TW573052B - Insulating film formation method, semiconductor device, and production apparatus - Google Patents

Insulating film formation method, semiconductor device, and production apparatus Download PDF

Info

Publication number
TW573052B
TW573052B TW90133222A TW90133222A TW573052B TW 573052 B TW573052 B TW 573052B TW 90133222 A TW90133222 A TW 90133222A TW 90133222 A TW90133222 A TW 90133222A TW 573052 B TW573052 B TW 573052B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
film
insulating film
substrate
semiconductor
oxygen
Prior art date
Application number
TW90133222A
Other languages
English (en)
Inventor
Yukihiko Nakata
Takashi Itoga
Tetsuya Okamoto
Toshimasa Hamada
Original Assignee
Sharp Kk
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Kk filed Critical Sharp Kk
Application granted granted Critical
Publication of TW573052B publication Critical patent/TW573052B/zh

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B35/00Screw-bolts; Stay-bolts; Screw-threaded studs; Screws; Set screws
    • F16B35/04Screw-bolts; Stay-bolts; Screw-threaded studs; Screws; Set screws with specially-shaped head or shaft in order to fix the bolt on or in an object
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28158Making the insulator
    • H01L21/28167Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation
    • H01L21/28185Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation with a treatment, e.g. annealing, after the formation of the gate insulator and before the formation of the definitive gate conductor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/02227Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process
    • H01L21/0223Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate
    • H01L21/02233Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer
    • H01L21/02236Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer group IV semiconductor
    • H01L21/02238Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by oxidation, e.g. oxidation of the substrate of the semiconductor substrate or a semiconductor layer group IV semiconductor silicon in uncombined form, i.e. pure silicon
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04HBUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H12/00Towers; Masts or poles; Chimney stacks; Water-towers; Methods of erecting such structures
    • E04H12/22Sockets or holders for poles or posts
    • E04H12/2292Holders used for protection, repair or reinforcement of the post or pole
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/02227Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process
    • H01L21/02252Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by plasma treatment, e.g. plasma oxidation of the substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/02227Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process
    • H01L21/02255Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process formation by thermal treatment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02337Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour
    • H01L21/0234Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour treatment by exposure to a plasma
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28158Making the insulator
    • H01L21/28167Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation
    • H01L21/28211Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation in a gaseous ambient using an oxygen or a water vapour, e.g. RTO, possibly through a layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/12Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
    • H01L27/1214Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/12Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
    • H01L27/1214Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
    • H01L27/1259Multistep manufacturing methods
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/4908Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET for thin film semiconductor, e.g. gate of TFT
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66742Thin film unipolar transistors
    • H01L29/6675Amorphous silicon or polysilicon transistors
    • H01L29/66757Lateral single gate single channel transistors with non-inverted structure, i.e. the channel layer is formed before the gate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02164Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon oxide, e.g. SiO2
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28158Making the insulator
    • H01L21/28167Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation
    • H01L21/28194Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation by deposition, e.g. evaporation, ALD, CVD, sputtering, laser deposition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/314Inorganic layers
    • H01L21/316Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass
    • H01L21/31604Deposition from a gas or vapour
    • H01L21/31608Deposition of SiO2
    • H01L21/31612Deposition of SiO2 on a silicon body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/314Inorganic layers
    • H01L21/316Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass
    • H01L21/3165Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation
    • H01L21/31654Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation of semiconductor materials, e.g. the body itself
    • H01L21/31658Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation of semiconductor materials, e.g. the body itself by thermal oxidation, e.g. of SiGe
    • H01L21/31662Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass formed by oxidation of semiconductor materials, e.g. the body itself by thermal oxidation, e.g. of SiGe of silicon in uncombined form

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Description

573052 A7 B7 五、發明説明(1 ) 發明背景 1. 發明領域 本發明涉及在半導體上形成一絕緣膜的方法,其中半導 體和絕緣膜的組合用於一 FET(場效電晶體)或一具有MOS (金屬氧化物半導體)結構的多晶矽薄膜電晶體。本發明也 涉及使用該方法所製造的一種半導體裝置及製造裝置。 2. 相關技藝之說明 FET廣泛用於LSI。為了要改善LSI的效能,需要能在低 溫下形成令人滿意的薄絕緣膜,及具有滿意的半導體絕緣 膜介面品質。 傳統上,單晶矽通常在溫度700°C至1000°C熱氧化。在 熱氧化中,氧化反應從半導體的表面(一半導體層的表面) 開始向内進行。因此,一介面在半導體層(半導體)和一由 半導體層表面熱氧化所提供的氧化矽薄膜之間產生(閘絕 緣膜),也就是,介面在原始半導體層之内提供。因此,介 面實質上不是由原始表面的條件所影響,所以很容易可獲 得令人非常滿意的介面。但是,高溫流程可能會扭曲矽晶 圓。低溫抑制扭曲,但導致氧化率快速減少。因此,低溫 流程是不實際的。 絕緣膜也可由電漿CVD(化學汽相沉積)產生,但是很難 獲得令人滿意的介面品質。在這情況下,最關鍵的問題是 在於由於電漿而造成的離子損耗是不可避免的。 另一方面,大尺寸、高精度和高效能液晶顯示器裝置近 來發展的趨勢是需要越來越高密度的TFT(薄膜電晶體)。亟 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂
573052 A7 B7
五、發明説明(2 ) 需多晶矽(多矽)薄膜取代傳統的無定形矽薄膜TF丁。一閘絕 緣膜,對TFT的效能和可靠度非常重要,係由電漿 供。但是,當使用電漿CVD形成一閘絕緣膜時,因電漿而 造成的損害是不可避免的。特別在這情況下,無法控制所 產生電晶體的臨界電壓,並降低電晶體的精確度和可靠度 在大部份的多矽TFT中,電漿CVD可使用TE〇s(四甲基原 矽酸鹽)和〇2氣體來形成Si〇2膜。這類的si〇2膜包含原來包 含在氣體中的碳原子。即使膜是在35〇〇c以上形成,也很難 將石反/k度減少至1 · 1 X 1 〇2G at〇ms/cm3以下。特別是,當膜开3 成溫度低至200°C時,膜中的碳濃度會增加至 atoms/cm3。因此,很難降低膜形成的溫度。 假使電漿CVD使用SiH4和仏0基氣體,一介面氮濃度約 大到1 atom%以上,因此介面固定電荷密度無法低於5χΐ〇1ι cm·2以下。無法獲得有用的閘絕緣膜。 為了減少因電漿CVD而造成的離子損耗以獲得高品質的 絕緣膜,已發展出像範例ECR電漿CVD和氧電漿的氧化方 法。但是’由於電漿在半導體表面附近產生,因此很難避 免完全不受到離子損耗。 使用光源的潔淨裝置,像例如低壓水銀燈和激分子燈, 已進行大量生產。 並研究出一種方法,可在低溫25(Γ(:時使用光來氧化矽。 但是在本方法中,膜形成率很緩慢·,為0.3 nrn/min。目前 ’實際上很難形成完整的閘絕緣膜(J.Zhang等人A· P. L., -5- 本紙張尺度適用中s國家標準(CNS)人4規格(21Q χ 297公董) 573052
71(20),1997年,第 2964 頁)。 曰本開放出版物編號4-32673 1,揭露一在含臭氧氣體中 執行的氧化方法。但是如下所述,在本方法中,臭氧係使 用光產生,並使用光分解臭氧以產生氧原子基,也就是該 方法包括兩個反應步驟。因此,該方法效率不佳,導致極 慢的氧化速率。 如上所述,若採用沉積方式(電漿CVD等),可在半導體 上快速形成一厚絕緣膜,但原始半導體的表面仍為半導體 和絕緣膜(閘絕緣膜)之間的介面,所以離子損耗是不可避 免的。因此,由於介面陷阱密度增加,無法獲得令人滿意 的裝置特性。 當使用氧化法(例如氧電漿氧化法)在半導體上形成絕緣 膜時’氧化反應從半導體表面向内部作用,且在原始半導 體層内邵的半導體層(半導體)和絕緣膜之間形成一介面。 因此,介面貫質上不是由原始表面的條件所影響,所以很 容易可獲彳于令人非常滿意的介面。但是,高溫流程可能會 扭曲石夕晶圓。低溫抑制扭曲,但導致氧化率快速減少。因 此,低溫流程無法以實際速率生產絕緣膜。 發明概要 根據本發明的一觀點,一種用於在6〇〇〇c以下的半導體溫 度形成一絕緣膜的方法,包括步驟:藉由在一包含氧原子 基的氛圍内氧化一半導體的表面,形成一第一絕緣膜,以 及在不將該第一絕緣膜曝露至外部空氣的情況下,藉由沉 積在該第一絕緣膜上形成一第二絕緣膜。 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21QX 297公董) --
• 一本务明的一具體貫施例中,第一絕緣膜形成步驟包括 藉由向含氧氣的氛圍照射波長175 nm以下的光以 原子基。 压王乳 在本發明的 • 一 v /、m男她例中,第一絕緣胰形成步驟包括 藉由向含氧氣的氛圍照射波長i72 nm的光,以產生氧原 子基,邊光來自一氙激分子燈。 、 • 一本么月的一具體貫施例中,第一絕緣膜形成步驟包括 、藉由向邵份壓力〇·〇5至5〇陶爾的含氧氛圍照射波長172 _ 的光’以產生氧原子基,該光來自一氙激分子燈。 在本务明的一具體實施例中,該方法進一步包括,在第 2緣膜形成步驟之前,清潔半導體表面的步驟,藉由在 實質上無氧的氛圍中,向半導體表面照射波長175 的光。 卜 在本發明的一具體實施例中,該第一絕緣膜形成步驟包 括:藉由電漿CVD產生氧原子基,其中在電漿產生位置和 半導體表面之間有一預定距離。 在本發明的一具體實施例中,該第一絕緣膜形成步驟包 括:形成一第一絕緣膜,其中該半導體的溫度範圍在……。 至50〇。(:之間。 在本發明的一具體實施例中,’亥第—絕緣膜形成步驟包 括:形成該第一絕緣膜,其中該形成的第一絕緣膜厚度範 圍在0.5nm至20nm之間。 在本發明的一具體實施例中’該第—絕緣膜的形成步驟 包括在氛圍中混入氫或說氣。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
一發?的—具體實施例+,該方法進-步包括在該第 π % 形成步.驟的半導體溫度以下,執行熱退火。 一 # Μ I:的一具體實施例中,該方法進一步包括在該第 崚r二一絕緣膜形成步驟的半導體溫度以了,使該第-絕 緣腠經過氫電漿處理。 在本發明的一且麵余 k丄 /、m $施例中,該第二絕緣膜形成步驟包 括由電tCVD沉積該n緣膜。 在本發明的_ 1触余 /、"豆$她例中,該第二絕緣膜沉積步驟包 栝執行沉積,i由二士、上,於1 、/、〒咸+導體的溫度範圍在100。(:至400°C之 在本1明的一具體實施例中,該第二絕緣膜沉積步驟包 使用至少矽烷基和一氧化氮氣體執行該第二絕緣膜的沉 積。 在本發明的—具體實施例中,該第二絕緣膜形成步驟包 由光CVD沉積該第二絕緣膜。 在本發明的一具體實施例中,半導體是單晶矽。 在本發明的一具體實施例中,半導體是多晶石夕。 f本發明的一具體實施例中,半導體是在至少玻璃、金 屬、滿或樹脂基板上提供的多晶矽薄膜。 /根據本發明的另一觀點,半導體裝置包括一以上述方法 形成的絕緣膜。 在本發明的一具體實施例中,半導體裝置是矽薄膜電晶 體。 曰曰 根據本發明的另一觀點,半導體裝置包括一半導體,該 • 8 - 本紙張尺度適财® ®家標準(CNS) A4規格( χ 297公爱) 573052 五、發明説明(6 半導體包括一在玻璃、金屬箔或塑膠物質基板上提供的碎 薄膜以及在半導體表面上提供的氧化膜。在矽薄膜和氧 化Ml間的介面有一固定電荷密度1χΐ〇11 cm-2以下,一介 面1^阱沧度1x1011 cm_2eV-1以下,和-氮濃度1 atom%以下 、及居石夕薄膜有一碳濃度1 X 1 02G atoms/cm3以下。 在本發明的一具體實施例中,半導體裝置是矽薄膜電晶 體。 〜根據本發明的另—㈣點,—用於在半導體上形成絕緣 月吴的f置’包括一第一反應室,用於在包含氧原予基的氛 圍内藉由氧化半導體表面形成一第一絕緣膜,及一第二反 & ▲用糸在忒第一絕緣膜上由沉積形成第二絕緣膜。 麵在本發明的一具體實施例中,在第-反應室中,該半導 體表面以氧原子基氧化,該氧原子基係由向含氧氣的氛圍 照射波長1 75 nm以下的光所產生。 在本發明的一具體實施例中,在第一反應室中,該半導 體表面以氧原子基氧化’該氧原子基係由向含氧氣的氛圍 知、射波長172 nm的光所產±,該光來自一氙激分子燈。 因此,本發明能夠提供下列優點:⑴一種方法,用於藉 由無電Μ害的高速氧化’形成_絕緣膜,—個令人滿^ 的介面被提供’藉此在一半導體和閉絕緣膜之間提供二 二滿意的介面,並且可快速且實際地獲得_厚的絕緣膜; (2)由孩=法所產生的一半導體裝置;以及(3)—製造裝置。 在閱讀及瞭解以下料說明和其參考附圖之後,本發明 這些及其他優點對熟習此項技藝者將更加明顯。 -9 本纸張尺度適用巾0时標準(CNS) Α4規格(21GX29_7公董)- 裝 訂 線 573052 A7 B7 五、發明説明(
圖式簡單說明 圖1A是一示意圖,顯示一裝置,用於製造根據本發明範 例的一絕緣膜。 圖1B是一示意圖,顯示不同類型的兩個絕緣膜之製造流 程。 圖2是一圖表,顯示本發明中的一介面陷阱密度,和一比 較範例。 圖3 A是一圖表,顯示在本發明一範例中鄰近一介面由奥 譜分析的莫耳比。 圖3B是一圖表,顯示在比較範例中鄰近一介面由奥諧分 析的莫耳比。 圖4是一圖表,顯示在氧氣壓力與一光氧化膜(Si02膜)厚 度之間的關係。 圖5是一圖表,顯示基板溫度與一光氧化膜厚度之間的關 係。 圖6是一圖表’根據傅立葉變換紅外線光譜所測量的以_〇 結合’顯示基板溫度與紅外線吸收的波數。 圖7是一圖表,顯示根據本發明作為絕緣膜的光氧化膜 (Si〇2膜)厚度與介面陷阱密度之間的關係。 圖8是一圖表,顯示第二絕緣膜的膜厚度和一平帶電壓 (vfb)之間的關係,其中,該第二絕緣膜是在光氧化膜(Sic^ 膜)上提供的PECVD (TE0S + 02)膜(電漿CVD使用丁EOS和 〇2氣體所產生的Si〇2膜),該膜作為本發明的絕緣膜,或根 據比較範例在半導體上提供,同時也顯示可靠度測試結果 -10-
573052 A7 B7 五、發明説明(8 (±BT涓U式偏壓·溫度測試)。 圖9是一圖表,顯示第二絕緣膜的膜厚度和介面陷畔密度 之間的關係,其中,該第二絕緣膜是在光氧化膜(第一絕緣 膜)上提供的PECVD (TE0S + 02)膜(電漿CVD使用TEOS和 〇2氣體所產生的Si02膜),該膜作為本發明的絕緣膜,或根 據比較範例在半導體上提供。 圖1 0是一圖表,顯示第二絕緣膜的膜厚度和電流密度(j) 及場強度(E)之間的關係,其中,該第二絕緣膜是在光氧化 月莫上提供的PECVD (TE0S + 02)膜(電漿CVD使用TEOS和02 氣體所產生的Si〇2膜),該膜作為本發明的絕緣膜,或根據 比較範例在半導體上提供。 圖11是一示意圖,顯示當本發明應用到製造玻璃基板上 的多晶矽薄膜電晶體時的流程。 圖12A至12E是當本發明應用到製造多晶矽薄膜電晶體 時的裝置剖視圖。 圖13是一示意圖,顯示一裝置,用於製造根據本發明範 例2的絕緣膜。 圖14是’顯示#本發明應用到在塑膠基板上製 造多晶矽薄膜電晶體時的流程。 較佳具體貫施例之說明 以下’將以說明範例並參考附圖來解釋本發明 (範例1) Λ 圖1 Α是一示意圖 。在製造裝置50中 n to燜i的製造裝置5 在不干擾真空的狀態下持續生產… -11 -
573052
絶緣腠(一光氧化膜和一沉積膜)。製造裝置5〇當作一製造 裝置’用於製造一絕緣膜以及,i明確地說,一單一類型 的光學電漿CVD裝置。 & 該裝置5〇包括:一載入室1卜光學潔淨/光氧化室2 (第 —中氧化係使用光執行;—氫電漿/膜形成室3 (第二反應室);以及一卸載室4。 一具有(1〇〇)平面和特定電阻10至15 Ωοηι的直徑6英吋p 型基板100,加以清潔,之後透過閘閥ι〇ι Α載入至載入室! 在此範例中,基板100由單晶碎組成。在抽真空之後形成 真2 (3x10.1 Pa),開啟—閘閥1〇iB。基板⑽被轉移到光學 潔淨/光氧化室2,該室容量為80000 cm3。關閉閘閥101B。 土板〇放置在一基板載體105上,由一加熱器1〇2加熱至 350 C基板100的表面受到172㈣波長光照射,該光來自 山气激分子燈U,經過合成石英窗12照射至該表面。氣激分 子燈⑽於光學潔淨/光氧化室2之夕卜照射的光強度為⑼ m'/cm緊接在合成石英窗12之後,且基板表面為^濟 /cm。由12輿基板刚間的距離一直保持為25mm。 J刀釦的光知、射,分解附著到矽表面的有機物質(基板 100的平面),也就是,光㈣淨。在這類光學潔淨中 ,:氟或氫氣流的提供’會產生令人滿意的潔淨效果,且 w :度再生的原因是’在潔淨的表面上,矽原子的懸空 鍵從4導體表面(♦表面)投射,且這些懸空鍵由於氣或 氫氣而終止,藉此維持表面狀態的再生。 -12- 本紙張尺度適财國國家鮮 入二:基板二度維持在35〇°C,氧氣以50 -cm的流速引 :::先乳化室2内。一内部壓力保持在5陶爾。使用 來自^h子㈣172 nm波長照射,氧分子直接且有效率 ^二解為=反應的乳原子基,如下面方程式⑴所示。氧原 子基乳化基板100的(100)平面。三分鐘的光氧化製造了一 4.3 _厚的氧化膜(光氧化層),該膜為—第—絕緣膜(未 顯示)。 在開啟閘閥1〇1C之後,基板1〇〇轉移到氣電聚/膜形成“ ,包括平行板電極;110,也就是,一陽極電極ι〇4和一陰極 電極103。SiC^(未顯示),是一第:絕緣膜,由電紅… 形成,該方法是在下列狀況下可採用的沉積方法之一:基 板溫度是350。(:;以氣體作為材料氣體,以5 sccn^々^ 速供應;以化0氣體以1000 sccm的流速供應;氣壓是= 陶爾;以及射頻電力為450瓦。三分鐘沉積製造一 97 nm厚 的第二絕緣膜。 其後,在開啟閘閥101D之後,基板100轉移到卸載室4。 最後,基板100從卸載室4移出。 圖1 B是一示意圖,顯示不同類型的兩個絕緣膜之製造流 程。 * 基板100固定在基板載體105上(圖lB(a))。在此範例中, 基板100為一半導體120。 較好是,基板100在光學潔淨/光氧化室2中進行光學潔淨 其後’基板1 0 0在光學潔淨/光氧化室2中進行光氧化(圖 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1B(a))。光氧化基板10〇包括一半導體121和一光氧化膜122 /、光氣化膜1 2 2是一絕緣膜。這類絕緣膜在此處稱為第 一絕緣膜。 … 其後’沉積膜123沉積在光氧化膜122上(圖lB(c))。基板 1〇0包括半導體121、光氧化膜122和沉積膜123,其中沉積 膜123是—絕緣膜。這類絕緣膜在此處稱為第二絕緣膜。 其後’一鋁膜在Si〇2膜上形成,該膜在基板1〇〇的(1〇〇) 平面上藉由濺射產生。若干鋁膜的直徑0.8 nm點,由微影 蝕刻形成。所產生基板100當作一樣本來測量電容,也就是 逆谷一電壓特性。 結果,介面固定電荷密度是lxl〇" cm_2實質上與熱氧化 膜的密度相同(由熱氧化在基板i 〇〇的(丨〇〇)平面上形成的 Si〇2膜)。介面固定電荷密度lxl〇ii cm·2有大幅改進,介面 固定電荷密度原先為5X1011 cm-2,該值為介於一單晶碎和 二氧化矽膜之間的介面值,該膜在基板100的(1〇〇)平面上 由黾漿C VD使用SiH4和N2〇基氣體形成,且不提供一 4 3 nm 厚的氧化矽膜(Si〇2膜)當作一第一絕緣膜。 圖2是一圖表,顯示本發明中的一介面陷阱密度和一比較 範例。 圖2(A)顯示一基板的介面陷阱密度,包括一絕緣膜(义〇2 膜)’有大約1 〇〇 nm的膜厚度’在一比較範例中由電聚cvD 形成。 圖2(B)顯示一基板的介面陷阱密度,包括_絕緣膜(Si〇2 膜),有大約1〇〇 nm的膜厚度,在一比較範例中由電衆cvd -14- 本紙張尺度適用中ϋ家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 573052 A7
形成後,再以600。(:溫度退火2小時。 圖2(C)顯示一基板的介面陷阱密度,包括一 該膜具有4.3 _的膜厚度’由光氧化在2〇〇^开礼化膜丄 第二絕緣膜(Sl〇2膜)’具有97,厚度,在林:二: 光氧化膜形成之後,由電漿CVD形成。 &乃〒的 圖2(D)顯示一基板的介面陷阱密度,包括一光氧化膜’ ,膜具有4.3 nm的膜厚度,由光氧化在4〇〇〇c形成,以及一 第二絕緣膜(SiOj),具有97咖的膜厚度,在本發明中的 光氧化膜形成之後,由電漿CVD形成。 圖2(E)顯示一基板的介面陷阱密度,包括一熱氧化膜, 有大約100 nm的膜厚度,在一比較範例中以熱氧化方式在 950°C的溫度下形成。 如圖2(C)所示,一基板的介面陷阱密度,包括一厚度43打㈤ 的光氧化膜,由光氧化在20〇cC形成,以及一厚度97 nm的 第二絕緣膜(Si〇2膜),在光氧化膜形成之後,以電漿CVD 的方式形成,該膜為3x1 Ο10 οιηΛν-1。如圖2(D)所示,一基 板的介面陷阱密度,包括一厚度4.3 nm的光氧化膜,由光 氧化在400°C形成’以及一厚度97 nm的第二絕緣膜(si〇2 膜),在光氧化膜形成之後,以電漿CVD的方式形成,該膜 為2xl01G cm-kv·1。上述介面陷阱密度實質上等於一基板 的介面陷阱密度(2xl01G cnT2eV-1),該基板包括一約1〇〇 nm 厚的熱氧化膜,以熱氧化方式在950。(:溫度下形成,如圖2(E) 所示。 另外,如圖2(A)所示,一基板的介面陷阱密度,該基板 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 573052 A7 B7 五、發明説明(13 ) 包括一厚度約100 nm的第二絕緣膜(Si〇2膜),以電漿CVD 方式使用SiH4* N2〇基氣體形成,而不具有一由光氧化形 成4·3 nm厚的Si02膜(第一絕緣膜),該第二絕緣膜為 2.5xl01G cm-2eV-1。即使這類基板在600°C下退火2小時,其 介面陷阱密度仍為9xl010 cm-2ev-1,如圖2(B)所示。因此, 藉由在半導體和絕緣膜之間的介面上提供光氧化膜,仍可 大幅改善介面的特性。 圖3 A是一圖表,顯示在本發明一範例中鄰近一介面由奥 諧分析的莫耳比。圖3B是一圖表,顯示在比較範例中鄰近 一介面由奥諧分析的莫耳比。 如圖3 A所示,在單晶矽和採用光氧化的二氧化矽膜(第一 絕緣膜)之間的介面,以及採用光氧化的氧化矽膜(第一絕 緣膜)與採用電漿CVD的氧化矽膜(第二絕緣膜)之間的介面 ,其氮濃度均為1 atom%以下。 如圖3 B所示的比較範例,該值從原先的5 at〇ln%開始有 大幅改善,取得該值的方式為:當氧化矽膜直接在基板1〇〇 的(100)平面上,以電漿CVD方式使用siH4*N2〇基氣體形 成。 在氧化矽(Si)時,Si變成si〇2。在此狀況下,量變成雙倍 。因此,出現從Si變為Si〇2的轉移層。一般相信,如 這類轉移層的形成時出現氮原子,介面部分佔有非常大量 的氮原子,所以介面中的固定電荷量會增加。因此,一= 認為,在沒有氮的氛圍下形成轉移層,介面中的氮量會^ 少 〇 -16-
573052 A7 B7 五、發明説明(μ ) 其後’評估膜性質的可靠度,藉由測量樣本的電容量來 進行應力測試,使該膜置放在溫度150QC的作用電場 ±2 MV/cm中,持續3〇分鐘。
為達到比較的目的,假設Si〇2膜以PE-CVD(電漿CVD)方 式’在無光氧化層的基板〇 00)平面上提供,一平帶電壓為 -2.5 V,作為初始值,出現作用正電壓時為_2·5 v,出現作 用負電壓時為-4.2 V。對照之下,假設採用本發明的膜時 平τ電壓為-〇 · 8 V,作為初始值,出現作用正電壓時 為-0.8 V,出現作用負電壓時為_12 v。因此,本發明的基 板在測試前後並無明顯改變,因此改善了可靠度。 此外’利用SIMS(次離子質量光譜學)測量Si02膜的碳濃 度。以電漿CVD方式使用SiH4和仏0基氣體形成的Si〇2膜, 訂
線 以及根據本發明以光氧化形成的Si〇2膜,其碳濃度均在 lxl〇19atoms/cm3以下。 作為比較範例,以電漿CVD使用TEOS和02氣體形成的 Si〇2膜,即使膜形成的溫度提高35〇。€以上,其碳濃度也很 難低於l.lxl〇2G atoms/cm3以下。當膜形成溫度為2〇〇Q(:^ ’石反k度是1 ·2χ 1 〇21 atoms/cm3。與比較範例作對照,本發 明範例中的碳濃度卻會降低。 以光學潔淨/光氧化室2中使用氙激分子燈11的光為例, 如方程式(1)所示,可直接從氧分子中有效率地生產氧原子 基OCD)。氧原子基OCD)氧化半導體表面(基板1〇〇的(1〇〇) 平面)。因此,當使用氙激分子燈時,反應時就不會產生臭 氧。 -17- 本紙張尺度適財關家標秋⑽M規格(2ΐ()χ 297公董) 573052
發明説明(15 當使用低壓水銀燈時,如方程式(2)所示,1 85-nm光從氧 分子產生臭氧,且藉由2 54-nm光,臭氧變為氧原子基OCD) ’也就是兩個反應步驟。 氤激分子燈則為單一步驟反應。因此,氤激分子燈產生 氧原子基0(1 D)的方式比低壓水銀燈更有效率,導致比較高 的氧化率。應注意,使用175 nm以下波長光時會出現方程 式(1)代表的反應。 成激分子燈 〇2 + hv 0(^) + 0(1]^ (波長·· 172 疆)· · ·⑴ 低壓水銀燈 〇2 + 〇(3P) + M 〇3 + M (波長:185 nm) · . · (2) 〇3 + hv — 0(4) + 02 (波長:254 nm) · · · (3) 〇(3P): 3p為激發狀態下的氧原子 0(1 d): Id為另一激發狀態下的氧原子 M:〇2、〇(3p)、和〇3以外的氧化合氣體 h: Plank的常數 v:光的頻率 在範例1中,當作製造氧原子基方法,使用光來照射氧氣 〇 但疋,可以距離半導體3 cm以上的位置,使用電漿來製 造氧原子基,該電漿藉由微波、ECR等類似方式產生,以 避免離子撞擊。以離半導體3 cm以上距離所產生的電漿, 此處稱為「遠端電漿」。 -18-
573052 A7 B7 五、發明説明(16 ) 然後’將研咒氧氣壓力和基板溫度,以便增加氧化率。 氧氣的光學吸收係數’在波長光是172 nm時為2X101 atm·1 cm-1 ’波長光是185 nm時則為lxlO·1 atm-icm-i,也就是,後者 的值約是前者的200倍。因此,172nm波長光直接且較有效 率地產生氧原子基,也就是,吸收大量的光。 當氧氣壓力極鬲時,例如1個氛圍壓,3 mm以内的光會 從光傳入窗1 2吸收。因此,氧原子基在光傳入窗丨2附近產 生,孩窗遠離半導體的表面。相反地,當氧氣壓力過低時 ,只有少量的光被吸收並產生較少的氧原子基。因此,需 要找出最佳氧氣壓力,藉由在鄰近半導體表面處製造氧原 子基,以增加光氧化率。 圖4顯示當使用172 nm光在基板溫度3〇〇〇c中進行氧化 3 0分鐘時’氧氣壓力和氧化膜厚度之間的關係。 收集資料的條件為:光傳入窗12距離基板1〇〇為25 nm, 且溫度是350°C。該資料在很大的程度上,與理論值相同。 因此,為了要改良氧化率,一部分的氧氣壓力,較佳在〇 〇5 陶爾到50陶爾的範圍内,但是最適宜的數值會隨著光傳入 窗1 2到基板1 〇 〇膜表面(1 〇 〇)的距離而改變。 氧化以下列二種模式進行:「反應速率決定步驟模式」和 擴散率決足步驟模式」。在反應速率決定步驟模式中,氧 化速率由♦和氧的反應率來決定。在擴散率決定步驟模式 中,氧化率由時間決定,該時間係指氧化矽膜中的氧化種 源,擴散到氧化矽膜(Si〇2膜)和矽(si)之間的介面,所需之 時間。基板溫度增加時,氧化矽的反應速率也跟著增加。 -19-
573052 A7
在這情況下’氧化膜上氧化種源的擴散率明顯地增力”因 此,基板溫度越高,氧化速率也越快。 圖5顯示在經過30分鐘氧化後,基板溫度和光氧化層的膜 居度《間的關係,其中氧氣壓力是Q2、Q 陶爾。本室 ㈣㈣㈣内溫度從室溫升高至·。c時,&氧化層的^厚 度也隨义增加。從20(rc升至4〇〇^時,光氧化率實質上趨 於穩定。 圖6顯示傅立葉變換紅外線光譜所測量的以_〇結合,該結 合所吸收的波數。從圖6可看出’波數愈多,膜品質也二 。膜品質在100〇C以下和500°C以上時降低。 因此,光氧化時的半導體溫度,以600〇c&下為例,較佳 範圍為1歡至5_c之間’若考慮到光氧化對裝置和基板 影響’較佳是在2〇〇。(:至350°c之間。 在範例1中,半導體溫度是350〇c。 光氧化膜的厚度在基板溫度350cC時,從〇·5 nm變為2〇 nm 。全部的氧化膜厚度,包含光氧化膜和電漿,設計 為約100 nm。在此狀況下,來測量介面固定電荷。當光氧 化層是0.5 nm厚時,介面固定電荷是3χ1〇11 cm」,當光氧 化層是3 nm厚時,該電荷是丨x丨〇 " cm-2,當光氧化層/2〇 nm 厚時居%荷疋7X 1 0 cm ,而比較範例中,當不提供光 氧化層時,該電荷為5X 1 011 cm·2,可加以比較。 因此’光氧化層只有0.5 nm厚時具有一種效果,且光氧 化層的效果實質上在約20 nm厚時達到飽和。飽和開始的膜 厚度符合20 nm,是根據氮分配計算出來的轉移層的膜厚度 •20- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 573052 A7 B7 五、發明説明(18 ) - ,也是上述SiH4和N2〇氣體Si02膜經奥諧分析的結果。該20 nm厚樣本的產生方式為:由另一光強度50 mW/cm2的氙激 分子燈照射該樣本5小時。 圖7顯示光氧化層膜厚度和介面陷阱密度之間的關係。當 光氧化層是〇. 5 nm厚時,會減少介面陷胖密度◦因此,光 氧化層的膜厚度較佳是在0.5 nm到20 nm的範圍内。 圖8顯示第二絕緣膜和平帶電壓(Vfb)之間的關係以及可 靠度測試的結果,其中一第二絕緣膜(Si02膜)藉由電漿 CVD使用TEOS和02氣體,在光氧化層(Si02膜)上形成,該 膜厚度為4.3 nm。 在可靠度測試(土BT測試:偏壓·溫度測試)中,藉由執行 電解,測量Vfb的變化,並在150°C溫度下對絕緣膜施加土2 MV/cm的電壓30分鐘。 圖8(A)顯示本發明基板的平帶電壓,在該基板上,形成 一膜厚度4.3 nm的光氧化膜,其後又使用TEOS和02氣體以 電漿CVD方式形成膜厚度20 nm的第二絕緣膜(Si02膜)。 圖8(B)顯示本發明基板的平帶電壓,在該基板上,形成 一膜厚度4.3 nm的光氧化膜,其後又使用TEOS和02氣體以 電漿CVD方式形成膜厚度40 nm的第二絕緣膜(Si02膜)。 圖8(C)顯示本發明基板的平帶電壓,在該基板上,形成 一膜厚度4.3 nm的光氧化膜,其後又使用TEOS和〇2氣體以 電漿CVD方式形成膜厚度70 nm的第二絕緣膜(Si02膜)。 圖8(D)顯示本發明基板的平帶電壓,在該基板上,形成 一膜厚度4.3 nm的光氧化膜,其後又使用TEOS和02氣體以 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
裝 訂
線 573052 A7 B7 五、發明説明(19 ) 電漿CVD方式形成膜厚度100 nm的第二絕緣膜(Si02膜)。 圖8(E)顯示本發明基板的平帶電壓,在該基板上,形成 一膜厚度4.3 nm的光氧化膜,其後又使用TEOS和02氣體以 電漿CVD方式形成膜厚度97 nm的第二絕緣膜(Si02膜),接 著在600°C溫度下進行退火二小時。 圖8(F)顯示一比較範例基板的平帶電壓,在該基板上, 使用TEOS和02氣體以電漿CVD方式形成膜厚度100 nm的 氧化膜。 圖8(G)顯示一比較範例基板的平帶電壓,在該基板上, 使用TEOS和02氣體以電漿CVD方式形成膜厚度100 nm的 氧化膜,接著在60(TC溫度下進行退火二小時。 在圖8(A)至8(G)中,〇代表初始電壓,△代表電壓在-BT 應力測試之後的電壓,X代表+BT應力測試之後的電壓。
Vfb反映膜的電荷(例如,介面固定電荷)。Vfb的絕對值 越低,表示膜品質越高。在電漿CVD中,使用TEOS和02 氣體形成的膜厚度越小,通常來說,|Vfb|也越小。 如圖8(B)所示,假使基板包括一光氧化膜(Si02膜),該膜 厚度為4.3 nm,以及一 PECVD (TE0S + 〇2)膜(使用TEOS和 〇2氣體以電漿CVD方式製造的SiOjt),該膜厚度為40 nm, 則 Vfb= -1·3 V 且 AVil· (BT 測試前後,Vfb 有-a 變化)=-0·6 V 。這些數值接近Vfb =-1.3 V且AVfb (BT測試前後,Vfb有 -a變化)二-0.6 V,假使無光氧化層的PECVD(TE0S+02)膜 (100 nm厚),在600°C下退火二小時,如圖8所示(G)。 圖9是一圖表,顯示第二絕緣膜的膜厚度和介面陷阱密度 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
裝 訂
線 573052 A7 B7 五、發明説明(20 ) 之間的關係,其中,該第二絕緣膜是在光氧化膜(第一絕緣 膜)上提供的PECVD (TEOS + 〇2)膜(電漿CVD使用TEOS和 〇2氣體所產生的Si02膜),該膜作為本發明的絕緣膜,或根 據比較範例在半導體上提供。 圖9(A)顯示本發明基板的介面陷阱密度,在該基板上, 形成一膜厚度4.3 nm的光氧化膜,其後又使用TEOS和02氣 體以電漿CVD方式形成膜厚度20 nm的第二絕緣膜(Si02膜) 〇 圖9 (B)顯示本發明基板的介面陷畔密度,在該基板上, 形成一膜厚度4.3 nm的光氧化膜,其後又使用TEOS和〇2氣 體以電漿CVD方式形成膜厚度40 nm的第二絕緣膜(Si02膜) 〇 圖9(C)顯示本發明基板的介面陷阱密度,在該基板上, 形成一膜厚度4.3 nm的光氧化膜,其後又使用TEOS和02氣 體以電漿CVD方式形成膜厚度70 nm的第二絕緣膜(Si02膜) 〇 圖9(D)顯示本發明基板的介面陷阱密度,在該基板上, 形成一膜厚度4.3 nm的光氧化膜,其後又使用TEOS和02氣 體以電漿CVD方式形成膜厚度100 nm的第二絕緣膜(Si02 膜)。 圖9(E)顯示本發明基板的介面陷阱密度,在該基板上, 形成一膜厚度4.3 nm的光氧化膜,其後又使用TEOS和02氣 體以電漿CVD方式形成膜厚度97 nm的第二絕緣膜(Si〇2膜) ,接著在600°C溫度下進行退火二小時。 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
裝 訂
線 573052 A7 B7 五、發明説明(21 ) 圖9 (F)顯示一比較範例基板的介面陷啡密度,在該基板 上,使用TEOS和02氣體以電漿CVD方式形成膜厚度100 nm 的氧化膜。 圖9 (G)顯示一比較範例基板的介面陷醉密度,在該基板 上,使用TEOS和02氣體以電漿CVD方式形成膜厚度100 nm 的氧化膜,接著在600QC溫度下進行退火二小時。 圖9(A)至9(G)的基板對應到圖8(A)至8(G)的個別基板。 如圖9(A)所示,一基板,包括一光氧化層,膜厚度為4.3 nm ,以及一PECVD (TE0S + 02)膜,該膜厚度為20 nm,該基 板具有2xl010 cn^eV-1的介面陷阱密度。PECVD (TE〇S + 〇2) 膜的膜厚度越厚,介面陷阱密度越大。一般相信,當膜厚 度增加時,膜形成期間的電漿照射時間會延長,所以電漿 損耗降低Si02/Si介面的品質。 圖1 0是一圖表,顯示第二絕緣膜的膜厚度和電流密度(J) 及場強度(E)之間的關係,其中,該第二絕緣膜是在光氧化 膜上提供的PECVD (TE0S + 02)膜(電漿CVD使用TEOS和02 氣體所產生的Si02膜),該膜作為本發明的絕緣膜,或根據 比較範例在半導體上提供。 圖10(A)顯示本發明基板電流密度與場密度間的關係,在 該基板上,形成一膜厚度4.3 nm的光氧化膜,其後又使用 TEOS和02氣體以電漿CVD方式形成膜厚度20 nm的第二絕 緣膜(S i 0 2膜)。 圖10(B)顯示本發明基板電流密度與場密度間的關係,在 該基板上,形成一膜厚度4.3 nm的光氧化膜,其後又使用 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
裝’ 訂
線 573052 A7 B7 五、發明説明(22 ) TEOS和02氣體以電漿CVD方式形成膜厚度40 nm的第二絕 緣膜(Si〇2膜)。 圖10(C)顯示本發明基板電流密度與場密度間的關係,在 該基板上,形成一膜厚度4.3 nm的光氧化膜,其後又使用 丁E〇S*〇2氣體以電漿CVD方式形成膜厚度70 nm的第二絕 緣膜(S i 0 2膜)。 圖1 0(D)顯示本發明基板電流密度與場密度間的關係,在 該基板上,形成一膜厚度4.3 nm的光氧化膜,其後又使用 TEOS和〇2氣體以電漿CVD方式形成膜厚度97 nm的第二絕 緣膜(Si02膜),接著在600°C溫度下進行退火二小時。 圖1 0(E)顯示一比較範例基板電流密度與場密度間的關 係,在該基板上,使用TEOS和02氣體以電漿CVD方式形成 膜厚度1 〇〇 nm的氧化膜。 圖1 0(F)顯示一比較範例基板電流密度與場密度間的關 係,在該基板上,使用TEOS和02氣體以電漿CVD方式形成 膜厚度1 〇〇 nm的氧化膜,接著在600°C溫度下進行退火二小 時。 圖10(A)至10(F)的基板對應到圖8(A)至8(C)和圖8(E)至 8(G)的個別基板。 如圖10(B)、(C)和(D)所示,當膜厚度40 nm以上的PECVD (TE〇S + 〇2)膜提供置於膜厚度4.3 nm的光氧化膜之上時,漏 洩電流密度(電流密度(J),其中場強度(E) = 2 MV/cm)為 lxlCr10 Acm_2以下。 如圖10(A)至10(F)所示,一擊穿電壓(場強度(E)其中電流 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
裝 訂
線 573052 A7 B7 五、發明説明(23 密度(J) = lxio·8八〇111-2)為8 MVcm-i以下,而不管光氧化膜 上PECVD (TEOS + 02)膜的厚度。 如上所述’該基板(如圖i 〇(B)所示),其中膜厚度4〇 的Si〇2膜在膜厚度4.3 nm的光氧化膜上形成,藉由使用 TEOS和〇2氣體的電漿CVD所形成,該基板實質上有相同的 私特性,儘管與標準的多晶矽TFT絕緣膜(如圖i 〇(F)所示的 基板為利用TEOS氣體和約600。(:退火所形成的膜(1〇〇 nm)比 較’其溫度低且僅有一半的膜厚度。 此外,為了改善介面品質,在光氧化之後,光學潔淨/ 光氧化室2中的基板溫度增加,以便嘗試熱退火。當基板溫 度是350到400°C的時候,加熱期間是1〇分鐘,而且光氧化 層的厚度是3 nm,介面固定電荷從1χ1〇η cm·2改善為 8xl01G cm_2。這是因為轉移層從以到以〇2的結晶能力有所 改進。在這情況下,基板溫度是35〇到4〇〇。〇,或另一方面 ’也可以是少於或相等這些溫度。 但疋,这類流程相當耗時。因此考慮採用一氫電漿處理 作為替代方案。基板100在光學潔淨/光氧化室2中進行光氧 該室具有 該平行板 化之後,基板1〇〇轉移到一氫電漿/膜形成室3, 80000 cm的容量,而且包括一平行板電極11〇, 電極包括一陽極電極1〇4和一陰極電極1〇3,該二個電極之 間的距離是2 cm(陽極電極103和陰極電極1〇4的大小均為 30x30 cm)。其後,執行氫電漿處理三分鐘,其中基板溫度 是350。〇氫氣的流速是1〇〇〇sccm,氣壓是13陶爾,電力 是450 W,而且氫電漿/膜形成室3的壓力是〇·6陶爾。 -26 -
573052 A7 B7 五、發明説明(24 由於氫的重量很小,所以離子撞擊不會導致離子損耗。 此外,氫終止出現在轉移層中的懸空鍵,並導致晶體結構 方面的改變,藉此提供減少瑕疵密度的優點。其後,流速5 seem的SiH4氣體和流速1〇〇〇 seem的NzO氣體,引進氫電漿/ 膜形成室3之内,以製造Si〇2膜,其中氣壓保持在13陶爾 ’而射頻電力是450 W。在此氫電漿處理中,當光氧化層 厚度是3 nm的時候,介面固定電荷從lxl〇ii cm-2改進到 8xl010 cm-2。在這情況下,基板溫度是35〇到4〇〇〇c,或另 一方面,也可以是少於或相等這些溫度。 另一方面,在本發明的目標中也可使用TEOS和02氣體, 完成一第二絕緣膜(si〇2膜)。當然,膜由使用SiH4和N20氣 體的電漿CVD來製造,相較於使用TEOS和〇2氣體製造的膜 ’具有減少膜内碳濃度的優點。 接下來,將評估使用SiHU和N20氣體的電漿CVD所製造 的S i 〇2膜(第二絕緣膜)的折射率和蚀刻率。結果顯示,所 產生的基板在基板溫度100。(:至400°C時,具有可實行的特 性。 考慮上述的結果,範例1光氧化製造一第一絕緣膜(si〇2 膜)’其後,在基板溫度從1 00°C到400°C時由使用SiH4和N20 氣體的電漿CVD,製造一 Si02膜。其後,測量一樣本所產 生的電容,及其電容-電壓特性。 結果發現到,介面固定電荷密度的範圍是丨x丨〇ι 1 enT2到 2xlOn enT2,這是相當實用的水準,且可使用以^和n2〇 氣體’在100°C至400°C的基板溫度中製造該第二絕緣膜。 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇x 297公釐)
裝 訂
線 573052 A7
當然,第二個絕緣膜也可以光CVD的方式製造。 (範例2) ° /範例1中,基板由·夕組成。在範例2中,根據範例i ,將描述用於液晶顯示器裝置、在玻璃基板上形成 的夕晶石夕薄膜電晶體(多硬TFT)。 圖11顯示本發明用於製造一液晶顯示器裝置的η通道和p 通這多晶梦薄膜電晶體的流程。圖u⑷顯示製造多晶碎薄 膜電晶體的傳統技術流程。圖"㈨顯示本發明與傳統技術 流程不同的部分流程。 圖12A-E顯示個別流程中元件的截面。 破璃基板200是由玻璃組成,其尺寸為32〇 nm χ 4〇〇 nm x 1 · 1 nm 〇 在清洗過的玻璃基板200上,厚度為200 nm的氧化矽膜 ^02膜),由使用TEOS氣體ΡΕ-CVD(電漿CVD)形成,作為 基本塗佈膜201 (1101步驟)。其後,厚度為5〇 nm的無定形 石夕膜,由使用SiH4和%氣體的ΡΕ-CVD形成(1102步驟)。因 為無定形矽膜包含5到1 5 atom%氫原子,如果無定形碎膜以 雷射照射,氫會變成氣體並快速膨脹,所以膜就破裂。因 此,在玻璃基板200上的無定形碎膜,加熱至350°C以上, 在該溫度下,氫鍵會被切斷,歷時約一個小時(11 03步驟) 〇 其後,來自氙氯化物(XeCl)激分子雷射光源、波長為3〇8 nm 的脈衝光(670 mJ/脈衝),由一光學系統轉換為光束,其範 圍為0.8 mm χ 130 mm (3 60 mJ/cm2),藉由該光束照射到玻 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
裝 訂
線 五、發明説明(26 ) 璃基板200上的無定料膜⑴〇4步驟)。無定料吸收雷射 光,並落化為液體。其後,將無定形碎冷卻為固體,產生 出多晶矽。雷射光是200赫兹的脈衝光。熔化和凝固都在一 f衝期間之内完成。因此,由於雷射照射,每個脈衝期間 都重複溶化和料。當基板在移動時以雷射照射,可使大 範圍的基板形成結晶。4 了要避免特性變更,個別雷射光 束的照射區域會重疊9 5 %到9 7.5 %。 所產生多晶矽圖案化成獨立的多晶矽216,具有一來源、 -通道和-沒極’以微影蚀刻形成⑴05步驟),並蚀刻⑴、〇6 步驟)’造成一η通道TFT區域2〇2、一p通道tft區域2〇3、 和一像素TFT區域204 (圖12A)。其後,本發明應用到一介 面和一絕緣膜的形成,兩者對多矽TFT都相當重要。 圖Π概要顯示根據本發明製造絕緣膜的製造裝置13⑻, 是一組合式的薄膜製造裝置,包括使用單—流程類型光氧 化的薄膜製造裝置,和使用電漿CVD的薄膜製造裝置。 在基本塗佈膜2〇1上有該獨立多晶矽216的玻璃基板2⑻ ,載入一負載室1321 ,該室透過開放的閘閥13〇1A抽成真 空。其後,開啟閘閥1301B,而且玻璃基板2〇〇轉移到一光 學潔淨室1322,然後關閉閘閥13〇1B。基板2〇〇放置在一基 板載體1305上,加熱至350cC。其後,以氙激分子燈^^八 作為光源、具有172 nm的波長光,透過合成石英窗ni2A ,照射到一矽表面(獨立多晶矽216表面),藉此對矽表面進 行光學潔淨(1151步驟)。在本例中,也可使用低壓水銀燈 作為光源,來進行光學潔淨,但是激分子燈131ι A的潔淨 -29- 573052 A7 ________B7 五、發明説明(27 ) 效果較大。緊接在合成石英窗13 1 2 A之後的照射光強度是6〇 mW/cm2,且窗1312A到矽表面間的距離保持在25 mm。這種照 射持續進行2到3分鐘,以分解附著在半導體表面的有機物 質(碎表面2 1 6),也就是,光學潔淨。而且,如果在光學潔 淨期間流過氟或氫氣,可藉此獲得有高度再製性的潔淨效 果。 其後’開啟閘閥1 3 0 1 C ’基板2 0 0轉移到一光氧化室1 3 2 3 (用於第一絕緣膜的第一反應室),然後關閉閘閥13〇lc。其 後’基板200放置在一基板載體13〇5上,該載體已加熱到 350°C的溫度,並將氧氣提供至光氧化室1323内,其中光氧 化罜1 323的壓力保持在5陶爾。藉由從氙激分子燈1311]8射 出的172-nm波長光,氧氣直接且有效率地分解為高度反應 的氧原子基。氧原子基使氧化了獨立多晶矽216,造成Si〇2 的光氧化膜,該膜為一閘絕緣膜2 〇 5 (第一絕緣膜)(11 5 2步 驟)。孩第一閘絕緣膜205 (第一絕緣膜)有大約3 nm的厚度 ’花了三分鐘生長。 其後,進行介面改良退火處理。為此目的,開啟閘閥 1301D ,玻璃基板200轉移到一氫電漿室1324,然後關閉閘 閥1 3 0 1 D。光氧化膜進行氫電漿處理三分鐘,其中基板溫 度疋350°C,H2氣體流速是1000 sccm,氣壓保持在i ·3陶爾 ’在氫電漿室1324之内的壓力是〇.6陶爾,且射頻電力是45〇 W (11 5 3 步驟)。 其後’玻璃基板200轉移到一膜形成室1325 (第二反應室 ’用於第二絕緣膜的形成),而且基板溫度加熱到3 5〇〇c。 -30-
573052 A7 B7
五、發明説明(28 )
Si〇2膜的第二閘絕緣膜206 (第二絕緣膜),以電漿CVD方式 製造,其中SiHU氣體的流速是30 seem,N2〇氣體的流速是 6000 seem,在膜形成室1325之内的壓力是2陶爾,而且射 頻電力是450 W(1154步驟)。該第二閘絕緣膜2〇6厚度大約 為97 nm,花了三分鐘形成。 其後’基板2 0 0轉移到一卸載室1 3 2 6,並從中移除該基板 200(圖 12B)。 根據本發明的製造裝置1 300,第一閘絕緣膜2〇5的形成, 藉由包括光學潔淨(1151步驟)、光氧化(11 52步驟)、介面改 良退火(1153步驟)和電漿CVD (1154步驟)等步驟,可在真 2中連續執行,而不影響其生產力。因此,在半導體和第 一閘絕緣膜205之間製造出一令人滿意的介面,而且可快速 製造出一貫用的厚絕緣膜。 其後,以與傳統技術相同的步驟來製造多矽TFT。 基板200在氮氣内進行退火二小時,其中基板溫度是 3 50°〇形成一3丨02膜的高密度第一閘絕緣膜2〇5(11〇8步 驟)。這個高密度處理製造了高密度Si02膜,也改善漏洩電 流和擊穿電壓。 其後,厚度1 00 nm的Ti膜,藉由滅射形成如一障壁金屬 ’同樣地,也藉由錢射形成一厚度400 nm的A1膜(11 〇9步驟 )。A1金屬層以微影蝕刻形成圖案(丨丨1 〇和11丨丨步驟),藉此 製造一個閘電極207。 在後來的微影蚀刻流程中,只有P通道TFT 250佈滿光致 抗蝕劑(1112步驟)。其後,n通道TFT 2 60的n+源和汲極接觸 -31 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 裝 訂
線 573052 A7 ______ Β7 五、發明説明(29 ) 部分209,藉由離子摻雜方式,使用閘電極207作為遮罩, 以80 keV摻雜磷,成為6xl015/cm2 (1113步驟)。 在接下來的微影蝕刻流程中,卜通道TFT區域202和像素 TFT區域204的n通道TFT 26〇中,佈滿光致抗蝕劑(ιιΐ4步驟 )。P通道區域203中p通道TFT 250的P-源和汲極接觸部分 210,藉由離子摻雜方式,使用閘電極2〇7作為遮罩,以6〇 keV摻雜删,成為硼濃度lxl016/cm2(1115步驟)。 其後基板2 0 0進行退火二小時以來,其中基板溫度是 350°€(1116步驟),藉此摻雜磷和硼離子活化。其後,义〇2 的一層間絕緣膜208,以使用TEOS氣體(圖12C)的電漿CVD 方式加以製造(1117步驟)。 其後,在第二閘絕緣膜206上提供n+源和汲極接觸部分 209和P+源和汲極接觸部分21〇的接孔,並藉由圖案化形成 層間絕緣膜208 (1 1 18和1119步驟)。厚度1〇〇 nm的Ti膜,藉 由濺射形成如一障壁金屬(未顯示),也藉由濺射形成一厚 度400 nm的八丨膜^丨川步驟)。藉由微影蝕刻圖案化,形成 一源極213和一汲極212(圖12D)(1121和1122步驟)。 另外’具有厚度300 nm的Si〇2保護膜211,以電漿CVD方 式製造(1123步驟)。ITO像素電極214(如下所述)的接孔,在 像素TFT 204區域的n通道TFT 260的汲極部分212 ,藉由圖 案化而形成(1124和1125步驟)。 其後,在製造裝置1300中執行氫電漿處理三分鐘,其中 基板溫度是350。(:,%氣體的流速是1〇〇〇 sccm,氣壓是13 陶爾’和射頻電力是450 W( 11 26步驟)。 -32- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 573052 A7 B7 五、發明説明(3〇 ) 其後,在形成厚度150 nm的ITO膜後,基板轉移到另一 反應室(11 27步驟)。ITO膜進行微影蝕刻圖案化,形成一像 素電極214 (1128和1129步驟)。因此,TFT基板2 15製造完 成(圖12E)(1130步驟)。 聚硫亞胺施加到TFT基板2 1 5和玻璃基板(未顯示),在該 基板上,藉由磨擦,提供一色彩濾波器。這些基板堆疊在 一起。堆疊基板切割成面板(丨丨3 1步驟)。 這些面板載入至真空槽。每個面板的入口都浸在到入盤 内的液晶中。空氣引入槽内,以便空氣壓力導致液晶進入 面板中。入口以樹脂封閉,形成一液晶面板。 其後,極化板被附加到液晶面板,再結合上周邊電路、 月光、斜面等,形成一液晶模組(i i 3 2步驟)。 這類液晶模組可用於個人電腦、監視器、電視、個人數 位助理等裝置。 在範例2中,氧化矽膜和多晶矽(獨立多晶矽)之間的介面 品質和絕緣膜體積特性已獲得改善。#此,&例2 tft的臨 界電壓改進到i.5 V±0.6 V,可對照比較範例中的i 9 v + 〇 8 V,其中⑽膜以電漿CVD方式在沒有光氧化層(光氧化膜) 的情況下形成。減少臨界電壓的變化,使良率大為提高。 而且’ P条低驅動電壓,減少1〇%的電力耗損。因為由 光學潔淨和光氧化產生乾淨的叫/以(氧切膜和多曰曰:硬) 介等污染也可避免,並可減少臨界電壓的變化 ,導致可靠度的提升。 (範例3) -33 -
573052
在範例1中,使用單晶體錢為基板材料。在範例2中, ^發明用於製造-液晶_示器裝置内的卜通道和p•通道多 晶石夕薄膜電晶體。在範例3中,本發明用於製造在塑膠基板 上形成的η.通道和ρ·通道多晶碎薄膜電晶體。以下,將舉 例說明塑膠基板。本發明不限於此。也可使用樹脂基板。 圖14是一示意圖,顯示當本發明用於製造塑膠基板上的η 通道和ρ通道多晶矽薄膜電晶體的流程。 圖14(a)顯示在塑膠基板上形成多晶矽薄膜電晶體的傳 統技術泥程。圖14(b)顯示本發明與如圖14(a)所示的傳統技 術流程不同的部分流程。圖14與圖12不同之處在於多晶矽 薄膜電晶體係在塑膠基板上形成,而非玻璃基板。 首先,20 nm厚和127 mmx 127 mm大小的基板的聚乙埽績 胺基板(PES)在200°C下進行15小時的退火,以避免塑膠基 板膨脹。 其後,300-nm厚的Si〇2膜藉由濺射在2〇〇。(:下於塑膠基板 後端形成,以避免因釋放自塑膠基板的氣體和藥劑,而受 到損傷。 在塑膠基板的上表面,一 400-nm厚的Si02膜和一 5〇-nm 厚的無定形矽膜,藉由濺射持續形成,作為基本塗佈膜, 同時保持真空(1401和1402步驟)。在這情況下,由於賤射 的無定形矽膜不包含氫,因此不需要除氫退火。 其後,來自氤氯化物(XeCl)激分子雷射光源、波長為3〇8 nm 的脈衝光(670 mJ/脈衝),由一光學系統轉換為光束,其範 圍為0.8 mm X 130 mm (3 60 mJ/cm2),藉由該光束照射到塑 -34- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 573052 A7 _____ B7 五、發明説明(32 ) 膠基板上的無定形矽膜,以致當移動基板後,可使基板前 知开^成結晶(1403步驟)。在這情況下,個別雷射光束的照 射區域有97·5%的重疊。另外,基本塗佈膜的膜厚度增加到 3 00 nm以上,藉此可以用脈衝光使無定形碎膜(進入多晶石夕 之内)形成結晶’而不損傷到塑膠基板。 藉由微影蝕刻和蝕刻,所產生的多晶矽形成圖案進入獨 立多晶石夕内(1404和1405步驟)。 其後,本發明應用到一介面和一絕緣膜的形成,兩者對 多矽丁FT都相當重要。在這情況下,絕緣膜使用與範例i相 同的製造裝置50來加以製造(圖1)。 在開啟閘閥1 0 1A之後,在基本塗佈膜上有一獨立多晶碎 的PES塑膠基板1 〇〇,被載入抽為真空的負載室J中。在開 啟閘閥101B之後,塑膠基板1〇〇轉移到光學潔淨/光氧化室 2(第一反應室,用於一第一絕緣膜的製造),然後關閉閘閥 ιοιΒ。塑膠基板100放置在一基板載體105上,加熱至2〇〇。匸 。其後,來自氙激分子燈11、具有172 nm的波長光,透過 合成石英窗12,照射到一矽表面(獨立多晶矽的表面),藉 此對矽表面進行光學潔淨(1451步驟)。在這情況下,緊^ 在合成石英窗12之後的照射光強度是6〇 mW/cm2,且窗12 到矽表面間的距離保持在25 mm。 其後,氧氣進入光學潔淨/光氧化室2之内,其中光氧化 室2之内的壓力保持在5陶爾。藉由從氣激分子燈u射出的 172-run波長光,氧氣直接且有效率地分解為高度反應的氧 原子基。氧原子基氧化了獨立多晶石夕。藉由六分鐘的反應 -35- 本紙張尺度適用巾_家鮮(CNS) Μ規格(21GX撕公董y 573052 A7 B7 五、發明説明(33 ) ’製造出厚度約3 nm的氧化矽膜(1452步驟)。 其後,開啟閘閥1 〇 1 C,塑膠基板100轉移到一氫電漿/膜 形成室3 (用於第二絕緣膜的第二反應室)。光氧化膜進行氫 電漿處理三分鐘,其中基板溫度是2〇(TC,H2氣體流速是 1000 seem,氣壓保持在ι·3陶爾,且射頻電力是450 W (1453 步驟)。 其後,在相同的氫電漿/膜形成室3中,Si02膜以電漿CVD 方式製造,其中基板溫度是200。(:,SiH4氣體的流速是5 sccm ’ N2〇氣體流速是10〇〇 sccm,氣體壓力是1·3陶爾,而且射 頻電力是450 W(1454步驟)。藉由三分鐘的反應,製造出厚 度97 nm的Si02膜。 在剩餘的步驟(步驟1407_1429)中,多矽TFT基本上由與 ,例2相同的步驟(步驟11〇8-113〇)所製造,除了該基板溫度 疋200 C以下。用於液晶(143〇步驟)和一模組(143丨步驟)的 形成步驟,基本上與範例2中的步驟⑴3 i和"32步驟)相同 包括上述塑膠基板的一液晶模組,具有重量很輕、有彈 性、不易碎裂等特性,可用於個人電腦、監視器、電視、 個人數位助理等。 本發明可應用在若干物質上,例如 貝丄例如靶例1中的單晶體矽, 範例2中玻璃基板上的多晶矽,釦 夕曰A 和範例3中的塑膠基板上的 多晶矽。 另外’除了範例2和3的薄膜電晶體,本發明可應用到一 半導體裝置的製造,是傳統技術所無法了解,在料材料 -36- 本紙張尺度適用中國國豕標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 573052 A7
中,單晶體或多晶體石夕材料和氧化梦膜間的介面
定電荷密心x10" Cm-2以下、一介面陷味密度ΐχΐ〇 W 以下、一虱濃度1 atom%以下,和—碳濃度1χ1〇2〇咖ms/cm3 j下口此,本發明可以應用到廣泛的半導體裝置,例如 單晶體碎Μ 0 S電晶體。 此外’本發明提供一裝置,包括一反應室,其中單晶體 石夕或多晶石夕的-半導體表面在_包含氧原+基的氛圍中進 行氧化另一反應室’其中-第二絕緣膜,在不將該第 -絕緣膜曝露至外部空氣的情況下,#由沉積,在第一絕 緣膜上形成。這類裝置沒有傳統範例。 根據本發明的製造方法,單晶體或多晶體矽半導體表面 ,在沒有電漿損耗的情形下與氧原子基一起氧化,且在 600。(:以下的半導體溫度下,速度較快。藉此,在半導體和 閘絕緣膜之間製造出一令人滿意的介面,而且可快速製造 出一貫用的厚絕緣膜。因此,藉此方法製造的多晶矽TFT 價格低廉且已改善其特性。另外,令人滿意的介面品質可 以南再製度予以再製,藉此減少特性變化並改善良率。 傳統的半導體裝置包括一石夕薄膜,和在玻璃、金屬箔或 樹脂基板上的氧化矽膜。在傳統的半導體裝置之中,未具 有以下所有特性的裝置:一 lxl〇ii cm-2以下的固定電荷密 度;一 1x10" cnr2eV“以下的介面陷阱密度,一 1 atom%以 下的氮濃度;和1 xl〇2G atoms/cm3以下的碳濃度,在該矽材 料中。本發明首先提供這類半導體裝置。因此,本發明可 以應用到除了薄膜電晶體之外的各種不同的高效能半導體 -37- 尽紙張尺度適财_家標準(CNS) A4規格(21〇 X 297公釐) ~^ 573052
^ .....只π疋阳(叩勿兄 可立即進行,而不脫離本發明的範疇; 不希望隨附的Φ彳主直士丨 7- X _ 甲Μ專利乾圍的範轉限於}*」 而希望從寬解釋。 』興可旧万、上· 裝置的製造。 各種不同的其他修改 且熟習此項技m ·Ζ3Γ 精神。因此 描述 元件符號說明 1 載入室 2 光學潔淨/光氧化 室 3 氫電漿/膜形成室 4 卸載室 11 氙激分子燈 12 合成石英窗(光傳 入窗) 50 製造裝置 100 基板 ιοια〜ι〇ιε 閘閥 102 加熱器 103 陰極電極 104 陽極電極 105 基板載體 110 平行板電極 120 半導體 121 半導體 122 光氧化膜 123 ;冗積膜 200 玻璃基板 201 基本塗佈膜 202 η通道TFT區域 203 P通道TFT區域 204 像素TFT區域 205 閘絕緣膜 206 第一閘絕緣膜 207 閘電極 208 層間絕緣獏 209 汲極接觸部分 210 >及極接觸部分 211 保護膜 212 汲極 213 源極 214 ITO像素電極 215 TFT基板 O:\76\76022-921113.DOC4 - 38 ~
本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 573052 A7 B7 五、 發明説明 (36 ) 216 多晶矽 1311A,1311B 氙激分子燈 250 p通道TFT 1312A, 1312B 合成石英窗 260 η通道TFT 1321 負載室 1300 製造裝置 1322 光學潔淨室 1301A 〜1301F 閘閥 1323 光氧化室 1302A〜1302D 加熱器 1324 氫電漿室 1303A,1303B 陰極電極 1325 膜形成室 1304A,1304B 陽極電極 1326 卸載室 1305 基板載體 O:\76\76022-921113.DOC 5 - 39 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

  1. 573052 A8 B8 C8 D8
    公告本 申請專利範圍
    L :種万法,用於在_。(:以下的半導體溫度下形成一絕緣 膜’包括下列步驟: 精由在包含氧原子基的氛圍中氧化一半導體表面以形 成一第一絕緣膜;以及 在不將該第一絕緣膜曝露至外部空氣的情況下,藉由 沉積而在該第一絕緣膜上形成一第二絕緣膜。
    裝 2·如申請;^利範圍第1項之方法,其中該第-絕緣膜形成步 勝包括楮由以波長175⑽以下的光照射含氧氣的氛圍, 產生該氧原子基。 3. 如申請專利範圍第2項之方法,其中該第_絕緣膜形成步 驟包括藉由以波長172 光照射含氧氣的氛圍’產生 孩氧原子基,其中該光從一氙激分子燈射出。 4. 如申請專利範圍第2項之方法’其中該第—絕緣膜形成步 驟包括藉由以波長172 光照射具有部份壓力〇 〇5陶 爾至50陶爾的含氧氣氛圍,該光從一氙激分子燈射出。 m 5. 如申請專利範圍第1項之方法,進一步包括,在該第一絕 緣膜形成步驟之前,清潔半導體表面的步驟,藉由在實 質上無氧的氛圍中,以波長175 nm以下的光照射該半導 體表面。 6. 如申請專利範圍第丨項之方法,其中該第一絕緣膜形成步 驟包括藉由電漿CVD產生氧原子基,其中在一電漿產生 位置和該半導體表面之間有一預定距離。 7. 如申請專利範圍第丨項之方法,其中該第一絕緣膜形成步 驟包括形成該第一絕緣膜,其中該半導體的溫度範圍從 O:\76\76022-921113.DOC7 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)~' ------ 573052
    堝、金屬箔或樹脂的基板上提供的多晶矽薄膜。 以二種半導體裝置,包括以如中請專利範圍第}項之方法所 形成的一絕緣膜。 20. 如申請專利範圍第㈣之半導體裝置,其中該半導體裝 置是一矽薄膜電晶體。 21. —種半導體裝置,包括: -半導體’包括一提供在玻璃、金屬箔或塑膠基板上 的石夕薄膜;以及 一才疋供在半導體表面上的氧化膜, 其中在該矽薄膜和氧化膜之間的介面有一 ΐχΐ〇11 以下的固定電荷密度、一 lxl〇u cm_2eV〜下的介面陷 阱密j和一 1 atom%以下的氮濃度,以及該矽薄膜有一 lxl02G atoms/cm3以下的碳濃度。 22. 如申請專利範圍第21項之半導體裝置,其中該半導體裝 置是一矽薄膜電晶體。 23. —種裝置,用於在一半導體上形成一絕緣膜,包括: 一第一反應室,用於藉由在含氧原子基的氛圍中氧化 一半導體表面,形成一第一絕緣膜;以及 一第二反應室,用於藉由沉積在該第一絕緣膜上形成 一第二絕緣膜。 24·如申請專利範圍第23項之裝置,其中在該第一反應室中 ,該半導體表面以氧原子基氧化,該氧原子基係藉由以 波長175 nm以下的光照射含氧氣的氛圍所產生。 25.如申請專利範圍第24項之裝置,其中在該第一反應室中 -3- O:\76\76022-921113.DOC 7 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公爱) 573052 8 8 8 8 A B c D 々、申請專利範圍 ,該半導體表面以氧原子基氧化,該氧原子基係藉由以 波長1 72 nm的光照射含氧氣的氛圍所產生,該光從一氙 激分子燈射出。 O:\76\76022-921113.DOC7 - 4 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
TW90133222A 2001-01-09 2001-12-31 Insulating film formation method, semiconductor device, and production apparatus TW573052B (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001001042A JP2002208592A (ja) 2001-01-09 2001-01-09 絶縁膜の形成方法、半導体装置、製造装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW573052B true TW573052B (en) 2004-01-21

Family

ID=18869723

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW90133222A TW573052B (en) 2001-01-09 2001-12-31 Insulating film formation method, semiconductor device, and production apparatus

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6620744B2 (zh)
JP (1) JP2002208592A (zh)
KR (2) KR20020060084A (zh)
TW (1) TW573052B (zh)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6671296B2 (en) * 2000-10-10 2003-12-30 Spectrasensors, Inc. Wavelength locker on optical bench and method of manufacture
US6587484B1 (en) * 2000-10-10 2003-07-01 Spectrasensor, Inc,. Method and apparatus for determining transmission wavelengths for lasers in a dense wavelength division multiplexer
CN1254854C (zh) * 2001-12-07 2006-05-03 东京毅力科创株式会社 绝缘膜氮化方法、半导体装置及其制造方法、基板处理装置和基板处理方法
JP2003224117A (ja) * 2002-01-31 2003-08-08 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd 絶縁膜の製造装置
US6551947B1 (en) * 2002-06-04 2003-04-22 Sharp Laboratories Of America, Inc. Method of forming a high quality gate oxide at low temperatures
US20030224619A1 (en) * 2002-06-04 2003-12-04 Yoshi Ono Method for low temperature oxidation of silicon
US7342429B2 (en) * 2003-09-11 2008-03-11 International Business Machines Corporation Programmable low-power high-frequency divider
JP2005285830A (ja) * 2004-03-26 2005-10-13 Dainippon Printing Co Ltd ゲート絶縁膜の形成方法及び薄膜トランジスタの製造方法並びに薄膜トランジスタ
KR100609065B1 (ko) * 2004-08-04 2006-08-10 삼성전자주식회사 산화막 형성 장치 및 방법
US7316942B2 (en) * 2005-02-14 2008-01-08 Honeywell International, Inc. Flexible active matrix display backplane and method
JP2007048968A (ja) * 2005-08-10 2007-02-22 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd ゲート絶縁膜及びその製造方法
KR101063102B1 (ko) * 2006-05-22 2011-09-07 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 실리콘 산화막의 형성 방법 및 형성 장치
JP2008021838A (ja) * 2006-07-13 2008-01-31 Dainippon Printing Co Ltd 有機半導体素子の製造方法
JP5283147B2 (ja) * 2006-12-08 2013-09-04 国立大学法人東北大学 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP5096437B2 (ja) * 2009-09-28 2012-12-12 株式会社ジャパンディスプレイイースト 有機el表示装置
CN102629592A (zh) * 2012-03-23 2012-08-08 京东方科技集团股份有限公司 阵列基板及其制作方法、显示装置
US9530975B2 (en) * 2012-09-24 2016-12-27 Wake Forest University Method of making an organic thin film transistor
CN102856392B (zh) * 2012-10-09 2015-12-02 深圳市华星光电技术有限公司 薄膜晶体管主动装置及其制作方法
JP6106024B2 (ja) 2013-05-21 2017-03-29 株式会社ジャパンディスプレイ 薄膜トランジスタの製造方法及び薄膜トランジスタ
US9558932B2 (en) * 2014-06-17 2017-01-31 California Scientific, Inc. Lateral wafer oxidation system with in-situ visual monitoring and method therefor
KR101491762B1 (ko) * 2014-07-16 2015-02-11 성균관대학교산학협력단 박막 증착 장치 및 방법
JP6415918B2 (ja) * 2014-09-29 2018-10-31 国立研究開発法人物質・材料研究機構 シリコン表面パッシベーション方法、表面パッシベーション処理されたシリコンの製造方法、及び、太陽電池の製造方法
JP7143660B2 (ja) * 2018-07-18 2022-09-29 サンケン電気株式会社 半導体装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW232751B (en) * 1992-10-09 1994-10-21 Semiconductor Energy Res Co Ltd Semiconductor device and method for forming the same
TW260806B (zh) * 1993-11-26 1995-10-21 Ushio Electric Inc
JP3761918B2 (ja) * 1994-09-13 2006-03-29 株式会社東芝 半導体装置の製造方法
KR0175017B1 (ko) * 1995-10-23 1999-04-01 윤종용 알루미나 형성장치 및 알루미나 마스크를 이용한 식각 방법
US5998838A (en) * 1997-03-03 1999-12-07 Nec Corporation Thin film transistor
TW471068B (en) * 1997-03-05 2002-01-01 Hitachi Ltd Method for fabricating semiconductor integrated circuit device with insulation film
US6287988B1 (en) * 1997-03-18 2001-09-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device manufacturing method, semiconductor device manufacturing apparatus and semiconductor device
US6162707A (en) * 1998-05-18 2000-12-19 The Regents Of The University Of California Low work function, stable thin films
US20020009861A1 (en) * 1998-06-12 2002-01-24 Pravin K. Narwankar Method and apparatus for the formation of dielectric layers
KR100308213B1 (ko) * 1999-02-12 2001-09-26 윤종용 반도체 장치를 위한 저유전 층간 절연막의 제조 방법
JP2000243854A (ja) * 1999-02-22 2000-09-08 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法
US6337289B1 (en) * 1999-09-24 2002-01-08 Applied Materials. Inc Method and apparatus for integrating a metal nitride film in a semiconductor device
US6248618B1 (en) * 1999-10-12 2001-06-19 Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. Method of fabrication of dual gate oxides for CMOS devices
US6348420B1 (en) * 1999-12-23 2002-02-19 Asm America, Inc. Situ dielectric stacks
US6380104B1 (en) * 2000-08-10 2002-04-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Method for forming composite gate dielectric layer equivalent to silicon oxide gate dielectric layer

Also Published As

Publication number Publication date
US20020090776A1 (en) 2002-07-11
KR20020060084A (ko) 2002-07-16
KR20040026147A (ko) 2004-03-27
KR100481835B1 (ko) 2005-04-11
JP2002208592A (ja) 2002-07-26
US6620744B2 (en) 2003-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW573052B (en) Insulating film formation method, semiconductor device, and production apparatus
US8512818B1 (en) Cascaded cure approach to fabricate highly tensile silicon nitride films
US8866144B2 (en) Thin film semiconductor device having silicon nitride film
US7094713B1 (en) Methods for improving the cracking resistance of low-k dielectric materials
US5840600A (en) Method for producing semiconductor device and apparatus for treating semiconductor device
US7381595B2 (en) High-density plasma oxidation for enhanced gate oxide performance
US7381662B1 (en) Methods for improving the cracking resistance of low-k dielectric materials
KR0143873B1 (ko) 절연막 및 반도체장치 및 반도체 장치 제조방법
WO2004079826A1 (ja) 薄膜トランジスタの製造方法、及び表示装置と電子機器
US20050136695A1 (en) Thin film oxide interface
WO2004107431A1 (ja) 絶縁膜の改質方法
US7087537B2 (en) Method for fabricating oxide thin films
JPH04165679A (ja) 絶縁ゲイト型半導体装置
JP3596188B2 (ja) 薄膜トランジスタの製造方法
JP3486421B2 (ja) 薄膜半導体装置の製造方法
TW200302522A (en) Manufacturing apparatus of an insulation film
JP2759411B2 (ja) 半導体装置およびその作製方法
JP3551012B2 (ja) 薄膜半導体装置の製造方法
JPH10223913A (ja) 薄膜半導体装置の製造方法
Nakata et al. Low-temperature stacked gate insulator by photo oxidation and PECVD for high-performance TFT LCDs
JP3730185B2 (ja) 薄膜トランジスタの製造方法
JPH05291220A (ja) 半導体装置の製造方法
JPH10223911A (ja) 薄膜半導体装置
EP2613346B1 (en) Thin film transistor, manufacturing method thereof and display device
JP2004241784A (ja) 薄膜トランジスタの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
GD4A Issue of patent certificate for granted invention patent
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees