一種平面分離雙柵薄膜晶體管的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種平面分離雙柵薄膜晶體管。所述平面分離雙柵薄膜晶體管，自下而上依次包括襯底、過(guò)渡層、柵電極層、絕緣柵介質(zhì)層、半導(dǎo)體有源層、源電極/漏電極，所述源電極和漏電極相對(duì)設(shè)置于所述半導(dǎo)體有源層上方；所述柵電極層由兩個(gè)柵電極組成，所述兩個(gè)柵電極相對(duì)設(shè)置于過(guò)渡層的上方；所述柵電極與源電極/漏電極設(shè)置的方向不同。本實(shí)用新型調(diào)整兩個(gè)柵極的偏壓可使TFT器件呈現(xiàn)出不同的輸出和轉(zhuǎn)移特性；兩個(gè)柵極可同時(shí)作為控制柵和信號(hào)柵使用，使電路得到簡(jiǎn)化，從而有效地拓展TFT的應(yīng)用范圍，有望解決閾值電壓漂移、自動(dòng)增益控制動(dòng)態(tài)范圍窄等問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】
一種平面分離雙柵薄膜晶體管
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種平面分離雙柵薄膜晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，薄膜晶體管(TFT)因越來(lái)越廣泛應(yīng)用于平板顯示、集成傳感器、智能識(shí)別卡以及集成電路等諸多領(lǐng)域而受到廣泛的關(guān)注和研究。為滿足更多的應(yīng)用需求，TFT器件必須具有良好的器件性能(高迀移率、低關(guān)態(tài)電流、高開(kāi)關(guān)電流比、低閾值電壓、低亞閾值擺幅等)和較高的穩(wěn)定性、可靠性。多年來(lái)，圍繞器件性能的改進(jìn)，已開(kāi)發(fā)出多種可用于TFT的半導(dǎo)體薄膜材料，主要包括非晶硅、多晶硅、以并五苯為代表的有機(jī)小分子半導(dǎo)體材料、以聚噻吩類為代表的有機(jī)聚合物半導(dǎo)體材料、以氧化鋅為代表的寬帶隙氧化物半導(dǎo)體材料等。非晶硅TFT由于低迀移率在高分辨率顯示方面受到限制。多晶硅TFT雖具有較高的迀移率，但具有工藝復(fù)雜、制作成本昂貴、大面積難以實(shí)現(xiàn)等缺點(diǎn)，目前主要應(yīng)用于小尺寸高性能顯示器。另外，硅為窄帶隙半導(dǎo)體材料，硅基TFT對(duì)可見(jiàn)光敏感，在光照環(huán)境下存在明顯的不穩(wěn)定性，在平板顯示應(yīng)用中需要引入黑矩陣，從而增加工藝的復(fù)雜度，降低開(kāi)口率。有機(jī)TFT在可穿戴電子、柔性顯示方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但其低迀移率和性能不穩(wěn)定的致命弱點(diǎn)影響其應(yīng)用前景。相對(duì)而言，以氧化鋅為代表的氧化物TFT具有相對(duì)高的迀移率、低功耗、環(huán)境友好、可見(jiàn)光透明、低溫工藝等諸多優(yōu)勢(shì)，在透明電子器件、液晶顯示、太陽(yáng)能電池、觸摸屏、柔性顯示、電子紙、集成電路等諸多領(lǐng)域具有更廣闊的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是最有希望的下一代TFT技術(shù)。
[0003]盡管半導(dǎo)體有源層材料對(duì)TFT器件的電性能取決定性作用，然而，柵介質(zhì)、柵極和源漏電極的材料，以及器件的制備工藝對(duì)器件的電性能亦產(chǎn)生重要影響，器件的電性能明顯地依賴于材料特性、工藝條件和參數(shù)、以及器件的結(jié)構(gòu)與參數(shù)。近年來(lái)，為了改善TFT器件的電性能及其穩(wěn)定性，在材料選擇、工藝和界面優(yōu)化等方面進(jìn)行了大量的研究工作，TFT器件的迀移率、開(kāi)關(guān)電流比、關(guān)態(tài)電流、亞閾值擺幅等性能參數(shù)得到明顯提高，其應(yīng)用不僅僅限于平板顯示器中起開(kāi)關(guān)和像素驅(qū)動(dòng)的作用，有望應(yīng)用于集成電路芯片實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大等功能。然而，不象硅基MOSFET器件，可通過(guò)硅基底偏壓來(lái)調(diào)節(jié)器件的部分性能參數(shù)，現(xiàn)有TFT器件的電性能參數(shù)(如閾值電壓、跨導(dǎo)增益、關(guān)態(tài)電流等)往往不能根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要進(jìn)行靈活的調(diào)控，而且普遍存在工作電壓所引起的閾值電壓漂移、關(guān)態(tài)電流增加和迀移率退化等現(xiàn)象，從而影響電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種平面分離雙柵薄膜晶體管。該器件由于有兩個(gè)柵電極，通過(guò)改變兩個(gè)柵極電壓可以靈活地調(diào)制其溝道電導(dǎo)，從而調(diào)節(jié)器件的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性，改變閾值電壓、關(guān)態(tài)電流等性能參數(shù)，因而，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要獲得所需的閾值電壓、開(kāi)關(guān)電流比和跨導(dǎo)值，兩個(gè)柵端可同時(shí)作為控制柵和信號(hào)柵使用，使電路得到簡(jiǎn)化，從而有效擴(kuò)大了薄膜晶體管的應(yīng)用范圍，能有效地解決閾值電壓漂移、大信號(hào)堵塞、自動(dòng)增益控制動(dòng)態(tài)范圍窄等問(wèn)題。
[0005]本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]所述平面分離雙柵薄膜晶體管，自下而上依次包括襯底、過(guò)渡層、柵電極層、絕緣柵介質(zhì)層、半導(dǎo)體有源層、源電極/漏電極，所述源電極和漏電極相對(duì)設(shè)置于所述半導(dǎo)體有源層上方。
[0007]所述柵電極層由兩個(gè)柵電極組成。
[0008]所述兩個(gè)柵電極相對(duì)設(shè)置于過(guò)渡層的上方。
[0009]所述柵電極與源電極/漏電極設(shè)置的方向不同，優(yōu)選地，所述柵電極方向與源電極/漏電極所形成的溝道方向垂直，所述柵電極與源漏電極以類型設(shè)置。
[0010]所述絕緣柵介質(zhì)層部分覆蓋柵電極層和過(guò)渡層。所述半導(dǎo)體有源層完全覆蓋絕緣柵介質(zhì)層。
[0011]所述半導(dǎo)體有源層的厚度為30?80納米，所述半導(dǎo)體有源層非晶硅、多晶硅、有機(jī)半導(dǎo)體薄膜和氧化物半導(dǎo)體薄膜中的一種。
[0012]所述兩個(gè)柵電極是垂直于源電極和漏電極中間所形成的溝道方向(即源電極和漏電極的方向)的端線的兩個(gè)金屬電極，其結(jié)構(gòu)和功能上是等效的;兩個(gè)柵電極的寬度和他們之間距離可根據(jù)器件的設(shè)計(jì)要求調(diào)整。
[0013]所述絕緣柵介質(zhì)層的厚度為100?200納米，所述絕緣柵介質(zhì)層為二氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氧化鉿或氧化鉭絕緣介質(zhì)材料中的一種，但不限于此。
[0014]所述柵電極和源電極/漏電極材料為Al、Mo、Cr、Au或ITO導(dǎo)電薄膜中的一種，所述源電極/漏電極厚度為100?200納米，所述柵電極的厚度為80?100納米。
[0015]所述源電極和漏電極在半導(dǎo)體有源層上，源電極與漏電極的長(zhǎng)度小于兩柵電極寬度與其間距的總和，且源電極和漏電極兩端與柵電極存在重疊區(qū)域。
[0016]所述襯底為玻璃襯底或者塑料襯底。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本使用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0018]本實(shí)用新型采用平面分離雙柵結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)整垂直溝道方向的兩個(gè)柵極的偏壓可使TFT器件工作于不同的狀態(tài)，呈現(xiàn)出不同的輸出和轉(zhuǎn)移特性，因此，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要獲得所需的閾值電壓、關(guān)態(tài)電流和跨導(dǎo)值，兩個(gè)柵極可同時(shí)作為控制柵和信號(hào)柵使用，使電路得到簡(jiǎn)化，從而有效地拓展TFT的應(yīng)用范圍，有望解決閾值電壓漂移、自動(dòng)增益控制動(dòng)態(tài)范圍窄等問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型的平面分離雙柵薄膜晶體管的器件結(jié)構(gòu)示意圖；其中圖1(a)、圖1(b)、圖1(c)分別為立體圖、俯視圖和剖視圖；其中1-襯底、2-過(guò)渡層、3-柵電極層(301和302兩個(gè)柵電極)、4_絕緣柵介質(zhì)層、5-半導(dǎo)體有源層、6-源電極/漏電極(601和602)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式和適應(yīng)的底物不限于此。
[0021]實(shí)施例1
[0022]本實(shí)施例的平面分離雙柵薄膜晶體管采用底柵結(jié)構(gòu)，自下而上依次包括襯底1、過(guò)渡層2、柵電極層3、絕緣柵介質(zhì)層4、半導(dǎo)體有源層5、源電極/漏電極6;所述柵電極層由兩個(gè)柵電極組成，兩個(gè)柵電極相對(duì)平行設(shè)置于過(guò)渡層上;所述兩個(gè)柵電極連線方向垂直于源電極/漏電極形成的溝道方向，其結(jié)構(gòu)和功能上是等效的;所述源電極/漏電極相對(duì)平行設(shè)置。
[0023]本實(shí)施例的襯底可為玻璃襯底或者塑料襯底。
[0024]本實(shí)施例的半導(dǎo)體有源層的厚度為30?80納米，半導(dǎo)體有源層摻銦稼氧化鋅(IGZO)半導(dǎo)體薄膜。
[0025]本實(shí)施例的絕緣柵介質(zhì)層的厚度為100?200納米，絕緣柵介質(zhì)層為高介電常數(shù)絕緣薄膜層，以實(shí)現(xiàn)低工作電壓和低功耗。
[0026]所述過(guò)渡層的厚度為100?200納米，過(guò)渡層為二氧化硅薄膜。
[0027]所述兩個(gè)柵電極的厚度為80?100納米，所述兩個(gè)柵電極材料為ITO薄膜或Al薄膜。
[0028]所述源電極和漏電極的厚度為100?200納米;所述源電極/漏電極材料為Al、Mo、Cr、Au或ITO導(dǎo)電薄膜。
[0029]本實(shí)施例的雙柵端電極的連線方向垂直于源、漏電極連線方向，構(gòu)成類型交疊區(qū)域。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種平面分離雙柵薄膜晶體管，其特征在于:自下而上依次包括襯底、過(guò)渡層、柵電極層、絕緣柵介質(zhì)層、半導(dǎo)體有源層、源電極/漏電極，所述源電極和漏電極相對(duì)設(shè)置于所述半導(dǎo)體有源層上方;所述柵電極層由兩個(gè)柵電極組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述平面分離雙柵薄膜晶體管，其特征在于:所述兩個(gè)柵電極相對(duì)設(shè)置于過(guò)渡層的上方;所述柵電極與源電極/漏電極設(shè)置的方向不同。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述平面分離雙柵薄膜晶體管，其特征在于:所述柵電極方向與源電極/漏電極所形成的溝道方向垂直，所述柵電極與源電極/漏電極以類型設(shè)置。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述平面分離雙柵薄膜晶體管，其特征在于:所述絕緣柵介質(zhì)層部分覆蓋柵電極層和過(guò)渡層;所述半導(dǎo)體有源層完全覆蓋絕緣柵介質(zhì)層。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述平面分離雙柵薄膜晶體管，其特征在于:所述半導(dǎo)體有源層的厚度為30?80納米。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述平面分離雙柵薄膜晶體管，其特征在于:所述絕緣柵介質(zhì)層的厚度為100?200納米;所述過(guò)渡層的厚度為100?200納米。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述平面分離雙柵薄膜晶體管，其特征在于:所述柵電極的厚度為80?100納米;所述源電極/漏電極厚度為100?200納米。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述平面分離雙柵薄膜晶體管，其特征在于:所述源電極/漏電極在半導(dǎo)體有源層上，源電極與漏電極的長(zhǎng)度小于兩柵電極寬度與其間距的總和。
【文檔編號(hào)】H01L21/34GK205452294SQ201521083246
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2015年12月21日
【發(fā)明人】劉玉榮, 廖榮, 姚若河
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)