CN102628788B - 腐蚀阻挡层阻挡特性的检测结构及检测方法 - Google Patents

腐蚀阻挡层阻挡特性的检测结构及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体和显示面板领域，公开了一种腐蚀阻挡层阻挡特性的检测结构，包括：基板、沉积在基板上的被保护层和沉积在被保护层上的腐蚀阻挡层；还公开了一种基于上述检测结构的检测方法，包括以下过程：将检测结构放入被保护层腐蚀液进行腐蚀；对腐蚀后的检测结构进行图形形貌分析。本发明利用被保护层腐蚀液穿过腐蚀阻挡层的缺陷以腐蚀被保护层，达到放大腐蚀阻挡层缺陷的目的，通过对腐蚀后的被保护层进行图形形貌分析，观察记录腐蚀阻挡层的缺陷，为实现高质量腐蚀阻挡层的制造和优化提供依据；上述结构简单、易制作，方法简便易行，适用于多种材料特性的检测。

Description

腐蚀阻挡层阻挡特性的检测结构及检测方法
技术领域
本发明涉及半导体和显示面板领域，特别是涉及一种腐蚀阻挡层阻挡特性的检测结构及检测方法。
背景技术
超薄、高对比度、快速响应的大尺寸电视的需求，促使有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)背板技术的产生和发展。该背板技术要求作为开关管和驱动管的薄膜晶体管具有5cm2/V.s以上的迁移率，而目前量产的大尺寸有源矩阵液晶显示(AMLCD)产业使用的氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜晶体管的迁移率低(低于1cm2/V.s)，不能满足上述要求。近年来，氧化物薄膜晶体管的研发和制造引起业内重视，各个研究机构和各大公司相继发表相关报导，然而，氧化物薄膜晶体管技术的大尺寸发展也面临着稳定性方面的问题，该问题制约着氧化物薄膜晶体管的产业化和实用化。其中包括温度、偏压应力导致的阈值电压漂移、光照导致的阈值电压漂移、以及环境气氛，如氧气、水汽对器件性能的影响等，为解决该问题，就需要在氧化物薄膜晶体管的器件结构设计、薄膜工艺研制开发和优化、以及材料的表面界面处理等方面加以突破。具有腐蚀阻挡层结构的氧化物薄膜晶体管的研制，能有效地提高氧化物薄膜晶体管的稳定性，这就需要对腐蚀阻挡层的材料、制造工艺和阻挡特性进行研发。
腐蚀阻挡层对于氧化物薄膜晶体管稳定性的提高作用在于其避免了源漏电极(如金属Mo)图形化时腐蚀工艺对下层的氧化物沟道区(如非结晶氧化物半导体IGZO：In-Ga-Zn-O)的影响，从而提高器件的稳定性。为了有效地保护氧化物沟道区，通常使用SiOx来作为腐蚀阻挡层，这就要求制造致密、无针孔和缺陷的SiOx薄膜。因此，硅基底的热生长方法和玻璃基底的溅射方法曾被研发，然而，前者涉及高温工艺，无法在玻璃基底上使用，后者需要增加靶材、并且需要换靶或增加溅射腔体，设备和材料投入较大，成本较高。另一种常用的方法是通过兼容的氢化非晶硅制造工艺，即通过PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)制造SiOx薄膜材料，而该方法制造的SiOx薄膜较疏松多孔、台阶覆盖差、且缺陷较多，如引脚孔和开裂等，这就需要对制作的腐蚀阻挡层质量进行检测，从而实现高质量腐蚀阻挡层的制造和优化。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何实现对腐蚀阻挡层阻挡特性的检查，从而实现高质量腐蚀阻挡层的制造和优化。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种腐蚀阻挡层阻挡特性的检测结构，其包括：基板、沉积在基板上的被保护层和沉积在被保护层上的腐蚀阻挡层。
其中，所述被保护层包括第一区域和第二区域，所述第一区域的厚度大于第二区域的厚度。
其中，所述基板和被保护层之间还沉积有中间层，所述中间层包括第一区域和第二区域，所述第一区域的厚度大于第二区域的厚度。
其中，所述第一区域与第二区域为相同的材料。
其中，所述第一区域包括第一层和覆盖在第一层上的第二层，所述第二层的厚度和材料与所述第二区域的厚度和材料相同。
其中，所述中间层的材料为SiOx、Si3N4、AlOx、TiOx或HfO2中的一种或几种。
其中，所述第一层的材料为钼、钛金、铂金、SiNx和金属氧化物中的一种。
其中，所述基板为玻璃基板或硅基板。
其中，所述被保护层的材料为金属或金属氧化物半导体材料。
其中，所述腐蚀阻挡层的材料为SiOx或SiNx。
本发明还提供了一种基于上述检测结构的腐蚀阻挡层阻挡特性的检测方法，其包括以下过程：
将检测结构放入被保护层腐蚀液进行腐蚀；
对腐蚀后的检测结构进行图形形貌分析。
其中，将检测结构上的腐蚀阻挡层去除之前，或将检测结构上的腐蚀阻挡层去除之后，对腐蚀阻挡层进行图形形貌分析，根据被保护层的被腐蚀结果，得出腐蚀阻挡层的阻挡特性。
其中，检测结构在被保护层腐蚀液中腐蚀的时间为20s-2min。
其中，图形形貌分析所采用的方法为图形形貌检查分析和扫描电子显微镜分析。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的腐蚀阻挡层阻挡特性的检测结构和检测方法，利用被保护层腐蚀液穿过腐蚀阻挡层的缺陷以腐蚀被保护层，达到放大腐蚀阻挡层缺陷的目的，通过对腐蚀后的被保护层进行图形形貌分析，观察记录腐蚀阻挡层的缺陷，为实现高质量腐蚀阻挡层的制造和优化提供依据；上述结构简单、易制作，方法简便易行，适用于多种材料特性的检测。
附图说明
图1是本发明实施例1的腐蚀阻挡层阻挡特性的检测结构的剖视图；
图2是本发明实施例1的检测结构被腐蚀后的剖视图；
图3是本发明实施例2的腐蚀阻挡层阻挡特性的检测结构的剖视图；
图4是本发明实施例2的检测结构被腐蚀后的剖视图；
图5是本发明实施例3的腐蚀阻挡层阻挡特性的检测结构的剖视图；
图6是本发明实施例3的检测结构被腐蚀后的剖视图；
图7是本发明实施例4的腐蚀阻挡层阻挡特性的检测结构的剖视图；
图8是本发明实施例4的检测结构被腐蚀后的剖视图。
其中，1：基板；2：被保护层；3：腐蚀阻挡层；4：被腐蚀区域；5：台阶层；6：中间层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
图1示出了本实施例的腐蚀阻挡层阻挡特性的检测结构的剖视图，其包括基板1、沉积在基板1上的被保护层2和沉积在被保护层2上的腐蚀阻挡层3。
本实施例中，基板1可以采用玻璃基板或硅基板。为了适用于氧化物薄膜晶体管生产时氧化物沟道区腐蚀阻挡层的阻挡特性检测，本实施例中被保护层2优选采用金属或金属氧化物半导体材料，如IGZO、IZO、ATZO等。腐蚀阻挡层3选用SiOx或SiNx材料。
本实施例的腐蚀阻挡层阻挡特性的检测结构的制造过程简单，首先清洗基板1，在基板1上溅射被保护层2，然后进行光刻图形化，并在被保护层2上通过PECVD生成腐蚀阻挡层3，即完成本实施例的检测结构的制造。
使用本实施例的检测结构进行腐蚀阻挡层阻挡特性的检测过程为：根据被保护层2所选用的材料，选择相对应的腐蚀液，将检测结构浸入腐蚀液进行腐蚀，腐蚀时间在20s-2min之间，然后将检测结构取出，利用图形形貌检查(Pattern Inspect，PI)和扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)分析，对被保护层2的腐蚀情况进行检查，得出腐蚀阻挡层3的阻挡特性。或者，将被保护层2上方的腐蚀阻挡层3去除，利用PI检测和SEM分析，更直观的得出腐蚀阻挡层3的阻挡特性。
图2示出了本实施例的检测结构被腐蚀后的剖视图，根据图形形貌分析过程中所检测到的被腐蚀区域4，可以相对应地得出被腐蚀区域4上方的腐蚀阻挡层3存在缺陷，从而对腐蚀阻挡层3的制造和优化提供参考依据。
实施例2
图3示出了本实施例的腐蚀阻挡层阻挡特性的检测结构的剖视图，其与实施例1中的检测结构的不同之处在于，本实施例中的被保护层2包括两个区域，第一区域和第二区域，其中第一区域的厚度大于第二区域的厚度，腐蚀阻挡层3被沉积在被保护层2的上方，相对应的，第一区域上方的腐蚀阻挡层3高出第二区域上方的腐蚀阻挡层3一定距离。为了直接模拟氧化物薄膜晶体管生产时器件最易发生问题的结构，被保护层2的第一区域和第二区域所形成的台阶以接近直角形台阶为佳。
本实施例的检测结构的制造方法与实施例1中检测结构的制造方法的区别之处为：被保护层2在沉积到基板1上之后，需要对其进行图形化，即利用曝光机和掩模板对被保护层2进行曝光，然后显影、蚀刻，使被保护层2形成厚度不同的两个区域。然后将腐蚀阻挡层3沉积在被保护层2上即可。
本实施例中利用被保护层2直接形成台阶结构，与氧化物薄膜晶体管生产时源漏电极的台阶结构相类似。被保护层2优选采用金属或金属氧化物半导体材料，如IGZO、IZO、ATZO等。腐蚀阻挡层3选用SiOx或SiNx材料。
本实施例中，各层结构的生成方法可以根据所选用材料的不同，而选用溅射或PECVD。
使用本实施例的检测结构进行腐蚀阻挡层阻挡特性的检测过程与实施例1相同，图4示出了本实施例的检测结构被腐蚀后的剖视图，根据图形形貌分析过程中所检测到的被腐蚀区域4，可以相对应的得出被腐蚀区域4上方的腐蚀阻挡层3存在缺陷，从而对腐蚀阻挡层3的制造和优化提供参考依据。因为本实施例中检测结构中的被保护层2具有台阶结构，所以腐蚀阻挡层阻挡特性的检测分析结果更适用于氧化物薄膜晶体管生产中，在源漏电极进行腐蚀工艺时，对沟道区金属氧化物半导体材料的腐蚀阻挡层进行优化。
实施例3
图5示出了本实施例的腐蚀阻挡层阻挡特性的检测结构的剖视图，其与实施例2的结构相类似，均为在基板1上生成台阶状的被保护层2，然后在被保护层2上沉积腐蚀阻挡层3。但是，本实施例中的被保护层2的台阶结构不是完全由被保护层2本身组成，其下方还设置了台阶层5，被保护层2沉积在台阶层5上，台阶层5将被保护层2分成了高度不同的两个区域。本实施例中台阶层5的材料可以选用钼、钛金、铂金、SiNx和金属氧化物中的一种或几种，被保护层2优选采用金属或金属氧化物半导体材料，如IGZO、IZO、ATZO等，腐蚀阻挡层3选用SiOx或SiNx材料。
本实施例的检测结构的制造方法与实施例1中检测结构的制造方法的区别之处为：首先从钼、钛金、铂金、SiNx和金属氧化物中选择一种或几种材料，在清洗后的基板1上沉积，然后图形化形成台阶层5，即利用曝光机和掩模板进行曝光、显影和蚀刻，将台阶层5周围的沉积材料刻蚀掉；然后将被保护层2沉积在台阶层5上，再将腐蚀阻挡层3沉积在被保护层2上，被保护层2即形成台阶结构，与氧化物薄膜晶体管生产中的台阶结构类似。
本实施例中，各层结构的生成方法可以根据所选用材料的不同，而选用溅射或PECVD。
使用本实施例的检测结构进行腐蚀阻挡层阻挡特性的检测过程与实施例1相同，图6示出了本实施例的检测结构被腐蚀后的剖视图，根据图形形貌分析过程中所检测到的被腐蚀区域4，可以相对应的得出被腐蚀区域4上方的腐蚀阻挡层3存在缺陷，从而对腐蚀阻挡层3的制造和优化提供参考依据。因为本实施例中检测结构中的被保护层2具有台阶结构，所以腐蚀阻挡层阻挡特性的检测分析结果更适用于氧化物薄膜晶体管生产中，在源漏电极进行腐蚀工艺时，对沟道区金属氧化物半导体材料的腐蚀阻挡层进行优化。
实施例4
图7示出了本实施例的腐蚀阻挡层阻挡特性的检测结构的剖视图，其与实施例3的结构相类似，均为在基板1上生成台阶状的被保护层2，然后在被保护层2上沉积腐蚀阻挡层3。但是，本实施例中的被保护层2的台阶结构不单单由台阶层5支撑形成，而是在台阶层5和被保护层2之间还沉积有中间层6，中间层6被台阶层5分成了高度不同的两个区域，相对应的，沉积在中间层6上的被保护层2也被分成了高度不同的两个区域，中间层6的材料可以选用SiOx、Si3N4、AlOx、TiOx和HfO2中的一种。中间层6不仅为被保护层2提供了台阶结构的基础，还可以模拟氧化物薄膜晶体管生产中，沟道区的具体结构，使检测结构更真实。
本实施例中台阶层5的材料可以选用钼、钛金、铂金、SiNx或金属氧化物中的一种或几种，被保护层2优选采用金属或金属氧化物半导体材料，如IGZO、IZO、ATZO等，腐蚀阻挡层3选用SiOx或SiNx材料。
本实施例的检测结构的制造方法与实施例3中检测结构的制造方法的区别之处为：在形成台阶层5之后，在台阶层5上沉积中间层6，然后将被保护层2沉积在中间层6上，再将腐蚀阻挡层3沉积在被保护层2上，被保护层2即形成台阶结构，与氧化物薄膜晶体管生产中的台阶结构类似。
本实施例中，各层结构的生成方法可以根据所选用的材料的不同，而选用溅射或PECVD。
使用本实施例的检测结构进行腐蚀阻挡层阻挡特性的检测过程与实施例1相同，图8示出了本实施例的检测结构被腐蚀后的剖视图，根据图形形貌分析过程中所检测到的被腐蚀区域4，可以相对应的得出被腐蚀区域4上方的腐蚀阻挡层3存在缺陷，从而对腐蚀阻挡层3的制造和优化提供参考依据。因为本实施例中检测结构中的被保护层2具有多层台阶结构，所以腐蚀阻挡层阻挡特性的检测分析结果更适用于氧化物薄膜晶体管生产中，在源漏电极进行腐蚀工艺时，对沟道区金属氧化物半导体材料的腐蚀阻挡层进行优化。
由以上实施例可以看出，本发明实施例利用被保护层腐蚀液穿过腐蚀阻挡层的缺陷以腐蚀被保护层，达到放大腐蚀阻挡层缺陷的目的，通过对腐蚀后的被保护层进行图形形貌分析，观察记录腐蚀阻挡层的缺陷，为实现高质量腐蚀阻挡层的制造和优化提供依据；上述结构简单、易制作，方法简便易行，适用于多种材料特性的检测。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.腐蚀阻挡层阻挡特性的检测结构，其特征在于，包括：基板、沉积在基板上的被保护层和沉积在被保护层上的腐蚀阻挡层；所述被保护层包括第一区域和第二区域，所述第一区域的厚度大于第二区域的厚度；所述第一区域和第二区域所形成的台阶接近直角形台阶。
2.如权利要求1所述的检测结构，其特征在于，所述基板和被保护层之间还沉积有中间层，所述中间层包括第一区域和第二区域，所述第一区域的厚度大于第二区域的厚度。
3.如权利要求2所述的检测结构，其特征在于，所述中间层中，第一区域与第二区域为相同的材料。
4.如权利要求2所述的检测结构，其特征在于，所述中间层中，第一区域包括第一层和覆盖在第一层上的第二层，所述第二层的厚度和材料与所述第二区域的厚度和材料相同。
5.如权利要求3所述的检测结构，其特征在于，所述中间层的材料为SiOx、Si3N4、AlOx、TiOx或HfO2中的一种或几种。
6.如权利要求4所述的检测结构，其特征在于，所述第一层的材料为钼、钛金、铂金、SiNx和金属氧化物中的一种。
7.如权利要求1-6中任一所述的检测结构，其特征在于，所述基板为玻璃基板或硅基板。
8.如权利要求7所述的检测结构，其特征在于，所述被保护层的材料为金属或金属氧化物半导体材料。
9.如权利要求8所述的检测结构，其特征在于，所述腐蚀阻挡层的材料为SiOx或SiNx。
10.基于权利要求9中所述检测结构的腐蚀阻挡层阻挡特性的检测方法，其特征在于，包括以下过程：
将检测结构放入被保护层腐蚀液进行腐蚀；
对腐蚀后的检测结构进行图形形貌分析。
11.如权利要求10所述的检测方法，其特征在于，将检测结构上的腐蚀阻挡层去除之前，或将检测结构上的腐蚀阻挡层去除之后，对腐蚀阻挡层进行图形形貌分析，根据被保护层的被腐蚀结果，得出腐蚀阻挡层的阻挡特性。
12.如权利要求10所述的检测方法，其特征在于，检测结构在被保护层腐蚀液中腐蚀的时间为20s-2min。
13.如权利要求10所述的检测方法，其特征在于，图形形貌分析所采用的方法为图形形貌检查分析和扫描电子显微镜分析。
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