CN101572272B - 薄膜晶体管之化学气相沉积制作流程及其预沉积层构造 - Google Patents
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Abstract
本发明系有关于一种薄膜电晶体制作流程及其预沉积层构造，尤指一种薄膜电晶体之化学气相沉积制作流程及其预沉积层构造；其主要系于将基板传送至机台之载入腔室，进行抽真空及加热之后，先对制程腔室承载台进行一预沉积之步骤，再进行后续的薄膜电晶体之化学气相沉积；预沉积层可包含有氮化硅与非晶硅之多层沉积，可有效防止腔室中清洗所残留之氟、氯及掺杂物等影响薄膜电晶体之电气特性者。
Description
技术领域
本发明主要涉及一种薄膜晶体管制作流程及其预沉积层构造，尤指一种薄膜晶体管之化学气相沉积制作流程及其预沉积层构造，利用预沉积而防止腔室中残留物影响薄膜晶体管之电气特性者。
背景技术
请参阅图1所示，其主要系首先于一玻璃基板10上形成一源极(source)12及一汲极(drain)14之导电图桉层，并于源极12与汲极14之上表面分别形成一n+掺杂非晶硅(n+doped amorphous silicon；n+a-Si)层125、145；
之后，于整体构造上覆盖一非晶硅(amorphous silicon；a-Si)层17以及一氮化硅(silicon nitride；SiNx)层18；最后在氮化硅层18上源极12与汲极14位置之间形成一闸极(gate)16之导电图。
其中，非晶硅(a-Si)层17系为半导体层，氮化硅(SiNx)层18则为介电层。当于闸极16施加一电压时，可于非晶硅层17构成之半导体层形成一通道，使源极12为汲极14间成为一导电通路。
一般而言，薄膜晶体管构造中n+掺杂非晶硅层125、145、非晶硅层17及氮化硅层18系采用电浆辅助化学气相沉积(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition；PECVD)系统来成长，而其机台通常为集丛式架构。
请参阅图2所示，其主要构造系包含有一第一载入腔室(loadingchamber)20、一第二载入腔室21、一加热腔室(heating chamber)22、一第一制程腔室(process chamber)23、一第二制程腔室24、一第三制程腔室25及一传送腔室(transfer chamber)26，该传送腔室26中并设有一机械手臂(robot)27；
其中，该第一载入腔室20与该第二载入腔室22主要系用以将玻璃基板载入机台中，并实施抽真空之程序，令该第一载八腔室20与该第二载入腔室22中达到制程所需之压力；
抽真空程序完成后，利用该传送腔室26中之该机械手臂27将该玻璃基板10传送至该加热腔室22进行加热，藉以去除玻璃基板10表面附着之水分子；加热完成后，再以该机械手臂27将该玻璃基板10分别传送到该第一制程腔室23、该第二制程腔室24及该第三制程腔室25，分别进行各层构造之电浆辅助化学气相沉积，如n+掺杂非晶硅层125、145、非晶硅层17及氮化硅层18等等；
各制程完成后，再将该玻璃基板10传送到该第一载入腔室20及该第二载入腔室22，破真空后即可将该玻璃基板10取出。
请参阅图3所示，其制作流程之步骤首先为将gia玻璃基板传送至该载入腔室，如步骤301；载入该玻璃基板后，实施抽真空程序，令该载入腔室中降至制程所需之压力，如步骤303；
压力达成需求后，利用该机械手臂将该玻璃基板传送到该加热腔室，如步骤305；在该加热腔室中对该玻璃基板进行加热，藉以去除附着于该玻璃基板表面之水分子，如步骤307；
之后，即为正式之薄膜沉积，以该机械手臂将该玻璃基板传送到各制程腔室分别进行预定之材质沉积，例如于该第一制程腔室进行n+掺杂之非晶硅沉积，于该第二制程腔室进行非晶硅层之沉积，而该第三制程腔室则进行氮化硅层之沉积，如步骤309；
薄膜成长完成后，将该玻璃基板传送至该载入腔室，如步骤311；在该载入腔室内进行降温及破真空程序，如步骤313；最后则是将完成制程之该玻璃基板取出，如步骤315；并进行该腔室清洗(clean)之工作，以利于后续制程之进行，如步骤317。
一般在化学气相沉积制程之后，需要进行腔室之清洗程序，藉以将腔室中残留的先前制程物质移除。清洗过程主要系通入清洗气体(cleaninggas)，如氟基(Fluorine-base；F-base)或氯基(Chlorine-base；Cl-base)之气体，进行电浆蚀刻(plasma etch)。
然而，无论何种清洗方式，难免都会有残留的氟或氯或其他掺杂物的残留(dopant residues)。而这些残留物在化学气相沉积制程中，很容易造成残馀离子污染，使后续成膜的元件产生缺陷(defect)，对于薄膜晶体管元件之电性亦会造成不利的影响。
发明内容
本发明之主要目的在于，提供一种薄膜晶体管之化学气相沉积制作流程，其主要系利用一预沉积程序，藉以排除异物残留者。
本发明之另一目的在于，提供一种薄膜晶体管之化学气相沉积制作流程，其主要系利用一预沉积程序，而可优化薄膜晶体管元件之电气特性者。
本发明之又一目的在于，提供一种薄膜晶体管之化学气相沉积制作流程，其预沉积程序系可采多层沉积，藉以提高异物排除或遮蔽之效果。
本发明之又一目的在于，提供一种薄膜晶体管之化学气相沉积制作流程，其预沉积层可包含有至少一氮化硅层及一非晶硅层者。
本发明之又一目的在于，提供一种薄膜晶体管之化学气相沉积制作流程，其预沉积层系为氮化硅层、非晶硅层、氮化硅层之三层结构者。
本发明之又一目的在于，提供一种薄膜晶体管之化学气相沉积制作流程，其预沉积层系为介电层、半导体层、介电层之三层结构者。
为达成上述目的，本发明所采用的技术方案为：提供一种预沉积层构造，其主要系包含有：一第一氮化硅层，形成于一制程腔室之一承载台上；一非晶硅层，形成于该第一氮化硅层上；及一第二氮化硅层，形成于该非晶硅层上。
本发明尚提供薄膜晶体管之化学气相沉积制作流程，其主要步骤包含有：将至少一基板由一治具传送至一机台之一载入腔室；对该载入腔室抽真空至一预定压力；将基板加热至一预定温度；对复数个制程腔室进行一预沉积之步骤；将基板依序传送至各制程腔室，并于各制程腔室分别进行薄膜晶体管之各沉积步骤；将基板传送至该载入腔室；及进行破真空之步骤，并将基板传送回该治具中。
本发明的有益效果在于，提供一种薄膜晶体管之化学气相沉积制作流程及其预沉积层构造，其主要系于将基板传送至机台之载入腔室，进行抽真空及加热之后，先对制程腔室承载台进行一预沉积之步骤，再进行后续的薄膜晶体管之化学气相沉积；预沉积层可包含有氮化硅与非晶硅之多层沉积，可有效防止腔室中清洗所残留之氟、氯及掺杂物等影响薄膜晶体管之电气特性者的效果。
附图说明
图1为一薄膜晶体管之构造示意图
图2为集丛式架构机台之示意图
图3为习知薄膜晶体管之化学气相沉积流程图
图4为本发明一较佳实施方式之薄膜晶体管之构造及承载台示意图
图5为图4所示预沉积层构造之局部放大示意图
图6为本发明一较佳实施方式使用之批次式机台之示意图
图7为本发明一较佳实施方式之制作流程图
图8为本发明一较佳实施方式之预沉积流程图
具体实施方式
首先，请参阅图4所示，本发明之制作流程，主要系先于机台制程腔室之承载台70上形成一预沉积(pre-deposition)层75；该预沉积层75之制作流程，可于预沉积程序中将先前制程及清洗程序之氟或氯残留(Fluorineor Chlorine residues)或其他掺杂物的残留(dopant residues)加以排除，或加以遮蔽，可有效隔绝残留异物对化学气相沉积(Chemical VaporDeposition)成膜之薄膜晶体管(Thin Film Transistor；TFT)元件之不良影响；
完成该承载台70之预沉积层75之后，再将该玻璃基板40载入机台之制程腔室中进行后续之薄膜晶体管沉积成形。
本实施方式系先于玻璃基板40上形成一闸极(gate)46之导电图桉层，并于闸极46与玻璃基板40上覆盖一氮化硅(silicon nitride；SiNx)层445。之后于该闸极46上方位置覆盖一非晶硅(amorphous silicon；a-Si)层47以及一n+掺杂非晶硅(n+doped amorphous silicon；n+a-Si)层48；
该源极(source)42及一汲极(drain)44则分别覆盖于n+掺杂非晶硅层48上方及两侧，最后于源极42与汲极44之上表面分别形成一绝缘保护层425；
其中，该非晶硅(a-Si)层47系为半导体层，该氮化硅(SiNx)层445则为介电层；当于该闸极46施加一电压时，可于该非晶硅层47构成之半导体层形成一通道，使该源极42为该汲极44间成为一导电通路。
请参阅图5所示，本发明该预沉积层75之较佳结构为多层预沉积层；其中，以介电层、半导体层、介电层之三层结构为最佳；其中，三层结构之总厚度h应控制于200奈米(nm)以内；其中，三层结构之总厚度h又以小于100奈米为较佳。
本实施方式系采第一层为该氮化硅(SiNx)层751，第二层为该非晶硅(a-Si)层753，第三层为该氮化硅层755之结构；可有效排除、隔绝或覆盖先前制程之氟(F)、氯(Cl)或其他掺杂物的残留，为后续之成膜制程提供优良介电性之该承载台70表面。
本发明之薄膜晶体管构造中，各元件皆采用电浆辅助化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition；PECVD)系统来成长，并可采用批次式(batch type)架构之机台。
请参阅图6所示，其批次式机台60之主要构造系包含有一载入腔室(loadingand lock chamber)62、一复数制程腔室(process chamber)66及一传送腔室(transfer chamber)64，该传送腔室64中并设有一机械手臂(robot)67；
其中，该载入腔室62与该各制程腔室66中皆设有复数个承载台621、70，用以承载复数个玻璃基板40；由于个腔室皆可同时容纳复数个玻璃基板40同时进行制程，其设备制程之产能可大幅提高。
该载入腔室62系用以将该玻璃基板40由治具(cassette)中载入机台，并分别放置于各承载台621中；该玻璃基板40载入后，先实施抽真空之程序令该载入腔室62中达到制程所需之压力；抽真空程序完成后，则进行加热至预定温度之程序，并对该各制程腔室66进行预沉积；
预沉积完成后，再利用该传送腔室64中之该机械手臂67将该玻璃基板40依序传送至该各制程腔室66，并放置于对应之该承载台70上；该各制程腔室66分别进行各层构造之电浆辅助化学气相沉积(PECVD)，如该闸极46、该氮化硅层445、该非晶硅层47、该n+掺杂非晶硅层48、该源极42、该汲极44及该绝缘保护层425等等。
各制程完成后，再将该玻璃基板40传送到该载入腔室62中，进行降温及破真空后即可将该玻璃基板40取出。
请参阅图7所示，本发明制作流程之步骤首先为将复数个玻璃基板40传送至该载入腔室62，如步骤701；该载入玻璃基板40后，实施抽真空程序，令该载入腔室62中降至制程所需之压力，如步骤703；又，
当压力达成需求后，开始加热该玻璃基板40使之达到预定之制程温度，同时可去除附着于玻璃基板表面之水分子，如步骤705；加热完成后，即可开始对该各制程腔室66实施预沉积流程，于该承载台70上分别形成一预沉积层75，如步骤707；再，
当完成预沉积之后，即为正式元件之薄膜沉积；以该机械手臂67将该玻璃基板40传送到该各制程腔室66分别进行预定之材质沉积，例如该闸极46、该氮化硅层445、该非晶硅层47、该n+掺杂非晶硅层48、该源极42、该汲极44及该绝缘保护层425等等，如步骤709；又，
当薄膜成长完成后，将该玻璃基板40传送至该载入腔室62，如步骤711；在该载入腔室62内进行降温及破真空程序，如步骤713；最后则是将完成制程之该玻璃基板40取出，并放置回治具中，如步骤715；另外需进行该腔室清洗(clean)之工作，以利于后续制程之进行，如步骤717。
请参阅第8图所示，由于本发明之预沉积层系以多层预沉积层效果为较佳，其中，又以介电层、半导体层、介电层之三层预沉积层之较果为最佳。其最佳之预沉积流程系如图所示。
首先于该各制程腔室66之该承载台70上预沉积一氮化硅层751，做为第一层介电层，如步骤771；再于该氮化硅层751上预沉积形成一非晶硅层753，做为一半导体层，如步骤773；最后，则于该非晶硅层753上预沉积而形成一氮化硅层755，而完成介电层、半导体层、介电层之三层预沉积层构造，如步骤775。
其中，预沉积流程中之预定压力需介于0.2至3.0豪巴(mbar)之间或1.0～2.0毫托耳(mTorr)之间，并以0.4至2.0豪巴之间或1.2～1.5毫托耳(mTorr)之间为最佳。预沉积流程之预定温度需介于摄氏100至400度之间。
第一层氮化硅层751、非晶硅层753及第二层氮化硅层755之成膜过程需于各制程腔室66导入氢化硅(SiH4)、氨气(NH3)、氢气(H2)、一氧化二氮(N20)及氮气(N2)。并于各载入腔室66中导入一电浆源射频功率(RFPower)，该电浆源射频功率系小于2000瓦(W)为较佳。
经实验证实，本发明之制作流程所生产之薄膜晶体管相较于一般生产流程者，具有相当优异之电气特性。
前述本发明之制作流程亦可使用于如图2所示之丛集式架构机台，或用以制作如图1所示之薄膜晶体管，皆可大幅提高薄膜晶体管之电气特性。
以上所述者，仅为本发明之一较佳实施方式而已，并非用来限定本发明实施之范围，即凡依本发明权利要求所述之形状、构造、特征、方法及精神所为之均等变化与修饰，均应包括于本发明之申权利要求范围内。
Claims (15)
1.一种预沉积层构造，其主要包含有：一第一氮化硅层、一非晶硅层及一第二氮化硅层；其特征在于，该第一氮化硅层，形成于一制程腔室的一承载台上；该非晶硅层，形成于该第一氮化硅层上；该第二氮化硅层，形成于该非晶硅层上。
2.根据权利要求1所述的预沉积层构造，其中，该第一氮化硅层、非晶硅层及第二氮化硅层总厚度小于200奈米。
3.根据权利要求2所述的预沉积层构造，其中，该第一氮化硅层、非晶硅层及第二氮化硅层之总厚度小于100奈米。
4.一种薄膜电晶体之化学气相沉积制作流程，其特征在于，其主要步骤包含有：
将至少一基板由一治具传送至一机台的一载入腔室；
对该载入腔室抽真空至一预定压力，该预定压力介于0.2至3.0豪巴之间或1.0～2.0毫托耳(mTorr)之间；
将基板加热至一预定温度，该预定温度介于摄氏100至400度之间；
对复数个制程腔室进行一预沉积之步骤，其中该预沉积步骤为先沉积一第一氮化硅层于各制程腔室的复数个承载台上，再形成一非晶硅层于该第一氮化硅层上，最后形成一第二氮化硅层于该非晶硅层上；
将基板依序传送至各制程腔室，并于各制程腔室分别进行薄膜电晶体之各沉积步骤；
将基板传送至该载入腔室；及
进行破真空之步骤，并将基板传送回该治具中。
5.根据权利要求4所述的制作流程，其中，该预定压力以0.4至2.0豪巴之间或1.2～1.5毫托耳(mTorr)之间。
6.根据权利要求4所述的制作流程，其中，该第一氮化硅之沉积步骤包含有：
于各制程腔室导入氢化硅、氨气、氢气、一氧化二氮及氮气；
于各制程腔室导入一电浆源射频功率；及
形成该第一氮化硅层。
7.根据权利要求6所述的制作流程，其中，该电浆源射频功率小于2000瓦。
8.根据权利要求4所述的制作流程，其中该非晶硅沉积步骤包含有：
于各制程腔室导入氢化硅、氨气、氢气、一氧化二氮及氮气；
于各制程腔室导入一电浆源射频功率；及
形成该非晶硅层。
9.根据权利要求8所述的制作流程，其中，该电浆源射频功率小于2000瓦。
10.根据权利要求4所述的制作流程，其中，该第二氮化硅沉积步骤包含有：
于各制程腔室导入氢化硅、氨气、氢气、一氧化二氮及氮气；
于各制程腔室导入一电浆源射频功率；及
形成该第二氮化硅层。
11.根据权利要求10所述的制作流程，其中，该电浆源射频功率小于2000瓦。
12.根据权利要求4所述的制作流程，其中，该预沉积步骤中，该第一氮化硅层、非晶硅层及第二氮化硅层之总厚度小于200奈米。
13.根据权利要求4所述的制作流程，其中，该第一氮化硅层、非晶硅层及第二氮化硅层之总厚度小于100奈米。
14.根据权利要求4所述的制作流程，其中，该制作流程尚包含有一各腔室的清洗步骤。
15.根据权利要求4所述的制作流程，其中该机台为一批次型机台。
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