CN1519060A

CN1519060A - 清洗硅表面的方法以及用此方法制造薄膜晶体管的方法

Info

Publication number: CN1519060A
Application number: CNA031017274A
Authority: CN
Inventors: 彭佳添; 孙铭伟
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2023-01-21
Also published as: CN1321755C

Abstract

本发明提供一种清洗硅表面的方法，其包括以下步骤。首先，使用氧化剂溶液第一次清洗硅表面。接着，以HF蒸气或液体清洗硅表面，以氢气水或去离子水配合超音波(megasonic)清洗硅表面。最后，使用氧化剂溶液第二次清洗硅表面。本发明的清洗方法可应用于薄膜晶体管(TFT)的制作，所得TFT具有较高的电子迁移率。

Description

清洗硅表面的方法以及用此方法制造薄膜晶体管的方法

技术领域

本发明涉及一种清洗硅表面的方法，特别涉及在薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)的TFT制程中，清洗硅表面的方法。

背景技术

在制造半导体IC和制造薄膜晶体管-液晶显示器数组(TFT-LCD array)制程中，硅材料的清洗效果对于最终IC组件和TFT数组的品质有重要的影响。

在半导体IC制造中，Caros(H₂SO₄/H₂O₂)，SC1(standard clean 1；NH₄OH/H₂O₂)，和SC2(standard clean 2；HCl/H₂O₂)被广泛使用于硅晶圆的清洗。这种方式虽然有很好的清洗效果，但缺点为需使用大量化学品，产生环保问题，需额外的处理费用。此外，臭氧和HF也被用来清洗硅晶圆。例如，U.S.Patent Application Publication No.2001/0017143 A1中，使用臭氧水(ozone water)和HF来清洗半导体硅晶圆。U.S.PatentNo.6,240,933中，使用臭氧水清洗半导体硅晶圆，再以蒸气除去氧化物。U.S.PatentNo.6,348,157中提到对于半导体的清洗，依序使用臭氧水、HF(配合超音波震荡)、去离子水、HF、和去离子水。

在非晶硅TFT-LCD(amorphous silicon TFT-LCD)制程中，非晶硅的清洗是使用CJ(cavitation-jet；气穴喷出)、刷子、臭氧水(ozone water)、或紫外线臭氧(UV ozone)等方式。CJ或刷子清洗对于粒径小于1μm颗粒的去除效率较差，臭氧水的浓度若太低(＜10ppm)，清洗效果也不好，紫外线臭氧对于有机物有很好的去除率，但对于金属污染物的去除效果则不佳。

由于复晶硅TFT比起非晶硅TFT有较高的电子迁移率、较快的反应时间、较高的分辨率，因此，目前复晶硅TFT已普遍应用在LCD中以驱动LCD。复晶硅TFT的制作方法一般采用低温复晶硅制法(LTPS；low temperature polysilicon)，亦即，先形成非晶硅，再利用激光退火(laser annealing)将非晶硅结晶形成复晶硅。

因此，有必要发展出一种有效的清洗方法，以清洗半导体IC的硅晶圆，以及TFT-LCD的非晶硅或复晶硅

发明内容

有鉴于此，本发明的目的为解决上述问题而提供一种清洗硅表面的方法。本发明的清洗方法适用所有硅材料，包括单晶硅晶圆，非晶硅，或复晶硅。本发明的清洗方法有良好的清洗效果，藉由本发明的清洗方法，所得到的TFT具有较高的电子迁移率。

为完成本发明的目的，本发明清洗硅表面的方法包括以下步骤。首先，使用氧化剂溶液第一次清洗硅表面。接着，以HF蒸气或液体清洗硅表面，以氢气水或去离子水配合超音波(megasonic)清洗硅表面。最后，再使用氧化剂溶液第二次清洗硅表面。

依据本发明的具体实施例，本发明的清洗方法可应用TFT制程中硅材料的清洗，包括以下步骤：在基板上形成非晶硅层作为主动层；对于非晶硅层表面进行清洗；以及形成闸极介电层、闸极、源极、和漏极。本发明的特征在于对非晶硅层表面的清洗，其包括以下步骤。首先，使用氧化剂溶液第一次清洗该非晶硅层表面。接着，以HF蒸气或液体清洗非晶硅层表面，以氢气水或去离子水配合超音波清洗非晶硅层表面。最后，再使用氧化剂溶液第二次清洗非晶硅层表面。

附图说明

图1显示依据本发明优选实施例制造复晶硅TFT制程中，对于非晶硅层清洗方法的流程图。

图2a至2i显示依据本发明优选实施例制造上闸极式(top-gate)复晶硅TFT数组的制程剖面图。

图3显示使用本发明清洗方法和传统清洗方法对于硅晶圆上各种金属离子去除率的比较。

图4a和图4b分别显示使用本发明清洗方法和传统清洗方法所得NTFT和PTFT的Id-Vg图。

符号说明

10～基板，

12～缓冲绝缘层，

20～非晶硅层，

22、24～复晶硅层，

PR1、PR2、PR3～光阻图案，

32～n型源/漏极区，

34～轻掺杂漏极区(LDD)，

36～p型源/漏极区，

40～闸极介电层，

42～层间介电层，

43～第一开口，

46～钝化层，

47～第二开口，

50～闸极层，

52～源/漏极电极，

60～画素电极。

具体实施方式

本发明提供一种清洗硅表面的方法，包括以下步骤。首先，使用氧化剂溶液第一次清洗硅表面。接着，以HF蒸气或液体清洗硅表面，以氢气水或去离子水配合超音波(megasonic)清洗硅表面。最后，使用氧化剂溶液第二次清洗硅表面。

本发明的清洗方法适用于各种硅材料，包括单晶硅晶圆，非晶硅，或复晶硅。例如，本发明适用于半导体IC制程中单晶硅晶圆、非晶硅、和复晶硅的清洗，TFT-LCD制程中非晶硅或复晶硅的清洗。

图1显示体据本发明优选实施例制造复晶硅TFT制程中，对于非晶硅层清洗方法的流程图。图2a至2i显示依据本发明优选实施例制造上闸极式(top-gate)复晶硅TFT的制程剖面图。

首先，同时参照图1和图2a，进行步骤S11，在基板10上依序形成缓冲绝缘层12和非晶硅层20。基板10可为透明基板，例如玻璃或塑料。缓冲绝缘层12可为氮化硅或氧化硅，或者，可包括两层：氮化硅层和氧化硅层的组合。非晶硅层可使用硅甲烷(silane；SiH₄)为反应气体，以等离子体辅助化学气相沉积法(PECVD；plasma-enhanced chemical vapor deposition)或低压化学气相沈积法(LPCVD；lowpressure chemical vapor deposition)而形成。非晶硅层20形成之后，进行去氢化(dehydration)。

接着，进行本发明的清洗步骤，亦即，进行步骤S12至S15。以下分别叙述清洗步骤。首先，进行步骤S12，使用氧化剂溶液第一次清洗非晶硅层表面。以氧化剂溶液进行请洗，可使得非晶硅层表面被氧化，而产生自然氧化物(native oxide)，如此，有机污染物和金属离子污染物会被包覆(trap)在氧化物中。此氧化剂溶液可为含臭氧的水溶液，或可为双氧水。当使用含臭氧的水溶液时，臭氧浓度可为15至30ppm。氧化剂溶液中可再加入HCl，浓度可为15至30ppm，使去除金属的效率更高。

接着，进行步骤S13，以HF蒸气或液体清洗非晶硅层表面。HF蒸气或液体浓度可为0.5至2重量％。使用HF清洗可除去非晶硅层表面的自然氧化物，因此，使得包覆在氧化物中的有机污染物和金属离子污染物随之除法。

接着，进行步骤S14，以氢气水或去离子水配合超音波清洗非晶硅层，可将颗粒(particles)震掉。上述氢气水或去离子水还可包括碱性成分，例如氨水(NH₄OH)，以增加颗粒的去除效率。

接着，进行步骤S15，使用氧化剂溶进行第二次清洗。此氧化剂溶液的配方可和第一次使用氧化剂溶液清洗所使用的配方相同或不同。第二次使用氧化剂溶液的目的是，使非晶硅表面的悬空键(danling bond)钝化(passivation)。

在上述所进行的清洗步骤S12至S15中，所使用的各种清洗剂，包括氧化剂溶液、HF液体、氢气水、去离子水等，都可采用喷在硅材料上或将硅材料浸泡在清洗剂中的方式来进行。

接着，同时参照图1和图2b，进行步骤S16，使非晶硅层20进行结晶化，例如使用受激准分子激光退火(ELA；excimer laser annealing)方式进行结晶化，而形成复晶硅层22。

最后，进行步骤S17，进行其余的TFT数组制程，以完成TFT数组制程，最后得到复晶硅TFT数组。

以下参照图2c至图2i，说明其余的TFT数组制程。参照图2c，以微影法和蚀刻法，将复晶硅层22图案化，而得到分为第I区和第II区的复晶硅层24。

接着，参照图2d，形成光阻图案PR1，使用光阻图案PR1为罩幕，以磷对于复晶硅层24进行重掺杂，而在第I区形成n型源/漏极区32。接着，参照图2e，除去光阻图案PR1，形成闸极介电层40，再形成光阻图案PR2。使用光阻图案PR2为罩幕，以磷对于复晶硅层24进行轻掺杂，而在第I区n型源/漏极区32的内侧形成轻掺杂漏极区(LDD；lightly-doped drain)34。

接着，参照图2f，除去光阻图案PR2，形成光阻图案PR3。使用光阻图案PR3为罩幕，以硼对于复晶硅层24进行重掺杂，而在第II区形成p型源/漏极区36。

接着，参照图2g，除去光阻图案PR3，在闸极介电层40上形成金属层(未显示)，再对于金属层进行微影和蚀刻，而在复晶硅层24的对应位置上，形成闸极层50。至此，第I区形成NTFT，第II区形成PTFT。

接着，参照图2h，形成层间介电层(interlayer delectric)42，再于层间介电层42内形成达到源/漏极区32和36的第一开口43。接着，将金属填入第一开口43内，而形成源/漏极电极52。

接着，参照2i，形成钝化层(passivation layer)46，再于钝化层46内形成达到NTFT的漏极电极52的第二开口47。接着，将画素电极60，例如ITO(indium-tin oxide；氧化铟锡)填入第二开口47内，至此完成TFT数组制程，得到图2i所示的TFT数组。此TFT数组可与前透明基板(如彩色滤光片基板)和液晶组合在一起，而构成TFT-LCD面板。

以下测试本发明清洗方法(使用O₃和HF)和传统上只使用臭氧(O₃)的清洗方法，对于硅晶圆上各种金属去除率的比较。将硅晶圆浸泡在20ppm的各种金属离子溶液中，烘干，使得金属离子的浓度约为10¹³原子/cm²。将表面有金属离子的硅晶圆分别进行本发明的清洗方法和传统清洗方法后，再测金属离子浓度，得到各种金属的去除率，结果如图3所示。由图3可见，使用本发明的清洗方法，对于各种金属的去除率都比使用传统方法为好。

上述所得图2i的TFT包括NTFT和PTFT。依据类似的方法，以传统清洗方法(只用HF清洗)制作出NTFT和PTFT。表1和表2分别为本发明清洗方法和传统清洗方法所制得NTFT和PTFT的电性数据，图4a和图4b则分别显示本发明清洗方法和传统清洗方法所制得NTFT和PTFT的Id-Vg图。

表1 NTFT的电性数据

	传统清洗方法(只用HF清洗)	本发明清洗方法
	传统清洗方法(只用HF清洗)	本发明清洗方法	Vt(V)	1.8	2.5

Ufe(cm²/V-s)	65	120
Ufe(cm²/V-s)	65	120	SS(mV/decade)	0.54	0.44

表2 PTFT的电性数据

	传统清洗方法(只用HF清洗)	本发明清洗方法
	传统清洗方法(只用HF清洗)	本发明清洗方法	Vt(V)	-5.5	-2.27
Ufe(cm²/V-s)	55	96	Vt(V)	-5.5	-2.27
Ufe(cm²/V-s)	55	96	SS(mV/decade)	0.5	0.4

Vt：临界电压(threshold voltage)

Ufe：场效迁移率(field effect mobility)

SS：次临界摆幅(subthreshold swing)

由表1、表2、图4a、和图4b可见，使用本发明的清洗方法所得TFT具有良好的电性，且电子迁移率较高。

虽然本发明以优选实施例披露如上，然其并非用以限制本发明，任何熟知本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做更动与润饰，因此本发明的保护范围当以本发明的权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种清洗硅表面的方法，其包括：

使用氧化剂溶液第一次清洗硅表面；

以HF蒸气或液体清洗硅表面；

以氢气水或去离子水配合超音波清洗硅表面；以及

使用氧化剂溶液第二次清洗硅表面。

2.如权利要求1所述的清洗硅表面的方法，其中该硅为单晶硅晶圆，非晶硅，或复晶硅。

3.如权利要求1所述的清洗硅表面的方法，其中该硅为非晶硅。

4.如权利要求1所述的清洗硅表面的方法，其中该硅为复晶硅。

5.如权利要求1所述的清洗硅表面的方法，其中该氧化剂溶液为含臭氧的水溶液。

6.如权利要求5所述的清洗硅表面的方法，其中该含臭氧的水溶液浓度为15至30ppm。

7.如权利要求1项所述的清洗硅表面的方法，其中该氧化剂溶液为双氧水。

8.如权利要求1所述的清洗硅表面的方法，其中该氧化剂溶液包括15至30ppm的HCl。

9.如权利要求1所述的清洗硅表面的方法，其中该HF蒸气或液体浓度为0.5至2重量％。

10.如权利要求1所述的清洗硅表面的方法，其中该氢气水或去离子水包括碱性成分。

11.如权利要求10所述的清洗硅表面的方法，其中该碱性成分为氨水。

12.一种制造薄膜晶体管的方法，其包括：

在基板上形成非晶硅层作为主动层；

对于该非晶硅层的表面进行清洗，该清洗步骤包括：

使用氧化剂溶液第一次清洗该非晶硅层表面；

以HF蒸气或液体清洗非晶硅层表面；

以氢气水或去离子水配合超音波清洗非晶硅层表面；以及

使用氧化剂溶液第二次清洗非晶硅层表面；以及

形成闸极介电层、闸极、源极区、和漏极区。

13.如权利要求12所述制造薄膜晶体管的方法，在使用氧化剂溶液进行第二次清洗之后，还包括以下步骤：使该非晶硅层结晶化，而形成复晶硅层作为主动层。

14.如权利要求12所述制造薄膜晶体管的方法，其中该薄膜晶体管为上闸极式。

15.如权利要求12所述制造薄膜晶体管的方法，其中该薄膜晶体管为下闸极式(bottom-gate)。

16.如权利要求12所述制造薄膜晶体管的方法，其中该氧化剂溶液为含臭氧的水溶液。

17.如权利要求16所述制造薄膜晶体管的方法，其中该含臭氧的水溶液浓度为15至30ppm。

18.如权利要求12所述制造薄膜晶体管的方法，其中该氧化剂溶液为双氧水。

19.如权利要求12所述制造薄膜晶体管的方法，其中该氧化剂溶液包括15至30ppm的HCl。

20.如权利要求12所述制造薄膜晶体管的方法，其中该HF蒸气或液体浓度为0.5至2重量％。

21.如权利要求12所述制造薄膜晶体管的方法，其中该氢气水或去离子水包括碱性成分。

22.如权利要求21所述制造薄膜晶体管的方法，其中该碱性成分为氨水。

23.如权利要求12所述制造薄膜晶体管的方法，其中该方法可应用于制作薄膜晶体管液晶显示器。