(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、ＳｉＦ４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。
2016510171.tif 000002
【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、
ＳｉＦ４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、ＳｉＨ４、Ｏ２、Ｎ２Ｏ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、ＳｉＨ４、ＳｉＦ４、ＮＨ３、Ｎ２、Ｈ２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、ＳｉＦ４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（ＳｉＯｘ）、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、ＳｉＯｘ、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、ＳｉＨ４、ＳｉＦ４、Ｎ２Ｏ、Ｏ２、Ｎ２、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、ＳＦ６、Ｏ２、Ｃｌ２、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、ＳｉＯｘ、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、ＳＦ６、Ｏ２、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、ＳｉＦ４及びＮ２Ｏ、Ｏ２、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、ＳｉＦ４及びＮ２Ｏ）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、ＳｉＯｘ、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、ＳｉＯ２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ＳｉＨ４＋Ｏ２又はＳｉＨ４＋Ｎ２Ｏ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ＳｉＯｘ、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、ＳｉＯｘ、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、ＳｉＦ４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、ＳｉＦ４、ＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ、Ｏ２、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、ＳｉＦ４、ＳｉＨ４、及びＯ２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、ＳｉＨ４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、ＳｉＯｘ、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、ＳｉＨ４）を含むことができる。ケイ素含有前駆体は、ＳｉＯｘ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、ＳｉＨ４）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（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、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、Ｏ２、Ｏ３、又はＮ２Ｏ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、Ｏ２又はＯ３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、Ｎ２Ｏ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（ＳｉＨ４）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（ＳｉＦ４）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ＳｉＯｘ、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ＳｉＯｘは、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、又はこれらの組み合わせを含むことができる。ＳｉＯｘ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ＳｉＯｘ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、ＳｉＯｘ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、ＳｉＯｘ、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、ＳｉＯｘ）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】
2016510171.tif 000003
【図２Ａ】
2016510171.tif 000004
【図２Ｂ】
2016510171.tif 000005
【図２Ｃ】
2016510171.tif 000006
【図２Ｄ】
2016510171.tif 000007
【図２Ｅ】
2016510171.tif 000008
【図２Ｆ】
2016510171.tif 000009
【図２Ｇ】
2016510171.tif 000010
【図２Ｈ】
2016510171.tif 000011
【図３】
2016510171.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成27年9月18日(2015.9.18)
【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、ＳＦ６、Ｏ２、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、ＳｉＯ２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ＳｉＨ４及びＯ２又はＳｉＨ４及びＮ２Ｏ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ＳｉＦ４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、ＳｉＨ４、ＳｉＦ４、ＮＨ３、Ｎ２、Ｈ２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】
2016510171.tif 000013
2016510171.tif 000014