JPH11265855A - 薄膜トランジスタ用シングルチャンバｃｖｄプロセス - Google Patents

薄膜トランジスタ用シングルチャンバｃｖｄプロセス

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JPH11265855A
JPH11265855A JP11018760A JP1876099A JPH11265855A JP H11265855 A JPH11265855 A JP H11265855A JP 11018760 A JP11018760 A JP 11018760A JP 1876099 A JP1876099 A JP 1876099A JP H11265855 A JPH11265855 A JP H11265855A
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ロウ カム
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ロバートソン ロバート
Guofu J Feng
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 汚染の問題を生じずに、同じＣＶＤチャンバ
内で、真性アモルファスシリコン層とドープアモルファ
スシリコン層とを連続して基板上へ堆積する改良方法を
提供することを目的とする。 【解決手段】本方法は、真性アモルファスシリコン層の
堆積に先立ち、誘電絶縁材料の層を堆積する第１の堆積
操作により、同じＣＶＤチャンバ内で基板上に連続して
堆積することにより行われる。ＴＦＴ基板上に堆積され
た絶縁材料は、その前に行われた基板への堆積プロセス
によってチャンバ壁面に残留した残留ドーパントを覆う
に充分な残留絶縁材料をチャンバ壁面に被覆させるよう
な厚さをもつべきである。このことにより、同じＣＶＤ
チャンバ内で基板上に真性アモルファスシリコン層を堆
積させる次の堆積プロセスに対してクリーンな環境を与
える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化学気相堆積（ＣＶ
Ｄ）チャンバ内に配置された基板上に、真性の(intrins
ic) アモルファスシリコン層及び少なくともドーパント
を１種ドープしたアモルファスシリコン層を連続的に堆
積する改良方法に関する。特に、本発明は、真性の(int
rinsic) アモルファスシリコン層及び少なくともドーパ
ントを１種ドープしたアモルファスシリコン層を、同じ
ＣＶＤチャンバ内の薄膜トランジスタ(thin film trans
istor :TFT)基板上に堆積し、係る真性のアモルファス
シリコン層を係るドーパントにより汚染しない改良方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマ励起化学気相堆積法（ＰＥＣＶ
Ｄ）は、種々の基板に電子材料の層を堆積することによ
る半導体デバイスの製造に広く用いられる方法である。
ＰＥＣＶＤプロセスでは、２枚一組の平行板電極を備え
た真空堆積チャンバの中に基板が配置される。通常、基
板は下側の電極でもあるサセプタ上に配置される。堆積
チャンバ内には、上側の電極でもあるガス流入マニホー
ルドを介して反応体ガス(reactant gas)が流入される。
２枚の電極間には、高周波（ＲＦ）電圧が印加される
が、これら電極は、反応体ガスにプラズマを発生させる
に充分なＲＦ出力を発生させる。プラズマは、反応体ガ
スを分解して、基板体の表面上に所望の物質の層を堆積
させる。この第１の層の上に別の電子材料の別の層を堆
積するには、堆積しようとする別の層の物質を含んだ反
応体ガスを堆積チャンバに流入させればよい。各反応体
ガスはプラズマに暴露されて、所望の材料の層を堆積さ
せる。
【０００３】近年、大型液晶セルがフラットパネルディ
スプレーに用いられるようになった。このタイプの液晶
セルは、液晶材料の層を挟んだ２枚のガラス板を有して
いる。ガラス基板は、基板上にコーティングされた導電
性の膜を有し、少なくとも１つの基板がＩＴＯフィルム
等のように透明である。基板は、出力源に接続されて、
液晶材料の配向を変化させることができる。導電性膜を
正確にパターン化することにより、液晶セルの様々なエ
リアを利用することが可能である。最近では、液晶セル
の別々のエリアに非常に高速でアドレスする目的で、薄
膜トランジスタが用いられるようになった。このような
液晶セルは、ＴＶやコンピュータモニタ等のアクティブ
マトリックスディスプレイに有用である。
【０００４】液晶セルの解像度に対する要求が増してお
り、画素と呼ばれる液晶セルの多数のエリアにアドレス
することが望ましい。近年のディスプレイパネルには、
１，０００，０００以上の画素を入れることが可能であ
る。各画素を個別にアドレスしスイッチ状態にしたま
ま、他の画素へのアドレスを可能にするためには、少な
くとも同じ数のトランジスタをガラス板上に形成する必
要がある。
【０００５】薄膜トランジスタデバイスには大きく２つ
のタイプが用いられ、その１つは、バックチャンネルエ
ッチ型(back channel etched ;BCE)薄膜トランジスタで
ある。ＢＣＥ ＴＦＴの処理において多用されるＣＶＤ
プロセスは、３層を連続的に堆積するプロセスである；
この３層とは、典型的にはゲート窒化珪素の絶縁層、ゲ
ート酸化珪素の絶縁層又はこれら２つの絶縁層の上に、
真性の（アンドープの）アモルファスシリコン（ｉ−ａ
−Ｓｉ）層、そしてこの上にリンをドープしたアモルフ
ァスシリコン（ｎ+ −ａ−Ｓｉ）の薄い層であり、これ
らを別々の３つのＣＶＤチャンバで堆積する。ドープし
たアモルファスシリコン層は約４０〜６０ｎｍの厚みで
よいのだが、連続プロセスで真性アモルファスシリコン
膜を汚染する残留リンをチャンバ内に残さないために、
従来技術では別のプロセスチャンバで堆積しなければな
らなかった。
【０００６】ドープしたアモルファスシリコン層の堆積
のステップは、アモルファスシリコンベースのＴＦＴの
堆積プロセス全ての中でも重要なステップである。真性
アモルファスシリコン層の頂面上にドープアモルファス
シリコン層を堆積することにより、真性アモルファスシ
リコンと続いて堆積されるメタル層との間の電気的接触
を改善する。この真性アモルファスシリコン層とメタル
層との間薄いドープアモルファスシリコン層を堆積する
ことにより、真性アモルファスシリコン層とメタル層と
の間にオーミック接続を形成せしめる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】真性アモルファスシリ
コン層とドープアモルファスシリコン層とを単一のＣＶ
Ｄチャンバのみで堆積すれば、ドーパントガスや微粒
子、即ち、リン、アンチモン、ヒ素やホウ素の微粒子が
チャンバ内に残されてチャンバ壁を覆った場合にこれら
は汚染物になる。次のＴＦＴ基板の堆積プロセスが行わ
れた時に、チャンバ壁に残された残留ドーパントは不純
物として真性アモルファスシリコン層を汚染する。この
ような汚染により、薄膜トランジスタデバイスに欠陥が
生じ使用できなくなる。
【０００８】その結果、従来のＰＥＣＶＤプロセス薄膜
トランジスタの製造に用いて、真性アモルファスシリコ
ン層とドープアモルファスシリコン層との堆積を連続し
て行う場合、ドープアモルファスシリコン層の堆積プロ
セスは、アンドープアモルファスシリコン層の堆積プロ
セスとは別のＣＶＤチャンバで行う必要がある。ガラス
基板はそのサイズも重量も大きく、例えばサイズが約３
６０ｘ４６５ｘ１．１ｍｍにもなるため、ガラス基板上
への薄膜の堆積には一般に大きな反応チャンバを要し、
反応チャンバから、次に行われる薄膜の堆積のための別
の反応チャンバへの移動のために、大きく且つしばしば
動作の遅い移送装置が必要となる。この基板の移送操作
は、貴重な処理時間を消費し、系のスループットを低減
してしまう。一般に、移送操作は基板温度の低下を伴
い、従って、この移送操作の後に、基板を再び堆積の温
度まで加熱しなければならず、この時間が更に、堆積に
要する時間に付加される。更に、別のチャンバへの移送
の際に、堆積された膜が汚染される恐れが必ず存在す
る。
【０００９】従って、本発明の目的は、真性アモルファ
スシリコン層とドープアモルファスシリコン層とを連続
して基板上へ堆積する、高スループットの方法を提供す
ることにある。
【００１０】本発明の他の目的は、真性アモルファスシ
リコン層の汚染の問題を生じずに、同じＣＶＤチャンバ
内で、真性アモルファスシリコン層とドープアモルファ
スシリコン層とを連続して基板上へ堆積する改良方法を
提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に従えば、真性ア
モルファスシリコン層の汚染の問題を生じずに、同じＣ
ＶＤチャンバ内で、真性アモルファスシリコン層とドー
プアモルファスシリコン層とは連続して基板上へ堆積さ
れる。
【００１２】好適な具体例では、真性アモルファスシリ
コン層の堆積に先立ち、誘電絶縁材料の層を堆積する第
１の堆積操作により、真性アモルファスシリコン層とド
ープアモルファスシリコン層とは、同じＣＶＤチャンバ
内で基板上に連続して堆積される。ＴＦＴ基板上に堆積
された絶縁材料は、その前に行われた基板への堆積プロ
セスによってチャンバ壁面に残留した残留ドーパントを
実質的に全て覆うに充分な残留絶縁材料をチャンバ壁面
に被覆させるような最低限の厚さをもつ必要がある。こ
のことにより、同じＣＶＤチャンバ内で基板上に真性ア
モルファスシリコン層を堆積させる次の堆積プロセスに
対してクリーンな環境を与えるに有効である。そして、
このプロセスを繰り返して別の基板を処理することもで
きる。
【００１３】このチャンバ内で基板１〜１０枚に堆積操
作を行った後には、チャンバ内部のインシチュウ(in-si
tu )プラズマクリーニングプロセスを行ってもよい。プ
ラズマクリーニングプロセスは、チャンバ壁面から絶縁
材料とドーパントとを全て除去するに有効である。この
インシチュウクリーニングの頻度は、各堆積プロセスに
おいて決められるべき多くのプロセスパラメータに依存
する。
【００１４】
【実施例】本発明は、チャンバ壁面の残留ドーパントに
よる真性アモルファスシリコン層の汚染の問題を生じず
に、同じＣＶＤチャンバ内で、真性アモルファスシリコ
ン層とドープアモルファスシリコン層とを連続して基板
上へ堆積する改良方法を開示する。
【００１５】先ず、図１には、本発明に従った方法の実
施が可能なプラズマ励起ＣＶＤ装置１０の模式的な断面
図が示される。この装置は、ターナーらによる米国特許
出願通し番号０８／０１０６８３番（１９９３年１月２
８日提出）に開示されている。堆積チャンバ１２は、上
面１４へ通じる開口と、該開口内の第１の電極ないしガ
ス流入マニホールド１６とを包含する。もしくは、上面
１４は、電極１６と一体であり、その内部表面に隣接し
ていてもよい。チャンバ１２内部には、板状で第１の電
極１６と平行な位置にまで伸びたサセプタ１８がある。
サセプタ１８は、代表的にはアルミニウム製であり、酸
化アルミニウムの層で被覆される。サセプタ１８は大地
に接続されて、第２の電極として作用する。サセプタ１
８は、シャフト２０の一端に設置され、シャフト２０は
垂直方向に堆積チャンバ１２の底壁面２２を越えて伸び
ている。シャフト２０は垂直方向に可動であり、サセプ
タ１８が第１の電極１６に対して接近及び分離する垂直
方向への動きを可能にする。リフトオフ板２４は、サセ
プタ１８と知積チャンバ１２の底壁面２２との間でサセ
プタ１８と実質的に平行になるように、水平方向に伸
び、且つ垂直方向に対して可動である。リフトオフピン
２６は、リフトオフ板２４から垂直上向きに突出してい
る。リフトオフピン２６は、サセプタ１８のリフト口２
８を通って伸びることができる位置にあり、サセプタ１
８の厚さよりも少しだけ長い長さを有する。図にはリフ
トピン２６は２つしか示されないが、リフトオフ板２４
の周囲にわたって更に多数のリフトピン２６があっても
よい。ガス流出口３０は、堆積チャンバ１２の側壁面を
突き抜けて伸び、堆積チャンバ１２の排気手段（図示さ
れず）に接続される。ガス流入パイプ４２は、堆積チャ
ンバ１２の第１の電極ないしガス流入マニホールド１６
に伸び、ガススイッチネットワーク（図示されず）を介
して種々のガスのソース（図示されず）に接続される。
第１の電極１６は、ＲＦ出力ソース３６に接続される。
通常は、基板をロードロックドア（図示されず）を介し
て堆積チャンバ１２内のサセプタ１８状に基板を運ぶた
めの、並びに被覆が済んだ基板を堆積チャンバ１２から
除去するための、移送パドル（図示されず）が具備され
る。
【００１６】堆積装置１０を運転するにあたり、まず移
送パドル（図示されず）により、基板３８が堆積チャン
バ１２内にロードされて、サセプタ１８上に置かれる。
基板３８は、サセプタ１８のリフト口２８を越えて広が
る大きさである。通常用いられる薄膜トランジスタ基板
のサイズは、約３６０ｍｍ〜４６５ｍｍである。サセプ
タ１８は、リフトオフピン２６がリフト口２８を越えて
伸びないような状態になるようにシャフト２０を上向き
に動かすことによって、リフトオフピン２６の上に位置
し、サセプタ１８及び基板３８は第１の電極に比較的近
い位置にある。基板表面とガス流入マニホールド１６と
の間の電極間距離ないし間隔は、約０．５〜約２インチ
（約１２．７〜約５０．８ｍｍ）である。更に好適に
は、この電極の間隔は、約０．８〜約１．４インチ（約
２０．３２〜約３５．５６ｍｍ）である。
【００１７】本発明の堆積プロセスに先立ち、大きなガ
ラス製のＴＦＴシートである基板３８は、周知のＴＦＴ
技術により処理される。好適な具体例では、アルミニウ
ムのパターン化されたメタルを含む最上層が堆積され
る。
【００１８】本発明の堆積のプロセスの開始に際し、先
ず、堆積チャンバ１２はガス流出口を介して排気され
る。そして、パターン化されたＴＦＴ基板がサセプタ１
８の上の位置に置かれる。
【００１９】現在いろいろなタイプの薄膜トランジスタ
が使用されている。これら薄膜トランジスタの多くは、
ＴＦＴ基板上のパターン化ゲートメタルの上へゲート誘
電層を堆積し、ゲート誘電層の頂面上に被覆されたアモ
ルファスシリコン層を有することを要する。その後、ア
モルファスシリコン層の上にメタルが堆積されるが、こ
のアモルファスシリコン層にはドープアモルファスシリ
コン層の薄い層も含まれてアモルファスシリコンとその
上のメタルとの接触を改善してもよい。
【００２０】窒化珪素ゲート誘電層は、ガラス基板上の
薄膜トランジスタを形成するための絶縁層として有用で
あるために、高品質である必要がある。本発明では、高
品質の窒化珪素膜は、この堆積操作において、ＣＶＤチ
ャンバ内の圧力を約１．２〜約１．５トールに維持し、
基板温度を約３００〜３５０℃に維持することで得られ
る。反応体ガスの流量は、反応体ガスのレベルを適正に
維持するように制御される。好ましくは、前掲の基板サ
イズでは、シラン１００〜３００ｓｃｃｍ及びアンモニ
ア５００〜１０００ｓｃｃｍを、キャリアガスとしての
窒素１０００〜１００００ｓｃｃｍに対して用いて、窒
化珪素膜を堆積させる。ゲート窒化珪素膜（又は、ゲー
ト絶縁層）の好ましい厚さは、約５０〜１０００ｎｍで
ある。
【００２１】また、本発明のプロセスでは誘電絶縁層と
して、例えば酸化珪素、シリコンオキシナイトライド
や、ＰＭＤＡ−ＯＤＡ、テフロン、ポリキノリン、ポリ
イミドやシロキサン等のポリマーベースの誘電材料等、
他の誘電材料を用いてもよい。
【００２２】図２は、３層のＣＶＤ処理のバックチャン
ネル型にエッチングされた薄膜トランジスタの拡大断面
図である。アルミニウム等のパターン化メタル（図示さ
せず）で被覆されたガラス製のＴＦＴ基板には、先ず、
パッシベーションゲート誘電絶縁材料層５２が堆積され
るが、これには、パッシベーション窒化珪素、ゲート酸
化珪素、又はゲート酸化珪素とゲート窒化珪素との複合
層等がある。そして、ゲート絶縁層の上には、真性ない
しアンドープアモルファスシリコン層５４が、約２００
〜約４００ｎｍの厚さで堆積される。次の堆積プロセス
では、約４０〜６０ｎｍの厚さのドープアモルファスシ
リコン層５６が、真性アモルファスシリコン層５４の上
に堆積される。使用したドーパントは、リンである。し
かし、アンチモン、ヒ素又はホウ素等他のドーパント成
分も、本発明において有用である。
【００２３】代表的な堆積プロセス及びその処理条件
を、次の表１〜表３に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
【表３】
【００２７】本発明では、ゲート窒化珪素層、真性アモ
ルファスシリコン層及びドープアモルファスシリコン層
の３層全ての堆積を、１つのＣＶＤプロセスチャンバ内
で堆積させることができる。コンパクトなＣＶＤチャン
バシステムは、チャンバ内のガスの変更及び安定化が早
くでき、また、プロセスチャンバ壁面の面積が小さいた
め、絶縁材の堆積プロセスにおいて壁面に堆積したドー
プアモルファスシリコンを効率良く覆うことが可能とな
るため、コンパクトなＣＶＤチャンバシステム内で実施
すれば非常に有用である。従って、その後の真性アモル
ファスシリコンの堆積プロセスにおいて残留ドーパント
は覆われたままの状態であるため、真性アモルファスシ
リコン層はほとんど汚染されない。プロセスチャンバの
インシチュウプラズマクリーニングは、壁面の堆積物の
全蓄積量を低減させるように頻繁なチャンバクリーニン
グを可能にする能力がある。このことにより、厚く蓄積
したことから生じた壁面からの膜の剥離による残留物汚
染は排除される。
【００２８】また、本発明のシングルチャンバシステム
は、システムの信頼性に対して別の利点を与える。従来
のシステムでは、ドープアモルファスシリコンの堆積に
はただ１つのチャンバのみが使用され、別の層の堆積に
は２つ以上のチャンバが用いられている。仮に、ドープ
アモルファスシリコンチャンバがメンテナンス等何らか
の理由で使用不能になった場合、堆積システム全体が使
用不能になる。本発明の１チャンバシステムを用いれ
ば、各チャンバは独立して稼働し、従って非常に大きな
システムの信頼性が与えられる。
【００２９】シングルチャンバＣＶＤプロセスの有効性
を確かめるため、一連の試験が実施された。ドーパント
による汚染を測定するには、真性アモルファスシリコン
の電気伝導率が良い指標である。ドープアモルファスシ
リコンの代表的な電気伝導率は、１０-2（ｏｈｍ−ｃ
ｍ）-1のオーダーであり、真性アモルファスシリコンで
は、１０-10 （ｏｈｍ−ｃｍ）-1のオーダーである。
【００３０】（実施例）表４に示されるサンプルＮｏ．
１の結果は、リンを含まない膜をリファレンスとして用
いるために、リンを含まないチャンバ内でサンプル上に
堆積操作を行い得られたものである。その他のサンプル
は、ドープアモルファスシリコン膜が頻繁に処理された
チャンバ内で堆積された。これらのサンプルは、以下の
処理ステップで作製された： １）チャンバのインシチュウプラズマクリーニング ２）５０ｎｍのアモルファスシリコンの堆積 ３）所定の厚さでゲート窒化珪素を堆積、Ｎｏ．２では
成長させず ４）同じチャンバに導入された別の新しい基板上に真性
アモルファスシリコンを１００ｎｍ堆積 ５）真性アモルファスシリコン膜の電気伝導率を測定。
【００３１】
【表４】
【００３２】表４からわかるように、ゲート窒化珪素の
バリア層としての有効性は、厚さが２００ｎｍ（サンプ
ル３）から４００ｎｍ（サンプル４）の間で生じてい
る。ゲート窒化珪素層がバリア層として機能するに充分
ないし最小の厚さは、約２００ｎｍであることがわかっ
た。２００ｎｍ以上の厚さでは、有効度は更に大きくな
る。
【００３３】ゲート窒化珪素層として厚さ２００ｎｍ未
満の層が用いられる場合、まずＣＶＤチャンバのシーズ
ニングプロセスを行ってもよい。このプロセスでは、チ
ャンバ内に基板が無い状態で、電極間にある絶縁材料の
ための反応体ガスにプラズマを発生させ、チャンバ壁面
を絶縁材料で実質的に覆う。その後、基板をチャンバ内
に導入し、３層のアモルファスシリコン堆積プロセスを
実施する。
【００３４】本発明は、例示された手法について説明を
行ってきたが、ここで用いられた用語は、説明の語と同
種のものを意図しており、限定を意図するものではな
い。
【００３５】更に、本発明は好適な具体例に関して説明
されたきたが、ここでの教示内容を当業者が直ちに本発
明の変形に応用するであろうことが理解されよう。例え
ば、ゲート窒化珪素の代りに他の誘電材料を用いてもよ
く、また、リンの代りに他のドーパントを用いてもよ
い。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のシングル
チャンバＣＶＤプロセスは、真性アモルファスシリコン
層の汚染の問題を生じずに、同じＣＶＤチャンバ内で、
真性アモルファスシリコン層とドープアモルファスシリ
コン層とを連続して基板上へ堆積する改良方法を提供す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に用いられたプラズマ励起ＣＶＤ
チャンバの断面図である。
【図２】ＣＶＤ処理された３層構造のバックチャンネル
エッチ型薄膜トランジスタの拡大断面図である。
【符号の説明】
１０…プラズマ励起ＣＶＤ装置、１２…堆積チャンバ、
１４…上面、１６…第１の電極ないしガス流入マニホー
ルド、１８…サセプタ、２０…シャフト、２２…底壁
面、２４…リフトオフ板、２６…リフトオフピン、２８
…リフト口、３０…ガス流出口、３２…側壁面、３６…
ＲＦ出力ソース、３８…基板、４２…ガス流入パイプ、
５０…ＴＦＴ基板、５２…パッシベーションゲート誘電
絶縁材料層、５４…真性アモルファスシリコン、５６…
ドープアモルファスシリコン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート ロバートソン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， パロ アルト， ウエブスター ストリー ト 916 (72)発明者 グオフ ジェフ フェン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ヴァーニス アヴェニュー 3307

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ内に置
    かれた基板上に、真性アモルファスシリコン層とドーパ
    ントを含むドープアモルファスシリコン層とを連続して
    堆積する、前記ドーパントにより該真性アモルファスシ
    リコン層を実質的に汚染しない堆積方法であって、 基板上に充分な厚さの少なくとも１層の絶縁材料の層を
    堆積させるステップと、 前記絶縁材料の層の上に、第１の所定の厚さを有する真
    性シリコンの層を堆積させるステップと、 前記真性シリコンの層の上に、第２の所定の厚さを有す
    るドープシリコンの層を堆積させるステップとを備える
    堆積方法。
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