用于增加金屬氧化物半導(dǎo)體層的電導(dǎo)率的方法
【專(zhuān)利摘要】一種用于增加預(yù)定位置處金屬氧化物半導(dǎo)體層電導(dǎo)率的方法，其中該方法包括：在預(yù)定位置處提供與金屬氧化物半導(dǎo)體層物理接觸的還原劑，并誘導(dǎo)還原劑和金屬氧化物半導(dǎo)體層之間的化學(xué)還原反應(yīng)，藉此影響預(yù)定位置處金屬氧化物半導(dǎo)體層的化學(xué)組份；以及該方法的應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于增加金屬氧化物半導(dǎo)體層的電導(dǎo)率的方法
[0001]公開(kāi)領(lǐng)域
[0002]所公開(kāi)的技術(shù)涉及用于局部增加金屬氧化物半導(dǎo)體層的電導(dǎo)率的方法、基于金屬氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管，以及用于制造基于金屬氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管的方法。
[0003]相關(guān)技術(shù)描述
[0004]在制造金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管(諸如，舉例而言，氧化銦鎵鋅(縮寫(xiě):GIZ0或IGZ0)薄膜晶體管)時(shí)，存在對(duì)局部增加半導(dǎo)體材料(尤其是與源極和漏極接觸區(qū)對(duì)應(yīng)位置處)電導(dǎo)率的需要，以改善電荷注入及減少接觸電阻。
[0005]本領(lǐng)域內(nèi)已知有用于(局部)增加GIZ0的電導(dǎo)率的數(shù)種方法，諸如舉例而言，通過(guò)離子注入或雜質(zhì)擴(kuò)散來(lái)?yè)诫s，或者執(zhí)行氬氣等離子體處理或NH3等離子體處理。
[0006]在US 2012/0001167中，描述了一種用于制造金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的方法，其中使用了一種用于局部增加金屬氧化物半導(dǎo)體層電導(dǎo)率的替換方法。在沉積金屬氧化物半導(dǎo)體層、柵絕緣和柵極電極之后，提供由諸如T1、Al或In之類(lèi)的金屬制成的金屬膜，該金屬膜具有10納米或更薄的厚度。接下來(lái)，例如在300°C的溫度，在含氧氣氛中，熱處理被執(zhí)行。作為這一熱處理的結(jié)果，金屬膜被氧化。在金屬膜的氧化過(guò)程中，金屬氧化物半導(dǎo)體層的源極區(qū)和漏極區(qū)內(nèi)所包括的部分氧被遷移到金屬膜。作為源極區(qū)和漏極區(qū)內(nèi)氧濃度降低的結(jié)果，導(dǎo)致金屬氧化物半導(dǎo)體層上部部分內(nèi)低電阻區(qū)的形成。金屬膜的厚度優(yōu)選為10納米或更薄，從而使該金屬膜在含氧氣氛中的熱處理期間可被完全氧化。這去除了對(duì)用于執(zhí)行去除非氧化金屬的蝕刻步驟的需要。US 2012/0001167中所述的方法要求至少為200°C的溫度，例如，在300°C的量級(jí)。因此，這一方法并不適合于一些低成本的柔性基板(諸如舉例而言，PET (聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二酯)和PC (聚碳酸酯))，并且可能需要具有增加的熱穩(wěn)定性和/或化學(xué)穩(wěn)定性的價(jià)格更高的塑料箔(諸如，PI (聚酰亞胺)、PES(聚醚砜)或PEEK(聚醚醚酮))。該方法還需要對(duì)金屬層厚度的良好控制以便避免對(duì)執(zhí)行去除非氧化金屬的蝕刻步驟的需求。
[0007]一些發(fā)明方面的概述
[0008]一些發(fā)明方面涉及用于局部增加金屬氧化物半導(dǎo)體層電導(dǎo)率的方法，其中該方法在不超過(guò)200°C (或者不超過(guò)約200°C或小于200°C)的溫度被執(zhí)行，并且其中相比于現(xiàn)有技術(shù)中的方法處理復(fù)雜度被降低。
[0009]根據(jù)本公開(kāi)的第一方面，公開(kāi)了一種用于增加預(yù)定位置處金屬氧化物半導(dǎo)體層電導(dǎo)率的方法，其中該方法包括:在預(yù)定位置處提供與金屬氧化物半導(dǎo)體層物理接觸的還原齊U，并誘導(dǎo)還原劑和金屬氧化物半導(dǎo)體層之間的化學(xué)還原反應(yīng)，藉此影響預(yù)定位置處金屬氧化物半導(dǎo)體層的化學(xué)組份。
[0010]第一發(fā)明子方面涉及一種用于增加預(yù)定位置處金屬氧化物半導(dǎo)體層電導(dǎo)率的方法，其中該方法包括:提供在預(yù)定位置處與金屬氧化物半導(dǎo)體層物理接觸的包括堿金屬(例如，L1、Na、K、Rb、Cs或Fr中的任何或任何組合)或堿土金屬(例如，Be、Mg、Ca、Sr、Ba或Ra中的任何或任何組合)的還原層；誘導(dǎo)還原層和金屬氧化物半導(dǎo)體層之間的化學(xué)還原反應(yīng)，藉此影響預(yù)定位置處金屬氧化物半導(dǎo)體層的化學(xué)組份，例如降低預(yù)定位置處金屬氧化物半導(dǎo)體層的氧含量；以及執(zhí)行用于去除還原層(或過(guò)量還原層)和來(lái)自還原反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物(或副產(chǎn)物)的漂洗步驟。漂洗步驟是在液體(例如，水)中通過(guò)輕柔水洗進(jìn)行去除的步驟。在一方面，誘導(dǎo)還原層和金屬氧化物半導(dǎo)體層間的化學(xué)還原反應(yīng)可包括在約20°C到200°C之間范圍內(nèi)的溫度執(zhí)行退火步驟。退火步驟可在惰性氣氛下或在真空中(例如，在約10_6托到1(Γ8托之間范圍內(nèi)的壓力，S卩，在約1.33 l(T4Pa到1.33 10_6Pa之間范圍內(nèi))執(zhí)行。
[0011]在另一方面，誘導(dǎo)還原層和金屬氧化物半導(dǎo)體層之間的化學(xué)還原反應(yīng)可包括在提供還原層之后等待預(yù)定時(shí)間段(例如在約1分鐘到5小時(shí)之間范圍內(nèi)的時(shí)間段，例如在約15分鐘到2小時(shí)之間)。等待步驟例如可包括在腔室內(nèi)保持樣本，其中還原層已被提供。等待步驟可在真空下在約10_6托到10_8托之間范圍內(nèi)的壓力(S卩，在約1.33 10_4Pa到1.3310_6Pa之間范圍內(nèi))執(zhí)行。等待步驟例如可在_50°C到+50°C之間范圍內(nèi)的溫度被完成。
[0012]誘導(dǎo)還原層和金屬氧化物半導(dǎo)體層間的化學(xué)還原反應(yīng)可包括執(zhí)行根據(jù)本公開(kāi)一方面的等待步驟，接著執(zhí)行根據(jù)本公開(kāi)一方面的退火步驟。
[0013]在一方面，增加金屬氧化物半導(dǎo)體層電導(dǎo)率可包括增加金屬氧化物半導(dǎo)體層表面部分(例如，在具有約10納米到幾十納米厚度(諸如約10納米到40納米的厚度，例如在10納米到40納米間以?xún)?nèi)的厚度)的表面部分中)的電導(dǎo)率。在另一方面，增加金屬氧化物半導(dǎo)體層電導(dǎo)率可包括增加貫穿金屬氧化物半導(dǎo)體層整個(gè)厚度的電導(dǎo)率。
[0014]在一方面，該方法能夠有利地用在對(duì)具有金屬氧化物半導(dǎo)體有源層的薄膜晶體管的制造過(guò)程中，以供局部增加與源極區(qū)和漏極區(qū)對(duì)應(yīng)的預(yù)定位置處的電導(dǎo)率，藉此改善來(lái)自源極接觸和漏極接觸的電荷注入。在一方面，該方法可用在對(duì)自對(duì)準(zhǔn)頂柵極薄膜晶體管的制作過(guò)程中。
[0015]在一方面，該方法可用在對(duì)其它基于金屬氧化物半導(dǎo)體的器件(例如，二極管或晶體管-二極管)的制作過(guò)程中，以供改進(jìn)來(lái)自接觸的電荷注入。
[0016]金屬氧化物半導(dǎo)體層可例如包括氧化銦鎵鋅(GIZ0)或其它基于金屬氧化物的半導(dǎo)體，例如，以下的組合物(無(wú)化學(xué)劑量學(xué)的指示):ZnO、ZnSnO、InO、InZnO、InZnSnO、LalnZnO、GalnO、HflnZnO、MgZnO、LalnZnO、T1、TilnSnO、ScInZnO、Si InZnO 和 ZrlnZnO、ZrZnSnO。然而，本公開(kāi)不受限于此，并且該方法在一方面可與本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它合適金屬氧化物半導(dǎo)體聯(lián)用。通?？捎啥喾N方法來(lái)提供這些通常厚度在5納米到50納米之間的半導(dǎo)體層，諸如舉例而言，濺射、熱蒸發(fā)、脈沖激光沉積以及旋涂、噴墨打印或前體溶液的滴注。
[0017]包括堿金屬或堿土金屬的還原層可以是連續(xù)層。在一方面，還原層可以是非連續(xù)層，例如，它可以是由多個(gè)(納米)島形成的層。
[0018]包括堿金屬或堿土金屬的還原層可以例如由堿金屬或堿土金屬構(gòu)成。替換地，還原層可包括含堿金屬或堿土金屬的合金。
[0019]一方面，可以通過(guò)使金屬氧化物半導(dǎo)體層在預(yù)定位置處與溶解在液體內(nèi)的化學(xué)還原劑(諸如舉例而言，硫代硫酸鈉水溶液(Na2S203)或肼，或者萘鈉(sodiumnaphthalenide)的溶液或有機(jī)溶劑(諸如，醚溶劑)中的危基鈉(sodium acenaphthenide)或者氣相化學(xué)還原劑(例如，肼))物理接觸來(lái)誘導(dǎo)化學(xué)還原反應(yīng)。
[0020]包括堿金屬或堿土金屬的層的厚度可例如在約1納米到100納米的范圍內(nèi)，諸如在約5納米到50納米之間，或者在約5納米到25納米之間。
[0021]可在約20°C到200°C之間范圍內(nèi)的溫度執(zhí)行退火步驟，例如其中退火時(shí)間在約1分鐘到1小時(shí)間的范圍內(nèi)。在一方面，為了避免與氣氛不期望的反應(yīng)而致堿金屬或堿土金屬消耗，在惰性氣氛下執(zhí)行退火步驟，從而允許防止被例如來(lái)自殘余的水或濕氣的氧氧化。退火可例如在具有水分和氧吸收劑的充有氬氣或氮?dú)?或氦氣、氖、氪、氙)的手套箱中執(zhí)行。諸如氦氣的其它氣體可用來(lái)創(chuàng)建惰性氣氛。在實(shí)施例中使用包括化學(xué)少活性金屬(諸如舉例而言鈣)的還原層，且氮?dú)庖部捎米鞫栊詺夥?。在另一方面，為了避免與氣氛(例如，氧、濕氣、水)不期望的反應(yīng)而致堿金屬或堿土金屬消耗，樣本可在-50 °C到+50 °C之間范圍內(nèi)的溫度，在約1.33 10_4Pa到1.33 10_6Pa之間范圍內(nèi)的壓力置于真空中(等待步驟)達(dá)預(yù)定的時(shí)間段(例如，在約1分鐘到5小時(shí)之間，例如在約15分鐘到2小時(shí)之間)。
[0022]在一方面，可用漂洗裝置來(lái)完成漂洗過(guò)程，例如漂洗裝置是水。然而，本公開(kāi)不受限于此并且可使用其它液體(諸如舉例而言酒精)來(lái)完成漂洗過(guò)程。
[0023]本發(fā)明一個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)在于金屬氧化物半導(dǎo)體層的傳導(dǎo)性可顯著改善，例如在低于約200°C的溫度(例如，約150°C或更低)達(dá)至少約三個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，本方法在一方面適用于使用低成本柔性基板(諸如舉例而言，PET、PEN或PC)。
[0024]本發(fā)明一個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)執(zhí)行漂洗步驟(例如，用水)可以輕易去除未反應(yīng)的金屬。本發(fā)明一個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)在含氧或臭氧的氣氛中執(zhí)行氧化步驟或執(zhí)行用以去除未反應(yīng)金屬的蝕刻步驟的需求可被避免。
[0025]本發(fā)明一個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)還在于通過(guò)執(zhí)行漂洗步驟可以輕易去除反應(yīng)產(chǎn)物(例如，發(fā)生了反應(yīng)的金屬)。在一些實(shí)施例中，通過(guò)執(zhí)行用水的漂洗步驟可以輕易去除反應(yīng)產(chǎn)物(例如，發(fā)生了反應(yīng)的金屬)。例如，當(dāng)使用包含Ca的還原層時(shí)，還原層和金屬氧化物層之間的化學(xué)還原反應(yīng)導(dǎo)致具有良好水溶性的氧化鈣的形成。在其他實(shí)施例中，諸如舉例而言當(dāng)使用包括Mg的還原層時(shí)，通過(guò)執(zhí)行用酸的漂洗步驟可以去除反應(yīng)產(chǎn)物(例如，氧化鎂)。
[0026]一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于在根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的方法中使用的金屬不會(huì)在還原層的金屬和金屬氧化物半導(dǎo)體之間的界面處形成會(huì)阻擋或阻止與下面的金屬氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)一步反應(yīng)的致密氧化層。因此，不存在對(duì)包括金屬的層的良好厚度控制的需要。
[0027]本發(fā)明一個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)在于還原層和金屬氧化物半導(dǎo)體層之間的化學(xué)還原反應(yīng)可以不是自限制(self-limiting)的(不形成會(huì)阻擋或防止進(jìn)一步反應(yīng)的致密氧化層)，因此相比其他方法允許在更大部分(進(jìn)入深度，即在基本垂直于金屬氧化物半導(dǎo)體層表面平面的方向上)中增加金屬氧化物半導(dǎo)體層的電導(dǎo)率。這一更大的部分可包括進(jìn)入深度大于50%，或大于60%，或大于70%，或大于80%，或大于90%，或100%的部分。
[0028]在本發(fā)明的第二子方面，可避免使用還原層。該方法可隨后是這樣的:在預(yù)定位置處提供與金屬氧化物半導(dǎo)體層物理接觸的還原劑并誘導(dǎo)還原劑和金屬氧化物半導(dǎo)體層之間的化學(xué)還原反應(yīng)包括:使金屬氧化物半導(dǎo)體層在預(yù)定位置處與溶解在液體內(nèi)的化學(xué)還原劑物理接觸。該效果可與關(guān)于第一子方面所描述的效果相似。
[0029]在第三子方面，還是沒(méi)有使用還原層，在預(yù)定位置處提供與金屬氧化物半導(dǎo)體層物理接觸的還原劑并誘導(dǎo)還原劑和金屬氧化物半導(dǎo)體層之間的化學(xué)還原反應(yīng)包括:使金屬氧化物半導(dǎo)體層在預(yù)定位置處與氣相化學(xué)還原劑物理接觸。該效果可與關(guān)于第一子方面所描述的效果相似。
[0030]在本發(fā)明的一個(gè)方面，化學(xué)還原反應(yīng)可增加貫穿整個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體層厚度的電導(dǎo)率，并且此外它可增加金屬氧化物半導(dǎo)體層下面(部分)絕緣層(例如，電介質(zhì)層，諸如二氧化硅層或氧化鋁層)的電導(dǎo)率。在頂柵極晶體管配置的情況下，金屬氧化物半導(dǎo)體層下面絕緣層(例如，電介質(zhì)層，例如二氧化硅層或氧化鋁層)這樣的還原反應(yīng)是有利的，因?yàn)樗鼘?dǎo)致源極接觸和漏極接觸的更高傳導(dǎo)性，并且它可允許進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)底部接觸。
[0031]在本發(fā)明的第二方面，公開(kāi)了根據(jù)第一方面的方法的應(yīng)用，用與制造具有金屬氧化物半導(dǎo)體有源層的薄膜晶體管，以供局部增加與源極區(qū)和漏極區(qū)對(duì)應(yīng)的預(yù)定位置處的電導(dǎo)率，藉此改善來(lái)自源極接觸和漏極接觸(后者通常提供在源極區(qū)和漏極區(qū)上)的電荷注入。
[0032]根據(jù)第一方面的方法可用于制造自對(duì)準(zhǔn)頂柵極薄膜晶體管。
[0033]已經(jīng)在上文中描述了本發(fā)明各方面的某些目標(biāo)及優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，應(yīng)理解，不一定所有此類(lèi)目的或優(yōu)點(diǎn)都可根據(jù)本公開(kāi)的任何特定實(shí)施例實(shí)現(xiàn)。因此，例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本公開(kāi)可按實(shí)現(xiàn)或優(yōu)化本文所教導(dǎo)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)或一組優(yōu)勢(shì)的方式來(lái)具體化或執(zhí)行，而不一定要同時(shí)實(shí)現(xiàn)本文可能教導(dǎo)或提出的其他目的或優(yōu)勢(shì)。此外，可理解的是這個(gè)概述僅僅是示例且并不意在限制本公開(kāi)的內(nèi)容。關(guān)于組織和操作方法兩者的本公開(kāi)，連同其特征和優(yōu)點(diǎn)一起，通過(guò)結(jié)合附圖而閱讀參考以下詳細(xì)描述可被最好地理解。
[0034]附圖簡(jiǎn)述
[0035]圖1示出在不同處理之后并且針對(duì)150°C的不同退火時(shí)間GIZ0層的測(cè)量電阻。
[0036]圖2示出在蒸發(fā)Ca層之前和之后因變于退火溫度的GIZ0層的測(cè)量電阻。
[0037]圖3至圖7解說(shuō)根據(jù)一個(gè)實(shí)施例中方法的金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管制造方法的各步驟。
[0038]圖8示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的鈣處理之后的基板(Si02上GIZ0)的光學(xué)顯微照片。鈣通過(guò)遮蔽掩模被蒸發(fā)。較暗的區(qū)域與遮蔽掩模的開(kāi)口對(duì)應(yīng)。
[0039]圖9示出在具有Ca處理的GIZ0源極/漏極接觸的晶體管上執(zhí)行的電測(cè)量。頂部曲線圖:傳輸特性；底部曲線圖:輸出特性。
[0040]圖10示出因變于GIZ0厚度及各接觸焊盤(pán)間縫隙的兩個(gè)金接觸焊盤(pán)間經(jīng)Ca處理的(Si02電介質(zhì)上)GIZ0的電阻率。
[0041]圖11示出針對(duì)經(jīng)Ca處理的(Si02電介質(zhì)上60納米的GIZO)GIZ0基板銦、鎵、鋅和鈣的元素深度分布(通過(guò)飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜法)。
[0042]圖12示出具有經(jīng)Ca處理的GIZ0源極/漏極接觸的通過(guò)光刻圖案化的五個(gè)晶體管的傳輸曲線。
[0043]任何參考標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制本公開(kāi)的范圍。
[0044]在不同附圖中，相同參考標(biāo)記指示相同或相似元件。

【具體實(shí)施方式】
[0045]在以下詳細(xì)描述中，闡述眾多特定細(xì)節(jié)以提供對(duì)本公開(kāi)以及其可如何在特定實(shí)施方式中實(shí)施的透徹理解。然而，將理解，本公開(kāi)在沒(méi)有這些特定細(xì)節(jié)的情況下也可以實(shí)施。在其它情形中，眾所周知的方法、程序和技術(shù)并未進(jìn)行詳細(xì)描述以免混淆本公開(kāi)。雖然將針對(duì)特定實(shí)施方式并參考特定附圖描述本公開(kāi)，但本公開(kāi)不限于此。本文中所包括和描述的附圖是示意性的且不限制本公開(kāi)的范圍。還應(yīng)注意，在附圖中，出于說(shuō)明目的，一些元件的大小可能被放大，因此未按比例繪制。
[0046]此外，說(shuō)明書(shū)中的術(shù)語(yǔ)第一、第二和第三等用于區(qū)別類(lèi)似的元件，而不一定用于描述時(shí)間、空間、排列或任何其他方式的先后順序。應(yīng)理解，如此使用的術(shù)語(yǔ)在適當(dāng)情況下是可互換的，且本文中所描述的本公開(kāi)的實(shí)施例能以不同于本文所描述或示出的其它順序操作。
[0047]另外，說(shuō)明書(shū)中的術(shù)語(yǔ)頂部、底部、之上、之下等等用于描述性目的，而非必然地用于描述相對(duì)位置。應(yīng)理解，如此使用的術(shù)語(yǔ)在適當(dāng)情況下是可互換的，且本文中所描述的本公開(kāi)的實(shí)施例能以不同于本文所描述或示出的其它取向操作。
[0048]應(yīng)注意，術(shù)語(yǔ)“包括”不應(yīng)當(dāng)被解釋為受限于下文中列出的含義；它不排除其它元件或步驟。因此它應(yīng)當(dāng)被解讀為指定所述特征、整數(shù)、步驟或部件如所述及的存在，但不排除一個(gè)或多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟或部件或其群組的存在或添加。因此，措辭“包括裝置A和B的設(shè)備”的范圍不應(yīng)當(dāng)局限于僅由組件A和B構(gòu)成的設(shè)備。
[0049]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例用于增加預(yù)定位置處金屬氧化物半導(dǎo)體層電導(dǎo)率的方法包括:提供在預(yù)定位置處與金屬氧化物半導(dǎo)體層物理接觸的包括堿金屬(L1、Na、K、Rb、Cs或Fr)或堿土金屬(Be、Mg、Ca、Sr、Ba或Ra)的還原層；誘導(dǎo)還原層和金屬氧化物半導(dǎo)體層之間的化學(xué)還原反應(yīng)，藉此影響預(yù)定位置處金屬氧化物半導(dǎo)體層的化學(xué)組份(例如，降低金屬氧化物半導(dǎo)體層的氧含量，或降低金屬氧化物半導(dǎo)體層的金屬離子的氧化狀態(tài))；以及執(zhí)行用于去除還原層(另一目的中可能是過(guò)量的還原層)和來(lái)自還原反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物(另一目的中的反應(yīng)副產(chǎn)物)的漂洗步驟。
[0050]在一方面，誘導(dǎo)還原層和金屬氧化物半導(dǎo)體層間的化學(xué)還原反應(yīng)可包括在約20°C到200°C之間范圍內(nèi)的溫度執(zhí)行退火步驟。退火步驟可在惰性氣氛下或在真空中(例如，在約10_6托到10_8托之間范圍內(nèi)的壓力，尤其在約1.33 10_4Pa到1.33 10_6Pa之間范圍內(nèi))執(zhí)行。退火步驟的持續(xù)時(shí)間例如在約5分鐘到30分鐘之間。
[0051]在另一方面，誘導(dǎo)還原層和金屬氧化物半導(dǎo)體層之間的化學(xué)還原反應(yīng)可包括在提供還原層之后等待預(yù)定時(shí)間段(例如在約1分鐘到5小時(shí)之間范圍內(nèi)的時(shí)間段，例如在約15分鐘到2小時(shí)之間)。等待步驟例如可包括在腔室內(nèi)保持樣本，其中還原層已被提供。等待步驟可在真空下在約10_6托到10_8托之間范圍內(nèi)的壓力(或者在約1.33 10_4Pa到1.3310_6Pa之間范圍內(nèi))執(zhí)行。等待步驟例如可在_50°C到+50°C之間范圍內(nèi)的溫度被完成。
[0052]誘導(dǎo)還原層和金屬氧化物半導(dǎo)體層間的化學(xué)還原反應(yīng)可包括執(zhí)行根據(jù)本公開(kāi)一方面的等待步驟，接著執(zhí)行根據(jù)本公開(kāi)一方面的退火步驟。
[0053]一個(gè)實(shí)施例中的方法能夠有利地用在對(duì)具有金屬氧化物半導(dǎo)體有源層的薄膜晶體管的制造過(guò)程中，以供局部增加預(yù)定位置處(例如，與源極區(qū)和漏極區(qū)對(duì)應(yīng))電導(dǎo)率，藉此改善電荷注入。
[0054]一個(gè)實(shí)施例中的方法進(jìn)一步被描述用于其中氧化物半導(dǎo)體層是氧化銦鎵鋅(GIZ0或IGZ0)層且其中還原層是Ca層的諸實(shí)施例。然而，本公開(kāi)不限于此并且可以使用其它的金屬氧化物半導(dǎo)體層和/或還原層。
[0055]進(jìn)行了其中標(biāo)稱(chēng)厚度15納米的GIZ0層是通過(guò)把靶材Ga:1n:Zn按1:1:1的比率濺射在2厘米X 2厘米的方形基板上100納米厚的二氧化硅層上而來(lái)的實(shí)驗(yàn)。(基板的一個(gè)角落與基板的相對(duì)角落間測(cè)得的)沉積態(tài)(as-d印ositecOGIZO層的電阻被發(fā)現(xiàn)大于是所用萬(wàn)用表量程上限的200兆歐姆。圖1解說(shuō)在不同處理之后并且針對(duì)在充氮手套箱內(nèi)側(cè)150°C的熱板上不同退火時(shí)間(0分鐘=沒(méi)退火)的GIZ0層的測(cè)量電阻。在20納米厚Ca層(蒸發(fā)率:每秒一埃)的熱蒸發(fā)之后接著在水中進(jìn)行短的漂洗和在氮?dú)庵羞M(jìn)行干燥；在水中進(jìn)行5分鐘的附加漂洗和在氮?dú)庵羞M(jìn)行干燥之后；在空氣中進(jìn)行歷時(shí)1晚的附加存儲(chǔ)之后；在70°C的水中進(jìn)行2小時(shí)附加處理和在氮?dú)庵羞M(jìn)行干燥之后；以及在空氣中的各種存儲(chǔ)時(shí)間(6天、12天和19天)之后。結(jié)果顯示出在直接Ca沉積之后電阻顯著減低。然而，延長(zhǎng)的空氣存儲(chǔ)又導(dǎo)致傳導(dǎo)性的明顯損耗。退火時(shí)間越長(zhǎng)，傳導(dǎo)性的損耗越小。
[0056]圖2顯示標(biāo)稱(chēng)厚度15納米的GIZ0層的測(cè)量電阻，該GIZ0層是通過(guò)把靶材Ga:1n:Zn按1:1:1的比率濺射在2厘米X2厘米的方形基板上100納米厚的二氧化硅層上而來(lái)的。實(shí)線顯示沒(méi)有Ca蒸發(fā)的初始電阻。實(shí)心方塊顯示在蒸發(fā)(在25°C) 20納米厚(以每秒一埃的熱蒸發(fā)率獲得)的Ca層之后，接著進(jìn)行在充氮手套箱內(nèi)側(cè)的熱板上在不同溫度時(shí)退火15分鐘，隨后用水漂洗并在氮?dú)饬飨赂稍锏碾娮?。?duì)于25°C的退火溫度已經(jīng)獲得了電阻的降低。在100°C和在150°C的退火之后獲得更低的電阻。
[0057]一個(gè)實(shí)施例中的方法進(jìn)一步在薄膜晶體管的制造過(guò)程中被描述，其中源極區(qū)和漏極區(qū)與柵極自對(duì)準(zhǔn)(自對(duì)準(zhǔn)頂柵極結(jié)構(gòu))。這種制造過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)在于它允許降低柵極和源極/漏極區(qū)之間的寄生電容。但是，本公開(kāi)并不受限于此，并且該方法可用于制造其它薄膜晶體管和/或其它基于金屬氧化物半導(dǎo)體的器件。
[0058]圖3至圖7解說(shuō)根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的制造金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的方法的各處理步驟。
[0059]在第一步，如圖3中所示，在基板10上(例如，通過(guò)濺射、激光燒蝕或前驅(qū)溶液的旋轉(zhuǎn)涂布)提供金屬氧化物半導(dǎo)體層(諸如GIZ0層)。GIZ0層的厚度可例如在約10納米或約15納米到20納米的量級(jí)，例如在10納米和20納米之間，但是可使用其它合適的厚度。在圖3所示的實(shí)施例中，GIZ0層在制造過(guò)程的這一階段被圖案化以形成晶體管的有源層11。然而，本公開(kāi)不受限于此。例如，GIZ0層也可在制造過(guò)程的稍后階段被圖案化，諸如舉例而言在形成源極接觸和漏極接觸之后。
[0060]接下來(lái)，在基板10和有源層11的頂部上提供柵極絕緣層和隨后的柵極電極層。柵極電極層和柵極絕緣層隨后被圖案化以形成柵極電極13和柵極絕緣12，藉此界定柵極下面有源層11內(nèi)的溝道區(qū)110 (圖4)、源極區(qū)111和漏極區(qū)112。
[0061]接下來(lái)，使用根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的方法處理金屬氧化物半導(dǎo)體層11的源極區(qū)111和漏極區(qū)112。如圖5中所示，在基板10、源極區(qū)111、漏極區(qū)112和柵極電極13的頂部上提供包括堿金屬和堿土金屬(諸如，舉例而言Ca)的還原層14。接下來(lái)在約20°C到200°C之間范圍內(nèi)的溫度執(zhí)行退火步驟，導(dǎo)致金屬氧化物半導(dǎo)體層11在其與還原層14直接物理接觸處(即，在金屬氧化物半導(dǎo)體層11的源極區(qū)111和漏極區(qū)112內(nèi))的局部化學(xué)還原。這一還原導(dǎo)致其中源極區(qū)111和漏極區(qū)112內(nèi)金屬氧化物半導(dǎo)體層11 (表面部分)傳導(dǎo)性增加的區(qū)域151、152的形成(圖6)。這些傳導(dǎo)性增加的區(qū)域自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)(自對(duì)準(zhǔn))到柵極區(qū)。
[0062]在接下來(lái)的步驟中，還原層14例如在水中被漂洗掉(圖7)(在另一目的中，沒(méi)反應(yīng)部分或過(guò)量的還原層材料)，并且可執(zhí)行另外的處理步驟以完成薄膜晶體管。例如，可在圖7中所示的結(jié)構(gòu)的頂部上提供電介質(zhì)層或封裝層，接著在需要形成接觸的位置處形成進(jìn)入該電介質(zhì)層或封裝層內(nèi)的通孔，并且用合適的金屬填充通孔以形成例如源極接觸和漏極接觸(未描繪)。然而，可使用其它合適的處理步驟以供完成晶體管結(jié)構(gòu)。
[0063]解說(shuō)一個(gè)實(shí)施例的方法對(duì)GIZ0晶體管有用性的諸實(shí)驗(yàn)，使用包括具有鋁背柵的摻雜硅管芯上約120納米厚的熱Si02電介質(zhì)層的頂部上的半導(dǎo)體化GIZ0層的基板來(lái)完成。在氮?dú)饬飨逻M(jìn)行干燥之前，首先用丙酮和異丙醇(isopropylalcohol)連續(xù)漂洗該基板。在高真空下(約10_7托)通過(guò)遮蔽掩模以每秒一埃的蒸發(fā)率在半導(dǎo)體性GIZ0 (通過(guò)1:1:1的靶材Ga:1n:Zn濺射獲得)的頂部上蒸發(fā)金屬鈣(約20納米厚)。在蒸發(fā)金屬之后，在高真空腔室內(nèi)側(cè)保留該基板附加的約30分鐘以允許發(fā)生化學(xué)還原反應(yīng)。隨后，基板被從手套箱取出并被直接(無(wú)需退火步驟)置于漂洗去離子化水浴中約10分鐘。在用氮?dú)饬鞲稍镏?，通過(guò)肉眼已經(jīng)能觀察到與金屬鈣接觸的基板區(qū)域和那些未暴露于金屬的區(qū)域之間的明顯不同。這在圖8中解說(shuō)，其示出完全鈣處理之后基板(Si02iGIZ0)的光學(xué)顯微照片。較暗的區(qū)域與遮蔽掩模的開(kāi)口對(duì)應(yīng)，Ca通過(guò)該遮蔽掩模的開(kāi)口蒸發(fā)。
[0064]對(duì)應(yīng)晶體管的電測(cè)量在其中氧和水含量都低于約lppm的充氮手套箱中在受控的氣氛下執(zhí)行。公共背柵與測(cè)量夾頭接觸，并且充當(dāng)源極接觸和漏極接觸的經(jīng)鈣處理的區(qū)域通過(guò)不銹鋼探針直接接觸。在充氮手套箱中，為了從基板去除(例如，由上述的漂洗步驟引起的)任何水跡，在100°C進(jìn)行45分鐘的附加熱板烘烤。如圖9中所示，具有200微米的標(biāo)稱(chēng)溝道長(zhǎng)度的晶體管實(shí)現(xiàn)了最高達(dá)約19cm2/(V.s)的明顯飽和的遷移率。圖9的頂部曲線圖顯示晶體管的傳輸特性，而底部曲線圖顯示晶體管的輸出特性。相同基板的數(shù)個(gè)晶體管的遷移率的重現(xiàn)性以及閾值電壓良好。
[0065]執(zhí)行另外的實(shí)驗(yàn)以調(diào)查高真空下可任選的休止或等待時(shí)間段的影響。130納米厚的Si02電介質(zhì)上各種標(biāo)稱(chēng)厚度(13納米、26納米、40納米和60納米)的GIZ0(由按1:1:1比率的靶材Ga:1n:Zn濺射而來(lái))基板被提交進(jìn)行Ca處理(按每秒一埃的速率蒸發(fā)20納米)?；逶谶\(yùn)行一次(one run)Ca沉積之后直接被取出真空腔室，并在充氮手套箱內(nèi)側(cè)熱板上加熱到150°C達(dá)30分鐘。在不同的第二運(yùn)行中，基板被放在高真空下30分鐘，并且不被提交進(jìn)行熱板上的熱處理。兩種運(yùn)行的基板之后以類(lèi)似的方式被處理:在去離子化水浴中進(jìn)行十分鐘的漂洗步驟，接著在氮?dú)饬飨逻M(jìn)行干燥。通過(guò)光學(xué)顯微鏡方法(100倍的放大物鏡)的檢查揭示出在基板被留在真空下30分鐘的情況時(shí)有暗點(diǎn)存在，而在Ca沉積之后直接被提交進(jìn)行熱處理的基板則未觀察到類(lèi)似的點(diǎn)。通過(guò)掃描電子顯微鏡方法對(duì)基板的調(diào)查揭示出放在真空下的基板相對(duì)于在Ca沉積之后直接被提交進(jìn)行熱處理的基板存在大量的小丘和空隙。針對(duì)涉及Ca沉積之后直接熱處理的運(yùn)行的基板，用萬(wàn)用表(在歐姆表的位置)的探針頭測(cè)量出的電阻率也更低。通過(guò)把矩形金接觸焊盤(pán)(50納米厚的蒸發(fā)的金，2毫米長(zhǎng)，以及各焊盤(pán)間100微米或200微米的標(biāo)稱(chēng)間隙長(zhǎng)度)沉積到具有不同GIZ0厚度的經(jīng)Ca處理基板上，對(duì)涉及熱處理的運(yùn)行執(zhí)行更加精確的電阻測(cè)量。如圖10中所示，從13納米GIZ0基板到26納米GIZ0基板電阻大幅降低，而對(duì)于更厚的GIZ0僅觀察到很小的電阻變化。
[0066]具有標(biāo)稱(chēng)厚度60納米的GIZ0層的經(jīng)Ca處理基板進(jìn)一步被提交進(jìn)行飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜法(T0F-SMS)分析。如圖11顯示的T0F-SMS分布圖中所示，在GIZ0層中存在鈣，并且其濃度從GIZ0的頂部到約20至30納米深度處快速降低。
[0067]解說(shuō)一個(gè)實(shí)施例的方法對(duì)GIZ0晶體管有用性的諸實(shí)驗(yàn)，使用包括具有鋁背柵的摻雜硅管芯上約130納米厚的熱Si02電介質(zhì)層的頂部上的半導(dǎo)體化GIZO層(通過(guò)1:1:1的靶材Ga:1n:Zn濺射獲得)的基板來(lái)完成。在氮?dú)饬飨逻M(jìn)行干燥之前，首先用丙酮和異丙醇連續(xù)漂洗該基板。隨后，通過(guò)旋涂和在120°C烘烤2分鐘，光刻膠被沉積在基板上。光刻膠隨后通過(guò)光刻被圖案化并在顯影劑中顯影，從而使與源極和漏極指部對(duì)應(yīng)的區(qū)域和接觸焊盤(pán)變得開(kāi)口。鈣(約20納米厚)隨后在高真空下(約10_7托)以每秒一埃的速率通過(guò)充當(dāng)遮蔽掩模的光刻膠被蒸發(fā)在基板上。在金屬蒸發(fā)之后基板直接被取出真空腔室，并在充氮手套箱內(nèi)側(cè)熱板上加熱到120°C達(dá)30分鐘。隨后，基板被從手套箱取出并在去離子化水浴中漂洗約10分鐘。在用氮?dú)饬鞲稍镏?，基板在充氮手套箱?nèi)側(cè)熱板上在100°C加熱達(dá)100分鐘，以便從基板去除(例如，由上述的漂洗步驟引起的)任何水跡。盡管在此時(shí)刻經(jīng)圖案化的光刻膠仍然為了在基板背面標(biāo)識(shí)源極接觸和漏極接觸的實(shí)用目的而存在，但是其存并不被具有經(jīng)Ca處理的GIZ0源極接觸和漏極接觸的GIZ0晶體管的操作所需要。在其中氧和水含量都低于約lppm的充氮手套箱中在受控的氣氛下執(zhí)行對(duì)應(yīng)晶體管的電測(cè)量。公共背柵與測(cè)量夾頭接觸，并且與源極接觸和漏極接觸對(duì)應(yīng)的經(jīng)鈣處理的區(qū)域通過(guò)不銹鋼探針直接接觸。具有5微米的標(biāo)稱(chēng)溝道長(zhǎng)度的晶體管實(shí)現(xiàn)了在1.2cm2/(V.s)范圍內(nèi)的明顯飽和的遷移率。如圖12中對(duì)5個(gè)不同的晶體管的解說(shuō)，相同基板的數(shù)個(gè)晶體管的遷移率的重現(xiàn)性以及閾值電壓良好。
[0068]以上描述詳細(xì)說(shuō)明了本公開(kāi)的某些實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，不管以上在文本中顯得如何詳細(xì)，本公開(kāi)可以其他方式實(shí)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)注意的是，在描述本公開(kāi)的某些特征或方面時(shí)，特定術(shù)語(yǔ)的使用不應(yīng)當(dāng)用來(lái)暗示術(shù)語(yǔ)在本文中被重定義以受限于包括與所述術(shù)語(yǔ)相關(guān)聯(lián)的本公開(kāi)的特征或方面的任何特定特性。
[0069]盡管以上詳細(xì)描述已示出、描述和指出應(yīng)用于各實(shí)施例的本發(fā)明新穎性特征，但要理解本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可對(duì)所示設(shè)備或處理的形式和細(xì)節(jié)作出各種省略、替代和改變而不脫離本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種用于增加預(yù)定位置處金屬氧化物半導(dǎo)體層電導(dǎo)率的方法，其中所述方法包括:在所述預(yù)定位置處提供與金屬氧化物半導(dǎo)體層物理接觸的還原劑，并誘導(dǎo)還原劑和金屬氧化物半導(dǎo)體層之間的化學(xué)還原反應(yīng)，藉此影響所述預(yù)定位置處金屬氧化物半導(dǎo)體層的化學(xué)組份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬氧化物半導(dǎo)體層包括氧化銦鎵鋅(GIZO)或者其它基于金屬氧化物的半導(dǎo)體，例如有如下組分:ZnO、ZnSnO, InO、InZnO、InZnSnO、LalnZnO、GalnO、HflnZnO、MgZnO, LalnZnO、T1、TilnSnO、ScInZnO、SiInZnO 和ZrlnZnO、ZrZnSnO0
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述金屬氧化物半導(dǎo)體層具有5納米到50納米之間的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述預(yù)定位置處提供與金屬氧化物半導(dǎo)體層物理接觸的還原劑包括在所述預(yù)定位置處提供與金屬氧化物半導(dǎo)體層物理接觸的包括堿金屬、堿土金屬或兩類(lèi)金屬的合金的還原層；并且其中誘導(dǎo)還原劑和金屬氧化物半導(dǎo)體層之間的化學(xué)還原反應(yīng)包括誘導(dǎo)所述還原層和金屬氧化物半導(dǎo)體層之間的化學(xué)還原反應(yīng)，所述方法進(jìn)一步包括: -執(zhí)行用于去除所述還原層和來(lái)自還原反應(yīng)的反應(yīng)副產(chǎn)物的漂洗步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述還原層包括Ca。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述還原層具有約I納米到100納米之間范圍內(nèi)的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任意項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述影響所述預(yù)定位置處所述金屬氧化物半導(dǎo)體層的化學(xué)組份包括把所述金屬氧化物半導(dǎo)體層的金屬離子化學(xué)還原到所述還原層。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任意項(xiàng)所述的方法，其特征在于，誘導(dǎo)還原層和金屬氧化物半導(dǎo)體層間的化學(xué)還原反應(yīng)包括在約20°C到200°C之間范圍內(nèi)的溫度執(zhí)行退火步驟歷時(shí)I分鐘到60分鐘之間的持續(xù)時(shí)間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述退火步驟在惰性氣氛或真空下執(zhí)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任意項(xiàng)所述的方法，其特征在于，誘導(dǎo)還原層和金屬氧化物半導(dǎo)體層間的化學(xué)還原反應(yīng)包括在提供還原層之后等待預(yù)定時(shí)間段，所述預(yù)定時(shí)間段在I分鐘到5小時(shí)之間的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，等待包括將樣本保持在腔室內(nèi)，其中所述還原層已被提供。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述等待步驟在真空下或在約1.3310_4Pa到1.3310_6Pa的范圍內(nèi)且在約_50°C到+50°C之間范圍內(nèi)的溫度執(zhí)行。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任意項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述等待步驟后接著退火步驟，所述退火步驟在約20°C到200°C之間范圍內(nèi)的溫度歷時(shí)I分鐘到60分鐘之間持續(xù)時(shí)間。
14.根據(jù)權(quán)利要求4至13中任意項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述漂洗步驟包括在水或酒精中進(jìn)行漂洗。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述預(yù)定位置處提供與金屬氧化物半導(dǎo)體層物理接觸的還原劑以及誘導(dǎo)還原劑和金屬氧化物半導(dǎo)體層之間的化學(xué)還原反應(yīng)包括:使金屬氧化物半導(dǎo)體層在預(yù)定位置處與溶解在液體內(nèi)的化學(xué)還原劑物理接觸。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述預(yù)定位置處提供與金屬氧化物半導(dǎo)體層物理接觸的還原劑以及誘導(dǎo)還原劑和金屬氧化物半導(dǎo)體層之間的化學(xué)還原反應(yīng)包括:使金屬氧化物半導(dǎo)體層在預(yù)定位置處與氣相化學(xué)還原劑物理接觸。
17.在PET類(lèi)型、PEN類(lèi)型或PC類(lèi)型的低成本柔性基板上執(zhí)行的根據(jù)之前權(quán)利要求中任意項(xiàng)所述的方法。
18.如之前權(quán)利要求中任意項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述影響所述預(yù)定位置處所述金屬氧化物半導(dǎo)體層的化學(xué)組份包括降低所述金屬氧化物半導(dǎo)體層的含氧量。
19.如之前權(quán)利要求中任意項(xiàng)所述的方法，其特征在于，增加金屬氧化物半導(dǎo)體層電導(dǎo)率包括增加金屬氧化物半導(dǎo)體層表面部分的電導(dǎo)率，所述表面部分具有約10納米到40納米的厚度。
20.如之前權(quán)利要求中任意項(xiàng)所述的方法，其特征在于，增加金屬氧化物半導(dǎo)體層電導(dǎo)率包括增加貫穿金屬氧化物半導(dǎo)體層整個(gè)厚度的電導(dǎo)率。
21.如之前權(quán)利要求中任意項(xiàng)所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在絕緣層上提供所述金屬氧化物半導(dǎo)體層，并且其中增加金屬氧化物半導(dǎo)體層電導(dǎo)率包括增加貫穿金屬氧化物半導(dǎo)體層整個(gè)厚度及所述絕緣層至少一部分中的電導(dǎo)率。
22.如之前權(quán)利要求中任意項(xiàng)所述的方法的應(yīng)用，用于制造具有金屬氧化物半導(dǎo)體有源層的薄膜晶體管，以供局部增加與源極區(qū)和漏極區(qū)對(duì)應(yīng)的預(yù)定位置處的電導(dǎo)率，藉此改善來(lái)自源極接觸和漏極接觸的電荷注入。
23.用于制造自對(duì)準(zhǔn)頂柵極薄膜晶體管的根據(jù)權(quán)利要求22所述的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】H01L29/66GK104272461SQ201380024133
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2013年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月9日
【發(fā)明者】R·穆勒 申請(qǐng)人:Imec 非營(yíng)利協(xié)會(huì), 荷蘭應(yīng)用自然科學(xué)研究組織Tno