[发明专利]在衬底上制造半导体器件的方法以及半导体器件

说明书

本申请是申请日为2009年7月14日、国际申请号为PCT/US2009/050542、中国申请号为200980127697.6、发明名称为“具有改进载流子迁移率的金属氧化物TFT”中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明一般地涉及TFT中的金属氧化物半导体膜，并且更具体而言，涉及金属氧化物膜的载流子密度。

背景技术

金属氧化物半导体由于其高载流子迁移率、光透明性和低沉积温度而引起强烈的兴趣。高载流子迁移率将应用扩展至要求较高频率和较高电流的较高性能领域。光透明性消除了对显示器中的光屏蔽和传感器活性基质的需要。低沉积温度使得能够应用于塑料衬底上的柔性电子装置。

金属氧化物半导体的独有特征是：(1)载流子迁移率不那么取决于膜的颗粒尺寸，也就是说，高迁移率无定形金属氧化物是可以的；(2)表面态的密度低，并使得对于TFT而言能够容易实现场效应，这与必须通过氢对表面态进行钝化的共价半导体(诸如Si或a-Si)相反；以及(3)迁移率大大地取决于体积载流子密度。为了实现用于高性能应用的高迁移率，金属氧化物沟道的体积载流子密度应该是高的，并且金属氧化物膜的厚度应该是小的(例如，<100nm且优选地<50nm)。

传统上，由氧空位来控制金属氧化物中的体积载流子浓度。可以由：(a)沉积期间的氧分压；(b)高温处理；以及(c)化合价掺杂来控制氧空位。但是当沟道厚度变得非常小时，体载流子不再充足且有效。

因此，补救现有技术中固有的前述及其他固有不足将是非常有利的。

发明内容

简要地，为了根据本发明的优选实施例来实现本发明的期望目的，提供一种与具有小于100nm厚的金属氧化物活性层的半导体器件的制造相结合地使用的方法，并且上主表面和下主表面具有毗邻接合的材料以形成下层界面和上覆界面的材料。所述制造方法包括通过选择用于金属氧化物活性层的金属氧化物和通过选择用于毗邻接合的材料的特定材料来控制下层界面和上覆界面中的界面相互作用。所述方法还包括通过形成下层界面的成分的下层材料的表面处理来控制下层界面中的相互作用以及通过在金属氧化物层上的材料沉积之前执行的金属氧化物膜的表面处理来控制上覆界面中的相互作用的一个或两个步骤。本公开中所使用的术语“控制界面相互作用”和“界面相互作用”被限定为控制或调整相邻半导体材料(金属氧化物)中的载流子密度的动作或相互作用。

还根据本发明的优选实施例来实现本发明的期望目的，其中，柔性衬底上的新型金属氧化物半导体器件包括小于100nm厚的金属氧化物活性层且上主表面和下主表面具有毗邻接合的材料以形成下层界面和上覆界面的材料。所述新型金属氧化物半导体器件还包括控制下层界面中的相互作用的形成下层界面的成分的下层材料的已处理表面以及控制上覆界面中的相互作用的在金属氧化物层上的材料沉淀之前执行的金氧氧化物膜的已处理表面中的一者或两者。

附图说明

通过结合附图进行的本发明的优选实施例的以下详细说明，本发明的前述及其他和更具体目的和优点将变得对于本领域的技术人员显而易见，其中：

图1是根据本发明的具有上覆栅极和下层源/漏的TFT的简化层示意图；

图2是根据本发明的具有上覆栅极和上覆源/漏的TFT的简化层示意图；

图3是根据本发明的具有下层栅极和下层源/漏的TFT的简化层示意图；以及

图4是根据本发明的具有下层栅极和上覆源/漏的TFT的简化层示意图。

具体实施方式

由μV/L²来限定薄膜晶体管(TFT)中优值系数，其中，μ是迁移率，V是电压且L是栅极长度。部分地由金属氧化物半导体材料中的新发展来补救主要问题，其中已经展示出高达80cm²/V-秒的迁移率。金属氧化物半导体的独有特征之一是载流子迁移率不那么取决于膜的颗粒尺寸，也就是说，高迁移率无定形金属氧化物是可以的。然而，为了实现高性能应用所需的高迁移率，金属氧化物沟道的体积载流子密度应该是高的，并且金属氧化物膜的厚度应该是小的(例如，<100nm且优选地<50nm)。然而，已经发现对于这些非常薄的沟道而言，具有下层和上覆材料的金属氧化物的界面相互作用不再是可忽略的。