[發明專利]利用薄膜半導體材料的薄膜晶體管

有效

• 申請號: 201310020894.6
• 申請日: 2008-08-01
• 公開（公告）號: CN103151378B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 葉洋
• 申請（專利權）人: 應用材料公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/26
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國;鐘強

本申請為申請日為2008年8月1日，申請號為200880106291.5、進入國家階段日為2010年3月9日，名稱為“利用薄膜半導體材料的薄膜晶體管”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明的實施例一般涉及具有半導體材料的場效應晶體管(FET)和薄膜晶體管(TFT)，該半導體材料包含氧、氮及一或多個選自于由鋅、鎵、鎘、銦和錫所構成的群組中的元素。

背景技術

因TFT陣列可用在常用于電腦和電視平面面板的液晶有源矩陣顯示器(LCD)，因此目前潮流對這些裝置特別感興趣。LCD還設有發光二極管(LED)做為背光源。另外，有機發光二極管(OLED)已用于有源矩陣顯示器，且這些OLED需要TFT來處理顯示器的動作。

以非晶硅制作的TFT已成為平面顯示器產業的關鍵部件。可惜非晶硅本身有局限性，例如遷移率低。OLED所需要的遷移率至少是非晶硅的十倍以上。非晶硅的沉積溫度高而造成Vth漂移。非晶硅需要高電流，而高電流可能導致OLED不穩定。另一方面，多晶硅的遷移率比非晶硅要高。多晶硅為結晶的，這會引起不均勻沉積。由于非晶硅的多項限制，導致OLED的發展困難重重。

近年來，已開發出透明TFT，在所述透明TFT中氧化鋅用作有源溝道層。氧化鋅是一種化合物半導體(compound?semiconductor)，所述化合物半導體可于相當低的沉積溫度下在例如玻璃和塑料等各種基板上生成結晶材料。基于氧化鋅的TFT暴露于可見光時并不會降解(degrade)。因此，不像基于硅的TFT需要防護層。沒有防護層，TFT保持透明。盡管氧化鋅的遷移率高于非晶硅，但仍不夠高。

因此此技術領域中，需要具有透明有源溝道且遷移率高的TFT。

發明內容

本發明大體上包含具有半導體材料的薄膜晶體管(TFT)，該半導體材料包含氧、氮以及一或多個選自于由鋅、錫、鎵、鎘和銦構成群組中的元素，以作為有源溝道。該半導體材料可用于底柵TFT、頂柵TFT和其他類型的TFT。通過蝕刻來圖案化TFT以形成溝道和金屬電極。接著，使用半導體材料當作蝕刻終止層來執行干法蝕刻，以限定出源極/漏極。有源層的載流子濃度、遷移率以及與TFT其他層的界面可調整成預定值。調整方式可為改變含氮氣體與含氧氣體的流量比例、退火及/或等離子體處理所沉積的半導體膜，或改變鋁摻雜濃度。

在一個實施例中，公開一種TFT。晶體管包含半導體層，該半導體層包含氧、氮及一或多個選自于由鋅、銦、錫、鎘、鎵和上述元素的組合所構成的群組中的元素。在另一實施例中，公開一種TFT制造方法。該方法包含沉積半導體層于基板上，該半導體層包含氧、氮及一或多個選自于由鋅、銦、錫、鎘、鎵和上述元素的組合所構成的群組中的元素。

在另一個實施例中，公開一種TFT制造方法。該方法包含沉積半導體層于基板上，該半導體層包含氧、氮及一或多個選自于由s軌道與d軌道填滿的元素、f軌道填滿的元素和上述元素的組合所構成的群組中的元素。該方法還包括沉積源極-漏極層于該半導體層上、第一次蝕刻該源極-漏極層和該半導體層以形成有源溝道，以及第二次蝕刻該源極-漏極層以限定出源極和漏極。

附圖說明

為了更詳細了解本發明的上述特征，可參考部分繪示于附圖中的實施例來閱讀本發明的進一步敘述內容。須注意的是，所述圖僅圖示本發明的數個代表性實施例，并非用以限定本發明范圍，本發明可包含其他等效實施例。

圖1為根據本發明的一個實施例的PVD室的截面圖。

圖2A-2E為薄膜隨氧氣流量變化的XRD圖，所述XRD圖顯示形成鋅和氧化鋅的衍射峰。

圖3A-3F為根據本發明的一個實施例，在不同氮氣流速下形成半導體膜的XRD圖。

圖4A-4G繪示根據本發明的一個實施例形成底柵TFT的工藝順序。

圖5為根據本發明的一個實施例的蝕刻終止TFT的截面圖。

圖6為根據本發明的一個實施例的頂柵TFT的截面圖。

圖7為根據本發明的一個實施例的有源矩陣型LCD的示意圖。

圖8為根據本發明的一個實施例的有源矩陣型OLED的示意圖。

圖9Ａ-9C顯示不同有源溝道長度與寬度的Vth。

圖10A-10C為比較具有共同長度與寬度的有源溝道的Vth。

為助于理解，盡可能地以相同元件符號來表示各圖中共有的相同元件。某一實施例所公開的元件當可用于其他實施例中，而不需特別提及。