[發(fā)明專利]一種半導(dǎo)體器件及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210584204.5
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103208526A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬群剛
• 申請（專利權(quán)）人: 南京中電熊貓液晶顯示科技有限公司
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L21/336
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有較高載流子遷移率的半導(dǎo)體器件及其制造方法，主要用作驅(qū)動平板顯示器的薄膜晶體管，也可以應(yīng)用于集成電路等其他領(lǐng)域。

背景技術(shù)

以薄膜晶體管液晶顯示器（TFT-LCD）為主導(dǎo)的平板顯示，為了滿足高畫質(zhì)的要求，對高精細(xì)化和高頻驅(qū)動等指標(biāo)不斷提出挑戰(zhàn)。考慮到基板大型化的因素，對下一代平板顯示用TFT的電子遷移率提出了更高的要求。

目前，支撐TFT-LCD發(fā)展的非晶硅（a-Si：Amorphous?Silicon）TFT已經(jīng)無法滿足新技術(shù)的要求，低溫多晶硅（LTPS：Low?Temperature?Poly-Silicon）TFT的電子遷移率雖然可以做到高出a-Si?TFT兩個(gè)數(shù)量級，但是基板的大型化僅停留在第6代。除了LTPS?TFT特性的基板面內(nèi)均一性難以保證外，由于LTPS?TFT的漏電流過大，不適合用作LCD像素開關(guān)。LTPS?TFT的應(yīng)用正在從TFT-LCD轉(zhuǎn)向OLED（Organic?Light-Emitting?Diode：有機(jī)發(fā)光二極管）。用金屬氧化物半導(dǎo)體制成的薄膜晶體管（簡稱氧化物TFT），電子遷移率高出a-Si?TFT一到兩個(gè)數(shù)量級，TFT特性的基板面內(nèi)均一性較好。不僅能夠應(yīng)對高世代TFT-LCD生產(chǎn)線，還可以用作OLED的驅(qū)動開關(guān)。以銦鎵鋅氧化物IGZO為代表的氧化物TFT工藝路線與現(xiàn)有的a-Si?TFT相似，只要對PVD和CVD等設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)改造就能進(jìn)行生產(chǎn)。所以，氧化物TFT是支撐平板顯示的下一代首選TFT。

氧化物TFT的結(jié)構(gòu)主要有背溝道刻蝕型(Back?Channel?Etch?Type，簡稱BCE，如圖1（a）)、共面型(Coplanar?Type，簡稱Coplanar，如圖1（b）)和刻蝕阻擋型(Etch?Stopper?Type，簡稱ESL，如圖1（c）)三種類型，這三種氧化物TFT的底層都是襯底基板11、21、31、位于襯底基板11、21、31上相應(yīng)的柵極12、22、32、以及覆蓋相應(yīng)的柵極12、22、32的柵極絕緣層13、23、33，這三種結(jié)構(gòu)不同如下所述。

在圖1（a）所示的BCE結(jié)構(gòu)中，該BCE結(jié)構(gòu)的氧化物TFT需要進(jìn)行3次光刻工藝處理，分別形成柵極12、氧化物半導(dǎo)體層16、源極14和漏極15共三層的圖案。氧化物半導(dǎo)體層16靠近保護(hù)絕緣層17一側(cè)在源極14和漏極15刻蝕成形工藝時(shí)受到刻蝕液體或者刻蝕氣體的影響，從而影響半導(dǎo)體層16的特性。

在圖1（b）所示的Coplanar結(jié)構(gòu)中，該Coplanar結(jié)構(gòu)的氧化物TFT也是需要進(jìn)行3次光刻工藝處理，分別形成柵極22、源極24和漏極25、氧化物半導(dǎo)體層26共三層的圖案。氧化物半導(dǎo)體層26靠近柵極絕緣層23一側(cè)在源極24和漏極25刻蝕成形工藝時(shí)受到刻蝕液體或者刻蝕氣體的影響，從而影響半導(dǎo)體層26的特性。

為了保證半導(dǎo)體層上下兩側(cè)的特性不受其他工藝的影響，穩(wěn)定半導(dǎo)體層以及TFT器件的特性，目前業(yè)界多用如圖1（c）所示的ESL結(jié)構(gòu)，但該ESL結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行4次光刻工藝處理，分別形成柵極32、氧化物半導(dǎo)體層36、刻蝕阻擋層38、源極34和漏極35共四層的圖案。ESL結(jié)構(gòu)所用的刻蝕阻擋層38，刻蝕阻擋層38位于半導(dǎo)體層36、源極34、漏極35和保護(hù)絕緣層37之間，刻蝕阻擋層38一般為SiO₂之類的含氧絕緣層。

ESL結(jié)構(gòu)相比BCE結(jié)構(gòu)和Coplanar結(jié)構(gòu)，需要增加一道光刻工藝，設(shè)備投入成本更高，生產(chǎn)周期更長。所以，在保證半導(dǎo)體器件性能的同時(shí)，降低生產(chǎn)線投資，縮短生產(chǎn)周期，是氧化物TFT制造技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

現(xiàn)有一種對策是通過源極和漏極來保護(hù)氧化物半導(dǎo)體層，如圖2（a），首先在襯底基板（Glass）41上形成柵極（Gate）42，再在柵極42上覆蓋柵極絕緣層（GI）43，接著在柵極絕緣層43上形成a-IGZO半導(dǎo)體層46，最后在a-IGZO半導(dǎo)體層46上用Ti覆蓋沉積形成厚度的阻擋層48；如圖2（b），在形成圖2（a）的基礎(chǔ)上形成由Mo材質(zhì)形成的源極44和漏極45、以及源極44和漏極45之間的溝道50；如圖2（c），將位于溝道中的Ti阻擋層通過氧等離子體處理，成為具有絕緣性的TiOx絕緣保護(hù)層49；如圖2（d），在形成圖2（c）的基礎(chǔ)上覆蓋保護(hù)絕緣層（PAS）47。