特許 5677712 金属酸窒化物ＴＦＴ用キャッピング層

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5677712

(24)【登録日】2015年1月9日

(45)【発行日】2015年2月25日

(54)【発明の名称】金属酸窒化物ＴＦＴ用キャッピング層

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/336 20060101AFI20150205BHJP

   H01L 29/786 20060101ALI20150205BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20150205BHJP

   H01L 21/318 20060101ALI20150205BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20150205BHJP

【ＦＩ】

   H01L29/78 619A

   H01L29/78 618B

   H01L29/78 618A

   H01L21/316 X

   H01L21/318 B

   C23C16/42

【請求項の数】15

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2011-516778(P2011-516778)

(86)(22)【出願日】2009年6月29日

(65)【公表番号】特表2011-527121(P2011-527121A)

(43)【公表日】2011年10月20日

(86)【国際出願番号】US2009049092

(87)【国際公開番号】WO2010002807

(87)【国際公開日】20100107

【審査請求日】2012年6月29日

(31)【優先権主張番号】61/077,831

(32)【優先日】2008年7月2日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/117,747

(32)【優先日】2008年11月25日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/117,744

(32)【優先日】2008年11月25日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100101502

【弁理士】

【氏名又は名称】安齋 嘉章

(72)【発明者】

【氏名】イエ ヤン

【審査官】 大橋 達也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２７５２３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／０８９０４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−１９４５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１２３８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−００９７３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１３５８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２９１９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０７３５６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

Ｃ２３Ｃ １４／０６

Ｃ２３Ｃ １６／４２

Ｈ０１Ｌ ２１／３１６

Ｈ０１Ｌ ２１／３１８

Ｈ０１Ｌ ２９／７８６

(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、
基板と、ゲート電極と、ゲート誘電体層とを含む薄膜トランジスタスタックの上に酸窒化物半導体層を堆積するステップを含み、前記半導体層は、窒素と酸素とを含み、更に、亜鉛、インジウム、スズ、ガリウム、カドミウム、及びそれらの組み合わせから選択される１以上の元素とを含み、
前記方法は、前記半導体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、アクティブチャネルとして画定される前記ソース及びドレイン電極間において前記半導体層の一部を露出するために前記導電層をエッチングするステップと、
２０：１と４０：１の間におけるＮ_２Ｏ及びＳｉＨ_４ガスの比率で処理チャンバ内にＮ_２Ｏ及びＳｉＨ_４ガスを流すことによって前記露出した半導体層の上にキャッピング層を堆積するステップとを更に含む方法。

【請求項2】

Ｎ_２Ｏ及びＳｉＨ_４ガスと共にＰＨ_３ガスを流すステップを更に含み、前記処理チャンバ内へ流れる水素の総量に対するＰＨ_３ガスの比率は、１：１０００と１：１５０の間である請求項１記載の方法。

【請求項3】

Ｎ_２Ｏ及びＳｉＨ_４ガスと共にＮ_２ガスを流すステップを更に含む請求項１記載の方法。

【請求項4】

前記キャッピング層は酸化珪素を含み、前記酸化珪素キャッピング層の上に堆積した窒化珪素層を更に含む請求項１記載の方法。

【請求項5】

前記キャッピング層は、前記半導体層に隣接して堆積した酸化珪素を有する複数の層を含む請求項１記載の方法。

【請求項6】

Ｎ_２Ｏガス又はＮ_２Ｏガスから形成されるプラズマのうちの１以上に前記ゲート誘電体層を曝露するステップを更に含む請求項１記載の方法。

【請求項7】

前記半導体層はスパッタリングによって堆積され、前記半導体層はドーパントを含む請求項１記載の方法。

【請求項8】

薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板と、ゲート電極と、ゲート誘電体層とを含む薄膜トランジスタスタックの上に酸窒化物半導体層を堆積するステップを含み、前記半導体層は、窒素と酸素とを含み、更に、亜鉛、インジウム、スズ、ガリウム、カドミウム、及びそれらの組み合わせから選択される１以上の元素とを含み、
前記方法は、前記半導体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、アクティブチャネルとして画定される前記ソース及びドレイン電極間において前記半導体層の一部を露出するために前記導電層をエッチングするステップと、
前記アクティブチャネルを部分的に埋めるために前記アクティブチャネル内の露出した半導体層の上に酸化珪素層を堆積させるステップとを更に含み、前記堆積は、５００ｍＴｏｒｒから２．５Ｔｏｒｒのチャンバ圧を得るために処理チャンバ内にＮ_２Ｏ、ＳｉＨ_４、及びＰＨ_３ガスを流すステップと、１．１６×１０^−６Ｗ／ｃｍ^２と４．６３×１０^−３Ｗ／ｃｍ^２の間のＲＦバイアスを前記処理チャンバ内のガス分散シャワーヘッドに印加するステップとを含む方法。

【請求項9】

Ｎ_２ＯとＳｉＨ_４の流量比は、２０：１と４０：１の間である請求項８記載の方法。

【請求項10】

前記処理チャンバ内へ流れる水素の総量に対するＰＨ_３ガスの比率は、１：１０００と１：１５０の間である請求項９記載の方法。

【請求項11】

前記Ｎ_２Ｏ及びＳｉＨ_４ガスと共にＮ_２ガスを流すステップを更に含む請求項８記載の方法。

【請求項12】

Ｎ_２Ｏガス又はＮ_２Ｏガスから形成されたプラズマのうちの１以上に前記ゲート誘電体層を曝露するステップを更に含む請求項８記載の方法。

【請求項13】

前記半導体層はスパッタリングによって堆積され、前記酸化珪素層は摂氏２００度と摂氏３５０度の間の温度で堆積される請求項８記載の方法。

【請求項14】

薄膜トランジスタであって、
ゲート電極及び基板の上に配置された１以上のゲート誘電体層と、
前記１以上のゲート誘電体層の上に配置された酸窒化物半導体層とを含み、前記半導体層は、窒素と酸素とを含み、更に、亜鉛、インジウム、ガリウム、カドミウム、スズ、及びそれらの組み合わせから選択される１以上の元素とを含み、
前記トランジスタは、前記半導体層の一部の上に配置されたソース及びドレイン電極を更に含み、前記ソース及びドレイン電極は、第１距離を隔てて配置され、アクティブチャネルとして画定される前記半導体層の一部を露出し、
前記トランジスタは、前記アクティブチャネル内の前記半導体層の上に配置され、前記アクティブチャネルを部分的に埋める第１キャッピング層を更に含み、前記第１キャッピング層は酸化珪素及び水素を含むトランジスタ。

【請求項15】

前記第1キャッピング層の上に配置され、前記第１キャッピング層の組成と異なる組成を有する第２キャッピング層を更に含み、前記第２キャッピング層は窒化珪素を含み、前記ゲート誘電体層は酸化珪素を含み、前記半導体層は、アルミニウム、スズ、ガリウム、カルシウム、シリコン、チタニウム、銅、ゲルマニウム、インジウム、ニッケル、マンガン、クロム、バナジウム、マグネシウム、及びそれらの組み合わせから成る群から選択されるドーパントを含む請求項１４記載のトランジスタ。

【発明の詳細な説明】

【発明の背景】

【0001】

（発明の分野）
本発明の実施形態は、概して、薄膜トランジスタ（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、Ｖ_ｔｈ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ＴＦＴのＶ_ｔｈ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、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／又は、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の進歩は困難であった。

【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。ドーピングを通してアモルファス材料として酸化亜鉛ベースの半導体を作ることができる。従って、ドーピングされた酸化亜鉛は、不均一な粒子構造から生じるかもしれない不均一性の問題を回避するだろう。酸化亜鉛などのアモルファス半導体は、ボトムゲート型ＴＦＴ構造を使用することで現在のディスプレイ製造プロセスにおいて、より容易に実行される。

【0005】

従って、高移動度をもつ透明な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】

キャッピング層は、汚染（コンタミネーション）からアクティブチャネルを保護するために、ＴＦＴのアクティブチャネルの上に堆積してもよい。キャッピング層は、ＴＦＴの性能に影響するかもしれない。キャッピング層があまりに多量の水素、窒素、又は酸素を含んでいるならば、ＴＦＴの閾値電圧、サブスレショルドスロープ、及び移動度に否定的に影響を与えるかもしれない。窒素、酸素、及び水素含有ガスの流速の比率を制御することによって、ＴＦＴの性能が最適化されるかもしれない。更に、電力密度、キャッピング層堆積圧、及び温度も、ＴＦＴ性能を最適化するために制御してもよい。

【0007】

本発明の一実施形態では、薄膜トランジスタの製造方法を開示する。この方法は、基板、ゲート電極、及びゲート誘電体層を含む薄膜トランジスタスタックの上に半導体層を堆積するステップと、半導体層の上に導電層を堆積するステップと、導電層と半導体層をエッチングするステップと、露出した半導体層の上にキャッピング層を堆積するステップとを含む。半導体層は、窒素と酸素とを含み、更に、亜鉛、インジウム、スズ、ガリウム、カドミウム、及びそれらの組み合わせから選択される１以上の元素を含む。一実施形態では、半導体層は、酸素を含み、更に、亜鉛、インジウム、ガリウム、カドミウム、及びそれらの組み合わせから選択される１以上の元素を含む。エッチングは、ＴＦＴの動作領域及びソース及びドレイン電極を画定し、アクティブチャネルとして画定されるソース及びドレイン電極間の半導体層の一部を露出する。キャッピング層の堆積は、Ｎ_２ＯとＳｉＨ_４の比率を約２０：１から約４０：１の間で、Ｎ_２Ｏ及びＳｉＨ_４ガスを処理チャンバに流すステップを含む。

【0008】

別の実施形態では、薄膜トランジスタの製造方法を開示する。この方法は、基板、ゲート電極、及びゲート誘電体層を含む薄膜トランジスタスタックの上に半導体層を堆積するステップと、半導体層の上にキャッピング層を堆積するステップと、キャッピング層をエッチングしＴＦＴの動作領域を覆うキャッピング層を作るステップと、導電層を堆積するステップと、ソース及びドレイン電極及びアクティブチャネル領域を画定するステップとを含む。半導体層は、窒素と酸素とを含み、更に、亜鉛、インジウム、スズ、ガリウム、カドミウム、及びそれらの組み合わせから選択される１以上の元素を含む。一実施形態では、半導体層は、酸素を含み、更に、亜鉛、インジウム、スズ、ガリウム、カドミウム、及びそれらの組み合わせから選択される１以上の元素を含む。キャッピング層は、エッチストップ層として言及されてもよい。キャッピング層のエッチングはＴＦＴの動作領域を画定し、導電層のエッチングはソース及びドレイン電極を画定する。キャッピング層の堆積は、Ｎ_２Ｏ、ＳｉＨ_４及びＰＨ_３ガスを処理チャンバに流すステップと、処理チャンバ内のガス分散シャワーヘッドへの電力密度を制御するステップとを含む。圧力は、約５００ｍＴｏｒｒと約２．５Ｔｏｒｒの間であってもよい。電力密度は、約１．１６×１０^−６Ｗ／ｃｍ^２と約４．６３×１０^−３Ｗ／ｃｍ^２の間であってもよい。

【0009】

別の実施形態では、薄膜トランジスタは、ゲート電極と基板の上に配置された１以上のゲート誘電体層と、１以上のゲート誘電体層及びソース電極及びドレイン電極の上に配置された半導体層と、半導体層の上に配置され、アクティブチャネルを画定するパターンにエッチングされた第１キャッピング層と、第１キャッピング層及び他の領域の上に配置された第２キャッピング層とを含む。半導体層は、窒素と酸素とを含み、更に、亜鉛、インジウム、ガリウム、カドミウム、スズ、及びそれらの組み合わせから選択される１以上の元素を含む。一実施形態では、半導体層は、酸素を含み、更に、亜鉛、インジウム、スズ、ガリウム、カドミウム、及びそれらの組み合わせから選択される１以上の元素を含む。ソース及びドレイン電極は、第１距離を隔てて配置され、アクティブチャネルとして画定される半導体層の一部を露出する。

【0010】

キャッピング層は、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、炭化珪素、アモルファスカーボン、他の誘電性フィルム、又はそれらの組み合わせを有する単一層又は多重層であってもよい。キャッピング層又は層は、単一の処理チャンバ内で堆積してもよい。

【図面の簡単な説明】

【0011】

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。

【0012】

【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の概略断面図を示す。

【図2】本発明の別の実施形態に係るＴＦＴ２００の概略断面図を示す。

【図3】本発明の一実施形態に係るＴＦＴに対する閾値電圧におけるＮ_２Ｏ及びＳｉＨ_４の効果を示すグラフである。

【図4】本発明の一実施形態に係るＴＦＴに対する閾値電圧におけるシャワーヘッドに印加した電力及びＮ_２ＯのＳｉＨ_４に対する比率の効果を示すグラフである。

【図5】本発明の一実施形態に係るＴＦＴに対する閾値電圧におけるＰＨ_３の効果を示すグラフである。

【図6A】〜

【図6B】本発明の一実施形態に係るＴＦＴに対する閾値電圧におけるチャンバ圧力の効果を示すグラフである。

【図7】本発明の一実施形態に係るＴＦＴに対する閾値電圧における電力及び圧力の両方の効果を示すグラフである。

【図8】本発明の一実施形態に係るＴＦＴ内のキャッピング層をアニーリングする効果を示すグラフである。

【図9A】〜

【図9B】本発明の一実施形態に係るＴＦＴに対する閾値電圧における温度の効果を示すグラフである。

【図10A】〜

【図10B】本発明の一実施形態に係る第２キャッピング層として窒化珪素の効果を示すグラフである。

【0013】

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】

【0014】

キャッピング層は、汚染からアクティブチャネルを保護するために、ＴＦＴのアクティブチャネルの上に堆積してもよい。キャッピング層は、ＴＦＴの性能に影響するかもしれない。キャッピング層があまりに多量の水素、窒素、又は酸素を含んでいるならば、ＴＦＴの閾値電圧、サブスレショルドスロープ、及び移動度に否定的に影響を与えるかもしれない。窒素、酸素、及び水素含有ガスの流速の比率を制御することによって、ＴＦＴの性能が最適化されるかもしれない。更に、電力密度、キャッピング層堆積圧、及び温度も、ＴＦＴ性能を最適化するために制御してもよい。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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、Ｖ_ｔｈ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Ａｌ_２Ｏ_３を含んでもよい。ゲート誘電体層１０６は、プラズマＣＶＤ（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は物理気相成長法（ＰＶＤ）によって堆積してもよい。

【0018】

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、Ｎ_２Ｏ又はＯ_２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、Ｈ_２、Ａｒ、Ｎ_２、又はＰＨ_３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、Ｎ_２Ｏ又はＯ_２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。

【0019】

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、窒素と酸素とを含み、更に、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。

【0020】

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、Ｓｉ_ｘＮ_ｙ、Ａｌ_ｘＯ_ｙ、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。

【0021】

半導体層１１０の例は以下を含む：ＺｎＯ_ｘＮ_ｙ、ＳｎＯ_ｘＮ_ｙ、ＩｎＯ_ｘＮ_ｙ、ＣｄＯ_ｘＮ_ｙ、ＧａＯ_ｘＮ_ｙ、ＺｎＳｎＯ_ｘＮ_ｙ、ＺｎＩｎＯ_ｘＮ_ｙ、ＺｎＣｄＯ_ｘＮ_ｙ、ＺｎＧａＯ_ｘＮ_ｙ、ＳｎＩｎＯ_ｘＮ_ｙ、ＳｎＣｄＯ_ｘＮ_ｙ、ＳｎＧａＯ_ｘＮ_ｙ、ＩｎＣｄＯ_ｘＮ_ｙ、ＩｎＧａＯ_ｘＮ_ｙ、ＣｄＧａＯ_ｘＮ_ｙ、ＺｎＳｎＩｎＯ_ｘＮ_ｙ、ＺｎＳｎＣｄＯ_ｘＮ_ｙ、ＺｎＳｎＧａＯ_ｘＮ_ｙ、ＺｎＩｎＣｄＯ_ｘＮ_ｙ、ＺｎＩｎＧａＯ_ｘＮ_ｙ、ＺｎＣｄＧａＯ_ｘＮ_ｙ、ＳｎＩｎＣｄＯ_ｘＮ_ｙ、ＳｎＩｎＧａＯ_ｘＮ_ｙ、ＳｎＣｄＧａＯ_ｘＮ_ｙ、ＩｎＣｄＧａＯ_ｘＮ_ｙ、ＺｎＳｎＩｎＣｄＯ_ｘＮ_ｙ、ＺｎＳｎＩｎＧａＯ_ｘＮ_ｙ、ＺｎＩｎＣｄＧａＯ_ｘＮ_ｙ、及びＳｎＩｎＣｄＧａＯ_ｘＮ_ｙ。半導体層１１０の例は以下のドープされた材料を含む：ＺｎＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＺｎＯ_ｘＮ_ｙ：Ｓｎ、ＳｎＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＩｎＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＩｎＯ_ｘＮ_ｙ：Ｓｎ、ＣｄＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＣｄＯ_ｘＮ_ｙ：Ｓｎ、ＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ｓｎ、ＺｎＳｎＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＺｎＩｎＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＺｎＩｎＯ_ｘＮ_ｙ：Ｓｎ、ＺｎＣｄＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＺｎＣｄＯ_ｘＮ_ｙ：Ｓｎ、ＺｎＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＺｎＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ｓｎ、ＳｎＩｎＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＳｎＣｄＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＳｎＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＩｎＣｄＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＩｎＣｄＯ_ｘＮ_ｙ：Ｓｎ、ＩｎＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＩｎＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ｓｎ、ＣｄＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＣｄＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ｓｎ、ＺｎＳｎＩｎＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＺｎＳｎＣｄＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＺｎＳｎＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＺｎＩｎＣｄＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＺｎＩｎＣｄＯ_ｘＮ_ｙ：Ｓｎ、ＺｎＩｎＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＺｎＩｎＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ｓｎ、ＺｎＣｄＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＺｎＣｄＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ｓｎ、ＳｎＩｎＣｄＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＳｎＩｎＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＳｎＣｄＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＩｎＣｄＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＩｎＣｄＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ｓｎ、ＺｎＳｎＩｎＣｄＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＺｎＳｎＩｎＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＺｎＩｎＣｄＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ、ＺｎＩｎＣｄＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ｓｎ、及びＳｎＩｎＣｄＧａＯ_ｘＮ_ｙ：Ａｌ。

【0022】

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、Ｎ_２を含む。別の実施形態では、窒素含有ガスは、Ｎ_２Ｏ、ＮＨ_３、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、Ｏ_２を含む。別の実施形態では、酸素含有ガスは、Ｎ_２Ｏ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、及び任意にど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、Ｂ_２Ｈ_６、ＣＯ_２、ＣＯ、ＣＨ_４、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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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、ＳｉＨ_４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、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ_２、Ｏ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、ＮＨ_３、及びそれらの組み合わせを導入してもよい。Ｎ_２Ｏ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、Ｎ_２Ｏ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、ＳｉＨ_４のＮ_２Ｏ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（Ｉ_０ｎ）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Ｎ_２Ｏガスに加えて、窒素ガス（Ｎ_２）を導入してもよい。

【0027】

シリコン含有ガスとＮ_２Ｏガスに加えて、ＰＨ_３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、ＰＨ_３ガスは、ＰＨ_３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ＰＨ_３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、Ｎ_２、Ｈ_２、及びＣ_２Ｈ_２などの炭素含有ガスを含む。

【0028】

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、Ｎ_２Ｏ又はＯ_２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、Ｈ_２、Ａｒ、Ｎ_２、又はＰＨ_３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、Ｎ_２Ｏ、Ｈｅ、Ｈ_２、Ｎ_２、Ｏ_２、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。

【0029】

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。

【0030】

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、Ｎ_２Ｏ又はＯ_２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、Ｈ_２、Ａｒ、Ｎ_２、又はＰＨ_３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、Ｎ_２Ｏ又はＯ_２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。

【0031】

図２は本発明の別の実施形態に係るＴＦＴ２００の概略断面図である。ＴＦＴ２００は、基板２０２の上に配置されたゲート電極２０４を含む。第１キャッピング層２２０、第２キャッピング層２２２、ソース電極２１４、ドレイン電極２１６、アクティブチャネル２１８、及び半導体層２１０も存在する。多層ゲート誘電体が存在する。ゲート誘電体は、第１ゲート誘電体層２０６及び第２ゲート誘電体層２０８を有してもよい。一実施形態では、第１ゲート誘電体層２０６は窒化珪素を含んでもよい。一実施形態では、第２ゲート誘電体層２０８は酸化珪素を含んでもよい。上述のように、酸化珪素はシリコンベースのＴＦＴで使用可能ではないが、金属酸化物ＴＦＴでは有益かもしれない。

【0032】

図３は、本発明の一実施形態に係るＴＦＴに対する閾値電圧におけるＮ_２Ｏ及びＳｉＨ_４の効果を示すグラフである。Ｎ_２Ｏ及びシランの流速は、ｓｃｃｍとして示される。シランの量が増すと、移動度が向上するようにサブスレショルドスロープも向上する。水素含有量が増加するので、移動度は向上する。シランの流れがＮ_２Ｏの流れに対して増加することによって、Ｉ_ｏｆｆ電流も減少する。Ｎ_２Ｏの流れの低下は、（１０００ｓｃｃｍの流速の場合、）Ｎ_２Ｏの流れの１０パーセントの減少が、（シランの流速を５０ｓｃｃｍと仮定すると）シランの流れに対するＮ_２Ｏの流れの比率を約２０：１から約１９：１へ減少させるのに十分でないかもしれない。しかしながら、シランの流速の１０パーセントの増加は、（シランの流速を５０ｓｃｃｍと仮定すると）シランの流れに対するＮ_２Ｏの流れの比率を約２０：１から約１８：１へ減少させるだろう。シランに対するＮ_２Ｏの流れの比率が減少すると、サブスレショルドスロープ値は減少し、移動度は増加する。

【0033】

図４は、本発明の一実施形態に係るＴＦＴに対する閾値電圧においてシャワーヘッドに印加した電力及びＮ_２ＯのＳｉＨ_４に対する比率の効果を示すグラフである。夫々の場合において、シランは５０ｓｃｃｍの速度で流された。Ｎ_２Ｏの流速は、ｓｃｃｍとして示される。シランの流れに対するＮ_２Ｏの流れの比率の減少は移動度を増加させるが、それはＩ_ｏｆｆ電流も増加させ、閾値電圧をより負へ移動させる。しかしながら、印加された電力の増加（つまり、電力密度）は、移動度を増加させ、サブスレショルドスロープを低下させるだろうが、閾値電圧はより負になるかもしれない。キャッピング層の堆積後に緩和させる（即ち、しばらくの間、堆積温度でアニーリングを行う）とき、閾値電圧はより正になり、サブスレショルドスロープ値を低下させるかもしれないが、移動度はわずかに減少する。

【0034】

図５は、本発明の一実施形態に係るＴＦＴに対する閾値電圧におけるＰＨ_３の効果を示すグラフである。Ｎ_２Ｏ及びＰＨ_３の流速は、ｓｃｃｍとして示される。ＰＨ_３の総水素含有量に対する比率が小さいことによって、移動度は増加するかもしれない。しかしながら、もしもＰＨ_３の総水素含有量に対する比率が高過ぎるならば、閾値電圧はＩ_ｏｎ又は移動度が変化しないことがほとんど無いＰＨ_３が無い場合に起こるであろう値よりも負になるかもしれない。

【0035】

図６Ａ及び６Ｂは、本発明の一実施形態に係るＴＦＴに対する閾値電圧におけるチャンバ圧力の効果を示すグラフである。チャンバ圧力が低ければ低いほど、サブスレショルドスロープの値はより低くなるが、Ｉ_ｏｆｆテールはより低い圧力でより高くなる。

【0036】

図７は、本発明の一実施形態に係るＴＦＴに対する閾値電圧における電力及び圧力の両方の効果を示すグラフである。Ｎ_２Ｏのシランに対する比率は、図７に示されるデータにおいて一定である。電力密度は、Ｉ_ｏｆｆ電流、閾値電圧、及び移動度に影響する。図７に示されるように、１５００Ｗのデータは最も悪いＩ_ｏｆｆ電流を有している。電力を一定に維持すると、より低い圧力は、最も低いＩ_ｏｆｆ電流及びより正の閾値電圧を提供する。

【0037】

図８は、本発明の一実施形態に係るＴＦＴにおいてキャッピング層をアニーリングする効果を示すグラフである。Ｎ_２Ｏのシランに対するより高い比率は、閾値電圧をより正方向へ移動させるかもしれない。Ｎ_２Ｏのシランに対するより低い比率は、閾値電圧をより負へ移動させるかもしれない。アニーリングは、閾値電圧をより正値へシフトさせる。一実施形態では、アニーリングは摂氏約２００度から摂氏約３００度の間の温度で行ってもよい。

【0038】

図９Ａ及び９Ｂは、本発明の一実施形態に係るＴＦＴに対する閾値電圧における温度の効果を示すグラフである。キャッピング層の堆積温度が高ければ高いほど、Ｉ_ｏｆｆはより低く、移動度はより高く、閾値電圧はより負値となる。更に、より高いキャッピング層の堆積温度では、Ｉ_ｏｆｆテールはより低く移動する。また、キャッピング層がポスト処理されない場合は、閾値電圧の変化もより小さい。

【0039】

図１０Ａ及び１０Ｂは、本発明の一実施形態に係る第２キャッピング層としての窒化珪素の効果を示すグラフである。窒化珪素は既に堆積している酸化珪素層の上に堆積される。図１０Ａ及び１０Ｂに示される実施形態において、キャッピング膜は合計約１２０秒間堆積する。酸化珪素膜を３０秒間堆積し、窒化珪素膜を９０秒間堆積すると、移動度は増加するかもしれない。しかしながら、窒化珪素は、閾値電圧をより負値へシフトさせるかもしれない。

【0040】

キャッピング膜を堆積するとき、温度、圧力、及び電力密度のみならず酸素、水素、及び窒素含有量を制御することによって、移動度、閾値電圧、Ｉ_ｏｎ電流、Ｉ_ｏｆｆ電流、及びサブスレショルドスロープを最適化してもよい。

【0041】

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】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図1F】

【図1G】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】