專利名稱：一種頂柵自對準(zhǔn)氧化鋅薄膜晶體管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體行業(yè)、平板顯示領(lǐng)域，具體涉及一種頂柵自對準(zhǔn)氧化鋅薄膜晶體管的制備方法。
背景技術(shù)：
有機(jī)發(fā)光二極管OLED(Organic Light-Emitting Diode)由于同時具備自發(fā)光，不需背光源、對比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構(gòu)造及制程較簡單等優(yōu)異之特性，被認(rèn)為是下一代的平板顯示器新興應(yīng)用技術(shù)。然而，如果仍然采用過去傳統(tǒng)的非晶硅或者多晶硅等薄膜晶體管或者有機(jī)薄膜晶體管等來驅(qū)動OLED是不可能滿足這些要求的。對于OLED顯示技術(shù)而言，對薄膜晶體管提出了很多新的技術(shù)要求首先OLED器件依靠電流注入而發(fā)光，是電流驅(qū)動型器件，其次OLED對薄膜晶體管特性的波動非常敏感；這就要求薄膜晶體管既能提高大電流又能有一致的電學(xué)特性，對于這兩點要求非晶硅或者多晶硅等薄膜晶體管或者有機(jī)薄膜晶體管是無法同時滿足的。所以當(dāng)需要用非晶硅或者多晶硅等薄膜晶體管或者有機(jī)薄膜晶體管等來驅(qū)動OLED時，必須采用復(fù)雜的電路補償?shù)姆绞剑嘈胚@在將來是很難被工業(yè)界大規(guī)模采用。從反應(yīng)速度方面來考慮，當(dāng)需要主動式矩陣(Active Matrix)液晶顯示器AM-IXD 的頻率增加以提高顯示質(zhì)量，或者當(dāng)采用3D模式顯示的時候，因為需要更高的顯示頻率和更大的驅(qū)動電流，使得現(xiàn)在廣泛采用的非晶硅薄膜晶體管越來越不滿足要求，限制了整個平板顯示行業(yè)的提升。而現(xiàn)在無論在學(xué)術(shù)界還是工業(yè)界越來越關(guān)注的氧化鋅及其摻雜半導(dǎo)體材料薄膜晶體管，因為氧化鋅及其摻雜半導(dǎo)體材料薄膜晶體管能夠滿足OLED顯示技術(shù)中的各項要求。目前，平板顯示行業(yè)中的主流制造商已經(jīng)能夠?qū)⒀趸锇雽?dǎo)體薄膜晶體管，主要指氧化鋅及其摻雜半導(dǎo)體材料薄膜晶體管，應(yīng)用于第六代工藝6G(6Generati0n Process)技術(shù)中； 對于32"和37"屏的氧化鋅及其摻雜半導(dǎo)體材料薄膜晶體管，6G已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)；而用于8G 的濺射設(shè)備也已經(jīng)制造出來。氧化鋅摻雜半導(dǎo)體材料薄膜晶體管幾乎滿足包括有機(jī)發(fā)光二極管OLED顯示模式、快速超大屏幕液晶顯示模式和3D顯示模式等諸多模式的所有要求。氧化鋅及其摻雜半導(dǎo)體材料薄膜晶體管可以很好的滿足上述要求一、氧化鋅及其摻雜半導(dǎo)體材料薄膜晶體管具有高遷移率以適應(yīng)OLED顯示模式、快速超大屏幕液晶顯示模式和3D顯示模式等諸多模式；二、氧化鋅及其摻雜半導(dǎo)體材料薄膜晶體管是非晶材料，具有良好一致的電學(xué)特性；三、氧化鋅及其摻雜半導(dǎo)體材料薄膜晶體管兼容于現(xiàn)在的平板顯示技術(shù)，能夠適用大的玻璃襯底(低溫工藝)；四、氧化鋅及其摻雜半導(dǎo)體材料薄膜晶體管比非晶硅薄膜晶體管和有機(jī)薄膜晶體管更加穩(wěn)定；五、氧化鋅及其摻雜半導(dǎo)體材料薄膜晶體管還具有其他優(yōu)勢，比如當(dāng)尺寸減小時沒有短溝道效應(yīng)，也沒有類似與單晶硅的扭結(jié)(kink)效應(yīng)。2011年的SID國際峰會上，Sony公司展示了一塊采用氧化物薄膜晶體管驅(qū)動的OLED屏，其顯示質(zhì)量得到了顯著的改善，解決了 OLED顯示亮度不均勻等問題。因此，目前如何高效制備氧化鋅薄膜晶體管是本領(lǐng)域研究的熱點和難點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種頂柵自對準(zhǔn)氧化鋅薄膜晶體管的制備方法。本發(fā)明提供的頂柵自對準(zhǔn)氧化鋅薄膜晶體管制備方法包括以下步驟1)提供一個半導(dǎo)體材料作為襯底；2)在襯底上生長一層氧化物半導(dǎo)體層，然后光刻和剝離形成島狀的半導(dǎo)體溝道區(qū)；3)光刻顯影光刻膠，形成柵介質(zhì)層和柵電極的窗口 ；4)生長一層絕緣介質(zhì)材料作為柵介質(zhì)層，緊接著生長一層導(dǎo)電薄膜作為柵電極， 然后剝離光刻膠，暴露出溝道區(qū)的兩端；5)對暴露出來的溝道區(qū)的兩端的半導(dǎo)體層進(jìn)行處理，形成低電阻的源區(qū)和漏區(qū)；6)光刻顯影光刻膠，形成源電極和漏電極的窗口 ；7)生長一層導(dǎo)電薄膜，剝離光刻膠，生成源電極和漏電極；8)生長一層鈍化介質(zhì)層，光刻和刻蝕形成柵電極、源電極和漏電極的引出孔；并生長一層金屬薄膜，光刻和刻蝕形成金屬電極和互連。所述制備方法中，步驟幻所生長的氧化物半導(dǎo)體層采用氧化鋅及其摻雜半導(dǎo)體材料中的一種。所述制備方法中，步驟4)所生長的絕緣介質(zhì)材料采用氧化鋁、二氧化硅、氮化硅以及高介電常數(shù)絕緣材料中的一種或者其不同組合。所述制備方法中，步驟4)所生長的導(dǎo)電薄膜可由透明導(dǎo)電材料形成。所述制備方法中，步驟幻所指的處理是利用離子注入或者Ar等離子體處理等方法形成低電阻的源區(qū)和漏區(qū)。所述制備方法中，步驟7)所生長的導(dǎo)電薄膜可由納米銦錫金屬氧化物 ITOdndium Tin Oxides)等透明導(dǎo)電材料形成。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的制備方法僅需要3塊掩膜版，利用三次光刻制備出氧化鋅薄膜晶體管。 相比較傳統(tǒng)的薄膜晶體管工藝，本發(fā)明的制備方法采用自對準(zhǔn)方法將溝道區(qū)外的柵介質(zhì)層和柵電極的這兩層光刻膠一起剝離，然后對暴露出的溝道區(qū)兩端的半導(dǎo)體層進(jìn)行處理減小其電阻以形成低電阻的源區(qū)和漏區(qū)。這種工藝方法步驟簡單，可以實現(xiàn)柵介質(zhì)層和柵電極的自對準(zhǔn)，從而有效地減小寄生電容、寄生電阻，提高柵控能力，對提高薄膜晶體管器件自身性能和實現(xiàn)高速薄膜晶體管電路等具有積極效果，同時大大的降低了工藝難度，節(jié)約制造成本，提高成品率。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的頂柵自對準(zhǔn)氧化鋅薄膜晶體管的制備方法制備的薄膜晶體管的剖面圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的頂柵自對準(zhǔn)氧化鋅薄膜晶體管的制備方法制備的薄膜晶體管的俯視圖；圖3(a) (g)依次示出了本發(fā)明的頂柵自對準(zhǔn)氧化鋅薄膜晶體管的制備方法的主要工藝步驟。
具體實施例方式下面結(jié)合說明書附圖，通過實例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。本發(fā)明的自對準(zhǔn)氧化鋅薄膜晶體管形成于玻璃的襯底1上，如圖1和圖2所示。該薄膜晶體管包括半導(dǎo)體溝道區(qū)2、柵介質(zhì)層3、柵電極4、低電阻的源區(qū)和漏區(qū)5以及源電極和漏電極6。所述半導(dǎo)體溝道區(qū)2位于襯底1之上，所述柵介質(zhì)層3位于半導(dǎo)體溝道區(qū)2之上，所述柵電極4位于柵介質(zhì)層3之上，所述源電極和漏電極6位于半導(dǎo)體溝道區(qū)的兩端， 源電極和漏電極與柵電極自然隔離。所述薄膜晶體管的制備方法的一具體實例由圖3(a)至圖3(g)所示，包括以下步驟如圖3(a)所示，選用透明玻璃基板作為襯底1。如圖3 (b)所示，光刻顯影，在襯底1上磁控濺射生長一層20 100納米厚的ZnO 等透明導(dǎo)電薄膜，然后光刻和剝離形成島狀的半導(dǎo)體溝道區(qū)2。如圖3(c)所示，光刻顯影光刻膠8，形成柵介質(zhì)層和柵電極的窗口。如圖3(d)所示，采用氣相沉積法 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)技術(shù)或磁控濺射技術(shù)或原子層沉積ALD (Atomic layer deposition)技術(shù)生長一層50 200納米厚的三氧化二鋁/ 二氧化硅疊柵介質(zhì)層等絕緣材料作為柵介質(zhì)層3，絕緣的柵介質(zhì)層還可以選用氮化硅，氧化鉿，氧化鋁等絕緣薄膜材料的一種或者其不同組合； 采用磁控濺射技術(shù)生長一層50 300納米厚的ITO等導(dǎo)電薄膜形成柵電極4 ；剝離光刻膠 8暴露出溝道區(qū)兩端的半導(dǎo)體層。如圖3(e)所示，利用離子注入或者Ar等離子體處理等方法形成低電阻的源區(qū)和漏區(qū)5。如圖3(f)所示，光刻顯影光刻膠7，形成源電極和漏電極的窗口。如圖3(g)所示，采用磁控濺射技術(shù)生長一層50 300納米厚的ITO等導(dǎo)電薄膜， 剝離光刻膠7生成源電極和漏電極6。隨后按照標(biāo)準(zhǔn)工藝生長一層鈍化介質(zhì)層，光刻和刻蝕形成柵電極、源電極和漏電極的引出孔，再生長一層Al或者透明的導(dǎo)電薄膜材料，光刻和刻蝕形成電極和互連。最后需要注意的是，公布實施方式的目的在于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種頂柵自對準(zhǔn)氧化鋅薄膜晶體管的制備方法，包括以下步驟1)提供一個半導(dǎo)體材料作為襯底；2)在襯底上生長一層氧化物半導(dǎo)體層，然后光刻和剝離形成島狀的半導(dǎo)體溝道區(qū)；3)光刻顯影光刻膠，形成柵介質(zhì)層和柵電極的窗口；4)生長一層絕緣介質(zhì)材料作為柵介質(zhì)層，緊接著生長一層導(dǎo)電薄膜作為柵電極，然后剝離光刻膠，暴露出溝道區(qū)的兩端；5)對暴露出來的溝道區(qū)的兩端的半導(dǎo)體層進(jìn)行處理，形成低阻的源區(qū)和漏區(qū)；6)光刻顯影光刻膠，形成源電極和漏電極的窗口；7)生長一層導(dǎo)電薄膜，剝離光刻膠，生成源電極和漏電極；8)生長一層鈍化介質(zhì)層，光刻和刻蝕形成柵電極、源電極和漏電極的引出孔；并生長一層金屬薄膜，光刻和刻蝕形成金屬電極和互連。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟幻所生長的氧化物半導(dǎo)體層采用氧化鋅及其摻雜半導(dǎo)體材料中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)所生長的絕緣介質(zhì)材料采用氧化鋁、 二氧化硅、氮化硅以及高介電常數(shù)絕緣材料中的一種或者其不同組合。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)所生長的導(dǎo)電薄膜由透明導(dǎo)電材料形成。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟幻所指的處理是利用離子注入或者Ar 等離子體處理等方法形成低電阻的源區(qū)和漏區(qū)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟7)所生長的導(dǎo)電薄膜由納米銦錫金屬氧化物ITO形成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種頂柵自對準(zhǔn)氧化鋅薄膜晶體管的制備方法。本發(fā)明的方法僅需要3塊掩膜版，利用三次光刻制備出氧化鋅薄膜晶體管；采用自對準(zhǔn)方法將溝道區(qū)外的柵介質(zhì)層和柵電極的這兩層光刻膠一起剝離，然后對暴露出的溝道區(qū)兩端的半導(dǎo)體層進(jìn)行處理減小其電阻以形成低電阻的源區(qū)和漏區(qū)。本發(fā)明由于實現(xiàn)柵介質(zhì)層和柵電極的自對準(zhǔn)，從而有效地減小寄生電容、寄生電阻，提高柵控能力，對提高薄膜晶體管器件自身性能和實現(xiàn)高速薄膜晶體管電路等具有積極效果，同時大大的降低了工藝難度，節(jié)約制造成本，提高成品率。
文檔編號H01L21/28GK102437059SQ201110401730
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者任奕成, 劉曉彥, 康晉鋒, 張盛東, 王亮亮, 王漪, 王薇, 蔡劍, 韓德棟 申請人:北京大學(xué)