具有改进的温度稳定性的金属氧化物tft的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及薄膜晶体管(TFT)形式的金属氧化物半导体膜且更具体地涉及负偏压温度应力稳定性。
【背景技术】
[0002]具有金属氧化物半导体层作为有源沟道层的薄膜晶体管(MOTFT)由于其高载流子迀移率及其用于下一代显示器和薄膜电子装置的潜能而引起了巨大关注。然而，当代仍待解决的问题包括这种晶体管在黑暗和在光照下电流-电压特性的操作稳定性。在具有相关高迀移率的装置中这些问题更意义深远。由于在宽带离子半导体与窄带共价半导体之间存在差别，所以在MOTFT中不稳定性的潜在机理与在a-Si TFT中观察到的根本不同。
[0003]对于在负偏压温度应力下的金属氧化物TFT，所述金属氧化物在电子和水存在下经历还原(即损失氧)，导致阀值电压(Vth)中的负偏移。
[0004]e_+M0+H20 — M++20H—
[0005]M+损失氧Vth—负
[0006]当TFT在其中产生许多电子和空穴的光照下时这一点特别地意义深远。降低负偏压温度应力的一种策略是限制水的存在，目前这主要通过在TFT周围具有良好的钝化来实现。然而，提供对水的完全阻挡(钝化)困难且成本高。而且，必须对能够被金属氧化物半导体沟道层吸收的所有短波长的光进行阻挡，从而在沟道层中减少光诱发的电子。在有源矩阵显示器应用中，完全阻挡光到达沟道层也是困难的。一部分少量的光将通过散射和波导而进入金属氧化物层。尽管可以争辩道进入TFT的水汽的量和碰撞在TFT上的光的量小，但必须理解，这些影响将发生在TFT的整个寿命上。因此，需要另外的方法以在有杂散光碰撞在金属氧化物上的情况下降低负偏压温度应力下Vth偏移的敏感性。
[0007]因此，高度有利的是纠正先前技术中固有的上述和其他缺陷。
[0008]发明概述
[0009]根据本发明的实施方案实现本发明的期望目的，其中金属氧化物薄膜晶体管包括金属氧化物半导体沟道，所述金属氧化物半导体具有处于第一能级的导带。所述晶体管还包括覆盖所述金属氧化物半导体沟道的至少一部分的钝化材料层。所述钝化材料具有处于第二能级的导带，所述第二能级小于所述第一能级、等于所述第一能级或比所述第一能高不到0.5eVo
[0010]简要地，根据制造具有改进的温度稳定性的金属氧化物薄膜晶体管的方法实现了本发明的期望目的，所述方法包括如下步骤，但不一定是所列顺序:提供基材；形成栅极，所述栅极具有覆盖所述栅极的至少一部分的栅极电介质层；以及将金属氧化物半导体层沉积在栅极电介质上且与所述栅极相对，所述金属氧化物半导体具有处于第一能级的导带。所述方法还包括将隔开的源极与漏极触点放置在所述金属氧化物半导体层上并且在所述栅极的相对立的侧面上。所述源极与漏极触点限定出所述金属氧化物半导体层中的沟道区域，所述沟道区域处于所述隔开的源极与漏极触点之间并与所述栅极基本对齐。将钝化材料层放置在金属氧化物半导体沟道区域上。所述钝化材料具有处于第二能级的导带，所述第二能级等于所述第一能级或比所述第一能级高不到0.5eVo
[0011]附图简述
[0012]结合附图，根据本发明优选实施方案的如下详细说明，将使得本领域技术人员易于理解本发明的上述和另外以及更具体的目的和优势，其中:
[0013]图1是具有钝化层和欧姆源极-漏极触点的典型MOTFT的简化图层图；
[0014]图2是显示负偏压下的图1的MOTFT的简化能带图；且
[0015]图3是显示根据本发明的具有优化的钝化层的负偏压下的MOTFT的简化能带图。
[0016]附图详述
[0017]具体参考图1，显示了具有钝化层和欧模源极-漏极触点的典型MOTFT 10的简化的图层图。在该具体实例中，MOTFT 10是底部栅极和顶部源极/漏极金属氧化物TFT。应理解，本发明能够应用于多种MOTFT中的任一种且仅出于示例性目的而简单显示了 MOTFT10。MOTFT 10包括基材12，其典型地由具有合适钝化涂层的玻璃或塑料片制成。对于某些应用，在基材12的顶面上添加另外的钝化层和/或缓冲层，用层13显示。出于本发明的目的，将所有实例(例如钝化层、缓冲层等)都包括在术语“基材”中。
[0018]MOTFT 10包括基材12，所述基材12具有在其上形成图案的栅极金属14。将栅极电介质层16沉积在栅极金属14上并将金属氧化物半导体有源层18沉积在电介质层16上，从而将有源层18与栅极金属14绝缘。在有源层18上形成带图案的钝化层20并在有源层18的露出的上表面上、钝化层20的相对立的侧面上形成源极/漏极触点22。关于MOTFT10，源极与漏极之间的空间限定传导沟道，指定为24。
[0019]还可以在完成源极/漏极(S/D)层之后在沟道顶上加工钝化层20，而不是在源极/漏极层之前沉积钝化层20并使其形成图案(如图1中所示，其中层20还充当源极/漏极层加工期间的蚀刻停止物)。通常将这种工艺顺序称作在a-Si TFT场中的背部-沟道-蚀刻结构。
[0020]在题目为“双重自对准金属氧化物TFT(Double Self-Aligned Metal OxideTFT)”的美国专利号7，977，151和从原始申请衍生出的几个其他专利如美国专利号8，129，720中，对MOTFT 10和制造方法的更完整说明进行了描述。认为各种可能的MOTFT构造中的任一种都适用于所公开的方法，包括例如:底部栅极、底部源极/漏极型装置；顶部栅极、顶部源极/漏极型装置等，其大部分在上述专利中得到公开和解释。
[0021]应理解，MOTFT 10的基材12通常能够有效阻挡任何水从装置基材侧的渗透。还应理解，重金属源极/漏极触点22有效防止任何水汽从这些区域进入装置。任何进入装置的水成分通过在沟道24的顶上和在源极与漏极触点22之间的任意一个或多个钝化层、例如钝化层20而来自于顶部。如上所述，使得钝化完全防水极其困难且成本高，因此随着装置的使用，一部分水汽将进入。
[0022]另外参考图2，针对具有典型钝化的M0TFT，显示了在负偏压下的简化能带图。如同根据图1的实例所理解的，将金属氧化物18夹在栅极电介质16与钝化材料20之间。用于硅类MOTFT中的传统钝化材料的实例包括Si02、Al203、SiN等。热或光产生的电子在金属氧化物-钝化界面处积聚，在图2中指定为30。温度越高或光照越强，产生而积聚在界面30处的电子越多。在具有金属-氧化物半导体作为沟道材料的TFT中，氧化物还原过程最容易发生在界面30处，在所述界面30处水汽最丰富且在负偏压应力下电子浓度最高。应注意，所述还原过程也是积极的反馈过程。即，氧化物还原倾向于使得Vth更负，这提高可用于所述还原过程的电子的数目。这种积极的反馈过程使得Vth偏移对在氧化物-钝化界面处的⑴湿度、⑵光照和⑶氧空位非常敏感。
[0023]中断积极反馈回路的一种方式是确保界面开始具有非常少的氧空位。然而，氧空位由Vth值约束且不能随意调节。本发明的策略是，通过仔细安排沟道-钝化界面处的能带排列，金属氧化物沟道层中的电子能够被转移到钝化材料。除了能带的排列之外，还选择了即使在电子和水汽存在下仍不易受还原过程影响的钝化材料。因为钝化材料不用于转换电流，所以对于材料的选择存在更多选项。当MOTFT在如下所述的光照下时，这种策略特别有效:产生许多电子和空穴且必须将电子转移到金属氧化物外部以避免水分子存在下的还原过程。
[0024]转向图3，显示了简化的能带图，其显示了根据本发明的具有优化的钝化层的在负偏压下的MOTFTdgSS 50。如图2所能看出的，当钝化材料20的导带比半导体氧化物材料18的导带高得多时(即高能皇)，则电子从半导体金属氧化物18转移到钝化材料20是无效的且电子将积聚在界面30处。如同在图3的能带图中所显示的，以钝化材料52的导带的能级接近金属氧化物54的导带的能级的方式选择优化的钝化层52 (具体参见指定为56的区域)。出于本发明的目的，将“接近”定义为:钝化材料52的导带等于金属氧化物54的导带或比金属氧化物54的导带高不到0.5eVo
[0025]选择导带接近金属氧化物半导体材料的导带的钝化材料