薄膜晶體管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種晶體管，具體涉及一種薄膜晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002]薄膜晶體管是一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其根據(jù)導(dǎo)電方式可分為耗盡型和增強(qiáng)型。為了采用同一種薄膜晶體管形成復(fù)合器件，需要一種閾值電壓可調(diào)的薄膜晶體管。通過(guò)調(diào)節(jié)薄膜晶體管的閾值電壓，使得薄膜晶體管能夠在耗盡型和增強(qiáng)型之間切換，從而擴(kuò)展薄膜晶體管的應(yīng)用范圍。
[0003]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種雙柵薄膜晶體管的剖視圖。如圖1所示，雙柵薄膜晶體管10從下至上依次包括底柵電極11、襯底12、底柵絕緣層13、溝道層14，位于溝道層14上的頂柵絕緣層15、漏極16和源極18，以及位于頂柵絕緣層15上的頂柵電極17。其中源極18和漏極16位于頂柵絕緣層15的相對(duì)兩側(cè)。
[0004]雙柵薄膜晶體管10的閾值電壓的調(diào)節(jié)原理是基于金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)電容器原理，即同時(shí)需要底柵絕緣層13和頂柵絕緣層15。通過(guò)對(duì)底柵電極11和頂柵電極17施加電壓來(lái)調(diào)節(jié)溝道層14中載流子的濃度分布，從而形成導(dǎo)電溝道以及改變溝道電導(dǎo)。因此可知底柵絕緣層13必須使得溝道層14和底柵電極11之間絕緣且必不可少，同樣頂柵絕緣層15必須使得溝道層14和頂柵電極17之間絕緣且必不可少。
[0005]但是，目前的雙柵薄膜晶體管10結(jié)構(gòu)復(fù)雜，隨著特征尺寸的逐漸減小，對(duì)光刻工藝的要求也越來(lái)越高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且閾值電壓可調(diào)的薄膜晶體管。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種薄膜晶體管，包括:溝道層、絕緣層、源極、漏極、柵極和調(diào)節(jié)電極，所述溝道層具有相對(duì)設(shè)置的第一表面和第二表面，所述源極和漏極位于所述溝道層的第一表面上，所述調(diào)節(jié)電極與所述溝道層的第一表面和第二表面中的一個(gè)表面電連接，所述絕緣層設(shè)置在所述溝道層的第一表面和第二表面中的另一個(gè)表面上，并位于所述柵極和所述溝道層之間。
[0008]優(yōu)選的，所述調(diào)節(jié)電極位于所述溝道層的第一表面上，且位于所述源極和漏極之間，所述絕緣層位于所述柵極和所述溝道層的第二表面之間。
[0009]優(yōu)選的，所述薄膜晶體管還包括襯底，所述襯底位于所述絕緣層和所述柵極之間。
[0010]優(yōu)選的，所述薄膜晶體管還包括襯底，所述柵極位于所述絕緣層和所述襯底之間。
[0011]優(yōu)選的，所述絕緣層位于所述溝道層的第一表面上，且位于所述源極和漏極之間，所述柵極位于所述絕緣層上，所述調(diào)節(jié)電極與所述溝道層的第二表面電連接。
[0012]優(yōu)選的，所述薄膜晶體管還包括非絕緣襯底，所述非絕緣襯底位于所述溝道層的第二表面與所述調(diào)節(jié)電極之間。
[0013]優(yōu)選的，所述薄膜晶體管還包括襯底，所述調(diào)節(jié)電極位于所述襯底和所述溝道層的第二表面之間。
[0014]優(yōu)選的，所述溝道層由半導(dǎo)體材料制成，所述絕緣層由絕緣材料制成，所述源極、漏極、柵極和調(diào)節(jié)電極由導(dǎo)電材料制成。
[0015]優(yōu)選的，所述溝道層的材料為IGZO，所述IGZO由ln203、Ga2O3和ZnO按照摩爾比1:1:1制成。
[0016]優(yōu)選的，所述溝道層的材料為Mga4Zna6O: F。
[0017]本發(fā)明的薄膜晶體管僅包括一層絕緣層，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。
【附圖說(shuō)明】
[0018]以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明，其中:
[0019]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種雙柵薄膜晶體管的剖視圖。
[0020]圖2是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的薄膜晶體管的剖面圖。
[0021]圖3是圖2所示的薄膜晶體管的傳輸特性曲線(xiàn)。
[0022]圖4是圖2所示的薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)。
[0023]圖5是根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的薄膜晶體管的剖面圖。
[0024]圖6是圖5所示的薄膜晶體管的傳輸特性曲線(xiàn)。
[0025]圖7是圖5所示的薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)。
[0026]圖8是根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的薄膜晶體管的剖面圖。
[0027]圖9是根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的薄膜晶體管的剖面圖。
[0028]圖10是根據(jù)本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的薄膜晶體管的剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0030]圖2是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的薄膜晶體管的剖視圖。如圖2所示，薄膜晶體管20從下至上依次包括柵極21、硅襯底22、氧化鋁絕緣層23、銦鎵鋅氧化物(IGZO)溝道層24，以及位于IGZO溝道層24上的源極28、漏極26和調(diào)節(jié)電極27。其中調(diào)節(jié)電極27位于源極28和漏極26的中間。
[0031]IGZO溝道層24是由In203、Ga203和ZnO按照摩爾比1:1:1形成的η型半導(dǎo)體材料。在ZnO中添加In2O3和Ga 203，可以抑制ZnO的結(jié)晶，從而提高電子迀移率。In3+可以形成5s軌道，有利于電子的高速傳輸；Ga3+與02_離子有很強(qiáng)的結(jié)合力，可以通過(guò)控制Ga含量來(lái)控制氧空位的含量，并最終實(shí)現(xiàn)對(duì)載流子濃度的調(diào)控。IGZO半導(dǎo)體材料具有高開(kāi)關(guān)比和高迀移率。
[0032]圖3是圖2所示的薄膜晶體管的傳輸特性曲線(xiàn)。其中源極21接地(電壓為O)，Vgate表示柵源電壓，調(diào)節(jié)電極27的電壓為O。如圖3所示，薄膜晶體管20的傳輸特性曲線(xiàn)與一般場(chǎng)效應(yīng)晶體管的傳輸特性曲線(xiàn)一致，同樣具有線(xiàn)性區(qū)和飽和區(qū)。
[0033]圖4是圖2所示的薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)。其中Vm表示調(diào)節(jié)電極27的電壓值。如圖4所示，當(dāng)Vm> O時(shí)，其轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)向右平移。薄膜晶體管20處于常閉狀態(tài)，即薄膜晶體管20的導(dǎo)電方式為增強(qiáng)型。隨著Vm增加，其閾值電壓也逐漸增加。iVm<0時(shí)，其轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)向左平移。薄膜晶體管20處于常開(kāi)狀態(tài)，即薄膜晶體管20的導(dǎo)電方式為耗盡型。隨著Vm減小，其閾值電壓也逐漸減小。根據(jù)上述結(jié)論可知，僅通過(guò)改變調(diào)節(jié)電極27的電壓值Vm即可調(diào)節(jié)薄膜晶體管20的閾值電壓。
[0034]薄膜晶體管20的工作原理與雙柵薄膜晶體管10的工作原理明顯不同。薄膜晶體管20是基于對(duì)IGZO溝道層24注入電子或從IGZO溝道層24中抽取電子，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)IGZO溝道層24中電子濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)調(diào)節(jié)電極27的電壓值Vm大于O時(shí)，IGZO溝道層24中的電子被抽取至調(diào)節(jié)電極27中。在柵極21上施加正電壓，從而在IGZO溝道層24中(靠近氧化鋁絕緣層23的表面)形成導(dǎo)電溝道。當(dāng)調(diào)節(jié)電極27的電壓值￥?1小于O時(shí)，調(diào)節(jié)電極27向IGZO溝道層24中注入電子，并在IGZO溝道層24中(靠近氧化鋁絕緣層23的表面)形成導(dǎo)電溝道。
[0035]以下將簡(jiǎn)述薄膜晶體管20的制備方法。首先提供干凈的硅襯底22，其中硅襯底22具有相對(duì)的兩個(gè)表面；在硅襯底22的一個(gè)表面上依次生長(zhǎng)氧化鋁絕緣層23和IGZO溝道層24 ;在IGZO溝道層24上同時(shí)制作源極28、漏極26和調(diào)節(jié)電極27 ;最后在硅襯底22的另一個(gè)表面上制作柵極21。本實(shí)施例中的薄膜生長(zhǎng)技術(shù)包括但不限于原子層沉積、磁控濺射、電子束蒸發(fā)、激光脈沖沉積、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積或分子束外延工藝。
[0036]本發(fā)明的薄膜晶體管20中的源極28、漏極26和調(diào)節(jié)電極27可以同時(shí)制成，即在IGZO溝道層24上沉積金屬層，通過(guò)光刻和刻蝕等工藝同時(shí)形成源極28、漏極26和調(diào)節(jié)電極27。薄膜晶體管20的調(diào)節(jié)電極27和IGZO溝道層24之間沒(méi)有圖1所示的頂柵絕緣層15，器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。因而無(wú)需在IGZO溝道層24上