LTPS TFT层间绝缘层过孔刻蚀的工艺优化
发布时间：2019-08-15 12:20
【摘要】：为了适应LTPS TFT LCD显示屏超高分辨率极细布线的趋势,降低LTPS TFT层间绝缘层过孔刻蚀带来的良率损失,提高产品品质,本文研究了LTPS TFT层间绝缘层过孔刻蚀的工艺优化。实验以干法刻蚀为主刻蚀,湿法刻蚀为辅刻蚀的方式,既结合干法刻蚀对侧壁剖面角及刻蚀线宽的精确控制能力,又利用了湿法刻蚀高刻蚀选择比的优良特性,改善了层间绝缘层刻蚀形貌,减少干法刻蚀对器件有源层的损伤,避免有源层被氧化,防止刻蚀副产物污染开孔表面。实验结果表明,干法辅助湿法刻蚀能基本解决刻蚀过程中过刻、残留的问题,使得层间绝缘层过孔不良良率损失减少73%以上,且TFT源漏电极接触电阻减小约90%,器件开态电流提升约15%。干法辅助湿法刻蚀是一种优化刻蚀工艺,提升产品性能的新方法。
【图文】：
在实验基板上依次形成缓冲层（Ｂｕｆｆｅｒ），有源层多晶硅（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ），栅极绝缘层（ＧＩ），栅极层（Ｍ１），层间绝缘层（ＩＬＤ），源漏电极层（Ｍ２）。图１ＴＦＴ器件结构示意图Ｆｉｇ．１ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍｏｆＴＦＴｄｅｖｉｃｅ多晶硅薄膜的制备使用ＵＬＶＡＣＳＭＤ－１５００ＸＰＥ等离子体增强化学气相沉积法（ＰｌａｓｍａＥｎｈａｎｃｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＰＥＣＶＤ）在玻璃基底上沉积ａ－Ｓｉ，，厚度为４５ｎｍ再通过ＪＳＷＬＡ７５０－Ｎ１－Ｍ０．Ｏ０准分子激光晶化（ＥｘｃｉｍｅｒＬａｓｅｒＡｎｎｅａｌ，ＥＬＡ）获得ｐｏｌｙ－Ｓｉ。再将上述玻璃进行离子掺杂形成源漏掺杂区。栅极绝缘层的制备使用ＰＥＣＶＤ沉积氧化硅，厚度为６０ｎｍ。栅极层使用使用ＵＬＶＡＣＣＭＤ－１５００ＨＴ等离子辅助物理气相沉积法（ＰｌａｓｍａｓＡｓｓｉｓｔｅｄＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉ－ｔｉｏｎ，ＰＡＰＶＤ）沉积一层金属Ｍｏ。层间绝缘层的制备使用ＰＥＣＶＤ法沉积氧化硅与氮化硅两层结构，厚度分别为３００ｎｍ／３００ｎｍ。层间绝缘层的刻蚀过程采用两步刻蚀法，即干法刻蚀为主，湿法刻蚀为辅。第一步采用ＴＥＬ１５００电感耦合等离子体刻蚀机台（Ｉｎｄｕｃ－ｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ，ＩＣＰ）进行干法刻蚀。关于ＩＣＰ机台进行干法刻蚀硅的氮氧化物的主要原理包括化学刻蚀与物理刻蚀。干法刻蚀完成主要部分层间绝缘层的刻蚀，其中包括ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ膜厚分别为３００ｎｍ、３００ｎｍ。刻蚀腔体
Ｗ，设备下部电极、反应腔壁和顶部温度分别为０℃、９０℃、２０℃。第二步湿法刻蚀采用氢氟酸系缓冲刻蚀液（ＢＨＦ）刻蚀剩余的氧化硅膜层。ＢＨＦ刻蚀液是ＮＨ４Ｆ和ＨＦ的水溶液、主要用于溶解洗净加工基板表面的ＳｉＯｘ，其生成的不纯物是（ＮＨ４）２ＳｉＦ６。主要湿法刻蚀反应方程式为：ＳｉＯｘ＋６ＨＦ→Ｈ２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ，（１）Ｈ２ＳｉＦ６＋２ＮＨ４Ｆ→（ＮＨ４）２ＳｉＦ６↓＋２ＨＦ．（２）图２干法湿法结合过孔刻蚀示意图Ｆｉｇ．２Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍｏｆｖｉａｅｔｃｈｉｎｇｂｙｄｒｙａｓ－ｓｉｓｔｔｅｄｗｉｔｈｗｅｔｅｔｃｈｉｎｇ刻蚀完成后，使用ＰＡＰＶＤ法进行源漏电极层的沉积、图形化与退火，源漏电极层采用Ｔｉ－Ａｌ－Ｔｉ三层结构，用以将器件的源漏电极信号引出作为电信号的输入与输出。２．２实验测试与表征分析采用日立ＳＵ－８０００冷场发射型扫描电子显微镜（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ＳＥＭ）对过孔刻蚀形貌进行表征；采用ＡｇｉｌｅｎｔＢ１５００Ａ半导体分析仪对样品进行电学性能的测试。采用ＴＨＥＲＭＯＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣＥＳＣＡＬＡＢ２５０型Ｘ射线光电子能谱仪（Ｘ－ｒａｙｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓ－ｃｏｐｙ，ＸＰＳ）分析刻蚀后有源层的化学成分。（ａ）干法刻蚀（刻蚀残留）（ａ）Ｄｒｙｅｔｃｈｉｎｇ（Ｅｔｃｈｉｎｇｒｅｓｉｄｕａｌ）３实验结果与讨论３．１层间绝缘层过孔刻蚀ＳＥＭ形貌表征与分析我们在过孔处进行
【作者单位】： 福州大学物理与信息工程学院;厦门天马微电子有限公司;
【基金】：国家863重大专项(No.2013AA030601) 福建省科技重大专项(No.2014HZ0003-1) 福建省自然科学基金(No.2014J01236)~~
【分类号】：TN305.7
本文编号：2526992
【图文】：
在实验基板上依次形成缓冲层（Ｂｕｆｆｅｒ），有源层多晶硅（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ），栅极绝缘层（ＧＩ），栅极层（Ｍ１），层间绝缘层（ＩＬＤ），源漏电极层（Ｍ２）。图１ＴＦＴ器件结构示意图Ｆｉｇ．１ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍｏｆＴＦＴｄｅｖｉｃｅ多晶硅薄膜的制备使用ＵＬＶＡＣＳＭＤ－１５００ＸＰＥ等离子体增强化学气相沉积法（ＰｌａｓｍａＥｎｈａｎｃｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＰＥＣＶＤ）在玻璃基底上沉积ａ－Ｓｉ，，厚度为４５ｎｍ再通过ＪＳＷＬＡ７５０－Ｎ１－Ｍ０．Ｏ０准分子激光晶化（ＥｘｃｉｍｅｒＬａｓｅｒＡｎｎｅａｌ，ＥＬＡ）获得ｐｏｌｙ－Ｓｉ。再将上述玻璃进行离子掺杂形成源漏掺杂区。栅极绝缘层的制备使用ＰＥＣＶＤ沉积氧化硅，厚度为６０ｎｍ。栅极层使用使用ＵＬＶＡＣＣＭＤ－１５００ＨＴ等离子辅助物理气相沉积法（ＰｌａｓｍａｓＡｓｓｉｓｔｅｄＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉ－ｔｉｏｎ，ＰＡＰＶＤ）沉积一层金属Ｍｏ。层间绝缘层的制备使用ＰＥＣＶＤ法沉积氧化硅与氮化硅两层结构，厚度分别为３００ｎｍ／３００ｎｍ。层间绝缘层的刻蚀过程采用两步刻蚀法，即干法刻蚀为主，湿法刻蚀为辅。第一步采用ＴＥＬ１５００电感耦合等离子体刻蚀机台（Ｉｎｄｕｃ－ｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ，ＩＣＰ）进行干法刻蚀。关于ＩＣＰ机台进行干法刻蚀硅的氮氧化物的主要原理包括化学刻蚀与物理刻蚀。干法刻蚀完成主要部分层间绝缘层的刻蚀，其中包括ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ膜厚分别为３００ｎｍ、３００ｎｍ。刻蚀腔体
Ｗ，设备下部电极、反应腔壁和顶部温度分别为０℃、９０℃、２０℃。第二步湿法刻蚀采用氢氟酸系缓冲刻蚀液（ＢＨＦ）刻蚀剩余的氧化硅膜层。ＢＨＦ刻蚀液是ＮＨ４Ｆ和ＨＦ的水溶液、主要用于溶解洗净加工基板表面的ＳｉＯｘ，其生成的不纯物是（ＮＨ４）２ＳｉＦ６。主要湿法刻蚀反应方程式为：ＳｉＯｘ＋６ＨＦ→Ｈ２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ，（１）Ｈ２ＳｉＦ６＋２ＮＨ４Ｆ→（ＮＨ４）２ＳｉＦ６↓＋２ＨＦ．（２）图２干法湿法结合过孔刻蚀示意图Ｆｉｇ．２Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍｏｆｖｉａｅｔｃｈｉｎｇｂｙｄｒｙａｓ－ｓｉｓｔｔｅｄｗｉｔｈｗｅｔｅｔｃｈｉｎｇ刻蚀完成后，使用ＰＡＰＶＤ法进行源漏电极层的沉积、图形化与退火，源漏电极层采用Ｔｉ－Ａｌ－Ｔｉ三层结构，用以将器件的源漏电极信号引出作为电信号的输入与输出。２．２实验测试与表征分析采用日立ＳＵ－８０００冷场发射型扫描电子显微镜（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ＳＥＭ）对过孔刻蚀形貌进行表征；采用ＡｇｉｌｅｎｔＢ１５００Ａ半导体分析仪对样品进行电学性能的测试。采用ＴＨＥＲＭＯＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣＥＳＣＡＬＡＢ２５０型Ｘ射线光电子能谱仪（Ｘ－ｒａｙｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓ－ｃｏｐｙ，ＸＰＳ）分析刻蚀后有源层的化学成分。（ａ）干法刻蚀（刻蚀残留）（ａ）Ｄｒｙｅｔｃｈｉｎｇ（Ｅｔｃｈｉｎｇｒｅｓｉｄｕａｌ）３实验结果与讨论３．１层间绝缘层过孔刻蚀ＳＥＭ形貌表征与分析我们在过孔处进行
【作者单位】： 福州大学物理与信息工程学院;厦门天马微电子有限公司;
【基金】：国家863重大专项(No.2013AA030601) 福建省科技重大专项(No.2014HZ0003-1) 福建省自然科学基金(No.2014J01236)~~
【分类号】：TN305.7
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3 ;[J];;年期
本文编号：2526992
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