专利名称：蚀刻中止层的重作方法
技术领域：
本发明涉及一种薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)的制造方法，且特别涉及一种可以去除非晶硅层上的残缺蚀刻中止层(etching-stoplayer)并在非晶硅层上形成一重作的蚀刻中止层的方法。
背景技术：
液晶显示器(liquid crystal display，LCD)因具有低幅射性以及体积轻薄短小的优点，故其使用日渐广泛。而TFT LCD因为其高亮度与大视角的特性，在高端电子产品上更是大受欢迎。
传统的TFT LCD是由一TFT面板与一彩色滤光片(color filter，CF)面板所构成，彩色滤光片CF面板至少包括共同电极(common electrode)及RGB彩色滤光片，而TFT面板至少包括基板(substrate)、多条扫描线(scan lines)、多条数据线(data lines)、多个储存电容(storage capacitors)，多个TFT及多个画素电极(pixel electrodes)。这些扫描线与这些数据线定义出多个画素，而各画素具有一画素区域，且各画素区域中具有一TFT。此外，画素电极的材质通常是透明的铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)，故画素电极也可被称为ITO电极。TFT LCD的TFT面板与CF面板中间必须具有多个间隔物(spacer)，用以撑开TFT面板及CF面板，并调整TFT LCD中的液晶层的厚度。
请参照图1A--1G，其绘示为传统的TFT面板的制造方法的流程剖面图。在此以单一画素中的部分剖面为例，首先，在图1A中，提供一基板102，并使用第一道掩模工艺，形成一栅极(gate)104于基板102上。接着，形成一氮氧化硅(SiON)层106、一第一氮化硅(silicon nitride，SiN)层107、一非晶硅(amorphous silicon，α-Si)层108及一第二氮化硅(SiN)层110于基板102之上，如图1B所示。在图1B中，第一图案化光致抗蚀剂层111形成于第二氮化硅层110上。其中，氮氧化硅层106形成于基板102上，氮氧化硅层106覆盖栅极104。第一氮化硅层107形成于氮氧化硅层106上，而非晶硅层108形成于第一氮化硅层107上，且第二氮化硅层110形成于非晶硅层108上。此时，基板102、栅极104、氮氧化硅层106、第一氮化硅层107、非晶硅层108、第二氮化硅层110及图案化光致抗蚀剂层111构成一半导体结构140。此外，氮氧化硅层106及第一氮化硅层107形成一栅极绝缘层(gateinsulator layer)，且第一氮化硅层107的结构也可在此被省略。
然后，以蚀刻法去除所暴露的部分的第二氮化硅层110，使得剩余的第二氮化硅层110形成一蚀刻中止层110a，且蚀刻中止层110a位于栅极104的正上方，如图1C所示。在图1C中，氮氧化硅层106、第一氮化硅层107、非晶硅层108及蚀刻中止层110a可通过第二道掩模工艺形成于基板102之上。
待第一图案化光致抗蚀剂层111被一光致抗蚀剂剥离剂(stripper)去除后，形成一重掺杂N型(N+)半导体层112及一金属层114于非晶硅层108上。其中，N+半导体层112形成于非晶硅层108上，N+半导体层112覆盖蚀刻中止层110a，且金属层114形成于N+半导体层112上，如图1D所示。在图1D中，第二图案化光致抗蚀剂层115形成于金属层114上。
在形成N+半导体层112于非晶硅层108上之前，一般会使用N+预清洗法(pre-cleaning method)清洁非晶硅层108的表面，以去除非晶硅层108的表面上的颗粒(particles)，避免N+半导体层112因覆盖到非晶硅层108的表面上的粒子而产生不平整或破洞现象，对电性品质影响很大。其中，N+预清法包括一使用稀氢氟酸(diluted hydrofluoric acid，DHF)清洗非晶硅层108的步骤、一使用臭氧-水(ozone-water，O3-H2O)清洗非晶硅层108的步骤及一使用去离子水(de-ionized water，DIW)清洗非晶硅层108的步骤。
然后，以蚀刻法去除所暴露的部分的金属层114，使得剩余的金属层114形成源极(source)114a及漏极(drain)114b于蚀刻中止层110a的两侧，如图1E所示。在图1E中，源极114a及漏极114b之间具有一开口117，开口117位于蚀刻中止层110a的上方。
接着，以蚀刻法去除所暴露的部分的N+半导体层112及其下方的部分的非晶硅层108及第一氮化硅层107，而蚀刻中止层110a将用以保护其下方的部分的非晶硅层108在蚀刻过程中不会被去除，以形成N+欧姆接触(ohmiccontact)112a及112b、非晶硅通道(channel)层108a及第一氮化硅绝缘层107a于氮氧化硅层106上，如图1F所示。在图1F中，第二图案化光致抗蚀剂层115已被一光致抗蚀剂剥离剂所去除，且栅极104、栅极104的上方的部分的氮氧化硅层106、第一氮化硅绝缘层107a、非晶硅通道层108a、蚀刻中止层110a、N+欧姆接触层112a及112b、源极114a及漏极114b构成一TFT 150。需要注意的是，蚀刻中止层110a、N+欧姆接触层112a及112b、源极114a及漏极114b以第三道掩模工艺形成于基板102上。
在图1F中，将接续使用第四道掩模工艺，以形成一保护层(passivationlayer)116于氮氧化硅层106之上，保护层116覆盖TFT 150。其中，保护层116具有一接触孔(contact hole)120，接触孔120用以暴露部分的漏极114b。然后，使用第五道掩模工艺，以形成一ITO电极122于部分的保护层116上，ITO电极122通过接触孔120与漏极114b电性连接，如图1G所示，TFT面板100终告完成。
需要注意的是，在使用蚀刻机台蚀刻图1B的第二氮化硅层110的过程中，若蚀刻机台发生异常状况，如传送机构异常时，将会导致基板102、栅极104、氮氧化硅层106、第一氮化硅层107、非晶硅层108、第二氮化硅层110及图案化光致抗蚀剂层111所构成的半导体结构140停留于蚀刻机台中的时间过久，产生第二氮化硅层110的过蚀刻现象。例如，当半导体结构140停留于蚀刻机台过久时，部分的蚀刻中止层因受到残酸侵蚀而导致残缺，并导致图案化光致抗蚀剂层111有可能产生脱落的现象，因为形成的蚀刻中止层具有残缺，无法符合标准规格要求。接着，在形成N+欧姆接触层的过程中，残缺的蚀刻中止层将无法保护其下方的部分的非晶硅通道层于蚀刻过程中被去除，使得所形成的非晶硅通道层也产生残缺的现象，对电性品质影响很大。因此，具有残缺的蚀刻中止层及基板的半导体结构将无法继续被利用，必须被报废及丢弃，对TFT工艺及成品合格率影响很大。
发明内容
本发明的目的就是在提供一种蚀刻中止层的重作方法，可以补救因非晶硅层上的蚀刻中止层有残缺而必须被报废的半导体结构，使得具有重作的蚀刻中止层的半导体结构可以继续被利用。如此一来，可以减少具有残缺的蚀刻中止层的半导体结构的报废数量，并提高TFT面板的成品合格率。
本发明提出一种蚀刻中止层的重作方法，用于一半导体结构上，半导体结构至少包括一非晶硅层、一残缺的蚀刻中止层及一第一图案化光致抗蚀剂层。残缺的蚀刻中止层形成于非晶硅层上，第一图案化光致抗蚀剂层形成于残缺的蚀刻中止层。在此方法中，首先，去除第一图案化光致抗蚀剂层。接着，去除残缺的蚀刻中止层。然后，清洁非晶硅层的表面。接着，形成一重作的蚀刻中止层于非晶硅层上。
本发明另提出一种蚀刻中止层的重作方法，用于一半导体结构上，半导体结构至少包括一非晶硅层、一残缺的蚀刻中止层及一第一图案化光致抗蚀剂层。残缺的蚀刻中止层形成于非晶硅层上，第一图案化光致抗蚀剂层形成于残缺的蚀刻中止层上。在此方法中，首先，以一光致抗蚀剂剥离剂去除第一图案化光致抗蚀剂层。接着，以蚀刻法去除残缺的蚀刻中止层。然后，以N+预清洗法清洁非晶硅层的表面。接着，以一氢气-等离子体处理非晶硅层的表面。然后，以化学汽相沉积法形成一氮化硅层于非晶硅层上。接着，以上光致抗蚀剂、曝光及显影法形成一第二图案化光致抗蚀剂层于氮化硅层上。然后，以蚀刻法去除所暴露的部分的氮化硅层，且剩余的氮化硅层形成一重作的蚀刻中止层。
图1A--1G为传统的薄膜晶体管(TFT)面板的制造方法的流程剖面图；图2为依照本发明的较佳实施例的蚀刻中止层的重作方法的流程图；图3为非晶硅层没有经过氢气-等离子体处理时的漏极电流曲线图；图4为非晶硅层经过氢气-等离子体处理时的漏极电流曲线图；图5为非晶硅层的表面粗糙度曲线图。
附图标记100薄膜晶体管(TFT)面板 102基板104栅极 106氮氧化硅层107第一氮化硅层 107a第一氮化硅绝缘层108非晶硅(α-Si)层 108非晶硅通道层110第二氮化硅层 110a蚀刻中止层111第一图案化光致抗蚀剂层112重掺杂N型(N+)半导体层
112a、112bN+欧姆接触层 114金属层114a源极 114b漏极115第二图案化光致抗蚀剂层116保护层117开口 120接触孔122铟锡氧化物(ITO)电极 140半导体结构150TFT具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，详细说明如下本发明提供一种蚀刻中止层(etching-stop layer)的重作方法，用于一半导体结构上，半导体结构包括一基板、一栅极、一栅极绝缘层、一非晶硅(amorphous silicon，α-Si)层、一残缺的蚀刻中止层及一第一图案化光致抗蚀剂层。其中，栅极形成基板上，栅极绝缘层形成于基板之上，栅极绝缘层覆盖栅极。非晶硅层形成于栅极绝缘层上，残缺的蚀刻中止层形成于非晶硅层上，第一图案化光致抗蚀剂层形成于残缺的蚀刻中止层上。根据本发明，先去除残缺的蚀刻中止层，并重新形成一蚀刻中止层于非晶硅层上，以保护重作的蚀刻中止层所覆盖的部分的非晶硅层于蚀刻过程中不会被去除。如此一来，可以降低具有残缺的蚀刻中止层及基板的半导体结构的报废数量，减少生产及制造成本的开销。
请参照图2，其绘示为依照本发明的较佳实施例的蚀刻中止层的重作方法的流程图。在图2中，首先，在步骤202中，以光致抗蚀剂剥离剂(stripper)去除残缺的蚀刻中止层上的第一图案化光致抗蚀剂层。接着，进入步骤204中，去除残缺的蚀刻中止层，例如以蚀刻法完成。然后，进入步骤206中，以清洁非晶硅层的表面，例如以N+预清洗(pre-cleaning)法完成。其中，N+预清洗法包括一使用稀氢氟酸(diluted hydrofluoric acid，DHF)清洗非晶硅层的表面的步骤、一使用一臭氧-水(ozone-water，O3-H2O)清洗非晶硅层的表面的步骤及一使用一去离子水(de-ionized water，DIW)清洗非晶硅层的表面的步骤。
至于本发明不采用机械研磨(brush)法的原因在于，机械研磨法会破坏非晶硅层的结构，容易让非晶硅层产生破洞的现象。倘若非晶硅层有破洞时，在后续的工艺中可能导致具有破洞的非晶硅层之下的其它结构产生被蚀刻的现象。所以，本发明采取较温和的N+预清洗法来清洁非晶硅层的表面，避免非晶硅层的结构产生毁损的现象。
接着，进入步骤208中，形成一氮化硅层于非晶硅层上。例如，先以一氢气-等离子体(H2-plasma)处理非晶硅层的表面，再以一化学汽相沉积(chemical vapor deposition，CVD)法形成一氮化硅层于非晶硅层上。此外，熟悉此技术的人可以知道，本发明也可以使用其它可以作为蚀刻中止层的绝缘材质形成于非晶硅层上。然后，进入步骤210中，形成一第二图案化光致抗蚀剂层于氮化硅层上，例如以上光致抗蚀剂、曝光及显影法完成。接着，进入步骤212中，去除所暴露的部分的氮化硅层，例如以蚀刻法完成，以形成一重作的蚀刻中止层，本方法结束。其中，步骤208～212可以归纳为一形成一重作的蚀刻中止层于非晶硅层上的步骤。
另外，本发明于形成一重作的蚀刻中止层的步骤后还包括以下的步骤首先，以一N+预清洗法清洁非晶硅层。接着，形成一金属层及一N+半导体层于非晶硅层之上，N+半导体层为覆盖重作的蚀刻中止层，金属层形成于N+半导体层上。然后，形成一第三图案化光致抗蚀剂层于金属层上。接着，使用蚀刻法去除所暴露的部分的金属层、部分的N+半导体层及部分的非晶硅层，以形成一源极(source)、一漏极(drain)、一N+欧姆接触层(ohmic contact)层及一非晶硅通道层。其中，栅极、栅极绝缘层、非晶硅通道层、重作的蚀刻中止层、N+欧姆接触层、源极及漏极构成一薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)。然后，去除第三图案化光致抗蚀剂。接着，形成一保护层(passivationlayer)于栅极绝缘层之上，保护层覆盖TFT。保护层具有一接触孔(contacthole)，接触孔用以暴露部分的漏极。然后，形成一铟锡氧化物(indium tinoxide，ITO)电极于保护层上，ITO电极通过接触孔于漏极电性连接，TFT面板告一完成。
需要注意的是，在氮化硅层形成于非晶硅层上之前，若非晶硅层没有经过氢气-等离子体的处理时，将会造成后来完成的TFT面板的电性表现较差。其栅极导通时的漏极电流Ion会较低，且栅极截止时的漏极电流Ioff会较高，如图3所示。一般而言，TFT面板的Ion越高越好，Ioff越低越好。当Ion越高，表示栅极一打开后，外来电流经更快地经由源极及漏极进入ITO电极中；当Ioff越低，表示栅极一关闭后，源极及漏极之间的绝缘程度更高，避免产生漏电流的现象。所以，本发明特别在CVD法形成氮化硅层时，以氢气-等离子体进行非晶硅层之前处理，可改善非晶硅层的表面状态，使得后来形成的TFT面板比没有经过氢气-等离子体所形成的TFT面板更具有较高的Ion会及较低的Ioff，如图4所示。所以，本发明的氢气-等离子体的处理设计确实有增加TFT面板的电性品质的功效。
此外，在去除残缺的蚀刻中止层后，非晶硅层若没有经过氢气-等离子体的处理的话，之后所形成的TFT面板的电性较差，容易产生结构上的缺陷(defect)，如栅极及漏极产生短路、栅极及源极产生短路等缺陷。所以，本发明的氢气-等离子体的处理设计，可以让TFT面板的电性较佳，避免产生结构上的缺陷。
另外，在去除残缺的蚀刻中止层后，非晶硅层的表面具有较高的粗糙度，如图5的曲线No.14所示，但此非晶硅层的表面经过氢气-等离子体处理后具有较低的粗糙度，如图5的曲线No.15所示。所以，本发明的氢气-等离子体的处理设计可以让非晶硅层的表面更平整。
本发明上述实施例所公开的蚀刻中止层的重作方法，可以补救因非晶硅层上的蚀刻中止层有残缺而必须被报废的半导体结构，使得具有重作的蚀刻中止层的半导体结构可以继续被利用。如此一来，可以减少具有残缺的蚀刻中止层及基板的半导体结构的报废数量，并提高TFT面板的产率。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例公开，然其并非用以限定本发明，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的修改和变动，因此本发明的保护范围以权利要求为准。
权利要求
1.一种蚀刻中止层的重作方法，用于一半导体结构上，该半导体结构至少包括一非晶硅层、一残缺的蚀刻中止层及一第一图案化光致抗蚀剂层，该残缺的蚀刻中止层形成于该非晶硅层上，该第一图案化光致抗蚀剂层形成于该残缺的蚀刻中止层上，该方法至少包括去除该第一图案化光致抗蚀剂层；去除该残缺的蚀刻中止层；清洁该非晶硅层的表面；以及形成一重作的蚀刻中止层于该非晶硅层上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法在所述去除该第一图案化光致抗蚀剂层的步骤中还包括以一光致抗蚀剂剥离剂去除该第一图案化光致抗蚀剂层。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法在所述去除该残缺的蚀刻中止层的步骤中还包括以蚀刻法去除该残缺的蚀刻中止层。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法在所述清洁该非晶硅层的表面的步骤中还包括以N+预清洗法清洁该非晶硅层的表面。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法在所述以N+预清洗法清洁该非晶硅层的表面的步骤中还包括以稀氢氟酸清洗该非晶硅层的表面；以臭氧-水清洗该非晶硅层的表面；以及以去离子水清洗该非晶硅层的表面。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法在所述形成一重作的蚀刻中止层于该非晶硅层上的步骤中还包括以一氢气-等离子体处理该非晶硅层的表面；以及以化学汽相沉积法形成一氮化硅层于该非晶硅层上。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法在所述以化学汽相沉积法形成一氮化硅层于该非晶硅层上的步骤还包括形成一第二图案化光致抗蚀剂层于该氮化硅层上；以及去除所暴露的部分的该氮化硅层，以形成一重作的蚀刻中止层。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法在所述去除所暴露的部分的该氮化硅层，以形成一重作的蚀刻中止层的步骤还包括以蚀刻法去除所暴露的部分的该氮化硅层，以形成一重作的蚀刻中止层。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法在所述形成一重作的蚀刻中止层的步骤还包括以N+预清洗法清洁该非晶硅层；形成一金属层及一N+半导体层于该非晶硅层之上，该N+半导体层覆盖该重作的蚀刻中止层，该金属层形成于该N+半导体层上；形成一第三图案化光致抗蚀剂层于该金属层上；去除所暴露的部分的该金属层、部分的该N+半导体层及部分的该非晶硅层，以形成一源极、一漏极、一N+欧姆接触层层及一非晶硅通道层；去除该第三图案化光致抗蚀剂；形成一保护层，该保护层覆盖该源极、该重作的蚀刻中止层及该漏极，且该保护层具有一接触孔，该接触孔用以暴露部分的该漏极；以及形成一铟锡氧化物电极于该保护层上，该ITO电极通过该接触孔于该漏极电性连接。
10.一种蚀刻中止层的重作方法，用于一半导体结构上，该半导体结构至少包括一非晶硅层、一残缺的蚀刻中止层及一第一图案化光致抗蚀剂层，该残缺的蚀刻中止层形成于该非晶硅层上，该第一图案化光致抗蚀剂层形成于该残缺的蚀刻中止层上，该方法至少包括以一光致抗蚀剂剥离剂去除该第一图案化光致抗蚀剂层；以蚀刻法去除该残缺的蚀刻中止层；以N+预清洗法清洁该非晶硅层的表面；以一氢气-等离子体处理该非晶硅层的表面；以化学汽相沉积法形成一氮化硅层于该非晶硅层上；以上光致抗蚀剂、曝光及显影法形成一第二图案化光致抗蚀剂层于该氮化硅层上；以及以蚀刻法去除所暴露的部分的该氮化硅层，以形成一重作的蚀刻中止层。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该方法在所述以N+预清洗法清洁该非晶硅层的表面的步骤中还包括以一稀氢氟酸清洗该非晶硅层的表面；以一臭氧-水清洗该非晶硅层的表面；以及以一去离子水清洗该非晶硅层的表面。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该方法在所述以蚀刻法去除所暴露的部分的该氮化硅层，以形成一重作的蚀刻中止层的步骤还包括以N+预清洗法清洁该非晶硅层；形成一金属层及一N+半导体层于该非晶硅层之上，该N+半导体层覆盖该重作的蚀刻中止层，该金属层形成于该N+半导体层上；形成一第三图案化光致抗蚀剂层于该金属层上；去除所暴露的部分的该金属层、部分的该N+半导体层及部分的该非晶硅层，以形成一源极、一漏极、一N+欧姆接触层及一非晶硅通道层；去除该第三图案化光致抗蚀剂；形成一保护层，该保护层覆盖该源极、该重作的蚀刻中止层及该漏极，且该保护层具有一接触孔，该接触孔用以暴露部分的该漏极；以及形成一铟锡氧化物电极于该保护层上，该ITO电极通过该接触孔于该漏极电性连接。
全文摘要
一种蚀刻中止层的重作方法，半导体结构至少包括一非晶硅层、一残缺的蚀刻中止层及一第一图案化光致抗蚀剂层。残缺的蚀刻中止层形成于非晶硅层上，第一图案化光致抗蚀剂层形成于残缺的蚀刻中止层上。依序去除第一图案化光致抗蚀剂层及残缺的蚀刻中止层，并以N+预清洗法清洁非晶硅层的表面。接着，以氢气－等离子体处理非晶硅层的表面，并以化学汽相沉积法形成一氮化硅层于非晶硅层上。然后，形成一第二图案化光致抗蚀剂层于氮化硅层上，并以蚀刻法去除所暴露的部分的氮化硅层，形成一重作的蚀刻中止层。
文档编号G02F1/136GK1581425SQ0314992
公开日2005年2月16日 申请日期2003年7月30日 优先权日2003年7月30日
发明者徐书扬, 洪汝豪, 张世国, 张全光 申请人:友达光电股份有限公司