專利名稱：薄膜半導(dǎo)體裝置及其制作方法
背景技術(shù)：
場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)通常包括通過半導(dǎo)體材料的溝道連接的漏電極和源電極，以及通過絕緣層與該溝道分開的柵電極。溝道從源極到漏極的長度影響晶體管的特性，具體來說影響能夠開啟和關(guān)閉晶體管的速度。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例部分形成的晶體管第一實(shí)施例的截面圖。
圖2是示出圖1的晶體管在形成中的隨后階段的截面圖。
圖3是示出圖2的晶體管在形成中的隨后階段的截面圖。
圖4是示出圖3的晶體管在形成中的隨后階段的截面圖。
圖5是示出圖4的晶體管在形成中的隨后階段的截面圖。
圖6是與圖5相似的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的晶體管第二實(shí)施例的截面圖。
圖7是與圖6相似的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的晶體管第三實(shí)施例的截面圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例部分形成的晶體管第四實(shí)施例的截面圖。
圖9是示出圖8的晶體管在形成中的后一階段的截面圖。
圖10是與圖4相似的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例部分形成的晶體管第四實(shí)施例的截面圖。
圖11是與圖5相似的示出圖10的晶體管在形成中的后續(xù)階段的截面圖。
圖12是與圖6相似的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置第六實(shí)施例的截面圖。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，首先參考圖1，在形成一般由附圖標(biāo)記20表示的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的一個(gè)方法實(shí)施例中，將柵電極22施加于襯底24，并對(duì)其覆蓋以電介層26。在此實(shí)施例中，柵電極22可以是鋁的，然后可以對(duì)其陽極化處理以形成厚約5至500nm的氧化鋁電介質(zhì)層。陽極化是一種據(jù)之通過施加電壓以電化學(xué)方式將金屬氧化使金屬為陽極的工藝。在沉積之后，可以通過例如熱處理將柵極電介質(zhì)26退火。柵電極22可以在一側(cè)突出到電介質(zhì)層26以外，以便有柵電極暴露的部分可以連接到電路。但是，也可以使用連接?xùn)烹姌O的其他方法。襯底24可以是較大電氣或電子電路結(jié)構(gòu)的一部分，并且可以包括至柵電極22的連接。在較大襯底24和柵電極22之間可以有例如絕緣體27的層。絕緣層27在例如較大襯底24是導(dǎo)電材料的實(shí)施例中可能是適合的。
現(xiàn)在參考圖2，將半導(dǎo)體材料條28施加在柵介質(zhì)上。在該實(shí)施例中，半導(dǎo)體材料可以是例如氧化鋅-錫材料，并且可以通過例如RF濺射或從溶膠-凝膠前體沉積形成，該溶膠-凝膠前體包含乙醇溶液中的部分水解和/或低聚化的金屬醇鹽。半導(dǎo)體條28的寬度和厚度影響通過已完成晶體管的電流，由此這在半導(dǎo)體條28形成時(shí)被控制。如下文將解釋的，半導(dǎo)體條28的長度(尺寸從圖2的左邊延伸到右邊)相對(duì)不重要，只要它足夠長以接觸源電極和漏電極并且不長到與相鄰電路部件相干擾即可。在沉積之后，可以通過例如激光退火或熱處理將半導(dǎo)體條28退火。
現(xiàn)在參考圖3，然后將源電極或漏電極30施加在半導(dǎo)體條28上。FET的基本結(jié)構(gòu)是足夠接近對(duì)稱，源極或漏極二者任何一個(gè)可以是電極30，或者在此階段甚至無法確定哪個(gè)是哪個(gè)。但是，出于某些原因，源電極和漏電極可能是不同材料制成的。在此實(shí)施例中，電極30由鋁、鉭或可被陽極化的另一種金屬，例如鎢、鉍、銻、鈮或它們的合金，包括鋁和鉭彼此的合金、與上面提及的其他金屬的合金以及與Ag、Cd、Cr、Cu、Fe、Mg、Sn、Ti、W、Zn、Zr及其組合的合金。在沉積電極30之前可以可選地施加與半導(dǎo)體形成更好電氣接觸和/或增強(qiáng)粘著的某種材料的可選底層31。電極30的一個(gè)邊緣32基本橫跨半導(dǎo)體條28的寬度延伸。邊緣32的確切位置并不重要，只要在電極30與半導(dǎo)體28之間有足夠的覆蓋以實(shí)現(xiàn)它們之間的足夠電流傳送即可。電極30的相對(duì)邊緣的位置也相對(duì)地不重要，同樣必須在電極30與半導(dǎo)體28之間有足夠的覆蓋以實(shí)現(xiàn)它們之間的足夠電流傳送即可。源電極或漏電極30可以在一側(cè)突出到電介質(zhì)層26和襯底24以外，以便有電極暴露的部分可以連接到電路。但是，也可以使用連接電極30的其他方法。
可以將邊緣面32形成以便對(duì)于期望的溝道長度的一部分是平滑的?？梢酝ㄟ^例如濺射或其他真空沉積工藝與光刻、壓印、掩罩、激光剝離等結(jié)合的現(xiàn)有技術(shù)來形成電極30。利用單個(gè)邊緣面32，所使用的技術(shù)不限于能夠?qū)崿F(xiàn)精細(xì)分辨的技術(shù)。
現(xiàn)在參考圖4，在該實(shí)施例中，將源電極或柵電極30陽極化，以形成氧化的絕緣層34。絕緣層34的一個(gè)邊緣35基本橫跨半導(dǎo)體條28延伸，并與邊緣32平行且相間隔。陽極化被控制為使電極邊緣32和絕緣體邊緣35之間的絕緣層34的寬度36等于已完成晶體管的期望的溝道長度，以及絕緣層對(duì)于期望的溝道長度的一部分是平滑且均勻的。沿著半導(dǎo)體條28的表面且垂直于邊緣32和35與半導(dǎo)體條28的表面相交所定義的直線來測(cè)量寬度。在該實(shí)施例中，邊緣面32大致垂直于半導(dǎo)體條28的表面，所以寬度36大致等于層34的厚度。在該特定例子中，絕緣層34可以厚約例如20nm至1μm。對(duì)于具有幾MHz切換頻率的薄膜FET，假定適當(dāng)?shù)臏系酪苿?dòng)性值，則溝道長度可以在一些微米的區(qū)域?？梢酝ㄟ^現(xiàn)有陽極化技術(shù)來形成此厚度和適合的平滑度和均勻度的絕緣層34。在此實(shí)施例中，如果絕緣層34約大于300nm厚，則可以通過兩步驟陽極化工藝來形成它。首先，可以通過在基于例如草酸、硫酸、鉻酸和/或磷酸或它們的混合物的電解液中陽極化來形成多孔氧化鋁層。接下來，可以通過在基于例如檸檬酸、硼酸或酒石酸的電解液中陽極化來形成高密度或阻隔型氧化鋁層。
現(xiàn)在參考圖5，然后與覆蓋第一源電極或漏電極30的邊緣32的絕緣層34相鄰地將第二源電極或漏電極38施加到半導(dǎo)體條28上。如圖5中可以看到的，第二源電極或漏電極38相對(duì)于第一源電極或漏電極30的確切位置上有相當(dāng)大的裕度，這是因?yàn)闇系篱L度36不受第二源電極或漏電極38的邊緣的位置影響，只要第二電極38至少橫跨絕緣層34的最近邊緣35延伸即可。兩個(gè)電極30和38甚至可以彼此覆蓋，因?yàn)樗麄儽浑娊橘|(zhì)層34分開。可以通過與電極30所采用的相同技術(shù)或其他低精度沉積和布圖技術(shù)來形成電極電極38，包括噴墨打印、平版印刷、苯胺印刷、凹版印刷、擠壓成型(extrusion)、絲網(wǎng)印刷、干式電子照相(DEP)印刷和液態(tài)電子照相(LEP)印刷。
部件22、26、28、30、38的邊緣的位置都不影響溝道長度，只要它們的位置要例如確保上文描述的必要覆蓋即可，并且所有部件都不需要與溝道長度一樣小。除了與半導(dǎo)體條28的寬度(它可能影響晶體管20的載電流容量)外，層厚度也確定晶體管的基本特性。半導(dǎo)體條28的寬度通常比溝道長度36大得多。制造晶體管20時(shí)所采用的步驟都不需要布圖分辨率足夠精細(xì)以直接形成尺寸36。這樣通過相對(duì)簡單且經(jīng)濟(jì)的工藝形成晶體管20而同時(shí)獲得相對(duì)小的溝道長度尺寸是可能的。
現(xiàn)在參考圖6，晶體管的第二實(shí)施例40一般與圖5所示的實(shí)施例20相似，是通過一般與參考圖1至圖5描述的方法相似的方法制作的。在圖6所示的實(shí)施例中，柵電極22是鋁的，并通過陽極化對(duì)其覆蓋電介質(zhì)層26。半導(dǎo)體層28是氧化鋅錫。作為漏電極的電極30是鋁的。可以通過將鋁電極30陽極化成氧化鋁來形成絕緣層34。源電極38可以由氧化銦錫制成。
現(xiàn)在參考圖7，晶體管的第三實(shí)施例50一般與第二實(shí)施例40相似。在晶體管50中，可以通過利用掩罩真空濺射形成漏電極30。如圖7所示，掩罩制成錐度逐漸變小的邊緣52?？梢酝ㄟ^將鋁電極30陽極化成氧化鋁來形成絕緣層34。由于邊緣52的緩和錐度的原因，沿著底層半導(dǎo)體層28測(cè)量的氧化鋁層的寬度(是實(shí)際的溝道長度36)可以基本大于氧化鋁層的厚度。在該實(shí)施例的晶體管50的情況下，溝道長度36可以是例如30至40μm，即使電介質(zhì)層34的厚度可以約為僅幾百納米。源電極38可以由氧化銦錫制成，而在備選實(shí)施例中，可以包括金覆蓋層54。
在圖7所示的第三實(shí)施例的備選方式中，在沉積鋁漏電極30之后以及將其陽極化之前，蝕刻鋁的邊緣52或以其他方式對(duì)其布圖以形成與圖5所示的邊緣面32相似的大致與半導(dǎo)體層28的表面垂直的邊緣面。可以通過現(xiàn)有工藝，例如常規(guī)光刻和蝕刻來執(zhí)行布圖。因?yàn)檫吘壝?2的位置上有相當(dāng)大的裕度，并且因?yàn)闊o需形成窄結(jié)構(gòu)，所以可以使用相對(duì)低精度的工藝。
現(xiàn)在參考圖8和圖9，首先參考圖8，在晶體管的第四實(shí)施例60中，可以直接在襯底24上形成半導(dǎo)體條28，而無需首先形成柵電極22。然后如參考圖3和圖4所描述的形成第一源電極或漏電極30和覆蓋它的陽極化的氧化或其他電介質(zhì)涂層34。通過液態(tài)階段工藝施加第二源電極或漏電極62，并可以利用將半導(dǎo)體28潤濕但不潤濕電介質(zhì)涂層34的材料制成。電極62的材料往往在半導(dǎo)體28上形成厚度非常均勻的層，而不會(huì)擴(kuò)散到電介質(zhì)層34。電極62的材料無需牢固地粘附到電介質(zhì)層，只要它足夠緊密地貼附于電介質(zhì)層即可，電介質(zhì)層34的厚度精確地確定電極30和62之間的溝道長度36。
現(xiàn)在參考圖9，然后將電介質(zhì)層64沉積在電極62上，并可選地沉積在電介質(zhì)層34的至少一部分上方。然后通過任何常規(guī)方法在電介質(zhì)層34的至少一部分上方形成柵電極66，以便覆蓋至少源極至漏極間隙26所定義的區(qū)域。
現(xiàn)在參考圖10和圖11，首先參考圖10，在晶體管的第五實(shí)施例70中，基本如上文參考圖1至圖3描述的形成襯底24、柵極22、柵電介質(zhì)26、半導(dǎo)體28和第一柵電極或漏電極30。然后通過印刷工藝(例如熱噴墨(TIJ)、壓力噴墨、液態(tài)電子照相(LEP)、干式電子照相(DEP)、平版印刷、柔性印刷、凹版印刷、擠壓成型或絲網(wǎng)印刷)以在電極30上施加電介質(zhì)層74。在這些印刷工藝的情況中，實(shí)現(xiàn)尖銳邊緣的精確印刷是可能的，但是難以印制非常精細(xì)的線。最小線寬目前通常超過10μm。但是，對(duì)于電介質(zhì)層74，寬度上有相當(dāng)大的裕度。僅需要控制如圖10中所見的一個(gè)邊緣(右邊的邊緣75)的位置，因?yàn)樵撨吘売陔姌O30的邊緣的距離確定已完成的晶體管70的溝道長度76?？梢詮闹T如硅烷偶聯(lián)劑、烷基硫醇和其他的材料中選擇定義溝道長度76的印刷材料74，與半導(dǎo)體材料28相反，這些材料往往優(yōu)先附著于源電極或漏電極30。而且，可以將電介質(zhì)層74的右邊的邊緣75與已在與電極30相同的操作中沉積的對(duì)位標(biāo)記對(duì)齊，可以連續(xù)將電介質(zhì)層74與對(duì)位標(biāo)記或在較早階段提供的其他適合的數(shù)據(jù)對(duì)齊。
現(xiàn)在參考圖11，然后通過任何常規(guī)方法(包括印刷工藝)施加第二源電極或漏電極78。如圖5所示的第二源電極或漏電極38的情況一樣，電極78的位置是無關(guān)緊要的，只要電極78覆蓋電介質(zhì)74的至少邊緣75，并且只要電極78不延伸足夠遠(yuǎn)而接觸到相鄰電路部件即可。可以通過諸如LEP、DEP、TIJ或壓力噴墨的工藝施加電極78，它們具有比溝道長度78粗略的精度和/或分辨率。
現(xiàn)在參考圖12，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第六半導(dǎo)體裝置實(shí)施例是二極管80。二極管80與圖6所示的晶體管的第二形式相似，例外的是二極管80沒有柵極22或柵電介質(zhì)26。在本實(shí)施例中作為漏極的電極38被安排為延伸于溝道的整個(gè)長度36上。漏極38的此延伸方式有效地作為柵極硬連接到漏極。
雖然本發(fā)明是參考本發(fā)明的示范實(shí)施例來描述和圖示的，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不背離所附權(quán)利要求中陳述的本發(fā)明精神和范圍的前提下可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行多種更改、省略和添加。例如，在第一、第二、第三或第四實(shí)施例的備選形式中，不采用陽極化或另一種電化學(xué)工藝，而可以通過電泳或電解沉積來形成絕緣層34。然后可以從較寬范圍的材料形成電極30，包括無法陽極化以形成電介質(zhì)層的材料。在通過沉積形成絕緣層的情況中，可以通過包括噴墨印刷的較寬范圍的工藝來形成電極，這可以不提供適合質(zhì)量的金屬層以通過陽極化形成滿意的絕緣層。在這些實(shí)施例的另一個(gè)備選形式中，可以通過在空氣中加熱將某些金屬(包括鉭和鎢)氧化直接形成絕緣層34。在形成半導(dǎo)體裝置時(shí)容許的溫度下，可以通過熱氧化大約一個(gè)小時(shí)來形成幾百納米厚的氧化層。
可以無需使用選擇性潤濕來形成圖8中的第二源電極或漏電極62，或如果通過液態(tài)工藝形成電極38，則可以在形成圖5中的電極38時(shí)使用選擇性潤濕。如果通過沉積形成電介質(zhì)層34，則沉積的材料可以是選擇性潤濕電極30的材料，并且基本不潤濕半導(dǎo)體28的一種材料。電介質(zhì)層34然后很小可能性在半導(dǎo)體28上擴(kuò)散并且改變溝道長度。電介質(zhì)34無需形成與半導(dǎo)體28的牢固粘接。但是，如果半導(dǎo)體28與電介質(zhì)34之間的粘著不良，則電極38或62的液態(tài)階段沉積可能不適合，這可能滲透進(jìn)半導(dǎo)體28與電介質(zhì)34之間的界面處的任何縫隙。
可以使用可選的潤濕層80(參見圖8)促進(jìn)期望表面的潤濕。可以使用與底層材料具有特定化學(xué)親合性的材料選擇性地沉積潤濕層。在將潤濕層施加到源電極/漏電極30的情況中，可以電化學(xué)方式施加潤濕層?；蛘呋蚋郊拥乜梢詫⑴懦鈱邮┘拥奖砻嬉宰柚购罄m(xù)沉積的粘著。例如，在圖8中，可以將排斥層82施加到電介質(zhì)層34以確保電極62的材料不潤濕它。在任何實(shí)施例中，可以包括不阻止半導(dǎo)體裝置20、30、40、50、60、70、或80的操作的其他層(例如絕緣體27)。
圖6和圖7所示的晶體管描述為具有不同金屬的源電極和漏電極，圖5、圖9、圖11和圖12所示的晶體管則未描述為具有不同金屬的源電極和漏電極。但是示出的任何結(jié)構(gòu)均可以結(jié)合相同或不同金屬的源電極和漏電極來使用。源電極或漏電極一般可以是首先形成的電極30。但是，在一些情況中，可以首先形成特定電極。例如，如果通過陽極化形成絕緣層34且僅一個(gè)電極是能夠陽極化的材料的，則可陽極化的電極是首先形成的電極30。例如，在圖12所示的二極管80的實(shí)施例中，也作為柵極的電極是第二形成的電極38。
在這些實(shí)施例中的源電極和漏電極30、38、62、78描述為與溝道半導(dǎo)體28直接電接觸或通過形成更好電接觸的底層21來電接觸。但是，可以任何適于特定裝置的方式(包括導(dǎo)電、電容或電感耦合)將源電極和漏電極30、38、62、78耦合到溝道半導(dǎo)體28。如果使用電容或電感耦合，則可以提供非導(dǎo)電底層21。
權(quán)利要求
1.一種形成半導(dǎo)體裝置(20、40、50、60、70、80)的方法，包括形成與半導(dǎo)體(28)電氣耦合的第一電極(30)；在形成所述第一電極(30)之后，與所述第一電極(30)相鄰且從所述第一電極(30)延伸選定距離(36、76)從而在所述半導(dǎo)體(28)上形成絕緣體(34、74)；以及在形成所述絕緣體(34、74)之后，形成與所述半導(dǎo)體(28)電氣耦合且與所述絕緣體(34、74)相鄰的第二電極(38、62、78)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述絕緣體(34、74)的步驟包括以所述絕緣體(34、74)至少部分地覆蓋所述第一電極(30)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，形成所述第二電極(38、78)的步驟包括以所述第二電極(38、78)至少部分地覆蓋所述絕緣體(34、74)。
4.從屬于權(quán)利要求2時(shí)如權(quán)利要求3所述的方法，其中，形成所述第二電極(38)的步驟包括以所述第二電極(38)至少部分地覆蓋所述絕緣體(34)的部分，所述絕緣體至少部分地覆蓋所述第一電極(30)。
5.如權(quán)利要求1至4的任一項(xiàng)所述的方法，包括提供襯底(24)，并在所述襯底上提供柵電極(22)，其中絕緣層(26)將所述柵電極(22)與所述半導(dǎo)體(28)分開，由此形成晶體管(20、40、50、70)。
6.如權(quán)利要求1至5的任一項(xiàng)所述的方法，包括在所述第二電極(62)上形成絕緣層(64)，并在所述絕緣體(34)和所述絕緣層(64)上形成柵電極(66)，由此形成晶體管(60)。
7.如權(quán)利要求1至6的任一項(xiàng)所述的方法，其中，形成所述絕緣體(34)的步驟包括對(duì)所述第一電極(30)的材料起作用以在所述第一電極(30)的表面上形成選定厚度的絕緣層。
8.如權(quán)利要求1至6的任一項(xiàng)所述的方法，其中，形成所述絕緣體(34)的步驟包括將選定厚度(36)的絕緣涂層施加到所述第一電極(30)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，施加所述絕緣涂層(34)的步驟包括施加一種材料，其潤濕所述第一電極比所述材料(34)潤濕所述半導(dǎo)體(28)更容易(30)。
10.如權(quán)利要求1至6的任一項(xiàng)所述的方法，其中，形成所述絕緣體(34)的步驟包括與所述第一電極(30)距所述選定距離(36、76)施加具有邊緣(35、75)的絕緣層(34、74)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，施加所述絕緣層(74)的步驟包括印刷覆蓋所述第一電極(30)的所述絕緣層。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，通過比所述選定距離(76)寬的最小可印線寬的工藝來執(zhí)行所述印刷。
13.如權(quán)利要求1至12的任一項(xiàng)所述的方法，其中，形成所述第二電極(62)的步驟包括施加一種材料，其潤濕所述半導(dǎo)體(28)比所述材料潤濕所述絕緣體(34)更容易。
14.如權(quán)利要求1至12的任一項(xiàng)所述的方法，其中，形成所述第二電極(38、78)的步驟包括在所述半導(dǎo)體(28)上印刷覆蓋所述絕緣體(34、74)的所述第二電極(38、78)。
15.一種半導(dǎo)體裝置(20、40、50、60、70、80)，包括具有表面的半導(dǎo)體材料(28)；第一和第二電極(30、38、62、78)，在所述表面上間隔開且電氣耦合到所述半導(dǎo)體材料(28)；以及絕緣體(34、74)，其覆蓋所述第一和第二電極(30、38、62、78)之間的空間中的所述半導(dǎo)體材料(28)，并延伸到所述第一電極(30)上但不到所述第二電極(38、62、78)上。
16.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述第二電極(38、78)延伸到所述絕緣體(34、74)的至少部分上。
17.如權(quán)利要求15或16所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述絕緣體(34)包括所述第一電極(30)的材料的化合物。
18.如權(quán)利要求15或16所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述絕緣體(34、74)是覆蓋所述第一電極(30)的印刷的材料層。
19.如權(quán)利要求15至18的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述第二電極(38、78)是覆蓋所述絕緣體(34、74)的印刷的材料層。
20.如權(quán)利要求15至19的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，還包括柵電極(22、66)。
全文摘要
在形成半導(dǎo)體裝置(20、40、50、60、70、80)的一種方法中，形成第一電極(30)，該第一電極(30)與半導(dǎo)體材料(28)電氣耦合。在形成第一電極(30)之后，與第一電極(30)相鄰且從第一電極(30)延伸選定距離(36、76)從而在半導(dǎo)體(28)上形成絕緣體(34、74)。在形成絕緣體(34、74)之后，形成與半導(dǎo)體材料(28)電氣耦合且與絕緣體(34、74)相鄰的第二電極(38、62、78)。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101053085SQ200580036681
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2005年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月28日
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