DE3636220A1

DE3636220A1 - Verfahren zum abscheiden von gate-elektrodenmaterial fuer duennfilm-feldeffekttransistoren

Info

Publication number: DE3636220A1
Application number: DE19863636220
Authority: DE
Inventors: Harold George Parks; George Edward Possin
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1985-08-02
Filing date: 1986-10-24
Publication date: 1988-04-28
Anticipated expiration: 2006-10-25
Also published as: JP2637078B2; US4646424A; DE3636220C2; FR2585879A1; EP0211370A2; EP0211370B1; EP0211370A3; JPS6272167A; FR2585879B1

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum Ab scheiden von Gate-Elektrodenmaterial in einem invertierten Dünn film-Feldeffekttransistor. Insbesondere bezieht sich die Erfin dung auf die Verwendung spezifischer Materialien und Verfahren bei der Fertigung von Feldeffekttransistoren (FETs), die in Ma trix-adressierten Flüssigkristallanzeigen (LCDs) verwendet wer den. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein vereinfachtes Verfahren für eine Gate-Schichtabscheidung, bei dem das Problem des Unterschneidens vermieden und bei dem das Gate-Titanmaterial gehärtet wird, so daß es durch nachfolgendes Ätzen und Verfahren, die die Silizium-Inseln bilden, weniger beeinträchtigt wird.

Eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung weist üblicherweise zwei ebene Platten auf, die an ihren äußeren Rändern abgedichtet sind und eine Menge an Flüssigkristallmaterial enthalten. Diese Flüs sigkristallmaterialien fallen üblicherweise in zwei Kategorien: zweifarbige Farbstoffe und ein Gast/Wirtsystem oder verdrill te nematische Materialien. Die ebenen Platten besitzen im all gemeinen transparentes Elektrodenmaterial, das auf ihren Innen flächen in vorbestimmten Mustern angeordnet ist. Die eine Plat te ist häufig vollständig durch eine einzelne transparente "Masseebene-"Elektrode überdeckt. Die entgegengesetzte Platte ist mit einer Anordnung (Array) aus transparenten Elektroden versehen, die hier als Bildelement- oder Fixel-Elektroden be zeichnet sind. Somit enthält eine übliche Zelle in einer Flüs sigkristallanzeige Flüssigkristallmaterial, das zwischen einer Pixel-Elektode und einer Masse-Elektrode angeordnet ist, die tatsächlich eine kondensatorähnliche Struktur bilden, die zwi schen transparenten Vorder- und Rückplatten angeordnet ist. Im allgemeinen ist jedoch Transparenz nur für eine der zwei Platten und die darauf angeordneten Elektroden erforderlich.

Im Betrieb wird die Orientierung des Flüssigkristallmaterials durch Spannungen beeinflußt, die an die Elektroden auf jeder Seite des Flüssigkristallmaterials angelegt werden. Üblicher weise bewirkt eine Spannung, die an die Pixel-Elektrode ange legt wird, eine Änderung in den optischen Eigenschaften des Flüssigkristallmaterials. Diese optische Änderung bewirkt die Anzeige von Information auf dem Flüssigkristall-Anzeigeschirm. Bei üblichen digitalen Überwachungsanzeigen und in neueren LCD- Schirmen, die in gewissen Miniatur-Fernsehempfängern verwendet werden, wird die sichtbare Wirkung üblicherweise durch Änderun gen von reflektiertem Licht erzeugt. Die Verwendung von transpa renten Vorder- und Rückplatten und transparenten Elektroden gestattet jedoch auch, daß visuelle Effekte durch transmissive Wirkungen erzeugt werden. Diese transmissiven Wirkungen können durch getrennt gespeiste Lichtquellen für die Anzeige, wozu Leuchtstofflampen gehören, verstärkt werden. LCD-Schirme können auch verwendet werden, um Farbbilder durch die Einfügung von Farbfiltermosaiken in Übereinstimmung mit der Fixel-Elektroden anordnung zu erzeugen. Einige Strukturen können Polarisierungs filter verwenden, um entweder die gewünschte visuelle Wirkung zu verstärken oder für diese zu sorgen.

Es werden verschiedene elektrische Mechanismen verwendet, um ein zelne Pixel-Elemente in einer Flüssigkristallanzeige nacheinan der ein- und auszuschalten. Beispielsweise sind Metalloxid- Varistorvorrichtungen für diesen Zweck verwendet worden. Die Verwendung von Dünnfilm-Halbleiterschaltelementen ist hierbei jedoch höchst interessant. Insbesondere weist das Schaltelement gemäß der Erfindung einen invertierten Dünnfilm-Feldeffekttran sistor auf, der eine Schicht aus amorphem Silizium verwendet. Diese Vorrichtungen werden LCD-Vorrichtungen bevorzugt wegen ihrer potentiell kleinen Größe, des geringen Energieverbrauchs, der Schaltgeschwindigkeiten, der leichten Herstellung und der Kompatibilität mit üblichen LCD-Strukturen. Die Herstellung dieser Strukturen wird üblicherweise mit Verarbeitungsverfahren für integrierte Schaltungen erreicht, wobei verschiedene Stu fen von Abscheidungsmaskierung und Materialätzen verwendet wird. Im allgemeinen sollte die Anzahl der Verfahrensschritte klein sein, denn jeder zusätzliche Verfahrensschritt vergrößert die Wahrscheinlichkeit für auftretende Fehler. Insbesondere sollte die Anzahl der Maskierungsschritte klein sein, denn im allgemeinen wird die Betriebssicherheit des Ergebnisses der Vorrichtung und die Verfahrensausbeute je kleiner, desto größer die Komplexität des Verfahrens ist. Insbesondere ist die Erfin dung auf ein Verfahren für die Abscheidung von Gate-Elektroden material in derartigen Vorrichtungen in einer Weise gerichtet, daß das Verfahren nicht nur vereinfacht wird sondern auch für positive Vorteile für spätere Verfahrensschritte sorgt.

Bei der Fertigung von invertierten Dünnfilm-FETs ist eine der ersten Schichten, die abgeschieden und mit einem Muster ver sehen wird, die Schicht, die die Gate-Elektroden- und Gate- Leitungsmuster beschreibt. Bei der bisherigen Musterbildung in Titan wurde das Gate-Material herbeigeführt unter Verwendung eines nassen Ätzvorganges. Jedoch war das nasse Ätzen schwierig zu steuern aufgrund einer Titanoxid-Oberflächenschicht, die viel langsamer geätzt wurde als das Titan selbst. Dies hatte häufig ein unterschiedliches und manchmal sehr starkes Unter schneiden zur Folge. Beispielsweise trat bei einem 10 µm brei ten Gate ein Unterschneiden von 2 µm auf. Zusätzlich erforder te das nasse Ätzen von Titan die Abscheidung einer Silizium nitrid-Anfangsschicht, um das Ätzen des darunter liegenden Siliziumoxids oder des darunter liegenden Substrats durch das nasse Titan-Ätzmittel auf der Basis von Wasserstoff-Fluorid zu ver hindern. Das Ätzen der Siliziumdioxidschicht während der Gate- Bildung vergrößerte auch die Stufenhöhe, die der Gate-Isolator zu überdecken hatte. Es beeinflußte auch nachteilig die Ober fläche des Glases, so daß dessen optische Eigenschaften ver schlechtert wurden. Das Ätzen dieses Substrates wird minimiert durch die zusätzliche Abscheidung einer Siliziumnitridschicht, die viel langsamer ätzt als die Siliziumdioxidschicht. Jedoch ist sogar die Verwendung des Siliziumnitrid-Abscheidungsschrit tes unerwünscht, da die Abscheidung durch Feststoff-Teilchen beeinflußt werden kann und einen viel langsameren Durchsatz hat als das hier beschriebene Verfahren.

Der Unterschnitt der Gate-Struktur ist besonders unerwünscht bei FETs, die in den hier in Rede stehenden LCD-Vorrichtungen verwendet werden. Aufgrund des Unterschnittes der Gate-Struktur kann es schwierig sein, die Source- und Drain-Maske mit der Gate-Struktur auszurichten. Dies kann eine schlechte Source- und Drain-Überlappung und in vielen Fällen überhaupt keine Überlappung zur Folge haben, wodurch die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung zerstört wird. Dies hat eine schlechte Ferti gungsausbeute zur Folge. Diese Senkung der Ausbeute wurde wei terhin auch durch die Gate-Leitungsverdünnung während des Ätzens der aus amorphem Silizium bestehenden Inselbereiche in den An zeigevorrichtungen beeinflußt. Es wurde auch gefunden, daß mehrere Plättchen (Wafer) verloren waren wegen der extremen Verdünnung des Titan-Gates aufgrund der Variabilität und der Ätzzeit der Silizium-Inseln. Derartige Randerscheinungen in einem Verfahrensschritt sind äußerst nachteilig für die Gesamt ausbeute.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Dünnfilm-Feldeffekttransistoren zu schaffen. Weiterhin sol len eine Struktur und ein Verfahren für die Dünnfilm-Feldeffekt transistorfertigung in Verbindung mit der Fertigung von Flüs sigkristallanzeigevorrichtungen geschaffen werden. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Flüssigkristallanzeige mit aktiver Matrix zu schaffen. Es sollen auch Materialien, Struk turen und Verfahren geschaffen werden, um das Auftreten des Unterschneidens bei der Fertigung von Gate-Elektroden für Dünn film-FETs zu verringern. Weiterhin soll ein trocknes Ätzver fahren geschaffen werden für die Abscheidung von Titanmaterial für eine Gate-Elektrode. Dabei soll das Titanmaterial gehärtet werden, um eine Gate-Leitungsverdünnung in nachfolgenden Ver arbeitungsschritten zu verhindern. Schließlich soll ein Ver fahren für die Herstellung der Gate-Elektrodenschicht in Dünn film-Feldeffekttransistoren und zugeordneten LCD-Vorrichtungen geschaffen werden, die eine erhöhte Fertigungsausbeute und sicherere Schaltungskomponenten und Anzeigen aufweisen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist ein Verfahren zum Abscheiden von Gate-Elektrodenmaterial in einem invertiertem Dünnfilm-Feldeffekttransistor die folgenden Schritte auf. Eine Schicht aus Siliziumdioxid wird auf einem isolierfähigen Substrat angeordnet, wonach eine Schicht aus Titan über der Siliziumdioxidschicht angeordnet wird. Die Titanschicht wird mit einem positiven Fotolack überzogen, der durch eine ge wünschte Mustermaske belichtet wird, um ein Muster von belich tetem Lackmaterial hervorzurufen. Dieses Material wird nach üblichen Verfahren entwickelt. Dann wird das Plättchen (Wafer) plasmageätzt, vorzugsweise in einer Atmosphäre von Kohlenstoff tetrafluorid und Sauerstoff, um Titan von dem Substrat zu be seitigen. Das Plättchen wird dann plasma-poliert in einer Sauerstoffatmosphäre, um den restlichen Abdecklack zu beseiti gen und um auch für ein Härten des Gate-Titanmaterials zu sor gen, so daß es haltbarer gemacht wird für nachfolgende Ver fahrensschritte.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen an hand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein schematisches elektrisches Schaltbild und zeigt den Zusammenhang, in dem die Dünnfilm-Feld effekttransistoren verwendet werden.

Fig. 2 ist eine Seitenschnittansicht von einem Abschnitt einer LCD-Pixelzelle, die die FET-Struktur gemäß der Erfindung enthält.

Fig. 3A ist eine Draufsicht auf einen FET und einen Ab schnitt einer Pixel-Elektrode gemäß der Erfindung.

Fig. 3B ist eine Seitenschnittansicht und zeigt deutli cher die Ausrichtung der FET-Struktur mit Ab schnitten, die in der Draufsicht gemäß Fig. 3A gezeigt sind.

Fig. 4A ist eine Seitenschnittansicht und zeigt insbeson dere das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfah rens.

Fig. 4B-4J sind Seitenschnittansichten und zeigen aufeinander folgende Schritte bzw. Stufen in der Fertigung der FET-Struktur und LCD-Struktur gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt in schematischer Form eine Matrix-adressierte Flüssigkristallanzeigeschaltung. Insbesondere ist dort eine N×M Anordnung (Array) von Pixel-Elektroden 16 zusammen mit zugehörigen FET-Schaltelementen 50 gezeigt. Die Gate-Elektroden der Schaltelemente in Reihe i sind mit einer Gate-Treiberlei tung G _i verbunden. In ähnlicher Weise ist die Source-Elektrode in jeder Spalte j mit einer Daten- oder Source-Leitung S _j ver bunden. In der gezeigten Figur reicht j von 1 bis M und i reicht von 1 bis N. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß viele FET- Strukturen symmetrisch sind in bezug auf die Source- und Drain- Eigenschaften und daß in vielen Fällen die Source- und Drain- Verbindungen umgekehrt sein können. Gemäß Fig. 1 ist jedoch je de Pixel-Elektrode 16 mit der Drain-Elektrode ihres zugeordneten Schalt-FET verbunden. Im Betrieb wird das Pixel-Element in der i-ten Reihe und der j-ten Spalte dadurch eingeschaltet, daß gleichzeitig entsprechende Signale an die Gate-Leitung G _i und die Datenleitung S _j angelegt werden. Dadurch wird eine Spannung an die Pixel-Elektroden 16 angelegt, die die Wirkung hat, die optischen Eigenschaften der Flüssigkristallmaterialien zu verän dern, die zwischen der Pixel-Elektrode 16 und der Masseebene- oder Gegenelektrode (nicht sichtbar in Fig. 1) angeordnet sind. Die Pixel-Elektroden 16 weisen ein transparentes leitfähiges Material auf, wie beispielsweise Indiumzinnoxid.

Fig. 2 zeigt einen Teil einer Flüssigkristallanzeigenvorrich tung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Insbesondere stellt Fig. 2 sowohl die obere als auch die untere Platte für eine Flüssigkristallanzeige dar. Weiterhin ist die physikalische Relation zwischen der FET-Struktur und einer Pixel-Elektrode gezeigt. In Fig. 2 ist eine obere LCD-Platte 70 gezeigt, die üblicherweise ein Material wie beispielsweise Glas enthält. Wei terhin ist auf der unteren Oberfläche der Platte 70 ein dünner Überzug 76 aus einem Material, wie beispielsweise Indiumzinnoxid, angeordnet, der als eine transparente Gegenelektrode oder Masse ebenen-Elektrode wirkt. Elektrische Potentialunterschiede, die zwischen der Masseebenen-Elektrode 76 und der Pixel-Elektrode 16 auftreten, erzeugen optische Änderungen in dem Flüssigkristall material 60, das zwischen diesen Elektroden angeordnet ist. Es sind diese durch die Potentialdifferenz erzeugten optischen Wir kungen, die die Anzeige von Information auf der LCD-Vorrichtung bewirken. Der FET 50 und die Pixel-Elektrode 16 sind auf einem isolierfähigen Überzug 12 auf der unteren LCD-Platte 10 angeordnet. Der Überzug 12 weist üblicherweise ein Material wie beispiels weise Siliziumdioxid auf. Die Platte 10 weist üblicherweise ein Material wie beispielsweise Glas auf. Im allgemeinen können die Platte 70, die Plattenelektroden 76, die Pixel-Elektrode 16, der Überzug 12 und die Platte 10 alle transparentes Material aufwei sen. Dies ist besonders nützlich bei Flüssigkristallanzeigen, in denen eine Rückbeleuchtung verwendet wird, um das gewünschte Bild zu formen. Nötig ist jedoch nur, daß entweder die obere Platte 70 oder das untere Substrat 10 zusammen mit dem zugeordneten Elektrodenüberzug transparent sind.

Wie vorstehend erwähnt ist, sind die Pixel-Elektroden 16 auf der einen der LCD-Platten angeordnet. Es ist weiterhin notwendig, jede Pixel-Elektrode mit ihrem zugehörigen Halbleiterschaltele ment zu verbinden. Bei der hier beschriebenen Applikation weist das Halbleiterschaltelement 50 einen Feldeffekttransistor auf einer Basis von amorphem Silizium auf, der eine Gate-Elektrode 14 aufweist, die Titan enthält. Über der Gate-Elek trode 14 ist eine Isolierschicht 18 angeordnet, die üblicherweise ein Material wie beispielsweise Siliziumnitrid aufweist. Über der Isolierschicht 18 ist eine aktive Schicht aus amorphem Silizium 20 angeordnet. Im allgemeinen ist es wünschenswert, die Source- und Drain-Elektroden in einem direkten Kontakt mit dem aktiven Siliziummaterial anzuordnen. Jedoch können Materialien, wie bei spielsweise Molybdän, die in der Source- und Drain-Metallisie rungsschicht verwendet werden, keinen guten elektrischen Kontakt mit dem intrinsiken amorphen Silizium bilden, insbesondere wenn die Siliziumoberfläche vor der Abscheidung von Source-Drain-Me tall nachfolgenden Bearbeitungsschritten ausgesetzt wird. Des halb ist es wünschenswert, ein Zwischenkontaktmetall, das Molyb dän oder Aluminium sein kann, zu verwenden, um die elektri schen Verbindungen mit dem amorphen Silizium zu erleichtern und zu verbessern. Hierzu gehört die Verwendung von Aluminiumüber zügen 22 a und 22 b für die Source-Elektroden 24 a bzw. 24 b. Zur gleichen Zeit werden die Drain-Elektrode 24 b und die Source-Elek trode 24 a so gefertigt und angeordnet, daß sie einen elektri schen Kontakt mit der Pixel-Elektrode 16 in der gezeigten Weise bilden. Schließlich ist eine Schicht aus einem Passivierungsma terial 26, wie beispielsweise Siliziumnitrid, über dem unteren LCD-Substrat angeordnet.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann auch amorphes N⁺Silizium anstelle einer dünnen Aluminiumschicht verwendet wer den, um den Kontakt mit der amorphen Siliziumschicht zu erleichtern.

Aus Fig. 2 ist weiterhin ersichtlich, daß die Gate-Elektrode 14 zusammen mit den zugeordneten Gate-Treiberleitungen mit der Schicht 12 in Kontakt ist, wie dies auch für die Indiumzinnoxid- Schicht 16 gilt. Wenn diese Schichten in etwa in dem gleichen Schritt in dem Herstellungsverfahren abzuscheiden sind, müssen die Materialien, die für diese Schichten ausgewählt sind, einen ge wissen Grad an Kompatibilität aufweisen. Dies gilt insbesondere in bezug auf die Ätzmittel, die beim Ausbilden von Mustern in diesen Schichten verwendet werden. Demzufolge verwendet die Struktur und das Verfahren gemäß der Erfindung Titan als ein Gate-Elektrodenmaterial und Indiumzinnoxid als ein transparentes Pixel-Elektrodenmaterial. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß diese Kompatibilitätsprobleme nicht für die Masseebene-Elektrode 76 gelten, die auf dem oberen Substrat 70 angeordnet ist.

Fig. 3A ist eine Draufsicht und zeigt im Detail die physikali sche Struktur eines Schaltelementes 50 und seine zugehörige Pixel-Elektrode 16 in der Nähe des Schnittes der Gate-Treiber leitung G _i und der Daten-Treiberleitung S _j. Der Vollständigkeit halber sind entsprechende Strukturen in Fig. 3B im Schnitt dar gestellt. Insbesondere zeigt Fig. 3A das Vorhandensein einer isolierenden Insel, die hauptsächlich die Isolierschicht 18 und die Schicht 20 aus amorphem Silizium aufweist. Diese Insel bil det eine Isolation zwischen der Datenleitung S _j und der Gate- Leitung G _i. Es ist weiterhin ersichtlich, daß die Daten-Leitung S _j auch direkt als Source-Elektrode (oder die Drain-Elektrode in einem umgekehrten Fall) für einen Dünnfilm-FET dienen kann. Ferner wird deutlich, daß die Gate-Elektrode 14 vorzugsweise als eine Verlängerung der Gate-Treiberleitung G _i ausgebildet ist. Die Gate-Treiberleitungen und die Gate-Elektroden werden vorzugs weise in dem gleichen Fertigungsschritt hergestellt und weisen das gleiche Material auf, und in diesem Ausführungsbeispiel wird Titan verwendet, um die Kompatibilität mit der aus Indium zinnoxid bestehenden Pixel-Elektrode 16 sicherzustellen.

Da die Gate-Elektrode in einem frühen Fertigungsschritt herge stellt und auf dem darunter liegenden, isolierenden Substrat angeordnet ist und da die Gate-Isolierschicht auch die Gate- und Source-Elektroden isoliert, werden die in den Fig. 2 und 3B gezeigten FET-Strukturen als invertierte FET′s beschrieben. Dieser Begriff bezieht sich jedoch nur auf ihre physikalischen und nicht auf ihre elektrischen Eigenschaften.

Es mag zwar den Anschein haben, daß die in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigte Struktur auf einfache Weise aufgebaut werden kann, es muß dabei aber berücksichtigt werden, daß es bei der Ferti gung der gezeigten Struktur signifikante Material- und Material- Ätzmittel-Kompatibilitätsprobleme gibt. Das Verfahren gemäß der Erfindung verwendet Materialien und Schritte, die diese Kompati bilitätsprobleme überwinden und zur gleichen Zeit ein Herstel lungsverfahren zur Folge haben, das eine minimale Anzahl von Maskierungsoperationen verwendet. Die Verwendung einer großen Anzahl von Maskierungsoperationen muß im allgemeinen vermieden werden wegen der Probleme bezüglich der Betriebssicherheit der Vorrichtung und der Ausbeute. Dementsprechend stellen Fig. 4A bis 4J verschiedene Schritte bei der Fertigung der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Vorrichtung dar. Insbesondere ist das in diesen Figuren dargestellte Verfahren auf die Herstellung von Dünnfilm-FET-Schaltelementvorrichtungen auf der Basis von amor phem Silizium gerichtet, die mit der Verwendung von Indiumzinn oxid als ein transparentes Elektrodenmaterial kompatibel sind.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Gate-Elektrodenmuster, das in Fig. 4A und auch in Fig. 3A dargestellt ist, durch ein trockenes Plasma-Ätzen gebildet oder hergestellt. In diesem Verfahren wird ein isolierfähiges Sub strat, vorzugsweise Glas, mit einer Schicht aus Siliziumdioxid bis zu einer Dicke von etwa 1200 Ångström überzogen. Vor dem Aufbringen des Siliziums auf das Substrat wird das Substrat ge reinigt, um das Plättchen oder Chip auf Verarbeitungsqualität zu bringen. Die Siliziumdioxidschicht 12 wird dann vorzugsweise darauf durch Sprühen oder durch plasma-verstärkte chemische Dampfabscheidung angeordnet. Neuere Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß diese Schicht 12 optional ist, d.h. sie kann auch weggelassen werden. Das Plättchen (Wafer) wird dann vorzugsweise gereinigt und mit einer Titanschicht bis zu einer Dicke von etwa 800 Ångström überzogen. Diese Abscheidung wird vorzugsweise durch Elektronenstrahlverdampfung ausgeführt. Das daraus resul tierende Substrat wird dann vorzugsweise mit Wasser gereinigt und mit einem positiven Fotolack überzogen. Der Fotolack wird dann durch die gewünschte Mustermaske belichtet, um ein Muster des belichteten Lackmaterials hervorzurufen. Ein geeignetes Fotolackmaterial ist beispielsweise Shippley 1450J. Dieser Foto lack wird dann entwickelt. Es sei darauf hingewiesen, daß bei bekannten Verfahren, die zur Abscheidung von Gate-Material ver wendet wurden, ein Verfahrensschritt zum Abscheiden von Silizium nitrid erforderlich war, um zu verhindern, daß die nassen Ätz mittel, die bei der Beseitigung des Gates verwendet wurden, die darunter liegende Siliziumoxidschicht angreifen. Dieser Verfah rensschritt wird beim erfindungsgemäßen Verfahren zusammen mit dem Reinigungsschritt, der dann erforderlich ist, vermieden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das so entstandene Substrat nun plasma-geätzt, um Titan zu beseitigen, das unter dem belichteten Lackmuster vorhanden ist. Dieses Plasma-Ätzen erfolgt vorzugsweise in einer Atmosphäre von Kohlenstofftetra fluorid mit 4% Sauerstoff. Die Verwendung dieses Verfahrens zum Ätzen des Gate-Titanmaterials gestattet die Vermeidung der oben erwähnten Siliziumnitrid-Schutzschicht, da Siliziumdioxid ein wirksamerer Ätzstopp ist als Siliziumnitrid für das Kohlen stofftetrafluoridplasma. Die plasma-geätzten Gates vermindern gewöhnlich das Unterschneiden von 2,0 µm (wie es häufig beim nassen Ätzen auftrat) auf etwa 0,5 µm, woraus eine höhere Aus beute aufgrund der verbesserten Source/Drain-Überlappungssteue rung resultiert. Weiterhin wird das entstandene Substrat nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dann plasma-poliert in einer Sauerstoffatmosphäre, um das verbleibende Lackmaterial zu be seitigen. Das Polieren wird vorzugsweise bei Temperaturen von 80°C bis 150°C in einer Umgebungsatmosphäre von reinem Sauer stoff bei einem Druck von etwa 0,13 bis 13,3×10^-3 bar (0,1 bis 10 Torr) und bei einer HF-Leistung von etwa 50 bis 300 Watt durchgeführt. Dieses Verfahren hat den zusätzlichen Vorteil, daß das Gate-Titanmaterial einer Sauerstoffatmosphäre ausge setzt ist, die die Neigung hat, das Gate-Material zu härten und es weniger empfindlich zu machen gegenüber Erosion in den nachfolgenden Verfahrensschritten, insbesondere bei der Bildung der Nitrid- und Silizium-Inseln, die noch beschrieben werden. Schließlich wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein verblei bendes Lackmaterial von dem Substrat abgestreift.

Fig. 4B stellt den nächsten Schritt in dem erfindungsgemäßen Verfahren dar. Bei diesem Schritt wird das aus Indiumzinnoxid bestehende Pixel-Elektrodenmaterial 16 durch Sprühen abgeschie den und naß geätzt. Der in Fig. 4B gezeigte Verfahrensschritt stellt deshalb den zweiten Maskierungsschritt dar, der gemäß der Erfindung verwendet wird. Die Ausbildung der Pixel-Elektroden wird nach der Ausbildung des Gate-Metallisierungsmusters ausge führt, um das Aussetzen gegenüber dem kurzen nassen Ätzen der Gate-Metallisierung zu vermeiden. Das Material der Pixel-Elek trode 16 wird vorzugsweise durch Zerstäubung von Indiumzinn oxid bis zu einer Dicke von etwa 900 Ångström abgeschieden.

Fig. 4C stellt den nächsten Schritt in dem erfindungsgemäßen Verfahren dar, der die Abscheidung der Isolierschicht 18 be inhaltet. Diese Schicht weist vorzugsweise Siliziumnitrid auf, das vorzugsweise durch Plasma-verstärkte chemische Dampfabschei dung bis zu einer Dicke von etwa 1500 Ångström ausgebildet wird. Als nächstes wird eine Schicht aus amorphem Silizium in ähnli cher Weise bis zu einer Dicke von etwa 2000 Ångström abgeschieden. Die Herstellung der Schichten aus Siliziumnitrid und amorphem Silizium erfolgt vorzugsweise in einem einzigen Vorgang, d.h. sie werden aufeinanderfolgend abgeschieden, indem nur die in dem Va kuumbehälter verwendeten Gase gewechselt werden, ohne daß seine Dichtung aufgebrochen wird. Bezüglich einer allgemeinen Beschreibung der vorgenannten chemischen Dampfabscheidung wird auf "Plasma-promoted Deposition of Thin Inorganic Films" von M. Rand in J. Vac. Sci. Tech., Band 16, Seite 420 (1979) verwiesen. Auch wenn es weniger wün schenswert ist, so ist es auch möglich, die aus amorphem Sili zium bestehende Schicht durch Zerstäuben und anschließendes Hydrieren herzustellen. Ein wichtiger Aspekt des erfindungsge mäßen Verfahrens besteht darin, daß die nächste Schicht aus Aluminium relativ unmittelbar nach der Abscheidung von amorphem Silizium abgeschieden wird, um einen sicheren Kontakt zu errei chen. Dies ist sehr wünschenswert wegen der Oxidation und Ver unreinigung der Siliziumoberfläche, die anderenfalls auftreten könnten. Bezüglich der Unmittelbarkeit bzw. Unverzüglichkeit der Abscheidung von Aluminium wird darauf hingewiesen, daß diese Ab scheidung vor irgendeiner anderen Oberflächenbehandlung erfolgt. Beispielsweise ist es unerwünscht, die Abscheidung von Aluminium für länger als etwa 2 Stunden zu verzögern, wenn die Substrat oberfläche Luft ausgesetzt ist. Die Aufbewahrung des Substrates in inerten Atmosphären würde diese Zeitperiode selbstverständlich verlängern. Da es jedoch erwünscht ist, einen guten Kontakt mit dem aus amorphem Silizium bestehen den Material herzustellen, ist es im allgemeinen besser, die Aluminiumschicht so bald wie möglich ohne anschließende Oberflä chenbehandlung abzuscheiden. Die Abscheidung der Siliziumschicht 20 ist in Fig. 4D dargestellt, und die Elektronenstrahlver dampfung der Aluminiumschicht 22 ist in Fig. 4E gezeigt. Das Aluminium wird üblicherweise bis zu einer Dicke von etwa 500 Ångström abgeschieden. Die amorphe Siliziumschicht wird vorzugs weise durch Plasma-Abscheidung bis zu einer Dicke von etwa 2000 Ångström abgeschieden. Die daraus resultierende Struktur ist in Fig. 4E gezeigt.

Die Ausbildung des Gates gemäß der Erfindung wurde zwar in Ver bindung mit der Verwendung einer Aluminiumschicht beschrieben, um einen elektrischen Kontakt mit der Schicht aus intrinsikem amorphem Silizium zu verbessern, aber das erfindungsgemäße Ver fahren kann auch verwendet werden, wenn eine Schicht aus amorphem N⁺Silizium an dessen Stelle verwendet wird, um die gleiche Funk tion zu erfüllen. Die Schicht aus amorphem N⁺Silizium wird im wesentlichen in dem gleichen Verfahrensschritt gebildet wie die Schichten aus Siliziumnitrid und intrinsikem amorphem Silizium, indem einfach die entsprechenden Gase in der Prozeßkammer ausge wechselt werden, ohne daß die luftdichte Dichtung zerstört wird.

Fig. 4F zeigt, daß der nächste Schritt in dem Verfahren die Ausbildung des Musters der Aluminiumschicht 22 ist, so daß die Aluminiumschicht zurückgeschnitten ist von der gewünschten Insel struktur (in der nachfolgenden Verarbeitung vollständiger aus gebildet), was insbesondere durch die Bezugszahlen 18 und 20 in Fig. 3A angedeutet ist. Das Vorhandensein der Aluminium schicht 22 erfüllt die Kontaktbedingungen, und da sie geätzt wird, während das Indiumzinnoxid von Gate-Nitrid überdeckt ist, wird kein "Schweizer-Käse"Aussehen der Pixel-Elektrodenschicht 16 beobachtet.

Fig. 4G stellt den nächsten Schritt in dem Verfahren dar, in dem die Inselmuster aus amorphem Silizium und Siliziumnitrid ausgebildet werden. Diese Operation stellt den vierten Maskie rungsschritt dar. Die verwendete Maske kann die gleiche Maske sein, die zur Ausbildung der Aluminium-Inseln verwendet wurde. Um die gleiche Maske zu verwenden, wird eine doppelte Exposion durchgeführt, bei der die Maske in der gleichen diagonalen Rich tung zweimal vor- und zurückgeschoben wird, um eine größere Aluminiumbeseitigung sicherzustellen. Im allgemeinen ist es je doch vorzuziehen, eine getrennte Maske zur Musterausbildung der Silizium- und Nitridabschnitte der Inselstruktur zu verwenden. Der Zweck dieses Zurückschneidens oder Zurücksetztens der Alu miniumschicht besteht darin, ein Unterschneiden zu verhindern, das als eine Folge der unterschiedlichen Materialätzgeschwin digkeiten für Aluminium und die anderen Inselbestandteile auftre ten könnte. Das Plasma-Ätzmittel, das zum Beseitigen der Sili ziumnitrid- und aus amorphem Silizium bestehenden Schichten ver wendet wurde, greift die Indiumzinnoxidschicht nicht an.

Fig. 4H stellt den nächsten Schritt in dem erfindungsgemäßen Verfahren dar, in dem eine Schicht aus Molybdän auf dem Substrat abgeschieden wird. Beispielsweise kann eine 3000 Ångström dicke Molybdänschicht 24 auf diese Weise abgeschieden werden. Wie in Fig. 4I gezeigt ist, wird diese Schicht dann mit einem Muster versehen, wobei ein nasses Ätzen mit einer Mischung von Phosphor-, Essig- und schwacher Salpetersäure ohne Angriff des Indiumzinn oxidmaterials verwendet wird. Das vorgenannte Ätzmittel besei tigt auch die kleine Aluminiummenge von dem Kanal zwischen den Source- und Drain-Streifen. Die Source-Drain-Molybdän-Abschei dung bildet ein Silizid um den Rand der Insel, was eine Gate- und Source-Drain-Leckage zur Folge hat. Dies wird jedoch elimi niert durch Plasma-Ätzen der freiliegenden Siliziumoberfläche (Kanalrückätzen), und die Vorrichtung wird dann mit einem Nie dertemperaturnitrid versehen zum Schützen und Passivieren der freiliegenden Siliziumoberfläche. Diesbezüglich wird auf Fig. 4J verwiesen.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß das Gate- Elektroden-Abscheidungsverfahren gemäß der Erfindung ein ver einfachtes Verfahren schafft zum Herstellen von invertierten Dünnfilm-Feldeffekttransistoren. Es ist ferner ersichtlich, daß das Verfahren die Bildung von gehärtetem Gate-Material zur Fol ge hat, das dazu neigt, eine viel größere Immunität gegenüber einem Angriff durch Ätzmittel zu haben, die in nachfolgenden Bearbeitungsschritten verwendet werden. Es wird weiterhin deut lich, daß das erfindungsgemäße Verfahren das Erfordernis für eine Anordnung einer Schutzschicht aus Siliziumnitrid elimi niert. Weiterhin beseitigt das hier beschriebene Verfahren der Gate-Elektroden-Abscheidung im wesentlichen das Problem des Unterschneidens, das bei bekannten Naßätz-Verfahren auftritt. Es wurde jedoch auch deutlich gemacht, daß das beschriebene Verfahren im allgemeinen mit üblichen Bearbeitungsverfahren für eine sehr hohe Packungsdichte (VLSI) kompatibel ist. Schließ lich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine sichere Fertigung mit hoher Ausbeute und Flüssigkristallanzeigevorrich tungen mit hohem Auflösungsvermögen.

Claims

1. Verfahren zum Abscheiden von Gate-Elektrodenmaterial in einem invertierten Dünnfilm-Feldeffekttransistor, gekennzeichnet durch:
Anordnen einer Schicht aus Siliziumoxid auf einem isolierfähigen Substrat,
Anordnen einer Titanschicht über der Siliziumdioxid schicht,
Überziehen der Titanschicht mit einem positiven Fotolack,
Belichten des Fotolackes durch eine gewünschte Muster maske zum Ausbilden eines Musters von belichtetem Fotolackmaterial,
Entwickeln der Fotolackschicht,
Plasma-Ätzen des Titans unterhalb der belichteten Foto lackschicht,
Plasma-Polieren des verbleibenden Fotolackes in einer Sauerstoffatmosphäre und
Abstreifen des verbleibenden Fotolackes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliziumoxid durch Sprühen abgeschieden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliziumoxid in einer Dicke von etwa 1200 Ångström angeordnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das isolierfähige Substrat Glas verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Abscheiden des Siliziumoxids das Substrat gereinigt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Titan durch Elektronenstrahlverdampfung ange ordnet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Titan bis zu einer Dicke von etwa 800 Ångström angeordnet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abscheiden des Siliziumdioxids eine Mo lybdänschicht auf dem Substrat abgeschieden wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abscheiden der Titanschicht das Substrat gereinigt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma-Ätzen des Titans in einer Atmosphäre von Kohlenstofftetrafluorid und Sauerstoff durchge führt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff 4 Vol-% der Atmosphäre bildet.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma-Polieren bei Temperaturen von etwa 80°C bis etwa 150°C durchgeführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma-Polieren bei Drucken von etwa 0,13 bis 13,3×10^-3 bar durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma-Polieren bei Hochfrequenzleistungen von etwa 50 bis etwa 300 Watt durchgeführt wird.

15. Verfahren zum Abscheiden von Gate-Elektrodenmaterial in einem invertierten Dünnfilm-Feldeffekttransistor, gekennzeichnet durch:
Anordnen einer Titanschicht auf einer isolierfähigen Substratschicht,
Überziehen der Titanschicht mit einem positiven Foto lack,
Belichten des Fotolackes durch eine gewünschte Muster maske zum Hervorrufen eines Musters von belichtetem Fotolackmaterial,
Entwickeln der Fotolackschicht,
Plasma-Ätzen des Titans unterhalb des belichteten Foto lackes,
Plasma-Polieren des verbleibenden Fotolackes in einer Sauerstoffatmosphäre und
Abstreifen des verbleibenden Fotolackes.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma-Polieren bei Temperaturen von etwa 80°C bis etwa 150°C durchgeführt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma-Polieren bei Drucken von etwa 0,13 bis etwa 13,3×10^-3 bar durchgeführt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma-Polieren bei Hochfrequenzleistungen von etwa 50 Watt bis etwa 300 Watt durchgeführt wird.