(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】2016510171
(43)【公表日】20160404
(54)【発明の名称】金属酸化物TFTの安定性向上
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/336 20060101AFI20160307BHJP
   H01L 29/786 20060101ALI20160307BHJP
   H01L 21/316 20060101ALI20160307BHJP
【FI】
   !H01L29/78 619A
   !H01L29/78 618B
   !H01L29/78 617T
   !H01L29/78 618A
   !H01L21/316 X
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】19
(21)【出願番号】2015560188
(86)(22)【出願日】20140205
(85)【翻訳文提出日】20150812
(86)【国際出願番号】US2014014951
(87)【国際公開番号】WO2014133722
(87)【国際公開日】20140904
(31)【優先権主張番号】61/771,257
(32)【優先日】20130301
(33)【優先権主張国】US
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US
(71)【出願人】
【識別番号】390040660
【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】APPLIED MATERIALS,INCORPORATED
【住所又は居所】アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95054 サンタ クララ バウアーズ アベニュー 3050
(74)【代理人】
【識別番号】100101502
【弁理士】
【氏名又は名称】安齋 嘉章
(72)【発明者】
【氏名】ウォン タエ ケイ
【住所又は居所】アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95129 サン ノゼ ベルベデレ レイン 1054
(72)【発明者】
【氏名】チョイ スー ヨン
【住所又は居所】アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94539 フレモント ロロ プレイス 40369
(72)【発明者】
【氏名】イム ドンキル
【住所又は居所】アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94566 サンタ マリア パセオ サンタ マリア 6333
(72)【発明者】
【氏名】パーク ベオム スー
【住所又は居所】アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95123 サン ノゼ コットル ロード 6508
【テーマコード(参考)】
5F058
5F110
【Fターム(参考)】
5F058BA20
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5F058BC04
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5F110NN34
5F110NN35
(57)【要約】
水素の低減されたケイ素含有層を組み込んだ金属酸化物薄膜トランジスタ及びその製造方法が、本明細書に開示される。薄膜トランジスタは、基板と、金属酸化物半導体層と、実質的に水素フリーのチャネルインタフェース層と、チャネルインタフェース層の上に形成されたケイ素を含むキャップ層を含むことができる。薄膜トランジスタの製造方法は、基板の上に金属酸化物半導体層を堆積させる工程と、SiFを含む堆積ガスを活性化して、活性化された堆積ガスを生成する工程と、SiOFを含むチャネルインタフェース層を堆積させるために基板に活性化された堆積ガスを送る工程と、チャネルインタフェース層及び金属酸化物薄膜トランジスタ層の上にキャップ層を堆積させる工程を含むことができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
基板の表面の一部の上に形成された金属酸化物半導体層と、
金属酸化物薄膜トランジスタ層と接する酸フッ化ケイ素(SiOF)を含み、1原子%未満の水素を含むチャネルインタフェース層と、
チャネルインタフェース層の上に形成されたケイ素を含むキャップ層を含む薄膜トランジスタ。
【請求項2】
キャップ層は、窒化ケイ素又は酸化ケイ素を含む、請求項1記載の薄膜トランジスタ。
【請求項3】
キャップ層は、窒化ケイ素を含み、16原子%未満の水素を含む、請求項2記載の薄膜トランジスタ。
【請求項4】
基板は、透明基板を含む、請求項1記載の薄膜トランジスタ。
【請求項5】
チャネルインタフェース層は、複数の層を含み、チャネルインタフェースの少なくとも一層は、SiOFを含む、請求項1記載の薄膜トランジスタ。
【請求項6】
チャネルインタフェース層及びキャップ層の各々は、20Å〜3000Åの間である、請求項1記載の薄膜トランジスタ。
【請求項7】
キャップ層は、2層以上を含む、請求項1記載の薄膜トランジスタ。
【請求項8】
金属酸化物半導体層は、SiOFからなるゲート誘電体層の上に更に堆積される、請求項1記載の薄膜トランジスタ。
【請求項9】
処理チャンバ内に基板を位置決めする工程と、
基板の表面の一部の上に金属酸化物半導体層を堆積させる工程であって、金属酸化物薄膜トランジスタ層は、酸化亜鉛を含む工程と、
SiFを含む堆積ガスを活性化して、活性化された堆積ガスを生成する工程と、
金属酸化物半導体層の上にSiOFを含むチャネルインタフェース層を堆積させるために基板に活性化された堆積ガスを送る工程であって、チャネルインタフェース層は、1原子%未満の水素を含有する工程と、
チャネルインタフェース層及び金属酸化物半導体層の上にキャップ層を堆積させる工程を含む薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項10】
チャネルインタフェース層は、摂氏250度未満の温度で堆積される、請求項9記載の方法。
【請求項11】
キャップ層は、SiH、O、NO又はそれらの組み合わせを含む堆積ガス混合物を用いて堆積される、請求項9記載の方法。
【請求項12】
キャップ層は、SiH、SiF、NH、N、H又は組み合わせを含む堆積ガス混合物を用いて堆積される、請求項9記載の方法。
【請求項13】
チャネルインタフェース層は、1原子%未満の水素を含む、請求項9記載の方法。
【請求項14】
キャップ層は、窒化ケイ素又は酸化ケイ素を含む、請求項9記載の方法。
【請求項15】
基板上にSiOFを含むゲート誘電体層を堆積させる工程を含む、請求項9記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
(発明の分野)
本明細書に記載される実施形態は、概して、誘電体層及びパッシベーション層内の水素を低減することに関する。より具体的には、本明細書に記載される実施形態は、概して、金属酸化物薄膜トランジスタ(TFT)で使用するためのケイ素含有層中の水素を低減することに関する。
【0002】
(関連技術の説明)
金属酸化物半導体(例えば、酸化亜鉛(ZnO)、インジウムガリウム亜鉛酸化物(IGZO))は、それらの高いキャリア移動度、低い処理温度、及び光透過性のためデバイス製造用に魅力的である。金属酸化物半導体(MO−TFT)から作られたTFTは、光学ディスプレイのためのアクティブマトリクスアドレッシングスキームにおいて特に有用である。金属酸化物半導体の低い処理温度は、安価なプラスチック基板(例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN))上のディスプレイのバックプレーンの形成を可能にする。酸化物半導体TFTの透明性は、改善された画素開口(ピクセルアパーチャ)及びより明るいディスプレイをもたらす。
【0003】
MO−TFTの安定性とパフォーマンスは、MO−TFT自体に組み込まれた、及び接触層内に組み込まれたような両方の水素含有量に非常に敏感である。接触層は、チャネルインタフェース層又はバルク層を含むことができる。接触層は、CVD堆積された膜(例えば、酸化ケイ素(SiO)、酸窒化ケイ素(SiON)、窒化ケイ素(SiN)など)を含む。多くの半導体では、格子間水素(層間の水素)が、両性不純物(添加される半導体材料に依存してドナー又はアクセプタとして作用することができる不純物)として作用することが見出されている。こうして、p型材料内では、水素は、一般的に、ドナーとして作用し、n型材料内では、水素は、一般的に、アクセプタとして作用する。しかしながら、MO−TFT内では、水素は有害である可能性がある。従来のプラズマ強化化学蒸着(PECVD)膜は、膜中に非常に高い水素含有量を作る。例えば、従来のPECVDによって堆積されたSiOは、約4%の水素を含有し、従来のPECVDによって堆積されたSiNは、約35%の水素を含有する。従来のPECVD膜の水素含有量は、電圧/光バイアス条件下で、高閾値電圧シフト(Vthシフト)を引き起こす。
【0004】
したがって、MO−TFTで使用するための膜内におけるより低い水素含有量のための技術の必要性がある。
【発明の概要】
【0005】
本明細書に記載される実施形態は、概して、MO−TFTで使用するための実質的に水素フリーの(水素の無い)膜及びその製造方法に関する。一実施形態では、薄膜トランジスタは、基板と、基板の表面の一部の上に形成された金属酸化物半導体層と、アモルファス金属酸化物層と接する酸フッ化ケイ素(SiOF)を含み、水素が実質的に無いチャネルインタフェース層と、インタフェース層の上に形成されたケイ素を含むキャップ層を含むことができる。
【0006】
別の一実施形態では、薄膜トランジスタの製造方法は、処理チャンバ内に基板を位置決めする工程と、基板の表面の一部の上に金属酸化物半導体層を堆積させる工程であって、金属酸化物半導体層は、酸化亜鉛を含む工程と、SiFを含む堆積ガスをMW−PECVDを用いて活性化して、活性化された堆積ガスを作る工程であって、堆積ガスは水素を含まない工程と、金属酸化物薄膜トランジスタ層の上にSiOFを含むチャネルインタフェース層を堆積させるために基板に活性化された堆積ガスを送る工程と、チャネルインタフェース層及び金属酸化物薄膜トランジスタ層の上にキャップ層を堆積させる工程を含む。
【図面の簡単な説明】
【0007】
本発明の上述した構成を詳細に理解することができるように、上記に簡単に要約した本発明のより具体的な説明を、実施形態を参照して行う。実施形態のいくつかは添付図面に示されている。
【0008】
しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、したがってこの範囲を制限されていると解釈されるべきではなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。
【図1】本発明の一実施形態に係る典型的なMW−PECVDチャンバの断面図である。
【図2A】〜
【図2H】一実施形態に係る処理の様々な段階での水素フリーチャネルインタフェース層を有するMO−TFT膜スタックの断面図である。
【図3】一実施形態に係るMO−TFT膜スタックを堆積させるための方法のフロー図である。
【0009】
理解を促進するために、図面に共通する同一の要素を示す際には可能な限り同一の参照番号を使用している。一実施形態で開示された要素を、特に説明することなく、他の実施形態で有益に利用してもよいと理解される。
【詳細な説明】
【0010】
高い安定性のMO−TFT構造及びその製造方法が、本明細書に開示される。MO−TFT構造内の水素ドナーの活性のため、MO−TFT層及びカプセル化層(チャネルインタフェース層及びキャップ層を含むことができる)の両方の中の水素濃度は、制限されるべきである。これを達成するために、マイクロ波PECVD(MW−PECVD)によって活性化された堆積ガスを用いて、パッシベーション層を堆積させることができる。本明細書の実施形態では、MW−PECVDによって活性化されたガスは、MW−PECVDによって直接的に点火されたガス又は間接的に活性化されたガス(例えば、不活性ガス又は堆積ガスの成分ガスから形成されたリモートプラズマを送ることによる堆積ガスの活性化)を含むことができる。一以上の実施形態では、パッシベーション層は、少なくともチャネルインタフェース層とキャップ層とを含む多層構造とすることができる。チャネルインタフェース層は最下層であり、パッシベーション層と金属酸化物半導体との間の界面を形成する。典型的なチャネルインタフェース層は、高度に多孔質のケイ素含有誘電体層(例えば、酸フッ化ケイ素(SiOF))を含むことができる。キャップ層は、チャネルインタフェース層の上に形成され、多孔質のチャネルインタフェース層を封止する働きをする。典型的なキャップ層は、高密度ケイ素含有誘電体層(例えば、酸化ケイ素(SiO)、酸窒化ケイ素(SiON)及び窒化ケイ素(SiN))を含むことができる。標準的なPECVDを用いる同等の堆積よりも、MW−PECVDを使用した場合、より低い温度で上層の堆積が行われるのみならず、得られた層内への水素の取り込みもまた、低減される。本明細書に開示される実施形態は、以下の図面を参照してより明確に説明される。
【0011】
以下に説明される実施形態は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社(Applied Materials, Inc.)の子会社のAKTアメリカ社(AKT America Inc.)から入手できるPECVDチャンバ内で実施することができる。本発明は、他の製造業者から入手可能な装置を含む他のチャンバ内にも適用可能であることが理解されるべきである。
【0012】
図1は、一実施形態に係る典型的なMW−PECVDチャンバの断面図である。処理チャンバ100は、処理チャンバ100から基板102を除去することなく、1以上の膜を基板102上に堆積できるように構成される。以下の説明は、MW−PECVDチャンバ(特に、マイクロ波源及びガス供給源が水平堆積プロセス用に水平配置された基板サセプタの上方に配置される横型チャンバ)を参照して行われるが、本発明は、マイクロ波線源が処理チャンバのチャンバ壁に鉛直方向に取り付けられ、縦型構成内で基板を支持するために鉛直方向に配置された基板サセプタを有する縦型堆積チャンバにも適用可能であることを理解すべきである。また、図面及び対応する説明は、単に例示的なものであり、単一の実施形態に記載された任意の個々のハードウェア構成は、明細書に記載された他の実施形態の何れにも組み合わせることができることに留意すべきである。
【0013】
基板102は、とりわけ、金属、プラスチック、有機材料、シリコン、ガラス、石英、又はポリマー材料の薄いシートとすることができる。一実施形態では、基板102は、上にケイ素含有層が堆積されるガラス基板である。他の実施形態では、基板102は、ドープされた又は他の方法で改質されたガラス基板(例えば、上にMO−TFT層が形成されたガラス基板)とすることができる。
【0014】
処理チャンバ100は、一般的に、内部に処理容積199を画定する、チャンバ壁104、チャンバ底部106、及びチャンバ蓋108を含む。処理容積199は、真空システム109に結合され、基板サセプタ110が内部に配置される。処理容積199は、スリットバルブ開口部112を介してアクセスされ、これによって基板102は、処理チャンバ100の内外へ搬送させることができる。チャンバ壁104、チャンバ底部106、及びチャンバ蓋108は、アルミニウム又はプラズマ処理に適合する他の材料の単一のブロックから作製することができる。チャンバ蓋108は、チャンバ壁104によって支持され、処理チャンバ100を補修するために除去することができる。基板サセプタ110は、基板サセプタ110を上下動させるためのアクチュエータ114に結合することができる。
【0015】
基板サセプタ110は、基板サセプタ110を所望の温度に維持するための加熱及び/又は冷却要素(例えば、抵抗ヒータ198及び/又は冷却流体コンジット196)をオプションで含むことができる。リフトピン116は、基板サセプタ110を貫通して移動自在に配置され、これによって基板サセプタ110上への配置前、及び基板サセプタ110からの除去後に、基板102を制御可能に支持する。
【0016】
本発明に係る処理チャンバ100の主要な構成要素は、とりわけ、ガス供給源120及びマイクロ波源126を含むことができる。マイクロ波源126は、ガス供給源120の長手方向に平行となるように構成された1以上のマイクロ波アンテナ128を含むことができる。ガス供給源120は、マイクロ波源126と基板102の間に配置することができる。
【0017】
ガス供給源120は、ガス源122A及び/又はガス源122Bからの1以上の前駆体ガス及び/又はキャリアガスを受け取るように構成されたガス供給ライン121の配列を含むことができる。マイクロ波源126は、ガス供給源120と処理チャンバ100の上部(例えば、チャンバ蓋108)との間に配置することができる。マイクロ波源126は、一般的に、マイクロ波アンテナ128と、マイクロ波アンテナ128に接続されたカップリング機構130を含む。マイクロ波源126は、接地に結合されてもよい。唯一のマイクロ波アンテナ128が図示されているが、マイクロ波アンテナ128の数は、基板の大きさに応じて増加可能であることが理解される。
【0018】
マイクロ波供給源132は、マイクロ波源126に接続され、アンテナ128にマイクロ波電力を送ることができる。処理(例えば、堆積処理)時の動作中、マイクロ波は、マイクロ波アンテナ128に沿って移動し、処理容積内でプラズマを点火するプラズマエネルギーに電磁エネルギーを変換することによって、高い減衰を経る。プラズマにより生成されたラジカル種は、(矢印124によって図示されるように)基板102に向けられ、基板サセプタ110によって保持された基板102上に膜(例えば、SiO、酸窒化ケイ素(SiON)、SiN、又はSiOF)を形成するために、基板表面全域に亘って均一に分布したガス供給ライン121からの反応性前駆体(例えば、SiH、SiF、NO、O、N、又はそれらの組み合わせ)を解離する。堆積中のチャンバ内の圧力は、真空システム109によって制御される。
【0019】
図2A〜図2Hは、一実施形態に係るMO−TFTの概略図である。図2Aに示されるように、MO−TFTは、基板202の上に導電層204を堆積させることによって作製される。基板202用に利用することができる適切な材料は、ガラス、プラスチック、及び半導体ウエハを含むが、これらに限定されない。導電層204用に利用することができる適切な材料は、クロム、モリブデン、銅、アルミニウム、タングステン、チタン、及びそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない。導電層204は、物理蒸着(PVD)、又は他の適切な堆積方法(例えば、電気めっき、無電解めっき、又は化学蒸着(CVD))によって形成することができる。
【0020】
図2Bでは、導電層204は、ゲート電極205を形成するためにパターニングされる。導電層204は、導電層204の上にフォトリソグラフィマスク又はハードマスクのいずれかを形成し、導電層204をエッチャントに曝露することによってパターニングすることができる。導電層204は、ウェットエッチャント又はエッチングプラズマに導電層204の露出部分を曝露することによってパターニングすることができる。一実施形態では、エッチングプラズマは、SF、O、Cl、又はそれらの組み合わせから選択されるガスを含むことができる。
【0021】
図2Cに示されるように、ゲート電極205が形成された後、ゲート誘電体層206がその上に堆積される。ゲート誘電体層206は、SiOF、SiN、SiO、及び酸窒化ケイ素(SiON)を含むことができる。また、ゲート誘電体層206は、単一の層として図示されているが、各々が異なる化学組成を含むことができる複数の層を含んでもよいことが理解される。ゲート誘電体層206を堆積させるための適切な方法は、コンフォーマルな堆積法(例えば、MW−PECVD、PECVD、CVD、及び原子層堆積(ALD))を含む。ゲート誘電体層206は、最小限の水素を用いて堆積されるべきである。一実施形態では、ゲート誘電体層206は、MW−PECVDによって堆積されたSiOFの少なくとも一つの層から構成される。本実施形態では、SiOF層は、1原子%未満(例えば、検出不可能な水素)の水素濃度を有する。
【0022】
図2Dに示されるように、高移動度の活性層208が、半導体層として堆積される。高移動度の活性層208用に使用することができる適切な材料は、IGZO及び酸化亜鉛を含む。活性層208は、適切な堆積方法(例えば、PVD)によって堆積させることができる。一実施形態では、PVDは、ロータリーカソードにDCバイアスを印加することを含むことができる。
【0023】
図2E及び図2Fに示されるように、導電層210は、活性層208の上に堆積させることができる。導電層210は、PVD又は他の適切な堆積方法(例えば、電気めっき、無電解めっき、又はCVD)によって形成することができる。図2Fでは、バックチャネルエッチングプロセスによって、ソース電極211及びドレイン電極212を形成するために、導電層210がパターニングされる。パターニングは、フォトリソグラフィマスク又はハードマスクのいずれかを導電層210の上に形成し、導電層210の露出部分をエッチング液に曝露させることにより行うことができる。導電層210は、ウェットエッチャント又はエッチングプラズマに導電層210の露出部分を曝露することによってパターニングすることができる。一実施形態では、導電層210は、エッチャント(例えば、SF、O、及びそれらの組み合わせ)を含むエッチングプラズマを使用して、マスクで覆われていない導電層210の領域をエッチングすることによってパターニングすることができる。ソース電極211及びドレイン電極212を形成する際に、活性層208の一部が露出され、露出部分214を作る。露出部分214は、ソース電極211とドレイン電極212の間にある。ソース電極211とドレイン電極212の間の領域は、アクティブチャネル216と呼ばれる。複合ゲート電極205、ゲート誘電体層206、高移動度の活性層208、ソース電極211、及びドレイン電極212は、本明細書では、金属酸化物薄膜トランジスタ(MO−TFT)層250と呼ばれる。
【0024】
図2Gでは、チャネルインタフェース層218が、アクティブチャネル216、ソース電極211、及びドレイン電極212の上に堆積される。一実施形態では、活性層208の露出部分214に接触しているチャネルインタフェース層218は、低水素含有酸化物(例えば、SiOF)である。チャネルインタフェース層218は、20Å〜3000Åの厚さに堆積させることができる。チャネルインタフェース層218としてSiOFを使用する実施形態では、水素濃度は、ほぼゼロであり、こうして、活性層208の露出部分214との水素の相互作用を防止する。SiOFは、SiF及びNO、O、不活性キャリアガス又はそれらの組み合わせを含む堆積ガスを用いたMW−PECVDを用いて堆積させることができる。図示されるように、チャネルインタフェース層218の堆積は、アクティブチャネル216、ソース電極211、及びドレイン電極212の表面全域に亘って実質的にコンフォーマルである。低水素含有酸化物(特に、SiOF)は、MW−PECVDを使用して堆積されるものとして説明したが、他の堆積方法が、SiOF層の堆積に適用可能である。一実施形態では、CCP−PECVDが、本明細書に記載された堆積ガス(例えば、SiF及びNO)を使用してSiOFを堆積するために使用される。
【0025】
図2Hでは、キャップ層220が、チャネルインタフェース層218の表面上に形成される。チャネルインタフェース層218は、水素は低いが、一般的に膜密度が低いためデバイス上で単一層としては使用されない。SiOFの多孔性の性質に部分的に起因する低い膜密度は、環境からの水素がチャネルインタフェース層218内に拡散することを可能にする。水素の拡散を防止するために、一般的に、キャップ層220が、チャネルインタフェース層218の上に形成され、低水素含有酸化物(例えば、SiO、SiON、SiN、又はこれらの組み合わせ)の1以上の追加の層を含むことができる。キャップ層220は、50Å〜3000Å(例えば、100Å〜1000Å)の厚さに堆積させることができる。チャネルインタフェース層218及びキャップ層220は、単一の層として記載されているが、チャネルインタフェース層218又はキャップ層220の更なる実施形態は、複数の層を含むことができ、層は、任意の前の層とは異なる化学組成のものであってもよい。
【0026】
酸化ケイ素がキャップ層220として使用される場合、酸化ケイ素は、MW−PECVD、PECVD又はPVDのいずれかによって堆積させることができる。PVDに関連するプラズマ損傷及びPECVDから組み込まれる水素は、MW−PECVDを使用することによって低減又は回避することができる。一実施形態では、MW−PECVDは、SiOキャップ層を堆積するために使用される。MW−PECVD堆積は、堆積された膜へのより少ないプラズマ損傷及び堆積された層内の水素濃度の低減という非常にコンフォーマルな堆積結果を提供する。MW−PECVD酸化ケイ素は、通常、原料ガスとしてSiH+O又はSiH+NOによって堆積され、前者は後者よりも良好な膜質を提供する。
【0027】
図3は、一実施形態に係る、MO−TFT膜スタックを堆積させるための方法のフロー図である。方法300は、ステップ302のように、処理チャンバ内に位置決めされた基板から始まる。適切な基板材料は、ガラス、石英、サファイア、ゲルマニウム、プラスチック又はこれらの複合材料を含むことができるが、これらに限定されない。また、基板は、比較的剛性のある基板又は可撓性のある基板とすることができる。更に、任意の適切な基板サイズを処理することができる。適切な基板サイズの例は、約2000平方センチメートル以上(例えば、約4000平方センチメートル以上(例えば、約10000平方センチメートル以上))の表面積を有する基板を含む。一実施形態では、約50000平方センチメートル以上の表面積を有する基板を処理することができる。以下に説明する実施形態は、5500平方センチメートルの基板に関する。
【0028】
ステップ304のように、金属酸化物半導体層が、基板の表面の一部の上に堆積される。金属酸化物半導体層は、複合ゲート電極、ゲート誘電体層、高移動度の活性層、ソース電極、及びドレイン電極を含んで、図2を参照して記載されるように堆積させることができる。高移動度の活性層は、アモルファス金属酸化物層(例えば、IGZO)又は他の酸化亜鉛層とすることができる。ゲート誘電体層は、低水素誘電体層(例えば、RFプラズマを用いてMW−PECVDによって堆積されたSiO、又はMW−PECVD又はPECVDのいずれかによって堆積されたSiOF)とすることができる。他の実施形態では、ゲート誘電体層は、SiO、SiN、SiON、又は薄膜トランジスタで使用するための当該技術分野で公知の別の誘電体で構成することができる。
【0029】
その後、ステップ306のように、SiFを含む堆積ガスが、PECVD又はMW−PECVDを用いて活性化され、これによって活性化された堆積ガスを作る。MW−PECVD又は標準的なPECVDのいずれかによってSiOFを堆積する場合、堆積ガスは、SiF、SiH、NO、O、又はこれらの組み合わせを含むことができる。一実施形態では、SiOFは、SiF、SiH、及びOを含む堆積ガスを用いたRF PECVDによって堆積される。本実施形態では、SiHは、MWプラズマと比較して、RFプラズマの比較的低い電子密度を補償し、こうしてSiOF層の形成を可能にすると考えられている。
【0030】
本明細書の実施形態で使用されるマイクロ波電力は、比較的高い電力(例えば、3000W〜5000Wのマイクロ波電力(例えば、4000Wのマイクロ波電力))とすることができる。マイクロ波電力は、1以上のアンテナ(例えば、6つのアンテナ)によって指向させることができる。プラズマが基板に到達するまで、プラズマを維持するようにアンテナを配置することができる。
【0031】
その後、ステップ308のように、活性化された堆積ガスが基板へと送られ、これによって金属酸化物半導体層上にSiOFを含むチャネルインタフェース層を堆積する。活性化された堆積ガスが基板へと送られ、これによって金属酸化物半導体層上にチャネルインタフェース層を堆積することができる。チャネルインタフェース層は、アクティブチャネルとソース・ドレイン電極の上にコンフォーマルに堆積され、水素フリーのチャネルインタフェース層を生成する。SiOFを含むチャネルインタフェース層は、高度に多孔質であるため、堆積層は、任意の後続の層の堆積の前に水素フリーの条件下に維持されるべきである。チャネルインタフェース層は、20Å〜3000Åの厚さを有することができる。MW−PECVDを用いてチャネルインタフェース層を堆積する場合、堆積温度は、200℃〜350℃(例えば、230℃〜330℃)とすることができる。チャネルインタフェース層は、複数の層(例えば、3層のチャネルインタフェース層)を含むことができる。
【0032】
その後、キャップ層が、ステップ310のように、チャネルインタフェース層と金属酸化物半導体層の上に堆積される。キャップ層は、SiO、SiON、SiN、又はそれらの組み合わせからなる層とすることができる。キャップ層は、50Å〜3000Åの厚さを有することができる。キャップ層は、チャネルインタフェース層と同様に、複数の層を含むことができる。また、キャップ層の各層は、キャップ層の他の層とは異なる組成とすることができる。一実施形態では、キャップ層は、チャネルインタフェース層の上に形成されたSiO層、SiO層の上に形成されたSiN層、及びSiN層の上に形成されたSiO層を含む。また、キャップ層の各層は、キャップ層中の他の層とは異なる厚さを有することができる。
【0033】
キャップ層は、ケイ素含有前駆体及び酸化性前駆体を用いて堆積される。ケイ素含有前駆体は、水素化ケイ素(例えば、SiH)を含むことができる。ケイ素含有前駆体は、SiO膜の堆積のために処理チャンバ内に流すことができる。典型的なチャンバ内では、水素化ケイ素(例えば、SiH)の流量は、100〜500sccm(例えば、150sccm〜450sccmの流量(例えば、350sccmの流量))とすることができる。MW−PECVDを用いてキャップ層が堆積される場合、堆積温度は、100℃〜350℃(例えば、130℃〜200℃の温度(例えば、130℃))とすることができる。
【0034】
酸化性前駆体は、二原子酸素(O)、オゾン(O)、亜酸化窒素(NO)、又は他の酸化性ガスを含むことができる。酸化性前駆体は、水素化ケイ素及びハロゲン化ケイ素と一緒に処理チャンバ内に流すことができる。例示的なチャンバ(例えば、上記のもの)内では、水素化ケイ素を用いて堆積する場合、O、O、又はNOの流量は、2000〜5000sccm(例えば、3500sccmの流量)とすることができる。別の一実施形態では、ハロゲン化ケイ素を用いて堆積する場合、O又はOの流量は、5000〜7000sccm(例えば、5500sccmの流量)とすることができる。別の一実施形態では、ハロゲン化ケイ素を用いて堆積する場合、NOの流量は、3000〜7000sccm(例えば、4000sccmの流量)とすることができる。
【0035】
低い温度(例えば、100℃〜350℃(例えば、130℃〜200℃))を使用することにより、シラン(SiH)及びいくつかの酸化性前駆体を用いる有害な影響のいくつかを回避しながら、大部分で水素フリーでピンホールフリーの層を、マイクロ波で活性化された前駆体から堆積させることができる。より高品質で高い堆積速度のSiOFが、200℃〜350℃の間(例えば、230℃〜330℃)の温度で堆積させることができるので、四フッ化ケイ素(SiF)を使用した場合、温度は、より高くするのが好ましいだろう。
【0036】
MW−PECVDは、RFプラズマを用いてPECVDによって堆積された同等の層よりも堆積層内により低い水素濃度を作る。理論に拘束されることを意図しないが、MWプラズマは、RFプラズマよりも高い電子密度を誘導する。MWプラズマのより高い電子密度は、堆積ガス中の弱いSi−H、N−H、O−H結合を破壊するのに寄与する。これらの結合を破壊することにより、堆積時のSiO、SiOF、又はSiN膜中の水素の堆積は、同じ層のRFプラズマ堆積と比較して低減される。標準的な実施形態では、RF PECVD膜は、高い水素含有量(例えば、SiO膜中で約4%、SiN膜中で約35%)を有しているのに対して、MW−PECVD膜は、非常に低い相対的な水素含有量(例えば、SiO膜中で約1%、SiN膜中で約16%)を有している。
【0037】
堆積された酸化ケイ素SiOは、SiO、SiO、又はこれらの組み合わせを含むことができる。SiO層の形成は、他の要因の中でも堆積要因(例えば、温度、圧力、反応ガスの流量及び印加されるマイクロ波電力量)によって制御することができる。ピンホールフリーのSiO層は、MO−TFTの完全性を維持するのを助ける。ピンホール密度は、RF電力と強く相関され、圧力と弱く相関される。
【0038】
キャップ層は、水素含有種が多孔質SiOF層を貫通するのを防止するように作用する。理論に拘束されることを意図しないが、水素濃度の低下は、基板上に様々な構造(例えば、ゲート)を作る上で重要である。水素は、SiO内に遍在する不純物であり、酸化物中の固定電荷の原因であると考えられている。動作中の水素の放出は、本質的な絶縁破壊をもたらす可能性のあるトラップの生成などの欠陥の生成に関与すると考えられている。また、MO−TFT層内への水素の取り込みは、高閾値電圧シフトを生成すると考えられている。このように、低下した水素濃度は、このような欠陥の回避に重要であると考えられている。
【0039】
(結論)
本明細書に記載される実施形態は、誘電体層及びパッシベーション層内で減少した水素を有するMO−TFTの形成に関する。金属酸化物(例えば、IGZO及び酸化亜鉛)は、水素の存在に敏感である。水素は多くの誘電体層内に遍在する不純物であるので、水素の減少は、MO−TFTの安定性及び一貫性にとって重要である。マイクロ波プラズマを用いることによって、MO−TFTの形成の様々な段階で、水素濃度が大幅に減少したケイ素含有層(例えば、SiOF、SiO、SiN)を堆積させることができる。チャネルインタフェース層は、実質的にSiOFで構成することができる。後続の高密度層(例えば、SiO)を、チャネルインタフェース層内への水素の拡散を防止するためのキャップ層として堆積させることができる。
【0040】
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他の及び更なる実施形態は本発明の基本的範囲を逸脱することなく創作することができ、その範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図2G】
【図2H】
【図3】
【手続補正書】
【提出日】20150918
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0023
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0023】
図2E及び図2Fに示されるように、導電層210は、活性層208の上に堆積させることができる。導電層210は、PVD又は他の適切な堆積方法(例えば、電気めっき、無電解めっき、又はCVD)によって形成することができる。図2Fでは、バックチャネルエッチングプロセスによって、ソース電極211及びドレイン電極212を形成するために、導電層210がパターニングされる。パターニングは、フォトリソグラフィマスク又はハードマスクのいずれかを導電層210の上に形成し、導電層210の露出部分をエッチング液に曝露させることにより行うことができる。導電層210は、ウェットエッチャント又はエッチングプラズマに導電層210の露出部分を曝露することによってパターニングすることができる。一実施形態では、導電層210は、エッチャント(例えば、SF、O、及びそれらの組み合わせ)を含むエッチングプラズマを使用して、マスクで覆われていない導電層210の領域をエッチングすることによってパターニングすることができる。ソース電極211及びドレイン電極212を形成する際に、活性層208の一部が露出され、露出部分214を作る。露出部分214は、ソース電極211とドレイン電極212の間にある。ソース電極211とドレイン電極212の間の領域は、アクティブチャネル216と呼ばれる。複合ゲート電極205、ゲート誘電体層206、高移動度の活性層208、ソース電極211、及びドレイン電極212は、本明細書では、金属酸化物半導体層250と呼ばれる。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0026
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0026】
酸化ケイ素がキャップ層220として使用される場合、酸化ケイ素は、MW−PECVD、PECVD又はPVDのいずれかによって堆積させることができる。PVDに関連するプラズマ損傷及びPECVDから組み込まれる水素は、MW−PECVDを使用することによって低減又は回避することができる。一実施形態では、MW−PECVDは、SiOキャップ層を堆積するために使用される。MW−PECVD堆積は、堆積された膜へのより少ないプラズマ損傷及び堆積された層内の水素濃度の低減という非常にコンフォーマルな堆積結果を提供する。MW−PECVD酸化ケイ素は、通常、原料ガスとしてSiH及び又はSiH及びOによって堆積され、前者は後者よりも良好な膜質を提供する。
【手続補正3】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1表面を有する基板と、
基板の第1表面の一部の上に形成された金属酸化物半導体層と、
金属酸化物半導体層と接するチャネルインタフェース層であって、チャネルインタフェース層は、酸フッ化ケイ素(SiOF)を含み、1原子%未満の水素を含むチャネルインタフェース層と、
チャネルインタフェース層の上に形成されたキャップ層であって、キャップ層は、ケイ素を含むキャップ層を含む薄膜トランジスタ。
【請求項2】
キャップ層は、窒化ケイ素又は酸化ケイ素を含む、請求項1記載の薄膜トランジスタ。
【請求項3】
キャップ層は、窒化ケイ素を含み、16原子%未満の水素を含む、請求項2記載の薄膜トランジスタ。
【請求項4】
キャップ層の水素含有量は、1原子%を超えない、請求項1記載の薄膜トランジスタ。
【請求項5】
チャネルインタフェース層は、複数の層を含み、チャネルインタフェースの少なくとも一層は、SiOFを含む、請求項1記載の薄膜トランジスタ。
【請求項6】
チャネルインタフェース層及びキャップ層の各々は、20Å〜3000Åの間である、請求項1記載の薄膜トランジスタ。
【請求項7】
キャップ層は、2層以上を含む、請求項1記載の薄膜トランジスタ。
【請求項8】
金属酸化物半導体層は、ゲート誘電体層の上に堆積され、ゲート誘電体層は、SiOFからなる、請求項1記載の薄膜トランジスタ。
【請求項9】
処理チャンバ内に基板を位置決めする工程と、
基板の表面の一部の上に金属酸化物半導体層を堆積させる工程であって、金属酸化物半導体層は、酸化亜鉛を含む工程と、
堆積ガスを活性化して、活性化された堆積ガスを生成する工程であって、堆積ガスはSiFを含む工程と、
金属酸化物半導体層の上にチャネルインタフェース層を堆積させるために基板に活性化された堆積ガスを送る工程であって、チャネルインタフェース層は、1原子%未満の水素を含有する工程と、
チャネルインタフェース層及び金属酸化物半導体層の上にキャップ層を堆積させる工程を含む薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項10】
チャネルインタフェース層は、摂氏250度未満の温度で堆積される、請求項9記載の方法。
【請求項11】
キャップ層は、SiH、SiF、NH、N、H又は組み合わせを含む堆積ガス混合物を用いて堆積される、請求項9記載の方法。
【請求項12】
チャネルインタフェース層は、1原子%未満の水素を含む、請求項9記載の方法。
【請求項13】
キャップ層は、窒化ケイ素又は酸化ケイ素を含む、請求項9記載の方法。
【請求項14】
基板上にゲート誘電体層を堆積させる工程を含み、ゲート誘電体層はSiOFを含む、請求項9記載の方法。
【請求項15】
第1表面を有する基板と、
第1表面の上に形成されたゲート電極と、
ゲート電極の上に形成されたゲート誘電体層であって、ゲート誘電体層はSiOFを含むゲート誘電体層と、
ゲート誘電体層の上に形成された金属酸化物半導体層であって、金属酸化物半導体層は酸化亜鉛を含む金属酸化物半導体層と、
金属酸化物半導体層と接するチャネルインタフェース層であって、チャネルインタフェース層は、酸フッ化ケイ素(SiOF)を含み、1原子%未満の水素を含むチャネルインタフェース層と、
チャネルインタフェース層の上に形成されたキャップ層であって、キャップ層は、窒化ケイ素又は酸化ケイ素を含むキャップ層を含む薄膜トランジスタ。
【国際調査報告】