在準(zhǔn)分子激光退火后具有改善的多晶硅質(zhì)量的多層非晶硅結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001]背景
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本文所公開的實(shí)施例大致上涉及形成含娃層(silicon-containing layer)的方法。更具體而言，本文所公開的實(shí)施例涉及形成可以用于薄膜晶體管(Thin FilmTransistor, TFT)器件的含娃層的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]因?yàn)榫哂邪ǖ蜏?〈500°C )下的高迀移率(mobility) (>50cm7Vs)和可生產(chǎn)性的益處，低溫多晶娃(Low Temperature Poly Silicon, LTPS)通常被用作下一代TFT(薄膜晶體管)顯示器和主動(dòng)陣列有機(jī)發(fā)光二極管(Active Matrix Organic Light EmittingD1de, AM0LED)中的溝道層。LTPS通常使用非晶娃(amorphous silicon)結(jié)構(gòu)來(lái)生產(chǎn)。
[0004]行業(yè)中用于使非晶硅結(jié)構(gòu)結(jié)晶的通常方法是通過(guò)準(zhǔn)分子激光退火(ExcimerLaser Annealing, ELA)。非晶娃結(jié)構(gòu)的膜特性(film properties)和ELA的工藝條件兩者對(duì)于確定結(jié)晶過(guò)程和因此產(chǎn)生的膜特性以及最終器件的性能都有影響。
[0005]不斷發(fā)展的顯示器技術(shù)需要具有較大的驅(qū)動(dòng)電流、更好的一致性和較低的生產(chǎn)成本的溝道層。這些需求要求具有較高迀移率(高于90cm2/Vs)的高質(zhì)量多晶硅(polycrystalline silicon)，同時(shí)保持使用具有等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposit1n, PECVD)和ELA工具的當(dāng)前設(shè)備組合。更大且更均勾的結(jié)晶晶粒尺寸(crystalline grain size)會(huì)有益于迀移率。然而，當(dāng)前的技術(shù)受限于低于300?500nm的晶粒尺寸。
[0006]因此，對(duì)于形成高度結(jié)晶的含硅材料的方法具有持續(xù)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本文所述的實(shí)施例大致上涉及多層非晶硅層的形成。多層非晶硅結(jié)構(gòu)通過(guò)修改膜結(jié)構(gòu)以及由此的結(jié)晶工藝來(lái)改善多晶娃的結(jié)晶度(crystallinity)和迀移率。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例之中，方法可以包括下述步驟:在基板上沉積包括氮化硅(siliconnitride)的第一緩沖層；在第一緩沖層上沉積包括氧化娃(silicon oxide)的第二緩沖層；沉積第一非晶硅層，此沉積步驟包括，將含硅前體和第一活化氣體輸送至處理區(qū)以在基板上沉積第一非晶硅層，含硅前體和第一活化氣體由等離子體活化；在第一非晶硅層上沉積第二非晶硅層，此沉積步驟包括，維持含硅前體的連續(xù)流動(dòng)，同時(shí)將第二活化氣體輸送至處理區(qū)，同時(shí)停止第一活化氣體的輸送；含硅前體和第二活化氣體由等離子體活化；以及在脫氫之后，對(duì)第一和第二非晶硅層退火以形成多晶硅層。
[0009]在另一實(shí)施例中，方法可以包括下述步驟:在基板上沉積包括氮化硅的第一緩沖層；在第一緩沖層上沉積包括氧化硅的第二緩沖層；在第二緩沖層上沉積第一非晶硅層，此沉積步驟包括，在等離子體存在的情況下將含硅前體和第一活化氣體輸送至腔室(chamber)中的處理區(qū)(processing reg1n);在第一非晶娃層上沉積第二非晶娃層，此沉積步驟包括，在等離子體存在的情況下，維持含硅前體的連續(xù)流動(dòng)，同時(shí)將第二活化氣體輸送至處理區(qū)，同時(shí)停止第一活化氣體的輸送；在第二非晶硅層上沉積第三非晶硅層，此沉積步驟包括，在等離子體存在的情況下將包括含硅前體和第一活化氣體的第二沉積氣體輸送至處理區(qū)；以及在脫氫之后，對(duì)第三非晶硅層、第二非晶硅層和第一非晶硅層退火以形成多晶娃層。
[0010]在又一實(shí)施例之中，方法可以包括下述步驟:在基板上沉積包括氮化硅的第一緩沖層；在第一緩沖層上沉積包括氧化硅的第二緩沖層；在第二緩沖層上沉積第一非晶硅層，此沉積步驟包括，在等離子體存在的情況下將包括硅烷和氫氣(H2)的第一沉積氣體輸送至腔室中的處理區(qū)；在第一非晶硅層上沉積第二非晶硅層，此沉積步驟包括，在等離子體存在的情況下將包括硅烷和惰性氣體的第二沉積氣體輸送至處理區(qū)，其中，在第一非晶硅層與第二非晶硅層之間形成界面；以及在脫氫之后，對(duì)第二非晶硅層和第一非晶硅層退火以形成多晶硅層。
【附圖說(shuō)明】
[0011]為了獲得可詳細(xì)地理解本發(fā)明的上述特征的方式，可以通過(guò)參考實(shí)施例來(lái)獲得上文中簡(jiǎn)要概括的本發(fā)明的更特定的描述，在所附附圖中繪式實(shí)施例中的一些。然而，應(yīng)注意的是，所附附圖僅繪示本發(fā)明的典型實(shí)施例，因此不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為所附附圖限定本發(fā)明的范圍，因?yàn)楸景l(fā)明可允許其他同等有效的實(shí)施例。
[0012]圖1是可用于執(zhí)行本文所述的操作的工藝腔室(process chamber)的剖面示意圖；
[0013]圖2描繪沉積工藝的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；
[0014]圖3A-3D描繪根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的沉積工藝；
[0015]圖4描繪沉積工藝的另一實(shí)施例的流程圖；
[0016]圖5A-OT是描繪根據(jù)另一實(shí)施例的沉積工藝；以及
[0017]圖6描繪對(duì)通過(guò)本文所述的方法來(lái)沉積的多晶硅層的結(jié)晶度進(jìn)行的光譜分析(spectroscopic analysis)的圖。
[0018]為了便于理解，在盡可能的情況下，已使用完全相同的附圖標(biāo)記來(lái)指定諸附圖所共有的完全相同的元件。構(gòu)想了一個(gè)實(shí)施例中的元件和特征可有益地結(jié)合進(jìn)其他實(shí)施例而不需要進(jìn)一步引述。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本文所公開的實(shí)施例大致上涉及形成可用于TFT器件中的含硅層的方法。參照以下附圖更清楚地描述本文所公開的實(shí)施例。
[0020]下文中以說(shuō)明方式來(lái)描述在處理系統(tǒng)中所使用的本發(fā)明，所述處理系統(tǒng)諸如可從位于美國(guó)加利福尼亞州圣克拉拉市的應(yīng)用材料股份有限公司(AppliedMaterials, Inc., Santa Clara, California.)的子公司美國(guó) AKT 股份有限公司(AKTAmerica, Inc.)獲得的PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)系統(tǒng)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明在其他系統(tǒng)配置(包括其他制造商銷售的那些系統(tǒng)配置)中也有用處。
[0021]圖1是可用于執(zhí)行本文所述的操作的裝置(apparatus)的剖面示意圖。此裝置包括腔室100，在腔室100中，可將一層或多層膜沉積到基板120上。腔室100通常包含限定工藝空間(process volume)的壁102、底部104和噴頭(showerhead) 106?；逯渭?18設(shè)置在工藝空間內(nèi)。經(jīng)由狹縫閥開口 108可以進(jìn)出此工藝空間，從而可將基板120移入或移出腔室100。基板支撐件118可耦接至用于升高或降低此基板支撐件118的致動(dòng)器116。升降桿122穿過(guò)基板支撐件118可移動(dòng)地設(shè)置，以便將基板120移向或移離基板接收表面?；逯渭?18也可包含用于將此基板支撐件118維持在期望溫度的加熱和/或冷卻單元124?；逯渭?18也可包括用于在此基板支撐件118的外圍提供RF回程路徑的RF回程帶(RF return straps) 126。
[0022]噴頭106可以通過(guò)緊固機(jī)構(gòu)140而耦接至背板112。噴頭106可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)緊固機(jī)構(gòu)140而耦接至背板