[发明专利]包括成分渐变栅极电介质的薄膜晶体管及其形成方法

说明书

本申请提供了包括成分渐变栅极电介质的薄膜晶体管及其形成方法。薄膜晶体管可以通过以下步骤来制造：在衬底之上的绝缘层中形成栅极电极；在栅极电极和绝缘层之上形成栅极电介质；在栅极电极之上形成有源层；以及形成源极电极和漏极电极，源极电极和漏极电极与有源层的顶表面的相应部分接触。可以通过将氧原子引入到栅极电介质和有源层中的至少一者的表面区域中来增加栅极电介质和有源层中的相应一者中的表面氧浓度。

技术领域

本公开总体涉及包括成分渐变栅极电介质的薄膜晶体管及其形成方法。

背景技术

由氧化物半导体制成的薄膜晶体管(TFT)是后段制程(BEOL)集成 的一个有吸引力的选择，因为TFT可以在低温下加工，并且因此不会损坏 先前制造的器件。例如，制造条件和技术可能不会损坏先前制造的前段制 程(FEOL)和中段制程(MEOL)器件。

发明内容

根据本申请的实施例的一方面，提供一种半导体器件，包括位于衬底 之上的薄膜晶体管，其中，薄膜晶体管包括：绝缘层，该绝缘层嵌有栅极 电极并上覆于衬底上；栅极电介质和有源层的堆叠，该堆叠上覆于栅极电 极上，其中，栅极电介质包括成分渐变栅极电介质材料，其中，栅极电介 质内的氧原子的原子浓度随着从所述栅极电介质和所述有源层之间的界面 向下的垂直距离而降低；以及源极电极和漏极电极，源极电极和漏极电极 与有源层的顶表面的相应部分相接触。

根据本申请的实施例的另一方面，提供一种半导体器件，包括位于衬 底之上的薄膜晶体管，其中，薄膜晶体管包括：栅极电极，上覆于衬底上； 栅极电介质和有源层的堆叠，该堆叠上覆于所述栅极电极上，其中，有源 层的顶表面部分具有成分梯度，使得氧原子的原子浓度随着从包括有源层 的顶表面的水平面向下至少到有源层的垂直厚度的20％处的垂直距离而降 低；以及源极电极和漏极电极，源极电极和漏极电极与有源层的顶表面的相应部分相接触。

根据本申请的实施例的又一方面，提供一种形成包括薄膜晶体管的半 导体器件的方法，该方法包括：在衬底之上的绝缘层中形成栅极电极；在 栅极电极和绝缘层之上形成栅极电介质；在栅极电极之上形成有源层；以 及形成源极电极和漏极电极，源极电极和漏极电极与有源层的顶表面的相 应部分接触，其中，该方法包括：通过将氧原子引入到栅极电介质和有源 层中的至少一者的表面区域中，来增加栅极电介质和有源层中的相应一者 中的表面氧浓度。

附图说明

在结合附图阅读时，可以通过下面的详细描述来最佳地理解本公开的 各方面。应当注意，根据行业的标准惯例，各种特征不是按比例绘制的。 事实上，为了讨论的清楚起见，各种特征的尺寸可能被任意地增大或减小 了。

图1是根据本公开的实施例的在形成互补金属氧化物半导体(CMOS) 晶体管、在下层电介质层中形成的第一金属互连结构、绝缘间隔件层和可 选的蚀刻停止电介质层之后的第一示例性结构的垂直截面图。

图2A是根据本公开的第一实施例的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截面图。

图2C是沿图2A的垂直平面C-C’的第一示例性结构的垂直截面图。

图3A是根据本公开的第一实施例的在绝缘层中形成凹部区域之后的 第一示例性结构的区域的俯视图。

图3B是沿图3A的垂直平面B-B’的第一示例性结构的垂直截面图。

图3C是沿图3A的垂直平面C-C’的第一示例性结构的垂直截面图。

图4A是根据本公开的第一实施例的在形成底部栅极电极之后的第一 示例性结构的区域的俯视图。

图4B是沿图4A的垂直平面B-B’的第一示例性结构的垂直截面图。

图4C是沿图4A的垂直平面C-C’的第一示例性结构的垂直截面图。