专利名称：半导体元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种平面天线，更具体地，涉及一种针对在不同的频带中进行操作的无线网络而设计的狭缝式双频带平面天线。
背景技术：
随着家庭环境中无线移动网络的发展，天线的设计面临由各种频率分配到这些网络的方式所导致的特别问题。因此，在使用IEEE802.11a或者Hyperlan2标准家庭无线网络的情况下，工作在5GHz频带的两个不同的频率区间已如下表所示分配给多个服务提供商。
表格A
由于这个原因，为了覆盖这两个频带，无论是对于单个标准还是同时对两个标准，均提出了多种解决方案。
最明显的解决方案是使用同时覆盖上面定义的两个频带的宽频带天线。然而，这种覆盖宽频带类型的天线通常具有复杂的结构并且很昂贵。宽频带天线的使用也有其它一些缺点，比如由于噪声频带的宽度和能够工作在天线覆盖的整个频带上的扰频器而导致接收机性能的退化，这个频带也包括在5.35GHz到5.47GHz范围之内没有分配给特定应用的频带。
为了与功率传输波形掩模(profiling mask)一致，也就是在所分配的频带内和所分配的频带外都允许的最大传输功率，宽频带天线的250℃的热处理的情况下，是维持PN结的状态，在从负的施加电压变为正的施加电压时产生整流作用。但是，在进行300℃及350℃的热处理情况下，确认没有维持正常的PN结，随着负的施加电压的增加，反向电流也增加。
另外，来看图3)(B)可知，在以往例1的利用鉬形成电极层时，确认不管有没有热处理，都维持正常的PN结。然后，来看图3(A)可知，在利用实施例1的Al-Ni-C系的铝合金薄膜形成电极层时，在300℃及350℃的热处理中，随着负的施加电压的增加，由于反向电流没有明显增加，维持着反向饱和电流，因此表明PN结与有没有热处理无关，基本上维持正常的状态。
下面根据图3所示的检查各电极层与半导体层的接合特性的结果，对于各热处理温度下的反向电流值进行说明。图4所示为对于图3中的负的施加电压为-1V时的反向电流值(4个测量值的平均值)、以热处理温度为横轴所画的曲线。
来看图4可知，-1V时的施加电压下的反向电流值在比较例2的仅用铝的情况下，通过进行热处理，反向电流值有大的变化。另外，在比较例1的Al-Cu-Si系的情况下，若进行300℃以上的热处理，反向电流值也有大的变化。另外，在以往例1的鉬的情况下，确认与有没有热处理无关，反向电流值几乎没有变化。然后，在实施例1的Al-Ni-C系的情况下，确认在300℃及350℃的热处理温度下，虽然发现反向电流值有一定的变化，但不像比较例1及2那样有大的反向电流值的变化。另外，图4所示的反向电流值是利用图2所示的试验样品的接合面积(0.04cm2)，采用除实际测量电流值处的值，因此形成较大的值，而在构成实际半导体元件时的反向电流值，估计为小于图4所示的值。
下面说明对利用实施例1的铝合金薄膜形成的电极层与由ITO膜构成的透明电极的接合特性进行检查的结果。首先说明将实施例1的电极层与ITO膜接合时测量通电耐久性的结果。
图5所示为通电耐久性的测量方法。在利用ITO膜(In2O3-10wt％SnO2)构成的透明电极40(0.2μm厚)上交叉形成电极层(0.2μm厚)，从箭头部分的端子进行通电。通过测量该端子间的电阻，并测量直到该端子间电阻发生变化的通电时间来进行通电耐久性测量。该通电耐久性的测定环境是在85℃的大气气氛中。为了与实施例1进行比较，对表2所示的Al(铝)-Nd(钕)的电极层也进行了测量。
该通电耐久性是通过10μA及1mA的两种电流值、进行200小时的通电来测量的。另外，对于比较例3的电极层进行了两种情况的测量，一种情况是直接与透明电极进行接合，另一种情况是在电极层与透明电极之间形成覆盖层的构成材料之一的Cr膜(0.05μm厚)，从而形成接合部。表3所示为将端子间电阻产生变化的通电时间作为通电耐久性的结果。
如表3所示，对于隔有成为覆盖层的Cr膜的比较例3的电极层，即使进行200小时的通电，该端子间的电阻值也没有产生变化(端子间电阻值为6E＝03Ω)。但是，在没有Cr膜而将比较例3的电极层直接与透明电极接合时，确认以电流10μA、经过40小时后，端子间的电阻上升(从初始端子间电阻值6E+3Ω变为2.5E+5Ω)。而且确认，以电流1mA、经过130小时后，端子间电阻大幅度上升(从初始端子间电阻值4E+3Ω变为4E+7Ω)。另外，对于实施例1的电极层，即使进行200小时的通电，其端子间电阻值也没有产生变化(端子间电阻值为5E+3Ω)。
然后，说明与温度有关的通电耐久性的检查结果。该与温度有关的通电耐久性是对于上述的实施例1及比较例3(没有Cr膜)的电极层进行测量的。测量方法是取电流值为3mA，将接合部的电阻值达到初始值的2倍的时间作为寿命。而且通电时的温度设为85℃、100℃、150℃、200℃及250℃进行。图6所示为测量各温度下的接合部产生电阻上升的时间并对通电时保持温度的倒数将其寿命时间进行阿伦尼乌斯绘图的曲线。在图6中，纵轴是寿命时间，横轴表示1000/绝对温度。根据从该阿伦尼乌斯绘图的曲线外插的一次直线的斜率，计算出接合部产生电阻上升的活化能，结果表明，对于实施例1为1.35eV，对于比较例3为0.42eV。由该结果确认，实施例1的电极层与比较例3相比，具有约3.3倍的活化能。另外，由图5可以预测，85℃的连续通电时的耐久寿命比较例3只有2小时左右，而对于实施例1甚至具有约7万小时。
下面再说明观察实施例1及比较例2的电极层与透明层电极的接合界面的结果。图7所示为用FIB(Focused Ion Beam聚焦离子束)-SEM及金属显微镜观察将两电极层与利用ITO膜构成的透明电极接合并通电约1小时后(电流约1mA)的剖面图。该样品的作成条件与上述实施例1及比较例2中说明的情况相同，故其说明省略。
图7(A)为比较例1情况下的剖面，(B)为实施例1的情况下的剖面。来看这些剖面可知，对于比较例1，确认在通电后Al膜与ITO膜的接合部产生变质剥离、另外，对于实施例1的情况，表明即使在通电后也完全没有变质。
下面说明测量实施例1、比较例2及3的覆盖层构成材料的Cr、Mo及ITO膜的氧化还原电位的结果。该氧化还原电位的测量，是在玻璃基板上形成利用各种组成构成的规定厚度(0.2μm)的薄膜，然后切开该玻璃基板，作为电位测量样品。然后，将电位测量样品表面遮蔽，使其露出相当于1cm2的面积，形成测量用电极。氧化还原电位是用3.5％氯化钠水溶液(液温272C)、参比电极使用银/氯化银进行测量。另外，ITO膜使用In2O3-10wt％SnO2的组成的膜。表4所示为其结果。
如表4所示，确认与比较例2及3相比实施例1的氧化还原电位与ITO膜的氧化还原电位非常接近。
由上述结果表明，通过利用实施例1的铝合金薄膜形成半导体元件的电极层，即使没有以往使用的覆盖层，也能够制造可实现优异的低电阻的欧姆接触特性的半导体元件。另外，由于与ITO膜等透明电极的接合特性非常好，因此可知也非常适合于液晶显示元件的结构。
最后，对于实施例1的电极层的接合特性，再说明接合部的详细观察及其接合电阻的检查结果。图8所示为用透射型电子显微镜(TEM)观察实施例1的电极层与Si层的接合部的照片，图9及
图10所示为用透射型电子显微镜(TEM)观察实施例1的电极层与透明电极的接合部的照片。
图8的照片是在n型Si基板(照片中的下半部分的黑色部分)表面层叠p型a-Si层(照片中的处于中间部分的约80nm厚的白色部分)，再在该p型a-Si层的表面形成实施例1的电极层(照片中的上半部分约200nm厚的部分)，准备好这样的样品，并以温度250℃进行1小时的热处理，然后进行加工，以便能够利用FIB观察样品剖面，再利用TEM(倍率10万倍)进行观察，这样得到照片。另外，对剖面的几个部位，利用电子束衍射图像，确定晶体结构，对该部分的组织进行辨识。根据图8的剖面观察表明，若将实施例1的电极层与Si层接合后进行热处理，则在电极层与Si层的界面上析出Al3Ni(照片中符号4的部分)的金属间化合物。
图9中的照片是在ITO膜(In2O3-10wt％SnO2)构成的透明电极(照片中的中间偏下一侧的约150nm厚的发黑部分)表面形成实施例1的电极层(照片中的中间偏上一侧的约200nm厚的发白部分)，准备好这样的样品，并以温度300℃进行1小时的热处理，然后进行加工，以便能够利用FIB观察样品剖面，再利用TEM(倍率10万倍)进行观察，这样得到照片。图10是将图9的接合部界面放大(倍率100万倍)后的照片。利用图10的放大照片，确认在透明电极一侧(照片中的下侧黑色部分)与电极层一侧(照片中的上侧白色部分)之间有海带状的析出物。该析出物表明是图8所确认的Al3Ni的金属间化合物。另外，检查了在图8～10中确认的Al3Ni的氧化还原电位，结果为-0.73V。
下面说明接合电阻评价结果。图11中所画的关系图是，将实施例1、比较例3及纯Al膜与Cr膜的层叠结构的电极层分别与ITO膜接合，测量电阻值，将其测量结果与求得的各电极层的氧化还原电位值与ITO膜的氧化还原电位值之差画成曲线。测量方法是，制成图5中所示的样品，以没有热处理(as-depo)、有热处理(以200℃、250℃及300℃等不同温度进行1小时退火后)的样品测量电阻值。
接合电阻的测量是利用图5中所示的样品进行的，在由ITO膜(In2O3-10wt％SnO2)构成的透明电极40(0.2μm厚)上与电极层10(0.2μm厚)垂直地形成，从箭头部分的端子通电，测量电阻，计算出膜重叠部分(10μm×10μm的接合电阻。对于纯Al膜与Cr膜的层叠结构的电极层，是在0.03μm的Cr膜上形成0.2μm的纯Al膜。另外，利用表4中所示的氧化还原电位值，计算出ITO与各电极层的电位差，将它作为横轴，画出各接合电阻值(图11)。
来看图11可知，在隔着具有与ITO的氧化还原电位近似相同程度的电位的Cr膜而形成的电极的情况下，确认接合电阻非常低。在实施例1及比较例3的电极层的情况下，确认电位差不太大的实施例1的接合电阻值较低，对于比较例3的电极层，若进行热处理，则其接合电阻显著增大。
根据图8～11的结果可以推测，实施例1的电极层由于其氧化还原电位本身具有与ITO膜的氧化还原电位相近的值，因此与ITO膜的透明电极接合时的接合电阻也较低，再通过进行热处理而在接合界面上析出Al3Ni的金属间化合物，因而实现了优异的接合特性。其理由可以认为是，由于Al3Ni的氧化还原电位(-0.73V)为与ITO膜的透明电极的氧化还原电位(-0.82V)相近的值，因此与ITO膜不容易引起电化学反应，不会引起接合部损坏等。
权利要求
1.一种半导体元件，具有基板、在该基板上形成的半导体层、以及构成布线或电极的电极层，其特征在于，具有半导体层与电极层直接接合的部分，该电极层用含有过渡金属的铝合金薄膜形成。
2.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，所述电极层具有与液晶显示用的透明电极直接接合的部分。
3.如权利要求1或2所述的半导体元件，其特征在于，过渡金属是铁、钴、镍中的至少一种及一种以上的元素。
4.如权利要求1至3任一项所述的半导体元件，其特征在于，所述铝合金薄膜含有0.1～7.0at％的过渡金属。
5.如权利要求1至4任一项所述的半导体元件，其特征在于，所述铝合金薄膜含有碳。
6.如权利要求5所述的半导体元件，其特征在于，所述铝合金薄膜含有0.1～3.0at％的碳。
全文摘要
在制造液晶显示元件及半导体元件时利用铝合金薄膜作为电极层的情况下，提供一种即使没有所谓的覆盖层也能够实现优异的低电阻欧姆接触特性的半导体元件。在具有基板、在该基板上形成的半导体层、以及构成布线或电极的电极层的半导体元件中，具有半导体层与电极层直接接合的部分，该电极层用含有镍、钴、铁等过渡金属的铝合金薄膜形成。
文档编号H01L21/70GK1610064SQ200410043478
公开日2005年4月27日 申请日期2004年5月13日 优先权日2003年5月13日
发明者池田真, 久保田高史 申请人:三井金属鉱业株式会社