膜形成方法、半导体器件和显示器件及其制造方法技术

公开了一种膜形成方法、半导体器件和显示器件及其制造方法，包括向等离子体处理室（１１）内输送包括硅化合物气体、氧化气体和稀有气体的至少三种气体，以总压力为基础的稀有气体的分压百分比（Ｐｒ）不小于８５％，即８５％≤Ｐｒ＜１００％；和在等离子体处理室（１１）内产生等离子体，从而在待处理衬底（１）上形成氧化硅膜。

【技术实现步骤摘要】
专利技术的背景本专利技术涉及半导体器件如半导体集成电路器件或显示器件如液晶显示器件中使用的膜的形成方法。本专利技术还涉及半导体器件如薄膜晶体管(TFT)或金属氧化物半导体器件(MOS器件)的制造方法以及半导体器件。本专利技术进一步涉及显示器件如液晶显示器件、有机EL显示器件或无机EL显示器件的制造方法以及显示器件。一般情况下，氧化硅膜用作半导体器件如薄膜晶体管(TFT)中的栅极绝缘膜。作为在不高于600℃的温度下形成氧化硅膜以便防止在衬底上产生负面效果的方法，等离子体CVD(等离子体增强化学汽相淀积)法在本领域中是公知的。在等离子体CVD法中，氧化硅膜如下形成。在第一步中，甲硅烷气体与氧气混合，然后将该混合气体输入放置衬底的腔室中。在这个条件下，在该腔室中产生等离子体，以便实现甲硅烷气体和氧气的等离子体放电，由此在衬底上淀积氧化硅。常规的等离子体CVD法存在的问题是输送的氧原子不够，结果是形成大量缺乏氧的氧化硅膜。自然，克服这个问题是非常重要的。而且，在专利文献例如日本专利公开(Kokai)No.11-279773中建议了一种等离子体CVD法，该方法使用由包括气体分子和具有相对于气体分子的适当激发态能级的稀有气体的两种气体构成的混合气体。这里应该指出，在显示器件中使用的顶栅型TFT中，一般通过等离子体CVD法在被处理成岛形状并具有约50nm的厚度的半导体层上淀积氧化硅，从而形成厚度为80-100nm的栅极绝缘膜。该显示器件的尺寸被放大了，并且该显示器件已经制成来执行很多功能。在这种情况下，TFT已经适用于新的显示器件，如有机EL显示器件。这种情况下，要求TFT的最小化，同时提高TFT的器件特性。为了使TFT最小化，要求栅极绝缘膜更薄。更具体地说，当TFT的沟道长度为1nm时，要求栅极绝缘膜的厚度减小到30nm。当使用在形成为岛状的半导体层上形成栅极绝缘膜的顶栅型TFT时，必须以覆盖包括形成在半导体层上的阶梯部分的整个半导体层区域的方式形成栅极绝缘膜。因此在阶梯部分中通过栅极绝缘膜的电流泄漏趋于增加。还应该指出，如果栅极绝缘膜由薄到30nm的氧化硅膜制成，则泄漏电流的量将增加栅极绝缘性。解决上述问题的一种方案是使用等离子体CVD膜的层叠结构，如下列文献1和2所述的。根据上述文献1中所公开的技术，可以在低于有机金属气相生长法所需要的温度下形成膜，同时抑制对下层的损伤。此外，可以以高于原子层淀积法的膜形成速度形成该膜。然而，由文献1中公开的技术形成的氧化锆膜存在的问题是形成的膜中的氧缺乏非常严重。文献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页到第358页。文献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日举办并由应用物理学会的等离子体电子学分部(Plasma Electronics Branch of Applied PhysicsInstitute)(合作组织(incorporating body))主办的“20thPlasmaProcessing Research Meeting”的报告文集的第317-318页。如上所述，如果栅极绝缘膜的厚度减小到约30nm，则难以获得足够的器件特性。换言之，限制了氧化硅膜的厚度的减小。这种情况下，介电常数高于氧化硅的金属氧化物如氧化铪和氧化锆作为栅极绝缘膜的材料已经引起人们的注意。换言之，在使用具有高介电常数的金属氧化物作为栅极绝缘膜材料的情况下，可以预期栅极绝缘膜的厚度可进一步减小，同时保持栅极绝缘膜的容量等于由氧化硅膜形成的栅极绝缘膜的容量。作为超薄膜的淀积法，有机金属气相生长法(MOCVD法)、溅射法或原子层淀积法(原子层淀积ALD)是本领域中公知的形成由金属氧化物如氧化铪或氧化锆构成的膜的方法。在有机金属气相生长法中，通过使用加热到500℃-700℃的衬底分解用作原材料的有机金属化合物来生长膜，结果是难以在一般类型的玻璃衬底或塑料衬底上形成金属氧化物膜。在采用溅射法的情况下，可以在相对低温下形成膜。然而，由于在采用溅射法的情况下以高速运动的粒子与衬底碰撞，容易损伤下层膜。因此由溅射法形成的金属氧化物膜具有高界面状态密度，此外，还包含明显的缺氧。顺便提及，为了弥补金属氧化物膜中的缺氧，必须在膜形成之后采用例如在高温下的等离子体处理或退火处理。因而形成金属氧化物膜所需制造工艺的数量增加了，这是不利的。在原子层淀积法中，一次淀积一层原子层，因此膜形成速度很低。因而原子层淀积法不适合于形成TFT，因为TFT中所包含的栅极绝缘膜必须具有几十纳米的厚度。作为形成金属氧化物膜的另一种方法，人们还提出了采用使用有机金属材料作为前体的等离子体CVD技术的膜形成法。该具体的膜形成法概括如下。在第一步中，四丙氧基锆(Zr(OC3H7)4)与氧气和氩气混合。在该混合气中氧气与氩气的比值为1∶5。换言之，在混合气体的总压力基础上，氩气的分压(partial pressure)的百分比为80％。然后，将该混合气体引入其中设置衬底的腔室中。在这个条件下，在该腔室中产生等离子体，从而实现了四丙氧基锆和氧气的等离子体放电，由此在衬底上淀积氧化锆。在前述文献1中公开的技术中，将由气体分子和相对于气体分子具有适当的激发能级的稀有气体构成的两种气体混合，以便允许稀有气体将气体分子分解成原子状态。换言之，在形成氧化硅膜的情况下，甲硅烷气体与氩气混合，从而产生原子硅，同时，氧气与氙气混合以便产生原子氧。因此，在文献1公开的技术中，为了形成氧化硅膜或金属氧化物膜需要至少两种等离子体产生装置。这种情况下，制造设备比较复杂，并且制造成本增加。此外，专利文献1公开的技术存在的问题是不可能使用由有机硅化合物如四丙氧基硅(TEOS)构成的气体作为用于产生硅原子的气体分子。此外，例如，上述文献2指出Kr稀释比和膜厚之间的关系是由于等离子体氧化以及微波输出和氧原子密度之间的关系造成的。然而，文献2简要提到了在低温下进行表面波等离子体氧化以形成TFT的栅极绝缘膜的技术，但没有指出例如本专利技术中所述的膜形成技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种允许形成具有低缺氧的膜的膜形成方法、制造半导体器件的方法、半导体器件、制造显示器件的方法以及显示器件。根据本专利技术的第一方案，提供一种膜形成方法，包括向等离子体处理室中输送包括硅化合物气体(或有机金属化合物气体)、氧化气体和稀有气体的至少三种气体，在所有气体的总压力基础上，稀有气体的分压的百分比不小于85％，即85％≤Pr＜100％；和在等离子体处理室中产生等离子体，从而在要处理的衬底上形成氧化硅(或金属氧化物)膜。根据本专利技术的第二方案，提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膜形成方法，其特征在于包括：向等离子体处理室内输送包括硅化合物气体、氧化气体和稀有气体的至少三种气体，以总压力为基础的稀有气体的分压百分比（Ｐｒ）不小于８５％，即８５％≤Ｐｒ＜１００％；和在等离子体处理室内产生等离子体， 以便在待处理衬底上形成氧化硅膜。

【技术特征摘要】
JP 2003-4-18 114640/2003;JP 2004-3-29 095559/20041.一种膜形成方法，其特征在于包括向等离子体处理室内输送包括硅化合物气体、氧化气体和稀有气体的至少三种气体，以总压力为基础的稀有气体的分压百分比(Pr)不小于85％，即85％≤Pr＜100％；和在等离子体处理室内产生等离子体，以便在待处理衬底上形成氧化硅膜。2.一种膜形成方法，其特征在于包括向等离子体处理室内输送包括硅化合物气体、氧化气体和氢气的至少三种气体；和在等离子体处理室内产生等离子体，以便在待处理衬底上形成氧化硅膜。3.根据权利要求1所述的膜形成方法，其特征在于硅化合物气体包括选自四乙氧基硅烷气体、四甲基环四硅氧烷气体、二乙酰氧基二叔丁氧基硅烷气体、和六甲基二硅氧烷气体中的至少一种，而且氧化气体包括选自氧气、臭氧气体、一氧化碳气体和二氧化碳气体中的至少一种。4.根据权利要求2所述的膜形成方法，其特征在于硅化合物气体包括选自四乙氧基硅烷气体、四甲基环四硅氧烷气体、二乙酰氧基二叔丁氧基硅烷气体和六甲基二硅氧烷气体中的至少一种，并且氧化气体包括选自氧气、臭氧气体、一氧化碳气体和二氧化碳气体中的至少一种。5.根据权利要求1所述的膜形成方法，其特征在于硅化合物气体是由硅烷气体提供的，氧化气体包括选自氧气和臭氧气体中的至少一种。6.根据权利要求2所述的膜形成方法，其特征在于硅化合物气体是由硅烷气体提供的，氧化气体包括选自氧气和臭氧气体中的至少一种。7.一种膜形成方法，其特征在于包括向等离子体处理室内输送包括有机金属化合物气体、氧化气体和稀有气体的至少三种气体，以总压力为基础的稀有气体的分压百分比(Pr)不小于85％，即85％≤Pr＜100％；和在等离子体处理室内产生等离子体，以便在待处理衬底上形成氧化硅和/或金属氧化物的膜。8.一种膜形成方法，其特征在于包括向等离子体处理室内输送包括有机金属化合物气体、氧化气体和氢气的至少三种气体；和在等离子体处理室内产生等离子体，以便在待处理衬底上形成氧化硅和/或金属氧化物的膜。9.根据权利要求7所述的膜形成方法，其特征在于有机金属化合物气体是选自三甲基铝、三乙基铝、三丙氧基锆、五乙氧基钽和三丙氧基铪中的至少一种化合物气体。10.根据权利要求8所述的膜形成方法，其特征在于有机金属化合物气体是选自三甲基铝、三乙基铝、三丙氧基锆、五乙氧基钽和三丙氧基铪中的至少一种化合物气体。11.根据权利要求1所述的膜形成方法，其特征在于在等离子体处理室内产生的等离子体是表面波等离子体。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：后藤真志，东和文，中田行彦，
申请(专利权)人：株式会社液晶先端技术开发中心，
类型：发明
国别省市：JP[日本]