一種氧化物薄膜晶體管及其制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種氧化物薄膜晶體管及其制造方法，包括襯底基板，襯底基板上依次設(shè)有柵極、柵極絕緣層和半導(dǎo)體有源層，半導(dǎo)體有源層位于柵極兩側(cè)位置分別設(shè)有源極和漏極，源極和漏極之間為導(dǎo)電溝道，半導(dǎo)體有源層包含依次覆蓋在柵極絕緣層上阻值為R1的第一氧化物薄膜、阻值為R2的第二氧化物薄膜和阻值為R3的第三氧化物薄膜，第三氧化物薄膜源極和漏極位置阻值為R4，R4由特殊工藝減小第三氧化物薄膜的源極和漏極位置阻值得到，R1及R3的阻值均大于R2。保護(hù)絕緣層覆蓋在除源極和漏極位置的半導(dǎo)體有源層上；金屬層覆蓋源極和漏極；本發(fā)明通過(guò)改變傳統(tǒng)的半導(dǎo)體氧化物薄膜固定電阻為漸變電阻，從而實(shí)現(xiàn)減小漏電流，提高了器件穩(wěn)定性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種氧化物薄膜晶體管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)是一種氧化物薄膜晶體管及其制造方法。【背景技術(shù)】
[0002]在近十幾年的時(shí)間中，以娃基薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Thin Film Transistor , TFT)為驅(qū)動(dòng)單元的液晶顯示器件以其體積小、重量輕、品質(zhì)高等一系列優(yōu)點(diǎn)獲得了迅速發(fā)展，并成為主流的信息顯示終端。但是因其自身遷移率較低，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)高分辨率顯示等問(wèn)題，其在大尺寸平板顯示領(lǐng)域逐漸被氧化物TFT所取代。
[0003]氧化物TFT具有比較高的遷移率，非常適合應(yīng)用于未來(lái)的顯示器。但是與一般的硅材料相比(以下以半導(dǎo)體氧化物IGZO為例)，IGZO材料本身具有不穩(wěn)定性，這是由于傳統(tǒng)的IGZO薄膜中存在大量的氧空位，使得TFT在柵極電壓作用條件下，由于電場(chǎng)的變化，電荷會(huì)在薄膜界面間發(fā)生遷移動(dòng)，產(chǎn)生新的熱載流子電荷和過(guò)剩的載流子，過(guò)剩載流子會(huì)在薄膜界面間發(fā)生遷移，從而導(dǎo)致器件中與IGZO接觸的界面缺陷嚴(yán)重和閾值電壓的漂移，器件電學(xué)穩(wěn)定性下降，因此直接影響了其推廣及應(yīng)用。這個(gè)問(wèn)題是半導(dǎo)體器件中一直存在，在氧化物半導(dǎo)體TFT器件中尤為明顯。
[0004]這種現(xiàn)象在NBTS老化實(shí)驗(yàn)過(guò)程中尤其明顯，隨著測(cè)試時(shí)間增加，檢驗(yàn)IGZO-TFT器件的漏電流增加，IdVg電流電壓特性曲線(xiàn)向右漂移，其原因是IGZO氧化半導(dǎo)體薄膜與絕緣薄膜間產(chǎn)生了新的電荷，并在IGZO氧化半導(dǎo)體薄膜與絕緣薄膜界面間擴(kuò)散。
[0005]氧化物半導(dǎo)體的電阻與氧缺陷密度有直接的關(guān)系，由于氧化物薄膜在沉積的過(guò)程，氧分壓的變化會(huì)引起氧化物薄膜氧缺陷的比率，從而改變薄膜的的電阻，比如IGZOx的方塊電阻會(huì)隨著X的變化而變化，X=4與X=5相比，薄膜電阻由5E13變到10E14，禁帶寬度Eg為3.5和4.5，氧缺陷較少，因此界面劣化減少。但是如果有源層的禁帶寬度大于4.0,則器件的閾值電壓過(guò)大。業(yè)界對(duì)于氧化物晶體管有源層的做過(guò)很多的研究，改善氧化物薄膜界面從而提高氧化物器件的穩(wěn)定性得以提高。
[0006]本發(fā)明的目的是為了提高氧化物半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性?，F(xiàn)有的氧化物薄膜晶體管的有源層的電阻值是均勻不變的，本發(fā)明提出一種具有漸變電阻溝道層的氧化物半導(dǎo)體晶體管，相對(duì)于現(xiàn)有器件結(jié)構(gòu)，采用本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)有源層與絕緣層間的界面劣化減少，有源層界面特性達(dá)到改善，漏電流減小，器件的穩(wěn)定性提高。氧化物半導(dǎo)體薄膜可以通過(guò)PVD沉積方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以在PVD沉積的時(shí)候，通過(guò)改變氧氣含量(氧分壓)來(lái)實(shí)現(xiàn)漸變電阻溝道層，鍍膜環(huán)境的氧含量高，則電阻大，反之電阻相對(duì)小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種具有漸變電阻溝道層的氧化物薄膜晶體管，以減小有源層和絕緣層界面的劣化，提高器件的穩(wěn)定性。
[0008]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種氧化物薄膜晶體管，包括襯底基板，襯底基板上依次設(shè)有柵極、柵極絕緣層、半導(dǎo)體有源層、保護(hù)絕緣層和金屬層，其中，半導(dǎo)體有源層中的位于柵極兩側(cè)的位置分別設(shè)有源極和漏極，源極和漏極之間有導(dǎo)電溝道；所述的半導(dǎo)體有源層覆蓋柵極絕緣層；保護(hù)絕緣層覆蓋在除源極和漏極位置的半導(dǎo)體有源層上；源極和漏極上覆蓋金屬層；所述的半導(dǎo)體有源層包含依次覆蓋在柵極絕緣層上的電阻為Rl的第一半導(dǎo)體氧化物薄膜、電阻為R2的第二半導(dǎo)體氧化物薄膜和第三半導(dǎo)體氧化物薄膜，第三半導(dǎo)體氧化物薄膜在源極和漏極位置的阻值為R4，其他地方的阻值均為R3，R4是通過(guò)特殊工藝作用于第三半導(dǎo)體氧化物薄膜的源極和漏極位置得到的，R4的阻值小于R3 ；R2的阻值小于Rl的阻值，且R2的阻值也小于R3的阻值。
[0009]所述的制作步驟如下:
S1:在襯底基板上形成柵極；
52:在柵極上形成柵極絕緣層；
53:利用不同的沉積環(huán)境條件，在柵極絕緣層覆蓋半導(dǎo)體有源層，半導(dǎo)體有源層包含依次覆蓋在柵極絕緣層上的電阻為Rl的第一半導(dǎo)體氧化物薄膜、電阻為R2的第二半導(dǎo)體氧化物薄膜和電阻為R3的第三半導(dǎo)體氧化物薄膜，R2阻值小于Rl的阻值，且R2的阻值也小于R3的阻值；
S4:在半導(dǎo)體有源層中的位于柵極兩側(cè)的位置分別設(shè)置源極和漏極，源極和漏極之間為導(dǎo)電溝道，對(duì)步驟S3中的阻值為R3的第三半導(dǎo)體氧化物薄膜上覆蓋保護(hù)絕緣層，然后再去掉源極和漏極位置上的保護(hù)絕緣層；
S5:對(duì)步驟S3所述的源極和漏極位置鍍金屬膜形成金屬層，在鍍膜前采用工藝使得源極/漏極位置露出的有源層第三半導(dǎo)體氧化物薄膜的電阻由R3變成R4，R4的阻值小于R3。
[0010]所述的柵極絕緣層和保護(hù)絕緣層采用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積(Metal-organic Chemical Vapor Deposition,簡(jiǎn)稱(chēng) M0CVD)工藝；半導(dǎo)體有源層米用物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition,簡(jiǎn)稱(chēng) PVD)工藝。
[0011]所述第一、第二和第三半導(dǎo)體氧化物薄膜是通過(guò)調(diào)節(jié)PVD工藝的氧分壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的；第二半導(dǎo)體氧化物薄膜的R2阻值范圍值為:1E13—5E13歐姆，其帶隙為3.0—3.8EV ；第一和第三半導(dǎo)體氧化物薄膜的Rl和R3的阻值范圍為1E14—5E14歐姆，帶隙為4.0—
4.5EV。
[0012]所述源極和漏極鍍金屬膜形成金屬層前，采用等離子轟擊的工藝使得源極/漏極位置露出的有源層第三半導(dǎo)體氧化物薄膜的電阻由R3變成R4。
[0013]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明能夠減少氧化物薄膜晶體管的界面特性，減少漏電流，改善器件的穩(wěn)定性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明步驟SI和S2的完成后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2和圖3是本發(fā)明步驟S3的完成后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4和圖5是本發(fā)明步驟S4的完成后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6和圖7是本發(fā)明步驟S5的完成后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8是與本發(fā)明圖4相區(qū)別的現(xiàn)有半導(dǎo)體氧化物TFT局部示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0016]如圖7所示:一種氧化物薄膜晶體管，包括襯底基板1，襯底基板I上依次設(shè)有柵極2、柵極絕緣層3、半導(dǎo)體有源層10、保護(hù)絕緣層7和金屬層11，其中，半導(dǎo)體有源層10中的位于柵極2兩側(cè)的位置分別設(shè)有源極8和漏極9，源極8和漏極9之間有導(dǎo)電溝道；所述的半導(dǎo)體有源層10覆蓋柵極絕緣層3 ;保護(hù)絕緣層7覆蓋在除源極8和漏極8位置的半導(dǎo)體有源層10上；源極8和漏極9上覆蓋金屬層11 ;所述的半導(dǎo)體有源層10包含依次覆蓋在柵極絕緣層上的電阻為Rl的第一半導(dǎo)體氧化物薄膜4、電阻為R2的第二半導(dǎo)體氧化物薄膜5和第三半導(dǎo)體氧化物薄膜6，第三半導(dǎo)體氧化物薄膜6在源極8和漏極9位置的阻值為R4，其他地方的阻值為R3，R4是通過(guò)特殊工藝作用于第三半導(dǎo)體氧化物薄膜6的源極8和漏極9位置得到的，R4的阻值小于R3 ；R2的阻值小于Rl的阻值，且R2的阻值也小于R3的阻值。
[0017]上述一種氧化物薄膜晶體管器件制造方法的流程如圖1-6所示，制備方法如下: S1:在襯底基板I上形成采用柵極2 ;柵極2可以用Cu、Al、Cr等金屬或者AINd、MoNb
等合金的單層結(jié)構(gòu)，也可用Al/Mo、Ti/Al/Ti等金屬疊層形成。
[0018]S2:在柵極2上形成柵極絕緣層3 ;柵極絕緣層3可以由SiO2等單層材料構(gòu)成，也可用SiNJ SiO2等絕緣物質(zhì)的疊層形成；柵極絕緣層3采用CVD工藝沉積。
[0019]S3:在柵極絕緣層3上覆蓋有源層，利用不同的沉積環(huán)境條件，有源層包含電阻為Rl第一半導(dǎo)體氧化物薄膜4、電阻為R2第二半導(dǎo)體氧化物薄膜5和電阻為R3的第三半導(dǎo)體有源層薄膜6組成，R2阻值小于Rl和R3 ;有源層的沉積采用PVD工藝，通過(guò)調(diào)節(jié)PVD工藝的氧分壓來(lái)實(shí)現(xiàn)不同阻值；第二半導(dǎo)體氧化物薄膜的R2阻值范圍值為:1E13--5E13歐姆，其帶隙為3.0—3.8EV ;第一和第三半導(dǎo)體氧化物薄膜的Rl和R3的阻值范圍為1E14—5E14歐姆，帶隙為4.0—4.5EV。
[0020]S4:在半導(dǎo)體有源層中的位于柵極兩側(cè)的位置分別設(shè)定源極8和漏極9，源極8和漏極9之間為導(dǎo)電溝道，對(duì)步驟S3中的阻值為R3的第三半導(dǎo)體氧化物薄膜6上覆蓋保護(hù)絕緣層7，然后再去掉源極8和漏極9位置上的保護(hù)絕緣層7材料。
[0021]S5:對(duì)步驟S4所述的源極8和漏極9鍍金屬膜形成金屬層11，在鍍膜前采用等離子轟擊的工藝使得源極/漏極位置露出的半導(dǎo)體有源層10第三半導(dǎo)體氧化物薄膜6的電阻由R3變成R4，R4的阻值小于R3，其他位置的阻值仍然是R3 ;所鍍的金屬膜的材質(zhì)可以用Cu、Al、Cr等金屬或者AINd、MoNb等合金的單層結(jié)構(gòu)，也可用Al/Mo、Ti/Al/Ti等金屬疊層形成。
[0022]實(shí)施例一:
如圖1所示，首先在玻璃等制成的襯底基板I上，通過(guò)PVD方法沉積Ti/Al/Ti形成柵極2，厚度為350nm，光刻-顯影-蝕刻出柵極圖形成柵極2 ;通過(guò)CVD方法沉積SiO2形成柵極絕緣層3覆蓋在柵極2上，厚度為300nm。
[0023]如圖2所示，設(shè)定PVD沉積方法環(huán)境參數(shù)為:Temp=300 V, Ar2=200sccm, O2=40sccm，氧氣比率為16%，沉積壓力為0.35Pa，得到電阻為R1=10E14的第一半導(dǎo)體氧化物薄膜4，膜厚為10nm，覆蓋在柵極絕緣層3上。
[0024]如圖3所示，設(shè)定PVD沉積方法環(huán)境參數(shù)為:Temp=300 V, Ar2=210sccm, O2=30sccm，氧氣比率為12.5%，沉積壓力為0.35Pa，得到電阻為R2=5E13的第二半導(dǎo)體氧化物薄膜5，膜厚為30nm，覆蓋在第一半導(dǎo)體氧化物薄膜4上，第三半導(dǎo)體氧化物薄膜6和第一半導(dǎo)體氧化物薄膜4采用同樣的沉積方法和沉積條件，阻值也是10E14。
[0025]如圖4所示，采用CVD方法沉積SiO2作為保護(hù)絕緣層7，材料為SiO2,厚度為IOOnm。
[0026]如圖5所示，利用光刻-顯影-腐蝕工藝，去掉源極8和漏極9位置上的保護(hù)絕緣層7材料。
[0027]如圖6和7所示，在室溫環(huán)境下，先采用Ar2等離子體轟擊源極8/漏極9位置露出的半導(dǎo)體有源層10第三半導(dǎo)體氧化物薄膜6的表面5分鐘，使得電阻R3由10E14變?yōu)?0E3,然后再對(duì)源極8和漏極9鍍金屬膜形成金屬層11。
[0028]以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)；本發(fā)明未涉及的技術(shù)均可通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種氧化物薄膜晶體管，包括襯底基板，襯底基板上依次設(shè)有柵極、柵極絕緣層、半導(dǎo)體有源層、保護(hù)絕緣層和金屬層，其中，半導(dǎo)體有源層中的位于柵極兩側(cè)的位置分別設(shè)有源極和漏極，源極和漏極之間有導(dǎo)電溝道，其特征在于:所述的半導(dǎo)體有源層覆蓋柵極絕緣層；保護(hù)絕緣層覆蓋在除源極和漏極位置的半導(dǎo)體有源層上；源極和漏極上覆蓋金屬層；所述的半導(dǎo)體有源層包含依次覆蓋在柵極絕緣層上的電阻為Rl的第一半導(dǎo)體氧化物薄膜、電阻為R2的第二半導(dǎo)體氧化物薄膜和第三半導(dǎo)體氧化物薄膜，第三半導(dǎo)體氧化物薄膜在源極和漏極位置的阻值為R4，其他地方的阻值均為R3，R4是通過(guò)特殊工藝作用于第三半導(dǎo)體氧化物薄膜的源極和漏極位置得到的，R4的阻值小于R3 ；R2的阻值小于Rl的阻值，且R2的阻值也小于R3的阻值。
2.一種如權(quán)利要求1所述的氧化物薄膜晶體管的制造方法，其特征在于所述的制作步驟如下: 51:在襯底基板上形成柵極； 52:在柵極上形成柵極絕緣層； 53:利用不同的沉積環(huán)境條件，在柵極絕緣層覆蓋半導(dǎo)體有源層，半導(dǎo)體有源層包含依次覆蓋在柵極絕緣層上的電阻為Rl的第一半導(dǎo)體氧化物薄膜、電阻為R2的第二半導(dǎo)體氧化物薄膜和電阻為R3的第三半導(dǎo)體氧化物薄膜，R2阻值小于Rl的阻值，且R2的阻值也小于R3的阻值； S4:在半導(dǎo)體有源層中的位于柵極兩側(cè)的位置分別設(shè)置源極和漏極，源極和漏極之間為導(dǎo)電溝道，對(duì)步驟S3中的阻值為R3的第三半導(dǎo)體氧化物薄膜上覆蓋保護(hù)絕緣層，然后再去掉源極和漏極位置上的保護(hù)絕緣層； S5:對(duì)步驟S3所述的源極和漏極位置鍍金屬膜形成金屬層，在鍍膜前采用工藝使得源極/漏極位置露出的第三半導(dǎo)體氧化物薄膜的電阻由R3變成R4，R4的阻值小于R3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氧化物薄膜晶體管及其制造方法，其特征在于:所述的柵極絕緣層和保護(hù)絕緣層采用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積(Metal-organicChemical Vapor Deposition,簡(jiǎn)稱(chēng)M0CVD)工藝；半導(dǎo)體有源層米用物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition,簡(jiǎn)稱(chēng) PVD)工藝。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種氧化物薄膜晶體管及其制造方法，其特征在于:所述第一、第二和第三半導(dǎo)體氧化物薄膜是通過(guò)調(diào)節(jié)PVD工藝的氧分壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的；第二半導(dǎo)體氧化物薄膜的R2阻值范圍值為:1E13—5E13歐姆，其帶隙為3.0—3.8EV ;第一和第三半導(dǎo)體氧化物薄膜的Rl和R3的阻值范圍為1E14—5E14姆，帶隙為4.0—4.5EV。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種氧化物薄膜晶體管及其制造方法，其特征在于:所述源極和漏極鍍金屬膜形成金屬層前，采用等離子轟擊的工藝使得源極/漏極位置露出的有源層第三半導(dǎo)體氧化物薄膜的阻值由R3變成R4。
【文檔編號(hào)】H01L29/10GK103887345SQ201410122981
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
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