TWI316758B - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Description

1316758 玖、發明說明 本發明相關於一種製造絕緣閘場效應電晶體的方法 特別是本發明相關於一種製造能夠被應用到具有鬧重聲^ 構的薄膜電晶體（TFT)的半導體裝置的方法。 【先前技術】 使用液晶的顯示器已在以液晶顯示TV爲代表的2〇 英寸或更大的螢幕中投入實際應用。最近幾年，實現了集 成有包含其中用多晶矽膜作爲主動層的TFT的驅動電路 的的液晶顯示裝置。 但是，存在一個問題，即使用多晶矽膜的TFT導致 漏結耐壓性降低。這導致結汲極電流（此後稱爲〇 F F -汲 極電流）增加。已經知道輕摻雜區（LDD )對減少〇FF_ 汲極電流是有效的。 所指出的問題是在汲極區附近産生高電場，因此熱載 子被LDD區的閘絕緣膜俘獲，並因此使裝置參數如起始 値大大減小。在 JP200 1 -294787中公開了其中閘電極與 LDD區重疊以防止熱載子的退化的TFT。閘重疊LDD結 構TFT與普通LDD結構TFT相比具有較高的電流驅動能 力，並且藉由有效平抑汲極區附近的高電場來抑制由於熱 載子導致的退化。 但是，根據上述公報中公開的閘重疊LDD結構TFT ，一用於形成LDD區的雜質區在半導體層上形成’然後 在其上形成閘電極與LDD區重疊。該製造方法不能根據 1316758 最小化設計原則精確調節與閘電極重疊的部分。 另一方面，在JP2002- 1 4337中公開了以自對準方式 製造閘重疊LDD結構TFT的較佳實例。公報中所公開的 技術是至少層疊兩層的導電層進行一次曝光和多次摻雜， 然後，形成具有不同厚度和形狀的上層和下層，然後在其 上進行離子摻雜。結果’與閘電極重疊的LDD區可以自 對準方式形成。 爲了最大程度發揮與閘電極重疊的LDD區作爲抗熱 載子導致的退化的手段的函數，有必要根據TFT的驅動 電壓優化LDD長度（用作通道長度的長度）。即存在一 個有效平抑汲極區附近商電場的最佳長度。 上述公報中公開的技術分兩步：在第一步中，對兩個 層疊導電層進行蝕刻形成錐形；在第二步中，只對錐形層 疊導電層的上層進行選擇性各向異性蝕刻，並且可藉由控 制圓錐角調節LDD長度。 【發明內容】 爲了根據遮罩圖案既飩刻閘電極又蝕刻膜的邊緣部分 或膜的側壁部分，藉由幹刻修整遮罩圖案的寬度來進行飩 刻。爲此目的，蝕刻氣體種類的選擇、偏壓的調節，以及 遮罩圖案和膜的材料的選擇比是至關重要的。 在習知的使用具有至少兩層層疊結構的閘電極的技術 中，爲了調節LDD長度，在閘電極處理過程中，必須減 少圓錐角（相對基底表面的角度）。爲此目的，必須大幅 -5- 1316758 修整遮罩圖案。遮罩圖案應該留有厚度餘量，因爲它將被 調整。适導致一'個問題即不能形成微觀遮罩圖案。 對於有關鈾刻處理的選擇比的問題，需考慮蝕刻氣體 和主體間的關係。顯示裝置的面積、信號延遲問題應該隨 同螢幕尺寸的增加一倂解決。必需使用以鋁爲代表的低電 阻率材料。具體而言，對於大約20英寸的螢幕，薄層電 阻至多爲0.2Ω/。 爲了在10〜20V電壓下驅動具有1〇 μιη長的通道部分 的TFT ’ LDD區至少需要至少ΐμιη長（較佳1.5μιη)長（ 與閘電極重疊的長度）。在此情況下，根據上述習知技術 ，厚0·5μιη的鋁膜必需形成約20°的圓錐角。但是，由於 鋁難於進行圓錐角加工，因此不能藉由幹刻形成小的圓錐 角。 考慮到前述原因，本發明的一個目的是提供一種TFT 的製造方法’藉由該方法，爲設計以自對準方式形成的與 閘電極重疊的LDD帶來了靈活性，特別是可具有可重複 性地形成抗熱載子的T F T。 申請人已經考慮了與閘電極重疊的LDD的長度（此 後爲方便起見稱爲Lov)，如下所述，該長度是減少熱載 子引發的薄膜電晶體（TFT )退化所必需的。 首先，當相對於TFT退化的Lov爲預定値時，將直 到最大場效應遷移率減少1 0 %的時間定義爲使用壽命，如 圖11所示’從在半對數座標圖上繪製汲極電壓的倒數獲 得的線性關係推導出壽命爲十年的電壓作爲十年保證電壓 -6- 1316758 。例如，在圖11中，具有1.0μιη長度Lov的TFT十年保 證電壓爲 16V。圖 12 是當 Lov 爲 0·5μιη、0·78μηχ、Ι.Ομιη 、1.5 μπι和1.7 μηι時如此獲得的保證電壓估算値標記圖。 圖12也表示汲極電壓爲20小時保證電壓，在該電壓處， 在偏壓應力實驗中直到TFT的ON-狀態電流變化10%的時 間爲2 0小時。 對於低驅動電壓，熱載子引發的退化不是很明顯，但 是，對於1 0V或1 0V以上的驅動電壓，則不能忽略熱載 子引發的退化。圖12清楚地表明當驅動電壓爲16V時， Lov必須爲Ιμηι，並且較佳爲1·5μιη或1.5μιη以上。 爲了滿足上述要求，本發明提供一種用於生産半導體 裝置的製程，藉由該製程，以自對準方式形成與閘電極重 疊的LDD，其中閘電極由包含多個導電層地疊層結構形 成’該疊層結構被加工成沿下部第一導電層的通道長度的 寬度大於第二導電層的，並且閘電極在形成LDD的離子 摻雜過程中被用作遮罩。此時，結合幹刻將用於形成閘電 極的遮罩圖案加工成最合適的形狀，從而使與閘電極重疊 的LDD(Lov)爲Ιμπι或Ιμιη以上，並且較佳爲1·5μηι 或1 . 5 μ m以上。 根據本發明的製程包含的步驟有：在半導體層上形成 包含下部第一導電層和上部第二導電層的疊層結構，其間 夾有閘絕緣膜；在疊層結構上形成遮罩圖案；藉由蝕刻第 一導電層和弟一導電層形成具有錐形邊緣的第一導電層圖 案；使殘留在第一導電層圖案上的遮罩圖案的邊緣後退； 1316758 並根據遮罩圖案藉由選擇性蝕刻第一導電層圖案中的第二 導電層形成第二導電層圖案。由此形成第二導電層圖案， 其中沿下部第一導電層的通道長度的寬度大於上部第二導 電層的。第一導電層的凸出長度可爲Ιμιη或Ιμιη以上， 它被用作遮護被電場加速的離子的遮罩，從而可形成與第 二導電層圖案重疊的LDD區。換言之，可藉由自對準形 成LDD區。當然，第二導電層圖案可用作閘電極。 在上述佈置中，較佳第一導電層由鎢構成，而第二導 電層由鋁或以鋁爲主要成分的金屬構成。較佳遮罩圖案的 邊緣藉由氧電漿處理而後退。 根據本發明的製程包含的步驟有：藉由依次澱積第一 導電層、第二導電層和第三導電層在半導體上形成疊層結 構，其間夾有閘絕緣膜；其上形成遮罩圖案；形成具有錐 形邊緣的第一導電層圖案：使殘留在第一導電層圖案上的 遮罩圖案的邊緣後退；並根據遮罩圖案藉由選擇性蝕刻第 一導電層圖案中的第三導電層和第二導電層形成第二導電 層圖案。因而形成第二導電層圖案，其中沿下部第一導電 層的通道長度的寬度大於上部第二導電層的。第一導電層 的凸出長度可爲Ιμπι或Ιμιη以上，它被用作遮護被電場 加速的離子的遮罩，從而可形成與第二導電層圖案重疊的 LDD區。換言之，可藉由自對準形成LDD區。當然，第 二導電層圖案可用作閘電極。 在上述佈置中，較佳第一導電層由鎢構成，第二導電 層由鋁或以鋁爲主要成分的合金或化合物構成，而第三導 -8- 1316758 電層由氮化鈦構成。較佳遮罩圖案的邊緣藉由氧電漿處理 而後退。 根據本發明的製程包含的步驟有：在半導體層上形成 包含下部第一導電層和上部第二導電層的疊層結構，其間 夾有閘絕緣膜；在疊層結構上形成遮罩圖案；進行電漿處 理以減少遮罩圖案邊緣的圓錐角；藉由使用遮罩圖案來蝕 刻疊層結構中的第二導電層和第一導電層，形成具有錐形 邊緣的第一導電層圖案；並藉由選擇性蝕刻第一導電層圖 案中的第二導電層形成第二導電層圖案。由此形成第二導 電層圖案，其中沿下部第一導電層的通道長度的寬度大於 上部第二導電層的。第一導電層的實出長度可爲Ιμιη或 Ιμπι以上，它被用作遮護被電場加速的離子的遮罩，從而 可形成與第二導電層圖案重疊的LDD區。換言之’可藉 由自對準形成LDD區。當然，第二導電層圖案可用作閘 電極。 在上述佈置中，較佳第一導電層由鎢構成，而第二導 電層由鋁或以鋁爲主要成分的金屬構成。較佳遮罩圖案的 邊緣藉由氧電漿處理而後退。 根據本發明的製程包含的步驟有：藉由依次澱積第一 導電層、第二導電層和第三導電層在半導體層上形成疊層 結構，其間夾有閘絕緣膜；在其上形成遮罩圖案； 漿處理以蝕刻第三導電層並減少遮罩圖案邊緣的圓錐胃； 藉由使用遮罩蝕刻疊層結構的第二導電層和第一導_胃’ 形成具有錐形邊緣的第一導電層圖案；藉由選擇性鈾刻第 -9- 1316758 一導電層圖案中的第二導電層形成第二導電層圖案。由此 形成第二導電層圖案’其中沿下部第一導電層的通道長度 的寬度大於上部第二導電層的。第一導電層的凸出長度可 爲Ιμιη或Ιμιη以上’它被用作遮護被電場加速的離子的 遮罩，從而可形成與第二導電層圖案重疊的LDD區。換 言之，可藉由自對準形成LDD區。當然，第二導電層圖 案可用作閘電極。 在上述佈置中，較佳第一導電層由鎢構成，第二導電 層由鋁或以鋁爲主要成分的合金或化合物構成，而第三導 電層由氮化鈦構成。較佳藉由使用氟基氣體的電漿處理減 少遮罩圖案的寬度。 在包含多個導電層的疊層結構中形成閘電極從而使沿 第一導電層的通道長度方向的寬度大於第二導電層的過程 中，在錐形蝕刻製程和各向異性蝕刻製程之間提供使遮罩 圖案後退成窄形的步驟，從而沿第一導電層的通道的長度 可爲Ιμηι或Ιμιη以上。在離子摻雜過程中用閘電極作遮 罩可使與閘電極重疊的LDD區的長度爲Ιμιη或ΐμπι以上 ，並增加TFT抵抗熱載子引發的退化的壽命。 本發明可被應用到用於生産包含在單晶半導體基底上 形成的MOS電晶體的各種半導體裝置的製程中，只要它 們是具有與閘電極重疊的LDD結構的電晶體。 【實施方式】 以下將參考圖式具體描述本發明的實施例。應該明白 -10- 1316758 本發明不限於下列實施例，並且在不背離本發明宗旨和範 圍的情況下可作各種更改。所有下列實施例中相同元件用 相同參考標號表示。 [第一實施例] 本實施例中將描述一種製程，其中閘電極被用作離子 摻雜過程中的遮罩，與閘電極重疊的LDD ( Lov )藉由自 對準形成，並且Lov的長度可爲Ιμπι或Ιμιη以上。更具 體地，第一導電層圖案形成後，殘留於其上的遮罩圖案的 邊緣被後退，且第一導電層圖案中的第二導電層被依次根 據遮罩圖案選擇性蝕刻以形成第二導電層圖案。 參考圖1Α，在玻璃基底100上形成第一絕緣膜（基 底膜）101、半導體層102和第二絕緣膜（閘絕緣膜）103 ，其上形成第一導電層104、第二導電層105和第三導電 層106。遮罩圖案107藉由光刻處理由光致抗蝕劑形成。 第一導電層104由厚30〜50nm的高熔點金屬形成， 如鎢（W )、鉻（Cr )、钽（Ta)、鈦（Ti )和鉬（Mo ) 。第二導電層105由厚3 00〜6 OOnm的鋁或以鋁爲主要成 分的合金或化合物構成（典型地，具有鋁和0.1〜5wt%的 一種或多種選自欽、砂、銃和鈮的成分的合金或化合物） 。這是爲了增加銘的熱穩定性防止錯尖峰（aluminium spike)的出現" 第三導電層106由高熔點金屬如鎢（W)、鉻（Cr) 和鈦（Ti)或它們的氮化物形成。提供第三導電層106用 -11 - 1316758 於改善以鋁爲主要成分的疊層結構的熱阻並且它不是本發 明的基本組成。與作爲第一導電層的鎢結合簡化了選擇處 理，這是由於可用和用於鋁的相同蝕刻氣體來處理氮化鈦 〇 其次參考圖1B，藉由幹刻蝕刻第二導電層105和第 三導電層106。三氯化硼（BC13 )、氯（Cl2 )和四氟化碳 (CF4 )混合氣體被用作蝕刻氣體。爲增加蝕刻速率，幹 刻設備使用高密度電漿源，如電子迴旋諧振器（ECR )或 感應耦合電漿（ICP)。爲了根據遮罩圖案加工錐形的邊 緣或側壁，在基底一側施加負偏壓。 藉由被電場加速的離子濺射光致抗蝕劑遮罩圖案107 ，從而使反應副産物粘附到工件的側壁。這也被稱爲側壁 保護膜。以鋁爲主要成分的第二導電層105在該製程步驟 中被加工成錐形的原因是去除側壁保護膜。更具體地，如 圖3A所示，當錐形第二導電層105被其後各向異性蝕刻 時，反應副産物很難澱積在側壁，從而它可以被無殘留地 蝕刻以形成第二導電層圖案105’，如圖3B中所示。另一 方面，如圖4A所示，當第二導電層1〇5的側壁基本上是 垂直的的時候，蝕刻過程中反應副産物澱積，因此，當其 後它被各向異性蝕刻時，反應副産物仍然導致畸形，如圖 4B所示。換言之，當在本製程步驟中，至少第二導電層 105被加工成錐形時，可去除側壁保護膜。 然後參考圖1C，將蝕刻氣體變成CF4、Cl2和氧（02 )的混合氣體來蝕刻作爲第一導電層104的鎢。當然，雖 -12- 1316758 然所有的導電層可同時蝕刻，考慮到蝕刻速率的變化，厚 的第二導電層1 05的蝕刻時間必須設定得更長。在這種情 況下，當基底膜由氧化矽構成時，它被蝕刻得相當薄。因 此爲防止這種現象，進行兩階段蝕刻。 這樣，如圖1C所示，在第二絕緣膜103上形成由第 一導電層104’、第二導電層105’和第三導電層106’構成 的第一導電層圖案108。第一導電層圖案108的錐形邊緣 和基底100形成的角度被設定爲10〜20度。角度主要根 據和第二導電層1 05 ’的膜厚的關係確定，但是，錐形部 分的長度被設定到約0.5〜1.5 μιη。 其後，藉由氧電漿處理使光致抗蝕劑遮罩圖案107的 邊緣後退。作爲遮罩圖案107組成部分的光致抗蝕劑藉由 氧電漿處理被蝕刻整體以減少。圖案後退寬度可根據處理 時間任意確定。Lov長度基本上可根據後退寬度確定（參 考圖1 D )。 用BC13和Cl2混合氣體作蝕刻氣體，根據遮罩圖案 107’選擇性蝕刻第二導電層1〇5’和第三導電層106’。在 此情況下，施加到基底側的偏壓被減小，由此留下第一導 電層104’。第二導電層1〇5’的邊緣從第一導電層104’向 內後退’並且正如後面將要描述的，Lov的長度根據後退 寬度確定。以此方式，形成由第一導電層104’、第二導 電層105’’和第三導電層1〇6，’構成的第二導電層圖案109 ，它在與半導體層102交叉的部分用作閘電極（參見圖 1E )。 -13- 1316758 添加一種導電類型雜質到第二絕緣膜103中，即可使 用第二導電層圖案109藉由自對準形成LDD或源極區汲 極區。圖2A表示用於形成與閘電極重疊的LDD的摻雜製 程，其中一種導電類型雜質的離子穿過第一導電層104’ ，並被添加到其下的半導體層102中形成第一濃度單導電 型雜質區110。在此情況下，根據第二絕緣膜103和第一 導電層104’的膜厚要求50kV或50kV以上的加速電壓。 在LDD情況下，第一濃度單導電類型雜質區110中的雜 質濃度被設定爲lxlO16〜5xl018/cm3 (峰値）。 在用於形成源極區/汲極區的摻雜製程中，第二導電 層圖案109被用作遮護離子的遮罩，並且在第一濃度單導 電類型雜質區110的外面形成第二濃度單導電類型雜質區 1 1 1。在此情況下，加速電壓被設定在30kV或30kV以下 。第二濃度單導電類型雜質區111中的雜質濃度被設定在 lxlO19 〜5xl021/cm3 (峰値）。 然後，形成由氮化矽構成的第三絕緣膜1 1 2、由低介 電性有機化合物材料構成的第四絕緣膜1 1 3和佈線1 1 4。 如上所述，根據本實施例，在離子摻雜過程中，具有 與閘電極重疊且其長度爲Ιμηι或Ιμιη以上的LDD(Lov )的TFT可用閘電極作遮罩藉由自對準形成。由於與閘 電極重疊的LDD區的長度爲Ιμιη或Ιμιη以上，可增加 TFT壽命抵抗熱載子引發的退化。 [第二實施例] -14- 1316758 在本實施例中，將描述一種製程，其中在離子摻雜過 程中，閘電極被用作遮罩，與閘電極重疊的LDD ( Lov ) 藉由自對準形成’並且它的長度可以是ipm或ΐμ111以上 。更具體地，在疊層結構上形成遮罩圖案用於形成閘電極 ，對遮罩圖案進行電漿處理以減小其邊緣的圓錐角，使用 遮罩圖案鈾刻疊層結構形成具有錐形邊緣的第一導電層， 並選擇性蝕刻第一導電層圖案中的第二導電層形成第二導 電層圖案。 首先，如圖1Α中的第一實施例，在基底100上形成 第一絕緣膜1〇1、半導體層1〇2、第二絕緣膜1〇3、第一 導電層104、第二導電層105、第三導電層106和遮罩圖 案107 (參考圖5Α )。 其次，藉由電漿處理減小遮罩圖案107邊緣的圓錐角 。同時，減少第三導電層106。可適用的蝕刻氣體爲氟基 氣體，如六氟化硫（SF6)和三氟化氮（NF3)。 圓錐角是基底100的表面和遮罩圖案107的側壁形成 的角度，或由遮罩圖案107和其下面一層的表面形成的角 度。電漿處理後的圓錐角相對於遮罩圖案1〇7初始狀 態的圓錐角α 1可被減小。更具體地，抗蝕劑被氟基氣體 蝕刻，從而邊緣後退，並且圓錐角也被減小。此時，遮罩 圖案1 07較佳被加工成一定程度的錐形，而非初始矩形橫 截面’這是因爲後退量司;被增加。圖5Β表示電漿處理後 的遮罩圖案107’和第三導電層106’。 然後’參考圖5C，藉由幹刻蝕刻第二導電層丨05和 1316758 第三導電層106，。用BCI3、Ch和CF4的混合氣體作蝕刻 氣體。爲了根據遮罩圖案107,將邊緣或側壁加工成錐形 ’在基底側施加一個負偏壓。在前面製程步驟中減小遮罩 圖案107’邊緣的圓錐角增加了遮罩圖案1〇7,的後退量， 並減小了要藉由蝕刻製程鈾刻的第二導電層1 0 5的側壁的 圓維角。 然後，參考圖5D，將蝕刻氣體變成CF4、Cl2和02， 蝕刻作爲第一導電層104的鎢。這樣，在第二絕緣膜1〇3 上形成由第一導電層104’、第二導電層1〇5,和第三導電 層1〇6’形成的第一導電層圖案108。由第一導電層圖案 的錐形邊緣和基底1〇〇的表面形成的角度被設定到1〇 〜20度。角度主要根據和第二導電層1〇5’的膜厚的關係 確定，但是，錐形部分的長度被設定到約0.5〜Ιμιη。 用BC13和Cl2作鈾刻氣體，根據遮罩圖案107’選擇 性蝕刻第二導電層105’和第三導電層106’。在此情況下 ，施加到基底側的偏壓被減小，由此留下第一導電層 104’。第二導電層1〇5’的邊緣從第一導電層104’向內後 退，並且正如後面將要描述的，Lov的長度根據後退寬度 確定。以此方式，形成由第一導電層104’、第二導電層 105’’和第三導電層1〇6，，，構成的第二導電層圖案1〇9，它 在與半導體層102交叉的部分用作閘電極（參考圖5E) 〇 此後，根據圖2A〜2C所示工序’像在第一實施例中 一樣，與閘電極重疊的LDD (Lov)藉由自對準被形成’ 1316758 並且Lov長度爲Ιμπα或Ιμιη以上的TFT被形成。 由於與閘電極重疊的LDD區的長度可以是Ιμπι或 上，可增加TFT的壽命抵抗熱載子引發的退化。 [實例] [實例1] 將描述根據第一實施例的工序形成閘電極的實 參考圖1A〜1E描述本實例。 首先，在鋁矽酸鹽玻璃基底上藉由電漿化學氣 (CVD)形成由厚150nm的氮氧化矽膜形成的第一 101。半導體層102由結晶矽膜構成，藉由鐳射退 使厚50nm的非晶矽膜結晶化以便被分成島狀而得 矽膜。第二絕緣膜103由厚1 15nm的氮氧化矽膜 藉由電漿CVD，使用甲矽烷（SiH4)和氧化二氮I 作爲源氣體獲得氮氧化矽膜。形成厚3 Onm的由鎢 第一導電層104，形成厚5 OOnm的由含矽的鋁構成 導電層105，以及形成厚20nm的由氮化鈦構成的 電層106。遮罩圖案107由厚1.5 μπχ的正性光致抗 成。遮罩圖案107的寬度可適當設置，但是，在本 ，使用寬度爲4.5μιη和ΙΟμπι的遮罩圖案進行光刻 參考圖1 A )。 其次，藉由幹刻蝕刻第二導電層（含矽的鋁） 第三導電層（氮化鈦）106。爲了蝕刻，使用ICP 備。圖6表示ICP蝕刻設備的結構。用於蝕刻的氣 結果， 1 μηι 以 例。將 相沈積 絕緣膜 火處理 到結晶 形成， ν2ο ) 構成的 的第二 第三導 蝕劑構 實例中 處理（ 105和 鈾刻設 體供給 1316758 構件803和用於維持反應室801處於減壓狀態下的排氣構 件804被連接到反應室801。電漿發生構件包含藉由石英 片感應耦合到反應室801的螺旋線圈802，和射頻（ 13.56MHz)供電構件 805。藉由射頻（13.56MHz)供電 構件806施加偏壓到基底側，以在其上有基底的樣品台 8 07上産生自偏壓。蝕刻製程的主要參數是要提供的蝕刻 氣體的類型、由射頻（13.56MHz )供電構件806和807 提供的射頻功率，以及蝕刻氣壓。 參考圖1B，用BC13、Cl2和CF4的混合氣體作蝕刻氣 體。蝕刻壓力設定在〇.7Pa，並提供800W的功率用於發 生電漿，和500W的功率用於給基底施加偏壓。然後參考 圖1C，將蝕刻氣體變成CF4、Cl2和〇2 ’蝕刻作爲第一導 電層104的鎢。蝕刻條件爲鈾刻壓力l.〇Pa，500W的功 率用於發生電漿，和20W的功率用於偏壓基底。這樣’ 可形成第一導電層圖案108。 然後藉由氧電漿處理使光致抗鈾劑遮罩圖案107的邊 緣後退。在氧電漿處理中’類似地使用ICP蝕刻設備’其 中提供8〇SCCm的〇2,以及提供450W的功率用於發生電 漿，和ioow的功率用於偏壓基底’在i·21*3處理壓力下 保持30秒。藉由氧電漿處理形成的光致抗蝕劑遮罩圖案 107的寬度和膜厚被減小（參考圖1D) ° 隨後，用B C13和C12的混合氣體作蝕刻氣體進行各 向異性鈾刻，主要加工第二導電層1 〇 5 ’。加工時’在 1.2Pa蝕刻壓力下’提供500W的功率用於發生電漿’和 1316758 100W的功率用於偏壓基底。第二導電層105,的邊緣由第 —導電層104 ’向內後退。這樣，形成了第二導電層圖案 109，它在與半導體層1〇2相交的部分作爲閘電極。從第 —導電層1〇4’的邊緣的後退寬度可以是ι〜2μιη。參考圖 8，後退寬度d決定Lov長度。表1表不在類似本實施例 的製程中’根據是否已進行氧電漿處理的後退寬度d的對 比。
[表1] 單位 ：μιη 遮罩圖案寬度 進行氧等離子體 處理 未進行氧等離子體 處理 4.5 1.288 0.573 10.0 1.713 0.743 正如表1清楚所示，當進行氧電漿處理時，根據遮罩 的圖案寬度，後退寬度d變成1.2〜1.7μπι;另一方面，當 不進行氧電漿處理時，後退寬度d小到0.5〜0.7μιη。 圖9表示已實施氧電漿處理時典型的掃描電子顯微鏡 (SEM)影像，它表示了鎢層、鋁層和抗蝕劑遮罩從下面 被澱積的一種狀態。所述圖表示從傾斜方向觀察到的 SEM影像，並且鋁層的後退寬度或鎢層的凸出寬度估計 約爲1 . 5 μ m。 在蝕刻製程的最後階段’遮罩圖案的厚度變成約爲初 -19- 1316758 始階段的十分之一。但是’後退寬度可考慮抗蝕劑的膜厚 及氧電漿處理自由設定。換言之’具有與閘電極重疊的 LDD的TFT (閘重疊型TFT )的Lov長度可自由設定。 之後，藉由離子摻雜在5 OkV的加速電壓下，添加濃 度爲lxlO16〜5xl018/cm3 (峰値）的磷或硼到包含LDD的 第一濃度單導電類型雜質區11〇(參考圖2A)。 在形成源極區/汲極區的摻雜製程中，使用第二導電 層圖案109作遮護離子的遮罩，在第一濃度單導電類型雜 質區110的外側上形成第二濃度單導電類型雜質區111。 在這樣一種情況下，磷或硼的濃度設定爲在1 OkV的加速 電壓下在lxl〇19〜5xl021/cm3 (峰値）（參考圖2B)。 之後，藉由電漿CVD形成厚度100nm的含氫氮氧化 矽膜，並形成厚1 μιη的光敏或非光敏丙烯酸或聚酰亞胺 樹脂，由此形成第四絕緣膜1 1 3。另外，必要時形成佈線 1 1 4 〇 這樣，可藉由自對準形成與閘電極重疊的LDD( Lov )，而且也可形成Lov長度爲Ιμπι或Ιμιη以上的TFT。 [實例2] 將描述根據第二實施例的工序生産閘電極的實例。將 參考圖5A〜5E討論本實例。 首先，如實例1，在玻璃基底1 〇 〇上形成由氮氧化矽 膜形成的第一絕緣膜101、由結晶矽膜構成的半導體層 102、由氮氧化矽膜形成的第二絕緣膜103、第一導電層 -20- 1316758 104(鎢）、第二導電層1〇5(含矽鋁）、第三導電層l〇6 (氮化鈦）和遮罩圖案107 (參考圖5A) ° 其次，藉由電漿處理進行減小遮罩圖案107邊緣的圓 錐角的製程。同時’減少第三導電層1〇6°電浆處理使用 SF6。在1.9Pa處理壓力下，提供5〇〇W的功率用於發生電 漿，和300W的功率用於偏壓基底。該製程使第二導電層 1 06被蝕刻，並且也使遮罩圖案1 07被触刻’由此減小邊 緣的圓錐角（參考圖5B) ° 然後，進行錐形蝕刻，目的在於蝕刻包含在第二導電 層105中的鋁。用BC13、Cl2和CF4的混合氣體作蝕刻氣 體。在0.7Pa蝕刻壓力下，提供80 0W的功率用於發生電 漿，和500W的功率用於使基底偏壓（參考圖5C)。 然後，將蝕刻氣體變成CF4、Cl2和〇2，鈾刻作爲第 一導電層104的鎢。鈾刻條件爲蝕刻壓力l.OPa’ 500W 的功率用於發生電漿’和20W的功率用於使基底偏壓。 這樣，可形成第一導電層圖案108(參考圖5D)。 隨後，用BC13和Cl2的混合氣體作蝕刻氣體進行各 向異性飩刻，主要加工第二導電層105’。在1.2Pa蝕刻壓 力下，提供500W的功率用於發生電漿，和100W的功率 用於偏壓基底。第二導電層105’的邊緣從第一導電層 104’向內後退（參考圖5E)。 這樣，形成了第二導電層圖案109，它在與半導體層 102相交的部分用作閘電極。從第一導電層104’的邊緣的 後退寬度可以是1〜2μιη。表2表示在類似實施例的製程 -21 - 1316758 中，根據是否已進行氧電漿處理，後退寬度d的對比。 [表2] 單位：μηι 遮罩圖案寬度 進行等離子體處理 未進行等離子體處理 4.5 1.038 0.573 10.0 1.203 0.743 正如表2清楚所示，當進行氧電漿處理時，根據遮罩 的圖案寬度，後退寬度 d增加約 〇.45μιη，變成1.0〜 1_2μιη;另一方面，當不進行氧電漿處理時，後退寬度d 小到0.5〜0.7 μ m。 圖10表示實施氧電漿處理時典型的掃描電子顯微鏡 影像，它從下面開始表示了鎢層、鋁層和抗蝕劑遮罩的疊 層結構。所述圖表示從傾斜方向觀察到的SEM影像，並 且鋁層的後退寬度或鎢層的突出寬度估計約爲1.5 μιη。 從此往後，可如同實例1中一樣形成閘重疊TFT。 [實例3] 本發明可應用到具有各種顯示幕的半導體裝置。特別 是本發明對顯示幕對角線爲20英寸或20英寸以上的大螢 幕半導體裝置是有用的。 圖14是具有安裝在機殼900中的顯示面板901的半 導體裝置的結構實例，它適用於電視接收機和電腦的監視 -22- 1316758 系統。機殻900包含電子線路板902和用於聲音再生的揚 聲器903’電子線路板902集成了放大器、射頻電路、以 及半導體記憶體和磁記憶體如用作記憶體的硬碟在半導體 積體電路中以完成影像顯示函數。 顯示面板901可以是主動矩陣像素電路9〇4、掃描線 驅動電路905和資料線驅動電路906結合的驅動器集成型 ’在主動矩陣像素電路904中使用根據本發明的閘重疊 TFT，TFT按矩陣排列。 圖13是表示主動矩陣像素電路904的主要佈局的圖 。在同一層中形成與半導體層301相交的閘電極302和資 料信號線3 0 3。更具體地，它由包含至少一個以鋁爲主要 成分的導電層的疊層結構形成，並且藉由根據實例1或2 的蝕刻製程形成閘電極和佈線圖案。以此方式，可形成 L〇v長度爲1 μηι或1 μιη以上的閘重疊TFT，並且可以減 少資料信號線的電阻。在它的上層上形成閘信號線3 〇4， 中間夾有層間絕緣膜，並且閘信號線3 04藉由接觸孔與閘 電極3 02接觸。當然，佈線可由鋁形成，從而減少佈線電 阻。在與閘信號線303相同的層中，可形成與資料信號線 3 03和半導體層301連接的佈線3 05。像素電極3 06由氧 化銦和氧化鈦的化合物氧化銦錫（ITO )構成。這種像素 的詳情在JP200 1 -3 1 33 97中公開。 實施例以半導體裝置爲例。但是，本發明不限於實施 例’而可被應用到其他各種半導體裝置中。例如，除導航 系統、聲音再生系統（如汽車音響系統和元件音響系統） -23- 1316758 '筆記本個人電腦、遊戲機、個人數位助理（如行動電腦 '蜂巢電話、可攜式遊戲機和電子書）、家用電器如冰箱 、洗衣機、電飯煲、固定電話、吸塵器和體溫計，以及鐵 路牆上標誌（Wall banner )和大面積資訊顯示器如火車站 和機場的到達和出發導引牌之外，它可被應用到各種領域 〇 雖然本發明的實施例已如上被描述，本領域專業技術 人員應該明白，在不背離本發明的宗旨和發明範圍的情況 下可作各種變化和修改。 如上所述，根據本發明，在包括多個導電層的疊層結 構中形成閘電極使得沿第一導電層通道長度方向的寬度大 於第二導電層的過程中，在錐形蝕刻製程和各向異性蝕刻 製程之間提供將遮罩圖案後退成長形的步驟，從而沿第一 導電層的通道的長度可以是Ιμπι或Ιμηι以上。在離子摻 雜過程中，閘電極用作遮罩可使與閘電極重疊的LDD區 的長度爲Ιμιη或Ιμιη以上，並增加TFT抵抗熱載子引發 的退化的壽命。 根據本發明，在離子摻雜過程中用閘電極作遮罩’藉 由自對準可形成具有與閘電極重疊且其長度爲ίμιη或 Ιμηι以上的LDD(Lov)TFT。由於與閘電極重疊的LDD 區的長度爲Ιμηι或Ιμιη以上，因此可增加TFT的壽命抵 抗熱載子引發的退化。 【圖式簡單說明】 -24- 1316758 圖1A〜1E是用於說明根據本發明生産半導體裝置的 製程的橫截面視圖； 圖2A〜2C是用於說明根據本發明生産半導體裝置的 製程的橫截面視圖； 圖3 A和3 B是用於說明藉由錐形蝕刻反應副産物去 除效應的示意圖； 圖4A和4B是用於說明不進行錐形蝕刻時反應副産 物效應的示意圖； 圖5A〜5E是用於說明根據本發明生産半導體裝置的 另一個製程的橫截面視圖； 圖6是用於說明感應耦合電漿（ICP )蝕刻設備的佈 置的示意圖； 圖7是用於說明遮罩圖案圓錐角變化的示意圖； 圖8是用於說明第二導電層的後退寬度d和閘重疊 TFT的Lov長度間關係的示意圖； 圖9是表示形成根據第一實施例蝕刻的導電層圖案形 狀的掃描電子顯微鏡（SEM)影像； 圖10是表示形成根據第二實施例蝕刻的導電層圖案 形狀的掃描電子顯微鏡（SEM)影像； 圖11是描繪在偏壓應力實驗中TFT估計壽命的Lov 的依從性的特徵圖； 圖12是表示保證電壓估計値的Lov依從性的曲線； 圖13是表示根據本發明的半導體裝置的主動矩陣像 素排列的頂視圖； -25- 1316758 圖14是半導體裝置的實例的示意圖。 主要元件對照表 100 基底 10 1 第一絕緣膜 102 半導體層 103 第二絕緣膜 104 第一導電層
105 第二導電層 106 第二導電層 107 遮罩圖案 108 第一導電層圖案 109 第二導電層圖案 110 第一濃度單導電類型雜質區 111 第二濃度單導電類型雜質區
112 第三絕緣膜 113 第四絕緣膜 1 14 佈線 301 半導體層 3 02 閘電極 3 03 資料信號線 304 閘信號線 3 05 佈線 3 0 6 像素電極 -26- 反應室 構件 排氣構件 供電構件 供電構件 供電構件 機殼 顯示面板 電子線路板 揚聲器 主動矩陣像素電路 掃描線驅動電路 資料線 -27-

Claims (1)

1316758 拾、申請專利範圍 1·—種半導體裝置的製造方法，包含： 在半導體層上形成包含下部第一導電層和上部第二導 電層的疊層，其間插入有閘絕緣膜； 在疊層上形成遮罩圖案； 藉由蝕刻第二導電層和第一導電層形成具有錐形邊緣 的第一導電層圖案； 在飩刻形成該第一導電層圖案之後，使殘留在第一導 電層圖案上的遮罩圖案的邊緣後退； 在使該遮罩圖案邊緣後退之後，根據後退之遮罩圖案 ，使用與用在使第一導電層圖案上殘留之遮罩圖案之邊緣 後退之處理步驟不同之處理步驟，藉由選擇性蝕刻第一導 電層圖案中的第二導電層，形成第二導電層圖案；以及 藉由使用第二導電層圖案中的第二導電層作爲遮罩來 遮護被電場加速的離子，在與第二導電層圖案中的第一導 電層重疊的半導體層的區域中形成LDD區。 2. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中第一導電層 由鎢構成，而第二導電層由鋁或以鋁爲主要成分的金屬構 成。 3. 根據申請專利範圍第1項的方法’其中藉由氧電漿 處理使殘留在第一導電層圖案上的遮罩圖案的邊緣後退。 4. 一種半導體裝置的製造方法，包含： 藉由依次澱積第一導電層、第二導電層和第三導電層 在半導體層上形成疊層’其間夾有閘絕緣膜； -28- 1316758 在疊層上形成遮罩圖案； 形成具有錐形邊緣的第一導電層圖案； 在蝕刻形成該第一導電層圖案之後，使殘留在第一導 電層圖案上的遮罩圖案的邊緣後退； 在使該遮罩圖案邊緣爲後退之後，根據後退之遮罩圖 案，使用與用在使第一導電層圖案上殘留之遮罩圖案之邊 緣後退之處理步驟不同之處理步驟，藉由選擇性蝕刻第一 導電層圖案中的第三導電層和第二導電層，形成第二導電 層圖案； 藉由使用第二導電層圖案中的第三導電層和第二導電 層作爲遮罩來遮護被電場加速的離子，在與第二導電層圖 案中的第一導電層重疊的半導體層的區域中形成LDD區 〇 5. 根據申請專利範圍第4項的方法，其中第一導電層 由鎢構成，第二導電層由鋁或以鋁爲主要成分的合金或化 合物構成，而第三導電層由氮化鈦構成。 6. 根據申請專利範圍第4項的方法，其中藉由氧電漿 處理使殘留在第一導電層圖案上的遮罩圖案的邊緣後退。 7. —種半導體裝置的製造方法，包含： 在半導體層上形成包含下部第一導電層和上部第二導 電層的疊層，其間插入有閘絕緣膜； 在疊層上形成遮罩圖案； 藉執行電漿處理以減少遮罩圖案邊緣的錐形角； 在減少錐形角之後，藉由使用遮罩圖案蝕刻疊層中的 -29- 1316758 第二導電層和第一導電層，形成具有錐形邊緣的第一導電 層圖案； 在形成該第一導電層圖案之後，藉由選擇性蝕刻第一 導電層圖案中的第二導電層，形成第二導電層圖案；以及 藉由使用第二導電層圖案中的第二導電層作爲遮罩來 遮護被電場加速的離子，在與第二導電層圖案中的第一導 電層重疊的半導體層的區域中形成LDD區。 8 .根據申請專利範圍第7項的方法，其中第一導電層 由鎢構成，第二導電層由鋁或以鋁爲主要成分的金屬構成 〇 9 .根據申請專利範圍第7項的方法，其中藉由氧電槳 處理使殘留在第一導電層圖案上的遮罩圖案的邊緣後退。 10. 根據申請專利範圍第7項的方法，其中藉由使用 氟基氣體的電漿處理減少遮罩圖案的寬度。 11. 一種半導體裝置的製造方法，包含： 藉由依次殺積第一導電層、第二導電層和第三導電層 而在半導體層上形成疊層，其間夾有_絕緣膜； 在疊層上形成遮罩圖案； 藉執行電漿處理以蝕刻第三導電層並減少遮罩圖案邊 緣的錐形角； 在鈾刻該第三導電層以及減少錐形角之後’藉由使用 遮罩圖案蝕刻疊層結構中的第二導電層和第一導電層而形 成具有錐形邊緣的第一導電層圖案； 在形成該第一導電層圖案之後’藉由選擇性鈾刻第一 -30 - 1316758 導電層，形成第二導電 導電層圖案中的第二導電層和第三 層圖案；以及 的第二和第三導電層作爲 在與第二導電層圖案中的 域中形成LDD區。 項的方法，其中藉由氧電 上的遮罩圖案的邊緣後退 藉由使用第二導電層圖案中 遮罩來遮護被電場加速的離子， 第一導電層重疊的半導體層的區 1 2 .根據申請專利範圍第1 ] 漿處理使殘留在第一導電層圖案 1 3 ·根據申請專利範圍第1 1項的方法，其中藉由使用 氟基氣體的電漿處理減少遮罩圖案的寬g。 1 4 ·根據申請專利範圍第1 1項的方法，其中該第一導 電層係以鎢所製’該第二導電層係以鋁或其合金或以鋁爲 主要化合物所製’且該第三導電層係以氮化鈦所製。 15·—種半導體裝置之製造方法，包含： 在一半導體層上形成包含一下部第一導電層以及一上 部第二導電層的一疊層，而在該半導體層以及該些導電層 之間夾置有一閘極絕緣膜； 在該疊層上形成有一第一成形遮罩圖案； 藉由蝕刻該第二導電層以及該第一導電層而形成具有 錐形邊緣之第一導電層圖案以及一第二成形遮罩圖案； 將殘留在該第一導電層圖案上之第二成形遮罩圖案之 部分移除而形成一第三成形遮罩圖案； 根據該第三成形遮罩圖案，而使用與形成該第三成形 遮罩圖案之處理步驟不同之處理步驟，以選擇性地蝕刻在 -31 - 1316758 該第一導電層圖案中之該第二導電層，而形成一第二導電 層圖案；以及 藉由使用在該第二導電層圖案中之該第二導電層作爲 遮罩以遮護由於電場之離子加速，而在與該第二導電層圖 案中之第一導電層重疊之該半導體層之區域中形成LDD 區。 16. 根據申請專利範圍第15項的方法，其中該第一導 電層係以鎢所製，該第二導電層係以鋁或其合金或以鋁爲 主要化合物所製。 17. —種半導體裝置之製造方法，包含： 藉由依序沈積第一導電層、第二導電層、以及第三導 電層而有一鬧極絕緣膜夾置於一半導體層以及該些導電層 之間，而在該半導體層之上形成〜囊胃； 在該疊層上形成一第一成形遮罩圖案. 藉由餓刻該第二導電層、第二導電層以及該第一導電 層而形成具有一錐形邊緣之第一導電層以及一第二成形遮 罩圖案； 將殘留在該第一導電層圖案上之第二成形遮罩圖案之 部分移除而形成一第三成形遮罩圖案； 根據該第三成形遮罩圖案’而使用與形成該第三成形 遮罩圖案之處理步驟不同之處理步驟，以選擇性地鈾刻在 該第一導電層圖案中之該第二導電靥以及第三導電層，而 形成一第二導電層圖案；以及 之該第二導電層以及
藉由使用在該第二導電層圖案中 -32- 1316758 該第三導電層作爲遮罩以遮護由於電場之離子加速，而在 與該第二導電層圖案中之第一導電層重疊之該半導體層之 區域中形成LDD區。 18.根據申請專利範圍第17項的方法，其中該第一導 電層係以鎢所製，該第二導電層係以鋁或其合金或以鋁爲 主要化合物所製，且該第三導電層係以氮化鈦所製。
-33- 1316758 柒、（一）、本案指定代表圖為：第1D 圖 (二）、本代表圖之元件代表符號簡單說明： 107’ 遮罩圖案
捌、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學 式：
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