專利名稱：膜形成方法、半導(dǎo)體器件和顯示器件及其制造方法
發(fā)明的背景本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件如半導(dǎo)體集成電路器件或顯示器件如液晶顯示器件中使用的膜的形成方法。本發(fā)明還涉及半導(dǎo)體器件如薄膜晶體管(TFT)或金屬氧化物半導(dǎo)體器件(MOS器件)的制造方法以及半導(dǎo)體器件。本發(fā)明進(jìn)一步涉及顯示器件如液晶顯示器件、有機(jī)EL顯示器件或無機(jī)EL顯示器件的制造方法以及顯示器件。
一般情況下，氧化硅膜用作半導(dǎo)體器件如薄膜晶體管(TFT)中的柵極絕緣膜。作為在不高于600℃的溫度下形成氧化硅膜以便防止在襯底上產(chǎn)生負(fù)面效果的方法，等離子體CVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積)法在本領(lǐng)域中是公知的。
在等離子體CVD法中，氧化硅膜如下形成。在第一步中，甲硅烷氣體與氧氣混合，然后將該混合氣體輸入放置襯底的腔室中。在這個條件下，在該腔室中產(chǎn)生等離子體，以便實現(xiàn)甲硅烷氣體和氧氣的等離子體放電，由此在襯底上淀積氧化硅。
常規(guī)的等離子體CVD法存在的問題是輸送的氧原子不夠，結(jié)果是形成大量缺乏氧的氧化硅膜。自然，克服這個問題是非常重要的。
而且，在專利文獻(xiàn)例如日本專利公開(Kokai)No.11-279773中建議了一種等離子體CVD法，該方法使用由包括氣體分子和具有相對于氣體分子的適當(dāng)激發(fā)態(tài)能級的稀有氣體的兩種氣體構(gòu)成的混合氣體。
這里應(yīng)該指出，在顯示器件中使用的頂柵型TFT中，一般通過等離子體CVD法在被處理成島形狀并具有約50nm的厚度的半導(dǎo)體層上淀積氧化硅，從而形成厚度為80-100nm的柵極絕緣膜。
該顯示器件的尺寸被放大了，并且該顯示器件已經(jīng)制成來執(zhí)行很多功能。在這種情況下，TFT已經(jīng)適用于新的顯示器件，如有機(jī)EL顯示器件。這種情況下，要求TFT的最小化，同時提高TFT的器件特性。為了使TFT最小化，要求柵極絕緣膜更薄。更具體地說，當(dāng)TFT的溝道長度為1nm時，要求柵極絕緣膜的厚度減小到30nm。
當(dāng)使用在形成為島狀的半導(dǎo)體層上形成柵極絕緣膜的頂柵型TFT時，必須以覆蓋包括形成在半導(dǎo)體層上的階梯部分的整個半導(dǎo)體層區(qū)域的方式形成柵極絕緣膜。因此在階梯部分中通過柵極絕緣膜的電流泄漏趨于增加。還應(yīng)該指出，如果柵極絕緣膜由薄到30nm的氧化硅膜制成，則泄漏電流的量將增加?xùn)艠O絕緣性。
解決上述問題的一種方案是使用等離子體CVD膜的層疊結(jié)構(gòu)，如下列文獻(xiàn)1和2所述的。
根據(jù)上述文獻(xiàn)1中所公開的技術(shù)，可以在低于有機(jī)金屬氣相生長法所需要的溫度下形成膜，同時抑制對下層的損傷。此外，可以以高于原子層淀積法的膜形成速度形成該膜。然而，由文獻(xiàn)1中公開的技術(shù)形成的氧化鋯膜存在的問題是形成的膜中的氧缺乏非常嚴(yán)重。
文獻(xiàn)1M.Goto等人的“Surface Wave Plasma Oxidation at LowTemperature for Gate Insulator of Poly-Si TFTs”，2002年12月4-6日，[Proceedings of The Ninth International Display Workshops]，第355頁到第358頁。
文獻(xiàn)2Reiji Morioka等人的“Formation of Zirconium Oxide Filmhaving High Dielectric Constant by Plasma CVD using OrganometallicMaterial as Precursor”，2003年1月29日舉辦并由應(yīng)用物理學(xué)會的等離子體電子學(xué)分部(Plasma Electronics Branch of Applied PhysicsInstitute)(合作組織(incorporating body))主辦的“20thPlasmaProcessing Research Meeting”的報告文集的第317-318頁。
如上所述，如果柵極絕緣膜的厚度減小到約30nm，則難以獲得足夠的器件特性。換言之，限制了氧化硅膜的厚度的減小。這種情況下，介電常數(shù)高于氧化硅的金屬氧化物如氧化鉿和氧化鋯作為柵極絕緣膜的材料已經(jīng)引起人們的注意。換言之，在使用具有高介電常數(shù)的金屬氧化物作為柵極絕緣膜材料的情況下，可以預(yù)期柵極絕緣膜的厚度可進(jìn)一步減小，同時保持柵極絕緣膜的容量等于由氧化硅膜形成的柵極絕緣膜的容量。
作為超薄膜的淀積法，有機(jī)金屬氣相生長法(MOCVD法)、濺射法或原子層淀積法(原子層淀積ALD)是本領(lǐng)域中公知的形成由金屬氧化物如氧化鉿或氧化鋯構(gòu)成的膜的方法。
在有機(jī)金屬氣相生長法中，通過使用加熱到500℃-700℃的襯底分解用作原材料的有機(jī)金屬化合物來生長膜，結(jié)果是難以在一般類型的玻璃襯底或塑料襯底上形成金屬氧化物膜。
在采用濺射法的情況下，可以在相對低溫下形成膜。然而，由于在采用濺射法的情況下以高速運(yùn)動的粒子與襯底碰撞，容易損傷下層膜。因此由濺射法形成的金屬氧化物膜具有高界面狀態(tài)密度，此外，還包含明顯的缺氧。順便提及，為了彌補(bǔ)金屬氧化物膜中的缺氧，必須在膜形成之后采用例如在高溫下的等離子體處理或退火處理。因而形成金屬氧化物膜所需制造工藝的數(shù)量增加了，這是不利的。
在原子層淀積法中，一次淀積一層原子層，因此膜形成速度很低。因而原子層淀積法不適合于形成TFT，因為TFT中所包含的柵極絕緣膜必須具有幾十納米的厚度。
作為形成金屬氧化物膜的另一種方法，人們還提出了采用使用有機(jī)金屬材料作為前體的等離子體CVD技術(shù)的膜形成法。該具體的膜形成法概括如下。
在第一步中，四丙氧基鋯(Zr(OC3H7)4)與氧氣和氬氣混合。在該混合氣中氧氣與氬氣的比值為1∶5。換言之，在混合氣體的總壓力基礎(chǔ)上，氬氣的分壓(partial pressure)的百分比為80％。然后，將該混合氣體引入其中設(shè)置襯底的腔室中。在這個條件下，在該腔室中產(chǎn)生等離子體，從而實現(xiàn)了四丙氧基鋯和氧氣的等離子體放電，由此在襯底上淀積氧化鋯。
在前述文獻(xiàn)1中公開的技術(shù)中，將由氣體分子和相對于氣體分子具有適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)能級的稀有氣體構(gòu)成的兩種氣體混合，以便允許稀有氣體將氣體分子分解成原子狀態(tài)。換言之，在形成氧化硅膜的情況下，甲硅烷氣體與氬氣混合，從而產(chǎn)生原子硅，同時，氧氣與氙氣混合以便產(chǎn)生原子氧。因此，在文獻(xiàn)1公開的技術(shù)中，為了形成氧化硅膜或金屬氧化物膜需要至少兩種等離子體產(chǎn)生裝置。這種情況下，制造設(shè)備比較復(fù)雜，并且制造成本增加。此外，專利文獻(xiàn)1公開的技術(shù)存在的問題是不可能使用由有機(jī)硅化合物如四丙氧基硅(TEOS)構(gòu)成的氣體作為用于產(chǎn)生硅原子的氣體分子。
此外，例如，上述文獻(xiàn)2指出Kr稀釋比和膜厚之間的關(guān)系是由于等離子體氧化以及微波輸出和氧原子密度之間的關(guān)系造成的。然而，文獻(xiàn)2簡要提到了在低溫下進(jìn)行表面波等離子體氧化以形成TFT的柵極絕緣膜的技術(shù)，但沒有指出例如本發(fā)明中所述的膜形成技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種允許形成具有低缺氧的膜的膜形成方法、制造半導(dǎo)體器件的方法、半導(dǎo)體器件、制造顯示器件的方法以及顯示器件。
根據(jù)本發(fā)明的第一方案，提供一種膜形成方法，包括向等離子體處理室中輸送包括硅化合物氣體(或有機(jī)金屬化合物氣體)、氧化氣體和稀有氣體的至少三種氣體，在所有氣體的總壓力基礎(chǔ)上，稀有氣體的分壓的百分比不小于85％，即85％≤Pr＜100％；和在等離子體處理室中產(chǎn)生等離子體，從而在要處理的襯底上形成氧化硅(或金屬氧化物)膜。
根據(jù)本發(fā)明的第二方案，提供一種膜形成方法，包括向等離子體處理室中輸送包括硅化合物氣體(或有機(jī)金屬化合物氣體)、氧化氣體和氫氣的至少三種氣體，和在等離子體處理室中產(chǎn)生等離子體，從而在要處理的襯底上形成氧化硅(或金屬氧化物)膜。
根據(jù)本發(fā)明的第三方案，提供一種包括晶體管的半導(dǎo)體器件，該晶體管包含選自由上述膜形成方法形成的氧化硅膜和金屬氧化物膜中的至少一種膜。該半導(dǎo)體器件可形成為顯示器件，結(jié)果，可獲得具有小漏電流的半導(dǎo)體器件。
附圖簡述

圖1示意性地表示根據(jù)本發(fā)明第一到第三實施例的每一個的在膜形成方法中使用的等離子體CVD設(shè)備的結(jié)構(gòu)；圖2示出了包含在混合氣體中的Xe氣的分壓的百分比和MOS器件的平帶(flat band)電壓之間的關(guān)系；圖3示出了包含在混合氣體中的Xe氣的分壓的百分比和混合氣體中的電子密度之間的關(guān)系；圖4示出了包含在混合氣體中的Xe氣的分壓的百分比和SiO2膜的形成速度之間的關(guān)系；圖5示出了包含在混合氣體中的H2氣的分壓的百分比和MOS器件的平帶(flat band)電壓之間的關(guān)系；圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第四到第七實施例的任一實施例的在膜形成方法中使用的沒有磁場的微波等離子體CVD設(shè)備的結(jié)構(gòu)；圖7示出了包含在混合氣體中的Ar氣的分壓的百分比和混合氣體中的電子密度之間的關(guān)系；圖8示出了通過由常規(guī)膜形成方法形成的HfO2膜、通過由根據(jù)本發(fā)明第四實施例的膜形成方法形成的HfO2膜以及通過由根據(jù)本發(fā)明第五實施例的膜形成方法形成的HfO2膜的電流泄漏；圖9示出了在由常規(guī)膜形成方法形成的Al2O3膜中、在由根據(jù)本發(fā)明第六實施例的膜形成方法形成的Al2O3膜中以及在由根據(jù)本發(fā)明第七實施例的膜形成方法形成的Al2O3膜中的碳原子濃度；圖10是表示包括TFT的液晶顯示器件的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖11是表示包括TFT的液晶顯示器件的結(jié)構(gòu)的剖面圖；和圖12示出了在通過常規(guī)膜形成方法形成的SiO2膜中、在通過根據(jù)本發(fā)明第六實施例的膜形成方法形成的Al2O3膜中和一個疊層膜中的界面狀態(tài)密度，該疊層膜是在由通過常規(guī)膜形成方法形成SiO2膜和在該SiO2上的通過根據(jù)本發(fā)明第六實施例的膜形成方法形成Al2O3膜而構(gòu)成的。
發(fā)明詳述現(xiàn)在將詳細(xì)說明本發(fā)明。
首先說明的是圖1中所示的等離子體CVD設(shè)備(等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積系統(tǒng))10，它是用于執(zhí)行膜形成工藝的化學(xué)汽相膜形成設(shè)備之一。圖1中所示的等離子體CVD設(shè)備10例如是平行平板型等離子體CVD設(shè)備。如圖1所示，設(shè)備10包括例如作為等離子體處理室的腔室11、和在腔室11中彼此面對設(shè)置的一對平行平板型電極12和13。一個高頻供電電路，例如，用于給電極12施加500W和40MHz的高頻電源(輸出功率)的高頻電源裝置14經(jīng)匹配器件15連接到電極(上電極)12。
其中安裝要處理的襯底1的腔室11是由例如提供密封的內(nèi)部區(qū)域的金屬容器構(gòu)成的真空室。氣體入口管11a氣密地進(jìn)入腔室11的上部。氣體入口管11a的末端連接到也用作上電極12的簇射電極。來自簇射電極的混合氣體均勻地發(fā)射到待處理襯底的表面。排氣部11b形成在腔室11的底部。通過簇射電極結(jié)構(gòu)的電極12從氣體入口部分11a向腔室11引入用作膜形成工藝氣體的混合氣體，如圖1中的箭頭A所示。例如使用渦輪分子泵的真空排氣系統(tǒng)(未示出)連接到排氣部分11b。通過使真空排氣系統(tǒng)工作，對腔室11抽真空，直到腔室11內(nèi)達(dá)到規(guī)定的真空度為止。
用于產(chǎn)生高頻電源的高頻電源裝置14的輸出端通過用于控制負(fù)載的匹配器件15連接到彼此面對設(shè)置的一對電極12和13之一上，其中所述高頻電源是用于產(chǎn)生等離子體的。在附圖所示例子中，高頻電源裝置14的輸出端連接到電極12和13之一上，例如連接到上電極12，而另一電極13連接到地電位點(diǎn)。
用于支撐待處理襯底1的工作臺設(shè)置在腔室11中。在圖中所示的設(shè)備中，下電極13還用作支撐襯底1的工作臺。在工作臺(電極13)內(nèi)設(shè)置用于給待處理襯底1加熱的加熱裝置(未示出)，如加熱器或燈退火器(lamp anneal)。
構(gòu)置等離子體CVD設(shè)備10，這樣使得在腔室11被抽真空之后高頻電源裝置14工作，從而通過匹配器件15在電極12和13之間施加高頻電源。在這個條件下，將工藝氣體輸送到腔室11中，以便在腔室11內(nèi)產(chǎn)生等離子體。在需要的情況下，為氣體入口管11a或腔室11的壁提供加熱器?？刂萍訜崞鞯臏囟?，使得在氣體入口管11a或腔室11的壁上不形成膜。
現(xiàn)在介紹使用圖1中所示設(shè)備的膜形成方法。
(第一實施例)在第一步中，制備待處理襯底1。待處理襯底1包括例如用于制造半導(dǎo)體器件的硅襯底、用于形成液晶顯示器件的顯示電路的玻璃襯底、或者塑料襯底。在第一實施例中，待處理襯底例如由硅襯底形成。
在下一步中，制備由至少三種氣體構(gòu)成的混合氣體，包括由具有硅(Si)原子的化合物形成的硅化合物氣體、氧化氣體和稀有氣體。順便提及，在將這些氣體引入腔室1中的過程中，可以混合硅化合物氣體、氧化氣體和稀有氣體，以便形成所希望的混合氣體。
在本發(fā)明的第一實施例中，通過混合用作硅化合物氣體或有機(jī)金屬化合物氣體的四乙氧基硅(Si(OCH2CH3)4四正硅酸乙酯)氣體，即TEOS氣體、用作氧化氣體的氧氣(O2氣體)，和用作稀有氣體的氙氣(Xe氣體)，來制備混合氣體?；旌蠚怏w中TEOS氣體與O2氣體的混合比為1∶5?；旌蠚怏w的總壓力設(shè)定為100％，氙氣的分壓的百分比(稀釋率)(Pr)設(shè)定為不小于85％，即85％≤Pr＜100％。例如，上述百分比Pr設(shè)定為90％。
在下一步中，將待處理襯底1安置在圖1中所示等離子體CVD設(shè)備10的腔室11中，然后通過運(yùn)行真空排氣系統(tǒng)，以在腔室11內(nèi)建立達(dá)到規(guī)定真空度的基本真空條件。腔室11被抽真空以形成基本真空條件之后，通過氣體入口部分11a將混合氣體引入腔室11中，直到腔室11內(nèi)的氣體壓力增加到60Pa為止。此外，用設(shè)置在例如下電極13中的加熱裝置將安裝在腔室1中的待處理襯底1加熱到300℃。然后，高頻電源裝置14開始工作，以便通過匹配器件15在電極12和13之間提供輸出電壓500W和頻率40MHz的高頻電源。結(jié)果是，在腔室11內(nèi)產(chǎn)生等離子體。由于腔室11內(nèi)的自由空間中有豐富的作為稀有氣體的氙氣，因此在腔室11內(nèi)可保持高電子密度。因此，產(chǎn)生了高密度等離子體，從而允許用作氧化氣體的氧氣和用作硅化合物氣體的TEOS氣體被等離子體有效地分解。結(jié)果是，在待處理襯底1的一個表面上淀積氧化硅分子(SiO2)，由此形成氧化硅膜(SiO2膜)。
由根據(jù)本發(fā)明第一實施例的膜形成方法形成的SiO2膜評估如下。
具體而言，制備多種不同混合氣體，其中以混合氣體的總壓力為基礎(chǔ)的氙氣的分壓百分比彼此不同，然后通過上述方法關(guān)于每種混合氣體形成SiO2膜。然后，通過在如此形成的SiO2膜上汽相淀積形成鋁電極，由此獲得金屬氧化物半導(dǎo)體器件(即MOS器件)。每個MOS器件的平帶電壓可通過測量每個MOS器件中包含的SiO2膜的電容-電壓特性來確定。
圖2是表示混合氣體中所包含的氙氣的分壓百分比(Pr)和MOS器件的平帶電壓之間的關(guān)系的曲線。順便提及，由于通常在SiO2膜中包含大量固定電荷，因此平帶電壓向負(fù)方向偏移。
如圖2所示，在混合氣體中包含的氙氣的分壓百分比(Pr)設(shè)定為低于85％，即0％≤Pr＜85％的狀態(tài)下形成SiO2膜的常規(guī)MOS器件中，平帶電壓基本保持恒定在約-2.3V。另一方面，發(fā)現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明第一實施例的MOS器件中，其中SiO2膜是在混合氣體中包含的氙氣的分壓百分比(Pr)設(shè)定為不低于85％，即85％≤Pr＜100％的狀態(tài)下形成的，平帶電壓在約-2.0V和約-1.0V之間的范圍內(nèi)。換言之，發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明第一實施例的MOS器件的平帶電壓的絕對值小于常規(guī)MOS器件的平帶電壓絕對值。
過去，SiO2膜上的固定電荷密度必須很低。平帶電壓的小絕對值表示降低了該膜的固定電荷密度。換言之，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過在混合氣體中包含的氙氣的分壓百分比(Pr)設(shè)定為不小于85％，即85％≤Pr＜100％的狀態(tài)下形成SiO2膜，如本發(fā)明第一實施例所述，可以獲得具有低固定電荷密度的SiO2。
圖3是表示包含于混合氣體中的氙氣的分壓百分比(Pr)和混合氣體中的電子密度之間的關(guān)系的曲線。
如圖3所示，在混合氣體中包含的氙氣的分壓百分比(Pr)低于85％，即0％≤Pr＜85％的狀態(tài)下，混合氣體中的電子密度約為109cm-3。然而，如果混合氣體中包含的氙氣的分壓百分比(Pr)設(shè)定為不小于85％，即85％≤Pr＜100％，如本發(fā)明中所限定的，混合氣體中的電子密度增加到約1010到1012cm-3，這是上一種情況下的幾十到幾百倍。
實驗數(shù)據(jù)表明，在根據(jù)本發(fā)明第一實施例的膜形成方法中等離子體中的電子密度快速增加。應(yīng)該理解的是，盡管在使用多原子分子的情況下由于離解反應(yīng)而使等離子體中的電子損失能量，因為氙氣由單原子分子形成，因此在根據(jù)本發(fā)明第一實施例的膜形成方法中等離子體中的電子沒有能量損失。換句話說，應(yīng)該理解的是，如果電子不因為離解反應(yīng)而損失能量，則在輸送的高頻電源恒定的情況下等離子體中的電子密度增加。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，可以增加等離子體中的電子密度，從而促進(jìn)由等離子體實現(xiàn)的TEOS氣體和氧氣的分解。結(jié)果，可以有效地形成硅原子和氧原子。還應(yīng)該指出的是，如果有效地形成氧原子，則可以抑制二氧化硅膜中的缺氧，結(jié)果是可以減少通過形成的二氧化硅膜的電流泄漏。
(第二實施例)在上述第一實施例中，腔室11內(nèi)的氣體壓力設(shè)定為60Pa。結(jié)果，隨著以混合氣體的總壓力為基礎(chǔ)的稀有氣體(氙氣)的分壓百分比增加，即隨著稀有氣體的稀釋度增加，以混合氣體的總壓力為基礎(chǔ)的TEOS氣體的分壓百分比降低。因而，可以根據(jù)以混合氣體總壓力為基礎(chǔ)的稀有氣體的分壓百分比(Pr)而降低膜形成速度。由于制造時間是決定產(chǎn)品制造成本的因素之一，因此希望縮短膜形成時間。這種情況下，本發(fā)明的第二實施例涉及可以提高膜形成速度的膜形成方法。
在第一步中，混合氣體由硅化合物氣體、氧化氣體和稀有氣體構(gòu)成，其中硅化合物氣體由具有硅原子的化合物構(gòu)成。在本發(fā)明的第二實施例中，制備同時用作硅化合物氣體和有機(jī)金屬化合物氣體的TEOS氣體、用作氧化氣體的氧氣和用作稀有氣體的氙氣。
在下一步中，將以1∶5的混合比混合的TEOS氣體和氧氣輸送到腔室11中，這樣這些氣體的分壓總和為10Pa，然后向腔室11中輸送氙氣，以便以腔室11內(nèi)的總壓力為基礎(chǔ)的氙氣的分壓百分比(稀釋率)(Pr)不小于85％，即85％≤Pr＜100％。結(jié)果，在腔室11內(nèi)形成混合氣體。其它步驟與第一實施例的相同，因此省略了重復(fù)部分的說明。
圖4是表示混合氣體中包含的氙氣的分壓百分比與二氧化硅膜的形成速度之間的關(guān)系。
如圖4所示，在混合氣體中包含的氙氣的分壓百分比(Pr)低于90％，即0％≤Pr＜90％的狀態(tài)下，膜形成速度基本上保持在約20nm/min不變。另一方面，在混合氣體中包含的氙氣的分壓百分比(Pr)設(shè)定為90％和98％之間的范圍，即90％≤Pr＜98％的情況下，膜形成速度從約20nm/min增加到約55nm/min。
而且在混合氣體中包含的氙氣的分壓百分比(Pr)設(shè)定為95％和混合氣體的總壓力設(shè)定為200Pa的條件下，形成二氧化硅膜。然后，通過汽相淀積法在二氧化硅膜上形成鋁電極，從而獲得MOS器件。當(dāng)測量MOS器件的平帶電壓時，發(fā)現(xiàn)與常規(guī)MOS器件相比平帶電壓的絕對值降低了。因此，如果在混合氣體中包含的氙氣的分壓百分比(Pr)設(shè)定為95％和混合氣體總壓力設(shè)定為200Pa的條件下形成二氧化硅膜，則膜形成速度增加并且可以達(dá)到提高膜品質(zhì)的效果。
固定電荷的密度可以很低，只要混合氣體中包含TEOS氣體和氧氣，即使這些氣體的量非常少。此外，可以形成具有低漏電流的二氧化硅膜。然而，如果混合氣體被氙氣稀釋了，從而以混合氣體總壓力為基礎(chǔ)的氙氣的分壓百分比(Pr)增加到超過98％，那么膜形成速度降低了。因此，為了增加膜形成速度和獲得提高膜品質(zhì)的滿意效果，希望以混合氣體總壓力為基礎(chǔ)的氙氣的分壓百分比(Pr)處于90％和98％之間的范圍內(nèi)，即90％≤Pr＜98％。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明第一和第二實施例的膜形成方法包括以下步驟向等離子體處理室(腔室11)中輸送至少三種氣體，包括由具有硅原子的化合物形成的硅化合物氣體(即在第一和第二實施例的每個中的TEOS氣體，也是有機(jī)金屬化合物氣體)、氧化氣體、和稀有氣體，以所有氣體的總壓力為基礎(chǔ)的稀有氣體的分壓百分比(Pr)不小于85％，即85％≤Pr＜100％；和在等離子體處理室中產(chǎn)生等離子體，以便使得硅化合物氣體和氧化氣體被等離子體分解，從而在待處理襯底上形成由氧化硅構(gòu)成的膜。因此，在根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實施例的膜形成方法中，可以很容易地以低成本形成缺氧量很低的二氧化硅膜。
而且，在根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實施例的膜形成方法中，可以獲得固定電荷的密度和電流泄漏很低的二氧化硅膜。換言之，可以提高二氧化硅膜的特性。此外，可以在約300℃下形成二氧化硅，低于有機(jī)金屬氣相生長法中采用的溫度。
此外，通過允許以總壓力為基礎(chǔ)的稀有氣體的分壓百分比(Pr)處于90％和98％之間的范圍內(nèi)，即90％≤Pr＜98％，膜形成速度比常規(guī)方法的高。
順便提及，在上述本發(fā)明的第一和第二實施例的每個中，氙氣用作稀有氣體。然而，也可以使用氪(Kr)氣、氬(Ar)氣、氖(Ne)氣或氦(He)氣作為稀有氣體。然而，應(yīng)該指出的是，如果電子密度很高，硅化合物氣體(有機(jī)金屬化合物氣體)和氧化氣體可以被等離子體有效地分解。因而希望稀有氣體呈現(xiàn)高電子密度。在這種情況下，為了增加等離子體處理室(腔室11)內(nèi)的電子密度，使用稀有氣體的優(yōu)先次序是氙氣＞氪氣＞氬氣＞氖氣＞氦氣。
(第三實施例)在第一步中，制備待處理襯底1。如前面第一實施例中所述的，可以使用例如用于形成半導(dǎo)體器件的硅襯底、用于形成液晶顯示器件的顯示電路的玻璃襯底或塑料襯底作為待處理襯底1。在下面所述的第三實施例中使用硅襯底。
在接下來的步驟中，制備由至少三種氣體構(gòu)成的混合氣體，包括硅化合物氣體、氧化氣體和氫氣(H2氣體)。還可以在硅化合物氣體、氧化氣體和氫氣被引入到腔室11中時，混合這些氣體，以形成所希望的混合氣體。
在本發(fā)明的第三實施例中，通過混合用作硅化合物氣體和有機(jī)金屬化合物氣體的TEOS氣體、用作氧化氣體的氧氣和氫氣來制備混合氣體。TEOS氣體與氧氣的混合比為1∶15。而且，以混合氣總壓力100％為基礎(chǔ)的氫氣的分壓百分比(Ph)設(shè)定為不大于3％，即0％＜Ph≤3％。
在本發(fā)明的第三實施例中，制備兩種混合氣體，其中在一種混合氣體中，TEOS氣體與氧氣的混合比設(shè)定為1∶15，并且包含在混合氣體中的氫氣的分壓百分比(Ph)設(shè)定為0.5％，而在另一種混合氣體中，TEOS氣體與氧氣的混合比設(shè)定為1∶15，并且包含在混合氣體中的氫氣的分壓百分比(Ph)設(shè)定為3％。
在下一步驟中，將待處理襯底1安裝在圖1中所示的等離子體CVD設(shè)備10的腔室11中。使用的等離子體CVD設(shè)備與前述第一實施例中使用的相同，因此省略了重復(fù)說明。
然后，真空排氣系統(tǒng)開始工作，從而在腔室11內(nèi)建立基本上達(dá)到所希望的真空度的基本真空條件。腔室11被抽真空以建立真空條件之后，將混合氣體輸送到腔室11中，直到腔室11內(nèi)的氣體壓力增加到80Pa為止。然后用設(shè)置在下電極13內(nèi)的加熱裝置將待處理襯底1加熱到例如300℃。此外，高頻電源裝置14開始工作，通過匹配器件15在電極12和13之間提供高頻電源，由此在腔室11內(nèi)產(chǎn)生等離子體。TEOS氣體在等離子體內(nèi)分解，從而形成硅原子。而且，產(chǎn)生在氫氣和氧氣之間的反應(yīng)，從而有效地形成氧原子。結(jié)果，二氧化硅分子淀積在待處理襯底1上，從而形成二氧化硅膜。
由根據(jù)本發(fā)明第三實施例的膜形成方法形成的二氧化硅膜的特性評估如下。
在第一步中，準(zhǔn)備如下的混合氣體條件1)-3)。
1)混合氣體條件在該條件下，如常規(guī)方法那樣，TEOS氣體與氧氣以1∶15的混合比混合。
2)混合氣體條件在該條件下，如本發(fā)明第三實施例那樣，以1∶15的混合比混合TEOS氣體和氧氣，并且混合氣體中包含的氫氣的分壓百分比(Ph)設(shè)定為0.5％。
3)混合氣體條件在該條件下，如本發(fā)明第三實施例那樣，以1∶15的混合比混合TEOS氣體和氧氣，并且混合氣體中包含的氫氣的分壓百分比(Ph)設(shè)定為3％。
在每個條件1)-3)下如上所述形成二氧化硅膜，然后在如此形成的二氧化硅膜上利用汽相淀積法形成鋁電極，以便獲得MOS器件。然后，通過測量每個MOS器件中包含的二氧化硅膜的電容-電壓特性來確定每個MOS器件的平帶電壓。
圖5示出了混合氣體中包含的氫氣的分壓百分比(Ph)和MOS器件的平帶電壓之間的關(guān)系。
如圖5所示，在上述混合氣體條件1)下形成有二氧化硅膜的常規(guī)MOS器件中，平帶電壓為約-2.0V。另一方面，發(fā)現(xiàn)在上述混合氣體條件2)下形成有二氧化硅膜的MOS器件中，平帶電壓為約-1.8V。此外，還發(fā)現(xiàn)在上述混合氣體條件3)下形成有二氧化硅膜的MOS器件中，平帶電壓為約-1.4V。換言之，發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明第三實施例的MOS器件中的平帶電壓的絕對值比常規(guī)MOS器件中的平帶電壓的絕對值小。換句話說，發(fā)現(xiàn)通過向混合氣體中添加氫氣可形成具有低固定電荷密度的二氧化硅膜。
應(yīng)該理解，由于氫氣能與氧氣反應(yīng)，因此可以有效地形成氧原子，從而形成具有低固定電荷密度的二氧化硅膜。應(yīng)該指出的是，在根據(jù)本發(fā)明第三實施例的膜形成方法中，可有效地形成氧原子，以便抑制二氧化硅膜中的缺氧，結(jié)果是可以抑制通過二氧化硅膜泄漏電流。
順便提及，氧氣和氫氣一起存在于混合氣體中。因此，如果混合氣體中包含的氫氣的分壓百分比(Ph)增加到4％或以上，則氫氣可能與氧氣發(fā)生爆炸反應(yīng)。因此，如果氫氣的分壓百分比(Ph)設(shè)定為4％或以上，則在膜形成工藝中和膜形成設(shè)備中需要小心注意。當(dāng)然，不希望氫氣的分壓百分比(Ph)設(shè)定為4％或以上。如果混合氣體中包含氫氣，則可以獲得上述效果。因此，鑒于安全和制造成本，希望混合氣體中包含的氫氣的分壓百分比(Ph)設(shè)定為小于3％，即0％≤Ph＜3％。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明第三實施例的膜形成方法包括以下步驟向等離子體處理室(腔室11)中輸送至少三種氣體，包括由具有硅原子的化合物形成的硅化合物氣體(即TEOS氣體，也構(gòu)成有機(jī)金屬化合物氣體)、氧化氣體和氫氣；以及在等離子體處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體，以便允許硅化合物氣體、氧化氣體和氫氣被等離子體分解，由此在待處理襯底上形成二氧化硅膜。因此，根據(jù)本發(fā)明第三實施例的膜形成方法可以很容易地以低成本形成缺氧很低的二氧化硅膜。
而且，在根據(jù)本發(fā)明第一和第二實施例的每個的膜形成方法中，可以獲得固定電荷密度很低和漏電流很小的二氧化硅膜。換言之，可以提高二氧化硅膜的特性。此外，可以在低于有機(jī)金屬氣相生長法的約300℃下形成二氧化硅膜。
順便提及，也作為有機(jī)金屬化合物氣體的TEOS氣體用作具有硅原子的硅化合物的氣體。然而，還可以使用四甲基環(huán)四硅氧烷、二乙酰氧基二叔丁氧基硅烷和六甲基二硅氧烷中的任何氣體作為硅化合物氣體。還可以將下面任何一種氣體用做硅化合物氣體，SiH4氣體、Si2H6氣體、SiF4氣體、SiCl4氣體、SiH2Cl2氣體、和含有至少兩種這些含硅化合物的氣體的混合氣體。
而且，在上述本發(fā)明的第一到第三實施例的每個中，氧氣用作氧化氣體。然而，作為氧化氣體，也可以使用O3(臭氧)氣體、N2O(一氧化二氮)氣體、NO(一氧化氮)氣體、CO(一氧化碳)氣體和CO2(二氧化碳)氣體中的至少一種。在這些氧化氣體中，希望使用O3氣體，因為與其它氧化氣體相比O3氣體容易分解并具有高反應(yīng)性。硅化合物氣體優(yōu)選是SiH4氣體，氧化氣體優(yōu)選是O3氣體和O2氣體中的至少一種。
應(yīng)該指出的是，如果具有氮(N)原子的化合物氣體如N2O氣體或NO氣體用作氧化氣體，氮原子回停留在界面上。因此，在淀積二氧化硅分子的情況下增加了界面狀態(tài)密度，這對于半導(dǎo)體器件來說是不希望的。具體的突出的趨勢是增加等離子體中的電子密度。換言之，特殊的趨勢在結(jié)合本發(fā)明的第一到第三實施例所述的膜形成方法中更顯著。
另一方面，希望使用具有碳原子的化合物氣體如CO氣體和CO2氣體作為氧化氣體。應(yīng)該理解，由于TEOS氣體本身具有碳原子，即使具有碳原子的氣體如CO氣體或CO2氣體用作氧化氣體，形成的二氧化硅膜的雜質(zhì)也不受影響。
而且，在使用TEOS氣體作為具有硅原子的化合物氣體的情況下，可以形成其覆蓋性質(zhì)滿意的二氧化硅膜。因此，在像圖10所示液晶顯示器件中包含的薄膜晶體管(TFT)的表面一樣具有不規(guī)則性的選擇區(qū)域中必須形成二氧化硅膜的情況下，希望使用TEOS氣體。換句話說，通過使用TEOS氣體作為具有硅原子的化合物的硅化合物氣體，來形成二氧化硅膜的柵極絕緣膜，可以獲得具有滿意的絕緣性能的柵極絕緣膜的TFT。
這種情況下，為了形成其覆蓋性能滿意的二氧化硅膜，希望使用TEOS氣體作為硅化合物氣體。而且，在TEOS氣體用作硅化合物氣體的情況下，希望使用選自氧氣、O3氣體、CO氣體和二氧化碳?xì)怏w中的至少一種氣體作為氧化氣體。
另一方面，在無機(jī)化合物的氣體如SiH4氣體或Si2H6氣體用作硅化合物氣體的情況下，對于包含在用作氧化氣體的CO氣體或二氧化碳?xì)怏w中的碳原子有可能在形成二氧化硅膜的工藝中構(gòu)成雜質(zhì)。因此，在使用硅烷氣體作為硅化合物氣體的情況下，希望使用選自O(shè)2氣體和O3氣體中的至少一種作為氧化氣體。在這種情況下，可以形成具有高純度的二氧化硅膜。
應(yīng)該指出的是由本發(fā)明的第一到第三實施例產(chǎn)生的效果不受等離子體的激勵頻率和離子體源的影響。
為了獲得具有更高密度的等離子體，希望使用具有高激勵頻率例如2.45GHz或以上的微波。使用例如表面波等離子體作為使用微波的等離子體源是可行的，其中該表面波等離子體是沒有磁場的微波等離子體源。
(第四實施例)下面參照圖6介紹在本發(fā)明第四實施例中使用的無磁場的微波等離子體CVD設(shè)備50。
無磁場的微波等離子體CVD設(shè)備50包括用作等離子體處理室的真空室51、微波源52、波導(dǎo)53、多個狹槽54、絕緣部件55、氣體入口56、排氣口57和襯底臺58。
襯底臺58設(shè)置在真空室51內(nèi)。門(未示出)設(shè)置在真空室51內(nèi)。門執(zhí)行待處理襯底1的轉(zhuǎn)移功能，例如將其上形成液晶顯示器件的顯示電路如晶體管的玻璃襯底移進(jìn)或移出真空室51。真空室51具有例如70cm×60cm的有效處理面積。微波源52產(chǎn)生具有例如2.45GHz的頻率的微波。波導(dǎo)53制成例如矩形波導(dǎo)，具有例如9cm的寬度和例如3cm的高度。
多個狹槽54形成在波導(dǎo)53的側(cè)壁53a中，該側(cè)壁設(shè)置成面對真空室51的上壁。絕緣部件55提供窗口，該窗口具有足夠大的厚度以承受在真空室51內(nèi)形成的真空條件并由能傳播微波的材料形成。例如，絕緣部件55由石英、玻璃或陶瓷材料形成。氣體入口56通過管道連接到裝有原材料氣體的容器上，從而以規(guī)定流率(flow rate)和規(guī)定流速將原材料氣體輸送到真空室51內(nèi)。此外，排氣口57由管道形成，用于從真空室51內(nèi)向外部釋放處理之后的氣體。
首先真空室51被抽真空到規(guī)定真空度。然后，以規(guī)定流率和規(guī)定流速通過氣體入口56向真空室51內(nèi)輸送含有原材料氣體的混合氣體。從包含在微波源52中的振蕩器振蕩的微波通過波導(dǎo)53傳播，以便通過形成波導(dǎo)天線的狹槽54和絕緣體部件55輻射到真空室51內(nèi)。在圖6所示的設(shè)備50中，通過從狹槽54向真空室51輻射的微波產(chǎn)生等離子體，以便進(jìn)行膜形成操作。
現(xiàn)在參照圖6中所示的等離子體CVD設(shè)備50介紹根據(jù)本發(fā)明第四實施例的膜形成方法。
在第一步中，制備待處理襯底1?？梢允褂糜糜谛纬砂雽?dǎo)體器件如晶體管的硅襯底、用于形成液晶顯示器件的顯示電路的玻璃襯底和塑料襯底中的任何一種作為待處理襯底1。在本發(fā)明的第四實施例中，硅襯底用作待處理襯底1。
在下一步中，制備包括有機(jī)金屬化合物氣體、氧化氣體和稀有氣體的混合氣體。順便提及，還可以在將這些氣體引入到真空室51的過程中混合有機(jī)金屬化合物體、氧化氣體和稀有氣體，以便制備所希望的混合氣體。
在本發(fā)明的第四實施例中，混合用作有機(jī)金屬化合物氣體的三丙氧基鉿(Hf(OC3H7)3)氣體、用作氧化氣體的氧氣和用作稀有氣體的氬氣以制備混合氣體?；旌蠚怏w中含有的氬氣的分壓百分比(稀釋率)(Pr)不小于85％，即85％≤Pr＜100％。例如，上述百分比Pr設(shè)定為90％。更具體地說，在本發(fā)明的第四實施例中，三丙氧基鉿氣體∶氧氣∶氬氣的混合比設(shè)定為2％∶8％∶90％。
在下一步中，將待處理襯底1安裝在等離子體CVD設(shè)備50中的真空室51內(nèi)，然后操作真空排氣系統(tǒng)，以便對真空室51抽真空，從而在真空室51內(nèi)建立基本上等于的真空的條件。此外，對真空室51進(jìn)行真空排氣處理之后，將混合氣體輸送到真空室51內(nèi)，直到真空室51內(nèi)的氣體壓力增加到80Pa為止。然后，高頻電源裝置(未示出)開始工作，以便利用具有1000W輸出電壓和2.45G頻率的微波在真空室51內(nèi)產(chǎn)生表面波等離子體，這是一種無磁場的微波等離子體源。由于真空室51內(nèi)的自由空間的氬氣是豐富的，因此在真空室51內(nèi)保持高電子密度，結(jié)果是以高密度產(chǎn)生表面波等離子體。因此，氧氣和三丙氧基鉿氣體可以被等離子體有效地分解。結(jié)果是，氧化鉿(HfO2)分子淀積在待處理襯底1的一個表面上，以便形成具有高介電常數(shù)的氧化鉿膜(HfO2膜)。
圖7是表示含在混合氣體中的氬氣的分壓百分比(Pr)和電子密度之間的關(guān)系的曲線圖。
如圖7所示，在混合氣體中含有的氬氣的分壓百分比(Pr)小于85％，即0％≤Pr＜85％的情況下，混合氣體內(nèi)的電子密度約為109cm-3。另一方面，混合氣體中含有的氬氣的分壓百分比(Pr)不小于85％，即85％≤Pr＜100％的情況下，混合氣體內(nèi)的電子密度約為1010到1012cm-3，這是上述百分比Pr小于85％的情況的幾十到幾百倍。
上面給定的實驗數(shù)據(jù)表明，在根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的膜形成方法中可以急劇增加等離子體內(nèi)的電子密度。應(yīng)該理解，由于與氙氣一樣，氬氣由單原子分子形成，因此根據(jù)本發(fā)明第四實施例的膜形成方法中等離子體中的電子沒有損失能量，盡管在使用多原子分子的情況下等離子體的電子由于離解反應(yīng)而損失它們的能量。換句話說，應(yīng)該理解，如果電子不因離解反應(yīng)而損失它們的能量，則在輸送的高頻電源不變的情況下等離子體中的電子密度增加。
(第五實施例)在本發(fā)明第五實施例中使用圖1中所示的CVD設(shè)備。在第一步中，制備待處理襯底1?？梢允褂美绻枰r底、玻璃襯底或塑料襯底作為待處理襯底1。在第五實施例中，待處理襯底1例如由硅形成。
在下一步中，制備包含有機(jī)金屬化合物氣體、氧化氣體和氫氣的混合氣體。在本發(fā)明的第五實施例中，混合氣體是通過混合用作有機(jī)金屬化合物氣體的三丙氧基鉿氣體、用作氧化氣體的氧氣和氫氣而制備的。對于混合氣體中含有的氫氣的分壓百分比(稀釋率)(Ph)，希望設(shè)定為小于3％，即0％≤Ph＜3％。如果混合氣體中含有的氫氣的分壓百分比(Ph)增加到4％或以上，如前面結(jié)合本發(fā)明第三實施例所述的，氫氣可能與氧氣發(fā)生爆炸反應(yīng)。更具體地說，在本發(fā)明的第五實施例中，三丙氧基鉿氣體∶氧氣∶氫氣的混合比設(shè)定為20％∶78％∶2％。
在下一步中，將待處理襯底1安裝在等離子體CVD設(shè)備10中包含的真空室11中，然后操作真空排氣系統(tǒng)，從而在真空室11內(nèi)建立基本上等于真空的條件。此外，在對真空室11排氣，以便建立真空條件后，將混合氣體輸送到真空室11內(nèi)，直到真空室11內(nèi)的氣體壓力增加到80Pa為止。然后，高頻電源裝置14開始工作，以便利用具有1000W和2.45G的微波在真空室11內(nèi)產(chǎn)生表面波等離子體，這是一種無磁場的微波等離子體源。在表面波等離子體內(nèi)，三丙氧基鉿氣體分解，以便產(chǎn)生Hf原子。而且，在表面波等離子體內(nèi)在氫氣和氧氣之間進(jìn)行反應(yīng)，以便有效地形成氧原子。結(jié)果，HfO2分子淀積在待處理襯底1上，從而形成具有高介電常數(shù)的HfO2膜。
由根據(jù)本發(fā)明第四和第五實施例二者中的每一個的膜形成方法形成的HfO2膜的特性評估如下。
具體而言，根據(jù)本發(fā)明第四實施例的膜形成方法和根據(jù)本發(fā)明第五實施例的膜形成方法，通過常規(guī)膜形成方法在硅襯底上形成HfO2膜，其中在上述常規(guī)方法中使用通過以20％∶80％的混合比混合三丙氧基鉿氣體和氧氣而制備的混合氣體。然后，測量這些HfO2膜的每個的電流-電壓特性。
圖8示出了當(dāng)給通過常規(guī)膜形成方法形成的HfO2膜、通過根據(jù)本發(fā)明第四實施例的膜形成方法形成的HfO2膜和通過根據(jù)本發(fā)明第五實施例的膜形成方法形成的HfO2膜的每個施加2MV/cm的電場時的漏電流。
如圖8所示，在通過常規(guī)膜形成方法形成的HfO2膜的情況下，漏電流約為10-11(A)。另一方面，在通過根據(jù)本發(fā)明第四和第五實施例的膜形成方法形成的HfO2膜的情況下，漏電流為約10-12(A)。因此，與常規(guī)膜形成方法相比，根據(jù)本發(fā)明第四和第五實施例的膜形成方法允許降低通過金屬氧化膜的漏電流。
應(yīng)該理解，產(chǎn)生的本發(fā)明的特殊效果如下。具體而言，在根據(jù)本發(fā)明第四實施例的膜形成方法中，增加了等離子體密度以便允許三丙氧基鉿氣體和氧氣被等離子體有效地分解。結(jié)果是，形成的HfO2膜被致密化，從而減少了缺氧的程度。
而且，在根據(jù)本發(fā)明第五實施例的膜形成方法中，在等離子體內(nèi)在氧氣和氫氣之間產(chǎn)生反應(yīng)，以便產(chǎn)生氧原子和氫原子。結(jié)果，可以減少得到的HfO2膜中的缺氧的量，從而使氧缺陷被氫終止。
而且，在根據(jù)本發(fā)明第四實施例的膜形成方法中，形成的混合氣體是通過混合有機(jī)金屬氧化合物氣體、氧化氣體和稀有氣體而制備的，使得以混合氣體總壓力為基礎(chǔ)的稀有氣體的分壓百分比(Pr)設(shè)定為不小于85％，即85％≤Pr＜100％。結(jié)果，在第四實施例中抑制了膜中的碳原子濃度，這與后面要說明的本發(fā)明第六實施例相同。
此外，在根據(jù)本發(fā)明第五實施例的膜形成方法中，通過使用由混合有機(jī)金屬化合物氣體、氧化氣體和氫氣而制備的混合氣體來形成膜。結(jié)果是，在第五實施例中可以抑制膜中的碳原子濃度，這與后面要說明的本發(fā)明第七實施例相同。
根據(jù)本發(fā)明第四和第五實施例的每一個，可以很容易地以低成本形成缺氧量小的金屬氧化物膜。還可以減少通過金屬氧化物膜的漏電流和抑制膜中的碳原子濃度，從而提高膜的特性。
(第六實施例)在本發(fā)明第六實施例中，通過混合用作有機(jī)金屬化合物氣體的三甲基鋁氣體(TMA氣體)、用作氧化氣體的氧氣和用作稀有氣體的Kr氣體而制備混合氣體。而且，混合氣體中包含的Kr氣體的分壓百分比(稀釋率)(Pr)設(shè)定為不小于85％，即85％≤Pr＜100％。例如，上述百分比Pr設(shè)定為98％。更具體地說，TMA氣體、氧氣和Kr氣體的混合比設(shè)定為0.5％∶1.5％∶98％。順便提及，在其它步驟上第六實施例與第四實施例相同，因此，省略了重復(fù)說明。通過這種方式，在本發(fā)明第六實施例中形成了Al2O3膜。
(第七實施例)在本發(fā)明第七實施例中，通過混合用作有機(jī)金屬化合物氣體的TMA氣體、用作氧化氣體的氧氣和氫氣而制備混合氣體。更具體地說，TMA氣體、氧氣和氫氣的混合比設(shè)定為10％∶89％∶1％。順便提及，在其它步驟上第七實施例與第五實施例相同，因此，省略了重復(fù)說明。通過這種方式，在本發(fā)明第七實施例中形成了Al2O3膜。
通過本發(fā)明第六和第七實施例的每一個的膜形成方法形成的Al2O3膜的特性評估如下。
具體而言，利用常規(guī)膜形成方法在硅襯底上形成厚度為200nm的Al2O3膜，其中，根據(jù)本發(fā)明第六實施例的膜形成方法和根據(jù)本發(fā)明第七實施例的膜形成方法，使用通過以10％∶90％的混合比混合TMA氣體和氧氣而制備的混合氣體。然后，用SIMS(二次離子質(zhì)譜儀)測量這些Al2O3膜的每一個中的碳濃度。順便提及，等離子體的壓力為80Pa和功率為1000W。
圖9是表示常規(guī)膜形成方法形成的Al2O3膜、通過根據(jù)本發(fā)明第六實施例的膜形成方法形成的Al2O3膜和通過根據(jù)本發(fā)明第七實施例的膜形成方法形成的Al2O3膜的每一個中的碳原子濃度圖。
如圖9所示，在通過常規(guī)膜形成方法形成的Al2O3膜中，碳原子濃度約為1021原子/cm3。另一方面，在通過根據(jù)本發(fā)明第六或第七實施例的膜形成方法形成的Al2O3膜中，碳原子濃度約1019原子/cm3。因此，與常規(guī)膜形成方法相比，根據(jù)本發(fā)明第六和第七實施例的膜形成方法可以降低碳原子濃度。
由根據(jù)本發(fā)明第六實施例的膜形成方法實現(xiàn)的低碳原子濃度是源于以下情況等離子體密度因稀有氣體(Kr氣體)而增加，從而提高了形成氧原子的效率。換言之，如果氧原子的量增加了，則通過與碳燃燒反應(yīng)形成的CO和CO2的量增加了。應(yīng)該理解，由于揮發(fā)性高的CO和CO2趨于排放掉而不會留在膜中，因此降低了膜中的碳原子濃度。
而且，在根據(jù)本發(fā)明第七實施例的膜形成方法中，應(yīng)該理解的是，通過在等離子體內(nèi)進(jìn)行的O2和H2之間的反應(yīng)產(chǎn)生大量氧原子，從而降低了膜中的碳原子濃度。如果產(chǎn)生大量氧原子，通過與碳燃燒反應(yīng)形成的CO和CO2的量增加了，如上述第六實施例那樣。應(yīng)該理解的是，由于揮發(fā)性高的CO和CO2趨于釋放掉而不會留在膜中，因此降低了膜中的碳原子濃度。
而且，在根據(jù)本發(fā)明第六實施例的膜形成方法中，通過混合有機(jī)金屬化合物氣體、氧化氣體和稀有氣體而制備混合氣體，使得稀有氣體的分壓百分比(Pr)設(shè)定為不小于85％，即85％≤Pr＜100％。因此，根據(jù)本發(fā)明第六實施例的膜形成方法，如本發(fā)明第四實施例那樣，可以減少通過金屬氧化物膜的漏電流。
此外，在根據(jù)本發(fā)明第七實施例的膜形成方法中，混合氣體是通過混合有機(jī)金屬化合物氣體、氧化氣體和氫氣而制備的。因此，在根據(jù)本發(fā)明第七實施例的膜形成方法中，如本發(fā)明第五實施例那樣，可以減少通過金屬氧化物膜的電流泄漏。
根據(jù)本發(fā)明第六和第七實施例的每一個，可以很容易地以低成本形成缺氧量低的金屬氧化物膜。而且，根據(jù)本發(fā)明第六和第七實施例的每一個，可以減少通過金屬氧化物膜的電流泄漏和抑制膜中的碳原子濃度，由此提高了膜的特性。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明第四和第六實施例的每一個的膜形成方法包括以下步驟向等離子體處理室(腔室11)中輸送包括有機(jī)金屬化合物氣體、氧化氣體和稀有氣體的至少三種氣體，使得以總壓力為基礎(chǔ)的稀有氣體的分壓百分比(Pr)不小于85％，即85％≤Pr＜100％；和在等離子體處理室中產(chǎn)生等離子體，以便允許有機(jī)金屬化合物氣體和氧化氣體被等離子體分解，由此在待處理襯底1上形成金屬氧化物膜。因此，在根據(jù)本發(fā)明第四和第六實施例的每一個的膜形成方法中，可以很容易地以低成本形成具有高介電常數(shù)和低缺氧量的金屬氧化物膜。
而且，在根據(jù)本發(fā)明第四和第六實施例的每個的膜形成方法中，可以減少通過金屬氧化物膜的電流泄漏和抑制膜中的碳原子濃度，從而提高了金屬氧化物膜的特性。此外，可以在低于有機(jī)金屬氣相生長法中采用的溫度下形成金屬氧化物膜。
根據(jù)本發(fā)明第五和第七實施例的每個的膜形成方法包括，向等離子體處理室(腔室11)中輸送包括有機(jī)金屬化合物氣體、氧化氣體和氫氣的至少三種氣體的步驟，和在等離子體處理室中產(chǎn)生等離子體的步驟，從而允許有機(jī)金屬氧化物氣體、氧化氣體和氫氣被等離子體分解，由此在待處理襯底1上形成金屬氧化物膜。因此，在根據(jù)本發(fā)明第五和第七實施例的每一個的膜形成方法中，可以很容易地以低成本形成具有高介電常數(shù)和低缺氧的金屬氧化物膜。
而且，在根據(jù)本發(fā)明第五和第七實施例的每一個的膜形成方法中，可以減小通過金屬氧化物膜的電流泄漏和抑制膜中的碳原子濃度，以便提高金屬氧化物膜的特性。此外，可以在比有機(jī)金屬氣相生長法中采用的溫度低的溫度下形成金屬氧化物膜。
順便提及，在根據(jù)本發(fā)明的第四和第五實施例的每一個的膜形成方法中，三丙氧基鉿氣體用作有機(jī)金屬化合物氣體。而且，在根據(jù)本發(fā)明第六和第七實施例的每一個的膜形成方法中，TMA(Al(CH3)3)氣體用作有機(jī)金屬化合物氣體。然而，本發(fā)明中使用的有機(jī)金屬化合物不限于上述例舉的氣體。也可以使用有機(jī)金屬化合物氣體如三乙基鋁(Al(C2H5)3)氣體、三丙氧基鋯(Zr(OC3H7)3)氣體、五乙氧基鉭(Ta(OC2H5)5)氣體等。選擇含有金屬的有機(jī)金屬化合物氣體，足以為要形成的金屬氧化物膜提供原材料。具體地說，在使用三丙氧基鉿氣體作為有機(jī)金屬化合物氣體的情況下可以形成HfO2膜。而且，在使用三甲基鋁氣體或三甲基鋁氣體作為有機(jī)金屬化合物氣體的情況下可以形成氧化鋁(Al2O3)。此外，在使用三丙氧基鋯氣體作為有機(jī)金屬化合物氣體的情況下可以形成氧化鋯(ZrO2)膜。此外，在使用五乙氧基鉭氣體作為有機(jī)金屬化合物氣體的情況下可以形成氧化鉭(Ta2O5)膜。
此外，在根據(jù)本發(fā)明第四到第七實施例的每一個中，在等離子體處理室(腔室11)中產(chǎn)生表面波等離子體，結(jié)果，有機(jī)金屬化合物氣體等被高密度等離子體之中的等離子體分解，這不會對得到的金屬氧化物膜造成損傷。
順便提及，在上述第一到第七實施例的每個中，硅襯底用作待處理襯底1。然而，作為待處理襯底1，還可以使用其上形成有絕緣膜、金屬膜和半導(dǎo)體膜的任一種硅襯底、玻璃襯底或塑料襯底，或者其上形成有包括絕緣膜、金屬膜或半導(dǎo)體膜的疊層結(jié)構(gòu)的襯底。
現(xiàn)在介紹包括TFT的顯示器件的制造方法。圖10和11的每一個示出了顯示器件20如有源矩陣型液晶顯示器件的結(jié)構(gòu)。在下面的說明中將顯示器件20稱為液晶顯示器件。順便提及，圖11中所示的參考標(biāo)記30表示TFT。
現(xiàn)在將首先介紹液晶顯示器件20。如圖10和11所示，液晶顯示器件20包括一對透明襯底21和22、在透明襯底21和22之間在由密封材料包圍的區(qū)域中形成的液晶層23、在透明襯底22上以形成矩陣的方式在行方向和列方向設(shè)置的多個像素電極24、與像素電極24面對設(shè)置的單膜形式的透明對電極27、設(shè)置成矩陣形式且各包括由下述的膜形成方法形成的柵極絕緣膜36的多個TFT 30、以及與這些TFT 30電連接的掃描線25和信號線26。換言之，構(gòu)成液晶顯示器件20，以使得用作像素選擇元件的晶體管例如TFT 30設(shè)置成矩陣形式。
可以使用例如一對玻璃襯底作為一對透明襯底21和22。用置于其間的框架形密封材料(未示出)將這些透明襯底21和22彼此連接。液晶層23設(shè)置在一對透明襯底21和22之間被密封材料包圍的區(qū)域中。
多個像素電極24、多個TFT 30、掃描線25和信號線26設(shè)置在例如在背面的透明襯底22的內(nèi)表面上。像素電極24設(shè)置在行方向和列方向，以便形成矩陣，TFT 30分別電連接到多個像素電極24。此外，掃描線25和信號線26電連接到多個TFT 30的每一個上。
掃描線25可以在像素電極24的列方向延伸，并分別在一側(cè)的端部連接到多個掃描線端子(未示出)，其中所述掃描線端子形成在背面的透明襯底22的一側(cè)上的邊緣部分中。而且，多個掃描線端子分別連接到掃描線驅(qū)動電路41上。
另一方面，信號線26在像素電極24的行方向延伸，并在一側(cè)的端部分別連接到多個信號線端子(未示出)上，其中所述信號線端子形成在背面的透明襯底22的一側(cè)的邊緣部分中。而且，多個掃描線端子分別連接到信號線驅(qū)動電路42。
每個掃描線驅(qū)動電路41和信號線驅(qū)動電路42連接到液晶控制器43。通過接收從例如外部輸送的圖像信號和同步信號，液晶控制器43產(chǎn)生圖像視頻信號Vpix、垂直掃描控制信號YCR和水平掃描控制信號XCT。
設(shè)置成與多個像素電極24面對的單膜形式的透明對電極27形成在另一透明襯底即正面的透明襯底21的內(nèi)表面上。而且，可以以對應(yīng)于多個像素部分的方式，在正面的透明襯底21的內(nèi)表面上設(shè)置濾色器，其中多個像素電極24設(shè)置成面對對電極27。此外，可以以對應(yīng)像素部分之間的區(qū)域的方式形成光屏蔽膜。
在一對透明襯底21和22的外部形成偏振板(未示出)。而且，在透射型液晶顯示器件20中，平面光源(未示出)形成在背面的透明襯底22的背面一側(cè)上。順便提及，液晶顯示器件20可以是反射型或半透射反射型的。
現(xiàn)在介紹TFT 30即半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。圖11中所示的參考標(biāo)記31表示由二氧化硅構(gòu)成并形成在透明襯底22上的緩沖層。包括源區(qū)33、漏區(qū)34和溝道區(qū)35的半導(dǎo)體層32形成在緩沖層31上。由Al構(gòu)成的柵電極37形成在半導(dǎo)體層32上，其中柵極絕緣膜36置于其間。此外，由二氧化硅構(gòu)成的層間絕緣膜38形成在包括柵電極37的透明襯底22的整個表面上。
如圖11所示，TFT 30包括透明襯底22；形成在透明襯底22上的緩沖層31；包括源區(qū)33、漏區(qū)34和溝道區(qū)35的半導(dǎo)體層32；通過下述膜形成方法在半導(dǎo)體層32上形成的柵極絕緣膜36，該柵極絕緣膜36包括氧化硅層36a和氧化鋁層36b；和形成在柵極絕緣膜36上的柵電極37。
現(xiàn)在介紹TFT 30的制造方法。順便提及，在下述的制造方法中，可以在背面的透明襯底22上同時形成多個TFT 30。
在第一步中，基本上在背面的透明襯底22的內(nèi)表面的整個區(qū)域上形成作為緩沖層31的二氧化硅膜。然后，例如利用減壓CVD法在緩沖層31上形成厚度為100nm的非晶硅(a-Si)膜，然后在氮?dú)庵小⒃?50℃進(jìn)行脫氫處理一個小時。此外，通過用準(zhǔn)分子激光器給a-Si膜施加激光退火，使a-Si膜結(jié)晶，從而形成多晶硅層。
在下一步驟中，利用旋涂法用由光敏樹脂形成的抗蝕劑膜涂覆該多晶硅層，然后通過光刻工藝對抗蝕劑膜進(jìn)行曝光和顯影，從而形成各具有規(guī)定島狀的多個半導(dǎo)體層32。形成這些半導(dǎo)體超32的每一個以對應(yīng)TFT 30，以便提供相應(yīng)TFT 30的構(gòu)成元素。在下一步驟中，形成柵極絕緣膜36以覆蓋島狀半導(dǎo)體層32。形成柵極絕緣膜36的方法將在后面介紹。
形成柵極絕緣膜36之后，例如利用濺射法在柵極絕緣膜36上形成將要被處理成多個柵電極37的金屬膜，例如Al膜，然后給該金屬膜施加光刻工藝和刻蝕工藝，從而將該金屬膜處理成布線形狀，由此形成多個柵電極37。每個柵電極37形成在半導(dǎo)體層32的上方，并對應(yīng)單個半導(dǎo)體層32。換言之，與半導(dǎo)體層32一樣，每個柵電極37形成為對應(yīng)單個TFT 30，由此提供相應(yīng)TFT 30的構(gòu)成因素。順便提及，還可以用與柵電極37一起形成一個整體結(jié)構(gòu)的方式形成掃描線25。
在接下來的步驟中，通過例如離子注入法用雜質(zhì)如磷(P)選擇地?fù)诫s半導(dǎo)體器件32。結(jié)果，形成具有低電阻率的半導(dǎo)體層，且形成為源區(qū)33和漏區(qū)34以及未引入雜質(zhì)的溝道區(qū)35。
在接下來的步驟中，通過等離子體CVD法在透明襯底22的整個表面上淀積二氧化硅膜，然后在600℃下對該二氧化硅膜進(jìn)行熱處理，從而形成層間絕緣膜38。形成層間絕緣膜38之后，通過光刻法和刻蝕法在對應(yīng)源區(qū)33、漏區(qū)34和柵電極37的層間絕緣膜38的那些部分中形成接觸孔44。此外，形成將形成為源電極的金屬膜，以便連接到源區(qū)33。還形成將形成為漏電極的另一金屬膜，以便連接到漏區(qū)34。結(jié)果，形成多個TFT 30。形成TFT 30之后，形成連接到源電極的像素電極24。同時，形成電連接到漏電極的信號電極。
柵極絕緣膜36是由前述根據(jù)本發(fā)明實施例的膜形成方法形成的。因此，本發(fā)明的膜形成方法應(yīng)用于包括具有形成在其上的緩沖層31和島狀半導(dǎo)體層32的透明襯底22的待處理襯底2。
現(xiàn)在介紹形成柵極絕緣膜36的方法。在第一步中，利用常規(guī)膜形成方法，即使用由TEOS氣體和氧氣的等離子體CVD法，或低溫氧化法，即等離子體氧化法或光學(xué)氧化法，在待處理襯底2的基本上整個表面上形成厚度不小于2nm，例如2nm厚的二氧化硅膜。順便提及，二氧化硅膜可以采用根據(jù)本發(fā)明第一到第三實施例的任何膜形成方法來形成。然后，采用根據(jù)本發(fā)明第六實施例的膜形成方法在二氧化硅膜的基本上整個表面上形成Al2O3膜。順便提及，還可以采用根據(jù)本發(fā)明第七實施例的膜形成方法形成Al2O3膜。換言之，柵極絕緣膜36是由二氧化硅膜36a和Al2O3膜36b構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)。應(yīng)該指出的是，柵極絕緣膜36即由二氧化硅膜36a和Al2O3膜36b構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)，具有大于常規(guī)柵極絕緣膜(二氧化硅膜)的介電常數(shù)。
由二氧化硅膜36a和Al2O3膜36b構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)形成的柵極絕緣膜36的特性評估如下。在第一步中，制備下面給定的MOS器件1)至3)。
1)利用等離子體氧化法在襯底上形成二氧化硅膜，然后借助汽相淀積法在二氧化硅膜上形成鋁電極，由此制備MOS器件。
2)利用根據(jù)本發(fā)明第六實施例的膜形成方法在襯底上形成Al2O3膜，然后借助汽相淀積法在Al2O3膜上形成鋁電極，由此制備MOS器件。
3)利用常規(guī)膜形成方法在襯底上形成二氧化硅膜，然后利用根據(jù)本發(fā)明第六實施例的膜形成方法在二氧化硅膜上形成Al2O3膜，之后借助汽相淀積法在Al2O3膜上形成鋁電極，由此制備MOS器件。
在下一步驟中，通過測量如此制備的每個MOS器件的電容-電壓特性來評估每個樣品的界面狀態(tài)密度。
圖12示出了每個MOS器件的界面狀態(tài)密度。
如圖12所示，在襯底上只形成Al2O3膜的情況下，界面狀態(tài)密度比在襯底上只形成二氧化硅膜以降低界面特性的情況高。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在二氧化硅膜和Al2O3膜在襯底上一個層疊在另一個上以提高界面特性的情況下，界面狀態(tài)密度降低了。應(yīng)該理解，在二氧化硅膜形成在與Al2O3膜的界面處的情況下，界面狀態(tài)密度降低了。
因此，由于通過形成上述柵極絕緣膜36可以增加?xùn)艠O絕緣膜36的介電常數(shù)，因此柵極絕緣膜36的有效厚度可以比常規(guī)器件的小。而且，由于通過形成上述柵極絕緣膜36可以增加?xùn)艠O絕緣容量，因此可以增加TFT 30的ON電流。此外，由于界面狀態(tài)密度很低，因此可以提高TFT 30的上升特性。此外，在本實施例中可在低于有機(jī)金屬汽相生長法中采用的溫度下形成柵極絕緣膜36，從而可以降低對下層的損傷。另外，柵極絕緣膜36可以比原子層淀積法更高的膜形成速度形成。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的制造半導(dǎo)體器件的方法包括在待處理襯底2的表面上的至少一部分中形成半導(dǎo)體層32的步驟；在半導(dǎo)體層32上層疊氧化硅層(二氧化硅層)36a的步驟；向等離子體處理室(腔室11)中輸送包括有機(jī)金屬化合物氣體(TMA氣體)、氧化氣體和稀有氣體的至少三種氣體的步驟，使得稀有氣體的分壓百分比(Pr)不小于85％，即85％≤Pr＜100％；在等離子體處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體的步驟，以便允許有機(jī)金屬化合物氣體和氧化氣體被等離子體分解，由此在氧化硅層36a上層疊作為金屬氧化物膜的氧化鋁層(Al2O3膜)36b。因而，根據(jù)上述半導(dǎo)體器件的制造方法，可以很容易地以低成本形成具有高介電常數(shù)和低缺氧量的絕緣膜。而且，本發(fā)明中定義的半導(dǎo)體器件的制造方法可以減小絕緣膜的厚度。根據(jù)該半導(dǎo)體器件的制造方法，等離子體處理室內(nèi)的電子密度顯著高于常規(guī)方法中的等離子體處理室內(nèi)的電子密度，結(jié)果是促進(jìn)了有機(jī)金屬化合物氣體和氧化氣體的分解。
本發(fā)明還提供制造顯示器件的方法，該顯示器件包括在待處理襯底2上以形成矩陣的方式設(shè)置的多個TFT 30，該方法包括形成多個半導(dǎo)體層32的步驟，用于在待處理襯底2上形成多個TFT 30；在半導(dǎo)體器件32上層疊氧化硅層36a的步驟；向等離子體處理室(腔室11)內(nèi)輸送包括有機(jī)金屬化合物氣體(TMA氣體)、氧化氣體和稀有氣體的至少三種氣體的步驟，使得稀有氣體的分壓百分比(Pr)不小于85％，即85％≤Pr＜100％；和在等離子體處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體的步驟，以便允許有機(jī)金屬化合物氣體和氧化氣體被等離子體分解，由此在氧化硅層36a上層疊作為金屬氧化物膜的氧化鋁層(Al2O3膜)36b。因而，根據(jù)本發(fā)明中定義的顯示器件的制造方法，可以很容易地以低成本形成具有高介電常數(shù)和低缺氧量的絕緣膜。而且，本發(fā)明中定義的顯示器件的制造方法可以減小絕緣膜的厚度。根據(jù)該顯示器件的制造方法，等離子體處理室內(nèi)的電子密度顯著高于常規(guī)方法中的等離子體處理室內(nèi)的電子密度，結(jié)果是促進(jìn)了有機(jī)金屬化合物氣體和氧化氣體的分解。
此外，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法包括在待處理襯底2的表面上的至少一部分中形成半導(dǎo)體層32的步驟；在半導(dǎo)體層32上層疊氧化硅層(二氧化硅層)36a的步驟；向等離子體處理室(腔室11)中輸送包括有機(jī)金屬化合物氣體(TMA氣體)、氧化氣體和氫氣的至少三種氣體的步驟；和在等離子體處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體的步驟，以便允許有機(jī)金屬化合物氣體和氧化氣體被等離子體分解，由此在氧化硅層36a上層疊提供金屬氧化物膜的氧化鋁層(Al2O3膜)36b。因而，根據(jù)上述半導(dǎo)體器件的制造方法，可以很容易地以低成本形成具有高介電常數(shù)和低缺氧量的絕緣膜。而且，本發(fā)明中定義的半導(dǎo)體器件的制造方法可以減小絕緣膜的厚度。根據(jù)該半導(dǎo)體器件的制造方法，在氫氣和氧化氣體之間發(fā)生反應(yīng)，有效地產(chǎn)生氧原子。
該半導(dǎo)體器件的制造方法可以用于制造如金屬氧化物半導(dǎo)體器件(MOS器件)中的薄膜晶體管(TFT)等半導(dǎo)體器件。
此外，本發(fā)明提供顯示器件的制造方法，該顯示器件包括在待處理襯底2上以形成矩陣的方式設(shè)置的多個TFT 30，該方法包括形成多個半導(dǎo)體層32的步驟，用于在待處理襯底2上形成多個TFT 30；在半導(dǎo)體器件32上層疊氧化硅層36a的步驟；向等離子體處理室(腔室11)內(nèi)輸送包括有機(jī)金屬化合物氣體(TMA氣體)、氧化氣體和氫氣的至少三種氣體的步驟；和在等離子體處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體的步驟，以便允許有機(jī)金屬化合物氣體、氧化氣體和氫氣被等離子體分解，由此在氧化硅層36a上層疊提供金屬氧化物膜的氧化鋁層(Al2O3膜)36b。因而，根據(jù)該顯示器件的制造方法，可以很容易地以低成本形成具有高介電常數(shù)和低缺氧量的絕緣膜。而且，本發(fā)明中定義的顯示器件的制造方法可以減小絕緣膜的厚度。
順便提及，在上述顯示器件的制造方法和半導(dǎo)體器件的制造方法的每種方法中，希望層疊具有至少2nm厚度的氧化硅層。在這種情況下，該膜的介電常數(shù)可以滿意地增加。根據(jù)顯示器件的制造方法，等離子體處理室內(nèi)的電子密度可以顯著高于常規(guī)方法中等離子體處理室內(nèi)的電子密度，結(jié)果是促進(jìn)了有機(jī)金屬化合物氣體和氧化氣體的分解。
該顯示器件的制造方法可用于制造如液晶顯示器件、有機(jī)EL顯示器件或無機(jī)EL顯示器件等顯示器件。
而且，用于形成柵極絕緣膜36的金屬氧化物膜不限于氧化鋁膜。此外，金屬氧化物膜不必按照與氧化硅層36a完全重疊的方式形成。此外，金屬氧化物膜的形成區(qū)域是可以選擇的。
本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于上述具體實施例。當(dāng)然，在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)可以對本發(fā)明進(jìn)行各種方式的修改。
根據(jù)本發(fā)明，可以獲得允許很容易地以低成本形成低缺氧量的膜，可以獲得半導(dǎo)體器件的制造法，獲得半導(dǎo)體器件，獲得顯示器件的制造方法，和獲得顯示器件。
權(quán)利要求
1.一種膜形成方法，其特征在于包括向等離子體處理室內(nèi)輸送包括硅化合物氣體、氧化氣體和稀有氣體的至少三種氣體，以總壓力為基礎(chǔ)的稀有氣體的分壓百分比(Pr)不小于85％，即85％≤Pr＜100％；和在等離子體處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體，以便在待處理襯底上形成氧化硅膜。
2.一種膜形成方法，其特征在于包括向等離子體處理室內(nèi)輸送包括硅化合物氣體、氧化氣體和氫氣的至少三種氣體；和在等離子體處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體，以便在待處理襯底上形成氧化硅膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜形成方法，其特征在于硅化合物氣體包括選自四乙氧基硅烷氣體、四甲基環(huán)四硅氧烷氣體、二乙酰氧基二叔丁氧基硅烷氣體、和六甲基二硅氧烷氣體中的至少一種，而且氧化氣體包括選自氧氣、臭氧氣體、一氧化碳?xì)怏w和二氧化碳?xì)怏w中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜形成方法，其特征在于硅化合物氣體包括選自四乙氧基硅烷氣體、四甲基環(huán)四硅氧烷氣體、二乙酰氧基二叔丁氧基硅烷氣體和六甲基二硅氧烷氣體中的至少一種，并且氧化氣體包括選自氧氣、臭氧氣體、一氧化碳?xì)怏w和二氧化碳?xì)怏w中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜形成方法，其特征在于硅化合物氣體是由硅烷氣體提供的，氧化氣體包括選自氧氣和臭氧氣體中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜形成方法，其特征在于硅化合物氣體是由硅烷氣體提供的，氧化氣體包括選自氧氣和臭氧氣體中的至少一種。
7.一種膜形成方法，其特征在于包括向等離子體處理室內(nèi)輸送包括有機(jī)金屬化合物氣體、氧化氣體和稀有氣體的至少三種氣體，以總壓力為基礎(chǔ)的稀有氣體的分壓百分比(Pr)不小于85％，即85％≤Pr＜100％；和在等離子體處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體，以便在待處理襯底上形成氧化硅和/或金屬氧化物的膜。
8.一種膜形成方法，其特征在于包括向等離子體處理室內(nèi)輸送包括有機(jī)金屬化合物氣體、氧化氣體和氫氣的至少三種氣體；和在等離子體處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體，以便在待處理襯底上形成氧化硅和/或金屬氧化物的膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的膜形成方法，其特征在于有機(jī)金屬化合物氣體是選自三甲基鋁、三乙基鋁、三丙氧基鋯、五乙氧基鉭和三丙氧基鉿中的至少一種化合物氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的膜形成方法，其特征在于有機(jī)金屬化合物氣體是選自三甲基鋁、三乙基鋁、三丙氧基鋯、五乙氧基鉭和三丙氧基鉿中的至少一種化合物氣體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜形成方法，其特征在于在等離子體處理室內(nèi)產(chǎn)生的等離子體是表面波等離子體。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜形成方法，其特征在于在等離子體處理室內(nèi)產(chǎn)生的等離子體是表面波等離子體。
13.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于包括晶體管，該晶體管包括由選自氧化硅膜和金屬氧化物膜中的至少一種形成的柵極絕緣膜，并且該柵極絕緣膜是通過權(quán)利要求7中限定的膜形成方法形成的。
14.一種膜形成方法，其特征在于包括向待處理襯底上輸送包括有機(jī)金屬化合物氣體、氧化氣體和稀有氣體的至少三種氣體，使得以總壓力為基礎(chǔ)的稀有氣體的分壓百分比(Pr)不小于85％，即85％≤Pr＜100％，其中半導(dǎo)體層形成在所述襯底的至少一部分上，而且所述襯底設(shè)置在等離子體處理室內(nèi)；和在等離子體處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體，從而在氧化硅層上層疊金屬氧化物膜。
15.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于包括向等離子體處理室內(nèi)輸送包括有機(jī)金屬化合物氣體、氧化氣體和氫氣的至少三種氣體，其中在所述等離子體處理室內(nèi)設(shè)置待處理襯底，半導(dǎo)體層形成在所述襯底的至少一部分的表面上；和在等離子體處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體，從而在氧化硅層上層疊金屬氧化物膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于形成的氧化硅層為至少2nm厚。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于形成的氧化硅層為至少2nm厚。
18.一種顯示器件，其特征在于包括用做像素選擇元件且以形成矩陣的方式設(shè)置的多個晶體管，每個晶體管包括由選自氧化硅膜和金屬氧化物膜中的至少一種形成的柵極絕緣膜，并且該柵極絕緣膜是通過權(quán)利要求7所定義的膜形成方法形成的。
19.一種顯示器件的制造方法，該顯示器件包括在待處理襯底上以形成矩陣的方式設(shè)置的多個薄膜晶體管，形成在待處理襯底上的半導(dǎo)體層，和用于在半導(dǎo)體層上形成每個薄膜晶體管中包含的柵極絕緣膜的方法，包括向其中設(shè)置有待處理襯底的等離子體處理室內(nèi)輸送包括有機(jī)金屬化合物氣體、氧化氣體和稀有氣體的至少三種氣體，使得以總壓力為基礎(chǔ)的稀有氣體的分壓百分比(Pr)不小于85％，即85％≤Pr＜100％；和在等離子體處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體，以便形成金屬氧化物膜。
20.一種顯示器件的制造方法，該顯示器件包括在待處理襯底上以形成矩陣的方式設(shè)置的多個薄膜晶體管，形成在該待處理襯底上的半導(dǎo)體層，和用于在半導(dǎo)體層上形成每個薄膜晶體管中包含的柵極絕緣膜的方法，包括向其中設(shè)置有待處理襯底的等離子體處理室內(nèi)輸送包括有機(jī)金屬化合物氣體、氧化氣體和氫氣的至少三種氣體；和在等離子體處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體，以便形成金屬氧化物膜。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的顯示器件的制造方法，其特征在于形成的氧化硅層為至少2nm厚。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的顯示器件的制造方法，其特征在于形成的氧化硅層為至少2nm厚。
全文摘要
公開了一種膜形成方法、半導(dǎo)體器件和顯示器件及其制造方法，包括向等離子體處理室(11)內(nèi)輸送包括硅化合物氣體、氧化氣體和稀有氣體的至少三種氣體，以總壓力為基礎(chǔ)的稀有氣體的分壓百分比(Pr)不小于85％，即85％≤Pr＜100％；和在等離子體處理室(11)內(nèi)產(chǎn)生等離子體，從而在待處理襯底(1)上形成氧化硅膜。
文檔編號C23C16/42GK1570204SQ20041003296
公開日2005年1月26日 申請日期2004年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月18日
發(fā)明者后藤真志, 東和文, 中田行彥 申請人:株式會社液晶先端技術(shù)開發(fā)中心