降低晶體管裝置中不想要的電容耦合的制作方法
【專利摘要】一種晶體管裝置，包括：由半導體溝道連接的源極和漏極導體；以及通過柵極電介質電容耦合到所述半導體溝道的柵極導體；其中所述柵極導體包含與所述源極和漏極導體中的至少一個的至少一部分重疊的至少一個部分；并且所述晶體管裝置還包括插在所述源極和漏極導體中的所述至少一個的至少一部分和所述柵極導體的所述至少一個重疊部分之間的圖案化的絕緣體以使所述源極和漏極導體中的所述至少一個與所述柵極導體之間的電容耦合降低了多于所述半導體溝道和所述柵極導體之間的電容耦合的任何降低。
【專利說明】降低晶體管裝置中不想要的電容耦合
[0001]可能不想要晶體管裝置的柵極導體和源極和/或漏極導體之間的電容耦合。
[0002]—種降低這種耦合的方式是增加柵極電介質層的厚度，裝置中柵極導體通過該柵極電介質層電容耦合到半導體溝道，其中柵極電介質也在源極/漏極導體之上延伸。
[0003]本申請的發明人已經認識到開發新的方式來降低柵極導體和源極和/或漏極導體之間的電容耦合的挑戰。
[0004]在此提供了一種晶體管裝置，所述晶體管裝置包括:由半導體溝道連接的源極和漏極導體；以及通過柵極電介質電容耦合到半導體溝道的柵極導體;其中柵極導體包含與所述源極和漏極導體中的至少一個的至少一部分重疊的至少一個部分；以及還包含插在所述源極和漏極導體中的所述至少一個的至少一部分和所述柵極導體的所述至少一個重疊部分之間的圖案化的絕緣體，來降低所述源極和漏極導體中的所述至少一個和柵極導體之間的電容耦合，這個降低多于半導體溝道和柵極導體之間的電容耦合中的任何降低。
[0005]根據一個實施例，圖案化的絕緣體插在所述源極和漏極導體中的所述至少一個和所述柵極電介質之間。
[0006]根據一個實施例，圖案化的絕緣體插在所述源極和漏極導體中的所述至少一個的所述至少一部分和提供所述半導體溝道的半導體層之間。
[0007]還提供了一種晶體管陣列，所述晶體管陣列包含如上描述的多個晶體管裝置，其中由圖案化的導體層來限定多個晶體管裝置的源極和漏極導體，由半導體層來提供多個晶體管裝置的半導體溝道，由柵極電介質層來提供多個晶體管裝置的柵極電介質，以及由另外的圖案化的導體層來提供多個晶體管裝置的柵極導體。
[0008]根據一個實施例，圖案化的絕緣體被選擇性地提供在相對遠離漏極導體的至少源極導體的一個或多個部分之上。
[0009]在此還提供了一種形成晶體管裝置的方法，所述方法包括:在襯底上沉積導體層；在第一導體層之上沉積絕緣體層；使絕緣體層圖案化以限定用于圖案化第一導體層的掩模;使用所述掩模使第一導體層圖案化以限定源極和漏極導體;在源極和漏極導體中的至少一個的至少一部分上保留圖案化的絕緣層的至少一部分;在襯底之上形成半導體層以形成連接源極和漏極導體的半導體溝道；在半導體層和圖案化的絕緣層之上形成柵極電介質；以及在柵極電介質之上形成與半導體溝道電容耦合的柵極導體。
[0010]根據一個實施例，絕緣層的圖案化包含在絕緣層中創建厚度剖面(thicknessprofile)，根據該厚度剖面，絕緣體層的厚度朝向所述源極和漏極導體中的至少一個的至少鄰近邊緣降低；以及還包含在使導體層圖案化后去除圖案化的絕緣體層的表面部分以露出所述源極和漏極導體中的至少一個的邊緣部分的上表面。
[0011 ]根據一個實施例，該方法還包括從彼此最接近的源極和漏極導體的一個或多個部分完全去除圖案化的絕緣層，但是保留相對遠離漏極導體的至少源極導體的一個或多個部分上的圖案化的絕緣層。
[0012]下面僅通過非限制示例結合附圖描述了根據本發明實施例的技術的一個示例，其中:
[0013]圖1是顯示包含了用于降低薄膜晶體管的柵極導體與源極導體和漏極導體兩者之間的電容耦合的技術的示例及其生產方法的示例的裝置的示意性截面圖；
[0014]圖2是圖1的源極/漏極導體和上面柵極導體的示意性平面圖；
[0015]圖3是顯示出圖2示出那種的晶體管的陣列的示例的示意性平面圖；
[0016]圖4是顯示包含了用于降低薄膜晶體管的柵極導體和源極導體之間的電容耦合的技術的第二示例的裝置的示意性截面圖。
[0017]針對晶體管的示例在下面描述了根據本發明的技術的示例，所述晶體管具有交叉源極/漏極導體，源極/漏極導體具有圖2示出的那種線性指結構，但是相同的技術也可以用于具有不同源極/漏極導體架構(諸如源極導體完全圍繞漏極導體延伸)的晶體管。
[0018]圖1和圖2僅示出一個晶體管;但是這個技術也適用于包含大量晶體管的晶體管陣列，諸如，包含超過一百萬個像素且每個像素由對應晶體管控制的典型像素化顯示裝置。
[0019]通過例如氣相沉積技術(例如，濺射)在襯底2上形成連續的第一導體層4。在第一導體層4之上形成基本上均勻厚度的連續絕緣光致抗蝕劑材料層6a。根據光刻技術來將光致抗蝕劑層6a圖案化，所述光刻技術包含使用掩模輻照其中選擇的部分并改變這些部分在顯影劑溶劑中的溶解性，并然后通過在顯影劑溶劑浴中浸漬光致抗蝕劑層來顯影潛像。光致抗蝕劑材料可以是負光致抗蝕劑材料或正光致抗蝕劑材料。以如下方式執行光刻步驟:光致抗蝕劑層的剩余部分(顯影后)表現出厚度剖面，根據該厚度剖面，剩余光致抗蝕劑部分6b的厚度朝其邊緣降低，如在圖1中示意性示出的。例如可以通過控制曝光/輻照條件來獲得需要的厚度剖面，并且可以在顯影后通過等離子體蝕刻來更改厚度剖面。
[0020]然后使得到的結構受到蝕刻以去除光致抗蝕劑圖案6b暴露的第一導體層4的那些部分，并由此限定出源極和漏極導體4a、4b。
[0021]在這個示例中，在導體蝕刻后和/或前，光致抗蝕劑材料的剩余部分(顯影后)受到等離子體灰化工藝，通過等離子體灰化工藝去除了每個光致抗蝕劑剩余部分6b的表面部分以選擇性暴露源極/漏極導體4a、4b的邊緣部分的上表面(采用通過光刻圖案化在剩余光致抗蝕劑部分6b中創建的厚度剖面)。通過例如等離子體灰化而暴露的源極/漏極導體的上表面區域的增加，可以改善電荷載流子從源極/漏極導體向半導體溝道的注入，同時仍然獲得源極/漏極導體和柵極導體之間的電容耦合的一些有利降低。如下面更加詳細描述的，甚至當從源極和/或漏極導體的一些部分完全去除光致抗蝕劑時，也可以獲得源極/漏極導體和柵極導體之間電容耦合的一些有利降低。
[0022]在得到的結構之上沉積半導體材料8來形成源極和漏極導體4a、4b之間的半導體溝道。半導體材料8被沉積為厚度小于源極/漏極導體和剩余光致抗蝕劑部分6c(在顯影和等離子體灰化后)的組合厚度。在這個示例中，根據可以獲得半導體溝道在橫跨和沿著半導體溝道8a具有良好的厚度均勻性的工藝來沉積半導體材料8，而不管由剩余光致抗蝕劑部分6c創建的相對粗糙的形貌剖面。優選的沉積技術的示例包括狹縫涂布(siit coating)、噴墨打印和柔性版印刷(f lexographic pringting)。對于下面討論的晶體管陣列的示例，可以將半導體層8圖案化為例如更好地阻止例如(i)相鄰晶體管的漏極導體之間、(ii)晶體管的漏極導體和與這個晶體管不相關的源極導體之間經由半導體的泄露電流。
[0023]然后根據諸如氣相沉積、狹縫涂布或柔性版印刷的技術在得到的結構之上沉積一個或多個柵極電介質材料10，通過該技術，得到的結構的上表面的形貌剖面至少在一定程度上反映出下面結構的形貌剖面。
[0024]根據諸如濺射的基本上共形沉積技術在得到的結構之上沉積另外的導體材料，并通過例如激光消融或光刻法對該導體材料圖案化以限定與半導體溝道以及源極/漏極導體4a、4b兩者的整個區域重疊的柵極導體12。
[0025]在源極/漏極導體4a、4b上保留的光致抗蝕劑部分6c導致了柵極導體12和源極/漏極導體4a、4b之間電容耦合的降低，并且不會顯著降低柵極導體12和半導體溝道8a之間的電容耦合。
[0026]柵極導體12和漏極導體4a之間電容耦合的降低對于降低柵極導體12處電壓改變對漏極導體4a處的電壓的影響可能是需要的(諸如，當使柵極導體12在“關”和“開”電壓之間切換以使半導體溝道8a在低和高導電狀態切換時)。柵極導體12處的這種電壓改變對于諸如包含一些有機半導體作為半導體溝道的一些晶體管來說可能是巨大的。
[0027]對于包含晶體管陣列的裝置，每個漏極導體4a和柵極導體12之間絕緣體厚度的增加還用于根據柵極導體12處電壓改變對漏極導體4a處電壓的影響大小來降低橫跨晶體管陣列的變化。當這種晶體管陣列的晶體管用于控制顯示裝置的光學介質的對應像素部分時，這個變化的降低可以引起橫跨像素陣列的光輸出特性均勻性的增加。
[0028]如上面提到的，獲得了這種降低漏極導體4a和柵極導體12之間的電容耦合的技術，而不會顯著降低柵極導體12和半導體溝道8a之間需要的電容耦合。
[0029]源極/漏極導體4a、4b和柵極導體12之間絕緣體材料厚度的增加還用于降低電短路的風險，電短路由在沉積柵極電介質層10時產生的缺陷(例如柵極電介質層10內局部的厚度降低的區)和/或在操作裝置期間產生的缺陷(諸如柵極電介質10的局部擊穿)所導致的。
[0030]源極導體4b和柵極導體12之間電容耦合的降低對于降低柵極導體12處電壓改變對源極導體4b處電壓的影響也可能是需要的(諸如，當使柵極導體在“關”和“開”電壓之間切換以使半導體溝道在低和高導電狀態切換時)。如前面提到的，柵極導體12處的這種電壓改變對于諸如包含一些有機半導體作為半導體溝道的一些晶體管來說可能是巨大的。柵極導體電壓改變對源極導體處電壓的可預期影響可以通過用于驅動晶體管陣列中的源極導體的一個或多個源極驅動芯片(未示出)來補償，但是這種補償會導致效率損失并增加功耗。降低由降低源極導體4a和柵極導體12之間的電容耦合所需要的補償程度可以減少效率損失并減少功耗。
[0031]對于二維晶體管陣列的示例(諸如在圖3中示出的示例)，圖案化的第一導體層限定了源極導體的陣列，每個源極導體為對應行的晶體管提供源極電極并且連接到一個或多個源極驅動芯片的對應端;并且圖案化的上導體層限定了柵極導體的陣列，每個柵極導體為對應列的晶體管提供柵極電極。每個源極導體包含尋址部分4c，尋址部分4c不與任何漏極導體相鄰并且相對遠離任何相鄰的漏極導體，但是用作為緊鄰對應行的晶體管的漏極導體的源極導體的各部分和晶體管陣列的一個或多個邊緣處的一個或多個源極驅動芯片的對應端之間創建導電連接。類似的，每個柵極導體包含尋址部分，尋址部分不與對應列的晶體管的源極和漏極導體之間的半導體溝道8a重疊，但是用作為不與半導體溝道重疊的柵極導體的各部分和晶體管陣列的一個或多個邊緣處的一個或多個柵極驅動芯片的對應端之間創建導電連接。源極和柵極導體的這些尋址部分也會在某些位置重疊，并且也在源極導體的尋址部分上保留的絕緣光致抗蝕劑材料降低了源極和柵極導體的這些尋址部分之間電短路的風險。
[0032]源極導體(和漏極導體)可以包含相對遠離半導體溝道(彼此最接近的源極和漏極導體的各部分之間)的部分，但是仍然可以與上面的柵極導體重疊。示例包括例如晶體管陣列中的源極導體的上面提到的(一個或多個)尋址部分4c的各部分。如果這些相對遠離的部分被設計成相比于彼此最接近的源極和漏極導體的部分(如圖2和圖3中的交叉指)具有相對大的寬度(以使得這些部分中心到其最接近邊緣的最短距離相對大些)，那么這有利于光致抗蝕劑保留在這些相對遠離的部分上，而從彼此最接近的源極和漏極導體的部分完全去除抗蝕劑。這對電荷載流子更好地從源極/漏極導體注入到半導體溝道是有利的，而仍然獲得源極和/或漏極導體和重疊柵極導體之間的電容的有利降低。圖4中示意性示出了這個源極導體的尋址部分4c的示例，源極導體的尋址部分4c比最接近漏極導體的源極導體部分具有更大的寬度。
[0033]第一導體層可以本身具有多層結構，該多層結構包含例如因為其良好導電性而選擇的材料層和因為其良好電荷注入性質而選擇的材料層。第二導體層也可以具有多層結構，該多層結構包含例如因為其對下面柵極電介質具有良好粘附性而選擇的材料層和因為其良好導電性而選擇的材料層。
[0034]半導體層和/或柵極電介質層也可以包含一種或多種材料和/或一個或多個子層。
[0035]在用于像素化的顯示裝置的晶體管陣列的示例的情況中，在限定柵極導體的圖案化的第二導體層之上形成另外的絕緣層;至少在另外的絕緣層、柵極電介質層、半導體層和光致抗蝕劑層中限定向下到每個漏極導體的漏極襯墊部分4d的通孔；以及在這些通孔中和另外的絕緣層之上沉積附加的導體材料，并隨后使該附加的導電材料圖案化以限定其中每個導電連接到對應漏極導體的像素導體的陣列。
[0036]在一個示例中，裝置還包含像素導體層和柵極導體層之間的絕緣體和導體層。例如，裝置可以包含屏蔽導體層，該屏蔽導體層與像素導體的整個組合區域和像素導體之間的整個組合區域重疊，除了在屏蔽層中限定以容納像素導體和漏極導體之間的層間連接的通孔。這種屏蔽層會用作降低上面像素導體和例如柵極導體的下面導體之間不期望的電容鋰A
柄口 O
[0037]限定源極、漏極和柵極導體的導體層也可以限定另外的傳導元件。例如，限定柵極線12的導體層也可以限定公共電壓線(COM線)。
[0038]操作這個示例的裝置的一種方法的示例包括:依序在“開”電壓處(而所有其它柵極導體處于“關”電壓處)驅動柵極導體，“開”電壓增加了對應列的晶體管的半導體溝道的導電性；以及對源極導體施加對應電壓以在與“開”柵極導體相關聯的晶體管的漏極導體(并且也就是像素電極)處獲得需要的電勢。每個晶體管與源極和柵極導體的對應唯一組合相關聯，并由此可以獨立于陣列中的所有其它晶體管而控制任何晶體管的漏極導體處的電勢。
[0039]上面描述的示例包含在源極和漏極導體4a、4b上保留用作掩模來圖案化源極和漏極導體的光致抗蝕劑材料部分。一個可替換的技術的示例包括在完成源極和漏極導體的圖案化后從源極和漏極導體之上去除所有的光致抗蝕劑材料6，并代替沉積比光致抗蝕劑材料具有更好絕緣性質的附加材料的連續層，并接著使附加的絕緣材料圖案化以獲得與如上描述的在顯影和等離子體灰化后的光致抗蝕劑材料6c相同種類的圖案。這個可替換的示例需要在圖案化附加的絕緣層工藝期間精確對準圖案化的源極/漏極導體4a、4b、4c、4d，但是具有能夠使用比光致抗蝕劑材料具有更好絕緣性質的絕緣體材料的優勢。
[0040]附圖示意性顯示出架構的示例，在該架構中，源極導體的尋址部分4c在與最接近漏極導體的源極導體的交叉指部分基本上平行的方向上延伸;但是上面描述的技術也適用于其它架構，諸如，其中源極導體的尋址部分在與源極導體的交叉指部分基本上垂直的方向上延伸。
[0041]除了上面明確提到的修改外，對本領域技術人員顯而易見的是，可以在本發明的范圍內對所描述的實施例做出各種其它修改。
[0042]在此
【申請人】以分離形式公開了本文描述的每個單獨特征和兩個或多個這些特征的任意組合，在一定程度上，以本領域技術人員的普通常識來看，在本說明書作為整體的基礎之上能夠執行這些特征或組合，無論這些特征或特征組合是否解決了本文提到的任何問題，并且不對權利要求的范圍進行限制。
【申請人】說明的是，本發明的各個方面可以包括任一這些單獨特征或特征組合。
【主權項】
1.一種晶體管裝置，包括:由半導體溝道連接的源極和漏極導體；以及通過柵極電介質電容耦合到所述半導體溝道的柵極導體;其中所述柵極導體包含與所述源極和漏極導體中的至少一個的至少一部分重疊的至少一個部分;并且所述晶體管裝置還包括插在所述源極和漏極導體中的所述至少一個的至少一部分和所述柵極導體的所述至少一個重疊部分之間的圖案化的絕緣體以使所述源極和漏極導體的所述至少一個與所述柵極導體之間的電容耦合的降低多于所述半導體溝道和所述柵極導體之間的電容耦合的任何降低。2.根據權利要求1所述的裝置，其中所述圖案化的絕緣體插在所述源極和漏極導體的所述至少一個和所述柵極電介質之間。3.根據權利要求2所述的裝置，其中所述圖案化的絕緣體插在所述源極和漏極導體的所述至少一個的所述至少一部分和提供所述半導體溝道的半導體層之間。4.一種晶體管陣列，包括多個根據權利要求1-3任一項的晶體管裝置，其中由圖案化的導體層限定所述多個晶體管裝置的源極和漏極導體，由半導體層提供所述多個晶體管裝置的半導體溝道，由柵極電介質層提供所述多個晶體管裝置的柵極電介質，以及由另外的圖案化的導體層提供所述多個晶體管裝置的柵極導體。5.根據前述任一權利要求所述的晶體管裝置或陣列，其中所述圖案化的絕緣體選擇性地提供在相對遠離所述漏極導體的至少源極導體的一個或多個部分之上。6.一種形成晶體管裝置的方法，所述方法包括:在襯底上沉積導體層;在第一導體層之上沉積絕緣體層;使所述絕緣體層圖案化以限定用于使所述第一導體層圖案化的掩模;使用所述掩模使所述第一導體層圖案化來限定源極和漏極導體;保留源極和漏極導體中的所述至少一個的至少一部分上的圖案化的絕緣層的至少一部分;在襯底之上形成半導體層以形成連接所述源極和漏極導體的半導體溝道;在所述半導體層和所述圖案化的絕緣層之上形成柵極電介質；以及在所述柵極電介質之上形成與所述半導體溝道電容耦合的柵極導體。7.根據權利要求6所述的方法，其中所述絕緣層的圖案化包括在所述絕緣層中創建厚度剖面，根據該厚度剖面，絕緣體層的厚度朝向所述源極和漏極導體的所述至少一個的至少鄰近邊緣降低；以及還包括在使所述導體層圖案化后去除所述圖案化的絕緣體層的表面部分，以暴露所述源極和漏極導體的所述至少一個的邊緣部分的上表面。8.根據權利要求6或權利要求7所述的方法，包括從彼此最接近的所述源極和漏極導體的一個或多個部分完全去除所述圖案化的絕緣層，同時保留相對遠離所述漏極導體的至少源極導體的一個或多個部分上的所述圖案化的絕緣層。
【文檔編號】H01L51/05GK105874625SQ201480067539
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2014年12月9日
【發明人】J·瓊曼
【申請人】弗萊克因艾伯勒有限公司