專利名稱：使用多有源溝道層的薄膜晶體管的制作方法
技術(shù)領域：
本文揭示的實施例大致上關于薄膜晶體管(TFTs)以及制造TFTs的方法。
背景技術(shù)：
目前對于TFT陣列的興趣是很高的，這是因為這些器件可以用在常用于電腦及電 視純平面板此種類型的有源矩陣液晶顯示器。LCDs也可以包含用于背光源的發(fā)光二極管 (LEDs) 0再者，有機發(fā)光二極管(OLEDs)已經(jīng)用于有源矩陣顯示器，并且這些OLEDs需要 TFTs以解決顯示器的有源性(activity)。以非晶硅制造的TFTs已經(jīng)變成純平面板顯示器工業(yè)的主要部件。不幸地，非晶 硅具有其限制，例如低遷移率(mobility)。OLEDs所需要的遷移率是非晶硅所能達成的至 少10倍。此外，因為OLED顯示器是電流驅(qū)動的裝置，OLED顯示器對于閥值電壓偏移(Vth Shift)是更敏感的。在高電流或高偏壓下，非晶硅TFTs的閥值電壓偏移是待解決的問題。 另一方面，多晶硅具有比非晶硅更高的遷移率。多晶硅是結(jié)晶的，其導致不佳的局部非均勻 性。由于制造多晶硅膜需要復雜的退火工藝，使用多晶硅相對于使用非晶硅來制造大面積 顯示器是更困難且更昂貴的。由于非晶硅的限制，OLED的發(fā)展是緩慢的。近些年來，已經(jīng)制造透明TFTs，其使用氧化鋅作為有源溝道層。氧化鋅是可以在非 常低沉積溫度下在各種基板(例如玻璃與塑料)上生長成結(jié)晶材料的化合物半導體。所以，此技術(shù)領域亟需具有高遷移率的非晶或非結(jié)晶有源溝道的TFTs。

發(fā)明內(nèi)容
本文揭示的實施例大致上關于TFTs以及制造TFTs的方法。在TFTs中，有源溝道 層攜送電流于源極與漏極電極之間。通過調(diào)適(tailor)有源溝道的組成，可以控制電流。 有源溝道可以包含三層，即柵極控制層、體層及背溝道界面控制層。柵極控制層是最靠近有 源溝道與柵極介電層之間界面的層或一組的層。背溝道界面控制層是最靠近有源溝道與鈍 化或蝕刻終止層之間界面的層或一組的層。體層是介于柵極控制層與背溝道界面控制層之 間的層或一組的層。該些個別的層可以具有不同的組成。此外，柵極控制層、體層及背溝道 界面控制層的各者可以包含多個具有不同組成的層。有源溝道的各層的組成包含氧、氮、以 及選自由鋅、銦、鎘、錫、鎵及其組合所組成群組的一或多個元素。通過改變該些層之間的組 成，可以控制各層的遷移率、載流子濃度及導電率，以制造具有所希望性質(zhì)的TFT。此外，通 過改變該些層之間的組成，可以控制該些層之間的能帶隙或電場以及該些層之間以及該些 層與柵極介電層及鈍化層或帽蓋層的界面，以制造具有所希望性質(zhì)的TFT。在一實施例中，一種TFT包含柵極介電層，其設置在柵極電極與基板上方；以及 有源溝道，其耦接到該柵極介電層而與該基板相對。該有源溝道包含一或多個柵極控制層， 該一或多個柵極控制層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元 素。該一或多個柵極控制層具有第一組成。該一或多個柵極控制層的至少一者與該柵極介 電層接觸。該有源溝道還包含一或多個體層，該一或多個體層與該一或多個柵極控制層的至少一者接觸。該一或多個體層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一 或多個元素。該一或多個體層具有第二組成，該第二組成不同于該第一組成。該有源溝道 還包含一或多個背溝道界面控制層，該一或多個背溝道界面控制層與該一或多個體層的至 少一者接觸。該一或多個背溝道界面控制層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組 成群組的一或多個元素。該一或多個背溝道界面控制層具有第三組成，該第三組成不同于 該第一組成與該第二組成之一者或多者。該TFT還包含源極與漏極電極，該源極與漏極電 極耦接到該一或多個背溝道界面控制層的至少一者。在另一實施例中，本發(fā)明揭示一種TFT的制造方法。該方法包含沉積柵極介電層 于柵極電極與基板上方；以及形成有源溝道于該柵極介電層上方。該形成的步驟包含沉 積一或多個柵極控制層于該柵極介電層上方，該一或多個柵極控制層包含氧、氮、以及選自 由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元素且具有第一組成。該一或多個柵極控制層 的至少一者與該柵極介電層接觸。該形成的步驟還包含沉積一或多個體層，該一或多個體 層與該一或多個柵極控制層的至少一者接觸。該一或多個體層包含氧、氮、以及選自由鋅、 銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元素。該一或多個體層具有第二組成，該第二組成不 同于該第一組成。該形成的步驟還包含沉積一或多個背溝道界面控制層，該一或多個背溝 道界面控制層與該一或多個體層的至少一者接觸。該一或多個背溝道界面控制層包含氧、 氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元素。該一或多個背溝道界面控制 層具有第三組成，該第三組成不同于該第一組成與該第二組成之一者或多者。該方法還包 含沉積導電層于該一或多個背溝道界面控制層的最上層上；以及圖案化該導電層，以界 定源極與漏極電極且暴露該一或多個背溝道界面控制層的最上層。


本發(fā)明的前述特征、詳細說明可以通過參照實施例來詳細地了解，其中一些實施 例繪示在附圖中。然而，值得注意的是附圖僅示出本發(fā)明的典型實施例，并且因此不會限制 本發(fā)明范圍，本發(fā)明允許其他等效的實施例。圖1A-1G為根據(jù)本發(fā)明一實施例的TFT 100在各制造階段的截面圖。圖2為根據(jù)一實施例的有源溝道200的截面圖。圖3為根據(jù)另一實施例的有源溝道300的截面圖。為了促進了解，倘若可行，則在圖式中使用相同的元件符號來指稱相同的元件。應 知悉，一實施例中揭示的元件可以有益地被用在其他實施例中，而不需贅述。
具體實施例方式本文討論的實施例可以在由AKT America公司(其為美國加州圣克拉拉市的應用 材料公司(Applied Materials, Inc.)的子公司)所制造且販售的物理汽相沉積(PVD)設 備中執(zhí)行。可了解，本文描述的方法可以在其他設備中執(zhí)行，包括由其他制造商制造且販售 的設備。本文討論的實施例不受限在PVD，而是可以使用其他沉積方法來實施，包括但不限 于化學汽相沉積(CVD)、等離子增強CVD(PECVD)、脈沖式激光沉積、旋涂式凝膠沉積以及原 子層沉積。圖1A-1G為根據(jù)本發(fā)明一實施例的TFT 100在各制造階段的截面圖。TFT可以包含基板102。在一實施例中，基板102可以包含玻璃。在另一實施例中，基板102可以包含 聚合物。在另一實施例中，基板102可以包含塑料。在又另一實施例中，基板102可以包含 金屬。在另一實施例中，基板102可以包含不銹鋼片。柵極電極104形成在基板上。柵極電極104可以包含導電層，該導電層控制TFT內(nèi) 載流子的移動。柵極電極104可以包含金屬，例如鋁、鉬、鎢、鉻、鉭或其組合?？梢允褂脗?統(tǒng)的沉積技術(shù)來形成柵極電極104，包括濺射、光刻及蝕刻?？梢酝ㄟ^毯覆式沉積(blanket cbpositing)導電層在基板102上來形成柵極電極104?？梢酝ㄟ^濺射來沉積導電層。之 后，可以沉積光刻膠層在導電層上?？梢詫⒐饪棠z層圖案化以形成掩模?？梢酝ㄟ^蝕刻去 除導電層的暴露部分以在基板102上留下柵極電極104來形成柵極電極104?？梢猿练e柵極介電層106在柵極電極104上。柵極介電層106影響TFT的亞閾值 擺幅或斜率及閾值電壓。對于硅系TFTs (即具有硅系半導體層(諸如非晶硅)的TFTs)， 柵極介電層106不能包含氧化硅，這是因為Vth遠離零伏特的柵極電壓，這會使TFT效能不 佳。但是，對于金屬氧化物TFTs，已發(fā)現(xiàn)到氧化硅可以作為有效的柵極介電層106。氧化硅 中的氧不會有害地改變金屬氧化物層，因此TFT不會失效(fail)。在一實施例中，柵極介電 層106可以包含氮化硅。在另一實施例中，柵極介電層106可以包含氧化硅。在另一實施例 中，柵極介電層106可以包含氧氮化硅。在另一實施例中，柵極介電層106可以包含A1203。 可以通過熟知的沉積技術(shù)來沉積柵極介電層106，包括PECVD。在一實施例中，可以通過PVD 來沉積柵極介電層106。在已經(jīng)沉積柵極介電層106之后，可以處理柵極介電層106。其一技術(shù)涉及將柵 極介電層106暴露于等離子108，以鈍化柵極介電層106的表面。在一實施例中，可以將柵 極介電層106暴露于具有含氧氣體(諸如N2O或O2)的等離子。在另一實施例中，可以在將 柵極介電層106暴露于含氧等離子之后，將柵極介電層106暴露于含吐、41~、隊或？!13的等 離子。在另一實施例中，可以在不存在等離子下，將柵極介電層106暴露于含氧氣體(諸如 N2O或O2)。在另一實施例中，可以在將柵極介電層106暴露于含氧氣體之后，將柵極介電層 106暴露于含氧等離子。在又另一實施例中，除了處理柵極介電層106以外或取代處理柵極 介電層106，可以沉積氧化硅層于柵極介電層106上。在處理柵極介電層106之后，可以沉積半導體層110于其上。半導體層110將是最 終TFT結(jié)構(gòu)中包含有源溝道的材料。半導體層110可以包含氧、氮、以及選自由鋅、鎵、鎘、 銦、錫及其組合所組成群組的一或多個元素。在一實施例中，半導體層110可以包含氧、氮、 以及具有填滿的s軌道和填滿的d軌道的一或多個元素。在另一實施例中，半導體層110可 以包含氧、氮、以及具有填滿的f軌道的一或多個元素。在另一實施例中，半導體層110可 以包含氧、氮、以及一或多個二價元素。在另一實施例中，半導體層110可以包含氧、氮、以 及一或多個三價元素。在另一實施例中，半導體層110可以包含氧、氮、以及一或多個四價 元素。可以將半導體層110沉積成非晶層、結(jié)晶層、或上述兩者的組合。半導體層110也可以包含摻雜劑?？墒褂玫倪m當?shù)膿诫s劑包括Al、Sn、Ga、Ca、Si、 Ti、Cu、Ge、In、Ni、Mn、Cr、V、Mg、SixNy, AlxOy 及 SiC。在一實施例中，摻雜劑包含鋁。在另 一實施例中，摻雜劑包含錫。半導體層 110 的實例包括有下列ZnOxNy、SnOxNy, InOxNy, CdOxNy, GaOxNy, ZnSnOxNy, ZnInOxNy, ZnCdOxNy, ZnGaOxNy, SnInOxNy, SnCdOxNy, SnGaOxNy, InCdOxNy, InGaOxNy, CdGaOxNy,ZnSnInOxNy, ZnSnCdOxNy、ZnSnGaOxNy, ZnInCdOxNy, ZnInGaOxNy, ZnCdGaOxNy、SnInCdOxNy, SnInGaOxNy, SnCdGaOxNy, InCdGaOxNy, ZnSnInCdOxNy, ZnSnInGaOxNy, ZnInCdGaOxNy 及 SnInCdGaOxNyO半導體層110的實例包括有下列的摻雜材料=ZnOxNy:Al> ZnOxNy: Sn、 SnOxNy Al、InOxNy Al、InOxNy Sn、CdOxNy Al、CdOxNy Sn、GaOxNy Al、GaOxNy Sn、ZnSnOxNy Al、 ZnInOxNy:Al、ZnInOxNy: Sn、ZnCdOxNy: AU ZnCdOxNy: Sn、ZnGaOxNy: AU ZnGaOxNy: Sn、 SnInOxNy:Al、SnCdOxNy:Al、SnGaOxNy: Al, InCdOxNy:Al、InCdOxNy: Sn、InGaOxNy:Al、 InGaOxNy: Sn, CdGaOxNy: Al, CdGaOxNy: Sn, ZnSnInOxNy:Al、ZnSnCdOxNy: Al、ZnSnGaOxNy: Al、 ZnInCdOxNy:Al、ZnInCdOxNy: Sn、ZnInGaOxNy: Al、ZnInGaOxNy: Sn、ZnCdGaOxNy: Al、 ZnCdGaOxNy: Sn、SnInCdOxNy: Al、SnInGaOxNy: Al、SnCdGaOxNy: Al、InCdGaOxNy: Al、 InCdGaOxNy:Sn, ZnSnInCdOxNy:Al, ZnSnInGaOxNy:Al, ZnInCdGaOxNy:Al, SHnCdfeiOxNy:Sn、及 SnInCdGaOxNy: Al ο可以通過濺射來沉積半導體層110。在一實施例中，濺射靶包含金屬，例如鋅、鎵、 鎘、銦、錫或其組合。濺射靶可以額外地包含摻雜。含氧氣體與含氮氣體被導入腔室內(nèi)以通 過反應性濺射來沉積半導體層110。在一實施例中，含氮氣體包含隊。在另一實施例中，含 氮氣體包含隊0、NH3或其組合。在一實施例中，含氧氣體包含02。在另一實施例中，含氧氣 體包含隊0。含氮氣體的氮與含氧氣體的氧與來自濺射靶的金屬反應，以在基板上形成包含 金屬、氧、氮以及可選摻雜的半導體材料。在一實施例中，含氮氣體與含氧氣體為獨立的氣 體。在另一實施例中，含氮氣體與含氧氣體包含相同的氣體。也可以在濺射期間提供額外 的添加劑(諸如B2H6, CO2, CO、CH4及其組合)到腔室。在已經(jīng)沉積半導體層110之后，可以沉積導電層112。在一實施例中，導電層112 可以包含金屬，例如鋁、鎢、鉬、鉻、鉭及其組合?？梢允褂肞VD來沉積導電層112。在已經(jīng)沉積導電層112之后，可以通過蝕刻去除導電層112的部分來界定源極電 極114、漏極電極116與有源溝道118。也可以通過蝕刻來去除半導體層110的部分。雖然 未示出，在沉積導電層之前，可以在半導體層110上方沉積帽蓋層(或蝕刻終止層)。蝕刻 終止層用于在蝕刻期間保護有源溝道118免于過度的等離子暴露。可以沉積第一帽蓋層120于半導體層110上方與有源溝道118內(nèi)。在一實施例中， 第一帽蓋層120可以包含氧化硅。在另一實施例中，第一帽蓋層120可以包含氧氮化硅。在 一實施例中，可以通過PECVD來沉積第一帽蓋層120。在另一實施例中，可以通過CVD來沉 積第一帽蓋層120。在另一實施例中，第一帽蓋層120可以包含碳化硅。在另一實施例中， 第一帽蓋層120可以包含無定形碳。為了沉積第一帽蓋層120，可以將含硅氣體導入工藝腔室內(nèi)。在一實施例中，含硅 氣體可以包含SiH4。在另一實施例中，含硅氣體可以包含TE0S。除了含硅氣體，也可以將 隊0、而、而2、02、0)、0)2、朋3及其組合導入?？梢栽贜2O與含硅氣體的流率為約20 1至約 40 1將N2O與含硅氣體導入。用在硅系TFTs (即包含硅的半導體層)的傳統(tǒng)氮化硅帽蓋 層中的氫與氮可能不具有足夠的氧來平衡對TFT的氫與氮效應，并且因此造成閥值電壓的 負偏移?？梢酝ㄟ^控制3讓4對隊0的比例來調(diào)整第一帽蓋層120中的氧含量。氧含量不應 太高。若第一帽蓋層120中的氧含量太高，則會顯著地減少導通電流(I。n)或遷移率。高氧 含量會擴大強正電荷在頂層上的源極-漏極圖案化期間所受損的半導電層的面積，其會影 響電場下的電子移動。除了含硅氣體與N2O氣體，也可以將氮氣(N2)導入。
除了含硅氣體與隊0氣體，可以將PH3氣體導入。氫可增加TFT的遷移率。因此， PH3氣體可以因氫存在于PH3氣體中而增加TFT的遷移率。然而，氫會使TFT的閥值電壓偏 移且變?yōu)楦?。因此，必須平衡在第一帽蓋層120沉積期間腔室中存在的氫的量，以符合使 用者需求。例如，若使用者愿意犧牲閥值電壓，則可以達到更高的遷移率。在一實施例中， PH3氣體與導入工藝腔室的氣體的總氫含量的比例可以為約1 190至約1 200。當沉 積含碳的第一帽蓋層120時，可以被導入的氣體包括&、H2及含碳氣體(諸如C2H2)。在已經(jīng)沉積第一帽蓋層120之后，可以處理第一帽蓋層120。其一技術(shù)涉及將第一 帽蓋層120暴露于等離子，以鈍化第一帽蓋層120的表面。在一實施例中，可以將第一帽蓋 層120暴露于具有含氧氣體(諸如N2O或O2)的等離子。在另一實施例中，可以在將第一帽 蓋層120暴露于含氧等離子之后，將第一帽蓋層120暴露于含H2、Ar、N2或PH3的等離子。在 另一實施例中，可以在不存在等離子下，將第一帽蓋層120暴露于含氧氣體(諸如N20、He、 吐、隊、02或其組合)。在另一實施例中，可以在將第一帽蓋層120暴露于含氧氣體之后，將 第一帽蓋層120暴露于含氧等離子?？梢猿练e第二帽蓋層122于第一帽蓋層120上方。在一實施例中，第二帽蓋層122 具有不同于第一帽蓋層120的組成。在另一實施例中，第二帽蓋層122與第一帽蓋層120 的組成相同。當?shù)谝幻鄙w層120與第二帽蓋層122的組成相同時，可以在單一沉積步驟中 來沉積第一帽蓋層120與第二帽蓋層122。在一實施例中，第一帽蓋層120與第二帽蓋層 122包含在單一工藝步驟中沉積的單一層，其具有在層中改變的組成梯度，從而使得在與有 源溝道118中半導體層110的界面處的氧含量比層的其余部分的氧含量更高。相對于第一 帽蓋層120與第二帽蓋層122的總厚度，第一帽蓋層120可以是總厚度的約5 20%。在 一實施例中，第一帽蓋層120的厚度可以為約75埃至約125埃。在已經(jīng)沉積第二帽蓋層122之后，可以處理第二帽蓋層122。其一技術(shù)涉及將第 二帽蓋層122暴露于等離子，以鈍化第二帽蓋層122的表面。在一實施例中，可以將第二帽 蓋層122暴露于具有含氧氣體(諸如隊0或O2)的等離子。在另一實施例中，可以在將第二 帽蓋層122暴露于含氧等離子之后，將第二帽蓋層122暴露于含H2、Ar、N2或PH3的等離子。 在另一實施例中，可以在不存在等離子下，將第二帽蓋層122暴露于含氧氣體(諸如N2O或 O2)。在另一實施例中，可以在將第二帽蓋層122暴露于含氧氣體之后，將第二帽蓋層122暴 露于含氧等離子。如圖IG所示，有源溝道118與柵極介電層106、第一帽蓋層120、源極電極114及 漏極電極116面接。因此，由于各種層的不同的載流子濃度、遷移率、能帶隙(band gap)、導 電率等，有源溝道118必須是非常多方適用的。若有源溝道是硅系，高摻雜的硅可被用來改 善有源層與金屬電極之間的接觸電阻，而不是只使用硅。已驚訝發(fā)現(xiàn)的是，當有源溝道包含氧、氮、以及選自由鋅、鎘、錫、銦及鎵所組成群 組的一或多個元素，可以調(diào)適有源溝道的特性以符合使用者的需求。例如，有源溝道可以包 含多個層(而不是只有一層)，其中各層具有不同的半導體性質(zhì)(例如載流子濃度、遷移率、 能帶隙、導電率及組成)，而該些層的各層具有氧、氮、以及選自由鋅、鎘、錫、銦及鎵所組成 群組的一或多個元素。在一實施例中，用于有源溝道的多個層甚至可以具有不同的元素。多 個層的目的是為了調(diào)節(jié)有源層與柵極介電層之間的界面以及有源層與帽蓋層之間的界面。 多個層調(diào)整有源層中建立的電勢，以達到最佳的可能效能。多個有源層可以用來建立勢壘，以停止不希望的物種的擴散或免于不希望的工藝條件的附著。圖2為根據(jù)一實施例的有源溝道200的截面圖。有源溝道200包含三層，即柵極控 制層202 (其鄰近于柵極介電層)、體層204及背溝道界面控制層206 (其鄰近于源極電極、 漏極電極和帽蓋層)。柵極控制層202、體層204及背溝道界面控制層206的各者可以具有 不同的半導體性質(zhì)(例如載流子濃度、遷移率、能帶隙、結(jié)晶取向、結(jié)晶比例或化學組成)。 該些層之間的性質(zhì)變化可以是突然的或漸進的。此外，在一實施例中，該些層的厚度可以不 是一致的。柵極控制層202是理想上大部分電流將流經(jīng)其間的層。所以，流經(jīng)柵極控制層202 的電流遠大于流經(jīng)體層204與背溝道界面控制層206的電流。在一實施例中，柵極控制層 202可以具有約10埃至約100埃的厚度。在另一實施例中，柵極控制層202可以具有約50 埃至約100埃的厚度。由于與柵極介電層面接，柵極控制層202相對于體層204與界面控 制層206可以具有高遷移率。在一實施例中，柵極控制層202可以包含單一層。在一實施 例中，單一的柵極控制層202可以在層中漸次分級，從而使得組成、濃度、遷移率、能帶隙、 結(jié)晶取向或結(jié)晶比例在層中變化。此變化可以通過在沉積柵極控制層202期間利用不同的 氣體添加劑或在沉積柵極控制層202期間利用不同的各種工藝氣體量來實現(xiàn)。在另一實施例中，柵極控制層202可以由多個層構(gòu)成。該多個層可以具有不同的 半導體性質(zhì)(例如載流子濃度、遷移率、能帶隙、結(jié)晶取向、結(jié)晶比例或化學組成)和甚至不 同的厚度。高或低導電率層可以作為多層的柵極控制層202的其中一層。具有高或低載流 子濃度的層可以作為多層的柵極控制層202的其中一層。具有不同能帶隙的層可以作為多 層的柵極控制層202的其中一層。在沉積柵極控制層202(無論是單一層或多層結(jié)構(gòu))之前，可以調(diào)理(season)濺 射靶一段時間。在一實施例中，此時間可以為約30秒?？梢酝ㄟ^提供工藝氣體(例如氬、 氮與氨)同時輸送DC功率到靶材長達預設時間來調(diào)理靶材。在一實施例中，氬與氨的比例 可以是約12 1。在另一實施例中，氮與氨的比例可以是約50 1。在另一實施例中，氬 與氮的比例可以是約12 5。可以將工藝腔室的溫度維持在約100°C至約300°C。在另一 實施例中，可以將工藝腔室的溫度維持在約180°C至約200°C在沉積柵極控制層202之后，可以沉積體層204。體層204可以沿著源極和漏極電 極之間的溝道具有低導電率，并且在柵極控制層與源極和漏極電極之間具有高導電率。體 層204中可以具有低的局部電荷俘獲(charge trapping)。可以將體層204沉積為單一層。 在一實施例中，可以將體層204漸次分級而使得遷移率、組成、載流子濃度、導電率或能帶 隙在層中變化。在另一實施例中，體層204可以包含多個層。在一實施例中，多層的體層的 其中一層可以具有高或低的導電率，從而使得該多層的體層在高與低導電率之間交替(即 高-低-高或低-高-低的導體層)。在另一實施例中，多層的體層的其中一層可以具有高 或低的載流子濃度(即高-低-高或低-高-低的載流子濃度層)。在另一實施例中，多層 的體層的其中一層可以具有不同的能帶隙。在一實施例中，體層204可以具有約200埃至 約300埃的總厚度。當體層204包含多個層時，該多個層可以具有不同的半導體性質(zhì)(例 如載流子濃度、遷移率、能帶隙、結(jié)晶取向、結(jié)晶比例或化學組成)和甚至不同的厚度。在沉積體層204之后，可以沉積背溝道界面控制層206。在一實施例中，背溝道界 面控制層206可以具有約50埃至約200埃的厚度。背溝道界面控制層206可以在溝道材料與鈍化或帽蓋層之間造成少量的俘獲(trapping)。背溝道界面控制層206中的低導電率 在源極和漏極電極之間造成低的導電率，以及在柵極控制層202與源極和漏極電極之間造 成高的導電率。少量的局部電荷俘獲發(fā)生在背溝道界面控制層206中，以及在界面控制層 206與體層204之間。背溝道界面控制層206也可保護體層204與柵極控制層202免于任 何不希望的物種的擴散。背溝道界面控制層206可以包含單一層。當背溝道界面控制層206為單一層時，該 層可以漸次分級。在一實施例中，背溝道界面控制層206可以包含多個層。該多個層可以具 有不同的半導體性質(zhì)(例如載流子濃度、遷移率、能帶隙、結(jié)晶取向、結(jié)晶比例或化學組成) 和甚至不同的厚度。當使用多個層時，可以將高或低的導電率層或?qū)⒕哂懈呋虻偷妮d流子 濃度的層或具有不同能帶隙的層插置在背溝道界面控制層206的多層結(jié)構(gòu)內(nèi)?？梢允褂貌?同于體層204或柵極控制層202的氣體添加劑來沉積多層的背溝道界面控制層206(當沉 積為多層時)的最后一層。最后一層可以具有高或低的遷移率、載流子濃度、或能帶隙。在 一實施例中，背溝道界面控制層206可以部分地或完全地被轉(zhuǎn)變成在與源極和漏極電極接 觸的區(qū)域和在有源溝道的區(qū)域中具有不同的膜性質(zhì)。圖3為根據(jù)另一實施例的有源溝道300的截面圖。圖3的有源溝道300具有三層 302,304,306 (其包含柵極控制層)、三層308,310,312 (其包含體層)、以及三層314、316、 318(其包含背溝道界面控制層)?？闪私猓瑘D上顯示柵極控制層、體層及背溝道界面控制層 的各者為三層，可以具有更多或更少的層。該些層之間，可以具有不同的厚度、載流子濃度、 遷移率、能帶隙、結(jié)晶取向、結(jié)晶比例或化學組成。表一
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管，包含柵極介電層，其設置在柵極電極與基板上方； 有源溝道，其耦接到該柵極介電層而與該基板相對，該有源溝道包含 一或多個柵極控制層，其包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或 多個元素且具有第一組成，該一或多個柵極控制層的至少一者與該柵極介電層接觸；一或多個體層，其與該一或多個柵極控制層的至少一者接觸，該一或多個體層包含氧、 氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元素且具有第二組成，該第二組成 不同于該第一組成；以及一或多個背溝道界面控制層，其與該一或多個體層的至少一者接觸，該一或多個背溝 道界面控制層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元素且具有 第三組成，該第三組成不同于該第一組成與該第二組成的一者或多者；以及 源極與漏極電極，其耦接到該一或多個背溝道界面控制層的至少一者。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中該一或多個柵極控制層整體地具有第一厚 度，該一或多個體層整體地具有第二厚度，且該一或多個背溝道界面控制層整體地具有第 三厚度，以及其中該第二厚度大于該第三厚度且該第三厚度大于該第一厚度。
3.如權(quán)利要求2所述的薄膜晶體管，其中該一或多個柵極控制層具有第一遷移率，該 一或多個體層具有第二遷移率，且該一或多個背溝道界面控制層具有第三遷移率，以及其 中該第一遷移率、該第二遷移率與該第三遷移率不同；及，其中該一或多個柵極控制層具有 第一導電率，該一或多個體層具有第二導電率，且該一或多個背溝道界面控制層具有第三 導電率，以及其中該第一導電率、該第二導電率與該第三導電率不同。
4.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中該一或多個柵極控制層包含復數(shù)個層，其中 該一或多個體層包含復數(shù)個層，及其中該一或多個背溝道界面控制層包含復數(shù)個層。
5.一種薄膜晶體管的制造方法，包含下列步驟 沉積柵極介電層于柵極電極與基板上方；形成有源溝道于該柵極介電層上方，該形成的步驟包含沉積一或多個柵極控制層，該一或多個柵極控制層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、 鎘與鎵所組成群組的一或多個元素且具有第一組成，該一或多個柵極控制層的至少一者與 該柵極介電層接觸；沉積一或多個體層，該一或多個體層與該一或多個柵極控制層的至少一者接觸，該一 或多個體層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所組成群組的一或多個元素且具有第 二組成，該第二組成不同于該第一組成；以及沉積一或多個背溝道界面控制層，該一或多個背溝道界面控制層與該一或多個體層的 至少一者接觸，該一或多個背溝道界面控制層包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、錫、鎘與鎵所 組成群組的一或多個元素且具有第三組成，該第三組成不同于該第一組成與該第二組成之 一者或多者；沉積導電層于該一或多個背溝道界面控制層的最上層上；以及 圖案化該導電層，以界定源極與漏極電極且暴露該一或多個背溝道界面控制層的最上層。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該一或多個柵極控制層整體地具有第一厚度，該一或多個體層整體地具有第二厚度，且該一或多個背溝道界面控制層整體地具有第三厚度， 以及其中該第二厚度大于該第三厚度且該第三厚度大于該第一厚度。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該一或多個柵極控制層具有第一遷移率，該一或多 個體層具有第二遷移率，且該一或多個背溝道界面控制層具有第三遷移率，以及其中該第 一遷移率、該第二遷移率與該第三遷移率不同。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該一或多個柵極控制層具有第一導電率，該一或多 個體層具有第二導電率，且該一或多個背溝道界面控制層具有第三導電率，以及其中該第 一導電率、該第二導電率與該第三導電率不同。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該一或多個柵極控制層包含復數(shù)個層，及其中該一 或多個背溝道界面控制層包含復數(shù)個層。
10.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該沉積一或多個柵極控制層的步驟包含將氬、含 氮氣體與含氧氣體導入濺射腔室內(nèi)；以及濺射含鋅靶材。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該含氧氣體包含一氧化二氮，并且該含氮氣體包 含氮氣，及其中該一或多個柵極控制層包含復數(shù)個層，以及其中該些柵極控制層的至少兩 層的組成不同。
12.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該沉積一或多個體層的步驟包含將氬、含氮氣體 與含氧氣體導入濺射腔室內(nèi)；以及濺射含鋅靶材。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該含氧氣體包含一氧化二氮，并且該含氮氣體包 含氮氣；及其中該一或多個體層包含復數(shù)個層，以及其中該些體層的至少兩層的組成不同。
14.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該沉積一或多個背溝道界面控制層的步驟包含將 氬、含氮氣體與含氧氣體導入濺射腔室內(nèi)；以及濺射含鋅靶材。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該含氧氣體包含一氧化二氮，并且該含氮氣體包 含氮氣，及其中該一或多個背溝道界面控制層包含復數(shù)個層，以及其中該些背溝道界面控 制層的至少兩層的組成不同。
全文摘要
本文揭示的實施例大致上關于TFTs以及制造TFTs的方法。在TFTs中，有源溝道層攜送電流于源極與漏極電極之間。通過調(diào)適有源溝道的組成，可以控制電流。有源溝道可以包含三層，即柵極控制層、體層及界面控制層。該些個別的層可以具有不同的組成。此外，柵極控制層、體層及界面控制層的各者可以包含多個具有不同組成的層。有源溝道的各層的組成包含氧、氮、以及選自由鋅、銦、鎘、錫、鎵及其組合所組成群組的一或多個元素。通過改變該些層之間的組成，可以控制各層的遷移率、載流子濃度及導電率，以制造具有所希望性質(zhì)的TFT。
文檔編號H01L29/786GK102124569SQ200980125524
公開日2011年7月13日 申請日期2009年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月2日
發(fā)明者彥·葉 申請人:應用材料股份有限公司