在衬底上制造半导体器件的方法以及半导体器件技术

本发明专利技术涉及在衬底上制造半导体器件的方法以及半导体器件。该制造方法包括通过选择用于金属氧化物活性层的金属氧化物和选择用于毗邻接合的材料的特定材料来控制下层界面和上覆界面中的界面相互作用以调整相邻金属氧化物中的载流子密度。所述方法还包括通过形成下层界面的成分的下层材料的表面处理来控制下层界面中的相互作用并通过在金属氧化物层上的材料沉积之前执行的金属氧化物膜的表面处理来控制上覆界面中的相互作用的一个或两个步骤。

【技术实现步骤摘要】
在衬底上制造半导体器件的方法以及半导体器件本申请是申请日为2009年7月14日、国际申请号为PCT/US2009/050542、中国申请号为200980127697.6、专利技术名称为“具有改进载流子迁移率的金属氧化物TFT”中国专利申请的分案申请。
本专利技术一般地涉及TFT中的金属氧化物半导体膜，并且更具体而言，涉及金属氧化物膜的载流子密度。
技术介绍
金属氧化物半导体由于其高载流子迁移率、光透明性和低沉积温度而引起强烈的兴趣。高载流子迁移率将应用扩展至要求较高频率和较高电流的较高性能领域。光透明性消除了对显示器中的光屏蔽和传感器活性基质的需要。低沉积温度使得能够应用于塑料衬底上的柔性电子装置。金属氧化物半导体的独有特征是:(I)载流子迁移率不那么取决于膜的颗粒尺寸，也就是说，高迁移率无定形金属氧化物是可以的；(2)表面态的密度低，并使得对于TFT而言能够容易实现场效应，这与必须通过氢对表面态进行钝化的共价半导体(诸如Si或a-Si)相反；以及(3)迁移率大大地取决于体积载流子密度。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积载流子密度应该是高的，并且金属氧化物膜的厚度应该是小的(例如，<10nm且优选地<50nm)。传统上，由氧空位来控制金属氧化物中的体积载流子浓度。可以由:(a)沉积期间的氧分压；(b)高温处理；以及(c)化合价掺杂来控制氧空位。但是当沟道厚度变得非常小时，体载流子不再充足且有效。因此，补救现有技术中固有的前述及其他固有不足将是非常有利的。
技术实现思路
简要地，为了根据本专利技术的优选实施例来实现本专利技术的期望目的，提供一种与具有小于10nm厚的金属氧化物活性层的半导体器件的制造相结合地使用的方法，并且上主表面和下主表面具有毗邻接合的材料以形成下层界面和上覆界面的材料。所述制造方法包括通过选择用于金属氧化物活性层的金属氧化物和通过选择用于毗邻接合的材料的特定材料来控制下层界面和上覆界面中的界面相互作用。所述方法还包括通过形成下层界面的成分的下层材料的表面处理来控制下层界面中的相互作用以及通过在金属氧化物层上的材料沉积之前执行的金属氧化物膜的表面处理来控制上覆界面中的相互作用的一个或两个步骤。本公开中所使用的术语“控制界面相互作用”和“界面相互作用”被限定为控制或调整相邻半导体材料(金属氧化物)中的载流子密度的动作或相互作用。还根据本专利技术的优选实施例来实现本专利技术的期望目的，其中，柔性衬底上的新型金属氧化物半导体器件包括小于10nm厚的金属氧化物活性层且上主表面和下主表面具有毗邻接合的材料以形成下层界面和上覆界面的材料。所述新型金属氧化物半导体器件还包括控制下层界面中的相互作用的形成下层界面的成分的下层材料的已处理表面以及控制上覆界面中的相互作用的在金属氧化物层上的材料沉淀之前执行的金氧氧化物膜的已处理表面中的一者或两者。【附图说明】通过结合附图进行的本专利技术的优选实施例的以下详细说明，本专利技术的前述及其他和更具体目的和优点将变得对于本领域的技术人员显而易见，其中:图1是根据本专利技术的具有上覆栅极和下层源/漏的TFT的简化层示意图；图2是根据本专利技术的具有上覆栅极和上覆源/漏的TFT的简化层示意图；图3是根据本专利技术的具有下层栅极和下层源/漏的TFT的简化层示意图；以及图4是根据本专利技术的具有下层栅极和上覆源/漏的TFT的简化层示意图。【具体实施方式】由μ ν/L2来限定薄膜晶体管(TFT)中优值系数，其中，μ是迁移率，V是电压且L是栅极长度。部分地由金属氧化物半导体材料中的新发展来补救主要问题，其中已经展示出高达SOcmVV-秒的迁移率。金属氧化物半导体的独有特征之一是载流子迁移率不那么取决于膜的颗粒尺寸，也就是说，高迁移率无定形金属氧化物是可以的。然而，为了实现高性能应用所需的高迁移率，金属氧化物沟道的体积载流子密度应该是高的，并且金属氧化物膜的厚度应该是小的(例如，〈lOOnm且优选地<50nm)。然而，已经发现对于这些非常薄的沟道而言，具有下层和上覆材料的金属氧化物的界面相互作用不再是可忽略的。可以以以下两种方式中的任一者或两者来实现界面相互作用的控制:(I)与下层结构的相互作用；以及(2)与上覆结构的相互作用。通常，相互作用被设计为与金属氧化物中的氧起反应以有益地改变氧含量并因此改变载流子密度。在这方面，术语“强相互作用”被限定为在相邻半导体材料中减少氧含量并增加氧空位且因此增加载流子密度的相互作用。此外，在优选实施例中，该术语指的是过多地增加氧空位、使得载流子增加至大于118载流子每立方厘米的相互作用。通常认为此数目对于例如在源极和漏极端子处用于制作欧姆接触而言是足够的。术语“弱相互作用”被限定为在相邻半导体材料中将氧含量增加或减少(因此增加或减少氧空位)小得多的量(小于118载流子每立方厘米)并因此控制载流子密度(小于11Vcm3)的相互作用。为了制造TFT，可以使用用于上覆结构和下层结构的任何或全部以下功能。例如，可以在TFT的不同部分或表面上使用不同的功能。作为使用不同功能的示例，可以使用弱相互作用来调整TFT的阈值且对于源/漏区的良好欧姆接触而言优选强相互作用。上覆结构的一些可能功能包括:(I)钝化一提供弱相互作用或不提供相互作用；(2)栅极一提供弱相互作用或不提供相互作用；以及(3)源/漏一提供强相互作用。此外，下层结构的一些可能功能包括:(I)钝化一提供弱相互作用或不提供相互作用；(2)栅极一提供弱相互作用或不提供相互作用；以及(3)源/漏一提供强相互作用。TFT的任何特定实施例所需的上覆结构和下层结构的功能取决于TFT的构造。多个功能可以是上覆结构或下层结构所需的。通常，被选择用于形成各种上和下界面或提供与金属氧化物活性层的界面相互作用的控制的材料类型是确定最终器件的特性的一种方式。例如，对于较少的相互作用选择惰性材料，同时选择活性材料来耗尽来自金属氧化物的氧，即强相互作用。惰性材料的示例是八1203、5丨02、5丨队聚酰亚胺、808、光致抗蚀剂和类似材料。活性材料的示例是Al、T1、Ta、ITO、L1、Mg等。此外，能够选择在活性层中使用的特定金属氧化物以提供特定特性。能够使用的金属氧化物的示例包括氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(InZnO)、氧化铟锌镓(InZnGaO)和类似材料或其组合。除了在各种下层成分中使用的材料的选择之外或作为其替代，可以恰好在沉积金属氧化物膜之前执行界面处的下层材料的表面处理。能够执行的一些典型表面处理包括(a)下层材料的离子溅射以产生富氧或缺氧表面。富氧处理的一些示例是用0(氧离子)来处理表面且氧还原处理的一些示例是低能Ar或氢离子。表面处理(b)包括其中使用诸如H2的还原气体或使用诸如O2的氧化气体的气体处理。表面处理(c)包括其中可以使用锌化工艺来增强与源/漏区域下方的金属氧化物的表面反应性，可以使用诸如H2O2的氧化溶液来制备富氧表面，或者可以使用诸如缺氧或氧吸引溶液的还原溶液来制备贫氧表面。在每种上述情况下，处理被设计为在金属氧化物中产生能够降低载流子浓度的富氧环境或去除氧并提高载流子浓度的还原环境。关于上覆结构的各种选择或确定包括用于上覆结构的材料选择。在此选择过程中，惰性材料的示例包括A12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在衬底上制造半导体器件的方法，所述半导体器件具有小于100nm厚的金属氧化物活性层以及在源极和漏极之间的所述金属氧化物活性层中限定的沟道区域，具有与在下层毗邻接合中的第一电绝缘体层相邻的第一界面和相邻金属氧化物、与在上覆毗邻接合中的第二电绝缘体层相邻的第二界面和相邻金属氧化物、以及布置在所述第一界面和相邻金属氧化物以及所述第二界面和相邻金属氧化物之间的体材料，所述方法包括控制界面相互作用以调整所述相邻金属氧化物中的载流子密度，并且包括以下步骤：通过选择用于金属氧化物活性层的金属氧化物和通过从一组钝性/惰性材料或活性材料中选择特定材料用于毗邻接合中的第一电绝缘体层和毗邻接合中的第二电绝缘体层，控制在所述第一界面和相邻金属氧化物以及所述第二界面和相邻金属氧化物中的界面相互作用；以及通过所述第一电绝缘体层的表面处理控制在所述第一界面和相邻金属氧化物中的界面相互作用，以及通过在沉积与所述金属氧化物活性层的上覆毗邻接合中的第二电绝缘体层之前执行的金属氧化物膜的表面处理，或通过选择用于沉积与所述金属氧化物活性层的上覆毗邻接合中的第二电绝缘体层的钝性或活性沉积方法，控制在所述第二界面和相邻金属氧化物中的界面相互作用；以及以以下方式控制在所述第一界面和相邻金属氧化物以及所述第二界面和相邻金属氧化物中的界面相互作用，所述方式为在所述源极和漏极之间的所述金属氧化物活性层的沟道区域具有跨其厚度不同的载流子分布，其中与所述第一电绝缘体层相邻的所述第一界面和相邻金属氧化物具有第一预期载流子密度，并且与所述第二电绝缘体层相邻的所述第二界面和相邻金属氧化物具有第二预期载流子密度，并且所述体材料具有在所述第一预期载流子密度和所述第二预期载流子密度之间的载流子密度。...

【技术特征摘要】
2008.07.16 US 12/173,9951.一种在衬底上制造半导体器件的方法，所述半导体器件具有小于10nm厚的金属氧化物活性层以及在源极和漏极之间的所述金属氧化物活性层中限定的沟道区域，具有与在下层毗邻接合中的第一电绝缘体层相邻的第一界面和相邻金属氧化物、与在上覆毗邻接合中的第二电绝缘体层相邻的第二界面和相邻金属氧化物、以及布置在所述第一界面和相邻金属氧化物以及所述第二界面和相邻金属氧化物之间的体材料，所述方法包括控制界面相互作用以调整所述相邻金属氧化物中的载流子密度，并且包括以下步骤: 通过选择用于金属氧化物活性层的金属氧化物和通过从一组钝性/惰性材料或活性材料中选择特定材料用于毗邻接合中的第一电绝缘体层和毗邻接合中的第二电绝缘体层，控制在所述第一界面和相邻金属氧化物以及所述第二界面和相邻金属氧化物中的界面相互作用；以及 通过所述第一电绝缘体层的表面处理控制在所述第一界面和相邻金属氧化物中的界面相互作用，以及通过在沉积与所述金属氧化物活性层的上覆毗邻接合中的第二电绝缘体层之前执行的金属氧化物膜的表面处理，或通过选择用于沉积与所述金属氧化物活性层的上覆毗邻接合中的第二电绝缘体层的钝性或活性沉积方法，控制在所述第二界面和相邻金属氧化物中的界面相互作用；以及 以以下方式控制在所述第一界面和相邻金属氧化物以及所述第二界面和相邻金属氧化物中的界面相互作用，所述方式为在所述源极和漏极之间的所述金属氧化物活性层的沟道区域具有跨其厚度不同的载流子分布，其中与所述第一电绝缘体层相邻的所述第一界面和相邻金属氧化物具有第一预期载流子密度，并且与所述第二电绝缘体层相邻的所述第二界面和相邻金属氧化物具有第二预期载流子密度，并且所述体材料具有在所述第一预期载流子密度和所述第二预期载流子密度之间的载流子密度。2.如权利要求1所述 的方法，其中，所述金属氧化物活性层包括氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(IZO)和氧化铟锌镓(IGZO)中的一个，并且选择用于毗邻接合中的材料的特定材料的步骤包括选择来自Al203、Si02、SiN、TaO、MgF2、聚酰亚胺、BCB和光致抗蚀剂中的一个的钝性/惰性材料和来自Al、Zn、T1、Ta、ΙΤ0, Li和Mg中的一个的活性材料。3.如权利要求1所述的方法，其中，控制界面相互作用的步骤在所述第一或第二界面和相邻金属氧化物中通过在所述金属氧化物活性层下面的表面的表面处理来执行，所述表面处理包括下层材料的离子溅射、使用还原气体和氧化气体之一进行气体处理以及液体处理中的一个。4.如权利要求1所述的方法，其中，控制界面相互作用的步骤在所述第一或第二界面层中通过修改在所述金属氧化物活性层上覆盖的表面来执行，所述修改包括在所述金属氧化物层的顶部上的材料的沉积之前，使用还原材料和氧化材料之一的溅射蚀刻。5.如权利要求1所述的方法，其中，控制界面相互作用的步骤在所述第一或第二界面层中通过修改在所述金属氧化物活性层上覆盖的表面来执行，所述修改包括从蒸发、低损坏溅射、基于溶液的处理、旋涂、浸溃以及印刷中的一个来选择钝性沉积方法，以及从高温CVD和PECVD等中的一个来选择活性沉积方法中的一个。6.如权利要求1所述的方法，其中，所述金属氧化物活性层小于50nm厚。7.如权利要求1所述的方法，其中，所述衬底是柔性的。8.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一电绝缘体包括栅极介电层。9.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二电绝缘体包括钝化层。10.如权利要...

【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