專利名稱：腐蝕設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于腐蝕硅半導(dǎo)體的腐蝕設(shè)備，特別涉及用于通過腐蝕來形成薄膜晶體管(TFT)有源層的腐蝕設(shè)備。
近來，人們關(guān)注有源矩陣型液晶顯示器件。在這些器件中，將100×100以上的象素電極排列成矩陣形式，而每個象素電極與一個具有硅薄膜的TFT相連接，以便由TFT來控制保持在每個象素內(nèi)的電荷。
因為液晶顯示器件必須是基本上透光的，必須用能透可見光的材料做為襯底。能透可見光的材料包括石英襯底和玻璃襯底。因石英襯底昂貴，一般不用石英，而用玻璃襯底。然而，欲在玻璃襯底上生產(chǎn)具有高性能的TFT是困難的。
為了改善TFT的特性，最有效的辦法是增加待用的硅薄膜的結(jié)晶度。但是當(dāng)使用玻璃襯底時，因為玻璃的耐熱溫度的問題，很難獲得單結(jié)晶或?qū)?yīng)硅薄膜的單結(jié)晶。一般，可獲得具有不充分結(jié)晶態(tài)的稱多晶或微晶的硅膜。當(dāng)使用具有多晶或微晶結(jié)構(gòu)的硅薄膜生產(chǎn)TFT時，至關(guān)重要的技術(shù)問題與截止電流特性有關(guān)。
一般，當(dāng)用具有多晶或微晶結(jié)構(gòu)的硅薄膜制造TFT時，截止電流值較大是個事實。截止電流代表著當(dāng)TFT處于截止態(tài)的流過源、漏區(qū)之間的電流。
在一配置在象素電極中的TFT中，當(dāng)TFT的源連接至一源線而TFT的漏連接至象素電極時，借助TFT的導(dǎo)通，預(yù)期的電荷量自源線經(jīng)TFT流到象素電極。另外，借助TFT的截止，使預(yù)期的電荷量保持在象素電極中。此時，當(dāng)截止電流值極大時，電荷逐漸自象素電極流動。在此狀態(tài)下，因為在預(yù)期的時間周期內(nèi)，在象素電極中未保持預(yù)期的電荷量，則不能完成必要的顯示。與截止電流相關(guān)的問題可能是由載流子通過晶界的運(yùn)動而引起的。
在N溝型TFT中，當(dāng)正電壓施加于柵電極時，溝道變成N型，因此完成導(dǎo)通操作。此外，當(dāng)將負(fù)電壓施加于柵電極時，溝道變?yōu)镻型，因此完成截止操作。
在截止操作中，因為源、漏區(qū)變成N型，而溝道變成P型，所以在源、漏區(qū)之間形成一個NPN結(jié)構(gòu)。于是，理想的在源、漏區(qū)之間應(yīng)沒有電流流過。但是，這種狀態(tài)是在構(gòu)成有源層的硅薄膜具有單結(jié)晶結(jié)構(gòu)的情況下所獲得的理想狀態(tài)。實際上，因為硅薄膜沒有完整的單結(jié)晶結(jié)構(gòu)，載流子可能通過晶界中陷阱能級運(yùn)動。由于這種載流子運(yùn)動，可能有截止電流流動。
如上所述，具有在玻璃襯底上形成結(jié)晶的硅半導(dǎo)體薄膜具有多結(jié)晶或微晶結(jié)構(gòu)，在該膜中存在大量的晶界。在晶界中存在大量的陷阱能級。
載流子通過陷阱能級的運(yùn)動在施加了高電場的區(qū)域內(nèi)是顯著的。特別是在溝道區(qū)和漏區(qū)的界面及其附近，這種運(yùn)動是顯著的。于是，作為一種抑制載流子通過此區(qū)內(nèi)陷阱能級的運(yùn)動的方法，眾所周知的是形成一個輕摻雜區(qū)和一個界于溝道區(qū)和漏區(qū)之間的偏移區(qū)(電場緩沖區(qū))。一般，這兩種結(jié)構(gòu)分別稱為LDD(輕摻雜漏區(qū))結(jié)構(gòu)和偏移柵結(jié)構(gòu)。
實際上，當(dāng)在玻璃襯底上形成有結(jié)晶的硅薄膜，然后使用此種硅薄膜制作TFT時，LDD結(jié)構(gòu)和偏移柵結(jié)構(gòu)是有效的，以使截止電流可在一定程度上減小。然而，還難以獲得必要的低截止電流特性。
一般，通過光刻工藝使抗蝕劑構(gòu)圖，形成預(yù)期的圖形，然后用抗蝕劑作掩模，進(jìn)行使用等離子的干腐蝕，以便完成有源層的形成。
根據(jù)對上面TFT中的截止電流問題的研究結(jié)果，本發(fā)明者得到如下認(rèn)識。
在用干腐蝕法腐蝕有源層中，等離子損傷出現(xiàn)在有源層兩側(cè)。由于這種等離子損傷，在有源層兩側(cè)可形成高密度的陷阱能級。特別是，因為具有多晶或微晶結(jié)構(gòu)的結(jié)晶硅膜是高密度產(chǎn)生陷阱能級的一種狀態(tài)，此現(xiàn)象是顯著的。
當(dāng)在有源層兩側(cè)因此種等離子損傷所產(chǎn)生的大量的陷阱能級以高密度存在時，載流子通過陷阱能級的運(yùn)動可能是令人吃驚的。即，截止電流會增加。這類問題，特別是在有大量晶界的膜，如多晶硅膜或微晶硅膜中是嚴(yán)重的。亦即，因為陷阱能級容易存在于晶界而且容易產(chǎn)生。
形成于有源層側(cè)面的陷阱能級密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于形成于有源層內(nèi)部(薄膜內(nèi)部)的密度。于是，雖然形成了LDD結(jié)構(gòu)或偏移柵結(jié)構(gòu)，但通過形成于有源層側(cè)面的陷阱能級而運(yùn)動的電荷量不可能減少多少。亦即，截止電流值不可能降低多少。
LDD結(jié)構(gòu)和偏移結(jié)構(gòu)，通過減小電場集中區(qū)的電場強(qiáng)度來抑制影響截止電流的載流子運(yùn)動。確切地講，這些結(jié)構(gòu)減少了運(yùn)動載流子的數(shù)量。但是，當(dāng)影響載流子運(yùn)動的陷阱能級密度極其高時，即使電場減小了，運(yùn)動載流子總量也不可能減少如此之多。
通過減少有源層側(cè)面的陷阱能級密度來改善與截止電流相關(guān)的問題。從以上可知，在于腐蝕中的等離子損傷主要產(chǎn)生了集中在有源層側(cè)面的陷阱能級。因而，通過減少干腐蝕的等離子損傷，可以改善與TFT截止電流相關(guān)的問題。
作為防止有源層側(cè)面的等離子損傷的方法，在有源層的形成上提出一種進(jìn)行濕法腐蝕的方法。然而，使用濕法腐蝕的方法具有如下的問題。
(1)沒有可以僅選擇地腐蝕硅膜，有良好的腐蝕控制和良好再現(xiàn)性的合適的腐蝕劑。
(2)難以控制腐蝕劑的溫度和腐蝕條件。
在說明書所公開的本發(fā)明之目的在于提供一種能實施使用干腐蝕而不使陷阱能級集中在有源層側(cè)面的工藝的腐蝕設(shè)備。
在說明書所公開的本發(fā)明之特征在于，該設(shè)備具有一個使用氟化鹵素氣體而不使氟化鹵素氣體離化或等離子增強(qiáng)的用于腐蝕工藝的室。氟化鹵素氣體包括ClF3、ClF、BrF3、IF3、BrF、BrF5和IF5中之至少一種。另外，不必使用100％的氟化鹵素氣體，可用適當(dāng)?shù)臍怏w稀釋后使用。沒有使氟化鹵素氣體離化或等離子增強(qiáng)的腐蝕工藝，在腐蝕工藝中減少等離子損傷。
根據(jù)本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)之特征在于，該設(shè)備包括一個用于實施腐蝕的第一室、一個保持大量襯底的第二室以及一個設(shè)置于第一和第二室之間具有傳遞襯底的裝置并能減壓的第三室，其中的使用氟化鹵素氣體，而不使氟化鹵素氣體離化或等離子增強(qiáng)的腐蝕工藝是在第一室進(jìn)行的。
上述結(jié)構(gòu)的一實例示于

圖1。在圖1中，一個設(shè)備包括相應(yīng)于第一室的腐蝕室800；對應(yīng)于保持大量襯底的第二室的襯底保持室702；以及設(shè)置于腐蝕室800和襯底保持室702之間的襯底傳遞室701，該室設(shè)有一個相應(yīng)于傳遞襯底的裝置的機(jī)械臂710。
根據(jù)本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)之特征在于，該設(shè)備包括具有導(dǎo)入氟化鹵素氣體的裝置的室，其中的使用氟化鹵素氣體而不使氟化鹵素氣體離化或等離子增強(qiáng)的腐蝕工藝是在該室進(jìn)行的，該室還具有用于測量光對待腐蝕材料的透射并確定材料的腐蝕狀態(tài)的裝置。
上述結(jié)構(gòu)的一實例示于圖1。在圖1中，一設(shè)備包括一個具有導(dǎo)入氟化鹵素氣體的氣體導(dǎo)入系統(tǒng)812的腐蝕室800，其中的使用非離化或非等離子增強(qiáng)的氟化鹵素氣體的腐蝕工藝是在腐蝕室800進(jìn)行的，還包括一個用于輻照光透射待腐蝕材料的裝置806及一個用于檢測透射光的裝置804。
根據(jù)本發(fā)明的另一結(jié)構(gòu)之特征在于，該設(shè)備包括未處理的襯底保持室、與處理前的襯底保持室相連的第一襯底傳遞室、與第一襯底傳遞室相連的腐蝕室、與腐蝕室相連的第二襯底傳遞室以及與第二襯底傳遞室相連的處理后的襯底保持室，其中的處理前的襯底保持室和處理后的襯底保持室具有保持大量襯底的功能，第一和第二傳遞室具有傳送襯底的裝置，而腐蝕室具有使用非離化或非等離子增強(qiáng)的氟化鹵素氣體用作腐蝕氣體進(jìn)行腐蝕的功能。
上述結(jié)構(gòu)的一實例示于圖1。在圖1中，示出了處理前襯底保持室702、第一襯底傳遞室701、腐蝕室800、第二襯底傳遞室820、處理后襯底保持室830以及對應(yīng)于傳遞襯底的裝置的機(jī)械臂710和821。圖10表示了圖1的腐蝕設(shè)備的頂視圖。
當(dāng)使用圖1的設(shè)備形成TFT的有源層時，必須防止氟化鹵素氣體的等離子增強(qiáng)(離化)，以便不致發(fā)生等離子對有源層的損傷。當(dāng)氣體不被激發(fā)和不離化時，可防止等離子增強(qiáng)。另外，當(dāng)不施加電磁能時，可防止離化。電磁能包括高頻能和微波能。
當(dāng)對氟化鹵素氣體不施加電磁能時，可防止等離子增強(qiáng)和氣體的激發(fā)和離化。因為氟化鹵素氣體如ClF3對硅有很強(qiáng)的腐蝕作用，在不施加電磁能如高頻能的條件下，即可以高速率地腐蝕硅。
為了防止腐蝕的快速加工，期望腐蝕的壓強(qiáng)為0.001～100Torr，優(yōu)選在0.01～1Torr。在此壓強(qiáng)范圍可獲得合適的腐蝕速率。
根據(jù)本發(fā)明的另一結(jié)構(gòu)之特征在于，該設(shè)備包括使用氟化鹵素氣體而不使氟化鹵素氣體離化或等離子增強(qiáng)的進(jìn)行腐蝕處理的第一室、用于去掉抗蝕劑的第二室和與第一和第二室相連并具有用于傳遞襯底的裝置的室。
在上述結(jié)構(gòu)中，同時進(jìn)行腐蝕和加熱是有效的。這是因為加熱可增加腐蝕速率。另外，進(jìn)行腐蝕的同時保持在預(yù)期的溫度是有效的。這是因為，在腐蝕中使用ClF3作為腐蝕氣體的腐蝕速率是高的，腐蝕溫度的差別很小，腐蝕狀態(tài)也有很大變化。
圖1表示實施方案1的腐蝕設(shè)備的剖視圖；圖2A～2D和圖3A～3C表示制作實施方案2的薄膜晶體管(TFT)的工藝；圖4是表征有源層狀態(tài)的示意放大視圖；圖5A～5D和圖6A、6B表示制作實施方案3的設(shè)置于外圍驅(qū)動電路區(qū)和象素區(qū)的TFT的工藝；圖7A～7G表示制作實施方案4設(shè)置于象素區(qū)的TFT的工藝；圖8A和8B表示實施方案5的腐蝕設(shè)備的剖視圖9表示實施方案6的腐蝕設(shè)備的剖視圖；圖10是圖1的腐蝕設(shè)備的頂視圖。
實施方案1圖1表示實施方案1的腐蝕設(shè)備的剖面圖，而圖10是圖1腐蝕設(shè)備的頂視圖。該腐蝕設(shè)備可一個接一個地處理大量襯底(材料)。通過在腐蝕室800一個接一個地腐蝕，來處理保持在處理前襯底保持室702中的盒712中的大量襯底。處理后的襯底被保持在處理后襯底保持室830中的盒835中。于是，其特征在于大量的襯底是通過一個接一個地腐蝕而處理的。(設(shè)備描述)將大量的待處理的襯底(材料)保持在襯底盒712中，再從外部送入處理前襯底保持室702中。關(guān)于襯底711，使用玻璃襯底和石英襯底，在其上形成待腐蝕的硅半導(dǎo)體層。在室702，設(shè)置了導(dǎo)入氮?dú)?或一種惰性氣體)系統(tǒng)和抽氣系統(tǒng)(均未圖示)，如有必要，可用氮?dú)鉀_洗。特別是，室702未設(shè)計成要獲得減(低)壓狀態(tài)。
保持襯底711的襯底盒712被設(shè)置于一由沿上下方向的升降機(jī)753移動的臺754上。處理前襯底保持室702通過閘閥706與具有機(jī)械臂710的襯底傳遞室701相連。
襯底傳遞室701具有一氣體導(dǎo)入系統(tǒng)794，以便導(dǎo)入氮?dú)饣蚨栊詺怏w，還具有一由閘閥790和高真空抽氣泵791構(gòu)成的高真空抽氣系統(tǒng)。由閥793控制從系統(tǒng)794導(dǎo)入的氣體的流量。
襯底傳遞室701通過閥801與腐蝕室800相連。腐蝕室800設(shè)有放置襯底的臺803(石英制)、激光光源806、反射鏡807、用于使激光引入室800的石英窗口805以及用于檢測激光的光檢驗器。
腐蝕氣體從氣體導(dǎo)入系統(tǒng)812經(jīng)閥810被導(dǎo)入腐蝕室800。從氣體導(dǎo)入系統(tǒng)813經(jīng)閥811導(dǎo)入氮?dú)饣蚨栊詺怏w。為了抽出無用的氣體和為在腐蝕室獲得預(yù)期的低壓狀態(tài)，室800通過閥808與真空抽氣泵809相連。
腐蝕室800通過閘閥814與襯底傳遞室820相連。用機(jī)械臂821將已完成腐蝕處理的襯底822從室800傳遞到室820。在室820中，設(shè)置用于導(dǎo)入氮?dú)饣蚨栊詺怏w的氣體導(dǎo)入系統(tǒng)827和由閥825和真空抽氣泵823構(gòu)成的抽氣系統(tǒng)。由閥826來控制自系統(tǒng)827導(dǎo)入的氣體的流量。
襯底傳遞室820通過閘閥828與處理后襯底保持室830相連。在室830中，在由升降機(jī)832沿上下方向移動的臺上設(shè)置能保持大量襯底的襯底盒835(與襯底盒712相同)。(操作過程實例)現(xiàn)在解釋腐蝕操作實例。關(guān)閉所有的閘閥706、801、814和828。用抽氣泵791、809和823，抽空襯底傳遞室701、820和腐蝕室800，以獲得高真空狀態(tài)。把未保持襯底的襯底盒835放入處理前襯底保持室830中。使室830達(dá)到一個大氣壓的氮?dú)獬錆M狀態(tài)。
在此狀態(tài)下，將保持所需數(shù)量的襯底的襯底盒從外界送入處理前襯底保持室702。在送入襯底盒之后，使室702充以一個大氣壓的氮?dú)狻?br> 然后，把氮?dú)鈱?dǎo)入襯底傳遞室701，以達(dá)到一個大氣壓。當(dāng)室701變?yōu)橐粋€大氣壓狀態(tài)時，打開閘閥706，然后用機(jī)械臂從襯底盒712取出一塊襯底711。此時，升降機(jī)沿上下方向移動，使機(jī)械臂對準(zhǔn)襯底711的位置。在將襯底711用機(jī)械臂710傳送到室701之后，關(guān)閉閘閥706。
然后，使襯底傳遞室701達(dá)到高真空狀態(tài)。當(dāng)室701變?yōu)楦哒婵諣顟B(tài)時，打開閘閥801，把襯底放在臺子803上。然后，關(guān)閉閘閥801。
接著，將ClF3氣體導(dǎo)入腐蝕室800，在預(yù)期的低壓狀態(tài)下，腐蝕形成在襯底表面上的半導(dǎo)體薄膜。腐蝕狀態(tài)可從自光源806輻射出的激光(具有短波波長)的透射狀態(tài)得以驗證。
例如，在具有500nm厚的結(jié)晶硅薄膜情況下，波長為500nm的光的透射率為50％，在玻璃襯底或由石英制的臺子803的情況下，透射率為80％。因而，當(dāng)用來自光源806的波長為500nm的光輻照在形成于玻璃襯底上的待腐蝕的結(jié)晶硅膜時，在完成結(jié)晶硅膜的腐蝕后，由光檢驗器檢測到的光強(qiáng)有很大的變化。所以，當(dāng)由光檢驗器檢測到的光強(qiáng)度變化很大時，停止由氣體導(dǎo)入系統(tǒng)812導(dǎo)入腐蝕氣體，同時，從氣體導(dǎo)入系統(tǒng)813導(dǎo)入氮?dú)猓员隳芊乐共槐匾母g(例如，在橫向的滯后腐蝕)。
在完成腐蝕后，使腐蝕室800達(dá)到高真空狀態(tài)，打開閘閥814，然后用機(jī)械臂821從腐蝕室800取出襯底822。然后，關(guān)閉閘閥814，以氮?dú)獬淙胍r底傳遞室820。室820變?yōu)橐粋€大氣壓時，打開閘閥828，把襯底822保持在襯底盒835中。然后，在關(guān)閉閘閥828后，再使室820達(dá)到高真空狀態(tài)。
其結(jié)果，用氮?dú)獬淙胧?02和830達(dá)到一個大氣壓的狀態(tài)，而室701、800和820仍處于高真空狀態(tài)。另外，所有閥706、801、814和828處于關(guān)閉狀態(tài)。在此狀態(tài)下，在使室701再達(dá)到一個大氣壓狀態(tài)后，打開閘閥706，然后用機(jī)械臂710從襯底盒712取出下一個襯底送入室701，以便開始下一襯底的腐蝕工藝，重復(fù)上述操作腐蝕下一個襯底。
就這樣，通過一個接一個地腐蝕來處理保持在襯底盒712中的全部襯底。這一腐蝕工藝過程，在計算機(jī)(未圖示)的控制下，可以自動進(jìn)行。
在圖1的結(jié)構(gòu)中，使用短波波長的激光通過測量透射光來確定腐蝕狀態(tài)。但也可測量反射光。在此測量中，因為對應(yīng)于特定波長的光反射狀態(tài)是隨硅膜的腐蝕進(jìn)程而變化的，所以通過觀測反射光強(qiáng)的變化和反射光的干涉條紋的變化可檢測腐蝕的完成。實施方案2本實施方案表示在說明書中所公開的本發(fā)明適宜于在玻璃襯底上制作薄膜晶體管(TFT)方法的情況。圖2A～2D表示此實施方案中TFT的制作工藝。
用等離子化學(xué)汽相淀積(等離子CVD)或低壓熱CVD在玻璃襯底(Corning 1737玻璃襯底或Corning 7059玻璃襯底)101上形成厚3000的氧化硅膜102作為底膜。該膜102用來防止來自玻璃襯底101的雜質(zhì)擴(kuò)散，并減少玻璃襯底與隨后在其上所形成的有源層之間的應(yīng)力。
用等離子CVD或低壓熱CVD在氧化硅膜102上形成厚500的非晶硅膜103。該膜103被用作構(gòu)成在后序工藝形成TFT的有源層的原始膜(圖2A)。
通過預(yù)期的方法，使已形成的非晶硅膜103結(jié)晶化。作為使膜103結(jié)晶化的方法，已知的有加熱法、激光輻射法、加熱結(jié)合激光輻照法以及類似方法。在本實施方案中，采用加熱的結(jié)晶化方法，其中使用了促進(jìn)硅結(jié)晶化的金屬元素。
下面說明此實施方案的結(jié)晶化方法。采用Ni(鎳)作為促進(jìn)硅結(jié)晶化的金屬元素。將含有預(yù)期濃度的鎳元素的乙酸鎳溶液涂敷于非晶硅膜103的表面。含在乙酸鎳溶液中的鎳元素的濃度是這樣調(diào)節(jié)的，使引入到非晶硅膜103中的鎳元素濃度設(shè)定在大約1×1016cm-3～5×1019cm-3。倘若引入大量的鎳，則硅變?yōu)楣杌嚕p壞了作為半導(dǎo)體的特性。另外，若引入鎳的量過少，起不到促進(jìn)結(jié)晶化的作用。
在把乙酸鎳溶液涂敷于非晶硅膜103表面，使鎳元素保持與膜103表面接觸之后，在550℃的溫度加熱4小時，完成對膜103的結(jié)晶化。一般，在約550℃雖然進(jìn)行數(shù)十小時以上的處理能使非晶硅膜結(jié)晶。但是如本實施方案所述，當(dāng)使用鎳時，與常規(guī)工藝相比，可以通過短的時間周期內(nèi)在低溫的加熱處理來實現(xiàn)結(jié)晶。在常規(guī)工藝中，為了使非晶硅膜結(jié)晶，必須在600℃以上進(jìn)行數(shù)十小時的熱處理。
一般，通過對非晶硅膜的加熱或用激光輻照所得到的結(jié)晶硅膜含有高密度的缺陷并有高的陷阱能級密度。
在獲得結(jié)晶硅膜后，用圖1的設(shè)備構(gòu)圖，形成TFT的有源層。如圖2B所示，使用光致抗蝕劑形成用于形成有源層的掩模100。然后，如圖2C所示，采用ClF3氣體進(jìn)行腐蝕，形成TFT的有源層104。該腐蝕可在無等離子增強(qiáng)的室溫下進(jìn)行。于是幾乎可完全防止等離子對有源層104側(cè)表面的損傷。該腐蝕是按本實施方案1的工藝用圖1的設(shè)備進(jìn)行。
使ClF3腐蝕的特征還在于，抗蝕劑幾乎不被損傷。當(dāng)實施附有等離子的反應(yīng)離子腐蝕(RIE)或濕法腐蝕時，因為對抗蝕劑的損傷大，而存在抗蝕劑不能完全被去掉而留下部分抗蝕劑的情況。在制作半導(dǎo)體器件工藝中，不需要抗蝕劑的殘留部分。然而，根據(jù)本實施方案使用ClF3氣體的腐蝕是便利的。應(yīng)予注意，使用ClF3氣體的腐蝕是各向同性腐蝕。
形成有源層104的腐蝕條件如下腐蝕氣體ClF3反應(yīng)壓強(qiáng)0.4Torr反應(yīng)溫度室溫腐蝕速率500/分掩模光致抗蝕劑現(xiàn)在描述在室溫腐蝕的一實例。加熱腐蝕氣體而又不使其離化對改善反應(yīng)速度是有利的。
在完成腐蝕后，去掉抗蝕劑掩模100，獲得圖2D所示的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。形成圖2D的有源層104后，采用等離子CVD，形成厚1000的柵絕緣膜105，如圖3A所示。通過濺射形成厚6000的主要含鋁的膜，然后通過構(gòu)圖形成柵電極106。接著，用柵電極作陽極，在電解液中進(jìn)行陽極氧化，形成厚2000的陽極氧化層107(圖3A)。
在獲得如圖3A的結(jié)構(gòu)狀態(tài)后，用等離子摻雜注入磷(P)離子，按自對準(zhǔn)方式形成源區(qū)108、溝道形成區(qū)109及漏區(qū)110。與此同時，按自對準(zhǔn)方式形成偏移區(qū)111，這是因為使用環(huán)繞柵電極106的陽極氧化層107作掩模。因為磷離子未注入到偏移區(qū)111，因而基本上是本征的。另外，未用偏移區(qū)作溝道，而用它作為溝道形成區(qū)109和源、漏區(qū)108、110之間的緩沖區(qū)(圖3B)。
在完成摻雜后，進(jìn)行激光或強(qiáng)光輻照，來激活源區(qū)108和漏區(qū)110。
如圖3C所示，通過等離子CVD形成厚7000的氧化硅膜112作層間絕緣膜。另外，在形成接觸孔后，使用鋁或其它金屬形成源電極113和漏電極115。然后在含氫的氣氛，在350℃進(jìn)行1小時熱處理，完成如圖3C所示的TFT。
圖4是有源層狀態(tài)的示意圖。在常規(guī)的用等離子的干腐蝕(一般使用RIE)中，因為在有源層的側(cè)表面300被等離子損傷而產(chǎn)生高密度陷阱能級，則存在載流子沿之運(yùn)動的路徑302。通過陷阱能級沿著路徑302傳送載流子。不管在溝道形成區(qū)109是否形成溝道，路徑302總是存在的。于是，雖然形成了偏移區(qū)111，當(dāng)在源區(qū)108和漏區(qū)110之間施加一電壓時，載流子就沿路徑302運(yùn)動。由于這種載流子運(yùn)動，而增大了截止電流。
在本實施方案中，因為有源層是通過使用ClF3氣體腐蝕而構(gòu)圖的，可防止離子對有源層側(cè)表面300的損傷。因而幾乎可完全防止因等離子損傷而導(dǎo)致的在有源層側(cè)表面300的陷阱能級密度。結(jié)果，可減少沿路徑302運(yùn)動的載流子數(shù)量。另外，未抑制沿路徑301運(yùn)動的載流子的原有的載流子的運(yùn)動，因而可有效的利用偏移柵區(qū)11，并可獲得截止電流更小的特性。實施方案3本實施方案展示用于制作有源矩陣型液晶顯示器件的工藝，特別是用于同時制作形成于有源矩陣區(qū)的TFT(象素TFT)和用于驅(qū)動安排在有源矩陣區(qū)的TFT的外圍驅(qū)動電路的TFT的工藝。
圖5A～5D表示制作本實施方案的TFT的工藝。用濺射法在玻璃襯底101上形成厚3000的氧化硅膜102作底膜。通過等離子CVD或低壓熱CVD形成厚500的非晶硅膜，然后經(jīng)加熱或激光輻照使之結(jié)晶以得到結(jié)晶硅膜400。
形成用于形成外圍驅(qū)動電路中TFT有源層的抗蝕劑掩模401和用于形成安排在有源矩陣區(qū)(象素區(qū))的TFT有源層的抗蝕劑掩模402(圖5A)。
利用圖1的設(shè)備使用ClF3進(jìn)行腐蝕，形成有源層403和404。腐蝕條件如下腐蝕氣體ClF3反應(yīng)壓強(qiáng)2Torr反應(yīng)溫度室溫腐蝕速率1000/分掩模光致抗蝕劑在完成腐蝕后去掉抗蝕劑掩模，因而得到如圖5B所示的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。在圖5B中，有源層403用于構(gòu)成外圍驅(qū)動電路的TFT，而有源層404用于安排在象素區(qū)的TFT。
在形成有源層403和404后，用電子束蒸發(fā)形成厚600的主要含鋁的膜，然后構(gòu)圖，形成柵電極405和406。然后，用柵電極405和406作陽極，在電解液中進(jìn)行陽極氧化，形成各有2000厚的陽極氧化層407和408。使用陽極氧化層407和408，按后續(xù)的雜質(zhì)離子注入工藝可形成偏移柵區(qū)(圖5C)。
在獲得圖5C的結(jié)構(gòu)狀態(tài)后，通過離子注入或等離子摻雜，將用于形成源、漏區(qū)的雜質(zhì)離子注入到有源層403和404。為制作N溝道型TFT，通過等離子摻雜注入磷離子。
通過磷離子的注入，按自對準(zhǔn)在有源層403和404可形成源區(qū)409和413及漏區(qū)412和416。另外，沒有注入雜質(zhì)離子的區(qū)確定作為溝道形成區(qū)411和415及偏移柵區(qū)410和414(圖5D)。
在完成雜質(zhì)離子注入后，用激光或強(qiáng)光輻照，使注入了雜質(zhì)離子的區(qū)域退火。在此退火工藝中，使在前步雜質(zhì)離子注入使之非晶化的區(qū)域409、412、413和416再結(jié)晶，同時完成注入雜質(zhì)的激活(圖6A)。
在形成409、412、413和416區(qū)后，如圖6B所示，通過等離子CVD形成厚6000的氧化硅膜501作層間絕緣膜。另外，形成接觸孔，然后用鋁形成安排在外圍驅(qū)動電路區(qū)的TFT的源電極502和漏電極503。同時，形成安排在象素區(qū)的TFT的源電極504。
通過等離子CVD形成厚3000的氧化硅膜505。在形成接觸孔后，形成構(gòu)成象素電極的氧化銦錫(ITO)電極506。該ITO電極直接與安排在象素區(qū)的TFT的漏電極416相連接(圖6B)。
在含氫的氣氛中在350℃進(jìn)行1小時氫化處理，以完成圖6B所示的結(jié)構(gòu)。當(dāng)形成本實施方案的結(jié)構(gòu)時，因為大大地減小了沿TFT有源層側(cè)表面流動的截止電流，可以獲得由于形成偏移柵結(jié)構(gòu)導(dǎo)致減小截止電流的巨大效果。亦即，可得到小截止電流的TFT。這種小截止電流的TFT很適合用作安排在有源矩陣型液晶顯示器件中的象素區(qū)中的TFT，如圖6B所示。實施方案4本實施方案涉及至少一個設(shè)置在有源矩陣型液晶顯示器件中布局成矩陣形式的每個象素的TFT的結(jié)構(gòu)。
圖7A～7G表示制作本實施方案中的TFT的工藝。在圖7A中，通過等離子CVD在玻璃襯底上形成氮化硅膜602作底膜。另外，通過濺射形成氧化硅膜603。通過等離子CVD或低壓熱CVD形成厚500的非晶硅膜604。用公知的光刻工藝形成由氧化硅膜制成的掩模605。由掩模605露出非晶硅膜604的一部分。
通過旋涂，施加含預(yù)期濃度鎳元素的乙酸鎳溶液。鎳元素具有促進(jìn)硅結(jié)晶化的催化作用。在此情況下，形成鎳元素層或含鎳元素的層606(圖7A)。
然后在550℃進(jìn)行4小時的熱處理。經(jīng)此熱處理，如圖7B所示，晶體生長從直接導(dǎo)入鎳元素區(qū)608沿箭頭600方向推進(jìn)，因而形成晶體生長區(qū)607。區(qū)域609和610是晶體生長的終端。晶體生長沿著平行于襯底的方向呈針狀或柱狀推進(jìn)。區(qū)域608和610含有高濃度的鎳元素。
必須將晶體生長區(qū)607的鎳濃度(最大測量濃度)設(shè)定在1×1016cm-3～5×1019cm-3。照此來調(diào)節(jié)含在圖7A的旋涂工藝中的乙酸鎳溶液中的鎳元素的濃度。鎳元素的濃度按定義是由二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)測得的最大測量值。
采用說明書中所公開的本發(fā)明，通過光刻在待構(gòu)成有源層的區(qū)域上形成抗蝕劑掩模，然后，用ClF3腐蝕形成圖7C所示的有源層611。可以設(shè)定與實施方案1或2相同的詳細(xì)條件。
通過等離子CVD形成厚1000的氧化硅膜612作為柵絕緣膜。另外，通過濺射形成厚6000(含鈧)的鋁膜，然后用光致抗蝕劑掩模614腐蝕。雖然此步腐蝕工藝已完成。但仍使抗蝕劑掩模614保留下來。利用留下的光致抗蝕劑掩模614，使用留下的鋁膜作為陽極在電解液中進(jìn)行陽極氧化，形成厚5000的多孔陽極氧化層615。電解液含3～20％的硝酸(30℃)。在陽極氧化中向留下的鋁施加10V的電壓。在此步工藝后，使用留下鋁的部分613作柵電極(圖7C)。
在去掉抗蝕劑掩模614后，再用柵電極613作陽極，在含1-3％的酒石酸的乙二醇溶液(pH＝7)中進(jìn)行陽極氧化，形成厚2000的致密型精細(xì)的陽極氧化層616。
通過RIE的干腐蝕，腐蝕裸露的柵絕緣膜612。在此工藝中，因腐蝕速率之差異，陽極氧化層615和616幾乎不被腐蝕。持續(xù)該腐蝕直至露出有源層611。如圖7D，得到僅留下在柵電極613和陽極氧化層615和616下面部位的柵絕緣膜612′。
在獲得如圖7D所示的結(jié)構(gòu)狀態(tài)后，去掉多孔的陽極氧化層615。然后，通過等離子摻雜，以低的約10KV的加速電壓把硼(B)離子注入到有源層611中。因而，硼離子的導(dǎo)入受柵絕緣膜裸露部分612的限制，使硼離子未注入到區(qū)域622內(nèi)。相反，硼離子被注入到區(qū)域617中。其結(jié)果，將未注入雜質(zhì)離子的區(qū)域622定義為偏移區(qū)(圖7E)。
然后在500℃加熱4小時，激活摻入的雜質(zhì)。進(jìn)而，用KrF準(zhǔn)分子激光輻照，改善退火效果。界于區(qū)域617和622間的界面(形成PI結(jié)處)被透過柵絕緣膜612′的激光完全激活。因為界于區(qū)域617(對應(yīng)于源漏區(qū))和區(qū)域622(對應(yīng)于偏移區(qū))間的界面中的陷阱能級引起截止電流，激活或退火該區(qū)對減小截止電流是極為有效的。
通過等離子CVD形成厚3000的氧化硅膜618作層間絕緣膜。在形成接觸孔后，使用鋁膜形成源電極619。另外，再形成厚3000的氮化硅膜620作為層間絕緣膜。在形成接觸孔后，形成ITO電極621作象素電極。這樣就可獲得一個有偏移區(qū)622的P溝型TFT(圖7F和7G)。
當(dāng)用促進(jìn)硅結(jié)晶化的金屬元素形成結(jié)晶硅膜，然后構(gòu)圖形成有源區(qū)時，等離子對有源區(qū)的表面帶來了損傷，因此產(chǎn)生了由金屬元素引起的陷阱能級。如上所述，當(dāng)形成有源層時，在其側(cè)表面出現(xiàn)了等離子損傷。
如本實施方案中所述，當(dāng)用不發(fā)生等離子損傷的腐蝕法形成有源層時，雖然將促進(jìn)硅結(jié)晶化的金屬元素用于構(gòu)成有源層的結(jié)晶硅膜的形成中，但在有源層的側(cè)表面的陷阱能級密度不是特別高。所以可以抑制載流子通過有源層側(cè)表面的運(yùn)動，而可得到小截止電流的TFT。另外，由于可抑制載流子通過有源層側(cè)表面的運(yùn)動，偏移區(qū)和輕摻雜區(qū)的形成取得了很大的效果。實施方案5圖8A和8B表示本說明書中公開的腐蝕設(shè)備一實例。圖8A和8B的腐蝕設(shè)備包括一個腐蝕室902、一個襯底(材料)傳遞室900、處理前的襯底保持室903及處理后的襯底保持室904。在腐蝕室902中，設(shè)有放置待腐蝕的襯底(材料)的臺910、并有將預(yù)期的襯底溫度控制在±5℃的精度范圍內(nèi)的加熱和冷卻機(jī)構(gòu)。
腐蝕室902通過閘閥905與襯底傳遞室900相連。在室900中，設(shè)有傳遞襯底909的機(jī)械臂908。室900通過閘閥906和907分別與處理前襯底保持室903和處理后襯底保持室904相連。在室903和904中，設(shè)有保持大量襯底的襯底盒。
圖8A是該設(shè)備的頂視圖，而圖8B表示沿A-A′的剖面圖。如圖8B所示，高真空抽氣系統(tǒng)921和913分別通過腐蝕設(shè)備中的真空抽氣系統(tǒng)閥920和912與腐蝕室902和襯底傳遞室900相連。
襯底傳遞室900具有氮?dú)饣蚨栊詺怏w的供給系統(tǒng)915，若有必要，可被吹洗。氮?dú)饣蚨栊詺怏w的供給系統(tǒng)918和腐蝕氣體(例如ClF3)的供給系統(tǒng)919通過氣體供給系統(tǒng)閥916和917與腐蝕室902相連。
保持大量襯底909的襯底盒911放置在升降臺923上，然后靠升降機(jī)做上、下方向運(yùn)動。當(dāng)用機(jī)械臂908傳遞襯底909時，則使用該機(jī)構(gòu)。
圖中沒有表示，在室903和904設(shè)置高真空抽氣系統(tǒng)，對這些室進(jìn)行高真空抽氣是有用的。當(dāng)用此結(jié)構(gòu)時，總是可以抽掉來自腐蝕室902的腐蝕氣體的成分，所以可改善腐蝕精確度，可獲得工藝的穩(wěn)定性。實施方案6在圖9中，腐蝕設(shè)備具有一個處理前的襯底保持室1002、一個處理后的襯底保持室1006、包括至少一個腐蝕室的室1003～1005、一個公用的襯底傳遞室1001、使室1001與其它室相連的閘閥1007～1001。
在圖9的腐蝕設(shè)備的結(jié)構(gòu)實例中，室1003可用作使用ClF3的腐蝕室，室1004可用作在剝?nèi)ピ诟g時所用的抗蝕劑掩模的灰化室，而室1005可用作用紫外(UV)光輻照去掉殘留的抗蝕劑的室。
在制作有硅化物柵的絕緣柵型場效應(yīng)晶體管的工藝中，必須在腐蝕硅化物之后再腐蝕硅，然后再腐蝕柵絕緣膜。在此情況下，室1003可用作使用ClF3的腐蝕室，室1004可用作腐蝕柵絕緣膜的室，而室1005可用作剝?nèi)タ刮g劑的灰化室。
或者，室1003可用作腐蝕硅化物的腐蝕室，室1004可用作腐蝕硅的室，而室1005可用作剝?nèi)タ刮g劑的灰化室。在此情況下，腐蝕室103和104可用作使用ClF3的腐蝕室。因為，腐蝕硅化物的條件與腐蝕硅的條件不同，每個室被用作按一種條件的腐蝕室，以改善加工的效率。
在本發(fā)明的腐蝕設(shè)備中，因為在TFT的有源層的形成中實施了不發(fā)生等離子損傷的腐蝕，就可防止在有源層側(cè)表面中陷阱能級的出現(xiàn)，因而抑制了載流子通過有源層側(cè)表面中的陷阱能級的運(yùn)動。因而，借助于本發(fā)明的腐蝕設(shè)備可制作截止電流小的TFT。
權(quán)利要求
1.一種腐蝕設(shè)備，包括一個使用氟化鹵素氣體而不使氟化鹵素氣體離化或等離子增強(qiáng)來進(jìn)行腐蝕的室。
2.一種腐蝕設(shè)備，包括一個實行腐蝕的第一室；一個保持多個襯底的第二室；以及一個設(shè)置于第一和第二室之間具有傳遞襯底裝置的能降低壓強(qiáng)的第三室，其中使用氟化鹵素氣體的腐蝕工藝是在不使氟化鹵素氣體離化或等離子增強(qiáng)的第一室完成的。
3.一種腐蝕設(shè)備，包括一個具有導(dǎo)入氟化鹵素氣體的裝置的室，其中使用氟化鹵素氣體的腐蝕工藝是在不使氟化鹵素氣體離化或等離子增強(qiáng)的室中完成的，該室還具有測量光透過待腐蝕材料并確定材料的腐蝕狀態(tài)的裝置。
4.一種腐蝕設(shè)備，包括一個處理前的襯底保持室；一個與處理前的襯底保持室相連的第一襯底傳遞室；一個與第一襯底傳遞室相連的腐蝕室；一個與腐蝕室相連的第二襯底傳遞室；以及一個與第二襯底傳遞室相連的處理后的襯底保持室；其中處理前的襯底保持室和處理后的襯底保持室具有保持多個襯底的裝置，第一和第二傳遞室具有傳遞襯底的裝置，而腐蝕室具有使用氟化鹵素氣體作為腐蝕氣體而不使氟化鹵素氣體離化或等離子增強(qiáng)來進(jìn)行腐蝕的裝置。
5.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中的氟化鹵素氣體包括ClF3、ClF、BrF3、IF3、BF、BrF5及IF5中的至少一種。
6.權(quán)利要求2的設(shè)備，其中的氟化鹵素氣體包括ClF3、ClF、BrF3、IF3、BF、BrF5及IF5中的至少一種。
7.權(quán)利要求3的設(shè)備，其中的氟化鹵素氣體包括ClF3、ClF、BrF3、IF3、BF、BrF5及IF5中的至少一種。
8.權(quán)利要求4的設(shè)備，其中的氟化鹵素氣體包括ClF3、ClF、BrF3、IF3、BF、BrF5及IF5中的至少一種。
9.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中的腐蝕是在0.01～1Torr下實施的。
10.權(quán)利要求2的設(shè)備，其中的腐蝕是在0.01～1Torr下實施的。
11.權(quán)利要求3的設(shè)備，其中的腐蝕是在0.01～1Torr下實施的。
12.權(quán)利要求4的設(shè)備，其中的腐蝕是在0.01～1Torr下實施的。
13.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中的腐蝕是在0.001～100Torr下實施的。
14.權(quán)利要求2的設(shè)備，其中的腐蝕是在0.001～100Torr下實施的。
15.權(quán)利要求3的設(shè)備，其中的腐蝕是在0.001～100Torr下實施的。
16.權(quán)利要求4的設(shè)備，其中的腐蝕是在0.001～100Torr下實施的。
17.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中的腐蝕是與加熱同時實施的。
18.權(quán)利要求2的設(shè)備，其中的腐蝕是與加熱同時實施的。
19.權(quán)利要求3的設(shè)備，其中的腐蝕是與加熱同時實施的。
20.權(quán)利要求4的設(shè)備，其中的腐蝕是與加熱同時實施的。
21.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中的腐蝕是在保持在預(yù)定的溫度的同時實施的。
22.權(quán)利要求2的設(shè)備，其中的腐蝕是在保持在預(yù)定的溫度的同時實施的。
23.權(quán)利要求3的設(shè)備，其中的腐蝕是在保持在預(yù)定的溫度的同時實施的。
24.權(quán)利要求4的設(shè)備，其中的腐蝕是在保持在預(yù)定的溫度的同時實施的。
25.一種腐蝕設(shè)備，包括一個使用氟化鹵素氣體而不使氟化鹵素氣體離化或等離子增強(qiáng)來進(jìn)行腐蝕的第一室；一個剝?nèi)ビ糜诟g的抗蝕劑的第二室；以及一個設(shè)置在第一和第二室間具有傳遞襯底的裝置的第三室。
全文摘要
一種腐蝕設(shè)備，具有一個處理前的襯底保持室、一個襯底傳遞室、一個處理后的襯底保持室，以及一個腐蝕室。在腐蝕室中，使用氟化鹵素氣體如ClF
文檔編號H01L21/336GK1136599SQ9512184
公開日1996年11月27日 申請日期1995年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月26日
發(fā)明者山崎舜平, 須澤英臣 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所