稳定的无定形金属氧化物半导体制造技术

本发明专利技术涉及稳定的无定形金属氧化物半导体。本发明专利技术提供一种薄膜半导体器件，其具有含无定形半导体离子金属氧化物和无定形绝缘共价金属氧化物的混合物的半导体层。以与半导体层连通的方式设置一对端子，所述一对端子限定导电槽，并以与导电槽连通的方式设置栅极端子，且进一步设置该栅极端子以控制所述槽的导电。本发明专利技术还包括一种淀积混合物的方法，所述方法包括在淀积过程期间使用氮来控制在所得半导体层中的载流子浓度。

【技术实现步骤摘要】
稳定的无定形金属氧化物半导体本申请是申请日为2009年9月4日的中国专利申请第200980135164.2号的分案申请。
本专利技术涉及用于半导体器件的沟道层(channellayer)的金属氧化物半导体材料。
技术介绍
在半导体工业，特别是薄膜半导体器件如薄膜晶体管(TFT)中，所述器件包括间隔的源极和漏极区，其通过设置在其间的沟道层导电。至少一个栅极绝缘层和栅电极被设置在沟道层之上和/或之下，从而控制导电。在许多应用中，将TFT用于在制造期间不能忍受高温的情况中，因此，必须使用可以在相对低的温度(例如室温)下淀积但仍具有相对高迁移率的半导体。由于金属氧化物半导体的高载流子迁移率、透光性和低淀积温度而对其有强烈的兴趣。高载流子迁移率扩展了至需要更高频率或更高电流的高性能领域的应用。透光性排除了在显示器和传感器有源矩阵(activematrices)中对光屏蔽的需求。低淀积温度使得能够应用于塑料衬底上的柔性电子设备。金属氧化物半导体的独特特征为：(1)载流子迁移率受膜粒度的影响更小，即，可以是高迁移率无定形金属氧化物；(2)表面状态的密度低且使得TFT能够容易地获得场效应，这与表面状态必须被氢钝化的共价半导体(例如S或a-Si)相反；以及(3)强烈取决于体载流子密度的迁移率。为了实现用于高性能应用的高迁移率，金属氧化物沟道的体载流子密度应当高，并且金属氧化物膜的厚度应当小(例如<100nm，优选<50nm)。然而，金属氧化物半导体的主要缺点是稳定性和在较高加工温度下变成多晶的趋势。普通的金属氧化物如氧化锌、氧化铟锌和铟镓锌氧化物不是很稳定，且在中等加工温度(例如大于约400℃)下成为多晶。由于一些原因，不希望在半导体器件中存在多晶半导体金属氧化物。例如，由于晶体大小和位置的变化，即使在一批的相邻器件之间，在多晶半导体金属氧化物中形成的晶体管的特性也会发生变化。为了更好地理解这个问题，在亚微型栅下的导电区域中，每个不同的晶体管可以包含一个或两个多晶硅晶粒至数个晶粒，且在导电区域中晶体数目的不同会产生不同的特性。不同粒子间的尺寸和物理特性也同样不同。金属氧化物薄膜晶体管(TFT)的稳定性主要取决于加工温度。在高温下，可以减少在块状半导体层(bulksemiconductorlayer)中以及在栅极绝缘层和半导体层之间的界面处的阱。对于应用，诸如有源矩阵有机发光装置(AMOLED)，需要最大的稳定性。在加工期间，将金属氧化物TFT放在高温下，通常在250℃和700℃之间是有利的。同时，期望在这些加工温度下保持金属氧化物的无定形性质。因此，对在现有技术中的上述和其它缺陷进行补救是非常有利的。因此，本专利技术的一个目的是提供一种新型改进的金属氧化物半导体材料。本专利技术的另一个目的是提供一种新型改进的金属氧化物半导体材料，其具有改进的稳定性且在较高加工温度下变成多晶的趋势更低。本专利技术的另一个目的是提供一种新型改进的金属氧化物半导体材料，其具有改进的稳定性、高载流子迁移率以及氧空位和载流子密度的良好控制。
技术实现思路
简言之，为了按照其优选实施方案实现本专利技术的期望目的，提供了一种稳定的无定形金属氧化物材料以用作半导体器件中的半导体，所述材料包含无定形半导体离子金属氧化物和无定形绝缘共价金属氧化物的混合物。稳定的无定形金属氧化物材料由式XOaYOb和X-O-Y的一种表示，其中YO是无定形绝缘共价金属氧化物，且XO是无定形半导体离子金属氧化物。还在薄膜半导体器件中实现了本专利技术的期望目的，所述薄膜半导体器件具有包含无定形半导体离子金属氧化物和无定形绝缘共价金属氧化物的混合物的半导体层。以与半导体层连通的方式设置一对端子且所述一对端子限定导电槽，并以与导电槽连通的方式设置栅极端子(gateterminal)，且进一步设置其以控制所述槽的导电。本专利技术还包括一种淀积混合物的方法，所述方法包括在淀积过程期间使用氮来控制在所得半导体层中的载流子浓度。附图说明根据参照附图的优选实施方案的下述详细说明，对本领域的技术人员来说，本专利技术的前述及其它更具体的目的和优点将易于变得显而易见，其中：图1是本专利技术具有上覆栅极(overlyinggate)和底部源极/漏极(underlyingsource/drain)的TFT的简化层状图；图2是本专利技术具有上覆栅极和上覆源极/漏极的TFT的简化层状图；图3是本专利技术具有底部栅极和底部源极/漏极的TFT的简化层状图；以及图4是本专利技术具有底部栅极和上覆源极/漏极的TFT的简化层状图。具体实施方式现在转到图1，对本专利技术一个具体实施方案TFT10的简化层状图进行说明。TFT10包括衬底12，其可以为柔性材料如塑料，或者任何其它方便的材料，诸如玻璃等。使用任何熟知的方法以间隔取向(spacedapartorientation)的方式在衬底12的上表面中或上(在下文中一般指“上”)形成源极13和漏极14。以与源极13和漏极14两者以及其间的空间部分叠加(overlying)的方式形成金属氧化物膜16。应理解，金属氧化物膜16是在源极/漏极部件之间传导载流子的有源层。在一个优选实施方案中，金属氧化物膜16的厚度小于l00nm，优选小于50nm。以与金属氧化物膜16叠加的方式形成薄栅极电介质层17，并以与源极13和漏极14之间的空间叠加的方式在栅极电介质层17上形成栅极叠层18。因此，TFT10是顶栅极、底源极/漏极型器件。现在转到图2，对本专利技术另一个实施方案TFT20的简化层状图进行说明。TFT20包括衬底22，其可以为柔性材料如塑料，或者任何其它方便的材料，诸如玻璃等。在衬底22上淀积金属氧化物膜26，并以部分叠加的方式在金属氧化物膜26的上表面上形成源极23和漏极24，以便在上表面上形成间隔取向。以与栅极23和栅极24之间的空间中的金属氧化物膜26以及与邻近所述空间的栅极23和栅极24的部分叠加的方式形成薄栅极电介质层27。以与源极23和漏极24栅极之间的空间叠加的方式在栅极电介质层27设置栅极叠层28。因此，TFT20是一种顶栅极、顶源极/漏极型器件。现在转到图3，对本专利技术另一个具体实施方案TFT30的简化层状图进行说明。TFT30包括衬底32，其可以为柔性材料如塑料，或者任何其它方便的材料，诸如玻璃等。通过任何方便且确定的方法在衬底32中形成栅极叠层38。以与栅极叠层38和衬底32的周围区域叠加的方式形成薄栅极电介质层37。使用任何熟知的方法以间隔取向的方式在栅极电介质层37的上表面中或上(在下文中一般指“上”)形成源极33和漏极34。以与源极33和漏极34两者以及其间的空间部分叠加的方式形成金属氧化物膜36。在金属氧化物膜36上形成任选的钝化层。因此，TFT30是一种底栅极、底源极/漏极型器件。现在转到图4，对本专利技术另一个具体实施方案TFT40的简化层状图进行说明。TFT40包括衬底42，其可以为柔性材料如塑料，或者任何其它方便的材料，诸如玻璃等。通过任何方便且确定的方法在衬底42中形成栅极叠层48。以与栅极叠层48和衬底42的周围区域叠加的方式形成薄栅极电介质层47。以与栅极叠层48和周围区域叠加的方式在栅极电介质层47上形成金属氧化物膜46。以部分叠加的方式在金属氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种底栅极、顶源极/漏极结构的薄膜半导体器件，包含：衬底；设置在所述衬底上的栅极；与所述栅极和所述衬底的周围区域呈叠加方式的栅极电介质层；以与所述栅极叠加的方式设置在所述栅极电介质层上的金属氧化物层；以其间具有空间的方式设置在所述金属氧化物层的上表面上的源极和漏极，所述空间与所述栅极呈叠加方式；在所述源极和所述漏极以及其间空间中的所述金属氧化物上至少部分设置的钝化层；以及所述金属氧化物层包含能隙小于4eV的无定形半导体离子金属氧化物和能隙大于6eV的无定形绝缘共价金属/非金属氧化物的混合物，所述无定形半导体离子金属氧化物的量大于混合物的17％且所述无定形绝缘共价金属/非金属氧化物的量大于混合物的5％，并且所述无定形绝缘共价金属/非金属氧化物的量足以防止所述无定形半导体离子金属氧化物在加工温度下变成多晶且粒度足够小以提供所述无定形半导体离子金属氧化物的连续网络。

【技术特征摘要】
2008.09.08 US 12/206,6151.一种底栅极、顶源极/漏极结构的薄膜半导体器件，包含：衬底；设置在所述衬底上的栅极；与所述栅极和所述衬底的周围区域呈叠加方式的栅极电介质层；以与所述栅极叠加的方式设置在所述栅极电介质层上的金属氧化物层；以其间具有空间的方式设置在所述金属氧化物层的上表面上的源极和漏极，所述空间与所述栅极呈叠加方式；在所述源极和所述漏极以及其间空间中的所述金属氧化物上至少部分设置的钝化层；以及所述金属氧化物层包含能隙小于4eV的无定形半导体离子金属氧化物和能隙大于6eV的无定形绝缘共价金属/非金属氧化物的混合物，所述无定形半导体离子金属氧化物的量大于混合物的17％且所述无定形绝缘共价金属/非金属氧化物的量大于混合物的5％，并且所述无定形绝缘共价金属/非金属氧化物的量足以防止所述无定形半导体离子金属氧化物在加工温度下变成多晶且粒度足够小以提供所述无定形半导体离子金属氧化物的连续网络。2.如权利要求1所述的薄膜半导体器件，其中所述衬底由玻璃或塑料膜制成。3.如权利要求1所述的薄膜半导体器件，其中所述衬底为刚性或柔性的。4.如权利要求1所述的薄膜半导体器件，其中所述金属氧化物层具有小于100nm的厚度。5.如权利要求1所述的薄膜半导体器件，其中所述金属氧化物层具有小于50nm的厚度。6.如权利要求1所述的薄膜半导体器件，其中所述金属氧化物层中的粒度小于100nm。7.如权利要求1所述的薄膜半导体器件，其中在所述金属氧化物层中，无定形半导体离子金属氧化物成分的量远大于无定形绝缘共价金属氧化物层的氧化物成分的量。8.如权利要求1所述的薄膜半导体器件，其中在所述金属氧化物层中，无定形绝缘共价金属/非金属氧化物的量足以防止所述无定形半导体离子金属氧化物在250℃至700℃的范围内的加工温度下变成多晶。9.如权利要求1所述的薄膜半导体器件，其中在所述金属氧化物层中，所述无定形半导体离子金属氧化物成分包含氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化镓、氧化镉中的一种及其组合。10.如权利要求1所述的薄膜半导体器件，其中在所述金属氧化物层中，所述无定形绝缘共价金属/非金属氧化物成分包含氧化铝、氧化镁、氧化铍中的一种及其组合。11.如权利要求1所述的薄膜半导体器件，其中在所述金属氧化物层中，所述无定形绝缘共价金属/非金属氧化物成分包含氧化硅、氧化硼中的一种及其组合。12.如权利要求1所述的薄膜半导体器件，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢泉隆，俞钢，
申请(专利权)人：希百特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US