CN105514023B - 一种接触孔界面处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种接触孔界面处理方法，包括：在数据线沉积于接触孔之前，对通过接触孔露出的源极界面、漏极界面和栅极界面进行处理，去除有机残余物；进行氢气处理，去除源极界面、漏极界面和栅极界面的原生氧化物；以及进行氮气处理，在源极界面、漏极界面和栅极界面上形成保护层。使用本发明的接触孔界面处理方法对接触孔界面进行处理，避免了由于湿蚀刻而造成的不均，同时起到清洗、还原和保护的作用，可有效提高界面的均匀性，降低数据线与多晶硅之间的接触阻抗并防止数据线与金属栅极接触处腐蚀，此外，本发明的接触孔界面处理方法未使用氢氟酸，操作更安全、维护更便捷。

Description

一种接触孔界面处理方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种接触孔界面处理方法。

背景技术

多晶硅薄膜晶体管与非晶硅薄膜晶体管相比，具有更高的电子迁移率、更快的反应时间和更高的分辨率，目前已广泛应用于显示装置，作为驱动电路部分的开关元件。

多晶硅薄膜晶体管的制造方法一般采用低温多晶硅方法(LTPS)，通常包括以下步骤：在基板上分别形成缓冲层和非晶硅层；利用准分子激光退火(ELA)将非晶硅层转变为多晶硅层；在多晶硅层上涂布光致抗蚀剂并进行蚀刻；对多晶硅层进行掺杂形成源极区或漏极区，未掺杂的多晶硅层作为沟道；多晶硅层与缓冲层上形成栅极绝缘层和金属栅极；对金属栅极进行蚀刻；在栅极绝缘层和栅极之上沉积层间电介质层；对层间电介质层和栅极绝缘层进行蚀刻，形成接触孔，接触孔底部为源极、漏极或栅电极；在接触孔处沉积数据线。

在沉积数据线之前需对接触孔底部的界面进行预清洁处理，以去除大气低温下形成的原生氧化物(Native Oxide)。在多晶硅薄膜晶体管的制造中，数据线沉积前的预清洁是很重要的一个步骤，该步骤的结果极大地影响器件的良率和电性能。

传统的预清洁处理是在层间电介质层的沉积与蚀刻之后，利用稀释氢氟酸(质量分数为1％～3％的氢氟酸)对界面进行湿刻蚀，去除原生氧化物，洗净后再以最短时间送进数据线沉积装置中以避免再次氧化，之后再开始数据线的沉积。

然而，无论是传送式或者旋转式的湿刻蚀，都存在不均匀的问题，而且氢氟酸属于强酸，在酸液应用安全及废液处理上均较为复杂，使用氢氟酸的环保成本较高。

因此，需要一种提高界面均匀性的方法，解决上述湿法处理的残留问题，在清洗、还原界面之后能够保护界面免于再次氧化，从而利于改善多晶硅薄膜晶体管的电性能。

发明内容

本发明提供一种接触孔界面处理方法，包括：

在数据线沉积于接触孔之前，利用极紫外光清洗装置，对通过接触孔露出的源极界面、漏极界面和栅极界面进行处理，去除有机残余物；

进行氢气处理，去除源极界面、漏极界面和栅极界面上的原生氧化物；以及

进行氮气处理，在源极界面、漏极界面和栅极界面上形成保护层。

在根据本发明方法的一个优选实施方式中，所述原生氧化物包括氮氧化硅、二氧化硅和金属氧化物。

在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，所述氢气的流量为5000～8000sccm。

在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，进行所述氢气处理的时间为5～10秒。

在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，在1000～3000W的功率下进行所述氢气处理。

在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，在1500～2000W的功率下进行所述氢气处理。

在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，所述氮气的流量为5000～8000sccm。

在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，进行所述氮气处理的时间为5～10秒。在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，在800～1200W的功率下进行所述氮气处理。

使用本发明的接触孔界面处理方法对界面进行处理，避免了由于湿蚀刻而造成的不均，同时起到清洗、还原和保护的作用，可有效提高界面的均匀性，降低数据线与多晶硅之间的接触阻抗并防止数据线与金属栅极接触处腐蚀，此外，本发明的接触孔界面处理方法未使用氢氟酸，操作更安全、维护更便捷。

具体实施方式

下面根据具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。本发明的保护范围不限于以下实施例，列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本发明。

本发明提供一种界面处理方法，包括：在数据线沉积于接触孔之前，对通过接触孔露出的源极界面、漏极界面和栅极界面进行处理，去除有机残余物；进行氢气处理，去除源极界面、漏极界面和栅极界面的原生氧化物；以及进行氮气处理，在源极界面、漏极界面和栅极界面上形成保护层。

进行界面处理之前的工艺为对层间电介质层和栅极绝缘层的蚀刻和去除光致抗蚀剂，常常会在界面处留下有机残余物，因此需要对其进行处理以去除上述有机残余物，通常可利用极紫外光清洗(EUV)装置进行。

极紫外光刻(Extreme Ultraviolet Lithography)，常称作EUV光刻，它以波长为10-14纳米的极紫外光作为光源的光刻技术。目前的EUV技术使用的是激光等离子源产生的约13.5nm的紫外波长，这种光源工作在真空环境下以产生极紫外射线，然后又光学聚焦形成光束，光束经由用于扫描图形的反射掩膜版反射。

在大气气氛下，源极界面、漏极界面和栅极界面上除了有机残余物之外还存在原生氧化物，例如源极和漏极通常为多晶硅，表面会形成氮氧化硅和二氧化硅，而栅极通常为金属，表面会形成金属氧化物。这些原生氧化物会增大数据线与界面之间的接触阻抗，从而降低薄膜晶体管的电性能。

本发明的氢气处理为等离子体状态的氢对包括氮氧化硅、二氧化硅和金属氧化物的原生氧化物进行作用，从而去除原生氧化物。

为形成等离子体状态的氢以去除原生氧化物，进行氢气处理时需要施加适当的功率。所施加的功率过高会造成等离子体状态的氢的能量过高，以离子轰击的形式对界面造成损伤；所施加的功率过低会造成能量不足，难以将氢气转变为等离子体状态。所施加的功率优选为1000～3000W，更优选为1500～2000W。

本发明所用的氢气为高纯度的氢气，高纯度的氢气具有较高的还原性。本发明所用氢气的纯度为7～9个N。

氢气的流量不能过低，过低流量的氢气会难以去除原生氧化物。氢气流量一般不低于5000sccm，优选为5000～8000sccm。

氢气处理需在一定的温度下进行，较低的温度不利于还原反应的进行，同时考虑到各层结构的耐热程度，处理温度也不能过高。处理温度优选为300～400℃，更优选为350℃。

进行氢气处理所需的时间较短，优选为5～10秒。

为防止进行氢气处理后的界面被大气再次氧化，因此在进行下一步骤之前通入保护气体在界面上形成保护层以隔绝空气，保护气体优选为氮气。所形成的保护层为界面上紧密排列的等离子体状态的氮原子。

为形成保护层以隔绝空气，进行氮气处理时需施加一定功率。所施加的功率优选为800～1200W。

本发明所用的氮气为高纯度的氮气，纯度不低于7个N。

氮气的流量不能过低，过低流量的氮气会不易形成保护层或者所形成的保护层会过薄，不能很好地起到保护的作用。氮气流量一般不低于5000sccm，优选为5000～8000sccm。

氮气处理需在一定的温度下进行，较低的温度不利于保护层的形成，同时考虑到各层结构的耐热程度，处理温度也不能过高。处理温度优选为300～400℃，更优选为350℃。

进行氮气处理所需的时间较短，优选为5～10秒。

本文中“纯度为7个N”是指纯度为99.99999％，“纯度为9个N”是指纯度为99.9999999％。

除非另作限定，本发明所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。

以下通过实施例对本发明作进一步地详细说明。

实施例

实施例1

采用化学气相沉积法在玻璃基板上形成氧化硅和氮化硅层叠结构的缓冲层；

采用化学气相沉积法在缓冲层上形成非晶硅层；

利用准分子激光退火(ELA)将非晶硅层转变为多晶硅层，并对多晶硅层进行图案化；

对图案化后的多晶硅层进行掺杂，形成源极区或漏极区，未掺杂的多晶硅层作为沟道；

采用化学气相沉积法在多晶硅层与缓冲层上形成氧化硅和氮化硅层叠结构的栅极绝缘层；

在栅极绝缘层上形成钼栅极，并对栅极进行图案化；

采用化学气相沉积法在栅极绝缘层和栅极之上沉积氧化硅和氮化硅层叠结构的层间电介质层；

对层间电介质层和栅极绝缘层进行蚀刻，形成接触孔，接触孔的底部为露出的源极、漏极或栅极，露出的源极、漏极或栅极与空气接触处形成界面；

利用极紫外光清洗装置处理源极界面、漏极界面和栅极界面，去除有机残余物；

采用ULVAC G4.5SMD950，在350℃下，以2000W的功率进行氢气处理以去除源极界面、漏极界面的氮氧化硅、二氧化硅以及栅极界面的金属氧化物，其中氢气的流量为5000sccm，氢气处理的时间为5秒；

采用ULVAC G4.5SMD950，在350℃下，以1200W的功率进行氮气处理以在经过氢气处理的界面上形成保护层，其中氮气的流量为5000sccm，氮气处理的时间为5秒；

最后在接触孔的界面处沉积数据线。

实施例2

采用化学气相沉积法在玻璃基板上形成氧化硅和氮化硅层叠结构的缓冲层；

采用化学气相沉积法在缓冲层上形成非晶硅层；

利用准分子激光退火(ELA)将非晶硅层转变为多晶硅层，并对多晶硅层进行图案化；

对图案化后的多晶硅层进行掺杂，形成源极区或漏极区，未掺杂的多晶硅层作为沟道；

采用化学气相沉积法在多晶硅层与缓冲层上形成氧化硅和氮化硅层叠结构的栅极绝缘层；

在栅极绝缘层上形成钼栅极，并对栅极进行图案化；

采用化学气相沉积法在栅极绝缘层和栅极之上沉积氧化硅和氮化硅层叠结构的层间电介质层；

对层间电介质层和栅极绝缘层进行蚀刻，形成接触孔，接触孔的底部为露出的源极、漏极或栅极，露出的源极、漏极或栅极与空气接触处形成界面；

利用极紫外光清洗装置处理源极界面、漏极界面和栅极界面，去除有机残余物；

采用ULVAC G4.5SMD950，在350℃下，以1500W的功率进行氢气处理以去除源极界面、漏极界面的氮氧化硅、二氧化硅以及栅极界面的金属氧化物，其中氢气的流量为8000sccm，氢气处理的时间为10秒；

采用ULVAC G4.5SMD950，在350℃下，以800W的功率进行氮气处理以在经过氢气处理的界面上形成保护层，其中氮气的流量为8000sccm，氮气处理的时间为10秒；

最后在接触孔的界面处沉积数据线。

比较例1

源极界面、漏极界面和栅极界面处理之前的步骤与实施例1相同，之后利用稀释氢氟酸(质量分数为1％～3％的氢氟酸)对界面进行湿刻蚀，去除原生氧化物，洗净后再以最短时间送进数据线沉积装置中以避免再次氧化，最后开始数据线的沉积。

测量实施例1和比较例1的数据线与多晶硅之间的接触阻抗，其中实施例1的接触阻抗为100～350Ω/μm²，平均值为225Ω/μm²，而比较例1的接触阻抗为100～400Ω/μm²，平均值为250Ω/μm²，实施例1的接触阻抗略低于比较例1的接触阻抗。

综上所述，使用本发明的界面处理方法对界面进行处理，避免了由于湿蚀刻而造成的不均，同时起到清洗、还原和保护的作用，可有效提高界面的均匀性，降低数据线与多晶硅之间的接触阻抗并防止数据线与金属栅极接触处腐蚀，此外，本发明的界面处理方法未使用氢氟酸，操作更安全、维护更便捷。

本领域技术人员应当注意的是，本发明所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种接触孔界面处理方法，包括：

在数据线沉积于接触孔之前，对通过接触孔露出的源极界面、漏极界面和栅极界面进行处理，去除有机残余物；

进行氢气处理，去除所述源极界面、所述漏极界面和所述栅极界面上的原生氧化物；以及

进行氮气处理，在所述源极界面、所述漏极界面和所述栅极界面上形成保护层，

其中利用极紫外光清洗装置对通过接触孔露出的源极界面、漏极界面和栅极界面进行处理。

2.根据权利要求1的接触孔界面处理方法，其中所述原生氧化物包括氮氧化硅、二氧化硅和金属氧化物。

3.根据权利要求1的接触孔界面处理方法，其中所述氢气的流量为5000～8000sccm。

4.根据权利要求3的接触孔界面处理方法，其中进行所述氢气处理的时间为5～10秒。

5.根据权利要求4的接触孔界面处理方法，其中进行所述氢气处理的功率为1000～3000W。

6.根据权利要求5的接触孔界面处理方法，其中进行所述氢气处理的功率为1500～2000W。

7.根据权利要求1的接触孔界面处理方法，其中所述氮气的流量为5000～8000sccm。

8.根据权利要求7的接触孔界面处理方法，其中进行所述氮气处理的时间为5～10秒。

9.根据权利要求8的接触孔界面处理方法，其中进行所述氮气处理的功率为800～1200W。