專利名稱：一種自對(duì)準(zhǔn)的金屬氧化物薄膜晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管的制備方法，尤其涉及一種自對(duì)準(zhǔn)的金屬氧化物半導(dǎo)體薄 膜晶體管的制備方法。
背景技術(shù)：
平板顯示技術(shù)和器件已經(jīng)發(fā)展成信息顯示的主流技術(shù)和器件。對(duì)平板顯示器而言，無(wú) 論是目前居主導(dǎo)地位的液晶顯示器(LCD),還是有望成為下一代主流的發(fā)光二極管 (OLED)顯示器，還是將來(lái)的柔性基底顯示器，要實(shí)現(xiàn)大尺寸和高分辨率的顯示，都必 需采用薄膜晶體管作為開(kāi)關(guān)控制元件或周邊驅(qū)動(dòng)電路的集成元件。目前被廣泛采用的薄膜 晶體管主要有非晶硅薄膜晶體管和多晶硅薄膜晶體管。
非晶硅薄膜晶體管具有工藝溫度低、制作成本低和器件性能均勻等優(yōu)點(diǎn)成為目前商品 化有源矩陣平板顯示的主流技術(shù)。但由于低的遷移率和性能易退化等缺點(diǎn)，在OLED像素 驅(qū)動(dòng)以及LCD和OLED周邊驅(qū)動(dòng)電路集成等方面的應(yīng)用上受到了很大的限制。而多晶硅 薄膜晶體管具有高的遷移率和穩(wěn)定的器件性能，既能用于像素驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)和電路，也可用于 周邊電路的集成。但多晶硅薄膜晶體管的工藝溫度較高，制作成本高，而且器件性能的均 勻性較差，因此不太適合大尺寸平板顯示應(yīng)用。因此為了平板顯示技術(shù)的發(fā)展，迫切需要 開(kāi)發(fā)更為先進(jìn)的薄膜晶體管技術(shù)。
目前處于研究開(kāi)發(fā)之中的新型薄膜晶體管技術(shù)主要有以氧化鋅為代表的金屬氧化物 半導(dǎo)體薄膜晶體管，微晶硅薄膜晶體管和有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管等。氧化鋅基薄膜晶體管 具有低的工藝溫度，低的工藝成本，高的載流子遷移率以及均勻且穩(wěn)定的器件性能，即匯 集了非晶硅和多晶硅薄膜晶體管兩者的優(yōu)點(diǎn)，是一種非常有希望的大尺寸微電子器件。然 而，目前所發(fā)明的氧化鋅薄膜晶體管的制備方法的一個(gè)主要問(wèn)題是形成的器件結(jié)構(gòu)是非自 對(duì)準(zhǔn)的，這導(dǎo)致器件存在大的寄生元件和難以控制的特性離散。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新的金屬氧化物薄膜晶體管的制備方法，該制備方法可 保證器件的柵電極和源漏區(qū)之間形成自對(duì)準(zhǔn)。
本發(fā)明方法所制作的金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管為頂柵結(jié)構(gòu)，形成于玻璃襯底之上，包括一柵電極， 一柵介質(zhì)層， 一溝道區(qū)， 一源區(qū)和一漏區(qū)，所述源區(qū)和漏區(qū)為金屬材 料，位于玻璃襯底之上，所述溝道區(qū)為金屬氧化物半導(dǎo)體材料，位于源區(qū)和漏區(qū)之間的玻 璃襯底之上，兩端與源區(qū)和漏區(qū)相連，所述柵介質(zhì)層位于溝道區(qū)和源、漏區(qū)之上，所述柵 電極位于柵介質(zhì)層之上，而且柵電極對(duì)稱地位于源區(qū)和漏區(qū)之間正上方。 上述薄膜晶體管的制作方法，包括以下步驟
(1) 首先在玻璃襯底上生長(zhǎng)一層金屬薄膜，然后光刻和刻蝕形成金屬源區(qū)和金屬 漏區(qū)；
(2) 依次生長(zhǎng)一層金屬氧化物半導(dǎo)體層和一層保護(hù)介質(zhì)層，然后光刻和刻蝕保護(hù) 介質(zhì)層和金屬氧化物半導(dǎo)體層，形成器件的有源層及有源層之上的有源保護(hù) 層，其中有源層中位于源區(qū)和漏區(qū)之間的玻璃襯底之上的部分為器件的溝道 區(qū)，有源層的兩端部分疊于源區(qū)和漏區(qū)之上；
(3) 生長(zhǎng)一層絕緣介質(zhì)層覆蓋源、漏區(qū)和溝道區(qū)，該層與有源保護(hù)層一道形成器 件的柵介質(zhì)層；
(4) 器件面(玻璃襯底正面)涂布正性光刻膠，前烘后從玻璃襯底的背面進(jìn)行曝 光，然后顯影并堅(jiān)膜，由于源漏區(qū)之外的薄膜均為透明薄膜，故這些區(qū)域之 上的光刻膠遭曝光，顯影后被溶解去除；
(5) 器件面(玻璃襯底正面)帶膠生長(zhǎng)一層導(dǎo)電薄膜；
(6) 進(jìn)行光刻膠和導(dǎo)電薄膜的剝離，光刻和刻蝕形成柵電極，這樣，柵電極自對(duì) 準(zhǔn)地位于源區(qū)和漏區(qū)之間正上方，其長(zhǎng)度由源區(qū)和漏區(qū)之間的距離以及光刻 條件所決定，如步驟(4)的背面曝光時(shí)間偏長(zhǎng)，則柵電極的長(zhǎng)度可略大于源 漏區(qū)之間的距離，反之，則略小于源漏區(qū)之間的距離；
(7) 最后進(jìn)入晶體管制作的后道工序， 一般包括淀積鈍化層、開(kāi)接觸孔以及金屬 化等。
上述制作方法中，步驟(1)所生長(zhǎng)的金屬薄膜， 一般為鉬、鉻或鋁等，由磁控濺射 方法或熱蒸發(fā)方法形成。
上述制作方法中，步驟(2)金屬氧化物半導(dǎo)體層為非晶或多晶的金屬氧化物半導(dǎo)體 薄膜，采用射頻磁控濺射技術(shù)生長(zhǎng)。在生長(zhǎng)氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜時(shí)，使用的靶由氧化鎵、 氧化銦和氧化鋅的混合材料構(gòu)成，三種材料的摩爾含量X、 Y、 Z分別是40%<X<50%， 40%<Y<50%， 10%<Z<20%， X:Y:Z優(yōu)選為3:3:1。
上述制作方法中，步驟(3)柵介質(zhì)層可為氮化硅和/或氧化硅等絕緣介質(zhì)，由等離子
5體增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積(PECVD)方法形成；也可以為氧化鋁和/或氧化鉿等金屬氧化物介
質(zhì)，由磁控濺射方法形成。
上述制作方法中，步驟(5)所生長(zhǎng)的導(dǎo)電薄膜可采用一般的金屬材料，如鉬、鉻或鋁等，由磁控濺射方法或熱蒸發(fā)方法形成；也可為透明導(dǎo)電薄膜，如氧化銦錫(ITO)等，由磁控濺射方法形成。
上述制作方法中，步驟(7)的后道工序是先生長(zhǎng)一層鈍化介質(zhì)層，光刻和刻蝕形成柵、源和漏的引出孔，然后生長(zhǎng)一層導(dǎo)電薄膜，光刻和刻蝕形成電極和互連，其中所生長(zhǎng)的導(dǎo)電薄膜，可為一般的金屬材料，如鉬、鉻或鋁等，也可為透明導(dǎo)電薄膜，如氧化銦錫(ITO)等。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明的制備方法所制成的薄膜晶體管的柵電極和源漏區(qū)形成自對(duì)準(zhǔn)。即柵電極對(duì)稱位于源漏電極之間，而且其長(zhǎng)度由源漏電極之間的距離以及工藝條件所決定，而非掩膜版上的尺寸所決定。常規(guī)的非自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)不可避免導(dǎo)致器件存在大的寄生電容和器件特性的不均勻。而寄生電容不論是對(duì)像素驅(qū)動(dòng)單元的性能還是周邊電路驅(qū)動(dòng)電路的性能都是非常有害的。為了消除寄生電容的影響，往往導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性提高，功耗增加。本發(fā)明的方法可有效避免寄生效應(yīng)的產(chǎn)生。


圖1 圖7依次示出了本發(fā)明實(shí)施例的薄膜晶體管的主要制作工藝步驟，其中圖1示意了源區(qū)和漏區(qū)形成的工藝步驟。
圖2示意了有源層和有源保護(hù)層淀積和圖形化的工藝步驟。圖3示意了柵介質(zhì)層生長(zhǎng)的工藝步驟。
圖4示意了從玻璃襯底背面曝光在器件面形成光刻膠圖形的工藝步驟。圖5示意了帶膠淀積金屬層的工藝步驟。
圖6示意了用剝離法去光刻膠圖形以及光刻膠圖形上金屬層的工藝步驟。
圖7示意了鈍化層淀積和開(kāi)接觸孔的工藝步驟。
圖8示意了金屬層淀積和各引出電極圖形化的工藝步驟。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例，結(jié)合附圖進(jìn)一歩詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。本發(fā)明所制作的薄膜晶體管的剖面圖如圖6所示。該晶體管形成于玻璃襯底1上，包括一柵電極8， 一溝道區(qū)4， 一柵介質(zhì)層6， 一源區(qū)2和一漏區(qū)3;源區(qū)2和漏區(qū)3位于玻璃襯底1之上；所述溝道區(qū)4為一半導(dǎo)體層位于源區(qū)2和漏區(qū)3之間的玻璃襯底1之上的中間部分，該半導(dǎo)體層的兩端部分疊于源區(qū)2和漏區(qū)3之上；柵介質(zhì)層6位于溝道區(qū)4和源區(qū)2、漏區(qū)3之上；柵電極8位于柵介質(zhì)層6之上，柵電極8對(duì)稱地位于源區(qū)2和漏區(qū)3之間上方，柵電極8的長(zhǎng)度由源區(qū)2和漏區(qū)3之間的距離所決定。
柵電極8可為金屬材料，如鉻、鉬或鋁等，由磁控濺射方法或熱蒸發(fā)方法形成；也可為透明導(dǎo)電薄膜，如氧化銦錫(ITO)等，由磁控濺射方法形成。柵電極8的厚度一般為150 300納米。柵介質(zhì)層6可為氮化硅、氧化硅等絕緣介質(zhì)，由PECVD方法形成；也可為氧化鋁、氧化鉿等金屬氧化物，由磁控濺射方法形成。柵介質(zhì)層6的厚度一般為100 400納米。所述溝道區(qū)4為非晶或多晶的金屬氧化物半導(dǎo)體材料，如氧化鋅基的薄膜材料，由磁控濺射方法形成，厚度為50 200納米；所述源區(qū)2和漏區(qū)3為金屬材料，如鉻、鉬或鋁等，由磁控灘射方法或熱蒸發(fā)方法形成。
所述薄膜晶體管的制作方法的一具體例由圖1至圖8所示，包括以下步驟
如圖1所示，所用襯底1為透明玻璃基板，在玻璃基板上磁控濺射生長(zhǎng)一層100 200納米厚的金屬鋁膜，然后光刻和刻蝕形成金屬源區(qū)2和金屬漏區(qū)3。
如圖2所示，用射頻磁控濺射淀積一層50 100納米厚的非晶氧化鋅基金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜和20 80納米厚的氮化硅介質(zhì)層，然后光刻和刻蝕形成溝道區(qū)4和有源保護(hù)層5。濺射生長(zhǎng)所述氧化鋅基金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜所用的耙由氧化鎵、氧化銦和氧化鋅三種材料混合構(gòu)成，三種材料的摩爾比優(yōu)選為3:3:1。
如圖3所示，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積(PECVD)方法生長(zhǎng)一層100 300納米厚的氮化硅薄膜，與有源保護(hù)層5共同形成柵介質(zhì)層6。
如圖4所示，在表面涂布一層正性光刻膠層。前烘之后從玻璃基板的背面進(jìn)行曝光(圖4中箭頭所指方向?yàn)楣饩€射入方向)，此時(shí)金屬源區(qū)2和金屬漏區(qū)3作為掩膜。然后進(jìn)行顯影。這樣未被源區(qū)2和漏區(qū)3掩膜的光刻膠層被曝光而溶解于顯影液，形成光刻膠圖形7?？刂破毓饬渴沟眯纬傻墓饪棠z圖形7之間的距離大于源區(qū)2和漏區(qū)3之間的距離。
如圖5所示，在對(duì)光刻膠圖形7堅(jiān)膜后，帶膠進(jìn)行射頻磁控濺射，生長(zhǎng)一層100 200納米厚的金屬鋁膜80。濺射開(kāi)始前，采用反濺射方法對(duì)樣品表面進(jìn)行清洗。
如圖6所示，采用常規(guī)的光刻膠剝離技術(shù)，進(jìn)行光刻膠層7的剝離，以去除光刻膠層7和位于光刻膠層7上的金屬鋁層80，這樣在柵介質(zhì)層6上形成的金屬鋁圖形自對(duì)準(zhǔn)地覆蓋源區(qū)2和漏區(qū)3之間的溝道區(qū)域，即與源區(qū)和漏區(qū)的交疊或交錯(cuò)長(zhǎng)度很小且相等。然后光刻和刻蝕溝道區(qū)域以外的金屬鋁層，形成完整的金屬鋁柵電極8的圖形。
如圖7所示，用磁控濺射方法淀積一層100 300納米厚的氮化硅層60，然后光刻和刻蝕形成各電極的引出接觸孔9、 10和11。
如圖8所示，用磁控濺射方法淀積一層100 300納米厚的金屬鋁膜，然后光刻和刻蝕制成薄膜晶體管各電極的金屬引出電極和互連線12、 13和14。
上述實(shí)施例只是本發(fā)明的舉例，盡管為說(shuō)明目的公開(kāi)了本發(fā)明的最佳實(shí)施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各
種替換、變化和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于最佳實(shí)施例和附圖所公開(kāi)的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1. 一種金屬氧化物薄膜晶體管的制作方法，包括以下步驟1)在玻璃襯底上生長(zhǎng)一層金屬薄膜，然后光刻和刻蝕形成金屬源區(qū)和金屬漏區(qū)；2)依次生長(zhǎng)一層金屬氧化物半導(dǎo)體層和一層保護(hù)介質(zhì)層，然后光刻和刻蝕保護(hù)介質(zhì)層和金屬氧化物半導(dǎo)體層，形成器件的有源層及之上的有源保護(hù)層，其中有源層位于源區(qū)和漏區(qū)之間的玻璃襯底之上的中間部分為溝道區(qū)，有源層的兩端部分疊于源區(qū)和漏區(qū)之上；3)生長(zhǎng)一層絕緣介質(zhì)層覆蓋源、漏區(qū)和溝道區(qū)，該層與有源保護(hù)層一道形成器件的柵介質(zhì)層；4)器件面涂布正性光刻膠，前烘后從玻璃襯底的背面進(jìn)行曝光，然后顯影并堅(jiān)膜；5)器件面帶膠生長(zhǎng)一層導(dǎo)電薄膜；6)進(jìn)行光刻膠和導(dǎo)電薄膜的剝離，光刻和刻蝕形成柵電極，柵電極自對(duì)準(zhǔn)地位于源區(qū)和漏區(qū)之間正上方；7)進(jìn)行晶體管制作的后道工序。
2. 如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于步驟1)用磁控濺射方法或熱蒸發(fā)方法生 長(zhǎng)金屬薄膜。
3. 如權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于步驟l)所用金屬為鉬、鉻或鋁。
4. 如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于步驟2)中所述金屬氧化物半導(dǎo)體層為非 晶或多晶的金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜，采用射頻磁控濺射技術(shù)生長(zhǎng)。
5. 如權(quán)利要求4所述的制作方法，其特征在于步驟2)中采用射頻磁控濺射技術(shù)生長(zhǎng)氧 化鋅基半導(dǎo)體薄膜，使用的靶由氧化鎵、氧化銦和氧化鋅的混合材料構(gòu)成，三種材料 的摩爾含量X、 Y、 Z分別是40。/?！碭〈50。/。， 40%<Y<50%， 10%<Z<20%。
6. 如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于步驟3)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積 方法生長(zhǎng)氮化硅和/或氧化硅形成所述柵介質(zhì)層。
7. 如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于步驟3)采用磁控濺射方法生長(zhǎng)氧化鋁和 /或氧化鉿形成所述柵介質(zhì)層。
8. 如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于步驟5)采用磁控濺射方法或熱蒸發(fā)方法 生長(zhǎng)一層金屬薄膜，或者采用磁控濺射方法形成一層透明導(dǎo)電薄膜。
9. 如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于步驟7)所述的后道工序是先生長(zhǎng)一層鈍化介質(zhì)層，光刻和刻蝕形成柵、源和漏的引出孔，然后生長(zhǎng)一層導(dǎo)電薄膜，光刻和刻蝕形成電極和互連。
10.如權(quán)利要求9所述的制作方法，其特征在于步驟7)中所生長(zhǎng)的導(dǎo)電薄膜為金屬材 料薄膜或透明導(dǎo)電薄膜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種自對(duì)準(zhǔn)的金屬氧化物薄膜晶體管的制作方法，先在玻璃襯底上依次形成金屬源漏區(qū)、金屬氧化物半導(dǎo)體溝道區(qū)和透明柵介質(zhì)層后，在柵介質(zhì)層上涂布正性光刻膠，前烘后從玻璃襯底的背面進(jìn)行曝光，顯影并堅(jiān)膜，然后帶膠生長(zhǎng)一層導(dǎo)電薄膜，再剝離光刻膠和導(dǎo)電薄膜，光刻和刻蝕形成柵電極。該方法可保證器件的柵電極和源漏區(qū)之間形成自對(duì)準(zhǔn)，即柵電極對(duì)稱位于源漏之間正上方，而且其長(zhǎng)度由源漏之間的距離而非掩膜版上的尺寸所決定，有效避免寄生效應(yīng)的產(chǎn)生。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101488459SQ20091007773
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2009年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月13日
發(fā)明者關(guān)旭東, 雷 孫, 張盛東, 李紹娟, 漪 王, 韓汝琦 申請(qǐng)人:北京大學(xué)深圳研究生院