包括主动区的晶体管及其形成方法技术

一种薄膜晶体管包括具有正向或反向顺序的有源层、栅极介电层以及栅极电极的堆叠结构。有源层包括包含氧的化合物半导体材料、选自Ga和W的至少一种受体型元素以及选自In和Sn的至少一种重后过渡金属元素。接触栅极介电层的有源层的第一表面部分处的重后过渡金属元素的原子百分比高于位于栅极介电层相对侧的有源层的第二表面部分处的重后过渡金属元素的原子百分比。可以增加前沟道电流，且可以减小后沟道漏电流。小后沟道漏电流。小后沟道漏电流。

【技术实现步骤摘要】
包括主动区的晶体管及其形成方法


[0001]本专利技术实施例涉及一种晶体管及其形成方法。更具体来说，本专利技术实施例涉及一种包括主动区的晶体管及其形成方法。

技术介绍

[0002]由氧化物半导体制成的晶体管是后段(back
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end
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of
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line，BEOL)积体的一个有吸引力的选择，因为它们可以在低温下处理，从而不会损坏先前制造的装置。举例来说，制造条件和技术不会损坏先前制造的前段(front
‑
end
‑
of
‑
line，FEOL)以及中段(middle
‑
end
‑
of
‑
line，MEOL)装置。

技术实现思路

[0003]一种晶体管包括有源层以及顶部栅极堆叠结构。所述有源层位于衬底上且包括包含氧的化合物半导体材料、至少一种受体型元素以及至少一种重后过渡金属元素。每一所述至少一种受体型元素选自由镓(Ga)和钨(W)所组成的群组。每一所述至少一种重后过渡金属元素选自由铟(In)和锡(Sn)所组成的群组。在所述有源层的顶表面处的所述至少一种重后过渡金属元素的原子百分比高于在所述有源层的底表面处的所述至少一种重后过渡金属元素的原子百分比。所述顶部栅极堆叠结构包括横跨所述有源层的顶部栅极介电层以及位于所述顶部栅极介电层的顶表面上的顶部栅极电极。
[0004]一种薄膜晶体管，包括底部栅极电极、底部栅极介电层以及有源层。所述底部栅极电极嵌入绝缘层内并覆盖衬底。所述底部栅极介电层覆盖在所述底部栅极电极上。所述有源层位于所述底部栅极介电层上。所述有源层包括包含氧的化合物半导体材料、至少一种受体型元素以及至少一种重后过渡金属元素。每一所述至少一种受体型元素选自由镓和钨所组成的群组。每一所述至少一种重后过渡金属元素选自由铟和锡所组成的群组。在所述有源层的底表面处的所述至少一种重后过渡金属元素的原子百分比高于在所述有源层的顶表面处的所述至少一种重后过渡金属元素的原子百分比。
[0005]一种形成晶体管的方法包括至少以下步骤。在衬底上形成堆叠结构，所述堆叠结构包括以正向或反向顺序排列的有源层、栅极介电层以及栅极电极。所述有源层包括包含氧的化合物半导体材料、选自镓(Ga)和钨(W)的受体型元素以及选自铟(In)和锡(Sn)的重后过渡金属元素。接触所述栅极介电层的所述有源层的第一表面部分处的所述至少一种重后过渡金属元素的原子百分比高于位于所述栅极介电层相对侧的所述有源层的第二表面部分处的所述至少一种重后过渡金属元素的原子百分比。在所述有源层的顶表面的周边部分形成源极电极以及漏极电极，其中所述源极电极以及所述漏极电极通过所述栅极电极彼此横向间隔开。
附图说明
[0006]结合附图阅读以下详细说明，能最好地理解本公开的各个方面。应注意，根据行业
中的标准惯例，各种特征未按比例绘制。事实上，为使论述清晰起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。
[0007]图1是根据本公开一些实施例在形成互补金属氧化物半导体(complementary metal
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oxide
‑
semiconductor，CMOS)晶体管、在较低层级介电层中的第一金属内连结构、绝缘材料层以及可选的刻蚀终止介电层之后的第一示例性结构的垂直剖面图。
[0008]图2A是根据本公开的第一实施例在形成绝缘层之后的第一示例性结构的一部分的俯视图。
[0009]图2B是沿图2A的垂直平面B
‑
B
’
的第一示例性结构的垂直剖面图。
[0010]图2C是沿图2A的垂直平面C
‑
C
’
的第一示例性结构的垂直剖面图。
[0011]图3A是根据本公开的第一实施例在绝缘层中形成凹陷区之后的第一示例性结构的一个区的俯视图。
[0012]图3B是沿图3A的垂直平面B
‑
B
’
的第一示例性结构的垂直剖面图。
[0013]图3C是沿图3A的垂直平面C
‑
C
’
的第一示例性结构的垂直剖面图。
[0014]图4A是根据本公开的第一实施例在形成底部栅极电极之后的第一示例性结构的一个区的俯视图。
[0015]图4B是沿图4A的垂直平面B
‑
B
’
的第一示例性结构的垂直剖面图。
[0016]图4C是沿图4A的垂直平面C
‑
C
’
的第一示例性结构的垂直剖面图。
[0017]图5A是根据本公开的第一实施例在形成连续底部栅极介电层以及连续有源层之后的第一示例性结构的一个区的俯视图。
[0018]图5B是沿图5A的垂直平面B
‑
B
’
的第一示例性结构的垂直剖面图。
[0019]图5C是沿图5A的垂直平面C
‑
C
’
的第一示例性结构的垂直剖面图。
[0020]图5D是图5B的区D的放大图。
[0021]图6A是根据本公开的第一实施例的图5A至5C的第一示例性结构内的连续有源层内的各种元素的第一示例性垂直原子百分比分布。
[0022]图6B是根据本公开的第一实施例的图5A至5C的第一示例性结构内的连续有源层内的各种元素的第二示例性垂直原子百分比分布。
[0023]图6C是根据本公开的第一实施例的图5A至5C的第一示例性结构内的连续有源层内的各种元素的第三示例性垂直原子百分比分布。
[0024]图6D是根据本公开的第一实施例的图5A至5C的第一示例性结构内的连续有源层内的各种元素的第四示例性垂直原子百分比分布。
[0025]图6E是根据本公开的第一实施例的图5A至5C的第一示例性结构内的连续有源层内的各种元素的第五示例性垂直原子百分比分布。
[0026]图7是根据本公开的第一实施例的图5A至5C的第一示例性结构内的连续底部栅极介电层的垂直原子百分比分布。
[0027]图8A是根据本公开的第一实施例在形成底部栅极介电层以及有源层之后的第一示例性结构的一个区的俯视图。
[0028]图8B是沿图8A的垂直平面B
‑
B
’
的第一示例性结构的垂直剖面图。
[0029]图8C是沿图8A的垂直平面C
‑
C
’
的第一示例性结构的垂直剖面图。
[0030]图9A是根据本公开的第一实施例在形成介电层之后的第一示例性结构的一个区
的俯视图。
[0031]图9B是沿图9A的垂直平面B
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B
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的第一示例性结构的垂直剖面图。
[0032]图9C是沿图9A的垂直平面C
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C
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的第一示例性结构的垂直剖面图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶体管，包括：有源层，位于衬底上且包括包含氧的化合物半导体材料、至少一种受体型元素以及至少一种重后过渡金属元素，其中每一所述至少一种受体型元素选自由镓和钨所组成的群组，其中每一所述至少一种重后过渡金属元素选自由铟和锡所组成的群组，且其中在所述有源层的顶表面处的所述至少一种重后过渡金属元素的原子百分比高于在所述有源层的底表面处的所述至少一种重后过渡金属元素的原子百分比；以及顶部栅极堆叠结构，包括横跨所述有源层的顶部栅极介电层以及位于所述顶部栅极介电层的顶表面上的顶部栅极电极。2.根据权利要求1所述的晶体管，在所述有源层的所述顶表面处的所述至少一种受体型元素的原子百分比低于在所述有源层的所述底表面处的所述至少一种受体型元素的原子百分比。3.根据权利要求2所述的晶体管，其中：所述化合物半导体材料包括锌；以及所述有源层的所述顶表面处的锌原子百分比低于所述有源层的所述底表面处的锌原子百分比。4.根据权利要求1所述的晶体管，其中：在所述有源层的所述顶表面处的所述至少一种重后过渡金属元素的所述原子百分比大于25％；以及在所述有源层的所述底表面处的所述至少一种重后过渡金属元素的所述原子百分比小于25％。5.根据权利要求1所述的晶体管，其中：所述顶部栅极介电层包括介电金属氧化物材料，所述介电金属氧化物材料包括第一金属元素、第二金属元素以及氧；以及所述顶部栅极介电层具有垂直组成调变，其中所述第二金属元素的原子百分比在与所述顶部栅极介电层的底表面和所述顶部栅极介电层的顶表面垂直间隔开的高度处具有最小值。6.一种晶体管，包括：底部栅极电极，嵌入绝缘层内并覆盖衬底；底部栅极介电层，覆盖在所述底部栅极电极上；以及有源层，位于所述底部栅极介电层上，所述有源层包括包含氧的化合物半导体材料、至少一种受体型元素以及至少一种重后过渡金属元素，其中每一所述至...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡武卫，陈海清，林柏廷，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：