本发明专利技术大致包含一种半导体膜及一种用来沉积该半导体膜的反应溅射工艺。溅射靶可包含纯锌，也就是纯度为99.995%原子百分比或更高纯度的锌，锌可掺杂有铝(约1%原子百分比至约20%原子百分比)或其它掺杂金属。可利用引入氮气和氧气到腔室内来反应溅射该锌靶。氮气的量可明显超过氧气和氩气的量。可依据在没有含氮气体时沉积所测得的膜结构的转变点、膜的透射率、直流(DC)电压变化或膜传导性，来决定氧气的量。反应溅射可在室温至高达几百摄氏度的温度范围下进行。沉积后，可将半导体膜退火以进一步提高膜的迁移率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术实施方式大致有关于利用含氮气体在低温及高温条件下反应溅射锌靶而形成具有高迁移率(high mobility)的薄膜半导体材料。
技术介绍
半导体层的电子迁移率对设备速度和用以驱动设备的电流影响很大。电子迁移率越高，设备速度越快，并且相同电压下的源极-漏极电流越高。近年来，多选用非晶硅与多晶硅来形成场效应薄膜晶体管(TFT)的半导体层，用以制造驱动液晶显示器(LCD)的背板、有机发光二极管显示器(OLED)和量子点显示器，以及用以制造太阳能电池面板。非晶硅的电子迁移率高达lcm2/V-S，低温多晶硅的电子迁移率可能高于50cm2/V-s，但需要复杂的工艺步骤(例如，激光退火)才可获得这么高电子迁移率。因此，制造电子迁移率高于50cm2/V-s的多晶硅的成本相当高，且不适合大面积衬底的应用。在场效应晶体管(FET)中，半导体材料会在源极与漏极电极之间形成沟道。在不供应栅极电压的情况下，即使在源极-漏极之间有电压，仍然没有电流通过源极-漏极。当电压供应到栅极，半导体层内流动电子会聚积在非常靠近栅极介电层与半导体层的界面区域。这些半导体层会变成具有导电性，且电子可轻易地经由源极-漏极之间 的低电压而通过源极-漏极。半导体材料的高迁移率显示半导体内的流动电子对栅极形成的电场较为敏感，且半导体沟道也变得更具传导性。半导体材料会决定受施加在栅极与源极端的电压影响而可穿过半导体沟道的电流。半导体材料的迁移率越高，穿过FET的电流所需要的电压就越低。非晶硅可依赖氢钝化来获得TFT中所需的迁移率。一般可在高达约350°C的温度下，利用化学气相沉积(CVD)来沉积非晶硅。氢钝化虽有助于非晶硅获得所需的迁移率，但稳定性不佳，例如处于栅极电压与设备本身所产生的相对高温下，TFT阈值电压(thresholdvoltage)会随着时间改变。因此，需要一种稳定的半导体材料，该半导体材料不仅在高处理温度的玻璃衬底上具有足够高的迁移率，在其它塑性衬底或柔性衬底上也具有足够高的迁移率。
技术实现思路
本专利技术大致包含半导体膜及用来沉积该半导体膜的反应溅射工艺。溅射靶可包含锌，锌可掺杂有铝和其它金属。可利用引入含氮气体与含氧气体到腔室内来反应溅射该锌靶。含氮气体的量可由不具有典型氧化锌特征峰(例如，由XRD测量出来的氧化锌(002)峰)的膜结构来决定。可选择含氮气体的流速使得膜是非晶(即，在XRD中没有测量到明显的峰)，或是具有某些微弱的氮化锌或氧氮化锌峰。含氮气体的流速可明显高于含氧气体的流速。含氧气体的量可由膜结构的转变点(turning point)来决定。可使含氧气体的量比产生XRD可测得的氧化锌(002)峰所需的量还要低。为简化工艺起见，可依据在没有含氮气体时进行沉积所测得的膜的透射率(transmittance)、DC电压的变化或膜传导性(因为它们与膜的结构有关)，来决定出含氧气体的流速。在某种程度上，可调整所形成的膜为非晶或晶体结构。反应溅射可在室温至高达几百摄氏度的温度范围发生。沉积后，可将半导体膜退火以进一步提高膜的迁移率。当用XRD测量时，该膜可能不具有明显的氧化锌峰，虽然该膜的氧含量可能达25%或更高。在一实施方式中，该膜可能不具有Zn3N2的峰。在另一实施方式中，由XRD可能测得存在有一个或多个Zn3N2的峰。该膜可包含锌、氧、氮及其它掺杂在膜中的金属种类，例如招。当用XPS测量时,该膜可能具有氮化物(nitride)或亚硝酸盐(nitrite)键合。该膜可具有介于约400nm至约1，OOOnm之间的光吸收边(optical absorption edge)和介于约3.1eV至约1.2eV间的带隙(band gap)。由于半导体层是依据膜结构而形成的，因此该半导体层可以使用不同工艺温度、不同功率、甚至使用不同的制造平台来制造。在一实施方式中，公开一种溅射方法。该方法包含在溅射腔室内放置锌靶；使溅射气体流入该腔室内，该溅射气体包含含氮气体和含氧气体；对该靶施加偏压；及沉积半导体层在衬底上，该半导体层包含锌、氧及氮。在另一实施方式中，公开一种溅射方法。该方法包含使含氮气体和含氧气体流入溅射腔室内，该溅射腔室具有包含锌的金属靶，及溅射沉积半导体层在衬底上，该半导体层包含锌、氧及氮。在另一实施方式中，公开一种包含有锌、氧及氮的半导体膜。在另一实施方式中，公开一种包含锌且迁移率大于5cm2/v-s的半导体膜。在另一实施方式中，半导体膜用以X-射线衍射测量时，具有Zn3N2的第一峰在2 Θ处和约31.5度处具有可能的(222)取向，和具有Zn3N2的第二峰在2 Θ处和约39度处具有可能的(411)取向。也可观察到其它的Zn3N2峰，例如在约2 Θ处和约36.7度处具有可能的(400)取向，例如图3F所示。附图说明为了详细了解本专利技术的上述特征，参照多个实施例来进一步描述本专利技术，且部分实施例绘示于附图中。然而，应了解到，附图仅显示本专利技术的典型实施例，因此不应视为对本专利技术的限制，本专利技术可能容许其它等效实施例。图1示出可用来沉积依据本专利技术实施例的半导体层的溅射腔室截面图；图2A至2E为膜的XRD曲线图，示出所形成的锌和氧化锌峰与氧气流速有关；图3A至3F为膜的XRD曲线图，示出依据本专利技术实施方式在各种氮气流速下所形成的半导体膜。为了便于了解，尽可能地使用相同的标号来表示各图中共有的相同元件。无需特别说明，可了解到实施例中所公开的元件可有利地应用于其它实施例中。具体实施例方式本专利技术大致包含一种半导体膜及一种用来沉积该半导体膜的反应溅射工艺。溅射靶可包含锌。在一实施方式中，该靶可包含纯度为99.990原子百分比或更高纯度的锌，较佳是纯度为99.995原子百分比或更高的纯度。在另一实施方式中，该靶包含掺杂有一种或多种掺杂金属的锌。例如，该靶可包含掺杂有I原子百分比至约20原子百分比的铝的锌。可利用引入含氮气体、含氧气体和氩气到腔室内来反应溅射该锌靶。含氮气体的量可明显高过含氧气体和氩气的量。可依据在没有含氮气体时进行沉积所测得的膜结构的转变点(turning point)、膜的透射率(transmittance)、DC电压的变化或膜传导性,来决定出含氧气体的量。反应溅射可在室温至高达几百摄氏度的温度范围发生。沉积后，可将半导体膜退火以进一步提高膜的迁移率。须知，虽然下列说明中靶可以使用直流偏压，但也可使用交流偏压。以下示范性地描述该反应溅射方法，并且该方法可在用来处理大面积衬底的PVD腔室内实施，例如4300PVD腔室(可购自美国加州圣克拉拉市应用材料公司的子公司AKT)。但是，由于依据所述方法形成的半导体膜是由膜结构和组成来决定，因此，该反应溅射方法也可用于其它系统配置中，包括那些配置用来处理大面积圆形衬底的系统，以及那些由其它制造商所制造的系统，包括卷绕式(roll-to-toll)处理平台。须知，下述本专利技术以PVD沉积进行说明，但包括化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)或旋涂处理的其它方法，也可用来沉积本专利技术的膜。图1为依据本专利技术实施方式的PVD腔室100的截面图。可用真空泵114对该腔室100抽真空。在该腔室100中，衬底102放置在靶104对面。该衬底可放置在该腔室100内的基座106 (susceptorl本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通过反应溅射形成的非晶半导体膜，所述半导体膜包含锌、氧和氮的三元化合物。
【技术特征摘要】
2007.04.27 US 60/914,582;2007.07.26 US 11/829,0371.一种通过反应溅射形成的非晶半导体膜，所述半导体膜包含锌、氧和氮的三元化合物。2.如权利要求1所述的半导体膜，其中所述半导体膜具有介于约lOOohm/sq至约IxlO7Ohm/sq之间的方块电阻。3.如权利要求1所述的半导体膜，其中所述半导体膜具有介于约0.0Olohm-cm至约30ohm-cm之间的电阻值。4.如权利要求1所述的半导体膜，其中所述半导体膜具有大于约30cm2/V-s的迁移率。5.如权利要求4所述的半导体膜，其中所述半导体膜具有大于约90cm2/V-s的迁移率。6.如权利要求1所述的半导体膜，其中所述半导体膜具有高达约80%的透射率。7.如权利要求1所述的半导体膜，其中所述半导体膜具有介于约3...
【专利技术属性】
技术研发人员：彦·叶，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：
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