一種自對準(zhǔn)薄膜晶體管及其制備方法
【專利摘要】發(fā)明公開了一種自對準(zhǔn)薄膜晶體管及其制備方法，包括以下步驟：將淀積了有源層、柵介質(zhì)和柵電極的襯底置于電解液中，其中柵介質(zhì)覆蓋有源層的一部分，柵電極至少覆蓋柵介質(zhì)的一部分，對暴露在電解液中的有源層通過電解水的方法進(jìn)行摻氫處理；通過光刻和刻蝕有源層，形成包含源區(qū)、漏區(qū)和溝道區(qū)的有源區(qū)；溝道區(qū)位于柵介質(zhì)正下方，源區(qū)和漏區(qū)均由經(jīng)過電化學(xué)摻氫處理的有源層經(jīng)光刻和刻蝕之后余下的部分組成，并分別位于溝道區(qū)兩側(cè)；形成覆蓋襯底、柵電極、源區(qū)和漏區(qū)的一層絕緣介質(zhì)層，并且形成分別與源區(qū)和漏區(qū)接觸的源區(qū)金屬接觸電極和漏區(qū)金屬接觸電極。
【專利說明】
一種自對準(zhǔn)薄膜晶體管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及薄膜晶體管，尤其涉及一種自對準(zhǔn)薄膜晶體管及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]薄膜晶體管(TFT)技術(shù)是平板顯示中的核心技術(shù)，任何有源矩陣尋址方式的平板顯示如液晶顯示(IXD)、有機(jī)發(fā)光二極管顯示(0LED)都依賴于TFT的控制和驅(qū)動。以TFT-1XD 為例，每一個(gè)像素點(diǎn)上都至少有一個(gè)薄膜晶體管電控開關(guān)，每個(gè)像素就是一個(gè)小的液晶顯示器，每個(gè)像素的亮暗都是由這個(gè)開關(guān)來控制。
[0003]非晶硅(a-S1:H)TFT技術(shù)為當(dāng)前LCD顯示的主流技術(shù)，低溫多晶硅(LTPS)TFT主要面向中小尺寸0LED和IXD屏。a-S1:H TFT技術(shù)具有工藝溫度低、均勻性好、低成本的優(yōu)點(diǎn)。因此可以在玻璃基底上實(shí)現(xiàn)大面積彩色顯示。但其缺點(diǎn)是載流子迀移率低至〇.5cm2/Vs，不能滿足電路驅(qū)動，特別是高清顯示驅(qū)動電路的速度要求，也不能滿足0LED電流型驅(qū)動顯示屏的要求。同時(shí)，由于依賴于H的鈍化作用，S1-H的鍵能較低，器件的長期可靠性差，不能適應(yīng)驅(qū)動電路工作的要求。LTPS TFT器件的載流子迀移率比傳統(tǒng)的a-S1:H TFT高兩個(gè)數(shù)量級， 容易獲得高開口率，實(shí)現(xiàn)顯示系統(tǒng)的高分辨和快速響應(yīng)。基于高迀移率的LTPS TFT，可以同時(shí)制備有源矩陣和周邊驅(qū)動電路。然而，當(dāng)前主流的LTPS技術(shù)存在均勻性問題，無法應(yīng)用于大屏幕顯示。當(dāng)前應(yīng)用主要面向中小尺寸0LED和LCD屏，另外工藝步驟復(fù)雜，制作成本高也是制約LTPS TFT應(yīng)用的關(guān)鍵因素。
[0004]以IGZ0為代表的氧化物半導(dǎo)體材料，具有禁帶寬度大和載流子迀移率可以達(dá)到 10cm2/Vs的優(yōu)點(diǎn)，由于其為非晶結(jié)構(gòu)，均勻性好，泄漏電流低。同時(shí)，IGZ0的淀積工藝為直流或者高頻磁控濺射，該技術(shù)與現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)界工藝兼容。此外，IGZO TFT的制作工藝溫度較低， 因此可以使用柔性塑料襯底，實(shí)現(xiàn)柔性顯示。
[0005]金屬氧化物薄膜晶體管采用的溝道層材料主要有氧化鋅(ZnO)、氧化銦(ln203)、氧化銦鎵鋅(IGZ0)、氧化鋅錫(ZT0)、氧化銦鋅(IZ0)、氧化銦鋅錫(TIZ0)、氧化錫(Sn〇2)，氧化亞錫(SnO)和氧化亞銅(Cu20)等。金屬氧化物薄膜晶體管最常采用的結(jié)構(gòu)是非自對準(zhǔn)的底柵堆疊結(jié)構(gòu)，其中又分為了刻蝕阻擋層結(jié)構(gòu)(ESL)和背溝道刻蝕結(jié)構(gòu)(BCE)。為了使氧化物半導(dǎo)體背界面特性不受源/漏刻蝕工藝的破壞，工業(yè)界最常采用的是刻蝕阻擋層結(jié)構(gòu)。由于傳統(tǒng)的ESL結(jié)構(gòu)中，源/漏區(qū)和柵電極是非自對準(zhǔn)的，而且源/漏區(qū)和刻蝕阻擋層也是非自對準(zhǔn)的。非自對準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致晶體管存在大的寄生電容，而且大的套刻容差限制了小尺寸晶體管(IXlOwn)的制備。而自對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)能夠有效減小寄生電容。為了實(shí)現(xiàn)自對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，常用的是對源/漏區(qū)進(jìn)行等離子體處理，提高源/漏區(qū)的電導(dǎo)率。但是，等離子體處理需要復(fù)雜昂貴的真空設(shè)備，且難以保證大面積生產(chǎn)的均勻性。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種自對準(zhǔn)薄膜晶體管及其制備方法，該制備方法具有減少晶體管寄生電容、提高源/漏區(qū)的電導(dǎo)率和簡化制備工藝的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]—種自對準(zhǔn)薄膜晶體管的制備方法，包括以下步驟:
[0008]將淀積了有源層、柵介質(zhì)和柵電極的襯底置于電解液中，其中柵介質(zhì)覆蓋有源層的一部分，柵電極至少覆蓋柵介質(zhì)的一部分，對暴露在電解液中的有源層通過電解水的方法進(jìn)行摻氫處理；
[0009]通過光刻和刻蝕有源層，形成包含源區(qū)、漏區(qū)和溝道區(qū)的有源區(qū)；溝道區(qū)由未經(jīng)過電化學(xué)摻氫處理的有源層組成，溝道區(qū)位于柵介質(zhì)正下方，源區(qū)和漏區(qū)均由經(jīng)過電化學(xué)摻氫處理的有源層經(jīng)光刻和刻蝕之后余下的部分組成，并分別位于溝道區(qū)兩側(cè)；
[0010]形成覆蓋襯底、柵電極、源區(qū)和漏區(qū)的一層絕緣介質(zhì)層，并且形成分別與源區(qū)和漏區(qū)接觸的源區(qū)金屬接觸電極和漏區(qū)金屬接觸電極。
[0011]進(jìn)一步地，步驟1)中，襯底為玻璃襯底或柔性塑料襯底。
[0012]進(jìn)一步地，步驟1)中，有源層為氧化娃、氮化娃、氧化銦、氧化鋅、氧化銦錫和氧化銦鋅中的至少一種，有源層厚度為5nm?200nm。
[0013]進(jìn)一步地，步驟2)中，柵介質(zhì)層為氧化硅、氮化硅、高介電常數(shù)金屬氧化物介質(zhì)和有機(jī)介質(zhì)中的至少一種，其厚度為5nm?800nm〇
[0014]進(jìn)一步地，步驟8)中，金屬層采用鉬、銅、鋁、鈦和鉻中的單質(zhì)或合金構(gòu)成單一金屬層或復(fù)合金屬層，金屬層的厚度為l〇nm?800nm〇[〇〇15] 進(jìn)一步地，包括以下步驟:
[0016]1)在襯底上生長一層氧化物半導(dǎo)體薄膜，作為有源層；
[0017]2)在有源層上生長一層絕緣介質(zhì)，作為柵介質(zhì)層；
[0018]3)在柵介質(zhì)層上生長一層金屬薄膜或透明導(dǎo)電薄膜，作為柵電極層；
[0019]4)光刻和刻蝕柵電極層和柵介質(zhì)層，形成柵電極和柵介質(zhì)；
[0020]5)在常壓和室溫下將淀積了有源層、柵介質(zhì)和柵電極的襯底置于電解液中，對暴露在電解液中的有源層通過電解水的方法進(jìn)行摻氫處理；
[0021]6)通過光刻和刻蝕有源層，形成包含源區(qū)、漏區(qū)和溝道區(qū)的有源區(qū)；溝道區(qū)由未經(jīng)過電化學(xué)摻氫處理的有源層組成，溝道區(qū)位于柵介質(zhì)正下方，源區(qū)和漏區(qū)均由經(jīng)過電化學(xué)摻氫處理的有源層組成并分別位于溝道區(qū)兩側(cè)；
[0022]7)在襯底、柵電極、源區(qū)和漏區(qū)上覆蓋一層絕緣介質(zhì)層，在絕緣介質(zhì)層上位于源區(qū)一側(cè)和漏區(qū)一側(cè)采用光刻和刻蝕，形成電極的兩個(gè)接觸孔；
[0023]8)在絕緣介質(zhì)層、暴露的源區(qū)和漏區(qū)的上表面淀積一層金屬膜，采用光刻和刻蝕制成源區(qū)金屬接觸電極和漏區(qū)金屬接觸電極。
[0024]進(jìn)一步地，步驟4)中，柵電極和柵介質(zhì)的制備方法為:在整個(gè)柵電極層上旋涂光刻膠，通過一次曝光，顯影，連續(xù)刻蝕柵電極層和位于柵電極層下的柵介質(zhì)層，形成柵電極和柵介質(zhì)，柵電極和柵介質(zhì)的光刻圖形相同，柵介質(zhì)位于柵電極的正下方。
[0025]進(jìn)一步地，步驟5)是在常壓和室溫下的雙電極電解池中進(jìn)行的，電解液采用水、含電解質(zhì)的水溶液或者水和有機(jī)溶液的混合液，有源層與外部電源的負(fù)極相連，作為陰極，電解液中的水電解形成氫離子，向有源層移動并進(jìn)入暴露在電解液中的有源層。
[0026]進(jìn)一步地，步驟4)?步驟5)中，光刻和刻蝕柵電極層和柵介質(zhì)層，形成柵電極和柵介質(zhì)，除去刻蝕后覆蓋在柵電極表面的光刻膠后，再進(jìn)行摻氫處理。
[0027]進(jìn)一步地，步驟4)?步驟5)中，光刻和刻蝕柵電極層和柵介質(zhì)層，形成柵電極和柵介質(zhì)，保留刻蝕后覆蓋在柵電極表面的光刻膠后，再進(jìn)行摻氫處理，摻氫處理后除去覆蓋在柵電極表面的光刻膠。
[0028]進(jìn)一步地，步驟1)?步驟3)中，襯底上依次連續(xù)淀積有源層、柵介質(zhì)層和柵電極層。[〇〇29] 一種自對準(zhǔn)薄膜晶體管，包括:
[0030]襯底；
[0031]有源層，有源層生成于襯底上，有源層為氧化物半導(dǎo)體薄膜，有源層包括經(jīng)摻氫處理、光刻和刻蝕后得到的源區(qū)、漏區(qū)和溝道區(qū)；
[0032]柵介質(zhì)，柵介質(zhì)生成于有源層上，柵介質(zhì)層通過光刻和刻蝕絕緣介質(zhì)得到；
[0033]柵電極層，柵電極層生成于柵介質(zhì)上，柵電極層通過光刻和刻蝕金屬薄膜或透明導(dǎo)電薄膜得到；
[0034]絕緣介質(zhì)層，覆蓋于襯底、柵電極、源區(qū)和漏區(qū)上；
[0035]源區(qū)金屬接觸電極和漏區(qū)金屬接觸電極，源區(qū)金屬接觸電極與源區(qū)和絕緣介質(zhì)層接觸，漏區(qū)金屬接觸電極與漏區(qū)和絕緣介質(zhì)層接觸，源區(qū)金屬接觸電極和漏區(qū)金屬接觸電極均由金屬膜材料制成。
[0036]對比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0037]1、由于采用對暴露在電解液中的有源層進(jìn)行陰極摻氫處理，摻入的氫離子在有源層中提供載流子，提高了有源層的載流子濃度，降低了有源層的電阻，使其作為器件的源區(qū)和漏區(qū)。采用此處理方法，溝道區(qū)和源區(qū)、漏區(qū)由一步淀積工藝形成，不需要另加源/漏金屬層工藝，簡化了晶體管的制備工藝；[〇〇38]2、本發(fā)明采用電化學(xué)工藝進(jìn)行摻氫處理，只需在常壓、室溫環(huán)境下進(jìn)行，無需采用昂貴復(fù)雜的真空設(shè)備，因此，設(shè)備便宜，操作簡單，降低了晶體管的生產(chǎn)成本；[〇〇39]3、襯底可以選用不耐高溫的柔性材料，從而有利于在柔性顯示中得到應(yīng)用；
[0040]本發(fā)明提供的自對準(zhǔn)薄膜晶體管的制備方法，使晶體管的源/漏區(qū)與柵極形成自對準(zhǔn)，減小了寄生效應(yīng)?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，本發(fā)明可以廣泛在薄膜晶體管領(lǐng)域中應(yīng)用?！靖綀D說明】
[0041]圖1至圖7示出了本發(fā)明實(shí)施例一的薄膜晶體管的主要制作工藝步驟，其中:[0〇42]圖1是淀積有源層的不意圖；[0〇43]圖2是淀積概介質(zhì)層的不意圖；[0〇44]圖3是淀積概極層的不意圖；
[0045]圖4是形成柵電極和柵介質(zhì)的示意圖；
[0046]圖5是對暴露在電解液中的有源層進(jìn)行摻氫處理的示意圖；[0〇47]圖6是形成源區(qū)和漏區(qū)的不意圖；
[0048]圖7是淀積絕緣介質(zhì)層并光刻和刻蝕后形成電極的接觸孔的示意圖；
[0049]圖8是本發(fā)明實(shí)施例一中的自對準(zhǔn)薄膜晶體管剖面示意圖；
[0050]圖9至圖15示出了本發(fā)明實(shí)施例二的薄膜晶體管的主要制作工藝步驟，其中:[0〇51]圖9是淀積有源層的不意圖；[0〇52]圖10是淀積概介質(zhì)層的不意圖；[0〇53 ]圖11是淀積柵極層的示意圖；
[0054]圖12是形成柵電極和柵介質(zhì)的示意圖；
[0055]圖13是保留覆蓋在柵電極上的光刻膠，對暴露在電解液中的有源層進(jìn)行摻氫處理的不意圖；
[0056]圖14是制作源區(qū)和漏區(qū)的示意圖；
[0057]圖15是淀積絕緣介質(zhì)層并光刻和刻蝕后形成電極的接觸孔的示意圖；[〇〇58]圖16是本發(fā)明實(shí)施例二中的自對準(zhǔn)薄膜晶體管的剖面示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0059]下面通過【具體實(shí)施方式】結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0060]本發(fā)明提供一種自對準(zhǔn)薄膜晶體管及其制備方法，該制備方法利用電化學(xué)方法在位于源區(qū)和漏區(qū)的氧化物半導(dǎo)體有源層進(jìn)行摻氫處理，使晶體管的源/漏區(qū)與柵極形成自對準(zhǔn)，制得自對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管。
[0061]實(shí)施例一:
[0062]請參見圖8,本發(fā)明的薄膜晶體管包括襯底1、溝道區(qū)2、柵介質(zhì)3、柵電極4、源區(qū)5、 漏區(qū)6、絕緣介質(zhì)層7、源區(qū)接觸電極8和漏區(qū)接觸電極9。其中，溝道區(qū)2在襯底1上，柵介質(zhì)3 在溝道區(qū)2上，柵電極4在柵介質(zhì)3上，源區(qū)5和漏區(qū)6都在襯底1上，且分別在溝道區(qū)2兩側(cè)，絕緣介質(zhì)層7覆蓋在襯底1、柵電極4、源區(qū)5和漏區(qū)6上，源區(qū)接觸電極8的底端連接源區(qū)5,其兩側(cè)連接絕緣介質(zhì)層7,漏區(qū)接觸電極9的底端連接漏區(qū)6,其兩側(cè)連接絕緣介質(zhì)層7。[〇〇63]本實(shí)施例中，襯底1采用玻璃襯底或聚酰亞胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯等柔性塑料材料。采用柔性塑料材料制作的襯底1可應(yīng)用于柔性顯示領(lǐng)域中。溝道區(qū)2為金屬氧化物半導(dǎo)體材料，如含有氧化鋅基或氧化銦基的氧化物半導(dǎo)體材料，其厚度為5nm?200nm。柵介質(zhì)3采用氮化娃、氧化娃等絕緣介質(zhì)，也可采用氧化錯、氧化鉭或氧化鉿等金屬氧化物高K介質(zhì)，也可以采用有機(jī)介質(zhì)。柵介質(zhì)3的厚度為5nm?800nm。柵電極4可以采用鉬、銅、鋁、鈦和鉻等金屬材料中的至少一種，也可以采用氧化銦錫、鋁摻雜氧化鋅和硼摻雜氧化鋅等透明導(dǎo)電薄膜材料，其厚度為30nm?300nm。絕緣介質(zhì)層7采用氧化硅、氮化娃、氧化錯等無機(jī)介質(zhì)或有機(jī)介質(zhì)中的一種或多種的組合，其厚度為50nm?1000nm〇
[0064]請參見圖1至圖7,示出了一種自對準(zhǔn)薄膜晶體管的制備方法，包括以下步驟:
[0065]如圖1所示，選取襯底1，在襯底1上生長一層氧化物半導(dǎo)體薄膜材料，作為有源層 20。有源層20可以采用氧化銦、氧化鋅、氧化銦錫、氧化銦鋅、氧化鋅錫、氧化銦鎵鋅、氧化銦鋅錫等中的至少一種，可作為單層、雙層或多層材料，并通過磁控濺射或溶液法等方法形成。[〇〇66]如圖2所示，在有源層20上生長一層絕緣介質(zhì)，作為柵介質(zhì)層30;柵介質(zhì)層30可以采用氧化硅、氮化硅等絕緣介質(zhì)，并通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法形成。也可以采用氧化鋁、氧化鉿、氧化鉭等高介電常數(shù)介質(zhì)，并通過原子層淀積、陽極氧化、磁控濺射等方法形成。也可以采用有機(jī)介質(zhì)材料并通過旋涂方法形成。柵介質(zhì)層可以是由單層、雙層或多層不同的材料組成。[〇〇67]如圖3所示，在柵介質(zhì)層30上生長一層?xùn)艠O層40,柵極層40為金屬材料或透明導(dǎo)電薄膜材料，可以是金屬材料或透明導(dǎo)電薄膜材料中的至少一種，可形成單層、雙層或多層材料。金屬材料如鉬、銅、鋁、鈦和鉻等單質(zhì)或合金，并通過磁控濺射、電子束蒸發(fā)或者熱蒸發(fā)等方法形成，也可以采用氧化銦錫、鋁摻雜氧化鋅、硼摻雜氧化鋅等透明導(dǎo)電膜，并通過磁控濺射等方法形成。
[0068]如圖4所示，在整個(gè)柵極層40 (圖3)上旋涂光刻膠，通過一次曝光，顯影，形成光刻膠圖形，連續(xù)刻蝕柵極層40和位于柵極層40下的柵介質(zhì)層30(圖3)，形成柵電極4和柵介質(zhì) 3，柵電極4和柵介質(zhì)3的光刻圖形完全一樣，柵介質(zhì)3位于柵電極4的正下方。刻蝕完成后，去除覆蓋在柵電極4上的光刻膠。
[0069]圖5所示，將淀積了有源層20(圖3)、柵介質(zhì)3和柵電極4的襯底1置于電解液中，對暴露在電解液中的有源層20進(jìn)行電化學(xué)摻氫處理，形成源區(qū)5、漏區(qū)6和溝道區(qū)2。源區(qū)5、漏區(qū)6與溝道區(qū)2兩端的相連處正好與柵電極4兩端對齊，因此，源區(qū)5、漏區(qū)6與柵電極4自對準(zhǔn)。源區(qū)5和漏區(qū)6為有源層20經(jīng)過電化學(xué)處理摻入了氫離子的材料，溝道區(qū)2為未經(jīng)過電化學(xué)處理的氧化物半導(dǎo)體材料。采用此處理方法，溝道區(qū)2和源區(qū)5、漏區(qū)6由一步淀積工藝形成，不需要另加源/漏金屬層工藝，簡化了晶體管的制備工藝，提高生產(chǎn)效率。摻入氫離子是在雙電極電解池中進(jìn)行的，電解液采用水、含電解質(zhì)的水溶液或者水和有機(jī)溶液的混合液。 其中有源層20作為陰極，電解液中的水電解形成氫離子，氫離子向作為陰極的有源層20移動，并進(jìn)入暴露在電解液中的有源層20,降低了有源層20的電阻率。由于本發(fā)明采用的電化學(xué)處理是在常壓和室溫下進(jìn)行，因此是一種操作簡單、低成本的低溫工藝。
[0070]如圖6所示，采用光刻和刻蝕工藝制作源區(qū)5和漏區(qū)6,形成包含源區(qū)5、漏區(qū)6和溝道區(qū)2的有源區(qū)。源區(qū)5及漏區(qū)6為有源層20(如圖4)經(jīng)過電化學(xué)摻氫處理后的材料，位于溝道區(qū)2的兩端且與溝道區(qū)2相連，并且都位于襯底1上。由于在柵介質(zhì)3下方的溝道區(qū)2被柵介質(zhì)3保護(hù)，在電化學(xué)處理過程中不與電解液接觸，因此沒有摻入氫離子。
[0071]如圖7所示，生長一層絕緣介質(zhì)層7,該絕緣介質(zhì)層7覆蓋在襯底1、柵介質(zhì)3、柵電極 4、源區(qū)5和漏區(qū)6的表面，然后在絕緣介質(zhì)層7上位于源區(qū)5和漏區(qū)6都采用光刻和刻蝕以形成電極的兩個(gè)接觸孔。絕緣介質(zhì)層7可以采用氧化硅、氮化硅等絕緣介質(zhì)，并通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法形成，也可以采用氧化鋁、氧化鉿和氧化鉭等高介電常數(shù)介質(zhì)并通過原子層淀積和磁控濺射等方法形成，也可以采用有機(jī)介質(zhì)材料并通過旋涂方法形成。
[0072]如圖8所示，在整個(gè)器件的上表面采用磁控濺射方法淀積一層金屬薄膜材料，然后光刻和刻蝕分別制成薄膜晶體管電極的源區(qū)金屬接觸電極8和漏區(qū)金屬接觸電極9,源區(qū)金屬接觸電極8和漏區(qū)金屬接觸電極9將薄膜晶體管的各電極引出，完成金屬氧化物薄膜晶體管制備。其中，金屬薄膜材料可采用如鉬、銅、鋁、鈦和鉻等單質(zhì)或合金，可為前述材料的單層、雙層或多層材料組成，并通過磁控濺射、電子束蒸發(fā)或者熱蒸發(fā)等方法形成。[〇〇73] 實(shí)施例二:[〇〇74]請參見圖16,圖16示出了本發(fā)明實(shí)施例二的薄膜晶體管。圖16中的薄膜晶體管與實(shí)施例一中的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)相同，不同在于其制備方法。
[0075]請參見圖9至圖15,示出了一種自對準(zhǔn)薄膜晶體管的制備方法。本實(shí)施例中公開的自對準(zhǔn)薄膜晶體管制作方法與實(shí)施例一中公開的方法類似，圖9?11及圖14?15的工藝制備方法分別與實(shí)施例一圖1?3及圖6?7相同。其不同之處為圖12和圖13的工藝制備方法， 具體如下:
[0076]如圖9所示，選取襯底1，在襯底1上生長一層氧化物半導(dǎo)體薄膜材料，作為有源層20。有源層20可以采用氧化銦、氧化鋅、氧化銦錫、氧化銦鋅、氧化鋅錫、氧化銦鎵鋅、氧化銦鋅錫等中的至少一種，可作為單層、雙層或多層材料，并通過磁控濺射或溶液法等方法形成。[〇〇77]如圖10所示，在有源層20上生長一層絕緣介質(zhì)，作為柵介質(zhì)層30;柵介質(zhì)層30可以采用氧化硅、氮化硅等絕緣介質(zhì)，并通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法形成。也可以采用氧化鋁、氧化鉿、氧化鉭等高介電常數(shù)介質(zhì)，并通過原子層淀積、陽極氧化、磁控濺射等方法形成。也可以采用有機(jī)介質(zhì)材料并通過旋涂方法形成。柵介質(zhì)層可以是由單層、雙層或多層不同的材料組成。[〇〇78]如圖11所示，在柵介質(zhì)層30上生長一層?xùn)艠O層40，柵極層40為金屬材料或透明導(dǎo)電薄膜材料，可以是金屬材料或透明導(dǎo)電薄膜材料中的至少一種，并可以是單層、雙層或多層材料。金屬材料如鉬、銅、鋁、鈦和鉻等單質(zhì)或合金，并通過磁控濺射、電子束蒸發(fā)或者熱蒸發(fā)等方法形成，也可以采用氧化銦錫、鋁摻雜氧化鋅、硼摻雜氧化鋅等透明導(dǎo)電膜，并通過磁控濺射等方法形成。[〇〇79]如圖12所示，在整個(gè)柵電極層上旋涂光刻膠，通過一次曝光，顯影，形成光刻膠圖形，連續(xù)刻蝕柵極層40(圖11)和位于柵極層40下的柵介質(zhì)層30(圖11)，形成柵電極4和柵介質(zhì)3,柵電極4和柵介質(zhì)3的光刻圖形完全一樣，柵介質(zhì)3位于柵電極4的正下方?？涛g完成后， 保留覆蓋在柵電極4上的光刻膠41。
[0080]圖13所示，將淀積了有源層20 (圖11 )、柵介質(zhì)30 (圖11 )、柵電極40 (圖11)和覆蓋著光刻膠41的襯底1置于電解液中，對暴露在電解液中的有源層20進(jìn)行電化學(xué)摻氫處理，形成源區(qū)5、漏區(qū)6和溝道區(qū)2。源區(qū)5、漏區(qū)6與溝道區(qū)2兩端的相連處正好與柵電極4兩端對齊，因此，源區(qū)5、漏區(qū)6與柵電極4自對準(zhǔn)。源區(qū)5和漏區(qū)6為有源層20經(jīng)過電化學(xué)處理摻入了氫離子的材料，溝道區(qū)2為未經(jīng)過電化學(xué)處理的氧化物半導(dǎo)體材料。采用此處理方法，溝道區(qū)和源區(qū)、漏區(qū)由一步淀積工藝形成，不需要另加源/漏金屬層工藝，簡化了晶體管的制備工藝， 提高生產(chǎn)效率。摻入氫離子的具體方法是在雙電極電解池中進(jìn)行的，電解液采用水、含電解質(zhì)的水溶液或者水和有機(jī)溶液的混合液。其中有源層20 (如圖12)作為陰極，電解液中的水電解形成氫離子，氫離子向作為陰極的有源層20移動，并進(jìn)入暴露在電解液中的有源層20， 降低了有源層20的電阻率。電化學(xué)處理完成后，去除覆蓋在柵電極3上的光刻膠41。
[0081]如圖14所示，采用光刻和刻蝕工藝制作源區(qū)5和漏區(qū)6,形成包含源區(qū)5、漏區(qū)6和溝道區(qū)2的有源區(qū)。源區(qū)5及漏區(qū)6為有源層20(如圖12)經(jīng)過電化學(xué)摻氫處理后的材料，位于溝道區(qū)2的兩端且與溝道區(qū)2相連，并且都位于襯底1上。由于在柵介質(zhì)3下方的溝道區(qū)2被柵介質(zhì)3保護(hù)，在電化學(xué)處理過程中不與電解液接觸，因此沒有摻入氫離子。
[0082]如圖15所示，生長一層絕緣介質(zhì)層7,該絕緣介質(zhì)層7覆蓋在襯底1、柵介質(zhì)3、柵電極4、源區(qū)5和漏區(qū)6的表面，然后在絕緣介質(zhì)層7上位于源區(qū)5和漏區(qū)6都采用光刻和刻蝕以形成電極的兩個(gè)接觸孔。絕緣介質(zhì)層7可以采用氧化硅、氮化硅等絕緣介質(zhì)，并通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法形成，也可以采用氧化鋁、氧化鉿和氧化鉭等高介電常數(shù)介質(zhì)并通過原子層淀積和磁控濺射等方法形成，也可以采用有機(jī)介質(zhì)材料并通過旋涂方法形成。
[0083]如圖16所示，在整個(gè)器件的上表面采用磁控濺射方法淀積一層金屬薄膜材料，然后光刻和刻蝕分別制成薄膜晶體管電極的源區(qū)金屬接觸電極8和漏區(qū)金屬接觸電極9,源區(qū)金屬接觸電極8和漏區(qū)金屬接觸電極9將薄膜晶體管的各電極引出，完成金屬氧化物薄膜晶體管制備。其中，金屬薄膜材料可采用如鉬、銅、鋁、鈦和鉻等單質(zhì)或合金，可為前述材料的單層、雙層或多層材料組成，并通過磁控濺射、電子束蒸發(fā)或者熱蒸發(fā)等方法形成。
[0084]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種自對準(zhǔn)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:將淀積了有源層、柵介質(zhì)和柵電極的襯底置于電解液中，其中所述柵介質(zhì)覆蓋所述有 源層的一部分，所述柵電極至少覆蓋所述柵介質(zhì)的一部分，對暴露在所述電解液中的所述 有源層通過電解水的方法進(jìn)行摻氫處理;通過光刻和刻蝕所述有源層，形成包含源區(qū)、漏區(qū) 和溝道區(qū)的有源區(qū)；所述溝道區(qū)由未經(jīng)過電化學(xué)摻氫處理的所述有源層組成，所述溝道區(qū) 位于柵介質(zhì)正下方，所述源區(qū)和所述漏區(qū)均由經(jīng)過電化學(xué)摻氫處理的有源層經(jīng)所述光刻和 刻蝕之后余下的部分組成，并分別位于所述溝道區(qū)兩側(cè);形成覆蓋所述襯底、所述柵電極、 所述源區(qū)和所述漏區(qū)的一層絕緣介質(zhì)層，并且形成分別與所述源區(qū)和漏區(qū)接觸的源區(qū)金屬 接觸電極和漏區(qū)金屬接觸電極。2.如權(quán)利要求1所述的一種自對準(zhǔn)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于:所述襯底為玻 璃襯底或柔性塑料襯底。3.如權(quán)利要求1所述的一種自對準(zhǔn)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于:所述有源層為 氧化硅、氮化硅、氧化銦、氧化鋅、氧化銦錫和氧化銦鋅中的至少一種，所述有源層厚度為5 nm?200 nm;所述柵介質(zhì)為氧化娃、氮化娃、高介電常數(shù)金屬氧化物介質(zhì)和有機(jī)介質(zhì)中的至 少一種，其厚度為5 nm?800 nm。4.如權(quán)利要求1所述的一種自對準(zhǔn)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，包括以下步 驟:1)在襯底上生長一層氧化物半導(dǎo)體薄膜，作為有源層；2 )在所述有源層上生長一層絕緣介質(zhì)，作為柵介質(zhì)層；3)在所述柵介質(zhì)層上生長一層金屬薄膜或透明導(dǎo)電薄膜，作為柵電極層；4)光刻和刻蝕所述柵電極層和所述柵介質(zhì)層，形成柵電極和柵介質(zhì)；5)在常壓和室溫下將淀積了所述有源層、所述柵介質(zhì)和所述柵電極的襯底置于電解液 中，對暴露在所述電解液中的所述有源層通過電解水的方法進(jìn)行摻氫處理；6)通過光刻和刻蝕所述有源層，形成包含源區(qū)、漏區(qū)和溝道區(qū)的有源區(qū)；所述溝道區(qū)由 未經(jīng)過電化學(xué)摻氫處理的所述有源層組成，所述溝道區(qū)位于柵介質(zhì)正下方，所述源區(qū)和所 述漏區(qū)均由經(jīng)過電化學(xué)摻氫處理的所述有源層組成并分別位于所述溝道區(qū)兩側(cè)；7)在所述襯底、所述柵電極、所述源區(qū)和所述漏區(qū)上覆蓋一層絕緣介質(zhì)層，在所述絕緣 介質(zhì)層上位于所述源區(qū)一側(cè)和所述漏區(qū)一側(cè)采用光刻和刻蝕，形成電極的兩個(gè)接觸孔；8)在所述絕緣介質(zhì)層、暴露的所述源區(qū)和所述漏區(qū)的上表面淀積一層金屬膜，采用光 刻和刻蝕制成源區(qū)金屬接觸電極和漏區(qū)金屬接觸電極。5.如權(quán)利要求4所述的一種自對準(zhǔn)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于:所述步驟4) 中，所述柵電極和所述柵介質(zhì)的制備方法為:在整個(gè)所述柵電極層上旋涂光刻膠，通過一次 曝光，顯影，連續(xù)刻蝕所述柵電極層和位于所述柵電極層下的所述柵介質(zhì)層，形成所述柵電 極和所述柵介質(zhì)，所述柵電極和所述柵介質(zhì)的光刻圖形相同，所述柵介質(zhì)位于所述柵電極 的正下方。6.如權(quán)利要求4所述的一種自對準(zhǔn)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于:所述步驟5)是 在常壓和室溫下的雙電極電解池中進(jìn)行的，所述電解液采用水、含電解質(zhì)的水溶液，或者水 和有機(jī)溶液的混合液，所述有源層與外部電源的負(fù)極相連，作為陰極，電解液中的水電解形 成氫離子，向所述有源層移動并進(jìn)入暴露在所述電解液中的所述有源層。7.如權(quán)利要求4所述的一種自對準(zhǔn)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于:所述步驟4)? 步驟5)中，光刻和刻蝕所述柵電極層和所述柵介質(zhì)層，形成所述柵電極和所述柵介質(zhì)，除去 刻蝕后覆蓋在所述柵電極表面的光刻膠后，再進(jìn)行摻氫處理。8.如權(quán)利要求4所述的一種自對準(zhǔn)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于:所述步驟4)? 步驟5)中，光刻和刻蝕所述柵電極層和所述柵介質(zhì)層，形成所述柵電極和所述柵介質(zhì)，保留 刻蝕后覆蓋在所述柵電極表面的光刻膠，再進(jìn)行摻氫處理，摻氫處理后除去覆蓋在所述柵 電極表面的所述光刻膠。9.如權(quán)利要求4所述的一種自對準(zhǔn)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于:所述步驟1)? 步驟3)中，所述襯底上依次連續(xù)淀積所述有源層、所述柵介質(zhì)層和所述柵電極層。10.—種自對準(zhǔn)薄膜晶體管，其特征在于，包括:襯底；有源層，所述有源層生成于所述襯底上，所述有源層為氧化物半導(dǎo)體薄膜，所述有源層 包括經(jīng)摻氫處理、光刻和刻蝕后得到的源區(qū)、漏區(qū)和溝道區(qū)；柵介質(zhì)，所述柵介質(zhì)生成于所述有源層上，所述柵介質(zhì)層通過光刻和刻蝕絕緣介質(zhì)得 到；柵電極，所述柵電極生成于所述柵介質(zhì)上，所述柵電極通過光刻和刻蝕金屬薄膜或透 明導(dǎo)電薄膜得到；絕緣介質(zhì)層，覆蓋于所述襯底、所述柵電極、所述源區(qū)和所述漏區(qū)上；源區(qū)金屬接觸電極和漏區(qū)金屬接觸電極，所述源區(qū)金屬接觸電極與所述源區(qū)和所述絕 緣介質(zhì)層接觸，所述漏區(qū)金屬接觸電極與所述漏區(qū)和所述絕緣介質(zhì)層接觸，所述源區(qū)金屬 接觸電極和所述漏區(qū)金屬接觸電極均由金屬膜材料制成。
【文檔編號】H01L21/34GK105977306SQ201610451662
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】張盛東, 邵陽, 肖祥, 周曉梁
【申請人】北京大學(xué)深圳研究生院