制造柵極絕緣層的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及半導體領域，特別是涉及一種制造柵極絕緣層的方法。
【背景技術】
[0002] 目前，平板顯示器，例如液晶顯示裝置、有機電致發光顯示裝置等，主要采用有源 矩陣驅動模式，通過驅動電路部分的薄膜晶體管（TFT)作為開關元件，為像素電極輸出信 號。薄膜晶體管的性能是決定顯示裝置品質的重要因素，要求其具備高擊穿耐壓、低漏電 流，以增強可靠性，有效降低顯示裝置的不良率。
[0003] 常見的薄膜晶體管一般包括：絕緣基板、柵極、柵極絕緣層、有源半導體層和源電 極/漏電極層，其中柵極絕緣層位于柵極和有源半導體層之間，對于TFT的穩定性及防靜 電都非常重要。大尺寸、高分辨率、高頻驅動是平板顯示器的主要發展方向，因此對TFT遷 移率提高和金屬線阻抗降低的需求也會增加。目前多數方法是采用銦鎵鋅氧化物（IGZO) 替代非晶硅（A-Si)作為TFT的有源半導體層，遷移率可由約IcmV(V?S)提高至約IOcm2/ (V?S)，同時采用Cu替代Al作為柵極，其中Cu的阻值約為2yQ而Al的阻值約為3~ 3. 5iiQ。但采用上述方法時同樣存在一些問題，IGZO層對氫非常敏感，氫會使得IGZO層的 電性能發生變化，甚至會導致有源層從半導體變為導體；柵極Cu對氧非常敏感，氧會將Cu 氧化，從而失去柵極應有的作用。
[0004] 目前大部分薄膜晶體管采用氧化硅層作為柵極絕緣層，但Cu會直接與氧化硅形 成CuSixOy而增高阻抗，同時與氮化硅相比，氧化硅的介電常數較小，抗靜電釋放能力較差， 漏電流較高，對于基板中的堿金屬離子阻擋效果較差，容易影響TFT的性能。
[0005] 因此，目前需要一種制造柵極絕緣層的方法以克服上述問題并兼顧TFT的穩定性 和抗靜電能力。
【發明內容】
[0006] 為解決上述問題，本發明通過形成氮化硅層和氧化硅層順次層疊的柵極絕緣層， 有效地保護柵極和有源半導體層，提高薄膜晶體管的性能。
[0007] 本發明的額外方面和優點將部分地在下面的描述中闡述，并且部分地將從描述中 變得顯然，或者可以通過本發明的實踐而習得。
[0008] 本發明提供一種制造柵極絕緣層的方法，包括：采用化學氣相沉積法，在柵極上依 次沉積氮化硅層和氧化硅層，得到所述氮化硅層和所述氧化硅層順次層疊的柵極絕緣層， 其中所述柵極為Cu柵極。
[0009] 在本發明方法的一個實施方式中，沉積所述氮化硅層的溫度為420~450°C，沉積 所述氧化硅層的溫度為420~450°C。
[0010] 在本發明方法的另一個實施方式中，沉積所述氮化硅層的原料氣體為甲硅烷和氨 氣，沉積所述氧化娃層的原料氣體為甲硅烷和一氧化二氮。
[0011] 在本發明方法的另一個實施方式中，所述甲硅烷和所述氨氣的流量比為1:1至 1:3。
[0012] 在本發明方法的另一個實施方式中，所述甲硅烷和所述一氧化二氮的流量比為 1:1 至 1:3。
[0013] 在本發明方法的另一個實施方式中，所述方法還包括在沉積所述氮化硅層之前通 入氮氣。
[0014] 在本發明方法的另一個實施方式中，所述方法還包括在通入所述氮氣之前通入氫 氣。
[0015] 在本發明方法的另一個實施方式中，所述氫氣的流量為5000~8000sccm，通入時 間為5~10秒，其中所述氮氣的流量為5000~8000sccm，通入時間為5~10秒。
[0016] 在本發明方法的另一個實施方式中，所述方法還包括在沉積氮化硅層后進行去氫 處理，其中所述去氫處理是將所述氮化娃層在450~550°C下加熱30~50分鐘。
[0017] 在本發明方法的另一個實施方式中，所述方法還包括在所述氧化硅層上沉積有源 半導體層。
[0018] 采用本發明的方法制造柵極絕緣層，可有效保護Cu柵極和有源半導體層，沉積形 成的氮化硅層可有效隔離氧，防止Cu被氧化，而沉積形成的氧化硅層可有效隔離氫，防止 有源半導體層被還原，此外該氮化硅層和氧化硅層順次層疊的柵極絕緣層可有效阻擋玻璃 基板內的堿金屬離子，增強抗靜電釋放（ESD)能力并降低漏電流，提高等效電容。
【具體實施方式】
[0019] 下面根據具體實施例對本發明的技術方案做進一步說明。本發明的保護范圍不限 于以下實施例，列舉這些實例僅出于示例性目的而不以任何方式限制本發明。
[0020] 本發明提供一種制造柵極絕緣層的方法，包括：采用化學氣相沉積法，在柵極上依 次沉積氮化硅層和氧化硅層，得到所述氮化硅層和所述氧化硅層順次層疊的柵極絕緣層， 其中所述柵極為Cu柵極。
[0021] 本發明的氮化硅層和氧化硅層均由化學氣相沉積方法（CVD)形成，可采用低壓化 學氣相沉積法、熱氣相沉積法、等離子增強化學氣相沉積法等。
[0022] 本發明采用高溫CVD進行氮化硅層與氧化硅層的沉積，沉積溫度均優選為420~ 450°C，在此溫度下能有效地去除氫且所沉積的氮化硅層與氧化硅層的膜質較致密，介電常 數較高。
[0023] 就形成氮化硅層的原料氣體而言，作為氮源氣體，可使用NH3、NH2H2N、N2等，優選 NH3 ;作為硅源氣體，可使用SiH4、Si2H6、SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl3、SiF4 等，優選SiH4。 SiH4與NH3的流量比不低于1: 1，以補償熱效應不足的損失，同時降低所沉積的氮化硅層中 N-H鍵的含量，以提升介電常數，SiH4與NH3的流量比優選為1:1至1:3。實際操作中采用 SiH4質量分數為5%的SiH4與N2的混合氣體。
[0024] 就形成氧化硅層的原料氣體而言，作為氧源氣體，可使用N20、02、O3等，優選N2O; 作為硅源氣體，可使用SiH4、Si2H6、SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl3、SiF4 等，優選SiH4。SiH4 與N2O的流量比不低于1:1，以補償熱效應不足的損失，同時降低所沉積的氮化硅層中N-H 鍵的含量，以提升介電常數，SiH4與N2O的流量比優選為1:1至1:3。實際操作中采用SiH4 質量分數為5%的SiH4與N2的混合氣體。
[0025] 整個柵極絕緣層的厚度應控制在一定范圍內，過厚的柵極絕緣層會增大薄膜晶體 管的閾值電壓，其中氮化硅膜的厚度不低于500人，以保證足夠的介電性能和阻擋堿金屬離 子的能力，優選500~700人，氧化硅膜的厚度不高于1500人，優選1300~1500人。
[0026] 此外，在沉積氮化硅層之前，可在功率為0的情況下向真空腔室中通入N2，所通入 的N2的流量為5000~8000sccm，通入時間為5~10秒，通入N2可使Cu柵極均勻受熱并 降低腔室內的溫度，同時防止生成CuSix。
[0027] 在通入N2之前，可在功率為0的情況下向真空腔室中通入H2，所通入的H2的流量 為5000~8000sccm，通入時間為5~10秒，通入H2可將被氧化的Cu還原，同時可使Cu柵 極均勻受熱并降低腔室內的溫度。
[0028] 在通入H2和N2之后，需對真空腔室進行抽真空處理，然后再進行氮化硅層的沉積。
[0029] 此外，在沉積氮化硅層之后，可先對氮化硅層進行去氫處理再進行氧化硅層的沉 積，以降低后續退火工藝時氫的擴散對氧化娃層的破壞。去氫處理優選為在450~550°C的 溫度下將氮化硅層加熱30~50分鐘。去氫處理對真空度要求較低，但需要在高溫下保持 較長時間，因此優選在與沉積腔室不同的腔室中進行，可以減少對真空腔室的占用。
[0030] 本發明的方法還包括在氧化硅層上沉積有源半導體層，有源半導體層為遷移率較 高的金屬氧化物或半導體，例如IGZO和多晶硅，優選IGZ0。
[0031] 除非另作限定，本發明所用術語均為本領域技術人員通常理解的含義。
[0032] 以下通過實施例對本發明作進一步地詳細說明。
[0033] 實施例
[0034] 實施例1
[0035] 將Cu柵極放入真空腔室中，在功率為0的情況下向其中先后通入H2與N2，其中H2 的流量為5000sccm，通入時間為10秒，N2的流量為5000sccm，通入時間為10秒，之后進行 抽真空處理。
[0036] 在真空腔室中，采用等離子體增強化學氣相沉積法，利用OxfordInstrument Plasma80Plus系統在Cu柵極表面沉積厚度為500A的氮化硅層，原料氣體為SiH4與N2混 合氣體以及NH3,SiH4與N2混合氣體的流量為40〇SCCm，其中SiH4的質量分數為5%，NH3的 流量為2〇SCCm，具體沉積工藝參數見表1。
[0037] 表 1
[0038]
【主權項】
1. 一種制造柵極絕緣層的方法，包括：采用化學氣相沉積法，在柵極上依次沉積氮化 硅層和氧化硅層，得到所述氮化硅層和所述氧化硅層順次層疊的柵極絕緣層，其中所述柵 極為Cu柵極。
2. 根據權利要求1的方法，其中沉積所述氮化硅層的溫度為420~450° C，沉積所述 氧化硅層的溫度為420~450° C。
3. 根據權利要求2的方法，其中沉積所述氮化硅層的原料氣體為甲硅烷和氨氣，沉積 所述氧化娃層的原料氣體為甲硅烷和一氧化二氮。
4. 根據權利要求3的方法，其中所述甲硅烷和所述氨氣的流量比為1:1至1:3。
5. 根據權利要求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為1:1至 1:3。
6. 根據權利要求5的方法，還包括在沉積所述氮化硅層之前通入氮氣。
7. 根據權利要求6的方法，還包括在通入所述氮氣之前通入氫氣。
8. 根據權利要求7的方法，其中所述氫氣的流量為5000~8000sccm，通入時間為5~ 10秒，其中所述氮氣的流量為5000~8000sccm，通入時間為5~10秒。
9. 根據權利要求7的方法，還包括在沉積氮化硅層后進行去氫處理，其中所述去氫處 理是將所述氮化硅層在450~550°C下加熱30~50分鐘。
10. 根據權利要求9的方法，還包括在所述氧化硅層上沉積有源半導體層。
【專利摘要】本發明公開了一種制造柵極絕緣層的方法，包括：采用化學氣相沉積法，在柵極上依次沉積氮化硅層和氧化硅層，得到所述氮化硅層和所述氧化硅層順次層疊的柵極絕緣層，其中所述柵極為Cu柵極。采用本發明的方法制造柵極絕緣層，可有效保護Cu柵極和有源半導體層，沉積形成的氮化硅層可有效隔離氧，防止Cu被氧化，而沉積形成的氧化硅層可有效隔離氫，防止有源半導體層被還原，此外該氮化硅/氧化硅層疊結構的柵極絕緣層可有效阻擋玻璃基板內的堿金屬離子，增強抗靜電釋放能力并降低漏電流，提高等效電容。
【IPC分類】H01L21-31, H01L21-283
【公開號】CN104851790
【申請號】CN201410050579
【發明人】黃家琦, 許民慶, 羅易騰, 李原欣
【申請人】上海和輝光電有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2014年2月13日