[发明专利]金属氧化物半导体薄膜晶体管中的稳定性增强

说明书

技术领域

本发明涉及可用于制造薄膜结构的系统和方法。

背景技术

诸如氧化锌(ZnO)和铟镓锌氧化物(InGaZnO)之类的金属氧化物半导体由于其具有高载流子迁移率、低加工温度和光学透明性而在器件制造方面备受关注。由金属氧化物半导体制成的薄膜晶体管(TFT)尤其可用于光学显示器的有源矩阵型寻址方案。金属氧化物半导体的低加工温度使得能够在诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)之类的低成本塑料基板上形成显示器背板。氧化物半导体TFT的透明性导致像素开口率提高并且使显示器更亮。相比之下，非晶硅(a-Si)TFT使像素开口率减小，这是因为a-Si器件对光敏感并且必须被屏蔽以不受光影响。

虽然金属氧化物半导体TFT由于其具有透明性而具有很好的潜能并且使在室温下或接近室温形成高性能器件成为可能，但是稳定器件的制造仍然存在挑战。金属氧化物半导体TFT可以表现出取决于栅偏置的其特性的滞后。金属氧化物半导体技术的发展一直持续着，并且目前的努力集中在减少或消除滞后以增强TFT稳定性。本发明满足了这些和其他需求，并提供了超越现有技术的其他优势。

发明内容

本发明的实施例涉及用于制造薄膜结构的薄膜电子结构和方法。本发明的一个实施例涉及制造多层半导体结构的方法。电极层(例如，栅电极)形成在基板上并且靠近电极层形成电介质层。在形成电介质层之后，将电介质层暴露于含氢等离子体。在将电介质层暴露于含氢等离子体之后，靠近电介质层形成金属氧化物半导体层。

本发明的另一个实施例涉及制造金属氧化物半导体器件的方法。该工艺涉及形成电极层并且在电极层上形成电介质层。在形成电介质层之后，加工电介质层，以在电介质层表面上的氢化区域中形成不均匀的氢分布。在电介质表面上，氢化区域中的氢浓度相对高，而在电介质层的本体内，氢化区域中的氢浓度降低。在将电介质层暴露于含氢等离子体之后，在电介质层上方形成包括金属氧化物半导体的半导体层。

又一个实施例涉及一种多层半导体结构。该多层半导体结构包括电极和靠近电极设置的电介质层。该多层半导体结构还包括半导体层，半导体层包括靠近电介质形成的金属氧化物半导体。氢化区域形成在电介质层的半导体电介质界面上。在半导体-电介质界面上，氢化层的氢浓度相对高，从半导体-电介质界面至电介质层和半导体层中的一者或两者，氢浓度的浓度降低。

本发明的上述发明内容并非意图描述本发明的每一个实施例或每种实施方式。结合附图并参照下文的具体实施方式以及所附权利要求书，再结合对本发明比较完整的理解，本发明的优点和成效将变得显而易见并且为人所领悟。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例通过暴露于等离子来制造金属氧化物半导体薄膜晶体管的工艺的流程图；

图2是根据本发明实施例的包括等离子体氢化区域的器件的剖视图；

图3A至图3D是根据本发明实施例针对不同时间长度暴露于氘(D₂)等离子体的四个ZnO-Al₂O₃样品结构的二次离子质谱(SIMS)图线；

图4示出图3A至图3D的样品的电流-电压图线(正向扫描和反向扫描)，其证实了随着暴露于D₂等离子体的程度增加阈值电压稳定性改进；

图5示出根据本发明实施例的具有阳极化Al₂O₃电介质的TFT的电流-电压图线(正向扫描和反向扫描)，其证实了通过暴露于氢等离子体得到的稳定性和性能的改进；和

图6示出根据本发明实施例的具有溅射的SiO₂层的阳极化Al₂O₃电介质的TFT的电流-电压图线(正向扫描和反向扫描)，其证实了通过暴露于氢等离子体得到的稳定性和性能的改进。

虽然本发明可修改为各种修改形式和替代形式，但其具体的方式已以举例的方式在附图中示出并且将会作详细描述。然而，应当理解，其目的不在于将本发明局限于所述具体实施例。相反，其目的在于涵盖由所附权利要求书限定的本发明范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。

具体实施方式

在下文对各种示例性实施例的叙述中将参考构成本发明一部分的附图，并且其中通过举例说明示出多个可以在其中实施本发明的实施例。应当理解，在不脱离本发明范围的前提下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构性和操作性方面的修改。