制造栅极绝缘层的方法

制造栅极绝缘层的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种制造栅极绝缘层的方法。
【背景技术】
[0002] 目前，平板显示器，例如液晶显示装置、有机电致发光显示装置等，主要采用有源 矩阵驱动模式，通过驱动电路部分的薄膜晶体管（TFT)作为开关元件，为像素电极输出信 号。薄膜晶体管的性能是决定显示装置品质的重要因素，要求其具备高击穿耐压、低漏电 流，以增强可靠性，有效降低显示装置的不良率。
[0003] 常见的薄膜晶体管一般包括：绝缘基板、栅极、栅极绝缘层、有源半导体层和源电 极/漏电极层，其中栅极绝缘层位于栅极和有源半导体层之间，对于TFT的稳定性及防静 电都非常重要。大尺寸、高分辨率、高频驱动是平板显示器的主要发展方向，因此对TFT迁 移率提高和金属线阻抗降低的需求也会增加。目前多数方法是采用铟镓锌氧化物（IGZO) 替代非晶硅（A-Si)作为TFT的有源半导体层，迁移率可由约IcmV(V?S)提高至约IOcm2/ (V?S)，同时采用Cu替代Al作为栅极，其中Cu的阻值约为2yQ而Al的阻值约为3~ 3. 5iiQ。但采用上述方法时同样存在一些问题，IGZO层对氢非常敏感，氢会使得IGZO层的 电性能发生变化，甚至会导致有源层从半导体变为导体；栅极Cu对氧非常敏感，氧会将Cu 氧化，从而失去栅极应有的作用。
[0004] 目前大部分薄膜晶体管采用氧化硅层作为栅极绝缘层，但Cu会直接与氧化硅形 成CuSixOy而增高阻抗，同时与氮化硅相比，氧化硅的介电常数较小，抗静电释放能力较差， 漏电流较高，对于基板中的碱金属离子阻挡效果较差，容易影响TFT的性能。
[0005] 因此，目前需要一种制造栅极绝缘层的方法以克服上述问题并兼顾TFT的稳定性 和抗静电能力。

【发明内容】

[0006] 为解决上述问题，本发明通过形成氮化硅层和氧化硅层顺次层叠的栅极绝缘层， 有效地保护栅极和有源半导体层，提高薄膜晶体管的性能。
[0007] 本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中 变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。
[0008] 本发明提供一种制造栅极绝缘层的方法，包括：采用化学气相沉积法，在栅极上依 次沉积氮化硅层和氧化硅层，得到所述氮化硅层和所述氧化硅层顺次层叠的栅极绝缘层， 其中所述栅极为Cu栅极。
[0009] 在本发明方法的一个实施方式中，沉积所述氮化硅层的温度为420~450°C，沉积 所述氧化硅层的温度为420~450°C。
[0010] 在本发明方法的另一个实施方式中，沉积所述氮化硅层的原料气体为甲硅烷和氨 气，沉积所述氧化娃层的原料气体为甲硅烷和一氧化二氮。
[0011] 在本发明方法的另一个实施方式中，所述甲硅烷和所述氨气的流量比为1:1至 1:3。
[0012] 在本发明方法的另一个实施方式中，所述甲硅烷和所述一氧化二氮的流量比为 1:1 至 1:3。
[0013] 在本发明方法的另一个实施方式中，所述方法还包括在沉积所述氮化硅层之前通 入氮气。
[0014] 在本发明方法的另一个实施方式中，所述方法还包括在通入所述氮气之前通入氢 气。
[0015] 在本发明方法的另一个实施方式中，所述氢气的流量为5000~8000sccm，通入时 间为5~10秒，其中所述氮气的流量为5000~8000sccm，通入时间为5~10秒。
[0016] 在本发明方法的另一个实施方式中，所述方法还包括在沉积氮化硅层后进行去氢 处理，其中所述去氢处理是将所述氮化娃层在450~550°C下加热30~50分钟。
[0017] 在本发明方法的另一个实施方式中，所述方法还包括在所述氧化硅层上沉积有源 半导体层。
[0018] 采用本发明的方法制造栅极绝缘层，可有效保护Cu栅极和有源半导体层，沉积形 成的氮化硅层可有效隔离氧，防止Cu被氧化，而沉积形成的氧化硅层可有效隔离氢，防止 有源半导体层被还原，此外该氮化硅层和氧化硅层顺次层叠的栅极绝缘层可有效阻挡玻璃 基板内的碱金属离子，增强抗静电释放（ESD)能力并降低漏电流，提高等效电容。
【具体实施方式】
[0019] 下面根据具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。本发明的保护范围不限 于以下实施例，列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本发明。
[0020] 本发明提供一种制造栅极绝缘层的方法，包括：采用化学气相沉积法，在栅极上依 次沉积氮化硅层和氧化硅层，得到所述氮化硅层和所述氧化硅层顺次层叠的栅极绝缘层， 其中所述栅极为Cu栅极。
[0021] 本发明的氮化硅层和氧化硅层均由化学气相沉积方法（CVD)形成，可采用低压化 学气相沉积法、热气相沉积法、等离子增强化学气相沉积法等。
[0022] 本发明采用高温CVD进行氮化硅层与氧化硅层的沉积，沉积温度均优选为420~ 450°C，在此温度下能有效地去除氢且所沉积的氮化硅层与氧化硅层的膜质较致密，介电常 数较高。
[0023] 就形成氮化硅层的原料气体而言，作为氮源气体，可使用NH3、NH2H2N、N2等，优选 NH3 ;作为硅源气体，可使用SiH4、Si2H6、SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl3、SiF4 等，优选SiH4。 SiH4与NH3的流量比不低于1: 1，以补偿热效应不足的损失，同时降低所沉积的氮化硅层中 N-H键的含量，以提升介电常数，SiH4与NH3的流量比优选为1:1至1:3。实际操作中采用 SiH4质量分数为5%的SiH4与N2的混合气体。
[0024] 就形成氧化硅层的原料气体而言，作为氧源气体，可使用N20、02、O3等，优选N2O; 作为硅源气体，可使用SiH4、Si2H6、SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl3、SiF4 等，优选SiH4。SiH4 与N2O的流量比不低于1:1，以补偿热效应不足的损失，同时降低所沉积的氮化硅层中N-H 键的含量，以提升介电常数，SiH4与N2O的流量比优选为1:1至1:3。实际操作中采用SiH4 质量分数为5%的SiH4与N2的混合气体。
[0025] 整个栅极绝缘层的厚度应控制在一定范围内，过厚的栅极绝缘层会增大薄膜晶体 管的阈值电压，其中氮化硅膜的厚度不低于500人，以保证足够的介电性能和阻挡碱金属离 子的能力，优选500~700人，氧化硅膜的厚度不高于1500人，优选1300~1500人。
[0026] 此外，在沉积氮化硅层之前，可在功率为0的情况下向真空腔室中通入N2，所通入 的N2的流量为5000~8000sccm，通入时间为5~10秒，通入N2可使Cu栅极均匀受热并 降低腔室内的温度，同时防止生成CuSix。
[0027] 在通入N2之前，可在功率为0的情况下向真空腔室中通入H2，所通入的H2的流量 为5000~8000sccm，通入时间为5~10秒，通入H2可将被氧化的Cu还原，同时可使Cu栅 极均匀受热并降低腔室内的温度。
[0028] 在通入H2和N2之后，需对真空腔室进行抽真空处理，然后再进行氮化硅层的沉积。
[0029] 此外，在沉积氮化硅层之后，可先对氮化硅层进行去氢处理再进行氧化硅层的沉 积，以降低后续退火工艺时氢的扩散对氧化娃层的破坏。去氢处理优选为在450~550°C的 温度下将氮化硅层加热30~50分钟。去氢处理对真空度要求较低，但需要在高温下保持 较长时间，因此优选在与沉积腔室不同的腔室中进行，可以减少对真空腔室的占用。
[0030] 本发明的方法还包括在氧化硅层上沉积有源半导体层，有源半导体层为迁移率较 高的金属氧化物或半导体，例如IGZO和多晶硅，优选IGZ0。
[0031] 除非另作限定，本发明所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。
[0032] 以下通过实施例对本发明作进一步地详细说明。
[0033] 实施例
[0034] 实施例1
[0035] 将Cu栅极放入真空腔室中，在功率为0的情况下向其中先后通入H2与N2，其中H2 的流量为5000sccm，通入时间为10秒，N2的流量为5000sccm，通入时间为10秒，之后进行 抽真空处理。
[0036] 在真空腔室中，采用等离子体增强化学气相沉积法，利用OxfordInstrument Plasma80Plus系统在Cu栅极表面沉积厚度为500A的氮化硅层，原料气体为SiH4与N2混 合气体以及NH3,SiH4与N2混合气体的流量为40〇SCCm，其中SiH4的质量分数为5%，NH3的 流量为2〇SCCm，具体沉积工艺参数见表1。
[0037] 表 1
[0038]
【主权项】
1. 一种制造栅极绝缘层的方法，包括：采用化学气相沉积法，在栅极上依次沉积氮化 硅层和氧化硅层，得到所述氮化硅层和所述氧化硅层顺次层叠的栅极绝缘层，其中所述栅 极为Cu栅极。
2. 根据权利要求1的方法，其中沉积所述氮化硅层的温度为420~450° C，沉积所述 氧化硅层的温度为420~450° C。
3. 根据权利要求2的方法，其中沉积所述氮化硅层的原料气体为甲硅烷和氨气，沉积 所述氧化娃层的原料气体为甲硅烷和一氧化二氮。
4. 根据权利要求3的方法，其中所述甲硅烷和所述氨气的流量比为1:1至1:3。
5. 根据权利要求3或4的方法，其中所述甲硅烷和所述一氧化二氮的流量比为1:1至 1:3。
6. 根据权利要求5的方法，还包括在沉积所述氮化硅层之前通入氮气。
7. 根据权利要求6的方法，还包括在通入所述氮气之前通入氢气。
8. 根据权利要求7的方法，其中所述氢气的流量为5000~8000sccm，通入时间为5~ 10秒，其中所述氮气的流量为5000~8000sccm，通入时间为5~10秒。
9. 根据权利要求7的方法，还包括在沉积氮化硅层后进行去氢处理，其中所述去氢处 理是将所述氮化硅层在450~550°C下加热30~50分钟。
10. 根据权利要求9的方法，还包括在所述氧化硅层上沉积有源半导体层。
【专利摘要】本发明公开了一种制造栅极绝缘层的方法，包括：采用化学气相沉积法，在栅极上依次沉积氮化硅层和氧化硅层，得到所述氮化硅层和所述氧化硅层顺次层叠的栅极绝缘层，其中所述栅极为Cu栅极。采用本发明的方法制造栅极绝缘层，可有效保护Cu栅极和有源半导体层，沉积形成的氮化硅层可有效隔离氧，防止Cu被氧化，而沉积形成的氧化硅层可有效隔离氢，防止有源半导体层被还原，此外该氮化硅/氧化硅层叠结构的栅极绝缘层可有效阻挡玻璃基板内的碱金属离子，增强抗静电释放能力并降低漏电流，提高等效电容。
【IPC分类】H01L21-31, H01L21-283
【公开号】CN104851790
【申请号】CN201410050579
【发明人】黄家琦, 许民庆, 罗易腾, 李原欣
【申请人】上海和辉光电有限公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2014年2月13日