專利名稱：玻璃襯底的預(yù)多晶硅被覆的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于加工襯底和在玻璃襯底上形成膜的方法和裝置。
相關(guān)技術(shù)的背景平板顯示器正在作為電子顯示技術(shù)中的主要媒體代替陰極射線管顯示器。通常，平板顯示器響應(yīng)于視頻信號在屏幕上形成圖像。這種平板顯示器與產(chǎn)生圖像信號的主機(jī)一起使用。例舉的主機(jī)包含小型電視機(jī)、筆記本便攜電腦、計(jì)算器、電話或其它設(shè)備，尤其是手持設(shè)備。平板顯示器的一個(gè)大的商業(yè)用途是作為計(jì)算機(jī)顯示器，例如高清晰單色或彩色顯示器，使其代替大而笨重的陰極射線管(CRT)顯示器。與陰極射線管相比，平板顯示器例如液晶顯示器(LCD)或場發(fā)射顯示器(FED)的重量相當(dāng)輕，耗電少。這些特性尤其適于主要要求重量輕和耗電少的便攜計(jì)算設(shè)備的顯示。
LCD通常包含后板襯底、前板襯底和密封在其間的液晶材料。液晶是像液體那樣流動(dòng)但在其分子的排布中具有晶序的油性物質(zhì)。將電場施加到線狀或氣體(pneumatic)液晶分子上，液晶分子通過自身沿電力線重新定向來響應(yīng)。分子的這種定向引起發(fā)光或閉光。后板一般包括玻璃襯底，上面形成了水平掃描電路、垂直掃描電路和像素區(qū)。對于有源矩陣LCD(AMLCD)來說，玻璃襯底可以包括具有數(shù)百萬薄膜晶體管(TFT)開關(guān)的大規(guī)模集成電路。TFT開關(guān)形成水平和垂直掃描電路。
為了制造后板，將玻璃形成為極平的襯底。然后可以對玻璃襯底進(jìn)行堿金屬的凈化，堿金屬會(huì)污染晶體管或液晶。然后通過等離子工藝沉積半導(dǎo)體材料的薄膜層例如多晶硅層，以便在玻璃襯底上形成硅的無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)。最后，通過在玻璃襯底上沉積導(dǎo)電、半導(dǎo)電、和介電材料的多層形成金屬電極、絕緣體和其它元件，選擇性地除去這些層以便制造集成電路和限定TFT開關(guān)。
玻璃襯底是平板顯示器的主要部件，因此，需要在平板顯示器制造工藝的每個(gè)階段控制襯底的光學(xué)和機(jī)械性能。例如，在有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)的制造中，可以在高溫即高于大約600℃的溫度下沉積多晶硅。然后甚至可以在更高的溫度下對沉積的膜和襯底退火相當(dāng)長的時(shí)間，以便提高沉積膜的結(jié)晶度。玻璃襯底長時(shí)間暴露于高溫會(huì)導(dǎo)致玻璃襯底由于經(jīng)歷熱膨脹而變形。
例如，在足夠高的溫度下加熱玻璃襯底(例如在一些沉積工藝過程中)會(huì)導(dǎo)致玻璃襯底在玻璃襯底應(yīng)變點(diǎn)的不可控?zé)崤蛎洝２Ａбr底的應(yīng)變點(diǎn)出現(xiàn)在玻璃襯底的冷卻不再能夠倒轉(zhuǎn)玻璃襯底由于熱膨脹而導(dǎo)致的變形的溫度。玻璃襯底的不可控制的熱膨脹會(huì)導(dǎo)致冷卻后玻璃襯底變形，該變形對制造的平板和形成在其上的器件的質(zhì)量有不利地影響。市場上可以得到的許多用于平板顯示器制造的玻璃襯底的應(yīng)變點(diǎn)一般在大約500℃和700℃之間的溫度。
隨著熱膨脹下玻璃變形出現(xiàn)的另一個(gè)問題是增加了玻璃襯底中的熱應(yīng)力。玻璃襯底中的熱應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致在后續(xù)的器件制造步驟中玻璃的破裂或部件的誤對準(zhǔn)。沉積和蝕刻工序中部件的誤對準(zhǔn)例如TFTs的制造過程中部件的誤對準(zhǔn)會(huì)不利地影響制造的結(jié)構(gòu)的可靠性，并且產(chǎn)生不夠滿意的顯示器面板。
減小制造工序過程中熱膨脹影響的一個(gè)技術(shù)方案是在沉積材料例如多晶硅之前對玻璃襯底退火，以便使玻璃“密實(shí)”或“收縮”，以便減小器件制造過程中的變形并穩(wěn)定襯底的機(jī)械性能。然而，使玻璃襯底密實(shí)的退火步驟是消耗時(shí)間的，并且進(jìn)一步增加了玻璃襯底制造工藝中的加工步驟。
例如，目前通過下列工序在玻璃襯底上沉積用于制造多晶硅基TFT’s的多晶硅膜首先形成玻璃襯底，對玻璃襯底進(jìn)行退火以便使玻璃襯底密實(shí)，然后在玻璃襯底上沉積非晶硅膜，對玻璃襯底上的非晶硅膜進(jìn)行退火以便形成多晶硅膜。一般，在將襯底轉(zhuǎn)交顯示器面板制造商之前，由玻璃襯底制造商進(jìn)行退火工序以便使玻璃襯底密實(shí)。然后，顯示面板制造商在退火的襯底上沉積非晶硅層，然后對沉積的層進(jìn)行退火以便形成多晶硅層。此外，在非晶硅膜的沉積和退火過程中，玻璃襯底仍然要經(jīng)受高的加工溫度，該高溫仍然會(huì)使玻璃襯底變形。
因此，需要一種用于制造玻璃襯底的方法，在玻璃襯底退火之前或退火的同時(shí)，在玻璃襯底上形成多晶硅膜。理想地，該工藝將允許在更高的加工溫度和減小的加工時(shí)間下加工玻璃襯底，具有更少的工藝步驟。
發(fā)明綜述本發(fā)明總的來說提供一種通過在襯底退火之前或過程中沉積非晶硅層在玻璃襯底上形成多晶硅層的方法。在一個(gè)技術(shù)方案中，提供一種用于加工襯底的方法，包括在沉積室中裝載預(yù)退火玻璃襯底，在預(yù)退火玻璃襯底上沉積非晶硅層，在沉積室中或在退火室中對預(yù)退火玻璃襯底進(jìn)行退火，以便在其上形成多晶硅層。對預(yù)退火玻璃襯底進(jìn)行退火可以包括在第一溫度下對預(yù)退火的玻璃進(jìn)行退火，然后在比第一溫度高的第二溫度下對玻璃襯底進(jìn)行退火。
在另一個(gè)技術(shù)方案中，提供一種用于加工襯底的方法，包括在沉積室中裝載預(yù)退火玻璃襯底，在預(yù)退火玻璃襯底上沉積非晶硅層的同時(shí)對預(yù)退火玻璃襯底進(jìn)行退火，以便在其上形成多晶硅層。在預(yù)退火玻璃襯底上沉積非晶硅層的同時(shí)對預(yù)退火玻璃襯底進(jìn)行退火可以包括在沉積室中，在第一溫度下沉積非晶硅層，然后在沉積室中或在退火室中，在比第一溫度高的第二溫度下對預(yù)退火玻璃襯底進(jìn)行退火。
在另一個(gè)技術(shù)方案中，提供一種用于加工襯底的方法，包括在集成的平臺(tái)中裝載預(yù)退火玻璃襯底，在預(yù)退火玻璃襯底上沉積氮化硅層，在氮化硅層上沉積氧化硅層，在氧化硅層上沉積非晶硅層，對預(yù)退火玻璃襯底進(jìn)行退火，以便在其上形成多晶硅層?？梢栽陬A(yù)退火玻璃襯底上沉積非晶硅層的同時(shí)對玻璃襯底進(jìn)行退火，以便在其上形成多晶硅層。
附圖的簡要描述通過參考附圖中說明的實(shí)施例，可以更詳細(xì)理解其中得到本發(fā)明的上述特征、優(yōu)點(diǎn)和目的的方式，獲得本發(fā)明的更具體的描述、上面的簡要總結(jié)。
然而，應(yīng)注意附圖僅說明了本發(fā)明的典型實(shí)施例，因此，不應(yīng)認(rèn)為限定了本發(fā)明的范圍，本發(fā)明可以容許其它等同有效的實(shí)施例。


圖1是適于膜的等離子增強(qiáng)沉積的化學(xué)氣相沉積室的截面示意圖；圖2是說明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例在玻璃襯底上形成多晶硅層的步驟的流程圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例在玻璃襯底上形成多晶硅層的步驟的流程圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例在玻璃襯底上形成多晶硅層的步驟的流程圖。
最佳實(shí)施例的詳細(xì)描述下面將參考化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝描述本發(fā)明，可以利用工藝設(shè)備例如可以從位于Santa Clara，California的AppliedKomatsu Technology，Inc.得到的Centura進(jìn)行上述化學(xué)氣相沉積工藝。該設(shè)備最好包含具有化學(xué)氣相沉積(CVD)室的一體的平臺(tái)，例如可以從位于Santa C1ara，California的Applied KomatsuTechnology，Inc.買到的等離子增強(qiáng)CVD(PECVD)室?？梢允褂萌魏文軌蛴欣卦谝r底上沉積非晶硅材料的室，例如高密度等離子化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)室。下面對CVD室的描述是說明性的，不應(yīng)理解為限制本發(fā)明的范圍。
圖1是化學(xué)氣相沉積室38的截面示意圖，適于利用熱或等離子增強(qiáng)工藝沉積用于加工平板顯示器的非晶硅膜。該室38是平行板CVD室，具有頂部40、底部42、側(cè)壁44和設(shè)置在側(cè)壁中的開46，通過開46向室中送入和從室中取出襯底。室38包含已知為擴(kuò)散器的氣體分布歧管48，用于通過歧管中的穿孔將處理氣體分散到位于基座52上的襯底50處。
基座52安裝在支撐框54上，支撐框安裝在支撐桿56上?；?2一般是鋁板且利用埋置在基座52中的電阻加熱器(未示出)加熱。在沉積過程中，加熱器提供快速和均勻的基座和襯底加熱?；?2和支撐在基座52上的襯底50可以通過提升馬達(dá)58例如Z-驅(qū)動(dòng)可控制地運(yùn)動(dòng)，以便調(diào)整歧管48和襯底50之間的空間。該空間一般在大約200密耳和大約1000密耳之間?；?2可在下裝載/卸載位置和緊鄰歧管48的上加工位置之間運(yùn)動(dòng)。具有提升銷62的提升板60設(shè)置在支撐框54的下面。
當(dāng)降低支撐框54時(shí)，提升銷62突過支撐框54中的空間并且穿過基座52中的通孔64，以便從基座提升襯底50和便于向室38送入襯底50和從室38取出襯底50。另外，還可以在支撐框的一個(gè)或多個(gè)部件中提供孔以便允許提升銷62穿過該部件和基座，從而從基座上提升襯底。絕緣體66圍繞基座52和襯底50。
通過氣體供應(yīng)線72將沉積和載體氣體輸入到混合系統(tǒng)74中，在那里氣體被混合，然后送到歧管48。也可以省去混合系統(tǒng)74，氣體直接流到歧管48。通常，每個(gè)加工氣體的加工氣體供應(yīng)線72包含i)安全關(guān)閉閥(未示出)，可用來自動(dòng)或手動(dòng)關(guān)閉流入室中的加工氣體，尤其當(dāng)工藝中使用有毒氣體時(shí)，ii)質(zhì)量流控制器(也未示出)，測量流過氣體供應(yīng)線的氣體。
在加工過程中，流到歧管48的氣體均勻地分布在襯底的整個(gè)表面上。氣體通過真空系統(tǒng)70由出口68排出，真空系統(tǒng)70具有節(jié)流閥(未示出)，以便通過控制從室38中氣體的排出速度控制室38中的壓力。
在室38中進(jìn)行的沉積工藝可以是任何工藝，例如熱工藝或等離子增強(qiáng)工藝。在等離子增強(qiáng)工藝中，通過施加在氣體分布岐管48，以其它等離子激發(fā)的設(shè)備或結(jié)構(gòu)上的，來自RF電源76的RF能量，在襯底附近形成了可控的等離子體?；?2接地，歧管48與室表面電絕緣。等離子建立了氣體分布歧管48和襯底50之間的反應(yīng)區(qū)，增強(qiáng)了加工氣體之間的反應(yīng)。
RF電源76可以將單頻或者混頻RF功率提供給歧管48，以便加強(qiáng)引入到室38中的反應(yīng)物質(zhì)的分解?；祛lRF電源一般在大約13.56MHz的高RF頻率(RF1)和在大約350kHz的低RF頻率(RF2)提供功率。
通常，任何或所有的室內(nèi)層、氣體分布歧管48、支撐桿56、各種其它的室硬件都由例如鋁或氧化鋁的材料制成。這種CVD室的一個(gè)例子在美國專利5,000,113中描述了，名稱為“Thermal CVD/PECVDChamber and Use for Thermal Chemical Vapor Deposition ofSilicon Dioxide and In-situ Multi-step PlanarizedProcess”，Wang et al.發(fā)布，并轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人AppliedMaterials，Inc.。
通過控制線80上的系統(tǒng)控制器78控制提升馬達(dá)58、氣體混合系統(tǒng)74和RF電源76。室包含模擬組件，例如質(zhì)量流控制器(MFCs)、RF發(fā)生器和由系統(tǒng)控制器78控制且執(zhí)行存儲(chǔ)器82中存儲(chǔ)的系統(tǒng)控制軟件的燈磁體驅(qū)動(dòng)器(lamp magnet driver)。使用馬達(dá)和光學(xué)傳感器來移動(dòng)和確定可移動(dòng)的機(jī)械組件的位置，例如真空系統(tǒng)70的節(jié)流閥和用于定位基座52的提升馬達(dá)58。
系統(tǒng)控制器78控制CVD室和所有活動(dòng)，并且最好包含硬盤驅(qū)動(dòng)器、軟盤驅(qū)動(dòng)器和卡座(card rack)。卡座包含單片計(jì)算機(jī)(SBC)、模擬和數(shù)字輸入/輸出板、接口板和步進(jìn)電機(jī)控制器板。系統(tǒng)控制器最好符合限定板、卡架和接頭尺寸及類型的Versa ModularEuropeans(VME)標(biāo)準(zhǔn)。
沉積工藝圖2是后續(xù)的沉積工藝的一個(gè)實(shí)施例的流程圖，以在玻璃襯底上形成多晶硅膜。該工藝從在沉積室中裝載預(yù)退火玻璃襯底的步驟200開始。這里廣義上定義預(yù)退火玻璃襯底為在大約350℃或更高的溫度下加工之前的玻璃襯底。例如通過熔融工藝或漂浮工藝制作具有精確尺寸和可再現(xiàn)的機(jī)械性能的玻璃襯底。
該玻璃襯底可以包括二氧化硅玻璃、堿石灰玻璃、硼硅酸鹽玻璃、硼硅酸鈉玻璃、堿金屬硼硅酸鹽、鋁矽酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃、堿土鋁硼硅酸鹽玻璃、堿土金屬鋁硼硅酸鹽玻璃及其組合。通常，選擇具有最佳玻璃性能或成份的玻璃襯底來形成特定的半導(dǎo)體器件。例如，將堿土玻璃的特定組分例如堿土金屬鋁矽酸鹽玻璃用于AMLCD顯示器，以便使在多晶硅膜中形成的晶體管中堿金屬或硼的摻雜或污染最小。堿或硼雜質(zhì)的存在會(huì)降低晶體管的性能。然而，上面列出的是說明性的，預(yù)期玻璃襯底可以包括其它本領(lǐng)域已知的用于制造平板顯示器的、市場上可以得到的玻璃和摻雜劑材料。
然后在步驟210通過在玻璃襯底上沉積非晶硅層加工預(yù)退火玻璃襯底。在對玻璃襯底進(jìn)行退火之前或同時(shí)，形成玻璃襯底之后，在沉積室中將非晶硅膜沉積在玻璃襯底上。優(yōu)選，對襯底進(jìn)行任何退火處理之前進(jìn)行沉積。在上述化學(xué)氣相沉積室38中通過等離子增強(qiáng)沉積工藝沉積該非晶硅層。
通過在大約100sccm和大約1500sccm的流速下，將硅烷或其衍生物例如乙硅烷引入到加工室中沉積非晶硅層。硅烷的流速根據(jù)室和待加工襯底的尺寸而定。例如，大約140和大約200sccm之間的硅烷流速用于400mm×500mm的襯底，而大約300和大約500sccm之間的硅烷流速用于在600mm×720mm的襯底上沉積非晶硅膜。也可以將氫以大約500sccm和大約4000sccm之間的流速引入到加工室中，以便加強(qiáng)非晶硅膜的沉積。通過將大約50W和大約5000W之間的功率提供給加工室產(chǎn)生等離子體。優(yōu)選提供大約300W和大約2000W之間的功率以便沉積非晶硅膜。
在沉積工藝過程中，室內(nèi)壓力保持在大約100毫乇和大約15乇之間。優(yōu)選使用的室壓力在大約500毫乇和大約5乇之間。在沉積工藝過程中，襯底溫度保持在大約200℃和大約650℃之間。優(yōu)選，襯底溫度保持在大約250℃和大約450℃之間。最優(yōu)選，襯底溫度保持在大約300℃和大約450℃之間。噴頭(showerhead)距襯底的距離通常在大約400密耳(千分之一英寸)和大約1500密耳之間，或者在大約10mm和大約37.5mm之間。
在例舉的沉積工藝中，通過在大約140和大約200sccm之間的流速下將硅烷引入加工室中，保持大約1.3乇的室壓力、保持大約320℃的襯底溫度、噴頭距襯底大約960密耳以及通過給氣體分布歧管提供大約100和大約200W之間的功率產(chǎn)生等離子體的情況下，在預(yù)退火玻璃襯底上沉積非晶硅膜。
預(yù)期可以通過本領(lǐng)域已知的其它方法例如低于一大氣壓的化學(xué)氣相沉積(SACVD)或高密度等離子化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)沉積非晶硅層。在2000年7月7日共同未審的美國專利申請序列號No.60/216,865、名稱為“Deposition Of Amorphous SiliconFilms By High Density Plasma HDP-CVD At Low Temperatures”中更全面地描述了用于非晶硅膜的高密度化學(xué)氣相沉積工藝，這里引入內(nèi)容與本發(fā)明相同的部分作為參考。
然后通過在非晶硅沉積室或退火室中對玻璃襯底上的非晶硅膜進(jìn)行退火，在玻璃襯底上形成多晶硅層。優(yōu)選在兩步工序中對玻璃襯底進(jìn)行退火，以便生成多晶硅層。在大約400℃和大約500℃之間的最初溫度下對玻璃襯底進(jìn)行退火大約5分鐘到大約2個(gè)小時(shí)，在更低的溫度下具有更長的退火時(shí)間。例如小于大約500的非晶硅膜在大約450℃、退火大約10分鐘。在結(jié)晶或再結(jié)晶工序之前，在最初溫度的退火允許從非晶硅膜中除去氫，經(jīng)常稱為脫氫作用。
通過將襯底加熱到大約500℃和大約900℃之間的溫度下，在比第一溫度高的第二溫度對非晶硅膜進(jìn)行退火，退火時(shí)間在大約30分鐘和大約18小時(shí)之間。通常，對于玻璃襯底來說，退火溫度在大約500℃和大約650℃之間，持續(xù)時(shí)間在大約30分鐘和大約2小時(shí)之間。例如，在大約600℃給沉積在預(yù)退火玻璃襯底上的小于大約500的非晶硅膜退火大約2小時(shí)。使用第二退火工序使非晶硅膜結(jié)晶或再結(jié)晶，以便形成多晶硅膜。優(yōu)選，通過在第一溫度退火至少使膜部分脫氫、然后在第二溫度退火以使非晶膜結(jié)晶，原位進(jìn)行退火工序的兩個(gè)步驟，以便生成多晶膜。
優(yōu)選在最初溫度或第二溫度的襯底的退火在退火爐中進(jìn)行，但也可以通過本領(lǐng)域已知的其它工藝和裝置進(jìn)行所有的或者部分退火工序，例如通過激光退火工藝或者在能夠?qū)⒁r底加熱到需要溫度的加工室中。例如，在用來沉積非晶硅膜的PECVD加工室中原位進(jìn)行最初的退火步驟。還可以在快速熱退火室例如可以從Applied Material，Santa Clara，California買到的RTP XEplus Centura熱處理器中進(jìn)行退火工序。也可以使用本領(lǐng)域已知的、能夠在非晶硅沉積工序之前或同時(shí)進(jìn)行的其它退火工序。
通過在玻璃襯底退火之前沉積非晶硅膜，相信可以在襯底上形成多晶硅膜，同時(shí)減小熱應(yīng)力，控制玻璃襯底的變形，使玻璃襯底密實(shí)以便進(jìn)一步加工。此外，通過在退火之前沉積沉積非晶硅膜，相信形成平板的工序步驟和加工時(shí)間可以在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上減少。
參考圖3，本發(fā)明的第二實(shí)施例提供了在非晶硅膜沉積過程中在沉積室中對玻璃襯底和非晶硅膜進(jìn)行退火，以便生成多晶硅膜。在該工藝中，首先如上所述在步驟300裝載預(yù)退火玻璃襯底，然后傳送到CVD加工室38中，用于在步驟310沉積非晶硅層。然后在足夠的溫度下沉積非晶硅層，以便給玻璃襯底退火，從而生成多晶硅膜。
一個(gè)例舉的加工方法包括在大約100sccm和大約1500sccm之間的流速下引入硅烷，保持室壓力在大約100毫乇和大約15乇之間，在大約50W和大約5000W之間的功率下產(chǎn)生等離子體，保持襯底溫度在大約350℃和大約650℃之間，從而對非晶硅膜和玻璃襯底進(jìn)行退火，以便形成多晶硅膜。也可以在大約500sccm和大約4000sccm之間的流速下將氫引入到加工室中，以便加強(qiáng)非晶硅膜的沉積。
通過下列方式在兩步工序中對非晶硅膜和玻璃襯底進(jìn)行退火在大約400℃和大約550℃之間的第一溫度沉積非晶硅膜，這時(shí)能夠在沉積過程中對非晶硅膜進(jìn)行退火和脫氫，然后進(jìn)一步在大約500℃和大約650℃之間的第二溫度原位對非晶硅膜和玻璃襯底進(jìn)行退火，使非晶硅膜結(jié)晶和再結(jié)晶，以便生成多晶硅膜。
例如，也可以通過在常壓化學(xué)氣相沉積(APCVD)或低壓化學(xué)氣相沉積(LPGVD)技術(shù)中利用硅烷母體在大于大約450℃的溫度下沉積硅膜，在對襯底進(jìn)行退火的同時(shí)形成多晶硅膜。一個(gè)適當(dāng)?shù)腖PCVD工藝的例子在1997年3月4日公開且轉(zhuǎn)讓給共同受讓人的美國專利No.5,607,724中公開了，名稱為“Low Temperature High PressureSilicon Deposition Method，”，這里引入內(nèi)容與本發(fā)明一致的部分作為參考。
圖4是本發(fā)明的第三實(shí)施例的流程圖，用于加工襯底以便生成多晶硅膜。該工藝由步驟400在沉積室中裝載預(yù)退火玻璃襯底開始，然后在步驟410，在玻璃襯底上沉積氮化硅層。然后在步驟420將氧化硅層沉積在氮化硅層上。然后，在步驟430將非晶硅層沉積在氧化硅層上。然后在步驟440對襯底進(jìn)行退火以便形成多晶硅層。也可以在玻璃襯底上沉積非晶硅層的同時(shí)對玻璃襯底進(jìn)行退火，以便在其上形成多晶硅層。
然后在步驟410在預(yù)退火玻璃襯底上沉積氮化硅膜。該氮化硅膜起阻擋堿性原子遷移的作用，該堿性原子例如是在形成一些玻璃襯底中使用的鈉，在高溫下它會(huì)擴(kuò)散到后來沉積的材料例如多晶硅中。還相信氮化硅層提高了玻璃襯底和沉積的非晶硅膜之間的層間粘合。通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝沉積該氮化硅膜，并且可以使用上述CVD室。
通過下列方式沉積氮化硅層在大約100sccm和大約500sccm之間的流速下將硅烷氣體引入加工室，在大約500sccm和大約4000sccm之間的流速下將氨氣引入加工室，在大約1000sccm和大約20,000sccm之間的流速下將氮?dú)庖爰庸な遥ㄟ^給加工室提供大約500W和大約4000W之間的功率產(chǎn)生等離子體，以便沉積氮化硅膜。
在沉積工序中，加工室壓力保持在大約0.5乇或更大，襯底溫度保持在大約450℃或更低。優(yōu)選加工室壓力保持在大約0.8乇和大約2.0乇之間。優(yōu)選襯底溫度保持在大約300℃和大約450℃之間。噴頭距襯底的距離通常在大約700密耳和大約1500密耳(千分之一英寸)之間，或者在大約17mm和大約38mm之間。優(yōu)選噴頭的距離在1000密耳和大約1200密耳之間，或者在大約25mm和大約30mm之間。1995年3月21日公開且轉(zhuǎn)讓給同共同受讓人的美國專利No5,399,387更全面地描述了氮化硅膜的沉積，上述專利的名稱為“Plasma CVD of Silicon Nitride Thin Films on Large AreaGlass Substrates at High Deposition Temperatures”，引入內(nèi)容與本發(fā)明一致的部分作為參考。
然后在步驟420，在氮化硅層上沉積二氧化硅層。在襯底上沉積二氧化硅層以便作為玻璃襯底和多晶硅層之間的底層。該二氧化硅層防止了化學(xué)雜質(zhì)例如鈉從玻璃襯底擴(kuò)散到多晶硅層中，以及作為薄膜晶體管(TFT)制造中用于多晶硅膜的電絕緣層。
用于沉積二氧化硅膜的加工方法舉例如下。通過下列方式沉積二氧化硅層在大約20sccm和大約400sccm之間的流速下將硅烷氣體引入加工室，在大約4000sccm和大約15,000sccm之間的流速下將一氧化二氮引入加工室，通過給加工室提供大約500W和大約3000W之間的功率產(chǎn)生等離子，以便沉積二氧化硅膜。
在沉積工序中，加工室壓力保持在大約0.8乇或更大，襯底溫度保持在大約450℃或更低。優(yōu)選加工室壓力保持在大約0.8乇和大約2.0乇之間。優(yōu)選襯底溫度保持在大約300℃和大約450℃之間。噴頭距襯底的距離通常在大約700密耳和大約1500密耳(千分之一英寸)之間，或者在大約17mm和大約38mm之間。1998年12月22日公開且轉(zhuǎn)讓給同共同受讓人的美國專利No5,851,602更全面地描述了二氧化硅膜的沉積，上述專利的名稱為“Deposition of HighQuality Conformal Silicon Oxide Thin Films for TheManufacture of Thin Film Transi stors”，引入內(nèi)容與本發(fā)明一致的部分作為參考?？梢栽谏鲜鯟VD室中在氮化硅層的沉積原位沉積氧化硅層。
然后在步驟430，通過這里描述的非晶硅沉積工藝在氧化硅層上沉積非晶硅層。可以在上述CVD室中與氮化硅層和/或氧化硅層沉積的原位沉積非晶硅層。
在例舉的一個(gè)沉積方法中，通過下列方式沉積非晶硅膜在大約100sccm和大約1500sccm之間的流速下將硅烷引入到加工室中，保持大約1.3乇的室壓力，保持大約320℃的襯底溫度，定位噴頭距襯底大約960密耳，通過提供大約700W的功率產(chǎn)生等離子，從而在襯底上沉積膜。也可以在大約500sccm和大約4000sccm之間的流速下將氫引入到加工室中，以便加強(qiáng)非晶硅膜的沉積。
然后可以在步驟440，通過對玻璃襯底上的非晶硅膜進(jìn)行退火，在玻璃襯底上形成多晶硅層。優(yōu)選在兩步工序中對玻璃襯底進(jìn)行退火，以便生成多晶硅層。該兩步工序包括在最初的溫度下對襯底進(jìn)行退火，然后在比第一溫度高的第二溫度下對玻璃襯底進(jìn)行退火。
在大約400℃和大約500℃之間的最初溫度下對玻璃襯底進(jìn)行退火大約5分鐘至大約2小時(shí)，在更低的溫度下或?yàn)榱说玫礁竦哪?，可以退火更長的時(shí)間。通過將襯底加熱到大約500℃和大約900℃之間的溫度，在第二溫度對非晶硅膜退火，退火時(shí)間在大約30分鐘和18小時(shí)之間。通常，在第二溫度的退火溫度在大約500℃和大約650℃之間，退火時(shí)間在30分鐘和18小時(shí)之間。優(yōu)選，通過下列方式原位處進(jìn)行兩步退火步驟在第一溫度退火，至少部分使膜脫氫，然后在第二溫度退火，使非晶膜結(jié)晶，以便生成多晶膜?？梢栽谂c非晶硅膜的沉積和最初的退火步驟相同的室中原位進(jìn)行第二退火步驟。
另外，可以在非晶硅膜的沉積過程中對玻璃襯底和非晶硅膜進(jìn)行退火，以便生成多晶硅膜。在該工序中，在充分的工藝條件下沉積非晶硅膜，以便在上述溫度下對襯底進(jìn)行退火。此外，可以在大約400℃和大約550℃之間的第一溫度沉積該膜，以便使沉積的非晶硅膜脫氫。然后在大約500℃和大約650℃之間的第二溫度原位進(jìn)行退火，以便使非晶硅膜結(jié)晶或再結(jié)晶，從而生成多晶硅膜。
在描述了前述本發(fā)明最佳實(shí)施例的情況下，在不離開本發(fā)明基本范圍的情況下，可以作出本發(fā)明的其它和進(jìn)一步的實(shí)施例，其范圍由下述權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種用于加工襯底的方法，包括(a)在沉積室中裝載預(yù)退火玻璃襯底；(b)在預(yù)退火玻璃襯底上沉積非晶硅層；和(c)對預(yù)退火玻璃襯底進(jìn)行退火，以便在其上形成多晶硅層。
2.權(quán)利要求1的方法，其中在沉積非晶硅層的同時(shí)對預(yù)退火玻璃襯底進(jìn)行退火。
3.權(quán)利要求1的方法，其中通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)沉積非晶硅層。
4.權(quán)利要求1的方法，其中對預(yù)退火玻璃襯底進(jìn)行退火包括在第一襯底溫度下對預(yù)退火玻璃襯底進(jìn)行退火，然后在比第一溫度高的第二溫度下對玻璃襯底進(jìn)行退火。
5.權(quán)利要求4的方法，其中第一溫度在大約400℃和大約500℃之間。
6.權(quán)利要求5的方法，其中在第一溫度對預(yù)退火玻璃襯底進(jìn)行退火，退火時(shí)間在大約5分鐘和大約2小時(shí)之間。
7.權(quán)利要求4的方法，其中第二溫度在大約500℃和大約650℃之間。
8.權(quán)利要求7的方法，其中在第二溫度對玻璃襯底進(jìn)行退火，退火時(shí)間在大約30分鐘和大約18個(gè)小時(shí)之間。
9.權(quán)利要求1的方法，其中在相同的沉積室中沉積非晶硅層和對預(yù)退火玻璃襯底進(jìn)行退火。
10.一種用于加工襯底的方法，包括(a)在沉積室中裝載預(yù)退火玻璃襯底；和(b)在預(yù)退火玻璃襯底上沉積非晶硅層的同時(shí)對預(yù)退火玻璃襯底進(jìn)行退火，以便在其上形成多晶硅層。
11.權(quán)利要求10的方法，其中通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)沉積非晶硅層。
12.權(quán)利要求10的方法，其中在大約350℃和大約650℃之間的襯底溫度下沉積非晶硅層。
13.權(quán)利要求10的方法，其中在預(yù)退火玻璃襯底上沉積非晶硅層的同時(shí)對預(yù)退火玻璃襯底進(jìn)行退火包括在第一溫度下沉積非晶硅層，然后在比第一溫度高的第二溫度下對玻璃襯底進(jìn)行退火。
14.權(quán)利要求13的方法，其中在大約350℃和大約500℃之間的第一溫度下沉積非晶硅層。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中第二溫度在大約500℃和大約650℃之間。
16.權(quán)利要求15的方法，其中在第二溫度下對預(yù)退火玻璃襯底進(jìn)行退火，退火時(shí)間在大約30分鐘和大約2個(gè)小時(shí)之間。
17.一種用于加工襯底的方法，包括(a)在集成的平臺(tái)中裝載預(yù)退火玻璃襯底；(b)在預(yù)退火玻璃襯底上沉積氮化硅層；(c)在氮化硅層上沉積氧化硅層；(d)在氧化硅層是沉積非晶硅層；和(e)對預(yù)退火玻璃襯底進(jìn)行退火，以便在其上形成多晶硅層。
18.權(quán)利要求17的方法，其中通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)沉積氮化硅層。
19.權(quán)利要求17的方法，其中氧化硅層包括二氧化硅，并且通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)沉積。
20.權(quán)利要求17的方法，其中依次在相同的加工室中沉積氮化硅層和氧化硅層。
21.權(quán)利要求17的方法，其中通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)沉積非晶硅層。
22.權(quán)利要求17的方法，其中依次在相同的加工室中沉積氧化硅層和非晶硅層。
23.權(quán)利要求17的方法，其中依次在相同的加工室中沉積氮化硅層、氧化硅層和非晶硅層。
24.權(quán)利要求17的方法，其中對預(yù)退火襯底進(jìn)行退火包括在第一襯底溫度對預(yù)退火玻璃襯底進(jìn)行退火，然后在比第一溫度高的第二溫度對玻璃襯底進(jìn)行退火。
25.權(quán)利要求24的方法，其中第一溫度在大約其中第一溫度在大約400℃和大約500℃之間。
26.權(quán)利要求24的方法，其中第二溫度在大約500℃和大約650℃之間。
27.權(quán)利要求17的方法，其中在相同的加工室中沉積非晶硅層和對預(yù)退火玻璃襯底進(jìn)行退火。
28.權(quán)利要求17的方法，其中在沉積非晶硅層的同時(shí)對預(yù)退火玻璃襯底進(jìn)行退火。
全文摘要
一種用于在預(yù)退火玻璃襯底上形成多晶硅層的方法和裝置。在一個(gè)技術(shù)方案中，該方法包含在沉積室中裝載預(yù)退火玻璃襯底，在預(yù)退火玻璃襯底上沉積非晶硅層，對預(yù)退火玻璃襯底進(jìn)行退火，以便在其上形成多晶硅層。非晶硅層可以在進(jìn)行退火步驟的同時(shí)沉積，以便在預(yù)退火玻璃襯底上生成多晶硅層。可以在沉積非晶硅層之前沉積氮化物層和/或氧化物層，并且對預(yù)退火玻璃襯底進(jìn)行退火。
文檔編號H01L21/336GK1469848SQ01815870
公開日2004年1月21日 申請日期2001年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月28日
發(fā)明者K·S·勞, D·梅丹, K S 勞 申請人:應(yīng)用材料有限公司