[发明专利]利用薄膜半导体材料的薄膜晶体管

说明书

本申请为申请日为2008年8月1日，申请号为200880106291.5、进入国家阶段日为2010年3月9日，名称为“利用薄膜半导体材料的薄膜晶体管”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明的实施例一般涉及具有半导体材料的场效应晶体管(FET)和薄膜晶体管(TFT)，该半导体材料包含氧、氮及一或多个选自于由锌、镓、镉、铟和锡所构成的群组中的元素。

背景技术

因TFT阵列可用在常用于电脑和电视平面面板的液晶有源矩阵显示器(LCD)，因此目前潮流对这些装置特别感兴趣。LCD还设有发光二极管(LED)做为背光源。另外，有机发光二极管(OLED)已用于有源矩阵显示器，且这些OLED需要TFT来处理显示器的动作。

以非晶硅制作的TFT已成为平面显示器产业的关键部件。可惜非晶硅本身有局限性，例如迁移率低。OLED所需要的迁移率至少是非晶硅的十倍以上。非晶硅的沉积温度高而造成Vth漂移。非晶硅需要高电流，而高电流可能导致OLED不稳定。另一方面，多晶硅的迁移率比非晶硅要高。多晶硅为结晶的，这会引起不均匀沉积。由于非晶硅的多项限制，导致OLED的发展困难重重。

近年来，已开发出透明TFT，在所述透明TFT中氧化锌用作有源沟道层。氧化锌是一种化合物半导体(compound semiconductor)，所述化合物半导体可于相当低的沉积温度下在例如玻璃和塑料等各种基板上生成结晶材料。基于氧化锌的TFT暴露于可见光时并不会降解(degrade)。因此，不像基于硅的TFT需要防护层。没有防护层，TFT保持透明。尽管氧化锌的迁移率高于非晶硅，但仍不够高。

因此此技术领域中，需要具有透明有源沟道且迁移率高的TFT。

发明内容

本发明大体上包含具有半导体材料的薄膜晶体管(TFT)，该半导体材料包含氧、氮以及一或多个选自于由锌、锡、镓、镉和铟构成群组中的元素，以作为有源沟道。该半导体材料可用于底栅TFT、顶栅TFT和其他类型的TFT。通过蚀刻来图案化TFT以形成沟道和金属电极。接着，使用半导体材料当作蚀刻终止层来执行干法蚀刻，以限定出源极/漏极。有源层的载流子浓度、迁移率以及与TFT其他层的界面可调整成预定值。调整方式可为改变含氮气体与含氧气体的流量比例、退火及/或等离子体处理所沉积的半导体膜，或改变铝掺杂浓度。

在一个实施例中，公开一种TFT。晶体管包含半导体层，该半导体层包含氧、氮及一或多个选自于由锌、铟、锡、镉、镓和上述元素的组合所构成的群组中的元素。在另一实施例中，公开一种TFT制造方法。该方法包含沉积半导体层于基板上，该半导体层包含氧、氮及一或多个选自于由锌、铟、锡、镉、镓和上述元素的组合所构成的群组中的元素。

在另一个实施例中，公开一种TFT制造方法。该方法包含沉积半导体层于基板上，该半导体层包含氧、氮及一或多个选自于由s轨道与d轨道填满的元素、f轨道填满的元素和上述元素的组合所构成的群组中的元素。该方法还包括沉积源极-漏极层于该半导体层上、第一次蚀刻该源极-漏极层和该半导体层以形成有源沟道，以及第二次蚀刻该源极-漏极层以限定出源极和漏极。

附图说明

为了更详细了解本发明的上述特征，可参考部分绘示于附图中的实施例来阅读本发明的进一步叙述内容。须注意的是，所述图仅图示本发明的数个代表性实施例，并非用以限定本发明范围，本发明可包含其他等效实施例。

图1为根据本发明的一个实施例的PVD室的截面图。

图2A-2E为薄膜随氧气流量变化的XRD图，所述XRD图显示形成锌和氧化锌的衍射峰。

图3A-3F为根据本发明的一个实施例，在不同氮气流速下形成半导体膜的XRD图。

图4A-4G绘示根据本发明的一个实施例形成底栅TFT的工艺顺序。

图5为根据本发明的一个实施例的蚀刻终止TFT的截面图。

图6为根据本发明的一个实施例的顶栅TFT的截面图。

图7为根据本发明的一个实施例的有源矩阵型LCD的示意图。

图8为根据本发明的一个实施例的有源矩阵型OLED的示意图。

图9Ａ-9C显示不同有源沟道长度与宽度的Vth。

图10A-10C为比较具有共同长度与宽度的有源沟道的Vth。

为助于理解，尽可能地以相同元件符号来表示各图中共有的相同元件。某一实施例所公开的元件当可用于其他实施例中，而不需特别提及。