專利名稱：半導(dǎo)體元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平面天線，更具體地，涉及一種針對在不同的頻帶中進(jìn)行操作的無線網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)的狹縫式雙頻帶平面天線。
背景技術(shù)：
隨著家庭環(huán)境中無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，天線的設(shè)計(jì)面臨由各種頻率分配到這些網(wǎng)絡(luò)的方式所導(dǎo)致的特別問題。因此，在使用IEEE802.11a或者Hyperlan2標(biāo)準(zhǔn)家庭無線網(wǎng)絡(luò)的情況下，工作在5GHz頻帶的兩個(gè)不同的頻率區(qū)間已如下表所示分配給多個(gè)服務(wù)提供商。
表格A

由于這個(gè)原因，為了覆蓋這兩個(gè)頻帶，無論是對于單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)還是同時(shí)對兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，均提出了多種解決方案。
最明顯的解決方案是使用同時(shí)覆蓋上面定義的兩個(gè)頻帶的寬頻帶天線。然而，這種覆蓋寬頻帶類型的天線通常具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)并且很昂貴。寬頻帶天線的使用也有其它一些缺點(diǎn)，比如由于噪聲頻帶的寬度和能夠工作在天線覆蓋的整個(gè)頻帶上的擾頻器而導(dǎo)致接收機(jī)性能的退化，這個(gè)頻帶也包括在5.35GHz到5.47GHz范圍之內(nèi)沒有分配給特定應(yīng)用的頻帶。
為了與功率傳輸波形掩模(profiling mask)一致，也就是在所分配的頻帶內(nèi)和所分配的頻帶外都允許的最大傳輸功率，寬頻帶天線的250℃的熱處理的情況下，是維持PN結(jié)的狀態(tài)，在從負(fù)的施加電壓變?yōu)檎氖┘与妷簳r(shí)產(chǎn)生整流作用。但是，在進(jìn)行300℃及350℃的熱處理情況下，確認(rèn)沒有維持正常的PN結(jié)，隨著負(fù)的施加電壓的增加，反向電流也增加。
另外，來看圖3)(B)可知，在以往例1的利用鉬形成電極層時(shí)，確認(rèn)不管有沒有熱處理，都維持正常的PN結(jié)。然后，來看圖3(A)可知，在利用實(shí)施例1的Al-Ni-C系的鋁合金薄膜形成電極層時(shí)，在300℃及350℃的熱處理中，隨著負(fù)的施加電壓的增加，由于反向電流沒有明顯增加，維持著反向飽和電流，因此表明PN結(jié)與有沒有熱處理無關(guān)，基本上維持正常的狀態(tài)。
下面根據(jù)圖3所示的檢查各電極層與半導(dǎo)體層的接合特性的結(jié)果，對于各熱處理溫度下的反向電流值進(jìn)行說明。圖4所示為對于圖3中的負(fù)的施加電壓為-1V時(shí)的反向電流值(4個(gè)測量值的平均值)、以熱處理溫度為橫軸所畫的曲線。
來看圖4可知，-1V時(shí)的施加電壓下的反向電流值在比較例2的僅用鋁的情況下，通過進(jìn)行熱處理，反向電流值有大的變化。另外，在比較例1的Al-Cu-Si系的情況下，若進(jìn)行300℃以上的熱處理，反向電流值也有大的變化。另外，在以往例1的鉬的情況下，確認(rèn)與有沒有熱處理無關(guān)，反向電流值幾乎沒有變化。然后，在實(shí)施例1的Al-Ni-C系的情況下，確認(rèn)在300℃及350℃的熱處理溫度下，雖然發(fā)現(xiàn)反向電流值有一定的變化，但不像比較例1及2那樣有大的反向電流值的變化。另外，圖4所示的反向電流值是利用圖2所示的試驗(yàn)樣品的接合面積(0.04cm2)，采用除實(shí)際測量電流值處的值，因此形成較大的值，而在構(gòu)成實(shí)際半導(dǎo)體元件時(shí)的反向電流值，估計(jì)為小于圖4所示的值。
下面說明對利用實(shí)施例1的鋁合金薄膜形成的電極層與由ITO膜構(gòu)成的透明電極的接合特性進(jìn)行檢查的結(jié)果。首先說明將實(shí)施例1的電極層與ITO膜接合時(shí)測量通電耐久性的結(jié)果。
圖5所示為通電耐久性的測量方法。在利用ITO膜(In2O3-10wt％SnO2)構(gòu)成的透明電極40(0.2μm厚)上交叉形成電極層(0.2μm厚)，從箭頭部分的端子進(jìn)行通電。通過測量該端子間的電阻，并測量直到該端子間電阻發(fā)生變化的通電時(shí)間來進(jìn)行通電耐久性測量。該通電耐久性的測定環(huán)境是在85℃的大氣氣氛中。為了與實(shí)施例1進(jìn)行比較，對表2所示的Al(鋁)-Nd(釹)的電極層也進(jìn)行了測量。


該通電耐久性是通過10μA及1mA的兩種電流值、進(jìn)行200小時(shí)的通電來測量的。另外，對于比較例3的電極層進(jìn)行了兩種情況的測量，一種情況是直接與透明電極進(jìn)行接合，另一種情況是在電極層與透明電極之間形成覆蓋層的構(gòu)成材料之一的Cr膜(0.05μm厚)，從而形成接合部。表3所示為將端子間電阻產(chǎn)生變化的通電時(shí)間作為通電耐久性的結(jié)果。


如表3所示，對于隔有成為覆蓋層的Cr膜的比較例3的電極層，即使進(jìn)行200小時(shí)的通電，該端子間的電阻值也沒有產(chǎn)生變化(端子間電阻值為6E＝03Ω)。但是，在沒有Cr膜而將比較例3的電極層直接與透明電極接合時(shí)，確認(rèn)以電流10μA、經(jīng)過40小時(shí)后，端子間的電阻上升(從初始端子間電阻值6E+3Ω變?yōu)?.5E+5Ω)。而且確認(rèn)，以電流1mA、經(jīng)過130小時(shí)后，端子間電阻大幅度上升(從初始端子間電阻值4E+3Ω變?yōu)?E+7Ω)。另外，對于實(shí)施例1的電極層，即使進(jìn)行200小時(shí)的通電，其端子間電阻值也沒有產(chǎn)生變化(端子間電阻值為5E+3Ω)。
然后，說明與溫度有關(guān)的通電耐久性的檢查結(jié)果。該與溫度有關(guān)的通電耐久性是對于上述的實(shí)施例1及比較例3(沒有Cr膜)的電極層進(jìn)行測量的。測量方法是取電流值為3mA，將接合部的電阻值達(dá)到初始值的2倍的時(shí)間作為壽命。而且通電時(shí)的溫度設(shè)為85℃、100℃、150℃、200℃及250℃進(jìn)行。圖6所示為測量各溫度下的接合部產(chǎn)生電阻上升的時(shí)間并對通電時(shí)保持溫度的倒數(shù)將其壽命時(shí)間進(jìn)行阿倫尼烏斯繪圖的曲線。在圖6中，縱軸是壽命時(shí)間，橫軸表示1000/絕對溫度。根據(jù)從該阿倫尼烏斯繪圖的曲線外插的一次直線的斜率，計(jì)算出接合部產(chǎn)生電阻上升的活化能，結(jié)果表明，對于實(shí)施例1為1.35eV，對于比較例3為0.42eV。由該結(jié)果確認(rèn)，實(shí)施例1的電極層與比較例3相比，具有約3.3倍的活化能。另外，由圖5可以預(yù)測，85℃的連續(xù)通電時(shí)的耐久壽命比較例3只有2小時(shí)左右，而對于實(shí)施例1甚至具有約7萬小時(shí)。
下面再說明觀察實(shí)施例1及比較例2的電極層與透明層電極的接合界面的結(jié)果。圖7所示為用FIB(Focused Ion Beam聚焦離子束)-SEM及金屬顯微鏡觀察將兩電極層與利用ITO膜構(gòu)成的透明電極接合并通電約1小時(shí)后(電流約1mA)的剖面圖。該樣品的作成條件與上述實(shí)施例1及比較例2中說明的情況相同，故其說明省略。
圖7(A)為比較例1情況下的剖面，(B)為實(shí)施例1的情況下的剖面。來看這些剖面可知，對于比較例1，確認(rèn)在通電后Al膜與ITO膜的接合部產(chǎn)生變質(zhì)剝離、另外，對于實(shí)施例1的情況，表明即使在通電后也完全沒有變質(zhì)。
下面說明測量實(shí)施例1、比較例2及3的覆蓋層構(gòu)成材料的Cr、Mo及ITO膜的氧化還原電位的結(jié)果。該氧化還原電位的測量，是在玻璃基板上形成利用各種組成構(gòu)成的規(guī)定厚度(0.2μm)的薄膜，然后切開該玻璃基板，作為電位測量樣品。然后，將電位測量樣品表面遮蔽，使其露出相當(dāng)于1cm2的面積，形成測量用電極。氧化還原電位是用3.5％氯化鈉水溶液(液溫272C)、參比電極使用銀/氯化銀進(jìn)行測量。另外，ITO膜使用In2O3-10wt％SnO2的組成的膜。表4所示為其結(jié)果。


如表4所示，確認(rèn)與比較例2及3相比實(shí)施例1的氧化還原電位與ITO膜的氧化還原電位非常接近。
由上述結(jié)果表明，通過利用實(shí)施例1的鋁合金薄膜形成半導(dǎo)體元件的電極層，即使沒有以往使用的覆蓋層，也能夠制造可實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的低電阻的歐姆接觸特性的半導(dǎo)體元件。另外，由于與ITO膜等透明電極的接合特性非常好，因此可知也非常適合于液晶顯示元件的結(jié)構(gòu)。
最后，對于實(shí)施例1的電極層的接合特性，再說明接合部的詳細(xì)觀察及其接合電阻的檢查結(jié)果。圖8所示為用透射型電子顯微鏡(TEM)觀察實(shí)施例1的電極層與Si層的接合部的照片，圖9及

圖10所示為用透射型電子顯微鏡(TEM)觀察實(shí)施例1的電極層與透明電極的接合部的照片。
圖8的照片是在n型Si基板(照片中的下半部分的黑色部分)表面層疊p型a-Si層(照片中的處于中間部分的約80nm厚的白色部分)，再在該p型a-Si層的表面形成實(shí)施例1的電極層(照片中的上半部分約200nm厚的部分)，準(zhǔn)備好這樣的樣品，并以溫度250℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理，然后進(jìn)行加工，以便能夠利用FIB觀察樣品剖面，再利用TEM(倍率10萬倍)進(jìn)行觀察，這樣得到照片。另外，對剖面的幾個(gè)部位，利用電子束衍射圖像，確定晶體結(jié)構(gòu)，對該部分的組織進(jìn)行辨識(shí)。根據(jù)圖8的剖面觀察表明，若將實(shí)施例1的電極層與Si層接合后進(jìn)行熱處理，則在電極層與Si層的界面上析出Al3Ni(照片中符號4的部分)的金屬間化合物。
圖9中的照片是在ITO膜(In2O3-10wt％SnO2)構(gòu)成的透明電極(照片中的中間偏下一側(cè)的約150nm厚的發(fā)黑部分)表面形成實(shí)施例1的電極層(照片中的中間偏上一側(cè)的約200nm厚的發(fā)白部分)，準(zhǔn)備好這樣的樣品，并以溫度300℃進(jìn)行1小時(shí)的熱處理，然后進(jìn)行加工，以便能夠利用FIB觀察樣品剖面，再利用TEM(倍率10萬倍)進(jìn)行觀察，這樣得到照片。圖10是將圖9的接合部界面放大(倍率100萬倍)后的照片。利用圖10的放大照片，確認(rèn)在透明電極一側(cè)(照片中的下側(cè)黑色部分)與電極層一側(cè)(照片中的上側(cè)白色部分)之間有海帶狀的析出物。該析出物表明是圖8所確認(rèn)的Al3Ni的金屬間化合物。另外，檢查了在圖8～10中確認(rèn)的Al3Ni的氧化還原電位，結(jié)果為-0.73V。
下面說明接合電阻評價(jià)結(jié)果。圖11中所畫的關(guān)系圖是，將實(shí)施例1、比較例3及純Al膜與Cr膜的層疊結(jié)構(gòu)的電極層分別與ITO膜接合，測量電阻值，將其測量結(jié)果與求得的各電極層的氧化還原電位值與ITO膜的氧化還原電位值之差畫成曲線。測量方法是，制成圖5中所示的樣品，以沒有熱處理(as-depo)、有熱處理(以200℃、250℃及300℃等不同溫度進(jìn)行1小時(shí)退火后)的樣品測量電阻值。
接合電阻的測量是利用圖5中所示的樣品進(jìn)行的，在由ITO膜(In2O3-10wt％SnO2)構(gòu)成的透明電極40(0.2μm厚)上與電極層10(0.2μm厚)垂直地形成，從箭頭部分的端子通電，測量電阻，計(jì)算出膜重疊部分(10μm×10μm的接合電阻。對于純Al膜與Cr膜的層疊結(jié)構(gòu)的電極層，是在0.03μm的Cr膜上形成0.2μm的純Al膜。另外，利用表4中所示的氧化還原電位值，計(jì)算出ITO與各電極層的電位差，將它作為橫軸，畫出各接合電阻值(圖11)。
來看圖11可知，在隔著具有與ITO的氧化還原電位近似相同程度的電位的Cr膜而形成的電極的情況下，確認(rèn)接合電阻非常低。在實(shí)施例1及比較例3的電極層的情況下，確認(rèn)電位差不太大的實(shí)施例1的接合電阻值較低，對于比較例3的電極層，若進(jìn)行熱處理，則其接合電阻顯著增大。
根據(jù)圖8～11的結(jié)果可以推測，實(shí)施例1的電極層由于其氧化還原電位本身具有與ITO膜的氧化還原電位相近的值，因此與ITO膜的透明電極接合時(shí)的接合電阻也較低，再通過進(jìn)行熱處理而在接合界面上析出Al3Ni的金屬間化合物，因而實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的接合特性。其理由可以認(rèn)為是，由于Al3Ni的氧化還原電位(-0.73V)為與ITO膜的透明電極的氧化還原電位(-0.82V)相近的值，因此與ITO膜不容易引起電化學(xué)反應(yīng)，不會(huì)引起接合部損壞等。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體元件，具有基板、在該基板上形成的半導(dǎo)體層、以及構(gòu)成布線或電極的電極層，其特征在于，具有半導(dǎo)體層與電極層直接接合的部分，該電極層用含有過渡金屬的鋁合金薄膜形成。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述電極層具有與液晶顯示用的透明電極直接接合的部分。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，過渡金屬是鐵、鈷、鎳中的至少一種及一種以上的元素。
4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述鋁合金薄膜含有0.1～7.0at％的過渡金屬。
5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述鋁合金薄膜含有碳。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述鋁合金薄膜含有0.1～3.0at％的碳。
全文摘要
在制造液晶顯示元件及半導(dǎo)體元件時(shí)利用鋁合金薄膜作為電極層的情況下，提供一種即使沒有所謂的覆蓋層也能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的低電阻歐姆接觸特性的半導(dǎo)體元件。在具有基板、在該基板上形成的半導(dǎo)體層、以及構(gòu)成布線或電極的電極層的半導(dǎo)體元件中，具有半導(dǎo)體層與電極層直接接合的部分，該電極層用含有鎳、鈷、鐵等過渡金屬的鋁合金薄膜形成。
文檔編號H01L21/70GK1610064SQ200410043478
公開日2005年4月27日 申請日期2004年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月13日
發(fā)明者池田真, 久保田高史 申請人:三井金屬鉱業(yè)株式會(huì)社