專利名稱：多晶硅膜表面處理溶液和采用該溶液的多晶硅膜表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多晶硅膜的表面處理溶液以及多晶硅膜的表面處理方法，特別是涉及液晶顯示裝置的薄膜晶體管(thin film transistorTFT)的溝道半導(dǎo)體層適于使用的多晶硅膜的表面處理溶液以及多晶硅膜的處理方法。
背景技術(shù)：
多晶硅在以各種半導(dǎo)體器件和液晶顯示裝置為代表的廣泛領(lǐng)域中得到應(yīng)用。特別是，作為實(shí)現(xiàn)液晶顯示裝置的高密度化、低成本化的技術(shù)，在石英或玻璃襯底上形成的多晶硅TFT引人注目。在液晶顯示裝置的技術(shù)領(lǐng)域、特別是液晶顯示裝置中，使用以多晶硅膜作為有源層的TFT時(shí)，由于可以高速運(yùn)行，所以具有除了用于象素轉(zhuǎn)變元件之外，還用于驅(qū)動電路，驅(qū)動電路可以一體形成這樣的優(yōu)點(diǎn)。特別是，如果在玻璃襯底上形成高品質(zhì)的多晶硅膜，則可以降低成本。
作為TFT中有源層的多晶硅膜，是對在玻璃等襯底構(gòu)成的絕緣襯底上淀積的非晶硅薄膜，采用激光退火法進(jìn)行結(jié)晶化而形成的。使用以多晶硅膜作為有源層的TFT的液晶顯示裝置，特別是當(dāng)絕緣襯底是玻璃時(shí)，難以進(jìn)行高溫處理。因此，最好在低溫淀積多晶硅膜。
非晶硅薄膜的低溫結(jié)晶化的方法有“固相生長法”和“激光退火法”，但是近年來，激光退火法構(gòu)成的結(jié)晶化技術(shù)正在成為主流。固相生長法可以在低溫進(jìn)行硅核生長，另一方面由于必須長時(shí)間處理，所以如果考慮制造工藝，則不能大量生產(chǎn)。激光退火法采用紫外線區(qū)域波長的激光，例如日本特公平7-118443號公報(bào)所公開的，通過僅加熱非晶硅膜的表面，熱影響難以到達(dá)襯底，因此可以使用玻璃襯底這樣的廉價(jià)耐熱性低的襯底。
但是，由激光退火法形成的多晶硅膜表面，由于激光能量密度的波動和急速加熱引起結(jié)晶化等原因，晶粒彼此碰撞，在多晶硅膜的表面(特別是硅晶粒晶界區(qū)域)產(chǎn)生平均粗糙度(Ra)為10nm左右的凹凸形狀。由于晶界、特別是晶界三重點(diǎn)是最后凝固的部分，所以容易由密度差異引起體積膨脹而產(chǎn)生突起。而且，平均表面粗糙度(Ra)是指從基準(zhǔn)面(指定面高度平均值構(gòu)成的平面)到指定面的偏差絕對值的平均值，是表示表面凹凸的粗糙度的概念。平均表面粗糙度(Ra)由下式表示。式中S0是基準(zhǔn)面的面積，Z0是基準(zhǔn)面的高度，F(xiàn)(X，Y)是指定面的高度。Ra=1S0∫∫|F(X,Y)-Z0|dXdY]]>多晶硅膜表面的凹凸、即平均表面粗糙度(Ra)越大，對晶體管特性的影響就越不利。而且，在多晶硅TFT-LCD(薄膜晶體管型液晶顯示器)中，可以在玻璃襯底上配置用于不僅驅(qū)動TFT而且還驅(qū)動液晶的驅(qū)動器LSI。因此，由于多晶硅膜表面存在的金屬雜質(zhì)等的污染，成為導(dǎo)致柵電極的耐壓性、元件可靠性、漏電流的增大等的原因，所以對采用激光退火法形成的多晶硅膜表面進(jìn)行清洗是非常重要的。所以需要能夠在清洗多晶硅膜表面的同時(shí)，降低多晶硅膜表面的平均粗糙度(Ra)的表面處理溶液。要求這種表面處理溶液能夠防止玻璃襯底的雜質(zhì)擴(kuò)散，而且不會使形成的氧化硅膜粗糙。
周圍多晶硅膜平坦化的技術(shù)，例如可見日本特開平10-200120號公報(bào)，在半導(dǎo)體制造中利用CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)技術(shù)的方法。而且，在特開2000-124457號公報(bào)中，公開了以光刻膠作為犧牲膜通過干腐蝕法使多晶硅膜平坦化的方法(過腐蝕法)。并且，在特開平2-163935號公報(bào)中，公開了為了使異常生長的結(jié)晶突起物平坦化，對該突起物和多晶硅表面一部分同時(shí)氧化，再利用藥液選擇性去除該氧化層的方法。
另一方面，非晶硅膜中含有氧，利用準(zhǔn)分子激光退火裝置進(jìn)行多晶化的膜，由于突起部分和膜表面中氧偏析，所以有報(bào)道通過采用BOE(緩沖氧化物蝕刻劑)去除這些突起，提高載流子遷移性(1997 SIDInternational Symposium digest of technical papers，May 1997，pp485-488)。
但是，上述已有技術(shù)中存在以下問題。
在采用CMP法使多晶硅膜平坦化時(shí)，平均粗糙度(Ra)可以達(dá)到1nm以下，但是CMP裝置的成本高，而且存在來自研磨劑的雜質(zhì)污染的擔(dān)心。而且，由于采用CMP法而增加了后清洗等額外的制造工序，所以存在導(dǎo)致生產(chǎn)率降低的問題。
采用過腐蝕法使多晶硅膜平坦化時(shí)，涂敷作為犧牲膜的光刻膠，再使用CF4氣體進(jìn)行干腐蝕，所以導(dǎo)致制造工序增加、生產(chǎn)率降低，同時(shí)存在裝置和原料等的成本提高的不經(jīng)濟(jì)的問題。
而且，在使用日本特開平2-163935號公報(bào)記載的方法時(shí)，正如從上述公報(bào)的實(shí)施例可知，難以選擇地僅氧化多晶硅膜的表面。即如果在950℃進(jìn)行濕法氧化，則存在多晶硅膜全部被氧化而不僅限于其表面的問題。
而且，在非晶硅膜中含有氧的方法中，由于含有過量的氧，通過激光退火法進(jìn)行結(jié)晶化時(shí)，存在結(jié)晶不能充分生長的問題。如果結(jié)晶粒徑小，則不能獲得大的遷移率，不能充分發(fā)揮作為晶體管的功能。采用BOE時(shí)，防止來自玻璃襯底的雜質(zhì)擴(kuò)散，腐蝕形成的氧化硅膜等，存在氧化硅膜表面粗糙度(Ra)增大的問題。
發(fā)明的內(nèi)容因此，為了解決上述問題，而不采用降低成本、難以提高生產(chǎn)效率的CMP法、過腐蝕法，本發(fā)明的目的在于提供一種廉價(jià)的表面處理溶液，能夠選擇性降低通過激光退火法在玻璃等絕緣襯底上形成的多晶硅膜表面的平均粗糙度(Ra)，而不破壞氧化硅膜表面。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案本發(fā)明的發(fā)明人為解決上述課題進(jìn)行了銳意研究，看來采用含有特定濃度范圍的氫氟酸或氟化銨和硝酸的表面處理溶液，能夠解決上述課題，完成了本發(fā)明。
亦即，本發(fā)明涉及多晶硅膜的表面處理溶液，本質(zhì)上由0.01-0.5質(zhì)量％的氫氟酸或者0.5-5質(zhì)量％的氟化銨、50.0-80.0質(zhì)量％的硝酸和水組成。
本發(fā)明涉及上述表面處理溶液，其特征在于，用于形成薄膜晶體管的多晶硅膜表面的清洗、平坦化。
本發(fā)明涉及上述表面處理溶液，其特征在于，多晶硅膜是形成在玻璃絕緣襯底上的，而且不會破壞絕緣襯底上形成氧化硅膜。
本發(fā)明涉及多晶硅膜的表面處理方法，其特征在于，采用上述表面處理溶液，對多晶硅膜表面進(jìn)行處理，所述多晶硅膜是采用激光退火法使絕緣襯底上淀積的非晶硅膜結(jié)晶化而形成的。
而且，本發(fā)明涉及上述方法，其特征在于，由表面處理溶液確定的處理溫度是5-60℃，處理時(shí)間是10秒-30分鐘。
本發(fā)明涉及上述方法，其特征在于，多晶硅膜是形成薄膜晶體管的多晶硅膜。
本發(fā)明涉及上述方法，其特征在于，多晶硅膜是形成在玻璃絕緣襯底上的多晶硅膜。
上述表面處理溶液，既可以用于形成薄膜晶體管的多晶硅膜表面的清洗、平坦化，也可以用于玻璃絕緣襯底上形成的多晶硅膜表面的清洗、平坦化。
而且，根據(jù)本發(fā)明，提供一種多晶硅膜的表面處理方法，采用上述表面處理溶液，對多晶硅膜表面進(jìn)行處理，所述多晶硅膜是采用激光退火法使絕緣襯底上淀積的非晶硅膜結(jié)晶化而形成的。上述表面處理方法中，由表面處理溶液確定的處理溫度最好是5-60℃，處理時(shí)間最好是10秒-30分鐘。而且，上述表面處理方法中，多晶硅膜既可以是形成薄膜晶體管的多晶硅膜，也可以是形成在玻璃絕緣襯底上的多晶硅膜。
可是，已有的含有氫氟酸或者氟化銨以及硝酸的液態(tài)組合物是作為硅的腐蝕液公知的(例如可參見特開平6-21034；樽岡清威著的“電子的精密微細(xì)加工”(綜合電子出版社，昭和55年，p83)；RitsuoTakizawa，Toshiro Nakanishi，Kouichirou Honda，Akira Ohsawa著的“Ultraclcan Technique for silicon Wafer Sufaces with HNO3-HFSystems”(Japanese Joumal of Applied Physics Vol.27，No.11，Nov ppL2210-L2212))。但是，這些腐蝕液中的氫氟酸或者氟化銨以及硝酸的濃度，均與本發(fā)明的表面處理溶液中的各種成分的濃度不同，例如已知典型的多晶硅腐蝕液中，是50％的氫氟酸∶60％的硝酸∶水＝1∶60∶60(容量比；樽岡清威著的“電子的精密微細(xì)加工”(綜合電子出版社，昭和55年)的混合酸，或者是含有氫氟酸、硝酸、醋酸的混合酸，這些混合酸均不能實(shí)現(xiàn)使激光退火后的多晶硅膜的表面平均粗糙度(Ra)得以降低這個(gè)本發(fā)明目的。
作為硅的腐蝕液還已知含有堿成分的，但是由于其具有各向異性腐蝕的特性，所以腐蝕隨硅結(jié)晶的晶面方位而不同，成為多晶硅膜表面的平均粗糙度(Ra)增大的原因。因此，這些腐蝕液無論如何也不能用于通過激光退火法形成的多晶硅表面的清洗和平坦化。
按照與已有的類似的本發(fā)明的表面處理溶液的組成，如果從含有氫氟酸或者氟化銨以及硝酸的腐蝕液的性質(zhì)來看，本發(fā)明的表面處理溶液所產(chǎn)生的效果應(yīng)該是完全令人吃驚的。
附圖的簡要說明

圖1是在絕緣性襯底表面形成多晶硅膜的工序模式圖。
發(fā)明的實(shí)施方式本發(fā)明的多晶硅膜的表面處理溶液，由于硝酸濃度加大，所以多晶硅的氧化反應(yīng)加速，而且，由于氫氟酸含量、氟化銨濃度非常小，所以能夠不依賴于多晶硅結(jié)晶軸方向等而降低多晶硅膜表面的平均粗糙度(Ra)。本發(fā)明的多晶硅膜的表面處理溶液，由于含有的氫氟酸或者氟化銨以及硝酸是廣泛使用的半導(dǎo)體用藥液，容易得到廉價(jià)的高純度藥液。因此，本發(fā)明的表面處理溶液可以低成本地制造，而且不會造成雜質(zhì)對多晶硅膜的逆向污染。
本發(fā)明的多晶硅膜的表面處理溶液中，氫氟酸的濃度是0.01-0.5質(zhì)量％，或者氟化銨的濃度是0.5-5質(zhì)量％，在氫氟酸濃度大于0.5質(zhì)量％或者氟化銨濃度大于5質(zhì)量％時(shí)，多晶硅的平坦化速度加快，成為多晶硅表面平坦性惡化的原因。而且，在氫氟酸濃度小于0.01質(zhì)量％或者氟化銨濃度小于0.5質(zhì)量％時(shí)，平坦化進(jìn)行遲緩，造成生產(chǎn)率下降。并且，氫氟酸的濃度最好是0.05-0.2質(zhì)量％，氟化銨的濃度最好是1-4質(zhì)量％。
在本發(fā)明的多晶硅膜的表面處理溶液中，硝酸濃度是50.0-80.0質(zhì)量％，在小于50.0質(zhì)量％時(shí)，氫氟酸引起的腐蝕反應(yīng)加速，成為多晶硅表面平坦化惡化的原因，在大于80.0質(zhì)量％時(shí)，硝酸引起的氧化反應(yīng)加速，腐蝕率降低，不實(shí)用，而且濃度超過80.0質(zhì)量％的硝酸在制造上是困難的，經(jīng)濟(jì)性也不好。硝酸濃度最好在60.0-70.0質(zhì)量％。
本發(fā)明的表面處理溶液可以適用于對多晶硅膜表面清洗、平坦化，所述多晶硅膜是采用激光退火法使絕緣襯底上淀積的非晶硅膜結(jié)晶化而形成的。特別是，可以適用于形成薄膜晶體管的多晶硅膜表面的清洗、平坦化。而且，本發(fā)明的表面處理溶液可以高純度地供給，通過雜質(zhì)污染少的處理，特別可以適用于在玻璃絕緣襯底上形成的多晶硅膜表面的清洗、平坦化。
使用本發(fā)明的表面處理溶液進(jìn)行多晶硅膜表面的清洗、平坦化時(shí)的處理溫度最好是5-60℃，處理時(shí)間最好是10秒-30分鐘。如果處理溫度過低，則表面處理溶液的活性能力降低，不能發(fā)揮進(jìn)行平坦化的效果，如果溫度過高，則難以控制處理裝置的溫度，不能獲得穩(wěn)定的效果。而且，處理時(shí)間過短，則不能發(fā)揮本表面處理溶液的效果，如果過長，則會產(chǎn)生對多晶硅膜的腐蝕，存在損失膜的可能性。處理溫度最好是10-50℃，處理時(shí)間最好是1-20分鐘。
實(shí)施例以下列舉實(shí)施例和對比例更詳細(xì)地說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于這些例子。而且，本發(fā)明的多晶硅膜表面的平均粗糙度(Ra)是采用タカノ株式會社制的AFM(原子力顯微鏡)測定的。調(diào)整和分析時(shí)使用的水是超純水，實(shí)施例、對比例使用的藥品是超高純度的藥品。
實(shí)施例1-6如圖1(a)所示，為了防止來自襯底的雜質(zhì)擴(kuò)散，采用作為濺射法的等離子體CVD(化學(xué)汽相淀積)法，在玻璃等絕緣襯底1上成膜SiO2膜或SiN膜的敷膜2。采用等離子體CVD法在其上成膜10-70nm(最好20-60nm)膜厚的非晶硅膜3。通過準(zhǔn)分子激光對非晶硅膜3進(jìn)行退火，激光功率約是300mJ/cm2左右，形成多晶硅膜4。
激光退火采用的激光可以是XeCl、ArF、KrF之中的一種準(zhǔn)分子激光。也可以在激光退火前，通過在氮?dú)鈿夥罩小?00℃的固相生長形成多晶化。
然后，如圖1(b)所示，按照表1所示條件，把通過激光退火法結(jié)晶化的多晶硅膜4浸漬在表1所示各種組成的表面處理溶液中。之后，用超純水清洗，吹入氮?dú)飧稍铮ㄟ^原子力顯微鏡(AFM)測定多晶硅膜和SiO2的平均粗糙度(Ra)。結(jié)果如表1所示。
對比例1-10除了使用具有表1所示組成的表面處理溶液這一點(diǎn)之外，其余與實(shí)施例1-6同樣地處理多晶硅膜。結(jié)果也如表1所示。
表1

※1氟化銨40質(zhì)量％水溶液7∶氫氟酸49質(zhì)量％水溶液1(容量比)※2氨水(濃度29質(zhì)量％)，過酸化水素水(濃度30質(zhì)量％)※3大金工業(yè)株式會社氟系表面活性劑、DS-401
由表1可見，使用實(shí)施例1-6的表面處理溶液時(shí)，可以不使用CMP法、過腐蝕法，而使通過激光退火法形成的多晶硅膜表面的平均粗糙度(Ra)降低。另一方面，使用氫氟酸或氟化銨以及硝酸中任意一種的濃度在本發(fā)明范圍之外的對比例1-4、8和9的清洗、平坦化溶液時(shí)，使用BOE時(shí)，使用通常采用的硅腐蝕液、例如對比例6和7的堿溶液時(shí)等，可見不能充分降低多晶硅膜表面的平均粗糙度(Ra)。而且，使用BOE時(shí)，可見增大了氧化硅膜的平均粗糙度(Ra)。
本發(fā)明的優(yōu)良效果通過使用本發(fā)明的表面處理溶液，不必采用CMP法、過腐蝕法，即可以降低由激光退火法形成的多晶硅膜表面的平均粗糙度(Ra)，不會破壞氧化硅膜的表面。特別是，本發(fā)明由于可以適用于在玻璃等絕緣襯底上形成多晶硅膜表面的清洗、平坦化，所以能夠有助于提高薄膜晶體管的生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
1.一種多晶硅膜的表面處理溶液，其特征在于，其本質(zhì)上是由0.01-0.5質(zhì)量％的氫氟酸或者0.5-5質(zhì)量％的氟化銨、50.0-80.0質(zhì)量％的硝酸和水組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的表面處理溶液，其特征在于，用于形成薄膜晶體管的多晶硅膜表面的清洗、平坦化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的表面處理溶液，其特征在于，多晶硅膜是形成在玻璃絕緣襯底上的，而且不會破壞絕緣襯底上形成氧化硅膜。
4.一種多晶硅膜的表面處理方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1或2或3之中任意一種的表面處理溶液，對多晶硅膜表面進(jìn)行處理，所述多晶硅膜是采用激光退火法使絕緣襯底上淀積的非晶硅膜結(jié)晶化而形成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，由表面處理溶液確定的處理溫度是5-60℃，處理時(shí)間是10秒-30分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的方法，其特征在于，多晶硅膜是形成薄膜晶體管的多晶硅膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6的方法，其特征在于，多晶硅膜是形成在玻璃絕緣襯底上的多晶硅膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種廉價(jià)的表面處理溶液,能夠選擇性地降低在玻璃等絕緣襯底上通過激光退火法形成的多晶硅膜表面的平均粗糙度(Ra)。該多晶硅膜的表面處理溶液,實(shí)質(zhì)上由0.01－0.5質(zhì)量%的氫氟酸或者0.5－5質(zhì)量%的氟化銨、50.0－80.0質(zhì)量%的硝酸和水組成。
文檔編號H01L21/321GK1334312SQ01120328
公開日2002年2月6日 申請日期2001年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月25日
發(fā)明者林秀和, 景山憲二 申請人:關(guān)東化學(xué)株式會社