[发明专利]通过低温工艺制造的薄膜半导体

说明书

本发明中的政府权利

本发明根据由ARL奖励的第DAAD19-02-3-0001号协议下的政府支持而作出。政府对此发明有一定的权利。

发明的背景

技术领域

本发明的实施例大体上是有关于薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)与用以制造薄膜晶体管的方法。

背景技术

现行对薄膜晶体管(TFT)阵列的关注特别高，因为这些装置可用于液晶有源矩阵显示器(liquid crystal active matrix displays，LCD)之类的产品，这些产品时常应用于计算机及电视平面面板。LCD亦可包含发光二极管(light emitting diodes，LED)，例如用于背光的有机发光二极管(organic light emitting diodes，OLED)。LED及OLED需要薄膜晶体管来定址(addressing)显示器的动作。经由TFT驱动的电流(换言之，导通电流(on-current))受限于通道材料(通常意指活性材料、半导体材料或半导体活性材料)及通道的宽度和长度。此外，启动电压(turn-on voltage)通过半导体层的通道面积中的载子的堆积来确定，载子的堆积可随着半导体材料内的固定电荷(fixed charge)或界面内的电荷捕获的移动(shift)、以及偏压温度加压(bias temperature stress)或电流温度加压(current temperature stress)后的阈值电压偏移而改变。

目前制造TFT内的通道或半导体层的实施是于低温下沉积半导体层且接着以较高温度对半导体层进行退火，以增加半导体层的稳定性与迁移率。退火温度受限于基板可承受的温度。TFT的表现受限于沉积与退火的温度。半导体层可经由低温沉积工艺来沉积，例如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、溅镀、旋涂工艺(spin on process)等，但半导体层需要或者经退火来稳定薄膜结构且让电子装置达到较好的表现，或者半导体层需具有沉积于其上的保护层(passivation layer)。举例来说，对于一些在摄氏50度进行沉积的氮氧化锌薄膜来说，例如迁移率与载子浓度的薄膜特性的改变在暴露于空气数周后被观察出来(值得注意的是，薄膜未于高温进行退火且不具有保护层形成于其上)。

因此，在本技术领域中，需要一种制造用于TFT的半导体层的方法，在该方法中，TFT的装置表现不受限于退火及沉积温度。

发明内容

此处揭露的数个实施例有关于薄膜晶体管(TFT)与用以制造薄膜晶体管的方法。特别是，此处的实施例有关于用以在低温下形成半导体层的方法，半导体层用于TFT中。半导体层可通过以下步骤形成：沉积氮化物层或氮氧化物层，例如氮化锌或氮氧化锌，且接着转换该层为具有相较于从前不同的氧成分的层。转换通过以下而发生：将氮化物层或氮氧化物层暴露于具有高达摄氏100度的高相对湿度的空气，或者暴露于在高于摄氏100度的温度下具有水汽的蒸汽或气体；将氮化物层或氮氧化物层完全地(physically)浸于水中；或在将氮化物层暴露于蒸汽的同时将基板加热至介于约摄氏100度与约摄氏200度之间的温度。

于一实施例中，一种用以形成半导体氮氧化合物的方法包括：沉积氮化物层于基板上、以及暴露氮化物层于湿环境以将氮化物层转换为半导体氮氧化物层。

于另一实施例中，一种用以形成半导体氮氧化合物的方法包括：沉积具有低氧成分的氮氧化物层于基板上、以及暴露氮氧化物层于湿环境以将该层转换为具有高氧成分的半导体氮氧化物层。于另一实施例中，一种用以形成半导体氮氧化合物的方法包括：沉积具有低氧成分的氮氧化物层于基板上、以及暴露氮氧化物层于湿环境以将该层的顶部转换为具有高氧成分的的半导体氮氧化物层。

于另一实施例中，一种用以制造薄膜晶体管的方法包括：形成栅极电极于基板上，沉积栅极介电层于栅极电极与基板上，以及形成半导体层于栅极介电层上。半导体层的形成包括：沉积氮化物层于栅极介电层上、以及暴露氮化物层于湿空气以将氮化物层转换为氮氧化物层。此方法还包括形成源极电极及漏极电极于半导体层上。

附图说明

为了更详细地理解本发明的上述特征，可以参照实施例对以上简述的本发明作更具体的说明，一些实施例图示于附图中。然而，应当注意，附图仅图示本发明的典型实施例，因此不视为限制本发明的范围，本发明应当允许其他等效的实施例。