金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管及其制作方法
【專利摘要】金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管包括柵極、柵極絕緣層以及金屬氧化物半導(dǎo)體層。柵極絕緣層位于柵極與金屬氧化物半導(dǎo)體層之間。柵極絕緣層包括氮氧化硅層和氧化硅層。氮氧化硅層位于柵極與氧化硅層之間。氧化硅層位于氮氧化硅層與金屬氧化物半導(dǎo)體層之間，且氧化硅層具有與氮氧化硅層接觸的第一表面以及與金屬氧化物半導(dǎo)體層接觸的第二表面。氧化硅層靠近第二表面的氧原子密度大于氧化硅層靠近第一表面的氧原子密度。金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，在減少工藝時(shí)間的同時(shí)，有效的解決了因成膜應(yīng)力過大而導(dǎo)致的玻璃基板易破片的問題，并有利于減少柵極絕緣層對(duì)金屬氧化物半導(dǎo)體層中的氧含量的影響。
【專利說明】金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬氧化物半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管(thin film transistor, TFT)是指半導(dǎo)體溝道采用金屬氧化物制備的薄膜晶體管。由于金屬氧化物半導(dǎo)體具備載流子遷移率高、材料和工藝成本較低、工藝溫度低、光透過性高等特點(diǎn)，因此成為目前薄膜晶體管領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之
O
[0003]柵極絕緣層是金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的主要功能層之一，高質(zhì)量金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管離不開高質(zhì)量的柵極絕緣層。圖1是現(xiàn)有的一種金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管100包括玻璃基板101，柵極110、柵極絕緣層120、金屬氧化物半導(dǎo)體層130、源極142、漏極144以及保護(hù)層150。其中，柵極110形成在基板101上，柵極絕緣層120形成在基板101上并覆蓋柵極110，金屬氧化物半導(dǎo)體層130形成在柵極絕緣層120上，源極142，漏極144分隔地形成在金屬氧化物半導(dǎo)體層130和柵極絕緣層120上，并且分別與金屬氧化物半導(dǎo)體層130電連接。金屬氧化物半導(dǎo)體層130上更設(shè)有溝道保護(hù)層135。金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管100的柵極絕緣層120是單層結(jié)構(gòu)，例如氧化硅層(SiOx)或氮化硅層(SiNx)。但是，由于與氮化硅相比，氧化硅的沉積 速率與蝕刻速率都比較低，當(dāng)需要沉積相同厚度的柵極絕緣層120時(shí)，采用氧化硅層作為柵極絕緣層120所需工藝時(shí)間較長(zhǎng)，而且氧化硅層過厚還會(huì)導(dǎo)致薄膜成膜應(yīng)力大，在后續(xù)制程及搬運(yùn)、運(yùn)輸過程中，薄膜成膜應(yīng)力大將加劇玻璃基板101在外力作用下產(chǎn)生破片的危險(xiǎn)；當(dāng)采用氮化硅層作為柵極絕緣層120時(shí)，相較氧化硅層，氮化硅層沉積速率較高，蝕刻速率也較高，且具有優(yōu)良的絕緣性，高的場(chǎng)擊穿強(qiáng)度和電子缺陷密度低等優(yōu)點(diǎn)，因此，目前所使用單層結(jié)構(gòu)的柵極絕緣層120多為氮化硅層?？墒牵柚谱鞯臇艠O絕緣層120仍然有薄膜成膜應(yīng)力大導(dǎo)致玻璃基板101易破片的問題，而且富氮的柵極絕緣層120含有很高的正電荷和負(fù)電荷缺陷，易成為電荷俘獲中心，因此氮化硅制作的柵極絕緣層120對(duì)金屬氧化物半導(dǎo)體層130 (例如銦鎵鋅氧化物(indium gallium zincoxide, IGZ0)層)的氧含量影響較大，易造成金屬氧化物半導(dǎo)體層130與柵極絕緣層120接觸的表面的氧缺陷，從而在一定程度上會(huì)影響金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，提供了一種金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，在縮短工藝時(shí)間的同時(shí)，有效的解決了因成膜應(yīng)力過大而導(dǎo)致的玻璃基板易破片的問題，并有利于減少柵極絕緣層對(duì)金屬氧化物半導(dǎo)體層中的氧含量的影響，從而有利于進(jìn)一步提升金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的性能。
[0005]本發(fā)明的目的在于，提供了一種金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的制作方法，在縮短工藝時(shí)間的同時(shí)，有效的解決了成膜應(yīng)力過大導(dǎo)致的玻璃基板易破片的問題，并有利于減少柵極絕緣層對(duì)金屬氧化物半導(dǎo)體層中的氧含量的影響，從而有利于進(jìn)一步提升金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的性能。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
[0007]—種金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，其包括柵極、柵極絕緣層以及金屬氧化物半導(dǎo)體層。柵極絕緣層位于柵極與金屬氧化物半導(dǎo)體層之間。柵極絕緣層包括氮氧化硅層和氧化硅層。氮氧化硅層位于柵極與氧化硅層之間。氧化硅層位于氮氧化硅層與金屬氧化物半導(dǎo)體層之間，且氧化硅層具有與氮氧化硅層接觸的第一表面以及與金屬氧化物半導(dǎo)體層接觸的第二表面。氧化娃層靠近第二表面的氧原子密度大于氧化娃層靠近第一表面的氧原子密度。
[0008]在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述氧化硅層的氧原子密度從第一表面至第二表面逐漸連續(xù)增大。
[0009]在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述氧化硅層包括第一氧化硅層和第二氧化硅層。第一氧化娃層位于氮氧化娃層和第二氧化娃層之間，第二氧化娃層位于第一氧化娃層和金屬氧化物半導(dǎo)體層之間。第一氧化硅層與氮氧化硅層接觸的表面為第一表面，第二氧化硅層與金屬氧化物半導(dǎo)體層之接觸的表面為第二表面。第二氧化硅層的氧原子密度大于第一氧化硅層的氧原子密度。
[0010]在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管還包括有溝道保護(hù)層，溝道保護(hù)層位于金屬氧化物半導(dǎo)體層上并覆蓋部分金屬氧化物半導(dǎo)體層，該金屬氧化物半導(dǎo)體層在該溝道保護(hù)層的兩端露出。
[0011]一種金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的制作方法，其包括在柵極上形成柵極絕緣層，以及在柵極絕緣層上形成金屬氧化物半導(dǎo)體層。在柵極上形成柵極絕緣層包括:在柵極上形成氮氧化硅層；以及在氮氧化硅層上形成氧化硅層。其中，氧化硅層具有與氮氧化硅層接觸的第一表面以及與金屬氧化物半導(dǎo)體層接觸的第二表面，氧化硅層靠近第二表面的氧原子密度大于氧化硅層靠近的該第一表面的氧原子密度。
[0012]在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述氧化硅層采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法形成，其中，等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法所使用的原料氣體包括用于提供氧的第一氣體和用于提供硅的第二氣體，在氧化硅層的沉積形成過程中，第一氣體和第二氣體的體積比逐漸連續(xù)增大。
[0013]在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述第一氣體包括一氧化二氮，且第二氣體包括硅烷，第一氣體和第二氣體的體積比介于2?5之間且逐漸連續(xù)增大。
[0014]在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述形成氧化硅層之后，金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的制作方法還包括在形成該氧化硅層之后，通過第一氣體對(duì)氧化硅層進(jìn)行氧缺陷處理。
[0015]在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述氮氧化硅層上形成氧化硅層包括:在氮氧化硅層上形成第一氧化娃層，第一氧化娃層與氮氧化娃層接觸的表面為第一表面，以及在第一氧化硅層上形成第二氧化硅層，第二氧化硅層與該金屬氧化物半導(dǎo)體層之接觸的表面為第二表面，且第二氧化硅層的氧原子密度大于第一氧化硅層的氧原子密度。
[0016]在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述第一氧化硅層和第二氧化硅層均采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法形成，等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法所使用的原料氣體包括用于提供氧的第一氣體和用于提供硅的第二氣體。在第二氧化硅層的沉積形成過程中的第一氣體和第二氣體的第二預(yù)定體積比大于在第一氧化硅層的沉積形成過程中的第一氣體和第二氣體的第一預(yù)定體積比。
[0017]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的柵極絕緣層包括氮氧化硅層和氧化硅層，且氧化硅層靠近與金屬氧化物半導(dǎo)體層接觸的第二表面的氧原子密度大于氧化硅層靠近與氮氧化硅層接觸的第一表面的氧原子密度。柵極絕緣層的氮氧化硅層可有效阻止柵極中的導(dǎo)電性離子(例如金屬離子等)在電場(chǎng)的作用下擴(kuò)散至氧化硅層，從而保證柵極絕緣層的氧化硅層的電絕緣性，進(jìn)而防止源極、漏極和柵極發(fā)生短路。柵極絕緣層從氮氧化硅層到氧化硅層所含有的氧原子增加，膜層材料組成上的改變導(dǎo)致形成多膜層的結(jié)構(gòu)，而多個(gè)膜層的疊加降低了其中每層膜的厚度，一定程度上降低了柵極絕緣層的內(nèi)部應(yīng)力，從而有效的解決了因成膜應(yīng)力過大而導(dǎo)致的玻璃基板易破片的問題，以提高金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的穩(wěn)定性。另外，由于氧化硅層的與金屬氧化物半導(dǎo)體層接觸的第二表面的氧原子密度較高，呈富氧狀態(tài)，金屬氧化物半導(dǎo)體層中的氧含量不會(huì)因?yàn)榕c柵極絕緣層的接觸而減少。而且，氧化硅層還能有效阻擋氮氧化硅層中的雜質(zhì)離子擴(kuò)散至金屬氧化物半導(dǎo)體層，從而起到保護(hù)金屬氧化物半導(dǎo)體層的作用。因此，金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的柵極絕緣層對(duì)金屬氧化物半導(dǎo)體層的性能影響甚小，從而有利于進(jìn)一步提升金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的性能。此外，柵極絕緣層包括氮氧化硅層和氧化硅層雙層結(jié)構(gòu)，有利于克服了采用單層氧化硅層作為柵極絕緣層工藝時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，以提高了產(chǎn)能。而且，由于氧化娃層靠近第二表面的氧原子密度大于氧化娃層靠近第一表面的氧原子密度，也就是說氧化硅層僅需要局部實(shí)現(xiàn)較高的氧含量，不需要在整個(gè)氧化硅層都具有較大的氧原子密度，因此，還有利于降低工藝成本。
[0018]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是現(xiàn)有的一種金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例的金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4是本發(fā)明第三實(shí)施例的金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管及其制作方法的【具體實(shí)施方式】、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如下:
[0024]有關(guān)本發(fā)明的前述及其它技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，在以下配合參考圖式的較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明中將可清楚呈現(xiàn)。通過【具體實(shí)施方式】的說明，當(dāng)可對(duì)本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效得以更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與說明之用，并非用來對(duì)本發(fā)明加以限制。[0025]圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參閱圖2，本實(shí)施例中，金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200主要包括基板210和設(shè)置于基板210上的柵極220、柵極絕緣層230、金屬氧化物半導(dǎo)體層240、源極252和漏極254、以及鈍化保護(hù)層260。
[0026]具體地，柵極220位于基板210上，即設(shè)于基板210的表面211，柵極絕緣層230位于基板210上，即設(shè)于基板210的表面211并覆蓋柵極220。本實(shí)施例中，柵極絕緣層230為雙層結(jié)構(gòu)，包括氮氧化硅層(SiON) 232以及位于氮氧化硅層232上的氧化硅(SiOx，I < X < 2)層234。其中，氮氧化硅層232位于基板210上，即設(shè)于基板210的表面211并覆蓋柵極220，氧化硅層234位于氮氧化硅層232上并與氮氧化硅層232直接接觸。也就是說，氮氧化硅層232是位于柵極220與氧化硅層234之間。金屬氧化物半導(dǎo)體層240例如是銦鎵鋅氧化物(IGZO)層。金屬氧化物半導(dǎo)體層240設(shè)置于氧化硅層234上，位于柵極220正上方，并與氧化硅層234直接接觸。也就是說，氧化硅層234位于氮氧化硅層232與金屬氧化物半導(dǎo)體層240之間。因此,氧化娃層234具有與氮氧化娃層232接觸的第一表面234a以及與金屬氧化物半導(dǎo)體層240接觸的第二表面234b。源極252和漏極254位于柵極絕緣層230和金屬氧化物半導(dǎo)體層240上。具體地，源極252和漏極254分隔的設(shè)置于柵極絕緣層230和金屬氧化物半導(dǎo)體層240上方，以使部分金屬氧化物半導(dǎo)體層240從源極252和漏極254之間露出。而且，源極252和漏極254分別與金屬氧化物半導(dǎo)體層240相接觸。鈍化保護(hù)層260位于金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200上，并覆蓋源極252、漏極254上及從源極252和漏極254間露出的部分金屬氧化物半導(dǎo)體層240，以對(duì)金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200起到保護(hù)的作用。鈍化保護(hù)層260例如可以是氮化硅層或氧化硅層，但并不以此為限。
[0027]承上述，本實(shí)施例中，柵極絕緣層230包括氮氧化硅層232和氧化硅層234。柵極絕緣層230的氮氧化硅層232直接設(shè)于基板210的表面并覆蓋柵極220。柵極絕緣層230的氧化硅層234位于氮氧化硅層232與金屬氧化物半導(dǎo)體層240之間，且氧化硅層234靠近第二表面234b的氧原子密度大于氧化硅層234靠近第一表面234a的氧原子密度。所謂氧原子密度是指單位體積氧化硅層234的氧原子的摩爾數(shù)。例如，靠近第一表面234a的氧化硅層234可定義為氧化硅SiOx1，靠近第二表面234b的氧化硅層234可定義為氧化硅SiOx2,其中，I < X1 < X2 < 2，靠近第二表面234b的氧化硅層234具有較高的氧原子含量，也就是說，氧化硅層234靠近第二表面234b的氧化硅SiOx2的氧原子密度大于氧化硅層234靠近第一表面234a的氧化硅SiOx1的氧原子密度。較佳的是，氧化硅層234的氧原子密度從第一表面234a至第二表面234b沿垂直于第一表面234a和第二表面234b的厚度方向A連續(xù)增大。
[0028]在本實(shí)施例中，一方面，柵極絕緣層230的氮氧化硅層232的氮氧化硅分子結(jié)構(gòu)可有效阻止柵極220中的導(dǎo)電性離子(例如金屬離子等)在電場(chǎng)的作用下擴(kuò)散至氧化硅層234，從而保證柵極絕緣層230的氧化硅層234的電絕緣性，進(jìn)而防止源極252、漏極254和柵極220發(fā)生短路。另一方面，相較于現(xiàn)有技術(shù)中單純用氧化硅或氮化硅形成柵極絕緣層，柵極絕緣層230從氮氧化硅層232到氧化硅層234所含有的氧原子增加，膜層材料組成上的改變導(dǎo)致形成多膜層的結(jié)構(gòu)，因單層薄膜的成膜應(yīng)力會(huì)隨薄膜厚度的增加而增加，通過將柵極絕緣層230設(shè)置為多層膜的結(jié)構(gòu)，降低了其中每層膜的厚度，一定程度上降低了柵極絕緣層230總體的內(nèi)部應(yīng)力，從而有效的解決了玻璃材質(zhì)的基板210因膜層應(yīng)力而可能出現(xiàn)的易破片的問題，以提高金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200的穩(wěn)定性。為了克服現(xiàn)有技術(shù)中氮化硅容易導(dǎo)致金屬氧化物半導(dǎo)體層形成氧缺陷的問題，在本實(shí)施例中把柵極絕緣層230的靠近金屬氧化物半導(dǎo)體層240的一層設(shè)置為氧化硅層234，由于氧化硅層234靠近第二表面234b的氧原子密度較高，氧化硅層234的與金屬氧化物半導(dǎo)體層240接觸的第二表面234b呈富氧狀態(tài)，氧化硅層234不會(huì)導(dǎo)致金屬氧化物半導(dǎo)體層240形成氧缺陷，也就是說，金屬氧化物半導(dǎo)體層240中的氧含量不會(huì)因?yàn)榕c柵極絕緣層230的接觸而減少。另外，為了克服氧化硅成膜速率低從而耗費(fèi)工藝時(shí)間長(zhǎng)的問題，本實(shí)施例把柵極絕緣層230的遠(yuǎn)離金屬氧化物半導(dǎo)體層240的一層設(shè)置為氮氧化硅層232，這樣在成膜厚度相當(dāng)?shù)那闆r下，有利于克服采用單層氧化硅層作為柵極絕緣層工藝時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，提高產(chǎn)能。同時(shí)，靠近金屬氧化物半導(dǎo)體層240的氧化硅層234還能有效阻擋氮氧化硅層232中的雜質(zhì)離子(氮氧化硅分子結(jié)構(gòu)中除組成分子結(jié)構(gòu)的硅、氮、氧之外，還可能包括例如游離的氫離子(H+)或氮離子(N+)等雜質(zhì)離子)擴(kuò)散至金屬氧化物半導(dǎo)體層240，從而起到保護(hù)金屬氧化物半導(dǎo)體層240的作用。因此，本實(shí)施例的金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200的柵極絕緣層230對(duì)金屬氧化物半導(dǎo)體層240的性能影響甚小，從而有利于進(jìn)一步提升金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200的性能。此外，由于氧化硅層234靠近第二表面234b的氧原子密度大于氧化硅層234靠近第一表面的氧原子密度，也就是說氧化硅層234僅需要局部實(shí)現(xiàn)較高的氧含量，不需要在整個(gè)氧化硅層234都具有較大的氧原子密度，因此還有利于降低工藝成本。
[0029]以下將具體說明金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200的制作方法，其包括以下步驟。
[0030]首先，在基板210上形成柵極220。柵極220可通過沉積成膜和蝕刻圖案化等工藝來實(shí)現(xiàn)。
[0031]其次，在基板210上形成柵極絕緣層230，并覆蓋柵極220。具體地，先在基板210上形成氮氧化硅層232，再在氮氧化硅層232上形成氧化硅層234。氮氧化硅層232和氧化硅層234例如均可采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法來沉積形成。其中，形成氮氧化硅232和形成氧化硅234是采用在同一沉積裝置中連續(xù)沉積的方式，等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法所采用的原料氣體例如包括第一氣體和第二氣體，其中第一氣體主要用于提供氮原子或氧原子，第二原料氣體主要用于提供硅原子。本實(shí)施例中，第一氣體例如包括一氧化二氮(N2O),且第二氣體例如包括硅烷(SiH4)。在形成氮氧化硅層232時(shí)，一氧化二氮和硅烷的體積比以小于2為宜。需要注意的是，根據(jù)第一氣體和第二氣體的不同以及沉膜裝置的實(shí)際工藝參數(shù)的不同，在形成氮氧化硅層232時(shí)，第一氣體和第二氣體的體積比并不限定在小于2，也可為其他數(shù)值。當(dāng)?shù)趸鑼?32沉積到預(yù)定厚度時(shí)，增加原料氣體中的第一氣體和第二氣體的體積比，使一氧化二氮和硅烷的體積比等于或大于2，以形成氧化硅層234。而且，在形成氧化硅層234時(shí)，逐漸連續(xù)增大原料氣體中第一氣體和第二氣體的體積比，使原料氣體的氧原子的含量在氧化硅層234的沉積形成過程中逐漸連續(xù)增大。從而，從氧化硅234的第一表面234a至氧化硅層234的第二表面234b的氧原子密度也相應(yīng)的連續(xù)增大。最后，氧化娃層234靠近第二表面234b的氧原子密度大于氧化娃層234靠近第一表面234a的氧原子密度。本實(shí)施例中，較佳地，一氧化二氮和硅烷的體積比例如可介于2?5之間，同時(shí)，在氧化硅層232的沉積形成過程中，一氧化二氮和硅烷的體積比從2到5逐漸連續(xù)增大。需要注意的是，根據(jù)第一氣體和第二氣體的不同以及沉膜裝置的實(shí)際工藝參數(shù)的不同，第一氣體和第二氣體的體積比并不限定在2?5之間變化，也可為其他數(shù)值區(qū)間。等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法的沉積壓力等其他參數(shù)條件可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇，在此不作特別限定。
[0032]值得一提的是，在等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法形成氧化硅層234之后，還可對(duì)氧化硅層234的第二表面234b進(jìn)行進(jìn)一步的氧缺陷處理。例如，本實(shí)施例中，在利用沉積裝置成膜之后，可利用同一沉積裝置，停止供應(yīng)硅烷，僅供應(yīng)一氧化二氮，利用一氧化二氮對(duì)氧化硅層234的第二表面234b進(jìn)行進(jìn)一步的氧缺陷處理。經(jīng)過氧缺陷處理步驟，氧化硅層234靠近第二表面234b的氧原子密度可以進(jìn)一步提高，金屬氧化物半導(dǎo)體層240中的氧向柵極絕緣層230擴(kuò)散的可能性進(jìn)一步減少，從而有利于進(jìn)一步降低柵極絕緣層230對(duì)金屬氧化物半導(dǎo)體層240的性能影響，以進(jìn)一步提升金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200的性能。
[0033]之后，在柵極絕緣層230上形成金屬氧化物半導(dǎo)體層240。金屬氧化物半導(dǎo)體層240例如是銦鎵鋅氧化物(IGZ0)層，其可通過將金屬氧化物半導(dǎo)體材料例如銦鎵鋅氧化物材料沉積成膜和蝕刻圖案化等工藝來實(shí)現(xiàn)。
[0034]然后，在柵極絕緣層230和金屬氧化物半導(dǎo)體層240上方形成源極252和漏極254。源極252和漏極254分隔的設(shè)置于柵極絕緣層230和金屬氧化物半導(dǎo)體層240上方，以在源極252和漏極254之間暴露出部分金屬氧化物半導(dǎo)體層240。源極252和漏極254可通過沉積成膜和蝕刻圖案化等工藝來實(shí)現(xiàn)。
[0035]再次，在源極252和漏極254以及金屬氧化物半導(dǎo)體層240上形成鈍化保護(hù)層260。鈍化保護(hù)層260位于源極252和漏極254上并覆蓋從源極252和漏極254間露出的部分金屬氧化物半導(dǎo)體層240，以對(duì)金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200起到保護(hù)的作用。鈍化保護(hù)層260例如可以是氮化硅層或氧化硅層，其可通過將保護(hù)層材料例如氧化硅或氮化硅材料沉積成膜等工藝來實(shí)現(xiàn)。
[0036]圖3所示為本發(fā)明第二實(shí)施例的金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例中，金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200a與金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200的結(jié)構(gòu)大致相同，二者的區(qū)別在于，金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200a還包括有溝道保護(hù)層245。在設(shè)置源極252和漏極254之前，先在金屬氧化物半導(dǎo)體層240上設(shè)置溝道保護(hù)層245，溝道保護(hù)層245設(shè)置在金屬氧化物半導(dǎo)體層240上并覆蓋部分金屬氧化物半導(dǎo)體層240，金屬氧化物半導(dǎo)體層240的兩端從溝道保護(hù)層245的兩側(cè)露出，以實(shí)現(xiàn)源極252與金屬氧化物半導(dǎo)體層240的直接接觸和漏極254與金屬氧化物半導(dǎo)體層240的直接接觸。在制作源極252和漏極254時(shí)，溝道保護(hù)層245可使金屬氧化物半導(dǎo)體層240時(shí)得到更為有效的保護(hù)。此時(shí)，源極252和漏極254分隔的設(shè)置于柵極絕緣層230和溝道保護(hù)層245上方，以使得金屬氧化物半導(dǎo)體層240上的部分溝道保護(hù)層245從源極252和漏極254之間露出，且源極252和漏極254分別與從溝道保護(hù)層245露出的金屬氧化物半導(dǎo)體層240相接觸。溝道保護(hù)層245例如是氧化硅層或氮化硅層，其可通過將保護(hù)層材料例如氧化硅或氮化硅材料沉積成膜和蝕刻圖案化等工藝來實(shí)現(xiàn)。
[0037]本實(shí)施例中金屬氧化物薄膜晶體管200a在得到與第一實(shí)施例中金屬氧化物薄膜晶體管200的相似的效果的同時(shí)，可以通過溝道保護(hù)層245使金屬氧化物半導(dǎo)體層240得到更為有效的保護(hù)。
[0038]圖4是本發(fā)明第三實(shí)施例的金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200b的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參閱圖3，本實(shí)施例中，金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200b與金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200的結(jié)構(gòu)大致相同，二者的區(qū)別在于，金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200b的柵極絕緣層330的氧化硅層334包括第一氧化硅層335以及第二氧化硅層336。其中，第二氧化硅層336定義為SiOy，y ( 2 ;第一氧化硅層335定義為SiOx，I ^ x ^ y0第二氧化硅層336具有均勻的氧原子密度，第一氧化硅層335也具有均勻的氧原子密度，且第二氧化硅層336的氧原子密度大于第一氧化硅層335的氧原子密度。所謂氧原子密度是指單位體積第一氧化硅層335或第二氧化硅層336的氧原子的摩爾數(shù)。第一氧化硅層335具有與氮氧化娃層332接觸的表面(即氧化娃層334的第一表面334a),第二氧化娃層336具有與金屬氧化物半導(dǎo)體層240接觸的表面(即氧化硅層334的第二表面334b)，因此，靠近第二表面334b的第二氧化硅層336具有較高的氧原子含量，也即，氧化硅層334靠近第二表面334b的氧原子密度大于氧化娃層334靠近第一表面334a的氧原子密度。
[0039]金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200b的制作方法也與金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200的制作方法大致相同。二者的區(qū)別在于，當(dāng)?shù)趸鑼?32沉積到預(yù)定厚度時(shí)，增加原料氣體中的第一氣體和第二氣體的體積比到第一預(yù)定體積比以繼續(xù)形成第一氧化硅層335。當(dāng)?shù)谝谎趸鑼?35沉積到預(yù)定厚度時(shí)，再次增加原料氣體中的第一氣體和第二氣體的體積比到第二預(yù)定體積比以繼續(xù)形成第二氧化硅層336。由于原料氣體的氧原子的含量的增大，第二氧化硅層336具有較高的氧原子含量，也即，最后形成的氧化硅層334靠近第二表面334b的氧原子密度大于氧化娃層334靠近第一表面334a的氧原子密度。本實(shí)施例中，在形成氧化硅334的過程中，原料氣體中的第一氣體和第二氣體例如分別為一氧化二氮和硅烷，較佳地，一氧化二氮和硅烷的體積比例如可介于2~5之間，即第一預(yù)定體積比與第二預(yù)定體積比介于2~5之間，同時(shí)，第二預(yù)定體積比大于第一預(yù)定體積比，也即，在氧化娃層334的第一氧化娃層335和第二氧化娃層336的沉積形成過程中，一氧化二氮和娃烷的體積比從第一預(yù)定體積比增大至第二預(yù)定體積比，其中，第一預(yù)定體積比和第二預(yù)定體積比可選自2~5之間的數(shù)值。需要注意的是，根據(jù)原料氣體中的第一氣體和第二氣體的不同以及沉膜裝置的實(shí)際工藝參數(shù)的不同，第一氣體和第二氣體的體積比并不限定在2~5之間變化，也可為其他數(shù)值區(qū)間，只要第二預(yù)定體積比大于第一預(yù)定體積比即可。等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法的沉積壓力等其他參數(shù)條件可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇，在此不作特別限定。
[0040]綜上所述，本發(fā)明的金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200、20`0a、200b的柵極絕緣層230,330包括氮氧化硅層232和氧化硅層234、334，且氧化硅層234、334靠近與金屬氧化物半導(dǎo)體層240接觸的第二表面234b、334b的氧原子密度大于氧化硅層234、334靠近與氮氧化硅層232接觸的第一表面234a、334a的氧原子密度。柵極絕緣層230的氮氧化硅層232可有效阻止柵極220中的導(dǎo)電性離子在電場(chǎng)的作用下擴(kuò)散至氧化硅層234、334，從而保證柵極絕緣層230的氧化硅層234、334的電絕緣性，進(jìn)而防止源極242、漏極244和柵極220發(fā)生短路。柵極絕緣層230從氮氧化硅層232到氧化硅層234、334所含有的氧原子逐漸增加，使組成整個(gè)柵極絕緣層230的膜層材料不同，膜層材料組成上的改變導(dǎo)致形成多膜層的結(jié)構(gòu)，而多個(gè)膜層的應(yīng)力相互疊加抵消在一定程度上降低了氮氧化硅層232的內(nèi)部應(yīng)力，從而有效的解決了玻璃材質(zhì)的基板210因膜層應(yīng)力而可能出現(xiàn)的易破片的問題，以提高金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200、200a、200b的穩(wěn)定性。此外，由于氧化硅層234、334靠近第二表面234b、334b的氧原子密度較高，與金屬氧化物半導(dǎo)體層240接觸的第二表面234b、334b呈富氧狀態(tài)，金屬氧化物半導(dǎo)體層240中的氧含量不會(huì)因?yàn)榕c柵極絕緣層230、330的接觸而減少。另外，氧化硅層234、334還能有效阻擋氮氧化硅層232中的雜質(zhì)氫和氮擴(kuò)散至金屬氧化物半導(dǎo)體層240，從而起到保護(hù)金屬氧化物半導(dǎo)體層240的作用。因此，金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200、200a、200b的柵極絕緣層230、330對(duì)金屬氧化物半導(dǎo)體層240的性能影響甚小，從而有利于進(jìn)一步提升金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管200、200a、200b的性能。再者，柵極絕緣層包括氮氧化硅層和氧化硅層雙層結(jié)構(gòu)，在成膜厚度相當(dāng)?shù)那闆r下，有利于克服采用單層氧化硅層作為柵極絕緣層工藝時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，以提高產(chǎn)能，且有效的解決了因成膜應(yīng)力過大而導(dǎo)致得玻璃基板易破片的問題。同時(shí)，由于氧化硅層靠近第二表面的氧原子密度大于氧化硅層靠近第一表面的氧原子密度，也就是說氧化硅層僅需要局部實(shí)現(xiàn)較高的氧含量，不需要在整個(gè)氧化硅層都具有較大的氧原子密度，因此降低了工藝成本。
[0041]以上對(duì)本發(fā)明所提供的金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管及其制作方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，包括柵極、柵極絕緣層以及金屬氧化物半導(dǎo)體層，該柵極絕緣層位于該柵極與該金屬氧化物半導(dǎo)體層之間，其特征在于，該柵極絕緣層包括氮氧化娃層和氧化娃層，該氮氧化娃層位于該柵極與該氧化娃層之間；該氧化娃層位于該氮氧化硅層與該金屬氧化物半導(dǎo)體層之間，且該氧化硅層具有與該氮氧化硅層接觸的第一表面以及與該金屬氧化物半導(dǎo)體層接觸的第二表面，該氧化硅層靠近該第二表面的氧原子密度大于該氧化硅層靠近該第一表面的氧原子密度。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，其特征在于，該氧化硅層的氧原子密度從該第一表面至該第二表面逐漸連續(xù)增大。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，其特征在于，該氧化硅層包括第一氧化娃層和第二氧化娃層，該第一氧化娃層位于該氮氧化娃層和該第二氧化娃層之間，該第二氧化硅層位于該第一氧化硅層和該金屬氧化物半導(dǎo)體層之間，該第一氧化硅層與該氮氧化硅層接觸的表面為該第一表面，該第二氧化硅層與該金屬氧化物半導(dǎo)體層之接觸的表面為該第二表面，該第二氧化硅層的氧原子密度大于該第一氧化硅層的氧原子密度。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，其特征在于，該金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管還包括有溝道保護(hù)層，該溝道保護(hù)層位于該金屬氧化物半導(dǎo)體層上并覆蓋部分該金屬氧化物半導(dǎo)體層，該金屬氧化物半導(dǎo)體層在該溝道保護(hù)層的兩端露出。
5.一種金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的制作方法，包括在柵極上形成柵極絕緣層，以及在該柵極絕緣層上形成金屬氧化物半導(dǎo)體層，其特征在于，在該柵極上形成該柵極絕緣層包括: 在該柵極上形成氮氧化硅層；以及 在該氮氧化娃層上形成氧化娃層，且該氧化娃層具有與該氮氧化娃層接觸的第一表面以及與該金屬氧化物半導(dǎo)體 層接觸的第二表面，該氧化硅層靠近該第二表面的氧原子密度大于該氧化硅層靠近的該第一表面的氧原子密度。
6.如權(quán)利要求5所述的制作方法，其特征在于，該氧化硅層采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法形成，其中，該等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法所使用的氣體原料包括用于提供氧的第一氣體和用于提供娃的第二氣體，在該氧化娃層的該沉積形成過程中，該第一氣體和該第二氣體的體積比逐漸連續(xù)增大。
7.如權(quán)利要求6所述的制作方法，其特征在于，該第一氣體包括一氧化二氮，且該第二氣體包括硅烷，該第一氣體和該第二氣體的體積比介于2~5之間且逐漸連續(xù)增大。
8.如權(quán)利要求6所述的制作方法，其特征在于，在形成該氧化硅層之后，通過該第一氣體對(duì)該氧化硅層進(jìn)行氧缺陷處理。
9.如權(quán)利要求5所述的制作方法，其特征在于，在該氮氧化硅層上形成該氧化硅層包括: 在該氮氧化娃層上形成第一氧化娃層，該第一氧化娃層與該氮氧化娃層接觸的表面為該第一表面，以及 在該第一氧化硅層上形成第二氧化硅層，該第二氧化硅層與該金屬氧化物半導(dǎo)體層之接觸的表面為該第二表面，且該第二氧化硅層的氧原子密度大于該第一氧化硅層的氧原子密度。
10.權(quán)利要求9所述的制作方法，其特征在于，該第一氧化硅層和該第二氧化硅層均采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法形成，該等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法所使用的原料氣體包括用于提供氧的第一氣體和用于提供硅的第二氣體，在該第二氧化硅層的沉積形成過程中的該第一氣體和該第二氣體的第二預(yù)定體積比大于在該第一氧化硅層的沉積形成過程中的該第一氣體和該第二氣體的·第一預(yù)定體積比。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK103824887SQ201410061903
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】簡(jiǎn)廷憲, 鐘德鎮(zhèn), 吳婷婷, 戴文君 申請(qǐng)人:昆山龍騰光電有限公司