制造柵極絕緣層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別是涉及一種制造柵極絕緣層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，平板顯示器，例如液晶顯示裝置、有機(jī)電致發(fā)光顯示裝置等，主要采用有源 矩陣驅(qū)動(dòng)模式，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路部分的薄膜晶體管（TFT)作為開(kāi)關(guān)元件，為像素電極輸出信 號(hào)。薄膜晶體管的性能是決定顯示裝置品質(zhì)的重要因素，要求其具備高擊穿耐壓、低漏電 流，以增強(qiáng)可靠性，有效降低顯示裝置的不良率。
[0003] 常見(jiàn)的薄膜晶體管一般包括：絕緣基板、柵極、柵極絕緣層、有源半導(dǎo)體層和源電 極/漏電極層，其中柵極絕緣層位于柵極和有源半導(dǎo)體層之間，對(duì)于TFT的穩(wěn)定性及防靜 電都非常重要。大尺寸、高分辨率、高頻驅(qū)動(dòng)是平板顯示器的主要發(fā)展方向，因此對(duì)TFT遷 移率提高和金屬線(xiàn)阻抗降低的需求也會(huì)增加。目前多數(shù)方法是采用銦鎵鋅氧化物（IGZO) 替代非晶硅（A-Si)作為T(mén)FT的有源半導(dǎo)體層，遷移率可由約IcmV(V?S)提高至約IOcm2/ (V?S)，同時(shí)采用Cu替代Al作為柵極，其中Cu的阻值約為2yQ而Al的阻值約為3~ 3. 5iiQ。但采用上述方法時(shí)同樣存在一些問(wèn)題，IGZO層對(duì)氫非常敏感，氫會(huì)使得IGZO層的 電性能發(fā)生變化，甚至?xí)?dǎo)致有源層從半導(dǎo)體變?yōu)閷?dǎo)體；柵極Cu對(duì)氧非常敏感，氧會(huì)將Cu 氧化，從而失去柵極應(yīng)有的作用。
[0004] 目前大部分薄膜晶體管采用氧化硅層作為柵極絕緣層，但Cu會(huì)直接與氧化硅形 成CuSixOy而增高阻抗，同時(shí)與氮化硅相比，氧化硅的介電常數(shù)較小，抗靜電釋放能力較差， 漏電流較高，對(duì)于基板中的堿金屬離子阻擋效果較差，容易影響TFT的性能。
[0005] 因此，目前需要一種制造柵極絕緣層的方法以克服上述問(wèn)題并兼顧TFT的穩(wěn)定性 和抗靜電能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)形成氮化硅層和氧化硅層順次層疊的柵極絕緣層， 有效地保護(hù)柵極和有源半導(dǎo)體層，提高薄膜晶體管的性能。
[0007] 本發(fā)明的額外方面和優(yōu)點(diǎn)將部分地在下面的描述中闡述，并且部分地將從描述中 變得顯然，或者可以通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐而習(xí)得。
[0008] 本發(fā)明提供一種制造柵極絕緣層的方法，包括：采用化學(xué)氣相沉積法，在柵極上依 次沉積氮化硅層和氧化硅層，得到所述氮化硅層和所述氧化硅層順次層疊的柵極絕緣層， 其中所述柵極為Cu柵極。
[0009] 在本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方式中，沉積所述氮化硅層的溫度為420~450°C，沉積 所述氧化硅層的溫度為420~450°C。
[0010] 在本發(fā)明方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，沉積所述氮化硅層的原料氣體為甲硅烷和氨 氣，沉積所述氧化娃層的原料氣體為甲硅烷和一氧化二氮。
[0011] 在本發(fā)明方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，所述甲硅烷和所述氨氣的流量比為1:1至 1:3。
[0012] 在本發(fā)明方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，所述甲硅烷和所述一氧化二氮的流量比為 1:1 至 1:3。
[0013] 在本發(fā)明方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法還包括在沉積所述氮化硅層之前通 入氮?dú)狻?br>[0014] 在本發(fā)明方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法還包括在通入所述氮?dú)庵巴ㄈ霘?氣。
[0015] 在本發(fā)明方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，所述氫氣的流量為5000~8000sccm，通入時(shí) 間為5~10秒，其中所述氮?dú)獾牧髁繛?000~8000sccm，通入時(shí)間為5~10秒。
[0016] 在本發(fā)明方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法還包括在沉積氮化硅層后進(jìn)行去氫 處理，其中所述去氫處理是將所述氮化娃層在450~550°C下加熱30~50分鐘。
[0017] 在本發(fā)明方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法還包括在所述氧化硅層上沉積有源 半導(dǎo)體層。
[0018] 采用本發(fā)明的方法制造柵極絕緣層，可有效保護(hù)Cu柵極和有源半導(dǎo)體層，沉積形 成的氮化硅層可有效隔離氧，防止Cu被氧化，而沉積形成的氧化硅層可有效隔離氫，防止 有源半導(dǎo)體層被還原，此外該氮化硅層和氧化硅層順次層疊的柵極絕緣層可有效阻擋玻璃 基板內(nèi)的堿金屬離子，增強(qiáng)抗靜電釋放（ESD)能力并降低漏電流，提高等效電容。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面根據(jù)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的保護(hù)范圍不限 于以下實(shí)施例，列舉這些實(shí)例僅出于示例性目的而不以任何方式限制本發(fā)明。
[0020] 本發(fā)明提供一種制造柵極絕緣層的方法，包括：采用化學(xué)氣相沉積法，在柵極上依 次沉積氮化硅層和氧化硅層，得到所述氮化硅層和所述氧化硅層順次層疊的柵極絕緣層， 其中所述柵極為Cu柵極。
[0021] 本發(fā)明的氮化硅層和氧化硅層均由化學(xué)氣相沉積方法（CVD)形成，可采用低壓化 學(xué)氣相沉積法、熱氣相沉積法、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法等。
[0022] 本發(fā)明采用高溫CVD進(jìn)行氮化硅層與氧化硅層的沉積，沉積溫度均優(yōu)選為420~ 450°C，在此溫度下能有效地去除氫且所沉積的氮化硅層與氧化硅層的膜質(zhì)較致密，介電常 數(shù)較高。
[0023] 就形成氮化硅層的原料氣體而言，作為氮源氣體，可使用NH3、NH2H2N、N2等，優(yōu)選 NH3 ;作為硅源氣體，可使用SiH4、Si2H6、SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl3、SiF4 等，優(yōu)選SiH4。 SiH4與NH3的流量比不低于1: 1，以補(bǔ)償熱效應(yīng)不足的損失，同時(shí)降低所沉積的氮化硅層中 N-H鍵的含量，以提升介電常數(shù)，SiH4與NH3的流量比優(yōu)選為1:1至1:3。實(shí)際操作中采用 SiH4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的SiH4與N2的混合氣體。
[0024] 就形成氧化硅層的原料氣體而言，作為氧源氣體，可使用N20、02、O3等，優(yōu)選N2O; 作為硅源氣體，可使用SiH4、Si2H6、SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl3、SiF4 等，優(yōu)選SiH4。SiH4 與N2O的流量比不低于1:1，以補(bǔ)償熱效應(yīng)不足的損失，同時(shí)降低所沉積的氮化硅層中N-H 鍵的含量，以提升介電常數(shù)，SiH4與N2O的流量比優(yōu)選為1:1至1:3。實(shí)際操作中采用SiH4 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的SiH4與N2的混合氣體。
[0025] 整個(gè)柵極絕緣層的厚度應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，過(guò)厚的柵極絕緣層會(huì)增大薄膜晶體 管的閾值電壓，其中氮化硅膜的厚度不低于500人，以保證足夠的介電性能和阻擋堿金屬離 子的能力，優(yōu)選500~700人，氧化硅膜的厚度不高于1500人，優(yōu)選1300~1500人。
[0026] 此外，在沉積氮化硅層之前，可在功率為0的情況下向真空腔室中通入N2，所通入 的N2的流量為5000~8000sccm，通入時(shí)間為5~10秒，通入N2可使Cu柵極均勻受熱并 降低腔室內(nèi)的溫度，同時(shí)防止生成CuSix。
[0027] 在通入N2之前，可在功率為0的情況下向真空腔室中通入H2，所通入的H2的流量 為5000~8000sccm，通入時(shí)間為5~10秒，通入H2可將被氧化的Cu還原，同時(shí)可使Cu柵 極均勻受熱并降低腔室內(nèi)的溫度。
[0028] 在通入H2和N2之后，需對(duì)真空腔室進(jìn)行抽真空處理，然后再進(jìn)行氮化硅層的沉積。
[0029] 此外，在沉積氮化硅層之后，可先對(duì)氮化硅層進(jìn)行去氫處理再進(jìn)行氧化硅層的沉 積，以降低后續(xù)退火工藝時(shí)氫的擴(kuò)散對(duì)氧化娃層的破壞。去氫處理優(yōu)選為在450~550°C的 溫度下將氮化硅層加熱30~50分鐘。去氫處理對(duì)真空度要求較低，但需要在高溫下保持 較長(zhǎng)時(shí)間，因此優(yōu)選在與沉積腔室不同的腔室中進(jìn)行，可以減少對(duì)真空腔室的占用。
[0030] 本發(fā)明的方法還包括在氧化硅層上沉積有源半導(dǎo)體層，有源半導(dǎo)體層為遷移率較 高的金屬氧化物或半導(dǎo)體，例如IGZO和多晶硅，優(yōu)選IGZ0。
[0031] 除非另作限定，本發(fā)明所用術(shù)語(yǔ)均為本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義。
[0032] 以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明。
[0033] 實(shí)施例
[0034] 實(shí)施例1
[0035] 將Cu柵極放入真空腔室中，在功率為0的情況下向其中先后通入H2與N2，其中H2 的流量為5000sccm，通入時(shí)間為10秒，N2的流量為5000sccm，通入時(shí)間為10秒，之后進(jìn)行 抽真空處理。
[0036] 在真空腔室中，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法，利用OxfordInstrument Plasma80Plus系統(tǒng)在Cu柵極表面沉積厚度為500A的氮化硅層，原料氣體為SiH4與N2混 合氣體以及NH3,SiH4與N2混合氣體的流量為40〇SCCm，其中SiH4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，NH3的 流量為2〇SCCm，具體沉積工藝參數(shù)見(jiàn)表1。
[0037] 表 1
[0038]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種制造柵極絕緣層的方法，包括：采用化學(xué)氣相沉積法，在柵極上依次沉積氮化 硅層和氧化硅層，得到所述氮化硅層和所述氧化硅層順次層疊的柵極絕緣層，其中所述柵 極為Cu柵極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中沉積所述氮化硅層的溫度為420~450° C，沉積所述 氧化硅層的溫度為420~450° C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中沉積所述氮化硅層的原料氣體為甲硅烷和氨氣，沉積 所述氧化娃層的原料氣體為甲硅烷和一氧化二氮。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述甲硅烷和所述氨氣的流量比為1:1至1:3。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4的方法，其中所述甲硅烷和所述一氧化二氮的流量比為1:1至 1:3。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括在沉積所述氮化硅層之前通入氮?dú)狻?br>7. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，還包括在通入所述氮?dú)庵巴ㄈ霘錃狻?br>8. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述氫氣的流量為5000~8000sccm，通入時(shí)間為5~ 10秒，其中所述氮?dú)獾牧髁繛?000~8000sccm，通入時(shí)間為5~10秒。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括在沉積氮化硅層后進(jìn)行去氫處理，其中所述去氫處 理是將所述氮化硅層在450~550°C下加熱30~50分鐘。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括在所述氧化硅層上沉積有源半導(dǎo)體層。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種制造柵極絕緣層的方法，包括：采用化學(xué)氣相沉積法，在柵極上依次沉積氮化硅層和氧化硅層，得到所述氮化硅層和所述氧化硅層順次層疊的柵極絕緣層，其中所述柵極為Cu柵極。采用本發(fā)明的方法制造柵極絕緣層，可有效保護(hù)Cu柵極和有源半導(dǎo)體層，沉積形成的氮化硅層可有效隔離氧，防止Cu被氧化，而沉積形成的氧化硅層可有效隔離氫，防止有源半導(dǎo)體層被還原，此外該氮化硅/氧化硅層疊結(jié)構(gòu)的柵極絕緣層可有效阻擋玻璃基板內(nèi)的堿金屬離子，增強(qiáng)抗靜電釋放能力并降低漏電流，提高等效電容。
【IPC分類(lèi)】H01L21-31, H01L21-283
【公開(kāi)號(hào)】CN104851790
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410050579
【發(fā)明人】黃家琦, 許民慶, 羅易騰, 李原欣
【申請(qǐng)人】上海和輝光電有限公司
【公開(kāi)日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2014年2月13日