專利名稱：包括凹進(jìn)輪廓的垂直晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體器件，具體地，涉及晶體管器件。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體處理技術(shù)中，借助結(jié)合了選擇性蝕刻處理的光刻法來對相對于晶片表面是水平的平面襯底表面進(jìn)行構(gòu)圖。在集成電路的處理中，在晶片或襯底表面上形成具有顯著形貌的起伏。通常，這類起伏包括相對于襯底表面傾斜或垂直的表面。隨著集成電路的尺寸不斷縮小，越來越有必要形成垂直或傾斜的器件表面，以便在其垂直范圍上從功能上區(qū)分這些器件，同時(shí)仍保持圖案對準(zhǔn)。這些類型的半導(dǎo)體器件的示例包括深溝式電容器、疊層電容器和垂直晶體管。當(dāng)前，使用常規(guī)光刻技術(shù)，不可能將圖案直接設(shè)置在相對于襯底表面垂直的壁上。 通常，使用適合的填料來完成這類垂直壁構(gòu)圖，所述填料在部分地填入溝槽中時(shí)用作壁的位于下面的部分的掩模，同時(shí)允許處理填料以上的壁。例如，當(dāng)要在填料以下的垂直壁上僅沉積氧化物時(shí)，首先在起伏的整個(gè)表面上沉積或產(chǎn)生氧化物。最初用適合的填料完全填充起伏或溝槽。隨后，使填料凹進(jìn)回到正好覆蓋預(yù)期的氧化物的深度。在去除氧化物的未覆蓋區(qū)域之后，去除剩余的填料?？商鎿Q地，當(dāng)要僅在垂直壁的上部區(qū)域中沉積或產(chǎn)生氧化物時(shí)，首先在整個(gè)起伏圖案的整個(gè)表面上提供蝕刻停止層，例如，氮化物層。將易于受定向蝕刻影響的不同材料，例如多晶硅，用于填充起伏，并進(jìn)行蝕刻，直至回到最終垂直氧化物的預(yù)期覆蓋深度。在從壁的未填充區(qū)域去除蝕刻停止層后，在未覆蓋的區(qū)域中使用熱工藝沉積或產(chǎn)生氧化物。接下來，各向異性地蝕刻氧化物，這從水平方向去除沉積的氧化物。這之后是去除填料，隨后去除蝕刻停止層。存在可以用于在襯底起伏的垂直或傾斜表面上沉積薄膜的沉積工藝。然而，其難以控制所沉積的層的厚度。通常，隨著起伏深度的增大，例如，隨著垂直或傾斜壁的長度增大，覆蓋層的厚度減小。這樣，在起伏的長度上，使用這些類型的沉積工藝沉積的層在深度上具有相對大的差別。這些類型的沉積工藝包括等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)和使用四乙基原硅酸酯(TEOS )的氧化硅的限制擴(kuò)散沉積工藝。由此，當(dāng)前正需要提供包括被構(gòu)圖的垂直或傾斜器件表面的半導(dǎo)體器件架構(gòu)。當(dāng)前還需要提供能夠在無需高分辨率對準(zhǔn)容限的情況下，處理半導(dǎo)體器件的小器件特征的制造技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種晶體管包括襯底、導(dǎo)電材料層和電絕緣材料層。襯底、導(dǎo)電材料層和電絕緣材料層中的一個(gè)或多個(gè)的至少一部分限定出凹進(jìn)輪廓。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，電絕緣材料層是第一電絕緣材料層，并且所述晶體管包括與所述凹進(jìn)輪廓相符的第二電絕緣材料層。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，半導(dǎo)體材料層與接觸所述第二電絕緣材料層的凹進(jìn)輪廓相符。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，電絕緣材料層和導(dǎo)電材料層限定出凹進(jìn)輪廓。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種驅(qū)動半導(dǎo)體器件的方法，包括提供晶體管，該晶體管包括襯底、第一導(dǎo)電材料層和電絕緣材料層，所述電絕緣材料層包括與所述導(dǎo)電材料層相關(guān)的凹進(jìn)輪廓；位于所述電絕緣材料層上的第二導(dǎo)電材料層；以及位于所述襯底上的第三導(dǎo)電材料層；在所述第二導(dǎo)電材料層與所述第三導(dǎo)電材料層之間施加電壓；以及對所述第一導(dǎo)電材料層施加電壓，以電連接所述第二導(dǎo)電材料層和所述第三導(dǎo)電材料層。


在以下的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明中，參照了附圖，在其中圖I是垂直晶體管的示意性截面
圖2至8是與制造圖I所示的垂直晶體管的方法的示例性實(shí)施例相關(guān)的處理步驟的示意性截面圖；圖9是示出圖I所示的垂直晶體管的性能轉(zhuǎn)移特性的曲線圖；以及圖10是示出圖I所示的垂直晶體管的性能Id-Vd曲線特性的曲線圖。
具體實(shí)施例方式本說明書將具體涉及構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的器件的一部分的元件，或者與該器件更直接合作的元件。應(yīng)理解，沒有具體示出或說明的元件可以采取本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種形式。參照圖1，示出了垂直晶體管100的示意性截面圖。晶體管100包括襯底110、(第一)導(dǎo)電材料層120和(第一)電絕緣材料層130。晶體管100還包括另一個(gè)(第二)電絕緣材料層150、半導(dǎo)體材料層160、(多個(gè))電極700和電極800。導(dǎo)電層120位于襯底110與絕緣層130之間。導(dǎo)電層120的第一表面與襯底110的第一表面接觸，而導(dǎo)電層120的第二表面與絕緣層130的第一表面接觸。絕緣材料層130常常稱為電介質(zhì)材料層。襯底HO常常稱為支撐，可以是剛性的或者柔性的。對絕緣層130、導(dǎo)電層120、襯底100或其組合適當(dāng)?shù)卮_定尺寸(大小)、定位，或者相對于至少一個(gè)其他層或襯底確定尺寸并定位，以在晶體管100中產(chǎn)生凹進(jìn)輪廓170。這樣，可以說，絕緣層130、導(dǎo)電層120、襯底100中的一個(gè)或多個(gè)的至少一部分限定出晶體管100的凹進(jìn)輪廓170。凹進(jìn)輪廓170遮擋至少一些導(dǎo)電層120以避開使用定向(或視線)沉積(或涂層)工藝沉積(或涂覆)的材料。凹進(jìn)輪廓170允許至少一些導(dǎo)電層120對于使用共形(conformal)沉積(或涂層)工藝沉積的材料是可達(dá)到的。例如，電絕緣材料層130和導(dǎo)電材料層120可以限定出凹進(jìn)輪廓170。如圖I所示，由電絕緣材料層130和導(dǎo)電材料層120之一或二者的部分來限定出凹進(jìn)輪廓170。對絕緣層130確定大小并定位，以延伸超過導(dǎo)電層120，以使得絕緣層130產(chǎn)生相對于導(dǎo)電層120的凹進(jìn)輪廓170?？商鎿Q地表述，對導(dǎo)電層120確定大小并定位，以便在絕緣層130終止之前終止(如圖I所示，在左右兩個(gè)方向上)，以使得導(dǎo)電層120產(chǎn)生相對于絕緣層130的凹進(jìn)輪廓170。絕緣材料層150與晶體管100的凹進(jìn)輪廓170相符。絕緣材料層150包括第一和第二表面，第一表面與絕緣層130、導(dǎo)電層120和襯底110的部分表面接觸。半導(dǎo)體材料層160與晶體管100的凹進(jìn)輪廓170相符。半導(dǎo)體層160包括第一和第二表面，并且第一表面與絕緣層150的第二表面接觸。半導(dǎo)體層160的第二表面的相異的(或單獨(dú)的、不同的)部分與(多個(gè))電極700和電極800接觸。(多個(gè))電極700包括另一個(gè)(第二)導(dǎo)電材料層710。電極800包括另一個(gè)(第三)導(dǎo)電材料層810。在晶體管100的不同位置處彼此間隔開地定位(多個(gè))電極700和電極800。第二和第三導(dǎo)電材料層710、810可以是相同的材料層。當(dāng)這完成時(shí)，(多個(gè))電極700和電極800被包括在同一導(dǎo)電材料層的相異部分中，或者是材料層710或者是材料層810。可替換地，第二和第三導(dǎo)電材料層710、810可以是相異的(不同的)材料層。導(dǎo)電層120用作晶體管100的柵極。在晶體管100的一些示例性實(shí)施例中，(多個(gè))電極700用作晶體管100的漏極，電極800用作晶體管100的源極。在晶體管100的其他示例性實(shí)施例中，(多個(gè))電極700用作源極，而電極800用作漏極。
以如下方式驅(qū)動半導(dǎo)體器件。在提供晶體管100后，在第二導(dǎo)電材料層710與第三導(dǎo)電材料層810之間施加電壓。還向第一導(dǎo)電材料層120施加電壓，以電連接第二導(dǎo)電材料層710和第三導(dǎo)電材料層810。晶體管100的凹進(jìn)輪廓170允許晶體管的半導(dǎo)體材料溝道的尺寸與導(dǎo)電層120的厚度相關(guān)聯(lián)，導(dǎo)電層120用作晶體管100的柵極。有利地，本發(fā)明的該架構(gòu)減小了在包括小溝道的晶體管制造過程中對高分辨率或極精確的對準(zhǔn)特征的依賴。參照圖2至8，示出了與制造晶體管100的方法的示例性實(shí)施例相關(guān)聯(lián)的處理步驟的示意性截面圖?！阏f來，以以下方式制造晶體管100。提供襯底110，其依次包括導(dǎo)電材料層120和電絕緣材料層130?？刮g劑材料層140在電絕緣材料層130之上。對抗蝕劑材料層140進(jìn)行構(gòu)圖，以暴露一部分電絕緣材料層130。去除電絕緣材料層130的暴露部分，以暴露一部分導(dǎo)電材料層120。去除導(dǎo)電材料層120的暴露部分。繼續(xù)去除導(dǎo)電材料層120，以生成凹進(jìn)輪廓170。如圖I所示，通過去除一些導(dǎo)電材料層120，同時(shí)保留一些電絕緣層130來生成凹進(jìn)輪廓170。在此情況下，可以說相對于電絕緣材料層130，在導(dǎo)電材料層120中生成凹進(jìn)輪廓170。如果有必要，在去除光致抗蝕劑層140后，使用第二電絕緣材料層150來共形地覆蓋襯底110和剩余的暴露的材料層120、130。使用半導(dǎo)體材料層160來共形地覆蓋第二電絕緣材料層150。將導(dǎo)電材料層710或者810或者二者定向沉積在半導(dǎo)體材料層160 上?？梢栽陔娊^緣材料層130上沉積抗蝕劑材料層140，并在相同的處理步驟中對其進(jìn)行構(gòu)圖?？梢允褂靡簯B(tài)蝕刻劑以去除電絕緣材料130的暴露部分，以暴露一部分導(dǎo)電材料層120?？梢詫⒂糜谌コ娊^緣材料層130的暴露部分相同的液態(tài)蝕刻劑用于去除導(dǎo)電材料層120的暴露部分，以在導(dǎo)電材料層120中生成凹進(jìn)輪廓170。在一些示例性實(shí)施例中，襯底110可以包括多于一個(gè)材料層。在一些示例中可以包括附加的材料層，以在制造過程期間改進(jìn)或保持襯底110的結(jié)構(gòu)完整性。當(dāng)襯底110包括多于一個(gè)材料層時(shí)，例如，第一層和第二層，制造方法可以包括去除襯底110的第二層。返回參照圖2，示出了在材料處理之前晶體管100材料層的示意性截面圖。用于形成垂直晶體管器件的制造過程以襯底110開始，該襯底110整體上不導(dǎo)電或者與襯底的至少相鄰于導(dǎo)電層120的部分有關(guān)的局部上不導(dǎo)電(如圖2所示的襯底110的頂部)，以使得不發(fā)生晶體管100的電氣短路。將導(dǎo)電層120施加或沉積在襯底110上。導(dǎo)電層200用作晶體管100的柵極，并由其厚度(如圖2所示的縱向上)限定按其厚度的柵極的長度。將電介質(zhì)不導(dǎo)電層130施加或涂覆到導(dǎo)電層120上。不導(dǎo)電層130是沒有圖案的均勻?qū)?。將抗蝕劑層140施加到電介質(zhì)不導(dǎo)電層130。對抗蝕劑400進(jìn)行構(gòu)圖。襯底110不與任何層或處理方法明顯地相互作用。襯底110常常稱為支撐，可以用于在制造、測試和/或使用期間支撐薄膜晶體管(也稱為TFT)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識至IJ，為商品化的實(shí)施例選擇的支撐可以與為用于測試或篩選的實(shí)施例選擇的不同。在一些實(shí)施例中，襯底110不為TFT提供任何必要的電氣功能。本文中將此類襯底110稱為“非參與型支撐”。有用的襯底材料包括有機(jī)或無機(jī)材料。例如，襯底110可以包括無機(jī)玻璃、陶瓷箔、聚合物材料、填充聚合物材料、鍍膜金屬箔、丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂類、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚酮、聚(氧-1、4-亞苯氧基-1、4-亞苯基羰基-1、4-亞苯基)(有時(shí)稱為聚(醚醚酮)或PEEK)、聚降冰片烯、聚苯醚、聚(萘二羧酸乙二酯)(PEN)、聚(對苯二甲酸乙二酯)(PET)、聚(醚砜)(PES)、聚(苯硫醚)(PPS)和纖維強(qiáng)化塑料(FRP)。襯底110的厚度可 以改變，通常在約100 μ m到約1cm。在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例中可以使用柔性支撐或襯底110。使用柔性襯底110允許卷繞處理，其可以是連續(xù)的，相對于平坦或剛性的支撐，提供了規(guī)模和制造的經(jīng)濟(jì)性。所選的柔性支撐優(yōu)選能夠由單手用較小力量圍繞直徑小于約50cm的，更優(yōu)選地直徑25cm,以及最優(yōu)選地直徑IOcm的，圓柱形的圓周卷繞，而不會變形或者破裂。優(yōu)選的柔性支撐可以自身卷繞。另外的柔性支撐的示例包括諸如不銹鋼的薄金屬箔，只要箔被絕緣層涂覆以電絕緣薄膜晶體管即可。如果不在意柔軟性，那么襯底可以是由包括玻璃和硅的材料制成的晶片或者薄片。在一些示例性實(shí)施例中，襯底110可以包括臨時(shí)支撐或支撐層，例如，當(dāng)出于例如制造、運(yùn)輸、測試或者儲存的暫時(shí)目的而期望有附加的結(jié)構(gòu)支撐時(shí)。在這些示例性實(shí)施例中，可以將襯底110可分離地粘接或機(jī)械地貼附到臨時(shí)支撐上。例如，在晶體管制造過程中，可以將柔性聚合物支撐臨時(shí)粘接到剛性玻璃支撐上，以提供增加的結(jié)構(gòu)剛性。在制造過程完成后，可以從柔性聚合物支撐去除玻璃支撐。導(dǎo)電層120通常稱為導(dǎo)體，可以是允許導(dǎo)電層120用作柵極的任何適合的導(dǎo)電材料。本領(lǐng)域中已知的各種柵極材料也是適合的，包括金屬、退化摻雜半導(dǎo)體、導(dǎo)電聚合物和可印刷的材料，如碳墨、銀環(huán)氧樹脂、或者可燒結(jié)金屬納米粒子懸浮液。例如，柵極電極可以包括摻雜硅或者金屬、如鋁、鉻、金、銀、鎳、銅、鎢、鈀、鉬、鉭和鈦。柵極電極材料還可以包括透明導(dǎo)體，如氧化銦錫(ITO)、ZnO, SnO2、或Ιη203。也可以使用導(dǎo)電聚合物，如聚苯胺、聚(3，4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸鹽)(PED0T:PSS)。另外，可以使用這些材料的合金、組合物和多個(gè)層?？梢允褂没瘜W(xué)氣相沉積、濺射、蒸發(fā)、摻雜或溶解處理，將柵極電極沉積在襯底110上。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，相同的材料可以提供柵極電極功能，也可以提供襯底Iio的支撐功能，只要襯底110還包括用以電絕緣晶體管100的絕緣層。例如，摻雜硅可以用作柵極電極并支撐TFT。柵極電極的厚度(如圖2所示的縱向)可以變化，通常從約100到約lOOOOnm。由于厚度限定了柵極長度，厚度通常比共形涂覆的材料的厚度厚兩倍，以便減小電氣短路的可能性。如圖2所示，將不導(dǎo)電層130均勻涂覆在導(dǎo)電層120上。適合用于不導(dǎo)電層130的示例性材料包括鍶酸鹽、鉭酸鹽、鈦酸鹽、鋯酸鹽、氧化鋁、二氧化硅、氧化鉭、氧化鈦、氮化硅、鈦酸鋇、錫鍶鈦酸鹽、鋯鈦酸鋇、硒化鋅、硫化鋅。另外，可以將這些示例的合金、組合物和多個(gè)層用于不導(dǎo)電層130，通常稱為柵極電介質(zhì)。這些材料中，氧化鋁、氮化硅和硒化鋅是優(yōu)選的。另外，可以使用諸如聚酰亞胺、聚乙烯醇、聚(4-乙烯基苯酚)、聚酰亞胺和聚(偏二氟乙烯)、聚苯乙烯及其替代衍生物材料、聚(乙烯基萘)及替代衍生物和聚(甲基丙烯酸甲酯)之類的聚合物。使用抗蝕劑400涂覆不導(dǎo)電層130。對抗蝕劑400進(jìn)行構(gòu)圖?？刮g劑400可以是本領(lǐng)域已知的常規(guī)光致抗蝕劑，諸如聚合物正性抗蝕劑或者負(fù)性抗蝕劑。通過以對于襯底110的低分辨率(>1_)對準(zhǔn)的掩模對抗蝕劑400進(jìn)行曝光，并顯影以產(chǎn)生抗蝕劑的圖案。 在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，使用印刷工藝來完成抗蝕劑400的構(gòu)圖，諸如以構(gòu)圖方式直接印刷抗蝕劑而不使用掩模的苯胺印刷或噴墨印刷。返回參照圖3到5，示出了在材料處理期間及之后的晶體管100材料層的示意性截面圖。在圖3中，通過構(gòu)圖的抗蝕劑400來蝕刻通常稱為非導(dǎo)體的不導(dǎo)電層130。蝕刻劑可以是任何去除不導(dǎo)電材料而基本上不損害抗蝕劑400或底層的導(dǎo)電層120的有機(jī)或無機(jī)材料。隨后使用適合的蝕刻劑去除導(dǎo)體120，該蝕刻劑去除導(dǎo)體120，但對襯底110或上覆的非導(dǎo)體130影響很小。這樣，所選的蝕刻劑常常取決于襯底110、導(dǎo)體120或者非導(dǎo)體130。蝕刻劑與抗蝕劑400的相互作用和此時(shí)抗蝕劑400的損失通常無關(guān)緊要，因?yàn)榉菍?dǎo)體130現(xiàn)在用作掩模。如圖3所示，使用的(多個(gè))蝕刻過程蝕刻掉部分導(dǎo)體120和非導(dǎo)體130，以使得導(dǎo)體120和非導(dǎo)體130具有相同的圖案。如圖4所示,繼續(xù)導(dǎo)體120的選擇性蝕刻,直到形成圖4所示的凹進(jìn)輪廓170。當(dāng)導(dǎo)體120的蝕刻完成時(shí)，非導(dǎo)體130突出于產(chǎn)生凹進(jìn)輪廓170的導(dǎo)體120之上，凹進(jìn)輪廓170足以遮蔽(導(dǎo)體120或者襯底110的)至少一些下層表面以避免被設(shè)置在襯底110上的定向(或視線)涂層源(如圖4所示)涂覆。換句話說，導(dǎo)體120懸掛在非導(dǎo)體130之下。當(dāng)完成半導(dǎo)體器件時(shí)，剩余的導(dǎo)體120用作柵極導(dǎo)體。此時(shí)，如果有必要，則去除抗蝕劑400。如果需要，可以對材料層疊置體執(zhí)行溫和的清洗，只要清洗處理不去除凹進(jìn)輪廓170即可。圖5示出已經(jīng)生成凹進(jìn)輪廓170之后和去除抗蝕劑之后的半導(dǎo)體器件的截面圖。返回參照圖6和7，示出了在通常稱為絕緣體的電介質(zhì)不導(dǎo)電材料和半導(dǎo)體材料的共形涂覆之后的半導(dǎo)體器件的示意性截面圖。在圖6中，隨后使用共形涂層沉積工藝在襯底110和由材料層120及130構(gòu)成的形貌特征上共形涂覆電介質(zhì)不導(dǎo)電材料150。使用共形涂層工藝涂覆不導(dǎo)電材料150有助于保留凹進(jìn)輪廓170。不導(dǎo)電材料150常常稱為柵極電介質(zhì)。適合的不導(dǎo)電材料包括鍶酸鹽、鉭酸鹽、鈦酸鹽、鋯酸鹽、氧化鋁、二氧化硅、氧化鉭、氧化鈦、氮化硅、鈦酸鋇、錫鍶鈦酸鹽、鋯鈦酸鋇。由于電介質(zhì)材料將柵極導(dǎo)體與要涂覆的半導(dǎo)體材料分隔開，至少在凹進(jìn)輪廓170和柵極所在的區(qū)域中以一致或均勻的厚度提供共形涂覆的材料是重要的。用于完成共形涂層的優(yōu)選工藝包括原子層沉積(ALD)或其衍生工藝之一，諸如空間ALD (S-ALD)或等離子體增強(qiáng)ALD (PEALD)，因?yàn)檫@些工藝可以在變化很大的形貌上產(chǎn)生厚度均勻的涂層。以下更詳細(xì)地討論ALD和S-ALD。在圖7中，隨后使用共形涂層沉積工藝涂覆半導(dǎo)體材料160，這有助于保留凹進(jìn)輪廓170。這個(gè)共形涂層工藝可以是先前用于涂覆電介質(zhì)材料的同一工藝?？商鎿Q地，該共形涂層工藝可以是不同的。由于當(dāng)柵極120通電時(shí)半導(dǎo)體材料160用作電極700和800之間的溝道，至少在凹進(jìn)輪廓170和柵極所在的區(qū)域中，更優(yōu)選地，在包括凹進(jìn)輪廓170和柵極所在的區(qū)域的電極700與電極800之間的區(qū)域中，以一致或均勻的厚度提供共形涂覆的材料是重要的。用于共形涂層的優(yōu)選工藝包括原子層沉積(ALD)或其各種衍生工藝之一，諸如空間ALD (S-ALD)0該工藝在變化很大的形貌上產(chǎn)生厚度均勻的涂層。以下更詳細(xì)地討論 ALD 和 S-ALD。常常稱為半導(dǎo)體的半導(dǎo)體材料層160可以是任何類型的半導(dǎo)體，只要可以使用諸如ALD之類的共形涂層工藝沉積或涂覆該半導(dǎo)體材料。適合的半導(dǎo)體材料的示例包括氧化 鋅、硫族元素化鋅、硫族元素化鎘、磷族元素化鎵、氮化招、或娃?？梢匀芜x地以其他材料摻雜半導(dǎo)體，以增大或減小導(dǎo)電性。在一些示例性實(shí)施例中，期望得到耗盡型器件，因此可以通過使用摻雜劑來增加載流子。當(dāng)半導(dǎo)體是氧化鋅時(shí)，例如使用鋁摻雜劑增大了電子載流子密度。在這一配置中，柵極通常用于通過使其相對于漏極和源極為負(fù)來關(guān)斷器件。補(bǔ)償摻雜劑也可以用于耗盡本征載流子密度。當(dāng)半導(dǎo)體是氧化鋅時(shí)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用氮來減小電子載流子密度，使其η-型程度降低。在這一配置中，可以使半導(dǎo)體以累加態(tài)操作，以便當(dāng)施加正柵極電壓時(shí)開啟晶體管。常常在生長過程期間作為化合物來添加這些摻雜劑，但也可以在使用諸如離子注入和熱擴(kuò)散之類的工藝施加半導(dǎo)體層之后添加這些摻雜劑。返回參照圖8，示出了在導(dǎo)電材料的定向涂覆期間半導(dǎo)體器件的示意性截面圖。在已經(jīng)沉積半導(dǎo)體層160以后,使用定向(或視線)沉積工藝沉積源極和漏極電極700和800,該沉積工藝不在凹進(jìn)輪廓170中沉積或涂覆材料。適合的定向沉積工藝的示例包括熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、濺射或激光剝蝕。通過不導(dǎo)電層130相對于導(dǎo)電材料層120的突出而投射的陰影部來保留電極700與電極800之間的有效溝道間隙。返回參照圖I，示出了沉積電極700與電極800以后的晶體管100?？梢詮碾姌O700和電極800中選擇晶體管100的漏極和源極，該選擇通常基于預(yù)期的器件的應(yīng)用和特性。如圖I所示，電極800在由非導(dǎo)體130和導(dǎo)體120形成的臺面頂部，而電極700不在。這樣，電極700和電極800位于不同的平面?？梢允褂贸Ｒ?guī)技術(shù)，例如本領(lǐng)域中公知的層平整化和通孔連通來完成任何必需的互連。襯底110、導(dǎo)電層120、不導(dǎo)電層130、不導(dǎo)電層150、半導(dǎo)體層160或者其組合可以
包括一層或多層，只要層的功能方面保持不變。附加的層，例如平整化層、阻擋層、粘結(jié)層可以包含在半導(dǎo)體器件中，只要保持上述層的功能。原子層沉積(ALD)是用于產(chǎn)生具有被認(rèn)為是一致的、均勻的乃至精確的厚度的涂層的工藝。ALD產(chǎn)生被認(rèn)為是共形甚至是高度共形的材料層的涂層。一般說來，ALD工藝通過在真空室內(nèi)在兩種或多種通常稱為前體的反應(yīng)材料之間交替來完成襯底涂覆。涂覆第一種前體以與襯底進(jìn)行反應(yīng)。從真空室中去除多余的第一種前體。隨后涂覆第二種前體以與襯底進(jìn)行反應(yīng)。從真空室中去除多余的第二種前體，并重復(fù)該過程。近來，已經(jīng)開發(fā)出無需真空室的新的ALD工藝。該工藝通常稱為S-ALD，在美國專利No. 7，413，982、美國專利No. 7，456，429、美國專利公開No. 2008/0166884和美國專利公開No. 2009/0130858中的至少一篇中描述了該工藝，其公開內(nèi)容通過參考并入本文中。S-ALD產(chǎn)生具有被認(rèn)為是一致的、均勻的甚至精確的厚度的涂層。S-ALD產(chǎn)生被認(rèn)為是共形，甚至高度共形的材料層的涂層。當(dāng)與其它涂層技術(shù)相比時(shí)，S-ALD適宜于低溫涂覆環(huán)境，并提供使用較高流動性材料的能力。另外，S-ALD適宜于網(wǎng)式涂覆(web coating),使得其對于大規(guī)模生產(chǎn)操作具有吸引力。即使一些網(wǎng)式涂覆操作會遭受到對準(zhǔn)的難題，例如，網(wǎng)絡(luò)追蹤或拉伸難題，但本發(fā)明的架構(gòu)減小了對制造過程中高分辨率或者極精確的對準(zhǔn)特征物的依賴。因此，S-ALD非常適合于制造本發(fā)明。實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)由在由熱氧化層覆蓋的62. 5mm2的硅襯底上濺射來沉積600nm的鉻層。在其上，使用美國專利No. 7，413，982中描述的S-ALD工藝和美國專利No. 7，456，429中描述的 S-ALD器件，以有機(jī)金屬前體三甲基鋁和具有惰性載體氣體氮的水，在200攝氏度下涂覆120nm的氧化鋁層。通過在115攝氏度下在熱板上以IOOOrpm旋涂Microposit S1805抗蝕劑(Rohmand Haas Electronic Materials LLC, Marlborough, MA)60秒，隨后通過包含線路的玻璃/絡(luò)接觸掩模在 Cobilt 掩模對準(zhǔn)器(Computervision Corporation, Sunnyvale, CA 的 Cobilt型CA-419)上暴露70秒，形成光致抗蝕劑的構(gòu)圖層，在此僅使用硅襯底的邊緣作為低分辨率或粗略對準(zhǔn)。隨后將樣品在Microposit MF-319顯影劑(Rohm and Haas ElectronicMaterials LLC, Marlborough, MA)中顯影60秒，并在DI水中沖洗5分鐘。在60攝氏度下以濃縮磷酸對不導(dǎo)電的氧化招蝕刻6. 5分鐘。使用包括具有8%乙酸的氯化銨鋪(eerie ammonium chloride)的O. 6M溶液的鉻蝕刻來蝕刻鉻。在13. 3分鐘內(nèi)，可見地蝕刻穿透暴露的鉻。經(jīng)由2分鐘的繼續(xù)蝕刻來完成底切蝕刻。隨后將襯底在DI水中沖洗5分鐘，用丙酮沖洗以去除光致抗蝕劑，隨后在HPLC級的異丙醇中沖洗，并給與干燥。隨后按照上述的，使用S-ALD設(shè)備和工藝，以額外的120nm厚度的氧化鋁共形涂覆襯底。隨后使用前體二乙基鋅和濃縮的氨溶液及作為載體氣體的氮，以25nm的氧化鋅層涂覆襯底。通過蒸發(fā)涂覆電極。通過包括垂直于襯底并與襯底上的每一條線完全交叉的方孔的陰影掩模來蒸發(fā)鋁。鋁具有70nm的厚度。通過使用探針臺接觸線頂部的鋁、線一側(cè)上的鋁和用作柵極的鉻柵極金屬來完成晶體管的測試。參照圖9，示出了示出晶體管的性能轉(zhuǎn)移特性的曲線圖。如在圖9中所見的，在20伏的漏極電壓時(shí)，漏極電流相對于柵極電壓是恒定的。還示出了在所有柵極電壓下，柵極電流都具有極小的泄漏。還可以見到，從在-2伏的柵極的約10_namp的小電流到10伏的柵極的約一毫安培范圍內(nèi)，漏極電流對柵極電壓都具有極好的響應(yīng)。參照圖10，示出了示出晶體管的性能Id-Vd曲線特性的曲線圖。如圖10中所見的，漏極電流相對漏極電壓對于柵極電壓反應(yīng)極為靈敏。器件的測試結(jié)果還表明對于20V的漏極電壓和IOV的柵極電壓，大于IO7的相當(dāng)可觀的導(dǎo)通/截止。
部件列表100:晶體管110:襯底120 :導(dǎo)體130 :非導(dǎo)體140 :抗蝕劑150 :柵極電介質(zhì)160 :半導(dǎo)體170:凹進(jìn)輪廓700 電極710:第二導(dǎo)電材料層 800:電極810:第三導(dǎo)電材料層
權(quán)利要求
1.一種晶體管，包括 襯底； 導(dǎo)電材料層；以及 電絕緣材料層，所述襯底、所述導(dǎo)電材料層和所述電絕緣材料層中的一個(gè)或多個(gè)的至少一部分限定出凹進(jìn)輪廓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體管，所述電絕緣材料層是第一電絕緣材料層，還包括 與所述凹進(jìn)輪廓相符的第二電絕緣材料層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶體管，還包括 與接觸所述第二電絕緣材料層的所述凹進(jìn)輪廓相符的半導(dǎo)體材料層。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體管，還包括 與所述凹進(jìn)輪廓相符的半導(dǎo)體材料層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的晶體管，還包括 與所述半導(dǎo)體材料層接觸的導(dǎo)電材料層。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體管，其中，所述襯底是柔性的。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體管，其中，所述電絕緣材料層和所述導(dǎo)電材料層限定出所述凹進(jìn)輪廓。
8.—種驅(qū)動半導(dǎo)體器件的方法，包括 提供晶體管，所述晶體管包括 襯底； 第一導(dǎo)電材料層； 電絕緣材料層，所述電絕緣材料層包括與所述導(dǎo)電材料層相關(guān)的凹進(jìn)輪廓； 位于所述電絕緣材料層上的第二導(dǎo)電材料層；以及 位于所述襯底上的第三導(dǎo)電材料層； 在所述第二導(dǎo)電材料層與所述第三導(dǎo)電材料層之間施加電壓；以及 對所述第一導(dǎo)電材料層施加電壓，以電連接所述第二導(dǎo)電材料層和所述第三導(dǎo)電材料層。
全文摘要
一種晶體管包括襯底、導(dǎo)電材料層和電絕緣材料層。襯底、導(dǎo)電材料層和電絕緣材料層中的一個(gè)或多個(gè)的至少一部分限定出凹進(jìn)輪廓。
文檔編號H01L29/786GK102782821SQ201180010647
公開日2012年11月14日 申請日期2011年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者L·W·塔特, S·F·納爾遜 申請人:伊斯曼柯達(dá)公司