方法使摻雜區(qū)8再結(jié)晶，以形成TFTS的源和漏區(qū)(圖1(B))。
然后，淀積氧化硅作為中間層絕緣體9，隨后是淀積ITO。用光刻法將此ITO膜按一定圖形刻蝕成有源矩陣液晶顯示器的象素電極10。在中間層絕緣體9中形成接觸孔以露出部分摻雜區(qū)或源和漏區(qū)。用濺射法形成主要由鈦和氮構(gòu)成的第一層。用下述方法通過濺射形成由鋁構(gòu)成的第二層。
鈦靶設(shè)置在濺射室中。在氬和氮的氛圍中形成膜。氬分壓強(qiáng)對(duì)氮分壓強(qiáng)的比率小于0.3，例如是0.25。濺射壓強(qiáng)是3m-torr。通過4.5A的DC電流。氬的流速是24SCCM。氮的流速是6SCCM。第一層具有含較少的氮的下部層。此下部層厚100。以這種方式形成的膜與硅和ITO呈現(xiàn)足夠小的接觸電阻。
然后使濺射室中所含氣體的百分比如此增加，即，使氬分壓強(qiáng)對(duì)氮分壓強(qiáng)的比率超過0.3，例如是1。通過濺射在這種氛圍中形成膜。濺射壓強(qiáng)和DC電流分別是3mtorr和4.5A。氬和氮的流速設(shè)置為15SCCM。通過上述步驟形成第一層的上層(為900)。用這種方法形成的膜與硅有大的接觸電阻。所以不能用作觸點(diǎn)。然而在本實(shí)施例中這種膜能容易地圖形化形成互連線。要注意由于氮分壓強(qiáng)和由于濺射壓強(qiáng)，濺射的淀積速率會(huì)大受影響。例如，若氬對(duì)氮的比率是4∶1，淀積速率是100-120/min。若氬對(duì)氮的比率是1∶1則淀積速率是30-40/min。
在用這種方法形成第一層11后，濺射鋁以形成含1％硅的第二層12。此第二層的厚度是2000-5000。這些層被用光刻法按一定圖形蝕刻。更準(zhǔn)確地說，由鋁構(gòu)成的第二層被用腐蝕劑，例如用由磷酸、醋酸和硝酸組成的混合酸腐蝕。其后，在鋁膜上留下光刻膠時(shí)用由過氧化氫(H2O2)水溶液和氨水(NH4OH)組成的混合液腐蝕第一層。由于這種腐蝕劑使有機(jī)物質(zhì)氧化，下面就要同時(shí)清除有機(jī)物質(zhì)。用這種方法形成從摻雜區(qū)延伸的導(dǎo)電的互連線。然后使此疊層片在氫氣中在300℃下退火，從而完成TFTS。在本實(shí)施例中，形成第一層時(shí)僅接觸點(diǎn)被腐蝕，從而暴露出第二層。接觸卡具13壓到第一層的露出部分以形成接觸點(diǎn)(圖1(C))。
實(shí)施例3在圖7(A)-圖7(H)中示出本實(shí)施例。首先在由Corning70-59構(gòu)成的玻璃基片201上淀積氧化硅作為氧化硅膜202。此氧化硅膜構(gòu)成基底膜。厚度1000-3000。此基片尺寸是300mm×400mm或100mm×100mm。為形成這種氧化物膜，在氧氣氛圍中進(jìn)行濺射。為更有效地進(jìn)行大量生產(chǎn)，可以使四乙基原硅酸鹽(TEOS)分解并用等離子體CVD法淀積。
然后用等離子體CVD法或LPCVD法淀積成厚300-5000，最好是500-1000的非晶硅膜。將這種膜在氧化的氛圍中，在550-600℃下維持24小時(shí)以使此膜結(jié)晶化。這種步驟也可以通過激光照射來進(jìn)行。將此已結(jié)晶化的硅膜用光刻法按一定圖形刻蝕成島狀區(qū)203。用濺射技術(shù)形成厚700-1500的氧化硅膜104。
然后通過電子束蒸發(fā)或?yàn)R射形成厚1000-3μm的鋁膜。這種鋁膜按重量計(jì)含有1％的硅或0.1-0.3％的鈧。通過旋涂形成光刻膠膜，例如由TOKYO OHKA KOGYO CO.，LTD制備的OFPR800/30CP。如果在形成光刻膠膜之前通過陽極氧化形成厚100-1000的氧化鋁膜，則鋁膜完全粘附到光刻膠膜上。還可抑制電流從光刻膠層漏泄。這在下面的陽極氧化步驟中為形成多孔的陽極氧化的氧化物是有效的。隨后用光刻法按一定圖形刻蝕光刻膠膜和鋁膜以形成柵電極205和屏蔽膜200(圖7(A))。
通過使電流通過電解液將柵極205陽極氧化形成厚3000-6000，例如5000的陽極氧化膜206，此陽極氧化步驟是使用檸檬酸、硝酸、磷酸、鉻酸、硫酸或其它酸的3-20％的酸溶液，并對(duì)柵極施加10-30V的恒定電壓。在本實(shí)施例中是在30℃的草酸中對(duì)柵極加20-40分鐘的10V電壓以進(jìn)行陽極氧化。陽極氧化物膜的厚度通過陽極氧化時(shí)間來控制(圖7(B))。
隨后用于腐蝕技術(shù)腐蝕氧化硅膜104。在此腐蝕步驟中，既可使用等離體模式的各向同性腐蝕，也可使用活性離子腐蝕模式的各向異性腐蝕。通過將硅對(duì)氧化硅的選擇比率調(diào)大使活性層不被深腐蝕是重要的。例如，如果用CF4作為腐蝕氣體，陽極氧化物膜不被腐蝕，僅氧化硅膜104被腐蝕。位于多孔陽極氧化物膜206下面的氧化硅膜204未被腐蝕而保留下來(圖7(C))。
再次使電解液中的每個(gè)柵極流過電流。這時(shí)使用含3-10％的酒石酸、硼酸或硝酸的乙二醇溶液。當(dāng)溶液溫度低于室溫或約10℃時(shí)，可獲得好的氧化物膜。以這種方式在柵極的頂和側(cè)表面上形成勢壘型陽極氧化物膜207。此陽極氧化物膜207的厚度與所加的電壓成正比。當(dāng)所加電壓是150V時(shí)，所形成的陽極氧化物膜的厚度是2000。在本實(shí)施例中，將電壓增加到80-150V。電壓的數(shù)值按照所要求的陽極氧化物膜的厚度來確定(圖7(D))。
用勢壘型陽極氧化物膜作掩模，腐蝕掉多孔陽極氧化物膜206。然后用柵極部分205和207以及柵絕緣膜204做掩模，用離子摻雜法注入雜質(zhì)以形成低電阻率的摻雜區(qū)208、211和高電阻率的摻雜區(qū)209、210。摻雜量是1-5×1014/cm2。加速電壓是39-90KV。用磷作雜質(zhì)(圖7(E))。
一種適當(dāng)?shù)慕饘伲玮?、鎳、鉬、鎢、鉑或鈀被濺射到整個(gè)表面。例如，在整個(gè)表面上形成厚50-500的鈦膜212。結(jié)果，該金屬膜，在此實(shí)施例中是鈦膜212，與低電阻率摻雜區(qū)208和211緊密接觸(圖7(F))。
用由KrF受激準(zhǔn)分子激光器發(fā)射的，波長為248nm、脈寬為20nsec的激光照射，以激活所摻雜進(jìn)的雜質(zhì)，并使金屬膜或鈦膜與活性層起反應(yīng)，從而形成金屬硅化物或硅化鈦區(qū)213和214。激光輻射的能量密度是200-400mJ/cm2，最好是250-300mJ/cm2。當(dāng)用激光照射時(shí)，如將基片加熱到200-500℃，則可抑止鈦膜的剝落。
在本實(shí)施例中，像上述那樣應(yīng)用受激準(zhǔn)分子激光器，當(dāng)然也能使用其它激光器，最好使用脈沖激光器。如使用CW激光器，照射的時(shí)間長，以致被照射的物質(zhì)受熱膨脹，結(jié)果會(huì)使該物質(zhì)剝離。
可用的脈沖激光器包括紅外激光器，例如Nd:YAG激光器(最好是Q開關(guān)激光器)、可見光激光器，例如利用產(chǎn)生二次諧波的激光器，和各種使用受激準(zhǔn)分子例如KrF、Xecl和ArF的UV激光器。若激光從上面照射金屬膜，就必須選擇激光的波長使光不從該金屬膜上反射。這在金屬膜很薄時(shí)幾乎沒有問題。激光也可以從基片側(cè)面照射。在這種情況下要選擇可通過下面的硅半導(dǎo)體層傳輸?shù)募す狻?br> 退火可以使用可見光或近紅外光照射的燈退火。如進(jìn)行燈退火，則光要以這樣方式照射，即使被照射物的表面達(dá)到約600-1000℃。若溫度是600℃則照射要持繼幾分鐘。如溫度是1000℃，就只需照射幾十秒。使用紅外光，例如波長1.2μm的紅外光，由于下述的原因，是十分有利的。近紅外光被硅半導(dǎo)體膜有選擇地吸收，因此玻璃基片不會(huì)很熱。通過將每次照射時(shí)間設(shè)置得較短，基片被加熱的程度也較小。
然后，用由過氧化氫、氨和水以5∶2∶2的比率組成的腐蝕劑腐蝕鈦膜。暴露層和鈦層的那些不接觸部分(例如在柵絕緣膜204上和在陽極氧化物膜207上的鈦膜)仍保持金屬狀態(tài)。這些部分可通過這種腐蝕除去。由于氮化鈦膜213和214未被腐蝕，所以它們?nèi)匀槐Ａ?圖7(G))。
最后，如圖7(H)所示，用CVD法在整個(gè)表面上形成厚2000-1μm(例如3000)的氧化硅膜作為中間層絕緣體217。在TFTS的源極和漏極形成接觸孔。加工成厚200-1μm(例如5000)的鋁互連線和電極218和219。在本實(shí)施例中，與鋁互連線接觸的部分由硅化鈦構(gòu)成。在與鋁的交界面處的穩(wěn)定性超過與硅交界的情況。因而可獲得可靠的接觸點(diǎn)。如果將勢壘金屬，例如一氮化鈦淀積在鋁電極218、219和硅化物區(qū)213、214之間，則可靠性能進(jìn)一步提高。在本實(shí)施例中，硅化物區(qū)的表面電阻是10-50Ω/□。高電阻率區(qū)209和210的表面電阻為10至100KΩ/□。結(jié)果，可制造出有好的頻率特性且在高漏極電壓下受熱載流子損壞的影響小的TFTS。在本實(shí)施例中，低電阻率摻雜區(qū)211可做得實(shí)質(zhì)上與金屬硅化物區(qū)一致。
圖6示出用圖7(A)-圖7(H)中的方法在基片上制造多個(gè)TFTS的實(shí)施例。在此實(shí)施例中形成三個(gè)薄膜晶體管TFT1-TFT3。TFT1和TFT2用作驅(qū)動(dòng)TFTS，并且是采取CMOS型器件的形式。在本實(shí)施例中，這些TFTS用作變換器。與圖7(A)-圖7(H)所示的陽極氧化物膜207相應(yīng)的氧化物層505和506有較小的200-1000的厚度，例如500。這些氧化物層與下面的層稍有重疊。TFT3用作象素TFT。陽極氧化物膜507厚達(dá)2000并處于偏移狀態(tài)，從而可扼制漏電流。TFT3的源/漏電極中的一個(gè)與ITO的象素電極508連接。為使陽極氧化物膜有不同的厚度，它們被分離開以允許單獨(dú)控制加到TFTS3柵極上的電壓。TFT1和TFT3是n溝道薄膜晶體管，而TFT2是P溝道薄膜晶體管。
在本實(shí)施例中，在離子摻雜步驟之后再進(jìn)行形成鈦膜的步驟。這種順序是可以改變的。在這種情況下，當(dāng)離子被照射時(shí)，由于鈦膜覆蓋整個(gè)下層，可有效地防止在基片上發(fā)生的異常充電。作為改進(jìn)的例子，在離子摻雜之后再進(jìn)行激光退火步驟。然后形成鈦膜，并通過激光照射或熱退火形成硅化鈦膜。
新型TFTS的源或漏極的接觸點(diǎn)可采用圖8(A)-圖8(C)所示的結(jié)構(gòu)。在這些圖中所示的是玻璃基片1、絕緣膜6、源或漏極8、中間層絕緣膜9、硅化鈦區(qū)301、一氮化鈦層302、鋁層303、一氮化鈦層304、鈦層305、和一氮化鈦層306。
在本發(fā)明中，TFTS的薄的源極、漏極或其它摻雜區(qū)可有高可靠的良好的接觸點(diǎn)，從而能有效地提高整個(gè)電子電路的可靠性。這種方法在工業(yè)上是很有優(yōu)越性的。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，它包括一象素薄膜晶體管和一驅(qū)動(dòng)所述象素薄膜晶體管的驅(qū)動(dòng)電路，所述象素薄膜晶體管包括第一半導(dǎo)體層，它至少具有第一低電阻率的雜質(zhì)區(qū)和在基片上的第一高電阻率雜質(zhì)區(qū)；第一柵極，它靠近所述第一半導(dǎo)體層，且在它們之間插入一柵絕緣膜，其中，所述第一高電阻率雜質(zhì)區(qū)未覆蓋所述第一柵極，和所述驅(qū)動(dòng)電路包括至少一個(gè)薄膜晶體管，所述至少一個(gè)薄膜晶體管包括第二半導(dǎo)體層，它至少具有第二低電阻率雜質(zhì)區(qū)和在基片上的第二高電阻率雜質(zhì)區(qū)；第二柵極，它靠近所述第二半導(dǎo)體層，且在它們之間插入一柵絕緣膜，其中，所述第二高電阻率雜質(zhì)區(qū)具有一個(gè)與所述第二柵極疊置的區(qū)域。
2.按照權(quán)利要求1所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說第一低電阻率雜質(zhì)區(qū)電連接到一個(gè)由銦錫氧化物組成的象素電極。
3.按照權(quán)利要求1所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說第一和所說第二半導(dǎo)體層都具有1500?；蚋〉暮穸?。
4.按照權(quán)利要求1所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說第一和所說第二高電阻率雜質(zhì)區(qū)都具有10至100kΩ/cm2的薄膜電阻。
5.按照權(quán)利要求1所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說第一和第二柵極由選自以下的組別中的至少一種組成，該組別包括鋁、硅、鈦、鉭、鎢和鉬。
6.按照權(quán)利要求1所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說半導(dǎo)體器件是一種液晶顯示器。
7.一種半導(dǎo)體器件，它包括一象素薄膜晶體管和一驅(qū)動(dòng)所述象素薄膜晶體管的驅(qū)動(dòng)電路，所述象素薄膜晶體管包括第一半導(dǎo)體層，它至少具有第一低電阻率的雜質(zhì)區(qū)和在基片上的第一高電阻率雜質(zhì)區(qū)；第一柵極，它靠近所述第一半導(dǎo)體層，且在它們之間插入一柵絕緣膜，其中，所述第一高電阻率雜質(zhì)區(qū)未與所述第一柵極疊置，和所述驅(qū)動(dòng)電路包括至少一個(gè)薄膜晶體管，所述至少一個(gè)薄膜晶體管包括第二半導(dǎo)體層，它至少具有第二低電阻率的雜質(zhì)區(qū)和在基片上的第二高電阻率雜質(zhì)區(qū)；第二柵極，它靠近所述第二半導(dǎo)體層，且在它們之間插入一柵絕緣膜，其中，所述第二高電阻率雜質(zhì)區(qū)具有一個(gè)與所說第二柵極疊置的區(qū)域和一個(gè)未與所說第二柵極疊置的區(qū)域。
8.按照權(quán)利要求7所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說第一低電阻率雜質(zhì)區(qū)電連接到一個(gè)由銦錫氧化物組成的象素電極。
9.按照權(quán)利要求7所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說第一和所說第二半導(dǎo)體層都具有1500?；蚋〉暮穸?。
10.按照權(quán)利要求7所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說第一和所說第二高電阻率雜質(zhì)區(qū)都具有10至100kΩ/cm2的薄膜電阻。
11.按照權(quán)利要求7所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說第一和第二柵極由選自以下的組別中的至少一種組成，該組別包括鋁、硅、鈦、鉭、鎢和鉬。
12.按照權(quán)利要求7所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說半導(dǎo)體器件是一種液晶顯示器。
13.一種半導(dǎo)體器件，它包括一象素薄膜晶體管和一驅(qū)動(dòng)所述象素薄膜晶體管的驅(qū)動(dòng)電路，所述象素薄膜晶體管包括一半導(dǎo)體層，它包括第一雜質(zhì)區(qū)和第二雜質(zhì)區(qū)，而第二雜質(zhì)區(qū)靠近在基片上的第一雜質(zhì)區(qū)；一柵極，它靠近所述半導(dǎo)體層，且在它們之間插入一柵絕緣膜，其中，所述第一雜質(zhì)區(qū)和所說第二雜質(zhì)區(qū)未與所述柵極疊置，和所述驅(qū)動(dòng)電路包括至少一個(gè)薄膜晶體管，所述至少一個(gè)薄膜晶體管包括一半導(dǎo)體層，它包括第三雜質(zhì)區(qū)和第四雜質(zhì)區(qū)，而第四雜質(zhì)區(qū)靠近在基片上的第三雜質(zhì)區(qū)；一柵極，它靠近所述半導(dǎo)體層，且在它們之間插入一柵絕緣膜，其中，所述第三雜質(zhì)區(qū)具有一個(gè)與所說柵極疊置的區(qū)域。
14.按照權(quán)利要求13所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說半導(dǎo)體層具有1500?；蚋〉暮穸取?br> 15.按照權(quán)利要求13所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說第一和所說第三雜質(zhì)區(qū)具有10至100kΩ/cm2的薄膜電阻。
16.按照權(quán)利要求13所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說柵極由選自以下的組別中的至少一種組成，該組別包括鋁、硅、鈦、鉭、鎢和鉬。
17.按照權(quán)利要求13所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說半導(dǎo)體器件是一種液晶顯示器。
18.一種半導(dǎo)體器件，它包括一象素薄膜晶體管和一驅(qū)動(dòng)所述象素薄膜晶體管的驅(qū)動(dòng)電路，所述象素薄膜晶體管包括一半導(dǎo)體層，它包括第一雜質(zhì)區(qū)和第二雜質(zhì)區(qū)，而第二雜質(zhì)區(qū)靠近在基片上的第一雜質(zhì)區(qū)，所說第一雜質(zhì)區(qū)比所說第二雜質(zhì)區(qū)有更高的薄膜電阻；和一柵極，它靠近所述半導(dǎo)體層，且在它們之間插入一柵絕緣膜，其中，所述第一雜質(zhì)區(qū)未與所述柵極疊置，和所述驅(qū)動(dòng)電路包括至少一個(gè)薄膜晶體管，所述至少一個(gè)薄膜晶體管包括一半導(dǎo)體層，它包括第三雜質(zhì)區(qū)和第四雜質(zhì)區(qū)，而第四雜質(zhì)區(qū)靠近在基片上的第三雜質(zhì)區(qū)，所說第三雜質(zhì)區(qū)比所說第四雜質(zhì)區(qū)有更高的薄膜電阻；一柵極，它靠近所述半導(dǎo)體層，且在它們之間插入一柵絕緣膜，其中，所述第三雜質(zhì)區(qū)具有一個(gè)與所說柵極疊置的區(qū)域。
19.按照權(quán)利要求18所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說半導(dǎo)體層具有1500?；蚋〉暮穸取?br> 20.按照權(quán)利要求18所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說第一和所說第三雜質(zhì)區(qū)具有10至100kΩ/cm2的薄膜電阻。
21.按照權(quán)利要求18所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說柵極由選自以下的組別中的至少一種組成，該組別包括鋁、硅、鈦、鉭、鎢和鉬。
22.按照權(quán)利要求18所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說半導(dǎo)體器件是一種液晶顯示器。
23.一種半導(dǎo)體器件，它包括一象素薄膜晶體管，它包括一半導(dǎo)體層，它包括第一雜質(zhì)區(qū)和第二雜質(zhì)區(qū)，而第二雜質(zhì)區(qū)靠近在基片上的第一雜質(zhì)區(qū)；一柵極，它靠近所述半導(dǎo)體層，且在它們之間插入一柵絕緣膜，其中，所述第一雜質(zhì)區(qū)和所說第二雜質(zhì)區(qū)未與所述柵極疊置，和一CMOS電路，它包括一n-溝道薄膜晶體管和一p-溝道薄膜晶體管，所說n-溝道薄膜晶體管包括一半導(dǎo)體層，它包括第三雜質(zhì)區(qū)和第四雜質(zhì)區(qū)，而第四雜質(zhì)區(qū)靠近在基片上的第三雜質(zhì)區(qū)；一柵極，它靠近所述半導(dǎo)體層，且在它們之間插入一柵絕緣膜，其中，所述第三雜質(zhì)區(qū)具有一個(gè)與所說柵極疊置的區(qū)域。
24.按照權(quán)利要求23所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說半導(dǎo)體層具有1500或更小的厚度。
25.按照權(quán)利要求23所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說第一和所說第三雜質(zhì)區(qū)具有10至100kΩ/cm2的薄膜電阻。
26.按照權(quán)利要求23所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說柵極由選自以下的組別中的至少一種組成，該組別包括鋁、硅、鈦、鉭、鎢和鉬。
27.按照權(quán)利要求23所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說半導(dǎo)體器件是一種液晶顯示器。
28.一種半導(dǎo)體器件，它包括一象素薄膜晶體管，它包括一半導(dǎo)體層，它包括第一雜質(zhì)區(qū)和第二雜質(zhì)區(qū)，而第二雜質(zhì)區(qū)靠近在基片上的第一雜質(zhì)區(qū)，所說第一雜質(zhì)區(qū)比所說第二雜質(zhì)區(qū)有更高的薄膜電阻；一柵極，它靠近所述半導(dǎo)體層，且在它們之間插入一柵絕緣膜，其中，所述第一雜質(zhì)區(qū)未與所述柵極疊置，和一CMOS電路，它包括一n-溝道薄膜晶體管和一p-溝道薄膜晶體管，所說n-溝道薄膜晶體管包括一半導(dǎo)體層，它包括第三雜質(zhì)區(qū)和第四雜質(zhì)區(qū)，而第四雜質(zhì)區(qū)靠近在基片上的第三雜質(zhì)區(qū)，所說第三雜質(zhì)區(qū)比所說第四雜質(zhì)區(qū)有更高的薄膜電阻；一柵極，它靠近所述半導(dǎo)體層，且在它們之間插入一柵絕緣膜，其中，所述第三雜質(zhì)區(qū)具有一個(gè)與所說柵極疊置的區(qū)域。
29.按照權(quán)利要求28所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說半導(dǎo)體層具有1500?；蚋〉暮穸?。
30.按照權(quán)利要求28所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說第一和所說第三雜質(zhì)區(qū)具有10至100kΩ/cm2的薄膜電阻。
31.按照權(quán)利要求28所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說柵極由選自以下的組別中的至少一種組成，該組別包括鋁、硅、鈦、鉭、鎢和鉬。
32.按照權(quán)利要求28所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說半導(dǎo)體器件是一種液晶顯示器。
33.一種半導(dǎo)體器件，它包括一象素薄膜晶體管，它包括一半導(dǎo)體層，它包括第一雜質(zhì)區(qū)和第二雜質(zhì)區(qū)，而第二雜質(zhì)區(qū)靠近在基片上的第一雜質(zhì)區(qū)；一柵極，它靠近所述半導(dǎo)體層，且在它們之間插入一柵絕緣膜，其中，所述第一雜質(zhì)區(qū)和所說第二雜質(zhì)區(qū)未與所述柵極疊置，和一反相電路，它包括一n-溝道薄膜晶體管和一p-溝道薄膜晶體管，所說n-溝道薄膜晶體管包括一半導(dǎo)體層，它包括第三雜質(zhì)區(qū)和第四雜質(zhì)區(qū)，而第四雜質(zhì)區(qū)靠近在基片上的第三雜質(zhì)區(qū)；一柵極，它靠近所述半導(dǎo)體層，且在它們之間插入一柵絕緣膜，其中，所述第三雜質(zhì)區(qū)具有一個(gè)與所說柵極疊置的區(qū)域。
34.按照權(quán)利要求33所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說半導(dǎo)體層具有1500?；蚋〉暮穸?。
35.按照權(quán)利要求33所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說第一和所說第三雜質(zhì)區(qū)具有10至100kΩ/cm2的薄膜電阻。
36.按照權(quán)利要求33所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說柵極由選自以下的組別中的至少一種組成，該組別包括鋁、硅、鈦、鉭、鎢和鉬。
37.按照權(quán)利要求33所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說半導(dǎo)體器件是一種液晶顯示器。
38.一種半導(dǎo)體器件，它包括一象素薄膜晶體管，它包括一半導(dǎo)體層，它包括第一雜質(zhì)區(qū)和第二雜質(zhì)區(qū)，而第二雜質(zhì)區(qū)靠近在基片上的第一雜質(zhì)區(qū)，所說第一雜質(zhì)區(qū)比所說第二雜質(zhì)區(qū)有更高的薄膜電阻；和一柵極，它靠近所述半導(dǎo)體層，且在它們之間插入一柵絕緣膜，其中，所述第一雜質(zhì)區(qū)未與所述柵極疊置，和一反相電路，它包括一n-溝道薄膜晶體管和一p-溝道薄膜晶體管，所說n-溝道薄膜晶體管包括一半導(dǎo)體層，它包括第三雜質(zhì)區(qū)和第四雜質(zhì)區(qū)，而第四雜質(zhì)區(qū)靠近在基片上的第三雜質(zhì)區(qū)，所說第三雜質(zhì)區(qū)比所說第四雜質(zhì)區(qū)有更高的薄膜電阻；以及一柵極，它靠近所述半導(dǎo)體層，且在它們之間插入一柵絕緣膜，其中，所述第三雜質(zhì)區(qū)具有一個(gè)與所說柵極疊置的區(qū)域。
39.按照權(quán)利要求38所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說半導(dǎo)體層具有1500?；蚋〉暮穸?。
40.按照權(quán)利要求38所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說第一和所說第三雜質(zhì)區(qū)具有10至100kΩ/cm2的薄膜電阻。
41.按照權(quán)利要求38所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說柵極由選自以下的組別中的至少一種組成，該組別包括鋁、硅、鈦、鉭、鎢和鉬。
42.按照權(quán)利要求38所說的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所說半導(dǎo)體器件是一種液晶顯示器。
全文摘要
一種在絕緣基片上形成的電子電路，它具有由半導(dǎo)體層構(gòu)成的薄膜晶體管(TFTS)。半導(dǎo)體層的厚度小于1500，例如在100－750之間。在半導(dǎo)體層上形成主要由鈦和氮構(gòu)成的第一層。在所說的第一層上面形成由鋁構(gòu)成的第二層。將此第一和第二層按一定圖形刻蝕成導(dǎo)電互連線。此第二層的下表面實(shí)質(zhì)上完全與第一層緊密接觸?；ミB線與該半導(dǎo)體層有良好的接觸。
文檔編號(hào)G02F1/1368GK1516282SQ0310419
公開日2004年7月28日 申請(qǐng)日期1993年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月9日
發(fā)明者宮崎稔, A·村上, 崔葆春, 山本睦夫, 夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所