JP2005268798A - 酸化物薄膜を製造する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本方法は、基板を形成するステップと、高密度(HD)プラズマ源を用いて、360℃以下の温度で基板を処理するステップと、基板上に位置するM酸化物層を形成するステップであって、Mは、化学的に固体と定義され、かつ、+2〜+5の範囲の酸化状態を有する元素を含む群から選択された元素である、ステップとを包含する。いくつかの局面では、前記方法は、誘導結合プラズマ(ICP)源を用いる。いくつかの局面では、基板をプラズマ酸化するためにICP源が用いられる。他の局面では、基板上にM酸化物層を堆積するために、HDプラズマ化学気相成長法が用いられる。本方法のいくつかの局面では、Mはシリコンであり、シリコン層および酸化物層は、TFTに組み込まれる。
【選択図】 図6
Description
を包含する、方法であって、これにより上記目的を達成する。
M酸化物薄膜海面を生成する本発明の方法は、360℃以下の基板温度で動作する高密度(HD)プラズマ源を用いる。いくつかの局面では、HDプラズマ源は、誘導結合プラズマ(ICP)源である。いくつかの局面では、HDプラズマ源は、電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマ源である。基板をプラズマ酸化し、基板上にM酸化物を堆積するためにHDプラズマ源が用いられる。本発明の方法のプラズマ酸化の局面は、従来の熱酸化物の成長速度よりもはるかに高い成長速度で高品質のM酸化物層を生成する。
202 基板
204 M酸化物
206 酸化物の厚さ
410 M酸化物界面
412 基板
414 M酸化物
216 酸化物の厚さ
420 M酸化物界面
422 基板
424 ベース層
426 M薄膜
428 M酸化物
430 酸化物層
440 M酸化物界面
442 基板
444 M酸化物
446 酸化物の厚さ
Claims (24)
- 薄膜酸化物を製造する方法であって、該方法は、
基板を形成するステップと、
高密度(HD)プラズマ源を用いて、該基板を360℃以下の温度で処理するステップと、
該基板上に位置するM酸化物層を形成するステップであって、Mは、化学的に固体と定義され、かつ、+2〜+5の範囲の酸化状態を有する元素を含む群から選択される元素である、ステップと
を包含する、方法。 - 前記HDプラズマ源を用いて基板を360℃以下の温度で処理するステップは、誘導結合プラズマ(ICP)源を用いるステップを包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記基板を形成するステップは、Mを含む基板を形成するステップを包含し、
前記ICP源を用いるステップは、該基板をプラズマ酸化するステップを包含する、請求項2に記載の方法。 - 前記基板をプラズマ酸化するステップは、
360℃の温度で、
10W/cm2(1平方センチメートルあたりのワット数)までのパワー密度で13.56〜300MHz(メガヘルツ)の範囲で、
500mTorr(ミリトル)までの圧力で、
約10:1〜200:1の比率の不活性ガスと酸素との混合物と、
約50〜200sccm(1分あたり標準立法メートル数)の全ガス流で
プラズマを誘導結合するステップを包含する、請求項3に記載の方法。 - 前記プラズマを誘導結合するステップは、3W/cm2までのパワー密度で50KHz(キロヘルツ)〜13.56MHzの範囲の基板バイアスを変化させるステップを包含する、請求項4に記載の方法。
- 前記プラズマを不活性ガスと酸素との混合物と誘導結合するステップは、酸素を、ヘリウム、アルゴン、およびクリプトンを含む群から選択される不活性ガスと混合するステップを包含する、請求項4に記載の方法。
- 前記Mを含む基板を形成するステップは、シリコン層を形成するステップを包含する、請求項4に記載の方法。
- 透明基板層を形成するステップと、
該透明基板層の上に位置し、かつ、前記シリコン層の下に位置する拡散バリアを形成するステップとをさらに包含する方法であって、
前記シリコン層を形成するステップは、該シリコン層にトランジスタのチャネル、ソース、およびドレイン領域を形成するステップを包含し、
前記M酸化物層を形成するステップは、前記酸化物のゲート誘電体層を形成するステップを包含し、
前記方法は、
前記ゲート誘電体層の上に位置するゲート電極を形成するステップをさらに包含する、請求項7に記載の方法。 - 前記酸化物のゲート誘電体層を形成するステップは、
5×1011/cm2(1平方センチメートルあたり)未満の固定した酸化物電荷密度と、
約9×1010〜8×1010/cm2 eV(1平方センチメートル・電子ボルトあたり)の界面トラップ密度と、
1V未満のフラットバンド電圧シフトと、
8MV/cm(1センチメートルあたりのメガボルト数)の印加された電界での10−7A/cm2(1平方センチメートルあたりのアンペア数)未満のリーク電流密度と、
10MV/cmよりも大きい破壊電界強度と
を有する誘電体層を形成するステップを包含する、請求項8に記載の方法。 - 前記M酸化物層を形成するステップは、約1.45〜1.47の屈折率のシリコン酸化物層を形成するステップを包含する、請求項7に記載の方法。
- 前記Mを含む基板を形成するステップは、
所定材料のベース層を形成するステップと、
該ベース層上に元素Mの薄膜を堆積するステップとを包含し、
前記基板をプラズマ酸化するステップは、該Mの薄膜をプラズマ酸化するステップを包含する、請求項3に記載の方法。 - 前記ICP源を用いるステップは、高密度プラズマ化学気相成長(HD−PECVD)プロセスを用いて前記基板を処理するステップを包含し、
前記基板上に位置するM酸化物層を形成するステップは、該M酸化物層を堆積するステップを包含する、請求項2に記載の方法。 - 前記HD−PECVDプロセスを用いて前記基板を処理するステップは、
10W/cm2までのパワー密度で13.56〜300MHzの範囲で、
500mTorrまでの圧力で、
分解可能な形態のMを有する反応ガスと前駆体化合物との混合物であって、前記ガスと前駆体化合物とは、Mの価電子状態により選択される比率である、混合物と
プラズマを誘導結合するステップを包含する、請求項12に記載の方法。 - 前記プラズマを誘導結合するステップは、3W/cm2までのパワー密度で50KHz〜13.56MHzの範囲の基板バイアスを変更するステップを包含する、請求項13に記載の方法。
- 前記基板を形成するステップは、シリコン層を形成するステップを包含する、請求項13に記載の方法。
- 分解可能な形態のMを有する反応ガスと前駆体化合物との混合物とプラズマを誘導結合するステップであって、前記Mの価電子状態により選択される比率の前記ガスと前駆体化合物は、約10:100:50〜25:100:50の比率のSiH4、N2OおよびN2ガスの混合物とプラズマを誘導結合するステップを包含する、請求項15に記載の方法。
- 透明基板層を形成するステップと、
該透明基板上に位置し、かつ、前記シリコン層の下に位置する拡散バリアを形成するステップとをさらに包含する方法であって、
前記シリコン層を形成するステップは、該シリコン層にトランジスタのチャネル、ソース、およびドレイン領域を形成するステップを包含し、
前記M酸化物層を堆積するステップは、ゲート誘電体層を堆積するステップを包含し、
前記方法は、
前記ゲート誘電体層の上にゲート電極を形成するステップをさらに包含する、請求項16に記載の方法。 - 前記ゲート誘電体層を形成するステップは、
5×1011/cm2未満の固定した酸化物電荷密度と、
約2×1010〜8×1010/cm2 eVの界面トラップ密度と、
1V未満のフラットバンド電圧シフトと、
8MV/cmの印加された電界での10−7A/cm2未満のリーク電流密度と、
10MV/cmよりも大きい破壊電界強度と
を有する誘電体層を形成するステップを包含する、請求項17に記載の方法。 - 前記M酸化物層を堆積するステップは、約1.45〜1.47の屈折率のシリコン酸化物層を堆積するステップを包含する、請求項15に記載の方法。
- 前記基板を形成するステップは、Mがアモルファスシリコン、微細結晶シリコン、および多結晶シリコンを含む群から選択されるシリコンである、基板を形成するステップを包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記基板上に位置するM酸化物を形成するステップは、M二成分酸化物およびM多成分酸化物を含む群から選択されるM酸化物を形成するステップを包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記HDプラズマ源を用いて、360℃以下の温度で前記基板を処理するステップは、電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマ源およびカソード結合プラズマ源を含む群から選択されるプラズマ源を用いるステップを包含する、請求項1に記載の方法。
- 薄膜酸化物を製造する方法であって、該方法は、
基板を形成するステップと、
トランスミッション/トランスフォーマ結合プラズマ(TCP)源を用いて、360℃以下の温度で前記基板を処理するステップと、
該基板上にM酸化物層を形成するステップであって、Mは、化学的に固体と定義され、かつ+2〜+5の範囲の酸化状態を有する元素を含む群から選択される、ステップと
を包含する、方法。 - 薄膜酸化物を製造するin−situ法であって、該方法は、
薄膜プロセスチャンバ内で、基板を形成するステップと、
該薄膜プロセスチャンバ内に基板を放置し、高密度(HD)プラズマ源を用いて、360℃以下の温度で該基板を処理するステップと、
該薄膜プロセスチャンバ内で、該基板上に位置するM酸化物層を形成するステップであって、Mは、化学的に固体と定義され、かつ+2〜+5の範囲の酸化状態を有する元素を含む群から選択される、ステップと
を包含する、in−situ法。
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