專利名稱：借由控制膜層生成前驅(qū)物來控制所沉積氮化硅膜的性質(zhì)及均一性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系有關(guān)一種控制一氮化硅膜的性質(zhì)及均一性的方法，該氮化硅膜是以CVD(化學(xué)氣相沉積)方式沉積在一大表面積上，及有關(guān)于用此方法所生成的薄膜。特定地，該氮化硅膜的離子遷移率及/或電阻率都被控制在特定范圍之內(nèi)。
背景技術(shù)：
目前對于薄膜晶體管(TFT)陣列的興趣特別高，因為這些元件通常被使用在電腦監(jiān)視器及電視面板上的液晶主動矩陣顯示器上。液晶主動矩陣顯示器亦可包含發(fā)光二極管來作為背光。另外，有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)已被用于主動矩陣顯示器上，且這些有機(jī)發(fā)光二極管需要TFT來滿足顯示器的活動。
TFT陣列典型地是被產(chǎn)生在一平板基材上。該基材可以是一半導(dǎo)體基材，或可以是一透明基材，像是玻璃，石英，藍(lán)寶石，或透明的塑膠膜。本發(fā)明的主題的TFT使用含硅薄膜，更特定地，使用含氮化硅薄膜作為介電層。一第一含氮化硅薄膜被稱為柵極介電層，因為它覆蓋了導(dǎo)電的柵極電極。一第二含氮化硅薄膜被稱為鈍態(tài)介電層且其覆蓋一第二導(dǎo)電電極的上表面，用以電性隔絕該第二導(dǎo)電電極與周圍的TFT元件的上表面(該TFT元件的下表面為玻璃，石英，藍(lán)寶石，塑膠，或半導(dǎo)體基材)。
圖1顯示一種可使用一含氮化硅柵極介電薄膜及一含氮化硅鈍態(tài)介電薄膜的薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的一示意剖面圖。該種薄膜晶體管通常被稱為一具有SiNx層作為一柵極絕緣體的反向錯開的α-硅TFT或稱為一背通道蝕刻(BCE)式反向堆疊(底柵極)的TFT結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)為較佳的TFT結(jié)構(gòu)中的一種，因為該柵極介電質(zhì)(SiNx)及其本質(zhì)的以及n+(或p+)摻雜的非晶型硅薄膜可在一單一PECVD(pump down run)操作中被沉積。示于圖1中的BCE TFT只包含4或5個圖樣掩膜。
如上文中提及的，基材101典型地包含一物質(zhì)其在可見光譜下是光學(xué)上透明的，如玻璃，石英，藍(lán)寶石，或一透明的塑膠薄膜。該基材的形狀及尺寸可以是不同的。典型地，對于TFT應(yīng)用而言，該基材為一表面積大于約500mm2的玻璃基材。一柵極電極層102被形成在該基材上。該柵極電極層102可包含一金屬層，例如像是鋁(Al)，鎢(W)，鉻(Cr)，鉭(Ta)，鉬(Mo)，鉬化鎢(MoW)，鈦(Ti)，或它們的組合，及其它。柵極電極102可使用傳統(tǒng)的沉積，微影成像及蝕刻技術(shù)來形成。介于基材101與柵極電極層102之間有一非必要的(未示出)的絕緣層，例如一氧化硅，或氮化硅，其亦可使用將于下文中說明的PECVD系統(tǒng)來形成。
一柵極介電層103被形成在該柵極電極層102上。該柵極介電層可以是使用此一PECVD系統(tǒng)沉積的氧化硅，氮氧化硅，或氮化硅層。該柵極介電層103可被形成的厚度范圍是介于100埃()至約6000埃()之間。
一大體積的半導(dǎo)體層104被形成在該柵極介電層103上。該大體積半導(dǎo)體層104可包含多晶型硅(多晶硅)，微晶型硅(microcrystalline silicone)(μc-硅)，或非晶型硅(α-硅)，該等薄膜亦可使用PECVD系統(tǒng)來沉積，或用此技術(shù)中現(xiàn)有的傳統(tǒng)方法來沉積。該大體積半導(dǎo)體層104被沉積的厚度可達(dá)約100埃至約3000埃的范圍之間。一經(jīng)過摻雜的半導(dǎo)體層105被形成在該大體積的半導(dǎo)體層104上方。該經(jīng)摻雜的半導(dǎo)體層105可包含n-(或n+)型或p-(或p+)型摻雜的多晶型硅，微晶型硅或非晶型硅。該經(jīng)過摻雜的半導(dǎo)體層105被沉積的厚度可達(dá)約100埃至約3000埃的范圍之間。該經(jīng)過摻雜的半導(dǎo)體層105的一個例子為n+摻雜的α-硅薄膜。該大體積半導(dǎo)體層104及該經(jīng)過摻雜的半導(dǎo)體層105借由使用傳統(tǒng)的技術(shù)而被微影成像地形成圖樣及蝕刻，用以在該柵極介電絕緣體上界定出這兩個薄膜的一個臺地(mesa)，該臺地是用來作為儲存電容器介電質(zhì)。該經(jīng)過摻雜的半導(dǎo)體層105直接地接觸部分的大體積半導(dǎo)體層104，形成一半導(dǎo)體接合點。
一導(dǎo)電層106然后被沉積在該柵極介電層103，半導(dǎo)體層104，及經(jīng)過摻雜的半導(dǎo)體層105的外露的表面上。該導(dǎo)電層106可包含一金屬，例如像是，鋁，鎢，鉬，鉻，鉭，及它們的混合物，及其它。該導(dǎo)電層106可使用傳統(tǒng)的沉積技術(shù)來形成。該導(dǎo)電層106及經(jīng)過摻雜的半導(dǎo)體層105兩者皆可被微影成像地形成圖樣，用以界定出該TFT的源極106a接點及漏極接點106b，其分別示于圖1中。在形成源極及漏極接點106a及106b之后，一鈍態(tài)介電層107典型地被施加。該鈍態(tài)介電層可以是氧化硅或氮化硅。該鈍態(tài)層107可使用PECVD或此技術(shù)中其它已知的傳統(tǒng)技術(shù)來形成。該鈍態(tài)層107被沉積的厚度可達(dá)約1000埃至約5000埃之間。該鈍態(tài)層107然后被微影成像地形成圖樣及蝕刻，用以在該鈍態(tài)層上開出接觸孔。
一透明的導(dǎo)電層108然后被沉積及形成圖樣用以與導(dǎo)電層106接觸。該透明的導(dǎo)電層108包含一物質(zhì)，其在可見光譜中是光學(xué)上透明的。該透明的導(dǎo)電層108包含銦錫氧化物(ITO)或氧化鋅及其它。該透明的導(dǎo)電層108的形成圖樣是利用傳統(tǒng)的微影成像及蝕刻方法來完成的。
有許多其它的TFT結(jié)構(gòu)可使用氮化硅絕緣體，且數(shù)種這些結(jié)構(gòu)在一由Dr.LeeKyung-ha(Kyung Hee University，1998)所發(fā)表的名稱為″A study on LaserAnnealed Polycrystalline Silicon Thin film Transistors(TFTs)with SiNxGate Insulator″的文章中被提出。此一文獻(xiàn)可在網(wǎng)址http://tftcd.khu.ac.kr/research/polySi中找到。Dr.Lee Kyung-ha的揭示主要是有關(guān)于使用激光來對多晶硅TFT退火，其并非本發(fā)明的主題，但TFT結(jié)構(gòu)則是本發(fā)明的背景資料。本發(fā)明有興趣的結(jié)構(gòu)是在該文獻(xiàn)的第2章中揭示。
D.B.Thomasson等人在1997 Society for Information DisplayInternational Symposium Digest of Technical Paper，volume 28，pages 176-179中所發(fā)表的一篇名稱為″High Mobility Tri-layer a-Si:H Thin Film Transistorswith Ultra-Thin Active Layer″的文章中描述了主動矩陣液晶顯示器，其中該TFT具有一厚度約13nm的主動層。該TFT結(jié)構(gòu)為一玻璃基材，其具有鉬底部電極，一氮化硅柵極電極層，一a-Si:H層覆蓋在該氮化硅柵極介電層上，被一氮化硅介電質(zhì)臺地隔開來的n+μc-硅:H摻雜的源極及漏極區(qū)，及具有一鋁接點層覆蓋在每一源極及漏極區(qū)上。這被稱為一三層a-Si:H TFT結(jié)構(gòu)。該文章作者認(rèn)為此種具有13nm厚度主動層的氫化的非晶型硅薄膜晶體管對于顯示器應(yīng)用而言可提供比具有較厚(50nm)的主動層更佳的性能。一通道長度5微米的元件的直線(VDS＝0.1V)及飽和區(qū)移動率會從50nm厚的a-Si:H元件的0.4cm2/V.sec及0.7cm2/V.sec增加至13nm厚的a-Si:H層元件的0.7cm2/V.sec及1.2cm2/V.sec。該柵極介電氮化硅層是用SiH4，NH3，及AR的一反應(yīng)物氣體混合物在100mW/cm2，-150V，0.5托(torr)及300℃下沉積的。該鈍態(tài)氮化硅介電層是在相同的條件下被沉積作為柵極介電層，只是其基材溫度為250℃。
Young-Bae Park等人在發(fā)表于Journal of Materials ScienceMaterials inElectronics 23(2001)515-512中的名稱為″Bulk and interface properties oflow-temperature silicon nitride films deposited by remote plasma enhancedchemical vapor deposition″的文章中描述了在一柵極介電層，非SiNx，為一氫化的氮化硅薄膜(a-SiNx:H)時發(fā)生的問題。PECVD a-SiNx:H薄膜被廣泛地用作為a-Si:H TFT的一柵極介電質(zhì)，因為介于一a-Si:H層與一a-SiNx:H層之間的良好的表面特性的關(guān)系。然而，該具有a-SiNx:H柵極介電質(zhì)的a-Si:H TFT具有不穩(wěn)定的問題，像是門檻電壓變動及在一D.C.柵極電壓偏壓下的反向次門檻值斜率。它們的不穩(wěn)定問題是因為在該a-SiNx:H薄膜中的高陷阱密度及在該a-Si:H/SiNx:H界面處產(chǎn)生的缺陷所造成的。在該a-SiNx:H中的電荷捕捉是來自一被施加的電場的電子射入及因為該硅懸蕩鍵，在禁止間隙內(nèi)的Si-H及N-H鍵的局部化狀態(tài)。該文章作者認(rèn)為PECVD SiNx:H介電薄膜作為一柵極絕緣體是沒有用的，因為這些薄膜包含大量Si-H及N-H鍵形式的鍵結(jié)的氫(20％-40％)。
該文章作者提出該柵極介電層的一遠(yuǎn)端等離子體加強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積可被實施。該NH3前驅(qū)物在一遠(yuǎn)端等離子體區(qū)(在該室的頂端)內(nèi)被激勵用以產(chǎn)生NH*或NH2*+H*，在這之后來自該等離子體區(qū)的被激勵的物質(zhì)*會與經(jīng)由一氣體散布環(huán)被引入到下游的SiH4起反應(yīng)用以形成該SiNx:H電絕緣體其Si-H鍵形式的鍵結(jié)的氫的數(shù)量大幅減少，更容易將氫釋出而形成會隨著時間的增長而降低該TFT的性能的已知的懸蕩鍵結(jié)的形式。
一由Andrei Sazonov等人在Proc.23rd International Conference onMicroelectronics(MIEL 2002)，Vol.2，NIS，Yugoslavia，12-15 May 2002所發(fā)表的″Low Temperature a-Si:H TFT on plastic FilmsMaterials andFabrication Aspects″文章中提到有關(guān)于用在主動矩陣OLED顯示器上的可撓曲的塑膠基材上的a-SiH薄膜晶體管在120℃下的制造技術(shù)。所制造的TFT所顯示出性能與在260℃下制造的TFT極為接近。該文章作者主張在適當(dāng)?shù)南袼卣舷拢蔷偷臍浠?a-Si:H)TFT能夠供應(yīng)足夠高的電流來達(dá)成所需要的顯示亮度，因而可以是主動矩陣OLED顯示器的一具成本效益的解決方案。
用來產(chǎn)生被制造的TFT樣本的氮化硅薄膜為在120℃及SiH4及NH3氣體前驅(qū)物下以PECVD所沉積得到的非晶型氮化硅。與在260℃及320℃下所制造的薄膜比較起來，該薄膜具有較低的質(zhì)量密度及較高的氫濃度。在該文章中，一系列具有[N]/[Si]比例范圍在1.4至1.7之間的a-SiNx:H薄膜被沉積(在120℃)。在該等薄膜中的氫的含量是在25-40原子百分比的范圍內(nèi)。大體上，具有較高的[N]/[Si]比例的薄膜具有較高的質(zhì)量密度及較高的壓縮應(yīng)力。該等a-SiNx:H薄膜在1MV/cm的場下所預(yù)估的電阻率是在1014-1016Ohm.Cm的范圍內(nèi)，且具有較高的[N]/[Si]比例的薄膜具有一較高的崩潰場(field)及介電常數(shù)，它們低N含量的對應(yīng)物(counterpart)。支持這些結(jié)論的數(shù)據(jù)表在該文中被提出。
與較高溫度的對應(yīng)物比較起來，該等較低溫度的a-SiNx薄膜的特征為具有較高的氫含量。具有約40％或更高的氫濃度的富含N的薄膜表現(xiàn)出氫主要與N原子鍵結(jié)，高[N]/[Si]比例是因為高N-H鍵濃度的關(guān)系。在低溫下制造在一塑膠薄膜上的TFT需要的門檻電壓(4-5V)高于在高溫度下制造于玻璃上的TFT。其結(jié)果為，在低溫下生產(chǎn)的TFT上所觀察到的ON電流較小。雖然這些TFT的效能性質(zhì)符合OLED應(yīng)用的要求，但很明顯的是，降低在120℃溫度下制造的TFT的門檻電壓是較佳的。
如前文中提及的，TFT的效能能力是TFT制造期間所形成的薄膜的結(jié)構(gòu)特征的直接結(jié)果。該等薄膜的結(jié)構(gòu)特征直接與處理條件及相對的前驅(qū)物數(shù)量有關(guān)，前驅(qū)物是在薄膜形成期間用來構(gòu)成TFT的物質(zhì)。隨著平板顯示器的尺寸的增加，控制在整個變大的表面積上的各薄膜的均一性變得愈來愈困難。關(guān)于被用作為柵極介電層或鈍態(tài)介電層的PECVD沉積的含氮化硅薄膜在整個基材上的薄膜的均一性的控制在PECVD是在一具有1平方米的平行板電容地耦合的電極的處理室內(nèi)實施的例子中會變得特別困難。在較高RF功率的應(yīng)用中，該RF功率會集中在該電極區(qū)域的中央，造成一圓頂形的厚度輪廓的結(jié)果，且薄膜特性亦顯示出在電極上的不均一的功率分布。此種現(xiàn)象在高RF功率處更加明顯，高RF功率是用來獲得薄膜沉積率(D/R)，其薄膜沉積率超過約1000埃/分鐘。
用來產(chǎn)生a-SiNx:H薄膜的傳統(tǒng)的PECVD處理使用一被氮氣(N2)高度稀釋的前驅(qū)物氣體混合物，用以獲得所想要的薄膜特性。所想要的薄膜特性為范圍在約0至-1010達(dá)因/cm2的壓縮薄膜應(yīng)力；典型地小于約15原子％的低Si-H含量；及在HF溶液中小于約800埃/分鐘(常態(tài)化為1000埃/分鐘的熱氧化物)的濕式蝕刻率(WER)。然而，一在該前驅(qū)物氣體中高氮氣濃度下(其中N2∶SiH4大于2∶1)產(chǎn)生的等離子體會產(chǎn)生一特別不均一的等離子體于一大的表面積上，例如一基材其具有大于約1000毫米×1000毫米(1平方米)的面積。這被認(rèn)為是因為需要較高的能量來達(dá)成氮分子的解離。為了要克服此一與具有大表面積的平板顯示器有關(guān)的問題氮氣先驅(qū)物氣體被可更容易解離的NH3先驅(qū)物氣體所取代。
最近，對于更大型的平板顯示器的需求更加殷切，例如尺寸大于約1500毫米×1800毫米的基材。最初的努力是使用一NH3前驅(qū)物來在該a-SiNx:H柵極介電薄膜的形成期間提供氮，其所得到的a-SiNx:H薄膜表現(xiàn)出在該膜層中有較高的氫含量，來制造此種尺寸的平板顯示器。如上文中提到的，此較高的氫含量會造成TFT需要較高的門檻值電壓，而這對于TFT的效能來講是不利的。因此，對于一種可以讓a-SiNx:H柵極介電薄膜形成在大表面積基材上的方法存在著需求。

發(fā)明內(nèi)容
已發(fā)現(xiàn)且發(fā)展出一種PECVD沉積一可使用作為一TFT柵極介電層的a-SiNx:H薄膜在大于1000毫米×1000毫米表面積上的方法，其中該薄膜厚度的均一性及包括化學(xué)組成在內(nèi)的薄膜特性的均一性有令人驚奇的一致性。具體說，該薄膜沉積率是大于1000埃/分鐘且典型地大于1300埃/分鐘；該a-SiNx:H薄膜中Si-H鍵的含量小于約15原子％；薄膜應(yīng)力范圍在約0至-1010達(dá)因/cm2之間；在整個基材表面積上的薄膜厚度的變化小于約17％；該薄膜的折射率(RI)的范圍在約1.85至約1.95之間，且在HF溶液中的濕式蝕刻率(其為薄膜密度的一個指標(biāo))小于800埃/分鐘。該HF溶液在業(yè)界被稱為″緩沖氧化物蝕刻劑6∶1″其包含7％重量百分比的氫氟酸，34％重量百分比的氟化物，及59％重量百分比的水。該濕式蝕刻試驗是在約25℃的基材溫度下實施的。此外，該薄膜的化學(xué)組成，以Si-H鍵結(jié)的含量而言，一貫地低于15原子％。
可表現(xiàn)出上述所列的物理特性的a-SiNx:H柵極介電薄膜可提供絕佳的性能能力；及在整個基材上的薄膜的均一性可讓尺寸范圍在1900毫米×2200毫米，或甚至更大的平板顯示器的制造成為可能。
在借由提供一可表現(xiàn)出一低門檻值電壓(低氫含量)的a-SiNx:H柵極介電薄膜以獲得在一尺寸達(dá)1200毫米×1300毫米的基材上的均一的分布的前面的努力中，是使用NH3/SiH4比例范圍在3.1至8.6之間，N2/SiH4比例范圍在10.0至35.8及N2/NH3比例范圍在2.4至10.0之間的前驅(qū)物來源氣體(前驅(qū)物氣體混合物)。在此層度的氮含量并不會造成薄膜在厚度及包括化學(xué)成分在內(nèi)的特性上的均一性問題。然而，可發(fā)現(xiàn)當(dāng)基材尺寸被增加至1500毫米至1800毫米時，此前驅(qū)物來源氣體會產(chǎn)生一不均一的薄膜厚度，其會有高達(dá)25％的變動；會產(chǎn)生薄膜結(jié)構(gòu)其中Si-H鍵結(jié)的含量超過23原子％；及會產(chǎn)生薄膜，其中在HF溶液中的濕式蝕刻率(被常態(tài)化為熱氧化物1000埃/分鐘)在某些例子中超過2400埃/分鐘。根據(jù)發(fā)明人早期的經(jīng)驗，前驅(qū)物來源氣體的氮含量必需被降低用以產(chǎn)生一更為均一的薄膜厚度于該基材上。
可驚奇地發(fā)現(xiàn)到，借由將NH3/SiH4的比例增加至介于5.3至10.0的范圍，同時將N2/SiH4的比例降低至介于5.5至18.7之間的范圍，及將介于電極之間之間距從基線1000米爾(mil)減小約20％至50％的量，即能夠沉積一a-SiNx:H介電薄膜其具有一薄膜厚度其在該基材表面上的薄膜厚度變化小于16％，同時將該薄膜內(nèi)的SiH鍵結(jié)含量保持在小于15原子％。可提供絕佳結(jié)果的該N2/NH3比例的范圍是在約0.6至約2.5之間，與前面的2.4至10.0之間的N2/NH3比例比較起來，最好是在0.6至約2.3之間。
沉積一用作為一鈍態(tài)層的a-SiNx:H柵極介電薄膜的關(guān)鍵要求為在該鈍態(tài)層的沉積期間，該基材溫度是小于約300℃用以避免傷及TFT通道離子遷移特性及用以避免傷及該源極/漏極金屬。在有此觀念下，該鈍態(tài)層是在介于約150℃至300℃，且最好是介于約260℃至280℃之間，的基材溫度范圍下被沉積的。在業(yè)界對于該鈍態(tài)層的性能的一般性的要求為，崩潰電壓不會掉落到約5MV/cm以下。被用作為鈍態(tài)層的該a-SiNx:H柵極介電薄膜的級階覆蓋率必需比柵極介電薄膜的級階覆蓋率佳，用以提供該TFT元件的S/D通道區(qū)的保形性。該鈍態(tài)層的機(jī)械特性同樣是很重要的。例如，該鈍態(tài)層的薄膜應(yīng)力應(yīng)低于柵極介電層。該鈍態(tài)層的薄膜應(yīng)力應(yīng)在約+3×1010至約3×1010之間。
因為在沉積溫度上的降低，該被沉積的薄膜的濕式蝕刻率典型地會升高(該薄膜的密度降低)。熟悉此技術(shù)者將需要以元件性能需求為基礎(chǔ)，在崩潰電壓，級階覆蓋率，及機(jī)械特性上的改變相對于在元件結(jié)構(gòu)及特性上的改變之間獲得一平衡，用以決定最佳的基材沉積溫度。
用來制造具有上述的特性及均一性的a-SiNx:H柵極介電薄膜所需要的組合處理參數(shù)包括以下所列一在沉積期間的基材溫度，其一般的范圍在約120℃至約340℃之間，及當(dāng)該基材是玻璃時其范圍是在約320℃至約340℃之間；一低于約2.0托(Torr)的處理壓力，及典型的范圍是在約1.0托(Torr)至約1.5托(Torr)之間；一等離子體密度，其范圍在約0.2W/cm2至約0.6W/cm2；一等離子體前驅(qū)物混合氣體，其中該前驅(qū)物氣體包括N2，NH3，及SiH4，及其中成份比例為，該NH3/SiH4比例范圍在約5.3至約10.0之間，N2/SiH4的范圍在5.5至18.7之間及N2/NH3的范圍在約0.6至約2.3之間，且典型地是在約0.6至淤1.9之間；一在PECVD處理室內(nèi)的電極間距，其符合該基材尺寸且符合薄膜特性需求；及一總前驅(qū)物氣體流率，其適合在該基材的面積上的處理空間。
當(dāng)該P(yáng)ECVD處理室為一平行板處理室時，像是一AKT(加州SantaClara)PECVD 256KA系統(tǒng)時(其為用來實施本文中所呈現(xiàn)的實驗的系統(tǒng))，電極之間就應(yīng)小于約1000米爾(mil)(一米爾約等于0.001英時)，且范圍典型地介于約800米爾至約400米爾之間。此外，該總前驅(qū)物氣體流率的范圍應(yīng)是在約20000每分標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(sccm)至約每分標(biāo)準(zhǔn)立方厘米70000(sccm)之間。
當(dāng)該等離子體處理室不同上文所述(及將于下文中詳細(xì)說明)的處理室時，熟悉此技術(shù)的人員可計算一相等的電極間距及前驅(qū)物氣體流率。例如，表面積高達(dá)9m2的基材被使用時。
產(chǎn)生一a-SiNx:H鈍態(tài)介電薄膜所需的該等組合處理參數(shù)與產(chǎn)生一柵極介電薄膜所需的是不相同的。這是因為所想要的鈍態(tài)介電層的效能特性是不同的，及因為其上被沉積有該鈍態(tài)層的元件表面在該鈍態(tài)介電層的薄膜沉積時對于基材溫度是極為敏感的。例如，該鈍態(tài)介電層的重要性效能特性不是離子遷移率及電壓門檻值(對于柵極介電薄膜而言)，而是崩潰電壓，級階覆蓋率，及機(jī)械特性(如，殘留的薄膜應(yīng)力)。一可接受的鈍態(tài)層會表現(xiàn)出，例如，一5000或更高的WER及20％或更高的S-H鍵結(jié)結(jié)構(gòu)含量。關(guān)于使用在一a-SiNx:H鈍態(tài)層的PECVD中的前驅(qū)物氣體混合物的比例，NH3/SiH4的比例范圍，舉例而言且非限制性的，可從約5.6至約11.1之間，典型地是在約5.6至約10.6之間。N2/SiH4的范圍，舉例而言且非限制性的，可在約5.8至約20.8之間，典型地是在約5.8至約19.9之間。N2/NH3的比例，舉例而言且非限制性的，可在約0.4至約2.3之間，典型地在約0.6至約1.9之間。


圖1是一種使用本發(fā)明的a-SiNx:H柵極及鈍態(tài)介電薄膜的TFT元件的一實施例的示意剖面圖。
圖2是顯示可被用來沉積本發(fā)明的薄膜的PECVD處理室的剖視圖。
圖3A至3C是顯示典型地被用來形成圖1中的TFT結(jié)構(gòu)的所有步驟，并提供一包括數(shù)個TFT結(jié)構(gòu)的基材的示意圖。
圖4A為一圖表，其顯示在該a-SiNx:H介電薄膜中的Si-H鍵結(jié)結(jié)構(gòu)的原子％與Si-H鍵結(jié)結(jié)構(gòu)的濃度之間的關(guān)系，其中該濃度是以每立方厘米的該a-SiNx:H介電薄膜有多少個構(gòu)成該結(jié)構(gòu)的原子來界定的。
圖4B為一圖表，其顯示在該a-SiNx:H介電薄膜中的N-H鍵結(jié)結(jié)構(gòu)的原子％與N-H鍵結(jié)結(jié)構(gòu)的濃度之間的關(guān)系，其中該濃度是以每立方厘米的該a-SiNx:H介電薄膜有多少個構(gòu)成該結(jié)構(gòu)的原子來界定的。
具體實施例方式
作為下面詳細(xì)說明的序言，應(yīng)被了解的是，當(dāng)使用在此說明書中及權(quán)利要求書中時，除非在文中有明確的相反意思的表示，否則″一″，″一個″及″該″等冠詞其包括了復(fù)數(shù)的意涵。
發(fā)明人已開發(fā)出一種PECVD沉積a-SiNx:H薄膜的方法，當(dāng)一系列的TFT元件被排列在一表面積大于1000毫米×1000毫米的基材上時，該等薄膜在一TFT元件中可被用作為柵極介電及鈍態(tài)層，該基材表面積可大到1900毫米×2200毫米，該表面積甚至可能大到9平方米。該等a-SiNx:H薄膜提供一均一的薄膜厚度及包括化學(xué)成份在內(nèi)的均一的薄膜特性，其必需與基材表面積無關(guān)，但卻是很難制造在大表面積上。
發(fā)明人很驚訝地發(fā)現(xiàn)，借由將NH3/SiH4的比例增加至介于5.3至10.0的范圍，同時將N2/SiH4的比例降低至介于5.5至18.7之間的范圍，及將介于電極之間之間距從基線1000米爾(mil)減小約20％至50％的量，便可制造出一a-SiNx:H薄膜其可作為一TFT柵極介電質(zhì)。該薄膜具有一薄膜厚度其在該基材表面上的薄膜厚度變化小于16％，同時將該薄膜內(nèi)的SiH鍵結(jié)含量保持在小于15原子％。亦可保持該被沉積的a-SiNx:H薄膜的濕式蝕刻率低于約800埃/分鐘?？商峁┙^佳結(jié)果的該N2/NH3比例的范圍是在約0.6至約2.5之間，與前面的2.4至10.0之間的N2/NH3比例比較起來，最好是在0.6至約2.3之間。
除了開發(fā)出制造一很適合作為TFT柵極介電層的a-SiNx:H介電薄膜的方法之外，還開發(fā)出一種a-SiNx:H介電薄膜，其很適合作為覆蓋在該TFT元件的上導(dǎo)電電極上的鈍態(tài)層。沉積一用作為一鈍態(tài)層的a-SiNx:H柵極介電薄膜的關(guān)鍵要求為在該鈍態(tài)層的沉積期間，該基材溫度是小于約300℃(在對于玻璃基材而言)用以避免傷及TFT通道離子遷移特性及用以避免傷及該源極/漏極金屬。在有此觀念下，該鈍態(tài)層是在介于約150℃至300℃，且最好是介于約260℃至280℃之間，的基材溫度范圍下被沉積的。在業(yè)界對于該鈍態(tài)層的性能的一般性的要求為，崩潰電壓不會掉落到約5MV/cm以下。被用作為鈍態(tài)層的該a-SiNx:H柵極介電薄膜的級階覆蓋率必須比柵極介電薄膜的級階覆蓋率佳，用以提供該TFT元件的S/D通道區(qū)的保形性。該鈍態(tài)層的機(jī)械特性同樣是很重要的。例如，該鈍態(tài)層的薄膜應(yīng)力應(yīng)低于柵極介電層。該鈍態(tài)層的薄膜應(yīng)力應(yīng)在約+3×1010至約-3×1010之間。因為在沉積溫度上的降低，該被沉積的薄膜的濕式蝕刻率典型地會升高(該薄膜的密度降低)。熟悉此技術(shù)的人員將需要以元件性能需求為基礎(chǔ)，在崩潰電壓，級階覆蓋率，及機(jī)械特性上的改變相對于在元件結(jié)構(gòu)及特性上的改變之間獲得一平衡，用以決定最佳的基材沉積溫度。
I.一用來實施本發(fā)明的設(shè)備描述于本文中的PECVD處理的實施例是在一平行板處理室中實施的，其為從設(shè)在美國加州Santa Clara市的Applied Material公司的分公司AKT公司購得的25K PECVD處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)200大體上包括一處理室202其耦合至一氣體源204。該處理室202具有壁206及一底部208其部分地界定一處理空間212。該處理空間212典型地是經(jīng)由一形成在該壁206上的端口(未示出)而進(jìn)出的，該端口可方便基材240進(jìn)出該處理室202。壁206支撐著一蓋子組件210其包含一抽泵空間(plenum)214其將該處理空間212耦合至一排氣端口(其包括不同的抽泵構(gòu)件，未示出)一溫度可受控制的基材支撐組件238被設(shè)置在該處理室202的中央。該基材支撐組件238在處理期間支撐該玻璃(舉例而言并非是限制性的)基材240。該基材支撐組件238典型地將至少一埋設(shè)的加熱器232，如一電阻式元件，封包于其內(nèi)部，該電阻式元件被耦合至一非必要的電源230且被控制地將該基材支撐組件238以及置于其上的基材240加熱至一預(yù)定的溫度。典型地，在一CVD處理中，該加熱器232將基材240保持在一介于約350到至少約460℃的均一溫度，但視一將被沉積在該基材240上的物質(zhì)的沉積處理參數(shù)而定。
大體上，該基材支撐組件238具有一下側(cè)226及一上側(cè)234。上側(cè)234支撐該基材240。該下側(cè)226具有一桿242與其相耦合。該桿242將該基材支撐組件238耦合至一舉升系統(tǒng)(未示出)其將該基材支撐組件238移動于一升高的位處理位置(如圖所示)及一降低的位置，在該位置有利于基材來回傳送于該處理室202。桿242額外地提供一供電子導(dǎo)線及熱電耦導(dǎo)線用的導(dǎo)管，其介于該基材支撐組件238與該系統(tǒng)200的其它構(gòu)件之間。
該基材支撐組件238被接地，使得由電源222所提供至一位在該蓋子組件210與該基材支撐組件238之間的氣體配送板組件218上(或其它位在該室的蓋子組件內(nèi)的電極)的RF功率可激勵存在于該處理空間212中介于該基材支撐組件238與該氣體配送板組件218之間的空氣。來自電源222的RF功率會被選擇用以與該基材的尺寸相稱，用以驅(qū)動該化學(xué)氣相沉積及/或蝕刻處理。距離″d″顯示介于該基材支撐組件238的上表面230與氣體配送板組件218的下表面之間的間距。該間距″d″加上該基材240的厚度大致上決定了該處理空間212。該間距″d″在需要時可被調(diào)整用以提供所想要的處理條件。
該蓋子組件210典型地包括一入口端口280，由該氣體源204所提供的處理氣體經(jīng)由該入口端口被引入到該處理室202內(nèi)。該入口端口280亦被耦合至一清潔源282。該清潔源282典型地提供清潔劑，像是解離的氟，其被引入到該處理室202內(nèi)用以將沉積副產(chǎn)物及薄膜從處理室硬件上清除掉。
氣體配送板組件218被耦合至該蓋子組件210的內(nèi)側(cè)220。該氣體配送板組件218典型地被建構(gòu)成順應(yīng)基材230的輪廓，例如，用于大面積基材的多邊形及用于晶片的圓形。該氣體配送板組件218包括一穿孔區(qū)域216，由該氣體源204所提供的處理氣體及其它氣體經(jīng)由該區(qū)域被提供至該處理空間212。該氣體配送板組件218的穿孔區(qū)域216被建構(gòu)來提供通過該氣體配送板組件218的進(jìn)入到該處理室202中的均勻的氣體分布。
氣體配送板組件218典型地包括一懸掛在一懸吊板260上的散氣板258。該散氣板258及懸吊板260亦可包含一單一的元件。復(fù)數(shù)個氣體路徑262被形成穿過該散氣板258用以讓一預(yù)定的前驅(qū)物來源氣體可以散布通過該氣體配送板組件218并進(jìn)入到該處理空間212中。該懸吊板260將該散氣板258及該蓋子組件的內(nèi)表面220保持著一間隔開來的關(guān)系，借以界定出一抽泵空間(plenum)264于它們之間。該抽泵空間264可讓流經(jīng)該蓋子組件210的氣體均勻地散布在該散氣板258的寬度上，使得氣體被均勻地提供該中央的穿孔區(qū)216上并均勻分布地流經(jīng)氣體路徑262。
II.實例實例一，形成一TFT的總體處理為了要提供PECVD沉積的a-SiNx:H柵極介電薄膜與該a-SiNx:H鈍態(tài)介電薄膜相對于該TFT的其它構(gòu)件之間的關(guān)系的一般性的了解，示于圖1中的TFT實施例的整體工藝的一簡單的描述將于下文中提供。
圖3顯示一連串的處理步驟300，這些步驟被實施用以制造出示于圖1中的TFT元件。圖3亦提供一包括了數(shù)個TFT結(jié)構(gòu)的基材的示意頂視圖336。
在第一步驟中，″柵極金屬濺鍍″，一導(dǎo)電層302借由使用此技術(shù)中現(xiàn)有的技術(shù)而被濺鍍沉積于一玻璃基材301上。在此特定的例子中，基材301為一具有0.7mm的厚度的玻璃基材。該導(dǎo)電層302實際上是雙層的，該層的底部為一鉻層，其上覆蓋了一鋁釹合金覆蓋層。
在第二步驟中，″柵極圖樣(掩膜1)″，該導(dǎo)電層302借由使用此技術(shù)中現(xiàn)有的濕式蝕刻處理而被形成圖樣，用以提供導(dǎo)電電極302b。
在第三步驟中，″n+a-Si/a-SiNx:H PECVD″，一a-SiNx:H層303借由本發(fā)明的PECVD處理而被毯覆施加，這將在下文中詳細(xì)說明。在層303的沉積之后，一a-Si層304借由使用此技術(shù)中現(xiàn)有的PECVD處理被毯覆地沉積。最后，一經(jīng)n+摻雜的a-Si層305借由使用此技術(shù)中現(xiàn)有的處理，包括PECVD處理在內(nèi)，被毯覆地施加，用以提供一導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層稍后可變成為該TFT元件的源極及漏極區(qū)。
在第四步驟中，″a-Si圖樣(掩膜2)″，a-Si層304及經(jīng)n+摻雜的a-Si層305借由使用此技術(shù)中現(xiàn)有的技術(shù)被圖樣干蝕刻。
在第五步驟的該″S/D濺鍍″處理中，一鉻層306的毯覆濺鍍沉積是借由使用此技術(shù)中現(xiàn)有的技術(shù)來實施。該鉻層306的一部分后來變成為該TFT元件的源極及漏極區(qū)的一部分。
在第六步驟中，″S/D圖樣(掩膜3)″，鉻層306借由使用此技術(shù)中現(xiàn)有的技術(shù)被圖樣干蝕刻。
在第七步驟的″n+a-Si回蝕刻″的處理中，該n+a-Si層305的因第六步驟中的圖樣干蝕刻而外露的部分借由使用此技術(shù)中現(xiàn)有的技術(shù)被回蝕刻(etchback)。該n+a-Si層305被完全地蝕刻穿透，且被″過度蝕刻(overetched)進(jìn)入到底下的a-Si層304中。
在第八步驟的″SiNx:H PECVD″處理中，一SiNx:H介電質(zhì)的鈍態(tài)層307借由使用本發(fā)明的PECVD方法而被施加于該基材表面上。
在第九步驟的″鈍態(tài)蝕刻(掩膜4)″處理中，一SiNx:H介電質(zhì)的鈍態(tài)層307借由使用此技術(shù)中現(xiàn)有的技術(shù)被圖樣干蝕刻。
第十步驟的″ITO濺鍍″處理中，一銦錫氧化物層308借由使用此技術(shù)中現(xiàn)有的技術(shù)而被毯覆濺鍍沉積到該基材上。該銦錫氧化物層308在被濺鍍沉積時為一光學(xué)透明的導(dǎo)電層。此光學(xué)透明的導(dǎo)電層讓TFT元件可被用在顯示器應(yīng)用上。
在第十一步驟的″ITO圖樣(掩膜5)″的處理中，該銦錫氧化物層308借由使用此技術(shù)中現(xiàn)有的技術(shù)被圖樣干蝕刻，用以產(chǎn)生一有圖樣的導(dǎo)電層，其可讓以示意頂視圖336被示出的各別的TFT結(jié)構(gòu)被定址。
實例2，沉積一SiNx:H柵極介電層的處理在前面已描述了該SiNx:H柵極介電層的所有性能要求。發(fā)明人作了大量的實驗來制造一PECVD沉積的SiNx:H柵極介電層，當(dāng)該薄膜是被PECVD沉積在一大的表面積上，例如大于1000毫米×1000毫米，其可符合該等性能要求且其提供在薄膜厚度上的均一性以及包括結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成在內(nèi)的薄膜特性上的均一性。一項基本的要求為，該SiNx:H薄膜沉積率大于1000埃/分鐘且典型地大于1300埃/分鐘，使得該TFT的制造生產(chǎn)率可提供具有商業(yè)競爭力的適當(dāng)生產(chǎn)率。該SiNx:H薄膜的基本要求為該a-SiNx:H薄膜中Si-H鍵的含量小于約15原子％；薄膜應(yīng)力范圍在約0至-1010達(dá)因/cm2之間；該薄膜的折射率(RI)的范圍在約1.85至約1.95之間，及在HF溶液(緩沖氧化物蝕刻劑6∶1)中的濕式蝕刻率(WER為薄膜密度的一個指標(biāo))小于800埃/分鐘。此外，該薄膜的化學(xué)成分，以Si-H鍵結(jié)的含量而言是一貫地小于15原子％。在示于圖1中的結(jié)構(gòu)的另一實施例中，在一高沉積率(高于約1300埃/分鐘)下沉積該a-SiNx:H柵極介電層是可能的，其中該Si-H鍵結(jié)的含量可高達(dá)約20原子％，及在一低沉積率(低于約1300埃/分鐘，典型地低于1000埃/分鐘)下沉積該a-SiNx:H柵極介電層，其中該Si-H鍵結(jié)的含量低于15原子％。這可在該a-Si層于該a-SiNx:H柵極介電層之間提供一良好的界面。在整個基材表面積上的薄膜厚度均一性其變動值應(yīng)小于17％。關(guān)于在整個基材上的該薄膜的化學(xué)成分的均一性，S-H鍵結(jié)的結(jié)構(gòu)其含量的變動最好是不大于4原子％。關(guān)于在整個晶片上的其它薄膜特性的均一性，其在應(yīng)力的變動上最好是小于約4×109，及濕式蝕刻率(WER)，其為密度的一項指標(biāo)，在整個基材表面上的變化不大于100。
下面的表1列出a-SiNx:H柵極介電層的PECVD試驗數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)與制造出來的a-SiNx:H柵極介電層的物理特性有關(guān)。下面的表2列出描述于表1中的a-SiNx:H柵極介電層試驗的相應(yīng)處理參數(shù)。此工藝的開發(fā)是在一上文中提到的AKTTM25KA PECVD處理系統(tǒng)中實施的。例1-6為被沉積的薄膜的說明例其并沒有符合該a-SiNx:H柵極介電層的目標(biāo)，該a-SiNx:H柵極介電層與上面的一覆蓋的a-Si層界接。例子7-11為符合目標(biāo)的薄膜的說明例。
表1以PECVD沉積的該α-SiNx:H柵極介電薄膜的特性




*+代表拉應(yīng)力 -代表壓應(yīng)力表2以PECVD沉積該α-SiNx:H柵極介電薄膜的沉積處理條件

1.在13.56MHz的RF功率2.處理室壓力3.電極間距4.沉積率以實例為根據(jù)的結(jié)論檢閱在本文中所提出的所有這些數(shù)據(jù)顯示出，獲得可用作為一TFT柵極電質(zhì)的a-SiNx:H柵極介電薄膜是可能的，其中大量的TFT元件被排列在表面積大于1000毫米×1000毫米的表面上。然而，為了要獲得薄膜厚度的均一性及薄膜成分的均一性，必需要小心地控制生成該a-SiNx:H柵極介電薄膜時所使用的處理參數(shù)。關(guān)于該薄膜在整個晶片上的化學(xué)成分的均一性，S-H鍵結(jié)的結(jié)構(gòu)的含量其變動最好是不大于4原子％。關(guān)于在整個晶片上的其它薄膜特性的均一性，在應(yīng)力上的變化最好是小于約4×109及濕式蝕刻率(WER)，其為密度的一項指標(biāo)，在整個基材表面上的變動最好是不大于100。
如前文中提到的，為了要符合業(yè)界的需求，最好是，該薄膜沉積率大于1000埃/分鐘且典型地大于1300埃/分鐘。另外，關(guān)于該a-SiNx:H柵極介電薄膜的薄膜特性，該薄膜的Si-H鍵結(jié)的含量應(yīng)小于約15原子％；薄膜應(yīng)力范圍在約0至-1010達(dá)因/cm2之間；在整個基材表面積上的薄膜厚度的變化小于約17％；該薄膜的折射率(RI)的范圍在約1.85至約1.95之間，及在HF溶液中的濕式蝕刻率(其為薄膜密度的一個指標(biāo))小于800埃/分鐘。此外，該薄膜的化學(xué)組成，以Si-H鍵結(jié)的含量而言，其最大限值一貫地低于15原子％。
可表現(xiàn)出上述所列的物理特性的a-SiNx:H柵極介電薄膜可提供絕佳的性能能力；并且讓在整個基材上的薄膜的均一性可讓尺寸范圍在1870毫米×2200毫米(即，4.1平方米的表面積)，或甚至更大的平板顯示器的制造成為可能。
發(fā)明人很驚訝地發(fā)現(xiàn)，借由將NH3/SiH4的比例增加至介于5.3至10.0的范圍，同時將N2/SiH4的比例降低至介于5.5至18.7之間的范圍，可沉積一a-SiNx:H薄膜其具有一薄膜厚度其在該基材表面上的薄膜厚度變化小于16％，同時將該薄膜內(nèi)的SiH鍵結(jié)含量保持在小于15原子％。與前面的2.4至10.0之間的N2/NH3比例比較起來，所得到的N2/NH3的比例的范圍在約0.6至1.9之間。還可使用該新的前驅(qū)物來源氣體組成來在該a-SiNx:H介電薄膜表面上保持濕式蝕刻率低于約800埃/分鐘。
用來制造具有上述的特性及均一性的a-SiNx:H柵極介電薄膜所需要的組合處理參數(shù)包括以下所列一在沉積期間的基材溫度，其范圍在約320℃至約340℃之間；一低于約2.0托(Torr)的處理壓力，及典型地小于1.5托(Torr)之間；一等離子體密度，其范圍在約0.2W/cm2至約0.6W/cm2；一等離子體前驅(qū)物氣體混合物，其中該前驅(qū)物氣體包括N2，NH3，及SiH4，及其中成份比例為，該NH3/SiH4比例范圍在約5.3至約10.0之間，N2/SiH4的范圍在5.5至18.7之間及N2/NH3的范圍在約0.6至約2.3之間，且典型地是在約0.6至淤1.9之間；一在AKTTM25KA PECVD處理系統(tǒng)(其為一平行板等離子體處理室)內(nèi)的電極間距，該間距小于約1000米爾(mil)，1米爾＝0.001英時，且典型地在約800米爾至約400米爾的范圍之間；及一在該AKTTM25KA PECVD處理系統(tǒng)中的總前驅(qū)物氣體流率，其范圍在約20000sccm至約70000sccm之間。
當(dāng)該等離子體處理室不同上文所述(及將于下文中詳細(xì)說明)的處理室時，熟悉此技術(shù)的人員可計算一相等的電極間距及前驅(qū)物氣體流率。例如，表面積高達(dá)9m2的基材被使用時。
產(chǎn)生一a-SiNx:H鈍態(tài)介電薄膜所需的該等組合處理參數(shù)與產(chǎn)生一柵極介電薄膜所需者是不相同的。這是因為所想要的鈍態(tài)介電層的效能特性是不同的，及因為其上被沉積有該鈍態(tài)層的元件表面在該鈍態(tài)介電層的薄膜沉積時對于基材溫度是極為敏感的。例如，該鈍態(tài)介電層的重要性效能特性不是離子遷移率及電壓門檻值(對于柵極介電薄膜而言)，而是崩潰電壓，級階覆蓋率，及機(jī)械特性(如，殘留的薄膜應(yīng)力)。一可接受的鈍態(tài)層會表現(xiàn)出，例如，一5000或更高的WER及20％或更高的S-H鍵結(jié)結(jié)構(gòu)含量。關(guān)于使用在一a-SiNx:H鈍態(tài)層的PECVD中的前驅(qū)物氣體混合物的比例，NH3/SiH4的比例范圍，舉例而言且非限制性的，可從約5.6至約11.1之間，典型地是在約5.6至約10.6之間。N2/SiH4的范圍，舉例而言且非限制性的，可在約5.8至約20.8之間，典型地是在約5.8至約19.9之間。N2/NH3的比例，舉例而言且非限制性的，可在約0.4至約2.3之間，典型地在約0.6至約1.9之間。
圖4A為一圖表410其顯示該a-SiNx:H介電薄膜中的Si-H鍵結(jié)結(jié)構(gòu)的原子％與Si-H鍵結(jié)結(jié)構(gòu)的濃度之間的關(guān)系，其中該濃度是以每立方厘米的該a-SiNx:H介電薄膜有多少個構(gòu)成該結(jié)構(gòu)的原子來界定的。該Si-H鍵結(jié)結(jié)構(gòu)的原子重量％被顯示在″x″軸上其被標(biāo)為412。以原子/cm3為單位的a-SiNx:H薄膜密度被示于″y″軸上且被標(biāo)為414。曲線416所呈現(xiàn)的關(guān)系式為y＝0.598x，其顯示x與y的關(guān)連性。此圖是為了參考的目的而被提供，用來幫助了解本發(fā)明的敘述。
圖4B為一圖表420，其顯示在該a-SiNx:H介電薄膜中的N-H鍵結(jié)結(jié)構(gòu)的原子％與N-H鍵結(jié)結(jié)構(gòu)的濃度之間的關(guān)系，其中該濃度是以每立方厘米的該a-SiNx:H介電薄膜有多少個構(gòu)成該結(jié)構(gòu)的原子來界定的。該N-H鍵結(jié)結(jié)構(gòu)的原子重量％被顯示在″x″軸上其被標(biāo)為422。以原子/cm3為單位的a-SiNx:H薄膜密度被示于″y″軸上且被標(biāo)為424。曲線426所呈現(xiàn)的關(guān)系式為y＝0.4443x，其顯示x與y的關(guān)連性。此圖是為了參考的目的而被提供，用來幫助了解本發(fā)明的敘述。
雖然本發(fā)明已在上文中參照數(shù)個實施例加以詳細(xì)說明，但在本發(fā)明的范圍及精神內(nèi)的許多變化對于熟悉此技術(shù)的人員而言將會是很明顯的。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)是由以下的本申請權(quán)利要求范圍來界定。
權(quán)利要求
1.一種以PECVD沉積一a-SiNx:H介電薄膜的方法，當(dāng)一系列的TFT元件在一表面積大于1平方米的基材上被排成陣列時，該a-SiNx:H介電薄膜可用作該TFT元件的柵極介電質(zhì)，該方法至少包含在基材溫度范圍介于120℃至340℃下，沉積該a-SiNx:H介電薄膜于一基材上；在介于1托至2.0托間的工藝壓力范圍內(nèi)沉積該a-SiNx:H介電薄膜；從包括N2、NH3及SiH4的前驅(qū)物中沉積該a-SiNx:H介電薄膜，其中NH3/SiH4的成分比例范圍介于5.3至10.0之間，N2/SiH4的成分比例范圍在5.5至18.7之間及N2/NH3的成分比例范圍在0.6至約2.3之間；及施加一等離子體至由該等前驅(qū)物組成的一混合物上，使得在一沉積該a-SiNx:H介電薄膜的處理室內(nèi)的等離子體密度介于0.2W/cm2至0.6W/cm2之間。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在該處理室內(nèi)的一電極間距是介于400米爾至1000米爾間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于該基材溫度范圍是在240℃至320℃之間。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于在該處理室內(nèi)的壓力小于1.5托。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該基材表面積大于2.7m2。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于該基材表面積大于4.1m2。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于該基材表面積大于9.0m2。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于該基材表面積的范圍在1.0m2至4.1m2之間。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該a-SiNx:H介電薄膜的沉積率為至少1000埃/分鐘。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于該沉積率為至少1300埃/分鐘。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于該沉積率為至少1600埃/分鐘。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于該沉積率為至少2300埃/分鐘。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于該沉積率為至少3000埃/分鐘。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該a-SiNx:H介電薄膜的沉積率的范圍在1000埃/分鐘至2300埃/分鐘之間。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在該基材上的薄膜厚度變動小于16％。
16.如權(quán)利要求1或15所述的方法，其特征在于Si-H鍵結(jié)結(jié)構(gòu)的原子％小于20％。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于Si-H鍵結(jié)結(jié)構(gòu)的原子％小于15％。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該薄膜在25℃的基材溫度下，于一包含7％重量百分比的氫氟酸、34％重量百分比的氟化物及59％重量百分比的水的溶液中的濕蝕刻率是小于800埃/分鐘。
19.一種以PECVD沉積一a-SiNx:H介電薄膜的方法，當(dāng)一系列的TFT元件在一表面積大于1平方米的基材上被排成陣列時，該a-SiNx:H介電薄膜可在該TFT元件上作為柵極介電質(zhì)，該方法至少包含在基材溫度范圍介于120℃至340℃下，沉積該a-SiNx:H介電薄膜于一基材上；在介于1托至2.0托的處理壓力范圍內(nèi)沉積該a-SiNx:H介電薄膜；從包括N2、NH3及SiH4的前驅(qū)物中沉積該a-SiNx:H介電薄膜，其中NH3/SiH4的成分比例范圍在5.3至11.1之間，N2/SiH4的成分比例范圍在5.8至20.0之間及N2/NH3的成分比例范圍在約0.5至3.9之間；及施加一等離子體至該等前驅(qū)物的一混合物上，使得在一沉積該a-SiNx:H介電薄膜的處理室內(nèi)的等離子體密度介于0.2W/cm2至0.6W/cm2之間。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于在該處理室內(nèi)的一電極間距范圍是在400米爾至1000米爾之間。
21.如權(quán)利要求19或20所述的方法，其特征在于該基材溫度范圍是在240℃至320℃之間。
22.如權(quán)利要求19或20所述的方法，其特征在于在該處理室內(nèi)的壓力小于1.5托。
23.一種以PECVD沉積一a-SiNx:H介電薄膜的方法，當(dāng)一系列的TFT元件在一表面積大于1平方米的基材上被排成陣列時，該a-SiNx:H介電薄膜可在該TFT元件上作為柵極介電質(zhì)，該方法至少包含在基材溫度范圍介于120℃至340℃下，沉積該a-SiNx:H介電薄膜于一基材上；在介于1托至2.0托的處理壓力范圍內(nèi)沉積該a-SiNx:H介電薄膜；從包括N2、NH3及SiH4的前驅(qū)物中沉積該a-SiNx:H介電薄膜，其中NH3/SiH4的成分比例范圍在5.0至8.0之間，N2/SiH4的成分比例范圍在5.0至6.0之間及N2/NH3的成分比例范圍在0.6至1.2之間；及施加一等離子體至該等前驅(qū)物的一混合物上，使得在一沉積該a-SiNx:H介電薄膜的處理室內(nèi)的等離子體密度介于0.2W/cm2至0.6W/cm2之間。
24.一種當(dāng)一系列的TFT元件在一表面積大于1平方米的基材上被排成陣列時的a-SiNx:H TFT元件柵極介電層，該柵極介電層至少包含一SiH鍵結(jié)，其含量介于2.9原子％至15原子％；一壓縮的薄膜應(yīng)力，其范圍在0.0達(dá)因/cm2至1010達(dá)因/cm2；在該基材上的薄膜厚度變化小于17％；及一折射率，其范圍在1.85至1.95之間。
25.如權(quán)利要求24所述的TFT元件柵極介電層，其特征在于該層在HF溶液中的濕式蝕刻率小于800埃/分鐘。
26.如權(quán)利要求24或25所述的TFT元件柵極介電層，其特征在于該基材表面積大于2.7m2。
27.如權(quán)利要求24或25所述的TFT元件柵極介電層，其特征在于該基材表面積大于9m2。
28.一種當(dāng)一系列的TFT元件在一表面積大于1平方米的基材上被排成陣列時的a-SiNx:H TFT元件鈍態(tài)介電層，該鈍態(tài)介電層至少包含一至少5MV/cm的崩潰電壓；一范圍在+3×1010達(dá)因/cm2至-3×1010達(dá)因/cm2之間的薄膜應(yīng)力；及在該基材上的薄膜厚度變化小于17％。
29.如權(quán)利要求28所述的TFT元件鈍態(tài)介電層，其特征在于該層包括一Si-H鍵結(jié)，其含量介于2.9原子％至20原子％之間。
30.如權(quán)利要求28所述的TFT元件鈍態(tài)介電層，其特征在于該層在HF溶液中表現(xiàn)出一小于5000埃/分鐘的濕式蝕刻率。
31.如權(quán)利要求30所述的TFT元件鈍態(tài)介電層，其特征在于該層在HF溶液中表現(xiàn)出一介于800埃/分鐘至5000埃/分鐘的濕式蝕刻率。
32.如權(quán)利要求29所述的TFT元件鈍態(tài)介電層，其特征在于該層在HF溶液中表現(xiàn)出一小于5000埃/分鐘的濕式蝕刻率。
33.如權(quán)利要求32所述的TFT元件鈍態(tài)介電層，其特征在于該層在HF溶液中表現(xiàn)出一介于800埃/分鐘至5000埃/分鐘的濕式蝕刻率。
34.如權(quán)利要求28或29或30所述的TFT元件鈍態(tài)介電層，其特征在于該基材的表面積大于2.7m2。
35.如權(quán)利要求28或29或30所述的TFT元件鈍態(tài)介電層，其特征在于該基材的表面積大于9m2。
全文摘要
本發(fā)明有關(guān)一種PECVD沉積a－SiNx:H膜的方法，當(dāng)一系列的TFT元件在一表面積大于約1平方米(其可以是約4.1平方米，甚至是大到9平方米)的基材上被排成陣列時，該膜在該TFT元件上是很有用的，其可作為柵極介電層及鈍態(tài)層。該等a－SiNx:H膜提供均一的膜厚度及膜性質(zhì)(包括化學(xué)組成在內(nèi)的性質(zhì))，這在這些大表面積基材上是必需的。由此方法所制造的膜對于液晶主動矩陣顯示器及有機(jī)發(fā)光二極管控制兩者而言是很有用的。
文檔編號H01L21/469GK1700428SQ20051006683
公開日2005年11月23日 申請日期2005年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月20日
發(fā)明者崔壽永, 元泰景, 古田賀久, 王群華, 約翰·M·懷特, 樸范秀 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司