专利名称：用于生产tft基质的蚀刻方法
用于生产TFT基质的蚀刻方法本专利中请要求了 2009年10月26日提交的欧洲专利申请号09174034. 0的权益，
将其全部内容通过弓I用结合在本专利申请中。本发明涉及用于生产液晶显示器(IXD)的一种薄膜晶体管(TFT)基质的一种方法，并且更具体地涉及用减少的掩蔽步骤形成TFT基质的一种简化的后通道蚀刻方法并且涉及气体混合物，特别是合适作为用于此种过程的蚀刻气体。TFT基质的制造包括形成某几个物质的层的几个步骤，例如光致抗蚀剂层、传导性层、蚀刻终止剂层、半导体层以及钝化层。将这些层施用并且然后蚀刻以获得该TFT基质。如在US 6，406，928中所提及的，钝化层的蚀刻可以使用三氟甲烷进行，而半导体层的蚀刻可以使用四氟化碳、三氯化硼、氯气、六氟化硫或它们的一种混合物进行。
这些蚀刻试剂具有许多缺点。例如，三氟甲烷、四氟化碳和六氟化硫被认为基于环保的原因是有缺点的。本发明的目的是提供用于制造液晶显示器(IXD)的一种薄膜晶体管(TFT)基质的一种改进的方法并且是提供有用于此方法中的一种改进的蚀刻气体。本发明的这些和其他目的是通过本发明的方法和蚀刻气体混合物来实现。本发明的用于制造TFT基质的方法，包括至少一个步骤其中将一个层用一种气体蚀刻剂进行蚀刻并且其中该蚀刻剂包括碳酰氟(COF2)、F2或它们的一种混合物。氟(F2)没有GWP并且不会影响臭氧层。它是非常反应性的，但是不是非常选择性的，并且因此应该以稀释的形式施用。它可以用来例如蚀刻钨(W)。碳酰氟具有以下优点它具有的GWP为I并且它不影响臭氧层。它在本发明的框架下是非常合适的并且在本发明的方法中是优选的蚀刻气体。在一个具体的实施方案中，特别是当使用一种包含碳酰氟的蚀刻气体时，该蚀刻气体优选地是没有元素氟的。在一个实施方案中，该蚀刻剂包括或由碳酰氟构成。在另一个实施方案中，该蚀刻剂包括或由氟构成。该实施方案是尤其适合于非晶硅或氮化硅的快速蚀刻的。包括或由氟或碳酰氟以及氮或氩气构成的混合物是非常合适于蚀刻非晶硅或氮化硅的并且尤其是合适于蚀刻氮化硅。在一个具体的实施方案中，碳酰氟与至少一种选自氮气、IS气、N20和氧气构成的组的气体的混合物用作根据本发明的方法的蚀刻气体。在该实施方案的一个第一方面，将包括或由碳酰氟、氧气和氩气构成的一种混合物施用为蚀刻气体。在该实施方案的一个第二方面，将包括或由碳酰氟、N20和IS气构成的一种混合物施用为蚀刻气体。在根据本发明的方法的特定的方面，该蚀刻步骤是等离子体辅助的。当由选自下组的一种材料制成的一个层进行蚀刻时，根据本发明的方法是有利地使用的，该组的构成为氮化硅、氧化硅、氧氮化硅、或它们中两种或更多种的一个组合。更有利的是，当该层包括或由氮化硅构成时，使用根据本发明的方法。在根据本发明的方法的一个具体方面，施用包括碳酰氟和N20以及任选地氩气和任选地氧气的混合物以选择性地蚀刻a-Si层上的一个层，该层包括或由碳化硅、氧氮化硅以及两者的一个组合构成。优选地，施用包括或尤其由碳酰氟、N20和氩气构成的混合物或包括或尤其由碳酰氟、N20、氧气以及氩气构成的混合物硅是一种四重的配位原子，它通常以四面体结合到四个相邻的硅原子上。在晶体硅中，这种四面体结构在一个大的范围内延续，因此形成了一个良好有序的晶格。在非晶硅中，表示为a-Si或a-Si，这种长程有序并不存在。而是，多个原子形成了一个连续的随机网络。此外，并非非晶硅中的所用原子都是四重配位的。由于材料的无序性质一些原子具有悬空键。结果是，术语“a-Si”表示其中硅原子形成了一个连续的随机网络的硅。N20、氧气或N20与氧气的一种混合物的存在提供了对于蚀刻的选择性当涂覆了该a-Si层的氮化硅层被蚀刻掉时，并且a-Si层与蚀刻气体混合物相接触时，该层表面上的a-Si被氧化进入与N20接触并且因此是钝化的，因为形成了一个氧化硅层，它保护了 a-Si免于被蚀刻。 在又另一方面，施用根据本发明的方法来蚀刻由选自下组的材料所形成的一个层，该组的构成为本征非晶硅、微晶硅以及多晶硅。微晶硅(还称为纳米晶体硅)包括小的晶体。它吸收了更宽光谱的光并且是柔性的。多晶硅(或半晶硅、多晶硅、多-Si)是由多个小的硅晶体构成的一种材料。在又另一方面，施用根据本发明的方法来蚀刻由选自下组的材料所形成的一个层，该组的构成为高度掺杂的非晶硅、高度掺杂的微晶硅以及高度掺杂的多晶硅。还有可能通过使用由碳酰氟、氟构成的蚀刻气体或优选地通过使用由碳酰氟和氩气以及任选的氮气的构成的混合物进行一个快速蚀刻来蚀刻本征非晶态微晶娃、微晶娃和多晶硅、高度掺杂的非晶硅、高度掺杂的微晶硅以及高度掺杂的多晶硅。在另一个实施方案中，有可能进行选择性的蚀刻来蚀刻氮化硅、氧氮化硅或它们的混合物，它们作为本征非晶硅、微晶硅和多晶硅、高度掺杂的非晶硅、高度掺杂的微晶硅以及高度掺杂的多晶硅上的一个涂覆层存在，该蚀刻使用以下物质包括碳酰氟和N2O的混合物任选地在氩气的存在下，当与这些气体混合物接触时，提供了所述Si的钝化；包括碳酰氟和N2O和氩气的混合物，当与这些气体混合物接触时，提供了所述Si的钝化；包括碳酰氟、N2O和氧气的混合物任选地在氩气的存在下，当与这些气体混合物接触时，提供了所述Si的钝化；包括碳酰氟和N20、氧气和氩气的混合物，当与这些气体混合物接触时，提供了所述Si的钝化。本发明现在就一个优选的实施方案进行详细说明。在一种TFTLCD的制造过程中，形成层并且部分地蚀刻掉这些层的几个连续的步骤是必需的。美国专利6，406，928描述了用于制造TFT的方法。因此，它提到了对于在常规的方法中形成TFT基质需要六至九个掩蔽步骤。一个6-掩蔽过程，例如可以包括以下步骤将一个第一传导层涂覆到一个玻璃基板上，并且使用一个第一光掩蔽以及光刻程序来使该第一传导层形成图案并且将其蚀刻以形成由扫描线和一个TFT单元的栅电极构成的一个活性区域；随后在产生的结构上形成一个绝缘层、一个非晶硅(a-Si)层、一个n+非晶硅层以及一个光致抗蚀剂层，并且将该产生的结构从基板的背面进行暴露，其中将一个区域上的光致抗蚀剂的一部分通过将该部分免于暴露而保护以表现一种自对齐效果；蚀刻掉暴露的光致抗蚀剂、其下面的部分、以及剩余的光致抗蚀剂这样使得每个剩余的层具有基本上与以上所提及的部分相同的形状，并且使用一个第二光掩蔽以及光刻程序使所述层再次形成图案并且将其蚀刻以分离一个TFT单元；使用一个第三光掩蔽以及光刻法来使所述层形成图案并蚀刻以形成一个带式自动连接(TAB)接触窗口或扫描线；将一个铟锡氧化物(ITO)施用到所产生的结构上，并且使用一个四光掩蔽和光蚀刻程序使该ITO层形成图案并蚀刻以通过该TFT单元的一个单独侧形成一个像素电极；使用一个第五光掩蔽以及光刻程序在产生的结构上施用一个第二传导层并且蚀 刻该第二传导层以完整地形成一个基准线，在该TFT单元与该基准线之间的一个第一连线以及该TFT单元与该像素电极之间的一个第二连线，并且使用剩余的第二传导层作为一个保护以蚀刻掉该连线之间的一部分掺杂的a-Si层以分离该TFT单元的源/漏极电极；并且将一个钝化层施用在产生的结构上，并且使用一个第六光掩蔽和光刻程序使该钝化层形成图案并且将其蚀刻以暴露用于扫描线的该TAB接触窗口，产生数据扫描线的TAB接触窗口，并且产生用于像素电极的一个打开窗口。该方法描述并且说明在美国专利6，406，928中，将其内容通过应用结合在此。所述US专利披露了在它们的多步骤方法上的一种改进。在用于形成IXD的TFT基质的改进的方法中，提供由绝缘材料制成的一个基板；在该基板的一个第一侧形成一个第一传导层，并且用一个第一掩蔽以及形成图案的程序来除去该第一传导层的一部分以定义一个扫描线和TFT单元的一个栅电极；然后在具有该扫描线和栅电极的基板上顺序形成一个绝缘层、一个半导体层、一个掺杂半导体层以及一个光致抗蚀剂层；在该基板相对于该第一侧的一个第二侧提供一个暴露源通过使用该扫描线和该栅电极作为保护来获得一个暴露区域以及一个未暴露的区域；然后除去该暴露区域的光致抗蚀剂层以及半导体层这样在未暴露区域的半导体的剩余部分具有与该扫描线和该栅电极一起的形状类似的一个特定形状；然后在该基板上顺序地形成一个透明的传导层和一个第二传导层；并且然后使用一个第二掩蔽并且形成图案的程序来除去该透明传导层的一部分以及该第二传导层的一部分以分别限定一个像素电极区域数据以及连线；除去该掺杂的半导体层的另一部分其中该第二传导层的其余部分作为保护来限定源/漏极区域；在该基板上形成一个钝化层，并且使用一个第三掩蔽以及形成图案的程序来除去该钝化层的一部分；并且除去该第二传导层的另一部分其中形成图案的部分作为保护以暴露该像素电极区域。当该暴露源是一种光辐射时，该绝缘材料是一种透光的材料，例如玻璃。优选地，该第一以及第二传导层各自是由铬、钥、钽、钽钥、钨钥、铝、铝硅化物、铜或它们的一个组合形成的。对于这些金属的蚀刻剂是已知的。铬和钥可以由CC14/02等离子体蚀刻，铜用C12等离子体进行处理并且随后使用H2等离子体处理，铝使用BC13等离子体处理，钨使用F2等离子体处理进行蚀刻。优选地，该绝缘层是由氮化硅、氧化硅、氧氮化硅或它们的一个组合形成的。优选地，该蚀刻终止剂层是由氮化硅、氧化硅、或氧氮化硅形成的。
优选地，该半导体层是由本征非晶相态硅、微晶硅或多晶硅形成的并且该掺杂的半导体层是由高度掺杂的非晶硅、高度掺杂的微晶硅或高度掺杂的多晶硅形成的优选地，该透明传导层是由铟锡氧化物、铟锌氧化物或铟铅氧化物形成的。如果需要的话，则铟锡氧化物(“IT0”)层可以使用HBr，任选地与BC13 —起进行蚀刻。铟锌氧化物(“IZ0”)可以使用一种Ar/C12等离子体进行蚀刻。优选地，该钝化层是由氮化硅或氧氮化硅形成的。优选地，该第三掩蔽以及形成图案程序另外限定了多个沿着该TFT基质的TAB垫区域。在该第三掩蔽以及形成图案程序之后，优选的是围绕该像素电极的第二传导层的一部分仍然作为一种黑色基质(black matrix)。
含有碳酰氟的蚀刻气体是适合用于进行以上提及的蚀刻多个层(钝化层、绝缘层和半导体层)的步骤的蚀刻。用于蚀刻气体包括碳酰氟，有可能产生一个绝缘窗口，如在US6，406，928的图21中以参考号28所画的轮廓。蚀刻方便地在等离子体下进行；该等离子体可以是直流等离子体(原位等离子体)或一种远程等离子体或两者的一个组合。碳酰氟可以作为纯的物质施用或与其他活性或惰性气体，例如与氮气或氦气混合施用。它优选地与氩一起施用。如果一个氮化硅层必须在一个a-硅或其他形式的硅层上选择性地蚀刻，则该蚀刻气体混合物另外包括氧气和/或N20 ;氮气不是必需的。如以上提及的，一旦氮化硅的涂覆层被蚀刻掉，氧气和氮气氧化物就提供了在一个a-硅层上的一个氧化硅钝化层。如果希望的话，包括碳酰氟的气体混合物可以与其他蚀刻剂气体一起施用，例如与其他含碳、氢、氟以及任选的氯的气体。如果它与含碳、氢、氟的气体一起施用的话，则该气体优选地选自下组其构成为氟代甲烷、二氟甲烷、三氟甲烷以及CF2 = CH2。然而应值得注意的是这些气体具有一定的GWP并且钝化作用可以通过加入氧气和/或N20至蚀刻气体中来实现。尤其在具有高功率等离子体的装置中，通常有可能使用纯净的碳酰氟用于快速蚀亥IJ。在具有较低等离子体功率的等离子体装置中，应用碳酰氟和氩(可任选地与氮一起)的混合物也是可取的，因为氩具有一种积极影响，例如在使等离子体稳定中。如果它与其他气体(尤其是如以上描述的氩气、氧气和/或N20) —起施用的话，碳酰氟优选地可以以等于或大于按体积计50 %、优选等于或小于按体积计79 %的量被包括。到按体积计100%的剩余部分优选地由氧、氩和/或N20组成。包括或由碳酰氟和氩气构成的混合物优选地用于快速蚀刻；包括或由碳酰氟和N20构成的混合物，包括或由碳酰氟和氧气构成的混合物，包括或由碳酰氟、氧气和氩气构成的混合物，包括或由碳酰氟、N20和氩气构成的混合物，以及包括碳酰氟、氧气、氮氧化物以及氩气的混合物非常优选地作为选择性地蚀刻涂覆硅的层的蚀刻气体，尤其是作为选择性地蚀刻涂覆a-硅的氮化硅层。在这些混合物中，碳酰氟的含量可以优选地等于或大于按体积计50%，尤其是当不存在a-硅与蚀刻气体接触的风险时在开始选择性蚀刻氮化硅层时。甚至可以施用纯的碳酰氟或碳酰氟与氩气、而没有钝化氧或钝化N20的一个混合物。在蚀刻过程的稍后阶段,当氮氧化物层部分地蚀刻掉之后，碳酰氟优选地可以以等于或小于按体积计50%的量、并且优选以等于或大于按体积计15%的量被包括。N2O,以及如果存在的话氧气和氩气分别是到按体积计100%的差值。由此，所保护的是氮化硅在a-硅上被选择性地蚀刻掉。因此，在本发明的蚀刻方法的一个优选实施方案中，在蚀刻过程的初始阶段的F2或C0F2的浓度是大于在最终阶段的值。本发明还涉及包括或由碳酰氟或氟和N2O以及任选的氩气构成的某些混合物，其中碳酰氟或氟的含量优选是等于或大于按体积计50% ;并且涉及包括或由碳酰氟或氟、氧气和N2O以及任选的氩气构成的混合物其中碳酰氟或氟的含量优选是等于或大于按体积计50%。这些混合物优选地在其中它们被施用的一个工具中原位产生。将适量的氟气体或碳酰氟以及N2O以及任选的氩气加入到该工具中，该工具可以例如是TFT或光电池的一个蚀刻室。作为替代方案，这些混合物可以以常规的方式通过将其提供到一个容器中，优选在等于或大于I. 5巴(绝对值)的压力下并且优选等于或低于15巴(绝对值)的压力下制备。这些混合物优选地具有0. I毫巴(绝对值)至15巴(绝对值)的压力。在这些混合物中，碳酰氟是优选的蚀刻剂。这些混合物在用于蚀刻氮化硅层(例如a_硅上的硅层上)的方法的早期阶段是非常合适的。本发明还涉及包括或由碳酰氟或氟和N2O以及任选的氩气构成的某些混合物，其中碳酰氟或氟的含量优选是等于或低于按体积计50% ;并且涉及包括或由碳酰氟或氟、氧气和N2O以及任选的氩气构成的某些混合物其中碳酰氟或氟的含量优选是等于或低于按体积计50%。这些混合物优选地在其中它们被施用的一个工具中原位产生。将适量的氟气体或碳酰氟以及N2O加入到该工具中，该工具可以例如是TFT或光电池的一个蚀刻室。在该实施方案中F2或C0F2的含量优选是等于或大于按体积计15%。这些混合物优选地具有0. I毫巴(绝对值)至15巴(绝对值)的压力。这些混合物非常适合在用于选择性地蚀刻氮化硅层的一种方法的最后阶段，尤其是当a-娃接近于与蚀刻气体的接触时的a-娃上的娃层。在一个第一方面，根据本发明的混合物是包括或由碳酰氟和N2O构成的一种混合物或由碳酰氟N2O和氩气构成的一种混合物。在这些混合物中，COF2含量总体上是等于或大于按体积计50%。氩气的含量优选是按体积计0至20%。N2O以及N2O和氩气分别构成了到按体积计100%的差值。这些混合物是尤其合适的(如以上所描述的)用于在该蚀刻过程的初始阶段选择性地蚀刻a-硅上的氮化硅涂层。这些混合物的典型例子在表I中汇编。表I :具有按体积计C0F2彡50%的蚀刻气体混合物(量值以按体积计％给出)
权利要求
1.一种用于制造TFT基质的方法，包括其中用气体蚀刻剂蚀刻包括氮化硅或a-Si的层的至少一个步骤，其中该蚀刻剂包括碳酰氟(COF2)、F2或它们的混合物。
2.如权利要求I所述的方法，其中该蚀刻剂包括碳酰氟或由碳酰氟组成。
3.如权利要求I或2所述的方法，其中该蚀刻步骤是等离子体辅助的。
4.如权利要求I至3中任一项所述的方法，其中该层由氮化硅组成。
5.如权利要求I至4中任一项所述的方法，其中使用碳酰氟或它与选自氮气、氩气、N20以及氧气中的至少一种气体的混合物作为蚀刻气体。
6.如权利要求5所述的方法，其中应用包括碳酰氟、氧气和氩气或由碳酰氟、氧气和氩气组成的混合物作为蚀刻气体。
7.如权利要求6所述的方法，其中应用包括碳酰氟、N2O和氩气或由碳酰氟、N2O和氩气组成的混合物作为蚀刻气体。
8.如权利要求5至7中任一项所述的方法，但是排除通过提供400Sccm的碳酰氟流、50sccm的氮氧化物流、以及氩气流而获得的混合物，并且优选地排除具有I毫巴压力的通过提供400sCCm碳酰氟流、50Sccm的氮氧化物流以及氩气流而获得的混合物。
9.如权利要求I至4中任一项所述的方法，其中使用氟或它与选自氮气、氩气、氧气以及N2O中的至少一种气体的混合物作为蚀刻气体。
10.如权利要求9所述的方法，其中使用包括氟与选自氮气和氩气中的至少一种气体或由氟与选自氮气和氩气中的至少一种气体组成的混合物，并且其中该混合物中的氟含量为从 50vo 1%至 70vol*%,优选约 60voI。
11.如权利要求9所述的方法，其中使用包括氟与选自氧气和N2O中的至少一种气体或由氟与选自氧气和N2O中的至少一种气体组成的混合物，并且其中该混合物中的氟含量为从 50vol 至 70vol %,优选约 60vol %。
12.如权利要求I至11中任一项所述的方法，其中包括碳酰氟(COF2)、F2或它们的混合物的蚀刻剂用作SF6替代物或NF3替代物。
13.如权利要求I至9中任一项所述的方法，其中COF2或F2的含量等于或大于按体积计15%低于按体积计50%，并且其中选择性地蚀刻涂覆在a-硅上的氮化硅。
14.如权利要求14所述的方法，其中在该蚀刻过程的初始阶段中F2或COF2的浓度高于在最终阶段中的浓度。
15.一种包括碳酰氟或氟和N2O或由碳酰氟或氟和N2O组成的混合物，其中碳酰氟或氟的含量优选是等于或大于按体积计50%。
16.如权利要求16所述的混合物，进一步包括惰性气体，优选氩气，其中惰性气体的含量为按体积计0至20%，并且N2O补足至按体积计100%。
17.如权利要求16或17所述的混合物，进一步包括氧气，其中氧气的含量为按体积计> 0至20 %，并且N2O补足至按体积计100 %。
18.一种包括碳酰氟或氟和N2O或由碳酰氟或氟和N2O组成的混合物，其中碳酰氟或氟的含量优选等于或大于按体积计15%并且小于按体积计50%。
19.如权利要求19所述的混合物，还包括惰性气体，优选氩气，其中惰性气体的含量为按体积计0至20%,并且N2O补足至按体积计100%。
20.如权利要求19或20所述的混合物，还包括氧气，其中氧气的含量为按体积计>0至20 %，并且N2O补足至按体积计100 %。
21.如权利要求16至18中任一项所述的混合物作为蚀刻气体或清洁气体以蚀刻材料的用途，该材料优选选自氮化硅、氧化硅或氧氮化硅、本征非晶硅、微晶硅和多晶硅、高度掺杂的非晶硅、高度掺杂的微晶硅以及高度掺杂的多晶硅。
22.如权利要求19至21中任一项所述的混合物作为蚀刻气体或清洁气体以选择性蚀刻优选选自氮化硅、氧化硅或氧氮化硅的材料的用途，该材料作为本征非晶硅、微晶硅和多晶硅、高度掺杂的非晶硅、高度掺杂的微晶硅以及高度掺杂的多晶硅上的涂覆层。
23.如权利要求16至21中任一项所述的混合物作为SF6替代物或NF3替代物的用途。
全文摘要
用于液晶显示器(LCD)的一种薄膜晶体管(TFT)基质可以通过进行形成多个层的几个步骤以及部分地蚀刻多个层的几个步骤来制备。氟并且优选碳酰氟，优选与氧气、N2O和/或氩气一起用作蚀刻气体。本发明还涉及由F2或碳酰氟、N20以及可任选的氩气所组成的一种气体混合物。
文档编号H01L21/311GK102754201SQ201080050917
公开日2012年10月24日 申请日期2010年10月26日 优先权日2009年10月26日
发明者马尔塞洛·里瓦 申请人:苏威氟有限公司