专利名称：二次光刻制备薄膜晶体管的方法
技术领域：
本发明涉及一种二次光刻实现薄膜晶体管结构的制作方法，属于半导体技术平板 显示领域。
背景技术：
随着半导体技术的飞速发展，半导体器件的集成度越来越高，器件的特征尺寸越 来越小，制备工艺也越来越复杂。近年来，适用于平板显示行业的薄膜晶体管技术也在快速 发展。薄膜晶体管是场效应晶体管的种类之一，主要的制作方式是在基板上沉积各种不同 的薄膜，如半导体沟道层、栅绝缘介质层和导电的金属或者化合物电极层。薄膜晶体管是在 衬底上沉积一层半导体薄膜当做导电沟道层。目前使用的薄膜晶体管大部份是氢化非晶硅 (a-Si:H)薄膜晶体管，多晶硅薄膜晶体管技术也在不断完善之中。非晶硅薄膜晶体管的性 能比较稳定，但是迁移率低。多晶硅薄膜晶体管的迁移率有很大提高，但是多晶硅薄膜晶体 管的制备温度高，大面积制备的均勻性差。此外，非晶硅薄膜晶体管和多晶硅薄膜晶体管都 对光敏感，光照条件下器件性能发生很大变化，因此，在平板显示中需要引入黑矩阵，这也 增加了制备工艺的复杂度同时降低了显示器件的开口率。为了进一步提高薄膜晶体管的性 能，解决黑矩阵、开口率、亮度等问题，近年来国际半导体技术领域掀起了透明电子学的研 究热潮。透明电子学就是利用透明电子材料来制作电子器件及其相关电路的一种半导体技 术。俄勒冈州立大学的John Wager等一批研究人员也对透明电子学进行了深入的研究，并 取得了一些进展。目前对透明半导体材料研究较多的是氧化锌材料。氧化锌材料具有很多 优点易于制备，利用磁控溅射法、分子束外延(MBE)法、溶胶-凝胶(Sol-Gel)法、MOCVD 法等方法都可以制备出性能良好的氧化锌材料；制备温度低，一般制备的温度可以控制在 500°C以内，以便用于玻璃衬底上；透明度高，氧化锌是宽禁带材料，禁带宽度约为3. 37eV, 因此在可见光范围内是透明的；电学性能好，氧化锌材料的电学性能良好，载流子迁移率远 高于非晶硅；无毒、环保材料，氧化锌材料是一种无毒无害的环保材料；材料价格低，锌材 料在地球上资源丰富，价格低廉，可以有效地降低产品的制造成本。科学家们认为，透明电 子学将发展成为一个效率更高、价格更便宜的新兴电子行业，它的应用范围相当广泛，包括 从平板显示器到太阳能电池、手机、柔性电子纸、有机发光显示等多方面领域。目前薄膜晶体管工艺主要采用五次光刻工艺，也有四次光刻工艺。光刻工艺是薄 膜晶体管工艺中的关键技术，是整个制备工艺中的难点之一，光刻工艺复杂程度直接关系 到薄膜晶体管的制造成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的薄膜晶体管的制备方法。利用二次光刻实现薄膜 晶体管结构。第一光刻定义薄膜晶体管的栅绝缘介质层，第二次光刻同时定义栅极、源端和 漏端电极。该方法将大大降低工艺制备的复杂度，有效地提高制作效率，从而降低薄膜晶体 管的制造成本。
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本发明的技术方案如下
本发明制备的薄膜晶体管的结构如图1所示，包括衬底、栅绝缘介质层、栅电极和源漏 电极，形成于衬底之上，衬底是玻璃或者塑料；所述半导体沟道层位于玻璃衬底之上，所述 栅绝缘介质层位于半导体沟道层之上，所述栅电极位于栅介质之上。所述源漏电极位于半 导体沟道层之上。本发明制备薄膜晶体管的工艺过程仅采用两次光刻，具体包括以下步骤
(1)首先在玻璃或者塑料衬底上生长一层半导体沟道层，半导体沟道层由非晶硅、多晶 硅、或者化合物半导体材料形成；
(2)生长一层栅绝缘介质层，栅绝缘介质层由二氧化硅、氮化硅、或者高K栅介质绝缘 材料形成；
(3)然后进行第一次光刻和刻蚀定义栅绝缘介质层图形；
(4)生长一层导电薄膜材料，由金属Al、Cu、Mo、Ti、或者透明化合物导电薄膜材料形成， 然后光刻和刻蚀形成栅电极、源端电极和漏端电极。
本发明采用二次光刻形成薄膜晶体管的工艺技术，减少了光刻次数，简化了工艺步骤， 从而提高了工作效率，降低了制造成本。为液晶显示等行业提供简便可行的薄膜晶体管制 备方法。
图1为本发明具体实施例所描述的二次光刻形成薄膜晶体管的剖面结构示意图； 图2为本发明具体实施例所描述的二次光刻形成薄膜晶体管的俯视结构示意图； 图3为本发明的薄膜晶体管一个制作方法的主要工艺步骤，其中
图3 (a)示意了衬底的截面图； 图3(b)示意了半导体导电沟道层形成的工艺步骤； 图3(c)示意了栅绝缘介质层生长的工艺步骤； 图3(d)示意了栅极、源、漏电极层淀积和图形化的工艺步骤。
具体实施例方式下面通过实例对本发明做进一步说明。需要注意的是，公布实施例的目的在于帮 助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解在不脱离本发明及所附权利要求 的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内 容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。本发明薄膜晶体管形成于衬底1上，如图1和图2所示。该薄膜晶体管包括一半导 体导电沟道层2，一栅绝缘介质层3，一栅电极(G)4、一源端电极(S)4和一漏端电极(D) 4。 所述半导体导电沟道层2位于玻璃衬底1之上，所述栅绝缘介质层3位于半导体导电沟道 层2之上，所述栅电极(G)4位于栅绝缘介质层3之上，所述源端电极(S)4和漏端电极(D) 5位于半导体导电沟道层2之上。所述薄膜晶体管的制作方法的一具体实例由图3(a)至图3(d)所示，包括以下步 骤如图3(a)所示，衬底选用透明玻璃基板或者塑料1。如图3(b)所示，用射频磁控溅射淀积一层50 500纳米厚的半导体薄膜材料层 2，半导体沟道层由非晶硅、多晶硅、或者化合物半导体材料形成。如图3(c)所示，利用PECVD在半导体沟道层上生长一层二氧化硅或者氮化硅绝缘 材料，形成的栅绝缘介质层3，然后光刻和刻蚀形成栅绝缘介质图形。如图3(d)所示，磁控溅射生长一层100 200纳米厚的金属膜或者透明化合物导 电层然后光刻和刻蚀形成栅电极(G)4、源端电极(S) 5和漏端电极D(5)。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的 技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对 本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡 是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修 改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
一种薄膜晶体管的制备方法，其步骤包括1)在玻璃或者塑料衬底上生长一层半导体沟道层；2)生长一层栅绝缘介质层；3)进行第一次光刻和刻蚀定义栅绝缘介质层图形；4)生长一层导电薄膜材料，然后光刻和刻蚀形成栅电极、源端电极和漏端电极。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，半导体沟道层由非晶硅、多晶硅、或者半导 体薄膜形成。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，栅绝缘介质层采用二氧化硅、氮化硅、或者 高K栅介质绝缘材料。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，导电薄膜材料为金属Al、Cu、Mo、Ti、或者透 明化合物导电薄膜。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，用射频磁控溅射淀积50 500纳米厚的半导体薄膜。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，利用PECVD生长一层二氧化硅或者氮化硅绝 缘材料。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，磁控溅射生长一层100 200纳米厚的金属 或者透明化合物导电薄膜。
全文摘要
本发明提供了一种二次光刻实现薄膜晶体管的制备方法，属于半导体技术平板显示领域。该方法具体包括首先在玻璃或者塑料衬底上生长一层半导体沟道层；然后生长一层栅绝缘介质层；再进行第一次光刻和刻蚀定义栅绝缘介质层图形；随后生长一层导电薄膜材料，光刻和刻蚀形成栅电极、源端电极和漏端电极。本发明采用二次光刻形成薄膜晶体管的工艺技术，减少了光刻次数，简化了工艺步骤，从而提高了工作效率，降低了制造成本。为液晶显示等行业提供简便可行的薄膜晶体管制备方法。
文档编号H01L21/311GK101984506SQ201010504099
公开日2011年3月9日 申请日期2010年10月12日 优先权日2010年10月12日
发明者任奕成, 刘晓彦, 孙雷, 康晋锋, 张盛东, 张韬, 王漪, 韩德栋, 韩汝琦 申请人:北京大学