专利名称：半导体装置钝化方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体装置钝化(passivating)方法，其功能是用于修补半导体装置在前段工艺中所产生的缺陷。
背景技术：
半导体装置一般是通过多个工艺步骤而完成，这些步骤可能包括溅射沉积、光刻、湿法蚀刻、等离子体蚀刻、化学汽相沉积、等离子体辅助化学汽相沉积、离子注入以及活化与驱动注入离子的退火(annealing)步骤。这些工艺步骤中有的会造成半导体装置中的缺陷。例如等离子体蚀刻工艺会产生硅悬空键(silicon dangling bond)，而此硅悬空键会进一步导致电子迁移率(electron mobility)下降，使得半导体装置的特性变差，而离子注入工艺也可能会对硅的晶体结构造成损伤。
近来已发展出一种高压退火处理(high pressure annealing)来减少硅的断键所造成的问题。在高压退火处理中，半导体装置一般被通入一高压气体(例如氢或氨)进行加热处理。一般认为被通入的氢会与半导体装置中硅的断键(broken bonds)形成键结，以去除半导体装置中，在前段工艺所产生的缺陷。然而，此高压退火处理常造成半导体装置的电荷积累，使得其临界电压(threshold voltage)产生漂移，而影响所设计电路的运作。
发明内容
本发明的目的是提供一改良的半导体装置钝化(passivating)方法，用以克服或改善现有技术的问题。
根据本发明所披露的半导体装置钝化方法，其包括对半导体装置进行一高压退火处理(high pressure annealing)，以及对半导体装置进行一等离子体处理(plasma treatment)，用以消除在高压退火处理后，积累于半导体装置内的电荷。此高压退火处理包括将半导体装置置于一反应室(chamber)中；并通入一反应气体(如氮、氢、水、氨或其混合物)；以及加热该半导体装置直到足以产生钝化为止。
此等离子体处理可以利用电子回旋共振法(electron cyclotron resonance，ECR)或感应耦合等离子体法(Inductively Coupling Plasma，ICP)来达成。且其所使用的工艺气体可以是氮、氢、水、一氧化二氮、氧、氨或其混合物。而且等离子体处理的过程为将放置半导体装置的样品槽，连接一加热器且施以一电偏压(electric bias)，藉此使通入的工艺气体可被离子化成离子或自由基状态，在高温和/或电场之的用下扩散至该半导体装置内，藉此消除积累于半导体装置中的电荷。
其中半导体装置可以是含有多晶硅膜层的薄膜晶体管。
本发明提供另一种半导体装置钝化方法，其包括对该半导体装置进行一高压退火处理；随后，形成一氮化物薄膜(nitride film)(如氮化硅薄膜(silicon nitride film)或氮氧化硅薄膜(silicon oxide nitride film))于该半导体装置上；最后，对氮化物薄膜进行一加热处理。
图1至图4是根据本发明的一实施例的剖视图，示出了半导体装置钝化方法的主要步骤；图5至图6是根据本发明的一实施例的剖视图，示出了半导体装置制造方法的主要步骤；以及图7是施加于栅极的电压与流经漏极的电流的曲线图。
附图标记说明100’ 半导体装置100半导体装置102缓冲层104 衬底110PMOS晶体管111 半导体结构112半导体结构114 源极116漏极 118 栅极电极120NMOS晶体管124 源极126漏极 128 栅极电极130钝化层132 氮化物薄膜150栅极介电层
200互补金属氧化物半导体电路具体实施方式
参照图1，其示出了根据本发明的原理加以钝化(passivation)的半导体装置100’的剖视图。半导体装置100’具有P沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管110与N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管120。且此半导体装置100’可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)装置、双载子互补金属氧化物半导体(BiCMOS)装置、动态随机存取存储器(DRAM)或其他种类的集成电路。且适合用于本发明的半导体装置可以是含有多晶硅膜层的薄膜晶体管。
如图1所示，半导体装置100’包括一缓冲层102(例如二氧化硅层)，形成于衬底104(例如玻璃衬底)之上；两个半导体结构111、121(一般为多晶硅薄膜)，形成于缓冲层102之上；一栅极介电层150(如氧化硅层)，形成于半导体结构111、121之上；以及两个栅极电极118、128。PMOS晶体管110的源极114与漏极116，利用该栅极电极118作为掩模，以自对准(self-align)的方式，藉由离子注入法或等离子体掺杂法将P型掺杂物(dopant)注入半导体结构111中而形成。而NMOS晶体管120的源极124以及漏极l26，则利用该栅极电极128作为掩模，将N型掺杂物注入该半导体结构121中而形成。
请参照图2，在形成一钝化层130(例如二氧化硅层)于半导体装置100’的整个表面之后，在前段工艺中在半导体装置100内所产生的缺陷，例如悬键(不饱和硅键)，通过对半导体装置100进行一高压退火处理(highpressure annealing)而加以修补。其过程为将半导体装置100置于一反应室(chamber)中，随后在高压下的反应室(chamber)中通入例如水蒸气、氮气、氨气或氢气的反应气体并做加热处理。然而，在一优选实施例中，高压退火处理是在5个大气压与20个大气压之间进行的。在一实施例中，此高压退火处理可以在低于600℃的温度下进行。该高压退火处理的时间依据使用的压力而定。由于该高压退火处理在高压下进行，其温度与时间可有效地降低。本领域技术人员可以依照上述工艺参数而得到本发明高压退火处理的最佳条件。
然而，由于高压退火处理常造成半导体装置100中的钝化层130、栅极介电层150或半导体结构111、112的电荷积累(电荷以星形符号示出在图3中)，使得其临界电压(threshold voltage)产生漂移，从而影响所设计电路的操作。
因此，请参照见图4，本发明对半导体装置100再进行一等离子体处理(plasma treatment)工艺，用以消除高压退火处理后所积累于该半导体装置100内的电荷。其过程为将放置该半导体装置100的样品槽连接一加热器且施以一电偏压(electric bias)，藉此使通入的工艺气体可被离子化成离子或自由基的状态，在高温与电场的作用下扩散至半导体装置100中，藉此消除积累于半导体装置100中的电荷。此等离子体处理可以利用电子回旋共振法(electron cyclotron resonance，ECR)或感应耦合等离子体法(InductivelyCoupling Plasma，ICP)来实现；且其所使用的工艺气体可以是氮、氢、水、一氧化二氮、氧、氨或其混合物。可以理解的是，本发明的钝化方法也可以在形成钝化层130之前实施。
本发明还提供另一种半导体装置钝化方法。首先，将上述PMOS晶体管110或NMOS晶体管120形成在衬底104之上。再形成一钝化层130(例如二氧化硅层)于PMOS晶体管110及NMOS晶体管120之上，进行所述高压退火处理。请参照图5，接着形成氮化物薄膜(nitride film)132(例如氮化硅(silicon nitride)薄膜或氮氧化硅(silicon oxide nitride)薄膜)于钝化层130之上。最后，请参照图6，再加热处理该氮化物薄膜132以消除在高压退火处理后积累在半导体装置100中的电荷(电荷以星形符号示出在图5及图6中)。所述的加热处理可以采用炉内退火处理(fumace annealing)或快速退火处理(rapid thermal annealing)。
使用本发明所述的方法，可有效减少积累在半导体装置100中的电荷，藉此可有效降低半导体装置100的临界电压(threshold voltage)产生的漂移，而使得所设计的电路操作正常。图7所示为施加于栅极的电压与流经漏极的电流的关系图。曲线A示出了未经高压退火处理的半导体装置的Id-Vg特性，曲线B示出了经过高压退火处理的半导体装置的Id-Vg特性曲线，曲线C示出了经过高压退火处理及O2等离子体处理的半导体装置的Id-Vg特性。由图可知，经过高压退火处理以及O2等离子体处理的半导体装置，其元件特性最符合电路操作的理想操作模式。
虽然本发明针对一用于有源矩阵式显示器装置的互补金属氧化物半导体(CMOS)电路加以详细讨论，然而本发明也可以应用于各种包括薄膜晶体管、金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)或绝缘层上硅金属氧化物半导体场效晶体管(SOI MOSFET)的半导体装置。
虽然本发明已经以上述优选实施例加以披露，然而其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，应当可以作出各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以所附权利要求书所界定的为准。
权利要求
1.一种半导体装置钝化方法，其中至少包括对该半导体装置进行以下步骤一高压退火处理步骤，用以修补该半导体装置内所产生的缺陷；以及一等离子体处理步骤，用以去除该半导体装置内所产生的电荷。
2.如权利要求1所述的半导体装置钝化方法，其中该高压退火处理步骤至少包括将该半导体装置置于一反应室中；通入一反应气体于该反应室中；以及加热该半导体装置直到足以产生钝化为止。
3.如权利要求2所述的半导体装置钝化方法，其中该反应气体为氮、氢、水、氨之中的一种或其混合物。
4.如权利要求1所述的半导体装置钝化方法，其中该等离子体处理步骤所使用的一工艺气体为氮、氢、水、一氧化二氮、氧、氨之中的一种或其混合物。
5.如权利要求1所述的半导体装置钝化方法，其中该半导体装置为一包括多晶硅膜层的薄膜晶体管。
6.如权利要求1所述的半导体装置钝化方法，其中该半导体装置钝化方法也可以在该半导体装置形成一钝化层之前实施。
7.一种半导体装置钝化方法，其中该方法至少包括以下步骤对一半导体装置施行一高压退火处理步骤，用以修补该半导体装置内所产生的缺陷；形成一氮化物薄膜于该半导体装置之上；以及对该氮化物薄膜施行一加热处理步骤，用以去除该半导体装置内所产生的电荷。
8.如权利要求7所述的半导体装置钝化方法，其中该高压退火处理步骤至少包括将该半导体装置置于一反应室中；通入一反应气体于该反应室中；以及加热该半导体装置直到足以产生钝化为止。
9.如权利要求8所述的半导体装置钝化方法，其中该反应气体为氮、氢、水、氨之中的一种或其混合物。
10.如权利要求7所述的半导体装置钝化方法，其中该半导体装置为一包括多晶硅膜层的薄膜晶体管。
全文摘要
本发明公开一种半导体装置钝化(passivating)方法，其包括对一半导体装置进行一高压退火处理(high pressure annealing)以及对该半导体装置进行一等离子体处理(plasma treatment)，用以消除在进行高压退火处理后，积累于该半导体装置内的电荷。该等离子体处理所使用的工艺气体可以是氮、氢、水、一氧化二氮、氧、氨或其混合物。
文档编号H01L21/30GK1614755SQ20031011381
公开日2005年5月11日 申请日期2003年11月4日 优先权日2003年11月4日
发明者蔡耀铭, 张世昌, 曾章和 申请人:统宝光电股份有限公司