本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種調(diào)控金屬氧化物薄膜晶體管反相器閾值電壓的方法。

背景技術(shù)：

由于RFID(電子標(biāo)簽)的非接觸性、各項(xiàng)同性等特點(diǎn)，它可通過無線電訊號識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，使用電子標(biāo)簽可以極大地提高物流分揀的效率。目前傳統(tǒng)的硅基電子標(biāo)簽，在快遞公司為提升市場競爭力而降低生產(chǎn)成本的背景下，價(jià)格難以降低到快遞公司可以接受的范圍之內(nèi)。而無機(jī)薄膜晶體管中的金屬氧化物薄膜晶體管恰恰可以滿足低價(jià)產(chǎn)業(yè)化的要求，它具有諸多優(yōu)點(diǎn)：工藝溫度低(可低至室溫)、可以做在柔性基底、材料成本低、可回收利用、電學(xué)性能好等等，正好滿足我們對低成本電子標(biāo)簽的要求。

反相器作為低成本電子標(biāo)簽重要的組成部分，在研發(fā)金屬氧化物薄膜晶體管RFID過程中遇到了許多難題，而基于金屬氧化物薄膜半導(dǎo)體晶體管的反相器閾值電壓即是其中之一，金屬氧化物薄膜晶體管反相器輸出的閾值電壓差異不明顯，不能達(dá)到產(chǎn)品的性能要求，雖然到目前為止有不少方法可以用來調(diào)控薄膜晶體管的閾值電壓和工作模式，如化學(xué)摻雜、溝道沉積時(shí)的氧壓調(diào)控、使用雙層溝道以及使用不同的金屬柵電極等，但是這些技術(shù)的制備工藝十分復(fù)雜，成本相對較高，因此，開發(fā)一種相對簡單工藝獲得金屬氧化物薄膜晶體管并實(shí)現(xiàn)對其閾值電壓的調(diào)控，具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種調(diào)控金屬氧化物薄膜晶體管反相器閾值電壓的方法，目的在于通過改變柵極厚度方式得到具有較大差異的閾值電壓，從而實(shí)現(xiàn)對閾值電壓的調(diào)控。

為解決上述問題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種調(diào)控金屬氧化物薄膜晶體管反相器閾值電壓的方法，包括以下步驟：

在柔性襯底上沉積一層導(dǎo)電薄膜形成源區(qū)和漏區(qū)；

在所述源區(qū)和所述漏區(qū)上沉積一層金屬氧化物薄膜，并刻蝕形成有源層；

在所述有源層上沉積一層金屬氧化物薄膜，并刻蝕形成絕緣層；

在所述絕緣層上沉積形成柵極，在柵極沉積形成過程中分兩次進(jìn)行，第一次沉積厚度為20nm～200nm，第二次沉積厚度為200nm～1μm；

在柵極形成后進(jìn)行O₂退火，退火溫度為200℃～600℃。

作為一種實(shí)施方式，通過調(diào)控第一有源區(qū)和第二有源區(qū)的長度來減小有源層的面積。

作為一種實(shí)施方式，所述第一有源區(qū)的長邊左右對稱設(shè)置，左邊和右邊的長度為5～20μm。

作為一種實(shí)施方式，所述第二有源區(qū)的長邊左右對稱設(shè)置，左邊和右邊的長度為2～5μm。

作為一種實(shí)施方式，所述第一次沉積柵極厚度為100nm，第二次沉積柵極厚度為200nm，O₂退火溫度為400℃。

作為一種實(shí)施方式，所述第一次沉積柵極厚度為100nm，第二次沉積柵極厚度為400nm，O₂退火溫度為400℃。

作為一種實(shí)施方式，所述第一次沉積柵極厚度為100nm，第二次沉積柵極厚度為400nm，O₂退火溫度為600℃。

作為一種實(shí)施方式，第一次沉積和第二次沉積均采用磁控濺射法。

本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果在于：在退火情況下控制柵極厚度，改變有源區(qū)的面積調(diào)節(jié)閾值電壓，簡單方便、易于控制；反相器輸出的閾值電壓差異明顯、容錯(cuò)少，不易造成邏輯混亂；方應(yīng)速度快，響應(yīng)時(shí)間短；漏電電流小，功耗低，相比于一般的飽和負(fù)載管反相器，功耗約小一個(gè)量級。

附圖說明

圖1a為本發(fā)明的步驟S100時(shí)的金屬氧化物薄膜晶體管反相器的截面圖；

圖1b為本發(fā)明的步驟S101時(shí)的金屬氧化物薄膜晶體管反相器的截面圖；

圖1c為本發(fā)明的步驟S102時(shí)的金屬氧化物薄膜晶體管反相器的截面圖；

圖1d為本發(fā)明的步驟S103第一次沉積時(shí)的金屬氧化物薄膜晶體管反相器的截面圖；

圖1e為本發(fā)明的步驟S103第二次沉積時(shí)的金屬氧化物薄膜晶體管反相器的截面圖；

圖1f為本發(fā)明的步驟S104時(shí)的金屬氧化物薄膜晶體管反相器的截面圖；

圖2為本發(fā)明的金屬氧化物薄膜晶體管反相器的掩膜版圖；

圖3為本發(fā)明調(diào)控金屬氧化物薄膜晶體管反相器閾值電壓的方法的流程圖。

附圖標(biāo)注：1、柔性襯底；2、源區(qū)；3、漏區(qū)；4、源區(qū)；5、有源層；6、絕緣層；7、柵極；8、柵極。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例。

如圖3所示，一種調(diào)控金屬氧化物薄膜晶體管反相器閾值電壓的方法，包括以下步驟：

S100：如圖1a所示，在柔性襯底1上沉積一層導(dǎo)電薄膜形成源區(qū)(2或4)和漏區(qū)3(具體位置視反相器類型，也可3為源區(qū)，2和4為漏區(qū))，柔性襯底1為玻璃/PET等，該導(dǎo)電薄膜為低成本的鋁、銅、鐵等金屬材料或石墨、石墨烯、碳納米管/線等材料；

S101：如圖1b所示，在圖1a所示的結(jié)構(gòu)上沉積一層金屬氧化物薄膜，并刻蝕形成有源層5，其材料為氧化鋅等；

S102：如圖1c所示，在圖1b所示的結(jié)構(gòu)上沉積一層金屬氧化物薄膜，并刻蝕形成絕緣層6；

S103：如圖1d和1e所示，在圖1c所示的結(jié)構(gòu)上沉積形成柵極，在柵極沉積形成過程中分兩次進(jìn)行。第一次在圖1c所示的結(jié)構(gòu)上沉積厚度為20nm～200nm，沉積該層的材料可為ITO/AI/AU/Ni/Cu/Cr/Ti等；第二次在圖1d所示的結(jié)構(gòu)上沉積厚度為200nm～1μm，沉積該層的材料可為ITO/AI/AU/Ni/Cu/Cr/Ti等，在本實(shí)施例中，第一次沉積和第二次沉積均采用磁控濺射法，由于二次沉積的厚度不同，所以在工藝生產(chǎn)的過程中分兩次進(jìn)行濺射。

S104：如圖1f所示，在圖1e所示結(jié)構(gòu)形成后進(jìn)行O₂退火，退火溫度為200℃～600℃。

柵極厚度是影響閾值電壓的重要因素，在O₂退火的過程中，柵極厚度越薄，O₂在退火溫度的作用下作為氧源能充分地修復(fù)薄膜中的氧空位，有效地減小缺陷密度，從而改善薄膜結(jié)構(gòu)的作用，降低薄膜載流子的濃度，最終實(shí)現(xiàn)對閾值電壓的調(diào)控。因此，在本實(shí)施例中，減少以往柵極厚度，可獲得具有較大差異的閾值電壓。

當(dāng)?shù)谝淮纬练e柵極7厚度為100nm，第二次沉積柵極8厚度為200nm，O₂退火溫度為400℃時(shí)，閾值電壓呈現(xiàn)良好的負(fù)向偏移，數(shù)值為-2；當(dāng)?shù)谝淮纬练e柵極7厚度為100nm，第二次沉積柵極8厚度為400nm，O₂退火溫度為400℃時(shí)，閾值電壓數(shù)值為-3v；當(dāng)?shù)谝淮纬练e柵極7厚度為100nm，第二次沉積柵極8厚度為400nm，O₂退火溫度為600℃時(shí)，閾值電壓數(shù)值為-2v。由此可見，在O₂退火條件下，調(diào)控柵極厚度產(chǎn)生了積極地影響。

如圖2所示，其中長方形區(qū)域即為金屬氧化物半導(dǎo)體有源層5，有源層5包括第一有源區(qū)和第二有源區(qū)，其中面積較大的第一有源區(qū)，面積較小的為第二有源區(qū)，在其他條件不變情況下，通過調(diào)控L12、Lab和L34、Lcd的長度(其中L12＝Lab，Lcd＝L34)來改變有源層5面積的大小，調(diào)控方式采用刻蝕的方法，繼而影響反相器閾值電壓的輸出。在本實(shí)施中，通過調(diào)控減小L12、Lab和L34、Lcd的長度，使L12和Lab的長度為5-20μm，L34和Lcd的長度為2-5μm，從而減小金屬氧化物半導(dǎo)體有源層5的面積。減小金屬氧化物半導(dǎo)體有源層5面積可減少漏電電流，繼而獲得較大差異的閾值電壓。

在實(shí)施例中，當(dāng)?shù)诙性磪^(qū)面積為15×50平方微米，第一有源區(qū)面積為20×35平方微米時(shí)，閾值電壓為-1v；當(dāng)?shù)诙性磪^(qū)面積為15×50平方微米，第一有源區(qū)面積為30×35平方微米時(shí)，閾值電壓為-1.2v；當(dāng)?shù)诙性磪^(qū)為25×50平方微米，第一有源區(qū)面積為20×35平方微米時(shí)，閾值電壓為-1.4v。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，調(diào)控有源層5的面積對閾值電壓有積極的影響。

在以下幾組實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝淮纬练e柵極7厚度為100nm，第二次沉積柵極8厚度為200nm，O₂退火溫度為400℃，第二有源區(qū)面積為15×50平方微米，第一有源區(qū)面積為20×35平方微米時(shí)，閾值電壓為-3v；當(dāng)?shù)谝淮纬练e柵極7厚度為100nm，第二次沉積柵極8厚度為400nm，O₂退火溫度為400℃，第二有源區(qū)面積為15×50平方微米，第一有源區(qū)面積為30×35平方微米時(shí)，閾值電壓數(shù)值為-4.2v；當(dāng)?shù)谝淮纬练e柵極7厚度為100nm，第二次沉積柵極8厚度為400nm，O₂退火溫度為600℃，第二有源區(qū)面積為25×50平方微米，第一有源區(qū)面積為20×35平方微米時(shí)，閾值電壓為-3.3v。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：在改變柵極厚度的基礎(chǔ)上調(diào)控有源層5面積，對反相器閾值電壓的偏負(fù)有積極影響。

本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果在于：在退火情況下控制柵極厚度，改變有源區(qū)的面積調(diào)節(jié)閾值電壓，簡單方便、易于控制；反相器輸出的閾值電壓差異明顯、容錯(cuò)少，不易造成邏輯混亂；方應(yīng)速度快，響應(yīng)時(shí)間短；漏電電流小，功耗低，相比于一般的飽和負(fù)載管反相器，功耗約小一個(gè)量級。

以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步的詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。特別指出，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。