專利名稱：改進(jìn)工藝窗口制作全自對(duì)準(zhǔn)薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(TFT)，更確切地說(shuō)是涉及到器件制作方法，這種器件的源/漏(S/D)接觸與柵極是自對(duì)準(zhǔn)的，柵極與溝道絕緣層也是自對(duì)準(zhǔn)的，利用對(duì)工藝的簡(jiǎn)單修改可使這種自對(duì)準(zhǔn)器件的生產(chǎn)時(shí)間減至最少，成本降至最低。
在常規(guī)的交錯(cuò)反型背柵薄膜晶體管(TFT)中，如有源矩陣顯示器件所用，所有TFT的源電極和漏電極都是用表面各個(gè)角上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記來(lái)全面對(duì)準(zhǔn)的。這樣的系統(tǒng)具有有限的精度，所以在下面的柵電極與源/漏接觸(S/D接觸或電極)間有對(duì)準(zhǔn)偏移。由于S/D接觸不是自對(duì)準(zhǔn)的，在掩模平面處的這種偏移通常使重疊的程度增大。由于增大了器件的源-漏與柵(S/D-G)間的電容，又使有源矩陣顯示器件象素引線電壓(ΔVp)增大，因而是不希望的。
引線電壓是因象素TFT為象素充電后回到其關(guān)態(tài)時(shí)儲(chǔ)存于TFT源-柵(S-G)電容(Cgs)中的電荷引起的。這個(gè)ΔVp偏移必須用有源矩陣設(shè)計(jì)中包含的鈍化元件(儲(chǔ)能電容)與適當(dāng)?shù)碾娮訉W(xué)驅(qū)動(dòng)方案相結(jié)合來(lái)加以補(bǔ)償。有源矩陣上的任何S/D對(duì)準(zhǔn)偏移都可導(dǎo)致ΔVp的不完全補(bǔ)償，因而在完成顯示時(shí)產(chǎn)生人為的痕跡。
由于源/漏接觸不是自對(duì)準(zhǔn)的，在掩模設(shè)計(jì)中將溝道絕緣層上的重疊量增大，以保證即使在對(duì)準(zhǔn)誤差最壞的情形下也能有適當(dāng)?shù)闹丿B。這是不希望的，不僅是因?yàn)樵龃罅艘€電壓，也是因?yàn)槭蛊骷臏系篱L(zhǎng)度處于下限。非常希望生產(chǎn)的TFT由于較高的驅(qū)動(dòng)電流而具有較短的溝道長(zhǎng)度，高驅(qū)動(dòng)電流減少了高分辨和大量圖象內(nèi)容顯示所需的充電時(shí)間。
一種使TFT源和漏接觸與柵極自對(duì)準(zhǔn)的方法，以前由美國(guó)專利Nos.5,156,986和5,340,758，以及1999年9月30日申請(qǐng)的題為“METHODFOR FABRICATING SELF-ALIGNED THIN-FILM TRANSISTORSTO DEFINE A DRAIN ANDSOURCE IN A SINGLEPHOTOLITHOGRAPHIC STEP”，U.S.序號(hào)09/410,280的共同受讓的公開所描述，在這里引入作為參考，是使在源-漏金屬化層上的平面化或半平面化層與柵極金屬和/或上溝道絕緣層形貌相結(jié)合。均勻地除去一部分平面化層，露出部分金屬化層，它基本上與柵極金屬形貌對(duì)準(zhǔn)，然后腐蝕這個(gè)露出的部分，制成自對(duì)準(zhǔn)源和漏電極。這種方法的工藝窗口不如保守的考慮所希望的那樣寬，因?yàn)椋话阏f(shuō)來(lái)，施加的抗蝕劑不是理想的平面，用于減薄抗蝕劑的工藝也不是理想地均勻，而且溝道上的抗蝕劑厚度在某種程度上依賴于所確定部件的縱橫比。
另一種使源和漏的形貌特征隔開的方法在于減薄TFT溝道區(qū)的抗蝕劑，這已在C.W.Han et al.，“A TFT manufactured by 4 masksprocess with new photolithography”，Asia Display’98 PP.1109-1112(1998)中作了描述。在此工作中是用灰度掩模進(jìn)行曝光來(lái)使溝道部分的抗蝕劑減薄的，灰度掩模限制了溝道區(qū)的曝光劑量，這樣，這部分的抗蝕劑只有一部分在顯影時(shí)被除去，與此成對(duì)照，對(duì)于使用正性抗蝕劑的情形，那些沒(méi)有受到曝光或受到全部劑量曝光的區(qū)域，其抗蝕劑厚度分別大于溝道區(qū)或是沒(méi)有剩余的抗蝕劑。然而，在此情形下，灰度曝光用于a)制作背溝道腐蝕(BCE)型TFT的有源a-Si島，而且，經(jīng)下面的工序只除去溝道的薄抗蝕劑層，b)確定溝道截口來(lái)確定源和漏接觸。這樣，就在單一光刻工序中做出了有源島和溝道截口，簡(jiǎn)化了工藝。然而，這樣制作的TFT沒(méi)有具體用到柵電極的形貌，而且由于TFT是BCE型的，沒(méi)有上溝道絕緣層可用來(lái)另外增添形貌特征。因此所述的TFT不是自對(duì)準(zhǔn)的，不具有上述自對(duì)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)。
所以，有必要制作全自對(duì)準(zhǔn)，如，具有自對(duì)準(zhǔn)S/D接觸以及與柵電極自對(duì)準(zhǔn)的溝道絕緣層，以減少或消除上面綜述的問(wèn)題。除了降低S/D-G電容和改善象素充電均勻性外，制成短溝道的TFT也是所希望的，因?yàn)闇系垒^短，可有較大的驅(qū)動(dòng)電流用于象素充電，因而充電時(shí)間較短，這對(duì)于高分辨、高性能的有源矩陣顯示器件是很重要的。
按照本發(fā)明，提供了改進(jìn)薄膜晶體管制作工藝的方法。一種改進(jìn)是用柵電極作背面曝光使溝道區(qū)與柵電極自對(duì)準(zhǔn)，然后利用溝道絕緣層的形貌，在源和漏金屬化層上形成部分平面化的光致抗蝕劑層，對(duì)普通的光掩模加以改進(jìn)，使之包含與溝道絕緣層形貌重疊的灰度級(jí)區(qū)，用以限定光致抗蝕劑來(lái)腐蝕源和漏金屬化層，并在腐蝕源和漏金屬化層之前均勻地腐蝕抗蝕劑來(lái)制作全自對(duì)準(zhǔn)TFT。選擇灰度級(jí)掩模區(qū)的密度和抗蝕劑的腐蝕量，使得經(jīng)充分曝光由顯影液除去的抗蝕劑厚度以及腐蝕掉的抗蝕劑厚度，超過(guò)溝道絕緣層和柵極金屬形貌上的抗蝕劑厚度，但又小于溝道絕緣層形貌區(qū)以外的抗蝕劑厚度。由于溝道絕緣層具有錐形邊緣，抗蝕劑的這兩個(gè)厚度間就有一個(gè)過(guò)渡區(qū)，源和漏接觸在柵電極上重疊的距離取決于實(shí)際除去的抗蝕劑厚度和溝道絕緣層邊緣與柵極金屬間的距離。改變工藝條件可以改變這兩個(gè)距離。增加均勻腐蝕步驟可使由掩?；叶葏^(qū)的曝光和密度確定的工藝窗口有效地拓寬，因?yàn)檫@消除了溝道區(qū)曝光不足的損失。這樣的工藝過(guò)程可選擇得更保守一些，因?yàn)椋@影后在溝道區(qū)留下的抗蝕劑因聯(lián)合使用形貌和灰度曝光而比別處留下的抗蝕劑顯著地薄，因此均勻腐蝕抗蝕劑的時(shí)間要比只利用形貌時(shí)短。
按照本發(fā)明，在半導(dǎo)體器件的突起區(qū)域上開孔抗蝕劑的方法包括在溝道絕緣層上制作導(dǎo)電層以形成突起部分，其高度高于基本上為平面的周圍區(qū)域，溝道絕緣層與柵電極對(duì)準(zhǔn)；在突起部分和周圍區(qū)域上施加光致抗蝕劑層，并用灰度光掩模對(duì)光致抗蝕劑曝光以減少突起部分的光致抗蝕劑曝光量，使得光致抗蝕劑顯影后，突起部分的光致抗蝕劑厚度小于周圍區(qū)域中的光致抗蝕劑厚度。然后腐蝕減薄光致抗蝕劑，使在突起部分的光致抗蝕劑中形成直達(dá)導(dǎo)電層的間隙，按照光致抗蝕劑腐蝕導(dǎo)電層，形成與溝道絕緣層自對(duì)準(zhǔn)的源和漏電極。
本發(fā)明的這些和其他目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)從下面對(duì)例舉的實(shí)施方案的詳細(xì)描述中可以看得更清楚，對(duì)這些實(shí)施方案要結(jié)合附圖來(lái)閱讀。
在下面的優(yōu)選實(shí)施方案描述中將參照以下各圖來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，其中

圖1A是沿圖1B的1A-1A線截取的截面圖，表示按照本發(fā)明部分加工的薄膜晶體管，是在襯底上制作了柵電極；圖1B是圖1A部分加工的薄膜晶體管的俯視圖，表示按照本發(fā)明制作了柵電極的襯底；圖2是圖1A薄膜晶體管的截面圖，表示按照本發(fā)明制作的第一介電層、半導(dǎo)體層、第二介電層和光致抗蝕劑層；圖3是圖2薄膜晶體管的截面圖，表示按照本發(fā)明用柵電極做掩模進(jìn)行背面曝光與用掩模進(jìn)行正面曝光相結(jié)合而在光致抗蝕劑上刻圖形。
圖4A是沿圖4B的4A-4A線截取的圖3薄膜晶體管的截面圖，表示按照本發(fā)明腐蝕第二介電層形成的自對(duì)準(zhǔn)上絕緣層部分(Istop)；圖4B是象素(為清楚起見帶有可見的柵極線)的俯視圖，表示按照本發(fā)明腐蝕第二介電層形成的自對(duì)準(zhǔn)上絕緣層部分(Istop)；圖5是圖4A薄膜晶體管的截面圖，表示按照本發(fā)明淀積的摻雜半導(dǎo)體層和導(dǎo)體層；圖6A是沿圖6B的6A-6A線截取的圖5薄膜晶體管的截面圖，表示按照本發(fā)明淀積的第二光致抗蝕劑層；圖6B是圖6A的象素(為清楚起見帶有可見的柵極線)俯視圖，表示淀積的第二光致抗蝕劑層以及用與自對(duì)準(zhǔn)上絕緣層部分重疊的灰度掩?？虉D形，其中只示出灰度掩模的位置而沒(méi)有所得的光致抗蝕劑圖形；圖7是圖6A薄膜晶體管的截面圖，表示按照本發(fā)明用灰度掩模曝光的第二光致抗蝕劑層；圖8是圖7薄膜晶體管的截面圖，表示按照本發(fā)明用灰度掩模曝光顯影后減薄的第二光致抗蝕劑層；圖9是圖8薄膜晶體管的截面圖，表示按照本發(fā)明用均勻腐蝕減薄的第二光致抗蝕劑層，以露出自對(duì)準(zhǔn)上絕緣層上面的導(dǎo)體；圖10A是沿圖10B的10A-10A線截取的薄膜晶體管截面圖，表示按照本發(fā)明用來(lái)腐蝕導(dǎo)體和摻雜半導(dǎo)體層后除去第二光致抗蝕劑層；
圖10B是圖9的象素(為清楚起見帶有可見的柵極線)俯視圖，表示按照本發(fā)明用來(lái)腐蝕導(dǎo)體和摻雜半導(dǎo)體層圖形后除去第二光致抗蝕劑層；圖11是圖6A薄膜晶體管的截面圖，表示按照本發(fā)明用灰度掩模曝光的第二光致抗蝕劑層；圖12是圖11薄膜晶體管的截面圖，表示按照本發(fā)明用灰度掩模對(duì)抗蝕劑顯影后減薄的第二光致抗蝕劑層，以露出自對(duì)準(zhǔn)上絕緣層上面的導(dǎo)體；圖13是圖12薄膜晶體管的截面圖，表示按照本發(fā)明用來(lái)腐蝕導(dǎo)體和摻雜半導(dǎo)體層后除去第二光致抗蝕劑層；圖14說(shuō)明灰度級(jí)圖形及其細(xì)節(jié)，其細(xì)節(jié)不能由本發(fā)明所用的曝光工具一一分辨。
本發(fā)明涉及到薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(TFT)，更確切地說(shuō)是涉及到三層型TFT器件的制作方法，這種器件的源/漏(S/D)接觸與柵極是自對(duì)準(zhǔn)的，利用對(duì)工藝的簡(jiǎn)單修改可使這種自對(duì)準(zhǔn)器件的生產(chǎn)時(shí)間減至最少，成本降至最低。本發(fā)明包括制作全自對(duì)準(zhǔn)TFT的方法。全自對(duì)準(zhǔn)是指溝道絕緣層與柵電極自對(duì)準(zhǔn)以及源和漏接觸(S/D接觸)與溝道絕緣層(因而與柵電極)自對(duì)準(zhǔn)。這些方法的基礎(chǔ)是將柵電極和溝道絕緣層的形貌與源/漏光致抗蝕劑涂層的部分平面化相結(jié)合。這就使得在溝道絕緣層上的源/漏金屬化層上面的抗蝕劑層變薄。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，將限定源和漏金屬化層腐蝕的光致抗蝕劑所用的光掩模改進(jìn)為包含一灰度級(jí)區(qū)，此區(qū)域與溝道絕緣層的形貌重疊。選擇灰度級(jí)掩模區(qū)的密度來(lái)除去(在顯影后)重疊存在有自對(duì)準(zhǔn)絕緣層的那部分區(qū)域的抗蝕劑。在另一個(gè)實(shí)施方案中，用灰度掩模或灰度級(jí)掩模對(duì)抗蝕劑曝光，使得顯影后源/漏金屬化層其他部分的抗蝕劑厚度厚于溝道絕緣層和柵極金屬層形貌處的抗蝕劑厚度。然后用等離子體腐蝕步驟除去自對(duì)準(zhǔn)絕緣層區(qū)域的抗蝕劑。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，使用將灰度級(jí)掩模與等離子體腐蝕法相結(jié)合的方法。與單獨(dú)使用一種工藝方法相比，使用這兩種方法可增大工藝窗口。使用抗蝕劑腐蝕工藝，可因不同的形貌、器件溝道長(zhǎng)度以及陣列區(qū)與陣列區(qū)外各個(gè)區(qū)域的不同安排而引起困難。這些變化導(dǎo)致在不同的器件不同區(qū)域的溝道絕緣層上，抗蝕劑有不同的剩余厚度。這就使得難于找到優(yōu)選的抗蝕劑厚度，以在一次腐蝕中對(duì)所有區(qū)域都得到良好的結(jié)果。使用灰度級(jí)掩模工藝，需要嚴(yán)格控制光致抗蝕劑厚度、曝光劑量以及顯影過(guò)程，以顯影掉適當(dāng)量的抗蝕劑。除去過(guò)多的抗蝕劑可引起器件開路，而除去過(guò)少的抗蝕劑可引起器件短路。
現(xiàn)在參見各個(gè)附圖，在這些圖中相同的數(shù)字代表相同或相似的部分，先從圖1A和1B開始，圖中描述了象素單元的部分加工晶體管的截面圖，是在第一掩蔽工序，即在襯底12上確定了柵電極10之后。襯底12最好包括透明材料，如玻璃、石英或塑料。柵電極10是由淀積金屬或?qū)w并通過(guò)光刻圖形化制成的。柵電極10最好由不透明材料制成，可為一種金屬的單導(dǎo)電層如鉻(Cr)、鎢(W)、鋁(Al)、銅(Cu)以及其他導(dǎo)電性相當(dāng)?shù)膶?dǎo)體，也可為復(fù)蓋或包層的多層金屬結(jié)構(gòu)如鉻在鋁上和/或下(Cr/Al)、鉬在鋁上和/或下(Mo/Al)、以及其他類似o導(dǎo)體，還可為合金結(jié)構(gòu)如包括鋁中含百分之幾的鈮等。柵電極10最好包含錐形邊緣以增加疊置材料的覆蓋臺(tái)階。
參見圖2，形成了三層結(jié)構(gòu)，包括介電層14、半導(dǎo)體層16和介電層18。介電層14和18不必為相同材料。介電層14和18可包括，例如，氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化鋁、氧化鉭、等離子體淀積或反應(yīng)濺射的氧化硅(SiOx)、旋轉(zhuǎn)涂敷玻璃(spin-on-glass)、有機(jī)材料如聚酰胺或BCB、或高k值介電材料如氧化鋇鍶鈦(BST)、氧化鋇鋯鈦(BZT)、以及五氧化鉭或其組合。介電層14和18每個(gè)都可包含多層，如，SiNx、SiNx/SiOy、SiNx/SiOy/SiNx。這些層可用陽(yáng)極氧化和/或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)、電子回旋共振CVD、激光輔助CVD或?yàn)R射法來(lái)制備。半導(dǎo)體層16可包括非晶硅(a-Si或a-SiH)、多晶硅或其他半導(dǎo)體材料層以形成晶體管的電流溝道。在介電層18上形成光致抗蝕劑層20。光致抗蝕劑層可包括光致圖形聚酰亞胺或自組織單層(也稱為SAM)。
參見圖3，光致抗蝕劑層20(例如正性抗蝕劑，其未曝光部分保留下來(lái))以柵電極10作掩模由背面(箭頭“A”方向)進(jìn)行紫外線曝光?？刮g劑20的二次曝光也是用掩模(未示出)由上邊(與箭頭“A”相反方向)進(jìn)行的，以除去柵電極10上面一些區(qū)域的抗蝕劑，這些區(qū)域抗蝕劑下面的絕緣層是不要保留的。接著進(jìn)行光致抗蝕劑20的顯影而得到圖3的結(jié)構(gòu)。光致抗蝕劑與柵電極10邊緣的距離可由抗蝕劑在紫外線中進(jìn)行背面曝光的時(shí)間來(lái)控制。余下的光致抗蝕劑是優(yōu)先與柵電極10對(duì)中的。
參見圖4A和4B，腐蝕介電層18，留下與柵電極10對(duì)中的介電層18的一部分19。部分19可稱為溝道絕緣層、Istop或上絕緣層。部分19最好包含錐形邊緣。圖4B表示部分19被腐蝕后象素單元8的俯視圖。為清楚起見，當(dāng)看不到半導(dǎo)體層16和介電層14時(shí)，示出了柵極線22。注意，由于是背面曝光，溝道絕緣層19是與柵電極10自對(duì)準(zhǔn)的。
參見圖5，淀積摻雜半導(dǎo)體層24。半導(dǎo)體層24可包括重?fù)诫s非晶硅、微晶硅或多晶硅。層24最好為n+摻雜；然而，也可進(jìn)行p型摻雜。層24可用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PCVD)工藝來(lái)進(jìn)行等離子體淀積。層24在部分19邊緣之外與層16接觸。在摻雜半導(dǎo)體層24上淀積導(dǎo)電層28。導(dǎo)電層28可包括氧化銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO)、鋁、鋁合金、包層鋁、鉬、鉻、鉬-鎢、和/或銅。導(dǎo)體28可濺射在摻雜層24上。導(dǎo)體28可包含多個(gè)導(dǎo)電層，例如Mo/Al/Mo夾層結(jié)構(gòu)(如Mo包Al)或相當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料。
參見圖6A，淀積光致抗蝕劑層30，它可包括光致圖形聚酰亞胺或自組織單層。光致抗蝕劑層30可旋轉(zhuǎn)涂敷在導(dǎo)體層表面上。在Istop層19上抗蝕劑30較薄，因?yàn)檫@個(gè)結(jié)構(gòu)比周圍區(qū)域升高了。
參見圖7，光致抗蝕劑層30經(jīng)上掩模31用紫外線曝光，接著進(jìn)行顯影而留下源/漏32(其間沒(méi)有間隙)、信號(hào)線34(或數(shù)據(jù)線)、電容電極圖形36以及可以是部分有源矩陣顯示器件的所有其他器件的抗蝕劑圖像或圖形，如圖6B所示。按照本發(fā)明，掩模31包括灰度或灰度級(jí)掩模部分33，它與Istop層或上絕緣層19重疊。有利的是，由于減小了Istop層19上光致抗蝕劑層的厚度，掩模部分33與Istop層19間不需要精細(xì)地對(duì)準(zhǔn)。在一個(gè)實(shí)例中，灰度級(jí)掩模部分33在Istop層19的每一側(cè)擴(kuò)展出約2μm。
灰度部分33用來(lái)在選定的部位，如在柵極導(dǎo)電層10上減少抗蝕劑30的曝光。這樣，抗蝕劑30被曝光使得足以除去其在柵極導(dǎo)電層上的部分厚度，但又沒(méi)有曝光得足以在顯影后由柵極導(dǎo)電層10上的層28全部除去抗蝕劑30，如圖8所示。
參見圖9，對(duì)刻有圖形的抗蝕劑圖像進(jìn)行腐蝕，這樣在除去其他部分的抗蝕劑之前，完全除去疊在部分19上面的層28上的抗蝕劑。這種均勻腐蝕或等離子體灰化使所有圖形部分，如源/漏圖形32、數(shù)據(jù)線圖形34、電容電極圖形36等減薄(見圖6B)。由于在部分19(Istop)上面的層28上的光致抗蝕劑層30，部分地因?yàn)榛叶绕毓舛^薄，在較短時(shí)間內(nèi)在此區(qū)域?qū)崿F(xiàn)穿通，因而在光致抗蝕劑30中形成了一個(gè)間隙40。這一穿通有利地提供在所需的部位(亦即，在Istop層19上的導(dǎo)電層28上)。
注意，即使從溝道絕緣層19錐形側(cè)面上的導(dǎo)電層28上除去一些抗蝕劑也是可以接受的。導(dǎo)電層28和半導(dǎo)體層24在溝道絕緣層19上不能形成電連接，半導(dǎo)體層24沿溝道絕緣層19的錐形邊緣部分向上延伸一些(如圖10A所示)。
在一優(yōu)選實(shí)施方案中，用純氧作非選擇性腐蝕，這對(duì)其他金屬、半導(dǎo)體和絕緣材料的侵蝕或損傷最小。其他實(shí)施方案可包括氧與惰性氣體如Ar或He按比例混合，或使用其他含氧氣體如氧化亞氮(N2O)。用灰度掩模便于使柵極導(dǎo)體10上面的層28上的抗蝕劑30減薄，這樣就大大擴(kuò)大了制作自對(duì)準(zhǔn)源/漏接觸的工藝窗口。
參見圖10A和10B，按照抗蝕劑圖形腐蝕導(dǎo)體層28和摻雜半導(dǎo)體層24，這樣就制成了漏電極42和源電極44，并且是與柵電極10對(duì)準(zhǔn)的(由于部分19也是與電極10自對(duì)準(zhǔn)的)，從而制成了全自對(duì)準(zhǔn)TFT。信號(hào)線(數(shù)據(jù)線)50、電容電極52以及所有其他器件都可同時(shí)形成。在優(yōu)選實(shí)施方案中層28是用濕法腐蝕工藝進(jìn)行腐蝕的。在一個(gè)實(shí)施方案中，用已知為PAN腐蝕液的磷酸、醋酸和硝酸的混合液腐蝕鋁、鋁合金和金屬鉬。層24和16最好用干法進(jìn)行腐蝕。然后除去抗蝕劑30。現(xiàn)在如技術(shù)上所知那樣繼續(xù)進(jìn)行下面的工藝。
現(xiàn)在來(lái)描述將S/D接觸與溝道絕緣層(Istop)自對(duì)準(zhǔn)的另一種方法。在此實(shí)施方案中，用灰度級(jí)掩模從Istop層上面的導(dǎo)體上除去抗蝕劑。這個(gè)方法包括參照?qǐng)D1A～6A所闡述的步驟。
參見圖11，光致抗蝕劑130經(jīng)上掩模131進(jìn)行紫外線曝光，接著顯影，留下源和漏32(其間有一間隙)、信號(hào)線34(或數(shù)據(jù)線)、電容電極圖形36以及可以是有源矩陣顯示器件一部分的所有其他器件的抗蝕劑圖像或圖形，如圖6B所示。按照本發(fā)明，掩模131包括與Istop層19重疊的灰度或灰度級(jí)掩模部分133。
有利的是，由于減薄了Istop層19上的光致抗蝕劑層厚度，無(wú)須在掩模部分133與Istop層19間進(jìn)行精細(xì)對(duì)準(zhǔn)。在一個(gè)實(shí)例中，灰度級(jí)掩模部分133在Istop區(qū)19的每一側(cè)擴(kuò)展出約2μm。
灰度部分133用來(lái)在選擇的部位，如在Istop層19上，減少抗蝕劑130的曝光。這樣，抗蝕劑130被充分曝光以在其顯影期間從Istop層19上面的層28上除去全部厚度的抗蝕劑130，如圖12所示。這樣，刻有圖形的抗蝕劑圖像被曝光，使得顯影后在別處的抗蝕劑被除去前完全除去在Istop層19上面的層28上的抗蝕劑。
參見圖13，按照抗蝕劑圖形腐蝕導(dǎo)體層28和摻雜半導(dǎo)體層24，這樣就形成了漏電極42和源電極44，并且是與柵電極10對(duì)準(zhǔn)的(由于部分19也是與柵電極10對(duì)準(zhǔn)的)，從而制成了全自對(duì)準(zhǔn)TFT?？赏瑫r(shí)制成信號(hào)線(數(shù)據(jù)線)50、電容電極52以及所有其他器件(如，見圖10B)。在優(yōu)選實(shí)施方案中，用已知為PAN腐蝕液的磷酸、醋酸和硝酸的混合液腐蝕鋁、鋁合金和金屬鉬。層24和16最好用干法進(jìn)行腐蝕。然后除去抗蝕劑130。注意，即使從溝道絕緣層19錐形側(cè)面上的導(dǎo)電層28上除去一些抗蝕劑也是可以接受的。導(dǎo)電層28和半導(dǎo)體層24在溝道絕緣層19上不能形成電連接，半導(dǎo)體層24沿溝道絕緣層19的錐形邊緣部分向上延伸一些(如圖13所示)。現(xiàn)在如技術(shù)上所知那樣繼續(xù)進(jìn)行下面的工藝。
按照本發(fā)明，可在顯示器件的不同區(qū)域及對(duì)不同的器件，使用具有不同灰度級(jí)掩模區(qū)的灰度級(jí)曝光和用或不用等離子體腐蝕或灰化，來(lái)補(bǔ)償在溝道絕緣層上面的導(dǎo)體上剩余抗蝕劑厚度的差別?；叶燃?jí)掩模區(qū)的密度可以調(diào)節(jié)，使得在光刻工藝后在溝道絕緣層(Istop)上留下薄的且厚度幾乎不變的光致抗蝕劑層，然后用等離子體腐蝕除去之。因光刻后在溝道絕緣層上留下了薄的抗蝕劑層，光刻工藝只是改變這一層的厚度而不會(huì)引起器件失效。
光刻工藝是復(fù)雜的，與許多相關(guān)的工藝步驟有關(guān)，一般是對(duì)產(chǎn)量和線寬控制進(jìn)行優(yōu)化，而等離子體腐蝕是可簡(jiǎn)單重復(fù)的步驟，易于用來(lái)實(shí)現(xiàn)必要的工藝控制。必要時(shí)用此辦法可度量溝道絕緣層上的剩余光致抗蝕劑厚度，并調(diào)整腐蝕過(guò)程使之只除去適當(dāng)量的抗蝕劑。
參見圖14，圖中示出了說(shuō)明灰度圖形102～110的一個(gè)實(shí)例?；叶燃?jí)掩模形貌細(xì)節(jié)的大小因所用的曝光工具而不能一一分辨。在此例舉實(shí)例中，示出了框式圖形來(lái)限制透過(guò)灰度部分33(或133)的光。所示的百分?jǐn)?shù)值表示102～110的每個(gè)圖形的透光量。應(yīng)知雖然所示圖形為方塊或框狀，其他幾何形狀或圖形也可使用。例如，點(diǎn)、長(zhǎng)條、矩形等都可用作每個(gè)圖形。圖形102～110限制了透光量以增加顯影后抗蝕劑在指定區(qū)域的剩余量。使用不同的灰度密度在顯影后就得到不同的剩余抗蝕劑厚度。
依據(jù)要除去的抗蝕劑厚度可使用更大反差的灰度密度。例如，在一些需要較長(zhǎng)的溝道或較高的圖形密度(如，較高的元件或晶體管密度)的區(qū)域，抗蝕劑可能較厚。
按照本發(fā)明，形成象素TFT柵電極10(圖1A)的柵極導(dǎo)體(數(shù)據(jù)線)區(qū)域是按照最終設(shè)計(jì)的TFT長(zhǎng)度來(lái)選取的。在常規(guī)的非全自對(duì)準(zhǔn)工藝中，最小寬度約為11μm左右，以使D/S電極與Istop形貌充分重疊。Istop形貌的最小寬度與顯影和背面曝光工藝的腐蝕偏置有關(guān)。在現(xiàn)有技術(shù)的非自對(duì)準(zhǔn)工藝中，它也依賴于曝光工藝可接受的最小間隙尺寸，2～3μm左右。
考慮到覆蓋精度，對(duì)于常規(guī)的非自對(duì)準(zhǔn)TFT，典型的設(shè)計(jì)值為柵寬＝11μm，Istop寬度＝8μm，在Istop上S/D間的間隙＝4μm。這意味著S/D接觸區(qū)(下面的柵極邊緣與Istop的底邊之間的區(qū)域)在每側(cè)約為1.5μm。
如果選擇相同的接觸區(qū)，但使用本發(fā)明所述的自對(duì)準(zhǔn)工藝，S/D接觸間的最小間隙尺寸不再是一個(gè)關(guān)注的問(wèn)題。僅取消了這一限制就可使柵寬為7μm，Istop寬度為4μm。由于Istop上間隙的覆蓋程度不再是關(guān)注的問(wèn)題，TFT的尺寸可減小。例如，TFT可短至約2μm！按照本發(fā)明，薄膜晶體管可包含2～10μm的長(zhǎng)度。只使用灰度掩模(如，沒(méi)有等離子體腐蝕步驟)，已制成了溝道長(zhǎng)度5.5μm的器件，而常規(guī)的溝道長(zhǎng)度為8μm。
已描述了具有改善工藝窗口的制作全自對(duì)準(zhǔn)TFT方法的優(yōu)選實(shí)施方案(是說(shuō)明性的而不是限制性的)，注意，本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員可按照上述作出修改和變動(dòng)。因此，應(yīng)知在本發(fā)明公開的特定實(shí)施方案中所做的更改都屬于本發(fā)明的構(gòu)思與范圍，如所附的權(quán)利要求所述。這樣，描述了發(fā)明的詳情及專利法所要求的特性，在所附權(quán)利要求中將敘述專利證的權(quán)利要求和所希望的保護(hù)。
權(quán)利要求
1.在三層薄膜晶體管器件的突起區(qū)域中開孔抗蝕劑的方法，包括以下步驟在溝道絕緣層上制作導(dǎo)電層以形成突起部分，其高度高于基本上為平面的周圍區(qū)域，溝道絕緣層與柵電極對(duì)準(zhǔn)；在突起部分上方的導(dǎo)電層上和周圍區(qū)域上形成光致抗蝕劑層；用灰度光掩模圖形化光致抗蝕劑，以減少突起部分上方的光致抗蝕劑上的曝光量，使光致抗蝕劑顯影后，突起部分上方的光致抗蝕劑厚度小于周圍區(qū)域中的光致抗蝕劑厚度；均勻腐蝕光致抗蝕劑，只在溝道絕緣層上的光致抗蝕劑中形成直達(dá)導(dǎo)電層的間隙；對(duì)應(yīng)于光致抗蝕劑來(lái)腐蝕導(dǎo)電層以形成與溝道絕緣層自對(duì)準(zhǔn)的源電極和漏電極。
2.在權(quán)利要求1所述的方法中，均勻腐蝕光致抗蝕劑的步驟包括等離子體灰化光致抗蝕劑，以在突起部分處的光致抗蝕劑中形成間隙的步驟。
3.在權(quán)利要求2所述的方法中，等離子體灰化光致抗蝕劑的步驟包括使用氧等離子體。
4.在權(quán)利要求1所述的方法中，對(duì)應(yīng)于光致抗蝕劑腐蝕導(dǎo)電層的步驟包括濕法腐蝕導(dǎo)電層來(lái)形成源電極和漏電極的步驟。
5.在權(quán)利要求1所述的方法中，導(dǎo)電層包括氧化銦錫、氧化銦鋅、鋁、鉬、鉻、鎢和銅中的至少一種。
6.在權(quán)利要求1所述的方法中，圖形化光致抗蝕劑層的步驟包括圖形化光致抗蝕劑層以形成用于數(shù)據(jù)線和電容電極的至少一個(gè)的圖形的步驟。
7.在權(quán)利要求1所述的方法中，使用灰度光掩模圖形化光致抗蝕劑的步驟包括用灰度光掩模圖形化光致抗蝕劑，其中灰度掩模包含對(duì)抗蝕劑曝光的灰度窗口，窗口的寬度大于突出部分。
8.在權(quán)利要求1所述的方法中，薄膜晶體管含有在溝道絕緣層下面的半導(dǎo)體層，并且形成導(dǎo)電層的步驟包括在源漏電極和半導(dǎo)體層之間制作歐姆接觸的步驟。
9.在權(quán)利要求1所述的方法中，溝道絕緣層與柵電極是自對(duì)準(zhǔn)的。
10.源漏電極與上絕緣層自對(duì)準(zhǔn)的薄膜晶體管的制作方法，包括以下步驟制作薄膜晶體管結(jié)構(gòu)，包括在襯底上的不透明柵電極，在柵電極上制作的第一介電層，在第一介電層上制作的半導(dǎo)體層，以及在半導(dǎo)體層上制作的第二介電層；由第二介電層制作與柵電極對(duì)準(zhǔn)的上絕緣層；淀積摻雜的半導(dǎo)體層，并在其上淀積導(dǎo)電層；在導(dǎo)電層上形成光致抗蝕劑層；圖形化光致抗蝕劑來(lái)形成元件圖形，并用灰度光掩模形成覆蓋上絕緣層的相鄰晶體管電極圖形，以減少上絕緣層上方光致抗蝕劑上的曝光量，使得在光致抗蝕劑顯影后，上絕緣層上方的光致抗蝕劑厚度小于光致抗蝕劑其他剩余部分的厚度；均勻腐蝕光致抗蝕劑而在上絕緣層上方在用于晶體管電極圖形的光致抗蝕劑中形成一間隙，此間隙只形成在上絕緣層上方；相對(duì)光致抗蝕劑選擇腐蝕導(dǎo)電層和摻雜半導(dǎo)體層，形成與上絕緣層自對(duì)準(zhǔn)的源電極和漏電極。
11.在權(quán)利要求10所述的方法中，均勻腐蝕光致抗蝕劑的步驟包括等離子體灰化光致抗蝕劑而在上絕緣層處的光致抗蝕劑中形成間隙。
12.在權(quán)利要求11所述的方法中，等離子體灰化光致抗蝕劑的步驟包括使用氧等離子體。
13.在權(quán)利要求10所述的方法中，導(dǎo)電層包括氧化銦錫、氧化銦鋅、鋁、鉬、鉻、鎢和銅中的至少一種。
14.在權(quán)利要求10所述的方法中，腐蝕導(dǎo)電層的步驟包括用磷酸、醋酸和硝酸混合液濕法腐蝕導(dǎo)電層的步驟。
15.在權(quán)利要求10所述的方法中，圖形化光致抗蝕劑層的步驟包括圖形化光致抗蝕劑層以形成用于數(shù)據(jù)線和電容電極的至少一個(gè)的圖形的步驟。
16.在權(quán)利要求10所述的方法中，還包括形成具有錐形邊緣的上絕緣層的步驟。
17.在權(quán)利要求10所述的方法中，還包括形成具有錐形邊緣的柵電極的步驟。
18.在權(quán)利要求10所述的方法中，還包括制作溝道長(zhǎng)度在2～10μm之間的薄膜晶體管的步驟。
19.在權(quán)利要求10所述的方法中，上絕緣層與柵電極是自對(duì)準(zhǔn)的。
20.源漏電極與上絕緣層自對(duì)準(zhǔn)的薄膜晶體管的制作方法，包括以下步驟在襯底上制作不透明的柵電極；在柵電極和襯底上淀積第一介電層；在第一介電層上淀積半導(dǎo)體層；在半導(dǎo)體層上淀積第二介電層；在第二介電層上淀積第一光致抗蝕劑層，并用柵電極作為遮擋用于曝光第一光致抗蝕劑層的光束的掩模來(lái)圖形化第一光致抗蝕劑層；腐蝕第二介電層，形成與柵電極自對(duì)準(zhǔn)的由第二介電層構(gòu)成的上絕緣層；除去第一光致抗蝕劑層；淀積摻雜的半導(dǎo)體層；在摻雜半導(dǎo)體層上淀積導(dǎo)電層；在導(dǎo)電層上形成第二光致抗蝕劑層；圖形化第二光致抗蝕劑來(lái)形成元件圖形，并用灰度光掩模形成覆蓋上絕緣層的相鄰晶體管電極圖形，以減少上絕緣層上方的第二光致抗蝕劑上的曝光量，使第二光致抗蝕劑顯影后，上絕緣層上方第二光致抗蝕劑的厚度小于第二光致抗蝕劑其他剩余部分的厚度；均勻腐蝕第二光致抗蝕劑而在上絕緣層處在晶體管電極圖形的第二光致抗蝕劑中形成一間隙，光致抗蝕劑層中的這一間隙只形成在上絕緣層上方；相對(duì)第二光致抗蝕劑選擇腐蝕導(dǎo)電層和摻雜的半導(dǎo)體層，形成與上絕緣層自對(duì)準(zhǔn)的源電極和漏電極。
21.在權(quán)利要求20所述的方法中，均勻腐蝕第二光致抗蝕劑的步驟包括等離子體灰化第二光致抗蝕劑而在上絕緣層處的第二光致抗蝕劑層中形成間隙的步驟。
22.在權(quán)利要求21所述的方法中，等離子體灰化第二光致抗蝕劑的步驟包括使用氧等離子體。
23.在權(quán)利要求20所述的方法中，導(dǎo)電層包括氧化銦錫、氧化銦鋅、鋁、鉬、鉻、鎢和銅中的至少一種。
24.在權(quán)利要求20所述的方法中，腐蝕導(dǎo)電層的步驟包括用磷酸、醋酸和硝酸混合液濕法腐蝕導(dǎo)電層的步驟。
25.在權(quán)利要求20所述的方法中，圖形化第二光致抗蝕劑層形成元件圖形的步驟包括圖形化第二光致抗蝕劑層以形成用于數(shù)據(jù)線和電容電極的至少一個(gè)的圖形的步驟。
26.在權(quán)利要求20所述的方法中，還包括形成具有錐形邊緣的上絕緣層的步驟。
27.在權(quán)利要求20所述的方法中，還包括形成具有錐形邊緣的柵電極的步驟。
28.在權(quán)利要求20所述的方法中，還包括制作溝道長(zhǎng)度在2～10μm之間的薄膜晶體管的步驟。
29.在權(quán)利要求20所述的方法中，用柵電極作為遮擋用于曝光第一光致抗蝕劑的光束的掩模來(lái)圖形化第一光致抗蝕劑的步驟包括，用柵電極作掩模進(jìn)行背面曝光的步驟及用光掩模在正面曝光的步驟，以對(duì)第一光致抗蝕劑進(jìn)一步曝光。
全文摘要
在半導(dǎo)體器件突起區(qū)域開孔抗蝕劑的方法包括:在溝道絕緣層上制作導(dǎo)電層形成突起部分,溝道絕緣層與柵電極對(duì)準(zhǔn);形成光致抗蝕劑層,用灰度光掩模圖形化光致抗蝕劑減少突起部分上光致抗蝕劑的曝光量,使在突起部分上面導(dǎo)電層上的光致抗蝕劑厚度在顯影后小于周圍區(qū)域光致抗蝕劑的厚度。腐蝕光致抗蝕劑,使之減薄,在光致抗蝕劑中形成直達(dá)導(dǎo)電層的間隙,但其他部分的光致抗蝕劑仍保留,腐蝕導(dǎo)電層形成與溝道絕緣層自對(duì)準(zhǔn)的源漏電極。
文檔編號(hào)H01L29/786GK1327261SQ0111937
公開日2001年12月19日 申請(qǐng)日期2001年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月2日
發(fā)明者鮑爾·斯蒂芬·安德利, 伊萬(wàn)·喬治·科爾甘, 木下壽則, 北原洋明, 弗蘭克·R·利什, 凱·R·施盧彭 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司