способ изготовления тонкопленочных транзисторов

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ, заключающийся в том, что на изолирующую подложку наносят слой металла, методами фотолитографии формируют затвор, наносят диэлектрическую пленку, затем наносят пленку гидрогенизированного нелегированного кремния и пленку гидрогенезированного легированного аморфного кремния и формируют полупроводниковую область транзистора, наносят пленку металла и методами фотолитографии формируют области истока и стока, после чего наносят защитную пленку, отличающийся тем, что после формирования областей истока и стока проводят облучение полученной структуры ультрафиолетовым излучением с энергией квантов 3 5 эВ при дозах 10¹⁸ 10¹⁹ см^-2.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к полупроводниковой электронной технике и может быть использовано при изготовлении электронных устройств, содержащих тонкопленочные полевые транзисторы (ТПТ) на основе гидрогенизированного аморфного кремния. В частности, ТПТ в настоящее время находят широкое распространение в качестве электронных ключей, которые коммутируют элементы воспроизведения и регистрации информации в матричных телевизионных экранах, сканирующих считывающих устройствах и устройствах печати.

Известен способ изготовления ТПТ [1] по которому на изолирующую подложку наносят электрод затвора, изолирующую пленку, нелегированную пленку аморфного гидрогенизированного кремния и пленку аморфного гидрогенизированного кремния, легированного донорной примесью, затем, используя одну и ту же маску, осуществляют травление двух последних пленок с целью изоляции активных областей, после чего наносят проводящее покрытие и методами травления с использованием маски формируют контактные области истока и стока, а также необходимые соединения. На заключительной стадии с использованием в качестве защитной маски верхнего слоя металлизации травлением последней пленки осуществляют формирование областей.

К недостаткам ТПТ, изготовленных данным способом, следует отнести низкую стабильность параметров, невысокие значения коэффициента переключения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является взятый за прототип способ изготовления ТПТ [2] по которому после формирования областей истока и стока наносят пленку аморфного кремния, легированного более чем одним элементом из группы: бор, азот и кислород, или, используя исток и сток в качестве маски, проводят имплантацию в аморфный кремний более чем одного элемента из группы: бор, углерод, азот, кислород. В результате этого в пространстве между истоком и стоком получают пленку легированного аморфного кремния, в котором энергетическое положение уровня Ферми понижено относительно дна зоны проводимости в результате эффекта взаимной компенсации донорных и акцепторных примесей и дефектов.

Таким образом удается снизить токи и стабилизировать характеристики ТПТ в области малых напряжений затвора, соответствующих высокоомному состоянию ТПТ при его работе в качестве ключевого элемента в тонкопленочных элементах в устройствах воспроизведения и считывания информации.

Этот способ требует трудоемких дополнительных технологических операций, связанных с нанесением слоя и формированием межэлектродной области или имплантацией примесей в уже сформированные области. Эти операции не только усложняют процесс изготовления ТПТ, но и приводят к увеличению разброса параметров и снижению выхода годных приборов.

Изобретение решает задачу устранения вышеуказанных недостатков и позволяет создать эффективный способ изготовления ТПТ, обладающего высокой стабильностью при улучшенных характеристиках переключения.

Поставленная задача решается за счет того, что на изолирующую подложку наносят слой металла, методами фотолитографии формируют затвор, наносят диэлектрическую пленку, затем наносят пленку нелегированного аморфного гидрогенизированного кремния и пленку легированного аморфного гидрогенизированного кремния и формируют полупроводниковую область транзистора, наносят пленку металла и методами фотолитографии формируют области истока и стока, после чего наносят защитную пленку, после формирования областей истока и стока проводят облучение полученной структуры ультрафиолетовым (УФ) излучением с энергией квантов 3-5 эВ при дозах 1¹⁰-10¹⁹ см^-2.

Таким образом, отличительным признаком изобретения является то, что после формирования областей истока и стока проводят облучение полученной структуры УФ-излучением с энергией квантов 3-5 эВ при дозах 10¹⁰-10¹⁹ см^-2.

Использование отличительных признаков в совокупности с признаками ограничительной части формулы позволяет решить поставленную задачу изготовления ТПТ.

Использование для улучшения характеристик ТПТ засветки УФ-излучением позволяет упростить процесс, поскольку исключает сложные операции нанесения дополнительных пленок гидрогенизированного аморфного кремния или ионной имплантации примесей, осуществляемых на специальном дорогостоящем оборудовании в условиях вакуума. Вместе с тем УФ-облучение тонкопленочной структуры при заданных дозах решает задачу повышения стабильности ТПТ, снижения токов при низких значениях напряжения на затворе и, кроме того, улучшает форму передаточной характеристики, приближая ее к характеристике идеального порогового переключателя.

Проведенные патентные исследования подтвердили новизну изобретения, а также показали, что в литературе отсутствуют данные, указывающие на влияние отличительных признаков изобретения на достижение технического результата. Поэтому следует считать, что изобретение соответствует критериям "Новизна" и "Изобретательский уровень".

На фиг. 1-5 показаны основные этапы изготовления ТПТ, где 1 подложка, 2 электрод затвора, 3 диэлектрическая пленка, 4 пленка а-Si:H, 5 пленка легированного а-Si:H, 5а и 5в легированные пленки а-Si:H в области истока, 6а и 6в электроды истока и стока; на фиг.6 показано влияние УФ-излучения на характеристики ТПТ: 7 до воздействия УФ-излучения, 8 после воздействия с дозой 10¹⁷ см^-2, 9 после воздействия с дозой 10¹⁸ см^-2, 10 после воздействия с дозой 10¹⁹ см^-2; на фиг.7 показано влияние выдержки при повышенной температуре на характеристики ТПТ, где 11 характеристика ТПТ, не подвергнутого УФ-облучению непосредственно после его изготовления, 12 характеристика ТПТ, не подвергнутого УФ-облучению после выдержки его при температуре 200^о С в течение 4 ч, 13 характеристика ТПТ, прошедшего УФ-облучение с дозой 5^.10¹⁸ см^-2, 14 характеристика ТПТ, прошедшего УФ-излучение с дозой 5^.10¹⁸ см^-2 после выдержки при температуре 200^о С в течение 4 ч.

На диэлектрическую подложку 1 (фиг.1), изготовленную из низкотемпературного щелочного стекла, покрытого пассивирующим слоем SiO₂, методом магнетронного распыления наносят пленку Cr толщиной 0,1 мкм, из которой методами фотолитографии формируют затворные области 2. Затем в одной технологической камере методом плазмохимического осаждения из газовой смеси, содержащей SiH₄, N₂O, Ar, наносят диэлектрический слой 3 оксинитрида (фиг.2) толщиной 0,2 мкм, из газовой смеси, содержащей SiH₄ и Ar слой 4 аморфного гидрогенизированного кремния толщиной 0,2 мкм и из этой же газовой смеси с добавкой PH₃ слой 5 легированного аморфного кремния толщиной 0,05 мкм. На следующем этапе (фиг.3) методами фотолитографии формируют изолированные активные полупроводниковые области транзистора. Затем методом магнетронного распыления наносят слой Cr и фотолитографическим методом формируют контактные области 6а и 6в (фиг.4) после чего селективным травителем, используя области 6а и 6в в качестве маски, осуществляют травление легированного слоя аморфного кремния и таким образом формируются полупроводниковые области истока и стока 5а и 5в. Затем (фиг.5) полупроводниковую структуру облучают со стороны, противоположной подложке 1, УФ-излучением. В качестве источника УФ-излучения использовалась ртутная лампа. Через определенные промежутки времени, соответствующие различным дозам облучения, осуществлялось измерение характеристик транзисторов, которые приведены на фиг.6.

Из графиков фиг.6 видно, что при дозах облучения в диапазоне 10¹⁸-10¹⁹ см^-2 коэффициент переключения, равный отношению тока в точке В к току в точке А, достигает максимального значения. При этом сама характеристика приближается к характеристике идеального порогового переключателя, поэтому дозу облучения, лежащую в диапазоне 10¹⁸-10¹⁹ см^-2, следует считать оптимальной.

С целью проверки стабильности характеристик был изготовлен ТПТ в соответствии с описанным выше процессом при дозе УФ-облучения 5^.10¹⁸ см^-2. Измерения, выполненные при комнатной температуре, в вакууме, в азоте и в кислороде, продемонстрировали неизменность характеристик ТПТ при изменении состава газовой атмосферы. Поэтому были выполнены сравнительные измерения на ТПТ, полученных с использованием УФ-облучения и без использования УФ-облучения, после выдержки их на воздухе, при температуре 200^о С в течение 4 ч. Известно, что с повышением температуры все деградационные процессы интенсивно нарастают, поэтому операция высокотемпературной выдержки может рассматриваться как искусственное старение образца. Результаты измерений приведены на фиг.7. Из графиков фиг.7 видно, что деградация образца, изготовленного по предлагаемому способу, значительно ниже, чем без использования УФ-облучения.

Данное описание дает пример конкретного исполнения, однако изобретение не ограничивается приведенными оптимальными параметрами УФ-облучения, они могут быть и другими, однако доза облучения не должна быть ниже 10¹⁷ см^-2, поскольку при меньших значениях эффект улучшения характеристик может быть не достигнут, при больших дозах начинается постепенное ухудшение характеристик. Энергия квантов УФ-облучения может находиться в диапазоне от 3 до 5 эВ. Нижняя граница этого диапазона выбирается в соответствии со спектральной характеристикой оптического поглощения гидрогенизированного аморфного кремния из условия поглощения излучения на глубине, не превышающей 0,1 мкм. Излучение с энергией квантов более 5 эВ поглощается воздухом, что ослабит его эффект.

Патентуемый способ прошел лабораторные испытания на предприятии ЭЛО, результаты которых подтвердили возможность его эффективного использования. В настоящее время проводятся работы по внедрению данного способа в промышленное производство.