[发明专利]具有改善的蚀刻角度的栅极绝缘层及其形成方法

说明书

提供一种具有改善的蚀刻角度的栅极绝缘层，包括：第一氮化硅膜；设置于第一氮化硅膜之上的第二氮化硅膜；设置于第二氮化硅膜之上的第三氮化硅膜，其中第一氮化硅膜与第三氮化硅膜的厚度小于第二氮化硅膜的厚度，第一氮化硅膜与第三氮化硅膜中的N‑H键含量低于第二氮化硅膜中的N‑H键含量，且第三氮化硅膜与第一氮化硅膜中的N‑H键含量之差不小于5%。还提供上述栅极绝缘层的形成方法。本发明的栅极绝缘层，内在致密性存在差异，使得蚀刻速度产生差异，从而能够形成具有理想蚀刻角度的斜坡状侧面轮廓。此外，本发明的三层氮化硅膜在同一腔室中以相同原料气体一次性连续形成，工艺简单、成本低，且三层均为氮化硅膜，具有良好的界面性能。

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种具有改善的蚀刻角度的栅极绝缘层及其制造方法。

背景技术

目前，平板显示器，例如液晶显示装置、有机电致发光显示装置等，主要采用有源矩阵驱动模式，通过驱动电路部分的薄膜晶体管(TFT)作为开关元件，为像素电极输出信号。常见的薄膜晶体管一般包括：绝缘基板、栅极层、栅极绝缘层、有源半导体层和源电极/漏电极层。在制作过程中，薄膜晶体管中各层需经历多个蚀刻处理工艺进行图案化。对于栅极绝缘层，一般采用干法蚀刻例如反应离子蚀刻或等离子蚀刻进行各项异性蚀刻，蚀刻后形成斜坡状侧壁轮廓，对于蚀刻角度θ，即经蚀刻的栅极绝缘层的斜坡状侧面部分与底面部分之间的夹角，达到40～100°较为理想，由此可防止其上有源半导体生长层中产生裂纹以及底部生长部分出现蠕升生长，并有利于形成具有良好表面平坦度的半导体生长层。

目前，薄膜晶体管中的栅极绝缘层多为氧化硅膜与氮化硅膜层叠构成，例如CN101300681A公开了一种氧化硅膜/氮化硅膜双层结构栅极绝缘层，来克服氧化硅膜单层构造栅极绝缘层薄膜化引发的击穿耐压降低的问题。然而，氧化硅膜与氮化硅膜为异质膜，蚀刻速率不同，对这种氧化硅膜/氮化硅膜双层结构栅极绝缘层进行蚀刻时易造成钻蚀(undercut)，不利于后续膜层的生长。

因而，仍需要一种改善的栅极绝缘层，能够在经过蚀刻处理后达到理想的蚀刻角度，以利于后续膜层的生长，同时兼顾栅极绝缘层的介电性能，进而提高薄膜晶体管的性能和品质。

发明内容

为解决上述问题，本发明利用蚀刻速度与材料密度的关系以及氮化硅膜的致密性与其中N-H键含量的关系，通过改变成膜结构和成膜膜质，形成具有三层氮化硅膜层叠结构且各膜层N-H键含量不同即致密度不同的栅极绝缘层，其中中间氮化硅膜作为主体相对疏松以兼顾产能，上层和下层氮化硅膜之间存在一定的密度差而具有不同的蚀刻速度，由此实现理想蚀刻角度。

因此，一方面，本发明提供一种具有改善的蚀刻角度的栅极绝缘层，该栅极绝缘层包括：第一氮化硅膜；设置于所述第一氮化硅膜之上的第二氮化硅膜；设置于所述第二氮化硅膜之上的第三氮化硅膜，其中所述第一氮化硅膜与所述第三氮化硅膜的厚度小于所述第二氮化硅膜的厚度，所述第一氮化硅膜与所述第三氮化硅膜中的N-H键含量低于所述第二氮化硅膜中的N-H键含量，且所述第三氮化硅膜与第一氮化硅膜中的N-H键含量之差不小于5%。

在根据本发明的一种实施方式中，所述第一氮化硅膜中的N-H键含量低于10%，所述第二氮化硅膜中的N-H键含量高于20%，所述第三氮化硅膜中的N-H键含量低于15%，且所述第一氮化硅膜与第三氮化硅膜中的N-H键含量之差不小于5%。

在根据本发明的另一种实施方式中，所述第一氮化硅膜和所述第三氮化硅膜的厚度为所述第二氮化硅膜的厚度为

在根据本发明的另一种实施方式中，所述栅极绝缘层的蚀刻角度介于40～60°之间。