一种金属氧化物薄膜晶体管及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种金属氧化物薄膜晶体管及其制作方法。该晶体管为底栅结构，包括一栅电极，一栅介质层，一沟道区，一源区和一漏区，所述源区和漏区分别在沟道区两端并与沟道区相连，且源漏区与沟道区为同一层金属氧化物半导体薄膜，未偏置状态下，源漏区为高载流子浓度区，而沟道区为低载流子浓度区。该薄膜晶体管的源漏区与沟道区由同一次的薄膜工艺形成，在真空或氢气或氮气气氛下热处理半导体薄膜实现源漏区的高载流子浓度，在氧气气氛下热处理则获得沟道区的低载流子浓度，不需另加源漏金属层工艺步骤，简化了制备工艺。同时，器件的阈值电压由氧气氛下的退火条件所控制，可在线检测，使器件特性的可控性大为提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种薄膜晶体管结构及其制备方法，尤其涉及一种金属氧化物半导体薄膜 晶体管结构和制备方法。
技术介绍
平板显示技术和器件已经发展成信息显示的主流技术和器件。对平板显示器而言，无 论是目前居主导地位的液晶显示器(LCD),还是有望成为下一代主流的发光二极管 (OLED)显示器，还是将来的柔性基底显示器，要实现大尺寸和高分辨率的显示，都必 需采用薄膜晶体管作为开关控制元件或周边驱动电路的集成元件。目前被广泛采用的薄膜 晶体管主要有非晶硅薄膜晶体管和多晶硅薄膜晶体管。非晶硅薄膜晶体管具有工艺温度低、制作成本低和器件性能均匀等优点成为目前商品 化有源矩阵平板显示的主流技术。但由于低的迁移率和性能易退化等缺点，在OLED像素 驱动以及LCD和OLED周边驱动电路集成等方面的应用上受到了很大的限制。而多晶硅 薄膜晶体管具有高的迁移率和稳定的器件性能，既能用于像素驱动开关和电路，也可用于 周边电路的集成。但多晶硅薄膜晶体管的工艺温度较高，制作成本高，而且器件性能的均 匀性较差，因此不太适合大尺寸平板显示应用。因此，为了平板显示技术的发展，迫切需 要开发更为先进的薄膜晶体管技术。目前处于研究开发之中的新型薄膜晶体管技术主要有 以氧化锌为代表的金属氧化物半导体薄膜晶体管、微晶硅薄膜晶体管和有机半导体薄膜晶 体管等。氧化锌基薄膜晶体管具有低的工艺温度，低的工艺成本，高的载流子迁移率以及均匀 且稳定的器件性能，即汇集了非晶硅和多晶硅薄膜晶体管两者的优点，是一种非常有希望 的大尺寸微电子器件。氧化锌薄膜晶体管的一个主要问题是生成的半导体沟道层往往具有 很高的载流子浓度，使得器件的阈值电压很低甚至为负值(对n型器件而言)，即在栅为 零偏时，器件不能充分的关断。另一方面，如沟道层制成低浓度的高阻层，则源漏部分的 寄生电阻增加，需要另加一层低阻的金属层工艺，导致了制备工艺的复杂度增加。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新的金属氧化物薄膜晶体管结构和制备方法，该结构及4其制备方法可保证器件的有源层在源漏两端具有高的载流子浓度，而在沟道区零栅偏下为 低载流子浓度。本专利技术的技术方案如下一种金属氧化物薄膜晶体管，为底栅结构，形成于玻璃衬底之上，包括一栅电极，一 栅介质层， 一沟道区， 一源区和一漏区，所述栅电极位于玻璃衬底之上，所述栅介质层位 于玻璃衬底和栅电极之上，覆盖栅电极，所述沟道区、源区和漏区位于栅介质层上，源区 和漏区分别在沟道区两端并与沟道区相连，而沟道区在栅电极的上方，其特征是，所述源 区和漏区与沟道区为同一层金属氧化物半导体薄膜，未偏置状态下，源漏区为高载流子浓 度区，而沟道区为低载流子浓度区。上述金属氧化物薄膜晶体管的源漏区的高载流子浓度是通过真空或氢气或氮气气氛 下热处理金属氧化物半导体薄膜产生的。沟道区的低载流子浓度是通过在氧气气氛下热处 理金属氧化物半导体薄膜获得的。上述金属氧化物薄膜晶体管的一种制作方法，包括以下步骤-(1) 首先在玻璃衬底上生长一层导电薄膜，然后光刻和刻蚀形成栅电极； (2 ) 在玻璃衬底上覆盖栅电极生长一层绝缘介质层作为栅介质层；(3) 在栅介质层上生长一层金属氧化物半导体层，然后在真空或氢气或氮气气氛 中进行热处理；(4) 在金属氧化物半导体层上生长一层保护介质层，并光刻和刻蚀保护介质层和 金属氧化物半导体层形成器件的有源区，包括源区、漏区和沟道区；(5) 光刻和刻蚀保护介质层，使金属氧化物半导体层的沟道区露出，然后在氧气 气氛中热处理；(6) 最后进入晶体管制作的后道工序，包括淀积钝化层、开接触孔以及金属化等， 制得所述的薄膜晶体管。上述制作方法中，步骤(1)所生长的导电薄膜，可为一般的金属材料，如钼、铬或 铝等，也可为透明导电薄膜，如氧化铟锡(ITO)等。上述制作方法中，步骤(3) —般采用射频磁控溅射技术生长金属氧化物半导体薄膜， 优选控制溅射气压为0.5 2Pa，氧气与氩气的分压比小于或等于千分之一。所生长的金属 氧化物半导体层在真空或氢气或氮气气氛中200 400"C热处理0.5 1小时，形成高载流 子浓度。射频磁控溅射技术生长氧化锌基半导体薄膜时，使用的靶由氧化镓、氧化铟和氧化锌的混合材料构成，三种材料的摩尔含量X、 Y、 Z分别是40%<X<50%， 40%<Y<50%，10%<Z<20%， X:Y:Z优选为3:3:1。上述制作方法中，步骤(4)所生长的保护介质层为非氧化物介质。 上述制作方法中，步骤(5)在氧气气氛中200 40(TC热处理0.5 1小时，使沟道区获得低载流子浓度。上述制作方法中，步骤(6)的后道工序是先生长一层钝化介质层，光刻和刻蚀形成 栅、源和漏的引出孔，然后生长一层导电薄膜，光刻和刻蚀形成电极和互连，其中所生长 的导电薄膜，可为一般的金属材料，如钼、铬或铝等，也可为透明导电薄膜，如氧化铟锡 (ITO)等。本专利技术还提供了上述金属氧化物薄膜晶体管的另一种制作方法，包括以下步骤a. 首先在玻璃衬底上生长一层导电薄膜，然后光刻和刻蚀形成栅电极；b. 在玻璃衬底上覆盖栅电极生长一层绝缘介质层作为栅介质层；C.在栅介质层上生长一层金属氧化物半导体层，然后在氧气气氛中进行热处理；d. 在金属氧化物半导体层上生长一层保护介质层，并光刻和刻蚀保护介质层和金属 氧化物半导体层形成器件的有源区，包括源区、漏区和沟道区；e. 光刻和刻蚀保护介质层，使金属氧化物半导体层两端的源区和漏区露出，然后在 在真空或氢气或氮气气氛中热处理；f. 最后进入晶体管制作的后道工序，包括淀积钝化层、开接触孔以及金属化等，制 得所述的薄膜晶体管。上述制作方法中，步骤a所生长的导电薄膜，可为一般的金属材料，如钼、铬或铝等， 也可为透明导电薄膜，如氧化铟锡(ITO)等。上述制作方法中，步骤c一般采用射频磁控溅射技术生长金属氧化物半导体薄膜，优 选控制溅射气压为0.5 2Pa，氧气与氩气的分压比大于千分之一。所生长的金属氧化物半 导体层在氧气气氛中200 40(TC热处理0.5 1小时，产生低载流子浓度。射频磁控溅射 技术生长氧化锌基半导体薄膜时，使用的靶由氧化镓、氧化铟和氧化锌的混合材料构成， 三种材料的摩尔含量X、 Y、 2分别是40%<乂<50%， 40%<Y<50%， 10%<Z<20%， X:Y:Z 优选为3:3:1。上述制作方法中，步骤e在真空或氢气或氮气气氛中200 400"C热处理0.5 1小时， 使源区和漏区获得高载流子浓度。上述制作方法中，步骤f的后道工序是先生长一层钝化介质层，光刻和刻蚀形成栅、 源和漏的引出孔，然后生长一层导电薄膜，光刻和刻蚀形成电极和互连，其中所生长的导 电薄膜，可为一般的金属材料，如钼、铬或铝等，也可为透明导电薄膜，如氧化铟锡(ITO)等。本专利技术的优点和积极效果本专利技术金属氧化物薄膜晶体管的源漏区与沟道区的半导体 材料由同一次的薄膜工艺形成，不需另加源漏金属层工艺步骤，因此简化了晶体管的制备 工艺。另外，器件的阈值电压由氧气氛下的退火条件所控制，可以在线检测，因此器件特 性的可控性大为提高。而常规的制备方法是通过调节溅射气氛中的氧气和氩气的分压比实 现阈值电压控制的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属氧化物薄膜晶体管，形成于玻璃衬底之上，包括一栅电极，一栅介质层，一沟道区，一源区和一漏区，所述栅电极位于玻璃衬底之上，所述栅介质层位于玻璃衬底和栅电极之上，覆盖栅电极，所述沟道区、源区和漏区位于栅介质层上，源区和漏区分别在沟道区两端并与沟道区相连，而沟道区在栅电极的上方，其特征是：所述源区和漏区与沟道区为同一层金属氧化物半导体薄膜，未偏置状态下，源漏区为高载流子浓度区，而沟道区为低载流子浓度区。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张盛东，李绍娟，王漪，孙雷，关旭东，韩汝琦，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]