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具有改進(jìn)的源極/漏極接觸的金屬氧化物TFT的制作方法與工藝

文檔序號:12005478閱讀:921來源:國知局
具有改進(jìn)的源極/漏極接觸的金屬氧化物TFT的制作方法與工藝
本發(fā)明總體涉及TFT中的金屬氧化物半導(dǎo)體膜,并且更具體地,涉及形成具有不同載流子密度的區(qū)域的有源層,由此改進(jìn)金屬氧化物膜的源極/漏極接觸。

背景技術(shù):
在現(xiàn)有技術(shù)中,通過在柵極和柵極絕緣層之上沉積第一層a-Si半導(dǎo)體材料,然后在第一層的頂部上沉積高摻雜的硅的層(例如,n+層),形成非晶硅(a-Si)薄膜晶體管。然后,在高摻雜層上形成用于源極和漏極的金屬接觸,在接觸之間在第一a-Si層中限定溝道區(qū)域。然后,能夠蝕刻掉溝道區(qū)域之上的高摻雜層,以便不會不利地影響溝道區(qū)域。a-SiTFT溝道中的低遷移率使得器件對接觸電阻要求低。在高摻雜區(qū)上形成的金屬接觸提供低電阻(歐姆)接觸。在金屬氧化物薄膜晶體管(MOTFT)中,在金屬氧化物半導(dǎo)體層上直接形成金屬接觸。即,金屬氧化物半導(dǎo)體材料在金屬接觸下面與其在溝道區(qū)域中相同。對于MOTFT,缺乏n+層和較高帶隙使得更難提供很好的歐姆接觸。而且,金屬氧化物半導(dǎo)體材料的高遷移率要求比a-SiTFT中更低的接觸電阻。在沒有良好的低電阻接觸,此后稱為歐姆接觸的情況下,金屬氧化物半導(dǎo)體材料的高遷移率能夠被接觸電阻掩蔽。然而,MOTFT中的歐姆接觸實質(zhì)上至今不被知曉或者很難形成和/或保持。因此,彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)中固有的以上和其他不足是非常有利的。

技術(shù)實現(xiàn)要素:
簡而言之,本發(fā)明的期望目標(biāo)根據(jù)下述方法實現(xiàn),該方法形成用于具有不同載流子密度的區(qū)域的TFT的有源層。該方法包括以下步驟:提供襯底,該襯底具有柵極、相鄰于柵極的柵極電介質(zhì)層、以及與柵極相反地位于柵極電介質(zhì)上的高載流子濃度金屬氧化物半導(dǎo)體材料層。該方法進(jìn)一步包括以下步驟:氧化與柵極對準(zhǔn)的金屬氧化物半導(dǎo)體材料層的溝道部分,以降低溝道部分的載流子濃度。溝道部分的兩側(cè)上的接觸部分被保持在高載流子濃度。為了進(jìn)一步實現(xiàn)本發(fā)明的期望目標(biāo),提供一種在金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管中形成歐姆源極/漏極接觸的方法,包括:在薄膜晶體管構(gòu)造中提供柵極、柵極電介質(zhì)、具有帶隙的高載流子濃度金屬氧化物半導(dǎo)體有源層和隔開的源極/漏極金屬接觸。隔開的源極/漏極金屬接觸在有源層中限定溝道區(qū)。相鄰于溝道區(qū)提供氧化氛圍,并且在氧化氛圍中加熱柵極和溝道區(qū),以降低溝道區(qū)域中的載流子濃度。可替換地或另外地,源極/漏極接觸中的每個都包括位于金屬氧化物半導(dǎo)體有源層上的低功函數(shù)金屬的超薄層和位于低功函數(shù)金屬上的高功函數(shù)金屬的勢壘層。本發(fā)明的期望目標(biāo)根據(jù)其一個實施例進(jìn)一步被實現(xiàn),其中,在薄膜晶體管構(gòu)造中,金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管中的金屬到金屬氧化物低電阻歐姆接觸包括柵極、柵極電介質(zhì)、具有帶隙的高載流子濃度金屬氧化物半導(dǎo)體有源層和隔開的源極/漏極金屬接觸。隔開的源極/漏極金屬接觸在有源層中限定溝道區(qū)。與源極/漏極金屬接觸相接觸的金屬氧化物半導(dǎo)體有源層的部分具有大于溝道區(qū)中的載流子濃度的載流子濃度。對于以上實施例可替換地或另外地,金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管中的金屬到金屬氧化物低電阻歐姆接觸包括源極/漏極金屬接觸,源極/漏極金屬接觸具有:位于金屬氧化物半導(dǎo)體有源層上的低功函數(shù)金屬的超薄層,低功函數(shù)金屬的功函數(shù)是小于等于金屬氧化物半導(dǎo)體有源層的功函數(shù)的功函數(shù);以及位于低功函數(shù)金屬上的高功函數(shù)金屬的勢壘層,高功函數(shù)金屬的功函數(shù)是大于等于金屬氧化物半導(dǎo)體有源層的功函數(shù)的功函數(shù)。可替換地,低功函數(shù)金屬層和高功函數(shù)金屬層能夠以其中低功函數(shù)金屬和高功函數(shù)金屬被混合為一種合金的單層代替。附圖說明從結(jié)合附圖作出的其優(yōu)選實施例的以下詳細(xì)描述,本發(fā)明的以上和進(jìn)一步以及更多特定目標(biāo)和優(yōu)點對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得更加明顯,其中:圖1是具有歐姆源極-漏極接觸的典型a-SiTFT的簡化層圖;圖2是示出高功函數(shù)金屬和金屬氧化物半導(dǎo)體材料之間的肖特基勢壘型接觸的簡化能帶圖;圖3示出根據(jù)本發(fā)明的形成具有不同載流子濃度的有源層的第一方法中的初始結(jié)構(gòu)的簡化層圖;圖4是類似于圖3的示出形成具有不同載流子密度的有源層的第一方法中的最后步驟的簡化層圖;圖5是根據(jù)本發(fā)明的具有下層?xùn)艠O和上層源極/漏極的MOTFT的簡化層圖,示出根據(jù)本發(fā)明的形成具有不同載流子密度的有源層的第二方法;圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的歐姆金屬接觸的部分MOTFT的簡化層圖;以及圖7示出顯示能夠在本發(fā)明中使用的多種材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)的表1。具體實施方式現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1,示出具有歐姆源極-漏極接觸的典型a-SiTFT10的簡化層圖。TFT10包括襯底11,襯底11具有在其上表面中形成的柵極12。柵極12以熟知方式由柵極電介質(zhì)的薄層13覆蓋。以任何熟知方式在柵極電介質(zhì)層13的上表面上形成未摻雜非晶硅(a-Si)層14。在層14的上表面上沉積重?fù)诫s(n+)非晶硅層15。然后在重?fù)诫s層15上分別形成金屬接觸16和17,用于源極和漏極,在接觸16和17之間在a-Si層14中限定溝道區(qū)域18(位于虛線內(nèi))。然后,通常使用金屬接觸16和17作為掩膜,能夠蝕刻掉溝道區(qū)域18之上的重?fù)诫s層15的部分。a-SiTFT溝道18中的低遷移率使得器件10對接觸電阻要求低。在高摻雜層15上形成的金屬接觸16和17提供低電阻(歐姆)接觸。圖1中所示的該種類型的器件的一個問題是,溝道之上的重?fù)诫s層15部分的蝕刻。非常難控制蝕刻僅充分地去除層15而不蝕刻到半導(dǎo)體層14中,并且導(dǎo)致諸如鈍化、場效應(yīng)控制、不穩(wěn)定性、陷阱等的困難。用于在大玻璃尺寸(昂貴的襯底區(qū)域)上執(zhí)行這樣的工藝的裝置由于其均勻控制的復(fù)雜性也非常昂貴。對金屬氧化物半導(dǎo)體材料存在濃厚興趣,這是因為其高載流子遷移率、透光率和低沉積溫度。高載流子遷移率將應(yīng)用擴(kuò)展至要求更高頻率或更高電流的更高性能領(lǐng)域。透光率消除了對在顯示器和傳感器有源矩陣中光屏蔽的需要。低沉積溫度使得能夠應(yīng)用于在塑料襯底上的柔性電子設(shè)備。金屬氧化物半導(dǎo)體的獨特特征是:(1)載流子遷移率較少取決于膜的粒度,即,可以是高遷移率非晶金屬氧化物;(2)表面態(tài)的密度低,并且使得能夠容易對于TFT的場效應(yīng),這與共價半導(dǎo)體(諸如,Si或a-Si)相反,在共價半導(dǎo)體中,表面態(tài)必須由氫鈍化;以及(3)遷移率強(qiáng)烈地取決于體積載流子密度。傳統(tǒng)上,金屬氧化物中的體積載流子密度或濃度由氧空位控制。氧空位能夠通過以下控制:(a)沉積期間的氧的部分壓力;(b)高溫處理;以及(c)價摻雜。在金屬氧化物薄膜晶體管(MOTFT)中,在金屬氧化物半導(dǎo)體層上直接形成金屬接觸。即,金屬氧化物半導(dǎo)體材料在金屬接觸下面與其在溝道區(qū)域中相同。對于MOTFT,缺少n+層和較大帶隙使得更難提供良好的歐姆接觸。而且,金屬氧化物半導(dǎo)體材料的高遷移率要求比a-SiTFT中更低的接觸電阻。在沒有良好的歐姆接觸的情況下,金屬氧化物半導(dǎo)體材料的高遷移率能夠被接觸電阻掩蔽。在現(xiàn)有技術(shù)中,MOTFT中的源極和漏極接觸通常是肖特基勢壘型的,其中,金屬與金屬氧化物半導(dǎo)體材料直接接觸。通常,穩(wěn)定接觸金屬(例如,Mo、W、Au、Pt、Ag等)具有相對高的功函數(shù),而具有低功函數(shù)的金屬(例如,Al、Mg、Ti、Ta、Zn、In、V、Hf、Y等)不穩(wěn)定或相對容易被氧化。高功函數(shù)金屬與金屬氧化物半導(dǎo)體材料形成肖特基勢壘,以提供導(dǎo)電,載流子必須隧穿通過勢壘。如果勢壘薄,則僅利用少量電阻就可以發(fā)生隧穿,但是如果勢壘厚,則幾乎可能防止隧穿。在任一種情況下,肖特基勢壘接觸都不像期望那樣為具有低電阻的歐姆接觸。具體參考圖2,示出了說明肖特基勢壘型接觸的簡化能帶圖。接觸在左邊所示的高功函數(shù)金屬和右邊所示的金屬氧化物半導(dǎo)體材料之間。能夠看出,因為功函數(shù)的差異,導(dǎo)致形成對于從金屬到金屬氧化物半導(dǎo)體材料的電子流的勢壘。勢壘的厚度‘b’確定結(jié)內(nèi)的導(dǎo)電量。即,如果勢壘的厚度b足夠小,則電子那個隧穿并且發(fā)生導(dǎo)電。厚度b由勢壘的斜率‘s’控制或主要由其確定。斜率s與金屬氧化物中的載流子濃度成比例。將理解,隨著斜率增加,即,載流子濃度增加,厚度b變小。例如,在圖2中,斜率約為60°。隨著斜率朝向90°增加,厚度b變小。從而,在金屬到半導(dǎo)體界面處的載流子濃度的增加減小了勢壘厚度,并且改進(jìn)了接觸。術(shù)語金屬或摻雜的半導(dǎo)體的“功函數(shù)”是指能級,例如,在能量圖圖2中,在該能級中,電子態(tài)不被占用,而在該能級處或其之下,電子態(tài)全部被占用。電子態(tài)在文獻(xiàn)中有時還被稱為“費(fèi)米能級”。在用于TFT應(yīng)用的金屬氧化物半導(dǎo)體膜中,金屬氧化物半導(dǎo)體的功函數(shù)非常接近導(dǎo)帶的底部(如圖2中繪制的)。通常,存在兩種方式或方法用來在金屬氧化物半導(dǎo)體材料和金屬之間作出良好的歐姆接觸:1)在界面處的金屬氧化物半導(dǎo)體的載流子濃度應(yīng)該盡可能高(即,增加勢壘的斜率并且減小厚度);和/或2)金屬的功函數(shù)應(yīng)該與金屬氧化物半導(dǎo)體的功函數(shù)基本匹配,使得存在很少或不存在勢壘。然而,這些方法中的每個都具有必須克服的嚴(yán)重問題。為了使用第一種方法,在器件設(shè)計中存在兩難選擇。問題在于,相同的高載流子濃度(例如,>1E18/cm3)金屬氧化物半導(dǎo)體材料位于源極和漏極接觸下面,如在TFT溝道中呈現(xiàn)的。為了TFT適當(dāng)?shù)夭僮鳎瑴系垒d流子濃度不能太高(例如,<1E18/cm3)。從而,在TFT的有源或溝道層(金屬氧化物半導(dǎo)體層)的不同區(qū)域中必須創(chuàng)建不同的載流子密度或濃度。根據(jù)本發(fā)明,提供在有源或溝道層中實現(xiàn)不同載流子密度或濃度的兩種方法。圖3和圖4中所示的形成具有不同載流子密度的有源層的第一種方法如下。具體參考圖3,示出用于制造分別具有下層?xùn)艠O38和上層源極/漏極33和34的MOTFT30的初始結(jié)構(gòu)。在此,將理解,相信多種可能MOTFT構(gòu)造中的任一個都能夠適于包括例如底部柵極底部源極/漏極型器件、頂部柵極頂部源極/漏極型器件、頂部柵極底部源極/漏極型器件等的公開方法中的一個或所有。TFT30包括襯底32,其可以是諸如塑料的柔性材料,或者是諸如玻璃的任何其他方便的材料等。通過任何方便和建立的方法,在襯底32中形成柵極金屬電極38。薄柵極電介質(zhì)層37與柵極金屬電極38和襯底32的周圍區(qū)域形成為重疊關(guān)系。以與柵極金屬電極38和周圍區(qū)域重疊的關(guān)系,在柵極電介質(zhì)層37上形成或圖案化金屬氧化物半導(dǎo)體膜36。作為MOTFET30的有源層的金屬氧化物半導(dǎo)體膜36是高載流子濃度金屬氧化物,以確保在源極和漏極(圖4)以及膜36之間形成良好的歐姆接觸。通常,形成具有不同載流子密度的有源層的第一種方法包括以下步驟。首先,限定柵極金屬(柵極38),并且沉積柵極電介質(zhì)(層37)。金屬氧化物半導(dǎo)體材料的層或膜36被沉積和/或圖案化。利用非氧化氛圍進(jìn)行沉積,以便增加載流子濃度。襯底32能夠在還原氛圍中在高溫下(如果襯底材料的選擇允許)被選擇性地處理,以進(jìn)一步增加載流子濃度。在加熱的優(yōu)選方法中,圖3的整個結(jié)構(gòu)然后在氧化氛圍中經(jīng)歷來自輻射源(例如,來自燈或脈沖激光器的輻射)的覆蓋光照射,光子能低于金屬氧化物層36(例如,3eV)、柵極電介質(zhì)層37(例如,>4eV)、以及襯底32(例如,>3eV)的帶隙,此后稱為“退火”。對于關(guān)于退火工藝的另外信息是指,于2010年9月1日提交并且通過引用結(jié)合于此的題為“LasterAnnealingofMetalOxideSemiconductoronTemperatureSensitiveSubstrateFormations(溫度敏感襯底構(gòu)成上的金屬氧化物半導(dǎo)體的激光退火)”的共同待審美國專利申請。應(yīng)該理解,如果期望或方便,可以采用其他加熱溝道區(qū)的方法。如在以上引用的共同待審申請中解釋的,除了柵極金屬之外的所有材料對于激光都是透明的。從而,僅能夠吸收光(熱或能量)的材料是柵極金屬38。激光脈沖持續(xù)時間被選擇為使得溫度梯度非常大。即,溫度從吸收區(qū)柵極38附近急劇下降(例如,在一微米內(nèi)>100攝氏度)。從而,僅柵極38頂部上的被標(biāo)記為35的溝道區(qū)被加熱,并且其載流子密度或濃度通過氧氛圍(即,包括氧的環(huán)境)減小。即使在氧氛圍中,通過在較低溫度下,也防止金屬氧化物半導(dǎo)體膜36的剩余物的載流子濃度減小。從而,溝道區(qū)35與柵極38自對準(zhǔn),并且蝕刻停止以及源極/漏極金屬33和34分別與柵極金屬38的對準(zhǔn)變得不太關(guān)鍵。另外參考圖4,源極33和漏極34以重疊關(guān)系部分地形成在金屬氧化物半導(dǎo)體膜36的上表面上,以便在柵極金屬電極38之上的上表面上限定其之間的空間。在金屬氧化物膜36的暴露部分以及源極33和漏極34的周圍部分之上形成可選鈍化層39。因為有源層36中的不同載流子密度,使得在源極33和膜36之間的界面處以及漏極34和膜36之間的界面處形成良好的金屬到半導(dǎo)體接觸(基本上是歐姆接觸,或者在勢壘上有非常高的斜率)。結(jié)合圖5描述在TFT的溝道層的不同區(qū)域中提供不同載流子密度或濃度的第二種方法,圖5示出根據(jù)本發(fā)明的分別具有下層?xùn)艠O38’和上層源極/漏極33’和34’的MOTFT30’的簡化層圖。在此,將理解,相信多種可能的MOTFT構(gòu)造中的任一種能夠適于包括例如底部柵極底部源極/漏極型器件、頂部柵極頂部源極/漏極型器件、頂部柵極底部源極/漏極型器件等的公開方法中的一個或所有。TFT30’包括襯底32’,其可以是諸如塑料的柔性材料或者諸如玻璃等的任何其他方便材料等。通過任何方便和建立的方法,在襯底32’中形成柵極金屬電極38’。薄膜柵極電介質(zhì)層37’與柵極金屬電極38’和襯底32’的周圍區(qū)域形成重疊關(guān)系。以與柵極金屬電極38’和周圍區(qū)域重疊的關(guān)系,在柵極電介質(zhì)層37’上形成金屬氧化物半導(dǎo)體膜36’。在金屬氧化物半導(dǎo)體膜36’的上表面上以部分重疊關(guān)系形成源極33’和邏輯34’,以便在柵極金屬電極38’之上的上表面上限定其之間的空間。作為MOTFET30’的有源層的金屬氧化物半導(dǎo)體膜36’是高載流子濃度金屬氧化物,以確保在源極33’和膜36’之間以及在漏極34’和膜36’之間形成良好的歐姆接觸。在金屬氧化物薄膜36’的暴露部分以及源極33’和漏極34’的周圍部分之上形成可選鈍化層39’。在用于該工藝的加熱的方法中,圖5的整個結(jié)構(gòu)然后在氧化氛圍中經(jīng)歷加熱,此后稱為“退火”。如果可選鈍化層39’不存在,則源極33’和34’之間的金屬氧化物膜36’的被指定為35’的暴露部分在加熱工藝中經(jīng)歷氧化氛圍,并且通過氧化氛圍減小載流子密度或濃度。即使在氧化氛圍中,也通過由源極33’和漏極34’屏蔽或保護(hù),防止金屬氧化物半導(dǎo)體膜36’的剩余物的載流子濃度減小。從而,溝道區(qū)35’與源極/漏極金屬33’和34’分別自對準(zhǔn)。從而,當(dāng)膜36’的載流子密度或濃度高時,施加源極33’和漏極34’,通過隨后加熱,金屬到半導(dǎo)體接觸良好(基本上是歐姆接觸,或者在勢壘上有非常高的斜率),并且在溝道35’中的載流子密度或濃度減小。應(yīng)該注意,涉及可選鈍化層39’的多個可能步驟能夠在氧化氛圍中加熱結(jié)構(gòu)時(或者之前)被結(jié)合到該方法中。例如,在源極/漏極金屬蝕刻工藝期間,通過絕緣蝕刻停止(鈍化)層39’,能夠保護(hù)在源極和漏極之間(區(qū)域35’)的金屬氧化物半導(dǎo)體溝道材料。在源極/漏極金屬沉積和圖案化之后,源極/漏極金屬33’和34’與金屬氧化物半導(dǎo)體膜36’接觸。蝕刻停止層39’能夠留下作為鈍化材料或者被去除。如果層39’被去除,則柵極39’的頂部上的被指定為35’的溝道區(qū)被加熱,并且通過氧化氛圍減小其載流子濃度。在稍微不同的工藝中,如果期望將層39’保留為鈍化層,則選擇具有以下特性的絕緣材料。當(dāng)如所期望的利用濕法蝕刻或干法蝕刻圖案化源極電極33’和漏極電極34’時,層39’提供蝕刻停止物和溝道保護(hù)功能。層39’具有大的體電阻和大的表面電阻的絕緣屬性,并且在反向偏置下,在MOTFT30’的操作期間,不應(yīng)該產(chǎn)生或允許導(dǎo)電路徑。最后,層39’的材料在用于實際或正常操作的溫度(例如,低于120℃)期間,表現(xiàn)為對O2、H2O、H2、N2等的化學(xué)性阻擋,但是在退火溫度(例如,高于150℃)或以上,用作氧導(dǎo)體。結(jié)合上述工藝應(yīng)該理解,在源極/漏極圖案形成過程之后,后退火工藝提供源極溝道和漏極溝道之間的歐姆接觸,以及提供用于溝道的氧原子,以達(dá)到優(yōu)選載流子密度。關(guān)于鈍化層39’呈現(xiàn)上述特性的絕緣材料的一些示例包括:利用具有玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)的絕緣材料形成的層,低于Tg,該層用作對O2、H2O、H2、N2等以及對在其上用于后續(xù)工藝中的化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)阻擋層,并且高于Tg,該層表現(xiàn)為具有高粘度但是對氧、氫、和/或氮原子具有足夠遷移率的半液體。這樣的材料的一些特定無機(jī)示例包括由包括Dow-Corning的多個公司出售的所謂的“液體玻璃”材料(光可圖案化旋涂或可印刷硅酮,例如,WL5150、WL-3010、Degussa等)。一些特定有機(jī)示例包括熱塑料的種類,諸如,聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、二甲基戊二酰亞胺(PMGI)、或其他丙烯酸系聚合物(PI)、聚苯乙烯(PS)、聚環(huán)氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇氧化物(PVA)、環(huán)氧、聚有機(jī)硅烷或有機(jī)硅烷和聚有機(jī)硅氧烷或有機(jī)硅氧烷,諸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他類型的液體玻璃或熱塑料。在一些情況下,諸如圖5中所示的結(jié)構(gòu),優(yōu)選選擇光可圖案化形式的材料,以簡化圖案化工藝。表1示出以上列出的多種材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)。應(yīng)該注意,許多所列出的材料包括以下化學(xué)基團(tuán):-O-、-COOH、-C=O、-O-O-、O=C-N-C=O、-C-OH、-C-H等。具有這樣的含氧基團(tuán)的材料不僅提供在高于Tg的退火溫度下用于氧、氫和氮氛圍到溝道區(qū)域的路徑,而且提供氧并且與下面的金屬氧化物半導(dǎo)體溝道層有源地交互;減少界面處的陷阱,并且改進(jìn)退火效果和效率。以上加熱/氧化工藝還能夠包括:通過將原子源嵌入層39’中,提供用于溝道的氧原子,以達(dá)到優(yōu)選載流子密度。例如,在層39’中能夠包括復(fù)合材料,該復(fù)合材料包含具有金屬氧化物納米顆粒的聚合物粘合劑。粘合劑材料的示例包括上述玻璃狀或熱聚合材料?;衔锛{米顆粒的示例包括金屬氧化物、金屬硫化物等,具有通常大于3.1eV的能隙,例如,TiO2、Ta2O5、SrO、SrTiO3、Al2O3、AlN、SiO2等。這樣的層還能夠被形成有被分類為有機(jī)金屬化合物的一種材料,其有機(jī)金屬前體材料被用于形成圖案化的蝕刻停止層,其具有有機(jī)金屬化合物形式或有機(jī)/無機(jī)混合體形式的結(jié)束層。這樣的材料的示例包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的光化學(xué)金屬有機(jī)沉積(PMOD)材料、以及具有溶膠凝膠處理領(lǐng)域中的技術(shù)人員知曉的有機(jī)粘合劑和無機(jī)化合物納米顆粒的復(fù)合材料。在一個特定示例中,在玻璃襯底上制造MOTFT30’,并且蝕刻停止層39’的Tg在約220℃至320℃的范圍內(nèi)。退火溫度被選擇為高于鈍化層39’的Tg約30℃至70℃。在另一個特定示例中,在約150℃(對于PET)至390℃(對于聚酰亞胺)范圍內(nèi)的Tg下,在塑料襯底32’上制造MOTFT30’。蝕刻停止(鈍化)層39’的Tg被選擇為低于襯底32’的Tg約30℃至70℃,并且退火溫度被選擇為等于或低于襯底32’的Tg。在其他特定實施例中,蝕刻停止(鈍化)層39’由光可圖案化材料形成,使得能夠?qū)崿F(xiàn)將溝道長度限定到微米級,蝕刻停止(鈍化)層39’的材料利用印刷/調(diào)劑領(lǐng)域中的技術(shù)人員已知的多個液體工藝方法之一形成。在特定具體應(yīng)用中,附加的鈍化層能夠形成或沉積在圖5的層39’的頂部上,或者甚至在圖4的層39的頂部上。能夠使用具有良好化學(xué)阻擋層屬性和良好電氣絕緣的材料。無機(jī)示例包括SiO2、SiN、Al2O3、AlN、Ta2O5等。有機(jī)示例包括用于層39’的以上列出的那些。在用于平坦化或用于鈍化的器件和顯示器行業(yè)中使用的商用光刻膠對于它們的圖案化簡化是優(yōu)選的。這樣的一個或多個附加鈍化層還能夠以堆疊形式或共混形式形成在有機(jī)/無機(jī)混合體中。對于利用無機(jī)材料制成的一層或多層,能夠利用諸如濺射或CVD的真空沉積方法之一形成。還能夠通過利用液體前體的多種涂覆技術(shù)之一形成該層。以共混形式形成有機(jī)/無機(jī)混合體的方法在與本發(fā)明相同的公司的美國專利7,790,237中公開。在以上示例中的每個中,處理被設(shè)計為產(chǎn)生富氧環(huán)境,通過使用源極/漏極金屬作為氧阻擋,其能夠降低僅溝道區(qū)域中的載流子濃度,而使接觸區(qū)中的載流子濃度高,使得產(chǎn)生良好的歐姆接觸。為了使用兩種方式或方法中的第二種方法在金屬氧化物半導(dǎo)體材料和金屬之間作出良好的歐姆接觸(即,使金屬的功函數(shù)與金屬氧化物半導(dǎo)體的功函數(shù)基本匹配),在器件設(shè)計中還存在兩難選擇。在功函數(shù)匹配方法中,一個問題在于,低于或基本匹配于金屬氧化物半導(dǎo)體的功函數(shù)的低功函數(shù)金屬非常不穩(wěn)定,并且從金屬氧化物相對快地吸收氧。從而,接觸金屬在界面處變?yōu)椴畹膶?dǎo)體或絕緣金屬氧化物,并且增加接觸電阻。高功函數(shù)穩(wěn)定金屬通常具有比金屬氧化物半導(dǎo)體功函數(shù)高很多的功函數(shù),使得結(jié)變?yōu)樾ぬ鼗鶆輭窘Y(jié),而不是低電阻歐姆接觸。在部分MOTFT40的簡化層圖中示出解決該兩難選擇的優(yōu)選方式,示出了根據(jù)本發(fā)明的歐姆金屬接觸50。MOTFT40包括襯底42,在襯底42中形成有柵極金屬電極48。柵極電介質(zhì)的薄層47形成在柵極金屬電極48之上,并且至少部分地形成在襯底42的上表面之上。總體如上文結(jié)合圖5描述的那樣,在層47的表面上形成或者圖案化金屬氧化物半導(dǎo)體材料層46。在金屬氧化物半導(dǎo)體層46的上表面上形成金屬到金屬氧化物半導(dǎo)體歐姆接觸,總體被指定為50。在此,將理解,雖然示出典型的下層?xùn)艠O和上層源極/漏極型MOTFT,但是相信多種可能MOTFT構(gòu)造中的任一個都能夠適于包括例如底部柵極底部源極/漏極型器件、頂部柵極頂部源極/漏極型器件、頂部柵極底部源極/漏極型器件等的公開方法。將理解,在本公開中描述的典型金屬氧化物半導(dǎo)體材料包括氧化鋅、氧化銦、氧化錫、氧化鎵、氧化鎘、或其任何組合。金屬氧化物半導(dǎo)體層46的典型功函數(shù)約為4eV。對于具有小于4eV的功函數(shù)的金屬,強(qiáng)烈傾向于形成它們的金屬氧化物,其是非常差的導(dǎo)體。低功函數(shù)金屬的一些典型示例包括Al、Mg、Ti、Ta及其組合等。通常,功函數(shù)越低,它們的氧化物越傾向于不導(dǎo)電,例如,Mg具有3.5eV的功函數(shù),Al具有3.7eV的功函數(shù),并且氧化鎂和氧化鋁均為相對好的絕緣體。金屬到金屬氧化物半導(dǎo)體歐姆接觸50是本質(zhì)上解決上述問題的多金屬接觸。在金屬氧化物半導(dǎo)體層46的表面上沉積低功函數(shù)金屬的第一超薄層52,以形成低電阻歐姆接觸。層52小于5nm厚,并且優(yōu)選小于1nm厚。在具有大于10nm并且優(yōu)選大于50nm的厚度的層52之上沉積勢壘層54。能夠使用的勢壘金屬的示例包括Mo、W、Au、Pt、Ag、及其組合等。通常,勢壘金屬具有高功函數(shù)(例如,4.5eV以上)并且從而是相對穩(wěn)定的金屬。如果期望,在勢壘層54的頂部上可以添加諸如鋁和銅的高導(dǎo)電接觸金屬的可選體層56。從而,在金屬到金屬氧化物半導(dǎo)體歐姆接觸50的操作中,最初,低功函數(shù)金屬的超薄層52與金屬氧化物半導(dǎo)體層46形成歐姆接觸。因為低功函數(shù)金屬不穩(wěn)定,所以來自金屬氧化物半導(dǎo)體層46的氧相對快速地將其氧化。高功函數(shù)金屬的勢壘金屬層被包括來阻擋氧從金屬氧化物半導(dǎo)體層46進(jìn)一步遷移進(jìn)入接觸金屬層56。然而,層52太薄,從對其氧化而累積的金屬氧化物的量對接觸50具有很小或沒有影響。而且,方法組合到以下程度:在金屬氧化物半導(dǎo)體層46在高溫下暴露至氧化氛圍期間,接觸區(qū)域50下面的金屬氧化物半導(dǎo)體層46將變得非常導(dǎo)電,這是因為由于氧進(jìn)入低功函數(shù)金屬層52的遷移導(dǎo)致的氧的損耗進(jìn)一步改進(jìn)了歐姆接觸,即,在溝道層的不同區(qū)域中形成不同載流子密度或濃度。在稍微不同的實施例中,非常少量的低功函數(shù)金屬被熔合或者混合到阻擋層54的金屬中,而不是形成單獨的層52。這樣的合金或混合物仍然提供低功函數(shù)和與金屬氧化物半導(dǎo)體層的良好歐姆接觸。使用這樣的低功函數(shù)合金Mg-Ag用于有機(jī)發(fā)光二極管中的陰極的示例由Kodak(C.W.Tang等人,AppliedPhys.Letters(應(yīng)用物理學(xué)快報)51,913(1987))論證,實現(xiàn)從合金陰極進(jìn)入有機(jī)半導(dǎo)體Alq層的有效電子注入。在該實施例中,相鄰于金屬氧化物半導(dǎo)體材料的接觸表面的合金中的低功函數(shù)金屬從金屬氧化物半導(dǎo)體材料吸收氧(氧化),從而提高載流子密度或濃度,并且改進(jìn)金屬到半導(dǎo)體接觸。由于僅存在少量低功函數(shù)金屬,所以氧化對接觸幾乎沒有影響。而且,未被氧化的低功函數(shù)材料由勢壘金屬屏蔽,所以其對接觸幾乎沒有影響。本發(fā)明提供MOTFT中的新的和改進(jìn)的低電阻歐姆源極/漏極金屬接觸。MOTFT中的改進(jìn)的源極/漏極金屬接觸形成低電阻歐姆接觸,這在先前不容易實現(xiàn)。而且,MOTFT中的改進(jìn)的源極/漏極金屬接觸相對容易且制造不昂貴。將容易理解,如果期望,能夠單獨或組合使用在富氧環(huán)境中處理溝道區(qū)的工藝或者形成多金屬接觸的工藝,在富氧環(huán)境中處理溝道區(qū)的工藝僅降低溝道區(qū)域中的載流子濃度,而使接觸區(qū)域中的載流子濃度高(即,在溝道層的不同區(qū)域中提供不同載流子密度或濃度)。在此公開的用于MOTFT的結(jié)構(gòu)和對應(yīng)制造方法實際上提供以不同載流子濃度在金屬氧化物半導(dǎo)體層中形成區(qū)帶(zone)的有效方式。在此被選擇用于說明目的的對實施例的多種改變和修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將容易地發(fā)生。例如,在具有底部源極/漏極的MOTFT中,利用在此公開的類似退火過程,諸如,利用來自頂部的輻射光源并且在沒有氧的氛圍下(例如,在真空下或在N2或Ar氣體中),能夠通過從具有被優(yōu)化用于溝道區(qū)的載流子密度(例如,<1017載流子cm-3)的有源區(qū)開始,形成具有期望載流子濃度區(qū)帶的金屬氧化物半導(dǎo)體有源層,能夠增加源極和漏極接觸焊盤的頂部上的氧空位,并且將載流子濃度增加至大于1017cm-3。在這樣的修改和改變不脫離本發(fā)明的精神的程度上,它們旨在包括在僅由以下權(quán)利要求的合理解釋所評定的其范圍內(nèi)。已經(jīng)以這樣清楚和簡明的術(shù)語完全描述了本發(fā)明,以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解和實現(xiàn)本發(fā)明,本發(fā)明要求:
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