采用氮族元素聚合物半导体的薄膜场效应晶体管制造技术

薄膜场效应管用ＭＰＸ做开关半导体，Ｍ是至少一种碱金属，Ｐ是至少一种氮族元素，Ｘ从１５到无穷．公开的金属绝缘半导体和金属半导体场效应管中半导体可掺０．５％的镍、铁或铭而不增加导电率也可掺杂０．５－１％以增加导电率．源与漏极下的区域掺杂２－３％以提供良好电接触．绝缘层最好用Ｐ－［３］Ｎ－［５］以保持材料的化学连续性．氮族元素最好在有过剩Ｐ－［４］的氩气氛中用射频等离子溅射法淀积，Ｐ－［３］Ｎ－［５］也用Ｐ－［４］但在氮气氛中由该方式淀积，各层相邻时不必打开真空即可完成淀积．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到用氮族元素聚合物(polypnictide)半导体制成的薄膜场效应晶体管。更具体地说，本专利技术涉及到半导电的链状磷材料膜;金属绝缘体场效应晶体管(MISFETS)和金属半导体场效应晶体管(MESFETS);聚磷化物(polyphosphide)半导体的改进与掺杂方法;聚磷化物半导体上的绝缘层;等离子溅射;和电子半导体器件、薄膜、电-光器件、显示器件以及类似器件的制造。 电子开关器件对于显示，特别是液晶显示一类的大面积矩阵应用是很需要的。这类电子开关器件用于开通和关断显示器的单个元件(象素)，并对这些单个象素开关进行寻址。薄膜晶体管可望在这两方面都得到应用。 在这种薄膜器件中采用现在已知的半导体材料时遇到了很大的困难，因此迫切希望能为这些应用提供另外的更容易制造和使用的半导体材料。美国1985年4月2日颁布的题为“溅射链状磷材料半导电膜及其制成的器件”，专利号为4，509，066的专利中公布了用聚磷化物半导体淀积成非晶态薄膜的形式，用以制作电子器件。最近又提出了这样的方案，用含有介质材料P3N5的一种Ⅴ族元素(氮族元素)来防止Ⅲ-Ⅴ族半导体中Ⅴ族元素的挥发损失，并将其作为淀积在半导体上的绝缘层(Ⅰ层)。(见Y.Hirota，T.Kobayaski，J.Appl.phys.53，5037(1982))。 由本申请人于1984年6月28日提交的题为“采用连续释放氮族元素的系统，特别是溅射，进行真空淀积的工艺”，申请号为84304414.0的欧洲专利申请中，公布了如下的专利技术。 该专利技术提供了一种氮族元素薄膜淀积装置，其特征在于它包括 (A)一个装有被加热的氮族元素的容器; (B)使惰性气体从中流过的装置; (C)一个真空薄膜淀积室;以及 (D)提供上述惰性气体的装置，该惰性气体流过上述氮族元素后将上述氮族元素以蒸汽的形式携带到上述淀积室。 在一较佳实施方案中，淀积室包括溅射装置，特别是射频溅射装置。 该专利技术还提供了一种氮族元素薄膜的真空淀积工艺，其特征在于该工艺包括使一种惰性气体流过被加热的氮族元素并将所产生的气体提供给一个真空室。 真空室的压强最好维持在10-4乇(1.33×102巴)以上，在10-3乇(1.33×10-1巴)以上则更好。该工艺一般包括在真空室内存在着由携带气体引入的一种(氮族元素)4时进行溅射，这样在衬底上淀积一个氮族元素膜，该膜可为单质也可为化合物。如果是化合物，则最好为Ⅱ-Ⅴ族化合物，例如InP，或GaAs。该氮族元素可以是P，As或sb。 通过控制衬底的温度和/或溅射能量和/或该成氮族元素的供给速率可望实现对氮族元素膜的局部晶格顺序的控制。该膜可以是一个聚磷化合物膜或KPX，其中X至少是15，该氮族元素化合物可以是一化合物半导体。 现已发现，只有在过量氮族元素存在时才能在真空系统中生成氮族元素聚合物膜。还发现可采用连续氮族元素源以提供由惰性气体携带进入溅射装置的(氮族元素)4物质，这样供给了超量的氮族元素物质。已经发现，使用压缩成颗粒的凝聚相KP15的靶和磷扩散器，不仅能够在不同衬底，包括Ⅲ-V族材料上形成很好的KP15和磷膜，而且通过控制衬底的温度，所施加的射频能量和超量磷的供给速率，可以控制这些膜的局部晶格次序。 同样，在玻璃衬底上已成功地生长了磷化铟膜并且没有理由认为在磷化铟结晶上磷化铟不会外延生长。另外，应用这种方法应当能够淀积和外延生长其它Ⅲ-Ⅴ族材料，特别是GaAs。 根据本专利技术，我们选用非晶态KP15作为活性半导体材料，在玻璃衬底上制成薄膜晶体管结构。例如，为了作出如图3所示的MESFET，我们用射频二极管等离子溅射的方法在玻璃衬底上淀积一层高电阻率的KP15，然后仍用同一溅射装置，并且毋须打开真空系统，再淀积一层掺有1%左右镍的n型KP15层，再后就是用电子束蒸发方法形成金属触点，金属材料最好选用钛。 制作如图4所示的绝缘栅型场效应晶体管(IGFET)结构的步骤是先用电子束蒸发方法在玻璃衬底上淀积钛栅极，然后用普通电子束淀积方法，或者最好用等离子增强的CVD法淀积一层由SiO2，Al2O3或Si3N4一类的材料形成的绝缘层。然而，最好是在氮气氛中，在提供有P4分子的情况下，用射频等离子溅射淀积P3N5绝缘层，溅射方法和设备已在上述题为“采用连续释放氮族元素的系统，特别是溅射，进行真空淀积的工艺”的欧洲专利申请中公布，其中与本专利技术有关的内容将在本申请中给予公布。在上述绝缘层上淀积源极触点和漏极触点，然后在其上淀积KP15半导体层。另一种方法是，可将栅极触点淀积在半导体层之上，如图4中虚线所示，而不是象图中实线所示将其淀积在玻璃衬底上。 半导体KP15中最好含有同时淀积在内的含量略低于0.5%的镍、铁或铬，这样即可降低带隙中缺陷能极的密度，又可使半导体的电导率不致有明显增加。 另一种可供选择的方法是，可将半导体进行重掺杂，即掺有0.5%以上，最好是1%左右的镍、铁或铬，这样就可以有效地增加半导体的电导率，以制成一种平常处于导通状态，并可用场效应使之转弯为关断状态的器件，而不是象未掺杂的器件那样，平常处于关断状态，用场效应使之转为导通状态。根据本专利技术制成的各种形式的薄膜晶体管如图5，6，7，8所示。在这些晶体管中，其中某些晶体管的结构具有这样的优点，相邻的半导体层与绝缘层可用同一台等离子溅射装置，在不必打开真空系统的条件下连续淀积出来。 一个掺有(2-3)%镍的重掺杂KP15的n+区，可直接淀积在源极区和漏极区之下，如图9所示。这种n+层的电导率很高，可在主半导体层与源极和漏极之间提供很好的接触。 本专利技术的一个目的是提供薄膜晶体管。 本专利技术的另一个目的是提供场效应晶体管。 本专利技术的进一步的目的是提供MISFETS和MESFETS。 本专利技术再进一步的目的是为具有上述特征的晶体管提供绝缘层。 本专利技术再进一步的目的是提供能在大面积矩阵中应用，特别是能在诸如液晶显示的类似器件的显示应用方面得到利用的晶体管。 本专利技术再进一步的目的是利用氮族元素聚合物半导体提供具有上述特征的晶体管。 本专利技术再进一步的目的是为具有上述特征的晶体管提供绝缘层。 本专利技术再进一步的目的是提供制造具有上述特征的晶体管的方法。 本专利技术的其它目的将在下文中逐步出现并逐步地变得显而易见。 因此，本专利技术包括在结构、元件和部件的排列方式上具有特征的结构形式，有其特征、性能和元件关系的制造物，以及包括多个步骤和一个或多个上述步骤间的相互关系的方法，这些步骤被用于制造本申请中列举的制造物和结构形式。本专利技术的范围由权项来指出。 为了更充分地理解本专利技术的目的，可结合附图阅读以下的专利技术详细描述。 图1为根据上述欧洲专利申请的一个采用氮族元素扩散器的射频真空溅射装置的示意图; 图2是图1所示系统的示意图，显示了氮族元素释放系统的细节; 图3是根据本专利技术制作的薄膜肖特基势垒场效应晶体管(MESFET)的截面图; 图4是根据本专利技术制作的薄膜绝缘栅型场效应晶体管的截面图，图中所示为一种根据本专利技术的金属绝缘体型场效应晶体管(MISFET); 图5，6，7，8是根据本专利技术制作的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个薄膜晶体管包括，在其中作为开关半导体部份的一层ＭＰｘ薄膜，其中Ｍ是至少为一种碱金属，Ｐ是至少为一种氮族元素，并且ｘ的范围大体上是在１５至无穷大之间。

【技术特征摘要】
应当包括本申请所说明的本发明的所有一般性质和特殊性质，以及所陈述的本发明的整个范围。由于语言上的原因，这一点可能未达到其应有的程度。 特别需要明确的是，在权利要求中，以单数形式提出的组份或化合物，只要其含意许可，都应当包括这些组份的适当的混合物。权利要求1、一个薄膜晶体管包括，在其中作为开关半导体部份的一层MPx薄膜，其中M是至少为一种碱金属，P是至少为一种氮族元素，并且x的范围大体上是在15至无穷大之间。2、一个如权项1所定义的薄膜晶体管，其中所述晶体管是一个MESFET。3、一个如权项1所定义的薄膜晶体管，其中所述晶体管是一个MISFET。4、一个如权项1所定义的薄膜晶体管以及一个与所述MPX薄膜接触的薄膜绝缘层。5、一个如权项4所定义的薄膜晶体管，其中所述绝缘层基本由SiO2构成。6、一个如权项4所定义的薄膜晶体管，其中所述绝缘层基本由Al2O3构成。7、一个如权项4所定义的薄膜晶体管，其中所述绝缘层基本由Si3N4构成。8、一个如权项4所定义的薄膜晶体管，其中所述绝缘层包括一种含有氮族元素的化合物。9、一个如权项4所定义的薄膜晶体管，其中所述绝缘层基本由一种含有氮族元素的化合物构成。10、一个如权项4所定义的薄膜晶体管，其中所述绝缘层包括至少一种化合物该化合物含有氮和至少一种其它的氮族元素。11、一个如权项4所定义的薄膜晶体管，其中所述绝缘层包括P3N5，这里N是氮而P是至少一种氮族元素。12、一个如权项11所定义的薄膜晶体管，其中在所述P3N5中的上述P包括磷。13、一个如权项11所定义的薄膜晶体管，其中在所述P3N5中的上述P基本由磷构成。14、一个如权项4所定义的薄膜晶体管，其中所述绝缘层基本由P3N5构成，这里N是氮而P是至少一种氮族元素。15、一个如权项14所定义的薄膜晶体管，其中在所述P3N5中的上述P包括磷。16、一个如权项14所定义的薄膜晶体管，其中在所述P3N5中的上述P基本由磷构成。17、一个如权项1所定义的薄膜晶体管，其中所述半导体部份包含少量的一种金属以减少在带隙中缺陷能级的密度。18、一个如权项17所定义的薄膜晶体管，其中所述金属是选自包括铁、铬和镍的一组元素。19、一个如权项17所定义的薄膜晶体管，其中所述金属的存在基本上未减少所述半导体部份的电阻率。20、一个如权项19所定义的薄膜晶体管，其中所述金属包括实质上少于0.5%的所述半导体部份的原子。21、一个如权项20所定义的薄膜晶体管，其中所述金属是选自包括铁、铬和镍的一组元素。22、一个如权项21所定义的薄膜晶体管，其中所述金属是镍。23、一个如权项1所定义的薄膜晶体管，其中所述半导体部份包含少量的一种金属以使所述半导体部份至少在一个局部实质性地增加电导率。24...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘易斯A邦茨，罗泽利沙赫特，马塞罗维斯高里欧斯，
申请(专利权)人：斯托弗化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]