半导体结构及其形成方法与流程

    专利查询2025-07-09  3


    本公开涉及半导体领域,尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。


    背景技术:

    1、随着信息时代的发展,显示屏作为人机传递界面应用,各种规格需求日益提升,非晶硅(a-si)驱动器件受限性能偏低,因此必须更换高电子迁移率材料器件取代以满足产品性能规格。

    2、金属氧化物半导体(metal oxide semiconductor,mos)相对于非晶硅具有更高电子迁移率、更低漏电、器件制程多数相容等优势,金属氧化物材料例如常见的有铟镓锌氧化物(indium gallium zinc oxide,igzo),金属氧化物半导体是制备半导体器件的理想半导体材料。常见的采用金属氧化物半导体作为沟道制备的半导体器件包括薄膜晶体管和场效应管。

    3、但是现有采用金属氧化物半导体作为沟道时其载流子迁移率仍有待提高。


    技术实现思路

    1、本公开一些实施例提供了一种半导体结构的形成方法,包括:包括:

    2、提供基底;

    3、在所述基底上形成半导体薄膜层;

    4、所述半导体薄膜层包括多个半导体子薄膜层,多个所述半导体子薄膜层为叠层结构;

    5、每一个所述半导体子薄膜层形成后,均采用等离子体处理,使形成的所述半导体子薄膜层中具有一个或者多个层状排列的氧空位缺陷。

    6、在一些实施例中,所述半导体子薄膜层的材料为氧化铟镓锌、氧化锌锡、氧化铟锌、氧化锌或氧化铟镓硅。

    7、在一些实施例中,通过溅射工艺形成所述半导体子薄膜层;所述半导体子薄膜层的厚度为2-5nm。

    8、在一些实施例中,所述等离子体处理采用的工艺气体为不包含氧元素的含氢气体,所述工艺气体为h2或nh3,工艺腔室的温度200-350℃,处理时间为20-30min。

    9、在一些实施例中,所述半导体薄膜层中半导体子薄膜层的层数≥2层。

    10、在一些实施例中,所述基底包括第一区域和分别位于第一区域两侧的第二区域,所述第一区域的基底表面具有不含氧元素的第一隔离层,所述第二区域的基底表面具有含氧元素的第二隔离层;在所述第一隔离层和第二隔离层表面上形成所述半导体子薄膜层或所述半导体薄膜层。

    11、在一些实施例中,所述半导体薄膜层包括位于第一区域上的沟道区和分别位于沟道区两侧的源区和漏区;在形成所述半导体薄膜层后,还包括:形成覆盖所述半导体薄膜层的沟道区表面的不含氧元素的第三隔离层,所述第三隔离层暴露出所述半导体薄膜层的源区和漏区的表面;在形成第三隔离层后,进行退火处理,以修复所述源区和漏区中的氧空位缺陷。

    12、在一些实施例中,所述退火处理通入的气体含氧气体,退火的温度为200-350℃,退火时间为10-15min。

    13、在一些实施例中,所述第一隔离层和第三隔离层的材料为氮化硅或碳氮化硅,所述第二隔离层的材料为氧化硅、氮氧化硅或碳氧化硅。

    14、在一些实施例中,在进行退火工艺后,还包括:向所述半导体薄膜层的源区和漏区中注入金属离子、p型杂质离子或n型杂质离子。

    15、在一些实施例中,在进行退火工艺后,还包括:形成与所述半导体薄膜层的源区电连接的源电极;形成与所述半导体薄膜层的漏区电连接的漏电极。

    16、在一些实施例中,形成所述源电极和漏电极后,去除所述第三隔离层,形成凹槽,所述凹槽暴露出所述半导体薄膜层的沟道区;在所述凹槽内壁以及沟道区的表面上形成栅介质层;在所述栅介质层上形成填充凹槽的栅电极。

    17、本公开一些实施例还提供了一种半导体结构,其特征在于,包括:

    18、基底;

    19、位于所述基底上的半导体薄膜层;

    20、所述半导体薄膜层包括多个半导体子薄膜层,多个所述半导体子薄膜层为叠层结构;每一个所述半导体子薄膜层中具有一个或者多个层状排列的氧空位缺陷。

    21、在一些实施例中,所述半导体子薄膜层的材料为氧化铟镓锌、氧化锌锡、氧化铟锌、氧化锌或氧化铟镓硅。

    22、在一些实施例中,半导体子薄膜层的厚度为2-5nm;所述半导体薄膜层中半导体子薄膜层的层数≥2层。

    23、在一些实施例中,所述半导体薄膜层包括沟道区和分别位于沟道区两侧的源区和漏区;还包括:位于所述沟道区的表面上的栅介质层;位于所述栅介质层上的栅电极;与所述源区电连接的源电极;与所述漏区电连接的漏电极

    24、本公开前述一些实施例提供的半导体结构及其形成方法,其中所述形成方法,提供基底后,在所述基底上形成半导体薄膜层,所述半导体薄膜层包括多个半导体子薄膜层,多个所述半导体子薄膜层为叠层结构;每一个所述半导体子薄膜层形成后,均采用等离子体处理,使形成的所述半导体子薄膜层中具有一个或者多个层状排列的氧空位缺陷。所述形成的半导体薄膜层包括呈叠层结构的多个半导体子薄膜层,每一个所述半导体子薄膜层中均具有一个或者多个层状排列的氧空位缺陷,在将第一区域上的半导体薄膜层作为晶体管的沟道区时,氧空位缺陷的存在能提高了载流子的迁移率。



    技术特征:

    1.一种半导体结构的形成方法,其特征在于,包括:

    2.根据权利要求1所述的半导体结构的方法,其特征在于,所述半导体子薄膜层的材料为氧化铟镓锌、氧化锌锡、氧化铟锌、氧化锌或氧化铟镓硅。

    3.根据权利要求2所述的半导体结构的方法,其特征在于,通过溅射工艺形成所述半导体子薄膜层;所述半导体子薄膜层的厚度为2-5nm。

    4.根据权利要求3所述的半导体结构的方法,其特征在于,所述等离子体处理采用的工艺气体为不包含氧元素的含氢气体,所述工艺气体为h2或nh3,工艺腔室的温度200-350℃,处理时间为20-30min。

    5.根据权利要求4所述的半导体结构的方法,其特征在于,所述半导体薄膜层中半导体子薄膜层的层数≥2层。

    6.根据权利要求1-5任一项所述的半导体结构的方法,其特征在于,所述基底包括第一区域和分别位于第一区域两侧的第二区域,所述第一区域的基底表面具有不含氧元素的第一隔离层,所述第二区域的基底表面具有含氧元素的第二隔离层;在所述第一隔离层和第二隔离层表面上形成所述半导体子薄膜层或所述半导体薄膜层。

    7.根据权利要求6所述的半导体结构的方法,其特征在于,所述半导体薄膜层包括位于第一区域上的沟道区和分别位于沟道区两侧的源区和漏区;在形成所述半导体薄膜层后,还包括:形成覆盖所述半导体薄膜层的沟道区表面的不含氧元素的第三隔离层,所述第三隔离层暴露出所述半导体薄膜层的源区和漏区的表面;在形成第三隔离层后,进行退火处理,以修复所述源区和漏区中的氧空位缺陷。

    8.根据权利要求7所述的半导体结构的方法,其特征在于,所述退火处理通入的气体含氧气体,退火的温度为200-350℃,退火时间为10-15min。

    9.根据权利要求7所述的半导体结构的方法,其特征在于,所述第一隔离层和第三隔离层的材料为氮化硅或碳氮化硅,所述第二隔离层的材料为氧化硅、氮氧化硅或碳氧化硅。

    10.根据权利要求7所述的半导体结构的方法,其特征在于,在进行退火工艺后,还包括:向所述半导体薄膜层的源区和漏区中注入金属离子、p型杂质离子或n型杂质离子。

    11.根据权利要求7所述的半导体结构的方法,其特征在于,在进行退火工艺后,还包括:形成与所述半导体薄膜层的源区电连接的源电极;形成与所述半导体薄膜层的漏区电连接的漏电极。

    12.根据权利要求11所述的半导体结构的方法,其特征在于,形成所述源电极和漏电极后,去除所述第三隔离层,形成凹槽,所述凹槽暴露出所述半导体薄膜层的沟道区;在所述凹槽内壁以及沟道区的表面上形成栅介质层;

    13.一种半导体结构,其特征在于,包括:

    14.根据权利要求13所述的半导体结构,其特征在于,所述半导体子薄膜层的材料为氧化铟镓锌、氧化锌锡、氧化铟锌、氧化锌或氧化铟镓硅。

    15.根据权利要求13所述的半导体结构,其特征在于,半导体子薄膜层的厚度为2-5nm;所述半导体薄膜层中半导体子薄膜层的层数≥2层。

    16.根据权利要求13所述的半导体结构,其特征在于,所述半导体薄膜层包括沟道区和分别位于沟道区两侧的源区和漏区;还包括:位于所述沟道区的表面上的栅介质层;位于所述栅介质层上的栅电极;与所述源区电连接的源电极;与所述漏区电连接的漏电极。


    技术总结
    一种半导体结构及其形成方法,其中所述形成方法,提供基底后,在所述基底上形成半导体薄膜层,所述半导体薄膜层包括多个半导体子薄膜层,多个所述半导体子薄膜层为叠层结构;每一个所述半导体子薄膜层形成后,均采用等离子体处理,使形成的所述半导体子薄膜层中具有一个或者多个层状排列的氧空位缺陷。所述形成的半导体薄膜层包括呈叠层结构的多个半导体子薄膜层,每一个所述半导体子薄膜层中均具有一个或者多个层状排列的氧空位缺陷,在将第一区域上的半导体薄膜层作为晶体管的沟道区时,氧空位缺陷的存在能提高了载流子的迁移率。

    技术研发人员:薛兴坤,李泽伦,徐汉东,朴仁镐,谈亚丽,脱穷,王朝辉
    受保护的技术使用者:长鑫存储技术有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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