用於生產tft基質的蝕刻方法
2023-05-05 19:19:06 4
專利名稱：用於生產tft基質的蝕刻方法
用於生產TFT基質的蝕刻方法本專利中請要求了 2009年10月26日提交的歐洲專利申請號09174034. 0的權益，
將其全部內容通過弓I用結合在本專利申請中。本發明涉及用於生產液晶顯示器(IXD)的一種薄膜電晶體(TFT)基質的一種方法，並且更具體地涉及用減少的掩蔽步驟形成TFT基質的一種簡化的後通道蝕刻方法並且涉及氣體混合物，特別是合適作為用於此種過程的蝕刻氣體。TFT基質的製造包括形成某幾個物質的層的幾個步驟，例如光致抗蝕劑層、傳導性層、蝕刻終止劑層、半導體層以及鈍化層。將這些層施用並且然後蝕刻以獲得該TFT基質。如在US 6，406，928中所提及的，鈍化層的蝕刻可以使用三氟甲烷進行，而半導體層的蝕刻可以使用四氟化碳、三氯化硼、氯氣、六氟化硫或它們的一種混合物進行。
這些蝕刻試劑具有許多缺點。例如，三氟甲烷、四氟化碳和六氟化硫被認為基於環保的原因是有缺點的。本發明的目的是提供用於製造液晶顯示器(IXD)的一種薄膜電晶體(TFT)基質的一種改進的方法並且是提供有用於此方法中的一種改進的蝕刻氣體。本發明的這些和其他目的是通過本發明的方法和蝕刻氣體混合物來實現。本發明的用於製造TFT基質的方法，包括至少一個步驟其中將一個層用一種氣體蝕刻劑進行蝕刻並且其中該蝕刻劑包括碳醯氟(COF2)、F2或它們的一種混合物。氟(F2)沒有GWP並且不會影響臭氧層。它是非常反應性的，但是不是非常選擇性的，並且因此應該以稀釋的形式施用。它可以用來例如蝕刻鎢(W)。碳醯氟具有以下優點它具有的GWP為I並且它不影響臭氧層。它在本發明的框架下是非常合適的並且在本發明的方法中是優選的蝕刻氣體。在一個具體的實施方案中，特別是當使用一種包含碳醯氟的蝕刻氣體時，該蝕刻氣體優選地是沒有元素氟的。在一個實施方案中，該蝕刻劑包括或由碳醯氟構成。在另一個實施方案中，該蝕刻劑包括或由氟構成。該實施方案是尤其適合於非晶矽或氮化矽的快速蝕刻的。包括或由氟或碳醯氟以及氮或氬氣構成的混合物是非常合適於蝕刻非晶矽或氮化矽的並且尤其是合適於蝕刻氮化矽。在一個具體的實施方案中，碳醯氟與至少一種選自氮氣、IS氣、N20和氧氣構成的組的氣體的混合物用作根據本發明的方法的蝕刻氣體。在該實施方案的一個第一方面，將包括或由碳醯氟、氧氣和氬氣構成的一種混合物施用為蝕刻氣體。在該實施方案的一個第二方面，將包括或由碳醯氟、N20和IS氣構成的一種混合物施用為蝕刻氣體。在根據本發明的方法的特定的方面，該蝕刻步驟是等離子體輔助的。當由選自下組的一種材料製成的一個層進行蝕刻時，根據本發明的方法是有利地使用的，該組的構成為氮化矽、氧化矽、氧氮化矽、或它們中兩種或更多種的一個組合。更有利的是，當該層包括或由氮化矽構成時，使用根據本發明的方法。在根據本發明的方法的一個具體方面，施用包括碳醯氟和N20以及任選地氬氣和任選地氧氣的混合物以選擇性地蝕刻a-Si層上的一個層，該層包括或由碳化矽、氧氮化矽以及兩者的一個組合構成。優選地，施用包括或尤其由碳醯氟、N20和氬氣構成的混合物或包括或尤其由碳醯氟、N20、氧氣以及氬氣構成的混合物矽是一種四重的配位原子，它通常以四面體結合到四個相鄰的矽原子上。在晶體矽中，這種四面體結構在一個大的範圍內延續，因此形成了一個良好有序的晶格。在非晶矽中，表示為a-Si或a-Si，這種長程有序並不存在。而是，多個原子形成了一個連續的隨機網絡。此外，並非非晶矽中的所用原子都是四重配位的。由於材料的無序性質一些原子具有懸空鍵。結果是，術語「a-Si」表示其中矽原子形成了一個連續的隨機網絡的矽。N20、氧氣或N20與氧氣的一種混合物的存在提供了對於蝕刻的選擇性當塗覆了該a-Si層的氮化矽層被蝕刻掉時，並且a-Si層與蝕刻氣體混合物相接觸時，該層表面上的a-Si被氧化進入與N20接觸並且因此是鈍化的，因為形成了一個氧化矽層，它保護了 a-Si免於被蝕刻。 在又另一方面，施用根據本發明的方法來蝕刻由選自下組的材料所形成的一個層，該組的構成為本徵非晶矽、微晶矽以及多晶矽。微晶矽(還稱為納米晶體矽)包括小的晶體。它吸收了更寬光譜的光並且是柔性的。多晶矽(或半晶矽、多晶矽、多-Si)是由多個小的矽晶體構成的一種材料。在又另一方面，施用根據本發明的方法來蝕刻由選自下組的材料所形成的一個層，該組的構成為高度摻雜的非晶矽、高度摻雜的微晶矽以及高度摻雜的多晶矽。還有可能通過使用由碳醯氟、氟構成的蝕刻氣體或優選地通過使用由碳醯氟和氬氣以及任選的氮氣的構成的混合物進行一個快速蝕刻來蝕刻本徵非晶態微晶娃、微晶娃和多晶矽、高度摻雜的非晶矽、高度摻雜的微晶矽以及高度摻雜的多晶矽。在另一個實施方案中，有可能進行選擇性的蝕刻來蝕刻氮化矽、氧氮化矽或它們的混合物，它們作為本徵非晶矽、微晶矽和多晶矽、高度摻雜的非晶矽、高度摻雜的微晶矽以及高度摻雜的多晶矽上的一個塗覆層存在，該蝕刻使用以下物質包括碳醯氟和N2O的混合物任選地在氬氣的存在下，當與這些氣體混合物接觸時，提供了所述Si的鈍化；包括碳醯氟和N2O和氬氣的混合物，當與這些氣體混合物接觸時，提供了所述Si的鈍化；包括碳醯氟、N2O和氧氣的混合物任選地在氬氣的存在下，當與這些氣體混合物接觸時，提供了所述Si的鈍化；包括碳醯氟和N20、氧氣和氬氣的混合物，當與這些氣體混合物接觸時，提供了所述Si的鈍化。本發明現在就一個優選的實施方案進行詳細說明。在一種TFTLCD的製造過程中，形成層並且部分地蝕刻掉這些層的幾個連續的步驟是必需的。美國專利6，406，928描述了用於製造TFT的方法。因此，它提到了對於在常規的方法中形成TFT基質需要六至九個掩蔽步驟。一個6-掩蔽過程，例如可以包括以下步驟將一個第一傳導層塗覆到一個玻璃基板上，並且使用一個第一光掩蔽以及光刻程序來使該第一傳導層形成圖案並且將其蝕刻以形成由掃描線和一個TFT單元的柵電極構成的一個活性區域；隨後在產生的結構上形成一個絕緣層、一個非晶矽(a-Si)層、一個n+非晶矽層以及一個光致抗蝕劑層，並且將該產生的結構從基板的背面進行暴露，其中將一個區域上的光致抗蝕劑的一部分通過將該部分免於暴露而保護以表現一種自對齊效果；蝕刻掉暴露的光致抗蝕劑、其下面的部分、以及剩餘的光致抗蝕劑這樣使得每個剩餘的層具有基本上與以上所提及的部分相同的形狀，並且使用一個第二光掩蔽以及光刻程序使所述層再次形成圖案並且將其蝕刻以分離一個TFT單元；使用一個第三光掩蔽以及光刻法來使所述層形成圖案並蝕刻以形成一個帶式自動連接(TAB)接觸窗口或掃描線；將一個銦錫氧化物(ITO)施用到所產生的結構上，並且使用一個四光掩蔽和光蝕刻程序使該ITO層形成圖案並蝕刻以通過該TFT單元的一個單獨側形成一個像素電極；使用一個第五光掩蔽以及光刻程序在產生的結構上施用一個第二傳導層並且蝕 刻該第二傳導層以完整地形成一個基準線，在該TFT單元與該基準線之間的一個第一連線以及該TFT單元與該像素電極之間的一個第二連線，並且使用剩餘的第二傳導層作為一個保護以蝕刻掉該連線之間的一部分摻雜的a-Si層以分離該TFT單元的源/漏極電極；並且將一個鈍化層施用在產生的結構上，並且使用一個第六光掩蔽和光刻程序使該鈍化層形成圖案並且將其蝕刻以暴露用於掃描線的該TAB接觸窗口，產生數據掃描線的TAB接觸窗口，並且產生用於像素電極的一個打開窗口。該方法描述並且說明在美國專利6，406，928中，將其內容通過應用結合在此。所述US專利披露了在它們的多步驟方法上的一種改進。在用於形成IXD的TFT基質的改進的方法中，提供由絕緣材料製成的一個基板；在該基板的一個第一側形成一個第一傳導層，並且用一個第一掩蔽以及形成圖案的程序來除去該第一傳導層的一部分以定義一個掃描線和TFT單元的一個柵電極；然後在具有該掃描線和柵電極的基板上順序形成一個絕緣層、一個半導體層、一個摻雜半導體層以及一個光致抗蝕劑層；在該基板相對於該第一側的一個第二側提供一個暴露源通過使用該掃描線和該柵電極作為保護來獲得一個暴露區域以及一個未暴露的區域；然後除去該暴露區域的光致抗蝕劑層以及半導體層這樣在未暴露區域的半導體的剩餘部分具有與該掃描線和該柵電極一起的形狀類似的一個特定形狀；然後在該基板上順序地形成一個透明的傳導層和一個第二傳導層；並且然後使用一個第二掩蔽並且形成圖案的程序來除去該透明傳導層的一部分以及該第二傳導層的一部分以分別限定一個像素電極區域數據以及連線；除去該摻雜的半導體層的另一部分其中該第二傳導層的其餘部分作為保護來限定源/漏極區域；在該基板上形成一個鈍化層，並且使用一個第三掩蔽以及形成圖案的程序來除去該鈍化層的一部分；並且除去該第二傳導層的另一部分其中形成圖案的部分作為保護以暴露該像素電極區域。當該暴露源是一種光輻射時，該絕緣材料是一種透光的材料，例如玻璃。優選地，該第一以及第二傳導層各自是由鉻、鑰、鉭、鉭鑰、鎢鑰、鋁、鋁矽化物、銅或它們的一個組合形成的。對於這些金屬的蝕刻劑是已知的。鉻和鑰可以由CC14/02等離子體蝕刻，銅用C12等離子體進行處理並且隨後使用H2等離子體處理，鋁使用BC13等離子體處理，鎢使用F2等離子體處理進行蝕刻。優選地，該絕緣層是由氮化矽、氧化矽、氧氮化矽或它們的一個組合形成的。優選地，該蝕刻終止劑層是由氮化矽、氧化矽、或氧氮化矽形成的。
優選地，該半導體層是由本徵非晶相態矽、微晶矽或多晶矽形成的並且該摻雜的半導體層是由高度摻雜的非晶矽、高度摻雜的微晶矽或高度摻雜的多晶矽形成的優選地，該透明傳導層是由銦錫氧化物、銦鋅氧化物或銦鉛氧化物形成的。如果需要的話，則銦錫氧化物(「IT0」)層可以使用HBr，任選地與BC13 —起進行蝕刻。銦鋅氧化物(「IZ0」)可以使用一種Ar/C12等離子體進行蝕刻。優選地，該鈍化層是由氮化矽或氧氮化矽形成的。優選地，該第三掩蔽以及形成圖案程序另外限定了多個沿著該TFT基質的TAB墊區域。在該第三掩蔽以及形成圖案程序之後，優選的是圍繞該像素電極的第二傳導層的一部分仍然作為一種黑色基質(black matrix)。
含有碳醯氟的蝕刻氣體是適合用於進行以上提及的蝕刻多個層(鈍化層、絕緣層和半導體層)的步驟的蝕刻。用於蝕刻氣體包括碳醯氟，有可能產生一個絕緣窗口，如在US6，406，928的圖21中以參考號28所畫的輪廓。蝕刻方便地在等離子體下進行；該等離子體可以是直流等離子體(原位等離子體)或一種遠程等離子體或兩者的一個組合。碳醯氟可以作為純的物質施用或與其他活性或惰性氣體，例如與氮氣或氦氣混合施用。它優選地與氬一起施用。如果一個氮化矽層必須在一個a-矽或其他形式的矽層上選擇性地蝕刻，則該蝕刻氣體混合物另外包括氧氣和/或N20 ;氮氣不是必需的。如以上提及的，一旦氮化矽的塗覆層被蝕刻掉，氧氣和氮氣氧化物就提供了在一個a-矽層上的一個氧化矽鈍化層。如果希望的話，包括碳醯氟的氣體混合物可以與其他蝕刻劑氣體一起施用，例如與其他含碳、氫、氟以及任選的氯的氣體。如果它與含碳、氫、氟的氣體一起施用的話，則該氣體優選地選自下組其構成為氟代甲烷、二氟甲烷、三氟甲烷以及CF2 = CH2。然而應值得注意的是這些氣體具有一定的GWP並且鈍化作用可以通過加入氧氣和/或N20至蝕刻氣體中來實現。尤其在具有高功率等離子體的裝置中，通常有可能使用純淨的碳醯氟用於快速蝕亥IJ。在具有較低等離子體功率的等離子體裝置中，應用碳醯氟和氬(可任選地與氮一起)的混合物也是可取的，因為氬具有一種積極影響，例如在使等離子體穩定中。如果它與其他氣體(尤其是如以上描述的氬氣、氧氣和/或N20) —起施用的話，碳醯氟優選地可以以等於或大於按體積計50 %、優選等於或小於按體積計79 %的量被包括。到按體積計100%的剩餘部分優選地由氧、氬和/或N20組成。包括或由碳醯氟和氬氣構成的混合物優選地用於快速蝕刻；包括或由碳醯氟和N20構成的混合物，包括或由碳醯氟和氧氣構成的混合物，包括或由碳醯氟、氧氣和氬氣構成的混合物，包括或由碳醯氟、N20和氬氣構成的混合物，以及包括碳醯氟、氧氣、氮氧化物以及氬氣的混合物非常優選地作為選擇性地蝕刻塗覆矽的層的蝕刻氣體，尤其是作為選擇性地蝕刻塗覆a-矽的氮化矽層。在這些混合物中，碳醯氟的含量可以優選地等於或大於按體積計50%，尤其是當不存在a-矽與蝕刻氣體接觸的風險時在開始選擇性蝕刻氮化矽層時。甚至可以施用純的碳醯氟或碳醯氟與氬氣、而沒有鈍化氧或鈍化N20的一個混合物。在蝕刻過程的稍後階段,當氮氧化物層部分地蝕刻掉之後，碳醯氟優選地可以以等於或小於按體積計50%的量、並且優選以等於或大於按體積計15%的量被包括。N2O,以及如果存在的話氧氣和氬氣分別是到按體積計100%的差值。由此，所保護的是氮化矽在a-矽上被選擇性地蝕刻掉。因此，在本發明的蝕刻方法的一個優選實施方案中，在蝕刻過程的初始階段的F2或C0F2的濃度是大於在最終階段的值。本發明還涉及包括或由碳醯氟或氟和N2O以及任選的氬氣構成的某些混合物，其中碳醯氟或氟的含量優選是等於或大於按體積計50% ;並且涉及包括或由碳醯氟或氟、氧氣和N2O以及任選的氬氣構成的混合物其中碳醯氟或氟的含量優選是等於或大於按體積計50%。這些混合物優選地在其中它們被施用的一個工具中原位產生。將適量的氟氣體或碳醯氟以及N2O以及任選的氬氣加入到該工具中，該工具可以例如是TFT或光電池的一個蝕刻室。作為替代方案，這些混合物可以以常規的方式通過將其提供到一個容器中，優選在等於或大於I. 5巴(絕對值)的壓力下並且優選等於或低於15巴(絕對值)的壓力下製備。這些混合物優選地具有0. I毫巴(絕對值)至15巴(絕對值)的壓力。在這些混合物中，碳醯氟是優選的蝕刻劑。這些混合物在用於蝕刻氮化矽層(例如a_矽上的矽層上)的方法的早期階段是非常合適的。本發明還涉及包括或由碳醯氟或氟和N2O以及任選的氬氣構成的某些混合物，其中碳醯氟或氟的含量優選是等於或低於按體積計50% ;並且涉及包括或由碳醯氟或氟、氧氣和N2O以及任選的氬氣構成的某些混合物其中碳醯氟或氟的含量優選是等於或低於按體積計50%。這些混合物優選地在其中它們被施用的一個工具中原位產生。將適量的氟氣體或碳醯氟以及N2O加入到該工具中，該工具可以例如是TFT或光電池的一個蝕刻室。在該實施方案中F2或C0F2的含量優選是等於或大於按體積計15%。這些混合物優選地具有0. I毫巴(絕對值)至15巴(絕對值)的壓力。這些混合物非常適合在用於選擇性地蝕刻氮化矽層的一種方法的最後階段，尤其是當a-娃接近於與蝕刻氣體的接觸時的a-娃上的娃層。在一個第一方面，根據本發明的混合物是包括或由碳醯氟和N2O構成的一種混合物或由碳醯氟N2O和氬氣構成的一種混合物。在這些混合物中，COF2含量總體上是等於或大於按體積計50%。氬氣的含量優選是按體積計0至20%。N2O以及N2O和氬氣分別構成了到按體積計100%的差值。這些混合物是尤其合適的(如以上所描述的)用於在該蝕刻過程的初始階段選擇性地蝕刻a-矽上的氮化矽塗層。這些混合物的典型例子在表I中彙編。表I :具有按體積計C0F2彡50%的蝕刻氣體混合物(量值以按體積計％給出)
權利要求
1.一種用於製造TFT基質的方法，包括其中用氣體蝕刻劑蝕刻包括氮化矽或a-Si的層的至少一個步驟，其中該蝕刻劑包括碳醯氟(COF2)、F2或它們的混合物。
2.如權利要求I所述的方法，其中該蝕刻劑包括碳醯氟或由碳醯氟組成。
3.如權利要求I或2所述的方法，其中該蝕刻步驟是等離子體輔助的。
4.如權利要求I至3中任一項所述的方法，其中該層由氮化矽組成。
5.如權利要求I至4中任一項所述的方法，其中使用碳醯氟或它與選自氮氣、氬氣、N20以及氧氣中的至少一種氣體的混合物作為蝕刻氣體。
6.如權利要求5所述的方法，其中應用包括碳醯氟、氧氣和氬氣或由碳醯氟、氧氣和氬氣組成的混合物作為蝕刻氣體。
7.如權利要求6所述的方法，其中應用包括碳醯氟、N2O和氬氣或由碳醯氟、N2O和氬氣組成的混合物作為蝕刻氣體。
8.如權利要求5至7中任一項所述的方法，但是排除通過提供400Sccm的碳醯氟流、50sccm的氮氧化物流、以及氬氣流而獲得的混合物，並且優選地排除具有I毫巴壓力的通過提供400sCCm碳醯氟流、50Sccm的氮氧化物流以及氬氣流而獲得的混合物。
9.如權利要求I至4中任一項所述的方法，其中使用氟或它與選自氮氣、氬氣、氧氣以及N2O中的至少一種氣體的混合物作為蝕刻氣體。
10.如權利要求9所述的方法，其中使用包括氟與選自氮氣和氬氣中的至少一種氣體或由氟與選自氮氣和氬氣中的至少一種氣體組成的混合物，並且其中該混合物中的氟含量為從 50vo 1%至 70vol*%,優選約 60voI。
11.如權利要求9所述的方法，其中使用包括氟與選自氧氣和N2O中的至少一種氣體或由氟與選自氧氣和N2O中的至少一種氣體組成的混合物，並且其中該混合物中的氟含量為從 50vol 至 70vol %,優選約 60vol %。
12.如權利要求I至11中任一項所述的方法，其中包括碳醯氟(COF2)、F2或它們的混合物的蝕刻劑用作SF6替代物或NF3替代物。
13.如權利要求I至9中任一項所述的方法，其中COF2或F2的含量等於或大於按體積計15%低於按體積計50%，並且其中選擇性地蝕刻塗覆在a-矽上的氮化矽。
14.如權利要求14所述的方法，其中在該蝕刻過程的初始階段中F2或COF2的濃度高於在最終階段中的濃度。
15.一種包括碳醯氟或氟和N2O或由碳醯氟或氟和N2O組成的混合物，其中碳醯氟或氟的含量優選是等於或大於按體積計50%。
16.如權利要求16所述的混合物，進一步包括惰性氣體，優選氬氣，其中惰性氣體的含量為按體積計0至20%，並且N2O補足至按體積計100%。
17.如權利要求16或17所述的混合物，進一步包括氧氣，其中氧氣的含量為按體積計> 0至20 %，並且N2O補足至按體積計100 %。
18.一種包括碳醯氟或氟和N2O或由碳醯氟或氟和N2O組成的混合物，其中碳醯氟或氟的含量優選等於或大於按體積計15%並且小於按體積計50%。
19.如權利要求19所述的混合物，還包括惰性氣體，優選氬氣，其中惰性氣體的含量為按體積計0至20%,並且N2O補足至按體積計100%。
20.如權利要求19或20所述的混合物，還包括氧氣，其中氧氣的含量為按體積計>0至20 %，並且N2O補足至按體積計100 %。
21.如權利要求16至18中任一項所述的混合物作為蝕刻氣體或清潔氣體以蝕刻材料的用途，該材料優選選自氮化矽、氧化矽或氧氮化矽、本徵非晶矽、微晶矽和多晶矽、高度摻雜的非晶矽、高度摻雜的微晶矽以及高度摻雜的多晶矽。
22.如權利要求19至21中任一項所述的混合物作為蝕刻氣體或清潔氣體以選擇性蝕刻優選選自氮化矽、氧化矽或氧氮化矽的材料的用途，該材料作為本徵非晶矽、微晶矽和多晶矽、高度摻雜的非晶矽、高度摻雜的微晶矽以及高度摻雜的多晶矽上的塗覆層。
23.如權利要求16至21中任一項所述的混合物作為SF6替代物或NF3替代物的用途。
全文摘要
用於液晶顯示器(LCD)的一種薄膜電晶體(TFT)基質可以通過進行形成多個層的幾個步驟以及部分地蝕刻多個層的幾個步驟來製備。氟並且優選碳醯氟，優選與氧氣、N2O和/或氬氣一起用作蝕刻氣體。本發明還涉及由F2或碳醯氟、N20以及可任選的氬氣所組成的一種氣體混合物。
文檔編號H01L21/311GK102754201SQ201080050917
公開日2012年10月24日 申請日期2010年10月26日 優先權日2009年10月26日
發明者馬爾塞洛·裡瓦 申請人:蘇威氟有限公司