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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Herstellen einer Gateisolierung und einer Trennisolierung in
einem Dünnfilmtransistor.
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Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
(LCDs) sind weit verbreitet und sind inzwischen sehr klein, sehr
leicht und sehr dünn.
So ist z.B. ein Aktivmatrix-LCD mit verdrillt nematischem (= "twisted nematic", TN) Modus als eine
Anzeigevorrichtung mit niedriger Betriebsspannung, geringem Verbrauch
an elektrischer Leistung, hohem Kontrast und hoher Bildqualität bekannt.
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Bei dem Aktivmatrix-LCD ist ein Paar
von Substraten einander gegenüberliegend
angeordnet, wobei zwischen ihnen eine Flüssigkristallschicht angeordnet
ist, und wobei eines der Substrate ein Aktivmatrixsubstrat ist,
welches ein Schaltelement aufweist, das in jedem Pixel ein Pixel
ansteuert.
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13 zeigt
einen TFT (Thin Film Transistor), der ein Schaltelement des Aktivmatrixsubstrates darstellt,
und insbesondere einen Top-Gate-TFT.
Wie in der Figur gezeigt ist, ist bei dem TFT 50 eine Halbleiterschicht 52 inselartig
auf einem transparenten Substrat 51 ausgebildet, und ist
zum Bedecken der Halbleiterschicht 52 auf dem transparenten
Substrat 51 eine Trennisolierung 53 ausgebildet.
Zusätzlich sind
in der Trennisolierung 53 Kontaktlöcher 54, 55 ausgebildet,
und es sind zum Kontaktieren der Halbleiterschicht 52 durch
die Kontaktlöcher 54 bzw. 55 hindurch
Source- und Drainelektroden 56, 57 ausgebildet.
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Weiter ist zum Bedecken der Source-
und der Drainelektrode 56, 57 auf der Trennisolierung 53 eine
Passivierungsschicht 58 ausgebildet, in der Passivierungsschicht 58 ist
ein Kontaktloch 59 ausgebildet, und zum Verbinden mit der
Drainelektrode 57 durch das Kontaktloch 59 hindurch
ist eine Pixelelektrode 60 ausgebildet.
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Die Halbleiterschicht 52 weist
einen Sourcebereich 61, einen Drainbereich 62 und
einen zwischen dem Source- und dem Drainbereich 61, 62 angeordneten
Kanalbereich 63 auf. Die Sourceelektrode 56 ist
mit dem Sourcebereich 61 verbunden, und die Drainelektrode 57 ist
mit dem Drainbereich 62 verbunden. Auf dem Kanalbereich 63 der
Halbleiterschicht 52 ist eine Gateisolierung 64 ausgebildet,
und auf der Gateisolierung 64 ist eine Gateelektrode 65 ausgebildet.
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In Bezug auf den in 13 gezeigten TFT 50 weist, im
allgemeinen, die Halbleiterschicht 52 amorphes Silizium
(a-Si) oder Polysilizium
(Poly-Si) auf, weisen die Source-, die Drain- und die Gatelektrode 56, 57, 65 leitfähige Metalle
auf und ist die Pixelelektrode 60 aus einer transparenten
leitfähigen
Schicht von Indiumzinnoxid (ITO) ausgebildet.
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Die Isolierschichten wie zum Beispiel
die Gateisolierung 64, die Trennisolierung 53 und
dergleichen weisen eine Siliziumdioxid-(SiO2-)Schicht auf.
Bei dem TFT 50 wird die im Kanalbereich 63 induzierte
elektrische Ladung durch das elektrische Feld gesteuert, das entsteht,
wenn eine Spannung an die Gateelektrode 65 angelegt wird,
wodurch der Stromfluß zwischen
der Source- und der Drainelektrode entweder ein- oder ausgeschaltet wird. Der TFT fungiert
so als Schaltelement.
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Wie oben beschrieben worden ist,
sind Isolierschichten wie zum Beispiel die Gateisolierung, die Trennisolierung
und dergleichen notwendige Bestandteile eines TFT, jedoch müssen die
Gateisolierung und die Trennisolierung jeweils voneinander unterschiedlichen
Anforderungen genügen.
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Die Gateisolierung hat den größten Einfluß auf die
elektrische Kennlinie des TFT, zum Beispiel auf die Schwellspannung
usw. Daher wird für
die Gateisolierung ein derartiges Material benötigt, daß die Kennlinie stabil ist
und der Isolierdruck gut ist, obwohl die Dicke der Isolierschicht
gering ist.
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Andererseits gewährleistet die Trennisolierung
die Isolierung zwischen leitfähigen
Schichten dadurch, daß sie
zwischen zwei unterschiedlichen leitfähigen Schichten wie zum Beispiel
zwischen der Gate- und der Sourceelektrode oder zwischen der Gate-
und der Drainelektrode angeordnet ist.
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Wie in 13 gezeigt
ist, ist jedoch die Trennisolierung gemäß der Stufe der Gateelektrode
oder der Halbleiterschicht ausgebildet, so daß, wenn die Trennisolierung
die Stufe nur schlecht bedeckt, das Problem auftaucht, daß der Isolierdruck
an der Stufe verringert ist. Deshalb ist es erforderlich, daß die Trennisolierung
eine gute Stufenbedeckung aufweist und insbesondere einen hohen
Isolierdruck an den Stufen aufweist.
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Zum Ausbilden der Siliziumdioxidschicht,
wie sie für
solche Isolierschichten verwendet wird, wird üblicherweise Plasma-CVD unter
Verwendung von Tetraethylorthosilikat (TEOS) als Prozeßgas verwendet.
Da TEOS-Siliziumdioxid eine gute Stufenbedeckung aufweist, ist es
als Trennisolierung geeignet. Jedoch treten insofern Probleme auf,
als daß die Schichtbildungsgeschwindigkeit
gering ist, der Isolierdruck gering ist, usw., und weiter kann die
Schicht nicht als Gateisolierung verwendet werden. Überdies ist
TEOS bei Raumtemperatur flüssig,
so daß der Einsatz
von CVD unter Verwendung von verdampftem TEOS schwierig ist, und
außerdem
sind die Kosten hoch.
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Zusätzlich sind Verfahren bekannt,
bei denen zum Ausbilden der Siliziumdioxidschicht als isolierende
Schicht Plasma-CVD unter Verwendung einer Gasmischung aus Monosilan
(SiH4) und Lachgas (N2O)
als Prozeßgas
eingesetzt wird. Die so erzeugte Siliziumdioxidschicht kann als
Gateisolierung verwendet werden, ist aber, da die Stufenbedeckung
zu schlecht ist und möglicherweise
von den Stufen ausgehend Risse in der Schicht erzeugt werden, als Trennisolierung
nicht geeignet.
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Wie oben beschrieben worden ist,
unterscheiden sich die Anforderungen an eine Isolierschicht, je
nachdem ob sie als Gateisolator, Trennisolator oder dergleichen
bestimmt ist, so daß das
Material für
die Isolierschicht entsprechend dem Verwendungszweck ausgewählt werden
muß. In
diesem Fall ist jedoch infolge der Einschränkung des Prozesses in Bezug
auf das Gasmaterial der Freiheitsgrad des Prozesses, und der Herstellungsprozeß ist schlecht und
weist eine geringe Produktivität
auf.
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Deshalb sollte eine Siliziumdioxidschicht,
bei Verwendung des gleichen Prozeßgases bei der Plasma-CVD,
zum Beispiel als Gateisolierung, als Trennisolierung und dergleichen,
verwendet werden können.
Weiter ist eine Rationalisierung des Herstellungsprozesses erforderlich.
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Aus
US
5,707,486 ist ein Reaktor mit einer Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung bekannt,
welche Hochfrequenz- (HF) und Niederfrequenz- (LF) Energiequellen
und zugeordnete Elektroden in festem Abstand zueinander verwendet,
um die HF- und LF-Energie in das Plasma unter Steuerung der Plasmadichte
und der Plasmaionendichte einzukoppeln, wobei als kritische Anforderungen
bei der Herstellung von Siliziumdioxidschichten die Gas-Einfüllkapazität, eine
hohe Abscheiderate sowie eine Steuerung der physikalischen, elektrischen,
optischen und chemischen Eigenschaften genannt werden.
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Aus
US
5,110,437 ist eine Plasmaabscheidungsprozessvorrichtung
bekannt, bei der wenigstens eine von zwei Elektroden in der Prozesskammer höhenverstellbar
ist, um bei mehreren Prozessschritten z.B. bei Herstellung einer
Vielfachschicht den Elektrodenabstand zur Anpassung der Abscheidebedingungen
jeweils optimal einstellen zu können.
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Aus
EP 0 840 361 A2 ist eine Vorrichtung und
ein Verfahren zur Abscheidung eines Siliziumoxidfilms als Abdeckschicht
auf einem Substrat bekannt wobei eine Plasmaanregung mit einer oberen RF-Elektrode
vorgesehen ist, an die mittels einer RF-Spannungsversorgung wahlweise
eine einzelne oder gemischte Frequenz angelegt werden kann, und
wobei in die Prozesskammer Monosilan, Lachgas und Helium eingeleitet
werden, wobei der auf das gesamte Reaktionsgas bezogene Anteil des
Monosilan 0,1–10
Vol-% und der des Helium 50-90 Vol-% beträgt, um eine genaue Steuerung
der Schichtdicke zu erreichen.
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Aus
EP 0 786 819 A1 ist ein Plasmaabscheideprozess
zur Herstellung einer in einem Dünnfilmtransistor
Siliziumdoxidschicht als Gateisolationsschicht bekannt, wobei Tetraethylorthosilikat
(TEOS) als Prozessgas verwendet wird und wobei u.a. die Schichtbildungsgeschwindigkeit
in Abhängigkeit
vom Elektrodenabstand in der Prozesskammer untersucht wird.
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Ferner ist aus
EP 0 738 003 A2 ein Verfahren zum
Herstellen einer Siliziumoxidschicht in einem Dünnfilmtransistor bekannt, wobei
Monosilan und Lachgas als Hauptprozessgase verwendet werden und
wobei die Abscheidebedingungen in Abhängigkeit von der Abscheidetemperatur
und dem Gasdruck in der Kammer untersucht werden.
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Durch die Erfindung soll ein Verfahren
zum Herstellen einer Gateisolierung und einer Trennisolierung in
einem Dünnfilmtransistor
geschaffen werden, bei dem die Siliziumdioxidschicht eine gute Stufenbedeckung
sowie eine hohe Zuverlässigkeit
hinsichtlich des Isolierdrucks aufweist und folglich gut als Trennisolator
sowie als Gate-Isolator für
den Dünnschichttransistor
geeignet ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen
einer Gateisolierung und einer Trennisolierung in einem Dünnfilmtransistor
mittels eines unter gleichartigen Plasma-Abscheidebedingungen gebildeten Siliziumdioxids
weist folgende Schritte auf:
- a) Bereitstellen
einer Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung mit einer Hochfrequenzelektrode
und einer Suszeptorelektrode, wobei der Abstand zwischen der Hochfrequenzelektrode
und der Suszeptorelektrode steuerbar ist;
- b) Anordnen eines für
die Herstellung des Dünnfilmtransistors
geeigneten Substrats auf der Suszeptorelektrode;
- c) Anlegen jeweils einer elektrischen Hochfrequenzleistung an
die Hochfrequenzelektrode und an die Suszeptorelektrode;
- d) Erzeugen eines Plasmas in der Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung
unter Verwendung eines Reaktionsgases, das eine Gasmischung aus
Monosilan und Lachgas aufweist, wobei der Volumenanteil der Gasmischung an
dem gesamten Reaktionsgas 10 bis 50% beträgt;
- e) Ausbilden jeweils einer Siliziumdioxidschicht auf dem Substrat
für die
Gateisolierung und die Trennisolierung des Dünnfilmtransistors durch ein gemäß den Schritten
a), c) und d) erzeugtes Plasma; und
- f) Ausbilden der Gateisolierung und der Trennisolierung des
Dünnfilmtransistors
aus den so gebildeten Siliziumdioxidschichten.
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Bei einer herkömmlichen Plasma-CVD-Anordnung
ist in einer Kammer ein Suszeptor zum Anordnen eines Substrates
vorgesehen, ist eine entsprechende Elektrode ausgebildet, wird an
die Elektrode eine elektrische Hochfrequenzleistung angelegt und
wird durch Einleiten eines Reaktionsgases ein Plasma erzeugt.
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Erfindungsgemäß kommt aus Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung
wobei zum Einsatz, der Suszeptor zum Anordnen des Substrats eine
Elektrode ist, und wobei an das Substrat eine elektrische Vorspannung
anlegbar ist.
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Wenn bei den beiden zwischen das
erste Hochfrequenznetzteil und die erste Hochfrequenzelektrode bzw.
zwischen das zweite Hochfrequenznetzteil und die Suszeptorelektrode
eingefügten
Anpassungseinrichtungen die Elektrode an einer Seite des Abstimmkondensators
der Anpassungsschaltung der Anpassungseinrichtung zur Anpassung
an die Hochfrequenzelektrode als Hochfrequenzelektrode verwendet
wird, ist es möglich,
eine Plasma-CVD-Anordnung zu erlangen, die die Vorteile aufweist,
daß die
elektrische Leistung verringert ist, die Effizienz betreffend die
Aufnahme elektrischer Leistung hoch ist, die Geschwindigkeit, mit
der die Schicht ausgebildet wird, hoch ist, und außerdem ist es
möglich,
daß eine
Schicht mit guter Qualität
erreicht wird.
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Daher verwenden die Erfinder die
Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung
in Verbindung mit der Anpassungseinrichtung, wobei die Hauptprozeßgase gasförmiges Monosilan
und Lachgas sind, deren Verwendung bei der Ausbildung von Siliziumdioxidschichten
weit verbreitet ist. Das Ausbilden der Siliziumdioxidschicht wird
weiter unter Veränderung
der Ausbildungsbedingungen wie zum Beispiel der Flußrate des
Gases usw. durchgeführt.
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Bei der Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung
wird, wenn ein Reaktionsgas verwendet wird, welches ein Gasgemisch
aus Monosilan und Lachgas mit einem Volumenanteil von 10%–50% enthält, eine
Siliziumdioxidschicht erreicht, die genauso gut ist wie eine TEOS-Siliziumdioxidschicht,
obwohl die Siliziumdioxidschicht auf Grundlage von N2O/SiH4 im Vergleich mit einer herkömmlichen
TEOS-Siliziumdioxidschicht eine schlechte Stufenbedeckung aufweist.
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Betreffend das Reaktionsgas beträgt das Volumenverhältnis von
Lachgas zu Monosilan vorzugsweise 10 oder mehr.
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Wenn das Volumenverhältnis von
Lachgas zu Monosilan 10 oder mehr beträgt, erhält man, wie durch Brechungsexperimente
bewiesen worden ist, eine Siliziumdioxidschicht mit stöchiometrischer
Zusammensetzung und eine Siliziumdioxidschicht mit einer ausreichend
hohen Ausbildungsgeschwindigkeit. Hierdurch wird die Stufenbedeckung
verbessert, und wenn das Volumenverhältnis 10 oder mehr beträgt, ist
außerdem
der Isolierdruck erhöht.
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Betreffend das Reaktionsgas, welches
die Hauptgase Lachgas und Monosilan im Volumenanteil von 10%–50% aufweist,
weist das Reaktionsgas außerdem
ein Gas auf, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Helium, Wasserstoff,
Xenon, Sauerstoff, Argon, Stickstoff und Mischungen daraus besteht.
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Diese Gase beeinflussen die Reaktion
des Hauptreaktionsgases sekundär.
Zum Beispiel beschleunigen Helium, Wasserstoff und Xenon die Reaktion
an dem Punkt, wo die Ionisationsenergie hoch ist, und haben diese
Gase den Effekt, daß sie
die Stabilität
des Plasmas verbessern. Sauerstoff liefert die Sauerstoffionen zum
Ausbilden der Schicht. Argon und Stickstoff beschleunigen die kinetische
Energie der verschiedenen durch das Hauptreaktionsgas erzeugten
Ionen und beschleunigen dann die Reaktion.
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Betreffend die Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung
liegt die Frequenz der an die Hochfrequenzelektrode angelegten elektrischen
Hochfrequenzleistung im Bereich von 13,56 MHz bis 100 MHz. Falls
die Frequenz der an die Hochfrequenzelektrode angelegten elektrischen Hochfrequenzleistung
unterhalb von 13,56 MHz liegt, ist die Potentialdifferenz zwischen
der Hochfrequenzelektrode und dem angeregten Plasma höher, so
daß die
Hochfrequenzelektrode leicht beschädigt wird, was für die praktische
Anwendung unvorteilhaft ist.
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Wenn die Frequenz der an die Hochfrequenzelektrode
angelegten elektrischen Hochfrequenzleistung über 100 MHz liegt, ist die
Herstellung des Netzteils schwierig und seine Ausgangsleistung ist
instabil, was für
die praktische Anwendung auch unvorteilhaft ist.
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Wenn andererseits die Frequenz der
an die Suszeptorelektrode angelegten elektrischen Hochfrequenzleistung
niedriger ist als 50 kHz, wird die Suszeptorelektrode, so wie die
Hochfrequenzelektrode, leicht beschädigt. Wenn die Frequenz höher ist als
1,6 MHz, ist das Erzeugen einer Entladung zwischen der Hochfrequenzelektrode
und der Suszeptorelektrode schwierig, wodurch die Effizienz der elektrischen
Leistungsaufnahme verringert ist, was für die praktische Anwendung
unvorteilhaft ist.
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Die Erfindung liefert eine Siliziumdioxidschicht
mit hoher Schichtbildungsgeschwindigkeit und guter Qualität. Jedoch
verläuft
bei der Anpassungseinrichtung zur Anpassung an die Hochfrequenzelektrode
bei der Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung
die Versorgungsleitung, die bei dem ersten Hochfrequenznetzteil
die Hochfrequenzelektrode durch die Anpassungsschaltung hindurch
mit der elektrischen Hochfrequenzleistung versorgt, nicht parallel
zu einer Seitenwand des ein leitfähiges Material aufweisenden
Gehäuses
der Anpassungseinrichtung.
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Bei der Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung
fließt
der mit der Versorgungsleistung einhergehende Hochfrequenzstrom
durch das Hochfrequenznetzteil, ein Koaxialkabel, die Anpassungsschaltung,
die Versorgungsleitung, die Hochfrequenzelektrode, einen Plasmaraum,
die Suszeptorelektrode, die Seitenwand der Kammer und die Gehäuseseitenwand
der Anpassungseinrichtung.
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Wenn jedoch die Seitenwand des Gehäuses und
die Versorgungsleitung nicht parallel zueinander angeordnet sind,
ver laufen die Flußrichtungen
der hinausgehenden und der zurückkommenden
Ströme nicht
parallel zueinander, was die gegenseitige Induktivität vom Ansteigen
abhält.
Dadurch ist die Effizienz der elektrischen Leistungsaufnahme gesteigert,
wodurch die Schichtbildungsgeschwindigkeit und die Qualität der Schicht
verbessert sind.
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Das Verfahren zum Herstellen eines
Dünnfilmtransistors
weist auf: das Ausbilden einer Gateisolierung und einer Trennisolierung
des Dünnfilmtransistors
aus der nach dem oben beschriebenen Verfahren zum Ausbilden der
Siliziumdioxidschicht erhaltenen Siliziumdioxidschicht.
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Das Verfahren zum Ausbilden einer
Siliziumdioxidschicht verbessert die Effizienz der Leistungsaufnahme
der Plasma-CVD-Anordnung
und die Schichtbildungsgeschwindigkeit. Weiter läßt sich die Schichtbildungsgeschwindigkeit
auf einem kleinen Substrat durch Anlegen einer elektrischen Vorspannung
an das Substrat erhöhen,
wodurch die Stufenbedeckung vorteilhaft beeinflußt wird.
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Daher ist es möglich, daß die Siliziumdioxidschicht
auf Grundlage von N2O/SiH4 als
Trennisolator verwendet wird, ganz so wie die konventionelle TEOS-Siliziumdioxidschicht
verwendet wird. Aufgrund der erhaltenen Verbesserung der Schichtqualität, insbesondere
der erhaltenen Verbesserung des Isolierdruckes, ist es weiter möglich, daß die Schicht als
Gateisolator verwendet wird.
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Die Zeichnung veranschaulicht Ausführungsformen
der Erfindung und dient in Verbindung mit der Beschreibung der Erklärung der
Grundsätze der
Erfindung.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 einen
schematischen Querschnitt durch eine Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung
zur Verwendung zum Ausbilden einer Siliziumdioxidschicht gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine
Draufsicht auf den Abstimmkondensator der Anpassungeinrichtung zur
Anpassung an die Hochfrequenzelektrode aus 1;
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3 einen
Querschnitt entlang der Linie III-III aus 2;
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4 eine
Darstellung eines Herstellungsprozesses zum Herstellen eines TFT
unter Verwendung des Verfahrens zum Herstellen einer Siliziumdioxidschicht
gemäß der Ausführungsform;
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5 ein
weiteres Beispiel einer Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung im Querschnitt,
zur Verwendung bei dem Verfahren nach 4;
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6 eine
graphische Darstellung der Ausbildungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit
vom N2O/SiH4-Volumenverhältnis bei
variierender an das Substrat angelegter elektrischer Vorspannungsrate (elektrischer
Substratvorspannungsrate), welche Darstellung die Ergebnisse der
ersten Ausführungsform
der Erfindung wiedergibt;
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7 eine
graphische Darstellung des Isolierdruckes der Siliziumdioxidschicht
in Abhängigkeit von
der elektrischen Substratvorspannungsrate, welche Darstellung die
Ergebnisse der zweiten Ausführungsform
der Erfindung wiedergibt;
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8 eine
graphische Darstellung des Isolierdruckes der Siliziumdioxidschicht
in Abhängigkeit vom
N2O/SiH4-Volumenverhältnis, wenn
keine elektrische Substratvorspannungsrate an das Substrat angelegt
ist, welche Darstellung die Ergebnisse der zweiten Ausführungsform
aus 7 wiedergibt;
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9 eine
graphische Darstellung der Ausbildungsgeschwindigkeit der Siliziumdioxidschicht
in Abhängigkeit
vom N2O/SiH4-Volumenverhältnis bei Variation
des im Reaktionsgas vorhandenen SiH4-Volumenverhältnisses,
welche Darstellung das Ergebnis der dritten Ausführungsform der Erfindung wiedergibt;
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10 eine
graphische Darstellung des spezifischen Brechungsindex der Siliziumdioxidschicht in
Abhängigkeit
vom N2O/SiH4-Volumenverhältnis, welche
Darstellung die Ergebnisse der dritten Ausführungsform aus 9 wiedergibt;
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11 eine
graphische Darstellung der Schichtbildungsgeschwindigkeit der Siliziumdioxidschicht
in Abhängigkeit
vom N2O/SiH4-Volumenverhältnis, jeweils
für den
Fall, daß dem
Hauptreaktionsgas gasförmiges
Helium hinzugefügt
ist bzw. nicht hinzugefügt
ist, welche Darstellung die Ergebnisse der vierten Ausführungsform
der Erfindung wiedergibt;
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12 eine
graphische Darstellung des spezifischen Brechungsindex der Siliziumdioxidschicht in
Abhängigkeit
vom N2O/SiH4-Volumenverhältnis, jeweils
für den
Fall, daß dem
Hauptreaktionsgas Helium hinzugefügt bzw. nicht hinzugefügt ist,
welche Darstellung die Ergebnisse der vierten Ausführungsform
aus 11 wiedergibt; und
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13 einen
konventionellen Top-Gate-TFT im Querschnitt.
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Im folgenden werden Ausführungsformen der
Erfindung anhand der Zeichnungen im Detail erklärt.
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1 zeigt
einen schematischen Querschnitt einer Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung 1,
wie sie zum Ausbilden einer Siliziumdioxidschicht gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung verwendet wird.
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Die Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung 1 weist
eine an einer Kammer angeordnete Hochfrequenzelektrode und eine
ein Substrat tragende Suszeptorelektrode auf, wobei sowohl an die
Hochfrequenzelektrode als auch an die Suszeptorelektrode eine elektrische
Hochfrequenzleistung angelegt wird.
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Wie in 1 gezeigt
ist, sind an einer Kammer 2 eine Hochfrequenzelektrode 3 und
eine Absperrplatte 4 angeordnet, und ist, entsprechend
der Absperrplatte 4, unter der Kammer 2 eine Suszeptorelektrode 6 zum
Anordnen eines Substrats 5 befestigt. Die Hochfrequenzelektrode 3 ist
dadurch mit einem ersten Hochfrequenznetzteil 10 verbunden,
daß zwischen
den beiden eine Anpassungseinrichtung zum Anpassen an die Hochfrequenzelektrode 9 angeordnet
ist, welche Einrichtung in einem Gehäuse 7, das leitfähige Materialien
aufweist, eine Anpassungsschaltung 8 beherbergt.
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Außerdem ist zwischen der Hochfrequenzelektrode 3 und
der Absperrplatte 4 ein Raum 11 ausgebildet, und
zum Leiten eines Reaktionsgases in den Raum 11 ist eine
Gaszufuhrleitung 12 vorgesehen. Das durch die Gaszufuhrleitung 12 hindurch
in den Raum 11 tretende Reaktionsgas wird durch eine Vielzahl
von Löchern 4a in
der Absperrplatte 4 hindurch an die Kammer
2 geliefert.
Mit dem Bezugszeichen 13 ist ein Isolator zum Isolieren
der Hochfrequenzelektrode 3 von dem Wandteil der Kammer 2 bezeichnet.
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Rings um die Suszeptorelektrode 6 ist
eine Suszeptordichtung 14 angeordnet, wobei die Suszeptorelektrode 6 und
die Suszeptordichtung 14 so ausgebildet sind, daß sie mittels
eines Blasebalgs 15 auf- und abbewegbar sind. Mittels obiger
Anordnung ist der Abstand zwischen der Hochfrequenzelektrode 3 und
der Suszeptorelektrode 6 regulierbar. Weiter ist die Suszeptorelektrode 6 über die
Anpassungseinrichtung 17 zum Anpassen an die Suszeptorelektrode 6,
welche Einrichtung eine Anpassungsschaltung 16 beherbergt,
mit einem zweiten elektrischen Hochfrequenznetzteil 18 verbunden.
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In einer Anpassungseinrichtung 9 zum
Anpassen an die Hochfrequenzelektrode 3 ist eine Anpassungsschaltung 8 so
angeordnet, daß die
Impedanzen des ersten Hochfrequenznetzteils 10 und der Hochfrequenzelektrode 3 in
dem Gehäuse 7 aneinander
angepaßt
werden. Die Anpassungseinrichtung 9 zum Anpassen an die
Hochfrequenzelektrode 3 ist ein spezifisches Merkmal der
Erfindung. Der detaillierte Aufbau der Anpassungsschaltung 8 ist
so, daß mit
dem ersten Hochfrequenznetzteil 10 eine Spule 19 und
ein Abstimmkondensator 20 in Serie verbunden sind, und
daß mit
demselben Netzteil 10 ein Ablenkkondensator 21 parallel
verbunden ist, dessen andere Platte geerdet ist. Von den beiden
Elektroden 20a, 20b des Abstimmkondensators 20 ist
eine Elektrode 20a die Hochfrequenzelektrode 3.
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Bei dieser Anpassungsschaltung 8 wird
die Impedanz zwischen dem ersten Hochfrequenznetzteil 10 und
der Hochfrequenzelektrode 3 durch ein Regulieren der Kapazität des Abstimmkondensators 20 eingestellt.
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2 und 3 zeigen den Abstimmkondensator 20,
wobei dieser Abstimmkondensator 20 ein Schmetterlingskondensator
ist. An der Hochfrequenzelektrode 3, die auch als eine
Elektrode 20a des Abstimmkondensators verwendet wird, ist
eine isolierende Platte 22 mit einer fächerförmigen Riffelung so angeordnet,
daß sie
auf einer Welle 23 rotiert, und an der Welle 23 ist
eine Elektrode 20b so befestigt, daß die isolierende Platte 22 dazwischen
(zwischen der Elektrode 20b und der Hochfrequenzelektrode 3)
angeordnet ist.
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Zusätzlich wird beim Drehen der
isolierenden Platte 22 unter Verwendung der Riffel 22a und des
Zahnrades 24, die darauf ausgebildet sind, der überlappende
Bereich zwischen der Elektrode 20b und der isolierenden
Platte 22 verändert,
wodurch die Abstimmung so durchgeführt wird, daß die Kapazität zwischen
den Elektroden 20a und 20b auf den benötigten Wert
eingestellt wird.
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Andererseits ist, wie in 1 gezeigt ist, bei der Anpassungseinrichtung 17 zur
Anpassung an die Suszeptorelektrode 6 die Anpassungsschaltung 16 so
angeordnet, daß eine
Impedanzanpassung zwischen dem zweiten Hochfrequenznetzteil 18 und
der Suszeptorelektrode 6 durchgeführt wird. Die Anpassungseinrichtung 17 zum
Anpassen an die Suszeptorelektrode 6 ist von konventioneller
Bauart.
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Bei der Anpassungsschaltung 16 ist
die Elektrode auf einer Seite des Kondensators 25 mit Anpassungsspulen 26, 27 verbunden
und ist die Elektrode auf der anderen Seite des Kondensators 25 mit
zwei Ablenkkondensatoren 28, 29 verbunden, wobei
die Elektroden auf der anderen Seite der Ablenkkondensatoren jeweils
geerdet sind.
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Zum Ausbilden einer Siliziumdioxidschicht unter
Verwendung obiger Plasma-CVD-Vorrichtung 1 wird das Substrat 5 auf
der Suszeptorelektrode 6 angeordnet und von dem ersten
und dem zweiten Hochfrequenznetzteil 10, 18 eine
elektrische Hochfrequenzleistung an die Hochfrequenzelektrode 3 bzw.
die Suszeptorelektrode 6 angelegt. Die Siliziumdioxidschicht
wird auf dem Substrat 5 ausgebildet, indem durch die Absperrplatte 4 in
der Gaszufuhrleitung 12 hindurch ein Reaktionsgas in die
Kammer 2 geliefert wird und ein Plasma erzeugt wird.
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Was das Reaktionsgas betrifft, sind
die Hauptreaktionsgase Monosilan und Lachgas, und es sind weitere
Gase vorhanden, wobei der Volumenanteil der Hauptreaktionsgase 10%–50% beträgt. Die weiteren
Gase weisen ein Gas auf, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Helium, Wasserstoff,
Xenon, Sauerstoff, Argon, Stickstoff und Mischungen daraus besteht.
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Was das Hauptreaktionsgas betrifft,
zum Beispiel 400 cm3 Lachgas zu 40 cm3 Monosilan, ist es bevorzugt, daß das Volumenverhältnis von
Lachgas zu Monosilan 10 oder mehr beträgt. Hierbei wird die Siliziumdioxidschicht
mit ausreichend hoher Schichtausbildungsgeschwindigkeit ausgebildet.
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Die Ausbildungsbedingungen der Schicht sind
zum Beispiel eine Temperatur von 300°C, ein Druck von 200 Pa, ein
Volumenverhältnis
von Lachgas zu Monosilan von 10, ein Volumenanteil des Gasgemisches
aus Lachgas- und Monosilan am Reaktionsgas von 35% (Verdünnung mit
Helium), eine Frequenz der an die Hochfrequenzelektrode angelegten
elektrischen Hochfrequenzleitung im Frequenzbereich von 13,56 MHz
bis 100 MHz, eine Frequenz der an die Suszeptorelektrode angelegten elektrischen
Substratvorspannung im Frequenzbereich von 50kHz bis 1,6 MHz und
ein Verhältnis
von 40% zwischen der an die Suszeptorelektrode angelegten elektrischen
Hochfrequenzleistung und der Summe aus der an die Hochfrequenzelektrode
angelegten elektrischen Hochfrequenzleistung und der an die Suszeptorelektrode
angelegten Hochfrequenzleistung (im folgenden wird dieses Verhältnis als
elektrische Substratvorspannungsrate bezeichnet).
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4 schließlich zeigt
einen Herstellungsprozeß,
wobei das Herstellungsverfahren eines Top-Gate-TFT unter Verwendung
der Siliziumdioxidschicht als Gateisolator und als Trennisolator
veranschaulicht ist.
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Wie in 4A gezeigt
ist, wird auf einem transparenten Substrat 30, zum Beispiel einem
Glas, eine Halbleiterschicht 31 aus amorphem Silizium mit einer
Dicke von 50 nm ausgebildet und die Halbleiterschicht 31 dann
mittels eines photolithographischen Prozesses inselförmig strukturiert.
Dann wird auf der gesamten Oberfläche eine Siliziumdioxidschicht
mit einer Dicke von 30 nm ausgebildet.
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Zu diesem Zeitpunkt werden die Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung 1 und ein
Reaktionsgas, dessen Hauptreaktionsgase Lachgas und Monosilan sind,
verwendet. Weiter werden, nachdem auf der gesamten Oberfläche eine
Metall schicht aus Al und dergleichen mit einer Dicke von 100 nm
ausgebildet worden ist, die Metallschicht und die Siliziumdioxidschicht
mittels eines photolithographischen Prozesses strukturiert, wodurch
die Gateelektrode 32 und die Gateisolierung 33 ausgebildet werden.
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Wie in 4B gezeigt
ist, werden Bereiche der Halbleiterschicht 31 mit Ausnahme
des Bereiches unterhalb der Gateelektrode 32 durch Ionen-Dotierung
mit Verunreinigungen wie zum Beispiel Phosphor, Arsen usw. in die
Oberseite der Gateelektrode 32 zu n-Silizium umgewandelt,
wodurch ein Sourcebereich 34 und ein Drainbereich 35 ausgebildet
werden. Der so entstandene Bereich zwischen dem Source- und dem
Drainbereich 34 bzw. 35 stellt den Kanalbereich 36 dar.
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Auf der gesamten Oberfläche wird
eine Trennisolierung 37 aus einer Siliziumdioxidschicht
mit einer Dicke von 200 nm ausgebildet. Zu diesem Zeitpunkt werden
die Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung 1 und
ein Reaktionsgas, dessen Hauptreaktionsgase Lachgas und Monosilan
sind, verwendet.
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Die Trennisolierung 37 wird
mittels eines photolithographischen Prozesse strukturiert, wobei Kontaktlöcher 38, 39 zum
Erreichen des Source- beziehungsweise Drainbereichs 34 bzw. 35 der
Halbleiterschicht 31 ausgebildet werden. Dann wird auf
der ganzen Oberfläche
eine Metallschicht aus z.B. Al mit einer Dicke von 100 nm ausgebildet
und diese Metallschicht strukturiert, so daß die Sourceelektrode 40 bzw.
die Drainelektrode 41 ausgebildet werden.
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Wie in 4C gezeigt
ist, wird auf der gesamten Oberfläche eine Passivierungsschicht 42 aus Siliziumnitrid
ausgebildet und mittels eines photolithographischen Prozesses strukturiert,
und anschließend
wird ein Kontaktloch r zum Zugang zur Drainelektrode 41 ausgebildet.
Zusätzlich
wird auf der gesamten Oberfläche
eine transparente leitfähige Schicht
aus zum Beispiel ITO ausgebildet und strukturiert, die als Pixelelektrode 44 vorgesehen
ist. In der oben beschriebenen Prozeßtechnik wird außerdem ein
TFT 45 zum Verbinden der Pixelelektrode 44 hergestellt.
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Bei dem Verfahren zum Ausbilden einer
Siliziumdioxidschicht gemäß der Ausführungsform
wird eine Zweifrequenz- Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung
verwendet und wird die Elektrode 20a auf einer Seite des
Abstimmkondensators 20 der Anpassungseinrichtung 9 zur
Anpassung an die Hochfrequenzelektrode 3 auch als Hochfrequenzelektrode 3 verwendet,
wodurch die elektrische Verlustleistung der angelegten elektrischen
Hochfrequenzleistung im Vergleich zum Stand der Technik stark verringert
ist. Dadurch ist die Effizienz der elektrischen Leistungsaufnahme
erhöht,
und es ist möglich,
eine Siliziumdioxidschicht mit hoher Qualität und hoher Ausbildungsgeschwindigkeit
zu erzielen.
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Daher ist bei dem Herstellungsverfahren
des TFT unter Verwendung einer Siliziumdioxidschicht gemäß der Ausführungsform
im Vergleich zu einer Siliziumdioxidschicht auf Grundlage von TEOS
gemäß dem Stand
der Technik eine gute Stufenbedeckung erzielbar, obwohl als Trennschicht 37 eine
Siliziumdioxidschicht auf Grundlage von z.B. N2O/SiH4 verwendet wird. Da der Isolierdruck ausreichend hoch
ist, kann außerdem
mittels einer Siliziumdioxidschicht auf Grundlage von N2O/SiH4 eine hochzuverlässige Gateisolierung 33 erreicht
werden.
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Überdies
ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
ein Reaktionsgas verwendbar, dessen Hauptgase Lachgas und Monosilan
sind, welche weitverbreitete Gase sind, wodurch eine Durchführung des
Verfahrens unter Verzicht auf das herkömmliche TEOS-Gas möglich ist.
So treten keine Probleme dahingehend auf, daß die Handhabung des Gases
schwierig wäre
und die Kosten hoch wären,
wodurch der Nutzen und die Produktivität des TFT erhöht sind.
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Im folgenden werden Modifizierungen
der Erfindung beschrieben.
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Zum Beispiel sind die Ausbildungsbedingungen
der Schicht der CVD usw. gemäß der oben
beschriebenen Ausführungsform
nur als Beispiele anzusehen, wobei Variationen möglich sind. Bei der Ausführungsform
wird das Herstellungsverfahren des TFT auf einen Top-Gate-TFT angewendet,
das Verfahren kann jedoch auch auf einen Bottom-Gate-TFT angewendet
werden.
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Bei der Plasma-CVD-Anordnung 1 zum
Ausbilden der Schicht nach 1 ist
eine Seitenwand des Gehäuses 7 der Anpassungseinrichtung 9 zum Anpassen
an die Hochfrequenzelektrode 3 parallel zur Versorgungsleitung
angeordnet. Wie in 5 gezeigt
ist, ist es jedoch möglich,
daß eine
Seitenwand des Gehäuses 47 der
Anpassungseinrichtung 46 zum Anpassen an die Hochfrequenzelektrode 3 verwendet
wird, wobei die Seitenwand nicht parallel zur Versorgungsleitung 48 angeordnet
ist.
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Bei dieser Plasma-CVD-Anordnung 49 verlaufen
beim Einspeisen einer elektrischen Leistung die Flußrichtungen
der abfließenden
und der zurückfließenden Ströme des Hochfrequenzstroms
nicht parallel zueinander, wodurch verhindert wird, daß die Gegeninduktivität ansteigt.
Folglich sind die Effizienz der elektrischen Leistungsaufnahme,
die Ausbildungsgeschwindigkeit der Siliziumdioxidschicht und die
Qualität
der Schicht verbessert.
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In 5 werden
für die
im Vergleich zu 1 übereinstimmenden
Komponenten gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform
wird die Siliziumdioxidschicht unter Verwendung der Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung mit
der oben beschriebenen Anpassungseinrichtung ausgebildet.
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6 zeigt
eine graphische Darstellung der Schichtbildungsgeschwindigkeit in
Abhängigkeit
vom N2O/SiH4-Volumenverhältnis bei
Variation der unter Verwendung der Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung
gemäß der Ausführungsform
an die Suszeptorelektrode angelegten elektrischen Substratvorspannungsrate
(rf2). Die horizontale Achse stellt das
N2O/SiH4-Volumenverhältnis dar,
und die vertikale Achse stellt die Schichtbildungsgeschwindigkeit
dar.
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Die Schichtbildungsbedingungen waren
so, daß die
Frequenz der an die Hochfrequenzelektrode angelegten elektrischen
Hochfrequenzleistung 13,56 MHz betrug, die elektrische Leistung
(rf1) auf einem festen Wert gehalten wurde,
die Frequenz der an die Suspektorelektrode angelegten elektrischen
Substratvorspannung 1,6 MHz betrug und die elektrische Substratvorspannungsrate
33,3% (in 6 durch Quadrate
und eine durchgezogene Linie dargestellt), 50% (in 6 durch Kreise und eine durchgezogene Linie
dargestellt) bzw. 66,6 (in 6 durch
Dreiecke und eine durchgezogene Linie dargestellt) betrug. Die Substrattemperatur
betrug 300 °C,
und der Druck in der Kammer betrug 200 Pa.
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Bei dem Vergleichsbeispiel wurde
die gleiche Schichtbildung durchgeführt, wobei allerdings eine
konventionelle Vorrichtung mit nur der Hochfrequenzelektrode, an
welche die Hochfrequenzleistung mit einer Frequenz von 13,56 MHz
angelegt wurde, verwendet wurde (in 6 durch
Kreuze und eine gestrichelte Linie dargestellt).
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Wie in 6 gezeigt
ist, betrug im Fall des Vergleichsbeispiels die Schichtbildungsgeschwindigkeit
nur 100 nm/min oder weniger, wenn das Volumenverhältnis von
N2O/SiH4 im Bereich
von 5 bis 20 lag. Andererseits betrug im Falle der erfindungsgemäßen Ausführungsformen,
wenn die elektrische Vorspannungsrate 33,3%, 50% bzw. 66,6% betrug, die
Schichtbildungsgeschwindigkeit 200 nm/min und weniger oder mehr
bei einem Volumenverhältnis
von N2O/SiH4 von
5, und 370 nm/min und weniger oder mehr bei einem Volumenverhältnis von
N2O/SiH4 von 20.
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So ist bei der erfindungsgemäßen Zweifrequenz-Anregungs-Plasmä-CVD-Anordnung
die Schichtbildungsgeschwindigkeit gegenüber der konventionellen Vorrichtung
deutlich verbessert. Zusätzlich
wird im Falle der erfindungsgemäßen Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung,
wenn das Volumenverhältnis
von N2O/SiH4 höher ist,
die Schichtbildungsgeschwindigkeit verbessert, und wird, wenn die
elektrische Substratvorspannung höher ist, die Schichtbildungsgeschwindigkeit
verbessert.
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Die Variation des Isolierdruckes
der ausgebildeten Siliziumdioxidschicht wurde in Abhängigkeit von
der angelegten elektrischen Substratvorspannung untersucht.
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7 zeigt
eine graphische Darstellung des Isolierdruckes der Siliziumdioxidschicht
in Abhängigkeit
von der elektrischen Substratvorspannungsrate bei Verwendung der
erfindungsgemäßen Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD- Anordnung. Die horizontale
Achse stellt die elektrische Substratvorspannungsrate (%) dar, und
die vertikale Achse stellt den Isolierdruck (MV/cm) dar.
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Die Ausbildungsbedingungen beim Ausbilden
der Schicht waren so, daß die
Frequenz der an die Hochfrequenzelektrode angelegten Hochfrequenzleistung
40,68 MHz betrug, die elektrische Hochfrequenzleistung rf2 auf einem festen Wert gehalten wurde, die
Frequenz der an die Suszeptorelektrode angelegten elektrischen Substratvorspannung
1,6 MHz betrug, und die elektrische Substratvorspannungsrate 0%,
14,3% bzw. 40% betrug. Die Substrattemperatur betrug 300°C, und der
Druck in der Kammer betrug 200 Pa.
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Was das Reaktionsgas betrifft, so
wurde das N2O-Volumenverhältnis verändert, nachdem das SiH4/He-Volumenverhältnis zu
5% festgelegt worden war, und die Dicke der Siliziumdioxidschicht
betrug 200 nm Wenn keine elektrische Substratvorspannung angelegt
ist, welcher Fall in 8 gezeigt
ist, beträgt
der Isolierdruck 10 MV/cm oder mehr bei einem N2O/SiH4-Verhältnis
im Bereich von 5 bis 10, bei einem N2O/SiH4-Volumenverhältnis von 15 bis 20 fällt der
Isolierdruck jedoch auf 7 bis 8 MV/cm ab. Wenn, wie in 7 gezeigt ist, der Isolierdruck
bei einem N2O/SiH4-Volumenverhältnis von
15 7,7 MV/cm beträgt,
steigt der Isolierdruck beim Anlegen einer elektrischen Substratvorspannungsrate
von 14,3 bis 40% auf ungefähr
9 MV/cm an. Hiermit wurde bewiesen, daß durch das Anlegen einer elektrischen
Substratvorspannung bewirkt wird, daß der Isolierdruck der Siliziumdioxidschicht
verbessert wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Ausbilden der Siliziumdioxidschicht wurden die Änderungen
der Kennlinien der ausgebildeten Siliziumdioxidschicht in Abhängigkeit
von der Variation des N2O/SiH4-Volumenverhältnisses
untersucht.
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9 zeigt
eine graphische Darstellung der Schichtbildungsgeschwindigkeit der
Siliziumdioxidschicht in Abhängigkeit
vom N2O/SiH4-Volumenverhältnis bei
Verwendung der Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung. Zu diesem
Zeitpunkt betrug der Volumenanteil des SiH4 am
Reaktionsgas 1% (in 9 durch
Quadrate und eine durchgezogene Linie dargestellt), 2% (in 9 durch Kreise und eine
durchgezogene Linie dargestellt), bzw. 3% (in 9 durch Dreiecke und eine durchgezogene
Linie dargestellt).
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In 9 stellt
die horizontale Achse das N2O/SiH4-Volumenverhältnis dar,
und die vertikale Achse stellt die Schichtbildungsgeschwindigkeit
in nm/min dar.
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Die Ausbildungsbedingungen bei der Schichtbildung
waren so, daß die
an die Hochfrequenzelektrode angelegte elektrische Hochfrequenzleistung
eine Frequenz von 40,68 MHz hatte, die elektrische Substratvorspannung
eine Frequenz von, 1,6 MHz hatte, und die elektrische Substratvorspannungsrate
33,3 betrug. Die Substrattemperatur betrug 300 °C, und der Druck in der Kammer
betrug 200 Pa.
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Bei dem Vergleichsbeispiel wurde
die gleiche Schichtbildung durchgeführt, jedoch unter Verwendung
einer herkömmlichen
Vorrichtung mit nur der Hochfrequenzelektrode, an welche die elektrische
Hochfrequenzleistung mit einer Frequenz von 13,56 MHz angelegt war
(in 9 durch Kreuze und eine
gestrichelte Linie dargestellt).
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10 zeigt
eine graphische Darstellung des spezifischen Brechungsindex der
Siliziumdioxidschicht in Abhängigkeit
vom Volumenverhältnis
von N2O/SiH4. In 10 stellt die horizontale
Achse das Volumenverhältnis
von N2O/SiH4 und
die vertikale Achse den spezifischen Brechungsindex dar.
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Die Ausbildungsbedingungen bei der Schichtbildung
waren so, daß die
an die Hochfrequenzelektrode angelegte elektrische Hochfrequenzleistung
eine Frequenz von 40,68 MHz hatte, die Substratvorspannung eine
Frequenz von 1,6 MHz hatte und die elektrische Substratvorspannungsrate 33,3
betrug. Die Substrattemperatur betrug 300°C, und der Druck in der Kammer
betrug 200 Pa (in 10 durch
Quadrate und eine durchgezogene Linie dargestellt).
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Bei dem Vergleichsbeispiel wurde
die gleiche Schichtbildung durchgeführt, jedoch unter Verwendung
einer herkömmlichen
Vorrichtung mit nur der Hochfrequenzelektrode, an welche die Hochfrequenzleistung
mit einer Frequenz von 13,56 MHz angelegt war (in 10 durch Kreuze und eine gestrichelte
Linie dargestellt).
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Wie in 9 gezeigt
ist, beträgt
im Fall des Vergleichsbeispiels bei einem N2O/SiH4-Volumenverhältnis im Bereich von 5 bis
50 die Schichtbildungsgeschwindigkeit 500 bis 150 nm/min. Wenn jedoch bei
den erfindungsgemäßen Ausführungsformen
der im Reaktionsgas vorhandene SiH4-Volumenanteil 1%,
2% bzw. 3% beträgt,
ist die Schichtbildungsgeschwindigkeit im Vergleich zum Vergleichsbeispiel sehr
hoch.
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Den Daten aus der Ausführungsform
zufolge ist die Schichtbildungsgeschwindigkeit höher, wenn der SiH4-Volumenanteil größer ist,
und während
die Schichtbildungsgeschwindigkeit bei einem SiH4-Volumenanteil
von 1% 300 nm/min und weniger oder mehr beträgt, steigt sie bei einem SiH4-Volumenanteil von
3 % auf 600 nm/min an.
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Den Daten bei konstantem SiH4-Volumenanteil zufolge steigt die Schichtbildungsgeschwindigkeit rasch
an, wenn das N2O/SiH4-Volumenverhältnis im Bereich
von 0 bis 10 liegt, und bleibt die Schichtbildungsgeschwindigkeit
annähernd
konstant, wenn das N2O/SiH4-Volumenverhältnis 10
oder mehr beträgt.
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Den obigen Ergebnissen zufolge ist
es wegen der guten Stabilität
und Beherrschbarkeit der Schicht bevorzugt, daß die erfindungsgemäße Hochfrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung und ein
N2O/SiH4-Volumenverhältnis von
10 oder mehr verwendet werden.
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Im Fall des auch in 10 gezeigten Vergleichsbeispiels sinkt
der Brechungsindex allmählich, wenn
das N2O/SiH4-Volumenverhältnis von
10 auf 50 ansteigt, und liegt der Brechungsindex im Bereich von
1,4 bis 1,5, wenn das N2O/SiH4-Volumenverhältnis ungefähr 50 beträgt. Da das
Siliziumdioxid in dem Bereich, in dem der durch die durchgezogene
Linie dargestellte Brechungsindex einen Wert im Bereich von 1,4
bis 1,5 aufweist, ein stöchiometrisches
Verhältnis
aufweist, und aufgrund der Tatsache, daß der Brechungsindex den oben
genannten Wert hat, wird gefolgert, daß die Schicht mit großer Sicherheit
aus SiO2 besteht.
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Im Fall des Vergleichsbeispiels fällt, im
Vergleich mit obigem, der Brechungsindex rasch ab, wenn das N2O/SiH4- Volumenverhältnis im
Bereich von 0 bis 10 liegt, und liegt der Brechungsindex im Bereich
von 1,4 bis 1,5 und behält
den Wert in diesem Bereich bei, wenn das N2O/SiH4-Volumenverhältnis 10
beträgt.
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Aus den obigen Ergebnissen folgt,
daß, wenn
die erfindungsgemäße Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung
und ein N2O/SiH4-Volumenverhältnis von
10 oder mehr verwendet werde, man eine Siliziumdioxidschicht mit
einem stöchiometrischen
Verhältnis
erhält.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Ausbilden einer Siliziumdioxidschicht wurde weiter die Auswirkung
dem Hauptreaktionsgas hinzugefügter
weiterer Gase auf die Schichtbildung untersucht.
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11 zeigt
eine graphische Darstellung der Schichtbildungsgeschwindigkeit der
Siliziumdioxidschicht in Abhängigkeit
vom N2O/SiH4-Volumenverhältnis, jeweils
für den
Fall, daß dem
Hauptreaktionsgas, N2O/SiH4,
gasförmiges
Helium hinzugefügt
war (in 11 durch Quadrate
und eine durchgezogene Linie dargestellt) bzw. nicht hinzugefügt war (in 11 durch Kreise und eine
durchgezogene Linie dargestellt), wobei die erfindungsgemäße Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung
verwendet wurde. Im Fall des Hinzufügens von gasförmigem Helium
betrug das Gasvolumen 800 cm3. Die horizontale
Achse stellt das N2O/SiH4-Volumenverhältnis dar,
und die vertikale Achse stellt die Schichtbildungsgeschwindigkeit
in nm/min dar.
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Die Schichtbildungsbedingungen waren
so, daß die
an die Hochfrequenzelektrode angelegte elektrische Hochfrequenzleistung
eine Frequenz von 40,68 MHz hatte, die elektrische. Substratvorspannung
eine Frequenz von 1,6 MHz hatte, und die elektrische Substratvorspannungsrate
33,3% betrug. Die Substrattemperatur betrug 300 °C, und der Druck in der Kammer
betrug 200 Pa.
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12 zeigt
eine graphische Darstellung des Brechungsindex der Siliziumdioxidschicht
in Abhängigkeit
vom N2O/SiH4-Volumenverhältnis, jeweils für den Fall,
daß dem
Hauptreaktionsgas N2O/SiH4 gasförmiges Helium
hinzugefügt
war (in 12 durch Quadrate
und eine durchgezogene Linie dargestellt) bzw. nicht hinzugefügt war (in 12 durch Kreise und eine
durchgezogene Linie dargestellt). Die horizontale Achse stellt das
N2O/SiH4-Volumenverhältnis dar,
und die vertikale Achse stellt den Brechungsindex dar.
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Die Schichtbildungsbedingungen waren
so, daß die
an die Hochfrequenzelektrode angelegte elektrische Hochfrequenzleistung
eine Frequenz von 40,68 MHz hatte, die elektrische Substratvorspannung
eine Frequenz von 1,6 MHz hatte und die elektrische Substratvorspannungsrate
33,3% betrug. Die Substrattemperatur betrug 300 °C, und der Druck in der Kammer
betrug 200 Pa.
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Wie in 11 gezeigt
ist, sinkt in dem Fall, daß kein
gasförmiges
Helium hinzugefügt
ist, die Schichtbildungsgeschwindigkeit rasch ab, wenn das N2O/SiH4-Volumenverhältnis 10 übersteigt.
Jedoch war es in dem Fall, wenn ein Volumen von 800 cm3 von
gasförmigem
Helium hinzugefügt
war, obwohl das N2O/SiH4-Volumenverhältnis geändert wurde, möglich, daß eine rasche
Ausbildung der erfindungsgemäßen Siliziumdioxidschicht
stabil aufrechterhalten wurde.
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Weiter ist, wie in 12 gezeigt ist, in dem Fall, wenn gasförmiges Helium
hinzugefügt
ist, gegenüber
dem Fall, wenn kein gasförmiges
Helium hinzugefügt
ist, die Änderungsrate
des Brechungsindex in Abhängigkeit
vom N2O/SiH4-Volumenverhältnis verringert,
und wenn das N2O/SiH4-Volumenverhältnis in
einem kleineren Bereich liegt, liegt der Brechungsindex im Bereich
von 1,4 bis 1,5 (Bereich des stöchiometrischen
Verhältnisses).
In Bezug auf die Zusammensetzung der Siliziumdioxidschicht ist es daher
wegen der Stabilität
in diesem Fall bevorzugt, daß gasförmiges Helium
hinzugefügt
wird.
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Wie oben beschrieben wurde, beweisen
die Ergebnisse der ersten bis vierten Ausführungsformen, daß durch
die Verwendung einer Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung
und durch Verwendung eines Hauptreaktionsgases, bei dem das N2O/SiH4-Volumenverhältnis 10
oder mehr beträgt,
und welchem weitere Gase wie z.B. Helium, etc. hinzugefügt sind,
die Ausbildungsgeschwindigkeit der Siliziumdioxidschicht und der
Isolierdruck verbessert sind.
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Weiter ermöglicht die Erfindung insbesondere
das Ausbilden einer Siliziumdioxidschicht, wie sie vorzugsweise
als Trennisolator, wobei Stufenbedeckung erforderlich ist, und als
Gateisolator, wobei eine Zuverlässigkeit
des Isolierdruckes erforderlich ist, verwendet wird.
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Folglich ist bei der Verwendung der
erfindungsgemäßen Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung
mit der Anpassungsvorrichtung die Effizienz der elektrischen Leistungsaufnahme verbessert
und die Schichtbildungsgeschwindigkeit erhöht. Die Schichtbildungsgeschwindigkeit
auf dem Substrat ist außerdem
erhöht,
wenn eine elektrische Substratvorspannung angelegt ist, wobei eine
gute Stufenbedeckung erreicht wird.
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Deshalb kann die Siliziumdioxidschicht
auf Grundlage von N2O/SiH4,
wie die konventionelle Siliziumdioxidschicht auf Grundlage von TEOS,
als Trennisolator verwendet werden. Weiter erhält man aufgrund der Verbesserung
der Schichtqualität
insbesondere eine Verbesserung des Isolierdruckes, so daß ein Anlegen
an den Gateisolator möglich
ist.
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Folglich ist gemäß der Erfindung ein TFT mit hoher
Zuverlässigkeit
in Verbindung mit guter Leistungsfähigkeit herstellbar, ohne daß eine Siliziumdioxidschicht
auf der Grundlage von TEOS verwendet wird, welches als Prozeßgas schwer
zu handhaben ist und außerdem
hohe Kosten verursacht.