(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜トランジスタの製造方法であって、
ゲート電極及び基板の上にゲート誘電体層を堆積するステップと、
前記ゲート誘電体層の上に酸窒化物アクティブチャネルを形成するステップとを含み、
前記形成は、
酸素、窒素、及び、亜鉛、インジウム、スズ、カドミウム、及びガリウムから成る群から選択される１以上の元素を含み第１組成を有する１以上のゲート制御層を堆積するステップを含み、少なくとも１又は前記１以上のゲート制御層は前記ゲート誘電体層に接触しており、１以上のゲート制御層を堆積するステップは、アルゴン、窒素含有ガス、及び酸素含有ガスを、スパッタリングチャンバに導入するステップと、亜鉛含有ターゲットをスパッタリングするステップとを含み、
前記形成は、前記１以上のゲート制御層のうちの少なくとも１つに接触する１以上のバルク層を堆積するステップを更に含み、前記１以上のバルク層は、酸素、窒素、及び、亜鉛、インジウム、スズ、カドミウム、及びガリウムから成る群から選択される、前記第１組成とは異なる第２組成を有する１以上の元素を含み、
前記形成は、前記１以上のバルク層のうちの少なくとも１つに接触する１以上のバックチャネルインタフェース制御層を堆積するステップを更に含み、前記１以上のバックチャネルインタフェース制御層は、酸素、窒素、及び、亜鉛、インジウム、スズ、カドミウム、及びガリウムから成る群から選択される、前記第１組成及び前記第２組成のうちの１以上と異なる第３組成を有する１以上の元素を含み、
前記方法は、前記１以上のバックチャネルインタフェース制御層の最上層の上に導電層を堆積するステップと、
ソース及びドレイン電極を画定し、前記１以上のバックチャネルインタフェース制御層の最上層を露出するために導電層をパターニングするステップとを更に含む方法。
【請求項２】
前記酸素含有ガスは亜酸化窒素を含み、前記窒素含有ガスは窒素を含み、前記１以上のゲート制御層は複数の層を含み、前記ゲート制御層のうちの少なくとも２つの前記組成は異なる請求項１記載の方法。
【請求項３】
薄膜トランジスタの製造方法であって、
ゲート電極及び基板の上にゲート誘電体層を堆積するステップと、
前記ゲート誘電体層の上に酸窒化物アクティブチャネルを形成するステップとを含み、
前記形成は、
酸素、窒素、及び、亜鉛、インジウム、スズ、カドミウム、及びガリウムから成る群から選択される１以上の元素を含み第１組成を有する１以上のゲート制御層を堆積するステップを含み、少なくとも１又は前記１以上のゲート制御層は前記ゲート誘電体層に接触しており、
前記形成は、前記１以上のゲート制御層のうちの少なくとも１つに接触する１以上のバルク層を堆積するステップを更に含み、前記１以上のバルク層は、酸素、窒素、及び、亜鉛、インジウム、スズ、カドミウム、及びガリウムから成る群から選択される、前記第１組成とは異なる第２組成を有する１以上の元素を含み、１以上のバルク層を堆積するステップは、アルゴン、窒素含有ガス、及び酸素含有ガスを、スパッタリングチャンバに導入するステップと、亜鉛含有ターゲットをスパッタリングするステップとを含み、
前記形成は、前記１以上のバルク層のうちの少なくとも１つに接触する１以上のバックチャネルインタフェース制御層を堆積するステップを更に含み、前記１以上のバックチャネルインタフェース制御層は、酸素、窒素、及び、亜鉛、インジウム、スズ、カドミウム、及びガリウムから成る群から選択される、前記第１組成及び前記第２組成のうちの１以上と異なる第３組成を有する１以上の元素を含み、
前記方法は、前記１以上のバックチャネルインタフェース制御層の最上層の上に導電層を堆積するステップと、
ソース及びドレイン電極を画定し、前記１以上のバックチャネルインタフェース制御層の最上層を露出するために導電層をパターニングするステップとを更に含む方法。
【請求項４】
前記酸素含有ガスは亜酸化窒素を含み、前記窒素含有ガスは窒素を含み、前記１以上のバルク層は複数の層を含み、前記バルク層のうちの少なくとも２つの前記組成は異なる請求項３記載の方法。
【請求項５】
薄膜トランジスタの製造方法であって、
ゲート電極及び基板の上にゲート誘電体層を堆積するステップと、
前記ゲート誘電体層の上に酸窒化物アクティブチャネルを形成するステップとを含み、
前記形成は、
酸素、窒素、及び、亜鉛、インジウム、スズ、カドミウム、及びガリウムから成る群から選択される１以上の元素を含み第１組成を有する１以上のゲート制御層を堆積するステップを含み、少なくとも１又は前記１以上のゲート制御層は前記ゲート誘電体層に接触しており、
前記形成は、前記１以上のゲート制御層のうちの少なくとも１つに接触する１以上のバルク層を堆積するステップを更に含み、前記１以上のバルク層は、酸素、窒素、及び、亜鉛、インジウム、スズ、カドミウム、及びガリウムから成る群から選択される、前記第１組成とは異なる第２組成を有する１以上の元素を含み、
前記形成は、前記１以上のバルク層のうちの少なくとも１つに接触する１以上のバックチャネルインタフェース制御層を堆積するステップを更に含み、前記１以上のバックチャネルインタフェース制御層は、酸素、窒素、及び、亜鉛、インジウム、スズ、カドミウム、及びガリウムから成る群から選択される、前記第１組成及び前記第２組成のうちの１以上と異なる第３組成を有する１以上の元素を含み、１以上のバックチャネルインタフェース制御層を堆積するステップは、アルゴン、窒素含有ガス、及び酸素含有ガスを、スパッタリングチャンバに導入するステップと、亜鉛含有ターゲットをスパッタリングするステップとを含み、
前記方法は、前記１以上のバックチャネルインタフェース制御層の最上層の上に導電層を堆積するステップと、
ソース及びドレイン電極を画定し、前記１以上のバックチャネルインタフェース制御層の最上層を露出するために導電層をパターニングするステップとを更に含む方法。
【請求項６】
前記酸素含有ガスは亜酸化窒素を含み、前記窒素含有ガスは窒素を含み、前記１以上のバックチャネルインタフェース制御層は複数の層を含み、前記バックチャネルインタフェース制御層のうちの少なくとも２つの前記組成は異なる請求項５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
（発明の分野）
本明細書に開示される実施形態は、概して、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）及びＴＦＴを製造する方法に関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
現在、ＴＦＴアレイへの関心は特に高く、なぜなら、これらの装置はコンピュータ及びテレビのフラットパネルにしばしば使用される種類のアクティブマトリックス液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）で使用できるからである。ＬＣＤには、バックライト照明用の発光ダイオード（ＬＥＤ）も含まれるかもしれない。更に、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、アクティブマトリックスディスプレイに使用されてきており、これらのＯＬＥＤは、ディスプレイの動作を記述するためにＴＦＴが必要である。
【０００３】
アモルファスシリコンで作られたＴＦＴは、フラットパネルディスプレイ産業の主要なコンポーネントとなった。残念ながら、アモルファスシリコンには、低い移動度などの制約がある。ＯＬＥＤに必要とされる移動度は、アモルファスシリコンで得られる移動度よりも少なくとも１０倍高い。更に、ＯＬＥＤディスプレイは電流駆動型デバイスであるので、Ｖｔｈシフトに対してより敏感である。高電流又は高バイアス電圧下のいずれかにおけるアモルファスシリコンＴＦＴのＶｔｈシフトは、取り組むべき課題である。他方、ポリシリコンは、アモルファスシリコンよりも高い移動度を有している。ポリシリコンは結晶であり、低い局所的不均一性をもたらす。ポリシリコン膜を作るために複雑なアニーリング処理を必要とするため、アモルファスシリコンとは対照的に、ポリシリコンを使用して大面積ディスプレイを作るのは、より困難であり、及びよりコストが掛かる。アモルファスシリコンの制約のため、ＯＬＥＤの進歩は遅かった。
【０００４】
近年、酸化亜鉛をアクティブチャネル層として使用する透明なＴＦＴが作られた。酸化亜鉛は、ガラスやプラスチックなどの様々な基板上に比較的低い析出温度で結晶性材料として成長させることができる合成半導体である。
【０００５】
従って、高移動度をもつアモルファス又は非結晶性アクティブチャネルを有するＴＦＴに対する技術の必要性がある。
【発明の概要】
【０００６】
本明細書に開示される実施形態は、概して、ＴＦＴ及びＴＦＴを製造する方法に関する。ＴＦＴにおいて、アクティブチャネル層は、ソースとドレイン電極間で電流を運ぶ。アクティブチャネルの組成を調整することによって、電流を制御できる。アクティブチャネルは、ゲート制御層、バルク層、バックチャネルインタフェース制御層の３層に分割されてもよい。ゲート制御層は、アクティブチャネルとゲート誘電体層間の界面に最も近い層又は層の群である。バックチャネルインタフェース制御層は、アクティブチャネルとパッシベーション又はエッチストップ層間の界面に最も近い層又は層の群である。バルク層は、ゲート制御層とバックチャネルインタフェース制御層間にある層又は層の群である。別々の層は、異なる組成を有してもよい。ゲート制御層、バルク層、バックチャネルインタフェース制御層の夫々は、異なる組成を有することができる多重層を更に含んでもよい。アクティブチャネルの様々な層の組成は、酸素、窒素、及び、亜鉛、インジウム、カドミウム、スズ、ガリウム及びそれらの組み合わせから成る群から選択される１以上の元素を含む。所望の特性を有するＴＦＴを生産するために、層の中で組成を変えることによって、様々な層の移動度、キャリア濃度、及び導電性を制御してもよい。更に、所望の特性を有するＴＦＴを生産するために、層の中で組成を変えることによって、ゲート誘電体層及びパッシベーション又はキャッピング層と共に、層間の界面のみならず層間のバンドギャップ又は電場を制御してもよい。
【０００７】
一実施形態において、ＴＦＴは、ゲート電極及び基板上に配置されたゲート誘電体層と、基板の反対側のゲート誘電体層に結合されたアクティブチャネルとを含む。アクティブチャネルは、酸素、窒素、及び、亜鉛、インジウム、スズ、カドミウム、及びガリウムから成る群から選択される１以上の元素を含む１以上のゲート制御層を含む。１以上のゲート制御層は、第１組成を有する。１以上のゲート制御層のうちの少なくとも１つは、ゲート誘電体層に接触している。アクティブチャネルも、１以上のゲート制御層のうちの少なくとも１つに接触している１以上のバルク層を含む。１以上のバルク層は、酸素、窒素、及び、亜鉛、インジウム、スズ、カドミウム、及びガリウムから成る群から選択される１以上の元素を含む。１以上のバルク層は、第１組成とは異なる第２組成を有する。アクティブチャネルも、１以上のバルク層のうちの少なくとも１つに接触する１以上のバックチャネルインタフェース制御層を含む。１以上のバックチャネルインタフェース制御層は、酸素、窒素、及び、亜鉛、インジウム、スズ、カドミウム、及びガリウムから成る群から選択される１以上の元素を含む。１以上のバックチャネルインタフェース制御層は、第１組成及び第２組成の１以上と異なる第３組成を有する。ＴＦＴは、１以上のバックチャネルインタフェース制御層のうちの少なくとも１つと結合されたソース及びドレイン電極も含む。
【０００８】
別の実施形態では、ＴＦＴの製造方法が開示されている。この方法は、ゲート電極及び基板上にゲート誘電体層を堆積するステップと、ゲート誘電体層の上にアクティブチャネルを形成するステップとを含む。この形成は、ゲート誘電体層の上に、第１組成を有する、酸素、窒素、及び、亜鉛、インジウム、スズ、カドミウム、及びガリウムから成る群から選択される１以上の元素を含む１以上のゲート制御層を堆積するステップを含む。１以上のゲート制御層のうちの少なくとも１つは、ゲート誘電体層に接触している。この形成は、１以上のゲート制御層のうちの少なくとも１つと接触する１以上のバルク層を堆積するステップも含む。１以上のバルク層は、酸素、窒素、及び、亜鉛、インジウム、スズ、カドミウム、及びガリウムから成る群から選択される１以上の元素を含む。１以上のバルク層は、第１組成とは１以上のバックチャネルインタフェース制御層を堆積するステップも含む。  １以上のバックチャネルインタフェース制御層は、酸素、窒素、及び、亜鉛、インジウム、スズ、カドミウム、及びガリウムから成る群から選択される１以上の元素を含む。１以上のバックチャネルインタフェース制御層は、第１組成及び第２組成のうちの１以上と異なる第３組成を有する。この方法は、１以上のバックチャネルインタフェース制御層の最上層に導電層を堆積するステップと、ソース及びドレイン電極を画定し、１以上のバックチャネルインタフェース制御層の最上層を露出するために導電層をパターニングするステップも含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の上述した構成を詳細に理解することができるように、上記に簡単に要約した本発明のより具体的な説明を実施形態を参照して行う。実施形態のいくつかは添付図面に示されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、従ってこの範囲を制限されていると解釈されるべきではなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。
【００１０】
【図１Ａ】〜
【図１Ｇ】様々な製造段階における本発明の一実施形態に係るＴＦＴ１００の概略断面図である。
【図２】一実施形態に係るアクティブチャネル２００の概略断面図である。
【図３】別の実施形態に係るアクティブチャネル３００の概略断面図である。
【００１１】
理解を促進するために、図面に共通する同一の要素を示す際には可能な限り同一の参照番号を使用している。一実施形態に開示される要素を特定の引用なしに他の実施形態に有益に組み込んでもよいと理解される。
【詳細な説明】
【００１２】
ここに議論される実施形態は、カリフォルニア州サンタクララ（Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣＡ）のアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｃ．，）の子会社であるＡＫＴアメリカ社（ＡＫＴ  Ａｍｅｒｉｃａ，  Ｉｎｃ．）によって製造販売される物理的気相成長法（ＰＶＤ）装置で実行してもよい。ここに説明される方法は、他のメーカーによって製造販売される装置を含む他の装置で実行してもよいことが理解される。ここで議論される実施形態はＰＶＤに限定されず、むしろ、化学気相成長法（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、パルスレーザー堆積法、スピンオンゾルゲル堆積法、及び原子層成長法（ＡＬＤ）を含むがこれらに限定されない他の堆積法を用いて実行してもよい。
【００１３】
図１Ａ〜１Ｇは、様々な製造段階における本発明の一実施形態に係るＴＦＴ１００の概略断面図である。ＴＦＴは基板１０２を含んでもよい。一実施形態では、基板１０２はガラスを含んでもよい。別の実施形態では、基板１０２はポリマーを含んでもよい。別の実施形態では、基板１０２はプラスチックを含んでもよい。更に別の実施形態では、基板１０２は金属を含んでもよい。別の実施形態では、基板１０２はステンレス鋼板を含んでもよい。
【００１４】
基板上に、ゲート電極１０４を形成してもよい。ゲート電極１０４は、ＴＦＴ内で荷電粒子の動きを制御する導電層を含んでもよい。ゲート電極１０４は、アルミニウム、モリブデン、タングステン、クロム、タンタル、又はそれらの組み合わせなどの金属を含んでもよい。ゲート電極１０４は、スパッタリング、リソグラフィー、及びエッチングを含む従来の堆積技術を使用して形成してもよい。ゲート電極１０４は、基板１０２上に導電層を堆積させる被覆（ブランケット）によって形成してもよい。導電層はスパッタリングによって堆積してもよい。その後、フォトレジスト層は導電層の上に堆積してもよい。フォトレジスト層は、マスクを形成するためにパターニングしてもよい。ゲート電極１０４は、基板１０２の上にゲート電極１０４を残すために導電層のマスクされていない部分をエッチングで取り除くことによって形成してもよい。
【００１５】
ゲート電極１０４の上に、ゲート誘電体層１０６を堆積してもよい。ゲート誘電体層１０６は、ＴＦＴのサブスレッショルドスイング又はスロープ及び閾値電圧に影響する。シリコンベースのＴＦＴ（即ち、アモルファスシリコンなどのシリコンベースの半導体層を有するＴＦＴ）において、ＶｔｈがＴＦＴの動作を悪化させるゲート電圧のゼロボルトからはるかに離れているので、ゲート誘電体層１０６は酸化珪素を含むことができない。しかしながら、金属酸化物ＴＦＴに対して、酸化珪素が有効なゲート誘電体層１０６として機能するかもしれないことが発見された。酸化珪素の中の酸素は、金属酸化物層を不利益に変化させる可能性は無いので、ＴＦＴが動作しない可能性は無い。一実施形態では、ゲート誘電体層１０６は窒化珪素を含んでもよい。別の実施形態では、ゲート誘電体層１０６は酸化珪素を含んでもよい。別の実施形態では、ゲート誘電体層１０６は酸窒化珪素を含んでもよい。別の実施形態では、ゲート誘電体層１０６はＡｌ２Ｏ３を含んでもよい。ゲート誘電体層１０６は、ＰＥＣＶＤを含むよく知られた堆積技術で堆積してもよい。一実施形態では、ゲート誘電体層１０６はＰＶＤによって堆積してもよい。
【００１６】
ゲート誘電体層１０６を堆積した後に、ゲート誘電体層１０６を処理してもよい。技術のうちの１つは、ゲート誘電体層１０６の表面をパッシベーションするために、ゲート誘電体層１０６をプラズマ１０８に曝露することを含む。一実施形態では、ゲート誘電体層１０６は、Ｎ２Ｏ又はＯ２などの酸素含有ガスを含むプラズマに曝露してもよい。別の実施形態では、ゲート誘電体層１０６は酸素含有プラズマに曝露した後に、Ｈ２、Ａｒ、Ｎ２、又はＰＨ３を含むプラズマに曝露してもよい。別の実施形態では、ゲート誘電体層１０６は、Ｎ２Ｏ又はＯ２などのプラズマがない酸素含有ガスに曝露してもよい。別の実施形態では、ゲート誘電体層１０６は酸素含有ガスに曝露した後に、酸素含有プラズマに曝露してもよい。更に別の実施形態では、ゲート誘電体層１０６の処理に加えて又は代わりに、シリコン酸化層をゲート誘電体層１０６の上に堆積してもよい。
【００１７】
ゲート誘電体層１０６を処理した後に、半導体層１１０をその上に堆積してもよい。半導体層１１０は、最終的なＴＦＴ構造にアクティブチャネルを含む材料となるだろう。半導体層１１０は、酸素、窒素、及び、亜鉛、ガリウム、カドミウム、インジウム、スズ及びそれらの組み合わせから成る群から選択される１以上の元素を含んでもよい。一実施形態では、半導体層１１０は、酸素、窒素、及び、満ちたｓ軌道及び満ちたｄ軌道を有する１以上の元素を含んでもよい。別の実施形態では、半導体層１１０は、酸素、窒素、及び満ちたｆ軌道を有する１以上の元素を含んでもよい。別の実施形態では、半導体層１１０は、酸素、窒素、及び１以上の２価の元素を含んでもよい。別の実施形態では、半導体層１１０は、酸素、窒素、及び１以上の３価の元素を含んでもよい。別の実施形態では、半導体層は、酸素、窒素、及び１以上の４価の元素を含んでもよい。半導体層１１０は、アモルファス層、結晶層、又は両方の組み合わせとして堆積してもよい。
【００１８】
また、半導体層１１０は、ドーパントを含んでもよい。使用可能な適当なドーパントは、Ａｌ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｇ、ＳｉｘＮｙ、ＡｌｘＯｙ、ＳｉＣを含む。一実施形態では、ドーパントはアルミニウムを含む。別の実施形態では、ドーパントはスズを含む。
【００１９】
半導体層１１０の例は以下を含む：ＺｎＯｘＮｙ、ＳｎＯｘＮｙ、ＩｎＯｘＮｙ、ＣｄＯｘＮｙ、ＧａＯｘＮｙ、ＺｎＳｎＯｘＮｙ、ＺｎＩｎＯｘＮｙ、ＺｎＣｄＯｘＮｙ、ＺｎＧａＯｘＮｙ、ＳｎＩｎＯｘＮｙ、ＳｎＣｄＯｘＮｙ、ＳｎＧａＯｘＮｙ、ＩｎＣｄＯｘＮｙ、ＩｎＧａＯｘＮｙ、ＣｄＧａＯｘＮｙ、ＺｎＳｎＩｎＯｘＮｙ、ＺｎＳｎＣｄＯｘＮｙ、ＺｎＳｎＧａＯｘＮｙ、ＺｎＩｎＣｄＯｘＮｙ、ＺｎＩｎＧａＯｘＮｙ、ＺｎＣｄＧａＯｘＮｙ、ＳｎＩｎＣｄＯｘＮｙ、ＳｎＩｎＧａＯｘＮｙ、ＳｎＣｄＧａＯｘＮｙ、ＩｎＣｄＧａＯｘＮｙ、ＺｎＳｎＩｎＣｄＯｘＮｙ、ＺｎＳｎＩｎＧａＯｘＮｙ、ＺｎＩｎＣｄＧａＯｘＮｙ、及びＳｎＩｎＣｄＧａＯｘＮｙ。半導体層１１０の例は以下のドープされた材料を含む：ＺｎＯｘＮｙ：Ａｌ、ＺｎＯｘＮｙ：Ｓｎ、ＳｎＯｘＮｙ：Ａｌ、ＩｎＯｘＮｙ：Ａｌ、ＩｎＯｘＮｙ：Ｓｎ、ＣｄＯｘＮｙ：Ａｌ、ＣｄＯｘＮｙ：Ｓｎ、ＧａＯｘＮｙ：Ａｌ、ＧａＯｘＮｙ：Ｓｎ、ＺｎＳｎＯｘＮｙ：Ａｌ、ＺｎＩｎＯｘＮｙ：Ａｌ、ＺｎＩｎＯｘＮｙ：Ｓｎ、ＺｎＣｄＯｘＮｙ：Ａｌ、ＺｎＣｄＯｘＮｙ：Ｓｎ、ＺｎＧａＯｘＮｙ：Ａｌ、ＺｎＧａＯｘＮｙ：Ｓｎ、ＳｎＩｎＯｘＮｙ：Ａｌ、ＳｎＣｄＯｘＮｙ：Ａｌ、ＳｎＧａＯｘＮｙ：Ａｌ、ＩｎＣｄＯｘＮｙ：Ａｌ、ＩｎＣｄＯｘＮｙ：Ｓｎ、ＩｎＧａＯｘＮｙ：Ａｌ、ＩｎＧａＯｘＮｙ：Ｓｎ、ＣｄＧａＯｘＮｙ：Ａｌ、ＣｄＧａＯｘＮｙ：Ｓｎ、ＺｎＳｎＩｎＯｘＮｙ：Ａｌ、ＺｎＳｎＣｄＯｘＮｙ：Ａｌ、ＺｎＳｎＧａＯｘＮｙ：Ａｌ、ＺｎＩｎＣｄＯｘＮｙ：Ａｌ、ＺｎＩｎＣｄＯｘＮｙ：Ｓｎ、ＺｎＩｎＧａＯｘＮｙ：Ａｌ、ＺｎＩｎＧａＯｘＮｙ：Ｓｎ、ＺｎＣｄＧａＯｘＮｙ：Ａｌ、ＺｎＣｄＧａＯｘＮｙ：Ｓｎ、ＳｎＩｎＣｄＯｘＮｙ：Ａｌ、ＳｎＩｎＧａＯｘＮｙ：Ａｌ、ＳｎＣｄＧａＯｘＮｙ：Ａｌ、ＩｎＣｄＧａＯｘＮｙ：Ａｌ、ＩｎＣｄＧａＯｘＮｙ：Ｓｎ、ＺｎＳｎＩｎＣｄＯｘＮｙ：Ａｌ、ＺｎＳｎＩｎＧａＯｘＮｙ：Ａｌ、ＺｎＩｎＣｄＧａＯｘＮｙ：Ａｌ、ＺｎＩｎＣｄＧａＯｘＮｙ：Ｓｎ、及びＳｎＩｎＣｄＧａＯｘＮｙ：Ａｌ。
【００２０】
半導体層１１０は、スパッタリングによって堆積してもよい。一実施形態では、スパッタリングターゲットは、亜鉛、ガリウム、スズ、カドミウム、インジウム、又はそれらの組み合わせなどの金属を含む。スパッタリングターゲットは、ドーパントを更に含んでもよい。反応性スパッタリングによって半導体層１１０を堆積するために、酸素含有ガス及び窒素含有ガスがチャンバ内に導入される。一実施形態では、窒素含有ガスは、Ｎ２を含む。別の実施形態では、窒素含有ガスは、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３、又はそれらの組み合わせを含む。一実施形態では、酸素含有ガスは、Ｏ２を含む。別の実施形態では、酸素含有ガスは、Ｎ２Ｏを含む。窒素含有ガスの窒素と酸素含有ガスの酸素は、金属、酸素、窒素、及び任意にドーパントを基板上に含む半導体材料を形成するために、スパッタリングターゲットからの金属と反応する。一実施形態では、窒素含有ガスと酸素含有ガスは、別々のガスである。別の実施形態では、窒素含有ガスと酸素含有ガスは、同じガスを含む。また、スパッタリングの間、Ｂ２Ｈ６、ＣＯ２、ＣＯ、ＣＨ４、及びそれらの組み合わせなどの追加添加物をチャンバに提供してもよい。
【００２１】
半導体層１１０を堆積した後に、導電層１１２を堆積してもよい。一実施形態では、導電層１１２は、アルミニウム、タングステン、モリブデン、クロム、タンタル、及びそれらの組み合わせなどの金属を含んでもよい。導電層１１２は、ＰＶＤを使用することによって堆積してもよい。
【００２２】
ソース電極１１４、ドレイン電極１１６、及びアクティブチャネル１１８は、導電層１１２を堆積した後に、導電層１１２の一部をエッチングで除去することによって画定してもよい。半導体層１１０の一部もエッチングによって除去してもよい。図示されていないが、導電層を堆積する前に、キャッピング層（又はエッチストップ層）を半導体層１１０の上に堆積してもよい。エッチストップ層は、エッチングの間、過度のプラズマ曝露からアクティブチャネル１１８を保護するために機能する。
【００２３】
半導体層１１０上及びアクティブチャネル１１８内に、第１キャッピング層１２０を堆積してもよい。一実施形態では、第１キャッピング層１２０は、酸化珪素を含んでもよい。別の実施形態では、第１キャッピング層１２０は、酸窒化珪素を含んでもよい。一実施形態では、第１キャッピング層は、ＰＥＣＶＤによって堆積してもよい。別の実施形態では、第１キャッピング層は、ＣＶＤによって堆積してもよい。別の実施形態では、第１キャッピング層１２０は、炭化珪素を含んでもよい。別の実施形態では、第１キャッピング層１２０は、アモルファスカーボンを含んでもよい。
【００２４】
第１キャッピング層１２０を堆積するために、シリコン含有ガスを処理チャンバに導入してもよい。一実施形態では、シリコン含有ガスは、ＳｉＨ４を含んでもよい。別の実施形態では、シリコン含有ガスは、テオス（ＴＥＯＳ）を含んでもよい。シリコン含有ガスに加えて、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、ＮＨ３、及びそれらの組み合わせのガスを導入してもよい。Ｎ２Ｏのシリコン含有ガスに対する流量比を約２０：１と約４０：１の間で、Ｎ２Ｏ及びシリコン含有ガスを導入してもよい。シリコンベースのＴＦＴ（即ち、シリコンを含む半導体層）で使用される伝統的な窒化珪素キャッピング層の水素及び窒素は、ＴＦＴに水素窒素効果のバランスをとるのに十分な酸素を有していなくてもよく、その結果、閾値電圧にネガティブシフトを引き起こすかもしれない。第１キャッピング層１２０の酸素含有量は、ＳｉＨ４のＮ２Ｏに対する比率を制御することによって調整してもよい。酸素含有量は高過ぎるべきではない。もしも酸素含有量が高過ぎるならば、オン電流（Ｉ０ｎ）又は移動度がかなり減少するかもしれない。最上層において強い正電荷のソースドレインパターニングが電場の下で電子移動に影響し得る間、高い酸素含有量は損傷した半導体層の領域を拡大するかもしれない。また、シリコン含有ガス及びＮ２Ｏガスに加えて、窒素ガス（Ｎ２）を導入してもよい。
【００２５】
シリコン含有ガスとＮ２Ｏガスに加えて、ＰＨ３ガスを導入してもよい。水素はＴＦＴの移動度を増加させる。従って、ＰＨ３ガスは、ＰＨ３ガス中に存在する水素のため、ＴＦＴの移動度を増加するかもしれない。しかしながら、水素は、ＴＦＴの閾値電圧をシフトさせ、より負電圧になることを引き起こし得る。従って、第１キャッピング層１２０の堆積の間にチャンバ内に存在している水素の量は、ユーザのニーズに合うようにバランスをとる必要がある。例えば、もしもユーザが閾値電圧を犠牲にしても構わないと思っているのならば、より高い移動度を達成することができる。一実施形態では、処理チャンバに導入されたガスの総水素含有量に対するＰＨ３ガスの比率は、約１：１９０と約１：２００の間であってもよい。炭素を含有する第１キャッピング層１２０を堆積するとき、導入可能なガスは、Ｎ２、Ｈ２、及びＣ２Ｈ２などの炭素含有ガスを含む。
【００２６】
第１キャッピング層１２０を堆積した後に、第１キャッピング層１２０を処理してもよい。技術のうちの１つは、第１キャッピング層１２０の表面をパッシベーションさせるために第１キャッピング層１２０をプラズマに曝露することを含む。一実施形態では、第１キャッピング層１２０は、Ｎ２Ｏ又はＯ２などの酸素含有ガスを含むプラズマに曝露してもよい。別の実施形態では、第１キャッピング層１２０は、酸素含有プラズマに曝露した後に、Ｈ２、Ａｒ、Ｎ２、又はＰＨ３を含むプラズマに曝露してもよい。別の実施形態では、第１キャッピング層１２０は、Ｎ２Ｏ、Ｈｅ、Ｈ２、Ｎ２、Ｏ２、又はそれらの組み合わせなどのプラズマの無い酸素含有ガスに曝露してもよい。別の実施形態では、第１キャッピング層１２０は、酸素含有ガスにさらされた後に酸素含有プラズマに曝露してもよい。
【００２７】
第２キャッピング層１２２は、第１キャッピング層１２０の上に堆積してもよい。一実施形態では、第２キャッピング層１２２は、第１キャッピング層１２０とは異なる組成を有している。別の実施形態では、第２キャッピング層１２２は、第１キャッピング層１２０と同じ組成を有している。第１キャッピング層及び第２キャッピング層１２２が同じ組成を有するとき、第１キャッピング層１２０及び第２キャッピング層１２２は、単一堆積ステップで堆積してもよい。一実施形態では、第１キャッピング層１２０及び第２キャッピング層１２２は、アクティブチャネル１１８内の半導体層１１０との界面における酸素含有量が、層の残り全体の酸素含有量よりも高くなるように、層中で変化する組成勾配をもつ単一処理ステップで堆積した単一層を含む。第１及び第２キャッピング層１２０、１２２の集合的な厚さの中で、第１キャッピング層は全体の厚さの約５パーセントから約２０パーセントを含んでもよい。一実施形態では、第１キャッピング層１２０の厚さは、約７５オングストロームと約１２５オングストロームの間であってもよい。
【００２８】
第２キャッピング層１２２を堆積した後に、第２キャッピング層１２２を処理してもよい。技術のうちの１つは、第２キャッピング層１２２の表面をパッシベーションさせるために第２キャッピング層１２２をプラズマに曝露することを含む。一実施形態では、第２キャッピング層１２２は、Ｎ２Ｏ又はＯ２などの酸素含有ガスを含むプラズマに曝露してもよい。別の実施形態では、第２キャッピング層１２２は、酸素含有プラズマに曝露した後で、Ｈ２、Ａｒ、Ｎ２、又はＰＨ３を含むプラズマに曝露してもよい。別の実施形態では、第２キャッピング層１２２は、Ｎ２Ｏ又はＯ２などのプラズマの無い酸素含有ガスに曝露してもよい。別の実施形態では、第２キャッピング層１２２は、酸素含有ガスに曝露した後で酸素含有プラズマに曝露してもよい。
【００２９】
図１Ｇに示されるように、アクティブチャネル１１８は、ゲート誘電体層１０６、第１キャッピング層１２０、ソース電極１１４、及びドレイン電極１１６に連結する。従って、アクティブチャネル１１８は、様々な層のキャリア濃度、移動度、バンドギャップ、導電性などが異なるため、かなり融通が利く必要がある。アクティブチャネルがシリコンベースであるならば、高ドープされたシリコンは、単なるシリコンよりもむしろアクティブレイヤーと金属電極の間の接触抵抗を改善するために使用される。
【００３０】
驚くべきことに、アクティブチャネルが酸素、窒素、及び、亜鉛、カドミウム、スズ、インジウム、及びガリウムから成る群から選択される１以上の元素を含むとき、アクティブチャネルの特性は、ユーザのニーズに合うように調整可能であることが発見された。例えば、単一層よりはむしろ、アクティブチャネルは、各層が、酸素、窒素、及び、亜鉛、カドミウム、スズ、インジウム、及びガリウムから成る群から選択される１以上の元素を有しながら、キャリア濃度、移動度、バンドギャップ、導電性、組成などの異なる半導体特性を夫々有する多重層を含んでもよい。一実施形態では、アクティブチャネルの多重層は、異なる元素を有していてもよい。多重層の目的は、アクティブレイヤーとゲート誘電体層の間及びアクティブレイヤーとキャッピング層の間における界面を合わせることである。多重層は、可能な限り最良の性能を達成するために、アクティブレイヤー内に作られるポテンシャルを調整する。多重アクティブレイヤーは、望まれない種の拡散又は望まれないプロセス状態からの付着を止めるための障壁を作るために使用してもよい。
【００３１】
図２は、一実施形態に係るアクティブチャネル２００の概略断面図である。アクティブチャネル２００は、ゲート誘電体層に隣接しているゲート制御層２０２、バルク層２０４、及びソース電極、ドレイン電極、キャッピング層に隣接しているバックチャネルインタフェース制御層２０６の３つの層を含む。ゲート制御層２０２、バルク層２０４、及びバックチャネルインタフェース制御層２０６の夫々は、キャリア濃度、移動度、バンドギャップ、結晶配向性、結晶分率又は化学組成などの異なる半導体特性を有していてもよい。層の間の特性における変化は、突然であっても、又は緩やかであってもよい。更に、層の厚さは、一実施形態で一定でなくてもよい。
【００３２】
ゲート制御層２０２は、理想的には、電流の大部分が流れる層である。従って、ゲート制御層２０２を通った電流は、バルク層２０４及びバックチャネルインタフェース制御層２０６を通った電流よりもはるかに大きい。一実施形態では、ゲート制御層２０２は、約１０オングストロームと約１００オングストロームの間の厚みを有してもよい。別の実施形態では、ゲート制御層２０２は、約５０オングストロームと約１００オングストロームの間の厚みを有してもよい。ゲート誘電体層との界面のため、ゲート制御層２０２は、バルク層２０４及びインタフェースコントロール層２０６に対して高い移動度を有してもよい。一実施形態では、ゲート制御層２０２は単一層を含んでもよい。一実施形態では、単一ゲート制御層２０２は、組成、濃度、移動度、バンドギャップ、結晶配向性又は結晶分率が層を通して変化するように、層中で徐々に変化してもよい。この変化は、ゲート制御層２０２の堆積の間に異なるガス添加物を、又はゲート制御層２０２の堆積の間に様々な処理ガスの異なる量を使用する結果として起こしてもよい。
【００３３】
別の実施形態では、ゲート制御層２０２を分割して多重層にしてもよい。多重層は、キャリア濃度、移動度、バンドギャップ、結晶配向性、結晶分率又は化学組成などの異なる半導体特性及び異なる厚みさえ有してもよい。高導電層又は低導電層は、多層ゲート制御層２０２の層のうちの１つとして使用してもよい。高キャリア濃度又は低キャリア濃度を有する層は、多層ゲート制御層２０２の層のうちの１つとして使用してもよい。異なるバンドギャップを有する層は、多層ゲート制御層２０２の層のうちの１つとして使用してもよい。
【００３４】
ゲート制御層２０２を堆積する前に、単一層又は多層構造のいずれかとして、スパッタリングターゲットはある時間周期の間、前処理をしてもよい。一実施形態では、時間周期は約３０秒であってもよい。ターゲットは、アルゴン、窒素、及びアンモニアなどの処理ガスを供給しながら、予め決められた時間周期の間、ターゲットに直流電力を送ることによって前処理してもよい。一実施形態では、アルゴンのアンモニアに対する比率は約１２：１であってもよい。別の実施形態では、窒素のアンモニアに対する比率は約５０：１であってもよい。別の実施形態では、アルゴンの窒素に対する比率は約１２：５であってもよい。処理チャンバは、摂氏約１００度と摂氏約３００度の間の温度で維持してもよい。別の実施形態では、処理チャンバは、摂氏約１８０度と摂氏約２００度の間の温度で維持してもよい。
【００３５】
ゲート制御層２０２を堆積した後に、バルク層２０４を堆積してもよい。バルク層２０４は、ゲート制御層とソース・ドレイン電極間のチャネルに沿って低導電性を、及びゲート制御層とソース・ドレイン電極間に高導電性を有してもよい。バルク層２０４には低い局所的電荷トラップがあってもよい。バルク層２０４は、単一層として堆積してもよい。一実施形態では、バルク層２０４は、移動度、組成、キャリア濃度、導電性又はバンドギャップにおいて層を通して徐々に変化してもよい。別の実施形態では、バルク層２０４は複数の層を含んでもよい。一実施形態では、多層バルク層の層のうちの１つは、多層バルク層が高導電性と低導電性の間で交互になるように（即ち、高−低−高又は低−高−低の導電層）、高導電性又は低導電性のいずれかを有してもよい。別の実施形態では、多層バルク層の層のうちの１つは、高キャリア濃度又は低キャリア濃度のいずれか（即ち、高−低−高又は低−高−低のキャリア濃度層）を有してもよい。別の実施形態では、多層バルク層の層のうちの１つは、異なるバンドギャップを有してもよい。一実施形態では、バルク層２０４は、約２００オングストロームと約３００オングストロームの間に総厚さを有してもよい。バルク層２０４が多重層を含むとき、多重層は、キャリア濃度、移動度、バンドギャップ、結晶配向性、結晶分率又は化学組成などの異なる半導体特性、及び異なる厚みさえ有してもよい。
【００３６】
バルク層２０４の堆積に続いて、バックチャネルインタフェース制御層２０６を堆積してもよい。一実施形態では、バックチャネルインタフェース制御層２０６は、約５０オングストロームと約２００オングストロームの間の厚みを有してもよい。バックチャネルインタフェース制御層２０６は、チャンネル材料とパッシベーション又はキャッピング層の間により少ないトラッピングを引き起こすかもしれない。バックチャネルインタフェース制御層２０６の低導電性は、ソース・ドレイン電極間の低導電性及びゲート制御層２０２とソース・ドレイン電極の間の高導電性をもたらす。より少ない局所的な電荷のトラッピングが、バックチャネルインタフェース制御層２０６の中、及びインタフェースコントロール層２０６とバルク層２０４の間に起きるかもしれない。また、バックチャネルインタフェース制御層２０６は、いかなる望まれない種の拡散からバルク層２０４及びゲート制御層２０２を保護する。
【００３７】
バックチャネルインタフェース制御層２０６は、単一層を含んでもよい。バックチャネルインタフェース制御層２０６が単一層であるときに、層は徐々に変化してもよい。一実施形態では、バックチャネルインタフェース制御層２０６は、多重層を含んでもよい。多重層は、キャリア濃度、移動度、バンドギャップ、結晶配向性、結晶分率又は化学組成などの異なる半導体特性、及び異なる厚みさえ有してもよい。多重層が使用されるとき、高導電層又は低導電層を挿入してもよく、又は高キャリア濃度又は低キャリア濃度を有する層、又は異なるバンドギャップをもつ層を、バックチャネルインタフェース制御層２０６の多層構造に挿入してもよい。多層バックチャネルインタフェース制御層２０６（多層として堆積されたとき）の最終層は、バルク層２０４又はゲート制御層２０２に使用されるものとは異なるガス添加物を使用して堆積してもよい。最終層は、高い又は低いのいずれかの導電性、キャリア濃度、又はバンドギャップを有してもよい。一実施形態では、バックチャネルインタフェース制御層２０６は、ソース・ドレイン電極と接触した領域と比べて、アクティブチャネル領域内で異なるフィルム特性を有するために部分的又は完全に転化してもよい。
【００３８】
図３は、別の実施形態に係るアクティブチャネル３００の概略断面図である。図３に示されるアクティブチャネル３００は、ゲート制御層を含む３つの層３０２、３０４、３０６、バルク層を含む３つの層３０８、３１０、３１２、及びバックチャネルインタフェース制御層を含む３つの層３１４、３１６、３１８を有している。ゲート制御層、バルク層、及びバックチャネルインタフェース制御層の夫々に対して３つの層が示されているが、より多い又はより少ない層が存在してもよいことが理解される。厚さ、キャリア濃度、移動度、バンドギャップ、結晶配向性、結晶分率、又は化学組成は、層の中で異なっていてもよい。
【表１】
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【００３９】
表１は、一実施形態に係る多層アクティブチャネルを形成するための処理条件を示す。層の全ては、約７万立方センチメートルの容積を有するチャンバ内で、２．２原子パーセントのＳｎをドープし、約４６５０平方センチメートルの面積を有する亜鉛ターゲットをＤＣスパッタリングすることによって堆積した。時間周期Ａにおいて、スパッタリングターゲットは前処理される。時間周期Ｂにおいて、ガスは、ゲート制御層を堆積するために前処理ステップから堆積ステップまで移動する。時間周期１〜５は、ゲート制御層の堆積のためのものである。時間周期６はバルク層のためのものである。時間周期７〜９は、バックチャネルインタフェース制御層のためのものである。
【００４０】
時間周期１において、ゲート制御層の第１層を堆積する。そして、時間周期２において、窒素とアルゴンガスに加えて亜酸化窒素を導入することによって、高酸化層を堆積する。次に、時間周期３において、亜酸化窒素を止めて、アルゴン及び窒素を流し続ける。時間周期４において、再び亜酸化窒素を導入するが、時間周期３よりも低い流速にする。従って、時間周期４で堆積した層は、時間周期１及び３で堆積した層より高酸化ではあるが、この酸化は時間周期２のものよりも少ない。時間周期５において、転化層はバルク層に転化するために堆積する。
【００４１】
バルク層を堆積した後に、バックチャネルインタフェース制御層を堆積する。バックチャネルインタフェース制御層の堆積の間、提供される亜酸化窒素は、層を通して酸化勾配を作るために徐々に増加させる。更に、印加される電力は、ゲート制御及びバルク層の堆積の間に印加される電力の２倍である。
【表２】
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【００４２】
表２は、別の実施形態に係る多層アクティブチャネルを形成するための処理条件を示す。層の全ては、約７万立方センチメートルの容積を有するチャンバ内で、２．２原子パーセントのＳｎをドープし、約４６５０平方センチメートルの面積を有する亜鉛ターゲットをＤＣスパッタリングすることによって堆積した。時間周期１〜６は、ゲート制御層の堆積のためのものである。時間周期７はバルク層のためのものである。時間周期８〜１３は、バックチャネルインタフェース制御層のためのものである。
【００４３】
時間周期１の間、ゲート制御層の第１層を堆積する。そして、時間周期２において、少量の亜酸化窒素を導入することによって、低酸化層を堆積する。そして、時間周期３において、亜酸化窒素を止める。時間周期４において、再び亜酸化窒素を導入することによって高酸化層を堆積するが、時間周期３よりも高い流速で導入する。時間周期５において、亜酸化窒素を流し続けながら、電力を上昇させる。そして、時間周期６において、ゲート制御からバルク層まで転化させるために、転化層を堆積する。
【００４４】
バルク層を堆積した後に、バックチャネルインタフェース制御層を堆積する。インタフェースコントロール層が徐々に変化するように、アルゴン、窒素、及び電力を一定に保持しながら、徐々に亜酸化窒素の量を上昇させる。バックチャネルインタフェース制御層の最終層は終了層であり、亜酸化窒素無しでより低い電力で堆積する。
【表３】
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【００４５】
表３は、別の実施形態に係る多層アクティブチャネルを形成するための処理条件を示す。層の全ては、約７万立方センチメートルの容積を有するチャンバ内で、２．２原子パーセントのＳｎをドープし、約４６５０平方センチメートルの面積を有する亜鉛ターゲットをＤＣスパッタリングすることによって堆積した。時間周期Ａにおいて、スパッタリングターゲットは前処理される。時間周期１〜７は、ゲート制御層の堆積のためのものである。時間周期８〜１０はバルク層のためのものである。時間周期１１〜１５は、バックチャネルインタフェース制御層のためのものである。
【００４６】
時間周期１の間、ターゲットの前処理からのアンモニアは止めて、亜酸化窒素を導入する。そして、ゲート制御層の第１層を堆積するために電力を上昇させる。次に、時間周期２において、亜酸化窒素を止め、電力レベルを落とす。次に、時間周期３において、再び亜酸化窒素を導入し、電力を少し上昇させる。時間周期４〜７において、電力を変化させながら、亜酸化窒素は同じ速度で流し続ける。時間周期３において、低導電層を堆積する。そして、時間周期４において、より高い電力レベルで層を堆積する。そして、時間周期５において、別の低導電層を堆積し、時間周期６において、より高い電力レベルで堆積した別の層が続く。時間周期７において、転化層はゲート制御からバルク層まで転化するために堆積する。
【００４７】
時間周期８において、第１バルク層を堆積する。本質的に堆積条件である時間周期８と時間周期１０の間に、より低い電力で層を堆積する。バルク層の堆積に続いて、バックチャネルインタフェース制御層を堆積する。バックルートインタフェース制御の堆積の間、時間周期１１〜１５の間、亜酸化窒素を徐々に増加させる。
【００４８】
単一層の代わりに多重層を堆積することによって、アクティブチャネルは、ユーザに対するニーズに合わせるように調整することができ、より安定したＴＦＴを生産することができる。
【００４９】
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他の及び更なる実施形態は本発明の基本的範囲を逸脱することなく創作することができ、その範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
0005744726.tif 000006
【図１Ｃ】
0005744726.tif 000007
【図１Ｄ】
0005744726.tif 000008
【図１Ｅ】
0005744726.tif 000009
【図１Ｆ】
0005744726.tif 000010
【図１Ｇ】
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【図２】
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【図３】
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