DE19952316B4 - Verfahren zum Herstellen einer Gateisolierung und einer Trennisolierung in einem Dünnfilmtransistor - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Gateisolierung und einer Trennisolierung in einem Dünnfilmtransistor Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Gateisolierung (33) und einer Trennisolierung (37) in einem Dünnfilmtransistor (45) mittels eines unter gleichartigen Plasma-Abscheidebedingungen gebildeten Siliziumdioxids, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
a) Bereitstellen einer Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung (1) mit einer Hochfrequenzelektrode (3) und einer Suszeptorelektrode (6), wobei der Abstand zwischen der Hochfrequenzelektrode (3) und der Suszeptorelektrode (6) steuerbar ist;
b) Anordnen eines für die Herstellung des Dünnfilmtransistors (45) geeigneten Substrats (5, 30) auf der Suszeptorelektrode (6);
c) Anlegen jeweils einer elektrischen Hochfrequenzleistung an die Hochfrequenzelektrode (3) und an die Suszeptorelektrode. (6);
d) Erzeugen eines Plasmas in der Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung (1) 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 (5, 30) für die Gateisolierung (33) und die Trennisolierung (37) des Dünnfilmtransistors (45) durch ein gemäß den Schritten a),...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Gateisolierung und einer Trennisolierung in einem Dünnfilmtransistor.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
    •
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Betreffend das Reaktionsgas beträgt das Volumenverhältnis von Lachgas zu Monosilan vorzugsweise 10 oder mehr.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Zeichnung veranschaulicht Ausführungsformen der Erfindung und dient in Verbindung mit der Beschreibung der Erklärung der Grundsätze der Erfindung.
    •
  • In der Zeichnung zeigen:
  • 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung zur Verwendung zum Ausbilden einer Siliziumdioxidschicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 eine Draufsicht auf den Abstimmkondensator der Anpassungeinrichtung zur Anpassung an die Hochfrequenzelektrode aus 1;
  • 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III aus 2;
  • 4 eine Darstellung eines Herstellungsprozesses zum Herstellen eines TFT unter Verwendung des Verfahrens zum Herstellen einer Siliziumdioxidschicht gemäß der Ausführungsform;
  • 5 ein weiteres Beispiel einer Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung im Querschnitt, zur Verwendung bei dem Verfahren nach 4;
  • 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;
  • 7 eine graphische Darstellung des Isolierdruckes der Siliziumdioxidschicht in Abhängigkeit von der elektrischen Substratvorspannungsrate, welche Darstellung die Ergebnisse der zweiten Ausführungsform der Erfindung wiedergibt;
  • 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;
  • 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;
  • 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;
  • 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;
  • 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
  • 13 einen konventionellen Top-Gate-TFT im Querschnitt.
  • Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen im Detail erklärt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 4 schließlich zeigt einen Herstellungsprozeß, wobei das Herstellungsverfahren eines Top-Gate-TFT unter Verwendung der Siliziumdioxidschicht als Gateisolator und als Trennisolator veranschaulicht ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Im folgenden werden Modifizierungen der Erfindung beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In 5 werden für die im Vergleich zu 1 übereinstimmenden Komponenten gleiche Bezugszeichen verwendet.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Siliziumdioxidschicht unter Verwendung der Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung mit der oben beschriebenen Anpassungseinrichtung ausgebildet.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • Die Variation des Isolierdruckes der ausgebildeten Siliziumdioxidschicht wurde in Abhängigkeit von der angelegten elektrischen Substratvorspannung untersucht.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • In 9 stellt die horizontale Achse das N2O/SiH4-Volumenverhältnis dar, und die vertikale Achse stellt die Schichtbildungsgeschwindigkeit in nm/min dar.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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).
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ausbilden einer Siliziumdioxidschicht wurde weiter die Auswirkung dem Hauptreaktionsgas hinzugefügter weiterer Gase auf die Schichtbildung untersucht.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Gateisolierung (33) und einer Trennisolierung (37) in einem Dünnfilmtransistor (45) mittels eines unter gleichartigen Plasma-Abscheidebedingungen gebildeten Siliziumdioxids, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a) Bereitstellen einer Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung (1) mit einer Hochfrequenzelektrode (3) und einer Suszeptorelektrode (6), wobei der Abstand zwischen der Hochfrequenzelektrode (3) und der Suszeptorelektrode (6) steuerbar ist; b) Anordnen eines für die Herstellung des Dünnfilmtransistors (45) geeigneten Substrats (5, 30) auf der Suszeptorelektrode (6); c) Anlegen jeweils einer elektrischen Hochfrequenzleistung an die Hochfrequenzelektrode (3) und an die Suszeptorelektrode. (6); d) Erzeugen eines Plasmas in der Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung (1) 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 (5, 30) für die Gateisolierung (33) und die Trennisolierung (37) des Dünnfilmtransistors (45) durch ein gemäß den Schritten a), c) und d) erzeugtes Plasma; und f) Ausbilden der Gateisolierung (33) und der Trennisolierung (37) des Dünnfilmtransistors (45) aus den so gebildeten Siliziumdioxidschichten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zweifrequenz-Anregungs-Plasma-CVD-Anordnung (1) aufweist: ein erstes Hochfrequenznetzteil (10), an welches die Hochfrequenzelektrode (3) angeschlossen ist; eine Anpassungseinrichtung zum Anpassen an die Hochfrequenzelektrode (3) mit einer Anpassungsschaltung (8), die eine Impedanzanpassung zwischen dem ersten Hochfrequenznetzteil (10) und der Hochfrequenzelektrode (3) bewirkt; ein zweites Hochfrequenznetzteil (18), an welches die Suszeptorelektrode (6) angeschlossen ist; wobei die Suszeptorelektrode (6) der Hochfrequenzelektrode (3) gegenüber angeordnet ist und das Substrat (5, 30) trägt; und eine Anpassungseinrichtung (17) zur Anpassung an die Suszeptorelektrode (6) mit einer Anpassungsschaltung (16), die eine Impedanzanpassung zwischen dem zweiten Hochfrequenznetzteil (18) und der Suszeptorelektrode (6) bewirkt, wobei eine von den zumindest zwei Elektroden, welche zumindest den Abstimmkondensator der Anpassungsschaltung (8) der Anpassungseinrichtung zur Anpassung an die Hochfrequenzelektrode (3) bilden, die Hochfrequenzelektrode (3) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Volumenverhältnis von Lachgas zu Monosilan 10 oder mehr beträgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei weitere Gase im Reaktionsgas ein Gas aufweisen, das aus der Gruppe gewählt ist, welche aus Helium, Wasserstoff, Xenon, Sauerstoff, Argon, Stickstoff und Mischungen daraus besteht.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Frequenz der an die Hochfrequenzelektrode (3) angelegten elektrischen Hochfrequenzleistung im Bereich von 13,56 MHz bis 100 MHz liegt, und wobei die Frequenz der an die Suszeptorelektrode (6) angelegten elektrischen Hochfrequenzleistung im Bereich von 50 kHz bis 1,6 MHz liegt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei eine Seitenwand des aus einem leitfähigen Material bestehenden Gehäuses der Anpassungseinrichtung zur Anpassung an die Hochfrequenzelektrode (3) nicht parallel zu einer Versorgungsleitung angeordnet ist, wobei das Gehäuse die Versorgungsleitung beherbergt, die die Hochfrequenzelektrode (3) durch die Anpassungsschaltung hindurch mit der elektrischen Hochfrequenzleistung des ersten Hochfrequenznetzteils (10) versorgt.
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POITRAS, D. [u.a.]: Characterization of homo- geneous and inhomogeneous Si-based optical coatings deposited in dual-frequency plasma. In: Optical Engineering, 1996, Vol. 35, No. 9, S. 2693-2699 *

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