利用薄膜半导体材料的薄膜晶体管制造技术

本发明专利技术大体上包含具有半导体材料的薄膜晶体管(TFT)，所述半导体材料包含氧、氮及一或多个选自于由锌、锡、镓、镉和铟所构成的群组中的元素以作为有源沟道。该半导体材料可用于底栅TFT、顶栅TFT和其他类型的TFT中。通过蚀刻来图案化TFT可形成沟道和金属电极。接着，使用该半导体材料当作蚀刻终止层来执行干法蚀刻而限定出源极/漏极。有源层的载流子浓度、迁移率以及与TFT其他层的界面可调整成预定值。调整方式可为改变含氮气体与含氧气体的流量比例、退火及/或等离子体处理所沉积的半导体膜，或是改变铝掺杂浓度。

【技术实现步骤摘要】
利用薄膜半导体材料的薄膜晶体管本申请为申请日为2008年8月1日，申请号为200880106291.5、进入国家阶段日为2010年3月9日，名称为“利用薄膜半导体材料的薄膜晶体管”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术的实施例一般涉及具有半导体材料的场效应晶体管(FET)和薄膜晶体管(TFT)，该半导体材料包含氧、氮及一或多个选自于由锌、镓、镉、铟和锡所构成的群组中的元素。
技术介绍
因TFT阵列可用在常用于电脑和电视平面面板的液晶有源矩阵显示器(LCD)，因此目前潮流对这些装置特别感兴趣。LCD还设有发光二极管(LED)做为背光源。另外，有机发光二极管(OLED)已用于有源矩阵显示器，且这些OLED需要TFT来处理显示器的动作。以非晶硅制作的TFT已成为平面显示器产业的关键部件。可惜非晶硅本身有局限性，例如迁移率低。OLED所需要的迁移率至少是非晶硅的十倍以上。非晶硅的沉积温度高而造成Vth漂移。非晶硅需要高电流，而高电流可能导致OLED不稳定。另一方面，多晶硅的迁移率比非晶硅要高。多晶硅为结晶的，这会引起不均匀沉积。由于非晶硅的多项限制，导致OLED的发展困难重重。近年来，已开发出透明TFT，在所述透明TFT中氧化锌用作有源沟道层。氧化锌是一种化合物半导体(compoundsemiconductor)，所述化合物半导体可于相当低的沉积温度下在例如玻璃和塑料等各种基板上生成结晶材料。基于氧化锌的TFT暴露于可见光时并不会降解(degrade)。因此，不像基于硅的TFT需要防护层。没有防护层，TFT保持透明。尽管氧化锌的迁移率高于非晶硅，但仍不够高。因此此
中，需要具有透明有源沟道且迁移率高的TFT。
技术实现思路
本专利技术大体上包含具有半导体材料的薄膜晶体管(TFT)，该半导体材料包含氧、氮以及一或多个选自于由锌、锡、镓、镉和铟构成群组中的元素，以作为有源沟道。该半导体材料可用于底栅TFT、顶栅TFT和其他类型的TFT。通过蚀刻来图案化TFT以形成沟道和金属电极。接着，使用半导体材料当作蚀刻终止层来执行干法蚀刻，以限定出源极/漏极。有源层的载流子浓度、迁移率以及与TFT其他层的界面可调整成预定值。调整方式可为改变含氮气体与含氧气体的流量比例、退火及/或等离子体处理所沉积的半导体膜，或改变铝掺杂浓度。在一个实施例中，公开一种TFT。晶体管包含半导体层，该半导体层包含氧、氮及一或多个选自于由锌、铟、锡、镉、镓和上述元素的组合所构成的群组中的元素。在另一实施例中，公开一种TFT制造方法。该方法包含沉积半导体层于基板上，该半导体层包含氧、氮及一或多个选自于由锌、铟、锡、镉、镓和上述元素的组合所构成的群组中的元素。在另一个实施例中，公开一种TFT制造方法。该方法包含沉积半导体层于基板上，该半导体层包含氧、氮及一或多个选自于由s轨道与d轨道填满的元素、f轨道填满的元素和上述元素的组合所构成的群组中的元素。该方法还包括沉积源极-漏极层于该半导体层上、第一次蚀刻该源极-漏极层和该半导体层以形成有源沟道，以及第二次蚀刻该源极-漏极层以限定出源极和漏极。附图说明为了更详细了解本专利技术的上述特征，可参考部分绘示于附图中的实施例来阅读本专利技术的进一步叙述内容。须注意的是，所述图仅图示本专利技术的数个代表性实施例，并非用以限定本专利技术范围，本专利技术可包含其他等效实施例。图1为根据本专利技术的一个实施例的PVD室的截面图。图2A-2E为薄膜随氧气流量变化的XRD图，所述XRD图显示形成锌和氧化锌的衍射峰。图3A-3F为根据本专利技术的一个实施例，在不同氮气流速下形成半导体膜的XRD图。图4A-4G绘示根据本专利技术的一个实施例形成底栅TFT的工艺顺序。图5为根据本专利技术的一个实施例的蚀刻终止TFT的截面图。图6为根据本专利技术的一个实施例的顶栅TFT的截面图。图7为根据本专利技术的一个实施例的有源矩阵型LCD的示意图。图8为根据本专利技术的一个实施例的有源矩阵型OLED的示意图。图9Ａ-9C显示不同有源沟道长度与宽度的Vth。图10A-10C为比较具有共同长度与宽度的有源沟道的Vth。为助于理解，尽可能地以相同元件符号来表示各图中共有的相同元件。某一实施例所公开的元件当可用于其他实施例中，而不需特别提及。具体实施方式本专利技术大体上包含具有半导体材料的薄膜晶体管(TFT)，该半导体材料包含氧、氮及一或多个选自于由锌、锡、镓、镉和铟所构成的群组中的元素以作为有源沟道。该半导体材料可用于底栅TFT、顶栅TFT和其他类型的TFT。通过蚀刻来图案化TFT可形成沟道和金属电极。接着，使用该半导体材料当作蚀刻终止层来执行干法蚀刻，以限定出源极/漏极。有源层的载流子浓度、迁移率和与TFT其他层的界面可调整成预定值。调整方式可为改变含氮气体与含氧气体的流量比例、退火及/或等离子体处理所沉积的半导体膜，或是改变铝掺杂浓度。包含氮、氧以及一或多个选自锌、铟、镓、镉和锡中的元素的半导体膜可由反应性溅射沉积而得。文中以反应性溅射法且施行于处理大面积基板用的PVD室中来做示范说明，PVD室例如取自美国加州圣克拉拉市的应用材料公司(AppliedMaterials,Inc.)的子公司：美国AKT公司的4300PVD室。然而，依此法制造的半导体膜由薄膜结构和组成而定，故应理解反应性溅射法当可应用到其他系统构造，包括该些设计用来处理大面积圆形基板的系统和其他制造商制造的系统，包括卷挠式(roll-to-roll)处理平台。应理解到，尽管本专利技术是以PVD为例进行沉积，但其他包括化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)或旋涂工艺等方法也可用来沉积本专利技术的薄膜。图1为根据本专利技术一实施例的物理气相沉积(PVD)室100的截面图。利用真空泵114排空腔室100。腔室100内，基板102放置在靶材104对面。基板可放置在腔室100内的基座(susceptor)106上。致动器112可依箭头“A”抬高及降低基座106。基座106可上升而将基板102抬高到处理位置，且可降下让基板102得以离开腔室100。当基座106位于下降位置时，举升销108抬起基板102而高于基座106。处理时，接地带110将基座106接地。于处理时抬起基座106有助于均匀沉积。靶材104可能包含一或多个靶材104。在一个实施例中，靶材104包含大面积的溅射靶材104。在另一个实施例中，靶材104包含多个靶砖。在又一个实施例中，靶材104包含多个靶条。再一实施例中，靶材104包含一或多个圆柱形旋转式靶材。接合层(未图示)可将靶材104接合至背板116。一或多个磁电管118设在背板116后面。磁电管118可以线性移动或二维路径的方式扫过背板116。暗区护罩(darkspaceshield)120和腔室护罩122可保护腔室壁面不受沉积。为了能均匀溅射沉积整个基板102，阳极124可放在靶材104与基板102之间。在一个实施例中，阳极124为涂覆电弧喷涂铝的喷珠处理(beadblasted)不锈钢。在一个实施例中，阳极124的一端透过托架130而装设在腔室壁面。阳极124提供与靶材104相反的电荷，使得带电离子将被阳极124吸引，而非被通常处于接地电位的腔室壁面吸引。通过将阳极124设在靶材104与基板102之间，可使等离子体更本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包含：在薄膜晶体管中的半导体层，所述半导体层包含选自于由以下物质构成的组中的化合物：包含氧、氮、锌、铟和镓的氮氧化物；以及包含氧、氮、锌和锡的氮氧化物。

【技术特征摘要】
2007.08.02 US 60/953,6831.一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包含：在薄膜晶体管中的半导体层，所述半导体层包含：包含氧、氮、锌、铟和镓的氮氧化物；或者包含氧、氮、锌和锡的氮氧化物。2.如权利要求1所述的晶体管，其中所述晶体管为顶栅薄膜晶体管。3.如权利要求1所述的晶体管，所述薄膜晶体管还包含：基板；栅极，所述栅极设置在所述基板上；栅介质层，所述栅介质层设置在所述栅极上；设置在所述栅介质层上的所述半导体层；以及源极与漏极，所述源极与漏极设置在所述半导体层上，且所述源极与漏极相隔开来而限定出有源沟道。4.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶洋，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：