專利名稱：一種半導體器件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有較高載流子遷移率的半導體器件及其制造方法，主要用作驅動平板顯示器的薄膜晶體管，也可以應用于集成電路等其他領域。
背景技術：
以薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-1XD)為主導的平板顯示，為了滿足高畫質的要求，對聞精細化和聞頻驅動等指標不斷提出挑戰(zhàn)?？紤]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-1XD發(fā)展的非晶娃(a_Si:Amorphous Silicon) TFT已經(jīng)無法滿足新技術的要求，低溫多晶娃(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IXD像素開關。LTPS TFT 的應用正在從 TFT-LCD 轉向 OLED (Organic Light-Emitting Diode:有機發(fā)光二極管)。用金屬氧化物半導體制成的薄膜晶體管(簡稱氧化物TFT)，電子遷移率高出a-SiTFT 一到兩個數(shù)量級，TFT特性的基板面內(nèi)均一性較好。不僅能夠應對高世代TFT-1XD生產(chǎn)線，還可以用作OLED的驅動開關。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等設備進行適當改造就能進行生產(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的結構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 StopperType，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上相應的柵極12、22、32、以及覆蓋相應的柵極12、22、32的柵極絕緣層13、23、33，這三種結構不同如下所述。在圖1 (a)所示的BCE結構中，該BCE結構的氧化物TFT需要進行3次光刻工藝處理，分別形成柵極12、氧化物半導體層16、源極14和漏極15共三層的圖案。氧化物半導體層16靠近保護絕緣層17 —側在源極14和漏極15刻蝕成形工藝時受到刻蝕液體或者刻蝕氣體的影響，從而影響半導體層16的特性。在圖1 (b)所示的Coplanar結構中，該Coplanar結構的氧化物TFT也是需要進行3次光刻工藝處理，分別形成柵極22、源極24和漏極25、氧化物半導體層26共三層的圖案。氧化物半導體層26靠近柵極絕緣層23 —側在源極24和漏極25刻蝕成形工藝時受到刻蝕液體或者刻蝕氣體的影響，從而影響半導體層26的特性。為了保證半導體層上下兩側的特性不受其他工藝的影響，穩(wěn)定半導體層以及TFT器件的特性，目前業(yè)界多用如圖1 (C)所示的ESL結構，但該ESL結構需要進行4次光刻工藝處理，分別形成柵極32、氧化物半導體層36、刻蝕阻擋層38、源極34和漏極35共四層的圖案。ESL結構所用的刻蝕阻擋層38，刻蝕阻擋層38位于半導體層36、源極34、漏極35和保護絕緣層37之間，刻蝕阻擋層38 —般為SiO2之類的含氧絕緣層。
ESL結構相比BCE結構和Coplanar結構，需要增加一道光刻工藝，設備投入成本更高，生產(chǎn)周期更長。所以，在保證半導體器件性能的同時，降低生產(chǎn)線投資，縮短生產(chǎn)周期，是氧化物TFT制造技術的一個重要發(fā)展方向?，F(xiàn)有一種對策是通過源極和漏極來保護氧化物半導體層，如圖2 Ca),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-1GZO半導體層46，最后在a_IGZ0半導體層46上用Ti覆蓋沉積形成厚度1 θΑ的阻擋層48 ;如圖2 (b)，在形成圖2 (a)的基礎上形成由Mo材質形成的源極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絕緣保護層49;如圖2 (d)，在形成圖2 (c)的基礎上覆蓋保護絕緣層(PAS) 47。現(xiàn)有通過將Ti電極的阻擋層48作為源漏極刻蝕成形時候IGZO的保護層，從而抑制a-1GZO半導體層46的特性惡化。圖2 (a)至圖2 Cd)的氧化物半導體與現(xiàn)有的ESL結構相比，可以減少一次光刻工藝，簡化了工藝。但是，因為Ti金屬全面涂覆，沒有被Mo金屬覆蓋的Ti必須全部氧化成TiOx，這對工藝的均一性提出了嚴格的要求。如果局部地方的Ti沒有被氧化，就是導體。如果留下的Ti金屬膜帶上靜電，就會引起靜電破壞。如果留下的Ti金屬導致兩邊的Mo金屬短路，就是造成點缺陷或者線缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有ESL結構特性，并能簡化制造工序的半導體器件及其制造方法。一種半導體器件，包括:底部基板；柵極，位于基板上的柵極；柵極絕緣層，覆蓋在柵極上；金屬氧化物半導體層、兩導電接觸層、金屬氧化物絕緣層的疊層結構，金屬氧化物半導體層位于柵極絕緣層之上，金屬氧化物絕緣層位于兩導電接觸層之間，金屬氧化物絕緣層與兩導電接觸層位于金屬氧化物半導體層之上，且金屬氧化物絕緣層和兩導電接觸層在物理結構上為同層結構，金屬氧化物絕緣層、兩導電接觸層與金屬氧化物半導體層具有相同的平面結構；源極、漏極、以及溝道區(qū)，導電接觸層位于源漏極和金屬氧化物半導體層之間，金屬氧化物絕緣層位于溝道區(qū)內(nèi)。本發(fā)明又提供一種半導體器件，包括:底部基板；柵極，位于基板上的柵極；Si02柵極絕緣層，覆蓋在柵極上；金屬氧化物半導體層、兩導電接觸層、Al2O3絕緣層的疊層結構，金屬氧化物半導體層位于SiO2柵極絕緣層之上，Al2O3絕緣層位于兩導電接觸層之間，Al2O3絕緣層與兩導電接觸層在物理結構上為同層結構，Al2O3絕緣層、兩導電接觸層與金屬氧化物半導體層具有相同的平面結構；源極、漏極、以及溝道區(qū)，源極和漏極與SiO2柵極絕緣層、金屬氧化物半導體層以及導電接觸層接觸的邊界為氧化錳，Al2O3絕緣層位于溝道區(qū)內(nèi)。本發(fā)明又提供一種半導體器件的制造方法，包括如下步驟:形成位于底部基板上的柵極圖案，再形成覆蓋柵極的柵極絕緣層；在形成上述圖案的基礎上，先形成覆蓋柵極絕緣層的金屬氧化物半導體層，再形成覆蓋金屬氧化物半導體層的金屬氧化物絕緣層，然后通過光刻工藝，一次性形成金屬氧化物半導體和金屬氧化物絕緣層的疊層圖案；在形成上述圖案的基礎上，先進行金屬層的成膜工藝，然后通過光刻工藝形成源極、漏極和位于源極和漏極之間的溝道區(qū)；在形成上述結構的基礎上，進行高溫退火處理工藝，使源極和漏極的金屬進入金屬氧化物絕緣層內(nèi)，形成源漏極和金屬氧化物半導體層之間的導電接觸層，位于溝道區(qū)內(nèi)仍為金屬氧化物絕緣層；在形成上述結構的基礎上，形成保護絕緣層。本發(fā)明又提供一種半導體器件的制造方法，包括如下步驟:形成位于底部基板上的柵極圖案，再形成覆蓋柵極的SiO2柵極絕緣層；在形成上述圖案的基礎上，先形成覆蓋SiO2柵極絕緣層的金屬氧化物半導體層，再形成覆蓋金屬氧化物半導體層的Al2O3絕緣層，最后通過光刻工藝，一次性形成金屬氧化物半導體和Al2O3絕緣層的疊層圖案；在形成上述圖案的基礎上，先進行CuMn合金的成膜工藝，然后通過光刻工藝形成源極、漏極和位于源極和漏極之間的溝道區(qū)；在形成上述結構的基礎上，進行高溫退火處理工藝，使源極和漏極的CuMn中的Mn的分別與Al2O3絕緣層和SiO2柵極絕緣層中的氧原子反應形成位于源極和漏極底部的氧化錳，源漏極和金屬氧化物半導體層之間的形成導電接觸層，位于溝道區(qū)內(nèi)仍為Al2O3絕緣層；在形成上述圖案的基礎上，形成保護絕緣層。本發(fā)明的半導體器件通過在高溫等工藝條件形成導電接觸層或氧化錳層，源漏極與金屬氧化物半導體層之間的導電接觸層或氧化錳層保證了半導體器件在工作狀態(tài)下能夠把金屬氧化物半導體層的載流子引出到源極或漏極上。兩導電接觸層之間的溝道區(qū)由致密的Al2O3絕緣層保護，一方面=Al2O3絕緣層在源極和漏極刻蝕成形過程中能夠保護下面的金屬氧化物半導體層不受刻蝕液體或者刻蝕氣體的影響；另一方面=Al2O3絕緣層透光率比SiNx或SiO2材料低，可以降低進入金屬氧化物半導體層的光量；再一方面=Al2O3絕緣層可以隔絕外界氣體或水分對金屬氧化物半導體層的影響。本發(fā)明半導體器件的制造方法，用3次光刻工藝制作具有ESL功能的結構，與現(xiàn)有4次工藝相比，簡化了工藝流程，降低器件的制造周期，且避免現(xiàn)有制作工藝帶來其他不良因素。


圖1 (a)所示為現(xiàn)有氧化物TFT的BCE結構的示意圖；圖1 (b)所示為現(xiàn)有氧化物TFT的Coplanar結構的示意圖；圖1 (C)所示為現(xiàn)有氧化物TFT的ESL結構的示意圖；圖2 Ca)所示為現(xiàn)有源漏極保護氧化物半導體層的制造步驟之一的示意圖；圖2 (b)所示為現(xiàn)有源漏極保護氧化物半導體層的制造步驟之二的示意圖；圖2 (c)所示為現(xiàn)有源漏極保護氧化物半導體層的制造步驟之三的示意圖；圖2 Cd)所示為現(xiàn)有源漏極保護氧化物半導體層的制造步驟之四的示意圖；圖3所示為本發(fā)明半導體器件的結構示意圖；圖3 Ca)至圖3 (e)為圖3所示半導體器件的制造過程的示意圖；圖4所示為本發(fā)明半導體器件的第二實施例的結構示意圖；圖5 Ca)至圖5 Ce)為本發(fā)明半導體器件的第三實施例的制造過程的示意圖；圖6所示為本發(fā)明半導體器件的第四實施例的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。本發(fā)明揭示一種半導體器件，圖3至圖3 Ce)為本發(fā)明的第一實施例的示意圖，如圖3所示，本半導體器件由下至上依序包括:位于襯底基板10上的柵極20圖案、覆蓋柵極20的柵極絕緣層30、位于柵極絕緣層30上的金屬氧化物半導體40、兩導電接觸層70和Al2O3絕緣層50的疊層圖案、位于導電接觸層70上的源極61和漏極62、位于源極61和漏極62之間的溝道區(qū)63 (如圖3 (c)所示)、位于溝道區(qū)63內(nèi)的Al2O3絕緣層50、以及位于頂層的保護絕緣層80。金屬氧化物半導體層40、導電接觸層70、Al2O3絕緣層50三者與源漏極61、62、及柵極絕緣層30之間的位置關系為:金屬氧化物半導體層40、兩導電接觸層70、及Al2O3絕緣層50三者為疊層結構，金屬氧化物半導體層40位于柵極絕緣層30之上，Al2O3絕緣層50位于兩導電接觸層70之間，Al2O3絕緣層50與兩導電接觸層70位于金屬氧化物半導體層40之上，且Al2O3絕緣層50和兩導電接觸層70在物理結構上為同層結構，Al2O3絕緣層50、兩導電接觸層70與金屬氧化物半導體層40具有相同的平面結構。其中，導電接觸層70原本也是Al2O3絕緣層50，由于源極61和漏極62均是由Cu材料制成的，通過300-500°C的高溫退火使源極61和漏極62的Cu進入Al2O3絕緣層50，形成Al2O3彌散強化銅基復合材料，從而在源漏極和金屬氧化物半導體層40之間形成導電接觸層70，而位于溝道區(qū)63內(nèi)仍為Al2O3絕緣層50。位于溝道區(qū)63內(nèi)的Al2O3絕緣層50具有刻蝕阻擋層(Etch Stopper Type,簡稱ESL)功能，一方面=Al2O3絕緣層在源極和漏極刻蝕成形過程中能夠保護下面的金屬氧化物半導體層不受刻蝕液體或者刻蝕氣體的影響；另一方面=Al2O3絕緣層透光率比SiNx或SiO2材料低，可以降低進入金屬氧化物半導體層的光量；再一方面=Al2O3絕緣層可以隔絕外界氣體或水分對金屬氧化物半導體層的影響。以下為本發(fā)明第一實施例的制造步驟如下:第一步:如圖3 Ca)所示，通過光刻等工藝在襯底基板10上形成柵極20圖案，再形成覆蓋柵極20圖案的柵極絕緣層30。其中，柵極20由Cu、或Al、或Cr等金屬、或AINd、MoNb等合金、或Al/Mo、Ti/Al/Ti等金屬疊層形成；在本實施例中，柵極20由Cu、或Al、或Cr等單層金屬制成的，其厚度分別為2000-3500 A;柵極絕緣層30由SiNx或SiO2等單層材料構成、或由SiNx/Si02、SiNx/Al2O3等絕緣物質的疊層形成。在本實施例中，柵極絕緣層30由SiNx單層材料制成，柵極絕緣層30的膜厚為3000-4500A。第二步:在形成第一步圖案的基礎上，如圖3(bl)所示，先形成覆蓋柵極絕緣層30的金屬氧化物半導體層40 ;如圖3 (b2)所示，再形成覆蓋金屬氧化物半導體層40的金屬氧化物絕緣層50 ;如圖3 (b3)所示，最后通過光刻等工藝，一次性形成金屬氧化物半導體40和金屬氧化物絕緣層50的疊層圖案，通過將金屬氧化物絕緣層50位于金屬氧化物半導體40之上,從而可以保護金屬氧化物半導體40。在本實施例中，金屬氧化物半導體40和金屬氧化物絕緣層50的疊層圖案沒有覆蓋整個柵極絕緣層30 ;由于源漏極的設計的形狀不同，金屬氧化物半導體40和金屬氧化物絕緣層50的疊層圖案也可能覆蓋整個柵極絕緣層30其中，金屬氧化物半導體40由ZnO或IGZO等材料形成，當金屬氧化物半導體40為IGZO層時，金屬氧化物半導體40的厚度為400-600A,最好為500 A0由于金屬Al具有特性，金屬氧化物絕緣層50的金屬氧化物為Al2O3,金屬氧化物絕緣層50為致密的Al2O3絕緣層50，其膜層厚度為50-250A,最好為150A。Al2O3絕緣層50用三甲基鋁為前驅體，通過PECVD(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition,等離子體增強化學氣相沉積法)成膜工藝形成。第三步:在形成第二步圖案的基礎上，如圖3 (C)所示，先進行Cu金屬層的成膜工藝，然后通過光刻等工藝形成源極61、漏極62和位于源極61和漏極62之間的溝道區(qū)63。在本實施例中，所述源極61和漏極62部分與柵極絕緣層30和金屬氧化物半導體層40接觸；由于源漏極的設計的形狀不同，源極61和漏極62也可能不與柵極絕緣層30接觸Cu金屬層的膜厚為2000-4000 A,最好為3()00 A;并在蝕刻形成源極61和漏極62圖案的過程中，由致密的Al2O3絕緣層50保護金屬氧化物半導體層40不受刻蝕液或者刻蝕氣體的影響。第四步:在形成第三步圖案的基礎上，進行高溫退火處理工藝，如圖3 (d)所示，退火溫度的不超過襯底基板10的軟化點溫度，襯底基板10為玻璃基板，玻璃的軟化點溫度一般在600°C左右。本實施例中，進行300-500°C的高溫退火:一方面使金屬氧化物半導體層40特性趨于穩(wěn)定；另一方面使源極61和漏極62的Cu進入Al2O3絕緣層50，形成Al2O3彌散強化銅基復合材料，即形成導電接觸層70，導電接觸層70位于源漏極和金屬氧化物半導體層40之間，而位于溝道區(qū)63內(nèi)仍為Al2O3絕緣層50。Al2O3彌散強化銅基復合材料是一類具有優(yōu)良綜合物理性能和力學性能的新型導電功能材料，在現(xiàn)代電子技術和電工等領域具有廣闊的應用前景。Al2O3顆粒彌散分布在銅基體上，制備的Al2O3彌散強化銅基復合材料的強度、硬度、軟化溫度等遠高于純銅，具有良好的高溫性能，這樣，就在源漏極和半導體層之間形成了導電接觸層。第五步:在形成第四步結構的基礎上，如圖3 (e)所示，形成保護絕緣層80。保護絕緣層80是SiNx或SiO2等單層材料構成,也可以用SiNx/Si02、SiNx/Al203等絕緣物質的疊層形成。在本實施例子，設定保護絕緣層SiO2單層材料制成，其膜厚為1500-4000 Ao在本實施例中，Al2O3層的厚度和Cu層的厚度需要根據(jù)所形成的導電接觸層70的導電效果分別進行膜厚的調(diào)節(jié)，以獲得最佳的組合效果。本半導體器件在源極61和漏極62刻蝕過程的后期，通過對Al2O3絕緣層50形成一定深度的刻蝕，但不至于刻斷Al2O3絕緣層50，所以Al2O3絕緣層50的厚度不需要太厚。采用本發(fā)明的半導體器件，只需要進行三次光刻工藝:第一次光刻工藝形成柵極，第二次光刻形成有源層，第三次光刻形成源極和漏極。有源層就是金屬氧化物半導體層40，在導電接觸層70之間垂直方向對應Al2O3絕緣層50的金屬氧化物半導體區(qū)域稱為有源層溝道。圖4是本發(fā)明第二實施例的示意圖，本第二實施例與上述第一實施例區(qū)別的是:在本第二實施例中，柵極20由AINd、MoNb等合金，或者Al/Mo、Ti/Al/Ti等金屬疊層形成的，在本第二實施例中，柵極20由Al合金21和Mo合金22的疊層結構組成，光刻等工藝，一次性形成Al合金21和Mo合金22的柵極疊層圖案，底層的Al合金21的膜層厚度為2000-4000 A,上層的Mo合金22的膜層厚度為500-1000 A,最好為700 L.
圖5 Ca)至圖5 Ce)是本發(fā)明第三實施例的示意圖，本第三實施例與上述第一實施例不同的是:源極和漏極采用合金制成，通過高溫等工藝的處理，讓源極和漏極的合金層中某種元素與金屬氧化物絕緣層中的氧反應，置換出金屬氧化物絕緣層中的金屬，從而在源漏極的表面形成具有歐姆接觸特征的金屬氧化物，在半導體器件的源漏極和氧化物半導體層之間形成導電接觸層，本第三實施例的制造步驟如下:第一步:如圖5 (a)所示,通過光刻等工藝在襯底基板10上先形成CuMn合金的柵極20圖案，再在200-400°C下進行數(shù)分鐘的熱處理，再形成柵極絕緣層30。其中，柵極20中Mn占總重量1%_4%，柵極20的膜層厚度為1500-4000 A;柵極絕緣層30為SiO2材料制成的，該柵極絕緣層30膜層厚度為2500-4500 L第二步:如圖5 (b)所示，先形成覆蓋柵極絕緣層30的金屬氧化物半導體層40 ；再形成覆蓋金屬氧化物半導體層40的Al2O3絕緣層50 ;最后通過光刻等工藝，一次性形成金屬氧化物半導體40和金屬氧化物絕緣層50的疊層圖案，通過Al2O3絕緣層50位于金屬氧化物半導體40之上，從而可以保護金屬氧化物半導體40。其中，金屬氧化物半導體40由IGZO材料制成，金屬氧化物半導體40的厚度為400-600A，最好為500 A;金屬氧化物絕緣層50為致密的Al2O3絕緣層50，其膜層厚度為50-150A,最好為 100A。Al2O3絕緣層50用三甲基招為前驅體，通過PECVD(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition,等離子體增強化學氣相沉積法)成膜工藝形成。第三步:如圖5 (c),在形成第二步圖案的基礎上，通過PVD (Physical VaporDeposition,物理氣相沉積)進行CuMn合金的源極61和漏極62成膜，并刻蝕形成源極61和漏極62的圖案、以及位于源極61和漏極62之間的溝道區(qū)63，源極61和漏極62的膜層厚度為2000-4000 A ,最好為3000A。由于IGZO層40上具有致密的Al2O3絕緣層50，故在源極61和漏極62刻蝕過程中IGZO層40不受刻蝕液體或刻蝕氣體的影響。第四步:如圖5 (d)，在形成第三步圖案的基礎上，用300°C -500°C的高溫退火處理，具有兩個效果，第一:使IGZO層40特性趨于穩(wěn)定；第二:源極61和漏極62的CuMn中的Mn分別與Al2O3絕緣層50和SiO2柵極絕緣層30中的O (氧原子)反應形成超薄的氧化錳71，該氧化錳71位于源極61和漏極62的下表面，具體位于:源極61和漏極62與柵極絕緣層30接觸的界面，源極61和漏極62與IGZO層40接觸的邊緣，源極61和漏極62與Al2O3絕緣層50接觸的界面。氧化錳71具有歐姆接觸特性，同時又能確保銅配線的擴散阻擋性和密著性，且氧化錳層71的厚度為50-100 L由于Al2O3絕緣層50中的0(氧原子)全部與源極61和漏極62的CuMn中的Mn形成氧化錳，源漏極61、62與IGZO層40之間的Al2O3絕緣層變成了只含有Al的導電接觸層70，溝道區(qū)63內(nèi)仍為Al2O3絕緣層50。在本步驟中，如果有極少量的Al2O3剩余，源極61和漏極62的Cu進入Al2O3絕緣層50，形成Al2O3彌散強化銅基復合材料，最終形成導電接觸層70，該導電接觸層70含有Al、Cu元素，其具有高強度和高導電率，而位于溝道區(qū)63內(nèi)仍為Al2O3絕緣層50。經(jīng)過高溫退火處理，IGZO層40、導電接觸層70、A1203絕緣層50三者與源漏極61、62、及柵極絕緣層30之間的位置關系為:IGZO層40、兩導電接觸層70、及Al2O3絕緣層50三者為疊層結構，IGZO層40位于柵極絕緣層30之上，Al2O3絕緣層50位于兩導電接觸層70之間，Al2O3絕緣層50與兩導電接觸層70位于IGZO層40之上，且Al2O3絕緣層50和兩導電接觸層70在物理結構上為同層結構，Al2O3絕緣層50、兩導電接觸層70與IGZO層40具有相同的平面結構。在本實施例中，Al2O3絕緣層50的厚度和CuMn合金層的厚度需要根據(jù)所形成的導電接觸層70的導電效果分別進行膜厚的調(diào)節(jié)，以獲得最佳的組合效果。本半導體器件在源極61和漏極62刻蝕過程的后期，對Al2O3絕緣層50形成一定深度的刻蝕，但不至于刻斷Al2O3絕緣層50，所以Al2O3絕緣層50的厚度不需要太厚。采用本發(fā)明的半導體器件，只需要進行三次光刻工藝:第一次光刻工藝形成柵極，第二次光刻形成有源層，第三次光刻形成源極和漏極。有源層就是金屬氧化物半導體IGZO層40，在導電接觸層70之間垂直方向對應Al2O3絕緣層50的金屬氧化物半導體區(qū)域稱為有源層溝道。第五步:如圖5(e)，在形成第四步結構的基礎上，形成保護絕緣層80，該保護絕緣層80為SiNx或SiO2材料制成，其膜層厚度為1500-4000 A。CuMn合金的原理是:在02_環(huán)境下以300°C _500°C的高溫進行熱處理，使固溶的Mn移至周邊與02_結合，配線中央部分變成純Cu，而周邊變成擴散阻擋層，從而實現(xiàn)低電阻配線。用作掃描線柵極時，在底板玻璃(含O原子)上濺射CuMn合金并在02_環(huán)境下進行熱處理，02_與Mn結合而成的Mn氧化物層在玻璃中及配線周邊形成，從而實現(xiàn)了低電阻配線與玻璃底板之間的密著性。用于源極和漏極時，在熱處理時CuMn合金中的Mn與Al2O3中的02_結合形成氧化錳。由于通過熱處理獲得的Mn氧化物屬于絕緣體，過厚會有損電極與IGZO層的導通性，過薄又會犧牲密著性和擴散阻擋性。以300°C _500°C高溫進行10分鐘熱處理，便可獲得厚度50A左右的氧化層。目前已證實:熱處理后在氧化層上形成的Mn氧化物層兼?zhèn)錃W姆特性(代表導通性)、擴散阻擋性和密著性。在本實施例中，Al2O3層的厚度和CuMn層的厚度需要根據(jù)所形成的導電接觸層70的導電效果分別進行膜厚的調(diào)節(jié)，以獲得最佳的組合效果。本半導體器件在源極61和漏極62刻蝕過程的后期，對Al2O3絕緣層50形成一定深度的刻蝕，但不至于刻斷Al2O3絕緣層50，所以Al2O3絕緣層50的厚度不需要太厚。采用本發(fā)明的半導體器件，只需要進行三次光刻工藝:第一次光刻工藝形成柵極，第二次光刻形成有源層，第三次光刻形成源極和漏極。有源層就是金屬氧化物半導體層40，在導電接觸層70之間垂直方向對應Al2O3絕緣層50的金屬氧化物半導體區(qū)域稱為有源層溝道。圖6本發(fā)明第四實施例的示意圖，本第四實施例與上述第三實施例區(qū)別的是:在本第四實施例中，源極61和漏極62由CuMn/Mo、CuMn/Ti等金屬疊層形成，在本第四實施例中，源極61和漏極62均由CuMn合金611/621和Mo合金612/622的疊層結構組成，光刻等工藝，一次性形成CuMn合金611/621和Mo合金612/622的源漏極疊層圖案，底層的CuMn合金611/621的膜層厚度為2000-3500A,上層的Mo合金612/622膜層厚度為500-1000 A,最好為700 Ac本發(fā)明的半導體器件通過在高溫等工藝條件形成導電接觸層或氧化錳層，源漏極與金屬氧化物半導體層之間的導電接觸層或氧化錳層保證了半導體器件在工作狀態(tài)下能夠把金屬氧化物半導體層的載流子引出到源極或漏極上。兩導電接觸層之間的溝道區(qū)由致密的Al2O3絕緣層保護，一方面=Al2O3絕緣層在源極和漏極刻蝕成形過程中能夠保護下面的金屬氧化物半導體層不受刻蝕液體或者刻蝕氣體的影響；另一方面=Al2O3絕緣層透光率比SiNx或SiO2材料低，可以降低進入金屬氧化物半導體層的光量；再一方面=Al2O3絕緣層可以隔絕外界氣體或水分對金屬氧化物半導體層的影響。本發(fā)明半導體器件的制造方法，用3次光刻工藝制作具有ESL功能的結構，與現(xiàn)有4次工藝相比，簡化了工藝流程，降低器件的制造周期，且避免現(xiàn)有制作工藝帶來其他不良因素。
權利要求
1.一種半導體器件，其特征在于，包括: 底部基板； 柵極，位于基板上的柵極； 柵極絕緣層，覆蓋在柵極上； 金屬氧化物半導體層、兩導電接觸層、金屬氧化物絕緣層的疊層結構，金屬氧化物半導體層位于柵極絕緣層之上，金屬氧化物絕緣層位于兩導電接觸層之間，金屬氧化物絕緣層與兩導電接觸層位于金屬氧化物半導體層之上，且金屬氧化物絕緣層和兩導電接觸層在物理結構上為同層結構，金屬氧化物絕緣層、兩導電接觸層與金屬氧化物半導體層具有相同的平面結構； 源極、漏極、以及溝道區(qū)，導電接觸層位于源漏極和金屬氧化物半導體層之間，金屬氧化物絕緣層位于溝道區(qū)內(nèi)。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體器件，其特征在于:所述金屬氧化物絕緣層為Al2O3絕緣層。
3.根據(jù)權利要求1所述的半導體器件，其特征在于:所述源極和漏極由Cu金屬層形成的。
4.一種半導體器件，其特征在于，包括: 底部基板； 柵極，位于基板上的柵極； SiO2柵極絕緣層，覆蓋在柵極上； 金屬氧化物半導體層、兩導電接觸層、Al2O3絕緣層的疊層結構，金屬氧化物半導體層位于SiO2柵極絕緣層之上，Al2O3絕緣層位于兩導電接觸層之間，Al2O3絕緣層與兩導電接觸層在物理結構上為同層結構，Al2O3絕緣層、兩導電接觸層與金屬氧化物半導體層具有相同的平面結構； 源極、漏極、以及溝道區(qū)，源極和漏極與SiO2柵極絕緣層、金屬氧化物半導體層以及導電接觸層接觸的邊界為氧化錳，Al2O3絕緣層位于溝道區(qū)內(nèi)。
5.根據(jù)權利要求4所述的半導體器件，其特征在于:所述源極和漏極由CuMn合金形成的。
6.根據(jù)權利要求4所述的半導體器件，其特征在于:所述源極和漏極由CuMn/Mo、或CuMn/Ti金屬疊層形成,所述CuMn合金位于底層，Mo或Ti金屬位于CuMn合金之上。
7.一種半導體器件的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: 形成位于底部基板上的柵極圖案，再形成覆蓋柵極的柵極絕緣層； 在形成上述圖案的基礎上，先形成覆蓋柵極絕緣層的金屬氧化物半導體層，再形成覆蓋金屬氧化物半導體層的金屬氧化物絕緣層，然后通過光刻工藝，一次性形成金屬氧化物半導體和金屬氧化物絕緣層的疊層圖案； 在形成上述圖案的基礎上，先進行金屬層的成膜工藝，然后通過光刻工藝形成源極、漏極和位于源極和漏極之間的溝道區(qū)； 在形成上述結構的基礎上，進行高溫退火處理工藝，使源極和漏極的金屬進入金屬氧化物絕緣層內(nèi)，形成源漏極和金屬氧化物半導體層之間的導電接觸層，位于溝道區(qū)內(nèi)仍為金屬氧化物絕緣層；在形成上述結構的基礎上，形成保護絕緣層。
8.根據(jù)權利要求7所述的半導體器件的制造方法，其特征在于:所述金屬氧化物絕緣層為Al2O3絕緣層，所述源極和漏極由Cu金屬層形成的。
9.根據(jù)權利要求7所述的半導體器件的制造方法，其特征在于:所述柵極絕緣層由SiO2或SiNx制成。
10.一種半導體器件的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: 形成位于底部基板上的柵極圖案，再形成覆蓋柵極的SiO2柵極絕緣層； 在形成上述圖案的基礎上，先形成覆蓋SiO2柵極絕緣層的金屬氧化物半導體層，再形成覆蓋金屬氧化物半導體層的Al2O3絕緣層，最后通過光刻工藝，一次性形成金屬氧化物半導體和Al2O3絕緣層的疊層圖案； 在形成上述圖案的基礎上，先進行CuMn合金的成膜工藝，然后通過光刻工藝形成源極、漏極和位于源極和漏極之間的溝道區(qū)； 在形成上述結構的基礎上，進行高 溫退火處理工藝，使源極和漏極的CuMn中的Mn的分別與Al2O3絕緣層和SiO2柵極絕緣層中的氧原子反應形成位于源極和漏極底部的氧化錳，源漏極和金屬氧化物半導體層之間的形成導電接觸層，位于溝道區(qū)內(nèi)仍為Al2O3絕緣層；在形成上述圖案的基礎上，形成保護絕緣層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導體器件及其制造方法，包括底部基板；柵極；柵極絕緣層；金屬氧化物半導體層、兩導電接觸層、金屬氧化物絕緣層的疊層結構；源極、漏極、以及溝道區(qū)，導電接觸層位于源漏極和金屬氧化物半導體層之間，金屬氧化物絕緣層位于溝道區(qū)內(nèi)。本發(fā)明的半導體器件通過在高溫等工藝條件形成導電接觸層或氧化錳層，源漏極與金屬氧化物半導體層之間的導電接觸層或氧化錳層保證了半導體器件在工作狀態(tài)下能夠把金屬氧化物半導體層的載流子引出到源極或漏極上。本發(fā)明半導體器件的制造方法，用3次光刻工藝制作具有ESL功能的結構，與現(xiàn)有4次工藝相比，簡化了工藝流程，降低器件的制造周期，且避免現(xiàn)有制作工藝帶來其他不良因素。
文檔編號H01L29/786GK103208526SQ20121058420
公開日2013年7月17日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權日2012年12月28日
發(fā)明者馬群剛 申請人:南京中電熊貓液晶顯示科技有限公司