低功函数电极、半导体器件及其制备方法技术

本公开提供了一种低功函数电极、半导体器件及其制备方法。本公开的低功函数电极，包括：低功函数材料层和保护层；其中，保护层通过在低功函数材料层之上沉积具有化学惰性或自限制氧化特性的材料而形成；低功函数材料层通过在衬底层上沉积低功函数材料而形成，低功函数材料层除下表面之外的所有其他表面均被保护层包覆。本公开实现了对低功函数材料表面进行包覆式保护的电极结构，能够避免低功函数材料氧化导致电极退化，降低低功函数材料在微纳加工过程中的退化，提升低功函数电极的稳定性。使用本公开提供的低功函数电极作为半导体器件的电极，可显著提升半导体器件的稳定性和性能表现，降低半导体器件的加工封装工艺要求和存储环境要求。存储环境要求。存储环境要求。

【技术实现步骤摘要】
低功函数电极、半导体器件及其制备方法


[0001]本公开涉及一种低功函数电极、半导体器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]低功函数材料在半导体制备工艺中被广泛使用，其应用范围涵盖多种类型的半导体器件，如发光二极管(Light
‑
Emitting Diode，LED)，光伏电池(Photovoltaic Cell，PVC)和场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)等。在n型(电子型)FET器件中，需要低功函数材料作源漏电极与沟道半导体材料接触，以保证载流子电子的高效注入。目前，使用低功函数材料作源漏接触已可以实现较好性能的n型碳纳米管薄膜晶体管(CNT
‑
TFT)。
[0003]然而，由于低功函数材料功函数低易失去电子发生氧化反应，普遍具有较强的化学活性，使得低功函数材料在大气环境易于被氧化为金属氧化物，该氧化过程即使在较高真空环境下也会缓慢进行。同时低功函数材料可能与半导体器件中的其他材料发生氧化还原反应，例如，金属Sc在150℃下被观测到会从作为晶体管栅介质层的氧化铪中夺氧，导致栅介质被破坏，以致器件发生漏电。所以，使用低功函数材料制备的半导体器件普遍稳定性较差，容易在加工制备与储存过程中因低功函数材料被氧化而退化失效。鉴于此，在半导体器件的加工与储存过程中，需要对其中的低功函数材料采取必要的保护措施。
[0004]相关技术中，为保护半导体器件中的低功函数材料，常使用在同一蒸镀设备内连续蒸镀低功函数材料和自限制氧化的材料形成叠层电极，用以保护低功函数材料的上表面。例如，在有机发光二极管(OLED)工艺中，阴极电极常使用钙/铝叠层；在n型CNT
‑
TFT工艺中，源漏接触电极常使用钪/铝叠层。这样的叠层电极虽然可以借助金属铝的自限制氧化对低功函数材料的上表面进行保护，但低功函数材料电极的侧面仍是暴露的，仍会与环境中的水氧等反应导致电极退化。此外，随着晶体管尺寸的缩减，低功函数电极尺寸缩短，使得低功函数电极更易因暴露的侧面被氧化而退化。因此，需要一种更可靠的低功函数材料的保护手段。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种低功函数电极、晶体管及其制备方法。
[0006]根据本公开的第一方面，提供了一种低功函数电极，所述低功函数电极包括：低功函数材料层和保护层；其中，
[0007]所述保护层通过在低功函数材料层之上沉积具有化学惰性或自限制氧化特性的材料而形成；
[0008]所述低功函数材料层通过在衬底层上沉积低功函数材料而形成，所述低功函数材料层除下表面之外的所有其他表面均被所述保护层包覆。
[0009]根据本公开的一些实施方式的低功函数电极，所述保护层下表面完全覆盖低功函数材料层的上表面。
[0010]根据本公开的一些实施方式的低功函数电极，所述保护层的第一侧完全覆盖低功函数材料层的第一侧外表面且下端沿低功函数材料层第一侧外表面延伸至衬底层之上以使低功函数材料层第一侧外表面与衬底层上表面的接触位置与外界隔绝。
[0011]根据本公开的一些实施方式的低功函数电极，所述低功函数材料层的厚度小于或等于100nm。
[0012]根据本公开的一些实施方式的低功函数电极，所述保护层的厚度小于或等于60nm。
[0013]根据本公开的一些实施方式的低功函数电极，所述低功函数材料为如下之一或其合金：钪、铝、铪、钇、钆、铒、钙、钡、镁；和/或，所述具有化学惰性或自限制氧化特性的材料为如下之一：铝、铪。
[0014]根据本公开的第二方面，提供了一种半导体器件，所述半导体器件具有一个或多个电极，所述一个或多个电极为所述的低功函数电极。
[0015]根据本公开的一些实施方式的半导体器件，所述半导体器件为薄膜晶体管，所述薄膜晶体管的源极、漏极和/或栅极为上述的低功函数电极。
[0016]根据本公开的一些实施方式的半导体器件，所述半导体器件为发光二极管，所述发光二级管的阴极为上述的低功函数电极。
[0017]本公开的第三方面，提供了一种低功函数电极的制备方法，包括：
[0018]采用抗蚀剂在衬底层上形成底切结构；
[0019]在所述底切结构中执行连续两次薄膜沉积以在衬底层上形成低功函数材料层和包覆所述低功函数材料层除下表面之外所有其他表面的保护层；
[0020]剥离所述底切结构以得到形成于衬底层上的低功函数电极。
[0021]根据本公开的一些实施方式的低功函数电极的制备方法，所述连续两次薄膜沉积包括：在衬底层上沉积低功函数材料以形成所述低功函数材料层的第一次薄膜沉积和在所述低功函数材料层之上沉积具有化学惰性或自限制氧化特性的材料以形成所述保护层的第二次薄膜沉积；其中，所述第一次薄膜沉积采用有方向性的沉积手段，所述第二次薄膜沉积采用无方向性的沉积手段。
[0022]根据本公开的一些实施方式的低功函数电极的制备方法，所述低功函数材料层的图案由所述底切结构的顶部开口定义；所述保护层的图案由所述底切结构的底部开口与所述低功函数材料层定义。
[0023]根据本公开的一些实施方式的低功函数电极的制备方法，所述第一次薄膜沉积采用的镀膜方式为如下之一：电子束蒸发镀膜、热蒸发镀膜。
[0024]根据本公开的一些实施方式的低功函数电极的制备方法，所述第二次薄膜沉积为如下之一：化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积。
[0025]根据本公开的一些实施方式的低功函数电极的制备方法，所述采用抗蚀剂在衬底层上形成底切结构，包括：使用多层抗蚀剂在衬底层上形成底切结构，所述多层抗蚀剂中底层抗蚀剂的灵敏度优于顶层抗蚀剂。
[0026]根据本公开的第四方面，提供了一种半导体器件的制备方法，包括：制备电极的步骤，所述制备电极的步骤通过上述的低功函数电极制备方法实现。
[0027]根据本公开的第四方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述的半导体
器件。
[0028]本公开实施例的低功函数电极实现了对低功函数材料表面进行包覆式保护的电极结构，低功函数材料的所有暴露表面均可以被具有化学惰性或自限制氧化特性的保护材料包覆，由此，可以将低功函数材料与环境氧等氧化性物质隔绝，避免低功函数材料氧化导致电极退化，同时降低低功函数材料在微纳加工过程中的退化，当保护层具有一定热稳定性时，还可以进一步保护低功函数材料在热环境下不被氧化，提升低功函数电极的热稳定性，实现具有一定热稳定性的低功函数电极。此外，使用本公开实施例提供的低功函数电极作为半导体器件的电极，可以显著提升半导体器件的稳定性和性能表现，同时大幅降低半导体器件的加工封装工艺要求和存储环境要求。
附图说明
[0029]附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
[0030]图1是根据本公本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低功函数电极，其特征在于，所述低功函数电极包括：低功函数材料层和保护层；其中，所述保护层通过在低功函数材料层之上沉积具有化学惰性或自限制氧化特性的材料而形成；所述低功函数材料层通过在衬底层上沉积低功函数材料而形成，所述低功函数材料层除下表面之外的所有其他表面均被所述保护层包覆。2.根据权利要求1所述的低功函数电极，其特征在于，所述保护层下表面完全覆盖低功函数材料层的上表面。3.根据权利要求1所述的低功函数电极，其特征在于，所述保护层的第一侧完全覆盖低功函数材料层的第一侧外表面且下端沿低功函数材料层第一侧外表面延伸至衬底层之上以使低功函数材料层第一侧外表面与衬底层上表面的接触位置与外界隔绝。4.根据权利要求1所述的低功函数电极，其特征在于，所述低功函数材料层的厚度小于或等于100nm；优选地，所述保护层的厚度小于或等于60nm；优选地，所述低功函数材料为如下之一或其合金：钪、铝、铪、钇、钆、铒、钙、钡、镁；和/或，所述具有化学惰性或自限制氧化特性的材料为如下之一：铝、铪。5.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件具有一个或多个电极，所述一个或多个电极为权利要求1～4任一项所述的低功函数电极。6.根据权利要求5所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件为薄膜晶体管，所述薄膜晶体管的源极、漏极和/或栅极为权利要求1～4任一项所述的低功函数电极；优选地，所述半导体器件为发光二极管，所述发光二级管的阴极为权利要求1～4任一项所述的低功函数电极。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：胡又凡，龙冠桦，蔡翔，樊晨炜，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：