[发明专利]用于沉积薄膜的双频等离子激发

说明书

本发明涉及沉积薄膜的系统和方法，更具体地，涉及在大面积透明衬底上快速沉积高质量薄膜的改进系统和方法。

近年来，研制出了用于重量轻、耗电少的高质量显示器的液晶元件。液晶元件一般包括两个玻璃衬底和夹在中间的一层液晶材料。导电薄膜在两层衬底上构图形成如薄膜晶体管(TFT)等电路元件。衬底可以与电源连接以改变液晶材料的取向，从而可以利用薄膜晶体管有选择地为液晶显示器的各个区域通电。

与硅衬底相比，在玻璃衬底上沉积电路元件需要在玻璃衬底上生成一层半导体沟道材料。然后在玻璃衬底上沉积通往栅极的导电通路。特别地，对于后通道装置，TFT需要在构图的栅极金属层上沉积一层栅极介电层。连续地，可以在栅极介电层上部沉积非晶体硅层(a-Si)。在该非晶硅层上可以沉淀金属接触层，非晶体硅层上可以沉积一薄层掺杂的非晶体硅用于提高与覆盖的金属的接触能力。也可以在非晶体硅层上沉积氮化硅(SiN)或氧化硅(SiO)层作为蚀刻阻止层。

将薄膜沉积到大面积玻璃衬底上的反应室，通常采用等离子增强化学汽相沉积方法，该反应室采用单一高频电源引发处理室中的气体分解。尽管高频电源产生的高能量能够充分加热薄膜顶层，但是产生的离子能量不足以生成高度平坦的薄膜。另外，由于玻璃衬底通常比硅衬底大的多，电极的尺寸会接近该电源频率下的波长。这会使得玻璃衬底表面的放电强度分布不均匀。这种不均匀分布将导致衬底表面上薄膜的沉积不均匀。

由于以上原因，沉积在玻璃衬底上的薄膜表面明显粗糙。而粗糙的薄膜将降低薄膜质量。而且，沉积薄膜的粗糙会影响电子迁移率，从而最终导致显示器性能的降低。

本发明提供一种在反应室中在透明衬底上沉积高质量薄膜的设备。所述透明衬底可以由玻璃、石英或聚合物如塑料等构成。在处理室中将透明衬底加热并且在处理室中通入处理气流。所述设备分别从高频和低频电源中产生高频电源输出和低频电源输出。高频电源输出和低频电源输出叠加在一起，从处理气流中激发等离子在压力大约为0.4乇到3乇、温度大约为250℃到450℃的条件下在透明衬底上沉积光滑的薄膜。

根据本明的一个方面，本发明中的高频电源和低频电源都包括阻抗匹配电路和与该阻抗匹配电路连接的滤波器。

根据本明的另一方面，本发明中的高频输出在约13兆赫兹或更高的频率产生，功率大约在1到5千瓦之间。而且，低频输出在约为2兆赫兹或更低的频率下产生，功率为大约300瓦到2千瓦。

根据本明的另一方面，处理气体可以是硅烷和氧气、硅烷和氧化氮、TEOS和氧气或TEOS和氧化氮的混合气体。也可以用硅烷、氮气和氨气的结合物作为处理气体。

根据本明的又一方面，衬底置于其中间区域接地的感受器上。也可以将感受器四个角接地。

根据本明的再一方面，衬底位于感受器和可将气体通入处理室的喷头之间。感受器有选择地与低频和高频电源中的一个连接，而喷头与低频和高频电源中的另一个连接。

本发明的优点如下。用双频等离子激发生成的薄膜非常光滑。光滑的薄膜为随后的沉积提供了更好的界面从而提高了电子的迁移率。电子迁移率的提高也提高了显示器的电气性能。最终生成的薄膜更加稳定。其他的薄膜特性如密度和应力也得以改善，从而使沉积速率提高。

本发明的其他特点和优点从下面的描述(包括附图和权利要求)中可以看出。

图1为本发明中反应室的横截面图。

图2为采用双频电源在大面积透明衬底上沉积薄膜的工艺流程图。

图3A、3B和3C为反应室中双频电源电路各种连接方式的布局结构简图。

图4A、4B和4C为双频电源反应室和各种单频电源反应室在大面积透明衬底上所沉积薄膜的三维透视图性能比较。

一般地，在本发明的操作中，透明衬底放在真空沉积处理室中，加热到几百摄氏度(℃)。向处理室中注入沉积气体，并由双频电源系统激发产生等离子增强化学气相沉积(PECVD)反应从而在透明衬底上沉积薄膜层。沉积的薄膜层可以是介电层(如SiN或SiO)或半导体层(如a-Si)。

本发明可以采用由加利福尼亚Santa Clara的Applied KomatsuTechnology(AKT)公司制造的PECVD系统，也可以采用其他市场上可买到的沉积系统。透明衬底可以用玻璃、石英或聚合物如塑料等制成。常用衬底尺寸为大约550×650毫米(mm)。