使用氬氣稀釋來沉積含硅層的方法
【專利摘要】本揭露書的實(shí)施例大體上提供了于薄膜晶體管器件中形成含硅層的方法。硅可用于在低溫多晶硅薄膜晶體管中形成主動(dòng)通道，或可用作為柵極介電層、鈍化層或甚至蝕刻停止層中的一種元素。含硅層通過氣相沉積工藝沉積，借著氣相沉積工藝而隨著硅前體提供惰性氣體，如氬氣。該惰性氣體用于驅(qū)除弱的、懸浮的硅-氫鍵或硅-硅鍵，因此保留強(qiáng)的硅-硅鍵或硅-氧鍵，以形成實(shí)質(zhì)上不含氫的含硅層。
【專利說明】使用氬氣稀釋來沉積含硅層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例大體上是有關(guān)于形成含娃層(silicon containing layer)的方法。更具體地說，本發(fā)明是關(guān)于形成可運(yùn)用于薄膜晶體管(Thin Film Transistor, TFT)器件的含硅層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子體顯示器面板及液晶顯示器(Liquid Crystal Display, LCD)普遍地用于平板顯示器上。LCD通常包含通過夾于兩個(gè)玻璃基板間的液晶材料層連接在一起的兩個(gè)玻璃基板。玻璃基板可為半導(dǎo)體基板或可為透明基板，透明基板例如像是玻璃、石英、藍(lán)寶石或是透明塑膠膜。IXD也可包含發(fā)光二極管，用以作為背光源。
[0003]隨著對(duì)于LCD的解析度的需求增加，控制液晶單元的大量個(gè)別區(qū)域(稱為像素)已變得合乎期望。在現(xiàn)代的顯示面板中，可存在超過一百萬個(gè)像素。至少有同數(shù)量的晶體管形成于玻璃基板上，以使得各個(gè)像素相對(duì)于其他設(shè)置在基板上的像素可于開、關(guān)狀態(tài)(energized and de-energized)間切換。
[0004]含硅材料已成為大多數(shù)薄膜晶體管的基礎(chǔ)材料。含硅材料已被運(yùn)用于形成通道材料，通道材料像是用于低溫多晶娃薄膜晶體管(Low Temperature Polysilicon Thin FilmTransistor, LTPS TFT)的多晶硅，及含硅材料被用作為在形成薄膜晶體管中的柵極介電層(gate dielectric layer)、介面層(interface layer)、純化層(passivation layer)或甚至蝕刻停止層(etch stop layer)時(shí)使用的一種元素。
[0005]因此，在本【技術(shù)領(lǐng)域】中需要利用含硅材料形成具有穩(wěn)定性和可靠的效能(performance)的薄膜晶體管的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本揭露書的實(shí)施例大體上提供了形成薄膜晶體管、有機(jī)發(fā)光二極管(OrganicLight-Emitting Diode, 0LED)、發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode, LED)及太陽電池兀件中的含硅層的方法。含硅層可用于形成包含低溫多晶硅、金屬氧化物薄膜晶體管器件等等的薄膜晶體管器件中的主動(dòng)通道，或是被用作為柵極介電層、介面層、鈍化層或蝕刻停止層中的一種兀素。含娃層通過氣相沉積工藝來沉積，借著氣相沉積工藝而隨著含娃前體(precursor)提供惰性氣體，例如氬氣。該惰性氣體用于驅(qū)除弱的、懸浮的硅-氫鍵或硅-硅鍵，因此保留強(qiáng)的硅-硅鍵或是硅-氧鍵。
[0007]在一實(shí)施例中，揭露了一種在基板上形成含娃層的方法。該方法包括運(yùn)送基板至處理腔室中，并提供具有硅基氣體、惰性氣體且實(shí)質(zhì)上不含氫的氣體混合物至處理腔室。氣體混合物的惰性氣體的每單位基板表面積的體積流率為硅基氣體的每單位基板表面積的體積流率的約1.8倍至約79倍。該方法另外包括施加射頻功率至電極，以將氣體混合物激發(fā)成等離子體，并形成非晶硅層于基板上。
[0008]在另一實(shí)施例中，揭露了一種形成硅氧化物層的方法。該方法包括提供具有硅基氣體、惰性氣體及含氧氣體的氣體混合物至處理腔室。氣體混合物的惰性氣體的每單位表面積的體積流率為硅基氣體的每單位表面積的體積流率的約11倍至約80倍。該方法亦包括施加射頻功率，以將氣體混合物激發(fā)成等離子體，并形成硅氧化物層于基板上。
[0009]再一實(shí)施例中，金屬氧化物薄膜晶體管器件包括基板、設(shè)置于基板上的柵極絕緣層、設(shè)置于柵極絕緣層上的主動(dòng)通道、設(shè)置于主動(dòng)通道上的源極-漏極電極及設(shè)置于源極-漏極電極層上的鈍化層，其中柵極絕緣層包含實(shí)質(zhì)上不含氫的硅氧化物層，其中主動(dòng)通道至少包含銦鎵鋅氧化物(InGaZnO)、銦鎵鋅氮氧化物(InGaZnON)、氧化鋅(ZnO)、氮氧化鋅(ZnON)、鋅錫氧化物(ZnSnO)、鎘錫氧化物(CdSnO)、鎵錫氧化物(GaSnO)、鈦錫氧化物(TiSnO)、銅招氧化物(CuAlO)、銀銅氧化物(SrCuO)、鑭銅氧硫氧化物(LaCuOS)、氮化鎵(GaN)、銦鎵氮化物(InGaN)、鋁鎵氮化物(AlGaN)或銦鎵鋁氮化物(InGaAlN)其中之一，其中鈍化層包含實(shí)質(zhì)上不含氫的硅氧化物層。
[0010]又一實(shí)施例中，金屬氧化物薄膜晶體管器件包含基板及主動(dòng)通道，主動(dòng)通道設(shè)置于基板上的源極-漏極電極及柵極絕緣層之間，其中，形成于主動(dòng)通道及柵極絕緣層之間的介面包含實(shí)質(zhì)上不含氫的介電表面。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]為了獲得并且詳細(xì)理解本發(fā)明的上述特征的方式，可以參照在附圖中說明的本發(fā)明的各實(shí)施例來得到上面簡(jiǎn)述的本發(fā)明的更為具體的描述。
[0012]圖1為薄膜晶體管器件結(jié)構(gòu)的剖面圖；
[0013]圖2描述了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的可用于沉積非晶硅層的處理腔室的剖面圖；
[0014]圖3描述了一種形成可用于器件結(jié)構(gòu)中的接著被轉(zhuǎn)變成多晶硅層的非晶硅層的方法的一實(shí)施例的工藝流程圖；以及
[0015]圖4A-4D描述了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的具有非晶娃層的器件結(jié)構(gòu)的一實(shí)施例，該器件結(jié)構(gòu)以將非晶硅層轉(zhuǎn)變成多晶硅層的順序的各階段示出。
[0016]圖5A-5B為根據(jù)一實(shí)施例的薄膜晶體管器件的示意性的剖面圖；以及
[0017]圖6為根據(jù)一實(shí)施例的薄膜晶體管器件的示意性的剖面圖。
[0018]為了便于理解，在可能的情況下使用相同的附圖標(biāo)記來指明各個(gè)附圖中相同的元件?？梢韵氲?，一實(shí)施例中的元件與特征亦可能有利地結(jié)合于其他實(shí)施例中，而無須進(jìn)一步敘述。
[0019]然而須注意，附圖僅說明本發(fā)明的示例性實(shí)施例，因此不應(yīng)被視為限制本發(fā)明的范圍，因?yàn)楸景l(fā)明的范圍還可及于其他等效的實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本揭露書的實(shí)施例大體上提供了于薄膜晶體管器件中形成含硅層的方法。該含硅層可用于在低溫多晶硅薄膜晶體管或其他合適的金屬氧化物薄膜晶體管(metal oxideTFT)元件中形成主動(dòng)通道，或可被用作為柵極介電層、介面層、鈍化層或甚至蝕刻停止層中的一個(gè)元件。含硅層通過氣相沉積工藝來沉積，借著氣相沉積工藝而隨著硅前體提供惰性氣體，例如氬氣。該惰性氣體用于驅(qū)除弱的、懸浮的硅-氫鍵或硅-硅鍵，因此保留較強(qiáng)的硅-硅鍵或是硅-氧鍵。[0021]在一實(shí)施例中，揭露了一種形成非晶硅層的方法，該非晶硅層可于之后轉(zhuǎn)變成多晶硅層。該非晶硅層可用于低溫多晶硅薄膜晶體管器件中，作為通道材料?；蛘撸ㄟ^此處所述的方法形成的非晶硅層、硅氧化物層、硅氮化物層、氮氧化硅層或其他合適的含硅層，也可應(yīng)用于合適的薄膜晶體管器件中，例如金屬氧化物薄膜晶體管器件。非晶硅層、硅氧化物層、硅氮化物層、氮氧化硅層或其他合適的含硅層等等，亦可用于光二極管(photodiodes)、半導(dǎo)體二極管、發(fā)光二極管(LEDs)、有機(jī)發(fā)光二極管(OLEDs)或其他顯示器應(yīng)用上。非晶硅層、硅氧化物層、硅氮化物層、氮氧化硅層以最低的含氫量，提供高的薄膜品質(zhì)和穩(wěn)定性及低的薄膜泄漏(filmleakage)，從而有效地強(qiáng)化晶體管器件的電性性能。值得注意的是，除了上述提到的應(yīng)用，非晶硅層可用于其他合適器件。
[0022]圖1示出低溫多晶硅薄膜晶體管器件150的一示范性實(shí)施例。低溫多晶硅薄膜晶體管器件為具有源極區(qū)109a、通道區(qū)109c及漏極區(qū)10%形成于透光基板(lighttransparent substrate) 102上的金屬氧化物半導(dǎo)體元件,透光基板102上設(shè)有或不設(shè)有任選的介電層104。源極區(qū)109a、通道區(qū)109c及漏極區(qū)109b普遍地由初始沉積時(shí)為非晶硅(a-Si)層，之后經(jīng)熱處理處理(例如退火)以形成多晶硅層的層來形成。源極區(qū)109a、通道區(qū)109c及漏極區(qū)10%可通過圖案化透光基板102上的區(qū)域，并對(duì)初始沉積的非晶硅層進(jìn)行離子摻雜來成形，該非晶硅層于之后會(huì)經(jīng)熱處理以形成多晶硅層。柵極介電層106接著沉積于所沉積的多晶硅層之上，以將柵極電極114與通道區(qū)109c、源極區(qū)109a及漏極區(qū)10%隔開。柵極電極114形成于柵極介電層106的頂部上。絕緣層112及器件連結(jié)部(device connections) 110a、110b接著被形成,通過絕緣層112,以允許對(duì)薄膜晶體管器件150進(jìn)行控制。
[0023]低溫多晶硅薄膜晶體管器件150的效能取決于為形成金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)而沉積的薄膜的品質(zhì)。金屬氧化物半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵效能元素是多晶硅通道層108、柵極介電層106及多晶硅通道層/柵極介電層介面的品質(zhì)。多晶硅通道層108的品質(zhì)在近幾年來備受注意。如以上所討論的，多晶硅通道層108初始地形成為非晶硅層，接著加熱至約攝氏450度或更高溫，以進(jìn)行脫氫工藝(dehydrogenation process),自非晶娃層中除去氫。經(jīng)過脫氫工藝后，可進(jìn)行一激光退火工藝，以將非晶硅層轉(zhuǎn)變成多晶硅層。接著，柵極絕緣層(gate insulator)或其他合適的層可形成于其上，以完成器件結(jié)構(gòu)。
[0024]在形成多晶硅通道層108之前，非晶硅層中過量的氫元素(例如一濃度過高的氫含量)可能穿透進(jìn)入鄰近的柵極介電層106或其他鄰近層中，而導(dǎo)致電流泄漏(currentleakage)或其他類型的元件失效(device failure)。非晶娃層可通過合適的氣相沉積工藝形成，例如等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition, PECVD)。
[0025]圖2為PECVD腔室200的一實(shí)施例的示意性的剖面圖，非晶硅層或其他含硅層(例如硅氧化物層)可在PECVD腔室200中形成。一合適的PECVD腔室可購自位于加州圣塔克拉拉的應(yīng)用材料公司(Applied Materials, Inc.)。可以預(yù)期的是,本發(fā)明可使用包括自其他制造商處購得的其他的沉積腔室來實(shí)施。
[0026]腔室200通常包括腔壁202、腔底204及腔蓋212。氣體分配板210及基板支撐組件230定義出處理空間206。處理空間206由穿過腔壁202而形成的開口 208來接入，使得基板102可被運(yùn)送進(jìn)入和移出腔室200。[0027]該基板支撐組件230包括一基板接收表面232，用以支撐基板102于其上?；褰邮毡砻?32的尺寸通常等于或稍大于基板102。主干(stem) 234將基板支撐組件230耦接至一抬升系統(tǒng)(lift system) 236，抬升系統(tǒng)236于基板轉(zhuǎn)移及處理的位置之間升高和降低基板支撐組件230。當(dāng)進(jìn)行處理時(shí),為防止在基板102的邊緣沉積,遮蔽框(shadow frame) 233可以任選地放置在基板102的周圍上。升降桿(lift pin) 238是穿過基板支撐組件230可移動(dòng)式地設(shè)置，并且用于在基板102移入與移除的過程中，使基板102與基板接收表面232分離?；逯谓M件230也可包含加熱及/或冷卻元件239，用以將基板支撐組件230維持于期望的溫度。基板支撐組件230也可包括環(huán)繞基板支撐組件230周圍的射頻返回帶(RFreturn strap) 231,以縮短射頻返回路徑(RF return path)。
[0028]氣體分配板210是在其周圍通過懸吊部214耦接至腔室200的腔蓋212或腔壁202。氣體分配板210亦可通過一個(gè)或多個(gè)中央支撐件(center support) 216率禹接至腔蓋212，以幫助防止氣體分配板210的下垂及/或控制該氣體分配板210的直線度(straightness)/曲率(curvature)。在一實(shí)施例中，氣體分配板210具有不同尺寸的不同配置。在一示范實(shí)施例中，氣體分配板210具有一四邊形的下游表面(downstreamsurface) 250。下游表面250具有多個(gè)孔洞(aperture) 211形成于其中，該些孔洞211面對(duì)著設(shè)置在基板支撐組件230上的基板102的上表面218。孔洞211橫跨氣體分配板210而可具有不同的形狀、數(shù)量、密度、尺寸及分布。
[0029]氣體源(gas source) 220耦接至腔蓋212，以通過腔蓋212提供氣體，然后再通過形成于氣體分配板210中的孔洞211，到達(dá)處理空間206。真空泵209耦接至腔室200，以便將處理空間206中的空氣維持于期望的壓力。
[0030]射頻功率源(RF power source) 222耦接至腔蓋212及/或氣體分配板210，以提供射頻功率，該射頻功率于氣體分配板210與基板支撐組件230之間產(chǎn)生電場(chǎng)，使得等離子體可由氣體分配板210與基板支撐組件230之間的氣體產(chǎn)生。可以以一個(gè)或多個(gè)射頻頻率施加射頻功率，舉例來說，可以以介于約0.3百萬赫(MHz)與約200MHz之間的頻率來施加射頻功率。在一實(shí)施例中，射頻功率以13.56MHz的頻率來提供。
[0031]遠(yuǎn)程等離子體源224,像是電感稱合式遠(yuǎn)程等離子體源(inductively coupledremote plasma source),也可f禹接于氣體源與背板之間。在處理基板的間隔中，可以在遠(yuǎn)程等離子體源224中激發(fā)清洗氣體，以遠(yuǎn)程地提供用來清洗腔室組件的等離子體。清洗氣體可進(jìn)一步通過射頻功率源222提供至氣體分配板210的射頻功率來激發(fā)。合適的清洗氣體包括但不限于三氟化氮(NF3)、氟氣(F2)及六氟化硫(SF6)。
[0032]在一實(shí)施例中，可于腔室200中處理的基板102可具有10，000平方厘米(cm2)或更大的表面積，例如40，OOOcm2或更大，例如約55，OOOcm2或是更大?？梢岳斫獾氖?，經(jīng)過處理后的基板可被切割以形成較小的器件。
[0033]在一實(shí)施例中，加熱及/或冷卻元件239可用于在沉積過程中，提供約為攝氏400度或是更低溫度的基板支撐組件230，更低溫度舉例來說介于約攝氏100度與約攝氏400度之間，或介于約攝氏150度與約攝氏300度之間，例如約攝氏200度。
[0034]于沉積過程中，設(shè)置于基板接收表面232上的基板102的上表面218及氣體分配板210之間的間隙(spacing)通?？捎诩s400密耳(mil)與約1200密耳之間變化，例如于約400密耳與約800密耳之間，或?yàn)樘峁┢谕某练e結(jié)果而選擇的基板102及氣體分配板210之間的其他距離。在使用凹面的下游表面氣體分配板210的一示范實(shí)施例中，氣體分配板210邊緣的中央部分與基板接收表面232之間的間隙介于約400密耳與約1400密耳之間，氣體分配板210的角落與基板接收表面232之間的間隙介于約300密耳與約1200密耳之間。
[0035]圖3繪示一沉積工藝300的一實(shí)施例的流程圖，工藝300可于如圖2所繪示的腔室200或其他適合的處理腔室中實(shí)施。該沉積工藝300繪示一種沉積可用于薄膜晶體管器件或二極管元件的非晶硅層或其他適合的含硅層的方法。在一實(shí)施例中，含硅層可單獨(dú)或與任何其他適合的薄膜結(jié)合使用，以提高于薄膜晶體管器件或二極管元件的電性特性及性能。在一特定的實(shí)施例中，所述的含硅層為一非晶硅層，可接著在之后經(jīng)由熱處理形成一多晶娃層。
[0036]工藝300始于步驟302，運(yùn)送如圖4A所示的基板102至處理腔室中，例如圖2所示的PECVD腔室200?；?02上可設(shè)有任選的介電層104。值得注意的是，該基板102可具有先前形成于其上的薄膜、結(jié)構(gòu)或是層的不同組合，以有助于在基板102上形成不同器件結(jié)構(gòu)。在不存在介電層104的實(shí)施例中，非晶硅層可直接成形于基板102上。
[0037]在一實(shí)施例中，基板102可為玻璃基板、塑膠基板、聚合物基板、金屬基板、單片基板(singled substrate)、連續(xù)式基板(roll-to-roll substrate)或其他適合使薄膜晶體管形成于其上的透明基板的任何一種。
[0038]在步驟304，氣體混合物通過氣體分配板210被提供至處理腔室中，以沉積非晶硅層402于基板102上，如圖4B所示。當(dāng)提供氣體混合物至處理腔室中以沉積非晶硅層402時(shí)，該混合氣體可包括娃基氣體(silicon-based gas)、惰性氣體,且實(shí)質(zhì)上不含氫氣(H2)?！皩?shí)質(zhì)上不含氫氣”一詞用以指示不會(huì)使用氫氣作為直接來源以形成該氣體混合物。在惰性氣體及/或娃基氣體中可存在著極微量的氫氣(traceamount of hydrogen)。合適的娃基氣體包括但不限定于硅烷(SiH4)、二硅烷(Si2H6)、四氟化硅(SiF4)、四乙氧基硅烷(TEOS)、四氯化硅(SiCl4)、二氯硅烷(SiH2Cl2)及其組合。適合的惰性氣體的例子包括氦氣、氬氣、氖氣或氪氣等等。在一實(shí)施例中，硅基氣體為硅烷(SiH4),惰性氣體為氬氣。
[0039]硅基氣體及惰性氣體以預(yù)定的氣體流率(gas flow ratio)來提供。惰性氣體與硅基氣體的預(yù)定氣體流率比例可有助于使非晶硅層的沉積中，包含于薄膜中的氫原子數(shù)量為最小。在一實(shí)施例中，以一預(yù)定比例提供硅基氣體及惰性氣體至處理腔室中，該預(yù)定比例例如超過1:20。在一實(shí)施例中，惰性氣體(例如氬氣)比硅基氣體(例如硅烷)的比例(R)被控制在大約高于20 (氬氣/硅烷)，舉例來說超過50，例如介于約60與約200之間，在另一個(gè)例子中，介于約70與約100之間，例如約75。或者，提供至處理腔室的硅基氣體及惰性氣體可依據(jù)每單位基板表面積(或大約等值的基板支撐表面)的體積流率來提供。在一實(shí)施例中，可以以介于約0.042每分鐘標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)毫升/平方厘米(sccm/cm2)與約0.3Isccm/cm2之間的流率提供娃燒氣體(SiH4)至處理腔室中，同時(shí)，可以以介于約0.55sccm/cm2與約
3.29sccm/cm2之間的流率提供惰性氣體至處理腔室中。因此，惰性氣體對(duì)硅基氣體的每單位基板表面的體積流率比例介于約1.8:1與約79:1之間。換句話說，氣體混合物的惰性氣體的每單位基板表面積的體積流率為娃基氣體的每單位基板表面積的體積流率的約1.8倍至約79倍。在一實(shí)施例中，該硅基氣體為硅烷，該惰性氣體為氬氣。
[0040]提供于氣體混合物中的惰性氣體(例如氬氣)被認(rèn)為相較于提供于硅基氣體(例如硅烷氣體)中的硅原子及氫原子具有相對(duì)較大的分子量。當(dāng)于處理期間提供氣體混合物時(shí)，氣體混合物中的氬原子可幫助除去硅層中的弱的及懸浮的硅-氫鍵及/或弱的硅-硅鍵，據(jù)此，可允許娃層中的娃原子形成強(qiáng)的娃-娃鍵，而非形成自娃燒氣體的娃-氫鍵。如上所敘述，強(qiáng)的硅-硅鍵提升了薄膜純度及高的硅鍵能，進(jìn)而改善形成于非晶硅層402的薄膜品質(zhì)及純度。此外，隨著氬原子幫助形成強(qiáng)的和穩(wěn)健的硅鍵并除去雜質(zhì)，不只是硅層中的缺陷減少，非硅晶層亦可獲得良好的均勻性，因而可減少不理想的隨機(jī)晶界(random grainboundary)及晶界缺陷。此外，通過使用氬氣稀釋而不使用傳統(tǒng)氫氣稀釋，可最小化或消除沉積工藝中的氫原子的提供，進(jìn)而減少在所產(chǎn)生的非晶硅層402中形成氫元素的可能性。氬氣稀釋沉積工藝亦被認(rèn)為也可提供良好的沉積速率，例如每分鐘超過300埃《A)，從而提升制造的產(chǎn)量(throughput of manufacture)。
[0041]于沉積工藝期間可控制數(shù)種工藝參數(shù)。沉積過程中，可施加一射頻源功率(RFsource power)以維持等離子體。在一實(shí)施例中，射頻源功率密度(RF source powerdensity)可被提供在介于約10毫瓦/平方厘米(mWatt/cm2)與約200毫瓦/平方厘米之間?；蛘?，超高頻功率(VHF power)可用于提供高達(dá)約27MHz及約200MHz之間的頻率。處理壓力被維持在約0.1托耳(Torr)與約10托耳之間，例如介于約0.5托耳與約5托耳之間，例如介于約0.8托耳與約2托耳之間?；逯翚怏w分布板組件的間隙可依據(jù)基板尺寸來控制。在一實(shí)施例中，對(duì)于大于I平方米的基板，處理間隙被控制在約400密耳與約1200密耳之間，例如介于約400密耳與約850密耳之間，例如580密耳?；鍦囟瓤杀豢刂圃诩s攝氏150度與約攝氏500度之間，例如約攝氏370度。
[0042]在一實(shí)施例中，可使用相對(duì)低的射頻功率,例如低于1500瓦(Watts)或少于100毫瓦/平方厘米。普遍認(rèn)為，在沉積過程中使用較低的射頻功率有助于形成具有良好的均勻性控制的非晶硅層402。并且，普遍認(rèn)為使用相對(duì)較低的射頻功率可減少可能由惰性氣體產(chǎn)生的派鍍效應(yīng)(sputtering effect),從而幫助于相對(duì)溫和的等離子體環(huán)境中沉積非晶硅層402，而形成具有良好的均勻性及表面粗糙度控制的非晶硅層402。
[0043]步驟306中，在非晶硅層402形成于基板102上之后，可進(jìn)行一后期脫氫烘烤工藝(post dehydrogenation bake process)，以自非晶娃層402除去氫氣，如圖4C所示。經(jīng)過后期脫氫烘烤工藝后，存在于非晶硅層402中的氫含量大多數(shù)可被除去，以形成脫氫非晶娃層(dehydrogenated amorphous silicon layer) 404,如圖 4C 所不。如以上所討論的，當(dāng)通過使用例如氬氣而非氫氣的惰性氣體作為稀釋氣體的實(shí)質(zhì)上不含氫的氣體混合物以形成脫氫非晶硅層404時(shí)，后期脫氫烘烤工藝可以相對(duì)短的時(shí)限進(jìn)行，例如少于5分鐘或是可任選地取消。
[0044]在一實(shí)施例中，后期脫氫烘烤工藝可于非晶硅層402沉積的處理腔室原處(in-situ)進(jìn)行處理。后期脫氫烘烤工藝可將基板102加熱至超過攝氏400度的溫度，例如介于約攝氏450度與約攝氏550度之間，以幫助蒸發(fā)氫兀素，形成脫氫非晶娃層404。
[0045]在非晶硅層402的氫含量不高的實(shí)施例中，如有需要，可刪去于步驟306進(jìn)行的后期脫氫烘烤工藝。
[0046]步驟308中，在經(jīng)過后期脫氫烘烤工藝后，進(jìn)行激光退火工藝，以將脫氫非晶硅層404轉(zhuǎn)變成多晶硅層406，如圖4D所示。激光工藝幫助脫氫非晶硅層404結(jié)晶形成多晶硅層406。在激光退火工藝期間提供的熱能幫助非晶硅層402的晶粒成長(zhǎng)成大尺寸的結(jié)晶晶粒，形成多晶硅層406。在一實(shí)施例中，用于結(jié)晶非晶硅層404的激光退火工藝為一準(zhǔn)分子激光退火工藝。準(zhǔn)分子激光退火工藝可熱處理基板至約攝氏100度與約攝氏1500度之間的溫度。
[0047]經(jīng)過激光退火工藝后,脫氫非晶娃層404轉(zhuǎn)變成多晶娃層406,多晶娃層406大部分的結(jié)晶方向在于平面(111)，少部分的方向在于平面(220)。當(dāng)形成多晶硅層406的期望結(jié)晶時(shí)，可獲得高的光/暗導(dǎo)電率(photo/dark conductivity ratio),并改善多晶娃層406的整體電性性質(zhì)。
[0048]在脫氫非晶硅層404轉(zhuǎn)變成多晶硅層406后，可進(jìn)行圖案化工藝、離子植入或其他沉積工藝以形成源極區(qū)和漏極區(qū)、柵極介電層及源極和漏極電極層，進(jìn)而完成薄膜晶體管器件結(jié)構(gòu)，如圖1所示及以上配合圖1討論的內(nèi)容。
[0049]如上所敘述，含硅層可用于制造薄膜晶體管器件中的其他層。圖5A為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的薄膜晶體管器件500的示意性的剖面圖。薄膜晶體管器件500包括基板502，基板502上形成有柵極電極層504。基板502可包括玻璃，但可考慮其他基板材料，例如基于聚合物的基板(polymer based substrate)及柔性基板(flexible substrate)。在一實(shí)施例中，柵極電極層504可由任何合適的金屬材料制造而成，例如銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、銦錫鋅氧化物(ITZO)、鋁(Al)、鎢(W)、鉻(Cr)、鉭(Ta)、鑰(Mo)、銅(Cu)、鈦(Ti)、其合金或其組合。
[0050]在基板502及柵極電極層504之上,形成柵極絕緣層506。適合于柵極絕緣層506的材料可為硅氧化物(SiO2)、氮氧化硅(SiON)、硅氮化物(SiN)或其組合等等。柵極絕緣層506可為單層、復(fù)合層、雙層、多層或前述的其他種組合的形式，視需求而定。在一實(shí)施例中，柵極絕緣層506可具有硅氮化物層設(shè)置于硅氧化物上(或者顛倒過來)，以形成基板502上雙層結(jié)構(gòu)(dual layer)，如虛線520所示。或者，柵極絕緣層506可為硅氧化物單層或硅氮化物單層，視需求而定。該硅氧化物層及硅氮化物層(或氮氧化硅層)可由如上所述的工藝300制造而成。硅氧化物及/或硅氮化物層可通過提供具有硅基氣體及例如氬氣的惰性氣體、且不具氫氣的氣體混合物來制造。
[0051]在形成硅氧化物層的實(shí)施例中，氣體混合物包含硅基氣體、含氧氣體及惰性氣體。硅基氣體的合適的例子包括但不限于硅烷(SiH4)、二硅烷(Si2H6)、四乙氧基硅烷(TEOS)、四氟化硅(SiF4)、四氯化硅(SiCl4)、二氯硅烷(SiH2Cl2)及其組合。含氧氣體合適的例子包括氧氣(O2)、一氧化二氮(N2O)、二氧化氮(NO2)、7jc氣(H2O)、過氧化氫(H2O2)及臭氧(O3)等等。惰性氣體合適的例子包含氦、氬、氖或氪等等。在一特定的實(shí)施例中，用于形成硅氧化物的氣體混合物包含硅烷(SiH4)、氧氣(O2)及氬氣，或硅烷(SiH4)、一氧化二氮或二氧化氮(N2O或NO2)及氬氣(Ar)。然而值得注意的是，若四乙氧基硅烷(TEOS)被用來當(dāng)作硅基前體，則因?yàn)榍皇抑械目偤趿扛?，氧?O2)不被使用為佳。
[0052]在形成硅氮化物層的實(shí)施例中，氣體混合物包括硅基氣體、含氮?dú)怏w及惰性氣體?？墒褂玫墓杌鶜怏w及惰性氣體的種類如上所述。含氮?dú)怏w合適的例子包括氮(N2)、一氧化二氮(N2O)、二氧化氮(NO2)、一氧化氮(NO)或氨氣(NH3)及等等。在一特定的實(shí)施例中，用于形成娃氮化物層的氣體混合物包括娃燒、氮?dú)饣虬睔狻⒓癐S氣。
[0053]因?yàn)槭褂枚栊詺怏w，需要的射頻功率相較于沒有使用惰性氣體時(shí)低。特別是射頻功率有可能減少達(dá)約20%。因?yàn)槎栊詺怏w原子很重，因而增強(qiáng)處理期間的離子轟擊(ionbombardment),所以使得射頻功率的降低成為可能?？墒┘拥暮线m的射頻功率介于約1200毫瓦/平方厘米(mW/cm2)至約1300毫瓦/平方厘米之間。再者，當(dāng)以一特定比例傳送硅基氣體及惰性氣體至腔室中時(shí)，不只是降低必要的射頻功率量，亦改善了薄膜沉積厚度的均勻性。因此，惰性氣體的添加制造出具有可重復(fù)性、可靠度且高品質(zhì)的硅氧化物薄膜。在一實(shí)施例中，惰性氣體(例如IS氣)的每單位基板表面積的體積流率可介于約1.05sccm/cm2與約1.828sccm/cm2之間，例如約1.65sccm/cm2。含娃前體可以介由約0.023sccm/cm2至約
0.095sccm/cm2之間的每單位基板表面積的體積流率提供,例如約0.025sccm/cm2。含氧前體可以介于約1.05sccm/cm2至約1.66sccm/cm2之間的每單位基板表面積的體積流率被提供，例如約1.16SCCm/Cm2。因此，惰性氣體的量為所供的硅基前體的量的約11至約80倍。惰性氣體的量為所提供的氧基氣體(oxygen based gas)的量的約0.6至約1.70倍。氧基氣體的量為所提供的硅基前體的量的約11倍與約72倍之間。
[0054]再者，值得注意的是，依照所需，工藝參數(shù)的控制可相似于上述參照工藝300的步驟304所敘述的形成非硅層的工藝參數(shù)來控制。
[0055]接著，主動(dòng)通道508可設(shè)置于柵極絕緣層506上。主動(dòng)通道508可為以上述參照?qǐng)D3所敘述的工藝制造而成的低溫多晶娃層(Lower Temperature Poly-Siliconlayer, LTPS)。合適的摻雜物例如是N型或P型摻雜物，可依需求添加至低溫多晶硅層中，以形成主動(dòng)通道508。在主動(dòng)通道508之上，可任選的蝕刻停止部(etchstop) 514可被形成，以于源極電極510和漏極電極512形成的過程中保護(hù)主動(dòng)通道508?？捎糜谖g刻停止部514的適合材料包括硅氧化物、硅氮化物及氮氧化硅。蝕刻停止部514可通過相似于以上所述用于形成柵極絕緣層506的工藝來形成。在一些實(shí)施例中，其他主動(dòng)層511、513可先于源極和漏極電極510、512形成。主動(dòng)層511、513可為P型主動(dòng)層或N型主動(dòng)層，例如N型含硅層或P型含硅層。
[0056]在源極和漏極電極510、512以及可任選的蝕刻停止部514 (如果存在)之上，可形成鈍化層518。可用于鈍化層518的合適材料包括硅氧化物、硅氮化物及氮氧化硅。在一實(shí)施例中，相似于上述的柵極絕緣層506，鈍化層518可為單層、復(fù)合層、雙層、多層或前述其他組合的形式，視需求而定。請(qǐng)參照虛線516所繪示，在一實(shí)施例中，鈍化層518可具有硅氮化物層設(shè)置于硅氧化物上，或者顛倒過來，以形成為源極和漏極電極510、512上的雙層結(jié)構(gòu)，如虛線516所示。該硅氧化物層及硅氮化物層(或氮氧化硅層)可由如上所述的工藝300制造而成，或者，硅氧化物層及硅氮化物層也可由如上所述用于形成柵極絕緣層506的工藝形成。硅氧化物及/或硅氮化物層可通過提供氣體混合物來制造，該氣體混合物具有硅基氣體及例如氬氣的惰性氣體，且不具有氫氣氣體?；蛘撸g化層可為硅氧化物單層或硅氮化物單層。
[0057]圖5B描述了可根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例使用的金屬氧化物薄膜晶體管器件550的一實(shí)施例。除了主動(dòng)通道508的材料不同之外，金屬氧化物薄膜晶體管器件550可具有相似于以上參照?qǐng)D5A所述的低溫多晶硅薄膜晶體管器件500的結(jié)構(gòu)。金屬氧化物薄膜晶體管器件550包含由含金屬的層(metal containing layer)制造而成的主動(dòng)通道530。形成于金屬氧化物薄膜晶體管器件550的主動(dòng)通道530的合適例子包括銦鎵鋅氧化物(InGaZnO)、銦鎵鋅氮氧化物(InGaZnON)、氧化鋅(ZnO)、氮氧化鋅(ZnON)、鋅錫氧化物(ZnSnO)、鎘錫氧化物(CdSnO)、鎵錫氧化物(GaSnO)、鈦錫氧化物(TiSnO)、銅鋁氧化物(CuAlO)、鍶銅氧化物(SrCuO)、鑭銅硫氧化物(LaCuOS)、氮化鎵(GaN)、銦鎵氮化物(InGaN)、鋁鎵氮化物(AlGaN)或銦鎵鋁氮化物(InGaAlN)等等。在一特定的實(shí)施例中，主動(dòng)通道530為銦鎵鋅氧化物(IGZO)層。類似地，柵極絕緣層506及鈍化層518亦可為單層、復(fù)合層、雙層、多層或前述的其他組合的形式，視需求而定。在一例中，鈍化層518及柵極絕緣層506可為雙層結(jié)構(gòu)，該雙層結(jié)構(gòu)具有硅氮化物層設(shè)置于硅氧化物上。
[0058]當(dāng)由氬稀釋氣體制造的實(shí)質(zhì)上不含氫的硅氧化物層用于金屬氧化物薄膜晶體管器件中時(shí)，金屬氧化物薄膜晶體管器件可具有改善的電性性能。舉例來說，啟動(dòng)電壓Von(turn on voltage)及次閾值電壓擺幅 S 值(Sub-threshold voltage swing value)兩者均顯著地降低。在一例中，Vm從約-5.5V降低至約-0.25V。S值從約0.7V/decade降低至約0.4V/decade0開啟電流1n從約3.3X 10_4安培(A)降低至約1.4X 10_4A。關(guān)閉電流1ff從約4.8X 10_12A降低至約1.4X 10_13A。載子移動(dòng)率(Mo)從約9.8cm2/(V.s)增加至約 9.9cm2/ (V.s)。
[0059]圖6描述了可依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例使用的金屬氧化物薄膜晶體管器件600的一實(shí)施例。金屬氧化物薄膜晶體管器件600可具有相似于以上參照?qǐng)D5B所述的金屬氧化物薄膜晶體管器件550的結(jié)構(gòu)。金屬氧化物薄膜晶體管器件600亦包括由含金屬的層制造而成的主動(dòng)通道530。形成于金屬氧化物薄膜晶體管器件600中的主動(dòng)通道530的合適例子包括銦鎵鋅氧化物(InGaZnO)、銦鎵鋅氮氧化物(InGaZnON)、氧化鋅(ZnO)、氮氧化鋅(ZnON)、鋅錫氧化物(ZnSnO)、鎘錫氧化物(CdSnO)、鎵錫氧化物(GaSnO)、鈦錫氧化物(TiSnO)JIf招氧化物(CuAlO)、銀銅氧化物(SrCuO)、鑭銅硫氧化物(LaCuOS)、氮化鎵(GaN)、銦鎵氮化物(InGaN)、招鎵氮化物(AlGaN)或銦鎵招氮化物(InGaAlN)等等。此外,上層介面(upperinterface) 540及下層介面(lower interface) 542與主動(dòng)通道530接觸，并具有實(shí)質(zhì)上不含氫的薄膜特性。上層介面540及下層介面542由不含氫的材料制成。舉例來說，下層介面542形成于主動(dòng)通道530及柵極絕緣層506之間。在這個(gè)情況下，柵極絕緣層506可被選擇由實(shí)質(zhì)上不含氫的硅氧化物層形成，如以上參照?qǐng)D5A-5B所示的薄膜晶體管器件所作的敘述。在柵極絕緣層506被設(shè)置成雙層結(jié)構(gòu)的實(shí)施例中，柵極絕緣層506可具有設(shè)置于基板502上的硅氮化物層，以及設(shè)置于硅氮化物層上的實(shí)質(zhì)上不含氫的硅氧化物層，該硅氧化物層與主動(dòng)通道530接觸。類似地，上層介面540形成于主動(dòng)通道530及鈍化層518之間，由源極-漏極通道532的開口所定義。上層介面540也可被選擇由實(shí)質(zhì)上不含氫的硅氧化物層形成，如以上參照?qǐng)D5A-5B所示的薄膜晶體管器件所作的敘述。在鈍化層518配置為雙層結(jié)構(gòu)的實(shí)施例中，鈍化層518可具有實(shí)質(zhì)上不含氫的硅氧化物層以及設(shè)置于實(shí)質(zhì)上不含氫的硅氧化物層上的硅氮化物層，硅氧化物層設(shè)置于主動(dòng)通道530上與主動(dòng)通道530接觸。
[0060]或者，額外的層也可形成于介面542、540，作為介面保護(hù)層。在一實(shí)施例中，蝕刻停止層也可被使用，以作為形成于介面542、540的介面保護(hù)層，以維持介面實(shí)質(zhì)上不含氫。類似地，在一例中，介面保護(hù)層為實(shí)質(zhì)上不含氫的硅氧化物層，如以上參照?qǐng)D5A-5B所示的薄膜晶體管器件所作的敘述。在另外一個(gè)例子中，介面保護(hù)層為含金屬的介電層，例如氮化鉭(TaN)、氮化鈦(TiN)、氮化鎢(WN)、氮化銅(CuN)及任何其他實(shí)質(zhì)上不含氫(例如具有最低氫含量)的適合材料。
[0061]維持實(shí)質(zhì)上不含氫的介面540、542與主動(dòng)通道530的接觸，被認(rèn)為可降低氫氣攻擊主動(dòng)通道的可能性，進(jìn)而獲得高品質(zhì)的介面，以改善金屬氧化物薄膜晶體管器件600的電性性能。
[0062]值得注意的是，用于本申請(qǐng)案的硅氮化物層亦可通過所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中的任何其他合適的工藝或技術(shù)來獲得。
[0063]因此，這里描述的方法，通過最小化含硅層的氫含量以改善器件性能，有利于改善電子器件的電子移動(dòng)率、穩(wěn)定性及一致性。
[0064]雖然以上描述針對(duì)本發(fā)明的各實(shí)施例，然而在不脫離本發(fā)明的基本范圍的情況下，可以設(shè)計(jì)本發(fā)明的其他實(shí)施例和進(jìn)一步實(shí)施例，本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求來確定。
【權(quán)利要求】
1.一種于基板上形成娃層的方法,包括: 運(yùn)送基板至處理腔室中； 提供氣體混合物至所述處理腔室中，所述氣體混合物具有硅基氣體、惰性氣體且實(shí)質(zhì)上不含氫氣，所述氣體混合物的所述惰性氣體的每單位基板表面積的體積流率為所述硅基氣體的每單位基板表面積的體積流率的約1.8倍至約79倍；和施加射頻功率，以將所述氣體混合物激發(fā)成等離子體；以及在所述等離子體存在的情況下形成非晶硅層于所述基板上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 于所述處理腔室中，在原處熱處理所述基板至介于約攝氏450度至約攝氏500度之間的溫度。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括: 激光退火所述非晶硅層以形成多晶硅層。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，激光退火的步驟還包括: 加熱所述基板至介于約攝氏100度至約攝氏1500度之間的溫度。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，施加所述射頻功率的步驟還包括: 提供低于1500瓦的射頻源功率。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，提供所述氣體混合物的步驟還包括: 將處理壓力維持在約0.5托耳至約5托耳之間。
7.一種形成硅氧化物層的方法，包括: 提供氣體混合物至處理腔室中，所述氣體混合物具有硅基氣體、惰性氣體及含氧氣體，所述氣體混合物的所述惰性氣體的每單位基板表面積的體積流率為所述硅基氣體的每單位基板表面積的體積流率的約11倍至約80倍；和 施加射頻功率以將所述氣體混合物激發(fā)成等離子體；以及 形成硅氧化物層于所述基板上。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述硅基氣體包括硅烷或四乙氧基硅烷，所述含氧氣體包括氧氣或一氧化二氮。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述氣體混合物的所述惰性氣體的每單位基板表面積的體積流率為所述含氧氣體的每單位基板表面積的體積流率的約0.6倍至約1.7 倍。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述氣體混合物的所述含氧氣體的每單位基板表面積的體積流率為所述含氧氣體的每單位基板表面積的體積流率的約11倍至約82倍。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，施加所述射頻功率的步驟還包括: 提供低于1500瓦的射頻源功率。
12.如權(quán)利要求7所述的方法,其特征在于,所述娃基氣體包括硅烷,所述含氧氣體包括一氧化二氮。
13.一種金屬氧化物薄膜晶體管器件，包括: 基板； 柵極絕緣層，設(shè)置于所述基板上，其中所述柵極絕緣層包括實(shí)質(zhì)上不含氫的硅氧化物層； 主動(dòng)通道，設(shè)置于所述柵極絕緣層上，其中所述主動(dòng)通道包括銦鎵鋅氧化物(InGaZnO)、銦鎵鋅氮氧化物(InGaZnON)、氧化鋅(ZnO)、氮氧化鋅(ZnON)、鋅錫氧化物(ZnSnO)、鎘錫氧化物(CdSnO)、鎵錫氧化物(GaSnO)、鈦錫氧化物(Ti SnO)、銅鋁氧化物(CuAlO)、鍶銅氧化物(SrCuO)、鑭銅硫氧化物(LaCuOS)、氮化鎵(GaN)、銦鎵氮化物(InGaN)、鋁鎵氮化物(AlGaN)或銦鎵鋁氮化物(InGaAlN)中的至少一個(gè)； 源極-漏極電極，設(shè)置于所述主動(dòng)通道上；以及 鈍化層，設(shè)置于所述源極-漏極電極層上，其中所述鈍化層包括實(shí)質(zhì)上不含氫的硅氧化物層。
14.如權(quán)利要求13所述的器件，其中所述實(shí)質(zhì)上不含氫的硅氧化物層由以下步驟形成: 提供氣體混合物至處理腔室中，所述氣體混合物具有硅基氣體、惰性氣體及含氧氣體，所述氣體混合物的所述惰性氣體的每單位基板表面積的體積流率為所述硅基氣體的每單位基板表面積的體積流率的約11倍至約80倍；以及 施加射頻功率以將所述氣體混合物激發(fā)成等離子體；以及 形成實(shí)質(zhì)上不含氫的硅氧化物層于所述基板上。
15.一種金屬氧化物薄膜晶體管器件，包括: 基板；以及 主動(dòng)通道，設(shè)置于所述基板 上的源極-漏極電極及柵極絕緣層之間，其中形成于所述主動(dòng)通道及所述柵極絕緣層之間的介面包括實(shí)質(zhì)上不含氫的介電表面。
【文檔編號(hào)】H01L21/205GK103828061SQ201280045437
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月7日
【發(fā)明者】Q·王, W·王, Y·J·崔, S-M·趙, Y·崔, 樸范洙, 崔壽永 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司