TW200411726A - Method for cleaning silicon surface and method for producing thin film transistor using the cleaning method - Google Patents
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Description
200411726
五、發明說明（l) 發明所屬之技術領域 ’特別有關於 程中，清洗矽 本發明有關於一種清洗矽之表面的方法 在薄膜電晶體液晶顯示器（TFT-LCD)之TFT製 之表面的方法。 先前技術 在製造半導體1C和製造薄膜電晶體-液晶顯示器陣列 (TFT-LCD array)製程中，矽材料的清洗效果對於最終1(： 元件和TFT陣列的品質有重要的影響。 在半導體1C 製造中，Caros (H2S04/H2 02 )，SCI (standard clean 1; NH40H/H202 )，和SC2 (standard clean 2’· HC1/¾〇2)被廣泛使用於矽晶圓的清洗。這種方 式雖然有很好的清洗效果，但缺點為需使用大量化學品， 產生環保問題，需額外的處理費用。此外，臭氧和耵也被 用來清洗矽晶圓。例如，U.S. Patent ApPlicatiQn
Publication No· 200 1 /001 71 43 A1 中，使用臭氧水 (ozone water)和HF來清洗半導體矽晶圓。u.s. patent Ν〇· 6, 240, 933中，使用臭氧水清洗半導體矽晶圓，再以 蒸氣除去氧化物。U· S· Patent No· 6, 348, 1 57中提到對 於半導體的清洗’係依序使用臭氧水、HF(配合超音波震 盪）、去離子水、HF、和去離子水。 在非晶石夕TFT-LCD(amorphous silicon TFT-LCD)製程 中，非晶石夕的清洗是使用CJ (cavitation - jet ;氣穴喷出 )、刷子、臭氧水（〇zone water)、或紫外線臭氧（UV ozone)等方式。CJ或刷子清洗對於粒徑小於1 v ^顆粒的
0632-8697TWF(nl);AU91149;Cathy Wan. ptd
200411726 五、發明說明（2) 去除效率較差，臭氧水的濃度若太低（<1〇 ppm),清洗效 果也不好，UV ozone對於有機物有很妤的去除率，但對於 金屬污染物的去除效果則不佳。 由於複晶矽TFT比起非晶矽TFT有較高的電子遷移率、 較快的反應時間、較南的解析度’因此，目前複晶發TFT 已普遍應用在LCD中以驅動LCD。複晶矽TFT的製作方法一 般採用低溫複晶矽製法（LTPS; low temperature polysilicon)，亦即，先形成非晶矽，再利用雷射退火 (laser annealing)將非晶矽結晶而形成複晶石夕。 因此，有必要發展出一種有效的清洗方法，以清洗 導體1C的石夕晶圓’以及TFT-LCD的非晶碎或複晶石夕。 發明内容 有鑑於此，本發明之目的為解決上述問題而提供一 清洗碎之表面的方法。本發明之清洗方法適用所有破= ，包括單晶矽晶圓，非晶矽，或複晶矽。本發明之主古 法有良好的清洗效果，藉由本發明之清洗方 二 TFT具有較高的電子遷移率。 所侍到的 為達成本發明之目的，本發明清洗矽之表 括以下步驟。首先，使用氧化劑溶液第一次、生=I法包 接著’以HF蒸氣或液體清洗矽表面，以氫· 面。 配合超音波（megasonic)清洗矽表面。最德、"離子水 劑溶液第二次清洗矽表面。 再使用氧化 依據本發明之一具體實施例，本發明之、、主 用TFT製程中矽材料的清洗，包括以步 4洗方法可應 卜，驟.在—基板上
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對於非晶矽層之表面進行清 閘極、源極、和汲極。本發 形成一非晶石夕層作為主動層； 洗；以及形成一閘極介電層、 明之特徵在於對非晶矽層之表 °首先’使用氧化劑溶液第一 著，以HF蒸氣或液體清洗非晶 子水配合超音波清洗非晶矽層 溶液第二次清洗非晶矽層表面 實施方式 ，的清洗，其包括以下步驟 久清洗該非晶梦層表面。接 發層表面，以氫氣水或去離 表面。最後，再使用氧化劑 〇 。首ί發清洗發之表面的方法，包括以下步驟 蒸氣或液體清洗矽表面，以m ί矽表面。帛著’以肿 風氣水或去離子水配人翻立、念 (megasonic)清洗矽表面。 離于水配口超《波 清洗矽表面。 最後使用氧化劑溶液第二次 圓，=:之=法適用於各種石夕材料，包括單晶梦晶 程中單晶矽晶^T矽例：二發明適用於半導體&製 程中非晶』晶洗和㈣之清洗，TFT-LC” φ l1/ k顯不依據本發明較佳實施例製造複晶矽TFT製程 Φ 佑嬙it晶矽層之清洗方法的流程圖。第23至21圖顯示 TFT上較佳實施例製造上閘極式(t〇P-gate)複晶矽 TFT的製程剖面圖。 一 先，請同時參照第1圖和第2a圖，進行步驟S11，在 % ΓηπΙ!上依序形成一緩衝絕緣層1 2和一非晶矽層20。基 、、透明基板’例如玻璃或塑膠。緩衝絕緣層1 2可為
200411726 五、發明說明（4) 氮化矽或氧化矽，或者，可包括兩層：氮化矽層和氧化梦 層之組合。非晶矽層可使用矽甲烷（silane; SiH4)為反應 氣體，以電漿輔助化學氣相沈積法（pecvd; plasma猶enhanced chemical vapor deposition)或低愿化 學氣相沈積法（LPCVD; low pressure chemical vapor deposition)而形成。非晶矽層2〇形成之後，進行去氫化 (dehydration) 〇 # 接著’進行本發明之清洗步驟，亦即，進行步驟s丄2 至S15。以下分別敘述清洗步驟。首先，進行步驟S12，使 用氧化劑溶液第一次清洗非晶矽層之表面。以氧化劑溶液 進行清洗’可使得非晶矽層之表面被氧化，而產生自然氧 化物（native oxide)，如此，有機污染物和金屬離子污染 物會被包覆（trap)在氧化物中。此氧化劑溶液 备' ，水溶液，或可為雙氧水。當使用含臭氧之 氧之✓辰度可為15至30 ppm。氧化劑溶液中可更加入jjd，、 濃度可為15至30 ppm,以使去除金屬的效率更言。 接著，進行步驟S13，以HF蒸氣或液體清洗π非晶矽芦 表面。HF蒸氣或液體之濃度可為〇5至2重量％。 二 洗可除去非晶矽層表面的自然氧化物，因此， 霜月 氧化物中的有機污染物和金屬離子污染物隨乏除去^ 、、接著，進行步驟S14，以氫氣水或去離子水*配合超立 波清洗非晶矽層，可將顆粒（particles) 上^二二 水或去離子水可更包括一驗性成份，例如震氨掉=氣 以增加顆粒的去除效率。 虱尺(nh4oh)，
200411726 五、發明說明（5) ----- ，，，進行步驟S1 5，使用氧化劑溶液進行第二次清 ί二1^化劑溶液的配方可和第—次使用氧化劑溶液清洗 0你、fc配方相同或不同。第二次使用氧化劑溶液的目的 疋 3 發表面的未鍵結鍵（dangl ing bond)鈍化 (passivation) 〇 在上述所進行之清洗步驟S12至315中，所使用的各種 清洗劑，包括氧化劑溶液、HF液體、氫氣水、去離子水等 ，都可採用喷在矽材料上或將矽材料浸泡在清洗劑中的方 式來進行。
接著’凊同時參照第1圖和第2b圖，進行步驟si6，使 非晶矽層20進行結晶化，例如使用準分子雷射退火（ELA; excimer laser annealing)方式進行結晶化，而形成複晶 梦層2 2。 最後，進行步驟S17，進行其餘的TFT陣列製程，以完 成TFT陣列製程，最後得到複晶矽TFT陣列。 以下參照第2c至第2i圖，說明其餘的TFT陣列製程。 请參照第2 c圖’以微影法和餘刻法，將複晶石夕層2 2圖荦化 ’而付到分為第I區和第II區的複晶梦層2 4。 接者’參照第2d圖’形成光阻圖案PR1，使用光阻圖 案PR1為罩幕’以麟對於複晶碎層2 4進行重摻雜，而在第I 區形成η型源/汲極區32。接著，參照第2e圖，除去光阻圖 案PR1 ’形成一閘極介電層40，再形成光阻圖案pR2。使用 光阻圖案PR2為罩幕，以磷對於複晶矽層24進行輕換雜， 而在第I區π型源/ :?及極區32的内側形成輕推雜沒極區（ldd·
0632-8697nfF(nl);AU91149 ;Cathy Wan. ptd 第 8 頁 200411726 五、發明說明（6) lightly-doped drain)34 〇 接著，參照第2f圖，除去光阻圖案？1?2，形成光阻圖 案PR3 β使用光阻圖案PR3為罩幕，以獨對於複晶石夕層24進 行重摻雜’而在第II區形成ρ型源/汲極區36。 接著，參照第2g圖，除去光阻圖案？!^，在閘極介電 層40上形成一金屬層（未顯示），再對於金屬層進行微影和 蝕刻，而在複晶矽層2 4的對應位置上，形成一閘極層5 〇。 至此，第I區形成NTFT，第II區形成PTFT。 接者’參照第2h圖’形成一層間介電層（interiayer dielectric)42，再於層間介電層42内形成達到源/汲極區 32和36的第一開口 43。接著，將金屬填入第一開口 43内， 而形成源/汲極電極52。 接著’參照第2i圖’形成一純化層（passivation layer)46 ’再於鈍化層46内形成達到NTFT之汲極電極52的 一第二開口 4 7。接著，將畫素電極6 〇，例如 I TO (indium-tin oxide ;氧化銦錫）填入第二開口47内， 至此完成TFT陣列製程，得到第2i圖所示之TFT陣列。此 TFT陣列可與一前透明基板（如彩色濾光片基板）和液晶組 合在一起，而構成TFT-LCD面板。 以下測試本發明清洗方法（使用〇3和叮）和傳統上只使 用臭氧（〇3)之清洗方法，對於矽晶圓上各種金屬去除率的 比較。將矽晶圓浸泡在2〇 ppm的各種金屬離子溶液中，烘 乾’使得金屬離子的濃度約為1 〇i3 at〇m/cm2。將表面有金 屬離子之石夕晶圓分別進行本發明之清洗方法和傳統清洗方
0632-8697TWF(nl);AU9ll49;Cathy Wan.ptd 200411726
法後’再測金屬離子濃度，得到各種金屬的去除率社 如第3圖所示。由第3圖可見，使用本發明之清洗方法結^ 於各種金屬的去除率都比使用傳統方法為好。 ’ 上述所得第2i圖之TFT包括NTFT和PTFT。依據類似的 方法’以傳統清洗方法（只用HF清洗）製作出NTFT和PTFT。 表1和表2分別為本發明清洗方法和傳統清洗方法所製得 NTFT和PTFT之電性數據，第4a和4b圖則分別顯示本發明清 洗方法和傳統清洗方法所製得NTFT和PTFT之Id-Vg圖。 表1 NTFT之電性數據 傳統清洗方法 (只用HF清洗） 本發明清洗方法 Vt(V) 1.8 2.5 Ufe(cm2/V-s) 6S 120 SS(mVZdecade) 0.54 0.44 表2 PTFT之電性數據 傳统清洗方法 (只用HF清洗） 本發明清洗方法 Vt(V) -5.5 -2.27 Ufe(cm2/V-s) 55 96 SS(mVZdecade) 0.5 0.4
Vt:臨界電壓（threshold voltage)
0632-8697TWF(nl);AU91149;Cathy Wan.ptd 第10頁 200411726 五、發明說明（8)
Ufe:場效遷移率（field effect mobility) SS:次臨界擺幅（subthreshold swing) 由表1、表2、第4a圖、和第4b圖可見，使用本發明之 清洗方法所得之TFT具有良好的電性，且電子遷移率較高 〇 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限制本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可做更動與潤飾，因此本發明之保護範圍 當以後附之申請專利範圍所界定者為準。
0632.8697TWF(nl);AU91149;Cathy Wan.ptd 200411726 圖式簡單說明 第1圖顯示依據本發明較佳實施例製造複晶石夕TFT製程 中，對於非晶矽層之清洗方法的流程圖。 第2a至2i圖顯示依據本發明較佳實施例製造上閘極式 (top_gate)複晶矽TFT陣列的製程剖面圓。 第3圖顯示使用本發明清洗方法和傳統清洗方法對於 碎晶圓上各種金屬離子之去除率的比較。 第4a和4b圖分別顯示使用本發明清洗方法和傳統清洗 方法所得NTFT和PTFT之Id - Vg圖。 標號之說明 10〜基板， 12〜緩衝絕緣層， 20〜非晶矽層， 22、24〜複晶石夕層， PR1、PR2、PR3〜光阻圖案， 3 2〜η型源/汲極區， 34〜輕摻雜汲極區（LDD)， 3 6〜ρ型源/沒極區， 4 0〜閘極介電層， 42〜層間介電層， 43〜第一開口， 4 6〜鈍化層， 47〜第二開口， 5 0〜閘極層， 5 2〜源/>及極電極，
200411726 圖式簡單說明 60〜畫素電極。 I圓 0632-8697TW(nl);AU91149;Cathy Wan.ptd 第 13 頁
Claims (1)
- 200411726 申請專利範圍 1 · 一種清洗矽之表面的方法，其包括·· 使用氧化劑溶液第一次清洗矽表面； 以HF蒸氣或液體清洗矽表面； & &、氫氣水或去離子水配合超音波（megasoni c)清、I π 表面；以及 ’贫洗矽 使用氧化劑溶液第二次清洗矽表面。 # t β如申清專利範圍第1項所述之清洗矽之表面@ ’其中該發為單晶碎晶圓，非晶#，或複晶珍。的方法 3·如申請專利範圍第1項所述之清洗矽 ，其中該矽為非晶矽。 7乏表面的方法 4·如申請專利範圍第1項所述之清洗矽之表 ,其中該矽為複晶矽。 7《表面的方法 面的方法 面的方法 面的方法 5·如申請專利範圍第1項所述之清洗矽之表 ，其中該氧化劑溶液為含臭氧之水溶液。 6 ·如申明專利祀圍第5項所述之清洗梦之表 ，其中該含臭氧之水溶液的濃度為丨5至3〇 ppm。 7·如申請專利範圍第1項所述之清洗矽之 ’其中該氧化劑溶液為雙氧水。 8.如申請專利範圍第丨項所述之清洗矽之 ，其中該氧化劑溶液包括15至3〇 ppm的HC1入表面的方法 9·如申請專利範圍第1項所述之清洗碎 ，其中該HF蒸氣或液體之濃度為〇5至2重量％。表面的方法 10.如申請專利範圍第丨項所述之清洗石^ 法，其中該氫氣水或去離子水包括一驗性成份之。表面的方200411726 六、申請專利範圍 --〜^ 、Π.如申請專利範圍第1 〇項所述之清洗矽之 法，其中該鹼性成份為氨水（Njj4〇H)。 面的方 12· 一種製造薄膜電晶體的方法，其包括： 在一基板上形成一非晶矽層作為主動層； 對於該非晶矽層之表面進行清洗，該清洗步驟~ 使用氧化劑溶液第一次清洗該非晶矽層表^ · · 以HF蒸氣或液體清洗非晶矽層表面； ’ 以氫亂水或去離子水配合超音波清洗非 面；以及 y增表 使用氧化劑溶液第二次清洗非晶矽層表面；以 形成一閘極介電層、閘極、源極區、和汲極區。及 13·如申請專利範圍第1 2項所述之製造薄膜電晶體 方法’在使用氧化劑溶液進行第二次清洗之後，更^括r 下步驟：使該非晶矽層結晶化，而形成一複晶矽層 = 動層。 #馮主 14·如申请專利範圍第12項所述之製造薄膜電晶體的 方法’其中該薄膜電晶體為上閘極式（top-gate)。 、 15·如申請專利範圍第12項所述之製造薄膜電晶體的 方法’其中該薄膜電晶體為下閘極式（bottom-gate)。、 16·如申請專利範圍第1 2項所述之製造薄膜電晶體的 方法’其中該氧化劑溶液為含臭氧之水溶液。 17·如申請專利範圍第1 6項所述之製造薄膜電晶體的 方法’其中該含臭氧之水溶液的濃度為15至30 ppm。 18·如申請專利範圍第丨2項所述之製造薄膜電晶體的200411726方法 方法 方法 方法 方法 方法 六、申請專利範圍 ，其中該氧化劑溶液為雙氧水。 19·如申請專利範圍第12項所述之製造薄膜電晶體的 ，其中該氧化劑溶液包括15至30 ppm的HC1❶ 20·如申請專利範圍第12項所述之製造薄膜電晶體的 ，其中該HF蒸氣或液體之濃度為〇· 5至2重量％ ^ 21·如申請專利範圍第12項所述之製造薄嫉電晶體的 ，其中該氫氣水或去離子水包括一鹼性成份。0雜的 22·如申請專利範圍第21項所述之製造薄腺電00 ，其中該驗性成份為氨水（Njjojj)。 0雜的 23.如申請專利範圍第12項所述之 薄膦^舞。 ’其中該方法可應用於製作薄膜電晶雜浪晶麟/
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