一種氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，包括基體、源極、有源層、漏極和柵極，所述源極、有源層和漏極沿垂直于基體的方向順次疊加后豎直設(shè)置于所述基體的上，所述柵極呈環(huán)繞狀設(shè)置于所述的漏極和有源層的外側(cè)，所述柵極與所述的源極、有源層、漏極之間均設(shè)有柵絕緣層，所述柵極和柵絕緣層的外側(cè)面均設(shè)有保護(hù)層，所述漏極的上方設(shè)有貫穿所述柵絕緣層和保護(hù)層的連接通孔。本實(shí)用新型采用垂直溝道結(jié)構(gòu)，可減少晶體管的占用面積，能夠?qū)崿F(xiàn)單位平面面積內(nèi)的導(dǎo)通能力，并能夠?qū)w管形成更好的保護(hù)。
【專利說明】一種氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及薄膜晶體管【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種采用垂直溝道的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管。

【背景技術(shù)】
[0002]目前制作OLED(有機(jī)發(fā)光二極管又稱為有機(jī)電激光顯示，OrganicLight-Emitting D1de的簡稱)的有源層所采用的技術(shù)主要有:非晶娃技術(shù)、低溫多晶娃技術(shù)和IGZO(indium gallium zinc oxide銦鎵鋅氧化物)等氧化物半導(dǎo)體技術(shù)。非晶娃晶體管的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橹械头直媛实腖CD顯示；低溫多晶硅晶體管的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橹懈叻直媛实腖CD (液晶顯示器，Liquid Crystal Display的簡稱)顯示和AMOLED (有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管，Active Matrix/Organic Light Emitting D1de 的簡稱)顯示；IGZO 等氧化物半導(dǎo)體晶體管的應(yīng)用領(lǐng)域是在中大領(lǐng)域的中高分辨率的LCD顯示和中大領(lǐng)域的AMOLED顯不O
[0003]IGZO等氧化物晶體管因?yàn)榫哂懈咿|移率、穩(wěn)定性好、制作工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。目前，IGZO等氧化物晶體管通常采用底柵結(jié)構(gòu)，但底柵結(jié)構(gòu)相較于頂柵結(jié)構(gòu)，其尺寸更大，限制了 IGZO等氧化物晶體管的發(fā)展。
[0004]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中所公開的IGZO氧化物晶體管截面圖，在基體I上，先利用物理氣相沉積的方法沉積一層金屬，然后用曝光刻蝕的方式在金屬上面形成柵極圖形。之后，在柵極圖形上采用化學(xué)氣相沉積或者反應(yīng)離子濺射或者S0G(Silicon On Glass)的方式形成柵極絕緣層8。有源層采用溶膠凝膠或者物理氣相沉積的方法制作，然后采用曝光刻蝕的方式形成有源層圖形。在有源層圖形上采用化學(xué)氣相沉積或者反應(yīng)離子濺射或者SOG的方式形成刻蝕阻擋層12，刻蝕阻擋層12可通過曝光刻蝕形成圖形。源漏極11的制作方法與柵極7的制作方法相同。圖1的截面圖也反映出柵極和源漏極11的重疊面積很大，從而增大了晶體管的寄生電容和晶體管尺寸。
[0005]通常地說，各種晶體管的底柵結(jié)構(gòu)和源漏極的重疊面積很大，從而增大了晶體管的尺寸，影響到了底柵結(jié)構(gòu)在高分辨率顯示器上的應(yīng)用?？梢圆捎庙敄沤Y(jié)構(gòu)來避免此類問題，但氧化物半導(dǎo)體晶體管則因?yàn)楹茈y像低溫多晶硅一樣采用注入的方式來降低引線電阻，難以實(shí)現(xiàn)頂柵結(jié)構(gòu)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，保持TFT寬長比不變的情況下，減少TFT晶體管的面積，即提高單位平面面積內(nèi)的導(dǎo)通能力，本實(shí)用新型提供了一種氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管。
[0007]所述技術(shù)方案如下:
[0008]一種氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，包括基體、源極、有源層、漏極和柵極，所述源極、有源層和漏極沿垂直于基體的方向順次疊加后豎直設(shè)置于所述基體上，所述柵極呈環(huán)繞狀設(shè)置于所述的漏極和有源層的外側(cè)，所述柵極與所述的源極、有源層、漏極之間均設(shè)有柵絕緣層，所述柵極和柵絕緣層的外側(cè)面均設(shè)有保護(hù)層，所述漏極的上方設(shè)有貫穿所述柵絕緣層和保護(hù)層的連接通孔。
[0009]所述源極結(jié)構(gòu)呈條狀，并形成于所述基體的中部，所述源極和漏極分別與所述有源層相配合。
[0010]所述有源層的上下兩端面上分別成型一凹槽，所述源極和漏極上分別成型有與所述凹槽插接配合的凸起。
[0011]所述有源層與所述漏極的配合結(jié)構(gòu)呈圓柱狀或長方體狀。
[0012]所述柵極呈圓柱環(huán)狀或中空的長方體狀，其環(huán)繞設(shè)置于所述的漏極和有源層的外側(cè)面。
[0013]所述的有源層的厚度為lOOO-lOOOOnm。
[0014]所述的源極厚度為100-1000nm。
[0015]所述保護(hù)層和柵絕緣層為硅的氧化物、氮化物、氮氧化物的單層或者多層疊加結(jié)構(gòu)，或金屬氧化物的單層或者多層疊加結(jié)構(gòu)。
[0016]本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0017]A.本實(shí)用新型采用垂直溝道結(jié)構(gòu)，即將源極、有源層、漏極沿著垂直于基體的方向上順次疊加成型，柵極呈環(huán)繞狀設(shè)置于漏極和有源層的外側(cè)，通過將源極、有源層和漏極在垂直于基體的方向上疊加成型，可減少晶體管的占用面積，能夠?qū)崿F(xiàn)單位平面面積內(nèi)的導(dǎo)通能力，并能夠?qū)w管形成更好的保護(hù)。
[0018]B.本實(shí)用新型中的柵極、源極、漏極之間形成包圍結(jié)構(gòu)，將有源層包圍在內(nèi)，可有效的阻擋外界水汽及光照的影響，提高器件整體的可靠性。
[0019]C.源、漏極金屬相對于柵極金屬存在重疊區(qū)域，確保整個垂直溝道都會受到柵極電壓的控制，不存在柵極金屬的控制盲區(qū)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1為現(xiàn)有IGZO氧化物晶體管的截面圖；
[0022]圖2A為本實(shí)用新型的源極金屬圖案化后的氧化物晶體管俯視圖；
[0023]圖2B為本實(shí)用新型的源極金屬圖案化后的氧化物晶體管A-A截面圖；
[0024]圖3A為本實(shí)用新型的有源層完成后的氧化物晶體管俯視圖；
[0025]圖3B為本實(shí)用新型的有源層完成后的氧化物晶體管B-B截面圖；
[0026]圖4A為本實(shí)用新型的漏極金屬完成后的氧化物晶體管俯視圖；
[0027]圖4B為本實(shí)用新型的漏極金屬完成后的氧化物晶體管C-C截面圖；
[0028]圖5A為本實(shí)用新型的漏極金屬和有源層圖案化后的氧化物晶體管俯視圖；
[0029]圖5B為本實(shí)用新型的漏極金屬和有源層圖案化后的氧化物晶體管D-D截面圖；
[0030]圖6A為本實(shí)用新型的柵極金屬和柵絕緣層圖案化后的氧化物晶體管俯視圖；
[0031]圖6B為本實(shí)用新型的柵極金屬和柵絕緣層圖案化后的氧化物晶體管E-E截面圖；
[0032]圖7A為本實(shí)用新型的保護(hù)層和連接通孔圖案化后的氧化物晶體管俯視圖；
[0033]圖7B為本實(shí)用新型的保護(hù)層和連接通孔圖案化后的氧化物晶體管F-F截面圖。
[0034]圖中:1-基體；2-源極；3_有源層；4-漏極；5-凸起；6-凹槽；7-柵極；8_柵絕緣層；9_保護(hù)層；10-連接通孔；11-源漏極；12_刻蝕阻擋層。

【具體實(shí)施方式】
[0035]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0036]本實(shí)用新型提供了一種采用垂直溝道的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，具體如圖7A和圖7B所示；包括:基體1、源極2、漏極4、柵極7和有源層3，源極2、有源層3和漏極4順次設(shè)置于基體I上，柵極7呈環(huán)繞狀分布于漏極4和有源層3的外側(cè)，柵極7與源極2、有源層3、漏極4之間均設(shè)有柵絕緣層8，且環(huán)繞柵極7及柵絕緣層8外側(cè)的位置設(shè)有保護(hù)層9，漏極4的上方設(shè)有貫穿柵絕緣層8和保護(hù)層9的連接通孔10。通過將源極、有源層、漏極沿著垂直于基體的方向上順次疊加成型形成垂直溝道結(jié)構(gòu)，柵極呈環(huán)繞狀設(shè)置于漏極和有源層的外側(cè)，本實(shí)用新型在氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管上采用垂直溝道結(jié)構(gòu)，可減少晶體管的占用面積，能夠?qū)崿F(xiàn)單位平面面積內(nèi)的導(dǎo)通能力，并能夠?qū)w管形成更好的保護(hù)。
[0037]本實(shí)用新型所采用的源極結(jié)構(gòu)呈條狀，如圖2A和圖2B所示，其形成于基體I的中部，源極2和漏極4分別與有源層3相配合，如圖4B所示。
[0038]優(yōu)選地，在有源層3的上下兩端面的對應(yīng)位置分別成型一凹槽6，源極2和漏極4上分別成型有與凹槽6插接配合的凸起5，凸起5與凹槽6實(shí)現(xiàn)插接固定，可使有源層3分別與源極2、漏極4的結(jié)合更牢固。
[0039]如圖7A所示，作為優(yōu)選的方案，其中的有源層3與漏極4的配合結(jié)構(gòu)呈長方體狀或圓柱狀；位于有源層3上下兩端面上的凹槽6沿著有源層3的橫截面方向開設(shè)，并貫穿有源層3的橫截面，漏極4和源極2上的凸起5分別與凹槽6實(shí)現(xiàn)插接配合。而柵極7環(huán)繞設(shè)置于漏極4和有源層3的外側(cè)面，其為中空的長方體結(jié)構(gòu)或圓柱環(huán)狀，柵極7與有源層3、漏極之間填充有柵絕緣層8 ;其中有源層3的厚度采用lOOO-lOOOOnm ;源極2厚度采用lOO-lOOOnm。
[0040]下面結(jié)合圖2A?圖7B具體說明氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的制作過程。
[0041]如圖2A和2B所示，首先在基體I上可以使用物理氣相沉積(PVD)方法沉積或者電子束蒸發(fā)或者蒸鍍一層金屬，用來形成源極2和對應(yīng)的數(shù)據(jù)線以及其他線路；此金屬可以為Mo、MoW、MoAlMo、TiAlTi等。通過曝光和刻蝕的方式去除多余的金屬。在金屬線上形成一個區(qū)域，其厚度需要厚于其他位置的金屬，此區(qū)域用來作為氧化物晶體管的源極2與柵極7之間的重疊位置。此處曝光可以用能夠形成不同光刻膠厚度的半色調(diào)掩模(Half-ToneMask)或者灰階掩膜(Gray-Tone Mask)，甚至采用兩次曝光均可，下面進(jìn)行有源層3的制作。
[0042]如圖3A和3B所示，可以通過化學(xué)氣相沉積(CVD)和反應(yīng)離子或射頻或直流或交流濺射(PVD)或者卷對卷轉(zhuǎn)印以及溶液涂布的方式形成有源層3，并與具有源極金屬圖案的基體相結(jié)合。此有源層材料可以是以IGZO為代表的氧化物半導(dǎo)體、非晶硅和多晶硅，也可以是有機(jī)物半導(dǎo)體。
[0043]為了更好實(shí)現(xiàn)有源層3的固定，如圖4A和4B所示，采用光刻和濕刻的方式將圖中所述的有源層3上做出一個凹槽6，其位置和大小與源極2金屬上面的凸起5相對應(yīng)。然后再進(jìn)行漏極4金屬制作，漏極4金屬可以選擇物理氣相沉積(PVD)方法沉積或者電子束蒸發(fā)或者蒸鍍等方式進(jìn)行制作。漏極4金屬可以選擇M0、M0W、M0AlM0、TiAlTi等。
[0044]在漏極4金屬完成之后進(jìn)行光刻和刻蝕，如圖5A和5B所示，采用同一道掩膜(Mask)，將漏極4金屬和有源層3進(jìn)行刻蝕?？涛g時(shí)需要根據(jù)刻蝕膜層的不同選擇不同的刻蝕方式或者刻蝕配方。確保源極2不會在本次刻蝕過程中被過分刻蝕，造成線路缺失。漏極4金屬和有源層3是一起進(jìn)行刻蝕，需要保證沒有底切的現(xiàn)象發(fā)生，保證刻蝕面和基體平面的角度小于90°即可。
[0045]完成漏極4和有源層3刻蝕之后，可以采用化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、涂覆的方式進(jìn)行柵絕緣層8的制作，如圖6A和6B所示。柵絕緣層8的材料可以是硅的氧化物、硅的氮化物、硅的氮氧化物的單層或者多層疊加結(jié)構(gòu)，也可以是一些金屬氧化物如Al2O3等。除此之外，一些具有良好絕緣效果和穩(wěn)定性的有機(jī)材料(如聚酰亞胺等材料)也可以作為柵絕緣層8材料使用。柵絕緣層8完成后，柵極7可以選擇物理氣相沉積(PVD)方法沉積或者電子束蒸發(fā)或者蒸鍍或者激光脈沖沉積(PLD)等方式進(jìn)行制作。柵極7金屬可以選擇M0、M0W、M0AlM0、TiAlTi等。柵極7金屬制作完成之后，采用光刻和刻蝕的方式去除柵極掃描線外的所有當(dāng)層金屬。
[0046]完成柵極圖形的制作之后，制作一層保護(hù)層9，如圖7A和7B所示。保護(hù)層9材料可以采用化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、涂覆的方式進(jìn)行制作保護(hù)層。保護(hù)層9的材料可以是硅的氧化物、氮化物、氮氧化物的單層或者多層疊加結(jié)構(gòu)，也可以是一些金屬氧化物如Al2O3等。除此之外，一些具有良好絕緣效果和穩(wěn)定性的有機(jī)材料(如聚酰亞胺等材料)也可以作為保護(hù)層9使用，同時(shí)兼具平坦化的效果。完成保護(hù)層9的制作之后采用曝光和刻蝕的方式，在漏極4的上方設(shè)有貫穿柵絕緣層8和保護(hù)層9的連接通孔10。
[0047]至此整個晶體管的制作結(jié)束，待制作完陽極之后，即完成了整個晶體管背板的制作。
[0048]上述本實(shí)用新型實(shí)施例序號僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。
[0049]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，包括基體、源極、有源層、漏極和柵極，其特征在于，所述源極、有源層和漏極沿垂直于基體的方向順次疊加后豎直設(shè)置于所述基體上，所述柵極呈環(huán)繞狀設(shè)置于所述的漏極和有源層的外側(cè)，所述柵極與所述的源極、有源層、漏極之間均設(shè)有柵絕緣層，所述柵極和柵絕緣層的外側(cè)面均設(shè)有保護(hù)層，所述漏極的上方設(shè)有貫穿所述柵絕緣層和保護(hù)層的連接通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，其特征在于，所述源極結(jié)構(gòu)呈條狀，并形成于所述基體的中部，所述源極和漏極分別與所述有源層相配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，其特征在于，所述有源層的上下兩端面上分別成型一凹槽，所述源極和漏極上分別成型有與所述凹槽插接配合的凸起。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，其特征在于，所述有源層與所述漏極的配合結(jié)構(gòu)呈圓柱狀或長方體狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，其特征在于，所述柵極呈圓柱環(huán)狀或中空的長方體狀，其環(huán)繞設(shè)置于所述的漏極和有源層的外側(cè)面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，其特征在于，所述的有源層的厚度為lOOO-lOOOOnm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，其特征在于，所述的源極厚度為lOO-lOOOnm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，其特征在于，所述保護(hù)層和柵絕緣層為硅的氧化物、氮化物、氮氧化物的單層或者多層疊加結(jié)構(gòu)，或金屬氧化物的單層或者多層疊加結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H01L29/41GK204155937SQ201420677065
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】劉玉成, 單奇, 陳杰, 高勝, 袁波 申請人:昆山工研院新型平板顯示技術(shù)中心有限公司, 昆山國顯光電有限公司