JP5276979B2 - 平坦基板を製造する方法 - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は、少なくとも２５００ｃｍ^２の広さを有し、真空反応装置内でＰＥＣＶＤプロセスによって蒸着されたケイ素層を有する平坦基板の製造に関する。それにより、基板を製造し、ここで、ケイ素層は、一般的には、薄膜トランジスタ・ディスプレイ（ＴＦＴ）用、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用、太陽電池用、または有機発光ディスプレイ（ＯＬＥＤ）用の平坦基板の製造などの場合、半導体素子の一部になる。

ケイ素層を有するそのような平坦大型基板の現今の製造において、非晶質ケイ素（ａ−Ｓｉ）は、そのような層のために最も一般的に用いられる材料である。これらの層は、一般にＰＥＣＶＤプロセスによって蒸着されている。しかし、残念ながら、ａ−Ｓｉは、電子特性が比較的劣っており、そのような平坦基板上のａ−Ｓｉベースの素子は、電気的ストレス下で大きな劣化を示す傾向がある。

結晶性に富んだ材料からなる素子は、より高い電子移動度（より高い電界効果移動度）、より高いＯＮ電流などのより良好な性能を示し、経時劣化（閾値電圧シフト）が小さい傾向があることから、結晶ケイ素（μｃ−Ｓｉおよび「多結晶ケイ素」）が、ａ−Ｓｉを代替するのに良好な候補であり得ることは、本技術分野で知られている。

標準的な装置を使用し、ケイ素含有ガス、ハロゲン含有ガス、水素および希ガスの混合物をプラズマ活性化するプラズマ化学気相成長法工程（ＰＥＣＶＤ）によって、結晶性の高い物質を生成することができることも本技術分野で知られている。本願発明者らは、“Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＳＩＤ” ２００４年１２月１日、Ｐ．Ｒｏｃａ ｉ Ｃａｂａｒｏｃａ（Ｐ．ロカ ｉ カバロカ）ら（ここでは、ＳｉＦ_４−Ｈ_２−Ａｒガス混合物から窒化ケイ素の層（ＳｉＮ）上にμｃ−Ｓｉ材料を成長するための方法が報告されている）を参照している。この方法に固有の問題は、厚みの均一性が低く、下地の誘電体層ＳｉＮおよび処理されるμｃ−Ｓｉ層の両方の特性が低いということである。厚みおよび特性の均一度は、基板近傍の環境において化学的均一性および電気的均一性によって決定される。確かに、誘電体膜およびμｃ−Ｓｉ膜は両方とも、基板の中心部近くのこれらの特性と比較して、基板の外周部でより薄く、異なる化学組成を有するあることが分かった。

本発明の目的は、少なくとも２５００ｃｍ^２の広さを有し、実質的に中心対称であり、真空反応装置内でＰＥＣＶＤ処理によって蒸着されたＳｉ層を有し、その結果、基板に沿ってその外周までの層特性および層厚の少なくとも１つを向上した平坦基板を製造する方法を提供することである。これは、以下のステップを含む方法によって達成される：ａ）電極間の反応空間内でＲＦプラズマ放電を生成するステップ；ｂ）反応装置の内面の少なくとも一部の上に誘電体プレコートを蒸着するステップ；ｃ）反応装置内に１つの基板を第１の表面を上記第１電極に向けて導入するステップ；ｄ）基板の第２の表面に誘電体層を蒸着するステップ；ｅ）上記誘電体層上にμｃ−Ｓｉ層として上記Ｓｉ層をＰＥＣＶＤ蒸着するステップ；およびｆ）ステップｂ）〜ｅ）を繰り返して、各単一の基板を製造するステップ。

ステップｄ）で蒸着されるような誘電体層に関して、厚み不均一は、主として、引き続くＳｉ層の蒸着中の基板の外周部でのより高いエッチング速度に起因する。エッチング・
ラジカルは、特に、ステップｅ）においてμｃ−Ｓｉ層を成長させるために使用されるプラズマからもたらされる。基板の外周に向けてのエッチング速度の増加は、基板のより中心近くでのエッチング・ラジカルの割合と比較して、基板の端近くでのこれらのエッチング・ラジカルのより高い割合によって引き起こされると考えられる。これは、フッ素に対してアルミニウム合金の化学的中性性が良好であることを知ることにより理解でき、その合金は、半導体組立真空反応装置の壁に慣習的に使用されている。そのような化学的中性性−消耗の減少−は、反応装置の内壁のアルミニウム合金の表面に沿ってエッチング・ラジカルの割合を増加させ、したがって、基板の周囲でエッチング速度を増加させる。真空反応装置の設置面積は、そこで製造される基板の寸法の観点から、慣習的にできるだけ小さい寸法とされることを指摘しなくてはならない。したがって、反応装置の金属壁と製造される基板の端または外周との間の間隔は、そのような壁の言及された作用を無視することができるほど大きくは調整されない。

確かに、ＰＥＣＶＤ反応装置のために最も一般に使用されるアルミニウム合金は、アルミニウム・マグネシウム合金であり、なぜなら、それは、保護フッ素ベースの外層を成長させ、したがって、洗浄ステップに容易に耐えることができるからである。これにより、慣習的に、プラズマ中のＮＦ_３またはＮＦ_６からなどのフッ素ラジカルは、標準ＰＥＣＶＤケイ素・プロセスのための真空反応装置の内面の腐食なしで、そのようなプラズマ助長洗浄の間に使用されている。

ＰＥＣＶＤ反応装置の内面の化学的中性性により、エッチング・ラジカルの利用可能量は、基板の端近くでより高く、これらのラジカルは、浸透圧効果によって基板の外周領域上へ移動する。反応装置の内部空間の設置面積が、基板の寸法と比較してより小さい寸法とされると、この効果がより大きく発揮される。利用可能なエッチング・ラジカル、フッ素ラジカルのより高い量は、結晶化に影響することによって、基板の外周領域でμｃ−Ｓｉ層の成長に影響することとなる。したがって、エッチング・ラジカルと成長寄与ラジカルとの間の化学的なバランスの局所的な摂動は、基板の外周部で、画成された結晶フラクションと非晶質フラクションと空隙との間でＳｉ材料組成を変更するとともに、蒸着速度の低下をもたらす。一般的に、そのような層厚みの減少および基板の端に向けての材料組成の変化は、基板上でより中心に近いそのような素子の特性に比べて、基板に沿って基板の外周の方に生成された半導体素子の特性の望まれない偏差をもたらす。

基板を導入し、次いで、基板上に層の蒸着を行い、ケイ素層としてμｃ−Ｓｉ層を蒸着する前に、反応装置の内面の少なくとも一部の上に誘電体プレコートを蒸着することによって、金属でありほとんどアルミニウム・マグネシウム合金で処理された真空反応装置の内面は、μｃ−Ｓｉ層の蒸着中に特に使用されるような前駆体ガスから保護される。それにより、基板の外周部に沿うエッチング・ラジカルの割合は、より中心に近い基板領域におけるそのような割合と実質的に等しく維持されると考えられる。エッチング・ラジカルの空間相対密度分布に関して、基板の中心領域およびその外周に沿った差に直面することは実質的にない。

このように、本発明が追求する主要な事項は、基板の端またはより中心近くで見られるか否かにかかわらず、プラズマ活性化ガスに実質的に等しい条件を提示することである。

以下の先行技術文献を留意されたい：米国特許第５，１７７，５７８号、米国特許第５，９７０，３８３号、米国特許第６，０７１，５７３号、米国特許第５，９８１，８９９号、米国特許第５，８１１，１９５号、特開２００２−２８９，５５７、 “Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＳＩＤ” ２００４年１２月１日、Ｐ．Ｒｏｃａ ｉ Ｃａｂａｒｏｃａ（Ｐ．ロカ ｉ カバロカ）ら。

米国特許第５，９７０，３８３号は、各バッチ後に壁特性をリセットすることにより、連続またはバッチのケイ素で被覆された基板を製造する間に、真空反応装置の壁の被覆の経時成長に対処することを教示している。それにより、コーティングは、真空反応装置の壁に塗布される。単一の基板の被覆の局部均一性への反応装置の壁の影響は対処されない。

米国特許第５，９８１，８９９号は、本発明による方法を実行するために使用されるようなタイプの容量結合ＲＦプラズマ反応装置を教示する。

米国特許第５，８１１，１９５号は、半導体処理のために、真空反応装置の壁にアルミニウム・マグネシウム合金を使用することを詳述している。

工業プロセスについて、少なくとも２５００ｃｍ^２の大きな基板に沿った材料特性および厚みの必要な均一性を、基板領域全体にわたって検討することが重要である。例えば、ＴＦＴディスプレイ・パネル用の基板を製造するために使用されるＴＦＴ素子用の層の蒸着において、バックプレーンの各トランジスタ素子の最終特性は、上記で対応されたステップｄ）で蒸着されるような誘電体層の厚みおよび固有Ｓｉ層の材料の構造的および電子的特性に実質的に依存する。確かに、トランジスタの応答は、閾値電圧および電荷担体移動度によって定義される。バックプレーンの様々な領域に沿ったＴＦＴ層の厚みおよびＴＦＴ材料特性の変化は、トランジスタ特性の変化をもたらすこととなる。これは、パネルにわたる画素輝度の不均一をもたらすこととなる。

これまでハロゲン前駆体ガスからのμｃ−Ｓｉ層の蒸着に関して記載された限定は、本発明による製造方法によって実質的に取り除かれ、工業規模の製造のために予測される。

誘電体プレコートは、反応装置の内面の少なくとも一部を被覆するために塗布され、被覆される基板からおよびその全面に沿って「見られる」ように、化学環境の実質的に改善された均一性をもたらす。

本願発明者らが、「反応装置の内面の少なくとも一部」上に誘電体プレコートを設けることを述べる場合、そのような内面の領域の中にプレコートによって被覆されない部分があることを排除することを希望せず、被覆されない部分は、被覆される基板の全面が処理中に受ける電気化学的環境のために、問題にならない、または無視できる。

本発明による方法の１つの実施形態では、反応装置は、基板キャリア第１電極を備えており、ガス・シャワー第２電極がそこから間隔をあけて設けられており、基板を、言及されるステップｃ）で第１の基板キャリア電極上に導入する。

ここで、基板を、キャリア電極に塗布された誘電体プレコート上に置く。慣習的に、プレコートで被覆された第１電極の表面は、その上におかれた基板の表面より大きい。言及されたステップｄ）において誘電体層の蒸着を考慮すると、基板に沿うとともに、突出するプレコートされた電極表面および反応装置の壁領域に沿って、引き続くμｃ−Ｓｉ層の蒸着が、誘電体表面に実際に連続的に「触れる」という結果となり、キャリア電極および基板端に隣接する。それにより、特に、例えば、ガラス材料からなる基板の端に沿って、電場均一性も、大きく改善される。

本発明の基板の製造方法によって、表面の大きな基板では、その上のケイ素層が、基板の端までの厚みおよび特性の均一性が向上されたμｃ−Ｓｉ層として提供される。このことから、そのようなケイ素層に基づいて形成された素子の電気的特性が、基板領域全体にわたって実質的に向上された局部均一性を有し、μｃ−Ｓｉ蒸着によって、時間とともに
安定性が向上されることが確かめられる。

本発明による方法の１つの実施形態では、ステップｂ）およびステップｄ）での誘電体の蒸着の少なくとも１つを、ＰＥＣＶＤ処理によって行う。

本発明による方法のステップｅ）では、μｃ−Ｓｉ層をＰＥＣＶＤによって蒸着するという事を考慮して、処理全体を、少なくともステップｂ）によってプレコートを蒸着すること、またはステップｄ）によって誘電体層を塗布すること、または言及されたステップｂ）およびｄ）の両方を行うことについて同じ処理のタイプを使用することによって著しく簡略化する。それにもかかわらず、状況によっては、例えば、ＲＦプラズマ放電を使用する反応性物理蒸着（ＰＶＤ）によって、プレコート層および／または誘電体層を蒸着することが好ましい。

本願発明者らが、ＲＦプラズマを適用する、または生成することについて本発明の全体にわたって述べる場合、これは、ＲＦ電源に加えて、それぞれの電極にさらなるＤＣバイアスを印加することや、そのようなＲＦプラズマが、ＲＦを振動する、または十分に高い繰り返し周波数のＤＣを振動することにより生成されることを除外しない。

さらに、いくつかの理由で、マイクロ波プラズマを使用してもよいことが考えられなければならない。ここで、マイクロ波エネルギーは、真空ＰＥＣＶＤ反応装置の反応空間に結合される。この場合、第１の電極を、基板キャリアとして使用することが好ましく、第２の電極を、均一的にそれぞれのガスまたはガス混合物を導入するためのガス・シャワーとして使用することが好ましい。

さらなる実施形態では、ステップｅ）により誘電体層上にμｃ−Ｓｉ層を蒸着するステップは、ガスまたはガス混合物をプラズマ活性化するステップを含み、それによりエッチング・ラジカルおよび層成長寄与ラジカルを生成する。

１つの実施形態では、そのようなガスは、ＳｉＦ_４であるように選択される。
さらに、本発明による方法のさらなる実施形態では、ステップｅ）において、ケイ素含有ガス、ハロゲン含有ガスおよび水素を含むガス混合物をプラズマ活性化する。

さらに、本発明のさらなる実施形態において、ステップｅ）は、希ガスを活性化するステップを含む。

さらに、本発明のさらなる実施形態では、少なくとも、被覆される基板の表面はガラスからなり、現今、慣習的に、基板全体はガラスからなる。

さらに、本発明の他の実施形態では、ステップｂ）およびステップｄ）のうちの少なくとも１つは、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、フッ素化酸化ケイ素のうちの少なくとも１つを蒸着するステップを含む。

さらに、本発明による方法のさらなる実施形態において、ステップｂ）は、窒化ケイ素を蒸着するステップを含む。これにより、１つの実施形態において、ステップｂ）は、厚みｄ（ここで、２００ｎｍ≦ｄ≦５００ｎｍが有効である）で誘電体プレコートを蒸着するステップを含む。

さらなる実施形態では、処理される厚みｄは、２００ｎｍ≦ｄ≦４００ｎｍであるように選択される。

それにより、この厚みｄをより高く選択すれば、プレコート材料が剥がれる危険性が高くなることを考えなくてはならない。処理される厚みを５００ｎｍを超えて増加させると、一方では、長いプレコート時間、他方では、そのようなプレコートに伴って低減されたＲＦ電力結合による製造設備の全処理能力がさらに減少することとなる。他方では、２００ｎｍ未満の被覆厚みは、ターゲットとされた厚みおよび特性均一性を十分に向上する、つまり、厚み変化を要求する標準仕様未満、例えば、基板表面全面に沿って検討される平均の厚みの値の１０％未満とするのに非効率であることが分かった。

本発明による方法のさらなる実施形態では、ステップｂ）は、非晶質材料の層として、誘電体プレコートを蒸着するステップを含む。それにより、プレコート層内のストレスは著しく低減される。これは、真空反応装置の金属内面へのそのようなプレコート層の付着性を向上する。

さらなる実施形態において、ステップｂ）で蒸着されたプレコートの材料およびステップｄ）で蒸着された誘電体層の材料は、少なくともそれらの組成を考えると等しい。それにより、それらは、構造において等しい必要がない。すでに言及したように、プレコートを、ステップｄ）で蒸着された誘電体層のために必ずしも行われない非晶質材料として蒸着してもよい。

必ずしも必須ではないが、ほとんどの場合、本発明のさらなる実施形態は、後に誘電体プレコートで被覆される反応装置の内面の少なくとも言及した部分をプラズマ洗浄するステップを含み、このようにして、ステップｂ）を行う前のそのような洗浄を行う。

１つの実施形態では、言及した洗浄を、プラズマ活性化ＳＦ_６および酸素中で行う。
言及したすべての実施形態での本発明による方法は、薄膜トランジスタ・ディスプレイ基板または液晶ディスプレイ基板または太陽電池基板または有機発光ディスプレイ・パネルの製造に非常に適している。それにより、そのような基板で、言及されたμｃ−Ｓｉ層は、半導体素子の固有Ｓｉ層になり、それは、当業者に完全に明らかであるように、好ましくは同じ反応装置内で真空遮断することなく、さらなる層を蒸着することによって、ステップｅ）に従って実現される。したがって、言及されたステップｅ）と言及されたステップｆ）との間で、平坦基板の製造が終了する前に、およびステップｆ）を次の単一の基板を製造するために行う前に、１つまたは複数のさらなる処理ステップを行ってもよいことを強調しなければならない。

以下、本発明を、図面を援用することに加えて、さらなる説明および実施例を援用して、当業者にさらに説明する。図面は、以下を示す。

図１は、本発明による方法を操作するために使用されてもよい簡略化された真空反応装置１を概略的に示す。真空反応装置は、周囲の反応装置の壁３を含み、壁３は、金属であり、慣習的に、アルミニウム・マグネシウム合金からなる。図１に概略的に示すように、真空反応装置内で、２次元的に延在されるガス・シャワー電極５を操作する。このガス・シャワー電極５は、真空反応装置１の壁３から少なくとも部分的に電気的に絶縁されている。一方、ガス・シャワー電極５は、電源ユニット７に電気操作的に接続されており、他方、矢印Ｇによって概略的に示すように、ガス供給源に接続されている。それぞれのガスまたはガス混合物を、ガス・シャワー電極５に導入し、真空反応装置の反応空間Ｒに多数のガス入口開口ｇを介して注入する。反応空間Ｒに沿った均一なガス分布は、例えば、ガス・シャワー電極５内の分布チャンバ９を介して、ガス入口開口ｇのそれぞれの２次元分布によって達成される。ガス・シャワー電極５に対向して、真空反応装置１内で真空反応装置の壁３と同じ電位で操作される、またはそれとは異なる電位で操作される基板キャリ
ア電極１１が設けられており、それは、そのような場合、真空反応装置１の壁３からの基板キャリア電極１１の電気絶縁性を必要とする。非伝導性または少なくとも伝導性の非常に低い層を蒸着するために適するように、電源ユニット７によって、電力を２つの電極５、１１に印加する。このように、電源ユニット７は、電極５、１１の電気的ＲＦ電源またはＤＣバイアスを有するＲＦ電源またはパルスＲＦ電源または高繰り返し周波数のパルス化ＤＣ電源などを備えている。

例えば、真空ポンプポート、入力／出力ロードロックなどの真空反応装置に必須のさらなる部材は、当業者に完全に既知であるため、概略的な図１に示されていない。

図２は、本発明による方法のフローチャートを示す。第１の方法ステップでは、ガス・シャワー電極５と基板キャリア電極１１との間の反応空間Ｒ内に、電源ユニット７に概略的に示すような、適した電源供給の１つでＲＦプラズマ放電を生成する。そのようなＲＦプラズマ放電を用い、それぞれの反応ガスを反応空間Ｒ内に注入して、反応装置の内面の少なくとも一部の上に誘電体プレコート１３を蒸着する。そのようなプレコート１３は、図１の反応装置のタイプのこれらの関連部分で、図３に示され、ここで、それは、強制的である。これにより、当然のことながら、言及したプレコート１３の厚みは、明瞭とするために大部分を誇張している。

言及した電極間の反応空間でＲＦプラズマ放電を生成し、それぞれのガスまたはガス混合物を注入し、それにより、言及した誘電体プレコートを蒸着するステップを念頭におくと、これは、本明細書でステップなどの文言および言及の順番による時間系列で行われるものとして理解されるべきではない。例えば、まず、反応空間にガスまたはガス混合物を注入し、次いで、ＲＦ放電を確立する、またはＲＦ放電を確立し、次いで、ガスまたはガス混合物を注入することが可能であってもよい。重要なことは、両方の条件を満たす場合、すなわち、ＲＦ放電が確立され、ガスまたはガス混合物が反応空間Ｒ内に存在する場合、プレコートの蒸着が開始するということである。

誘電体プレコート１３は、基板キャリア電極１１の少なくとも外周部、および壁３の表面領域に沿って塗布しなければならず、それは、横方向に基板キャリア電極１１の端を囲む。

特に、図１に示すような真空反応装置タイプを利用する場合、誘電体プレコートをＰＥＣＶＤ蒸着し、それにより、以下の材料の少なくとも１つからなる：酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、フッ素化酸化ケイ素。現今の実施形態では、窒化ケイ素を使用する。塗布されるプレコートの厚みｄは、２００ｎｍ≦ｄ≦５００ｎｍであり、それにより、現今の実施形態では、２００ｎｍ≦ｄ≦４００ｎｍである。

それにより、ＰＥＣＶＤ処理を、現今の実施形態において、言及したプレコート１３の非晶質材料構造をたらすように制御する。

ここで、すべてのそのようなプレコーティングの前に、例えば、ＳＦ_６‐Ｏ_２を含むガス混合物を使用して、壁３の金属内面のＲＦプラズマ反応性洗浄を行う。ただし、後で言及するように、各プレコーティング・ステップの前のそのような洗浄は（前者は、個々の単独の基板の処理の前に必須である）、省略されてもよいし、例えば、各第３の基板の後に、または、ちょうどそれが必要になるときに、洗浄するステップと入れ替えられてもよい。

本発明によって、誘電体プレコートによって被覆される壁３の一部を念頭に置くと、図１の１３で示される部分は、実質的に、図１による反応装置タイプのものであり、それは
、十分に本発明による効果を引き出すために必ず被覆しなければならない。図２によれば、プレコーティング後のさらなるステップで、図１の反応装置のタイプを利用して、少なくとも２５００ｃｍ^２の広さを有する、例えば、ガラスからなる１つの単一の表面の大きな基板を反応装置内に導入し、基板キャリア電極１１上に置く。それにより、現今の操作された実施形態では、基板１５は、基板キャリア電極１１より小さく、その結果、電極１１は、基板の周囲全体に突出している。

図３において、誘電体プレコート１３で被覆された基板キャリア電極１１の外周領域およびプレコートされた真空反応装置の壁３の横方向領域の拡大部分を概略的に示す。基板１５を導入し、基板キャリア電極１１上に置く。次いで、基板キャリア電極１１、基板１５、それにより、特に、その上部表面１５_Ｏを誘電体層１７で被覆する。現今の実施形態において、図３に示すような誘電体層１７は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、フッ素化酸化ケイ素のうちの少なくとも１つからなる。プレコート１３として蒸着したのと同じ材料を選択してもよい。ただし、プレコート１３の材料構造は、現今の実施形態では、内部応力を低減するために非晶質であり、それにより、壁３の金属面への付着性を向上し、図１に示すような反応装置タイプを利用する場合、誘電体層１７を、ここでもＰＥＣＶＤによって基板１５上に蒸着するが、誘電体層１７は、同じである必要はなく、結晶性であってもよい。

基板１５は、今日のガラスからの製造である。
基板１５上に誘電体層１７を蒸着するとき、被覆される基板１５に隣接する反応空間３から見られ得る壁３の金属面は、既に実質的に存在しないことを留意されたい。したがって、基板１５上に誘電体層１７を蒸着する場合、そのような金属面が、蒸着平衡に対するエッチングに影響を及ぼすことはない。それにより、既に、誘電体層１７を、基板１５の表面１５_Ｏすべてにわたって、実質的に一定の厚みおよび実質的に一定の材料特性で蒸着する。基板１５上に誘電体層の蒸着を行った後、言及した誘電体層１７上に、μｃ−Ｓｉのケイ素層をＰＥＣＶＤ蒸着する。このμｃ−Ｓｉ層は、参照番号１９の破線で、図３に示している。ＰＥＣＶＤによって、μｃ−Ｓｉ層１９を蒸着する場合、反応空間Ｒは、再度、基板１５の外周部に沿って蒸着平衡に対するエッチングを変更する壁３の金属面のいずれも見ないことを強調しなければならない。μｃ−Ｓｉ層の厚みおよび構造は、基板表面１５に沿って均一になる。

μｃ−Ｓｉ層としてＳｉ層１９を蒸着するために、エッチング・ラジカルを利用する。層１９の十分に結晶化した材料構造を達成するために、それは、ＳｉＦ_４から現今の実施形態において、ガスまたはガス混合物から成長させられ、成長寄与ラジカル（ケイ素含有ラジカル）およびエッチング・ラジカル（フッ素含有ラジカル）を生成する。成長メカニズムは、完全には分からないが、エッチング・ラジカルと蒸着ラジカル（Ｐ．Ｒｏｃａ ｉ Ｃａｂａｒｏｃａ（Ｐ．ロカｉ カバロカ）らを参照）との間のバランスまたは平衡によって、成長が主として制御されることは知られている。一方では、電極表面を含めて、反応装置の壁のアルミニウム・マグネシウム表面としての金属面が、活性化ガスにさらされ、他方では、ガラスとしての基板材料が、同じプラズマ活性化ガスにさらされる場合、異なるラジカル／表面相互作用が生じる可能性がある。例えば、図１に示すようなタイプの標準ＰＥＣＶＤ反応装置内でのように、基板は、基板キャリア電極１１上にあり、図３を念頭におくと、プレコート１３が存在しないなら、そのようなエッチ−蒸着バランスは、基板１５の端の近くで極度に乱されることとなる。プレコートは、まず、誘電体層の蒸着の均一性を向上し、次いで、そのような誘電体層と結合して、μｃ−Ｓｉ層の蒸着の均一性を向上する。

プレコート・ステップ、基板上への誘電体層のための蒸着ステップ、μｃ−Ｓｉ層のための蒸着ステップ、さらなる単一の基板のためにすべての言及されたステップを繰り返す
前の、後の層のための蒸着ステップを、有利には同一の真空反応装置内で行うことにさらに留意しなければならない。

図１の状況において、本願発明者らは、慣習的に用いられるＰＥＣＶＤ真空反応装置、実際には、平行電極ＰＥＣＶＤ反応装置を示した。当業者にとって、他のおよび異なる公知のＰＥＣＶＤ反応装置のタイプを、本発明を操作するために使用してもよいことは言うまでもない。実際に、常に、そこに言及された基板上のＰＥＶＤ層蒸着において、基板の端に受け入れ装置の基板材料および金属材料が存在することとなり、特に、μｃ−Ｓｉ層の均一性を向上するのに必要であると説明したとおり、プレコーティングを作製する。図１に示すようなタイプの平行平板ＰＥＣＶＤ反応装置の代わりに、一例として、ガスまたはガス混合物をマイクロ波プラズマによって活性化するＰＥＣＶＤ反応装置を適用することが可能である。

図４は、ガラス基板の端の近くのμｃ−Ｓｉ層の不均一性を示す。７２０ｍｍ×６５０ｍｍのガラス基板において、図１に示すように、２００ｎｍのＳｉＮおよび１０５ｎｍのμｃ−Ｓｉの積層物を、ＰＥＣＶＤ反応装置内で主に蒸着した。出願人から市販されている反応装置タイプＫＡＩ １ＸＬを使用した。キャリア電極１１は、各側において１ｃｍずつ基板より大きかった。プレコーティングを行わなかった。基板の端の大きな不均一領域は、明らかであり、ここで、厚み平均は、１０５ｎｍの値から８０ｎｍの低さまで減少する。
実施例１
ボトムゲート（ＢＧ）μｃ−Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴを、２００℃〜約３３０℃で製造した。まず、ＳＦ_６／Ｏ_２ガス混合物でプラズマ洗浄することによって反応装置の壁を洗浄した。次いで、反応装置の壁を低ストレスＳｉＮ層で被覆した。これに関して、既に言及したとおり、プレコーティングのための最適厚みは、２００ｎｍ〜約５００ｎｍである。

１３．５６ＭＨｚのＲＦ周波数で、電気的に供給されたＵｎａｘｉｓ ＫＡＩ １ＸＬ
ＰＥＣＶＤシステムに、ＳｉＨ_４を１１０ｓｃｃｍ、ＮＨ_３を８００ｓｃｃｍ、Ｎ_２を８００ｓｃｃｍ、Ｈ_２を５００ｓｃｃｍ注入した。プロセス圧力は、０．７５ｍｂａｒであり、ＲＦ電力は、電極表面５０００ｃｍ^２につき８５０Ｗであった。基板はここでも、７２０ｍｍ×６５０ｍｍのガラス基板（基板表面は約４７００ｃｍ^２）であった。言及されたパラメーターは、反応装置の有意な内表面積に沿って、図１によってプレコート誘電体層１３として低い内部応力を有する非晶質窒化ケイ素の蒸着をもたらした。プレコーティング層の蒸着後、言及された寸法のガラス基板を、図１の反応装置１としての真空反応装置内に移動し、層のＴＦＴ蒸着物を、真空を遮断することなく、本技術分野で公知の次のような技術および手法で蒸着した。第１の層は、プレコーティング層として、同じ誘電体、従って、窒化ケイ素からなる。基板上に蒸着されたこの誘電体層についての典型的な厚みも、２００ｎｍ〜５００ｎｍである。基板に塗布された誘電体層の厚みに関して、図３の層１７は、３００ｎｍ未満であり、図３のプレコーティング層１３の厚みは、少なくとも４００ｎｍであることが要求されてもよい。これは、均一性の必要条件が百分率であり、より薄い層について実現されることがより重大であるからである。

基板に誘電体層を蒸着した後、約１５０ｎｍの厚みを有するμｃ−Ｓｉ層を、フッ素リッチケイ素含有ガスと水素との比率を１：１〜約１：１０の範囲で、およびフッ素リッチガスと不活性ガスとの比率を１：１０〜約１：３０の範囲で、大部分がフッ素リッチケイ素含有ガスＳｉＦ_４、水素および不活性ガス、典型的にはＡｒを含むプラズマ活性化ガス混合物から蒸着した。μｃ−Ｓｉ層を、毎秒およそ０．１ｎｍの速度で蒸着した。

次いで、層の蒸着物を、機能性ＴＦＴ素子の構造を達成するために、つまり、約３０ｎｍの厚みでｎ^＋ａ−Ｓｉ：Ｈ接触層の蒸着によって完成した。それぞれのトランジスタ素
子がオフ状態（Ｉ_ｏｆｆ）である場合に、電流の漏出を回避するために、必要に応じて、さらなるａ−Ｓｉ：Ｈ材料層をオーム接触層の蒸着に先立って添加してもよい。考えられる高い蒸着速度により、標準非晶質ケイ素層を有するμｃ−Ｓｉの固有層を完成させると、平均機械処理能力が向上する可能性がある。
実施例２
実施例１の状況で説明したように、プレコーティング層の蒸着後に、ガラス基板をＰＥＣＶＤ真空反応装置に移動し、ＴＦＴ層蒸着物を異なる誘電体層から蒸着する。それにより、８０ｓｃｃｍのＳｉＨ_４、３５０ｓｃｃｍのＮＨ_３、６２０ｓｃｃｍのＮ_２および１２００ｓｃｃｍのＨ_２を注入した。プロセス圧力は、７５０ＷのＲＦ電力で０．６ｍｂａｒであった。次いで、フッ素リッチ−ケイ素リッチ、水素−希ガスの検討例の比率が１０：１：１００：４００である、大部分がＳｉＦ_４などのフッ素リッチケイ素含有ガス、ケイ素リッチガス、ＳｉＨ_４、水素、および不活性ガス、Ａｒを含むガス混合物から、約１５０ｎｍの厚みでμｃ−Ｓｉ層を蒸着した。層の蒸着物を機能性ＴＦＴを達成するために、約３０ｎｍの厚みでｎ^＋ａ−Ｓｉ：Ｈ接触層の蒸着によって完成させた。ここで指定しないパラメーターは、すべて、実施例１と同様であった。
実施例３
ＢＧμｃ−Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴは、２００℃〜約３３０℃で製造した。まず、洗浄後、反応装置の壁を、４００ｎｍの厚みで誘電体プレコートによってプレコートした。プレコート層は、フッ素化酸化ケイ素からなる。実施例１、２に使用される装置では、０．５ｍｂａｒのプロセス圧力および２００ＷのＲＦ電力で、そのような層を、１００ｓｃｃｍのＳｉＨ_４、１００ｓｃｃｍのＳｉＦ_４、４００ｓｃｃｍのＮ_２Ｏ、１００ｓｃｃｍのＡｒを使用して蒸着した。基板の範囲は、実施例１、２で言及したとおりである。これらのパラメーターは、低い内部応力を有する非晶質フッ素化酸化ケイ素の蒸着をもたらした。そのようなプレコート層を蒸着した後、ガラス基板を、反応チャンバに移動し、本技術分野で公知の技術および手法でＴＦＴ積層物をＰＥＣＶＤ反応装置内で真空を遮断することなく蒸着した。例えば、第１の層、誘電体層を、以下の手法でＰＥＣＶＤによって蒸着した：０．６ｍｂａｒのプロセス圧力および７５０ＷのＲＦ電力で、８０ｓｃｃｍのＳｉＨ_４、３５０ｓｃｃｍのＮＨ_３、６２０ｓｃｃｍのＮ_２、１２００ｓｃｃｍのＨ_２。次いで、約１２０ｎｍの厚みでμｃ−Ｓｉ層を、大部分がＳｉＦ_４などのフッ素リッチケイ素ガス、水素および不活性ガスのＡｒを含むガス混合物から、ＳｉＦ_４／Ｈ_２の比率が１：１：１：１０の範囲で、ＳｉＦ_４／不活性ガスの比率を１：１０〜約１：３０として蒸着した。μｃ−Ｓｉ層を、２３０℃の反応装置の温度で毎秒およそ０．１ｎｍの蒸着速度で蒸着した。次いで、層の積層物を機能性ＴＦＴを達成するために、つまり、約３０ｎｍのｎ^＋ａ−Ｓｉ：Ｈ接触層の蒸着によって完成させた。

真空反応装置の内面に誘電体プレコートを塗布することによって、基板に塗布された両方の層、すなわち、誘電体層およびμｃ−Ｓｉ層も、約４７００ｃｍ^２の大きな面積の基板にわたって向上された厚み均一性を示し、正確に同じ加工条件下でプレコートを設けずに観察された共通の位置依存特性のいずれも示さなかった。

図５は、実施例１の状況に記載するように、プレコーティングの使用により、４００ｎｍの窒化ケイ素の層上に塗布されて生じた約１００ｎｍのμｃ−Ｓｉ層についての厚み均一性の、図４で示すような実施例からの改良を示す。図４による結果に関して、図５の厚みプロフィールを７２０ｍｍ×６５０ｍｍの基板の対角線に沿った干渉計測定で測定し、ここで、比較の目的で図４および図５に示すような結果をもたらす実験に関して、層の同じ積層物をＫＡＩ １ＸＬ反応装置に塗布した。ＳｉＮのプレコートを約２００ｎｍの厚みで塗布した。それにより、プレコート材料として、同じＳｉＮ材料を基板上の積層物内で誘電体層に関して使用した。

このように、プレコートを設けることに加えて、処理パラメーターを、すべて、図４お
よび図５に示す結果をもたらす基板の処理に関して同様とした。明らかにわかるように、本発明による処理は、基板に沿ってその端までの厚み均一性の著しい向上、すなわち、プレコートなしの平均厚みに対して、２５％の偏差の向上をもたらし、プレコートを適用する場合の平均の厚みに対して７％の著しく低減した偏差をもたらした。

さらに、本発明による誘電体プレコートを設けることにより、基板に沿った層の特性の均一性が、大きく改善される。層のそのような特性均一性は、被覆された基板の異なる位置で、分光偏光解析法を使用することにより確認することができる。分光偏光解析法は、薄膜を有する基板の光学的性質を決定するために使用される非破壊光学技術である。実験測定に適する適切なモデルを使用して、それは、層の厚み、材料の種類、結晶フラクション、粗さなどの構造情報を入手することを可能にする。

膜質を明察するために、分光偏光解析法を、基板上の４００ｎｍのＳｉＮ層上に蒸着されたμｃ−Ｓｉ膜に行った。μｃ−Ｓｉ層を、ＳｉＦ_４、Ｈ_２およびＡｒガス混合物から約１２０ｎｍの平均厚みまで成長させた。ＳｉＮ誘電体層およびμｃ−Ｓｉ層を、ここでもＫＡＩ １ＸＬ ＰＥＣＶＤ反応装置でガラス基板上に蒸着した。真空反応装置内にガラス基板を移動する前に、反応装置をプラズマ活性化ＳＦ_６／Ｏ_２で洗浄し、次いで、基板上に後に蒸着されるのと同じタイプの４００ｎｍのＳｉＮ層でプレコートした。

ＰＥＣＶＤ反応装置の内壁をプレコートすることなく、比較のために、同じ処理パラメーターで同じ基板被覆を行った。

図６ａ、ｂおよび７ａ、ｂは、言及したとおりに蒸着された、つまり、ＰＥＣＶＤ反応装置をプレコートすることなく（図６）、プレコートして（図７）、２つのμｃ−Ｓｉ膜の擬似誘電体関数の仮想（Ｅｉ）および実際（Ｅｒ）の部分を表わす。

複素誘電関数Ｅ（ｗ）＝Ｅｒ（ｗ）＋ｉＥ_ｉ（ｗ）は、静止または振動電場に対する媒体の応答について記載する。それは、周波数ｗ、したがって印加される電場のエネルギーの関数である。誘電体関数は、電場にさらした場合に、その反応に関して調査された材料のはっきりした特徴と見なすことができる。したがって、誘電体関数は、材料のタイプ、および材料構造に非常に依存する。異なる組成の材料も、異なる誘電体関数を示す。

この場合、誘電体関数は、以下の２つの理由で「擬似」と称せられる。
まず、それが、直接測定されずに、偏光解析スペクトルに直接由来する光学指数から計算されたからである。

次に、誘電体関数は、それ自体１つの材料の固有特性に導かれるように検討されるが、それは、材料の積層物のために定義されることができる。異なる厚みを有する材料の２つの積層物も、異なる擬似誘電体関数を有するように見える。さらに、擬似誘電体関数では、図６を念頭におくと、１つの基板上で調査されるように位置を変更する場合に変化する３ｅＶ未満のピーク位置を検討する場合、非常に明らかになる厚み変化を表す可能性がある障害がいくつかある。

擬似誘電体関数の挙動を、６５０ｍｍ×７２０ｍｍのガラス基板上の２つの別個の位置に関して、図６、７の両方に示す。特性中心は、偏光解析測定について、中心の位置で結果を示し、一方、特性端は、基板周囲に隣接する、つまり、基板端から４０ｍｍの距離での偏光解析測定について結果を示す。プレコートされない反応装置についての図６の結果は、図６に明らかに示すように、２つの位置間の顕著な厚み変化を示し、それは、図７に明らかに示すように、真空反応装置のプレコーティングを行う場合、実質的に消える。

本発明による方法が、大表面基板上に蒸着されたμｃ−Ｓｉ層の向上された厚みおよび特性均一性をもたらすことを示した。

本発明による基板を処理した後、次の基板を処理する前に、反応装置の内面を毎回洗浄せずに、ただプレコーティングを塗布したとしても、プレコーティングは、自由粒子をプレコート材料に一体化されることとなる反応装置の壁に結合し、それにより、そのような粒子が剥げ落ちるのが防がれることにさらに留意しなければならない。このように、各単一の基板処理の前に反応装置の壁をプレコーティングすることは、特定の洗浄ステップを必ず行う必要性なしに、「きれいな」反応装置の壁を確立することに寄与する。

簡略化した概略説明で、本発明による方法を操作するためにここで使用してもよい、または使用する１つのタイプのＰＥＣＶＤ真空反応装置である。 本発明による方法のフローチャートである。 本発明によって順を追って被覆物を塗布することを説明するために、図１に示す反応装置の一部をさらに概略的に簡略化する。 慣習的な技術で基板上に蒸着されたμｃ−Ｓｉ層の層厚分布である。 図４のものによる説明において、基板上に慣習的に蒸着されたμｃ−Ｓｉの厚み分布、および同じ条件下で蒸着された同じ層に沿う、本発明によるそのような厚み分布である。 層厚および材料構造を代表し、慣習的に蒸着されたμｃ−Ｓｉ層で、基板の中心および端領域で測定される擬似誘電体機能の実際の成分である。 層厚および材料構造を代表し、慣習的に蒸着されたμｃ−Ｓｉ層で、基板の中心および端領域で測定される擬似誘電体機能の仮想の成分である。 図６による擬似誘電体機能の実際の成分であり、図６と同じ層を、本発明による基板上に蒸着する場合、再度、基板の言及された中心および端領域で測定される。 図６による擬似誘電体機能の仮想の成分である。

Claims (19)

1. 少なくとも２５００ｃｍ^２の広さを有し、基板キャリア第１電極と、基板キャリア第１電極から間隔をあけられたガス・シャワー第２電極とを有する真空反応装置内でＰＥＣＶＤプロセスによって蒸着されたμｃ−Ｓｉ層を有する平坦基板を製造する方法であって、
   ａ）前記電極間の反応空間内でＲＦプラズマ放電を生成するステップと、
   ｂ）前記反応装置の内面の少なくとも一部の上に２００ｎｍ≦ｄ≦４００ｎｍの厚みｄを有する誘電体プレコートを蒸着するステップと、
   ｃ）前記反応装置内に１つの基板を導入するステップと、
   ｄ）前記基板の表面に２００ｎｍ〜５００ｎｍの厚みを有する誘電体層を蒸着するステップと、
   ｅ）前記誘電体層上に前記μｃ−Ｓｉ層としてＳｉ層をＰＥＣＶＤ蒸着するステップと、
   ｆ）ステップｂ）〜ｅ）を繰り返して、各単一の基板を製造するステップと、を有する、方法。
2. 基板キャリア第１電極と、基板キャリア第１電極から間隔をあけられたガス・シャワー第２電極と、を有する前記反応装置を準備するステップと、
   ステップｃ）において、前記基板を導入して、前記第１の基板キャリア電極上に存在させるステップと、を有する、請求項１の方法。
3. 前記反応装置の内面の少なくとも一部の上に誘電体プレコートを蒸着するステップと、前記基板の第２の表面上に誘電体層を蒸着するステップの少なくとも１つは、ＰＥＣＶＤ処理によって行われる、請求項１の方法。
4. 前記誘電体層に前記Ｓｉ層を蒸着するステップは、エッチング・ラジカルおよび層成長寄与ラジカルを生成するガスまたはガス混合物をプラズマ活性化するステップを含む、請求項１の方法。
5. 前記ガスまたはガス混合物は、ＳｉＦ_４を含む、請求項４の方法。
6. ステップｅ）は、ケイ素含有ガス、ハロゲン含有ガス、水素を含むガス混合物をプラズマ活性化するステップを含む、請求項１の方法。
7. ステップｅ）は、ガスまたは希ガスを含むガス混合物をプラズマ活性化するステップを含む、請求項１の方法。
8. 前記基板の少なくとも前記表面は、ガラスからなる、請求項１の方法。
9. ステップｂ）およびステップｄ）のうちの少なくとも１つは、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、フッ素化酸化ケイ素のうちの少なくとも１つを蒸着するステップを含む、請求項１の方法。
10. ステップｂ）は、窒化ケイ素を蒸着するステップを含む、請求項１の方法。
11. 前記ステップｂ）は、非晶質材料構造の層として、前記誘電体プレコートを蒸着するステップを含む、請求項１の方法。
12. ステップｂ）において蒸着された前記プレコートの材料と、ステップｄ）において蒸着された前記誘電体層の材料とが等しい、請求項１の方法。
13. ステップｂ）を行う前に、反応装置の内面の前記少なくとも一部をプラズマ洗浄するステップをさらに含む、請求項１の方法。
14. 前記洗浄ステップを、プラズマ活性化ＳＦ_６および酸素中で行う、請求項１３の方法。
15. 薄膜トランジスタ・ディスプレイ基板を製造する、請求項１の方法。
16. 液晶ディスプレイ基板を製造する、請求項１の方法。
17. 太陽電池基板を製造する、請求項１の方法。
18. 有機発光ディスプレイ・パネルを製造する、請求項１の方法。
19. 半導体素子の層としてのμｃ−Ｓｉ層を有する基板を製造する、請求項１の方法。

Images