金属氧化物半导体薄膜晶体管及其制作方法
【专利摘要】金属氧化物半导体薄膜晶体管包括栅极、栅极绝缘层以及金属氧化物半导体层。栅极绝缘层位于栅极与金属氧化物半导体层之间。栅极绝缘层包括氮氧化硅层和氧化硅层。氮氧化硅层位于栅极与氧化硅层之间。氧化硅层位于氮氧化硅层与金属氧化物半导体层之间，且氧化硅层具有与氮氧化硅层接触的第一表面以及与金属氧化物半导体层接触的第二表面。氧化硅层靠近第二表面的氧原子密度大于氧化硅层靠近第一表面的氧原子密度。金属氧化物半导体薄膜晶体管，在减少工艺时间的同时，有效的解决了因成膜应力过大而导致的玻璃基板易破片的问题，并有利于减少栅极绝缘层对金属氧化物半导体层中的氧含量的影响。
【专利说明】金属氧化物半导体薄膜晶体管及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属氧化物半导体【技术领域】，特别是涉及一种金属氧化物半导体薄膜晶体管及其制作方法。
【背景技术】
[0002]金属氧化物半导体薄膜晶体管(thin film transistor, TFT)是指半导体沟道采用金属氧化物制备的薄膜晶体管。由于金属氧化物半导体具备载流子迁移率高、材料和工艺成本较低、工艺温度低、光透过性高等特点，因此成为目前薄膜晶体管领域的研究热点之
O
[0003]栅极绝缘层是金属氧化物半导体薄膜晶体管的主要功能层之一，高质量金属氧化物半导体薄膜晶体管离不开高质量的栅极绝缘层。图1是现有的一种金属氧化物半导体薄膜晶体管的剖视结构示意图。如图1所示，金属氧化物半导体薄膜晶体管100包括玻璃基板101，栅极110、栅极绝缘层120、金属氧化物半导体层130、源极142、漏极144以及保护层150。其中，栅极110形成在基板101上，栅极绝缘层120形成在基板101上并覆盖栅极110，金属氧化物半导体层130形成在栅极绝缘层120上，源极142，漏极144分隔地形成在金属氧化物半导体层130和栅极绝缘层120上，并且分别与金属氧化物半导体层130电连接。金属氧化物半导体层130上更设有沟道保护层135。金属氧化物半导体薄膜晶体管100的栅极绝缘层120是单层结构，例如氧化硅层(SiOx)或氮化硅层(SiNx)。但是，由于与氮化硅相比，氧化硅的沉积 速率与蚀刻速率都比较低，当需要沉积相同厚度的栅极绝缘层120时，采用氧化硅层作为栅极绝缘层120所需工艺时间较长，而且氧化硅层过厚还会导致薄膜成膜应力大，在后续制程及搬运、运输过程中，薄膜成膜应力大将加剧玻璃基板101在外力作用下产生破片的危险；当采用氮化硅层作为栅极绝缘层120时，相较氧化硅层，氮化硅层沉积速率较高，蚀刻速率也较高，且具有优良的绝缘性，高的场击穿强度和电子缺陷密度低等优点，因此，目前所使用单层结构的栅极绝缘层120多为氮化硅层。可是，氮化硅制作的栅极绝缘层120仍然有薄膜成膜应力大导致玻璃基板101易破片的问题，而且富氮的栅极绝缘层120含有很高的正电荷和负电荷缺陷，易成为电荷俘获中心，因此氮化硅制作的栅极绝缘层120对金属氧化物半导体层130 (例如铟镓锌氧化物(indium gallium zincoxide, IGZ0)层)的氧含量影响较大，易造成金属氧化物半导体层130与栅极绝缘层120接触的表面的氧缺陷，从而在一定程度上会影响金属氧化物半导体薄膜晶体管的性能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，提供了一种金属氧化物半导体薄膜晶体管，在缩短工艺时间的同时，有效的解决了因成膜应力过大而导致的玻璃基板易破片的问题，并有利于减少栅极绝缘层对金属氧化物半导体层中的氧含量的影响，从而有利于进一步提升金属氧化物半导体薄膜晶体管的性能。
[0005]本发明的目的在于，提供了一种金属氧化物半导体薄膜晶体管的制作方法，在缩短工艺时间的同时，有效的解决了成膜应力过大导致的玻璃基板易破片的问题，并有利于减少栅极绝缘层对金属氧化物半导体层中的氧含量的影响，从而有利于进一步提升金属氧化物半导体薄膜晶体管的性能。
[0006]本发明解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。
[0007]—种金属氧化物半导体薄膜晶体管，其包括栅极、栅极绝缘层以及金属氧化物半导体层。栅极绝缘层位于栅极与金属氧化物半导体层之间。栅极绝缘层包括氮氧化硅层和氧化硅层。氮氧化硅层位于栅极与氧化硅层之间。氧化硅层位于氮氧化硅层与金属氧化物半导体层之间，且氧化硅层具有与氮氧化硅层接触的第一表面以及与金属氧化物半导体层接触的第二表面。氧化娃层靠近第二表面的氧原子密度大于氧化娃层靠近第一表面的氧原子密度。
[0008]在本发明较佳的实施例中，上述氧化硅层的氧原子密度从第一表面至第二表面逐渐连续增大。
[0009]在本发明较佳的实施例中，上述氧化硅层包括第一氧化硅层和第二氧化硅层。第一氧化娃层位于氮氧化娃层和第二氧化娃层之间，第二氧化娃层位于第一氧化娃层和金属氧化物半导体层之间。第一氧化硅层与氮氧化硅层接触的表面为第一表面，第二氧化硅层与金属氧化物半导体层之接触的表面为第二表面。第二氧化硅层的氧原子密度大于第一氧化硅层的氧原子密度。
[0010]在本发明较佳的实施例中，上述金属氧化物半导体薄膜晶体管还包括有沟道保护层，沟道保护层位于金属氧化物半导体层上并覆盖部分金属氧化物半导体层，该金属氧化物半导体层在该沟道保护层的两端露出。
[0011]一种金属氧化物半导体薄膜晶体管的制作方法，其包括在栅极上形成栅极绝缘层，以及在栅极绝缘层上形成金属氧化物半导体层。在栅极上形成栅极绝缘层包括:在栅极上形成氮氧化硅层；以及在氮氧化硅层上形成氧化硅层。其中，氧化硅层具有与氮氧化硅层接触的第一表面以及与金属氧化物半导体层接触的第二表面，氧化硅层靠近第二表面的氧原子密度大于氧化硅层靠近的该第一表面的氧原子密度。
[0012]在本发明较佳的实施例中，上述氧化硅层采用等离子增强化学气相沉积法形成，其中，等离子增强化学气相沉积法所使用的原料气体包括用于提供氧的第一气体和用于提供硅的第二气体，在氧化硅层的沉积形成过程中，第一气体和第二气体的体积比逐渐连续增大。
[0013]在本发明较佳的实施例中，上述第一气体包括一氧化二氮，且第二气体包括硅烷，第一气体和第二气体的体积比介于2?5之间且逐渐连续增大。
[0014]在本发明较佳的实施例中，上述形成氧化硅层之后，金属氧化物半导体薄膜晶体管的制作方法还包括在形成该氧化硅层之后，通过第一气体对氧化硅层进行氧缺陷处理。
[0015]在本发明较佳的实施例中，上述氮氧化硅层上形成氧化硅层包括:在氮氧化硅层上形成第一氧化娃层，第一氧化娃层与氮氧化娃层接触的表面为第一表面，以及在第一氧化硅层上形成第二氧化硅层，第二氧化硅层与该金属氧化物半导体层之接触的表面为第二表面，且第二氧化硅层的氧原子密度大于第一氧化硅层的氧原子密度。
[0016]在本发明较佳的实施例中，上述第一氧化硅层和第二氧化硅层均采用等离子增强化学气相沉积法形成，等离子增强化学气相沉积法所使用的原料气体包括用于提供氧的第一气体和用于提供硅的第二气体。在第二氧化硅层的沉积形成过程中的第一气体和第二气体的第二预定体积比大于在第一氧化硅层的沉积形成过程中的第一气体和第二气体的第一预定体积比。
[0017]本发明的有益效果是，本发明的金属氧化物半导体薄膜晶体管的栅极绝缘层包括氮氧化硅层和氧化硅层，且氧化硅层靠近与金属氧化物半导体层接触的第二表面的氧原子密度大于氧化硅层靠近与氮氧化硅层接触的第一表面的氧原子密度。栅极绝缘层的氮氧化硅层可有效阻止栅极中的导电性离子(例如金属离子等)在电场的作用下扩散至氧化硅层，从而保证栅极绝缘层的氧化硅层的电绝缘性，进而防止源极、漏极和栅极发生短路。栅极绝缘层从氮氧化硅层到氧化硅层所含有的氧原子增加，膜层材料组成上的改变导致形成多膜层的结构，而多个膜层的叠加降低了其中每层膜的厚度，一定程度上降低了栅极绝缘层的内部应力，从而有效的解决了因成膜应力过大而导致的玻璃基板易破片的问题，以提高金属氧化物半导体薄膜晶体管的稳定性。另外，由于氧化硅层的与金属氧化物半导体层接触的第二表面的氧原子密度较高，呈富氧状态，金属氧化物半导体层中的氧含量不会因为与栅极绝缘层的接触而减少。而且，氧化硅层还能有效阻挡氮氧化硅层中的杂质离子扩散至金属氧化物半导体层，从而起到保护金属氧化物半导体层的作用。因此，金属氧化物半导体薄膜晶体管的栅极绝缘层对金属氧化物半导体层的性能影响甚小，从而有利于进一步提升金属氧化物半导体薄膜晶体管的性能。此外，栅极绝缘层包括氮氧化硅层和氧化硅层双层结构，有利于克服了采用单层氧化硅层作为栅极绝缘层工艺时间长的缺点，以提高了产能。而且，由于氧化娃层靠近第二表面的氧原子密度大于氧化娃层靠近第一表面的氧原子密度，也就是说氧化硅层仅需要局部实现较高的氧含量，不需要在整个氧化硅层都具有较大的氧原子密度，因此，还有利于降低工艺成本。
[0018]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是现有的一种金属氧化物半导体薄膜晶体管的剖视结构示意图。
[0020]图2是本发明第一实施例的金属氧化物半导体薄膜晶体管的剖视结构示意图。
[0021]图3是本发明第二实施例的金属氧化物半导体薄膜晶体管的剖视结构示意图。
[0022]图4是本发明第三实施例的金属氧化物半导体薄膜晶体管的剖视结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的金属氧化物半导体薄膜晶体管及其制作方法的【具体实施方式】、结构、特征及其功效，详细说明如下:
[0024]有关本发明的前述及其它技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过【具体实施方式】的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。[0025]图2是本发明第一实施例的金属氧化物半导体薄膜晶体管的剖视结构示意图。请参阅图2，本实施例中，金属氧化物半导体薄膜晶体管200主要包括基板210和设置于基板210上的栅极220、栅极绝缘层230、金属氧化物半导体层240、源极252和漏极254、以及钝化保护层260。
[0026]具体地，栅极220位于基板210上，即设于基板210的表面211，栅极绝缘层230位于基板210上，即设于基板210的表面211并覆盖栅极220。本实施例中，栅极绝缘层230为双层结构，包括氮氧化硅层(SiON) 232以及位于氮氧化硅层232上的氧化硅(SiOx，I < X < 2)层234。其中，氮氧化硅层232位于基板210上，即设于基板210的表面211并覆盖栅极220，氧化硅层234位于氮氧化硅层232上并与氮氧化硅层232直接接触。也就是说，氮氧化硅层232是位于栅极220与氧化硅层234之间。金属氧化物半导体层240例如是铟镓锌氧化物(IGZO)层。金属氧化物半导体层240设置于氧化硅层234上，位于栅极220正上方，并与氧化硅层234直接接触。也就是说，氧化硅层234位于氮氧化硅层232与金属氧化物半导体层240之间。因此,氧化娃层234具有与氮氧化娃层232接触的第一表面234a以及与金属氧化物半导体层240接触的第二表面234b。源极252和漏极254位于栅极绝缘层230和金属氧化物半导体层240上。具体地，源极252和漏极254分隔的设置于栅极绝缘层230和金属氧化物半导体层240上方，以使部分金属氧化物半导体层240从源极252和漏极254之间露出。而且，源极252和漏极254分别与金属氧化物半导体层240相接触。钝化保护层260位于金属氧化物半导体薄膜晶体管200上，并覆盖源极252、漏极254上及从源极252和漏极254间露出的部分金属氧化物半导体层240，以对金属氧化物半导体薄膜晶体管200起到保护的作用。钝化保护层260例如可以是氮化硅层或氧化硅层，但并不以此为限。
[0027]承上述，本实施例中，栅极绝缘层230包括氮氧化硅层232和氧化硅层234。栅极绝缘层230的氮氧化硅层232直接设于基板210的表面并覆盖栅极220。栅极绝缘层230的氧化硅层234位于氮氧化硅层232与金属氧化物半导体层240之间，且氧化硅层234靠近第二表面234b的氧原子密度大于氧化硅层234靠近第一表面234a的氧原子密度。所谓氧原子密度是指单位体积氧化硅层234的氧原子的摩尔数。例如，靠近第一表面234a的氧化硅层234可定义为氧化硅SiOx1，靠近第二表面234b的氧化硅层234可定义为氧化硅SiOx2,其中，I < X1 < X2 < 2，靠近第二表面234b的氧化硅层234具有较高的氧原子含量，也就是说，氧化硅层234靠近第二表面234b的氧化硅SiOx2的氧原子密度大于氧化硅层234靠近第一表面234a的氧化硅SiOx1的氧原子密度。较佳的是，氧化硅层234的氧原子密度从第一表面234a至第二表面234b沿垂直于第一表面234a和第二表面234b的厚度方向A连续增大。
[0028]在本实施例中，一方面，栅极绝缘层230的氮氧化硅层232的氮氧化硅分子结构可有效阻止栅极220中的导电性离子(例如金属离子等)在电场的作用下扩散至氧化硅层234，从而保证栅极绝缘层230的氧化硅层234的电绝缘性，进而防止源极252、漏极254和栅极220发生短路。另一方面，相较于现有技术中单纯用氧化硅或氮化硅形成栅极绝缘层，栅极绝缘层230从氮氧化硅层232到氧化硅层234所含有的氧原子增加，膜层材料组成上的改变导致形成多膜层的结构，因单层薄膜的成膜应力会随薄膜厚度的增加而增加，通过将栅极绝缘层230设置为多层膜的结构，降低了其中每层膜的厚度，一定程度上降低了栅极绝缘层230总体的内部应力，从而有效的解决了玻璃材质的基板210因膜层应力而可能出现的易破片的问题，以提高金属氧化物半导体薄膜晶体管200的稳定性。为了克服现有技术中氮化硅容易导致金属氧化物半导体层形成氧缺陷的问题，在本实施例中把栅极绝缘层230的靠近金属氧化物半导体层240的一层设置为氧化硅层234，由于氧化硅层234靠近第二表面234b的氧原子密度较高，氧化硅层234的与金属氧化物半导体层240接触的第二表面234b呈富氧状态，氧化硅层234不会导致金属氧化物半导体层240形成氧缺陷，也就是说，金属氧化物半导体层240中的氧含量不会因为与栅极绝缘层230的接触而减少。另外，为了克服氧化硅成膜速率低从而耗费工艺时间长的问题，本实施例把栅极绝缘层230的远离金属氧化物半导体层240的一层设置为氮氧化硅层232，这样在成膜厚度相当的情况下，有利于克服采用单层氧化硅层作为栅极绝缘层工艺时间长的缺点，提高产能。同时，靠近金属氧化物半导体层240的氧化硅层234还能有效阻挡氮氧化硅层232中的杂质离子(氮氧化硅分子结构中除组成分子结构的硅、氮、氧之外，还可能包括例如游离的氢离子(H+)或氮离子(N+)等杂质离子)扩散至金属氧化物半导体层240，从而起到保护金属氧化物半导体层240的作用。因此，本实施例的金属氧化物半导体薄膜晶体管200的栅极绝缘层230对金属氧化物半导体层240的性能影响甚小，从而有利于进一步提升金属氧化物半导体薄膜晶体管200的性能。此外，由于氧化硅层234靠近第二表面234b的氧原子密度大于氧化硅层234靠近第一表面的氧原子密度，也就是说氧化硅层234仅需要局部实现较高的氧含量，不需要在整个氧化硅层234都具有较大的氧原子密度，因此还有利于降低工艺成本。
[0029]以下将具体说明金属氧化物半导体薄膜晶体管200的制作方法，其包括以下步骤。
[0030]首先，在基板210上形成栅极220。栅极220可通过沉积成膜和蚀刻图案化等工艺来实现。
[0031]其次，在基板210上形成栅极绝缘层230，并覆盖栅极220。具体地，先在基板210上形成氮氧化硅层232，再在氮氧化硅层232上形成氧化硅层234。氮氧化硅层232和氧化硅层234例如均可采用等离子增强化学气相沉积法来沉积形成。其中，形成氮氧化硅232和形成氧化硅234是采用在同一沉积装置中连续沉积的方式，等离子增强化学气相沉积法所采用的原料气体例如包括第一气体和第二气体，其中第一气体主要用于提供氮原子或氧原子，第二原料气体主要用于提供硅原子。本实施例中，第一气体例如包括一氧化二氮(N2O),且第二气体例如包括硅烷(SiH4)。在形成氮氧化硅层232时，一氧化二氮和硅烷的体积比以小于2为宜。需要注意的是，根据第一气体和第二气体的不同以及沉膜装置的实际工艺参数的不同，在形成氮氧化硅层232时，第一气体和第二气体的体积比并不限定在小于2，也可为其他数值。当氮氧化硅层232沉积到预定厚度时，增加原料气体中的第一气体和第二气体的体积比，使一氧化二氮和硅烷的体积比等于或大于2，以形成氧化硅层234。而且，在形成氧化硅层234时，逐渐连续增大原料气体中第一气体和第二气体的体积比，使原料气体的氧原子的含量在氧化硅层234的沉积形成过程中逐渐连续增大。从而，从氧化硅234的第一表面234a至氧化硅层234的第二表面234b的氧原子密度也相应的连续增大。最后，氧化娃层234靠近第二表面234b的氧原子密度大于氧化娃层234靠近第一表面234a的氧原子密度。本实施例中，较佳地，一氧化二氮和硅烷的体积比例如可介于2?5之间，同时，在氧化硅层232的沉积形成过程中，一氧化二氮和硅烷的体积比从2到5逐渐连续增大。需要注意的是，根据第一气体和第二气体的不同以及沉膜装置的实际工艺参数的不同，第一气体和第二气体的体积比并不限定在2?5之间变化，也可为其他数值区间。等离子增强化学气相沉积法的沉积压力等其他参数条件可根据实际需求进行选择，在此不作特别限定。
[0032]值得一提的是，在等离子增强化学气相沉积法形成氧化硅层234之后，还可对氧化硅层234的第二表面234b进行进一步的氧缺陷处理。例如，本实施例中，在利用沉积装置成膜之后，可利用同一沉积装置，停止供应硅烷，仅供应一氧化二氮，利用一氧化二氮对氧化硅层234的第二表面234b进行进一步的氧缺陷处理。经过氧缺陷处理步骤，氧化硅层234靠近第二表面234b的氧原子密度可以进一步提高，金属氧化物半导体层240中的氧向栅极绝缘层230扩散的可能性进一步减少，从而有利于进一步降低栅极绝缘层230对金属氧化物半导体层240的性能影响，以进一步提升金属氧化物半导体薄膜晶体管200的性能。
[0033]之后，在栅极绝缘层230上形成金属氧化物半导体层240。金属氧化物半导体层240例如是铟镓锌氧化物(IGZ0)层，其可通过将金属氧化物半导体材料例如铟镓锌氧化物材料沉积成膜和蚀刻图案化等工艺来实现。
[0034]然后，在栅极绝缘层230和金属氧化物半导体层240上方形成源极252和漏极254。源极252和漏极254分隔的设置于栅极绝缘层230和金属氧化物半导体层240上方，以在源极252和漏极254之间暴露出部分金属氧化物半导体层240。源极252和漏极254可通过沉积成膜和蚀刻图案化等工艺来实现。
[0035]再次，在源极252和漏极254以及金属氧化物半导体层240上形成钝化保护层260。钝化保护层260位于源极252和漏极254上并覆盖从源极252和漏极254间露出的部分金属氧化物半导体层240，以对金属氧化物半导体薄膜晶体管200起到保护的作用。钝化保护层260例如可以是氮化硅层或氧化硅层，其可通过将保护层材料例如氧化硅或氮化硅材料沉积成膜等工艺来实现。
[0036]图3所示为本发明第二实施例的金属氧化物半导体薄膜晶体管的剖视结构示意图。本实施例中，金属氧化物半导体薄膜晶体管200a与金属氧化物半导体薄膜晶体管200的结构大致相同，二者的区别在于，金属氧化物半导体薄膜晶体管200a还包括有沟道保护层245。在设置源极252和漏极254之前，先在金属氧化物半导体层240上设置沟道保护层245，沟道保护层245设置在金属氧化物半导体层240上并覆盖部分金属氧化物半导体层240，金属氧化物半导体层240的两端从沟道保护层245的两侧露出，以实现源极252与金属氧化物半导体层240的直接接触和漏极254与金属氧化物半导体层240的直接接触。在制作源极252和漏极254时，沟道保护层245可使金属氧化物半导体层240时得到更为有效的保护。此时，源极252和漏极254分隔的设置于栅极绝缘层230和沟道保护层245上方，以使得金属氧化物半导体层240上的部分沟道保护层245从源极252和漏极254之间露出，且源极252和漏极254分别与从沟道保护层245露出的金属氧化物半导体层240相接触。沟道保护层245例如是氧化硅层或氮化硅层，其可通过将保护层材料例如氧化硅或氮化硅材料沉积成膜和蚀刻图案化等工艺来实现。
[0037]本实施例中金属氧化物薄膜晶体管200a在得到与第一实施例中金属氧化物薄膜晶体管200的相似的效果的同时，可以通过沟道保护层245使金属氧化物半导体层240得到更为有效的保护。
[0038]图4是本发明第三实施例的金属氧化物半导体薄膜晶体管200b的剖视结构示意图。请参阅图3，本实施例中，金属氧化物半导体薄膜晶体管200b与金属氧化物半导体薄膜晶体管200的结构大致相同，二者的区别在于，金属氧化物半导体薄膜晶体管200b的栅极绝缘层330的氧化硅层334包括第一氧化硅层335以及第二氧化硅层336。其中，第二氧化硅层336定义为SiOy，y ( 2 ;第一氧化硅层335定义为SiOx，I ^ x ^ y0第二氧化硅层336具有均匀的氧原子密度，第一氧化硅层335也具有均匀的氧原子密度，且第二氧化硅层336的氧原子密度大于第一氧化硅层335的氧原子密度。所谓氧原子密度是指单位体积第一氧化硅层335或第二氧化硅层336的氧原子的摩尔数。第一氧化硅层335具有与氮氧化娃层332接触的表面(即氧化娃层334的第一表面334a),第二氧化娃层336具有与金属氧化物半导体层240接触的表面(即氧化硅层334的第二表面334b)，因此，靠近第二表面334b的第二氧化硅层336具有较高的氧原子含量，也即，氧化硅层334靠近第二表面334b的氧原子密度大于氧化娃层334靠近第一表面334a的氧原子密度。
[0039]金属氧化物半导体薄膜晶体管200b的制作方法也与金属氧化物半导体薄膜晶体管200的制作方法大致相同。二者的区别在于，当氮氧化硅层232沉积到预定厚度时，增加原料气体中的第一气体和第二气体的体积比到第一预定体积比以继续形成第一氧化硅层335。当第一氧化硅层335沉积到预定厚度时，再次增加原料气体中的第一气体和第二气体的体积比到第二预定体积比以继续形成第二氧化硅层336。由于原料气体的氧原子的含量的增大，第二氧化硅层336具有较高的氧原子含量，也即，最后形成的氧化硅层334靠近第二表面334b的氧原子密度大于氧化娃层334靠近第一表面334a的氧原子密度。本实施例中，在形成氧化硅334的过程中，原料气体中的第一气体和第二气体例如分别为一氧化二氮和硅烷，较佳地，一氧化二氮和硅烷的体积比例如可介于2~5之间，即第一预定体积比与第二预定体积比介于2~5之间，同时，第二预定体积比大于第一预定体积比，也即，在氧化娃层334的第一氧化娃层335和第二氧化娃层336的沉积形成过程中，一氧化二氮和娃烷的体积比从第一预定体积比增大至第二预定体积比，其中，第一预定体积比和第二预定体积比可选自2~5之间的数值。需要注意的是，根据原料气体中的第一气体和第二气体的不同以及沉膜装置的实际工艺参数的不同，第一气体和第二气体的体积比并不限定在2~5之间变化，也可为其他数值区间，只要第二预定体积比大于第一预定体积比即可。等离子增强化学气相沉积法的沉积压力等其他参数条件可根据实际需求进行选择，在此不作特别限定。
[0040]综上所述，本发明的金属氧化物半导体薄膜晶体管200、20`0a、200b的栅极绝缘层230,330包括氮氧化硅层232和氧化硅层234、334，且氧化硅层234、334靠近与金属氧化物半导体层240接触的第二表面234b、334b的氧原子密度大于氧化硅层234、334靠近与氮氧化硅层232接触的第一表面234a、334a的氧原子密度。栅极绝缘层230的氮氧化硅层232可有效阻止栅极220中的导电性离子在电场的作用下扩散至氧化硅层234、334，从而保证栅极绝缘层230的氧化硅层234、334的电绝缘性，进而防止源极242、漏极244和栅极220发生短路。栅极绝缘层230从氮氧化硅层232到氧化硅层234、334所含有的氧原子逐渐增加，使组成整个栅极绝缘层230的膜层材料不同，膜层材料组成上的改变导致形成多膜层的结构，而多个膜层的应力相互叠加抵消在一定程度上降低了氮氧化硅层232的内部应力，从而有效的解决了玻璃材质的基板210因膜层应力而可能出现的易破片的问题，以提高金属氧化物半导体薄膜晶体管200、200a、200b的稳定性。此外，由于氧化硅层234、334靠近第二表面234b、334b的氧原子密度较高，与金属氧化物半导体层240接触的第二表面234b、334b呈富氧状态，金属氧化物半导体层240中的氧含量不会因为与栅极绝缘层230、330的接触而减少。另外，氧化硅层234、334还能有效阻挡氮氧化硅层232中的杂质氢和氮扩散至金属氧化物半导体层240，从而起到保护金属氧化物半导体层240的作用。因此，金属氧化物半导体薄膜晶体管200、200a、200b的栅极绝缘层230、330对金属氧化物半导体层240的性能影响甚小，从而有利于进一步提升金属氧化物半导体薄膜晶体管200、200a、200b的性能。再者，栅极绝缘层包括氮氧化硅层和氧化硅层双层结构，在成膜厚度相当的情况下，有利于克服采用单层氧化硅层作为栅极绝缘层工艺时间长的缺点，以提高产能，且有效的解决了因成膜应力过大而导致得玻璃基板易破片的问题。同时，由于氧化硅层靠近第二表面的氧原子密度大于氧化硅层靠近第一表面的氧原子密度，也就是说氧化硅层仅需要局部实现较高的氧含量，不需要在整个氧化硅层都具有较大的氧原子密度，因此降低了工艺成本。
[0041]以上对本发明所提供的金属氧化物半导体薄膜晶体管及其制作方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【权利要求】
1.一种金属氧化物半导体薄膜晶体管，包括栅极、栅极绝缘层以及金属氧化物半导体层，该栅极绝缘层位于该栅极与该金属氧化物半导体层之间，其特征在于，该栅极绝缘层包括氮氧化娃层和氧化娃层，该氮氧化娃层位于该栅极与该氧化娃层之间；该氧化娃层位于该氮氧化硅层与该金属氧化物半导体层之间，且该氧化硅层具有与该氮氧化硅层接触的第一表面以及与该金属氧化物半导体层接触的第二表面，该氧化硅层靠近该第二表面的氧原子密度大于该氧化硅层靠近该第一表面的氧原子密度。
2.如权利要求1所述的金属氧化物半导体薄膜晶体管，其特征在于，该氧化硅层的氧原子密度从该第一表面至该第二表面逐渐连续增大。
3.如权利要求1所述的金属氧化物半导体薄膜晶体管，其特征在于，该氧化硅层包括第一氧化娃层和第二氧化娃层，该第一氧化娃层位于该氮氧化娃层和该第二氧化娃层之间，该第二氧化硅层位于该第一氧化硅层和该金属氧化物半导体层之间，该第一氧化硅层与该氮氧化硅层接触的表面为该第一表面，该第二氧化硅层与该金属氧化物半导体层之接触的表面为该第二表面，该第二氧化硅层的氧原子密度大于该第一氧化硅层的氧原子密度。
4.如权利要求1、2或3所述的金属氧化物半导体薄膜晶体管，其特征在于，该金属氧化物半导体薄膜晶体管还包括有沟道保护层，该沟道保护层位于该金属氧化物半导体层上并覆盖部分该金属氧化物半导体层，该金属氧化物半导体层在该沟道保护层的两端露出。
5.一种金属氧化物半导体薄膜晶体管的制作方法，包括在栅极上形成栅极绝缘层，以及在该栅极绝缘层上形成金属氧化物半导体层，其特征在于，在该栅极上形成该栅极绝缘层包括: 在该栅极上形成氮氧化硅层；以及 在该氮氧化娃层上形成氧化娃层，且该氧化娃层具有与该氮氧化娃层接触的第一表面以及与该金属氧化物半导体 层接触的第二表面，该氧化硅层靠近该第二表面的氧原子密度大于该氧化硅层靠近的该第一表面的氧原子密度。
6.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，该氧化硅层采用等离子增强化学气相沉积法形成，其中，该等离子增强化学气相沉积法所使用的气体原料包括用于提供氧的第一气体和用于提供娃的第二气体，在该氧化娃层的该沉积形成过程中，该第一气体和该第二气体的体积比逐渐连续增大。
7.如权利要求6所述的制作方法，其特征在于，该第一气体包括一氧化二氮，且该第二气体包括硅烷，该第一气体和该第二气体的体积比介于2~5之间且逐渐连续增大。
8.如权利要求6所述的制作方法，其特征在于，在形成该氧化硅层之后，通过该第一气体对该氧化硅层进行氧缺陷处理。
9.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，在该氮氧化硅层上形成该氧化硅层包括: 在该氮氧化娃层上形成第一氧化娃层，该第一氧化娃层与该氮氧化娃层接触的表面为该第一表面，以及 在该第一氧化硅层上形成第二氧化硅层，该第二氧化硅层与该金属氧化物半导体层之接触的表面为该第二表面，且该第二氧化硅层的氧原子密度大于该第一氧化硅层的氧原子密度。
10.权利要求9所述的制作方法，其特征在于，该第一氧化硅层和该第二氧化硅层均采用等离子增强化学气相沉积法形成，该等离子增强化学气相沉积法所使用的原料气体包括用于提供氧的第一气体和用于提供硅的第二气体，在该第二氧化硅层的沉积形成过程中的该第一气体和该第二气体的第二预定体积比大于在该第一氧化硅层的沉积形成过程中的该第一气体和该第二气体的·第一预定体积比。
【文档编号】H01L21/336GK103824887SQ201410061903
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月24日 优先权日:2014年2月24日
【发明者】简廷宪, 钟德镇, 吴婷婷, 戴文君 申请人:昆山龙腾光电有限公司