一种薄膜晶体管及其制作方法技术

本发明专利技术实施例提供的一种薄膜晶体管及其制作方法，其中所述薄膜晶体管包括：衬底；栅极，设置于所述衬底上表面；有源层，覆盖在所述衬底的上表面，在所述栅极与所述有源层之间形成腔体结构；其中，所述腔体结构用于容纳气体介质形成栅介质层；源极和漏极，间隔的覆盖在所述有源层的两侧表面。本发明专利技术的薄膜晶体管采用腔体结构的栅介质层大幅降低了传统材料作为栅介质层存在的缺陷，提高了薄膜晶体管的器件性能。

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜晶体管及其制作方法
本专利技术涉及半导体材料及微电子
，具体而言，涉及一种薄膜晶体管及其制作方法。
技术介绍
半导体材料是一类具有半导体性能，其导电能力介于导体与绝缘体之间，可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。随着技术的不断进步，许多新型半导体材料被开发并广泛应用，例如，氧化锌(ZnO)，铟镓锌氧化物(IGZO)，二维材料等。新型半导体材料最主要的特性是电子在其上传输的迁移率较高。薄膜晶体管的结构主要为分两种：顶栅结构和底栅结构两类，这两种结构最根本的区别在于栅电极的位置不同。底栅结构的薄膜晶体管的栅电极位于衬底与栅介质层之间；而顶栅结构的薄膜晶体管的栅电极位于有源层的上部。不同结构和材料的薄膜晶体管性能具有较大的差异。当前，薄膜晶体管的栅介质层一般是使用介电常数较大的材料，如二氧化铪(HfO2)、二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)等。然而，使用这些传统的材料制作后的晶体管由于材料和结构的特点，会导致薄膜晶体管的性能受到很大的影响。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例的目的在于提供一种薄膜晶体管及其制作方法，大幅降低了传统材料作为栅介质层存在的缺陷，提高了薄膜晶体管的器件性能。第一方面，本申请通过一实施例提供如下技术方案：一种薄膜晶体管，包括：衬底；栅极，设置于所述衬底上表面；有源层，覆盖在所述衬底的上表面，在所述栅极与所述有源层之间形成腔体结构；其中，所述腔体结构用于容纳气体介质形成栅介质层；源极和漏极，间隔的覆盖在所述有源层的两侧表面。优选地，所述栅极嵌于所衬底的上表面的凹槽内。优选地，所述栅极的厚度与所述凹槽的深度相同。优选地，所述栅介质层的宽度大于所述栅极。优选地，所述源极的一边部和所述漏极的一边部均延伸至所述衬底上表面。第二方面，基于同一专利技术构思，本申请通过一实施例提供如下技术方案：一种薄膜晶体管的制作方法，包括：在衬底上方制作覆盖栅极的牺牲层；制作覆盖在所述牺牲层上的有源层；在所述有源层上表面的两侧分别制作源极和漏极；刻蚀所述牺牲层，以去除所述牺牲层形成腔体结构的栅介质层。优选地，所述在衬底上方制作覆盖栅极的牺牲层之前，还包括：在所述衬底上形成凹槽；在所述凹槽内填充金属材料，形成所述栅极。优选地，所述在所述凹槽内填充金属材料，形成所述栅极，包括：在所述凹槽内填充与所述凹槽深度相同的金属材料，形成所述栅极。优选地，所述在衬底上方制作覆盖栅极的牺牲层，包括：在所述衬底上方制作覆盖所述栅极且宽度大于所述栅极的所述牺牲层。优选地，所述在所述有源层上表面的两侧分别制作源极和漏极，包括：在所述有源层上表面的两侧分别制作延伸至衬底的源极和漏极。本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本专利技术实施例提供的一种薄膜晶体管及其制作方法，其中薄膜晶体管中具有空腔结构容纳气体介质形成的栅介质层，因此就可避免HfO2、SiO2、Al2O3等栅介质层材料带来的材料缺陷，即避免了缺陷对载流子的定向移动形成负面影响；同时，腔体结构的栅介质层可以降低栅介质层、有源层以及栅极之间的接触影响，可大幅提高薄膜晶体管中电荷传输特性，提高了薄膜晶体管的性能。由于生产本专利技术实施例中的薄膜晶体管无需采用栅介质层材料，可大幅的降低材料成本。进一步的，本专利技术实施例中的制作工艺进行薄膜晶体管的制作，其过程也无需采用栅介质层材料，相比传统的制备薄膜晶体管工艺更为简单，制备成本也显著降低。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本专利技术第一实施例提供的一种薄膜晶体管的结构示意图；图2是本专利技术第二实施例提供的一种薄膜晶体管的制作方法的流程图；图3是本专利技术第二实施例提供的一种薄膜晶体管的制作过程的结构变化示意图；图4是本专利技术第四实施例提供的一种多介质检测传感器的制作方法的流程图。图标：10-薄膜晶体管；11-衬底；12-栅极；13-有源层；14-栅介质层；15-源极；16-漏极。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。第一实施例请参照图1，本实施例提供一种薄膜晶体管10，包括：衬底11；栅极12，设置于衬底11上表面；有源层13，覆盖在衬底11的上表面，在栅极12与有源层13之间形成腔体结构，腔体结构用于容纳气体介质形成栅介质层14；源极15和漏极16，间隔的覆盖在有源层13的两侧表面。衬底11为绝缘衬底，具体可为玻璃衬底、氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)等现有的衬底材料，不作限制。衬底11的厚度可根据器件的性能要求进行确定，如，本实施例中的衬底11厚度可为100μm-500μm，具体可取值为300um、350um、400um等。栅极12设置在衬底11的上表面。具体的，栅极12为金属，例如栅极12可为钼(Mo)、铂(Pt)、金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)中的至少一种组成。栅极12的厚度小于1um。优选地，栅极12厚度小于100nm。具体厚度可根据工艺和器件要求进行确定，例如可为30nm、50nm、100nm等。为了便于半导体工艺过程中对牺牲层(栅介质层14由牺牲层被刻蚀后得到)进行刻蚀，在本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜晶体管，其特征在于，包括：/n衬底；/n栅极，设置于所述衬底上表面；/n有源层，覆盖在所述衬底的上表面，在所述栅极与所述有源层之间形成腔体结构；其中，所述腔体结构用于容纳气体介质形成栅介质层；/n源极和漏极，间隔的覆盖在所述有源层的两侧表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种薄膜晶体管，其特征在于，包括：
衬底；
栅极，设置于所述衬底上表面；
有源层，覆盖在所述衬底的上表面，在所述栅极与所述有源层之间形成腔体结构；其中，所述腔体结构用于容纳气体介质形成栅介质层；
源极和漏极，间隔的覆盖在所述有源层的两侧表面。


2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述栅极嵌于所衬底的上表面的凹槽内。


3.根据权利要求2所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述栅极的厚度与所述凹槽的深度相同。


4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述栅介质层的宽度大于所述栅极。


5.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述源极的一边部和所述漏极的一边部均延伸至所述衬底上表面。


6.一种薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，包括：
在衬底上方制作覆盖栅极的牺牲层；
制作覆盖在所述牺牲层上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢年端，李泠，陆丛研，王嘉玮，耿玓，刘明，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11