CN108198745A - 源漏极成膜前处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种源漏极成膜前处理方法,包括如下步骤:在预处理腔室内,将碳氟气体、氢气和氩气的混合气体进行电离操作,形成等离子体;在所述预处理腔室内,采用所述等离子体对自然形成的二氧化硅层进行干法刻蚀操作。上述源漏极成膜前处理方法,通过碳氟气体、氢气和氩气的混合气体对自然形成的二氧化硅层进行干法刻蚀操作,能够较好地去除P‑Si或者A‑Si表面自然形成的二氧化硅,由于氩气的存在,能够减少碳氟气体对侧壁中正常的二氧化硅的腐蚀,从而对侧壁中GI和ILD中的二氧化硅影响较小。此外,由于氢气的存在,还能够减少对P‑Si或者A‑Si的刻蚀,提高了刻蚀选择比,能够较好地去除非晶硅或者多晶硅表面自然形成的二氧化硅层。
Description
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域,特别是涉及一种源漏极成膜前处理方法。
背景技术
随着科学技术的发展,LTPS(Low Temperature Poly-silicon,低温多晶硅) 薄膜晶体管液晶显示器因其更薄、高分辨率、反应速度快、高亮度、高开口率 等优点而得到较为广泛的应用。
在LTPS薄膜晶体管液晶显示器生产过程中,LTPS的P-Si(polycrystallinesilicon,多晶硅)或者A-Si(Amorphous Silicon,非晶硅)接触到空气中的氧气 时,容易被氧化,从而在LTPS的P-Si或者A-Si表面自然形成一层二氧化硅 (SiO2),LTPS的P-Si表面的二氧化硅的存在,会严重影响后续S/D(source/drain, 源极/漏极,简称源漏极)与P-Si的搭接,使得S/D与P-Si之间的电阻过大,从 而严重影响薄膜晶体管的性能。
目前行业内为了去除P-Si表面的二氧化硅,通常在S/D成膜前,采用DHF (iluteHydrofluoric Acid,稀氟氢酸)处理,以去除P-Si表面的二氧化硅。虽然 DHF不会刻蚀P-Si,但是采用DHF处理的方式会影响到LTPS的GI(Gate Insulator,栅极绝缘层)和ILD(interlayer dielectric,层间绝缘层)。GI一般采 用SiO2结构,而ILD一般采用SiO2/SiN结构。采用DHF去除P-Si表面的二氧 化硅时,也会对侧壁上的GI和ILD中的二氧化硅产生刻蚀,如此,容易使得侧 壁出现“底切”现象,导致后续的S/D断裂,进而影响薄膜晶体管的性能。
发明内容
基于此,有必要提供一种能够较好地去除P-Si或者A-Si表面自然形成的二 氧化硅以及对GI和ILD中的二氧化硅影响较小的源漏极成膜前处理方法。
一种源漏极成膜前处理方法,包括如下步骤:
在预处理腔室内,将碳氟气体、氢气和氩气的混合气体进行电离操作,形 成等离子体;
在所述预处理腔室内,采用所述等离子体对自然形成的二氧化硅层进行干 法刻蚀操作。
在其中一个实施例中,所述碳氟气体为C2H5、C2HF5、C4F8、C5F8、CHF3和CH2F2中的至少一种。
在其中一个实施例中,所述碳氟气体、氢气和氩气的流量比为“7.7~8.4”: “4.6~5.3”:“29~31”。
在其中一个实施例中,所述碳氟气体、氢气和氩气的流量比为“7.8~8.1”: “4.9~5.15”:“29.7~30.2”。
在其中一个实施例中,所述碳氟气体、氢气和氩气的流量比为8:5:30。
在其中一个实施例中,所述氩气的流量为290sccm~310sccm。
在其中一个实施例中,所述碳氟气体为C2HF5,所述C2HF5的流量为 75sccm~90sccm。
在其中一个实施例中,所述C2HF5的流量为80sccm。
在其中一个实施例中,所述氢气的流量为45sccm~55sccm。
在其中一个实施例中,所述氢气的流量为50sccm。
上述源漏极成膜前处理方法,通过碳氟气体、氢气和氩气的混合气体对自 然形成的二氧化硅层进行干法刻蚀操作,碳氟气体、氢气和氩气的混合气体经 电离形成CFx +、F+、H+、Ar+等粒子,其会与硅层接触会发生如下反应: CFx ++SiO2→SiF4+CO2+etc,F++Si→SiF4,H++F+→HF,F+的存在会造成Si大量 刻蚀,通过加入氢气,电离后产生的H+与F+结合,大量消耗F+,减少了对P-Si 或者A-Si的刻蚀,提高了刻蚀选择比,从而能够较好地去除非晶硅或者多晶硅 表面自然形成的二氧化硅层。通过加入氩气,氩气经电离后产生的Ar+轰击反应 后的沉积物,使得沉积物附着在侧壁,从而能够较好地保护侧壁,减少侧壁的 二氧化硅被进一步腐蚀。如此,上述源漏极成膜前处理方法,在源漏极成膜前 对自然形成的二氧化硅层进行去除处理,能够较好地去除P-Si或者A-Si表面自 然形成的二氧化硅,同时,由于氩气的存在,能够减少在去除P-Si或者A-Si表 面自然形成的二氧化硅的过程中,碳氟气体对侧壁中正常的二氧化硅的腐蚀, 从而对侧壁中GI和ILD中的二氧化硅影响较小。此外,由于氢气的存在,还能 够减少对P-Si或者A-Si的刻蚀,提高了刻蚀选择比,从而能够较好地去除非晶 硅或者多晶硅表面自然形成的二氧化硅层。
附图说明
图1为本发明一实施方式的源漏极成膜前处理方法的步骤流程图;
图2为本发明的实施例1的刻蚀选择比图;
图3为实施例1处理后的样本在电镜下的SEM形貌的示意图;
图4为对比例1处理后的样本在电镜下的SEM形貌的示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。 附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是,本发明可以以许多不同的形式来 实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反地,提供这些实施方式的目的是 使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。当然,它们仅仅为示例,并且目 的不在于限制本发明。此外,本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。 这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置 之间的关系。除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发 明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了 描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
例如,一种源漏极成膜前处理方法,包括如下步骤:在预处理腔室内,将 碳氟气体、氢气和氩气的混合气体进行电离操作,形成等离子体;在所述预处 理腔室内,采用所述等离子体对自然形成的二氧化硅层进行干法刻蚀操作。
为了进一步说明上述源漏极成膜前处理方法,又一个例子是,请参阅图1, 一种源漏极成膜前处理方法包括如下步骤:
S110:在预处理腔室内,将碳氟气体、氢气和氩气的混合气体进行电离操 作,形成等离子体;
需要说明的是,通过将碳氟气体、氢气和氩气的混合气体进行电离操作, 首先,碳氟气体、氢气和氩气的混合气体经电离形成CFx +、F+、H+、Ar+等粒子, 如此,其后续能够较好地作用于P-Si或者A-Si表面自然形成的二氧化硅,能够 较好地去除P-Si或者A-Si表面自然形成的二氧化硅。将其应用于后续干法刻蚀 操作时,其会与硅层接触会发生如下反应:CFx ++SiO2→SiF4+CO2+etc, F++Si→SiF4,H++F+→HF,F+的存在会造成Si大量刻蚀,通过加入氢气,电离 后产生的H+与F+结合,大量消耗F+,减少了对P-Si或者A-Si的刻蚀,提高了 刻蚀选择比,从而能够较好地去除非晶硅或者多晶硅表面自然形成的二氧化硅 层。通过加入氩气,氩气经电离后产生的Ar+轰击反应后的沉积物,使得沉积物 附着在侧壁,从而能够较好地保护侧壁,减少侧壁的二氧化硅被进一步腐蚀, 从而对侧壁中GI和ILD中的二氧化硅影响较小。。
例如,碳氟气体为碳氟类气体和碳氟氢类气体中的至少一种。又如,所述 碳氟气体的通式为CxHyFz。又如,所述碳氟气体为C2H5、C2HF5、C4F8、C5F8、 CHF3和CH2F2中的至少一种。优选的,所述碳氟气体为C2H5或C2HF5。如此, 能够较好地去除非晶硅或者多晶硅表面自然形成的二氧化硅层,还能够较好地 保护侧壁,减少侧壁的二氧化硅被进一步腐蚀。
一实施例中,所述碳氟气体、氢气和氩气的流量比为“7.7~8.4”:“4.6~5.3”:“29~31”。优选的,所述碳氟气体、氢气和氩气的流量比为“7.8~8.1”:“4.9~5.15”:“29.7~30.2”。更优选的,所述碳氟气体、氢气和氩气的流量比为8:5:30。如 此,能够更好地去除非晶硅或者多晶硅表面自然形成的二氧化硅层,还能够更 好地保护侧壁,减少侧壁的二氧化硅被进一步腐蚀。
一实施例中,所述碳氟气体的流量为75sccm~90sccm。又如,所述碳氟气体 的流量为80sccm。优选的,所述碳氟气体为C2HF5,所述C2HF5的流量为 75sccm~90sccm。更优选的,所述C2HF5的流量为80sccm。如此,能够更好地 去除非晶硅或者多晶硅表面自然形成的二氧化硅层,还能够更好地保护侧壁, 减少侧壁的二氧化硅被进一步腐蚀。
一实施例中,所述氢气的流量为45sccm~55sccm。优选的,所述氢气的流 量为50sccm。如此,能够更好地去除非晶硅或者多晶硅表面自然形成的二氧化 硅层,还能够更好地保护侧壁,减少侧壁的二氧化硅被进一步腐蚀。
一实施例中,所述氩气的流量为290sccm~310sccm,优选的,所述氩气的流 量为300sccm。如此,能够更好地去除非晶硅或者多晶硅表面自然形成的二氧化 硅层,还能够更好地保护侧壁,减少侧壁的二氧化硅被进一步腐蚀。
一实施例中,所述预处理腔室内的压力为0.5Pa~3.99Pa,优选的,所述预处 理腔室内的压力为0.9Pa~1.88Pa,更优选的,所述预处理腔室内的压力为1Pa。 如此,能够更好地去除非晶硅或者多晶硅表面自然形成的二氧化硅层,还能够 更好地保护侧壁,减少侧壁的二氧化硅被进一步腐蚀。
尤其需要说明的是,当所述预处理腔室内的压力为1Pa,所述碳氟气体、氢 气和氩气的流量比为8:5:30,所述碳氟气体为C2HF5,所述C2HF5的流量为 80sccm,所述氢气的流量为50sccm,所述氩气的流量为300sccm时,能够更好 地去除非晶硅或者多晶硅表面自然形成的二氧化硅层,还能够更好地保护侧壁, 减少侧壁的二氧化硅被进一步腐蚀。
S120:在所述预处理腔室内,采用所述等离子体对自然形成的二氧化硅层 进行干法刻蚀操作。
例如,所述自然形成的二氧化硅层为非晶硅(A-Si)或者多晶硅(P-Si)表 面自然形成的二氧化硅层。又如,自然形成的二氧化硅层为硅衬底表面自然形 成的二氧化硅层。尤其需要说明的是,非晶硅(A-Si)或者多晶硅(P-Si)表面 自然形成的二氧化硅层对于本领域技术而言是清楚的。
例如,所述干法刻蚀操作为RIE(Reactive Ion Etching,反应离子刻蚀)或 ICP(inductive coupled plasma,电感耦合式等离子刻蚀)。如此,能够较好地进 行干法刻蚀操作。
需要说明的是,碳氟气体、氢气和氩气的混合气体经电离形成CFx +、F+、 H+、Ar+等粒子,其会与硅层接触会发生如下反应:CFx ++SiO2→SiF4+CO2+etc, F++Si→SiF4,H++F+→HF,F+的存在会造成Si大量刻蚀,通过加入氢气,电离 后产生的H+与F+结合,大量消耗F+,减少了对P-Si或者A-Si的刻蚀,提高了 刻蚀选择比,从而能够较好地去除非晶硅或者多晶硅表面自然形成的二氧化硅 层。通过加入氩气,氩气经电离后产生的Ar+轰击反应后的沉积物,使得沉积物 附着在侧壁,从而能够较好地保护侧壁,减少侧壁的二氧化硅被进一步腐蚀。 如此,上述源漏极成膜前处理方法,在源漏极成膜前对自然形成的二氧化硅层 进行去除处理,能够较好地去除P-Si或者A-Si表面自然形成的二氧化硅,同时, 由于氩气的存在,能够减少在去除P-Si或者A-Si表面自然形成的二氧化硅的过 程中,碳氟气体对侧壁中正常的二氧化硅的腐蚀,从而对侧壁中GI和ILD中的 二氧化硅影响较小。此外,由于氢气的存在,还能够减少对P-Si或者A-Si的刻 蚀,提高了刻蚀选择比,从而能够较好地去除非晶硅或者多晶硅表面自然形成 的二氧化硅层。
一实施例中,所述干法刻蚀操作中,刻蚀选择比为大于或者等于20:1,即 SiO2/P-Si或者SiO2/A-Si的刻蚀选择比大于或者等于20。如此,能够更好地去 除非晶硅或者多晶硅表面自然形成的二氧化硅层,还能够更好地保护侧壁,减 少侧壁的二氧化硅被进一步腐蚀。尤其需要说明的是,所述碳氟气体、氢气和 氩气的流量比为8:5:30,能够使刻蚀选择比为大于或者等于20:1。从而能 够更好地去除非晶硅或者多晶硅表面自然形成的二氧化硅层,还能够更好地保 护侧壁,减少侧壁的二氧化硅被进一步腐蚀。
一实施例中,所述预处理腔室设置于S/D成膜机台上,在S/D成膜机台加 入一个预处理腔,自然SiO2在预处理腔刻蚀完后再进入S/D成膜腔室,能够使 得整体操作较为便捷。
上述源漏极成膜前处理方法,通过碳氟气体、氢气和氩气的混合气体对自 然形成的二氧化硅层进行干法刻蚀操作,碳氟气体、氢气和氩气的混合气体经 电离形成CFx +、F+、H+、Ar+等粒子,其会与硅层接触会发生如下反应: CFx ++SiO2→SiF4+CO2+etc,F++Si→SiF4,H++F+→HF,F+的存在会造成Si大量 刻蚀,通过加入氢气,电离后产生的H+与F+结合,大量消耗F+,减少了对P-Si 或者A-Si的刻蚀,提高了刻蚀选择比,从而能够较好地去除非晶硅或者多晶硅 表面自然形成的二氧化硅层。通过加入氩气,氩气经电离后产生的Ar+轰击反应 后的沉积物,使得沉积物附着在侧壁,从而能够较好地保护侧壁,减少侧壁的 二氧化硅被进一步腐蚀。如此,上述源漏极成膜前处理方法,在源漏极成膜前 对自然形成的二氧化硅层进行去除处理,能够较好地去除P-Si或者A-Si表面自 然形成的二氧化硅,同时,由于氩气的存在,能够减少在去除P-Si或者A-Si表 面自然形成的二氧化硅的过程中,碳氟气体对侧壁中正常的二氧化硅的腐蚀, 从而对侧壁中GI和ILD中的二氧化硅影响较小。此外,由于氢气的存在,还能 够减少对P-Si或者A-Si的刻蚀,提高了刻蚀选择比,从而能够较好地去除非晶 硅或者多晶硅表面自然形成的二氧化硅层。
下面结合具体实施例继续对本发明予以说明。
实施例1
一种源漏极成膜前处理方法,包括如下步骤:
在预处理腔室内,将碳氟气体、氢气和氩气的混合气体进行电离操作,形 成等离子体;其中,预处理腔室内的压力为1Pa,碳氟气体、氢气和氩气的流量 比为8:5:30,碳氟气体为C2HF5,所述C2HF5的流量为80sccm,氢气的流量 为50sccm,氩气的流量为300sccm。
在所述预处理腔室内,采用所述等离子体对A-Si表面自然形成的二氧化硅 层进行干法刻蚀操作。其它实验参数如表1所示:
表1
其实验数据如表2和图2所示:
表2
由上可以看出,上述源漏极成膜前处理方法具有较高的刻蚀选择比,均大 于20以上,能够较好地去除非晶硅或者多晶硅表面自然形成的二氧化硅层。
对比例1
采用DHF去除A-Si表面自然形成的二氧化硅。
图3为实施例1处理后的样本在电镜下的SEM形貌的示意图。图4为对比 例1处理后的样本在电镜下的SEM形貌的示意图。通过对比图3和图4可以看 出,相较于传统的DHF去除A-Si表面自然形成的二氧化硅,实施例1的源漏极 成膜前处理方法对侧壁损伤较小。从而证实本申请的源漏极成膜前处理方法能 够较好地去除P-Si或者A-Si表面自然形成的二氧化硅,同时对GI和ILD中的 二氧化硅影响较小。
上述源漏极成膜前处理方法,通过碳氟气体、氢气和氩气的混合气体对自 然形成的二氧化硅层进行干法刻蚀操作,碳氟气体、氢气和氩气的混合气体经 电离形成CFx +、F+、H+、Ar+等粒子,其会与硅层接触会发生如下反应: CFx ++SiO2→SiF4+CO2+etc,F++Si→SiF4,H++F+→HF,F+的存在会造成Si大量 刻蚀,通过加入氢气,电离后产生的H+与F+结合,大量消耗F+,减少了对P-Si 或者A-Si的刻蚀,提高了刻蚀选择比,从而能够较好地去除非晶硅或者多晶硅 表面自然形成的二氧化硅层。通过加入氩气,氩气经电离后产生的Ar+轰击反应 后的沉积物,使得沉积物附着在侧壁,从而能够较好地保护侧壁,减少侧壁的 二氧化硅被进一步腐蚀。如此,上述源漏极成膜前处理方法,在源漏极成膜前 对自然形成的二氧化硅层进行去除处理,能够较好地去除P-Si或者A-Si表面自 然形成的二氧化硅,同时,由于氩气的存在,能够减少在去除P-Si或者A-Si表 面自然形成的二氧化硅的过程中,碳氟气体对侧壁中正常的二氧化硅的腐蚀, 从而对侧壁中GI和ILD中的二氧化硅影响较小。此外,由于氢气的存在,还能 够减少对P-Si或者A-Si的刻蚀,提高了刻蚀选择比,从而能够较好地去除非晶 硅或者多晶硅表面自然形成的二氧化硅层。
需要说明的是,LTPS中P-Si表面容易形成一层自然SiO2,自然SiO2的存 在会严重影响S/D与P-Si的搭接,造成S/D与P-Si的接触电阻过大,严重影响 薄膜晶体管的性能。一般LTPS的S/D成膜前为了去掉表面的自然SiO2会采用 DHF来处理。DHF不会刻蚀P-Si,但是LTPS的GI层一般采用SiO2,此外ILD 层采用SiO2/SiN结构,所以经DHF处理后的侧壁,尤其是GI的SiO2也会被刻 蚀,使得侧壁出现“底切”现象,导致S/D断裂,进而影响薄膜晶体管的性能。 如果采用Ar预溅射处理刻蚀P-Si表面的自然SiO2,侧壁不会被刻蚀,但是Ar 预溅射处理的选择比很差,刻蚀自然SiO2的同时也会将P-Si大量刻蚀,而LTPS 中P-Si较薄,P-Si大量刻蚀也将影响到薄膜晶体管的性能。
本发明的源漏极成膜前处理方法,采用在S/D成膜机台加入一个预处理腔, 自然形成的SiO2在预处理腔刻蚀完后再进入S/D成膜腔室。预处理腔通入 CxHyFz/H2/Ar混合气体后采用RIE方式或ICP方式刻蚀P-Si或A-Si表面的自然 SiO2。这种源漏极成膜前处理方法的优点就是,侧壁不被刻蚀的同时P-Si或A-Si 的刻蚀量也很少。例如CxHyFz/H2/Ar流量比为8:5:30时SiO2/P-Si(或A-Si)的 选择比>20。
本发明的源漏极成膜前处理方法,通过向预处理腔通入CxHyFz/H2/Ar混合 气体后,采用RIE方式或ICP方式刻蚀P-Si或A-Si表面的自然SiO2,可以确保 侧壁受损较小的同时,减少对P-Si或A-Si的刻蚀,到达改善产品品质,提升产 品良率的目的。
本发明的源漏极成膜前处理方法,能够在除去P-Si或A-Si表面的自然SiO2的同时,确保侧壁受损较小的同时,减少对P-Si或A-si的刻蚀量,从而能够改 善产品质量。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对 上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技 术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。需要说明的是, 本申请的“一实施例中”、“例如”、“又如”等,旨在对本申请进行举例说明,而不 是用于限制本申请。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细, 但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的 普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改 进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权 利要求为准。
Claims (10)
1.一种源漏极成膜前处理方法,其特征在于,包括如下步骤:
在预处理腔室内,将碳氟气体、氢气和氩气的混合气体进行电离操作,形成等离子体;
在所述预处理腔室内,采用所述等离子体对自然形成的二氧化硅层进行干法刻蚀操作。
2.根据权利要求1所述的源漏极成膜前处理方法,其特征在于,所述碳氟气体为C2H5、C2HF5、C4F8、C5F8、CHF3和CH2F2中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的源漏极成膜前处理方法,其特征在于,所述碳氟气体、氢气和氩气的流量比为“7.7~8.4”:“4.6~5.3”:“29~31”。
4.根据权利要求3所述的源漏极成膜前处理方法,其特征在于,所述碳氟气体、氢气和氩气的流量比为“7.8~8.1”:“4.9~5.15”:“29.7~30.2”。
5.根据权利要求4所述的源漏极成膜前处理方法,其特征在于,所述碳氟气体、氢气和氩气的流量比为8:5:30。
6.根据权利要求1所述的源漏极成膜前处理方法,其特征在于,所述氩气的流量为290sccm~310sccm。
7.根据权利要求1所述的源漏极成膜前处理方法,其特征在于,所述碳氟气体为C2HF5,所述C2HF5的流量为75sccm~90sccm。
8.根据权利要求7所述的源漏极成膜前处理方法,其特征在于,所述C2HF5的流量为80sccm。
9.根据权利要求1所述的源漏极成膜前处理方法,其特征在于,所述氢气的流量为45sccm~55sccm。
10.根据权利要求9所述的源漏极成膜前处理方法,其特征在于,所述氢气的流量为50sccm。
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