專利名稱：半導(dǎo)體裝置的具有低介電常數(shù)的絕緣層的淀積方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于汽相淀積低介電絕緣層的方法，更具體地涉及一種通過(guò)在用于形成半導(dǎo)體裝置保護(hù)層的CVD或PECVD過(guò)程中加入硅烷氣體(SiH4)可顯著地提高低介電絕緣層的汽相淀積速度的用于汽相淀積低介電絕緣層的方法。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管基片在液晶顯示器、有機(jī)EL(電致發(fā)光)顯示器等作為獨(dú)立驅(qū)動(dòng)每個(gè)像素的電路基片使用。薄膜晶體管基片包括用于傳送掃描信號(hào)的掃描信號(hào)布線和用于傳送圖像信號(hào)的圖像信號(hào)線或數(shù)據(jù)布線、與柵極布線及數(shù)據(jù)布線連接的薄膜晶體管、與薄膜晶體管連接的像素電極、遮蓋柵極布線以絕緣該柵極布線的柵極絕緣層、以及遮蓋數(shù)據(jù)布線以絕緣該數(shù)據(jù)布線的保護(hù)層。薄膜晶體管包括與柵極布線一部分的柵極一起形成通道的半導(dǎo)體層、數(shù)據(jù)布線一部分的源極和漏極、柵極絕緣層、和保護(hù)層。薄膜晶體管是一種傳輸或截止圖像信號(hào)的開(kāi)關(guān)裝置，根據(jù)由柵極布線傳輸?shù)膾呙栊盘?hào)通過(guò)數(shù)據(jù)布線將該圖像信號(hào)傳輸?shù)较袼仉姌O。
在液晶顯示器中薄膜晶體管基片是最常用的。隨著液晶顯示器逐漸大型化、高精細(xì)化，應(yīng)要盡快解決寄生電容增加引起的信號(hào)扭曲問(wèn)題。而且，為了減少個(gè)人計(jì)算機(jī)的功率消耗和增加TV中液晶顯示器的有效視聽(tīng)距離，需要提高亮度，這樣勢(shì)必要增大開(kāi)口率。為了增大開(kāi)口率，有必要使像素電極重疊到數(shù)據(jù)布線上，但此時(shí)會(huì)增加像素電極和數(shù)據(jù)線之間的寄生電容。
為了解決寄生電容增加的問(wèn)題，要充分保證像素電極和數(shù)據(jù)線之間的垂直空間。為了確保該垂直空間，用有機(jī)絕緣層形成保護(hù)層。然而，利用有機(jī)絕緣層的工序有以下缺點(diǎn)。首先，材料是昂貴的。即，在旋轉(zhuǎn)涂布期間存在相當(dāng)大的浪費(fèi)，其增加了材料成本。其次，有機(jī)絕緣層缺乏耐熱性，所以后續(xù)過(guò)程受到很多限制。而且，由于材料的結(jié)塊造成頻繁產(chǎn)生雜質(zhì)顆粒。上部層及下部層之間的粘合強(qiáng)度低，并且當(dāng)在保護(hù)層上形成像素電極時(shí)，蝕刻誤差會(huì)很大。
通常，將SiO2及SiN的介電薄膜用于制造多種形態(tài)的導(dǎo)電裝置。正在進(jìn)行用于從硅氧烷IC’s制造用于平板顯示器的光波導(dǎo)向裝置的研究。
該材料可提供所有裝置的需求及強(qiáng)電和機(jī)械特性。最近，為了提高裝置性能，使導(dǎo)電層更接近或緊貼在一起。此外，目前使用的裝置，作為攜帶用，比起常見(jiàn)的AC耦合更重視在電池中流動(dòng)所需的更低的功率消耗。因此，為了減少引起更高功率消耗及更慢啟動(dòng)速度的電容量耦合，需要開(kāi)發(fā)一種具有低介電常數(shù)的新材料。
為了解決這些問(wèn)題，使用除附加官能團(tuán)外的低密度以Si-C鍵為基本成分的材料。上述材料顯示低密度且具有低介電常數(shù)。這些材料是a-SiCOH或硅碳氧化物(silicon oxycarbide)，且具有2.7至3.5的低介電常數(shù)，所以可以大為提高半導(dǎo)體裝置的性能。
因此，作為TFT-LCD面板的層間絕緣層及保護(hù)層，若使用a-SiCOH、a-Si∶O∶F等CVD方法淀積的低介電率絕緣層，可以降低數(shù)據(jù)布線和像素電極之間的耦合電容量，可以減少RC時(shí)間延遲及串話干擾。特別是，為了實(shí)現(xiàn)超開(kāi)口率結(jié)構(gòu)，應(yīng)該將像素電極重疊數(shù)據(jù)電極。然而，傳統(tǒng)保護(hù)層之一的SiNx保護(hù)層，因?yàn)樨?fù)載電容量變得很大，所以很難顯示圖像。因此，絕緣保護(hù)層的介電常數(shù)盡量要低，需要增加保護(hù)層的厚度，在垂直方向要充分隔開(kāi)。為此，主要使用上述CVD方法淀積的保護(hù)層。
在CVD方法淀積的低介電率層間絕緣層a-SiCOH層中根據(jù)其用途，為了減少耦合電容量需要數(shù)微米的厚度。一般半導(dǎo)體工序中的絕緣薄膜只不過(guò)是數(shù)千微米而已，為了補(bǔ)償這種增加厚度導(dǎo)致的產(chǎn)量的下降，需要有很快的淀積速度。
通常a-SiCOH薄膜向主源氣體SiH(CH3)3(下面稱為Z3MSTM)添加氧化劑N2O或O2、及改善均勻性及穩(wěn)定特性的Ar或He等惰性氣體，用PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)電極)方法淀積而成。眾所周知，就a-SiCOH薄膜而言，若增加源氣體(例如，三甲基硅烷)的流量，其淀積速度也變快。
然而，在上述方法中，隨著增加源氣體的流量機(jī)械強(qiáng)度變小，產(chǎn)生的薄膜很柔軟，極易在后續(xù)過(guò)程中受到損傷，還存在增加高價(jià)的源氣體消耗量，隨之出現(xiàn)造價(jià)增加的問(wèn)題。而且，為了使其具有最低介電常數(shù)而改變最佳的CVD淀積過(guò)程的全部參數(shù)，那么介電常數(shù)會(huì)很快增加，進(jìn)而出現(xiàn)更要增加厚度的問(wèn)題。如圖1所示，隨著總源氣體流量[Z3MS+N2O]的增加，介電常數(shù)幾乎呈直線增加。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種汽相淀積用于半導(dǎo)體裝置的低介電絕緣層的方法，其可以降低加工時(shí)間且顯著改善汽相淀積速度同時(shí)保持低的介電常數(shù)及其它物理性能，以解決寄生電容的問(wèn)題，從而獲得高開(kāi)口率的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明另一目的在于提供一種按上述方法淀積的絕緣層作為保護(hù)層使用制造的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
為了實(shí)現(xiàn)這些目的，本發(fā)明提供一種汽相淀積用于半導(dǎo)體裝置的低介電絕緣層的方法，包括通過(guò)將包括主氣相源、硅烷(SiH4)、和氧化劑的反應(yīng)氣體混合物提供給包括基片的汽相淀積室用CVD法或PECVD法以汽相淀積a-SiCOH薄膜的工序。
本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置包括通過(guò)上述方法汽相淀積的作為保護(hù)層的低介電絕緣層。
其中，將低介電絕緣層用于保護(hù)層，即，半導(dǎo)體裝置的第一絕緣層、第二絕緣層、緩沖層、柵極絕緣層、及保護(hù)層圖案中的至少一層。該半導(dǎo)體裝置是薄膜晶體管面板(TFT-panel)。


圖1示出了根據(jù)硅烷(SiH4)氣體加入量a-SiCOH薄膜汽相淀積速度的提高效果；圖2示出了根據(jù)硅烷(SiH4)氣體加入量a-SiCOH薄膜介電常數(shù)的變化；圖3示出了根據(jù)硅烷(SiH4)氣體及N2O加入量a-SiCOH薄膜沉積速度的變化；圖4示出了根據(jù)總源氣體[Z3MS+N2O+SiH4]流量沉積速度的變化；以及圖5示出了根據(jù)硅烷(SiH4)氣體加入量及N2O流量a-SiCOH薄膜的介電常數(shù)的變化。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明具有，當(dāng)形成TFT-LCD等半導(dǎo)體裝置的保護(hù)層時(shí)，通過(guò)向源氣體添加硅烷(SiH4)氣體，在提高淀積速度的同時(shí)保持低介電絕緣層(a-SiCOH薄膜)其它物理性質(zhì)的特征。
因此，本發(fā)明解決了寄生電容問(wèn)題，可以獲得高開(kāi)口率結(jié)構(gòu)，且可以縮短加工時(shí)間。
a-SiCOH薄膜(低介電絕緣層)可通過(guò)將包括主氣相源、硅烷(SiH4)、和氧化劑的反應(yīng)氣體混合物提供給包括基片的汽相淀積室用CVD法或PECVD法獲得。為了改善均勻性及穩(wěn)定特性可以包括Ar或He等惰性氣體。
優(yōu)選地，在功率密度為0.2至1.5mW/cm2、溫度為25至300℃、壓力為1至10,000Torr下，向等離子體注入反應(yīng)氣體混合物進(jìn)行的PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積)方法淀積。
為了制造介電常數(shù)在3.6以下、波長(zhǎng)范圍為400至800nm、具有95％以上光透射比的a-SiCOH薄膜(低介電絕緣層)，在反應(yīng)過(guò)程中調(diào)節(jié)好硅烷及氧化劑的量是很重要的。
因此，優(yōu)選地，硅烷(SiH4)氣體與主源氣體具有1∶0.5至1的比率。如果超出上述范圍會(huì)增加介電常數(shù)，則不能得到淀積速度的改善。
優(yōu)選地，這種低介電絕緣層的介電常數(shù)為2至3。而且，優(yōu)選地，保護(hù)層的厚度為1.5μm或更大，更優(yōu)選地，保護(hù)層厚度為1.5至4.0μm。優(yōu)選地，基片選自由液晶顯示裝置、發(fā)光二極管顯示裝置、及有機(jī)發(fā)光二極管顯示裝置組成的組，更優(yōu)選地，是液晶顯示裝置。
優(yōu)選地，主源氣體選自由用以下化學(xué)式1、化學(xué)式2、和化學(xué)式3表示的有機(jī)硅化合物組成的組中一種或多種[化學(xué)式1]SiHx(CH3)4-x其中，x為整數(shù)，即0、1、2、或4；[化學(xué)式2]Si(OR1)xR24-x其中，R1及R2獨(dú)立地或同時(shí)是被C1-5烷基或鏈烯基取代或未被取代的直鏈或支鏈的C1-10烷基或鏈烯基，并且優(yōu)選地R1及R2獨(dú)立地或同時(shí)是甲基、乙基、丙基、或乙烯基，而x為0-4的整數(shù)；[化學(xué)式3]環(huán)-(SiR1R2-O)nR1及R2獨(dú)立地或同時(shí)是被C1-5烷基或鏈烯基取代或未被取代的直鏈或支鏈的C1-10烷基或鏈烯基，并且優(yōu)選地R1及R2獨(dú)立地或同時(shí)是氫、甲基、乙基、丙基、或乙烯基。
氧化劑選自由O2、N2O、NO、CO2、CO、臭氧、及其混合物組成的組。
在半導(dǎo)體裝置的制造過(guò)程中可將通過(guò)這種本發(fā)明的方法淀積的a-SiCOH薄膜用于絕緣層，優(yōu)選地，在液晶顯示器的制造過(guò)程，以覆蓋液晶顯示裝置的半導(dǎo)體層，從而有效地保護(hù)半導(dǎo)體層。
如上所述，若通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法汽相淀積低介電層同時(shí)最優(yōu)化各氣體的混合比，則可以大大改善淀積速度，并且因此不損害機(jī)械強(qiáng)度和后續(xù)過(guò)程情況下，可以補(bǔ)償由于與現(xiàn)有的SiNx薄膜相比厚度增加10倍以上而致的生產(chǎn)量降低。而且，可以降低由于比較昂貴的傳統(tǒng)源氣體的耗量增加而致的高制造成本。
下面，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例及比較例，但應(yīng)當(dāng)理解，下面實(shí)施例只是用于說(shuō)明本發(fā)明，它不局限于下面的實(shí)施例。
使用電容性耦合的平行極板PECVD反應(yīng)器，用三甲基硅烷(3MS)、硅烷(SiH4)、氮氧化物(N2O)、及氬(Ar)的反應(yīng)氣體混合物在空的硅片或玻璃基片上淀積低介電絕緣層。汽相淀積溫度為270℃，在表1中表示了實(shí)施例的PECVD過(guò)程的其它參數(shù)(即，介電常數(shù)和生長(zhǎng)速度)。
測(cè)量形成在玻璃基片上的絕緣層光透射比。其結(jié)果都在400至800nm范圍內(nèi)具有95％以上的透射比。
表1

如圖1所示，通過(guò)向源氣體添加硅烷(SiH4)氣體，淀積速度約增加60％以上。若很好地控制其它汽相淀積參數(shù)，則即使增加SiH4量，但可以保持恒定的介電常數(shù)(k)(圖2)。
圖3示出了在不添加SiH4的情況下(藍(lán)色鉆石)、添加相當(dāng)于主源氣體1/2的SiH4的情況下(紅色長(zhǎng)方形)、添加與源氣體一樣量的SiH4的情況下(綠色三角形)，根據(jù)SiH4加入量和氧化劑的流量用于a-SiCOH薄膜的汽相淀積速度的變化。垂直軸(y)表示氧化劑N2O氣體和含氣體[Z3MS+SiH4]Si的比率。
如圖3所示，汽相淀積速度還與N2O的流量有關(guān)。在未添加SiH4時(shí)，隨著氧化劑/源氣體(例如，N2O/Z3MS)比率的增加汽相淀積速度趨于增加。然而，在添加SiH4時(shí)，雖然增加氧化劑(例如，N2O)的流量，但汽相淀積速度幾乎不變。因此，汽相淀積速度的改善效果比起調(diào)節(jié)氧化劑流量，更依賴于SiH4的加入量。
圖4示出了在SiH4加入量分別不同的情況下，將總流量[源氣體+氧化劑+SiH4]分別增加到1.5倍及2倍時(shí)的汽相淀積速度的變化。在未添加SiH4時(shí)，若將[源氣體+氧化劑]的流量增加到1.5倍(2000sccm→3000sccm)，則汽相淀積速度只增加約25％，然而，若用SiH4替代源氣體添加且總流量增加到3000sccm，則汽相淀積速度幾乎增加約100％。而且，在添加SiH4時(shí)，隨著總流量的變化汽相淀積速度幾乎不變化，因此可以確認(rèn)添加SiH4效果顯著。
圖5示出了根據(jù)硅烷加入量及N2O流量a-SiCOH薄膜的介電常數(shù)變化。其分別示出了未添加SiH4情況、添加相當(dāng)于源氣體1/2的SiH4情況、添加與源氣體一樣量的SiH4情況。水平軸(x)表示氧化劑(N2O)∶(源氣體+SiH4)的比率。
如圖5所示，盡管當(dāng)氧化劑與含氣體Si的比率[N2O/(Z3MS+SiH4)]為3時(shí)根據(jù)SiH4加入量的介電常數(shù)變化在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)是微小的，但是若增加[N2O/(Z3MS+SiH4)]比率，則隨著添加SiH4介電常數(shù)也一起增加。因此，若將[N2O/(Z3MS+SiH4)]比率控制在3以內(nèi)，通過(guò)加入SiH4在保持低介電常數(shù)的同時(shí)可以顯著地改善汽相淀積速度。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，使用硅烷氣體汽相淀積的a-SiCOH層(低電容絕緣層)通過(guò)形成保護(hù)層，在保持絕緣層物理性質(zhì)的同時(shí)可以大大改善汽相淀積速度。因此，可以解決寄生電容的問(wèn)題以獲得高開(kāi)口率結(jié)構(gòu)并且可以縮短加工時(shí)間。
權(quán)利要求
1.一種汽相淀積用于半導(dǎo)體裝置的低介電絕緣層的方法，包括通過(guò)將包括氣相主源、硅烷(SiH4)、和氧化劑的反應(yīng)氣體混合物提供給包括基片的汽相淀積室用CVD法或PECVD法汽相淀積a-SiCOH薄膜的工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽相淀積低介電絕緣層的方法，其中所述a-SiCOH薄膜具有3.6以下的介電常數(shù)，并且在400-800nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有95％以上的光透射比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽相淀積低介電絕緣層的方法，其中所述基片選自由液晶顯示器、發(fā)光二極管顯示器、和有機(jī)發(fā)光二極管顯示器組成的組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽相淀積低介電絕緣層的方法，其中所述a-SiCOH薄膜被用在用于液晶顯示器的絕緣層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽相淀積低介電絕緣層的方法，其中硅烷(SiH4)氣體與主源氣體的比率是1∶0.5-1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽相淀積低介電絕緣層的方法，其中所述主源氣體選自由用以下化學(xué)式1、化學(xué)式2、和化學(xué)式3表示的有機(jī)硅化合物組成的組中一種或多種[化學(xué)式1]SiHx(CH3)4-x其中，x為整數(shù)，即0、1、2、或4；[化學(xué)式2]Si(OR1)xR24-x其中，R1及R2獨(dú)立地或同時(shí)是被C1-5烷基或鏈烯基取代或未被取代的直鏈或支鏈的C1-10烷基或鏈烯基，并且優(yōu)選地R1及R2獨(dú)立地或同時(shí)是甲基、乙基、丙基、或乙烯基，而x為0-4的整數(shù)；[化學(xué)式3]環(huán)-(SiR1R2-O)nR1及R2獨(dú)立地或同時(shí)是被C1-5烷基或鏈烯基取代或未被取代的直鏈或支鏈的C1-10烷基或鏈烯基，并且優(yōu)選地R1及R2獨(dú)立地或同時(shí)是氫、甲基、乙基、丙基、或乙烯基。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽相淀積低介電絕緣層的方法，其中所述氧化劑選自由O2、N2O、NO、CO2、CO、臭氧、及其混合物組成的組。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽相淀積低介電絕緣層的方法，其中所述a-SiCOH薄膜在1-10,000Torr的壓力和25-300℃的溫度下，通過(guò)以0.2-1.5mW/cm2的功率密度將反應(yīng)氣體混合物暴露給等離子體用PECVD法進(jìn)行汽相淀積。
9.一種半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體裝置包括通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法汽相淀積的低介電絕緣層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置，其中將所述低介電絕緣層用于保護(hù)層，即，所述半導(dǎo)體裝置的第一絕緣層、第二絕緣層、緩沖層、柵極絕緣層、及保護(hù)層圖案中的至少一層。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述半導(dǎo)體裝置是薄膜晶體管面板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于汽相淀積低介電絕緣層的方法，更具體地，涉及一種可顯著改善汽相淀積速度同時(shí)保持低介電絕緣層性能的用于汽相淀積低介電絕緣層的方法，從而解決寄生電容問(wèn)題以獲得高開(kāi)口率結(jié)構(gòu)，而當(dāng)通過(guò)CVD或PECVD法汽相淀積絕緣層以形成用于半導(dǎo)體裝置的保護(hù)層時(shí)，利用硅烷氣體可以縮短加工時(shí)間。
文檔編號(hào)H01L23/52GK1625799SQ02828976
公開(kāi)日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2002年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月17日
發(fā)明者梁成勛, 格倫·塞爾尼A, 丁奎夏, 黃秉槿, 洪完植 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社, 陶氏康寧公司