一种薄膜晶体管及其制备方法与流程

本发明涉及薄膜晶体管器件技术领域，具体涉及一种薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术：

在薄膜晶体管中，接触电阻是指源极金属或漏极金属与有源区半导体接触的区域。如图1所示，由于薄膜晶体管在正常开启工作时，工作电流从漏电极6依次流经源极界面电阻2、源极体电阻3、沟道电阻10、漏极体电阻9、漏极界面电阻8，最后流入源电极7，所以薄膜晶体管中接触电阻占有重要的地位。尤其当接触电阻占整个沟道电阻的比例比较大时，对器件的电学性能有着非常重要的影响。

接触电阻对于薄膜晶体管性能的影响，首先接触电阻的存在会消耗额外的功耗，产生额外的焦耳热，这不仅造成了电能的浪费，也加快了器件的老化速度。其次，由于薄膜晶体管主要应用于显示屏产业，在显示器中驱动像素单元，而随着显示屏越来越精细化，分辨率越来越高，像素单元也越来越缩小化，接触电阻在整个沟道电阻中所占的比例也越来越大，而这种现象可能会减弱薄膜晶体管的驱动能力。另外，考虑到显示屏中的像素单元需要不断地刷新，即驱动薄膜晶体管需要不断地动态开、闭转换，较大的接触电阻可能会引起额外的rc延迟。由上可知，研究制备具有良好接触的薄膜晶体管具有非常现实的重要意义。

在传统薄膜晶体管中接触电阻分为两个部分：体接触电阻与界面接触电阻。薄膜晶体管研究人员在降低接触电阻研究领域方面的报导集中于通过更改源、漏金属材料和对接触界面进行界面工程来降低接触电阻。但是这些方法都不能彻底消除这两部分接触电阻。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术问题，本发明提供了一种薄膜晶体管及其制备方法，其具有低接触电阻。

(二)技术方案

为达到上述发明创造目的，本发明提供了一种薄膜晶体管，包括：绝缘衬底、栅电极、栅介质层、源电极、漏电极以及有源层；其中所述栅电极形成于所述绝缘衬底表面；所述栅介质层形成于所述绝缘衬底表面并且覆盖所述栅电极；所述源电极和漏电极埋于所述栅介质层中，且表面露出；所述有源层形成于所述栅介质层表面，与所述源电极和漏电极接触。

在本发明的一个实施例中，所述薄膜晶体管的接触电阻包括：所述源电极和有源层之间的源极界面电阻、所述漏电极和有源层之间的漏极界面电阻、以及所述有源层的沟道电阻，所述薄膜晶体管不存在源极体电阻和漏极体电阻。

在本发明的一个实施例中，所述栅电极为金属mo；所述栅介质层为sio2薄膜，其厚度为200nm。

在本发明的一个实施例中，所述源电极和漏电极为ti/au，ti/au的厚度为5/45nm。

本发明还提供了一种薄膜晶体管的制备方法，包括：步骤s1：提供绝缘衬底；步骤s2：在所述绝缘衬底表面形成栅电极；步骤s3：在所述绝缘衬底表面形成栅介质层；步骤s4：制作源电极和漏电极；以及步骤s5：生长有源层。

在本发明的一个实施例中，所述步骤s1包括：用去离子水将所述绝缘衬底清洗干净；在所述绝缘衬底表面涂光刻胶；利用紫外线曝光并显影。

在本发明的一个实施例中，所述步骤s2包括：将所述绝缘衬底放置于电子束蒸发台腔室内进行栅极金属蒸发；将蒸发后的绝缘衬底放入丙酮中浸泡，洗去光刻胶；把所述绝缘衬底从丙酮中夹出，再放入无水乙醇中浸泡，洗去丙酮；取出所述绝缘衬底并用氮气吹干，形成图形化的栅电极。

在本发明的一个实施例中，所述步骤s3包括：利用化学气相淀积工艺在所述绝缘衬底表面制作一层栅介质层；在所述栅介质层表面旋涂光刻胶，紫外线曝光并显影，制作两个光刻胶薄膜窗口；利用等离子刻蚀机对光刻胶薄膜窗口处的栅介质层向下刻蚀，刻蚀完成后从等离子刻蚀机中取出绝缘衬底。

在本发明的一个实施例中，所述步骤s4包括：将所述绝缘衬底放置于电子束蒸发台内进行源电极和漏电极蒸发；将蒸发完成的绝缘衬底放入丙酮中浸泡，洗去光刻胶；把所述绝缘衬底从丙酮中夹出，放入无水乙醇中洗去丙酮；取出所述绝缘衬底用氮气吹干，得到图形化的源电极和漏电极。

在本发明的一个实施例中，所述步骤s5包括：采用旋涂、磁控溅射或脉冲激光淀积工艺在栅介质层表面形成有源层。

(三)有益效果

本发明与现有技术相比较，具有如下优点：

本发明的低接触电阻薄膜晶体管，源电极和漏电极直接形成于栅介质层中，有源层形成于栅介质层表面并且与源电极和漏电极接触，通过这种结构，彻底消除了传统薄膜晶体管器件中的体接触电阻部分，其仅具有界面接触电阻，从而降低了器件的接触电阻，提高了器件的电流驱动能力，有利于降低电能浪费、减缓器件老化、降低rc延迟。

附图说明

图1是现有的薄膜晶体管器件的剖面图，其中显示了等效接触电阻。

图2是本发明实施例的薄膜晶体管的剖面图，其中显示了等效接触电阻。

图3是本发明实施例的薄膜晶体管制备流程图。

符号说明

[现有技术]

1-源电极；2-源极界面电阻；3-源极体电阻；4-有源层；5-栅介质层；6-栅电极；7-漏电极，8-漏极界面电阻；9-漏极体电阻；10-沟道电阻。

[本发明]

1-有源层；2-源极界面电阻；3-源电极；4-栅介质层；5-栅电极；6-绝缘衬底；7-漏极界面电阻；8-漏电极；9-沟道电阻。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图2为本发明第一实施例的低接触电阻薄膜晶体管结构示意图，如图2所示，在本实施例中，薄膜晶体管包括：绝缘衬底6、栅电极5、栅介质层4、源电极3、漏电极8以及有源层1。

其中，栅电极5形成于绝缘衬底6表面，栅介质层4也形成于绝缘衬底6表面并且覆盖栅电极5，源电极3和漏电极8埋于栅介质层4中，源电极3和漏电极8的表面露出，源电极3和漏电极8的表面与栅介质层4的表面持平，有源层1形成于栅介质层4表面并且与源电极3和漏电极8接触，仅在源电极3和有源层1之间形成源极界面电阻2、漏电极8和有源层1之间形成漏极界面电阻7、以及有源层的沟道电阻9，即薄膜晶体管不存在源极体电阻和漏极体电阻。

其中，栅电极的材料可以为金属mo；栅介质层可以为sio2薄膜，其厚度可以是200nm；源电极和漏电极之间的距离等于栅电极长度；源电极和漏电极材料可以为ti/au，ti/au的厚度可以是5/45nm；有源层的厚度可以为几十至几百纳米。

本发明实施例的低接触电阻薄膜晶体管，源电极和漏电极直接形成于栅介质层中，有源层形成于栅介质层表面并且与源电极和漏电极接触，通过这种结构，彻底消除了传统薄膜晶体管器件中的体接触电阻，其仅具有界面接触电阻，从而降低了器件的接触电阻，提高了器件的电流驱动能力，有利于降低电能浪费、减缓器件老化、降低rc延迟。

图3为本发明第二实施例的低接触电阻薄膜晶体管制备方法流程图，如图3所示，在本实施例中，制备方法包括：

步骤s1：提供绝缘衬底6。

具体包括：用去离子水将绝缘衬底清洗干净，然后在绝缘衬底表面涂光刻胶，接着利用紫外线曝光并显影。

步骤s2：在绝缘衬底6表面形成栅电极5。

具体包括：

电子束蒸发制作栅电极5：将显影后的绝缘衬底放置于电子束蒸发台腔室内进行mo金属蒸发，形成栅电极。

剥离栅电极5：将蒸发后的绝缘衬底放入丙酮中浸泡大概15分钟，洗去光刻胶；接着用镊子把绝缘衬底从丙酮中夹出，再放入无水乙醇中浸泡5分钟左右，洗去丙酮；最后用镊子取出绝缘衬底并用氮气吹干，形成图形化的栅电极。

步骤s3：在绝缘衬底6表面形成栅介质层4。

具体包括：

化学气相淀积栅介质层4：利用化学气相淀积工艺在绝缘衬底表面制作一层200nm厚度的sio2薄膜作为栅介质层。

刻蚀栅介质层4：在栅介质层表面旋涂光刻胶，紫外线曝光并显影，制作出在栅电极两侧相距为薄膜晶体管栅长的两个光刻胶薄膜窗口；

然后利用等离子刻蚀机对光刻胶薄膜窗口处的栅介质层向下刻蚀50nm，刻蚀完成后从等离子刻蚀机中取出绝缘衬底。

步骤s4：制作源电极3和漏电极8。

具体包括：

电子束蒸发制作源电极和漏电极：将刻蚀完成的绝缘衬底放置于电子束蒸发台内进行ti/au源电极、漏电极蒸发，其中ti/au厚度为5/45nm。

剥离源电极3和漏电极8：将蒸发完成的绝缘衬底放入丙酮中浸泡大概15分钟，洗去光刻胶；

接着用镊子把绝缘衬底从丙酮中夹出，放入无水乙醇中5分钟左右，洗去丙酮；

最后用镊子取出绝缘衬底用氮气吹干，得到图形化的源电极和漏电极。

步骤s5：生长有源层1。

具体包括：在栅介质层4表面形成有源层1。根据薄膜晶体管有源层材料的不同，有机物半导体有源层可以采取旋涂的方式制作，氧化物半导体有源层可以采取磁控溅射或脉冲激光淀积工艺制作，有源层厚度在几十至几百纳米之间。生长有源层后，薄膜晶体管制备完成。

本发明实施例制备方法制备的低接触电阻薄膜晶体管，彻底消除了传统薄膜晶体管器件中的体接触电阻部分，其仅具有界面接触电阻，从而降低了器件的接触电阻，提高了器件的电流驱动能力，有利于降低电能浪费、减缓器件老化、降低rc延迟。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。