專利名稱：源極/漏極電極、薄膜晶體管襯底及其制備方法和顯示器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于液晶顯示器、半導(dǎo)體器件和光學(xué)組件的薄膜晶體管的源極/漏極電極和襯底。本發(fā)明還涉及制備所述襯底的方法和顯示器件。具體地，本發(fā)明涉及一種新的源極/漏極電極，其含有作為組件的純鋁或鋁合金的薄膜。
背景技術(shù)：
液晶顯示器在從小尺寸手機(jī)到具有30英寸或更大屏幕的大尺寸電視機(jī)的多種應(yīng)用中得到使用。按照像素驅(qū)動(dòng)方法，它們分為簡單矩陣液晶顯示器和有源矩陣液晶顯示器。其中，具有作為開關(guān)元件的薄膜晶體管(下文簡稱為TFT)的有源矩陣液晶顯示器得到廣泛的使用，因?yàn)樗鼈儗?shí)現(xiàn)了高清晰度的圖像，并且能夠高速地生成圖像。
參照?qǐng)D1，以使用氫化非晶硅作為活性半導(dǎo)體層(以下，也稱為“非晶硅薄膜晶體管襯底”)的具有TFT陣列的襯底(以下，也稱為“薄膜晶體管襯底”)作為實(shí)例，將對(duì)用在有源矩陣液晶顯示器中的代表性液晶面板的構(gòu)造和工作原理進(jìn)行說明。
圖1中的液晶面板100包含薄膜晶體管襯底1、對(duì)襯底2和液晶層3。對(duì)襯底2面朝薄膜晶體管襯底1安置。將液晶層3安置于薄膜晶體管襯底1和對(duì)襯底2之間，并起著光調(diào)制層的作用。薄膜晶體管襯底1包括絕緣玻璃基板1a和在其上安置的薄膜晶體管4、透明像素電極5以及包含掃描線和信號(hào)線的互連部分6。透明像素電極5典型地由包含氧化銦(In2O3)和約10質(zhì)量％的氧化錫(SnO2)的氧化錫銦(ITO)膜制成。薄膜晶體管襯底1由驅(qū)動(dòng)電路13和通過TAB帶12連接到驅(qū)動(dòng)電路13的控制電路14驅(qū)動(dòng)。
對(duì)襯底2包含絕緣玻璃基板1b、共用電極7、濾色器8和遮光膜9。共用電極7安置在面朝薄膜晶體管襯底1的玻璃基板1b的整個(gè)面上。對(duì)襯底2整體上起著對(duì)電極的作用。濾色器8安置在面朝透明像素電極5的位置。遮光膜9安置在面朝薄膜晶體管襯底1上的薄膜晶體管4和互連部分6的位置。對(duì)襯底2還具有使液晶層3中的液晶分子(沒有顯示)取向到預(yù)定方向的取向?qū)?1。
液晶面板還包含分別在薄膜晶體管襯底1和對(duì)襯底2的外側(cè)(在與液晶層3相對(duì)的面上)安置的偏光片10a和10b。
在液晶面板100中，在對(duì)電極2(共用電極7)和透明像素電極5之間形成的電場控制液晶層3中液晶分子的取向方向，從而對(duì)通過液晶層3的光進(jìn)行調(diào)制。這控制了經(jīng)過對(duì)襯底2光的透過量，從而生成和顯示出圖像。
接著，參照?qǐng)D2，對(duì)用于液晶面板的傳統(tǒng)非晶硅薄膜晶體管襯底的構(gòu)造和工作原理進(jìn)行詳細(xì)說明。圖2是圖1中的主要部分″A″的放大圖。
參照?qǐng)D2，將掃描線(薄膜柵極互連)25安置于玻璃基板(沒有顯示)上。掃描線25的一部分起著控制(開和關(guān))薄膜晶體管的柵極電極26的作用。安置柵極絕緣體(氮化硅膜)27以覆蓋柵極電極26。安置信號(hào)線(源極/漏極電極互連)34使掃描線25與插入它們之間的柵極絕緣體27交叉。信號(hào)線34的一部分起著薄膜晶體管的源極電極28的作用。緊挨著柵極絕緣體27相繼安置有非晶硅溝道膜(活性半導(dǎo)體膜)33、信號(hào)線(源極/漏極互連)34和氮化硅夾層電介質(zhì)膜(保護(hù)膜)30。這種類型的液晶面板通常稱為底部柵極型面板。
非晶硅溝道膜33包含摻雜磷(P)的摻雜層(n層)和本征層(i層；也稱為非摻雜層)。在柵極絕緣體27上是像素區(qū)，其中安置透明像素電極5。透明像素電極5是由例如包含In2O3和SnO的ITO膜制成的。通過插入后述金屬阻擋層，薄膜晶體管的漏極電極29與透明像素電極5相接觸并與其電連接。
當(dāng)通過掃描線25將柵極電壓施加于柵極電極26上時(shí)，薄膜晶體管4接通。在這種狀態(tài)中，已施加于信號(hào)線34上的驅(qū)動(dòng)電壓從源極電極28通過漏極電極29施加到透明像素電極5上。當(dāng)在透明像素電極5上施加預(yù)定的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，在參照?qǐng)D1所上述的透明像素電極5和對(duì)電極2之間產(chǎn)生電位差。這種電位差使液晶層3中的液晶分子定向或取向，從而產(chǎn)生光調(diào)制。
在薄膜晶體管襯底1中，與源極/漏極電極電連接的源極/漏極互連34、與透明像素電極5電連接的信號(hào)線(像素電極的信號(hào)線)以及與柵極電極26電連接的掃描線25均由純鋁或鋁合金如Al-Nd(以下純鋁或鋁合金通稱為“鋁合金”)薄膜制成。這是因?yàn)檫@些純鋁或鋁合金具有低的電阻率，并且可以容易地加工。如圖2中所說明，包含難熔金屬如Mo、Cr、Ti或W的金屬阻擋層51、52、53和54安置于這些互連的上面和下面。這樣的互連的代表性實(shí)例是多層(3層)互連，其包含按此順序安置的約50nm厚的鉬(Mo)層(下層金屬阻擋層)、約150nm厚的純鋁或Al-Nd合金薄膜和約50nm厚的Mo層(上層金屬阻擋層)。
下面將對(duì)為什么將3層狀的多層互連用作連接到溝道非晶硅薄膜33的源極/漏極互連34的原因進(jìn)行說明。
如圖2所示，在溝道非晶硅薄膜33和鋁合金薄膜之間安排下層金屬阻擋層53。這種構(gòu)造主要想防止硅和鋁在鋁合金薄膜和溝道非晶硅薄膜之間的界面(下文中也簡稱為″界面″)處的相互擴(kuò)散。
如果使鋁合金與溝道非晶硅薄膜直接接觸，并且在制備薄膜晶體管時(shí)的隨后步驟中進(jìn)行熱處理如燒結(jié)或退火，則鋁合金中的硅擴(kuò)散進(jìn)入非晶硅和/或非晶硅中的硅擴(kuò)散進(jìn)入鋁合金。因而，非晶硅作為半導(dǎo)體的性能顯著惡化，導(dǎo)致接通狀態(tài)電流下降，當(dāng)將薄膜晶體管關(guān)閉時(shí)流動(dòng)的漏電流(斷開狀態(tài)電流)增加，和/或薄膜晶體管的切換速度降低。因此，不能得到所需要的薄膜晶體管性能，并且得到的顯示器件的性能和質(zhì)量差。下層金屬阻擋層53有效地防止了鋁和硅之間的相互擴(kuò)散。
將上層金屬阻擋層54安置在鋁合金薄膜上或之上，主要用于防止鋁合金薄膜的表面上形成小丘(結(jié)節(jié)狀突出)，并且確保與安置其上的ITO層接觸。小丘的形成可能是由通常在約300℃至約400℃的熱處理造成的。該熱處理是在薄膜晶體管襯底的制備方法中，在鋁合金薄膜的沉積之后，在氮化硅膜(保護(hù)膜)的沉積中進(jìn)行的。具體地，將帶有鋁合金薄膜的襯底典型地進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)，由此沉積氮化硅膜(保護(hù)膜)。小丘可能由是在此方法中的鋁合金薄膜和玻璃基板之間的熱膨脹差異引起的。上層金屬阻擋層54有效地防止了小丘的形成。
但是，上和下層金屬阻擋層的形成除了需要用于沉積鋁合金互連的膜沉積系統(tǒng)之外，還需要用于其沉積額外的膜沉積系統(tǒng)。具體地，必須使用包括額外的用于沉積相應(yīng)阻擋金屬薄膜的膜沉積室的膜沉積系統(tǒng)。該系統(tǒng)的代表性實(shí)例是包括連接到傳遞室的多個(gè)膜沉積室的簇工具系統(tǒng)。包括用于沉積金屬阻擋層的額外單元的該系統(tǒng)導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加和生產(chǎn)率降低，這是在低成本下大量生產(chǎn)液晶面板所必須避免的。
如圖2中所示，將鋁合金薄膜連接到透明像素電極5上，其中金屬阻擋層51位于中間。如果將鋁合金薄膜直接到透明像素電極上，則這些組件之間接觸電阻率高，這削弱了顯示圖像的質(zhì)量。用作透明像素電極的互連的材料的鋁對(duì)氧化十分敏感。因此，在鋁合金薄膜和透明像素電極之間的界面形成氧化鋁絕緣層。氧化鋁是由在液晶顯示面板的膜沉積方法中生成或加入的氧產(chǎn)生的。作為透明像素電極材料的氧化錫銦(ITO)是導(dǎo)電的金屬氧化物，但是如果如上所述形成氧化鋁層，它將不能形成導(dǎo)電的歐姆接觸。
然而除了沉積柵極電極、源極電極和漏極電極的濺射系統(tǒng)之外，這種金屬阻擋層的沉積還需要額外的用于其沉積的膜沉積室。這些額外的單元導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加和生產(chǎn)率降低。
此外，用作金屬阻擋層的金屬是在處理如用化學(xué)溶液的濕式蝕刻中，在與純鋁和鋁合金不同的速率下進(jìn)行處理的。因此，不能顯著地控制在該處理時(shí)在橫向或橫向方向上的處理尺寸。因此，不僅是從膜沉積考慮，還是從處理考慮，金屬阻擋層的沉積均需要復(fù)雜的方法，從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加和生產(chǎn)率降低。
因此，提出了不需要金屬阻擋層并可使源極/漏極電極和透明像素電極之間進(jìn)行直接接觸的電極材料，以及可以在源極/漏極電極和半導(dǎo)體層如溝道非晶硅薄膜之間直接接觸的電極材料。
日本未審查的專利申請(qǐng)公布(JP-A)No.Hei 11-337976公開了一種技術(shù)，所述技術(shù)使用包含氧化銦和約10質(zhì)量％氧化鋅的氧化鋅銦(IZO)膜作為透明像素電極材料。然而根據(jù)這種技術(shù)，最廣泛使用的ITO膜必須用IZO膜代替，導(dǎo)致材料成本增加。
JP-A No.Hei 11-283934公開了一種通過對(duì)漏極電極進(jìn)行等離子體處理或離子注入來修飾漏極電極表面的方法。然而，這種方法需要額外的表面處理步驟，導(dǎo)致生產(chǎn)率降低。
JP-A No.Hei 11-284195公開了一種方法，所述的方法從純鋁或鋁合金的第一層和還包含雜質(zhì)如氮、氧、硅和碳的純鋁或鋁合金的第二層制造柵極電極、源極電極和漏極電極。這種方法的優(yōu)勢(shì)在于，構(gòu)成柵極電極、源極電極和漏極電極的薄膜可以在一個(gè)膜沉積室中連續(xù)沉積。然而，這種方法需要沉積包含雜質(zhì)的第二層的額外步驟。另外，生成的源極/漏極互連常常在將雜質(zhì)引入到源極/漏極互連的步驟中從室壁上分層。這是由含雜質(zhì)膜和不含雜質(zhì)膜之間的熱膨脹系數(shù)的差別所導(dǎo)致的。為了避免這種問題，這種方法需要經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)操作而中止薄膜沉積步驟，這導(dǎo)致生產(chǎn)率明顯降低。
在這些情況下，本發(fā)明的發(fā)明人在JP-A No.2004-214606中已經(jīng)公開一種方法，所述的方法不需要金屬阻擋層、簡化了生產(chǎn)方法而沒有增加步驟數(shù)，并且可使鋁合金膜和透明像素電極之間進(jìn)行直接和可靠地接觸。在JP-A No.2004-214606中公開的技術(shù)使用一種鋁合金，所述的鋁合金包含0.1-6原子％的選自Au、Ag、Zn、Cu、鎳、Sr、Ge、Sm和Bi中的至少一種作為合金元素，并且允許這些合金元素中的至少部分在鋁合金膜和透明像素電極的界面成為沉析層或富集層，從而達(dá)到上述目的。
JP-A No.2003-273109公開了一種用于3層狀鋁合金互連的薄膜，其包括以此順序安置的導(dǎo)電上層氮化鋁層(AlN層)、鋁合金薄膜和導(dǎo)電下層氮化鋁層。可以將上層氮化鋁層直接連接到ITO膜上，并且實(shí)現(xiàn)滿意的低接觸電阻?？梢詫⑾聦拥X層直接連接到半導(dǎo)體層如非晶硅層上，并且建立優(yōu)異的歐姆接觸。但是，該方法需要濺射中高度復(fù)雜的控制，因?yàn)闉榱顺练e氮化鋁層，必須在適宜地控制反應(yīng)氣體的組成和比例的同時(shí)進(jìn)行濺射。此外，該方法仍然對(duì)接觸電阻和歐姆接觸的改善敏感，并且需要進(jìn)一步的改善通過將液晶顯示器作為代表性實(shí)例進(jìn)行了上述解釋，但是常規(guī)技術(shù)中的問題在非晶硅薄膜晶體管襯底中是共同的，所述的非晶硅薄膜晶體管襯底不僅用于液晶顯示器，而且用于其它器件。這些問題還發(fā)生在使用多晶硅代替非晶硅作為薄膜晶體管的半導(dǎo)體層的薄膜晶體管襯底中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在這些情況下完成的，并且本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種技術(shù)，該技術(shù)即使沒有下層金屬阻擋層也得到優(yōu)異的薄膜晶體管性質(zhì)，并且可以實(shí)現(xiàn)在源極/漏極互連和薄膜晶體管的半導(dǎo)體層之間直接和可靠的連接。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種技術(shù)，該技術(shù)在沒有下層和上層金屬阻擋層的情況下確保優(yōu)異的薄膜晶體管性質(zhì)、高的熱穩(wěn)定性和低的接觸電阻率，并且不僅可以實(shí)現(xiàn)源極/漏極互連與薄膜晶體管的半導(dǎo)體層的直接和可靠的連接，而且可以實(shí)現(xiàn)源極/漏極互連與透明像素電極的直接和可靠的連接。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于包含基板、薄膜晶體管半導(dǎo)體層、源極/漏極電極和透明像素電極的薄膜晶體管襯底中的源極/漏極電極，所述的源極/漏極電極包含含氮層和純鋁或鋁合金的薄膜，其中如此設(shè)置所述的源極/漏極電極，使得所述含氮層的氮結(jié)合至所述薄膜晶體管半導(dǎo)體層的硅上，并且其中如此設(shè)置所述的源極/漏極電極，使得將所述的純鋁或鋁合金的薄膜通過所述的含氮層連接至所述的薄膜晶體管半導(dǎo)體層。
一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述的含氮層主要包含氮化硅。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中的含氮層包含氧氮化硅。
所述的含氮層的氮原子的表面密度(N1)優(yōu)選為大于等于1014cm-2且小于等于2×1016cm-2。
所述的含氮層具有氧原子的表面密度(O1)，其中N1與O1的比率(N1/O1)優(yōu)選為1.0或更高。
所述的含氮層的氮原子的表面密度優(yōu)選等于或高于構(gòu)成所述半導(dǎo)體層的硅有效懸空鍵的表面密度。
所述的含氮層的厚度優(yōu)選在大于等于0.18nm和小于等于20nm的范圍內(nèi)。
在又一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述的含氮層具有氮原子數(shù)(N)和硅原子數(shù)(Si)，其中N與Si的最大比率(N/Si)在大于等于0.5和小于等于1.5的范圍內(nèi)。
所述的薄膜晶體管半導(dǎo)體層優(yōu)選包含非晶硅或多晶硅。
所述的鋁合金優(yōu)選包含6原子％或更低的鎳(Ni)作為合金元素。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述的純鋁或鋁合金的薄膜是鋁合金的薄膜，所述的鋁合金包含大于等于0.3原子％和小于等于6原子％的鎳(Ni)作為合金元素，并且如此設(shè)置所述的源極/漏極電極，使得鋁合金的薄膜還直接連接至所述的透明像素電極。
所述的鋁合金還可以包含大于等于0.1原子％和小于等于1.0原子％的選自下列中的至少一種元素作為合金元素Ti、V、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W。
在再一個(gè)實(shí)施方案中的鋁合金還可以包含大于等于0.1原子％和小于等于2.0原子％的選自下列中的至少一種元素作為合金元素Mg、Cr、Mn、Ru、Rh、Pd、Ir、Pt、La、Gd、Tb、Dy、Nd、Y、Co和Fe。
本發(fā)明還提供一種薄膜晶體管襯底，其包含所述的源極/漏極電極。
本發(fā)明還提供一種顯示器件，其包含所述的薄膜晶體管襯底。
此外且有利的是，本發(fā)明提供一種制造所述的薄膜晶體管襯底的方法，該方法包括以下步驟(a)在基板或之上沉積半導(dǎo)體層，制備薄膜晶體管襯底；(b)在所述的半導(dǎo)體層上形成含氮層；和(c)在所述的含氮層上沉積純鋁或鋁合金的層。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述的半導(dǎo)體層是在步驟(a)中在沉積系統(tǒng)中沉積的，并且步驟(b)是在相同的沉積系統(tǒng)中進(jìn)行的。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述的半導(dǎo)體層是在步驟(a)中在室中沉積的，并且步驟(b)是在相同的室中進(jìn)行的。
在再一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述的半導(dǎo)體層是在步驟(a)中在沉積溫度下沉積的，并且步驟(b)是在與所述的沉積溫度基本上相同的溫度下進(jìn)行的。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述的半導(dǎo)體層是在步驟(a)中使用氣體沉積的，并且步驟(b)是在所述的氣體與含氮?dú)怏w的混合物的氣氛中進(jìn)行的。
在再一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，步驟(b)是在含氮?dú)怏w與還原氣體的混合物的氣氛中進(jìn)行的。
步驟(b)優(yōu)選是由等離子體氮化方法進(jìn)行的。
所述的等離子體氮化方法優(yōu)選是在55Pa或更高的壓力下進(jìn)行的。
所述的等離子體氮化方法優(yōu)選是在300℃或更高的溫度下進(jìn)行的。
所述的等離子體氮化方法優(yōu)選是在含氮?dú)怏w與還原氣體的混合物的氣氛中進(jìn)行的。
步驟(b)中的等離子體氮化方法優(yōu)選是在含氮?dú)怏w和步驟(a)中使用的氣體的混合物的氣氛中進(jìn)行的。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，步驟(b)是由熱氮化方法進(jìn)行的。
所述的熱氮化方法優(yōu)選是在400℃或更低的溫度下進(jìn)行的。
可以由氨基化方法進(jìn)行步驟(b)。
所述的氨基化方法優(yōu)選使用紫外輻照。
所述的氨基化方法優(yōu)選使用含有氮原子的溶液。
可以由濺射方法進(jìn)行步驟(c)。
根據(jù)本發(fā)明的源極/漏極電極具有上述構(gòu)造，可以使用通常使用的純鋁或鋁合金。此外，與常規(guī)技術(shù)相反，可以將它們?cè)跊]有金屬阻擋層的情況下通過含氮層連接到薄膜晶體管的半導(dǎo)體層。所述的源極/漏極電極具有良好的薄膜晶體管性質(zhì)。
通過還使用含有特定量的鎳的Al-Ni合金作為鋁合金，根據(jù)本發(fā)明的源極/漏極電極可以不僅直接連接到薄膜晶體管的半導(dǎo)體層，而且直接連接到透明像素電極。得到的源極/漏極電極具有優(yōu)異的薄膜晶體管性質(zhì)、接觸電阻率和熱穩(wěn)定性。
使用根據(jù)本發(fā)明的源極/漏極電極提供高性能的顯示器件，其可以低成本高生產(chǎn)率地制造。
此外，從如下參考附圖的優(yōu)選實(shí)施方案描述中，本發(fā)明更多的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯。


圖1是說明使用非晶硅薄膜晶體管襯底的代表性液晶面板構(gòu)造的剖面放大示意圖；圖2是說明代表性常規(guī)非晶硅薄膜晶體管襯底構(gòu)造的示意性剖面圖；圖3是說明作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的薄膜晶體管襯底構(gòu)造的示意性剖面圖；圖4A、4B、4C、4D、4E、4F和4G是說明圖3的薄膜晶體管襯底的部分制造方法的流程圖；圖5是在實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1中制備的溝道非晶硅薄膜和Al-Ni合金薄膜之間界面的橫截面電子透射顯微照片；圖6是作為比較例的、沒有含氮層的樣品的溝道非晶硅薄膜和Al-Ni合金薄膜之間界面的橫截面電子透射顯微照片；圖7顯示的是用于測(cè)量鋁合金薄膜和透明像素電極之間的接觸電阻率的開爾文模型；圖8是顯示膜應(yīng)力如何根據(jù)鋁合金膜的沉積溫度而變化的圖；圖9是在實(shí)驗(yàn)實(shí)施例14中制備的溝道非晶硅薄膜和Al-Ni合金薄膜之間界面的橫截面電子透射顯微照片；和圖10是在實(shí)驗(yàn)實(shí)施例15中制備的溝道非晶硅薄膜和Al-Ni合金薄膜之間界面的橫截面電子透射顯微照片。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行深入細(xì)致的研究，以提供連接到薄膜晶體管的半導(dǎo)體層上的新源極/漏極電極。具體地，他們進(jìn)行深入細(xì)致的研究，以提供新源極/漏極電極，其與常規(guī)的等價(jià)物相反，在沒有金屬阻擋層位于中間的情況下連接到半導(dǎo)體層時(shí)可以顯示優(yōu)異的薄膜晶體管性質(zhì)，并且可以原樣地使用純鋁或鋁合金(下文中，這些常規(guī)的鋁材料統(tǒng)稱為″鋁合金″)，所述的鋁合金通常常規(guī)地用作源極/漏極電極互連的材料。結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)可以通過由含氮層和鋁合金薄膜構(gòu)造與半導(dǎo)體層相鄰安置的源極/漏極電極，其中含氮層的氮(N)與半導(dǎo)體層的硅(Si)結(jié)合，來實(shí)現(xiàn)所述的目的。本發(fā)明是基于這些發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)的。此構(gòu)造可以實(shí)現(xiàn)鋁合金薄膜和薄膜晶體管的半導(dǎo)體層之間通過含氮層的直接連接。
通過使用還包含0.3至6原子％的鎳的鋁合金(下文中，也稱作″Al-Ni合金″，以與常規(guī)的鋁合金相區(qū)別)作為所述的鋁合金，可以將Al-Ni合金薄膜直接連接到透明像素電極。與常規(guī)的等價(jià)物相反，這提供了在沒有金屬阻擋層下具有良好電性能的源極/漏極電極。
此處中所使用的術(shù)語″源極/漏極電極″是指并且包括源極/漏極電極本身和源極/漏極互連。具體地，根據(jù)本發(fā)明的源極/漏極電極各自包含與源極/漏極互連結(jié)合的源極/漏極電極，其中源極/漏極互連與源極/漏極區(qū)接觸。
下面將詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的源極/漏極電極。為了便于解釋，將源極/漏極電極分類并且區(qū)分為″根據(jù)第一實(shí)施方案的源極/漏極電極″和″根據(jù)第二實(shí)施方案的源極/漏極電極″?？梢詫⒏鶕?jù)第一實(shí)施方案的源極/漏極電極在沒有金屬阻擋層位于中間的情況下連接到薄膜晶體管的半導(dǎo)體層，并且可以將根據(jù)第二實(shí)施方案的源極/漏極電極在沒有金屬阻擋層位于中間的情況下連接到薄膜晶體管的半導(dǎo)體層，并且還可以直接連接到透明像素電極。根據(jù)第二實(shí)施方案的源極/漏極電極除了鋁材料的組成外，具有與根據(jù)第一實(shí)施方案的源極/漏極電極相同的構(gòu)造。
根據(jù)第一實(shí)施方案的源極/漏極電極根據(jù)第一實(shí)施方案的源極/漏極電極各自包含含氮層和鋁合金薄膜。安排含氮層，以使其覆蓋薄膜晶體管半導(dǎo)體層，并且含氮層的氮(N)與半導(dǎo)體層的硅結(jié)合。含氮層起著阻擋層的作用，用于防止鋁和硅在鋁合金薄膜和薄膜晶體管半導(dǎo)體層之間的界面處的相互擴(kuò)散。因此，如由后面所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例所證明的，與常規(guī)的等價(jià)物相反，根據(jù)第一實(shí)施方案的源極/漏極電極在沒有典型的為鉬(Mo)的金屬阻擋層的情況下提供優(yōu)異的薄膜晶體管性質(zhì)。這種構(gòu)造不需要用于沉積阻擋層金屬的額外膜沉積系統(tǒng)，因?yàn)槔?，在沉積半導(dǎo)體層之后且在沉積鋁合金層之前，由等離子體氮化方法可以容易地形成含氮層。
下面將詳細(xì)說明本發(fā)明中起重要作用的含氮層。
如上所述，含氮層的氮(N)與半導(dǎo)體層的硅結(jié)合，由此含氮層主要包含氮化硅。該層可以還包含氧氮化硅。氧氮化硅形成的原因是氮化硅與氧(O)的結(jié)合，所述的氧(O)是例如在含氮層的沉積方法中不可避免地引入的。
如由后面所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例所證明的，含氮層優(yōu)選還滿足下面的要求。
含氮層的氮的表面密度優(yōu)選等于或高于薄膜晶體管的半導(dǎo)體層的材料(硅為代表)的有效懸空鍵的表面密度。如上所述，半導(dǎo)體層的表面必須由含氮層覆蓋，以防止金屬互連材料和半導(dǎo)體材料之間的相互擴(kuò)散。在這種情況下，半導(dǎo)體層表面上的未結(jié)合鍵(懸空鍵)優(yōu)選與氮化合。此處的術(shù)語″有效懸空鍵″是指即使考慮到氮原子的空間位阻也可以存在于半導(dǎo)體層表面中的鍵。術(shù)語″有效懸空鍵的表面密度″是指假定含氮層覆蓋半導(dǎo)體層的整個(gè)表面的表面密度。有效懸空鍵的表面密度根據(jù)半導(dǎo)體材料的類型而變化。在硅的情況下，它基本上在約1014cm-2至1015cm-2的范圍內(nèi)，雖然根據(jù)晶體的平面方面而稍有變化。
具體地，在含氮層主要包含氮化硅時(shí)和在它除了主要組分氮化硅還包含氧氮化硅時(shí)的兩種情況下，在純鋁或鋁合金的薄膜和半導(dǎo)體層之間的界面處的含氮層的氮的表面密度(N1)優(yōu)選為大于等于1014cm-2和小于等于2×1016cm-2。為了確保所需的薄膜晶體管性質(zhì)，含氮層的氮的表面密度(N1)更優(yōu)選為2×1014cm-2或更高，并且進(jìn)一步優(yōu)選為4×1014cm-2或更高。但是，過分高的含氮層的氮的表面密度(N1)可能導(dǎo)致含氮層中絕緣氮化硅的量增加。這導(dǎo)致電阻增加，因此惡化薄膜晶體管性質(zhì)。更優(yōu)選將氮的表面密度(N1)的上限設(shè)置在1×1016cm-2。
當(dāng)含氮層包含氧氮化硅時(shí)，即除了氮化硅還包含氧化硅時(shí)，除了滿足氮的表面密度(N1)的要求外，氮的表面密度(N1)與氧的表面密度(O1)的比率(N1/O1)優(yōu)選為1.0或更高。這進(jìn)一步改善了薄膜晶體管性質(zhì)。氮化硅和氧氮化硅主要是絕緣體，但這些構(gòu)造中的電阻可以低，因?yàn)槿缟院笏觯獙拥暮穸确浅１?，例如為大于等?.18nm和小于等于20nm。
本發(fā)明用實(shí)驗(yàn)方法發(fā)現(xiàn)比率N1/O1影響薄膜晶體管性質(zhì)，并且比率N1/O1應(yīng)當(dāng)優(yōu)選為1.0或更高，以提供更優(yōu)異的薄膜晶體管性質(zhì)，如在后面所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例中所證明的。這可能是因?yàn)楹獙又械碾娮栊越M分在高比率N1/O1下降低，從而得到作為薄膜晶體管的滿意性質(zhì)。比率N1/O1優(yōu)選盡可能地高，并且優(yōu)選它為1.05或更高，并且進(jìn)一步優(yōu)選為1.1或更高。
例如，在使用等離子體氮化方法形成含氮層時(shí)，可以通過適宜地控制等離子產(chǎn)生的條件，如等離子體的氣體壓力和氣體組成，以及處理溫度來調(diào)節(jié)比率N1/O1。這將在稍后詳細(xì)解釋。
例如，可以由盧瑟福反散射能譜法(RBS)來測(cè)定含氮層的氮的表面密度(N1)和氧的表面密度(O1)。
含氮層的厚度優(yōu)選為大于等于0.18nm和小于等于20nm。如上所述，含氮層作為用于防止鋁和硅在鋁合金層和薄膜晶體管半導(dǎo)體層之間界面處的相互擴(kuò)散的阻擋層是有效的，但是，過分厚的含氮層可能削弱薄膜晶體管的性能。通過將含氮層的厚度控制在上面所規(guī)定的范圍內(nèi)，可以將由于含氮層的存在而導(dǎo)致的電阻的增加控制在沒有不利地影響TFT性能的范圍內(nèi)。含氮層的厚度更優(yōu)選為15nm或更低，并且進(jìn)一步優(yōu)選為10nm或更低。最少超過一層硅-氮鍵單層對(duì)于含氮層是足夠的。硅-氮的原子距離為約0.18nm，因此，含氮層的最小厚度優(yōu)選為0.18nm或更高。更優(yōu)選含氮層的厚度為0.2nm，并且進(jìn)一步優(yōu)選為0.4nm?？梢杂筛鞣N物理分析方法如上述的RBS方法、X射線光電子能譜法(XPS)、次級(jí)離子質(zhì)譜法(SIMS)、RF輝光放電發(fā)射光譜法(GD-OES)來測(cè)定含氮層的厚度。在后面所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例中，含氮層的厚度是由RBS和XPS測(cè)定的。
含氮層中，氮原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率(N/Si)的最大值優(yōu)選大于等于0.5且小于等于1.5。這可以使含氮層有效地起阻擋層作用，而沒有惡化薄膜晶體管性質(zhì)。比率N/Si更優(yōu)選為0.6或更高，并且進(jìn)一步優(yōu)選為0.7或更高。
例如，可以通過將等離子體的輻照時(shí)間控制在約1分鐘至約10分鐘的范圍內(nèi)，來調(diào)節(jié)比率N/Si。這將在稍后詳細(xì)解釋。
例如，可以根據(jù)RBS，通過在含氮層的厚度方向上分析這些元素(氮和硅)，來測(cè)定比率N/Si。
例如，通過將半導(dǎo)體層的最上層進(jìn)行氮化，形成含氮層。對(duì)氮化方法沒有特別限制，并且包括例如如下面詳細(xì)描述的(i)等離子體氮化方法、(ii)熱氮化方法和(iii)氨基化方法。
(i)等離子體氮化方法等離子體氮化方法使用等離子體。如由后面所述的實(shí)施方案1和實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1所證明的，該方法優(yōu)選使用含氮?dú)怏w。含氮?dú)怏w可以是非還原性氣體，如N2、NH3或NF3。這些氣體中的每一種可以單獨(dú)使用，或作為氣體混合物組合使用。如果使用氧化性氣體如N2O氣，則氧化性氣體中的氧(O)與硅之間的反應(yīng)在氮和硅之間的反應(yīng)之前進(jìn)行，從而不能形成所需要的氮化硅層，因?yàn)榘雽?dǎo)體層表面的硅對(duì)氧化非常敏感。具體地，優(yōu)選將薄膜晶體管半導(dǎo)體層放置在含氮的等離子體源的附近?？梢愿鶕?jù)等離子體的類型和產(chǎn)生等離子體的條件，如功率、壓力、溫度和氣體組成，將等離子體源和半導(dǎo)體層之間的距離設(shè)置在適宜的范圍內(nèi)。它優(yōu)選為約數(shù)十厘米或更小。在如此鄰近等離子體處存在高能氮原子，并且它們可以容易在半導(dǎo)體層的表面上形成所需要的含氮層。
可以例如通過離子注入，由含氮的等離子體源供給氮。在這種情況下，可以任意地設(shè)置等離子體源和半導(dǎo)體層之間的距離，因?yàn)橛呻妶黾铀俚碾x子可以長距離地前進(jìn)。優(yōu)選通過將半導(dǎo)體層放置在等離子體源的附近并且將負(fù)高壓脈沖施加至半導(dǎo)體層以將離子注入半導(dǎo)體層的整個(gè)表面，來進(jìn)行離子注入。備選地，可以使用專用的離子注入機(jī)來進(jìn)行離子注入。
優(yōu)選以下面的方式控制等離子體產(chǎn)生的條件，如用于產(chǎn)生等離子體的氣體的壓力和組成，以及處理溫度，以將含氮層中的氮的表面密度(N1)與氧的表面密度(O1)的比率(N1/O1)設(shè)置在1.0或更高，從而進(jìn)一步改善薄膜晶體管性質(zhì)，如由后面所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例所證明的。這有效地防止了半導(dǎo)體層的氧化，加速了氮化反應(yīng)，并且提高了氮化效率。
具體地，反應(yīng)壓力優(yōu)選為55Pa或更高。如果壓力低于55Pa，氮化反應(yīng)可能進(jìn)行緩慢，并且形成可以有效地起擴(kuò)散阻擋層作用的含氮層所花費(fèi)的時(shí)間長。此外，氧化反應(yīng)可能顯著地先于氮化反應(yīng)進(jìn)行，這導(dǎo)致薄膜晶體管性質(zhì)惡化。鑒于此，該壓力優(yōu)選盡可能地高，并且更優(yōu)選為60Pa或更高，進(jìn)一步優(yōu)選為66Pa或更高。該壓力的上限典型地根據(jù)所使用的系統(tǒng)或單元的性能而變化，不能唯一地確定?？紤]到等離子體的穩(wěn)定供給，該壓力優(yōu)選為約400Pa或更低，并且更優(yōu)選為約266Pa或更低。例如，在后面所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例11中所使用的系統(tǒng)中，用于穩(wěn)定地供給等離子體的壓力的上限為133Pa。
反應(yīng)溫度優(yōu)選為300℃或更高。如果反應(yīng)溫度低于300℃，氮化反應(yīng)可能進(jìn)行緩慢，并且形成可以有效地起擴(kuò)散阻擋層作用的含氮層所花費(fèi)的時(shí)間長。此外，氧化反應(yīng)可能顯著地先于氮化反應(yīng)進(jìn)行，這導(dǎo)致薄膜晶體管性質(zhì)惡化。但是，過分高的反應(yīng)溫度可能導(dǎo)致半導(dǎo)體層的惡化和損壞，因而反應(yīng)溫度優(yōu)選為約360℃或更低。
此處所用的氣體可以是單獨(dú)的含氮?dú)怏w，如N2、NH3或NF3，但是優(yōu)選為含氮?dú)怏w與還原氣體的混合物。這進(jìn)一步有效地防止了半導(dǎo)體層的氧化。還原氣體的實(shí)例是NH3和H2。這些氣體中，NH3不僅作為還原氣體而且作為含氮?dú)怏w起作用，并且它可以單獨(dú)使用，或與例如H2組合使用。
備選地，用于等離子體氮化的氣體優(yōu)選是含氮?dú)怏w與在沉積半導(dǎo)體層中所使用的材料氣體(SiH4)的氣體混合物。當(dāng)通過單獨(dú)使用含氮?dú)怏w形成含氮層時(shí)，必須在沉積半導(dǎo)體層之后將用于沉積半導(dǎo)體層的氣體從室中清除出去。在氣體混合物的氣氛中的等離子體氮化不需要將用于沉積半導(dǎo)體層的氣體清除出去，這縮短了處理時(shí)間。
(ii)熱氮化方法通常將熱氮化方法用于氮化，典型地是因?yàn)榈玫降哪さ牧己蒙铄兡芰?。具體地，如由后面所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例2所證明的，例如，優(yōu)選在氮?dú)鈿夥罩性?00℃或更低的溫度下進(jìn)行加熱。過分高的加熱溫度可以導(dǎo)致增加對(duì)半導(dǎo)體層的損壞。相反，過分低的加熱溫度可能不能有效地提供所需要的含氮層。更優(yōu)選將加熱溫度控制在大于等于200℃且小于等于380℃，并且進(jìn)一步優(yōu)選控制在大于等于250℃且小于等于350℃。如由后面所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例3所證明的，可以將加熱處理(熱氮化方法)與等離子體氮化方法合并在一起進(jìn)行。這進(jìn)一步加速了含氮層的形成。
(iii)氨基化方法氨基化方法通過光的作用用來加速氣體的分解或反應(yīng)，從而形成含氮層。通常使用波長在紫外區(qū)(約200nm至400nm)的光。光源可以是汞燈，如波長為254nm的低壓汞燈，或波長為365nm的高壓汞燈；或受激準(zhǔn)分子激光器系統(tǒng)，如波長為194nm的ArF激光器，或波長為248nm的KrF激光器。更具體地，如由后面所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例4所證明的，優(yōu)選在含氮?dú)怏w中使用更短波長的紫外輻照進(jìn)行氨基化。這實(shí)現(xiàn)了將更高的能量用于酰胺化。
優(yōu)選使用典型地含有氨基的含氮溶液進(jìn)行氨基化方法。在含氮液體與半導(dǎo)體層接觸的同時(shí)，通過采用紫外輻照，可以更有效地將氮供給至半導(dǎo)體層。具體的程序示于后面所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例4中。
如上所述，優(yōu)選由方法(i)至(iii)中的至少一種沉積含氮層。優(yōu)選如下設(shè)置或選擇用于沉積含氮層的系統(tǒng)(裝置)、室、溫度和氣體組成，以簡化制備方法和縮短處理時(shí)間。
至于系統(tǒng)，優(yōu)選含氮層的形成是在與用于沉積半導(dǎo)體層的沉積系統(tǒng)相同的系統(tǒng)中進(jìn)行的，并且更優(yōu)選是在與沉積半導(dǎo)體層相同的系統(tǒng)的相同室中進(jìn)行的，以簡化制備方法。這消除了在工件在系統(tǒng)間或一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的多余移動(dòng)。
至于溫度，優(yōu)選在與半導(dǎo)體層的膜-沉積溫度基本上相等的溫度下進(jìn)行含氮層的形成，即，在半導(dǎo)體層的膜-沉積溫度的±10℃的范圍內(nèi)。這節(jié)省了用于調(diào)節(jié)該溫度的額外時(shí)間。
此處所用的氣體可以是單獨(dú)的含氮?dú)怏w，如N2、NH3或NF3，但是優(yōu)選為含氮?dú)怏w與用于沉積半導(dǎo)體層的材料氣體(SiH4)的氣體混合物。當(dāng)通過單獨(dú)使用含氮?dú)怏w形成含氮層時(shí)，必須在沉積半導(dǎo)體層之后將用于沉積半導(dǎo)體層的氣體從室中清除出去。在氣體混合物的氣氛中的氮化不需要將用于沉積半導(dǎo)體層的氣體清除出去，因而縮短了處理時(shí)間。
備選地，該氣體優(yōu)選為含氮?dú)怏w與還原氣體的混合物。這進(jìn)一步有效地防止了半導(dǎo)體層的氧化。還原氣體的實(shí)例是NH3和H2。這些氣體中，NH3不僅作為還原氣體而且作為含氮?dú)怏w起作用，并且它可以單獨(dú)使用，或與例如H2組合使用。
在薄膜晶體管半導(dǎo)體層上形成含氮層之后，典型地通過濺射方法沉積鋁合金膜，從而得到所需要的源極/漏極互連?？梢酝ㄟ^使用單一的濺射靶和單一的濺射氣體來沉積根據(jù)本發(fā)明的源極/漏極電極，并且不需要如上述JP-A No.2003-273109那樣改變?yōu)R射氣體的組成。因此，本發(fā)明可以進(jìn)一步簡化制備方法。
根據(jù)本發(fā)明的源極/漏極電極的主要特征之一是安排在薄膜晶體管半導(dǎo)體層和鋁合金層之間的含氮層，以覆蓋半導(dǎo)體層。因此，對(duì)鋁合金和半導(dǎo)體層的類型沒有特別限制，并且可以使用通常用于源極/漏極電極的那些，只要沒有不利地影響薄膜晶體管性質(zhì)即可。半導(dǎo)體層的代表性實(shí)例是非晶硅和多晶硅。鋁合金可以是例如通常使用的鋁材料，如純鋁或含有硅、銅或稀土元素如Nd或Y作為合金元素的鋁合金。
根據(jù)第一實(shí)施方案的源極/漏極電極中的互連的鋁材料可以是原樣的常規(guī)鋁合金，但是，如上所述，優(yōu)選是含有6原子％或更低的鎳的Al-Ni合金。即使得到的薄膜晶體管襯底不使用金屬阻擋層，這種構(gòu)造也可以得到等效于常規(guī)鋁合金的那些的薄膜晶體管性質(zhì)。這將在后面所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例中得到證明。如果Al-Ni合金含有高于6原子％的鎳，Al-Ni合金薄膜可能具有過分高的電阻。因此，像素的響應(yīng)速度可能降低，功率消耗可以增加，并且得到的顯示器具有削弱的質(zhì)量而不適宜于實(shí)際應(yīng)用。更優(yōu)選鎳含量為5原子％或更低?？紤]到薄膜晶體管性質(zhì)，對(duì)鎳含量的下限沒有特別限制。但是，當(dāng)將Al-Ni合金薄膜直接連接到ITO薄膜時(shí)，Ni-Al合金優(yōu)選含有0.3原子％或更高的鎳。
用于本發(fā)明的Al-Ni合金可以還包含作為第三成分的，大于等于0.1原子％和小于等于1.0原子％的選自由下列組成的組中的至少一種元素Ti、V、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W(這組以下也稱作″組X1″)。得到的合金在以下也稱作″Al-Ni-X1合金″。備選地或另外地，Al-Ni合金可以還包含大于等于0.1原子％和小于等于2.0原子％選自由下列組成的組中的至少一種元素Mg、Cr、Mn、Ru、Rh、Pd、Ir、Pt、La、Gd、Tb、Dy、Nd、Y、Co和Fe(這組以下也稱作″組X2″)。得到的合金在以下也稱作″Al-Ni-X2合金″。本發(fā)明中也可以使用Al-Ni-X1-X2合金，其含有屬于組X1的至少一種元素和屬于組X2的至少一種元素。
屬于組X1和組X2的元素中的至少一種，如果結(jié)合在Al-Ni合金中，用來防止熱穩(wěn)定性下降，所述的熱穩(wěn)定性下降是由于在使Al-Ni合金薄膜直接與ITO膜接觸時(shí)，在Al-Ni合金薄膜的表面上形成小丘(不平的突出)而導(dǎo)致的。組X1和X2在詳細(xì)觀察時(shí)它們的操作上彼此是不同的。在稍后的根據(jù)第二實(shí)施方案的源極/漏極電極中，將詳細(xì)描述這些不同，包括它們的優(yōu)選含量。
與常規(guī)的等價(jià)物相反，根據(jù)第一實(shí)施方案的源極/漏極電極不需要位于鋁合金薄膜和薄膜晶體管半導(dǎo)體層之間的下層金屬阻擋層。因此，鋁合金薄膜可以通過含氮層直接與半導(dǎo)體層接觸。發(fā)現(xiàn)與使用常規(guī)鋁合金薄膜、具有金屬阻擋層如鉻層位于中間的常規(guī)薄膜相比，在后面所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例中制備的、使用純鋁或Al-Ni合金的薄膜的樣品TFT實(shí)現(xiàn)了相同或更高的薄膜晶體管性質(zhì)。因此，本發(fā)明不需要金屬阻擋層，從而簡化了制備方法并且降低了生產(chǎn)成本。
根據(jù)第二實(shí)施方案的源極/漏極電極根據(jù)第二實(shí)施方案的源極/漏極電極各自包含含氮層和Al-Ni合金薄膜。根據(jù)第二實(shí)施方案的源極/漏極電極具有與根據(jù)第一實(shí)施方案的源極/漏極電極相同的構(gòu)造，不同之處在于使用后面所述的特定Al-Ni合金作為鋁材料。此處將省略對(duì)與根據(jù)第一實(shí)施方案的源極/漏極電極相同的構(gòu)造如含氮層的描述。
特定的Al-Ni合金允許Al-Ni合金薄膜和薄膜晶體管半導(dǎo)體層之間通過含氮層直接連接，此外，可以允許Al-Ni合金和透明像素電極之間的直接連接。這可能是因?yàn)樵贏l-Ni合金和透明像素電極之間的界面處形成了導(dǎo)電氧化物(AlOx，0＜x≤0.8)和/或鎳富集層。這將在稍后詳細(xì)描述。
首先，將描述用于根據(jù)第二實(shí)施方案的源極/漏極電極的Al-Ni合金。
此處所用的Al-Ni合金包含大于等于0.3原子％和小于等于6原子％的鎳。鎳含量的下限(0.3原子％)主要是考慮降低Al-Ni合金薄膜和透明像素電極之間的界面處的接觸電阻率和確保滿意的熱穩(wěn)定性而設(shè)置的。
如果根據(jù)第二實(shí)施方案的源極/漏極電極的鎳含量低于0.3原子％，則界面處的接觸電阻率稍有增加并且熱穩(wěn)定性降低。如果鎳含量超過6原子％，Al-Ni合金薄膜可能具有過分高的電阻。因此，像素的響應(yīng)速度可能降低，功率消耗增加，并且得到的顯示器具有削弱的質(zhì)量而不適宜于實(shí)際應(yīng)用。考慮到這些優(yōu)選和缺點(diǎn)，優(yōu)選鎳含量為大于等于0.5原子％且小于等于5原子％。
Al-Ni合金還優(yōu)選包含作為第三成分的、大于等于0.1原子％和小于等于1.0原子％的屬于組X1的至少一種元素。如果屬于組X1的至少一種元素的含量低于0.1原子％，則不能有效地顯示這些元素的活性。相反，如果它超過1.0原子％，活性可能增加，但是Al-Ni-X1合金薄膜的電阻率可能增加?？紤]到這些，屬于組X1的至少一種元素的含量更優(yōu)選為大于等于0.2原子％且小于等于0.8原子％。這些元素中的每一種可以單獨(dú)使用或組合使用。當(dāng)將它們組合使用時(shí)，元素的總含量應(yīng)當(dāng)落入上面規(guī)定的范圍內(nèi)。
備選或另外地，Al-Ni合金可以還包含大于等于0.1原子％和小于等于2.0原子％的屬于組X2的至少一種元素作為第三成分。這用來防止熱穩(wěn)定性下降，所述的熱穩(wěn)定性下降是由于如在Al-Ni-X1合金中一樣，在Al-Ni合金薄膜的表面上形成小丘(不平的突出)而導(dǎo)致的。如果屬于組X2的至少一種元素的含量低于0.1原子％，不能有效地顯示活性。但是，如果它超過2.0原子％，盡管活性可能提高，但是Al-Ni-X2合金薄膜的電阻率可能提高?？紤]到這些，屬于組X2的至少一種元素的含量更優(yōu)選為大于等于0.3原子％和小于等于1.8原子％。這些元素中的每一種可以單獨(dú)使用或組合使用。當(dāng)將它們組合使用時(shí)，元素的總含量應(yīng)當(dāng)落入上面規(guī)定的范圍內(nèi)。
用于本發(fā)明的Al-Ni合金可以是Al-Ni-X1-X2合金，其同時(shí)包含屬于組X1的至少一種元素和屬于組X2的至少一種元素。
考慮得到的Al-Ni-X1合金薄膜或Al-Ni-X2合金薄膜的熱穩(wěn)定性和電阻率，來選擇屬于組X1和X2的這些元素。組X1和X2對(duì)熱穩(wěn)定性貢獻(xiàn)的機(jī)理彼此稍有不同。這將在下面參考圖8詳細(xì)說明。
圖8是示例性說明鋁薄膜的應(yīng)力如何根據(jù)溫度而變化的曲線圖。圖8中，符號(hào)″A″、″B″和″C″分別表示純鋁、包含屬于組X2的元素的Al-X2合金和包含屬于組X1的元素的Al-X1合金的數(shù)據(jù)。
圖8表明，包含屬于組X2的元素的Al-X2合金膜″B″的壓縮應(yīng)力隨著溫度的升高而增大。在溫度升高的早期階段，晶粒生長受到抑制，但是，它在相對(duì)低的溫度下開始，并且應(yīng)力在窄的溫度范圍急劇放松。這可能是因?yàn)樵诤辖鹬泻械娜芙庠仉x析為金屬間化合物，并且這加速了鋁的晶粒生長，從而降低了電阻率。具體地，在相對(duì)低的加熱溫度有效地降低了電阻率。但是，當(dāng)以應(yīng)力被完全松弛的狀態(tài)進(jìn)一步加熱薄膜時(shí)，在薄膜中產(chǎn)生壓縮壓力，從而例如導(dǎo)致小丘。合金可能具有接近于應(yīng)力松弛時(shí)的溫度的耐熱溫度。
如在Al-X2合金膜″B″中那樣，包含屬于組X1的元素的Al-X1合金膜″C″的壓縮應(yīng)力隨著溫度的升高而增加，并且如Al-X2合金膜中的那樣，在類似的溫度開始鋁的晶粒生長。但是，屬于組X1的元素以相對(duì)低的速率從固溶體中擴(kuò)散并且離析為金屬間化合物。因此，如圖8所說明的，金屬間化合物在寬范圍的溫度內(nèi)逐漸離析，并且與離析一起，應(yīng)力逐漸松弛。因此，它在應(yīng)力充分松弛前需要更多的加熱和相當(dāng)長的時(shí)間，大多數(shù)溶解的元素作為金屬間化合物離析，并且鋁的晶粒生長進(jìn)行以允許膜基質(zhì)具有足夠降低的電阻率。這導(dǎo)致熱穩(wěn)定性的提高。具體地，屬于組X1的元素可以更慢地作為金屬間化合物離析，從而更有效地提高熱穩(wěn)定性，并且與屬于組X2的元素相比，可以以更少量充分顯示改善熱穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)。
因此，屬于組X1的元素與屬于組X2的元素在顯示熱穩(wěn)定性的機(jī)理方面不同，從而含量(含量的上限)不同。
如由后面所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例所證明的，與屬于組X2的元素相比，屬于組X1的元素可以以更少的量將接觸電阻率降低至目標(biāo)水平。當(dāng)在相對(duì)低的加熱溫度處理薄膜時(shí)，也觀察到這種活性。
此外，與屬于組X2的元素相比，屬于組X1的元素對(duì)電極膜中的孔隙形成具有抵抗力，盡管應(yīng)當(dāng)將屬于組X1的元素的含量設(shè)置為低于屬于組X2的元素的含量。具體地，在使用通過加熱在窄的溫度范圍快速離析為金屬間化合物的元素，如屬于組X2的元素的情況下，當(dāng)在加熱后將膜冷卻至室溫時(shí)，隨著晶粒生長的進(jìn)行，在膜中產(chǎn)生更強(qiáng)的拉伸應(yīng)力。該拉伸應(yīng)力可以導(dǎo)致孔隙。相反，在其中金屬間化合物隨著溫度的升高而在長時(shí)間內(nèi)逐漸離析的合金體系中，如屬于組X1的元素的合金體系中，當(dāng)將合金加熱至如組X2中那樣的溫度時(shí)，離析和晶粒生長中斷，應(yīng)力沒有得到充分松弛，并且在冷卻至室溫時(shí)，在膜中保留少量的拉伸應(yīng)力。因此，考慮到防止由拉伸應(yīng)力導(dǎo)致的孔隙，優(yōu)選選擇屬于組X1的元素。
接著，將描述在Al-Ni合金薄膜和透明像素電極之間的界面處形成的氧化物(AlOx，其中x滿足下面的條件0＜x≤0.8)。
氧化物AlOx含有較少量的氧，從而比具有化學(xué)計(jì)量組成的Al2O3更加導(dǎo)電。即使沒有金屬阻擋層，這也有助于降低接觸電阻率。具體地，當(dāng)在沒有金屬阻擋層位于中間的情況下，使常規(guī)的鋁互連材料直接與透明像素電極接觸時(shí)，在界面處形成厚膜，所述的厚膜含有與Al2O3基本上相同量的氧，并且具有高的電阻率，這導(dǎo)致接觸電阻率的增加。但是，根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造可以避免該問題。
氧化物AlOx的厚度優(yōu)選為約1至10nm，更優(yōu)選為約2至8nm，并且進(jìn)一步優(yōu)選為約5nm。
優(yōu)選使用包括兩步或更多步驟的膜沉積方法來沉積導(dǎo)電氧化物膜(AlOx)。例如，首先，使用非氧化性氣體如氬氣，在優(yōu)選約100℃至200℃的襯底溫度下，由濺射將用于構(gòu)成透明像素電極的ITO膜沉積至約5至20nm，優(yōu)選約10nm的厚度。在此過程中，即，在構(gòu)成透明像素電極的ITO膜沉積的早期階段，優(yōu)選在沒有氧的氣氛中進(jìn)行膜沉積，以避免Al-Ni合金薄膜表面的氧化。在以此方式在沒有氧的氣氛中進(jìn)行膜沉積時(shí)，所得到的通過濺射沉積的ITO膜含有較少量的氧，從而降低了ITO膜本身的導(dǎo)電率。但是，可以通過在此過程中適宜地加熱襯底來補(bǔ)償導(dǎo)電率的降低，因?yàn)檫@種加熱的結(jié)果導(dǎo)致ITO結(jié)晶度的提高。
接著，將氣氛氣體從非氧化性氣體改變?yōu)榘茄趸詺怏w和氧氣的含氧氣體，并且在保持襯底溫度的同時(shí)，將膜沉積到例如約20至200nm，優(yōu)選約40nm的厚度。對(duì)此處的氣氛氣體的氧含量沒有特別限制，但是優(yōu)選設(shè)置氧含量，使得相對(duì)于例如約1至5毫托，優(yōu)選約3毫托的氬壓力，氧分壓為10至50微托，優(yōu)選約20微托。本發(fā)明的發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)方法表明，在這些條件下，沉積的ITO膜的電阻率被最小化至約1×10-4Ω·cm2。通過用水蒸汽代替氧加入至該氣氛氣體中，可以得到相同的優(yōu)點(diǎn)。因此，通過由濺射以兩步或更多步驟進(jìn)行ITO膜的沉積，同時(shí)改變氣氛氣體的氧含量，ITO膜的本身可以具有充分高的導(dǎo)電率，同時(shí)在ITO膜沉積的早期階段防止鋁合金膜的氧化。
接著，將說明在Al-Ni合金薄膜和透明像素電極之間界面處形成的鎳富集層。
如AlOx膜中那樣，鎳富集層是導(dǎo)電性的，并且有助于降低接觸電阻率。
鎳富集層的平均鎳濃度優(yōu)選為Al-Ni合金的平均鎳濃度的2倍或更高，并且更優(yōu)選為2.5倍或更高。鎳富集層的厚度優(yōu)選為大于等于0.5nm且小于等于10nm，并且更優(yōu)選大于等于1.0nm且小于等于5nm。
發(fā)現(xiàn)如在后面所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例中所證明的，與使用常規(guī)的鋁合金薄膜、有金屬阻擋層如鉻層位于中間的常規(guī)TFT相比，通過使用特定Al-Ni合金薄膜而制備的樣品TFT實(shí)現(xiàn)了相等或更高的薄膜晶體管性質(zhì)、接觸電阻率和熱穩(wěn)定性。因此，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的源極/漏極電極不需要金屬阻擋層，從而簡化了制備方法，并且降低了生產(chǎn)成本。此外，它們可以在約200℃相對(duì)低的處理溫度充分地降低電阻率，并且允許在更寬的范圍內(nèi)選擇顯示器件材料的類型和處理?xiàng)l件。
實(shí)施方案1下面，將參考

根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管襯底的一些優(yōu)選的實(shí)施方案。通過將包含非晶硅薄膜晶體管襯底的液晶顯示器取作代表性實(shí)例，來說明這樣的優(yōu)選實(shí)施方案。應(yīng)當(dāng)注意的是，下面僅僅是實(shí)例，其決不限制本發(fā)明的范圍，并且可以在不離開本發(fā)明的教導(dǎo)和范圍的情況下在其中進(jìn)行各種改變和修改。本發(fā)明的發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)方法證實(shí)，可以將根據(jù)本發(fā)明的源極/漏極電極應(yīng)用到例如典型地用于反射液晶顯示器的反射電極，和用于將信號(hào)從外或向外輸入和輸出的TAB連接電極。
將參考圖3詳細(xì)解釋根據(jù)本發(fā)明的非晶硅薄膜晶體管襯底的實(shí)施方案。
圖3是說明根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管襯底的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的示意橫截面圖。圖3中，與圖2中的常規(guī)薄膜晶體管襯底中的那些組件對(duì)應(yīng)的組件的附圖標(biāo)記相同。
考慮圖3，將源極電極28和漏極電極29電連接到源極/漏極互連34。源極/漏極互連34包含含氮層(未顯示)和Al-2.0原子％Ni合金膜(未顯示)，并且如此安排含氮層，使其覆蓋溝道非晶硅薄膜33。將在后面所述的圖4E和4F中詳細(xì)說明源極/漏極互連34的構(gòu)造。
圖2和圖3之間的比較表明，常規(guī)薄膜晶體管襯底包含在源極/漏極電極之上和之下的典型地由鉬(Mo)制成的下層金屬阻擋層53和上層金屬阻擋層54(圖2)；而根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管襯底不包括下層金屬阻擋層53(圖3)。此外，如在后面所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例中所證明的，本發(fā)明也不需要安排上層金屬阻擋層54。
與常規(guī)的等價(jià)物相反，該實(shí)施方案可以在沒有下層金屬阻擋層位于中間的情況下通過含氮層實(shí)現(xiàn)鋁合金和溝道非晶硅薄膜之間的直接連接。與常規(guī)薄膜晶體管襯底(參見，后面所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1和2)的那些相比，這實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)或更高的良好的薄膜晶體管性質(zhì)。此外，與常規(guī)的等價(jià)物相反，本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案可以在沒有上層金屬阻擋層位于中間的情況下實(shí)現(xiàn)在鋁合金和透明像素電極之間的直接連接。與常規(guī)薄膜晶體管襯底(參見，后面所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例)的那些相比，這也確保了相當(dāng)或更高的良好的薄膜晶體管性質(zhì)。
因此，本發(fā)明不需要常規(guī)互連所必須的上層和下層金屬阻擋層。
接著，將參考圖4A至4G說明根據(jù)本發(fā)明制備在圖3中所示的薄膜晶體管襯底的方法。與圖3中的那些相對(duì)應(yīng)的組件具有相同的附圖標(biāo)記。
首先，典型地由濺射，在玻璃基板1a上相繼沉積厚度為約200nm的鋁合金薄膜(Al-2.0原子％Nd)61和厚度為約50nm的鉬薄膜52(未顯示)(圖4A)。在室溫下進(jìn)行由濺射的膜沉積。通過光刻法在多層薄膜上產(chǎn)生抗蝕劑62的圖案(圖4B)，并且使用形成圖案的抗蝕劑62作為掩模蝕刻包含鋁合金薄膜61和鉬薄膜52的多層膜，從而形成柵極電極26(圖4C)。在此過程中，優(yōu)選以約30°至約60°的角度的錐形形狀蝕刻多層薄膜的外圍，從而改善將在其上沉積的柵極絕緣體27的覆蓋。
接著，典型地由等離子體CVD沉積厚度為約300nm的氮化硅膜(柵極絕緣體)27(圖4D)。在約350℃的溫度下進(jìn)行此處的由等離子體CVD的膜沉積。在氮化硅膜(柵極絕緣體)27上，典型地由等離子體CVD相繼沉積厚度為約200nm的未摻雜氫化非晶硅膜(a-Si-H)55和厚度為約80nm的磷摻雜n+-型氫化非晶硅膜(n+a-Si-H)56。通過使用SiH4和PH3作為材料進(jìn)行等離子體CVD，來沉積n+-型氫化非晶硅膜。
隨后，在用于沉積氮化硅膜的等離子體CVD系統(tǒng)的室中，在n+-型氫化非晶硅膜(n+a-Si-H)56上形成含氮層60(圖4E)。具體地，在將襯底保持在室中的同時(shí)，從室中將用于沉積非晶硅膜的材料氣體抽空。接著，用等離子體處理n+-型氫化非晶硅膜56的表面3分鐘，該等離子體是在將氮?dú)鈫为?dú)作為載氣供給到室中時(shí)產(chǎn)生的。因此，形成了含氮層60。在射頻功率密度為0.24W/cm2，膜沉積溫度為320℃和氣體壓力為67Pa下進(jìn)行該等離子體處理。由RBS和XPS分析工件的表面，發(fā)現(xiàn)形成的含氮層的厚度為約5.8nm。
在此實(shí)施方案中由等離子體氮化方法形成含氮層60。但是，該層的形成方法不限于此，并且如由實(shí)驗(yàn)(后面所述的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1至4)所證明的，也可以由上面所述的熱氮化方法(ii)和氨基化方法(iii)來形成所需要的含氮層。
接著，典型地由濺射在含氮層60上沉積厚度為約300nm的Al-2.0原子％Ni合金膜63(圖4F)。在室溫進(jìn)行由濺射的膜沉積。然后由光刻法產(chǎn)生抗蝕劑圖案；并且使用形成圖案的抗蝕劑作為掩模，蝕刻Al-2.0原子％Ni合金膜63，從而形成源極電極28和漏極電極29(圖4F)。由使用源極電極28和漏極電極29作為掩模的干式蝕刻將n+-型氫化非晶硅膜56剝?nèi)?圖4G)。
典型地在等離子體氮化系統(tǒng)中將氮化硅膜(保護(hù)膜)(未顯示)沉積至約300nm的厚度。此處的膜沉積是在約200℃的溫度下進(jìn)行的。接著，通過在氮化硅膜30上產(chǎn)生抗蝕劑圖案并且進(jìn)行例如干式蝕刻，形成接觸孔57。
接著，進(jìn)行典型地使用氧等離子體的灰化步驟，并且使用含有例如胺的去除劑將光刻膠層(未顯示)剝?nèi)?。沉積ITO膜(還含有10質(zhì)量％的氧化錫的氧化銦)至約50nm的厚度。接著，進(jìn)行由濕式蝕刻的形成圖案，從而得到透明像素電極5。因此，完成薄膜晶體管襯底。
在根據(jù)此實(shí)施方案的薄膜晶體管襯底中，將Al-Ni合金薄膜通過含氮層直接連接到溝道非晶硅薄膜，并且還直接連接到ITO膜。
此處的透明像素電極5是ITO膜，但是它也可以是IZO膜。代替非晶硅的是，可以將多晶硅(多晶體硅)用作活性半導(dǎo)體層。
圖1中所示的液晶顯示器是使用上面所制備的薄膜晶體管襯底，由例如下面的方法制備的。
首先，通過將例如聚酰亞胺的膜涂覆至薄膜晶體管襯底1上，干燥該膜并且進(jìn)行摩擦，形成取向?qū)印?br> 至于對(duì)襯底2，通過對(duì)作為基質(zhì)的鉻形成圖案，而在玻璃基板上形成遮光膜9。接著，在基質(zhì)形狀的遮光膜9中的空隙中形成紅、綠和藍(lán)色樹脂濾色器8。在遮光膜9和濾色器8上形成作為共用電極7的透明導(dǎo)電膜，如ITO膜。由此，提供對(duì)電極。然后，通過將例如聚酰亞胺的膜涂覆至對(duì)電極的最上層，干燥并且摩擦所得到的膜，形成取向?qū)?1。
接著，安置薄膜晶體管襯底1和對(duì)襯底2，使得薄膜晶體管襯底1的TFT和對(duì)襯底2的取向?qū)?1彼此面對(duì)。使用密封材料16如樹脂，除了液晶的填充口外，粘合這兩個(gè)襯底。在此過程中，通過例如在它們之間夾入隔體15，而將薄膜晶體管襯底1和對(duì)襯底2之間的距離(間隙)保持不變。
將由此制備的空元件通過下面的方法用液晶材料填充將該元件放置在真空中，并且在將填充口放置在液晶材料中的同時(shí)，逐漸地將壓力提高至大氣壓。然后，密封填充口。最后，將偏振器10粘附于該元件的兩側(cè)，完成液晶面板。
將驅(qū)動(dòng)電路13電連接到液晶面板，并且安排在液晶面板的側(cè)面或背面，以驅(qū)動(dòng)液晶顯示器。安排具有將成為液晶面板屏幕的開口的框體23、作為平光源的背光22和另一個(gè)框體23，以保持液晶面板，從而完成液晶顯示器。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例在下面的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1至5中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以證實(shí)通過使用本發(fā)明中的含有含氮層的源極/漏極電極，即使沒有金屬阻擋層，也可以得到優(yōu)異的薄膜晶體管性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)條件和性質(zhì)的測(cè)定方法如下。
源極/漏極電極實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1至4中使用的是根據(jù)實(shí)施方案1的源極/漏極電極，其使用Al-2.0原子％Ni合金。實(shí)驗(yàn)實(shí)施例5中使用的是根據(jù)實(shí)施方案1的源極/漏極電極，不同之處在于使用純鋁代替Al-2.0原子％Ni合金。實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1至4的不同之處僅在于，用于源極/漏極電極的含氮層的形成方法不同。具體地，實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1中由在實(shí)施方案1中詳細(xì)描述的等離子體氮化方法；實(shí)驗(yàn)實(shí)施例2中由熱氮化方法；實(shí)驗(yàn)實(shí)施例3和4中由酰胺化方法分別形成含氮層。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1由實(shí)施方案1的程序制備薄膜晶體管。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例2除了以下面的方式形成含氮層外，由實(shí)施方案1的程序制備薄膜晶體管。
首先，由實(shí)施方案1的程序形成n+-型氫化非晶硅膜(n+a-Si-H)56。接著，在用于沉積氮化硅膜的等離子體氮化系統(tǒng)中，使用氮?dú)庾鳛檩d氣于350℃進(jìn)行加熱30分鐘。通過實(shí)施方案1的程序分析加熱后工件的表面，發(fā)現(xiàn)形成含氮層的厚度為約6nm。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例3除了以下面的方式形成含氮層外，由實(shí)施方案1的程序制備薄膜晶體管。
首先，由實(shí)施方案1的程序形成n+-型氫化非晶硅膜(n+a-Si-H)56。接著，將此放置在紫外線輻照器中，并且在將氮?dú)夤┙o至輻照器的同時(shí)，應(yīng)用254nm波長的紫外線輻照60分鐘。通過實(shí)施方案1的程序分析加熱后工件的表面，發(fā)現(xiàn)形成含氮層的厚度為約3nm。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例4除了以下面的方式形成含氮層外，由實(shí)施方案1的程序制備薄膜晶體管。
首先，由實(shí)施方案1的程序形成n+-型氫化非晶硅膜(n+a-Si-H)56。接著，將其浸漬在1體積％的氨水溶液中，并且將254nm波長的紫外線輻照到工件的表面60分鐘。通過實(shí)施方案1的程序分析加熱后工件的表面，發(fā)現(xiàn)形成含氮層的厚度為約2nm。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例5除了使用純鋁而不是Al-2.0原子％Ni合金外，由實(shí)施方案1的程序制備薄膜晶體管。此處的含氮層的厚度為約5.8nm。
TFT試樣將上面制備的實(shí)施方案1的具有圖4G所示構(gòu)造的TFT于300℃進(jìn)行退火30分鐘。將這些用作試樣，以容易和方便地測(cè)定薄膜晶體管性質(zhì)。模擬在氮化硅膜(保護(hù)膜)的膜沉積步驟中這樣的加熱處理，設(shè)置此處的退火條件，以產(chǎn)生最大的熱滯后。這些實(shí)驗(yàn)實(shí)施例中使用的TFT試樣沒有如在實(shí)際薄膜晶體管襯底中那樣通過各種膜沉積步驟而完成，但認(rèn)為退火后的TFT試樣具有的性質(zhì)基本上反映了實(shí)際薄膜晶體管襯底的性質(zhì)。
對(duì)硅和鋁之間相互擴(kuò)散的評(píng)估在TFT試樣上，觀察溝道非晶硅薄膜和Al-Ni合金或純鋁之間的界面，以檢測(cè)是否發(fā)生硅和鋁之間的相互擴(kuò)散。具體地，在橫截面電子透射顯微鏡(橫截面TEM)下，在60×104倍的放大倍數(shù)下，觀察該界面，并且使用能量分散X射線熒光光譜儀(EDX)定量分析界面處的硅和鋁之間的相互擴(kuò)散。
薄膜晶體管性質(zhì)的測(cè)定測(cè)定TFT試樣對(duì)漏極電流-柵極電壓的切換行為。也可以由此性質(zhì)間接地評(píng)估硅和鋁之間的相互擴(kuò)散。在此程序中，以下面的方式測(cè)定當(dāng)薄膜晶體管斷開時(shí)流動(dòng)的漏電流(當(dāng)將負(fù)電壓施加到柵極電壓時(shí)的漏極電流；斷開狀態(tài)電流)，以及薄膜晶體管接通時(shí)流動(dòng)的接通狀態(tài)電流。
使用柵極長度(L)為10μm、柵極寬度(W)為100μm并且柵極寬度與柵極長度的比率(W/L)為10的TFT試樣，測(cè)量漏極電流和柵極電壓。在此測(cè)量中，將漏極電壓設(shè)置在10V。將此處的斷開狀態(tài)電流定義為施加-3V的柵極電壓時(shí)的電流，并且將接通狀態(tài)電流定義為當(dāng)柵極電壓達(dá)到20V時(shí)的電壓。
以下面的方式，用比較樣品1的薄膜晶體管性質(zhì)作為參考值評(píng)估所測(cè)量的薄膜晶體管性質(zhì)。至于比較樣品1，使用包含純鋁薄膜和鉻金屬阻擋層的源極/漏極電極制備薄膜晶體管，并且測(cè)量TFT的性質(zhì)。根據(jù)比較樣品1的TFT的接通狀態(tài)電流為1.2×10-5A并且斷開狀態(tài)電流為4.0×10-13A。將這些值定義為參考值。將斷開狀態(tài)電流為參考值的10倍或更低(4.0×10-12A或更低)的試樣評(píng)估為″良好″，并且將斷開狀態(tài)電流高于此范圍的試樣評(píng)估為″NG″(不好)。對(duì)于接通狀態(tài)電流，將接通狀態(tài)電流低于參考值的20％或更低(9.6×10-6A或更低)的試樣評(píng)估為″良好″，并且將接通狀態(tài)電流不在此范圍內(nèi)的試樣評(píng)估為″NG″。
結(jié)果圖5是根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1的試樣的橫截面電子透射顯微照片。圖5證明在溝道非晶硅薄膜和源極/漏極電極的Al-Ni合金薄膜之間的界面附近形成了含氮層(氮化物層)。由圖5中的箭頭所示的明亮部分是離析的Al3Ni晶粒。
由EDX分析界面，發(fā)現(xiàn)界面是光滑的，沒有硅和鋁之間的相互擴(kuò)散。
在根據(jù)至實(shí)驗(yàn)實(shí)施例2至5的試樣中也觀察到相同的結(jié)果，盡管省略了這些試樣的顯微照片。
根據(jù)比較樣品1和實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1至5的試樣的薄膜晶體管性質(zhì)示于表1中。
表1

表1表明，根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1至5的TFT具有基本上等于比較樣品1(常規(guī)等價(jià)物)的良好的薄膜晶體管性質(zhì)，而與形成含氮層的方法無關(guān)。
這些結(jié)果表明，通過使用根據(jù)實(shí)施方案1的源極/漏極電極，即使沒有下層金屬阻擋層也可以有效地防止溝道非晶硅薄膜和鋁合金膜之間界面處硅和鋁之間的相互擴(kuò)散，并且實(shí)現(xiàn)了良好的薄膜晶體管性質(zhì)。
比較樣品2在這方面，就由JP-A No.2003-273109中的方法將AlN層形成為純鋁薄膜的下層進(jìn)行了嘗試，但鋁薄膜層離。因此，沒有測(cè)定此試樣的薄膜晶體管性質(zhì)。發(fā)生鋁薄膜的層離可能是因?yàn)锳lN層僅形成為鋁薄膜的下層，并且這導(dǎo)致鋁合金上的強(qiáng)應(yīng)力。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例6除了如表2中那樣改變等離子體氮化方法的條件(等離子體輻照時(shí)間)外，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1的程序制備一系列的TFT試樣，并且由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1的程序評(píng)估TFT試樣的性質(zhì)。表2中有關(guān)含氮層的厚度、N/Si比率(氮原子數(shù)/硅原子數(shù))和氮的表面密度是由上面所述的方法測(cè)定的。
比較樣品3除了不形成含氮層外，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1的程序制備作為比較樣品的TFT試樣。接著，對(duì)該TFT試樣，觀察溝道非晶硅薄膜和Al-Ni合金薄膜之間的界面，并且由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1的程序評(píng)估薄膜晶體管性質(zhì)。
圖6是根據(jù)比較樣品3的試樣的橫截面電子透射顯微照片。圖6證明，在溝道非晶硅薄膜和源極/漏極電極的Al-Ni合金薄膜中觀察到大量的孔隙(圖6中由箭頭所指)。這表示在界面處頻繁地發(fā)生鋁和硅之間的相互擴(kuò)散。由EDX分析界面，并且觀察到硅和鋁之間的顯著相互擴(kuò)散。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)施例6(樣品序號(hào)3至9)和比較樣品3(樣品序號(hào)2)的TFT試樣的性質(zhì)示于表2。表2還示出了表1中的比較樣品1(樣品序號(hào)1)的結(jié)果。
表2

表2中，樣品序號(hào)4至7和9是滿足本發(fā)明中的優(yōu)選條件的發(fā)明樣品，樣品序號(hào)2是沒有含氮層的比較樣品，并且樣品序號(hào)3和8是不滿足本發(fā)明中的優(yōu)選條件的參考樣品。在發(fā)明樣品中，樣品序號(hào)4至7各自包含Al-Ni合金層，并且樣品序號(hào)9包含純鋁層。
表2表明樣品序號(hào)4至7具有與樣品序號(hào)1(常規(guī)等價(jià)物)一樣良好的薄膜晶體管性質(zhì)。它們是通過將等離子體輻照時(shí)間設(shè)置在約1分鐘至10分鐘并且適宜地控制含氮層的厚度、N/Si比率(氮原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率)和氮的表面密度而制備的。
相反，樣品序號(hào)2、3和8顯示出惡化的薄膜晶體管性質(zhì)。盡管原因的詳細(xì)內(nèi)容不清楚，但參考樣品序號(hào)8顯示出差的薄膜晶體管性質(zhì)，可能主要是因?yàn)榈入x子體輻照時(shí)間較長，使得到的含氮層較厚，從而導(dǎo)致對(duì)溝道非晶硅薄膜的損壞，并且等離子體中痕量的污染氧導(dǎo)致在溝道非晶硅薄膜表面上的硅氧化。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例7除了將Al-Ni合金的鎳含量如表3中那樣改變外，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1的程序制備薄膜晶體管樣品并且測(cè)定其薄膜晶體管性質(zhì)。在與實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1中相同的條件下，進(jìn)行等離子體氮化方法，其中等離子體輻照時(shí)間為3分鐘，并且得到的含氮層的厚度為約5.8nm、N/Si比率為1.0和氮的表面密度為6.8×1015cm-2。
結(jié)果示于表3。
表3

表3表明，使用具有在0.1原子％至6原子％的范圍內(nèi)變化的鎳含量的Al-Ni合金薄膜的TFT樣品具有良好的薄膜晶體管性質(zhì)。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例8除了如表4中那樣，進(jìn)一步將作為第三成分的La或Nd結(jié)合至Al-2.0原子％Ni合金或Al-0.1原子％Ni合金，并且改變La或Nd的含量外，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1的程序制備薄膜晶體管樣品并且測(cè)定其薄膜晶體管性質(zhì)。在與實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1中相同的條件下，進(jìn)行等離子體氮化方法，其中等離子體輻照時(shí)間為3分鐘，得到的含氮層的厚度為約5.8nm、N/Si比率為1.0，氮的表面密度為6.8×1015cm-2。
結(jié)果示于表4。
表4

表4表明使用含有0.1原子％至2.0原子％的La的Al-Ni-La合金的TFT樣品，以及使用含有0.1原子％至2.0原子％的Nd的Al-Ni-Nd合金的TFT樣品具有良好的薄膜晶體管性質(zhì)。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例9除了進(jìn)一步將0.3原子％的表5中所示的元素(屬于組X1的元素)中任何一種作為第三成分結(jié)合至Al-2.0原子％Ni合金外，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1的程序制備薄膜晶體管樣品并且測(cè)定其薄膜晶體管性質(zhì)。在與實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1中相同的條件下，進(jìn)行等離子體氮化方法，其中等離子體輻照時(shí)間為3分鐘，得到的含氮層的厚度為約5.8nm、N/Si比率為1.0，氮的表面密度為6.8×1015cm-2。
結(jié)果示于表5。
表5

表5表明，使用包含屬于組X1的元素的Al-Ni-X1合金的TFT樣品具有良好的薄膜晶體管性質(zhì)。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例10除了進(jìn)一步將1.0原子％的表6中所示的元素(屬于組X2的元素)中任何一種作為第三成分結(jié)合至Al-2.0原子％Ni合金外，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1的程序制備薄膜晶體管樣品并且測(cè)定其薄膜晶體管性質(zhì)。在與實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1中相同的條件下，進(jìn)行等離子體氮化方法，其中等離子體輻照時(shí)間為3分鐘，得到的含氮層的厚度為約5.8nm、N/Si比率為1.0，氮的表面密度為6.8×1015cm-2。
結(jié)果示于表6。
表6

表6表明，使用包含屬于組X2的元素的Al-Ni-X2合金的TFT樣品具有良好的薄膜晶體管性質(zhì)。
進(jìn)行下面的實(shí)驗(yàn)實(shí)施例11至13，同時(shí)如下改變形成含氮層的條件(氣體壓力、膜沉積溫度和氣體組成)，以確定薄膜晶體管性質(zhì)如何根據(jù)含氮層的氮的表面密度(N1)與氧的表面密度(O1)的比率(N1/O1)而變化。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例11確定比率N1/O1如何根據(jù)在33至399Pa的范圍內(nèi)變化的壓力而變化。
具體地，由與上面實(shí)施方案1中描述的方法相對(duì)應(yīng)的改進(jìn)方法制備TFT樣品。下面將參考如實(shí)施方案1中的圖4A至4G詳細(xì)說明制備此處的源極/漏極電極的方法。
首先，典型地由濺射，在玻璃基板1a上相繼沉積厚度為約200nm的鋁合金薄膜(Al-2.0原子％Nd)61和厚度為約50nm的鉬薄膜52(未顯示)(圖4A)。在室溫下進(jìn)行由濺射的膜沉積。通過光刻法在多層薄膜上產(chǎn)生抗蝕劑62的圖案(圖4B)，并且使用形成圖案的抗蝕劑62作為掩模蝕刻包含鋁合金薄膜61和鉬薄膜52的多層膜，從而形成柵極電極26(圖4C)。在此過程中，優(yōu)選以約30°至約60°的角度的錐形形狀蝕刻多層薄膜的外圍，從而改善將在其上沉積的柵極絕緣體27的覆蓋。
接著，典型地由等離子體CVD沉積厚度為約300nm的氮化硅膜(柵極絕緣體)27(圖4D)。在約320℃的溫度下進(jìn)行此處的由等離子體CVD的膜沉積。在氮化硅膜(柵極絕緣體)27上，典型地由等離子體CVD相繼沉積厚度為約200nm的未摻雜氫化非晶硅膜(a-Si-H)55和厚度為約80nm的磷摻雜n+-型氫化非晶硅膜(n+a-Si-H)56。通過使用SiH4和PH3作為材料進(jìn)行等離子體CVD，來沉積n+-型氫化非晶硅膜。將此處的膜沉積溫度設(shè)置在320℃。
隨后，在用于沉積氮化硅膜的等離子體CVD系統(tǒng)的室中，在n+-型氫化非晶硅膜(n+a-Si-H)56上形成含氮層60(圖4E)。具體地，在將襯底保持在室中的同時(shí)，從室中將用于沉積非晶硅膜的材料氣體抽空。接著，用等離子體處理低電阻非晶硅膜(n+-型氫化非晶硅膜56)的表面1分鐘，該等離子體是在將氮?dú)鈫为?dú)作為載氣供給到室中時(shí)產(chǎn)生的。因此，形成了含氮層60。在射頻功率密度為0.72W/cm2，膜沉積溫度為320℃下進(jìn)行該等離子體處理，所述的沉積溫度與非晶硅膜的沉積溫度相同。
在33至399Pa的范圍內(nèi)改變的氣體壓力下進(jìn)行等離子體處理。但是，在最高約133Pa的壓力可以穩(wěn)定地產(chǎn)生等離子體，并且對(duì)用超過133Pa壓力的等離子體處理過的樣品不進(jìn)行隨后的步驟。
接著，典型地由濺射在含氮層60上形成厚度為約300nm的Al-2.0原子％Ni合金膜63(圖4F)。在室溫進(jìn)行由濺射的膜沉積。然后由光刻法產(chǎn)生抗蝕劑圖案；并且使用形成圖案的抗蝕劑作為掩模蝕刻Al-2.0原子％Ni合金膜63，從而形成源極電極28和漏極電極29(圖4F)。由使用源極電極28和漏極電極29作為掩模的干式蝕刻將n+-型氫化非晶硅膜56剝?nèi)?圖4G)。
將上面制備的TFT于300℃進(jìn)行退火30分鐘。模擬在氮化硅膜(保護(hù)膜)的膜沉積步驟中這樣的加熱處理，設(shè)置此處的退火條件，以產(chǎn)生最大的熱滯后。對(duì)在此實(shí)驗(yàn)實(shí)施例中使用的TFT試樣沒有如在實(shí)際薄膜晶體管襯底中的那樣通過各種膜沉積步驟而完成，但認(rèn)為退火后的TFT試樣具有的性質(zhì)基本上反映了實(shí)際薄膜晶體管襯底的性質(zhì)。
薄膜晶體管性質(zhì)的測(cè)定測(cè)定TFT試樣對(duì)漏極電流-柵極電壓的切換行為。具體地，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1的程序，測(cè)定斷開狀態(tài)電流和接通狀態(tài)電流，并且評(píng)估切換行為。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)施例11的TFT樣品的薄膜晶體管性質(zhì)示于表7中。至于比較樣品，除了使用包含純鋁薄膜和鉻金屬阻擋層的源極/漏極電極并且不進(jìn)行等離子體處理外，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例11的程序制備薄膜晶體管，并且測(cè)量TFT的性質(zhì)。結(jié)果也示于表7(樣品序號(hào)1)。
表7

表7證明如下。樣品序號(hào)6至11具有基本上與作為常規(guī)樣品的樣品序號(hào)1相等的良好的薄膜晶體管性質(zhì)，所述的樣品序號(hào)6至11是在55至133Pa的壓力下進(jìn)行等離子體氮化的，從而其比率N1/O1為1.0或更高。
相反，在50Pa或更低的壓力下進(jìn)行等離子體氮化從而其比率N1/O1低于1.0的樣品序號(hào)3至5，以及沒有進(jìn)行等離子體氮化的樣品序號(hào)2的薄膜晶體管性質(zhì)差。
在這些樣品，在40至50Pa的壓力下進(jìn)行等離子體氮化的樣品序號(hào)4和5具有降低的接通狀態(tài)電流。這可能是因?yàn)榈玫降暮獙拥谋嚷蔔1/O1低于1.0，從而變得更加絕緣的。
在33Pa的壓力下進(jìn)行等離子體氮化的樣品序號(hào)3同時(shí)顯示出降低的接通狀態(tài)電流和增大的斷開狀態(tài)電流。這可能是因?yàn)榘l(fā)生硅和鋁之間的相互擴(kuò)散，因?yàn)榈入x子體氮化不充分，從而未能提供作為擴(kuò)散阻擋層而有效起作用的層。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例12確定比率N1/O1如何根據(jù)在280℃至340℃的范圍內(nèi)變化的等離子體處理溫度而變化。
具體地，除了在67Pa的壓力和如表8中所示改變的溫度下進(jìn)行等離子體氮化外，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例11的程序制備TFT樣品并且評(píng)估其薄膜晶體管性質(zhì)。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)施例12的TFT樣品的薄膜晶體管性質(zhì)示于表8中。至于比較樣品，除了使用包含純鋁薄膜和鉻金屬阻擋層的源極/漏極電極并且不進(jìn)行等離子體處理外，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例12的程序制備薄膜晶體管，并且測(cè)量TFT的性質(zhì)。結(jié)果也示于表8(樣品序號(hào)1)。
表8

表8證明如下。樣品序號(hào)4至8具有基本上與作為常規(guī)樣品的樣品序號(hào)1相等的良好的薄膜晶體管性質(zhì)，所述的樣品序號(hào)4至8是在300℃至340℃的溫度下進(jìn)行等離子體氮化的，從而其比率N1/O1為1.0或更高。
相反，在低于300℃的溫度下進(jìn)行等離子體氮化從而其比率N1/O1低于1.0的樣品序號(hào)2和3具有降低的接通狀態(tài)電流并且顯示出差的薄膜晶體管性質(zhì)。這可能是因?yàn)楸嚷蔔1/O1低于1.0的含氮層變得更加絕緣。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例13確定比率N1/O1如何根據(jù)等離子體氮化中的氣體組成而變化。
具體地，除了單獨(dú)使用純N2氣(表9中的樣品序號(hào)2)以及N2和25％NH3的氣體混合物(表9中的樣品序號(hào)3)，在320℃的溫度和67Pa的壓力下進(jìn)行等離子體氮化外，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例11的程序制備TFT樣品并且評(píng)估其薄膜晶體管性質(zhì)。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)施例13的TFT樣品的薄膜晶體管性質(zhì)示于表9中。至于比較樣品，除了使用包含純鋁薄膜和鉻金屬阻擋層的源極/漏極電極并且不進(jìn)行等離子體氮化外，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例13的程序制備薄膜晶體管，并且測(cè)量TFT的性質(zhì)。結(jié)果也示于表9(樣品序號(hào)1)。
表9

如表9中所證明的，使用兩種不同氣體進(jìn)行等離子體氮化的薄膜晶體管樣品具有良好的薄膜晶體管性質(zhì)。它們中，使用含有還原氣體(NH3)的氣體混合物進(jìn)行等離子體氮化從而其比率N1/O1為1.0或更高的樣品序號(hào)3，比不使用還原氣體而制備的樣品序號(hào)2具有更高的接通狀態(tài)電流，并且具有與作為比較樣品的樣品序號(hào)1基本上相等的優(yōu)異的薄膜晶體管性質(zhì)。這可能是因?yàn)檫€原氣體(NH3)起到了進(jìn)一步防止半導(dǎo)體層氧化的作用。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例14制備TFT樣品，其中在與半導(dǎo)體層的膜沉積溫度相同的溫度下，在用于沉積半導(dǎo)體層的系統(tǒng)的相同室中制備含氮層，并且測(cè)定TFT樣品的薄膜晶體管性質(zhì)。
具體地，由與實(shí)驗(yàn)實(shí)施例11中描述的方法相對(duì)應(yīng)的改進(jìn)方法制備TFT樣品。下面將參考圖4A至4G詳細(xì)說明制備此處的源極/漏極電極的方法。
首先，典型地由濺射，在玻璃基板1a上相繼沉積厚度為約200nm的鋁合金薄膜(Al-2.0原子％Nd)61和厚度為約50nm的鉬薄膜52(未顯示)(圖4A)。在室溫下進(jìn)行由濺射的膜沉積。通過光刻法在多層薄膜上產(chǎn)生抗蝕劑62的圖案(圖4B)，并且使用形成圖案的抗蝕劑62作為掩模蝕刻包含鋁合金薄膜61和鉬薄膜52的多層膜，從而形成柵極電極26(圖4C)。在此過程中，優(yōu)選以約30°至約60°的角度的錐形形狀蝕刻多層薄膜的外圍，從而改善將在其上沉積的柵極絕緣體27的覆蓋。
接著，典型地由等離子體CVD沉積厚度為約300nm的氮化硅膜(柵極絕緣體)27(圖4D)。在約320℃的溫度下進(jìn)行此處的由等離子體CVD的膜沉積。在氮化硅膜(柵極絕緣體)27上，典型地由等離子體CVD相繼沉積厚度為約200nm的未摻雜氫化非晶硅膜(a-Si-H)55和厚度為約80nm的磷摻雜n+-型氫化非晶硅膜(n+a-Si-H)56。通過使用SiH4和PH3作為材料進(jìn)行等離子體CVD，來沉積n+-型氫化非晶硅膜。將此處的膜沉積溫度設(shè)置在320℃。
在將襯底保持在用于沉積氮化硅膜的等離子體CVD系統(tǒng)的室中的同時(shí)，從室中將用于沉積非晶硅膜的材料氣體抽空。接著，用等離子體處理低電阻非晶硅膜(n+-型氫化非晶硅膜56)的表面1分鐘，該等離子體是在將氮?dú)鈫为?dú)作為載氣供給到室中時(shí)產(chǎn)生的。因此，形成了含氮層60(圖4E)。在射頻功率密度為0.72W/cm2，膜沉積溫度為320℃和67Pa的氣體壓力下進(jìn)行該等離子體處理，所述的沉積溫度與非晶硅膜的沉積溫度相同。
由RBS和XPS分析工件的表面，發(fā)現(xiàn)形成的含氮層離表面的深度為約4.0nm。即，由根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)施例14的方法，在低電阻非晶硅膜的表面上形成了厚度為約4.0nm的含氮層。
接著，典型地由濺射在含氮層60上沉積厚度為約300nm的Al-2.0原子％Ni合金膜63(圖4F)。在室溫進(jìn)行由濺射的膜沉積。然后由光刻法產(chǎn)生抗蝕劑圖案；并且使用形成圖案的抗蝕劑作為掩模，蝕刻Al-2.0原子％Ni合金膜63，從而形成源極電極28和漏極電極29(圖4F)。由使用源極電極28和漏極電極29作為掩模的干式蝕刻將n+-型氫化非晶硅膜56剝?nèi)?圖4G)。
將上面制備的TFT于300℃進(jìn)行退火30分鐘。模擬在氮化硅膜(保護(hù)膜)的膜沉積步驟中這樣的加熱處理，設(shè)置此處的退火條件，以產(chǎn)生最大的熱滯后。根據(jù)該實(shí)驗(yàn)實(shí)施例的TFT試樣沒有如在實(shí)際薄膜晶體管襯底中的那樣通過各種膜沉積步驟而完成，但認(rèn)為退火后的TFT試樣具有的性質(zhì)基本上反映了實(shí)際薄膜晶體管襯底的性質(zhì)。
對(duì)硅和鋁之間的相互擴(kuò)散的評(píng)估在TFT樣品上，觀察溝道非晶硅薄膜和Al-Ni合金薄膜之間的界面，以檢測(cè)硅和鋁之間的相互擴(kuò)散是否發(fā)生。具體地，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1的程序，在60×104倍的放大倍數(shù)下，觀察該界面，并且使用能量分散X射線熒光光譜儀(EDX)定量分析界面處的硅和鋁之間的相互擴(kuò)散。
薄膜晶體管性質(zhì)的測(cè)定測(cè)定TFT樣品對(duì)漏極電流-柵極電壓的切換行為。具體地，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例11的程序，測(cè)定斷開狀態(tài)電流和接通狀態(tài)電流，并且評(píng)估切換行為。
結(jié)果圖9是根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)施例14的試樣的橫截面電子透射顯微照片。圖9證明，在溝道非晶硅薄膜和源極/漏極電極的Al-Ni合金薄膜之間的界面附近形成了含氮層(氮化物層)。圖9中箭頭所示的黑色致密部分是離析的Al3Ni晶粒。
由EDX分析界面，發(fā)現(xiàn)界面是光滑的，沒有硅和鋁之間的相互擴(kuò)散。
該樣品的斷開狀態(tài)電流為4.0×10-13A并且接通狀態(tài)電流為1.2×10-5A，并且顯示出與比較樣品1基本上相等的良好的薄膜晶體管性質(zhì)。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例15在此實(shí)驗(yàn)實(shí)施例中，通過使用含有氮和用于沉積半導(dǎo)體層的氣體的氣體混合物，在用于沉積半導(dǎo)體層的系統(tǒng)的相同室中進(jìn)行等離子體氮化。測(cè)定此過程后薄膜晶體管性質(zhì)如何。
具體地，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例14的程序沉積非晶硅膜和厚度為約80nm的低電阻非晶硅膜。
接著，暫停等離子體的產(chǎn)生，并且將低電阻非晶硅層的表面進(jìn)行等離子體處理10秒，而在保持供給用于沉積非晶硅膜的材料氣體(SiH4)至室中并且另外供給氮?dú)庾鳛檩d氣至該室中的同時(shí)，產(chǎn)生等離子體。由此在射頻功率密度為0.07W/cm2，襯底溫度為320℃且氣體壓力為67Pa下進(jìn)行等離子體處理。此處的襯底溫度與非晶硅的膜沉積溫度相同。
由RBS和XPS分析樣品的表面，發(fā)現(xiàn)形成的含氮層離表面的深度為約6nm。即，由根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)施例15的方法，在低電阻非晶硅膜的表面上形成了厚度為約6nm的含氮層。
接著，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例14的方法，制備薄膜晶體管，并且進(jìn)行退火。
評(píng)估在所制備的樣品上，觀察溝道非晶硅薄膜和Al-Ni合金薄膜之間的界面，以檢測(cè)硅和鋁之間的相互擴(kuò)散是否發(fā)生。具體地，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例14的程序，在60×104倍的放大倍數(shù)下，觀察該界面，并且使用能量分散X射線熒光光譜儀(EDX)定量分析界面處的硅和鋁之間的相互擴(kuò)散。
測(cè)定TFT樣品對(duì)漏極電流-柵極電壓的切換行為。具體地，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例14的程序，測(cè)定斷開狀態(tài)電流和接通狀態(tài)電流，并且評(píng)估切換行為。
結(jié)果圖10是根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)施例15的樣品的橫截面電子透射顯微照片。圖10證明，在溝道非晶硅薄膜和源極/漏極電極的Al-Ni合金薄膜之間的界面附近形成了含氮層(氮化物層)。由圖10中的箭頭所示的黑色致密部分是離析的Al3Ni晶粒。
由EDX分析界面，發(fā)現(xiàn)界面是光滑的，沒有硅和鋁之間的相互擴(kuò)散。
該樣品的斷開狀態(tài)電流為4.0×10-13A，接通狀態(tài)電流為1.0×10-5A，并且顯示出與比較樣品1基本上相等的良好的薄膜晶體管性質(zhì)。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例16進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以證實(shí)通過如本發(fā)明中那樣使用包含Al-Ni合金和含氮層的源極/漏極電極，即使在沒有金屬阻擋層位于中間而使Al-Ni合金薄膜與透明像素電極直接接觸時(shí)，也可以得到良好的直接接觸電阻(接觸電阻)和熱穩(wěn)定性。
具體地，通過在200℃，氬氣的氣氛中，在3毫托的壓力下進(jìn)行濺射20分鐘，制備包含表10中的源極/漏極電極中的任何一種和沉積在源極/漏極電極的鋁合金薄膜上的ITO膜的樣品。在如表10中那樣改變的條件下，由等離子體氮化方法制備源極/漏極電極，以使其具有例如不同厚度的含氮層。ITO膜包含氧化銦和10質(zhì)量％的氧化錫。
對(duì)如上所述制備的樣品，由下面的方法測(cè)定直接接觸電阻(接觸電阻)和小丘的出現(xiàn)(熱穩(wěn)定性)。
接觸電阻率的測(cè)定制備如圖7中所示的接觸孔大小為10平方微米的開爾文模型，并且進(jìn)行四端子測(cè)量。具體地，使用兩個(gè)端子，使電流在ITO(或IZO)和鋁合金之間通過，并且使用另外的兩個(gè)端子測(cè)量ITO(或IZO)和鋁合金之間的電壓降。更具體而言，使電流I流過I1-I2，測(cè)量V1和V2之間的電壓V(圖7)，并且由根據(jù)等式R＝(V2-V1)/I2的計(jì)算，測(cè)定觸點(diǎn)C的直接接觸電阻率R。通過將鉻薄膜和ITO膜之間的接觸電阻率取作參考值(2×10-4Ω.cm2或更低)，將接觸電阻率等于或低于2×10-4Ω.cm2的樣品評(píng)估為″良好″，并且將接觸電阻率高于2×10-4Ω.cm2的樣品評(píng)估為″NG″。
小丘的出現(xiàn)(熱穩(wěn)定性)在樣品上產(chǎn)生10-μm線和空間圖案，于250℃進(jìn)行真空熱處理30分鐘，由SEM觀察作為互連的線和空間圖案的表面，對(duì)直徑為0.1μm或更大的小丘的數(shù)量計(jì)數(shù)。將小丘密度為1×109/平方毫米或更低的樣品評(píng)估為″良好″，并且將小丘密度超過1×109/平方毫米的樣品評(píng)估為″NG″。
結(jié)果示于表10。如表2中的樣品的薄膜晶體管性質(zhì)也示于圖1中?！蹇傇u(píng)″是指接觸電阻率和薄膜晶體管性質(zhì)的總評(píng)?！蹇傇u(píng)″中，將接觸電阻率和薄膜晶體管性質(zhì)都良好的樣品評(píng)估為″良好″，并且將接觸電阻率和薄膜晶體管性質(zhì)中的至少一種差的樣品評(píng)估為″NG″。
表10

表10中，樣品序號(hào)4至7是滿足本發(fā)明中優(yōu)選條件的樣品，樣品序號(hào)2是沒有含氮層的比較樣品，樣品序號(hào)3和8是不滿足本發(fā)明中優(yōu)選條件的參考樣品，并且樣品序號(hào)9是包含純鋁層作為源極/漏極電極的參考樣品。
表10表明，樣品序號(hào)4至7具有與樣品序號(hào)1(常規(guī)等價(jià)物)一樣良好的接觸電阻率和熱穩(wěn)定性。它們是通過將等離子體輻照時(shí)間設(shè)置在約1分鐘至10分鐘并且適宜地控制含氮層的厚度、N/Si比率(氮原子數(shù)與硅原子數(shù)的比率)和氮的表面密度而制備的。
相反，與樣品序號(hào)1(比較樣品)相比，參考樣品(樣品序號(hào)3、8和9)的這些性質(zhì)稍差。在這些參考樣品中，包含特定含氮層和常規(guī)純鋁層的樣品序號(hào)9具有良好的薄膜晶體管性質(zhì)，但其接觸電阻率和熱穩(wěn)定性差。因此，在此樣品和ITO膜之間沒有建立直接接觸。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例17除了如表11中那樣改變Al-Ni合金或Al-Ni-La合金的鎳或鑭含量外，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例16的程序制備樣品并且測(cè)定其接觸電阻率和熱穩(wěn)定性。在與實(shí)驗(yàn)實(shí)施例16中相同的條件下進(jìn)行等離子體氮化方法，其中等離子體輻照時(shí)間為3分鐘，并且得到的含氮層的厚度為約5.8nm，N/Si比率為1.0，并且氮的表面密度為6.8×1015cm-2。
結(jié)果示于表11。
表11

表11證明使用具有在0.1原子％至6原子％的范圍內(nèi)變化的鎳含量的Al-Ni合金薄膜的TFT樣品具有優(yōu)異的接觸電阻率。而且，具有在0.3原子％至6原子％的范圍內(nèi)變化的Ni含量的Al-Ni合金薄膜和Al-Ni-La合金薄膜具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例18除了如表12中那樣，還將La或Nd作為第三成分結(jié)合至Al-2.0原子％Ni合金并且改變La或Nd的含量外，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例16的程序制備薄膜晶體管樣品并且測(cè)定其接觸電阻率和熱穩(wěn)定性。在與實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1中相同的條件下進(jìn)行等離子體氮化方法，其中等離子體輻照時(shí)間為3分鐘，并且得到的含氮層的厚度為約5.8nm，N/Si比率為1.0，并且氮的表面密度為6.8×1015cm-2。
結(jié)果示于表12。
表12

表12證明，使用含有0.1原子％至2.0原子％的La的Al-Ni-La合金的TFT樣品，以及使用含有0.1原子％至2.0原子％的Nd的Al-Ni-Nd合金的TFT樣品具有良好的薄膜晶體管性質(zhì)，并且具有良好的接觸電阻率和熱穩(wěn)定性。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例19除了還將0.3原子％的表13中所示的元素(屬于組X1的元素)中的任何一種作為第三成分結(jié)合至Al-2.0原子％Ni合金外，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例16的程序制備薄膜晶體管樣品并且測(cè)定其接觸電阻率和熱穩(wěn)定性。在與實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1中相同的條件下進(jìn)行等離子體氮化方法，其中等離子體輻照時(shí)間為3分鐘，并且得到的含氮層的厚度為約5.8nm，N/Si比率為1.0，并且氮的表面密度為6.8×1015cm-2。
結(jié)果示于表13。
表13

表13表明使用包含屬于組X1的元素的Al-Ni-X1合金的TFT樣品具有良好的薄膜晶體管性質(zhì)，并且具有良好的接觸電阻率和熱穩(wěn)定性。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例20除了還將1.0原子％的表14中所示的元素(屬于組X2的元素)中的任何一種作為第三成分結(jié)合至Al-2.0原子％Ni合金外，由實(shí)驗(yàn)實(shí)施例16的程序制備薄膜晶體管樣品并且測(cè)定其接觸電阻率和熱穩(wěn)定性。在與實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1中相同的條件下進(jìn)行等離子體氮化方法，其中等離子體輻照時(shí)間為3分鐘，并且得到的含氮層的厚度為約5.8nm，N/Si比率為1.0，并且氮的表面密度為6.8×1015cm-2。
結(jié)果示于表14。
表14

表14表明使用包含屬于組X2的元素的Al-Ni-X2合金的TFT樣品具有良好的薄膜晶體管性質(zhì)，并且具有良好的接觸電阻率和熱穩(wěn)定性。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案已經(jīng)描述了上面的發(fā)明。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，這樣的實(shí)施方案存在許多變化。規(guī)定這樣的變化也在本發(fā)明和后附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于薄膜晶體管襯底中的源極/漏極電極，所述的薄膜晶體管襯底包含基板、薄膜晶體管半導(dǎo)體層、源極/漏極電極和透明像素電極的薄膜晶體管襯底中的源極/漏極電極，所述的源極/漏極電極包含含氮層和純鋁或鋁合金的薄膜，其中如此設(shè)置所述的源極/漏極電極，使得所述含氮層的氮結(jié)合至所述薄膜晶體管半導(dǎo)體層的硅上，并且其中如此設(shè)置所述的源極/漏極電極，使得將所述的純鋁或鋁合金的薄膜通過所述的含氮層連接至所述的薄膜晶體管半導(dǎo)體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的源極/漏極電極，其中所述的含氮層主要包含氮化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的源極/漏極電極，其中所述的含氮層包含氧氮化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的源極/漏極電極，其中所述的含氮層的氮原子的表面密度(N1)大于等于1014cm-2且小于等于2×1016cm-2。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的源極/漏極電極，其中所述的含氮層具有氮原子的表面密度″N1″和氧原子的表面密度″O1″，并且其中N1與O1的比率(N1/O1)為1.0或更高。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的源極/漏極電極，其中所述的含氮層的氮原子的表面密度等于或高于構(gòu)成所述半導(dǎo)體層的硅有效懸空鍵的表面密度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的源極/漏極電極，其中所述的含氮層的厚度在大于等于0.18nm和小于等于20nm的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的源極/漏極電極，其中所述的含氮層具有氮原子數(shù)″N″和硅原子數(shù)″Si″，并且其中″N″與″Si″的最大比率(N/Si)在大于等于0.5和小于等于1.5的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的源極/漏極電極，其中所述的薄膜晶體管半導(dǎo)體層包含非晶硅或多晶硅。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的源極/漏極電極，其中所述的鋁合金包含6原子％或更低的鎳(Ni)作為合金元素。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的源極/漏極電極，其中所述的鋁合金包含大于等于0.3原子％和小于等于6原子％的鎳(Ni)作為合金元素，并且其中如此設(shè)置所述的源極/漏極電極，使得鋁合金的薄膜還直接連接至所述的透明像素電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的源極/漏極電極，其中所述的鋁合金還包含大于等于0.1原子％和小于等于1.0原子％的選自下列中的至少一種元素作為合金元素Ti、V、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的源極/漏極電極，其中所述的鋁合金還包含大于等于0.1原子％和小于等于2.0原子％的選自下列中的至少一種元素作為合金元素Mg、Cr、Mn、Ru、Rh、Pd、Ir、Pt、La、Gd、Tb、Dy、Nd、Y、Co和Fe。
14.一種薄膜晶體管襯底，其包含根據(jù)權(quán)利要求1所述的源極/漏極電極。
15.一種顯示器件，其包含根據(jù)權(quán)利要求14所述的薄膜晶體管襯底。
16.一種制造根據(jù)權(quán)利要求14所述的薄膜晶體管襯底的方法，該方法包括以下步驟(a)在基板或之上沉積半導(dǎo)體層，制備薄膜晶體管襯底；(b)在所述的半導(dǎo)體層上形成含氮層；和(c)在所述的含氮層上沉積純鋁或鋁合金的層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的半導(dǎo)體層是在步驟(a)中在沉積系統(tǒng)中沉積的，并且其中步驟(b)是在相同的沉積系統(tǒng)中進(jìn)行的。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的半導(dǎo)體層是在步驟(a)中在室中沉積的，并且其中步驟(b)是在相同的室中進(jìn)行的。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的半導(dǎo)體層是在步驟(a)中在沉積溫度下沉積的，并且其中步驟(b)是在與所述的沉積溫度基本上相同的溫度下進(jìn)行的。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的半導(dǎo)體層是在步驟(a)中使用氣體沉積的，并且其中步驟(b)是在所述的氣體與含氮?dú)怏w的混合物的氣氛中進(jìn)行的。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中步驟(b)是在含氮?dú)怏w與還原氣體的混合物的氣氛中進(jìn)行的。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中步驟(b)是采用等離子體氮化方法進(jìn)行的。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中步驟(b)中的等離子體氮化方法是在55Pa或更高的壓力下進(jìn)行的。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中步驟(b)中的等離子體氮化方法是在300℃或更高的溫度下進(jìn)行的。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中步驟(b)中的等離子體氮化方法是在含氮?dú)怏w與還原氣體的混合物的氣氛中進(jìn)行的。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述的半導(dǎo)體層是在步驟(a)中使用氣體沉積的，并且其中步驟(b)中的等離子體氮化方法是在所述的氣體與含氮?dú)怏w的混合物的氣氛中進(jìn)行的。
27.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中步驟(b)是采用熱氮化方法進(jìn)行的。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述的熱氮化方法是在400℃或更低的溫度下進(jìn)行的。
29.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中步驟(b)是采用氨基化方法進(jìn)行的。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述的氨基化方法使用紫外輻照。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述的氨基化方法使用含有氮原子的溶液。
32.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中步驟(c)包含濺射方法。
全文摘要
在包含基板、薄膜晶體管半導(dǎo)體層、源極/漏極電極和透明像素電極的薄膜晶體管襯底中使用源極/漏極電極。所述的源極/漏極電極包含含氮層和純鋁或鋁合金的薄膜。所述含氮層的氮結(jié)合至所述薄膜晶體管半導(dǎo)體層的硅上，并且將所述的純鋁或鋁合金的薄膜通過所述的含氮層連接至所述的薄膜晶體管半導(dǎo)體層。
文檔編號(hào)H01L21/84GK1917219SQ20061011489
公開日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2006年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月17日
發(fā)明者川上信之, 釘宮敏洋, 后藤裕史, 富久勝文, 日野綾 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所