JP2001520457A - 膜堆積用プラズマの2周波数励起 - Google Patents
膜堆積用プラズマの2周波数励起Info
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Abstract
Description
板の上に高品質の膜を高速で堆積するための改良型システム及び方法に関する。
レイの開発が進んでいる。この液晶は典型的には2枚のガラス基板を有し、これ
らガラス基板が液晶材料の層をサンドイッチしている。これらガラス基板の上に
導電体の膜をパターニングして、薄膜トランジスタ(TFT)等の回路要素を形
成する。液晶材料の配向を変えるために基板は電源に接続され、液晶ディスプレ
イの様々な領域がTFTを用いて選択的にエネルギーを与えられるようになって
いる。
導体チャンネル材料をガラス基板上に製造する必要がある。そして、ゲートへの
導電経路をガラス基板上に堆積する。更に具体的には、バックチャンネルデバイ
スの場合、TFTでは、パターニングされたゲートメタル層の上にゲート誘電体
層を堆積する必要がある。従って、アモルファスシリコン(a−Si)の層をゲ
ート誘電体層の上に堆積する場合もある。このアモルファスシリコン層の上に、
メタルコンタクトを堆積する場合もある。このアモルファスシリコン層は、その
上のメタルとの接触性を向上するため、ドープアモルファスシリコン層の薄膜を
有していてもよい。窒化珪素(SiN)やシリコン酸化物(SiO2)をエッチ ストップとして、アモルファスシリコン層の上に堆積してもよい。
励起化学気相堆積を活用するものであるが、これは、プロセスチャンバ内でプロ
セスガスの分解を誘起するため、単一高周波の電源を用いる。この高周波電源に
よって生成した高エネルギーが膜の上層を加熱することが望ましいのだが、平坦
度の高い膜を与えるに十分のイオンエネルギーの量を与えない。更に、ガラス基
板は通常、シリコン基板よりもかなり大型であるため、電極の大きさが、この電
源の周波数の波長に近くなることもある。このような状況では、ガラス基板の表
面上の放電強度の分布が不均一になってしまう。この不均一な分布が、基板表面
上への膜堆積を不均一なものにしてしまうことがある。
している。このように膜が粗ければ、膜の品質が低下する。更に、堆積膜の粗さ
は、電子移動度に影響を与え、そして終局的にはディスプレイの性能が低くなる
ことになる。
の基板は、ガラス製、クオーツ製、あるいはプラスチック等のポリマー製であっ
てもよい。透過性の基板は、プロセスチャンバ内で加熱され、プロセスチャンバ
内にはプロセスガスの流れが導入される。該装置は、高周波電源から高周波数電
力の出力を、低周波電源から低周波数電力の出力を、それぞれ生成する。この高
周波出力と低周波出力は重ね合わされ、透過性の基板上にスムーズな膜を堆積す
るために、圧力約0.4トール〜3トール、温度約250℃〜450℃でプロセ
スガス流れよりプラズマを生成するために用いられる。
ス整合回路と、このインピーダンス整合回路に結合したフィルタとを有している
。
1〜5キロワットの電力で発生する。更に、低周波電力の出力が、約2MHz以
下の周波数、約300ワット〜2キロワットの電力で発生する。
窒素酸化物の混合ガス、TEOSと酸素の混合ガス、TEOSと窒素酸化物の混
合ガスであってもよい。あるいは、プロセスガスはシラン、窒素及びアンモニア
の混合ガスであってもよい。
は中心で接地されている。サセプタは更に、自身の四隅のそれぞれで接地されて
いてもよい。
の中を通るシャワーヘッドとの間に、基板が配置される。低周波電源と高周波電
源の一方が選択されてサセプタに接続され、残りの方がシャワーヘッドに接続さ
れる。
た膜は非常にスムーズである。このスムーズな膜は、続いて堆積した層と良好な
界面を与え、電子移動度を高める。電子移動度が高められれば、ディスプレイの
電気的な性能が向上する。また、得られた膜の安定性も高い。密度や応力といっ
た他の膜の性能も高められつつも、高速の堆積速度が実現される。
り明らかになるだろう。
の中で支持し、これを摂氏数百度(℃)に加熱する。堆積ガスをチャンバ内に注
入し、2周波数電源システムによりこれを励起する。プラズマ励起化学気相堆積
(PECVD)反応が生じて、透過性基板の上に薄膜層が堆積される。堆積され
た薄膜層は、誘電層(SiNやSiO等)であってもよく、あるいは半導体層(
a−Si等)であってもよい。
ー社により製造されたPECVDシステムにおいて使用されてもよい。また、本
発明は、市場で入手可能な別の堆積システムで使用してもよい。透過性基板は、
ラス製、クオーツ製又はプラスチック等のポリマー製であってもよい。通常の基
板サイズは、約550〜650mmである。
を有している。サセプタ135は、真空堆積プロセスチャンバ133内の中央に
置かれている。サセプタ135は、ガラスパネル等の透過性基板38を、基板処
理領域ないし反応領域141において保持する。サセプタ135を昇降させるた
めに、リフト機構(図示せず)が具備される。リフト機構に対する命令は、コン
トローラ図示せず)により与えられる。基板38のチャンバ133に対する出し
入れは、ロボットブレード(図示せず)により、チャンバ133の側壁134の
開口142を介して行われる。基板38は、ヒータ70により約250℃〜40
0℃の温度に加熱されるが、このヒータ70は、サセプタ135に埋め込まれた
抵抗ヒータであってもよい。あるいは、ランプヒータ又は当業者に知られるその
他の適当なヒータを用いてもよい。
126を介して、チャンバ133内に流入する。ガスソースマニホールド61は
、ソース56〜59からの反応性ガスを受け取るが、このガスソースは56がシ
ラン(SiH4)を、57がテトラエチルオルソシラン(TEOS)を、58が 酸素(O2)を、59が亜酸化窒素(N2O)を、60が窒素(N2)を、61が アンモニア(NH3)を、それぞれ供給する。ガスマニホールド61は、プロセ スガスとして、シランと酸素の混合ガス、シランと亜酸化窒素の混合ガス、TE
OSと酸素の混合ガス、あるいはTEOSと亜酸化窒素の混合ガスを生成しても
よい。あるいは、プロセスガスは、シランと窒素とアンモニアの混合ガスであっ
てもよい。プロセスガスは、多孔のブロッカプレート124の中を通り、また、
プロセスガス散布フェースプレートないしシャワーヘッド122の多数の穴の中
を通って、流れてもよい。米国特許第4,854,263号、米国特許第5,61 1,865号及び米国特許第5,366,585号に示されるものをはじめとして 、様々なシャワーヘッドの構成を用いる事ができる。電極間隔ないし基板表面と
フェースプレート122の放電面との間の距離は、約400〜1500 mils で
ある。プロセスガスの流れは、図1の基板処理領域141に小さな矢印で示され
る。捜査中は、チャンバ133は典型的には約0.4トール〜3トールの圧力、
約250℃〜450℃の温度に維持される。
られる。従って、適切なプラズマ点火回路、好ましくは2周波数高周波(RF:r
adio frequency)電源システムが必要である。2周波数RF電源システムは、低
周波数(LF:low frequency)RF電源50と、高周波数(HF:high frequenc
y)RF電源60を有しており、これらは、プロセスガス混合物を励起してプラ ズマを生成するため、ガス散布フェースプレート122とサセプタ135の間に
電力を印加する。低周波数RF電源50は、約2MHz以下、好ましくは200
kHz〜500kHzの周波数の範囲で動作する。高周波数RF電源60は、約
13MHz以上、好ましくは13.56MHz及びこの調波(ハーモニクス)の
周波数で動作する。RF電源は、固定周波数で動作してもよく、あるいは装置1
30のチューニングを可能にするため可変周波数で用いてもよい。
が、このインピーダンス整合回路網62は、不要なノイズをカットするためフィ
ルタ64に接続される。高周波数電源60は、単独で用いられる場合は、非常に
スムーズな膜を実現するためには十分とは言えない量のイオンエネルギーしか与
えない。低周波数電源50を、これに連合するインピーダンス整合回路網52及
びフィルタ54と共に加えて、有用とすることができるイオンエネルギーの量を
増やす。このようにイオンエネルギーの量が増えれば、堆積膜の表面形態が向上
することになる。
周波数RF電力をフェースプレート122に印加して、プラズマを生成する。低
周波数RF電源50と高周波数RF電源60は、組み合わせで、プラズマの成分
を反応させて透過性基板38の表面上に膜を堆積する役割を負う。
ある。このように、上記に特定した電力の値は、寸法が約500mmx650m
mの基板に適したものである。基板が大きくなれば、必要な電力は増加するだろ
う。例えば、同じ低周波数と高周波数では、基板の面積が大きくなれば、それぞ
れの電源からの更に大きな電力が必要となる。
31を通って、排気プレナム150へと排気されてもよい。ガスは、排気プレナ
ム150から真空遮断弁154により、外部の真空ポンプ(図示せず)に接続す
る排気出口152へと流れていく。
ータ63は、多数ある別のタイプの圧力センサに替えることもできる。例えば、
イオンゲージを用いることができる。ガバナ(律速器)136を排気流れ中に配
置して、チャンバ133内の全圧を調整してもよい。チャンバの全圧を一定に維
持するため、マノメータ63からの信号151を、ガバナ136の電気コントロ
ーラの入力として用いてもよい。
するためのプロセスのフローチャートが示される。先ず、透過性基板38がサセ
プタ135の上に配置される(ステップ200)。次いで、基板ヒータ70を用
いて、透過性基板38が加熱される(ステップ202)。プロセスソースからの
ガス流れが、反応チャンバ内で平衡状態になる(ステップ204)。低周波数R
F電源50及び高周波数RF電源60のスイッチをオンにし、チャンバ内部にプ
ラズマを励起し、透過性基板38上に膜を堆積させる(ステップ206)。先ず
高周波数RF電源60の方を先にスイッチオンにすることが好ましい。しかし、
低周波数RF電源50と高周波数RF電源60を同時にスイッチオンにしてもよ
く、あるいは、所望により低周波数RF電源を先にスイッチオフにしてもよい。
透過性基板38上への膜の堆積が完了した後、低周波数RF電源と高周波数RF
電源のスイッチをオフにしてもよく、これは同時にオフにすることが好ましい(
ステップ208)。
プタ135へ電気的に結合する種々の構成を模式的に例示する。図3Aでは、低
周波数電源の出力と高周波数電源の出力が重ね合わせられており、これを電圧ソ
ース210として表す。電圧ソース210は、一点でシャワーヘッド122に接
続されている。サセプタ135に集められる電子を空にするための電気帰還路を
与えるため、サセプタ135を支持し且つサセプタに電気的に接続されるステム
137が接地される。
源の出力と高周波数電源の出力の重ね合わせ出力を与える電圧ソース220が、
シャワーヘッド122の中心に印加される。多数の電子帰還路が、ステム137
だけでなくサセプタ135のコーナー230及び232にも与えられる。更に、
側部が4つのサセプタの残りの2つのコーナーにも電子帰還路を与えてもよい。
このように、サセプタ135は4つのコーナー全部で接地される。この多数の電
子帰還路を用いることにより、サセプタ135から電子を完全に空にすることが
可能になる。
について示しているが、本発明では、シャワーヘッド122とサセプタ135を
別々の電源に別個に接続してもよいことも意図しているものである。図3Cでは
、第1の周波数で動作する電源240がインピーダンス整合回路242に接続さ
れる。この整合回路242は、フィルタ244に接続され、フィルタ244はシ
ャワーヘッド122に接続される。同様に、第2の周波数で動作する電源250
がインピーダンス整合回路252に接続される。この整合回路252は、フィル
タ254に接続され、フィルタ254はサセプタ135に接続される。第1の周
波数が高い周波数である場合は第2の周波数が低い周波数であり、第1の周波数
が低い周波数である場合は第2の周波数が高い周波数である。
ャワーヘッド122に与えられてもよい。あるいは、低周波数電源と高周波数電
源の一方がシャワーヘッド122に接続され、他方で低周波数電源と高周波数電
源のの残りの方がサセプタ135に接続されてもよい。
源(HF電源)を単独で使用したリアクタを用いて堆積した膜よりも高い品質の
膜を有している。表1の左から2列は、温度約320℃、圧力約20トールで、
高周波数電源を単独で、それぞれ4000Wと4800Wで用いて得られた窒化
珪素の膜の性質を示す。表1の最後の列は本発明に従った結果を示すが、ここで
は、図3Bに示される構成の低周波数電源と高周波数電源を用い、これはそれぞ
れ約400kHzと約13.56MHzで動作し、全電力は4700W、温度は
約320℃、圧力は約2.0トールであった。
4000Å/分であり、これはHF電源を単独で4800Wで動作した場合と同
じである。これら特定の具体例において、2周波数電源システムを用いて生成し
た膜で測定した応力は、4000Wと4800Wで動作する単独の電源システム
を用いて堆積した膜のそれよりも大きい。この応力は、2周波数電源システムを
用いて堆積した膜のウェットエッチレイト(WER:wet etch rate)が低いこと
とスムーズであることと相俟って、膜が安定であり且つ高品質であることを示す
ものである。
rms:root-mean-square)値での測定では、単一周波数電源システムで堆積し た膜の粗さよりも優れていたということである。粗さが大きくなれば、堆積した
ゲートを通過する電子に対する抵抗は高くなる。従って、2周波数電源システム
を用いて堆積したスムーズな膜は、電子移動度を高くする事に役立つので、良好
なディスプレイを与えることになる。
図4A及び図4Bは、単一HF電源リアクタを、表1に示すようにそれぞれ40
00Wと4800Wで動作させて用い堆積した膜表面の3次元像である。図4A
の表面は、rmsが1.00nmと比較的粗い。図4Bの表面は、rmsが1.
74nmと、更に粗くなっている。
テムを用いて堆積した膜の表面のrms粗さは0.73nmである。従って、こ
の全電力は4800Wの電源に匹敵しているが、この2周波数電源システムによ
れば、これに相当する4800Wの単一周波数電源よりも50%以上高いスムー
ズさをもった膜を生成したといえる。
との接着性を良好にし、また電子移動度を向上する。電子移動度が向上すること
により、ディスプレイの電気的特性が向上する。また、得られた膜の安定性も高
くなる。
明の本質から離れることなく様々な変形が可能である。本発明は、数多くの他の
CVDシステムにも適用可能であり、それだけでなく数多くの他の堆積方法を用
いたシステムにも適用可能である。混合ガス、温度や圧力の変更を考慮してもよ
い。電源については、電源の周波数をチューニングすることに代えて、インピー
ダンス整合回路をチューニングしてもよい。更に、ここでは電極間隔について4
00〜1500milsを開示しているが、他の適切な間隔を用いてもよい。更に、
電源の加熱やサイクルの様々なシーケンスは、所望の膜及び堆積シーケンスによ
って遂行することが可能である。
の範囲によってのみ画定される。
例示するフローチャートである。
を例示する模式図である。
を例示する模式図である。
を例示する模式図である。
性能を、種々の1周波数電源リアクタと比較する三次元の表現である。
性能を、種々の1周波数電源リアクタと比較する三次元の表現である。
性能を、種々の1周波数電源リアクタと比較する三次元の表現である。
テム、141…反応領域。
Claims (22)
- 【請求項1】 薄膜を堆積する方法であって、 プロセスチャンバ内で透過性の基板を加熱し、 プロセスガスの流れをプロセスチャンバ内に導入し、 高周波数電力出力を発生し、 低周波数電力出力を発生し、 前記高周波数電力出力と前記低波数電力出力を重ね合わせ、 高周波数電力出力及び低波数電力出力の重ね合わせを用いてプロセスガス流れ
からプラズマを励起し、圧力約0.4トール〜3トール、温度約250℃〜45
0℃で、透過性基板の上に薄膜を堆積する 各段階を有する方法。 - 【請求項2】 プロセスチャンバ内の透過性基板が、ガラス基板である請求
項1に記載の方法。 - 【請求項3】 プロセスチャンバ内の透過性基板が、クオーツ基板である請
求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 プロセスチャンバ内に導入されるガス流れが、シランと酸素
を含んでいる請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 プロセスチャンバ内に導入されるガス流れが、テトラエチル
オルソシラン(TEOS)を含んでいる請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 プロセスチャンバ内に導入されるガス流れが、シランと亜酸
化窒素を含んでいる請求項1に記載の方法。 - 【請求項7】 プロセスチャンバ内に導入されるガス流れが、TEOSと亜
酸化窒素を含んでいる請求項1に記載の方法。 - 【請求項8】 プロセスチャンバ内に導入されるガス流れが、シランと窒素
とアンモニアを含んでいる請求項1に記載の方法。 - 【請求項9】 該重ね合わせた電力出力に結合される中心領域を有するシャ
ワーヘッドを更に備える請求項1に記載の方法。 - 【請求項10】 基板がサセプタに保持され、前記サセプタがコーナーと中
心部を備え、該方法が更に、該サセプタコーナーと該サセプタ中心部分において
該サセプタを接地することを有する請求項1に記載の方法。 - 【請求項11】 該高周波数電力出力が、低周波数電力出力に先だって発生
される請求項1に記載の方法。 - 【請求項12】 基板がサセプタに保持され、基板がシャワーヘッドの下に
配置され、該電力出力を重ね合わせる段階が更に、 低周波数電力出力と高周波数電力出力のいずれか一方をサセプタに印加し、 低周波数電力出力と高周波数電力出力の残りの一方をシャワーヘッドに印加す
る 各段階を更に有する請求項1に記載の方法。 - 【請求項13】 該高周波数電力出力が、周波数約13MHz以上、電力約
1〜5キロワットで発生する請求項1に記載の方法。 - 【請求項14】 該低周波電力の出力が、周波数約2MHz以下、電力約3
00ワット〜2キロワットで発生する請求項1に記載の方法。 - 【請求項15】 該高周波数電力出力が、周波数約13MHz以上、電力約
1〜5キロワットで発生し、該低周波電力の出力が、周波数約2MHz以下、電
力約300ワット〜2キロワットで発生する請求項1に記載の方法。 - 【請求項16】 膜を堆積するための装置であって、 内部に透過性の被処理基板を配置することが可能で圧力を約0.4〜3トール
に制御することが可能な真空チャンバと、 前記真空チャンバ内にガスの流れを導入するために前記真空チャンバに結合さ
れるプロセスガスソースと、 前記チャンバ内で透過性基板を約250℃〜450℃の温度に加熱するヒータ
と、 高周波数電源と、 低周波数電源と を備え、前記チャンバ内でプロセスガスからプラズマを励起して、透過性基板上
に膜を堆積するために、前記高周波数電源の出力と前記低周波数電源の出力を足
し合わせる装置。 - 【請求項17】 該高周波数電源と該低周波数電源のそれぞれが、 インピーダンス整合回路と、 該インピーダンス整合回路に結合されるフィルタと を有する請求項16に記載の装置。
- 【請求項18】 基板がサセプタ上に支持され、該サセプタが接地される請
求項16に記載の装置。 - 【請求項19】 該サセプタが4つのコーナーと1つの中心部を有し、4つ
のコーナー及び1つの中心部のそれぞれが接地される請求項18に記載の装置。 - 【請求項20】 更に、 低周波数電源と高周波数電源の何れか一方に結合した、基板を支持するための
サセプタと、 低周波数電源と高周波数電源の残りの一方に結合した、チャンバ内へプロセス
ガスがその中を通って導入されるシャワーヘッドと を備える請求項16に記載の装置。 - 【請求項21】 その中を通ってプロセスガスがチャンバに導入されるため
のシャワーヘッドを更に備え、前記シャワーヘッドは中心部を有し、前記シャワ
ーヘッドは前記中心部の近傍で前記高周波数電源の出力と前記低周波数電源の出
力に結合される請求項16に記載の装置。 - 【請求項22】 更に、 その中を通ってプロセスガスがチャンバに導入されるためのシャワーヘッドで
あって、前記シャワーヘッドは中心部を有し、前記シャワーヘッドは前記中心部
の近傍で前記高周波数電源の出力と前記低周波数電源の出力に結合される、前記
シャワーヘッドと、 透過性基板を支持するためのサセプタであって、前記サセプタは4つのコーナ
ーと1つの中心部を有し、4つのコーナー及び1つの中心部で接地される、前記
サセプタと を備える請求項16に記載の装置。
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