CN102124569B - 使用多有源沟道层的薄膜晶体管 - Google Patents

使用多有源沟道层的薄膜晶体管 Download PDF

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Abstract

本文揭示的实施例大致上关于TFT以及制造TFT的方法。在TFT中，有源沟道层携送电流于源极电极与漏极电极之间。通过调适有源沟道的组成，可以控制电流。有源沟道可以包含三层，即栅极控制层、体层及界面控制层。所述个别的层可以具有不同的组成。此外，栅极控制层、体层及界面控制层的各者可以包含多个层，所述多个层具有不同组成。有源沟道的各层的组成包含氧、氮以及选自由锌、铟、镉、锡、镓及上述元素的组合所组成群组的一或多个元素。通过改变所述层之间的组成，可以控制各层的迁移率、载流子浓度及导电率，以制造具有所希望性质的TFT。

Description

使用多有源沟道层的薄膜晶体管
技术领域
本文揭示的实施例大致上关于薄膜晶体管(TFT)以及制造TFT的方法。
背景技术
目前对于TFT阵列的兴趣是很高的，这是因为这些器件可以用在常用于电脑及电视纯平面板此种类型的有源矩阵液晶显示器(LCD)。LCD也可以包含用于背光源的发光二极管(LED)。再者，有机发光二极管(OLED)已经用于有源矩阵显示器，并且这些OLED需要TFT以解决显示器的有源性(activity)。
以非晶硅制造的TFT已经变成纯平面板显示器工业的主要部件。不幸地，非晶硅具有其限制，例如低迁移率(mobility)。OLED所需要的迁移率是非晶硅所能达成的至少10倍。此外，因为OLED显示器是电流驱动的装置，所以OLED显示器对于阈值电压偏移(Vth Shift)是更敏感的。在高电流或高偏压下，非晶硅TFT的阈值电压偏移是待解决的问题。另一方面，多晶硅具有比非晶硅更高的迁移率。多晶硅是结晶的，这导致不佳的局部非均匀性。由于制造多晶硅膜需要复杂的退火工艺，使用多晶硅相对于使用非晶硅来制造大面积显示器是更困难且更昂贵的。由于非晶硅的限制，OLED的发展是缓慢的。
近些年来，已经制造透明TFT，其中使用氧化锌作为有源沟道层。氧化锌是可以在非常低沉积温度下在各种基板(例如玻璃与塑料)上生长成结晶材料的化合物半导体。
所以，此技术领域亟需具有高迁移率的非晶或非结晶有源沟道的TFT。
发明内容
本文揭示的实施例大致上关于TFT以及制造TFT的方法。在TFT中，有源沟道层携送电流于源极电极与漏极电极之间。通过调适(tailor)有源沟道的组成，可以控制电流。有源沟道可以包含三层，即栅极控制层、体层及背沟道界面控制层。栅极控制层是最靠近有源沟道与栅极介电层之间界面的层或一组的层。背沟道界面控制层是最靠近有源沟道与钝化或蚀刻终止层之间界面的层或一组的层。体层是介于栅极控制层与背沟道界面控制层之间的层或一组的层。所述个别的层可以具有不同的组成。此外，栅极控制层、体层及背沟道界面控制层的各者可以包含多个层，所述多个层具有不同组成。有源沟道的各层的组成包含氧、氮、以及选自由锌、铟、镉、锡、镓及上述元素的组合所组成群组的一或多个元素。通过改变所述层之间的组成，可以控制各层的迁移率、载流子浓度及导电率，以制造具有所希望性质的TFT。此外，通过改变所述层之间的组成，可以控制所述层之间的能带隙或电场以及所述层之间以及所述层与栅极介电层及钝化层或帽盖层的界面，以制造具有所希望性质的TFT。
在一个实施例中，一种TFT包含：栅极介电层，设置在栅极电极与基板上方；以及有源沟道，耦接到所述栅极介电层而与所述基板相对。所述有源沟道包含一或多个栅极控制层，所述一或多个栅极控制层包含氧、氮、以及选自由锌、铟、锡、镉与镓所组成群组的一或多个元素。所述一或多个栅极控制层具有第一组成。所述一或多个栅极控制层中的至少一者与所述栅极介电层接触。所述有源沟道还包含一或多个体层，所述一或多个体层与所述一或多个栅极控制层中的至少一者接触。所述一或多个体层包含氧、氮、以及选自由锌、铟、锡、镉与镓所组成群组的一或多个元素。所述一或多个体层具有第二组成，所述第二组成不同于所述第一组成。所述有源沟道还包含一或多个背沟道界面控制层，所述一或多个背沟道界面控制层与所述一或多个体层中的至少一者接触。所述一或多个背沟道界面控制层包含氧、氮、以及选自由锌、铟、锡、镉与镓所组成群组的一或多个元素。所述一或多个背沟道界面控制层具有第三组成，所述第三组成不同于所述第一组成与所述第二组成中的一者或多者。所述TFT还包含源极电极与漏极电极，所述源极电极与漏极电极耦接到所述一或多个背沟道界面控制层中的至少一者。
在另一实施例中，本发明揭示一种TFT的制造方法。所述方法包含：沉积栅极介电层于栅极电极与基板上方；以及形成有源沟道于所述栅极介电层上方。所述形成的步骤包含：沉积一或多个栅极控制层于所述栅极介电层上方，所述一或多个栅极控制层包含氧、氮、以及选自由锌、铟、锡、镉与镓所组成群组的一或多个元素且具有第一组成。所述一或多个栅极控制层中的至少一者与所述栅极介电层接触。所述形成的步骤还包含：沉积一或多个体层，所述一或多个体层与所述一或多个栅极控制层中的至少一者接触。所述一或多个体层包含氧、氮、以及选自由锌、铟、锡、镉与镓所组成群组的一或多个元素。所述一或多个体层具有第二组成，所述第二组成不同于所述第一组成。所述形成的步骤还包含：沉积一或多个背沟道界面控制层，所述一或多个背沟道界面控制层与所述一或多个体层中的至少一者接触。所述一或多个背沟道界面控制层包含氧、氮、以及选自由锌、铟、锡、镉与镓所组成群组的一或多个元素。所述一或多个背沟道界面控制层具有第三组成，所述第三组成不同于所述第一组成与所述第二组成中的一者或多者。所述方法还包含：沉积导电层于所述一或多个背沟道界面控制层的最上层上；以及图案化所述导电层，以界定源极电极与漏极电极且暴露所述一或多个背沟道界面控制层的最上层。
附图说明
本发明的前述特征、详细说明可以通过参照实施例来详细地了解，其中一些实施例绘示在附图中。然而，值得注意的是，附图仅示出本发明的典型实施例，并且因此不会限制本发明范围，本发明允许其它等效的实施例。
图1A-1G为根据本发明一个实施例的TFT 100在各制造阶段的示意性横截面图。
图2为根据一个实施例的有源沟道200的示意性横截面图。
图3为根据另一实施例的有源沟道300的示意性横截面图。
为了促进了解，倘若可行，则在图式中使用相同的元件符号来指称相同的元件。应知悉，一个实施例中揭示的元件可以有益地被用在其它实施例中，而不需赘述。
具体实施方式
本文讨论的实施例可以在由AKT America公司(AKT America公司为美国加州圣克拉拉市的应用材料公司(Applied Materials，Inc.)的子公司)所制造且贩售的物理汽相沉积(PVD)设备中执行。可了解，本文描述的方法可以在其它设备中执行，所述其它设备包括由其它制造商制造且贩售的设备。本文讨论的实施例不受限在PVD，而是可以使用其它沉积方法来实施，所述其它沉积方法包括但不限于化学汽相沉积(CVD)、等离子增强CVD(PECVD)、脉冲式激光沉积、旋涂式凝胶沉积以及原子层沉积(ALD)。
图1A-1G为根据本发明一个实施例的TFT 100在各制造阶段的示意性横截面图。TFT可以包含基板102。在一个实施例中，基板102可以包含玻璃。在另一实施例中，基板102可以包含聚合物。在另一实施例中，基板102可以包含塑料。在又一实施例中，基板102可以包含金属。在另一实施例中，基板102可以包含不锈钢片。
栅极电极104可以形成在基板上。栅极电极104可以包含导电层，所述导电层控制TFT内载流子的移动。栅极电极104可以包含金属，例如铝、钼、钨、铬、钽或上述金属的组合。可以使用传统的沉积技术来形成栅极电极104，所述传统的沉积技术包括溅射、光刻及蚀刻。可以通过毯覆式沉积(blanketdepositing)导电层在基板102上来形成栅极电极104。可以通过溅射来沉积导电层。之后，可以沉积光刻胶层在导电层上。可以将光刻胶层图案化以形成掩模。可以通过蚀刻去除导电层的暴露部分以在基板102上留下栅极电极104来形成栅极电极104。
可以沉积栅极介电层106在栅极电极104上。栅极介电层106影响TFT的亚阈值摆幅或斜率及阈值电压。对于硅系TFT(即具有硅系半导体层(诸如非晶硅)的TFT)，栅极介电层106不能包含氧化硅，这是因为Vth远离零伏特的栅极电压，这会使TFT效能不佳。但是，对于金属氧化物TFT，已发现到氧化硅可以作为有效的栅极介电层106。氧化硅中的氧不会有害地改变金属氧化物层，因此TFT不会失效(fail)。在一个实施例中，栅极介电层106可以包含氮化硅。在另一实施例中，栅极介电层106可以包含氧化硅。在另一实施例中，栅极介电层106可以包含氧氮化硅。在另一实施例中，栅极介电层106可以包含Al2O3。可以通过熟知的沉积技术来沉积栅极介电层106，所述熟知的沉积技术包括PECVD。在一个实施例中，可以通过PVD来沉积栅极介电层106。
在已经沉积栅极介电层106之后，可以处理栅极介电层106。处理栅极介电层的一种技术涉及将栅极介电层106暴露于等离子108，以钝化栅极介电层106的表面。在一个实施例中，可以将栅极介电层106暴露于具有含氧气体(诸如N2O或O2)的等离子。在另一实施例中，可以在将栅极介电层106暴露于含氧等离子之后，将栅极介电层106暴露于含H2、Ar、N2或PH3的等离子。在另一实施例中，可以在不存在等离子下，将栅极介电层106暴露于含氧气体(诸如N2O或O2)。在另一实施例中，可以在将栅极介电层106暴露于含氧气体之后，将栅极介电层106暴露于含氧等离子。在又一实施例中，除了处理栅极介电层106以外或取代处理栅极介电层106，可以沉积氧化硅层于栅极介电层106上。
在处理栅极介电层106之后，可以沉积半导体层110于栅极介电层106上。半导体层110将是最终TFT结构中包含有源沟道的材料。半导体层110可以包含氧、氮、以及选自由锌、镓、镉、铟、锡及上述元素的组合所组成群组的一或多个元素。在一个实施例中，半导体层110可以包含氧、氮以及具有填满的s轨道和填满的d轨道的一或多个元素。在另一实施例中，半导体层110可以包含氧、氮以及具有填满的f轨道的一或多个元素。在另一实施例中，半导体层110可以包含氧、氮以及一或多个二价元素。在另一实施例中，半导体层110可以包含氧、氮以及一或多个三价元素。在另一实施例中，半导体层110可以包含氧、氮以及一或多个四价元素。可以将半导体层110沉积成非晶层、结晶层或上述两者的组合。
半导体层110也可以包含掺杂剂。可使用的适当的掺杂剂包括Al、Sn、Ga、Ca、Si、Ti、Cu、Ge、In、Ni、Mn、Cr、V、Mg、SixNy、AlxOy及SiC。在一个实施例中，掺杂剂包含铝。在另一实施例中，掺杂剂包含锡。
半导体层110的实例包括有下列：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SnInCdGaOxNy。半导体层110的实例包括有下列的掺杂材料：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:Al、ZnCdOxNy:Sn、ZnGaOxNy:Al、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、ZnInCdGaOxNy:Sn、及SnInCdGaOxNy:Al。
可以通过溅射来沉积半导体层110。在一个实施例中，溅射靶包含金属，例如锌、镓、镉、铟、锡或上述金属的组合。溅射靶可以额外地包含掺杂剂。含氧气体与含氮气体被导入腔室内以通过反应性溅射来沉积半导体层110。在一个实施例中，含氮气体包含N2。在另一实施例中，含氮气体包含N2O、NH3或上述气体的组合。在一个实施例中，含氧气体包含O2。在另一实施例中，含氧气体包含N2O。含氮气体的氮与含氧气体的氧与来自溅射靶的金属反应，以在基板上形成半导体材料，所述半导体材料包含金属、氧、氮以及可选掺杂剂。在一个实施例中，含氮气体与含氧气体为独立的气体。在另一实施例中，含氮气体与含氧气体包含相同的气体。也可以在溅射期间提供额外的添加剂(诸如B2H6、CO2、CO、CH4及上述物质的组合)到腔室。
在已经沉积半导体层110之后，可以沉积导电层112。在一个实施例中，导电层112可以包含金属，例如铝、钨、钼、铬、钽及上述金属的组合。可以使用PVD来沉积导电层112。
在已经沉积导电层112之后，可以通过蚀刻去除导电层112的部分来界定源极电极114、漏极电极116与有源沟道118。也可以通过蚀刻来去除半导体层110的部分。虽然未示出，但是在沉积导电层之前，可以在半导体层110上方沉积帽盖层(或蚀刻终止层)。蚀刻终止层用于在蚀刻期间保护有源沟道118免于过度的等离子暴露。
可以沉积第一帽盖层120于半导体层110上方与有源沟道118内。在一个实施例中，第一帽盖层120可以包含氧化硅。在另一实施例中，第一帽盖层120可以包含氧氮化硅。在一个实施例中，可以通过PECVD来沉积第一帽盖层120。在另一实施例中，可以通过CVD来沉积第一帽盖层120。在另一实施例中，第一帽盖层120可以包含碳化硅。在另一实施例中，第一帽盖层120可以包含无定形碳。
为了沉积第一帽盖层120，可以将含硅气体导入工艺腔室内。在一个实施例中，含硅气体可以包含SiH4。在另一实施例中，含硅气体可以包含TEOS。除了含硅气体，也可以将N2O、NO、NO2、O2、CO、CO2、NH3及上述气体的组合导入。可以在N2O与含硅气体的流率为约20∶1至约40∶1将N2O与含硅气体导入。用在硅系TFT(即包含硅的半导体层)的传统氮化硅帽盖层中的氢与氮可能不具有足够的氧来平衡对TFT的氢与氮效应，并且因此造成阈值电压的负偏移。可以通过控制SiH4对N2O的比例来调整第一帽盖层120中的氧含量。氧含量不应太高。若第一帽盖层120中的氧含量太高，则会显著地减少导通电流(Ion)或迁移率。高氧含量会扩大强正电荷在顶层上的源极-漏极图案化期间所受损的半导电层的面积，这会影响电场下的电子移动。除了含硅气体与N2O气体，也可以将氮气(N2)导入。
除了含硅气体与N2O气体，可以将PH3气体导入。氢可增加TFT的迁移率。因此，PH3气体可以因氢存在于PH3气体中而增加TFT的迁移率。然而，氢会使TFT的阈值电压偏移且变为更负。因此，必须平衡在第一帽盖层120沉积期间腔室中存在的氢的量，以符合使用者需求。例如，若使用者愿意牺牲阈值电压，则可以达到更高的迁移率。在一个实施例中，PH3气体与导入工艺腔室的气体的总氢含量的比例可以为约1∶190至约1∶200。当沉积含碳的第一帽盖层120时，可以被导入的气体包括N2、H2及含碳气体(诸如C2H2)。
在已经沉积第一帽盖层120之后，可以处理第一帽盖层120。处理第一帽盖层的一种技术涉及将第一帽盖层120暴露于等离子，以钝化第一帽盖层120的表面。在一个实施例中，可以将第一帽盖层120暴露于具有含氧气体(诸如N2O或O2)的等离子。在另一实施例中，可以在将第一帽盖层120暴露于含氧等离子之后，将第一帽盖层120暴露于含H2、Ar、N2或PH3的等离子。在另一实施例中，可以在不存在等离子下，将第一帽盖层120暴露于含氧气体(诸如N2O、He、H2、N2、O2或上述气体的组合)。在另一实施例中，可以在将第一帽盖层120暴露于含氧气体之后，将第一帽盖层120暴露于含氧等离子。
可以沉积第二帽盖层122于第一帽盖层120上方。在一个实施例中，第二帽盖层122具有不同于第一帽盖层120的组成。在另一实施例中，第二帽盖层122与第一帽盖层120的组成相同。当第一帽盖层120与第二帽盖层122的组成相同时，可以在单一沉积步骤中来沉积第一帽盖层120与第二帽盖层122。在一个实施例中，第一帽盖层120与第二帽盖层122包含在单一工艺步骤中沉积的单一层，所述单一层具有在层中改变的组成梯度，从而使得在与有源沟道118中半导体层110的界面处的氧含量比层的其余部分的氧含量更高。相对于第一帽盖层120与第二帽盖层122的总厚度，第一帽盖层120可以是总厚度的约5％至约20％。在一个实施例中，第一帽盖层120的厚度可以为约75埃至约125埃。
在已经沉积第二帽盖层122之后，可以处理第二帽盖层122。处理第二帽盖层的一种技术涉及将第二帽盖层122暴露于等离子，以钝化第二帽盖层122的表面。在一个实施例中，可以将第二帽盖层122暴露于具有含氧气体(诸如N2O或O2)的等离子。在另一实施例中，可以在将第二帽盖层122暴露于含氧等离子之后，将第二帽盖层122暴露于含H2、Ar、N2或PH3的等离子。在另一实施例中，可以在不存在等离子下，将第二帽盖层122暴露于含氧气体(诸如N2O或O2)。在另一实施例中，可以在将第二帽盖层122暴露于含氧气体之后，将第二帽盖层122暴露于含氧等离子。
如图1G所示，有源沟道118与栅极介电层106、第一帽盖层120、源极电极114及漏极电极116面接。因此，由于各种层的不同的载流子浓度、迁移率、能带隙(band gap)、导电率等，有源沟道118必须是非常多方适用的。若有源沟道是硅系，则高掺杂的硅可被用来改善有源层与金属电极之间的接触电阻，而不是只使用硅。
已惊讶发现的是，当有源沟道包含氧、氮、以及选自由锌、镉、锡、铟及镓所组成群组的一或多个元素时，可以调适有源沟道的特性以符合使用者的需求。例如，有源沟道可以包含多个层(而不是只有一层)，其中各层具有不同的半导体性质(例如载流子浓度、迁移率、能带隙、导电率及组成)，而所述层的各层具有氧、氮、以及选自由锌、镉、锡、铟及镓所组成群组的一或多个元素。在一个实施例中，用于有源沟道的多个层甚至可以具有不同的元素。多个层的目的是为了调节有源层与栅极介电层之间的界面以及有源层与帽盖层之间的界面。多个层调整有源层中建立的电势，以达到最佳的可能效能。多个有源层可以用来建立势垒，以停止不希望的物种的扩散或免于不希望的工艺条件的附着。
图2为根据一个实施例的有源沟道200的示意性横截面图。有源沟道200包含三层，即栅极控制层202(邻近于栅极介电层)、体层204及背沟道界面控制层206(邻近于源极电极、漏极电极和帽盖层)。栅极控制层202、体层204及背沟道界面控制层206的各者可以具有不同的半导体性质(例如载流子浓度、迁移率、能带隙、结晶取向、结晶比例或化学组成)。所述层之间的性质变化可以是突然的或渐进的。此外，在一个实施例中，所述层的厚度可以不是一致的。
栅极控制层202是理想上大部分电流将流经其间的层。所以，流经栅极控制层202的电流远大于流经体层204与背沟道界面控制层206的电流。在一个实施例中，栅极控制层202可以具有约10埃至约100埃的厚度。在另一实施例中，栅极控制层202可以具有约50埃至约100埃的厚度。由于与栅极介电层面接，栅极控制层202相对于体层204与界面控制层206可以具有高迁移率。在一个实施例中，栅极控制层202可以包含单一层。在一个实施例中，单一的栅极控制层202可以在层中渐次分级，从而使得组成、浓度、迁移率、能带隙、结晶取向或结晶比例在层中变化。此变化可以通过在沉积栅极控制层202期间利用不同的气体添加剂或在沉积栅极控制层202期间利用不同的各种工艺气体量来实现。
在另一实施例中，栅极控制层202可以由多个层构成。所述多个层可以具有不同的半导体性质(例如载流子浓度、迁移率、能带隙、结晶取向、结晶比例或化学组成)和甚至不同的厚度。高或低导电率层可以作为多层的栅极控制层202的其中一层。具有高或低载流子浓度的层可以作为多层的栅极控制层202的其中一层。具有不同能带隙的层可以作为多层的栅极控制层202的其中一层。
在沉积栅极控制层202(无论是单一层或多层结构)之前，可以调理(season)溅射靶一段时间。在一个实施例中，此时间可以为约30秒。可以通过提供工艺气体(例如氩、氮与氨)同时输送DC功率到靶材长达预设时间来调理靶材。在一个实施例中，氩与氨的比例可以是约12∶1。在另一实施例中，氮与氨的比例可以是约50∶1。在另一实施例中，氩与氮的比例可以是约12∶5。可以将工艺腔室的温度维持在约100℃至约300℃。在另一实施例中，可以将工艺腔室的温度维持在约180℃至约200℃。
在沉积栅极控制层202之后，可以沉积体层204。体层204可以沿着源极电极与漏极电极之间的沟道具有低导电率，并且体层204在栅极控制层与源极和漏极电极之间具有高导电率。体层204中可以具有低的局部电荷俘获(chargetrapping)。可以将体层204沉积为单一层。在一个实施例中，可以将体层204渐次分级而使得迁移率、组成、载流子浓度、导电率或能带隙在层中变化。在另一实施例中，体层204可以包含多个层。在一个实施例中，多层的体层的其中一层可以具有高或低的导电率，从而使得所述多层的体层在高与低导电率之间交替(即高-低-高或低-高-低的导体层)。在另一实施例中，多层的体层的其中一层可以具有高或低的载流子浓度(即高-低-高或低-高-低的载流子浓度层)。在另一实施例中，多层的体层的其中一层可以具有不同的能带隙。在一个实施例中，体层204可以具有约200埃至约300埃的总厚度。当体层204包含多个层时，所述多个层可以具有不同的半导体性质(例如载流子浓度、迁移率、能带隙、结晶取向、结晶比例或化学组成)和甚至不同的厚度。
在沉积体层204之后，可以沉积背沟道界面控制层206。在一个实施例中，背沟道界面控制层206可以具有约50埃至约200埃的厚度。背沟道界面控制层206可以在沟道材料与钝化或帽盖层之间造成少量的俘获(trapping)。背沟道界面控制层206中的低导电率在源极电极与漏极电极之间造成低的导电率，并且背沟道界面控制层206中的低导电率在在栅极控制层202与源极电极和漏极电极之间造成高的导电率。少量的局部电荷俘获发生在背沟道界面控制层206中，以及在界面控制层206与体层204之间。背沟道界面控制层206也可保护体层204与栅极控制层202免于任何不希望的物种的扩散。
背沟道界面控制层206可以包含单一层。当背沟道界面控制层206为单一层时，所述层可以渐次分级。在一个实施例中，背沟道界面控制层206可以包含多个层。所述多个层可以具有不同的半导体性质(例如载流子浓度、迁移率、能带隙、结晶取向、结晶比例或化学组成)和甚至不同的厚度。当使用多个层时，可以将高或低的导电率层或者将具有高或低的载流子浓度的层或具有不同能带隙的层插置在背沟道界面控制层206的多层结构内。可以使用不同于体层204或栅极控制层202的气体添加剂来沉积多层的背沟道界面控制层206(当沉积为多层时)的最后一层。最后一层可以具有高或低的迁移率、载流子浓度或能带隙。在一个实施例中，背沟道界面控制层206可以部分地或完全地被转变成在与源极电极和漏极电极接触的区域和在有源沟道的区域中具有不同的膜性质。
图3为根据另一实施例的有源沟道300的示意性横截面图。图3的有源沟道300具有三层302、304、306(包含栅极控制层)、三层308、310、312(包含体层)以及三层314、316、318(包含背沟道界面控制层)。可了解，虽然图上显示栅极控制层、体层及背沟道界面控制层的各者为三层，但是可以具有更多或更少的层。所述层之间，可以具有不同的厚度、载流子浓度、迁移率、能带隙、结晶取向、结晶比例或化学组成。
表一
  时段   功率   时间   氩   N2   N2O   NH3
  W   sec   sccm   sccm   sccm   sccm
  A   500   30   120   500   0   10
  B   10   12   120   500   0   0
  1   500   30   120   500   0   0
  2   500   36   120   500   40   0
  3   500   24   120   500   0   0
  4   500   30   120   500   30   0
  5   500   24   120   500   0   0
  6   500   300   120   500   30   0
  7   1000   24   120   500   30   0
  8   1000   24   120   500   40   0
  9   1000   24   120   500   50   0
表一显示根据一个实施例的用以形成多层的有源沟道的工艺条件。所有的层是通过在具有约70,000立方厘米的体积的腔室中DC溅射被掺杂有2.2原子百分比的Sn且具有约4,650平方厘米的面积的锌靶来沉积的。在时段A，溅射靶被调理(season)。在时段B，气体从调理步骤转变到用以沉积栅极控制层的沉积步骤。时段1-5用于沉积栅极控制层。时段6用于体层，并且时段7-9用于背沟道界面控制层。
在时段1，栅极控制层的起始层被沉积。然后，在时段2，通过除了氮与氩气体之外还将一氧化二氮导入，高氧化层被沉积。然后，在时段3，一氧化二氮停止，并且氩和氮持续流入。在时段4，一氧化二氮再次被导入，但以不同于时段3的更低流率。因此，虽然在时段4沉积的层具有比在时段1与3沉积的层更高的氧化，但氧化低于时段2。在时段5，过渡层被沉积以过渡到体层。
在沉积体层之后，背沟道界面控制层被沉积。在沉积背沟道界面控制层期间，所提供的一氧化二氮渐渐地被增加以在层中建立氧化梯度。此外，所施加的功率是在栅极控制层与体层沉积期间所施加的功率的两倍。
表二
  时段   功率   时间   氩   N2   N2O   NH3
  W   sec   sccm   sccm   sccm   sccm
  1   500   30   120   500   0   0
  2   500   36   120   500   13   0
  3   500   18   120   500   0   0
  4   500   18   120   500   30   0
  5   1500   12   120   500   30   0
  6   800   18   120   500   30   0
  7   500   300   120   500   30   0
  8   1000   24   120   500   30   0
  9   1000   24   120   500   40   0
  10   1000   24   120   500   50   0
  11   1000   24   120   500   60   0
  12   1000   24   120   500   70   0
  13   500   60   120   500   0   0
表二显示根据另一实施例的用以形成多层的有源沟道的工艺条件。所有的层是通过在具有约70,000立方厘米的体积的腔室中DC溅射被掺杂有2.2原子百分比的Sn且具有约4,650平方厘米的面积的锌靶来沉积的。时段1-6用于沉积栅极控制层。时段7用于体层，并且时段8-13用于背沟道界面控制层。
在时段1，栅极控制层的起始层被沉积。然后，在时段2，通过将小量的一氧化二氮导入，低氧化层被沉积。然后，在时段3，一氧化二氮被中断。在时段4，通过将一氧化二氮再次地导入，但以不同于时段3的更高流率，高氧化层被沉积。在时段5，功率被增加，而一氧化二氮持续流入。然后，在时段6，过渡层被沉积以从栅极控制层过渡到体层。
在沉积体层之后，背沟道界面控制层被沉积。一氧化二氮的量渐渐地被增加，而氩、氮与功率被维持恒定，从而使得界面控制层被渐次分级。背沟道界面控制层的最终层是终止层，并且所述最终层在不含一氧化二氮下且以更低功率来沉积。
表三
  时段   功率   时间   氩   N2   N2O   NH3
  W   sec   sccm   sccm   sccm   sccm
  A   500   30   120   500   0   10
  1   2300   30   120   500   30   0
  2   500   18   120   500   0   0
  3   800   30   120   500   30   0
  4   1800   24   120   500   30   0
  5   500   30   120   500   30   0
  6   1500   24   120   500   30   0
  7   500   30   120   500   30   0
  8   1000   18   120   500   30   0
  9   500   240   120   500   30   0
  10   1000   24   120   500   30   0
  11   1000   24   120   500   40   0
  12   1000   24   120   500   50   0
  13   1000   24   120   500   60   0
  14   1000   24   120   500   70   0
  15   1000   24   120   500   80   0
表三显示根据另一实施例的用以形成多层的有源沟道的工艺条件。所有的层是通过在具有约70,000立方厘米的体积的腔室中DC溅射被掺杂有2.2原子百分比的Sn且具有约4,650平方厘米的面积的锌靶来沉积的。在时段A，溅射靶被调理(season)。时段1-7用于沉积栅极控制层。时段8-10用于体层，并且时段11-15用于背沟道界面控制层。
在时段1，来自靶材调理的氨被中断，一氧化二氮被导入且功率被增加，以沉积栅极控制层的起始层。然后，在时段2，一氧化二氮被停止，并且功率级被降低。然后，在时段3，一氧化二氮再次地被导入，并且功率被增加少许。在时段4-7，以相同流率来持续一氧化二氮，而功率改变。在时段3，低导电率层被沉积。然后，在时段4，以更高的功率级来沉积层。然后，在时段5，另一低导电率层被沉积，而接着在时段6，以更高的功率级来沉积另一层。在时段7，过渡层被沉积以从栅极控制层过渡到体层。
在时段8，第一体层被沉积。在时段8与时段10之间，时段8与时段10实质上为沉积条件，以更低的功率来沉积层。在沉积体层之后，背沟道界面控制层被沉积。在时段11-15的沉积背沟道界面控制层的期间，一氧化二氮渐渐地被增加。
通过沉积多个层来取代单一层，可以调适有源沟道以符合使用者的需求，并且可以制造更稳定的TFT。
尽管前述说明着重在本发明的实施例，但是在不脱离本发明的基本范围下，可以设想出本发明的其它与进一步实施例，并且本发明的范围是由随附的权利要求书所决定。

Claims (15)

1.一种薄膜晶体管，包含：
栅极介电层，设置在栅极电极与基板上方；
有源沟道，耦接到所述栅极介电层而与所述基板相对，所述有源沟道包含：
一或多个栅极控制层，包含氧、氮、以及选自由锌、铟、锡、镉与镓所组成群组的一或多个元素且具有第一组成，所述一或多个栅极控制层中的至少一者与所述栅极介电层接触；
一或多个体层，与所述一或多个栅极控制层中的至少一者接触，所述一或多个体层包含氧、氮、以及选自由锌、铟、锡、镉与镓所组成群组的一或多个元素且具有第二组成，所述第二组成不同于所述第一组成；以及
一或多个背沟道界面控制层，与所述一或多个体层中的至少一者接触，所述一或多个背沟道界面控制层包含氧、氮、以及选自由锌、铟、锡、镉与镓所组成群组的一或多个元素且具有第三组成，所述第三组成不同于所述第一组成与所述第二组成中的一者或多者；以及
源极电极与漏极电极，耦接到所述一或多个背沟道界面控制层中的至少一者。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述一或多个栅极控制层整体地具有第一厚度，所述一或多个体层整体地具有第二厚度，且所述一或多个背沟道界面控制层整体地具有第三厚度，并且其中所述第二厚度大于所述第三厚度，且所述第三厚度大于所述第一厚度。
3.如权利要求2所述的薄膜晶体管，其中所述一或多个栅极控制层具有第一迁移率，所述一或多个体层具有第二迁移率，且所述一或多个背沟道界面控制层具有第三迁移率，并且其中所述第一迁移率、所述第二迁移率与所述第三迁移率互不相同，并且其中所述一或多个栅极控制层具有第一导电率，所述一或多个体层具有第二导电率，且所述一或多个背沟道界面控制层具有第三导电率，并且其中所述第一导电率、所述第二导电率与所述第三导电率互不相同。
4.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中所述一或多个栅极控制层包含数个层，其中所述一或多个体层包含数个层，并且其中所述一或多个背沟道界面控制层包含数个层。
5.一种薄膜晶体管的制造方法，包含下列步骤：
沉积栅极介电层于栅极电极与基板上方；
形成有源沟道于所述栅极介电层上方，所述形成的步骤包含：
沉积一或多个栅极控制层，所述一或多个栅极控制层包含氧、氮、以及选自由锌、铟、锡、镉与镓所组成群组的一或多个元素且具有第一组成，所述一或多个栅极控制层中的至少一者与所述栅极介电层接触；
沉积一或多个体层，所述一或多个体层与所述一或多个栅极控制层中的至少一者接触，所述一或多个体层包含氧、氮、以及选自由锌、铟、锡、镉与镓所组成群组的一或多个元素且具有第二组成，所述第二组成不同于所述第一组成；以及
沉积一或多个背沟道界面控制层，所述一或多个背沟道界面控制层与所述一或多个体层中的至少一者接触，所述一或多个背沟道界面控制层包含氧、氮、以及选自由锌、铟、锡、镉与镓所组成群组的一或多个元素且具有第三组成，所述第三组成不同于所述第一组成与所述第二组成中的一者或多者；
沉积导电层于所述一或多个背沟道界面控制层的最上层上；以及
图案化所述导电层，以界定源极电极与漏极电极且暴露所述一或多个背沟道界面控制层的最上层。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述一或多个栅极控制层整体地具有第一厚度，所述一或多个体层整体地具有第二厚度，且所述一或多个背沟道界面控制层整体地具有第三厚度，并且其中所述第二厚度大于所述第三厚度，且所述第三厚度大于所述第一厚度。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述一或多个栅极控制层具有第一迁移率，所述一或多个体层具有第二迁移率，且所述一或多个背沟道界面控制层具有第三迁移率，并且其中所述第一迁移率、所述第二迁移率与所述第三迁移率互不相同。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述一或多个栅极控制层具有第一导电率，所述一或多个体层具有第二导电率，且所述一或多个背沟道界面控制层具有第三导电率，以及其中所述第一导电率、所述第二导电率与所述第三导电率互不相同。
9.如权利要求5所述的方法，其中所述一或多个栅极控制层包含数个层，并且其中所述一或多个背沟道界面控制层包含数个层。
10.如权利要求5所述的方法，其中所述沉积一或多个栅极控制层的步骤包含：将氩、含氮气体与含氧气体导入溅射腔室内；以及溅射含锌靶材。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述含氧气体包含一氧化二氮，并且所述含氮气体包含氮气，并且其中所述一或多个栅极控制层包含数个层，并且其中所述栅极控制层中的至少两层的组成不同。
12.如权利要求5所述的方法，其中所述沉积一或多个体层的步骤包含：将氩、含氮气体与含氧气体导入溅射腔室内；以及溅射含锌靶材。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述含氧气体包含一氧化二氮，并且所述含氮气体包含氮气，并且其中所述一或多个体层包含数个层，并且其中所述体层中的至少两层的组成不同。
14.如权利要求5所述的方法，其中所述沉积一或多个背沟道界面控制层的步骤包含：将氩、含氮气体与含氧气体导入溅射腔室内；以及溅射含锌靶材。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述含氧气体包含一氧化二氮，并且所述含氮气体包含氮气，并且其中所述一或多个背沟道界面控制层包含数个层，并且其中所述背沟道界面控制层中的至少两层的组成不同。
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Applicant after: APPLIED MATERIALS, Inc.

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CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
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Granted publication date: 20130320