[發明專利]穩定的無定形金屬氧化物半導體

有效

• 申請號: 200980135164.2
• 申請日: 2009-09-04
• 公開（公告）號: CN102150247A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 謝泉隆;俞鋼
• 申請（專利權）人: 思布瑞特有限公司
• 主分類號: H01L21/322
• 分類號: H01L21/322;H01L31/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 陳海濤;樊衛民

技術領域

本發明涉及用于半導體器件的溝道層(channel?layer)的金屬氧化物半導體材料。

背景技術

在半導體工業，特別是薄膜半導體器件如薄膜晶體管(TFT)中，所述器件包括間隔的源極和漏極區，其通過設置在其間的溝道層導電。至少一個柵極絕緣層和柵電極被設置在溝道層之上和/或之下，從而控制導電。在許多應用中，將TFT用于在制造期間不能忍受高溫的情況中，因此，必須使用可以在相對低的溫度(例如室溫)下淀積但仍具有相對高遷移率的半導體。

由于金屬氧化物半導體的高載流子遷移率、透光性和低淀積溫度而對其有強烈的興趣。高載流子遷移率擴展了至需要更高頻率或更高電流的高性能領域的應用。透光性排除了在顯示器和傳感器有源矩陣(active?matrices)中對光屏蔽的需求。低淀積溫度使得能夠應用于塑料襯底上的柔性電子設備。

金屬氧化物半導體的獨特特征為：(1)載流子遷移率受膜粒度的影響更小，即，可以是高遷移率無定形金屬氧化物；(2)表面狀態的密度低且使得TFT能夠容易地獲得場效應，這與表面狀態必須被氫鈍化的共價半導體(例如S或a-Si)相反；以及(3)強烈取決于體載流子密度的遷移率。為了實現用于高性能應用的高遷移率，金屬氧化物溝道的體載流子密度應當高，并且金屬氧化物膜的厚度應當小(例如＜100nm，優選＜50nm)。

然而，金屬氧化物半導體的主要缺點是穩定性和在較高加工溫度下變成多晶的趨勢。普通的金屬氧化物如氧化鋅、氧化銦鋅和銦鎵鋅氧化物不是很穩定，且在中等加工溫度(例如大于約400℃)下成為多晶。由于一些原因，不希望在半導體器件中存在多晶半導體金屬氧化物。例如，由于晶體大小和位置的變化，即使在一批的相鄰器件之間，在多晶半導體金屬氧化物中形成的晶體管的特性也會發生變化。為了更好地理解這個問題，在亞微型柵下的導電區域中，每個不同的晶體管可以包含一個或兩個多晶硅晶粒至數個晶粒，且在導電區域中晶體數目的不同會產生不同的特性。不同粒子間的尺寸和物理特性也同樣不同。

金屬氧化物薄膜晶體管(TFT)的穩定性主要取決于加工溫度。在高溫下，可以減少在塊狀半導體層(bulk?semiconductor?layer)中以及在柵極絕緣層和半導體層之間的界面處的阱。對于應用，諸如有源矩陣有機發光裝置(AMOLED)，需要最大的穩定性。在加工期間，將金屬氧化物TFT放在高溫下，通常在250℃和700℃之間是有利的。同時，期望在這些加工溫度下保持金屬氧化物的無定形性質。

因此，對在現有技術中的上述和其它缺陷進行補救是非常有利的。

因此，本發明的一個目的是提供一種新型改進的金屬氧化物半導體材料。

本發明的另一個目的是提供一種新型改進的金屬氧化物半導體材料，其具有改進的穩定性且在較高加工溫度下變成多晶的趨勢更低。

本發明的另一個目的是提供一種新型改進的金屬氧化物半導體材料，其具有改進的穩定性、高載流子遷移率以及氧空位和載流子密度的良好控制。

發明內容

簡言之，為了按照其優選實施方案實現本發明的期望目的，提供了一種穩定的無定形金屬氧化物材料以用作半導體器件中的半導體，所述材料包含無定形半導體離子金屬氧化物和無定形絕緣共價金屬氧化物的混合物。穩定的無定形金屬氧化物材料由式XO_aYO_b和X-O-Y的一種表示，其中YO是無定形絕緣共價金屬氧化物，且XO是無定形半導體離子金屬氧化物。

還在薄膜半導體器件中實現了本發明的期望目的，所述薄膜半導體器件具有包含無定形半導體離子金屬氧化物和無定形絕緣共價金屬氧化物的混合物的半導體層。以與半導體層連通的方式設置一對端子且所述一對端子限定導電槽，并以與導電槽連通的方式設置柵極端子(gate?terminal)，且進一步設置其以控制所述槽的導電。

本發明還包括一種淀積混合物的方法，所述方法包括在淀積過程期間使用氮來控制在所得半導體層中的載流子濃度。

附圖說明

根據參照附圖的優選實施方案的下述詳細說明，對本領域的技術人員來說，本發明的前述及其它更具體的目的和優點將易于變得顯而易見，其中：

圖1是本發明具有上覆柵極(overlying?gate)和底部源極/漏極(underlying?source/drain)的TFT的簡化層狀圖；

圖2是本發明具有上覆柵極和上覆源極/漏極的TFT的簡化層狀圖；

圖3是本發明具有底部柵極和底部源極/漏極的TFT的簡化層狀圖；以及

圖4是本發明具有底部柵極和上覆源極/漏極的TFT的簡化層狀圖。