具有未圖案化的蝕刻停止的motft的制作方法
【專利摘要】一種制造高遷移率半導(dǎo)體金屬氧化物薄膜晶體管的方法，包括以下步驟：沉積半導(dǎo)體金屬氧化物材料層、在所述MO材料層上沉積蝕刻停止材料的覆蓋層、以及在所述蝕刻停止材料的覆蓋層上圖案化源極/漏極金屬層，所述圖案化包括：將所述源極/漏極金屬層蝕刻為源極/漏極端子，所述源極/漏極端子被設(shè)置為在所述半導(dǎo)體金屬氧化物層中限定溝道區(qū)域；至少在所述源極/漏極端子之下，所述蝕刻停止材料在垂直于所述覆蓋層的平面的方向上導(dǎo)電，以提供所述源極/漏極端子中的每一個(gè)與所述半導(dǎo)體金屬氧化物溝道材料層之間的電接觸。所述蝕刻停止材料還具有化學(xué)魯棒性，以在蝕刻工藝期間保護(hù)所述半導(dǎo)體金屬氧化物溝道材料層。
【專利說(shuō)明】
具有未圖案化的蝕刻停止的MOTFT
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明一般涉及金屬氧化物薄膜晶體管，具體涉及改進(jìn)的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]下一代消費(fèi)電子產(chǎn)品要求具有高像素?cái)?shù)(分辨率)和高響應(yīng)速度的低成本、高性能信息顯示器。為了驅(qū)動(dòng)這樣的顯示器，用于像素驅(qū)動(dòng)器的薄膜晶體管(TFT)需要操作條件下的足夠迀移率和穩(wěn)定性:對(duì)于LCD或OLED這兩種顯示器具有通常為O?1V的Vds ALED顯示器和面板上的外圍驅(qū)動(dòng)器對(duì)TFT的使用壽命設(shè)定了更嚴(yán)格的要求。基于非晶硅(a-Si)的TFT由于其低載流子迀移率以及不穩(wěn)定的性能而不能滿足這樣的需求?；诘蜏囟嗑Ч?LTPS)的TFT由于其高單位面積成本以及大顯示面積上的均勻性問題而不能滿足這樣的需求。高迀移率金屬氧化物TFT由于其類似LTPS的性能以及類似a-Si的成本和均勻性而成為有吸引力的選擇。從實(shí)用角度來(lái)看，具有與原本設(shè)計(jì)用于a-Si TFT的現(xiàn)有顯示器生產(chǎn)線相適應(yīng)的工藝的MOTFT由于其短面市時(shí)間和產(chǎn)能過(guò)剩的商業(yè)環(huán)境而更具吸引力。
[0003]三種類型的TFT已經(jīng)被用于基于a-Si的TFT和M0TFT。兩種類型圖示在各自具有蝕刻停止(ES)層的簡(jiǎn)化截面圖的圖1(a)和圖1(b)中。圖1(a)中圖示的類型通常被稱作“島ES型”，圖1(b)中圖示的類型通常被稱作“通路(Via)ES型”，而圖1(c)中圖示的類型通常被稱作“背溝道蝕刻(BCE)型”TFT。在ES型TFT中，溝道長(zhǎng)度由源極與漏極電極之間的電介質(zhì)ES的長(zhǎng)度來(lái)定義。在BCE型TFT中，溝道長(zhǎng)度由源極與漏極電極之間的間隙來(lái)定義。
[0004]ES型TFT具有在S/D處理期間更好地保護(hù)溝道的優(yōu)點(diǎn)。但是，ES型TFT也具有一些缺點(diǎn):(I)它們需要額外的掩膜步驟來(lái)圖案化蝕刻停止層；以及(2)由于對(duì)準(zhǔn)要求，最小溝道長(zhǎng)度被約束為(Lmin+2Lalign+2Ltol )以上，其中Lmin為金屬源極-漏極層的最小間隙空間(通常被稱為設(shè)計(jì)規(guī)則)，Lallgn為對(duì)準(zhǔn)精度，而Ltcil為對(duì)于S/D金屬與蝕刻停止之間的重疊的容差。在小像素間距的應(yīng)用中，對(duì)于可使用給定的設(shè)計(jì)規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)的小TFT尺寸而言BCE型TFT是有利的。然而，BCE工藝可能會(huì)損壞溝道的頂部，這對(duì)于工藝控制提出了更高的挑戰(zhàn)。與硅基溝道相比，金屬氧化物基溝道尤其如此。
[0005]因此，解決現(xiàn)有技術(shù)中固有的上述和其他缺陷是非常有利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]依據(jù)一種制造高迀移率MOTFT的方法可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所期望的目的，所述方法包括以下步驟:沉積并圖案化非晶或多晶半導(dǎo)體金屬氧化物溝道材料層，在被圖案化的半導(dǎo)體金屬氧化物溝道材料層上沉積蝕刻停止材料的覆蓋層，在該蝕刻停止材料的覆蓋層上沉積并圖案化源極/漏極金屬層，其中所述圖案化包括將所述源極/漏極金屬層蝕刻為源極/漏極端子，其設(shè)置為在該半導(dǎo)體金屬氧化物溝道層中限定溝道區(qū)域。至少在所述源極/漏極端子之下，所述蝕刻停止材料在垂直于所述覆蓋層的平面的方向上導(dǎo)電，以提供所述源極/漏極端子中的每一個(gè)與所述半導(dǎo)體金屬氧化物溝道材料層之間的電接觸。所述蝕刻停止材料還具有化學(xué)魯棒性，以在所述源極/漏極蝕刻工藝及其他隨后工藝期間保護(hù)所述半導(dǎo)體金屬氧化物溝道材料層。所述覆蓋蝕刻停止材料還在源極電極和漏極電極之間以及在其他導(dǎo)電區(qū)域間在水平方向上具有充分的絕緣性。由于所述覆蓋蝕刻停止層，消除了一個(gè)或多個(gè)工藝步驟并且實(shí)質(zhì)上減輕了或消除了各種容差以使得TFT溝道的長(zhǎng)度能實(shí)質(zhì)減小。
[0007]依據(jù)高迀移率MOTFT的特定實(shí)施例也實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明所期望的目的，所述高迀移率Μ0ΤΡΓ具有柵極電極、處于非晶、多晶或多相形式的半導(dǎo)體金屬氧化物有源溝道層、以及源極/漏極電極。所述MOTFT包括設(shè)置在該半導(dǎo)體金屬氧化物有源溝道層上的蝕刻停止材料的覆蓋層。該源極/漏極電極被設(shè)置在半導(dǎo)體金屬氧化物有源溝道層的相反側(cè)上的所述蝕刻停止材料的覆蓋層上而且所述源極/漏極電極進(jìn)一步被設(shè)置為在所述半導(dǎo)體金屬氧化物溝道層中限定溝道區(qū)域。至少在所述源極/漏極端子之下，所述蝕刻停止材料在垂直于所述覆蓋層的平面的方向上導(dǎo)電，以提供所述源極/漏極端子中的每一個(gè)與所述半導(dǎo)體金屬氧化物溝道材料層之間的電接觸。所述蝕刻停止材料還具有化學(xué)魯棒性，以在所述源極/漏極金屬的蝕刻工藝以及特殊應(yīng)用所需的隨后工藝期間保護(hù)所述半導(dǎo)體金屬氧化物溝道材料層。
【附圖說(shuō)明】
[0008]從以下結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的具體描述，本發(fā)明的上述及進(jìn)一步的以及更多具體目的和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見，其中:
[0009]圖1(a)圖示了通常被稱為“島ES型”TFT的第一蝕刻停止TFT的簡(jiǎn)化的截面層圖；
[0010]圖1(b)圖示了通常被稱為“通路ES型”TFT的第二蝕刻停止TFT的簡(jiǎn)化的截面層圖；
[0011]圖1(c)圖示了通常被稱為“BCE型”TFT的TFT的簡(jiǎn)化的截面層圖；
[0012]圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明制造的穩(wěn)定、高迀移率金屬氧化物薄膜晶體管的第一實(shí)施例；
[0013]圖3圖示了圖2的TFT的制造的流程圖；
[0014]圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明制造的穩(wěn)定、高迀移率金屬氧化物薄膜晶體管的第二實(shí)施例；
[0015]圖5圖示了圖4的TFT的制造的流程圖；
[0016]圖6示出了在有源顯示區(qū)域以及接觸墊周圍邊緣區(qū)域中的像素驅(qū)動(dòng)器的俯視圖和截面圖，表示用于IPS AMIXD顯示器的完整背板，A到G圖示了制造工藝的七個(gè)連續(xù)步驟；以及
[0017]圖7示出了具有圖2所示結(jié)構(gòu)的MOTFT的一組Id-Vgs和Id-Vds曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0018]首先轉(zhuǎn)向圖1(a)，通過(guò)首先沉積柵極金屬層14來(lái)制造“島ES型”TFT。可以通過(guò)物理氣相沉積來(lái)形成膜并通過(guò)光刻來(lái)圖案化為所期望的形狀和尺寸。還可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的印刷方法中的一種來(lái)制作圖案化的柵極層。在柵極金屬14和周圍區(qū)域上方形成柵極電介質(zhì)材料的薄層16。在層16的上表面上方沉積半導(dǎo)體金屬氧化物的溝道層18。主要取決于最終產(chǎn)品，溝道層18可以是覆蓋(blanket)層或者可以任選地被圖案化。
[0019]2012年3月6日授權(quán)的名為“Double Self-Aligned Metal Oxide TFT(雙重自對(duì)準(zhǔn)金屬氧化物TFT)”的美國(guó)專利US 8，129,720描述了“島ES型” TFT的一個(gè)示例和制造方法。如該專利中所解釋的，柵極金屬14可以作為用于鈍化區(qū)域20的對(duì)準(zhǔn)的內(nèi)置掩膜。首先，在溝道層18上方沉積對(duì)于自對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中所使用的輻射波長(zhǎng)是透明的鈍化層。在該鈍化層上設(shè)置正型光致抗蝕劑層30，從襯底的背表面對(duì)其曝光并且除去被曝光部分。使用該光致抗蝕劑作為掩膜，通常使用對(duì)下表面沒有影響的光蝕刻劑或其它溶解材料，將被曝光區(qū)域上方的鈍化材料蝕刻掉，產(chǎn)生所示的鈍化區(qū)域20(島形式的ES)。然后在所示的半導(dǎo)體金屬氧化物層18和一部分鈍化區(qū)域20上圖案化源極/漏極端子22。
[0020]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖1(b)，通過(guò)半導(dǎo)體金屬氧化物的溝道層18的沉積來(lái)按照上述方式制造“通路ES型” TFT。在溝道層18上方沉積鈍化層，并蝕刻該鈍化層以在鈍化區(qū)域20的相反側(cè)上形成源極/漏極通孔。結(jié)合“島ES型” TFT如上所述，鈍化區(qū)域20與柵極14疊加并且限定半導(dǎo)體金屬氧化物溝道層18中的溝道區(qū)域。由于在溝道區(qū)域的外側(cè)形成源極/漏極通孔(源極和漏極通孔之間的區(qū)域限定了 TFT的溝道)，蝕刻工藝不會(huì)損壞溝道區(qū)域。然后在該通孔中沉積源極/漏極端子22。
[0021]在以上兩個(gè)示例中，在S/D接觸區(qū)域中蝕刻掉蝕刻停止材料。在這樣的結(jié)構(gòu)中，使用了易于蝕刻的方便的電介質(zhì)材料。典型示例為:5115102^1203、或者有機(jī)電介質(zhì)材料，諸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基戊二酰亞胺(PMGI)或者聚酰亞胺(PI)。
[0022]轉(zhuǎn)向圖1(c)，通過(guò)半導(dǎo)體金屬氧化物溝道材料的層18的沉積來(lái)按照上述方式制造“BCE型” TFT。然后在半導(dǎo)體金屬氧化物溝道層18上方覆蓋式(blanket)沉積源極/漏極金屬層，然后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)光刻圖案化工藝(光致抗蝕劑涂覆、在光掩膜條件下曝光、顯影、金屬蝕刻以及光致抗蝕劑去除)將該源極/漏極金屬層圖案化。在此示例中，溝道18的背(頂)側(cè)暴露在金屬蝕刻工藝中使用的化學(xué)制品中。由于蝕刻工藝直接接觸溝道區(qū)域并且可以損壞溝道區(qū)域半導(dǎo)體金屬氧化物，對(duì)蝕刻劑必須采取極大的關(guān)注并謹(jǐn)慎選擇。在后續(xù)的工藝(通常在整個(gè)TFT區(qū)域之上沉積鈍化層)期間，溝道也會(huì)被暴露。再次重申，暴露的溝道通常限制了鈍化材料以及相應(yīng)工藝的選擇。
[0023]從以上描述中可以看到，ES型TFT的缺點(diǎn)包括將蝕刻停止層圖案化的一個(gè)或多個(gè)額外的掩膜步驟；以及最小溝道長(zhǎng)度受到對(duì)準(zhǔn)要求的限制?！癇CE型”TFT中的溝道長(zhǎng)度是通過(guò)源極和漏極電極之間的開放間隙來(lái)限定的。可以使用同樣的設(shè)計(jì)規(guī)則來(lái)制作具有比ES型中(的溝道)更小的溝道的TFT。然而，溝道必須能耐受源極/漏極端子的圖案化和蝕刻及其后續(xù)工藝。保持MOTFT具有與“ES型”同樣好的性能實(shí)際上是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。
[0024]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2，其圖示了根據(jù)本發(fā)明的穩(wěn)定、高迀移率的金屬氧化物薄膜晶體管40 3FT40包括:襯底42、位于襯底42上的金屬柵極44以及在金屬柵極44和周圍區(qū)域之上形成的薄柵極電介質(zhì)層46。襯底42可以是例如玻璃、塑料片、不銹鋼、或者具有光滑表面的其他固體片。柵極電介質(zhì)層46可以包括:SiN、Si02、Si0N、Al203、Zr0、Hf0、或者它們的雙層或多層形式的組合，并且可以通過(guò)PECVD、濺射、ALD、陽(yáng)極氧化或者本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的涂覆方法來(lái)沉積所述柵極電介質(zhì)層46。在柵極電介質(zhì)層46的上表面上方沉積半導(dǎo)體金屬氧化物層48。主要取決于最終產(chǎn)品，層48可以是覆蓋層或者可以任選地被圖案化。在半導(dǎo)體金屬氧化物層48上方沉積所選擇的蝕刻停止材料的覆蓋層50并且在覆蓋層50上形成源極/漏極端子52ο
[0025]有源半導(dǎo)體金屬氧化物層48可以是任何類型的半導(dǎo)體材料，包括:銦氧化物(In-0)、錫氧化物(Sn-O)、梓氧化物(Zn-O)、嫁氧化物(Ga-O)、In-Zn-0、In-Sn-0、In-Ga-O^Al-Zn_0、Ga_Zn_0、Ta_Zn_0、Ti_Zn_0、In-Ga-Zn-O^In-Ga-Sn-O^In-Al-Zn-O^In-Al-Sn-O、In-Ta-Zn-0、In-Ta-Sn-0、及其混合形式或者多層形式的組合。這些材料中的任何材料也可以是梯度形式諸如從在柵極電介質(zhì)層46附近或與其相鄰的具有更高載流子密度的合成物開始，并且逐漸減少載流子密度到溝道區(qū)域或?qū)由戏降幕瘜W(xué)上更耐受后續(xù)工藝的合成物。這樣的結(jié)構(gòu)的示例(例如具有低鋁含量的包括Al-Zn-O的第I層以及高鋁含量的第2層的雙層溝道)被公開在申請(qǐng)?zhí)枮?3/536，641的、于2012年6月28日提交的名為“High MobilityStabile Metal Oxide(高迀移率穩(wěn)定金屬氧化物TFT)”的共同未決美國(guó)專利申請(qǐng)中，其并入本文作為參考。
[0026]溝道層可以是非晶、結(jié)晶、單相或者多相的形式。利用Fermi能級(jí)駐留在n>4的ns軌道的金屬氧化物溝道層，F(xiàn)ermi能級(jí)占據(jù)球狀外殼而由它制造的TFT的迀移率顯示出對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)或晶界不敏感的電子迀移率。當(dāng)針對(duì)溝道層采用雙層或多層溝道時(shí)，可以通過(guò)分子組成或者通過(guò)不同層的晶體結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)建經(jīng)設(shè)計(jì)的層序列以在工藝和后續(xù)操作期間優(yōu)化電子性能和環(huán)境穩(wěn)定性這兩者。
[0027]如下面將更詳細(xì)解釋的，選擇覆蓋層50的蝕刻停止材料以便:(I)提供源極/漏極端子52下方的垂直導(dǎo)電以利于源極/漏極端子52與半導(dǎo)體金屬氧化物層48之間的良好歐姆接觸；以及(2)在源極/漏極金屬端子52沉積和圖案化期間提供良好的蝕刻特性以及溝道保護(hù)；以及(3)提供源極與漏極電極、和相連的其他導(dǎo)線之間的充分的橫向絕緣。
[0028]在優(yōu)選實(shí)施例中，一系列寬帶半導(dǎo)體材料被用于所選擇的蝕刻停止覆蓋層50。此夕卜，所述工藝包括形成S/D端子52與半導(dǎo)體金屬氧化物層48之間的蝕刻停止覆蓋層50中的高載流子密度和導(dǎo)電性區(qū)域以及無(wú)S/D金屬的絕緣態(tài)區(qū)域的步驟。導(dǎo)電性區(qū)域保證穿過(guò)源極和漏極端子之間的溝道的載流子傳輸，蝕刻停止覆蓋層50的化學(xué)魯棒性防止溝道層接觸用于S/D圖案化的化學(xué)環(huán)境。
[0029]具體地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)能帶范圍為3eV_4.5eV的一系列金屬氧化物可以被用作用于以上目的的蝕刻停止覆蓋(BES)層50。一些示例包括Ta-0、T1-0、V-0、Hf-0、Zr-0、Pa-0、Cr-0、以及N1-Ο。除了金屬氧化物，還可以使用諸如Si0x、Si0x:N的類金屬(metalloid)氧化物或者類金屬氮氧化物。一般，這些示例的特征在于Pi I Iing-Bedworth(PB)比大于I (PB比是氧化物與相對(duì)應(yīng)的金屬或類金屬之間的體積比)IB比大于I的氧化物尤其在高溫下在與大氣環(huán)境的界面處形成致密的氧化物層。這些氧化物充當(dāng)防止用于源極/漏極的蝕刻以及后續(xù)工藝的化學(xué)制品的良好化學(xué)屏障。這樣的金屬氧化物或類金屬氧化物薄膜還可以使電子在垂直于其表面的方向上發(fā)生隧穿，并且在平行于其表面的方向上提供充分的絕緣。
[0030]某些η型有機(jī)材料也可以被用于蝕刻停止覆蓋層50，例如Alq、BAlq、包括巴基球的石墨烯型碳分子、C60及其衍生物。這些材料都在水平方向上以數(shù)微米的距離(一般是現(xiàn)今的TFT中的溝道長(zhǎng)度)隔開形成充分的絕緣。尤其以η摻雜的形式，他們也可以在垂直方向上提供足夠的電子導(dǎo)電。與用于有機(jī)p-1-n型二極管中的η層的類似地，這樣的摻雜可以通過(guò)適當(dāng)選擇S/D金屬接觸處的界面層以及合適的后退火工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0031]能夠使用許多工藝來(lái)形成這樣的膜，包括濺射、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、MOCVD、原子層沉積(ALD)。在優(yōu)選工藝中，在缺氧條件下，可以使用RF或AC電源下的被動(dòng)(passive)或反應(yīng)濺射來(lái)形成覆蓋金屬氧化物膜。在后續(xù)的退火期間圖案化的S/D區(qū)域下方的氧缺乏被保留，而在其他區(qū)域金屬氧化物膜被完全氧化。無(wú)S/D金屬的區(qū)域中的氧化保證了包括溝道區(qū)域的在水平方向上的電絕緣。在優(yōu)選的濺射工藝中，使用以期望的組合制備的濺射靶并且使其在惰性氣體環(huán)境下發(fā)生濺射來(lái)形成層。有時(shí)這被稱為“被動(dòng)濺射工藝”。在另一個(gè)優(yōu)選過(guò)程中，可以在相對(duì)氧化的條件下處理覆蓋金屬氧化物ES膜，例如，在O2分壓存在下進(jìn)行濺射。用于這種情況的濺射靶可以是具有氧缺乏的金屬氧化物靶，或者甚至金屬靶。這樣的工藝有時(shí)被稱為反應(yīng)性濺射。在大氣環(huán)境或受控環(huán)境(諸如N2氣體)下對(duì)所處理的覆蓋金屬氧化物ES膜進(jìn)行的合適的后退火可以被用來(lái)優(yōu)化用于S/D工藝的BES層的化學(xué)魯棒性同時(shí)保留源極/漏極接觸的導(dǎo)電性。
[0032]除了涉及抽真空的沉積方法，也可以按照有機(jī)金屬或無(wú)機(jī)前體溶液以及有氧環(huán)境中的后續(xù)退火的方式來(lái)使用涂覆方法。申請(qǐng)?zhí)枮?2/915，712的、于2010年10月29日提交的名為“Metal Oxide TFT With Improved Stability(穩(wěn)定性提高的金屬氧化物TFT)”，公開了可以被用于該目的的一系列有機(jī)金屬化合物，其并入本文作為參考。
[0033]然后沉積活性金屬作為S/D金屬堆疊的界面層。這種活性金屬的示例包括堆疊或合金形式的!^0 3&、￥、1^1、(:11、以及他們的組合。在3/1)圖案化之前或之后的退火由于金屬擴(kuò)散進(jìn)入覆蓋金屬氧化物膜或者氧擴(kuò)散進(jìn)入S/D層而可以改善導(dǎo)電。這樣的擴(kuò)散工藝構(gòu)建了 N+層并且提供了源極/漏極至溝道界面處的所需的電導(dǎo)率。當(dāng)在S/D圖案化之后實(shí)施退火時(shí)，其優(yōu)選在有氧環(huán)境下進(jìn)行。也可以使用微量的H2O來(lái)優(yōu)化退火效率。
[0034]取決于所使用的具體金屬或金屬堆疊，濕法蝕刻工藝或干法蝕刻工藝都可以被用于圖案化S/D金屬層來(lái)形成S/D端子52。例如，濕法蝕刻通常用于Mo/Al/Mo堆疊而干法蝕刻通常用于Ti/Al或TiW/Al堆疊。Al層可以替換為Al合金來(lái)改善蝕刻的兼容性或者后續(xù)工藝期間的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。對(duì)于大尺寸、顯示應(yīng)用來(lái)說(shuō)，Al層可以被替換為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的Cu或Cu合金(諸如Cr:Cu)。應(yīng)當(dāng)理解，雖然“層”可以包括多層材料或者分成一層或多層的多種材料，本公開中為了便于理解在描述源極/漏極金屬材料時(shí)使用了術(shù)語(yǔ)“金屬層”。因此，術(shù)語(yǔ)“源極/漏極金屬層或源漏金屬的層”被定義為包括用于形成源極/漏極端子的金屬的任何組合。
[0035]覆蓋ES層50的典型厚度為5-100nm的范圍中。在某些高TFT電流的應(yīng)用中，覆蓋ES層50為在5-30nm的優(yōu)選范圍中。通過(guò)適當(dāng)選擇用于覆蓋ES層50的MO材料、適當(dāng)選擇用于ES層50上方的S/D端子52的一種或多種金屬、以及在高溫下氧化ES層50的所暴露部分并在S/D接觸區(qū)域下的界面處形成η+層的合適的后續(xù)S/D退火，可以實(shí)現(xiàn)S/D端子52與半導(dǎo)體金屬氧化物層48之間的覆蓋ES層50的足夠的導(dǎo)電性，以及可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)在Id-Vy^能中完全截止的在水平方向上的覆蓋ES層50的充分的絕緣。本公開的稍后部分提供了具有圖2所公開的結(jié)構(gòu)的MOTFT的示例。
[0036]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3中圖示的流程圖，描述了用于制造圖2的TFT的優(yōu)選方法的步驟。在標(biāo)記為60的第一步驟中，在襯底42上沉積柵極金屬層。在標(biāo)記為61的第二步驟中，在此示例中使用光刻將柵極金屬層圖案化以限定金屬柵極44。因?yàn)榻饘贃艠O44的位置不是關(guān)鍵性的，所以可以使用幾乎任何非關(guān)鍵(non-critical)的圖案化技術(shù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解，除了用接近式或投影式工具形成柵極金屬層44以外或代替它們，可以用上述各種眾所周知的印刷工藝來(lái)形成柵極圖案，包括刻印或膠板印刷來(lái)形成柵極層。然后在標(biāo)記為63的步驟中，沉積薄柵極電介質(zhì)層46作為金屬柵極44和周圍區(qū)域之上的覆蓋層。
[0037]在標(biāo)記為64的步驟中，沉積一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體金屬氧化物層48作為柵極電介質(zhì)層46的上表面上方的覆蓋層。然后在步驟65中使用任何非關(guān)鍵圖案化技術(shù)來(lái)圖案化一個(gè)或多個(gè)層48以限定TFT 40的限度并且將其與相鄰的TFT分離。在步驟65之前和/或之后的某點(diǎn)處，可以在高溫下在有氧環(huán)境中執(zhí)行可選的退火步驟。通過(guò)在高溫(例如>160 °C)下的氧化環(huán)境中對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火，可以將與一個(gè)或多個(gè)層48的上表面(或者上層)相鄰的區(qū)域氧化來(lái)將閾值向正方向移動(dòng)并且在完成的TFT中實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的性能。
[0038]在將層48圖案化以限定TFT40并將其從相鄰的TFT分離后，在標(biāo)記為66的步驟中，在本優(yōu)選工藝中在缺氧條件下沉積所選擇的組合材料的覆蓋層以形成蝕刻停止層50。如上面所解釋的，層50可以在一層或多層中包括所提到的各種材料中的任何一種或幾種并且由所述工藝中的任何一種或幾種來(lái)沉積。還應(yīng)當(dāng)注意到，雖然層50最初被沉積作為覆蓋層，如果期望將特定的層50限定到整個(gè)TFT 40，可以使用任何非關(guān)鍵的圖案化技術(shù)將所述層50圖案化。即使在涉及非關(guān)鍵的圖案化時(shí)，ES層50仍然被視為TFT 40的覆蓋層。
[0039]如前面提到的，可以用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的真空沉積方法來(lái)形成層48，例如，以濺射或諸如原子層沉積的CVD的方式。在一種優(yōu)選工藝中，在低或零氧氣分壓下，在低溫(諸如室溫)下完成這樣的沉積。在這樣的條件下形成的覆蓋ES可以帶來(lái)S/D金屬區(qū)域下方區(qū)域中的η+導(dǎo)電以及在無(wú)S/D金屬的區(qū)域中的完全氧化絕緣。也可以通過(guò)調(diào)整沉積功率(并且由此調(diào)整覆蓋ES層的形態(tài))來(lái)完成S/D區(qū)域中的優(yōu)化的導(dǎo)電。其他優(yōu)化S/D至溝道接觸的方法包括通過(guò)沉積條件、通過(guò)表面處理或者通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他工藝來(lái)調(diào)節(jié)頂部溝道表面的形態(tài)。
[0040]在標(biāo)記為67的步驟中，在蝕刻停止層50上方沉積S/D金屬層，其被選擇用以最終形成S/D接觸以及與所述接觸中的至少一個(gè)相連的數(shù)據(jù)線。從以上描述可理解，S/D金屬層可以為堆疊(例如多層)形式或者多種梯度變化或合金中的任何形式。沉積之后，在標(biāo)記為68的步驟中，優(yōu)選使用光刻方式來(lái)將S/D金屬層圖案化，從而限定S/D接觸52以及任何相連的數(shù)據(jù)線、電源線等。一旦完成了圖案化，可以在有氧環(huán)境下實(shí)施可選的退火步驟以氧化ES層50的被暴露部分。此外，退火工藝改善了S/D接觸52與半導(dǎo)體金屬氧化物層48之間的電接觸，所述改善是通過(guò)以下方式中的至少一個(gè):將金屬?gòu)腟/D接觸52擴(kuò)散到ES層50內(nèi)、將氧從ES層50擴(kuò)散到S/D接觸52內(nèi)、和/或在S/D接觸52下的界面處形成η+層。ES層50的被暴露的部分中的完全氧化也可以優(yōu)化這些區(qū)域中的電絕緣。
[0041]通過(guò)用隨后的蝕刻圖案化方式的覆蓋式沉積來(lái)進(jìn)行的S/D形成是一種去除工藝。也可以通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的附加工藝來(lái)制作S/D層。這樣的附加工藝可以消除光圖案化工藝以及相應(yīng)的成本。美國(guó)專利8，435，832公開了包括印刷、非電解鍍、以及激光轉(zhuǎn)移的若干類型的附加的S/D金屬工藝。本發(fā)明所公開的覆蓋ES層可以在這樣的附加源極/漏極金屬工藝期間被用作溝道保護(hù)。特別值得提到的是，可以使用US 8，435，832所公開的Cu鍍膜工藝來(lái)形成顯示器中的高導(dǎo)電性的源極/漏極電極、數(shù)據(jù)線或者甚至電源線。
[0042]在某些應(yīng)用中，在S/D層的頂部上需要附加的電介質(zhì)層和像素電極層。例如，為了額外的鈍化或者為了特殊的應(yīng)用，針對(duì)電絕緣在S/D電極的頂部上可能需要另一層。本公開的稍后部分提供了用于IPS-LCD的背板的示例。后s/d層退火步驟可以與這些隨后工藝中的退火步驟組合。
[0043]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖4，其圖示了根據(jù)本發(fā)明制造的穩(wěn)定、高迀移率金屬氧化物薄膜晶體管70的第二實(shí)施例。TFT 70為頂S/D、頂柵型晶體管。TFT 70包括襯底72，其具有在其上沉積并圖案化的金屬氧化物半導(dǎo)體材料的溝道層74。在溝道層74和周圍區(qū)域之上沉積蝕刻停止材料的覆蓋層76。覆蓋ES層76的典型厚度為5-100nm范圍內(nèi)。在具有高電流密度的某些應(yīng)用中，覆蓋ES層76為在5-30nm的優(yōu)選范圍中。然后在蝕刻停止層76上沉積并圖案化S/D接觸77以限定它們之間的溝道區(qū)域。在S/D接觸77和周圍區(qū)域之上沉積柵極電介質(zhì)材料層78并且以與限定在S/D接觸77之間的溝道區(qū)域疊加的關(guān)系來(lái)沉積金屬柵極79。結(jié)合圖2的TFT 40來(lái)描述的所有材料、沉積工藝以及結(jié)構(gòu)都類似地適用于TFT 70。值得指出的是，覆蓋ES層76不僅在S/D沉積和圖案化期間提供有效溝道保護(hù)，而且還在隨后的柵極絕緣體(GI)沉積期間為溝道區(qū)域提供保護(hù)。本發(fā)明所公開的結(jié)構(gòu)拓寬了 GI層工藝方法以及工藝條件的選擇。例如，在金屬氧化物溝道層的頂部的PECVD工藝一直是本領(lǐng)域的一個(gè)挑戰(zhàn)，圖4中的結(jié)構(gòu)提供了完美的解決方案并且使SiN和Si02工藝能在現(xiàn)有的a-Si生產(chǎn)線中進(jìn)行以用于層77。此外，由于對(duì)于圖4中的MOTFT可以實(shí)現(xiàn)更好的GI層，因此可以大幅拓寬金屬的選擇和圖案化工藝的條件。例如，薄Cu金屬可以被用于柵極層79。使用穿過(guò)GI層77的通孔，可以在發(fā)光二極管顯示器(LED)的情況下實(shí)現(xiàn)柵極線、數(shù)據(jù)線以及甚至電源線的高導(dǎo)電性。因此，圖4中公開的設(shè)備結(jié)構(gòu)能夠支持具有尚像素?cái)?shù)、尚幀時(shí)、尚灰度位(gray bit)以及尚顯不均勾性的大尺寸顯示器。
[0044]美國(guó)專利7，605，026(4674412)公開了使用自對(duì)準(zhǔn)工藝的頂柵極皿/^1'。美國(guó)專利8,435,832 (4674-A17CII)公開了制作高導(dǎo)電性金屬線的方法，該方法使用自對(duì)準(zhǔn)工藝來(lái)形成用于鍍膜的透明/半透明籽晶層之后在籽晶層頂部上形成高導(dǎo)電性金屬線。組合這些工藝，可以通過(guò)鍍膜的方式來(lái)制作TFT 70的高導(dǎo)電性金屬層79。
[0045]美國(guó)專利8，435，832還公開了通過(guò)諸如印刷的附加工藝來(lái)形成MOTFT中的高導(dǎo)電性金屬線的方法。使用合適的表面預(yù)處理以形成不同的表面性質(zhì)，可以使用簡(jiǎn)單的涂覆技術(shù)實(shí)現(xiàn)具有期望圖案的高導(dǎo)電性金屬層。因此，圖4中公開的MOTFT使得能夠使用包括PVD、鍍膜和涂覆的各種類型的形成工藝來(lái)形成高導(dǎo)電性金屬層79。
[0046]值得指出的是，具有用電介質(zhì)材料制作的傳統(tǒng)ES層的TFT中的溝道長(zhǎng)度是由ES層的尺寸來(lái)定義的。將寬帶可η摻雜的金屬氧化物用作覆蓋ES層的發(fā)明提供了 M0TFT，其溝道長(zhǎng)度是由源極和漏極電極之間的空間來(lái)定義的，即具有和使用BCE工藝制造的TFT相同尺寸的TFT。因此，本發(fā)明中所公開的MOTFT不僅具有與使用傳統(tǒng)ES型TFT所實(shí)現(xiàn)的同樣好的性能，還具有與使用BCE工藝制作的TFT相同的掩膜步驟和溝道長(zhǎng)度。
[0047]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖5中圖示的流程圖，其描述了用于制造圖4的TFT70的優(yōu)選方法中的步驟。在標(biāo)記為80的第一步驟中，在襯底72上沉積金屬氧化物半導(dǎo)體材料的覆蓋層。在第二步驟81中，使用任何非關(guān)鍵圖案化技術(shù)(在此示例中優(yōu)選使用光刻方式)來(lái)圖案化MO材料的覆蓋層以限定溝道層74。在步驟80和81中或者在它們之間的任何方便的時(shí)間，可以在高溫有氧環(huán)境下實(shí)施可選的退火步驟。通過(guò)在高溫(例如>160°C)有氧環(huán)境下退火所述結(jié)構(gòu)，與層74的上表面(或上層)相鄰的區(qū)域可以被氧化到具有期望的載流子濃度的程度。因?yàn)榻饘傺趸餃系缹邮且r底上的第一層，溝道形成方法和環(huán)境導(dǎo)電可以比圖2所述的更加寬泛，事實(shí)上只有少量限制或者沒有限制。
[0048]在標(biāo)記為82的下一步驟中，在缺氧或無(wú)氧環(huán)境下在半導(dǎo)體金屬氧化物溝道層74和周圍區(qū)域之上沉積所選擇的蝕刻停止材料的覆蓋層76。結(jié)合TFT 40的蝕刻停止層50描述的全部材料和沉積工藝都類似地適用于蝕刻停止層76。還應(yīng)當(dāng)注意到，雖然層76最初被沉積作為覆蓋層，如果期望將特定的層76限定到TFT 70還可以使用任何非關(guān)鍵的圖案化技術(shù)圖案化所述層76。即使在涉及非關(guān)鍵的圖案化(即覆蓋整個(gè)TFT區(qū)域)時(shí)，ES層仍然被視為TFT70的覆蓋層。
[0049]在標(biāo)記為83的步驟中，在蝕刻停止層76上沉積S/D金屬層，其被選擇用于最終形成S/D接觸及任何相連的數(shù)據(jù)線。從以上描述可理解，S/D金屬層可以處于堆疊(即多層)形式或者各種梯度變化或合金的任何形式。沉積之后，在標(biāo)記為84的步驟中，優(yōu)選使用光刻來(lái)圖案化S/D金屬層以限定S/D接觸77和任何相連的數(shù)據(jù)線等。一旦完成了圖案化，可以在有氧存在的情況下實(shí)施可選的退火步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)以下中的至少一個(gè):將金屬?gòu)腟/D接觸52擴(kuò)散至ES層50內(nèi)、將氧從ES層50擴(kuò)散至S/D接觸52內(nèi)、和/或在S/D接觸52下的界面處形成η+層，以及實(shí)現(xiàn)氧化ES層76的被暴露部分。此退火還會(huì)將S/D電極之間的溝道區(qū)域最終轉(zhuǎn)為具有TFT所需的載流子濃度的更為氧化的狀態(tài)。
[0050]在步驟85中，在S/D接觸77和周圍區(qū)域之上沉積薄柵極電介質(zhì)層78。在標(biāo)記為86的下一步驟中，在電介質(zhì)層78上沉積柵極金屬層。在標(biāo)記為87的另一步驟中，在本示例中使用光刻來(lái)將柵極金屬層圖案化以限定金屬柵極79。由于金屬柵極79必須與被限定在S/D接觸77之間的溝道區(qū)域疊加，在該圖案化步驟中優(yōu)選使用自對(duì)準(zhǔn)工藝(例如上面引用的美國(guó)專利所述的工藝)。
[0051]具有圖2-5中所公開的結(jié)構(gòu)和工藝的TFT可以被用來(lái)構(gòu)建薄膜電子電路。在圖6中示出了使用圖2所示的TFT結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)建面內(nèi)切換(in-plane-switching)型液晶的AMIXD像素驅(qū)動(dòng)器陣列的示例。不同于目前被用于基于a-Si TFT的AMIXD顯示器的7-9個(gè)掩膜步驟，用6個(gè)掩膜步驟就可以制作該電路。
[0052]圖6A示出了兩個(gè)像素的俯視圖(a)和標(biāo)記為A至F的記號(hào)所指示的層結(jié)構(gòu)的相應(yīng)的截面圖(b)。圖(c)、(d)、和(e)示出了顯示區(qū)域外的接觸墊的截面圖。在平坦襯底(在(b)中以實(shí)線標(biāo)記)上沉積柵極金屬。用第一平版印刷掩膜將其圖案化并形成標(biāo)記為“GE”的柵極電極圖案。然后在柵極電極上方沉積電介質(zhì)層或柵極絕緣體(GI)。
[0053]圖6B至6G中的每一張示出了圖A中示出的步驟之后的制造工藝。進(jìn)一步的，圖B至圖G中的每一張示出了兩個(gè)像素的相同的俯視圖(a)和標(biāo)記為A至F的記號(hào)所指示的層結(jié)構(gòu)的相應(yīng)的截面圖(b)，以及在圖(c)、(d)、和(e)中示出的顯示區(qū)域外的接觸墊的截面圖。為了更好地理解此結(jié)構(gòu)而將各種俯視和界面圖示出在單張圖中。
[0054]圖6B示出了下一工藝步驟:使用第2光掩膜的金屬氧化物溝道沉積和圖案化。溝道形成圖案被標(biāo)記為“MO”。圖6C示出了下一工藝步驟:使用光掩膜3的像素透明導(dǎo)體氧化物(P-TCO)沉積和圖案化。根據(jù)諸如所選擇的材料和工藝的便利的細(xì)節(jié)，可以將圖6B所示的工藝步驟和圖6C所示的工藝步驟的順序調(diào)換。美國(guó)專利8，187，929和共同未決美國(guó)專利申請(qǐng)13，481，781公開了使用單金屬氧化物以及使用單圖案化步驟的形成金屬氧化物(MO)溝道和像素電極的方法。類似的概念可以被用于使用單掩膜步驟來(lái)形成圖6B和6C所示的MO和P-TCO圖案。在這種方法中可以多節(jié)省一個(gè)掩膜。為了保持一致，以下工藝在描述時(shí)假定圖6B所示的工藝和圖6C所示的工藝是使用兩掩膜步驟來(lái)完成的。
[0055]圖6D示出了下一工藝:覆蓋蝕刻停止層(BES)沉積。圖6E示出了使用前向(forth)掩膜的源極/漏極電極和數(shù)據(jù)線的構(gòu)造。圖6F所示的下一步驟是中間層電介質(zhì)(ILD)的形成，隨后在接觸墊區(qū)域(c)和(d)中以干法或濕法蝕刻的方式來(lái)進(jìn)行通孔圖案化。值得提到的是，如圖6F的區(qū)域G-G’圖(c)中所示，可以使用單蝕刻工藝進(jìn)行蝕刻穿透來(lái)形成穿過(guò)所述中間層、BES和柵極電介質(zhì)層的通孔。為了理解簡(jiǎn)單，未在像素區(qū)域的俯視圖中繪出所述中間層。頂部TCO層被用作背板電路中的公共電極。圖6G示出了不同區(qū)域中的頂部TCO層的圖案，其是用第六光掩膜來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0056]因?yàn)榈撞肯袼赝该鲗?dǎo)電氧化物(PTC0)電極是夾在BES與GI層之間的(見圖6D)，所以該P(yáng)-TCO層可以和由數(shù)據(jù)和柵極金屬線限定的整個(gè)透明窗口一樣大。圖6中公開的結(jié)構(gòu)提供了 AMLCD，其具有與先前只能由包括厚平面化層的TFT來(lái)實(shí)現(xiàn)的那些一樣大的孔徑比。
[0057]雖然圖6所示的結(jié)構(gòu)描述了具有頂部公共電極的IPS-AMIXD，還可以按照同樣的布局原則來(lái)構(gòu)建具有將底部電極作為公共電極的IPS-AMLCD。在構(gòu)建具有底部電極的IPS-AMLCD時(shí)，需要貫穿中間層(ILD)的通孔來(lái)將頂部像素TCO墊連接到漏極金屬墊，其可以用圖6F所示的掩膜5來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0058]圖6中的整個(gè)TFT完全疊加在柵極金屬(GE)的頂部。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)源極/漏極接觸區(qū)域的拓?fù)洳襟E或魯棒性可以改善接觸的電導(dǎo)率，本文為簡(jiǎn)便而將其定義為“非平面”區(qū)域。這對(duì)于需要高像素電流的應(yīng)用或具有有限接觸面積的小尺寸TFT而言是尤其有用的?？梢允褂迷跂艠O金屬層中被圖案化的階梯結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)這樣的非平面區(qū)域。
[0059]作為示例，圖7示出了具有類似于圖2所示結(jié)構(gòu)的BES MOTFT的一對(duì)Id-Vgs和Id-Vds。被測(cè)試的BES MOTFT的溝道寬度和長(zhǎng)度分別為25μπι和7μπι。溝道層由In-O與Zn-O比為1:1的In-Zn-O制作。覆蓋Ta-O層被用于厚度為1nm的BES。亞閾值擺幅約為0.2V而截止電流下的開/關(guān)電流比在1V下在18以上。在溝道長(zhǎng)度和寬度降至2μπι的TFT中觀察到尺度效應(yīng)。此夕卜，注意到在2μΑ的Id下有優(yōu)異的輸出阻抗90ΜΩ。這樣的性能對(duì)于發(fā)射型顯示器(例如由有機(jī)發(fā)光二極管或無(wú)機(jī)LED制作的顯示像素元件)是尤其有吸引力的。Id-Vds圖中的高輸出阻抗使得可以實(shí)現(xiàn)大尺寸顯示器上的均勻顯示強(qiáng)度，其中從顯示器邊緣到顯示器中心區(qū)域的像素電流變化對(duì)于Vdd電源總線上的壓降是不敏感的。通過(guò)用不同的組合來(lái)替代金屬氧化物溝道層，可以實(shí)現(xiàn)迀移率高達(dá)80cm2/VS的TFT。在正和負(fù)偏壓溫度應(yīng)力下的穩(wěn)定性與具有傳統(tǒng)ES結(jié)構(gòu)(圖1a和Ib)的TFT中所觀察到的類似。100小時(shí)的Id約37μΑ且60 °C下的電流壓力測(cè)試顯示在100小時(shí)的測(cè)試周期內(nèi)只有很小的變化。這樣的電流操作穩(wěn)定性證實(shí)了這些TFT對(duì)于OLED和LED顯示器的像素驅(qū)動(dòng)器是有效的。這樣的電流操作穩(wěn)定性也滿足了對(duì)于外圍柵極和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器的需要。當(dāng)BES的厚度為5nm到50nm之間時(shí)，觀察到了類似的TFT性能。在其他的測(cè)試運(yùn)行中，T1-O被用于BES層，該BES層是由AC或RF濺射的方式形成的且厚度為5nm到40nm之間，觀察到了類似的TFT性能。
[0060]應(yīng)當(dāng)理解，用于IPS-AMIXD設(shè)備(具有平面化層的高孔徑比設(shè)計(jì)或者具有與溝道層處于同樣瑋度的底部電極的設(shè)計(jì))的標(biāo)準(zhǔn)工藝流程具有在頂部S/D接觸或頂部柵極接觸上方的附加絕緣體層(用于a-Si TFT的SiN或者用于MOTFT的Si02、Al203)。可以使用單一干法蝕刻工藝來(lái)處理從頂部或底部像素電極到D/D層或者到金屬柵極層的通孔:即穿過(guò)中間層、平面化層、ES層以及柵極絕緣體層。因此可以相應(yīng)地將接觸墊制作得與每個(gè)導(dǎo)電層相連接。還可以在柵極與S/D金屬之間、或同中間層之間的像素TCO電極一起、或者在頂部TCO與底部柵極金屬之間構(gòu)建存儲(chǔ)電容器。因此，通?？梢杂镁哂懈采wES結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有MOTFT來(lái)構(gòu)建薄膜電子電路。除了構(gòu)建用于LCD、0LED和LED陣列的像素驅(qū)動(dòng)器以外，也可以用本發(fā)明所公開的BES型MOTFT來(lái)制作顯示矩陣外的外圍區(qū)域中的列驅(qū)動(dòng)器和行驅(qū)動(dòng)器。除了用于顯示器的背板以外，這些薄膜電子電路還可以被用于圖像陣列、生物傳感器陣列、觸摸面板中的讀出電路，用于MEMS設(shè)備，以及用于具有多種功能的集成設(shè)備。
[0061]因此，公開了用于制造穩(wěn)定、高迀移率金屬氧化物薄膜晶體管(MOTFT)的新的、改善的工藝。一般，新的、改善的工藝包括形成蝕刻停止層的覆蓋層的使用，該工藝減少了所需的工藝步驟數(shù)量并且可以消除工藝中的關(guān)鍵容差中的至少一些從而降低了可實(shí)現(xiàn)的最小溝道長(zhǎng)度。
[0062]對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，對(duì)本文出于示例目的而選擇的實(shí)施例的各種變化和修改是顯而易見的。例如，使D/S接觸區(qū)域(S/D墊與溝道層之間的疊加區(qū)域)中的BES層變薄以及甚至在需要時(shí)形成過(guò)孔。在這樣的修改和變化不偏離本發(fā)明的精神的前提下，意圖將它們包括在對(duì)所附權(quán)利要求書的合理詮釋所理解的本發(fā)明范圍中。
[0063]通過(guò)對(duì)本發(fā)明所做的清晰和具體術(shù)語(yǔ)的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解并實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制造高迀移率半導(dǎo)體金屬氧化物薄膜晶體管的方法，包括以下步驟: 沉積半導(dǎo)體金屬氧化物溝道材料層； 在所述半導(dǎo)體金屬氧化物溝道材料層上沉積蝕刻停止材料的覆蓋層；以及 在所述蝕刻停止材料的覆蓋層上圖案化源極/漏極金屬層； 所述圖案化包括:將所述源極/漏極金屬層蝕刻為間隔開的源極/漏極端子，所述源極/漏極端子被設(shè)置為在所述半導(dǎo)體金屬氧化物層中限定溝道區(qū)域;至少在所述源極/漏極端子之下，所述蝕刻停止材料在垂直于所述覆蓋層的平面的方向上導(dǎo)電，以提供在所述源極/漏極端子中的每一個(gè)與所述半導(dǎo)體金屬氧化物溝道材料層之間的電接觸；以及所述蝕刻停止材料具有化學(xué)魯棒性，以在所述源極/漏極金屬蝕刻工藝期間保護(hù)所述半導(dǎo)體金屬氧化物溝道材料層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中沉積所述半導(dǎo)體金屬氧化物溝道材料層的步驟包括沉積下列中的一種:銦氧化物(In-O)、錫氧化物(Sn-O)、鋅氧化物(Zn-O)、鎵氧化物(Ga-0)、In_Zn_0、In_Sn_0、In_Ga_0、Al_Zn_0、Ga_Zn_0、Ta_Zn_0、Ti_Zn_0、In_Ga_Zn_0、In-Ga-Sn-0、In-Al-Zn-0、In-Al-Sn-0、In-Ta-Zn-0、In-Ta-Sn-0、以及它們的混合形式或者多層形式的組合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中沉積所述半導(dǎo)體金屬氧化物溝道材料層的步驟包括以非晶、結(jié)晶、單相或者多相的形式中的一種來(lái)沉積所述半導(dǎo)體金屬氧化物溝道層。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在沉積所述蝕刻停止材料的覆蓋層的步驟之前，在有氧環(huán)境中退火所述半導(dǎo)體金屬氧化物溝道材料層的步驟。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中沉積所述蝕刻停止材料的覆蓋層的步驟包括沉積金屬氧化物、類金屬氧化物以及η型有機(jī)材料中的一種。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中沉積所述蝕刻停止材料的覆蓋層的步驟包括沉積金屬氧化物，所述金屬氧化物包括了3-0、11-0、￥-0、!^-0、2廣0、？&-0、0-0、附-0、及它們的組合中的一種。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中沉積所述金屬氧化物蝕刻停止材料的覆蓋層的步驟包括沉積能帶在3eV_4.5eV的范圍內(nèi)的金屬氧化物蝕刻停止材料。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中沉積所述蝕刻停止材料層的步驟包括以非晶、納米晶以及多晶形式中的一種來(lái)沉積所述材料。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中沉積所述蝕刻停止材料的覆蓋層的步驟包括沉積η型有機(jī)材料，所述η型有機(jī)材料包括下列材料中的一種:Alq，BAlq，石墨烯型碳分子，包括巴基球，C60及其衍生物。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中沉積所述蝕刻停止材料的覆蓋層的步驟包括通過(guò)濺射、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、M0CVD、原子層沉積(ALD)、或者利用后續(xù)退火的來(lái)自有機(jī)金屬前體溶液的涂覆方法中的一種來(lái)沉積所述材料。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中沉積所述蝕刻停止材料的覆蓋層的步驟包括在缺氧環(huán)境中沉積蝕刻停止材料層。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中沉積所述蝕刻停止材料的覆蓋層的步驟包括沉積具有在5nm到10nm的范圍內(nèi)的厚度的蝕刻停止材料層。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在將所述源極/漏極金屬層蝕刻為所述源極端子和所述漏極端子的步驟之后，在有氧環(huán)境中退火所述蝕刻停止材料的覆蓋層的步驟。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在有氧環(huán)境中退火所述蝕刻停止材料的覆蓋層的步驟提供了下列中的至少一個(gè):將金屬?gòu)腟/D接觸擴(kuò)散至ES層內(nèi)、將氧從所述ES層擴(kuò)散至所述S/D接觸內(nèi)、和/或在所述S/D接觸下的界面處形成η+層中。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中圖案化所述蝕刻停止材料的覆蓋層上的源極/漏極金屬層的步驟包括:圖案化疊加在所述源極/漏極端子中的每一個(gè)之下的非平面區(qū)域上的所述蝕刻停止材料的覆蓋層上的所述源極/漏極金屬層。16.—種具有柵極電極、半導(dǎo)體金屬氧化物的有源層以及源極/漏極電極的高迀移率MOTFT，所述MOTFT包括: 在所述半導(dǎo)體金屬氧化物有源層上設(shè)置的蝕刻停止材料的覆蓋層，所述覆蓋層包括下列中的一種:以非晶、結(jié)晶、單相或者多相的形式中的一種的金屬氧化物、類金屬氧化物以及η型有機(jī)材料；以及 所述源極/漏極電極，所述源極/漏極電極被設(shè)置在所述半導(dǎo)體金屬氧化物有源層的相反側(cè)上的所述蝕刻停止材料的覆蓋層上，并且進(jìn)一步被設(shè)置為在所述半導(dǎo)體金屬氧化物層中限定溝道區(qū)域。17.一種高迀移率MOTFT，包括: 襯底； 在所述襯底上設(shè)置的金屬柵極； 在所述金屬柵極和所述襯底的周圍部分的上方設(shè)置的柵極電介質(zhì)層； 在所述柵極電介質(zhì)層的上方設(shè)置的半導(dǎo)體金屬氧化物的有源溝道層； 在所述有源溝道層的上方設(shè)置的蝕刻停止材料的覆蓋層；以及 間隔開的金屬源極/漏極端子，所述金屬源極/漏極端子被設(shè)置在所述蝕刻停止材料的覆蓋層上，并且被設(shè)置為在所述有源溝道層中限定溝道區(qū)域。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的高迀移率M0TFT，其中至少在所述源極/漏極端子之下，所述蝕刻停止材料在垂直于所述覆蓋層的平面的方向上導(dǎo)電，以便提供在所述源極/漏極端子與所述半導(dǎo)體金屬氧化物材料層之間的電接觸。19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的高迀移率MOTFT，其中所述半導(dǎo)體金屬氧化物材料的有源溝道層包括以下中的一種:銦氧化物(In-O)、錫氧化物(Sn-O)、鋅氧化物(Zn-O)、鎵氧化物(Ga-O)、In_Zn_0、In_Sn_0、In_Ga_0、Al_Zn_0、Ga_Zn_0、Ta_Zn_0、Ti_Zn_0、In-Ga-Zn-ON In-Ga-Sn-0、In-Al-Zn-0、In-Al-Sn-0、In-Ta-Zn-0、In-Ta-Sn-Ο、以及它們的混合形式或者多層形式的組合。20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的高迀移率M0TFT，其中所述半導(dǎo)體金屬氧化物溝道層為非晶、結(jié)晶、單相或者多相的形式。21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的高迀移率MOTFT，其中所述蝕刻停止材料的覆蓋層包括金屬氧化物、類金屬氧化物以及η型有機(jī)材料中的一種。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的高迀移率M0TFT，其中所述蝕刻停止材料的覆蓋層包括下述金屬氧化物，所述金屬氧化物包括了3-0、11-0、￥-0、!^-0、2廣0、？&-0、0-0、附-0、及它們的組合中的一種。23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的高迀移率MOTFT，其中所述覆蓋金屬氧化物蝕刻停止材料具有在3eV_4.5eV的范圍內(nèi)的能帶。24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的高迀移率M0TFT，其中所述蝕刻停止材料層包括處于非晶、納米晶以及多晶的形式中的一種的所述金屬氧化物。25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的高迀移率MOTFT，其中所述蝕刻停止材料的覆蓋層包括η型有機(jī)材料，所述η型有機(jī)材料包括下列中的一種:Alq，BAlq，石墨烯型碳分子，包括巴基球，C60及其衍生物。26.根據(jù)權(quán)利要求17所述的高迀移率M0TFT，其中所述蝕刻停止材料的覆蓋層具有在5nm到I OOnm的范圍內(nèi)的厚度。27.—種包括多個(gè)高迀移率MOTFT的薄膜電子背板電路，每個(gè)MOTFET包括: 襯底； 在所述襯底上設(shè)置的金屬柵極； 在所述金屬柵極和所述襯底的周圍部分的上方設(shè)置的柵極電介質(zhì)層； 在所述柵極電介質(zhì)層的上方設(shè)置的半導(dǎo)體金屬氧化物的有源層； 在所述有源層的上方設(shè)置的蝕刻停止材料的覆蓋層；以及 在所述蝕刻停止材料的覆蓋層上設(shè)置的間隔開的金屬源極/漏極端子，并且所述金屬源極/漏極端子進(jìn)一步被設(shè)置為在所述有源層中限定溝道區(qū)域。28.一種包括多個(gè)高迀移率MOTFT的薄膜電子背板電路，每個(gè)MOTFET包括: 襯底； 在所述襯底上設(shè)置的半導(dǎo)體金屬氧化物的有源層； 在所述有源層和周圍的襯底的上方設(shè)置的蝕刻停止材料的覆蓋層； 間隔開的金屬源極/漏極端子，所述金屬源極/漏極端子設(shè)置在所述蝕刻停止材料的覆蓋層上，并且進(jìn)一步被設(shè)置為在所述有源層中限定溝道區(qū)域； 在所述間隔開的金屬源極/漏極端子和所述襯底的周圍部分的上方設(shè)置的柵極電介質(zhì)層；以及 在所述柵極電介質(zhì)層的上方設(shè)置的金屬柵極。29.—種制造包括多個(gè)高迀移率MOTFT的薄膜電子背板電路的方法，對(duì)于所述多個(gè)MOTFET的每個(gè)MOTFET，所述方法包括以下步驟: 提供襯底； 在所述襯底上圖案化金屬柵極； 在所述金屬柵極和所述襯底的周圍部分的上方沉積柵極電介質(zhì)層； 在所述柵極電介質(zhì)層的上方沉積半導(dǎo)體金屬氧化物材料的有源層； 在所述有源層的上方沉積蝕刻停止材料的覆蓋層；以及 在所述蝕刻停止材料的覆蓋層上圖案化間隔開的金屬源極/漏極端子，并且在所述間隔開的金屬源極/漏極端子之間的所述有源層中限定溝道區(qū)域。30.—種制造包括多個(gè)高迀移率MOTFT的薄膜電子背板電路的方法，對(duì)于所述多個(gè)MOTFET的每個(gè)MOTFET，所述方法包括以下步驟: 提供襯底； 在所述襯底上圖案化半導(dǎo)體金屬氧化物的有源層； 在所述有源層和周圍的襯底的上方沉積蝕刻停止材料的覆蓋層； 在所述蝕刻停止材料的覆蓋層上圖案化間隔開的金屬源極/漏極端子，并且在所述間隔開的金屬源極/漏極端子之間的所述有源層中限定溝道區(qū)域； 在所述間隔開的金屬源極/漏極端子和所述襯底的周圍部分的上方沉積柵極電介質(zhì)層；以及 在所述柵極電介質(zhì)層上圖案化金屬柵極。31.—種制造用于IPS-AMIXD顯示器的薄膜背板電路的方法，包括以下步驟: 提供襯底； 在所述襯底上沉積柵極金屬，并且圖案化所述柵極金屬以形成多個(gè)柵極和接觸墊，每個(gè)柵極限定像素； 沉積和圖案化柵極絕緣體材料層以疊加在所述多個(gè)柵極和接觸墊中的每一個(gè)上； 在所述柵極絕緣體材料層上沉積半導(dǎo)體金屬氧化物的有源層，并且圖案化所述有源層以對(duì)于所述多個(gè)柵極中的每一個(gè)形成疊加的溝道區(qū)域； 在所述柵極絕緣體材料層的被暴露部分上沉積透明導(dǎo)電氧化物層以形成像素電極，為所述多個(gè)柵極中的每一個(gè)形成一個(gè)所述像素電極； 在所述有源層和所述像素電極的上方沉積蝕刻停止材料的覆蓋層； 沉積源極/漏極金屬層并且圖案化所述源極/漏極金屬層，以對(duì)于所述多個(gè)柵極中的每一個(gè)，在所述蝕刻停止材料的覆蓋層上形成間隔開的金屬源極/漏極端子和數(shù)據(jù)線，并且在所述間隔開的金屬源極/漏極端子之間的所述有源層中限定溝道區(qū)域；以及 在所述像素的上方沉積電介質(zhì)材料中間層，并且圖案化所述電介質(zhì)材料中間層以暴露所述接觸墊的至少一部分以及所述像素電極。
【文檔編號(hào)】H01L21/36GK105849878SQ201480062664
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2014年11月12日
【發(fā)明人】俞鋼, 謝泉隆, 于爾根·穆佐爾夫, 法特·弗恩格, 肖田
【申請(qǐng)人】希百特股份有限公司