具有改进的源极/漏极接触的金属氧化物TFT制造技术

一种在金属氧化物半导体薄膜晶体管中形成欧姆源极/漏极接触的方法，包括：在薄膜晶体管构造中提供栅极、栅极电介质、具有带隙的高载流子浓度金属氧化物半导体有源层和隔开的源极/漏极金属接触。隔开的源极/漏极金属接触在有源层中限定沟道区。相邻于沟道区提供氧化氛围，并且在氧化氛围中加热沟道区，以降低沟道区域中的载流子浓度。可替换地或者另外地，每个源极/漏极接触都包括位于金属氧化物半导体有源层上的低功函数金属的超薄层和位于低功函数金属上的高功函数金属的势垒层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的源极/漏极接触的金属氧化物TFT
本专利技术总体涉及TFT中的金属氧化物半导体膜，并且更具体地，涉及形成具有不同载流子密度的区域的有源层，由此改进金属氧化物膜的源极/漏极接触。
技术介绍
在现有技术中，通过在栅极和栅极绝缘层之上沉积第一层a-Si半导体材料，然后在第一层的顶部上沉积高掺杂的硅的层（例如，n+层），形成非晶硅（a-Si）薄膜晶体管。然后，在高掺杂层上形成用于源极和漏极的金属接触，在接触之间在第一a-Si层中限定沟道区域。然后，能够蚀刻掉沟道区域之上的高掺杂层，以便不会不利地影响沟道区域。a-SiTFT沟道中的低迁移率使得器件对接触电阻要求低。在高掺杂区上形成的金属接触提供低电阻（欧姆）接触。在金属氧化物薄膜晶体管（MOTFT）中，在金属氧化物半导体层上直接形成金属接触。即，金属氧化物半导体材料在金属接触下面与其在沟道区域中相同。对于MOTFT，缺乏n+层和较高带隙使得更难提供很好的欧姆接触。而且，金属氧化物半导体材料的高迁移率要求比a-SiTFT中更低的接触电阻。在没有良好的低电阻接触，此后称为欧姆接触的情况下，金属氧化物半导体材料的高迁移率能够被接触电阻掩蔽。然而，MOTFT中的欧姆接触实质上至今不被知晓或者很难形成和/或保持。因此，弥补现有技术中固有的以上和其他不足是非常有利的。
技术实现思路
简而言之，本专利技术的期望目标根据下述方法实现，该方法形成用于具有不同载流子密度的区域的TFT的有源层。该方法包括以下步骤：提供衬底，该衬底具有栅极、相邻于栅极的栅极电介质层、以及与栅极相反地位于栅极电介质上的高载流子浓度金属氧化物半导体材料层。该方法进一步包括以下步骤：氧化与栅极对准的金属氧化物半导体材料层的沟道部分，以降低沟道部分的载流子浓度。沟道部分的两侧上的接触部分被保持在高载流子浓度。为了进一步实现本专利技术的期望目标，提供一种在金属氧化物半导体薄膜晶体管中形成欧姆源极/漏极接触的方法，包括：在薄膜晶体管构造中提供栅极、栅极电介质、具有带隙的高载流子浓度金属氧化物半导体有源层和隔开的源极/漏极金属接触。隔开的源极/漏极金属接触在有源层中限定沟道区。相邻于沟道区提供氧化氛围，并且在氧化氛围中加热栅极和沟道区，以降低沟道区域中的载流子浓度。可替换地或另外地，源极/漏极接触中的每个都包括位于金属氧化物半导体有源层上的低功函数金属的超薄层和位于低功函数金属上的高功函数金属的势垒层。本专利技术的期望目标根据其一个实施例进一步被实现，其中，在薄膜晶体管构造中，金属氧化物半导体薄膜晶体管中的金属到金属氧化物低电阻欧姆接触包括栅极、栅极电介质、具有带隙的高载流子浓度金属氧化物半导体有源层和隔开的源极/漏极金属接触。隔开的源极/漏极金属接触在有源层中限定沟道区。与源极/漏极金属接触相接触的金属氧化物半导体有源层的部分具有大于沟道区中的载流子浓度的载流子浓度。对于以上实施例可替换地或另外地，金属氧化物半导体薄膜晶体管中的金属到金属氧化物低电阻欧姆接触包括源极/漏极金属接触，源极/漏极金属接触具有：位于金属氧化物半导体有源层上的低功函数金属的超薄层，低功函数金属的功函数是小于等于金属氧化物半导体有源层的功函数的功函数；以及位于低功函数金属上的高功函数金属的势垒层，高功函数金属的功函数是大于等于金属氧化物半导体有源层的功函数的功函数。可替换地，低功函数金属层和高功函数金属层能够以其中低功函数金属和高功函数金属被混合为一种合金的单层代替。附图说明从结合附图作出的其优选实施例的以下详细描述，本专利技术的以上和进一步以及更多特定目标和优点对于本领域技术人员来说将变得更加明显，其中：图1是具有欧姆源极-漏极接触的典型a-SiTFT的简化层图；图2是示出高功函数金属和金属氧化物半导体材料之间的肖特基势垒型接触的简化能带图；图3示出根据本专利技术的形成具有不同载流子浓度的有源层的第一方法中的初始结构的简化层图；图4是类似于图3的示出形成具有不同载流子密度的有源层的第一方法中的最后步骤的简化层图；图5是根据本专利技术的具有下层栅极和上层源极/漏极的MOTFT的简化层图，示出根据本专利技术的形成具有不同载流子密度的有源层的第二方法；图6是示出根据本专利技术的欧姆金属接触的部分MOTFT的简化层图；以及图7示出显示能够在本专利技术中使用的多种材料的化学结构的表1。具体实施方式现在转到图1，示出具有欧姆源极-漏极接触的典型a-SiTFT10的简化层图。TFT10包括衬底11，衬底11具有在其上表面中形成的栅极12。栅极12以熟知方式由栅极电介质的薄层13覆盖。以任何熟知方式在栅极电介质层13的上表面上形成未掺杂非晶硅（a-Si）层14。在层14的上表面上沉积重掺杂（n+）非晶硅层15。然后在重掺杂层15上分别形成金属接触16和17，用于源极和漏极，在接触16和17之间在a-Si层14中限定沟道区域18（位于虚线内）。然后，通常使用金属接触16和17作为掩膜，能够蚀刻掉沟道区域18之上的重掺杂层15的部分。a-SiTFT沟道18中的低迁移率使得器件10对接触电阻要求低。在高掺杂层15上形成的金属接触16和17提供低电阻（欧姆）接触。图1中所示的该种类型的器件的一个问题是，沟道之上的重掺杂层15部分的蚀刻。非常难控制蚀刻仅充分地去除层15而不蚀刻到半导体层14中，并且导致诸如钝化、场效应控制、不稳定性、陷阱等的困难。用于在大玻璃尺寸（昂贵的衬底区域）上执行这样的工艺的装置由于其均匀控制的复杂性也非常昂贵。对金属氧化物半导体材料存在浓厚兴趣，这是因为其高载流子迁移率、透光率和低沉积温度。高载流子迁移率将应用扩展至要求更高频率或更高电流的更高性能领域。透光率消除了对在显示器和传感器有源矩阵中光屏蔽的需要。低沉积温度使得能够应用于在塑料衬底上的柔性电子设备。金属氧化物半导体的独特特征是：（1）载流子迁移率较少取决于膜的粒度，即，可以是高迁移率非晶金属氧化物；（2）表面态的密度低，并且使得能够容易对于TFT的场效应，这与共价半导体（诸如，Si或a-Si）相反，在共价半导体中，表面态必须由氢钝化；以及（3）迁移率强烈地取决于体积载流子密度。传统上，金属氧化物中的体积载流子密度或浓度由氧空位控制。氧空位能够通过以下控制：（a）沉积期间的氧的部分压力；（b）高温处理；以及（c）价掺杂。在金属氧化物薄膜晶体管（MOTFT）中，在金属氧化物半导体层上直接形成金属接触。即，金属氧化物半导体材料在金属接触下面与其在沟道区域中相同。对于MOTFT，缺少n+层和较大带隙使得更难提供良好的欧姆接触。而且，金属氧化物半导体材料的高迁移率要求比a-SiTFT中更低的接触电阻。在没有良好的欧姆接触的情况下，金属氧化物半导体材料的高迁移率能够被接触电阻掩蔽。在现有技术中，MOTFT中的源极和漏极接触通常是肖特基势垒型的，其中，金属与金属氧化物半导体材料直接接触。通常，稳定接触金属（例如，Mo、W、Au、Pt、Ag等）具有相对高的功函数，而具有低功函数的金属（例如，Al、Mg、Ti、Ta、Zn、In、V、Hf、Y等）不稳定或相对容易被氧化。高功函数金属与金属氧化物半导体材料形成肖特基势垒，以提供导电，载流子必须隧穿通过势垒。如果势垒薄，则仅利用少量电阻就可以发生隧穿，但是如果势垒厚，则几本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成用于TFT的有源层的方法，所述有源层具有不同载流子密度的区域，所述方法包括以下各步骤：提供衬底，所述衬底具有栅极、与所述栅极相邻的栅极电介质的层、以及与所述栅极相反地位于所述栅极电介质上的高载流子浓度金属氧化物半导体材料的层；以及对与所述栅极对准的所述金属氧化物半导体材料的层的沟道部分进行氧化，以降低所述沟道部分的载流子浓度，所述沟道部分的两侧上的接触部分保持所述高载流子浓度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.08 US 13/155,7491.一种在金属氧化物半导体薄膜晶体管中形成欧姆源极/漏极接触的方法，所述方法包括以下步骤：在薄膜晶体管构造中提供栅极、栅极电介质、具有带隙的高载流子浓度金属氧化物半导体有源层、以重叠关系位于所述金属氧化物半导体有源层的沟道区上的蚀刻停止钝化层以及部分地重叠于所述蚀刻停止钝化层的隔开的源极/漏极金属接触，所述隔开的源极/漏极金属接触在所述有源层中限定所述沟道区，所述蚀刻停止钝化层在形成所述源极/漏极金属接触期间用作蚀刻停止，并且在形成所述源极/漏极金属接触之后用作钝化层，利用具有玻璃转化温度(Tg)的绝缘材料来形成所述蚀刻停止钝化层，在低于所述Tg时，所述绝缘材料用作对于O2、H2O、H2、N2以及在所述蚀刻停止钝化层上方的后续制造工艺中使用的化学物质的化学阻挡层，并且在高于所述Tg时，所述绝缘材料表现为具有高粘度并且对于氧、氢和氮原子的具有足够迁移率的半液体；相邻于所述沟道区提供氧化氛围；以及在所述氧化氛围中加热所述栅极和所述沟道区，以降低在沟道区域中的载流子浓度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，加热所述栅极和所述沟道区的步骤包括：使用具有低于所述金属氧化物层的带隙的光子能的辐射源，所述辐射源包括灯或脉冲激光之一。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属氧化物半导体有源层中的初始载流子浓度大于约1E18/cm3。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属氧化物半导体有源层的所述沟道区中的载流子浓度被降低为小于1E18/cm3。5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：形成具有第一部分和第二部分的所述源极/漏极金属接触中的每一个，所述第一部分包括低功函数金属和高功函数势垒金属，所述低功函数金属的功函数是小于等于所述金属氧化物半导体有源层的功函数的功函数，并且所述势垒材料的功函数是大于等于所述金属氧化物半导体有源层的功函数的功函数，所述第一部分位于所述金属氧化物半导体有源层上，并且所述第二部分是位于所述第一部分上的导电金属。6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：形成具有低功函数金属的薄层和高功函数金属的势垒层的所述源极/漏极金属接触中的每一个，所述低功函数金属的薄层位于所述金属氧化物半导体有源层上，所述高功函数金属的势垒层位于所述低功函数金属上，所述低功函数金属的功函数是小于等于所述金属氧化物半导体有源层的功函数的功函数，并且所述高功函数金属的功函数是大于等于所述金属氧化物半导体有源层的功函数的功函数。7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述低功函数金属具有低于约4eV的功函数的功函数。8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述高功函数势垒金属具有高于约4eV的功函数的功函数。9.根据权利要求1所述的方法，其中，在加热所述栅极和所述沟道区的步骤中，所述源极/漏极金属接触对在所述沟道区的每侧上的所述高载流子浓度金属氧化物半导体有源层的所述接触部分进行屏蔽以免于所述氧化氛围，由此使得在所述沟道部分的两侧上的所述接触部分保持所述高载流子浓度。10.根据权利要求1所述的方法，其中，在加热所述栅极和所述沟道区的步骤中，所述钝化层在所述加热步骤期间经由其来传送氧以提供所述氧化氛围。11.根据权利要求1所述的方法，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢泉隆，俞钢，法特·弗恩格，
申请(专利权)人：希百特股份有限公司，
类型：
国别省市：