專利名稱：布線及其制造方法、包括所說布線的半導體器件及干法腐蝕方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有由薄膜晶體管(此后稱為TFT)構成的電路的半導體器件及其制造方法。例如，本發(fā)明涉及以液晶顯示屏板為代表的電光器件，以及安裝所說電光器件作為一個部件的電子設備。特別是，本發(fā)明涉及一種腐蝕金屬薄膜的干法腐蝕方法及具有通過所說干法腐蝕方法得到的錐形布線的半導體器件。
注意，本說明書中，術語半導體器件表示利用半導體特征的一般器件，電光器件、半導體電路和電子設備都是半導體器件。
近些年來，利用形成于具有絕緣表面的基片上的半導體薄膜(厚為幾個nm-數(shù)百nm)構成薄膜晶體管(TFT)的技術已引起人了們的注意。薄膜晶體管可廣泛應用于例如IC和電光器件等電子器件，具體說，將TFT作為像素顯示器件的開關元件的研究正迅速發(fā)展。
一般說，由于例如Al的易加工性、電阻率及其耐化學性，TFT布線材料經(jīng)常用Al。然而，在TFT布線用Al時，由于熱處理會形成如小丘或須晶等隆起，并且鋁原子會擴散到溝道形成區(qū)中，造成了TFT無法正常工作，降低了TFT的特性。高耐熱性的鎢(W)具有5．5μΩ·cm的較低體電阻率，因此可以作為除Al外的布線材料。
另外，近些年來，微加工技術的要求變得更嚴格。特別是，隨著高清晰度和大屏幕液晶顯示器的變化，布線加工步驟需要高選擇性，線寬需要極嚴格地控制。
一般布線工藝可以通過利用溶液的濕法腐蝕或利用氣體的干法腐蝕進行。然而，從布線的小型化、重復性的保持、廢料的減少和成本的降低等方面考慮，就布線加工來說，濕法腐蝕不好，認為干法腐蝕有利。
在通過干法腐蝕加工鎢(W)時，一般用SF6和Cl2的混合氣體作腐蝕氣體。盡管在用這種氣體混合物時可以在短時間內以高腐蝕速率進行微加工，但很難得到希望的錐形。為了改善形成于布線上的層疊膜的臺階覆蓋，根據(jù)器件結構，存在著將布線截面制作成想要的正錐形的情況。
本發(fā)明的目的是提供一種構圖由鎢(W)或鎢化合物構成的腐蝕層以使截面形成正錐形的干法腐蝕法。另外，本發(fā)明的另一目的是提供一種控制干法腐蝕方法以便不管位置如何使整個腐蝕層上具有均勻、任意錐角的方法。此外，本發(fā)明再一目的是提供一種利用具有由上述方法得到的任意錐角的布線的半導體器件，及制造該半導體器件的方法。
本說明書中公開的本發(fā)明的一個方案涉及一種布線所說布線具有鎢膜、具有鎢化合物作其主要成分的金屬化合物膜，或具有鎢合金作其主要成分的金屬合金膜，其特征在于錐角α為5°-85°。
另外，本發(fā)明的另一個方案涉及一種布線所說布線具有由選自鎢膜、具有鎢化合物作其主要成分的金屬化合物膜和具有鎢合金作其主要成分的金屬合金膜的組中的層疊薄膜構成的層疊結構，其特征在于錐角α為5°-85°。
在上述每個方案中，金屬合金膜的特征在于，它是選自Ta、Ti、Mo、Cr、Nb及Si和鎢中的+種元素或多種元素的合金膜。
另外，金屬化合物膜的特征在于，在上述每個方案中它是鎢的氮化膜。
另外，為了提高上述每個方案的粘附性，形成具有導電性的硅膜(例如，摻磷硅膜或摻硼硅膜)作布線的最下層。
本發(fā)明的一個方案涉及一種半導體器件具有由鎢膜、具有鎢化合物作其主要成分的金屬化合物膜或具有鎢合金作其主要成分的金屬合金膜構成的布線的半導體器件，其中錐角α為5°-85°。
另外，本發(fā)明的另一個方案涉及一種半導體器件，包括具有由選自鎢膜、具有鎢化合物作其主要成分的金屬化合物膜和具有鎢合金作其主要成分的金屬合金膜的層疊薄膜構成的層疊結構，其中錐角α為5°-85°。
在上述涉及與半導體的每個方案中，布線的特征在于它是TFT的柵布線。
另外，本發(fā)明的一個方案涉及一種制造布線的方法一種制造布線的方法，包括在底膜上形成金屬薄膜的步驟；
在金屬薄膜上形成抗蝕劑圖形的步驟；通過腐蝕具有抗蝕劑圖形的金屬薄膜，形成根據(jù)偏置功率密度控制錐角α的布線的步驟。
另外，本發(fā)明的另一個方案涉及一種制造布線的方法一種制造布線的方法，包括在底膜上形成金屬薄膜的步驟；在金屬薄膜上形成抗蝕劑圖形的步驟；通過腐蝕具有抗蝕劑圖形的金屬薄膜，形成根據(jù)含氟氣體的流速控制錐角α的布線的步驟。
在上述涉及制造布線方法的每個方案中，制造方法的特征在于利用由含氟的第一反應氣和含氯的第二反應氣的混合氣構成的腐蝕氣體，進行腐蝕；及底膜和金屬薄膜間的腐蝕氣的特定(specific)選擇率大于2．5。
另外，在涉及制造布線的方法的上述每個方案中，金屬薄膜的特征在于，它是由選自鎢膜、具有鎢化合物作其主要成分的金屬化合物膜和具有鎢合金作其主要成分的金屬合金膜的薄膜構成的一種薄膜或各薄膜的層疊膜。
本發(fā)明的一個方案涉及干法腐蝕方法干法腐蝕的方法包括利用腐蝕氣體去除選自鎢膜、具有鎢化合物作其主要成分的金屬化合物膜和具有鎢合金作其主要成分的金屬合金膜的薄膜的要求部分的步驟，其特征在于，所說腐蝕氣體是含氟的第一反應氣和含氯的第二反應氣體的混合氣。
在涉及干法腐蝕方法的本發(fā)明上述方案中，第一反應氣的特征在于，它是選自CF4、C2F6和C4F8中的一種氣體。
另外，在涉及干法腐蝕的本發(fā)明上述方案中，第二反應氣的特征在于，它是選自Cl2、SiCl4和BCl3中的一種氣體。
另外，所說腐蝕方法的特征在于，在涉及干法腐蝕法的本發(fā)明上述方案中，利用ICP腐蝕裝置。
涉及干法腐蝕方法的本發(fā)明上述方案還有一特征在于，根據(jù)ICP腐蝕裝置的偏置功率密度控制錐角α。
本發(fā)明的另一方案涉及干法腐蝕方法干法腐蝕方法的特征在于，根據(jù)偏置功率密度控制所形成的孔或凹部的內側壁的錐角。
此外，本發(fā)明的另一方案涉及一種干法腐蝕方法干法腐蝕方法的特征在于，根據(jù)特定氣體流速，控制所形成的孔或凹部的內側壁的錐角。
各附圖中

圖1是展示錐角α與偏置功率的關系的示圖；圖2是展示錐角α與特定CF4流速的關系的示圖；圖3是展示錐角α與特定(W／抗蝕劑)選擇率的關系的示圖；圖4是展示ICP腐蝕裝置的等離子體產(chǎn)生機制的示圖；圖5是展示多螺旋線圈法ICP腐蝕裝置的示圖；圖6A和6B是錐角α的例示圖；圖7A-7C是各布線的截面SEM照片；圖8A和8B是各布線的截面SEM照片；圖9A和9B是展示腐蝕速率和特定(W／抗蝕劑)選擇率與偏置功率的關系的示圖；圖10A和10B是展示腐蝕速率和特定(W／抗蝕劑)選擇率與特定CF4流速的關系的示圖；圖1IA和11B是展示腐蝕速率和特定(W／抗蝕劑)選擇率與ICP功率的關系的示圖；圖12是有源矩陣液晶顯示器件的截面圖；圖13是有源矩陣液晶顯示器件的截面圖；圖14是有源矩陣液晶顯示器件的截面圖；圖15A-15F是各布線截面圖；圖16是展示有源矩陣型EL顯示器件的示圖；圖17是展示AM-LCD的透視圖；圖18A-18F是展示電子設備的例子的示圖；圖19A-19D是展示電子設備的例子的示圖。
實施模式下面用圖1-8B介紹本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
本發(fā)明采用使用高密度等離子體的ICP(感應耦合等離子體)腐蝕裝置。簡單說，ICP腐蝕裝置是一種能夠通過在低壓下的等離子體中感應耦合RF功率得到等于或大于1011／cm3的等離子體密度、并以高選擇性和高腐蝕速率進行腐蝕的裝置。
首先，利用圖4詳細介紹ICP干法腐蝕裝置的等離子體產(chǎn)生機制。
圖4中示出了腐蝕室的簡化結構圖。天線線圈12設置在室上部中的石英基片11上，線圈12通過匹配盒13與RF功率源14連接。另外，RF功率源17通過匹配盒16與設置于相對側上的基片下電極15連接。
如果RF電流加于基片上的天線線圈12上，則RF電流J在θ方向流動，在Z方向產(chǎn)生磁場B。
μoJ=rot B根據(jù)電磁感應的法拉第定律，在θ方向產(chǎn)生感應電場E。-∂B/∂t=rotE]]>電子在感應電場E中在θ方向被加速，并與氣體分子碰撞，產(chǎn)生等離子體。感應電場的方向是θ方向，因此，由于帶電粒子與腐蝕室壁和基片碰撞造成的電荷消失的幾率降低。因此甚至在1Pa的低壓下，也可以產(chǎn)生高密度等離子體。另外，下游幾乎沒有磁場B，所以等離子體變?yōu)橐云紊⒉嫉母呙芏鹊入x子體。
通過調節(jié)加于天線線圈12(加ICP功率)和基片下電極15(加偏置功率)上的RF功率源，可以分別控制等離子體密度和自偏壓。另外，可以根據(jù)要處理的工件材料改變所加RF功率的頻率。
為了用ICP腐蝕裝置得到高密度等離子體，需要RF電流J在天線線圈12中以低損耗流動，并且，為了制造大表面積，天線線圈12的電感必須減小。因此開發(fā)出了具有多個螺旋線圈22的ICP腐蝕裝置，其中天線線圈是隔開的，如圖5所示。圖5中，參考數(shù)字21表示石英基片，參考數(shù)字23和26表示匹配盒，24和27表示RF功率源。另外，支撐基片28的下電極25通過室下部的絕緣體29形成。如果使用其中采用了多個螺旋線圈的利用ICP的腐蝕裝置，則可以對上述抗傳導電材料進行很好地腐蝕。
本發(fā)明的申請人改變腐蝕條件，利用多螺旋ICP腐蝕裝置(松下電器型號E645)，進行了許多試驗。
首先，介紹用于各試驗的腐蝕試驗片。在絕緣基片(康寧#1737玻璃基片)上由氮氧化硅膜形成底膜(200nm厚)，然后，通過濺射在其上形成金屬層疊膜。使用純度等于或高于6N的鎢靶。另外，可以使用例如氬(Ar)、氪(Kr)或氙(Xe)中的一種氣體或這些氣體的混合氣體。注意，操作者可以適當?shù)乜刂评鐬R射功率、氣體壓力和基片溫度等膜淀積條件。
金屬層疊膜用由WNx(其中0＜x＜1)表示的氮化鎢膜(厚30nm)作下層，用鎢膜(370nm)作上層。
這樣得到的金屬層疊膜幾乎不含雜質元素，具體說，可以使得所含氧的量等于或小于30ppm。可以使電阻率等于或小于20μΩ．cm，一般為6-15μΩ．cm。另外，可以使膜應力從-5×109達因／cm2到5×109達因／cm2。
注意，整個說明書中，氮氧化硅膜是由SiOxNY表示的絕緣膜，表示絕緣膜含有預定比例的硅、氧和氮。
利用多螺旋線圈ICP腐蝕裝置，對腐蝕試驗片進行金屬層疊膜的構圖實驗。注意，在進行干法腐蝕時，無需說，要使用抗蝕劑，并將之構圖成預定形狀，形成抗蝕掩模圖形(膜厚1．5微米)。
圖6A示出了腐蝕加工前腐蝕試驗片模型的剖面圖。圖6A中，參考數(shù)字601表示基片，參考數(shù)字602表示底膜，603a和603b表示金屬層疊膜(膜厚X=400nm)，604a和604b表示抗蝕掩模圖形(膜厚Y=1．5微米)。另外，圖6B是展示腐蝕加工后狀態(tài)的示圖。
注意，如圖6B所示，整個說明書中，錐角表示布線603的截面形狀的錐形部分(傾斜部分)與底膜602間的夾角α。另外，該錐角可以表示為tanα=X／Z，其中Z為錐形部分的寬度，X為膜厚。
本發(fā)明的申請人改變該干法腐蝕的數(shù)個條件，觀察了布線的截面形狀。
(實驗1)圖1是展示錐角α與偏置功率間關系的示圖。在20W、30W、40W、60W和100W，用13．56MHz，即，用0．128、0．192、0．256、0．384和0．64(W／cm2)的偏置功率密度，進行實驗。注意，下電極為12．5cm×12．5cm。另外，抗蝕劑膜厚為1．5微米，氣壓為1．0Pa，氣體組分為CF4／Cl2=30／30sccm(注意，sccm表示標準條件下的體積流速(cm3／分鐘))。此外，ICP功率為500W，即，ICP功率密度為1．02 W／cm2。注意，整個說明書中，ICP功率除以lCP面積(直徑為25cm)的值取作ICP功率密度(W／cm2)。
從圖1可以理解，偏置功率密度越大，錐角α越小。另外，簡單地調節(jié)偏置功率密度，可以形成希望的錐角α=5度-85度(較好是20-70度)。
注意，圖7A示出了偏置功率設為20W(偏置功率密度0．128W／cm2)時的截面SEM照片；圖7B示出了偏置功率設為30W(偏置功率密度0．192 W／cm2)時的截面SEM照片；圖7C示出了偏置功率設為40W(偏置功率密度0．256 W／cm2)時的截面SEM照片；圖8A示出了偏置功率設為60W(偏置功率密度0．384 W／cm2)時的截面SEM照片；圖8B示出了偏置功率設為100W(偏置功率密度0．64W／cm2)時的截面SEM照片。從圖7A-8B的每幅照片可以觀察到，錐角α形成在20-70度的范圍內，通過改變偏置功率密度，可以控制錐角α。
可以認為這是由于鎢和抗蝕劑間的選擇性變小和抗蝕劑的再處理現(xiàn)象發(fā)生所造成的。
(實驗2)圖2示出了錐角α與CF4的特定流速間的關系。用CF4／Cl2=20／40sccm、30／30sccm和40／20sccm的氣體組分進行實驗。氣體壓力為1．0Pa，偏置功率密度為0．128 W／cm2，抗蝕劑膜厚度為1．5微米，ICP功率為500W(ICP功率密度為1．02 W／cm2)。
從圖2可以知道，CF4的特定流速越大，鎢和抗蝕劑間的選擇性越大，布線的錐角α越大。另外，底膜的粗糙度變小。關于底膜的粗糙度，認為是由于CF4流速的增大(Cl2的流速減小)造成腐蝕的弱各向異性的緣故。另外，通過簡單地調節(jié)CF4的特定流速，可以形成為5-85度(較好是60-80度)的希望錐角α。
(實驗3)通過設定頻率為13．56MHz、ICP功率為400W、500W和600W，即設定ICP的功率密度為0．82、1．02和1．22，進行實驗。偏置功率為20W(偏置功率密度0．128 W／cm2)，抗蝕劑膜厚度1．5微米，氣壓為1．0Pa，氣體組分為CF4／Cl2=30／30sccm。
在ICP功率密度變大時，鎢的腐蝕速率變得較大，但腐蝕速率分布變?yōu)樽畈?。另外，沒發(fā)現(xiàn)錐角的特殊變化。
(實驗4)
以1．0Pa和2．0Pa的氣體壓力進行實驗。ICP功率為500W(ICP功率密度1．02 W／cm2)，氣體組分CF4／Cl2=30／30sccm，偏置功率為20W(偏置功率密度0．128 W／cm2)，抗蝕劑膜厚1．5微米。
隨著真空度變高，鎢腐蝕速率變快，各向異性變強。另外，在2．0Pa時，錐形變?yōu)榈瑰F形。
(實驗5)將腐蝕氣體的總流速設定為60sccm和120sccm，進行實驗。氣體壓力為1．0Pa，ICP功率為500W(ICP功率密度1．02 W／cm2)，氣體組分CF4／Cl2=30／30sccm，偏置功率為20W(偏置功率密度0．128W／cm2)，抗蝕劑膜厚1．5微米。
在腐蝕氣體總流速較大的情況下，腐蝕速率變大一點。
從上述實驗的結果可知，錐角與鎢和抗蝕劑間的選擇性有關系，因為錐角主要受偏置功率密度條件的影響。圖3示出了錐角與鎢和抗蝕劑間選擇性的關系。
偏置功率密度的改變對鎢和抗蝕劑間選擇性的影響大于對鎢腐蝕速率的影響，并且，如果偏置功率密度變大，則存在鎢與抗蝕劑間選擇性下降的趨勢。圖9A示出了鎢和抗蝕劑的腐蝕速率與偏置功率密度間的關系，而圖9B示出了鎢和抗蝕劑間選擇性與偏置功率密度間的關系。
即，如圖6A和6B所示，在腐蝕鎢時，同時腐蝕抗蝕劑，因此，如果鎢和抗蝕劑間的選擇性大，則錐角變大，如果鎢和抗蝕劑間的選擇性小，則錐角變小。
另外，如果以相同方式使CF4的特定流速較小，則存在鎢和抗蝕劑間選擇性下降的趨勢。圖10A示出了鎢和抗蝕劑的腐蝕速率與特定CF4氣體流速間的關系，圖10B示出了鎢和抗蝕劑間選擇性與特定CF4流速間的關系。
另外，圖11A示出了鎢和抗蝕劑與ICP功率密度間的關系，圖11B示出了鎢和抗蝕劑間選擇性與ICP功率密度間的關系。
用由氮氧化硅膜構成的底膜(200nm厚)形成于絕緣基片上、且金屬層疊膜(氮化鎢膜和鎢膜)形成于底膜上的試驗片作在上述每個實驗中腐蝕的試驗片，但利用本發(fā)明，也可以利用選自鎢膜、具有鎢化合物作其主要成分的金屬化合物膜薄膜、具有鎢合金作其主要成分的金屬合金膜中的一種薄膜或各薄膜層疊的層疊結構。然而，注意，不能應用與底膜的選擇性等于或小于2．5的膜，和腐蝕速率極小的情況。例如，W-Mo合金膜(按重量計，W∶Mo=52∶48)與底膜(SiOxNY)的選擇性等于或小于約1．5，腐蝕速率較小，為約50nm／分鐘，因此，從可加工的觀點來看，是不合適的。
這里示出了鎢膜作為一個實例，但對于一般公知的耐熱導電材料(例如Ta、Ti、Mo、Cr、Nb和Si)來說，在使用ICP腐蝕裝置時，圖形的邊緣容易制造成錐形。例如，如果選擇腐蝕速率為140-160nm／分鐘且選擇率為6-8的Ta膜，則與腐蝕速率為70-90nm／分鐘且選擇率為2-4的W膜相比，其具有優(yōu)異的值。因此，從可加工性角度出發(fā)，Ta膜也是合適的，但Ta的電阻率為20-30μΩcm，比W膜的電阻率10-16μΩcm稍高，這成為一個問題。
另外，用CF4和Cl2的氣體混合物作上述干腐蝕的腐蝕氣體，但不特別限于此，可以用選自C2F6和C4F8中的含氟反應氣和選自Cl2、SiCl4和BCl3的含氯氣體的混合氣。
此外，不特別限于本發(fā)明的腐蝕條件，對于例如使用ICP腐蝕裝置(松下電器型號E645)，且使用四氟化碳氣體(CF4)和氯氣(Cl2)的情況來說，操作都可以在以下范圍內適當?shù)卮_定腐蝕條件。
腐蝕氣總流速60-120sccm特定腐蝕氣體流速CF4／Cl2=30／30sccm-50／10sccm氣壓1．0Pa-2．0Pa(腐蝕氣體氣氛的壓力)ICP功率密度0．61 W／cm2-2．04 W／cm2(ICP功率300W-1000W)，頻率為13MHz-60Mhz偏置功率密度0．064 W／cm2-3．2 W／cm2(偏置功率10W-500W)，頻率為100kHz-60MHz，較好為6MHz-29MHz基片溫度0℃-80℃，較好是70℃±10℃注意，整個說明書中，術語“電極”表示術語“布線”的一部分，并表示與其它布線電連接的位置，或互連半導體層的位置。因此，為方便起見，盡管適當?shù)貐^(qū)分“布線”和“電極”的應用，但使用“電極”一般意義上說包括“布線”。
下面利用以下展示的各實施例詳細介紹具有上述結構的本發(fā)明。
(實施例1)利用圖12和13介紹本發(fā)明的實施例1。這里介紹一種有源矩陣基片，該基片上具有同時制造的像素TFT和像素部分的存儲電容器及形成于像素部分的外圍的驅動電路TFT。
實施例1的結構具有形成于有絕緣表面的基片101上的TFT，如圖12所示。較好是使用玻璃基片或石英基片作基片101。如果耐熱性可以接受的話，也可以使用塑料基片。此外，如果制造反射型顯示器件，則還可以用具有形成于每個表面的絕緣膜的硅基片、金屬基片或不銹鋼基片作基片。
其上形成有TFT的基片101的表面上具有由含硅絕緣膜(整個說明書中一般是指氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜)構成的底膜102。例如，形成厚10-200nm(較好為50-100nm)的氮氧化硅膜102a和厚50-200nm(較好為100-150nm)的氫化氮氧化硅膜102b的層疊膜，所說氮氧化硅膜是利用等離子體CVD，由SiH4、NH3和N2O制造的，所說氫化氮氧化硅膜是由SiH4、NH3和H2類似制造的。這里示出了底膜102的兩層結構，但也可以形成單層絕緣膜或具有兩層以上的層疊膜。
另外，在底膜102上形成TFT的有源層。用通過結晶具有非晶結構的半導體膜得到的結晶半導體膜作有源層。可以用例如激光退火、熱退火(固相生長方法)、快速熱退火(RTA法)或根據(jù)日本專利申請公開平7-130652中公開的技術利用催化元素的結晶法作結晶方法。注意，非晶半導體膜和微晶半導體膜可作為具有非晶結構的半導體膜，也可以用例如非晶硅鍺膜等具有非晶結構的化合物半導體膜。
利用等離子體CVD或濺射，由含硅的絕緣膜，形成厚40-150nm覆蓋上述TFT有源層的柵絕緣膜130。在實施例1中形成厚120nm的氮氧化硅膜。另外，通過在SiH4和N2O中摻入O2制造的氮氧化硅膜內具有減小的固定電荷密度，因此，可作為實際應用的材料。自然，柵絕緣膜不限于這類氮氧化硅膜，可以用單層或層疊結構的其它含硅絕緣膜。
形成于柵絕緣膜上的柵電極118-122和電容電極123采用具有層疊結構的耐熱導電材料，所說層疊結構由導電金屬氮化物膜形成的導電層(A)和由金屬膜形成的導電層(B)構成。導電層(B)由選自Ta、Ti和W中的元素、或上述元素作其主要成分的合金、或上述元素組合的合金膜形成。在實施例1中，構圖形成為導電層(A)、50nm厚的WN膜和形成為導電層(B)、250nm厚的W膜構成的導電層疊膜，完成柵電極118-122和電容器電極123。其中導電層(B)是通過利用純度為6N的W靶、并引入Ar氣和氮(N2)氣的濺射形成的。注意，進行腐蝕，在柵電極118-123的邊緣形成錐形部分。該腐蝕工藝利用ICP腐蝕裝置進行。該技術的細節(jié)如本發(fā)明的實施模式中所介紹的。實施例1中，利用CF4和Cl2的氣體混合物作腐蝕氣、用每種氣體30sccm的流速、設定為3．2 W／cm2(頻率13．56MHz)的ICP功率密度、設定為0．224 W／cm2(頻率13．56MHz)的偏置功率密度、和1．0Pa的氣體壓力進行腐蝕。利用這些腐蝕條件，在柵極118-122和電容電極123的邊緣部分形成錐形部分，其中厚度從邊緣部分向著內部逐漸增大。該角度可以制成為25-35度，較好是30度。
注意，為了在形成具有錐形的柵電極118-122和電容電極123時進行腐蝕而不留下任何殘留物，進行重疊腐蝕，其中腐蝕時間增加10-20％，因此，柵絕緣膜130具有實際變薄的部分。
另外，在實施例1中，為形成LDD區(qū)，用在其邊緣具有錐形部分的柵電極118-122作掩模，通過離子摻雜，以自對準方式，在有源層中摻入產(chǎn)生n型或p型導電的雜質元素。另外，為形成合適且希望的LDD區(qū)，用抗蝕劑圖形作掩模，通過離子摻雜，在有源層內摻入產(chǎn)生n型或p型導電的雜質元素。
于是在驅動電路的第一p溝道TFT(A)200a中，形成有源層內的溝道形成區(qū)206、與柵極重疊的LDD區(qū)207、由高濃度p型雜質區(qū)構成的源區(qū)208、和漏區(qū)209。第一n溝道TFT(A)201a在有源層內具有溝道形成區(qū)210、由低濃度n雜質區(qū)構成且與柵極119重疊的LDD區(qū)211、由高濃度n型雜質區(qū)構成的源區(qū)212和漏區(qū)213。與柵極119重疊的LDD區(qū)表示為Lov，對于溝道長度為3-7微米的溝道來說，在溝道的縱向，其長度為0．1-1．5微米，較好是0．3-0．8微米。Lov的長度控制柵電極119的厚度和錐形部分的角度。
另外，類似地，驅動電路的第二p溝道TFT(A)202a的有源層具有溝道形成區(qū)214、與柵極120重疊的LDD區(qū)215、由高濃度p型雜質區(qū)形成的源區(qū)216和漏區(qū)217。在第二n溝道TFT(A)203a中，有源層具有溝道形成區(qū)218、與柵電極121重疊的LDD區(qū)219、由高濃度n型雜質區(qū)形成的源區(qū)220和漏區(qū)221。LDD區(qū)219具有與LDD區(qū)211相同的結構。像素TFT204在有源層內具有溝道形成區(qū)222a和222b、由低濃度n型雜質區(qū)形成的LDD區(qū)223a和223b、由高濃度n雜質區(qū)形成的源或漏區(qū)225-227。LDD區(qū)223 a和223b具有與LDD區(qū)211相同的結構。此外，存儲電容205由電容布線123、柵絕緣膜和與像素TFT204的漏區(qū)227連接的半導體層228和229形成。圖12中，驅動電路的n溝道TFT和p溝道TFT具有單柵結構，其中一個柵極提供在源和漏對之間，像素TFT具有雙柵結構，但所有TFT都可以給予單柵結構，在源和漏對之間提供多個柵極的多柵結構也不會造成問題。
另外，有覆蓋柵電極的保護絕緣膜142和絕緣膜130。保護絕緣膜可由氧化硅膜、氮氧化硅膜、氮化硅膜或這些膜組合的層疊膜構成。
此外，還有由有機絕緣材料構成的、覆蓋保護絕緣膜142的層間絕緣膜143?？捎美缇埘啺贰⒈┧?、聚酰胺、聚酰亞胺酰胺和BCB(苯并環(huán)丁烯)作有機樹脂材料。
另外，層間絕緣膜143上具有源布線和漏布線，用于通過接觸孔連接形成于各有源層上的源區(qū)和漏區(qū)。注意，源布線和漏布線具有層疊結構，該層疊結構由參考數(shù)字144a-154a表示的Ti和鋁的層疊膜和參考數(shù)字144b-154b表示的透明導電膜構成。另外，漏布線153a和153b還用作像素電極，透明導電膜的合適材料有氧化銦和氧化鋅合金(In2O3-ZnO)和氧化鋅(ZnO)，為了另外增大透射率和導電性，可以使用例如加入了鎵(Ga)的氧化鋅(ZnO∶Ga)等材料。
利用上述結構，構成每種電路的TFT的結構可以根據(jù)像素TFT和驅動電路要求的規(guī)格優(yōu)化，可以加強半導體器件的工作性能和可靠性。此外，通過用具有耐熱性的導電材料形成柵電極，LDD區(qū)和源區(qū)和漏區(qū)的激活變得較容易。
此外，在形成通過柵絕緣膜與柵極重疊的LDD區(qū)期間，通過形成具有為控制導電類型摻入的雜質元素濃度梯度的LDD區(qū)，預計可以增強特別是漏區(qū)附近的電場馳豫效應。
在作為透射型液晶顯示器件時，可應用圖12所示的有源矩陣基片。
下面利用圖13介紹應用圖12所示有源矩陣基片的有源矩陣型液晶顯示器件。
首先，構圖有源矩陣基片上的樹脂膜，形成棒狀間隔件405a-405e和406。間隔件的位置可任意設定。注意，可以利用通過分散尺寸為幾微米的晶粒形成間隔件的方法。
然后，在有源矩陣基片的像素部分中，由例如聚酰亞胺樹脂等材料形成校準膜407，以使液晶取向。形成校準膜后，進行研磨處理，使液晶分子取向，以便具有某一固定的預定傾角。
在相對側的相對基片401上形成光屏蔽膜402、透明導電膜403、和校準膜404。光屏蔽膜402由例如Ti膜、Cr膜或Al膜形成，厚為150-300nm。然后，利用密封部件408將其上形成有像素部分和驅動電路的有源矩陣基片和相對基片接合在一起。
然后，在兩基片間注入液晶材料409。液晶材料可使用已知的液晶材料。例如，除TN液晶外，也可以使用指示透射率隨電場連續(xù)變化的電-光響應的無閾值反鐵電混合液晶。某些無閾值反鐵電混合液晶具有V形電-光響應特性。于是完成了圖13所示的反射型有源矩陣液晶顯示器件。
(實施例2)利用圖14，實施例2示出了一個制造使用不同于上述實施例1(頂柵TFT)的底柵TFT的顯示器件的實例。
首先，在絕緣基片1801上濺射形成金屬層疊膜。金屬層疊膜用氮化鎢膜作底層，用W膜作頂層。注意，與基片接觸的底膜也可由例如表示為SiOxNy的氮氧化硅膜形成。然后，通過光刻形成用于得到希望柵布線圖形的抗蝕掩模。
需要例如柵絕緣膜和溝道形成區(qū)等結構形成于底柵TFT的柵布線上。為了增強底柵結構TFT的特性、在柵布線上形成覆蓋膜和柵絕緣膜的耐壓，柵布線1802-1805的錐角較好是等于或小于60度，更好是等于或小于40度。
然后，如本發(fā)明的實施模式中介紹的，利用ICP腐蝕裝置，并選擇合適的偏置功率和特定氣體流速，使柵布線1802-1805的錐角等于或小于60度，更好是等于或小于40度。隨后的處理可使用已知技術，這里不再具體介紹。
圖14中，參考數(shù)字1814表示CMOS電路，參考數(shù)字1815表示n溝道TFT，1816表示像素TFT，1817表示層間絕緣膜，1818a表示像素電極，1818b表示ITO膜。形成ITO膜1818b的目的是通過粘合劑1822與例如FPC 1823等外部端子連接。另外，參考數(shù)字1819表示液晶材料，1820表示相對電極。此外，參考數(shù)字1801表示第一基片，1808表示密封區(qū)，1807和1809-1812表示棒形間隔件，1821表示第二基片。
注意，可以自由組合實施例2和實施例1。
(實施例3)圖15A-15F展示了利用本發(fā)明在絕緣表面上形成各種布線結構的例子。圖15A示出了由鎢作其主要成分的材料1501構成、且形成于具有絕緣表面的膜(或基片)1500上的單層結構布線的剖面圖。該布線通過構圖由采用純度為6N(99．9999％)的靶、用一種氣體如氬(Ar)氣作濺射氣體的濺射形成的膜形成。注意，通過將基片溫度設為等于或低于300℃，并將濺射氣體壓力設為等于或高于1．0Pa，來控制應力，其它條件(例如濺射功率)可由操作者適當?shù)卮_定。
在進行上述構圖時，根據(jù)例如偏置功率密度，利用本發(fā)明實施模式中所介紹的方法控制錐角α。
這樣得到的布線1501的截面形狀具有希望的錐角α。另外，布線1501中幾乎沒有雜質元素，特別是可使所含氧量等于或小于30ppm，使電阻率等于或小于20μΩcm，一般為6-15μΩcm。另外，可以將膜應力控制在-5×1010-5×1010達因／cm2。
圖15B示出了與實施例1的柵極類似的兩層結構。注意，氮化鎢(WNx)用作下層，鎢用作上層。另外，注意，氮化鎢膜1502的厚度可以設為從10-50nm(較好是10-30nm)，鎢膜1503的厚度可以設為200-400nm(較好是250-350nm)。實施例3中，利用濺射，在不暴露于大氣的情況下，連續(xù)層疊兩層膜。
圖15C是利用絕緣膜1505覆蓋由具有鎢作其主要成分的材料構成、且形成于具有絕緣表面的膜(或基片)1500上的布線1504的例子。絕緣膜1505由氮化硅膜、氧化硅膜和氮氧化硅膜SiOxNy(其中0＜x，y＜1)形成，或由這些膜組合的層疊膜形成。
圖15D是用氮化鎢膜1507覆蓋由具有鎢作其主要成分的材料構成、且形成于具有絕緣表面的膜(或基片)1500上的布線1506的表面的例子。注意，如果對圖15A所示狀態(tài)的布線進行例如等離子體硝化等硝化處理，則可以得到圖15D的結構。
圖15E是用氮化鎢膜1510和1508覆蓋由具有鎢作其主要成分的材料構成、且形成于具有絕緣表面的膜(或基片)1500上的布線1509的例子。注意，如果對圖15B所示狀態(tài)的布線進行例如等離子體硝化等硝化處理，則可以得到圖15E的結構。
圖15F是形成圖15E狀態(tài)后利用絕緣膜1511覆蓋的例子。絕緣膜1511可由氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜或這些膜的層疊膜形成。
所以，本發(fā)明可應用于各種布線結構?？梢宰杂傻亟M合實施例3的結構與實施例1和2所示結構。
(實施例4)實施例4中介紹了一種將本發(fā)明應用于在硅基片上制造的反射型液晶顯示器件的情況。代替實施例1中包括結晶硅膜的有源層，直接在硅基片(硅晶片)中摻入產(chǎn)生n型或p型導電的雜質元素，可以實現(xiàn)這種TFT結構，另外，該結構是反射型的，因此，可以用具有高反射率(例如，鋁、銀、或它們的合金(Al-Ag合金))的金屬膜等作像素電極。
注意，可以自由地組合實施例4的結構與實施例1-3的結構。
(實施例5)當在常規(guī)MOSFET上形成層間絕緣膜，然后在其上形成TFT時，可以應用本發(fā)明。換言之，可以實現(xiàn)三維結構的半導體器件。另外，可以便用例如SIMOX、Smart-cut(SOITEC公司的一種商標)或ELTRAN(佳能公司的一種商標)等SOI基片。
注意，可以自由組合實施例5的結構與實施例1-4的結構。
(實施例6)可以將本發(fā)明應用于有源矩陣EL顯示器。圖16示出了一個例子。
圖16是有源矩陣EL顯示器的電路圖。參考數(shù)字81表示像素部分，X方向驅動電路82和Y方向驅動電路83形成于其外圍。另外，像素部分81中的每個像素包括開關TFT 84、電容器85、電流控制TFT86和有機EL元件87，開關TFT84接X方向信號線88a(或88b)，和Y方向信號線89a(或89b，89c)。另外，電源線90a和90b接電流控制TFT86。
在本實施例中的有源矩陣EL顯示器中，通過組合圖12中的p溝道TFT200a或202a和圖12中的n溝道TFT201a或203a，可以形成用于X方向驅動電路82、Y方向驅動電路83和電流控制TFT86的TFT。用于開關TFT84的TFT可由圖12中的n溝道TFT204形成。
可以自由組合本發(fā)明的有源矩陣EL顯示器與實施例1-5的結構。
(實施例7)下面結合圖17介紹實施例1中圖13所示有源矩陣液晶顯示器件的結構。有源矩陣基片(第一基片)包括形成于玻璃基片801上的像素部分802、柵側驅動電路803和源側驅動電路804。像素部分的像素TFT805(對應于圖13中的像素TFT204)是n溝道TFT，并與像素電極806和存儲電極807(對應于圖13中的存儲電容205)連接。
外圍中的驅動電路由CMOS電路作為基礎。柵側驅動電路803和源側驅動電路804分別通過柵布線808和源布線809連接像素部分802。另外，輸入-輸出布線(連接布線)812和813設于與用于將信號傳輸?shù)津寗与娐返腇PC810連接的外部輸入-輸出端子811中。參考數(shù)字814是相對基片(第二基片)。
注意，盡管本說明書中圖17所示的半導體器件是指有源矩陣液晶顯示器件，但圖17所示的用FPC完成的液晶屏板一般稱作液晶組件。因此，可以稱該實施例的有源矩陣液晶顯示器件作液晶組件。
(實施例8)通過實施本發(fā)明制造的TFT可應用于各種電-光器件。即，本發(fā)明可應用于引入這種電-光器件作顯示部分的所有電子設備。
這些電子設備的例子包括視頻攝像機、數(shù)字攝像機、頭戴式顯示器(眼鏡式顯示器)、可穿式顯示器、汽車導航系統(tǒng)、個人電腦和便攜式信息終端(例如移動電腦，便攜式電話，電子計事本等)。圖18A-18F示出這些電子設備的例子。
圖18A示出了個人電腦，包括主體2001、圖像輸入部分2002、顯示部分2003、鍵盤2004。本發(fā)明可應用于圖像輸入部分2002、顯示部分2003或其它信號驅動電路。
圖18B示出了視頻攝像機，包括主體2101、顯示部分2102、音頻輸入部分2103、操作開關2104、電池2105和圖像接收部分2106。本發(fā)明可應用于顯示部分2102、音頻輸入部分2103或其它信號控制電路。
圖18C示出了便攜式電腦，包括主體2201、攝像部分2202、圖像接收部分2203、操作開關2204和顯示部分2205。本發(fā)明可應用于顯示部分2205或其它信號驅動電路。
圖18D示出了眼鏡式顯示器，包括主體2301、顯示部分2302、臂部2303。本發(fā)明可應用于顯示部分2302或其它信號驅動電路。
圖18E示出了采用存儲有程序的記錄媒質(此后稱之為記錄媒質)的播放器，包括主體2401、顯示部分2402、揚聲器單元2403、記錄媒質2404和操作開關2405。注意，使用DVD(數(shù)字通用盤)或CD作該裝置的記錄媒質，能夠再現(xiàn)音樂程序，顯示圖像，并進行游戲，或用于國際互聯(lián)網(wǎng)。本發(fā)明可應用于顯示器件2402和其它信號驅動電路。
圖18F示出了數(shù)字攝像機，包括主體2501、顯示部分2502、目鏡部分2503、操作開關2504、和圖像接收單元(圖中未示出)。本發(fā)明可應用于顯示單元2502或其它信號驅動電路。
如上所述，本發(fā)明的應用范圍很寬，可應用于各種領域的電子設備。另外，本實施例的電子設備可利用實施例1-7的任何一種組合實現(xiàn)。
(實施例9)通過實施本發(fā)明制造的TFT可應用于各種電-光器件。即，本發(fā)明可應用于引入這種電-光器件作顯示部分的電子設備。
關于這種電子設備，可以給出投影儀(背置型或前置型)等。圖19A-19D示出了幾個例子。
圖19A示出了前置型投影儀，它包括投影系統(tǒng)2601和屏2602。本發(fā)明可應用于構成投影系統(tǒng)2601的一部分的液晶顯示器件2808或其它信號控制電路。
圖19B示出了背置型投影儀，它包括主體2701、投影系統(tǒng)2702、反射鏡2703、屏2704。本發(fā)明可應于構成投影系統(tǒng)2702一部分的液晶顯示器件2808或其它信號控制電路。
圖19C是展示圖19A和19B中的顯示器件2601和2702的結構實例的示圖。投影系統(tǒng)2601和2702包括光源光學系統(tǒng)2801、反射鏡2802和2804-2806、分光鏡2803、棱鏡2807、液晶顯示器件2808、相差板2809、和投影光學系統(tǒng)2810構成。投影光學系統(tǒng)2810由包括透鏡的光學系統(tǒng)構成。盡管本實施例示出了三板系統(tǒng)的例子，但并不限于這種系統(tǒng)，也可以采用單板系統(tǒng)光學系統(tǒng)。操作者可以在圖19C中箭頭所示的光學路徑中適當?shù)卦O置例如光學透鏡、偏振膜、調相膜、IR膜等。
此外，圖19D示出了圖19C的光源光學系統(tǒng)2801的結構的實例。該例中，光源光學系統(tǒng)2801包括反射器2811、光源2812、透鏡陣列2813和2814、偏振轉換元件2815及會聚透鏡2816。順便提及，圖19D所示的光源光學系統(tǒng)是一個實例，本發(fā)明不限于該圖所示的結構。例如，操作者可以在該光源光學系統(tǒng)中適當?shù)卦O置光學透鏡、偏振膜、調相膜、IR膜等。
如上所述，本發(fā)明的應用范圍非常廣泛，可應用于各種領域的電子設備。另外，本例的電子設備可利用實施例1-3和7的任何組合的結構實現(xiàn)。然而，如果本實施例的投影系統(tǒng)是透射型液晶顯示器件，無需說它們不能應用于反射型液晶顯示器件。
通過適當?shù)卦O置通過能夠控制布線的錐角α的偏置功率和特定氣體流速等條件，可以提高相對于底膜的選擇性，同時，根據(jù)本發(fā)明可以得到希望的錐角α。結果，形成于布線上的膜的覆蓋較好，因此可以減少例如布線剝落、布線漏電和短路等缺陷。
另外，可以腐蝕得使該部分內具有良好的分布，并可以得到均勻的布線形狀。
另外，本發(fā)明可應用于接觸孔等的開口工藝。
權利要求
1．一種布線，包括鎢膜、具有鎢化合物作其主要成分的金屬化合物膜或具有鎢合金作其主要成分的金屬合金膜，其中所說布線的錐角(α)為5-85度。
2．一種布線，包括自鎢膜、具有鎢化合物作其主要成分的金屬化合物膜、具有鎢合金作其主要成分的金屬合金膜中選擇的薄膜層疊的層疊結構，其中所說布線的錐角(α)為5-85度。
3．根據(jù)權利要求1或2的布線，其中所說金屬合金膜是選自Ta、Ti、Mo、Cr、Nb及Si和鎢中一種元素或多種元素構成的合金膜。
4．根據(jù)權利要求1或2的布線，其中所說金屬化合物膜是鎢的氮化物膜。
5．根據(jù)權利要求2的布線，其中所說布線的最下層是具有導電性的硅膜。
6．一種半導體器件，包括由鎢膜、具有鎢化合物作其主要成分的金屬化合物膜或具有鎢合金作其主要成分的金屬合金膜構成的布線，其中所說布線的錐角(α)為5-85度。
7．一種半導體器件，包括由選擇自鎢膜、具有鎢化合物作其主要成分的金屬化合物膜、具有鎢合金作其主要成分的金屬合金膜的層疊薄膜的層疊結構的布線，其中所說布線的錐角(α)為5-85度。
8．根據(jù)權利要求6或7的半導體器件，其中所說布線是薄膜晶體管的柵布線。
9．根據(jù)權利要求6或7的半導體器件，其中所說半導體器件是有源矩陣型液晶顯示器件。
10．根據(jù)權利要求6或7的半導體器件，其中所說半導體器件是EL顯示器件。
11．根據(jù)權利要求6或7的半導體器件，其中所說半導體器件是選自視頻攝像機、數(shù)字攝像機、投影儀、眼鏡式顯示器、汽車導航系統(tǒng)、個人電腦、或便攜式信息終端中的一種。
12．一種半導體器件，包括基片上的半導體層，所說半導體層包括鄰接所說半導體層中的溝道形成區(qū)的輕摻雜區(qū)；及鄰近所說半導體層的柵電極，兩者間具有柵絕緣膜，其中所說柵電極包括鎢膜、具有鎢化合物作其主要成分的金屬化合物膜或具有鎢合金作其主要成分的金屬合金膜，其中所說布線的錐角(α)為5-85度。
13．根據(jù)權利要求12的半導體器件，其中所說半導體器件是有源矩陣型液晶顯示器件。
14．根據(jù)權利要求12的半導體器件，其中所說半導體器件是EL顯示器件。
15．根據(jù)權利要求12的半導體器件，其中所說半導體器件是選自視頻攝像機、數(shù)字攝像機、投影儀、眼鏡式顯示器、汽車導航系統(tǒng)、個人電腦、或便攜式信息終端中的一種。
16．一種形成布線的方法，包括以下步驟在底膜上形成金屬薄膜；在所說金屬薄膜上形成抗蝕劑圖形；及通過腐蝕具有所說抗蝕劑圖形的所說金屬薄膜，形成所說布線，其中根據(jù)ICP腐蝕裝置的偏置功率密度控制所說布線的錐角(α)。
17．一種形成布線的方法，包括以下步驟在底膜上形成金屬薄膜；在所說金屬薄膜上形成抗蝕劑圖形；及通過腐蝕具有所說抗蝕劑圖形的所說金屬薄膜，形成所說布線，其中根據(jù)含氟氣體的流速控制所說布線的錐角(α)。
18．根據(jù)權利要求16或17的形成布線的方法，其中利用包括含氟的第一反應氣體和含氯的第二反應氣體的混合氣體的腐蝕氣，進行所說腐蝕，所說底膜和所說金屬薄膜之間的所說腐蝕氣的特定選擇率為2．5以上。
19．根據(jù)權利要求16或17的形成布線的方法，其中所說金屬薄膜是選自鎢膜、具有鎢化合物作其主要成分的金屬化合物膜、具有鎢合金作其主要成分的金屬合金的一種薄膜或各薄膜的層疊膜。
20．一種干法腐蝕的方法，包括利用腐蝕氣去掉選自鎢膜、具有鎢化合物作其主要成分的金屬化合物膜、具有鎢合金作其主要成分的金屬合金的薄膜的希望部分，其中所說腐蝕氣是含氟的第一反應氣體和含氯的第二反應氣體的混合氣體。
21．根據(jù)權利要求20的干法腐蝕方法，其中所說第一反應氣是選自CF4、C2F6和C4F8中的一種氣體。
22．根據(jù)權利要求20的干法腐蝕方法，其中所說第二反應氣體是選自Cl2、SiCl4和BCl3的一種氣體。
23．根據(jù)權利要求20的干法腐蝕方法，其中所說干法腐蝕方法使用ICP腐蝕裝置。
24．根據(jù)權利要求20的干法腐蝕方法，其中根據(jù)所說ICP腐蝕裝置的偏置功率密度控制所說布線的錐角(α)。
25．一種干法腐蝕的方法，其中根據(jù)偏置功率密度控制通過所說腐蝕形成的孔或凹部的內壁的錐角。
26．一種干法腐蝕的方法，其中根據(jù)特定氣體流速控制通過所說腐蝕形成的孔或凹部的內壁的錐角。
27．根據(jù)權利要求25或26的干法腐蝕方法，其中所說干法腐蝕方法使用ICP腐蝕裝置。
28．一種制造半導體器件的方法，包括以下步驟在基片上形成半導體層，所說半導體層包括與所說半導體層中的溝道形成區(qū)鄰接的輕摻雜區(qū)；在基片上形成金屬薄膜；在所說金屬薄膜上形成抗蝕劑圖形；及腐蝕具有所說抗蝕劑圖形的所說金屬薄膜，從而形成薄膜晶體管的柵電極，其中所說柵電極包括錐角為5-85度的錐形。
29．根據(jù)權利要求28的制造半導體方法，其中所說半導體器件是有源矩陣型液晶顯示器件。
30．根據(jù)權利要求28的制造半導體方法，其中所說半導體器件是EL顯示器件。
31．根據(jù)權利要求28的制造半導體方法，其中所說半導體器件是選自視頻攝像機、數(shù)字攝像機、投影儀、眼鏡式顯示器、汽車導航系統(tǒng)、個人電腦、或便攜式信息終端中的一種。
全文摘要
提供一種干法腐蝕法,用于形成具有錐形且相對于底膜具有較大特定選擇率的鎢布線。如果適當調節(jié)偏置功率密度,并且如果利用具有氟作其主要成分的腐蝕氣體去除鎢薄膜的希望部分,則可以形成具有希望錐角的鎢膜。
文檔編號C23F4/00GK1282107SQ00121738
公開日2001年1月31日 申請日期2000年7月24日 優(yōu)先權日1999年7月22日
發(fā)明者須澤英臣, 小野幸治 申請人:株式會社半導體能源研究所