專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造絕緣柵場效應(yīng)晶體管的方法。特別是本發(fā)明涉及一種制造能夠被應(yīng)用到具有柵重疊結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管(TFT)的半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
使用液晶的顯示器已在以液晶顯示TV為代表的20英寸或更大的屏幕中投入實(shí)際應(yīng)用。最近幾年，實(shí)現(xiàn)了集成有包含其中用多晶硅膜作為有源層的TFT的驅(qū)動電路的的液晶顯示器件。
但是，存在一個問題，即使用多晶硅膜的TFT導(dǎo)致漏結(jié)耐壓性降低。這導(dǎo)致結(jié)漏電流(此后稱為OFF-漏電流)增加。已經(jīng)知道輕摻雜區(qū)(LDD)對減少OFF-漏電流是有效的。
所指出的問題是在漏區(qū)附近產(chǎn)生高電場，因此熱載流子被LDD區(qū)的柵絕緣膜俘獲，并因此使器件參數(shù)如閾值值大大減小。在JP2001-294787中公開了其中柵電極與LDD區(qū)重疊以防止熱載流子的退化的TFT。柵重疊LDD結(jié)構(gòu)TFT與普通LDD結(jié)構(gòu)TFT相比具有較高的電流驅(qū)動能力，并且通過有效平抑漏區(qū)附近的高電場來抑制由于熱載流子導(dǎo)致的退化。
但是，根據(jù)上述公報(bào)中公開的柵重疊LDD結(jié)構(gòu)TFT，一用于形成LDD區(qū)的雜質(zhì)區(qū)在半導(dǎo)體層上形成，然后在其上形成柵電極與LDD區(qū)重疊。該制造方法不能根據(jù)最小化設(shè)計(jì)原則精確調(diào)節(jié)與柵電極重疊的部分。
另一方面，在JP2002-14337中公開了以自對準(zhǔn)方式制造柵重疊LDD結(jié)構(gòu)TFT的優(yōu)選實(shí)例。公報(bào)中所公開的技術(shù)是至少層疊兩層的導(dǎo)電層進(jìn)行一次曝光和多次摻雜，然后，形成具有不同厚度和形狀的上層和下層，然后在其上進(jìn)行離子摻雜。結(jié)果，與柵電極重疊的LDD區(qū)可以自對準(zhǔn)方式形成。
為了最大程度發(fā)揮與柵電極重疊的LDD區(qū)作為抗熱載流子導(dǎo)致的退化的手段的功能，有必要根據(jù)TFT的驅(qū)動電壓優(yōu)化LDD長度(用作溝道長度的長度)。即存在一個有效平抑漏區(qū)附近高電場的最佳長度。
上述公報(bào)中公開的技術(shù)分兩步在第一步中，對兩個層疊導(dǎo)電層進(jìn)行刻蝕形成錐形；在第二步中，只對錐形層疊導(dǎo)電層的上層進(jìn)行選擇性各向異性刻蝕，并且可通過控制圓錐角調(diào)節(jié)LDD長度。

發(fā)明內(nèi)容
為了根據(jù)掩模圖案既刻蝕柵電極又刻蝕膜的邊緣部分或膜的側(cè)壁部分，通過干刻修整掩模圖案的寬度來進(jìn)行刻蝕。為此目的，刻蝕氣體種類的選擇、偏壓的調(diào)節(jié)，以及掩模圖案和膜的材料的選擇比是至關(guān)重要的。
在傳統(tǒng)的使用具有至少兩層層疊結(jié)構(gòu)的柵電極的技術(shù)中，為了調(diào)節(jié)LDD長度，在柵電極處理過程中，必須減少圓錐角(相對襯底表面的角度)。為此目的，必須大幅修整掩模圖案。掩模圖案應(yīng)該留有厚度余量，因?yàn)樗鼘⒈徽{(diào)整。這導(dǎo)致一個問題即不能形成微觀掩模圖案。
對于有關(guān)刻蝕處理的選擇比的問題，需考慮刻蝕氣體和主體間的關(guān)系。顯示器件的面積、信號延遲問題應(yīng)該隨同屏幕尺寸的增加一并解決。必需使用以鋁為代表的低電阻率材料。具體而言，對于大約20英寸的屏幕，薄層電阻至多為0.2Ω/。
為了在10～20V電壓下驅(qū)動具有10μm長的溝道部分的TFT，LDD區(qū)至少需要至少1μm長(優(yōu)選1.5μm)長(與柵電極重疊的長度)。在此情況下，根據(jù)上述傳統(tǒng)技術(shù)，厚0.5μm的鋁膜必需形成約20°的圓錐角。但是，由于鋁難于進(jìn)行圓錐角加工，因此不能通過干刻形成小的圓錐角。
考慮到前述原因，本發(fā)明的一個目的是提供一種TFT的制造方法，通過該方法，為設(shè)計(jì)以自對準(zhǔn)方式形成的與柵電極重疊的LDD帶來了靈活性，特別是可具有可重復(fù)性地形成抗熱載流子的TFT。
申請人已經(jīng)考慮了與柵電極重疊的LDD的長度(此后為方便起見稱為Lov)，如下所述，該長度是減少熱載流子引發(fā)的薄膜晶體管(TFT)退化所必需的。
首先，當(dāng)相對于TFT退化的Lov為預(yù)定值時(shí)，將直到最大場效應(yīng)遷移率減少10％的時(shí)間定義為使用壽命，如圖11所示，從在半對數(shù)坐標(biāo)圖上繪制漏極電壓的倒數(shù)獲得的線性關(guān)系推導(dǎo)出壽命為十年的電壓作為十年保證電壓。例如，在圖11中，具有1.0μm長度Lov的TFT十年保證電壓為16V。圖12是當(dāng)Lov為0.5μm、0.78μm、1.0μm、1.5μm和1.7μm時(shí)如此獲得的保證電壓估算值標(biāo)記圖。圖12也表示漏極電壓為20小時(shí)保證電壓，在該電壓處，在偏壓應(yīng)力實(shí)驗(yàn)中直到TFT的ON-狀態(tài)電流變化10％的時(shí)間為20小時(shí)。
對于低驅(qū)動電壓，熱載流子引發(fā)的退化不是很明顯，但是，對于10V或10V以上的驅(qū)動電壓，則不能忽略熱載流子引發(fā)的退化。圖12清楚地表明當(dāng)驅(qū)動電壓為16V時(shí)，Lov必須為1μm，并且優(yōu)選為1.5μm或1.5μm以上。
為了滿足上述要求，本發(fā)明提供一種用于生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的工藝，通過該工藝，以自對準(zhǔn)方式形成與柵電極重疊的LDD，其中柵電極由包含多個導(dǎo)電層地疊層結(jié)構(gòu)形成，該疊層結(jié)構(gòu)被加工成沿下部第一導(dǎo)電層的溝道長度的寬度大于第二導(dǎo)電層的，并且柵電極在形成LDD的離子摻雜過程中被用作掩模。此時(shí)，結(jié)合干刻將用于形成柵電極的掩模圖案加工成最合適的形狀，從而使與柵電極重疊的LDD(Lov)為1μm或1μm以上，并且優(yōu)選為1.5μm或1.5μm以上。
根據(jù)本發(fā)明的工藝包含的步驟有在半導(dǎo)體層上形成包含下部第一導(dǎo)電層和上部第二導(dǎo)電層的疊層結(jié)構(gòu)，其間夾有柵絕緣膜；在疊層結(jié)構(gòu)上形成掩模圖案；通過刻蝕第二導(dǎo)電層和第一導(dǎo)電層形成具有錐形邊緣的第一導(dǎo)電層圖案；使保留在第一導(dǎo)電層圖案上的掩模圖案的邊緣形成凹進(jìn)；并根據(jù)掩模圖案通過選擇性刻蝕第一導(dǎo)電層圖案中的第二導(dǎo)電層形成第二導(dǎo)電層圖案。由此形成第二導(dǎo)電層圖案，其中沿下部第一導(dǎo)電層的溝道長度的寬度大于上部第二導(dǎo)電層的。第一導(dǎo)電層的凸出長度可為1μm或1μm以上，它被用作屏蔽被電場加速的離子的掩模，從而可形成與第二導(dǎo)電層圖案重疊的LDD區(qū)。換言之，可通過自對準(zhǔn)形成LDD區(qū)。當(dāng)然，第二導(dǎo)電層圖案可用作柵電極。
在上述布置中，優(yōu)選第一導(dǎo)電層由鎢構(gòu)成，而第二導(dǎo)電層由鋁或以鋁為主要成分的金屬構(gòu)成。優(yōu)選掩模圖案的邊緣通過氧等離子體處理形成凹進(jìn)。
根據(jù)本發(fā)明的工藝包含的步驟有通過依次淀積第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層和第三導(dǎo)電層在半導(dǎo)體上形成疊層結(jié)構(gòu)，其間夾有柵絕緣膜；其上形成掩模圖案；形成具有錐形邊緣的第一導(dǎo)電層圖案；使保留在第一導(dǎo)電層圖案上的掩模圖案的邊緣形成凹進(jìn)；并根據(jù)掩模圖案通過選擇性刻蝕第一導(dǎo)電層圖案中的第三導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層形成第二導(dǎo)電層圖案。因而形成第二導(dǎo)電層圖案，其中沿下部第一導(dǎo)電層的溝道長度的寬度大于上部第二導(dǎo)電層的。第一導(dǎo)電層的凸出長度可為1μm或1μm以上，它被用作屏蔽被電場加速的離子的掩模，從而可形成與第二導(dǎo)電層圖案重疊的LDD區(qū)。換言之，可通過自對準(zhǔn)形成LDD區(qū)。當(dāng)然，第二導(dǎo)電層圖案可用作柵電極。
在上述布置中，優(yōu)選第一導(dǎo)電層由鎢構(gòu)成，第二導(dǎo)電層由鋁或以鋁為主要成分的合金或化合物構(gòu)成，而第三導(dǎo)電層由氮化鈦構(gòu)成。優(yōu)選掩模圖案的邊緣通過氧等離子體處理形成凹進(jìn)。
根據(jù)本發(fā)明的工藝包含的步驟有在半導(dǎo)體層上形成包含下部第一導(dǎo)電層和上部第二導(dǎo)電層的疊層結(jié)構(gòu)，其間夾有柵絕緣膜；在疊層結(jié)構(gòu)上形成掩模圖案；進(jìn)行等離子體處理以減少掩模圖案邊緣的圓錐角；通過使用掩模圖案來刻蝕疊層結(jié)構(gòu)中的第二導(dǎo)電層和第一導(dǎo)電層，形成具有錐形邊緣的第一導(dǎo)電層圖案；并通過選擇性刻蝕第一導(dǎo)電層圖案中的第二導(dǎo)電層形成第二導(dǎo)電層圖案。由此形成第二導(dǎo)電層圖案，其中沿下部第一導(dǎo)電層的溝道長度的寬度大于上部第二導(dǎo)電層的。第一導(dǎo)電層的實(shí)出長度可為1μm或1μm以上，它被用作屏蔽被電場加速的離子的掩模，從而可形成與第二導(dǎo)電層圖案重疊的LDD區(qū)。換言之，可通過自對準(zhǔn)形成LDD區(qū)。當(dāng)然，第二導(dǎo)電層圖案可用作柵電極。
在上述布置中，優(yōu)選第一導(dǎo)電層由鎢構(gòu)成，而第二導(dǎo)電層由鋁或以鋁為主要成分的金屬構(gòu)成。優(yōu)選掩模圖案的邊緣通過氧等離子體處理形成凹進(jìn)。
根據(jù)本發(fā)明的工藝包含的步驟有通過依次淀積第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層和第三導(dǎo)電層在半導(dǎo)體層上形成疊層結(jié)構(gòu)，其間夾有柵絕緣膜；在其上形成掩模圖案；進(jìn)行等離子體處理以刻蝕第三導(dǎo)電層并減少掩模圖案邊緣的圓錐角；通過使用掩?？涛g疊層結(jié)構(gòu)的第二導(dǎo)電層和第一導(dǎo)電層，形成具有錐形邊緣的第一導(dǎo)電層圖案；通過選擇性刻蝕第一導(dǎo)電層圖案中的第二導(dǎo)電層形成第二導(dǎo)電層圖案。由此形成第二導(dǎo)電層圖案，其中沿下部第一導(dǎo)電層的溝道長度的寬度大于上部第二導(dǎo)電層的。第一導(dǎo)電層的凸出長度可為1μm或1μm以上，它被用作屏蔽被電場加速的離子的掩模，從而可形成與第二導(dǎo)電層圖案重疊的LDD區(qū)。換言之，可通過自對準(zhǔn)形成LDD區(qū)。當(dāng)然，第二導(dǎo)電層圖案可用作柵電極。
在上述布置中，優(yōu)選第一導(dǎo)電層由鎢構(gòu)成，第二導(dǎo)電層由鋁或以鋁為主要成分的合金或化合物構(gòu)成，而第三導(dǎo)電層由氮化鈦構(gòu)成。優(yōu)選通過使用氟基氣體的等離子體處理減少掩模圖案的寬度。
在包含多個導(dǎo)電層的疊層結(jié)構(gòu)中形成柵電極從而使沿第一導(dǎo)電層的溝道長度方向的寬度大于第二導(dǎo)電層的過程中，在錐形刻蝕工藝和各向異性刻蝕工藝之間提供使掩模圖案凹進(jìn)成窄形的步驟，從而沿第一導(dǎo)電層的溝道的長度可為1μm或1μm以上。在離子摻雜過程中用柵電極作掩模可使與柵電極重疊的LDD區(qū)的長度為1μm或1μm以上，并增加TFT抵抗熱載流子引發(fā)的退化的壽命。
本發(fā)明可被應(yīng)用到用于生產(chǎn)包含在單晶半導(dǎo)體襯底上形成的MOS晶體管的各種半導(dǎo)體器件的工藝中，只要它們是具有與柵電極重疊的LDD結(jié)構(gòu)的晶體管。


圖1A～1E是用于說明根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的工藝的橫截面視圖；圖2A～2C是用于說明根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的工藝的橫截面視圖；圖3A和3B是用于說明通過錐形刻蝕反應(yīng)副產(chǎn)物去除效應(yīng)的示意圖；圖4A和4B是用于說明不進(jìn)行錐形刻蝕時(shí)反應(yīng)副產(chǎn)物效應(yīng)的示意圖；圖5A～5E是用于說明根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的另一個工藝的橫截面視圖；圖6是用于說明感應(yīng)耦合等離子體(ICP)刻蝕設(shè)備的布置的示意圖；圖7是用于說明掩模圖案圓錐角變化的示意圖；圖8是用于說明第二導(dǎo)電層的凹進(jìn)寬度d和柵重疊TFT的Lov長度間關(guān)系的示意圖；圖9是表示形成根據(jù)第一實(shí)施例刻蝕的導(dǎo)電層圖案形狀的掃描電子顯微鏡(SEM)圖象；圖10是表示形成根據(jù)第二實(shí)施例刻蝕的導(dǎo)電層圖案形狀的掃描電子顯微鏡(SEM)圖象；圖11是描繪在偏壓應(yīng)力實(shí)驗(yàn)中TFT估計(jì)壽命的Lov的依從性的特征圖；圖12是表示保證電壓估計(jì)值的Lov依從性的曲線；圖13是表示根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的有源矩陣像素排列的頂視圖；圖14是半導(dǎo)體器件的實(shí)例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參考附圖具體描述本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)該明白本發(fā)明不限于下列實(shí)施例，并且在不背離本發(fā)明宗旨和范圍的情況下可作各種更改。所有下列實(shí)施例中相同元件用相同參考數(shù)字表示。
本實(shí)施例中將描述一種工藝，其中柵電極被用作離子摻雜過程中的掩模，與柵電極重疊的LDD(Lov)通過自對準(zhǔn)形成，并且Lov的長度可為1μm或1μm以上。更具體地，第一導(dǎo)電層圖案形成后，保留于其上的掩模圖案的邊緣被凹進(jìn)，且第一導(dǎo)電層圖案中的第二導(dǎo)電層被依次根據(jù)掩模圖案選擇性刻蝕以形成第二導(dǎo)電層圖案。
參考圖1A，在玻璃襯底100上形成第一絕緣膜(基底膜)101、半導(dǎo)體層102和第二絕緣膜(柵絕緣膜)103，其上形成第一導(dǎo)電層104、第二導(dǎo)電層105和第三導(dǎo)電層106。掩模圖案107通過光刻處理由光致抗蝕劑形成。
第一導(dǎo)電層104由厚30～50nm的高熔點(diǎn)金屬形成，如鎢(W)、鉻(Cr)、鉭(Ta)、鈦(Ti)和鉬(Mo)。第二導(dǎo)電層105由厚300～600nm的鋁或以鋁為主要成分的合金或化合物構(gòu)成(典型地，具有鋁和0.1～5wt％的一種或多種選自鈦、硅、鈧和鈮的成分的合金或化合物)。這是為了增加鋁的熱穩(wěn)定性防止鋁尖峰(aluminium spike)的出現(xiàn)。
第三導(dǎo)電層106由高熔點(diǎn)金屬如鎢(W)、鉻(Cr)和鈦(Ti)或它們的氮化物形成。提供第三導(dǎo)電層106用于改善以鋁為主要成分的疊層結(jié)構(gòu)的熱阻并且它不是本發(fā)明的基本組成。與作為第一導(dǎo)電層的鎢結(jié)合簡化了選擇處理，這是由于可用和用于鋁的相同刻蝕氣體來處理氮化鈦。
其次參考圖1B，通過干刻刻蝕第二導(dǎo)電層105和第三導(dǎo)電層106。三氯化硼(BCl3)、氯(Cl2)和四氟化碳(CF4)混合氣體被用作刻蝕氣體。為增加刻蝕速率，干刻設(shè)備使用高密度等離子體源，如電子回旋諧振器(ECR)或感應(yīng)耦合等離子體(ICP)。為了根據(jù)掩模圖案加工錐形的邊緣或側(cè)壁，在襯底一側(cè)施加負(fù)偏壓。
通過被電場加速的離子濺射光致抗蝕劑掩模圖案107，從而使反應(yīng)副產(chǎn)物粘附到工件的側(cè)壁。這也被稱為側(cè)壁保護(hù)膜。以鋁為主要成分的第二導(dǎo)電層105在該工藝步驟中被加工成錐形的原因是去除側(cè)壁保護(hù)膜。更具體地，如圖3A所示，當(dāng)錐形第二導(dǎo)電層105被其后各向異性刻蝕時(shí)，反應(yīng)副產(chǎn)物很難淀積在側(cè)壁，從而它可以被無保留地刻蝕以形成第二導(dǎo)電層圖案105’，如圖3B中所示。另一方面，如圖4A所示，當(dāng)?shù)诙?dǎo)電層105的側(cè)壁基本上是垂直的的時(shí)候，刻蝕過程中反應(yīng)副產(chǎn)物淀積，因此，當(dāng)其后它被各向異性刻蝕時(shí)，反應(yīng)副產(chǎn)物仍然導(dǎo)致畸形，如圖4B所示。換言之，當(dāng)在本工藝步驟中，至少第二導(dǎo)電層105被加工成錐形時(shí)，可去除側(cè)壁保護(hù)膜。
然后參考圖1C，將刻蝕氣體變成CF4、Cl2和氧(O2)的混合氣體來刻蝕作為第一導(dǎo)電層104的鎢。當(dāng)然，雖然所有的導(dǎo)電層可同時(shí)刻蝕，考慮到刻蝕速率的變化，厚的第二導(dǎo)電層105的刻蝕時(shí)間必須設(shè)定得更長。在這種情況下，當(dāng)基底膜由氧化硅構(gòu)成時(shí)，它被刻蝕得相當(dāng)薄。因此為防止這種現(xiàn)象，進(jìn)行兩階段刻蝕。
這樣，如圖1C所示，在第二絕緣膜103上形成由第一導(dǎo)電層104’、第二導(dǎo)電層105’和第三導(dǎo)電層106’構(gòu)成的第一導(dǎo)電層圖案108。第一導(dǎo)電層圖案108的錐形邊緣和襯底100形成的角度被設(shè)定為10～20度。角度主要根據(jù)和第二導(dǎo)電層105’的膜厚的關(guān)系確定，但是，錐形部分的長度被設(shè)定到約0.5～1.5μm。
其后，通過氧等離子體處理使光致抗蝕劑掩模圖案107的邊緣凹進(jìn)。作為掩模圖案107組成部分的光致抗蝕劑通過氧等離子體處理被刻蝕整體以減少。圖案凹進(jìn)寬度可根據(jù)處理時(shí)間任意確定。Lov長度基本上可根據(jù)凹進(jìn)寬度確定(參考圖1D)。
用BCl3和Cl2混合氣體作刻蝕氣體，根據(jù)掩模圖案107’選擇性刻蝕第二導(dǎo)電層105’和第三導(dǎo)電層106’。在此情況下，施加到襯底側(cè)的偏壓被減小，由此留下第一導(dǎo)電層104’。第二導(dǎo)電層105’的邊緣從第一導(dǎo)電層104’向內(nèi)凹進(jìn)，并且正如后面將要描述的，Lov的長度根據(jù)凹進(jìn)寬度確定。以此方式，形成由第一導(dǎo)電層104’、第二導(dǎo)電層105”和第三導(dǎo)電層106”構(gòu)成的第二導(dǎo)電層圖案109，它在與半導(dǎo)體層102交叉的部分用作柵電極(參見圖1E)。
添加一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)到第二絕緣膜103中，即可使用第二導(dǎo)電層圖案109通過自對準(zhǔn)形成LDD或源區(qū)漏區(qū)。圖2A表示用于形成與柵電極重疊的LDD的摻雜工藝，其中一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)的離子穿過第一導(dǎo)電層104’，并被添加到其下的半導(dǎo)體層102中形成第一濃度一種導(dǎo)電型雜質(zhì)區(qū)110。在此情況下，根據(jù)第二絕緣膜103和第一導(dǎo)電層104’的膜厚要求50kV或50kV以上的加速電壓。在LDD情況下，第一濃度一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)區(qū)110中的雜質(zhì)濃度被設(shè)定為1×1016～5×1018/cm3(峰值)。
在用于形成源區(qū)/漏區(qū)的摻雜工藝中，第二導(dǎo)電層圖案109被用作屏蔽離子的掩模，并且在第一濃度一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)區(qū)110的外面形成第二濃度一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)區(qū)111。在此情況下，加速電壓被設(shè)定在30kV或30kV以下。第二濃度一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)區(qū)111中的雜質(zhì)濃度被設(shè)定在1×1019～5×1021/cm3(峰值)。
然后，形成由氮化硅構(gòu)成的第三絕緣膜112、由低介電性有機(jī)化合物材料構(gòu)成的第四絕緣膜113和布線114。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，在離子摻雜過程中，具有與柵電極重疊且其長度為1μm或1μm以上的LDD(Lov)的TFT可用柵電極作掩模通過自對準(zhǔn)形成。由于與柵電極重疊的LDD區(qū)的長度為1μm或1μm以上，可增加TFT壽命抵抗熱載流子引發(fā)的退化。
在本實(shí)施例中，將描述一種工藝，其中在離子摻雜過程中，柵電極被用作掩模，與柵電極重疊的LDD(Lov)通過自對準(zhǔn)形成，并且它的長度可以是1μm或1μm以上。更具體地，在疊層結(jié)構(gòu)上形成掩模圖案用于形成柵電極，對掩模圖案進(jìn)行等離子體處理以減小其邊緣的圓錐角，使用掩模圖案刻蝕疊層結(jié)構(gòu)形成具有錐形邊緣的第一導(dǎo)電層，并選擇性刻蝕第一導(dǎo)電層圖案中的第二導(dǎo)電層形成第二導(dǎo)電層圖案。
首先，如圖1A中的第一實(shí)施例，在襯底100上形成第一絕緣膜101、半導(dǎo)體層102、第二絕緣膜103、第一導(dǎo)電層104、第二導(dǎo)電層105、第三導(dǎo)電層106和掩模圖案107(參考圖5A)。
其次，通過等離子體處理減小掩模圖案107邊緣的圓錐角。同時(shí)，減少第三導(dǎo)電層106。可適用的刻蝕氣體為氟基氣體，如六氟化硫(SF6)和三氟化氮(NF3)。
圓錐角是襯底100的表面和掩模圖案107的側(cè)壁形成的角度，或由掩模圖案107和其下面一層的表面形成的角度。等離子體處理后的圓錐角α2相對于掩模圖案107初始狀態(tài)的圓錐角α1可被減小。更具體地，抗蝕劑被氟基氣體刻蝕，從而邊緣凹進(jìn)，并且圓錐角也被減小。此時(shí)，掩模圖案107優(yōu)選被加工成一定程度的錐形，而非初始矩形橫截面，這是因?yàn)榘歼M(jìn)量可被增加。圖5B表示等離子體處理后的掩模圖案107’和第三導(dǎo)電層106’。
然后，參考圖5C，通過干刻刻蝕第二導(dǎo)電層105和第三導(dǎo)電層106’。用BCl3、Cl2和CF4的混合氣體作刻蝕氣體。為了按照掩模圖案107’將邊緣或側(cè)壁加工成錐形，在襯底側(cè)施加一個負(fù)偏壓。在前面工藝步驟中減小掩模圖案107’邊緣的圓錐角增加了掩模圖案107’的凹進(jìn)量，并減小了要通過刻蝕工藝刻蝕的第二導(dǎo)電層105的側(cè)壁的圓錐角。
然后，參考圖5D，將刻蝕氣體變成CF4、Cl2和O2，刻蝕作為第一導(dǎo)電層104的鎢。這樣，在第二絕緣膜103上形成由第一導(dǎo)電層104’、第二導(dǎo)電層105’和第三導(dǎo)電層106’形成的第一導(dǎo)電層圖案108。由第一導(dǎo)電層圖案108的錐形邊緣和襯底100的表面形成的角度被設(shè)定到10～20度。角度主要根據(jù)和第二導(dǎo)電層105’的膜厚的關(guān)系確定，但是，錐形部分的長度被設(shè)定到約0.5～1μm。
用BCl3和Cl2作刻蝕氣體，根據(jù)掩模圖案107’選擇性刻蝕第二導(dǎo)電層105’和第三導(dǎo)電層106’。在此情況下，施加到襯底側(cè)的偏壓被減小，由此留下第一導(dǎo)電層104’。第二導(dǎo)電層105’的邊緣從第一導(dǎo)電層104’向內(nèi)凹進(jìn)，并且正如后面將要描述的，Lov的長度根據(jù)凹進(jìn)寬度確定。以此方式，形成由第一導(dǎo)電層104’、第二導(dǎo)電層105”和第三導(dǎo)電層106構(gòu)成的第二導(dǎo)電層圖案109，它在與半導(dǎo)體層102交叉的部分用作柵電極(參考圖5E)。
此后，根據(jù)圖2A～2C所示工序，像在第一實(shí)施例中一樣，與柵電極重疊的LDD(Lov)通過自對準(zhǔn)被形成，并且Lov長度為1μm或1μm以上的TFT被形成。結(jié)果，由于與柵電極重疊的LDD區(qū)的長度可以是1μm或1μm以上，可增加TFT的壽命抵抗熱載流子引發(fā)的退化。
[實(shí)例1]將描述根據(jù)第一實(shí)施例的工序形成柵電極的實(shí)例。將參考圖1A～1E描述本實(shí)例。
首先，在鋁硅酸鹽玻璃襯底上通過等離子體化學(xué)氣相沉積(CVD)形成由厚150nm的氮氧化硅膜形成的第一絕緣膜101。半導(dǎo)體層102由結(jié)晶硅膜構(gòu)成，通過激光退火處理使厚50nm的非晶硅膜結(jié)晶化以便被分成島狀而得到結(jié)晶硅膜。第二絕緣膜103由厚115nm的氮氧化硅膜形成，通過等離子體CVD，使用甲硅烷(SiH4)和氧化二氮(N2O)作為源氣體獲得氮氧化硅膜。形成厚30nm的由鎢構(gòu)成的第一導(dǎo)電層104，形成厚500nm的由含硅的鋁構(gòu)成的第二導(dǎo)電層105，以及形成厚20nm的由氮化鈦構(gòu)成的第三導(dǎo)電層106。掩模圖案107由厚1.5μm的正性光致抗蝕劑構(gòu)成。掩模圖案107的寬度可適當(dāng)設(shè)置，但是，在本實(shí)例中，使用寬度為4.5μm和10μm的掩模圖案進(jìn)行光刻處理(參考圖1A)。
其次，通過干刻刻蝕第二導(dǎo)電層(含硅的鋁)105和第三導(dǎo)電層(氮化鈦)106。為了刻蝕，使用ICP刻蝕設(shè)備。圖6表示ICP刻蝕設(shè)備的結(jié)構(gòu)。用于刻蝕的氣體供給單元803和用于維持反應(yīng)室801處于減壓狀態(tài)下的排氣單元804被連接到反應(yīng)室801。等離子體發(fā)生單元包含通過石英片感應(yīng)耦合到反應(yīng)室801的螺旋線圈802，和射頻(13.56MHz)供電單元805。通過射頻(13.56MHz)供電單元806施加偏壓到襯底側(cè)，以在其上有襯底的樣品臺807上產(chǎn)生自偏壓?？涛g工藝的主要參數(shù)是要提供的刻蝕氣體的類型、由射頻(13.56MHz)供電單元806和807提供的射頻功率，以及刻蝕氣壓。
參考圖1B，用BCl3、Cl2和CF4的混合氣體作刻蝕氣體?？涛g壓力設(shè)定在0.7Pa，并提供800W的功率用于發(fā)生等離子體，和500W的功率用于給襯底施加偏壓。然后參考圖1C，將刻蝕氣體變成CF4、Cl2和O2，刻蝕作為第一導(dǎo)電層104的鎢?？涛g條件為刻蝕壓力1.0Pa，500W的功率用于發(fā)生等離子體，和20W的功率用于偏壓襯底。這樣，可形成第一導(dǎo)電層圖案108。
然后通過氧等離子體處理使光致抗蝕劑掩模圖案107的邊緣凹進(jìn)。在氧等離子體處理中，類似地使用ICP刻蝕設(shè)備，其中提供80sccm的O2，以及提供450W的功率用于發(fā)生等離子體，和100W的功率用于偏壓襯底，在1.2Pa處理壓力下保持30秒。通過氧等離子體處理形成的光致抗蝕劑掩模圖案107的寬度和膜厚被減小(參考圖1D)。
隨后，用BCl3和Cl2的混合氣體作刻蝕氣體進(jìn)行各向異性刻蝕，主要加工第二導(dǎo)電層105’。加工時(shí)，在1.2Pa刻蝕壓力下，提供500W的功率用于發(fā)生等離子體，和100W的功率用于偏壓襯底。第二導(dǎo)電層105’的邊緣由第一導(dǎo)電層104’向內(nèi)凹進(jìn)。這樣，形成了第二導(dǎo)電層圖案109，它在與半導(dǎo)體層102相交的部分作為柵電極。從第一導(dǎo)電層104’的邊緣的凹進(jìn)寬度可以是1～2μm。參考圖8，凹進(jìn)寬度d決定Lov長度。表1表示在類似本實(shí)施例的工藝中，根據(jù)是否已進(jìn)行氧等離子體處理的凹進(jìn)寬度d的對比。
單位μm

正如表1清楚所示，當(dāng)進(jìn)行氧等離子體處理時(shí)，根據(jù)掩模的圖案寬度，凹進(jìn)寬度d變成1.2～1.7μm；另一方面，當(dāng)不進(jìn)行氧等離子體處理時(shí)，凹進(jìn)寬度d小到0.5～0.7μm。
圖9表示已實(shí)施氧等離子體處理時(shí)典型的掃描電子顯微鏡(SEM)圖象，它表示了鎢層、鋁層和抗蝕劑掩模從下面被淀積的一種狀態(tài)。所述圖表示從傾斜方向觀察到的SEM圖象，并且鋁層的凹進(jìn)寬度或鎢層的凸出寬度估計(jì)約為1.5μm。
在刻蝕工藝的最后階段，掩模圖案的厚度變成約為初始階段的十分之一。但是，凹進(jìn)寬度可考慮抗蝕劑的膜厚及氧等離子體處理自由設(shè)定。換言之，具有與柵電極重疊的LDD的TFT(柵重疊型TFT)的Lov長度可自由設(shè)定。
之后，通過離子摻雜在50kV的加速電壓下，添加濃度為1×1016～5×1018/cm3(峰值)的磷或硼到包含LDD的第一濃度一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)區(qū)110(參考圖2A)。
在形成源區(qū)/漏區(qū)的摻雜工藝中，使用第二導(dǎo)電層圖案109作屏蔽離子的掩模，在第一濃度一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)區(qū)110的外側(cè)上形成第二濃度一種導(dǎo)電類型雜質(zhì)區(qū)111。在這樣一種情況下，磷或硼的濃度設(shè)定為在10kV的加速電壓下在1×1019～5×1021/cm3(峰值)(參考圖2B)。
之后，通過等離子體CVD形成厚度100nm的含氫氮氧化硅膜，并形成厚1μm的光敏或非光敏丙烯酸或聚酰亞胺樹脂，由此形成第四絕緣膜113。另外，必要時(shí)形成布線114。
這樣，可通過自對準(zhǔn)形成與柵電極重疊的LDD(Lov)，而且也可形成Lov長度為1μm或1μm以上的TFT。
將描述根據(jù)第二實(shí)施例的工序生產(chǎn)柵電極的實(shí)例。將參考圖5A～5E討論本實(shí)例。
首先，如實(shí)例1，在玻璃襯底100上形成由氮氧化硅膜形成的第一絕緣膜101、由結(jié)晶硅膜構(gòu)成的半導(dǎo)體層102、由氮氧化硅膜形成的第二絕緣膜103、第一導(dǎo)電層104(鎢)、第二導(dǎo)電層105(含硅鋁)、第三導(dǎo)電層106(氮化鈦)和掩模圖案107(參考圖5A)。
其次，通過等離子體處理進(jìn)行減小掩模圖案107邊緣的圓錐角的工藝。同時(shí)，減少第三導(dǎo)電層106。等離子體處理使用SF6。在1.9Pa處理壓力下，提供500W的功率用于發(fā)生等離子體，和300W的功率用于偏壓襯底。該工藝使第三導(dǎo)電層106被刻蝕，并且也使掩模圖案107被刻蝕，由此減小邊緣的圓錐角(參考圖5B)。
然后，進(jìn)行錐形刻蝕，目的在于刻蝕包含在第二導(dǎo)電層105中的鋁。用BCl3、Cl2和CF4的混合氣體作刻蝕氣體。在0.7Pa刻蝕壓力下，提供800W的功率用于發(fā)生等離子體，和500W的功率用于使襯底偏壓(參考圖5C)。
然后，將刻蝕氣體變成CF4、Cl2和O2，刻蝕作為第一導(dǎo)電層104的鎢?？涛g條件為刻蝕壓力1.0Pa，500W的功率用于發(fā)生等離子體，和20W的功率用于使襯底偏壓。這樣，可形成第一導(dǎo)電層圖案108(參考圖5D)。
隨后，用BCl3和Cl2的混合氣體作刻蝕氣體進(jìn)行各向異性刻蝕，主要加工第二導(dǎo)電層105’。在1.2Pa刻蝕壓力下，提供500W的功率用于發(fā)生等離子體，和100W的功率用于偏壓襯底。第二導(dǎo)電層105’的邊緣從第一導(dǎo)電層104’向內(nèi)凹進(jìn)(參考圖5E)。
這樣，形成了第二導(dǎo)電層圖案109，它在與半導(dǎo)體層102相交的部分用作柵電極。從第一導(dǎo)電層104’的邊緣的凹進(jìn)寬度可以是1～2μm。表2表示在類似實(shí)施例的工藝中，根據(jù)是否已進(jìn)行氧等離子體處理，凹進(jìn)寬度d的對比。
單位.μm

正如表2清楚所示，當(dāng)進(jìn)行氧等離子體處理時(shí)，根據(jù)掩模的圖案寬度，凹進(jìn)寬度d增加約0.45μm，變成1.0～1.2μm；另一方面，當(dāng)不進(jìn)行氧等離子體處理時(shí)，凹進(jìn)寬度d小到0.5～0.7μm。
圖10表示實(shí)施氧等離子體處理時(shí)典型的掃描電子顯微鏡圖象，它從下面開始表示了鎢層、鋁層和抗蝕劑掩模的疊層結(jié)構(gòu)。所述圖表示從傾斜方向觀察到的SEM圖象，并且鋁層的凹進(jìn)寬度或鎢層的突出寬度估計(jì)約為1.5μm。
從此往后，可如同實(shí)例1中一樣形成柵重疊TPT。
本發(fā)明可應(yīng)用到具有各種顯示屏的半導(dǎo)體器件。特別是本發(fā)明對顯示屏對角線為20英寸或20英寸以上的大屏幕半導(dǎo)體器件是有用的。
圖14是具有安裝在機(jī)殼900中的顯示面板901的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)實(shí)例，它適用于電視接收機(jī)和計(jì)算機(jī)的監(jiān)視系統(tǒng)。機(jī)殼900包含電子線路板902和用于聲音再現(xiàn)的揚(yáng)聲器903，電子線路板902集成了放大器、射頻電路、以及半導(dǎo)體存儲器和磁存儲器如用作存儲器的硬盤在半導(dǎo)體集成電路中以完成圖像顯示功能。
顯示面板901可以是有源矩陣像素電路904、掃描線驅(qū)動電路905和數(shù)據(jù)線驅(qū)動電路906結(jié)合的驅(qū)動器集成型，在有源矩陣像素電路904中使用根據(jù)本發(fā)明的柵重疊TFT，TFT按矩陣排列。
圖13是表示有源矩陣像素電路904的主要布局的圖。在同一層中形成與半導(dǎo)體層301相交的柵電極302和數(shù)據(jù)信號線303。更具體地，它由包含至少一個以鋁為主要成分的導(dǎo)電層的疊層結(jié)構(gòu)形成，并且通過根據(jù)實(shí)例1或2的刻蝕工藝形成柵電極和布線圖案。以此方式，可形成Lov長度為1μm或1μm以上的柵重疊TFT，并且可以減少數(shù)據(jù)信號線的電阻。在它的上層上形成柵信號線304，中間夾有層間絕緣膜，并且柵信號線304通過接觸孔與柵電極302接觸。當(dāng)然，布線可由鋁形成，從而減少布線電阻。在與柵信號線303相同的層中，可形成與數(shù)據(jù)信號線303和半導(dǎo)體層301連接的布線305。像素電極306由氧化銦和氧化鈦的化合物氧化銦錫(ITO)構(gòu)成。這種像素的詳情在JP2001-313397中公開。
實(shí)施例以半導(dǎo)體器件為例。但是，本發(fā)明不限于實(shí)施例，而可被應(yīng)用到其它各種半導(dǎo)體器件中。例如，除導(dǎo)航系統(tǒng)、聲音再現(xiàn)系統(tǒng)(如汽車音響系統(tǒng)和元件音響系統(tǒng))、筆記本個人計(jì)算機(jī)、游戲機(jī)、個人數(shù)字助理(如移動計(jì)算機(jī)、蜂窩電話、便攜式游戲機(jī)和電子圖書)、家用電器如冰箱、洗衣機(jī)、電飯煲、固定電話、吸塵器和體溫計(jì)，以及鐵路墻上標(biāo)志(Wa11 banner)和大面積信息顯示器如火車站和機(jī)場的到達(dá)和出發(fā)導(dǎo)引牌之外，它可被應(yīng)用到各種領(lǐng)域。
雖然本發(fā)明的實(shí)施例已如上被描述，本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不背離本發(fā)明的宗旨和發(fā)明范圍的情況下可作各種變化和修改。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在包括多個導(dǎo)電層的疊層結(jié)構(gòu)中形成柵電極使得沿第一導(dǎo)電層溝道長度方向的寬度大于第二導(dǎo)電層的過程中，在錐形刻蝕工藝和各向異性刻蝕工藝之間提供將掩模圖案凹進(jìn)成長形的步驟，從而沿第一導(dǎo)電層的溝道的長度可以是1μm或1μm以上。在離子摻雜過程中，柵電極用作掩模可使與柵電極重疊的LDD區(qū)的長度為1μm或1μm以上，并增加TFT抵抗熱載流子引發(fā)的退化的壽命。
根據(jù)本發(fā)明，在離子摻雜過程中用柵電極作掩模，通過自對準(zhǔn)可形成具有與柵電極重疊且其長度為1μm或1μm以上的LDD(Lov)TFT。由于與柵電極重疊的LDD區(qū)的長度為1μm或1μm以上，因此可增加TFT的壽命抵抗熱載流子引發(fā)的退化。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包含在半導(dǎo)體層上形成包含下部第一導(dǎo)電層和上部第二導(dǎo)電層的疊層結(jié)構(gòu)，其間插入有柵絕緣膜；在疊層結(jié)構(gòu)上形成掩模圖案；通過刻蝕第二導(dǎo)電層和第一導(dǎo)電層形成具有錐形邊緣的第一導(dǎo)電層圖案；將保留在第一導(dǎo)電層圖案上的掩模圖案的邊緣形成凹進(jìn)；根據(jù)掩模圖案，通過選擇性刻蝕第一導(dǎo)電層圖案中的第二導(dǎo)電層，形成第二導(dǎo)電層圖案；以及通過使用第二導(dǎo)電層圖案中的第二導(dǎo)電層作為掩模來屏蔽被電場加速的離子，在與第二導(dǎo)電層圖案中的第一導(dǎo)電層重疊的半導(dǎo)體層的區(qū)域中形成LDD區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一導(dǎo)電層由鎢構(gòu)成，而第二導(dǎo)電層由鋁或以鋁為主要成分的金屬構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過氧等離子體處理使保留在第一導(dǎo)電層圖案上的掩模圖案的邊緣凹進(jìn)。
4.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包含通過依次淀積第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層和第三導(dǎo)電層在半導(dǎo)體層上形成疊層結(jié)構(gòu)，其間夾有柵絕緣膜；在疊層結(jié)構(gòu)上形成掩模圖案；形成具有錐形邊緣的第一導(dǎo)電層圖案；使保留在第一導(dǎo)電層圖案上的掩模圖案的邊緣凹進(jìn)；根據(jù)掩模圖案，通過選擇性刻蝕第一導(dǎo)電層圖案中的第三導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層，形成第二導(dǎo)電層圖案；通過使用第二導(dǎo)電層圖案中的第三導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層作為掩模來屏蔽被電場加速的離子，在與第二導(dǎo)電層圖案中的第一導(dǎo)電層重疊的半導(dǎo)體層的區(qū)域中形成LDD區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中第一導(dǎo)電層由鎢構(gòu)成，第二導(dǎo)電層由鋁或以鋁為主要成分的合金或化合物構(gòu)成，而第三導(dǎo)電層由氮化鈦構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中通過氧等離子體處理使保留在第一導(dǎo)電層圖案上的掩模圖案的邊緣凹進(jìn)。
7.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包含在半導(dǎo)體層上形成包含下部第一導(dǎo)電層和上部第二導(dǎo)電層的疊層結(jié)構(gòu)，其間插入有柵絕緣膜；在疊層結(jié)構(gòu)上形成掩模圖案；進(jìn)行等離子體處理以減少掩模圖案邊緣的圓錐角；通過使用掩模圖案刻蝕疊層結(jié)構(gòu)中的第二導(dǎo)電層和第一導(dǎo)電層，形成具有錐形邊緣的第一導(dǎo)電層圖案；通過選擇性刻蝕第一導(dǎo)電層圖案中的第二和第三導(dǎo)電層，形成第二導(dǎo)電層圖案；以及通過使用第二導(dǎo)電層圖案中的第二導(dǎo)電層作為掩模來屏蔽被電場加速的離子，在與第二導(dǎo)電層圖案中的第一導(dǎo)電層重疊的半導(dǎo)體層的區(qū)域中形成LDD區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中第一導(dǎo)電層由鎢構(gòu)成，第二導(dǎo)電層由鋁或以鋁為主要成分的金屬構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中通過氧等離子體處理使保留在第一導(dǎo)電層圖案上的掩模圖案的邊緣凹進(jìn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中通過使用氟基氣體的等離子體處理減少掩模圖案的寬度。
11.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包含通過依次淀積第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層和第三導(dǎo)電層而在半導(dǎo)體層上形成疊層結(jié)構(gòu)，其間夾有柵絕緣膜；在疊層結(jié)構(gòu)上形成掩模圖案；進(jìn)行等離子體處理以刻蝕第三導(dǎo)電層并減少掩模圖案邊緣的圓錐角；通過使用掩模圖案刻蝕疊層結(jié)構(gòu)中的第二導(dǎo)電層和第一導(dǎo)電層而形成具有錐形邊緣的第一導(dǎo)電層圖案；通過選擇性刻蝕第一導(dǎo)電層圖案中的第二導(dǎo)電層和第三導(dǎo)電層，形成第二導(dǎo)電層圖案；以及通過使用第二導(dǎo)電層圖案中的第二和第三導(dǎo)電層作為掩模來屏蔽被電場加速的離子，在與第二導(dǎo)電層圖案中的第一導(dǎo)電層重疊的半導(dǎo)體層的區(qū)域中形成LDD區(qū)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中通過氧等離子體處理使保留在第一導(dǎo)電層圖案上的掩模圖案的邊緣凹進(jìn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中通過使用氟基氣體的等離子體處理減少掩模圖案的寬度。
全文摘要
柵電極由包含多個導(dǎo)電層的疊層結(jié)構(gòu)形成，從而沿下部第一導(dǎo)電層的溝道的寬度大于沿上部第二導(dǎo)電層的溝道的寬度。在用于形成LDD的離子摻雜過程中，柵電極被用作掩模。結(jié)合干刻工藝，用于形成柵電極的掩模圖案被加工成最佳形狀，從而與柵電極重疊的LDD(Lov)為1μm或1μm以上，優(yōu)選1.5μm或1.5μm以上。
文檔編號H01L29/786GK1471136SQ03145480
公開日2004年1月28日 申請日期2003年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月1日
發(fā)明者物江滋春 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所