(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ２膜の形成方法において、
希ガスと酸化ガスとの混合ガスにＲＦパワー（無線周波数）を加えることにより希ガス分子を励起させ、励起した前記希ガス分子が、エネルギーを酸化ガス分子に放出することによって酸素原子及びラジカルを発生させ、前記酸素原子及び前記ラジカルがシリコンと反応することにより前記ＳｉＯ２膜を形成し、
前記混合ガス中の前記酸化ガスの割合が１パーセントから１５パーセントに、ＲＦ（無線周波）密度が０．１Ｗ/ｃｍ２から１．５Ｗ/ｃｍ２にそれぞれ設定されてなることを特徴とするＳｉＯ２膜の形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＳｉＯ２膜の形成方法において、
前記ＳｉＯ２膜を４００℃以下の炉内アニール、急速熱アニール、またはレーザーアニール処理することを特徴とするＳｉＯ２膜の形成方法。
【請求項３】
前記アニール処理の環境は水素を含むことを特徴とする請求項２に記載のＳｉＯ２膜の形成方法。
【請求項４】
前記希ガスがヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、または複数の希ガスの混合ガスであることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれかに記載のＳｉＯ２膜の形成方法。
【請求項５】
前記酸化ガスが、酸素、Ｈ２Ｏ、Ｎ２Ｏ及びそれらの混合物から選ばれることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれかに記載のＳｉＯ２膜の形成方法。
【請求項６】
４００℃以下の温度で前記シリコンを酸化させることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれかに記載のＳｉＯ２膜の形成方法。
【請求項７】
前記混合ガスの圧力が１００ｍトルから４０００ｍトルであることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれかに記載のＳｉＯ２膜の形成方法。
【請求項８】
１０パーセント以下の窒素を前記混合ガスに加えることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれかに記載のＳｉＯ２膜の形成方法。
【請求項９】
前記シリコンが、単結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコン、または水素添加アモルファスシリコンであることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれかに記載のＳｉＯ２膜の形成方法。
【請求項１０】
薄膜トランジスタデバイスの製造方法において、
ゲート誘電材料、またはそのゲート誘電材料の一部を請求項１から請求項９のうちいずれかに記載のＳｉＯ２膜の形成方法によって形成することを特徴とする薄膜トランジスタデバイスの製造方法。
【請求項１１】
液晶表示装置において、
請求項１０に記載の薄膜トランジスタデバイスの製造方法によって形成された薄膜トランジスタデバイスを有することを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳｉＯ２膜の形成方法、薄膜トランジスタデバイスの製造方法、及び液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、液晶表示装置（ＬＣＤ）中の素子を切り替えるものとして用いられている。ＴＦＴの特性を決定する主な面として、半導体とゲート絶縁層の間の界面の質がある。アモルファスシリコンＴＦＴの場合、ＳｉＯ2はアモルファスシリコンに対して質の悪い界面を形成するので、窒化ケイ素はゲート絶縁層として用いられる。また、窒化ケイ素アモルファスシリコンの場合には、窒化ケイ素をアモルファスシリコン上に蒸着したものと比べて窒化ケイ素上にアモルファスシリコンを蒸着したものの方が界面の質は高い。これのため、アモルファスシリコンＴＦＴの場合には、ボトムゲート構造が好ましい。しかしながら、自己整合性ＴＦＴの製造にはトップゲート構造がより好ましい。
【０００３】
半導体シリコンの酸化で得たＳｉＯ2膜は、蒸着絶縁膜で形成されたものと比べて質が一層高い界面を形成する。よって、アモルファスシリコンについては、半導体シリコン層の酸化でＳｉＯ2を形成するのが好ましい。また、これはトップゲート構造の形成を可能にする。ポリシリコンＴＦＴにおいてもトップゲート構造が普段使われるので、同基板上にピクセルＴＦＴ（アモルファスシリコンＴＦＴ）とポリシリコンＴＦＴを形成することが可能になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、アモルファスシリコンＴＦＴの場合、最高許容温度は大抵４００℃である、というのはそれ以上の温度では半導体アモルファス層の質が劣化するからである。よって、４００℃以下の温度でシリコンを酸化し、良い界面特性を得ることが好ましい。しかし、従来の熱酸化工程は約１０００℃の温度を要する、というのは熱酸化工程に普段使われている酸化分子またはＨ2Ｏが実用率で酸化物を成長するためにはそのような高温を必要としているからである。その反面、酸素原子または酸素ラジカルはシリコンと容易に反応し、ＳｉＯ2層を形成する。よって、低温でＳｉＯ2膜を形成する重要なステップは、そのような低温度で酸素原子または酸素ラジカルを生じることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明のＳｉＯ２膜の形成方法は、希ガスと酸化ガスの混合ガスを流出し、酸素原子とラジカルを含むプラズマを発生するためにＲＦ（無線周波）パワーを加え、それにより酸素原子とラジカルがシリコンと反応してＳｉＯ２膜を形成することを特徴としている。
【０００６】
また、前記のＳｉＯ２膜の形成方法においては、希ガスと酸化ガスの混合ガスを流出し、酸素原子とラジカルを含むプラズマを発生するためにＲＦ（無線周波）パワーを加え、それにより酸素原子とラジカルがシリコンと反応してＳｉＯ２膜を形成し、前記ＳｉＯ２膜は続いて４００℃以下の炉内アニール、急速熱アニール、またはレーザーアニール処理されてその特性をさらに高めることを特徴としている。
【０００７】
また、前記のＳｉＯ２膜の形成方法においては、前記アニール処理の環境は水素を含むことを特徴としている。
【０００８】
また、前記のＳｉＯ２膜の形成方法においては、前記希ガスがヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、または複数の希ガスの混合ガスであることを特徴としている。
【０００９】
また、前記のＳｉＯ２膜の形成方法においては、前記酸化ガスが、酸素、Ｈ２Ｏ、Ｎ２Ｏ及びそれらの混合物から選ばれることを特徴としている。
【００１０】
また、前記のＳｉＯ２膜の形成方法においては、混合ガス中においての前記酸化ガスの割合が１パーセントから１５パーセントまでであることを特徴としている。
【００１１】
また、前記のＳｉＯ２膜の形成方法においては、前記ＲＦ（無線周波）密度が０.１Ｗ/ｃｍ２から１.５Ｗ/ｃｍ２までであることを特徴としている。
【００１２】
また、前記のＳｉＯ２膜の形成方法においては、４００℃以下の温度で前記シリコンを酸化させることを特徴としている。
【００１３】
また、前記のＳｉＯ２膜の形成方法においては、前記酸化工程においての温度が室温から４００℃までであることを特徴としている。
【００１４】
また、前記のＳｉＯ２膜の形成方法においては、酸化処理中の好ましい温度が１００℃から４００℃までであることを特徴としている。
【００１５】
また、前記のＳｉＯ２膜の形成方法においては、前記混合ガスの圧力が１００ｍトルから４０００ｍトルであることを特徴としている。
【００１６】
また、前記のＳｉＯ２膜の形成方法においては、１０パーセント以下の窒素を前記混合ガスに加えることを特徴としている。
【００１７】
また、前記のＳｉＯ２膜の形成方法においては、フッ素を１パーセント以下含む化合物を混合ガスに加えることを特徴としている。
【００１８】
また、前記のＳｉＯ２膜の形成方法においては、１０パーセント以下の窒素と、フッ素を１パーセント以下含む化合物とを混合ガスに加えることを特徴としている。
【００１９】
また、前記のＳｉＯ２膜の形成方法においては、前記シリコンが、単結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコン、または水素添加アモルファスシリコンであることを特徴としている。
【００２０】
また、前記のＳｉＯ２膜の形成方法においては、酸化される物質がアモルファスシリコンであり、それが酸化後に炉内アニール、急速熱アニール、またはレーザーアニール処理されて結晶化されることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明の薄膜トランジスタデバイスの製造方法は、ゲート誘電材料、またはそのゲート誘電材料の一部を先に記載のＳｉＯ２膜の形成方法によって形成することを特徴としている。
【００２２】
また、本発明の薄膜トランジスタデバイスは、先に記載の薄膜トランジスタデバイスの製造方法によって形成されていることを特徴としている。
【００２３】
また、前記の薄膜トランジスタデバイスにおいては、金属酸化物半導体電界効果トランジスタデバイスであることを特徴としている。
【００２４】
また、前記の薄膜トランジスタデバイスにおいては、形成されたＳｉＯ２膜が金属酸化物半導体電界効果トランジスタデバイスまたは薄膜トランジスタデバイスのゲート誘電材料、またはそのゲート誘電材料の一部として用いられることを特徴としている。
【００２５】
また、本発明の液晶表示装置は、先に記載の薄膜トランジスタデバイスを有することを特徴としている。
【００２６】
また、前記の液晶表示装置においては、アモルファスシリコン薄膜トランジスタデバイスおよび多結晶シリコン薄膜トランジスタデバイスを同じ基板上に有するように、形成された薄膜トランジスタデバイスを用いる液晶表示装置であることを特徴としている。
【００２７】
また、前記の液晶表示装置においては、微結晶シリコン薄膜トランジスタデバイスおよび多結晶シリコン薄膜トランジスタデバイスを同じ基板上に有するように、形成された薄膜トランジスタデバイスを用いる液晶表示装置であることを特徴としている。
【００２８】
上記の手段によれば、酸素原子および酸素ラジカルを発生するために、酸素と希ガス（例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ）との混合ガスを使った。その希ガスは、ＲＦ（無線周波）バイアスを加えることにより高エネルギー準位状態に容易に励起できる。この希ガスの励起状態と基底状態とのエネルギー準位の相違は、酸素原子と酸素分子とのエネルギー準位の相違よりも大きい。例えば、ヘリウムの励起状態レベルは、その基底状態レベルよりも１９.８ｅＶ高い。アルゴンの場合では、この値が１１.６ｅＶである。酸素分子から原子状態に変化するために必要なエネルギーは、軌道レベルでの配置に従い７ｅＶから１１.６ｅＶまでと多様である。よって、励起した希ガス分子がそのエネルギーを酸素分子に放出すると、酸素原子およびラジカルを発生することが出来る。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る絶縁膜の形成方法の実施形態について説明する。
【００３０】
上記概念に基づいて、以下に示す方法でシリコンの酸化を行なった。酸化させるシリコン基板を入れた化学蒸着（ＣＶＤ）室に希ガスおよび酸素をあらゆる割合で導入した。その混合ガス中の酸素の割合を１％から１５％に変化させた。ガス全圧力を１００ｍトルから４０００ｍトルに変化させた。ＲＦ（無線周波）パワーを１０００ｃｍ2の総面積に対して１００Ｗから１５００Ｗに変化させた。温度を１００℃から４００℃に変化させた。実験中には１００〜４００℃の温度範囲を利用したが、ある特定の範囲よりも高いまたは低い温度を利用することが出来る。この方法により、約一時間の酸化で約１００オングストロームの厚さのＳｉＯ2膜を形成することが出来た。
【００３１】
図１は、上記の条件に基づいてシリコン上に成長させた酸化膜の典型的なＣ-Ｖ曲線を示す。そのＣ-Ｖ曲線はほぼ理想的であり、ヒステリシスがない。図２は、本方法でＳｉＯ2膜を成長した後、中央ギャップ付近の界面密度を示している。その界面密度の平均値は、ほぼ６Ｅ１１/ｃｍ2-ｅＶである。実験により１０００℃でシリコン膜を熱酸化することにより形成したＳｉＯ2膜については、界面密度がほぼ２Ｅ１１/ｃｍ2-ｅＶであり、それは本発明の方法で形成した膜とかなり近しいものである。水銀電極を用いて測定した本発明の方法で形成した膜の破壊強度は、１５ＭＶ/ｃｍ以上であり、それはまた熱酸化したものと類似している。図３は、本発明の方法で形成した膜のＥＳＣＡ特性を示している。 ＳｉＯ2ピークと（基板の）Ｓｉピークだけがみられる。よって、これらの結果は、高い温度での熱酸化により形成した膜に匹敵する特性を有するＳｉＯ2膜を４００℃またはそれ以下の温度で形成することが出来ることを示している。
【００３２】
上記の方法では、酸素が酸化剤として用いられているが、例えばＮ2Ｏ、Ｈ2Ｏ、または各種酸化剤の混合物など他の酸化剤を用いることも出来る。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の形成方法は酸化剤や希ガスと共に窒素を加えることにより改善され、成長させた酸化ケイ素の信頼度を上げる。
【００３４】
本発明の形成方法はまたフッ素を含む化合物（例えば、ＨＦ、ＮＦ3など）を混合ガスに加えることにより改善され、酸化特性を一層高める。
【００３５】
また、ＳｉＯ2膜を成長した後、膜の特性をさらに改善するためにガスアニール処理などアニール処理を行なうことも出来る。
【００３６】
この酸化概念は、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）またはＴＦＴに用いられる単結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコン、または水素添加アモルファスシリコンに適用することが出来る。この概念は、また同じ基板上にアモルファスシリコンおよびポリシリコンＴＦＴを形成するために適用することも出来る。
【００３７】
ポリシリコンＳｉＯ2と微結晶ＳｉＯ2システムの場合では、ニ通りの方法を取ることが出来る。
【００３８】
（１）蒸着された多結晶または微結晶シリコン膜、または炉中アニール、急速アニールまたはレーザーアニールで結晶化されたアモルファスシリコン膜で始まり、それから上記の方法で酸化する。
【００３９】
（２）アモルファスシリコンで始まり、それを上記の方法で酸化し、それから炉中アニール、急速アニールまたはレーザーアニールで結晶化する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の製造方法で成長させたＳｉＯ2膜の典型的Ｃ-Ｖ曲線である。
【図２】 本発明の製造方法でＳｉＯ2膜を成長させた後のシリコンギャップエネルギーに対する界面密度（ＤＩＴ）である。
【図３】 本発明の製造方法で成長させたＳｉＯ2膜のＥＳＣＡ（化学分析用電子分光法）特性である。
【図１】
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【図２】
0003736189.tif 000003
【図３】
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