一種金屬絕緣層半導體結構的製造方法與流程
2023-10-04 22:08:44 1
本發明涉及光掩膜製造工藝領域，尤其涉及一種金屬絕緣層半導體結構的製造方法。
背景技術：
隨著薄膜電晶體液晶顯示屏的清晰度的提高，薄膜電晶體光掩膜的布線電路(TFT Mask Layout)越來越密集。密集設置的金屬線因互相重疊而形成大量的寄生電容。寄生電容的存在使得薄膜電晶體液晶顯示屏的驅動電路的RC延時增大，耗能增加，甚至導致薄膜電晶體液晶顯示屏出現殘像、串擾和畫面顯示不良等問題。
圖1為薄膜電晶體液晶顯示屏的驅動原理圖。如圖1所示，DL為數據線，GL為柵極線，CL為電源線，G為薄膜電晶體的柵極，D為薄膜電晶體的漏極，S為薄膜電晶體的源極，H為存儲電容，I為液晶電容。所述寄生電容包括數據線與柵極線重疊形成的電容A、柵極線與源極線重疊形成的電容B、電源線與源極線重疊形成的電容C、柵極線與漏極線重疊形成的電容E和柵極線與電源線重疊形成的電容F。
圖2A是金屬絕緣層半導體的結構示意圖。如圖2所示，金屬絕緣層半導體結構包括在基板5上從內至外依次堆疊的氫化非晶矽薄膜4、高濃度摻雜的N型氫化非晶矽薄膜3、金屬層2和光刻膠層1。
現有金屬絕緣層半導體結構的製造方法包括以下步驟：
步驟一，對金屬層進行溼法蝕刻，蝕刻後的金屬層的截面長度小於光刻膠層的截面長度，如圖2B所示；
步驟二，對高濃度摻雜的N型氫化非晶矽薄膜和氫化非晶矽薄膜進行幹法蝕刻，由於光刻膠層的保護作用，蝕刻後的高濃度摻雜的N型氫化非晶矽薄膜和氫化非晶矽薄膜的截面長度均等於光刻膠層的截面長度，如圖2C所示；
步驟三，對光刻膠層進行灰化處理，灰化後的光刻膠層的截面長度等於金屬層的截面長度，該步驟中的灰化處理不會對金屬層、高濃度摻雜的N型氫化非晶矽薄膜和氫化非晶矽薄膜造成影響，如圖2D所示；
步驟四，再次對金屬層進行溼法蝕刻，如圖2E所示；
步驟五，再次對光刻膠層進行灰化處理，灰化後的光刻膠層的長度稍大於金屬層的截面長度，然後對高濃度摻雜的N型氫化非晶矽薄膜進行幹法蝕刻，在光刻膠層的保護下，蝕刻後的高濃度摻雜的N型氫化非晶矽薄膜的截面長度的等於光刻膠層的截面長度，如圖2F所示。
在薄膜電晶體微電驅動結構中，高濃度摻雜的N型氫化非晶矽薄膜和氫化非晶矽薄膜相對為導電層。通過上述方法得到的導電層的截面長度遠大於金屬層的截面長度，從而使得導電層與金屬層之間易產生額外的寄生電容。
技術實現要素：
針對上述現有技術中的問題，本發明提出了一種金屬絕緣層半導體結構的製造方法。
本發明所述的一種金屬絕緣層半導體結構的製造方法，所述金屬絕緣層半導體結構包括在基板上從內至外依次堆疊的氫化非晶矽薄膜、高濃度摻雜的N型氫化非晶矽薄膜、金屬層和光刻膠層，所述製造方法包括以下步驟：
第一次溼法蝕刻金屬層，使其截面長度等於D1；
第一次灰化光刻膠層、氫化非晶矽薄膜和高濃度摻雜的N型氫化非晶矽薄膜，使光刻膠層的截面長度等於D2，氫化非晶矽薄膜和高濃度摻雜的N型氫化非晶矽薄膜的截面長度均等於D3；
第一次幹法蝕刻氫化非晶矽薄膜和高濃度摻雜的N型氫化非晶矽薄膜，使氫化非晶矽薄膜和高濃度摻雜的N型氫化非晶矽薄膜的截面長度均等於D4；
第二次溼法蝕刻金屬層，使其截面長度等於D5；
第二次灰化光刻膠層，使其截面長度等於D6，第二次幹法蝕刻氫化非晶矽薄膜和高濃度摻雜的N型氫化非晶矽薄膜，使高濃度摻雜的N型氫化非晶矽薄膜的截面長度等於D7，氫化非晶矽薄膜的截面長度等於D8。
在一個實施方式中，D2≥D1。
在一個實施方式中，D3＞D2。
在一個實施方式中，D4＝D2。實施方式中，D6≥D5。
實施方式中，D7＞D6。
實施方式中，D8＞D7。
優選的是，D3＞D1＝D2＝D4＞D8＞D7＞D6＝D5。
使用本發明所述的一種金屬絕緣層半導體結構的製造方法，能夠降低導電層與金屬層的相對橫截面的殘餘量，減少導電層與源極線和電源線的相對截面面積，增大導電層與金屬層間距，減少導電層與金屬層之間形成的寄生電容。
上述技術特徵可以各種適合的方式組合或由等效的技術特徵來替代，只要能夠達到本發明的目的。
附圖說明
在下文中將基於實施例並參考附圖來對本發明進行更詳細的描述。其中：
圖1是背景技術中提到的薄膜電晶體液晶顯示屏的驅動原理圖；
圖2A是背景技術中提到的金屬絕緣層半導體的結構示意圖；
圖2B是背景技術中實施步驟一所得到的金屬絕緣層半導體的結構示意圖；
圖2C是背景技術中實施步驟二所得到的金屬絕緣層半導體的結構示意圖；
圖2D是背景技術中實施步驟三所得到的金屬絕緣層半導體的結構示意圖；
圖2E是背景技術中實施步驟四所得到的金屬絕緣層半導體的結構示意圖；
圖2F是背景技術中實施步驟五所得到的金屬絕緣層半導體的結構示意圖；
圖3A是實施例中實施步驟一所得到的金屬絕緣層半導體的結構示意圖；
圖3B是實施例中實施步驟二所得到的金屬絕緣層半導體的結構示意圖；
圖3C是實施例中實施步驟三所得到的金屬絕緣層半導體的結構示意圖；
圖3D是實施例中實施步驟四所得到的金屬絕緣層半導體的結構示意圖；
圖3E是實施例中實施步驟五所得到的金屬絕緣層半導體的結構示意圖；
圖4是採用現有製造方法加工的金屬絕緣層半導體結構中導電層與金屬層的相對橫截面積對比圖，7為導電層；
圖5是採用實施例所述的一種金屬絕緣層半導體結構的製造方法加工的金屬絕緣層半導體結構中導電層與金屬層的相對橫截面積對比圖。
在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。附圖並未按照實際的比例。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明所述的一種金屬絕緣層半導體結構的製造方法作進一步說明。
本實施例所述的一種金屬絕緣層半導體結構的製造方法，如圖2A所示，金屬絕緣層半導體結構包括在基板5上從內至外依次堆疊的氫化非晶矽薄膜4、高濃度摻雜的N型氫化非晶矽薄膜3、金屬層2和光刻膠層1，所述製造方法包括以下步驟：
步驟一，第一次溼法蝕刻金屬層2，使其截面長度等於D1，如圖3A所示；
步驟二，第一次灰化光刻膠層1、氫化非晶矽薄膜4和高濃度摻雜的N型氫化非晶矽薄膜3，使光刻膠層1的截面長度等於D2，氫化非晶矽薄膜4和高濃度摻雜的N型氫化非晶矽薄膜3的截面長度均等於D3，如圖3B所示；
步驟三，第一次幹法蝕刻氫化非晶矽薄膜4和高濃度摻雜的N型氫化非晶矽薄膜3，使氫化非晶矽薄膜4和高濃度摻雜的N型氫化非晶矽薄膜3的截面長度均等於D4，如圖3C所示；
步驟四，第二次溼法蝕刻金屬層2，使其截面長度等於D5，如圖3D所示；
步驟五，第二次灰化光刻膠層1，使其截面長度等於D6，第二次幹法蝕刻氫化非晶矽薄膜4和高濃度摻雜的N型氫化非晶矽薄膜3，使高濃度摻雜的N型氫化非晶矽薄膜3的截面長度等於D7，氫化非晶矽薄膜4的截面長度等於D8，如圖3E所示；
D3＞D1＝D2＝D4＞D8＞D7＞D6＝D5。
如圖4和圖5所示，改善前的導電層7截面超出金屬層2截面的輪廓較明顯，改善後的導電層7截面突出的輪廓較不明顯，溝道內的導電層7與金屬層2截面基本持平。
最早的蝕刻技術是利用特定的溶液與薄膜發生化學反應來去除薄膜未被光阻覆蓋的部分，這種蝕刻方式也就是所謂的溼法蝕刻。因為溼法蝕刻是利用化學反應來進行薄膜的去除，而化學反應本身不具有方向性，因此溼法蝕刻的過程為等向性，一般而言，溼法蝕刻適用於定義3微米以上的線寬。
溼法蝕刻的過程可分為三個步驟：
1)化學蝕刻液擴散至待蝕刻材料的表面；
2)化學蝕刻液與待蝕刻材料發生化學反應；
3)反應後的產物從蝕刻材料的表面擴散至溶液中，並隨溶液排出。
大部分的溼法蝕刻過程包含多個化學反應步驟，但最常發生的反應是將待蝕刻層表面先予以氧化，再將此氧化層溶解，並隨溶液排出，如此反覆進行以達到蝕刻的效果。
溼法蝕刻的速率可通過改變溶液濃度及溫度的方式予以控制。溶液濃度可改變反應物質到達及離開待蝕刻物表面的速率，一般而言，當溶液濃度增加時，蝕刻速率將會提高。而提高溶液溫度可加速化學反應速率，進而加速蝕刻速率。
幹法蝕刻是用等離子體進行薄膜蝕刻的技術。當氣體以等離子體形式存在時，它具備兩個特點：一方面等離子體中的這些氣體化學活性比常態下時要強很多，根據被蝕刻材料的不同，選擇合適的氣體，就可以更快地與材料進行反應，實現蝕刻去除的目的；另一方面，還可以利用電場對等離子體進行引導和加速，使其具備一定能量，當其轟擊被蝕刻物的表面時，會將被蝕刻物材料的原子擊出，從而達到利用物理上的能量轉移來實現蝕刻的目的。因此，幹法蝕刻是晶圓片表面物理和化學兩種過程平衡的結果。
幹法蝕刻工藝可分為物理性蝕刻與化學性蝕刻兩種方式。物理性蝕刻是利用輝光放電將氣體電離成帶正電的離子，再利用偏壓將離子加速，濺擊在被蝕刻物的表面而將被蝕刻物的原子擊出，該過程完全是物理上的能量轉移，故稱為物理性蝕刻。其特色在於，具有非常好的方向性，可獲得接近垂直的蝕刻輪廓。但是由於離子是全面均勻地濺射在被蝕刻物上，所以光刻膠和被蝕刻材料同時被蝕刻，造成蝕刻選擇性偏低。同時，被擊出的物質並非揮發性物質，這些物質容易二次沉積在被蝕刻薄膜的表面及其側壁上。因此，在超大規模集成化製作工藝中，很少使用完全物理方式的幹法蝕刻方法。
化學性蝕刻又稱為等離子體蝕刻(PLASMA Etching，PE)，是利用等離子體將蝕刻氣體電離並形成帶電離子、分子及反應性很強的原子團，它們擴散到被蝕刻薄膜表面後與被蝕刻薄膜的表面原子反應生成具有揮發性的反應產物，並被真空設備抽離反應腔。因這種反應完全利用化學反應，故稱為化學性蝕刻。這種蝕刻方式與前面所講的溼法蝕刻類似，只是反應物與產物的狀態從液態改為氣態，並以等離子體來加快反應速率。因此，化學性幹法蝕刻具有與溼法蝕刻類似的優點與缺點，即具有較高的掩膜/底層的選擇比及等向性。鑑於化學性蝕刻等向性的缺點，在半導體工藝中，只在蝕刻不需要圖形轉移的步驟中應用純化學蝕刻方法。
使用最為廣泛的幹法蝕刻是結合物理性的離子轟擊與化學反應的反應離子蝕刻(RIE)。這種方式兼具非等向性與高蝕刻選擇比的雙重優點。蝕刻的進行主要靠化學反應來實現，加入離子轟擊的作用有兩方面：
1)破壞被蝕刻材質表面的化學鍵以提高反應速率。
2)將二次沉積在被蝕刻薄膜表面的產物或聚合物打掉，以使被蝕刻表面能充分與蝕刻氣體接觸。由於在表面的二次沉積物可被離子打掉，而在側壁上的二次沉積物未受到離子的轟擊，可以保留下來阻隔蝕刻表面與反應氣體的接觸、使得側壁不受蝕刻，所以採用這種方式可以獲得非等向性的蝕刻效果。
光刻膠(Photo Resist，PR)是一種經紫外曝光後能改變在顯影液中可溶性的有機混合物，典型的光刻膠具有三種基本成分，這三種基本成分分別是樹脂(聚合物材料)、感光劑和有機溶劑。光刻膠的物理性質為液體，乾燥後能形成一層光刻膠膜。在晶圓的生產過程中，光刻膠的主要作用是保護其下的材料在離子注入或蝕刻中維持原有的狀態；
半導體光刻膠去除工藝(PR Strip)，一般意義上說分成兩種：傳統的溼法去光刻膠和先進的幹法去光刻膠，兩者都是通過化學反應來去除光刻膠，進行的反應也都是各向同性；
半導體去光刻膠工藝的早期是將整盒晶圓一起浸入酸槽，由酸液將光刻膠去除。這種方法的優點是可以將光刻膠去除的很乾淨，但是缺點也同樣明顯，速度太慢，生產效率低，並且由於酸液的各向同性腐蝕，對多晶矽和金屬蝕刻後去光刻膠的特徵尺寸控制極為不利。所以，目前已經很少使用了，更多的是作為幹法去光刻膠的一種補充，作為幹法去光刻膠後的清洗存在於業界；
與傳統的溼法去光刻膠相比，幹法去光刻膠具有去膠灰化率高，可靠性高的優點。其工藝特點在於要經由等離子和氣體擴散氣進行真空腔體反應。由於光刻膠的主要成分是樹脂、感光材料和有機溶劑，它們的分子結構都是長鏈型的碳、氫、氧組成，因此採用氧等離子體去膠工藝，即利用氧等離子體中的高反應活性的單原子氧與光刻膠中的碳氫氧高分子化合物發生聚合反應，從而生成易揮發的反應物，最終達到去除光刻膠層的目的。這個工藝，通常又被稱為灰化工藝(PR Ashing)，灰化率(Ashing Rate，AR)即為衡量工藝的一個標準，即指單位時間內去除光刻膠的厚度。
雖然在本文中參照了特定的實施方式來描述本發明，但是應該理解的是，這些實施例僅僅是本發明的原理和應用的示例。因此應該理解的是，可以對示例性的實施例進行許多修改，並且可以設計出其他的布置，只要不偏離所附權利要求所限定的本發明的精神和範圍。應該理解的是，可以通過不同於原始權利要求所描述的方式來結合不同的從屬權利要求和本文中所述的特徵。還可以理解的是，結合單獨實施例所描述的特徵可以使用在其他所述實施。