[发明专利]包括主动区的晶体管及其形成方法

说明书

一种薄膜晶体管包括具有正向或反向顺序的有源层、栅极介电层以及栅极电极的堆叠结构。有源层包括包含氧的化合物半导体材料、选自Ga和W的至少一种受体型元素以及选自In和Sn的至少一种重后过渡金属元素。接触栅极介电层的有源层的第一表面部分处的重后过渡金属元素的原子百分比高于位于栅极介电层相对侧的有源层的第二表面部分处的重后过渡金属元素的原子百分比。可以增加前沟道电流，且可以减小后沟道漏电流。

技术领域

本发明实施例涉及一种晶体管及其形成方法。更具体来说，本发明实施例涉及一种包括主动区的晶体管及其形成方法。

背景技术

由氧化物半导体制成的晶体管是后段(back-end-of-line，BEOL)积体的一个有吸引力的选择，因为它们可以在低温下处理，从而不会损坏先前制造的装置。举例来说，制造条件和技术不会损坏先前制造的前段(front-end-of-line，FEOL)以及中段(middle-end-of-line，MEOL)装置。

发明内容

一种晶体管包括有源层以及顶部栅极堆叠结构。所述有源层位于衬底上且包括包含氧的化合物半导体材料、至少一种受体型元素以及至少一种重后过渡金属元素。每一所述至少一种受体型元素选自由镓(Ga)和钨(W)所组成的群组。每一所述至少一种重后过渡金属元素选自由铟(In)和锡(Sn)所组成的群组。在所述有源层的顶表面处的所述至少一种重后过渡金属元素的原子百分比高于在所述有源层的底表面处的所述至少一种重后过渡金属元素的原子百分比。所述顶部栅极堆叠结构包括横跨所述有源层的顶部栅极介电层以及位于所述顶部栅极介电层的顶表面上的顶部栅极电极。

一种薄膜晶体管，包括底部栅极电极、底部栅极介电层以及有源层。所述底部栅极电极嵌入绝缘层内并覆盖衬底。所述底部栅极介电层覆盖在所述底部栅极电极上。所述有源层位于所述底部栅极介电层上。所述有源层包括包含氧的化合物半导体材料、至少一种受体型元素以及至少一种重后过渡金属元素。每一所述至少一种受体型元素选自由镓和钨所组成的群组。每一所述至少一种重后过渡金属元素选自由铟和锡所组成的群组。在所述有源层的底表面处的所述至少一种重后过渡金属元素的原子百分比高于在所述有源层的顶表面处的所述至少一种重后过渡金属元素的原子百分比。

一种形成晶体管的方法包括至少以下步骤。在衬底上形成堆叠结构，所述堆叠结构包括以正向或反向顺序排列的有源层、栅极介电层以及栅极电极。所述有源层包括包含氧的化合物半导体材料、选自镓(Ga)和钨(W)的受体型元素以及选自铟(In)和锡(Sn)的重后过渡金属元素。接触所述栅极介电层的所述有源层的第一表面部分处的所述至少一种重后过渡金属元素的原子百分比高于位于所述栅极介电层相对侧的所述有源层的第二表面部分处的所述至少一种重后过渡金属元素的原子百分比。在所述有源层的顶表面的周边部分形成源极电极以及漏极电极，其中所述源极电极以及所述漏极电极通过所述栅极电极彼此横向间隔开。

附图说明

结合附图阅读以下详细说明，能最好地理解本公开的各个方面。应注意，根据行业中的标准惯例，各种特征未按比例绘制。事实上，为使论述清晰起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。

图1是根据本公开一些实施例在形成互补金属氧化物半导体(complementarymetal-oxide-semiconductor，CMOS)晶体管、在较低层级介电层中的第一金属内连结构、绝缘材料层以及可选的刻蚀终止介电层之后的第一示例性结构的垂直剖面图。

图2A是根据本公开的第一实施例在形成绝缘层之后的第一示例性结构的一部分的俯视图。

图2B是沿图2A的垂直平面B-B’的第一示例性结构的垂直剖面图。

图2C是沿图2A的垂直平面C-C’的第一示例性结构的垂直剖面图。

图3A是根据本公开的第一实施例在绝缘层中形成凹陷区之后的第一示例性结构的一个区的俯视图。