[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

本发明公开了一种半导体器件，包括一第一堆叠通道层，包括相对的第一面和第二面。一第一栅极结构，位于所述第一堆叠通道层的所述第一面上。一第一栅极介质层，位于所述第一栅极结构与所述第一堆叠通道层之间。一第二堆叠通道层，位于所述第一栅极介质层与所述第一堆叠通道层之间，其中一金属成分于所述第二堆叠通道层的浓度大于所述金属成分于所述第一堆叠通道层的浓度，借此可同时获得稳定的阀值电压和提高的载子迁移率，进一步改善元件效能。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件以及其制造方法，特别是一种包括氧化物半导体通道层的半导体器件以及其制造方法。

背景技术

薄膜晶体管(Thin-film transistor,TFT)是一种以沉积在基板上的半导体层作为有源层(通道层)的场效应晶体管，可方便地制作在各种基板上，例如晶圆、玻璃基板、陶瓷基板、或高分子聚合物例如聚酰亚胺(PI)、聚碳酸(PC)或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基板，也可方便地与集成电路的后段工艺(back end of line,BEOL)整合制作，提供更高的电路设计弹性并缩小晶片面积。例如，可用于制作内嵌式(embedded)存储器。氧化物半导体(oxide semiconductor)由于具有高场效载子迁移率(field effect mobility)、低沉积温度以及高薄膜均匀性等优点，特别适合作为薄膜晶体管的有源层(通道层)的材料。

发明内容

本发明目的在于提供一种包括氧化物半导体通道层的半导体器件及其制造方法，其中所述氧化物半导体通道层是通过两阶段原子层沉积循环所形成，使其沿着厚度方向可区分成不同组成浓度的两个部分，可同时获得稳定的阀值电压和提高的载子迁移率，进一步改善元件效能。

根据本发明一实施例所提供的半导体器件的制造方法，包括以下步骤。首先提供一衬底，接着进行M次的第一原子层沉积循环，于所述衬底上形成一第一堆叠通道层，然后进行N次的第二原子层沉积循环，于所述第一堆叠通道层上形成一第二堆叠通道层，其中M和N分别为大于或等于1的正整数，且一金属成分于所述第二堆叠通道层中的浓度大于所述金属成分于所述第一堆叠通道层中的浓度。接着，于所述第二堆叠通道层上形成一栅极介质层，然后于所述栅极介质层上形成一栅极结构。

根据本发明另一实施例所提供的半导体器件的制造方法，包括以下步骤。首先提供一衬底，接着于所述衬底上形成一底部栅极结构，然后于所述底部栅极结构上形成一底部栅极介质层。接着，进行N次的第一原子层沉积循环，于所述栅极介质层上形成一第一堆叠通道层，然后进行M次的第二原子层沉积循环，于所述第一堆叠通道层上形成一第二堆叠通道层，其中M和N为正整数，且一金属成分于所述第一堆叠通道层的浓度大于所述金属成分于所述第二堆叠通道层的浓度。

根据本发明再另一实施例所提供的半导体器件，包括一第一堆叠通道层、一第一栅极结构、一第一栅极介质层，以及一第二堆叠通道层。所述第一堆叠通道层包括相对的第一面和第二面。所述第一栅极结构位于所述第一堆叠通道层的所述第一面上。所述第一栅极介质层位于所述第一栅极结构与所述第一堆叠通道层之间。所述第二堆叠通道层位于所述第一栅极介质层与所述第一堆叠通道层之间。一金属成分于所述第二堆叠通道层的浓度大于所述金属成分于所述第一堆叠通道层的浓度。

附图说明

所附图示提供对于本发明实施例更深入的了解，并纳入此说明书成为其中一部分。这些图示与描述，用来说明一些实施例的原理。需注意的是所有图示均为示意图，以说明和制图方便为目的，相对尺寸及比例都经过调整。相同的符号在不同的实施例中代表相对应或类似的特征。

图1为本发明第一实施例的半导体器件的剖面示意图。

图2为根据本发明一实施例之第一原子层沉积循环的步骤示意图。

图3为根据本发明一实施例之第二原子层沉积循环的步骤示意图。

图4为本发明第二实施例的半导体器件的剖面示意图。