一种非对称薄膜晶体管结构及其制备方法与流程

本发明涉及显示器件的结构及其制备领域，尤其涉及一种非对称薄膜晶体管结构及其制备方法。

背景技术：

薄膜晶体管(thinfilmtransistor，简称tft)，其半导体衬底上的半导体层通常包括源极区和漏极区及在源极区和漏极区之间的沟道区，在沟道区的上方制备有栅极结构，在薄膜晶体管的栅极上施加一导通电压，使得源极与漏极之间导通。

但是，薄膜晶体管在关态模式下当有横向电场vds时会在漏极区与沟道区接壤的区域产生漏电流，而且随着横向电场的增大，漏电流增加，当漏电流增大到一定程度将给薄膜晶体管带来一定的性能影响甚至使其损坏报废。

因此，如何在保持薄膜晶体管性能的情况下减少甚至避免由于横向电场产生的漏电流对薄膜晶体管的影响成为本领域技术人员面临的一大难题。

技术实现要素：

针对上述存在的问题，本发明提供了一种非对称薄膜晶体管结 构，其中，该非对称薄膜晶体管结构包括半导体衬底、半导体层、第一栅绝缘层、第一栅极线、第二栅绝缘层、第二栅极线、介质层、保护层和栅极互连线，具体的，该技术方案具体为：

一种非对称薄膜晶体管结构，包括：

半导体层，包括源极区、漏极区及位于所述源极区和漏极区之间的沟道区；

第一栅绝缘层，设置于所述半导体层上并覆盖部分所述沟道区；

第一栅极线，设置于所述第一栅绝缘层之上；

第二栅绝缘层，设置于所述半导体层上并覆盖所述第一栅极线；

第二栅极线，设置于所述第二绝缘层之上，所述第二栅极线于第一方向上与部分所述第一栅极线和部分所述沟道区重叠；其中，

所述第二栅极线于所述第一方向与所述沟道区重叠的区域和所述第一栅极线覆盖所述沟道区的区域相异，所述第二栅绝缘层包括一第一绝缘层开口，透过所述第一绝缘层开口使所述第一栅极线与一栅极互连线相接，其中所述栅极互连线亦与所述第二栅极线相接。

优选的，还包括介质层，所述介质层覆盖所述第二栅极线和所述第二栅绝缘层，其中所述介质层包括一第一开口，所述第一开口与所述第一绝缘层开口相连。

优选的，所述第二栅绝缘层还包括一第二绝缘层开口和一第三绝缘层开口，所述第二绝缘层开口和所述第三绝缘层开口分别暴露所述半导体层的所述源极区和所述漏极区。

优选的，所述介质层还包括一第二开口和一第三开口，所述第 二开口和所述第三开口分别与所述第二绝缘层开口和所述第三绝缘层开口相接。

优选的，还包括源极互连线和漏极互连线，所述源极互连线和所述漏极互连线分别通过所述介质层的所述第二开口和所述第三开口，所述第二栅绝缘层的所述第二绝缘层开口和所述第三绝缘层开口与所述源极区和所述漏极区连接。

优选的，所述半导体层为多晶硅层。

优选的，所述第一栅绝缘层包括第一氧化硅层和第一氮化硅层，且所述第一氧化硅层设置于所述半导体层之上，所述第一氮化硅层覆盖所述第一氧化硅层。

优选的，所述第一氧化硅层的厚度为650～750埃，所述第一氮化硅层的厚度为400～500埃。

优选的，所述第二栅绝缘层的材质为氮化硅。

优选的，所述第二栅绝缘层的厚度为900～1100埃。

优选的，还包括一保护层，设置于所述介质层之上。

一种非对称薄膜晶体管结构的制备方法，所述方法包括：

提供一半导体衬底；

于所述半导体衬底的上表面制备包括源极区、漏极区及位于所述源极区和漏极区之间的沟道区的半导体层；

于所述半导体层上并覆盖部分所述沟道区制备第一栅绝缘层，在所述第一栅绝缘层之上制备第一栅极线；

在所述第一栅极线上制备具有第一绝缘层开口、第二绝缘层开口 和一第三绝缘层开口的第二栅绝缘层后，于所述第二绝缘层上制备第二栅极线，其中所述第二栅极线于第一方向上与部分所述第一栅极线和部分所述沟道区重叠，所述第二栅极线于所述第一方向与所述沟道区重叠的区域和所述第一栅极线覆盖所述沟道区的区域相异；其中，

透过所述第一绝缘层开口使所述第一栅极线与一栅极互连线相接，所述栅极互连线还与所述第二栅极线相接，所述第二绝缘层开口和所述第三绝缘层开口分别暴露所述半导体层的所述源极区和所述漏极区。

优选的，所述制备方法还包括：

制备具有第一开口、第二开口和一第三开口的介质层覆盖所述第二栅极线和所述第二栅绝缘层，并使得所述第一开口与所述第一绝缘层开口相连；其中，

所述第二开口和所述第三开口分别与所述第二绝缘层开口和所述第三绝缘层开口相接，源极互连线和漏极互连线分别通过所述第二开口和所述第三开口，所述第二栅绝缘层的所述第二绝缘层开口和所述第三绝缘层开口与所述源极区和所述漏极区连接；

制备一保护层于所述介质层之上。

优选的，所述制备第一绝缘层的方法还包括：

制备第一氧化硅层于所述半导体层之上；

制备第一氮化硅层覆盖所述第一氧化硅层。

上述方案具有如下优点或者有益效果：

本发明一种非对称薄膜晶体管结构及其制备方法，通过对在传统薄膜晶体管制备过程中，在传统栅极线的靠近漏极的一侧制备第二栅极线，通过栅极互连线使传统方法的第一栅极线与第二栅极线连接，第一栅极线与第二栅极线共同构成栅极，且第二栅极线应用于drain区易发漏电流位置，从而提升了氧化层厚度并减低了高电场处的浓度，以改善漏电流，同时可整合至mim制程，具有较强的实用性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是本发明非对称薄膜晶体管结构示意图；

图2～10是本发明非对称薄膜晶体管结构的制备方法的流程结构示意图。

具体实施方式

下面根据具体的实施例及附图对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。

图1是本发明非对称薄膜晶体管结构的一实施例的结构示意图；如图1所示，一种非对称薄膜晶体管结构，包括衬底1，半导体层2，第一栅绝缘层4，第一栅极线6，第二栅绝缘层5，第二栅极线8，介 质层12，保护层13，栅极互连线7，源极互连线10，漏极互连线9，栅极引脚13’，源极引脚17和漏极引脚14，其中：

半导体层2，覆盖衬底1的上表面，且该半导体层2中还设置有源极区11、漏极区3及位于所述源极区11和漏极区3之间的沟道区15，优选的，本实施例中的半导体层可以为多晶硅，即半导体层可以为多晶硅层。

第一栅绝缘层4，设置于半导体层2上并覆盖部分沟道区，作为本发明一个优选实施例，第一栅绝缘层4临近源极区11覆盖部分沟道区的上表面，即相对于漏极区3，第一栅绝缘层4更靠近源极区11。

第一栅极线6，设置于第一栅绝缘层4之上，全覆盖第一栅绝缘层4的上表面。

第二栅绝缘层5，覆盖第一栅极线6和第一栅绝缘层4暴露的表面，以及半导体层2暴露的上表面，其中，第一栅绝缘层4暴露的表面主要指第一栅绝缘层4的侧面。

第二栅极线8，设置于所述第二绝缘层5之上，部分覆盖第二栅绝缘层5的上表面，第二栅极线8于第一方向上与部分第一栅极线6和部分沟道区重叠，第二栅极线8于第一方向与沟道区重叠的区域和第一栅极线6覆盖沟道区的区域相异，即第二栅极线8设置于沟道区第二区域15的正上方并延伸至部分第一栅极线6的上方，其中第一方向为各个膜层的叠层方向。

进一步的，所述第二栅绝缘层5包括一第一绝缘层开口、第二绝缘层开口和一第三绝缘层开口，该第一绝缘层开口的作用在于透过第 一绝缘层开口使第一栅极线6与一栅极互连线7相接，同时栅极互连线7也与第二栅极线8相接；第二绝缘层开口和第三绝缘层开口的作用在于第二绝缘层开口暴露半导体层的源极区11和第三绝缘层开口暴露漏极区3。

介质层12，覆盖第二栅极线8和第二栅绝缘层5暴露的表面，该介质层12可以包括一第一开口、第二开口和第三开口，其中，第一开口与第一绝缘层开口相连，栅极互连线7能够依次通过第一开口与第一绝缘层开口与第二栅极线8连接；第二开口和第三开口分别与第二绝缘层开口和第三绝缘层开口相接，并且源极互连线10分别通过第二开口、第二绝缘层开口与源极区11连接，同理漏极互连线9分别通过第三开口、第三绝缘层开口与漏极区连接。

保护层13，覆盖介质层12的上表面；

栅极互连线7，贯穿保护层13、介质层12和第二栅绝缘层5至第一栅极线的上表面；

其中，第二栅极线8通过栅极互连线7与第一栅极线6连接。

非对称薄膜晶体管结构中还包括源极互连线10、漏极互连线9、源极引脚17、栅极引脚13’和漏极引脚14；其中源极互连线10贯穿保护层13、介质层12和第二栅绝缘层5至源极11的上表面，漏极互连线9贯穿保护层13、介质层12和第二栅绝缘层5至漏极3的上表面，源极引脚17、栅极引脚13’和漏极引脚14分别将源极、漏极和栅极引出，以接入电路。

作为本发明一个优选实施例，第一栅绝缘层4包括第一栅氧化层 和第一氮化硅层，且第一栅氧化层部分覆盖沟道区的上表面，第一氮化硅层覆盖第一栅氧化层的上表面。

作为本发明一个优选实施例，第一栅氧化层的材质为二氧化硅。

在此基础上，进一步的，第一栅氧化层的厚度为650～750埃，第一氮化硅层的厚度为400～500埃。

作为本发明一个优选实施例，第二栅绝缘层的材质为氮化硅。

在此基础上，进一步的，第二栅绝缘层的厚度为900～1100埃。

本发明公开非对称薄膜晶体管结构的制备方法，该方法具体包括：

参见图2所述结构，首先提供一衬底1，并在衬底1的上表面制备包括源极区11、漏极区5及位于所述源极区11和漏极区5之间的沟道区的半导体层2，在该半导体层2预设后续制备栅极的区域，在此所说的源极区11、漏极区5及位于所述源极区11和漏极区5之间的沟道区为在半导体层2上预设的区域，在此工艺步骤中还未形成真正的源极区11、漏极区5及位于所述源极区11和漏极区5之间的沟道区。此

之后，参照图3所示结构，制备第一栅绝缘层4于半导体层2的上表面，值得注意的是，该第一栅绝缘层4覆盖预设栅极的区域的一部分。

作为本发明一个优选实施例，该第一绝缘层4包括第一氧化硅层和第一氮化硅层，其中制备第一氧化硅层的厚度为650～750埃，第一氮化硅层的厚度为400～500埃。

之后，参照图4所示结构，继续制备第二栅绝缘层5以将半导体层2暴露的表面、第一栅绝缘层4暴露的表面和第一栅极线6暴露的表面均予以覆盖，其中第一栅极线6暴露的表面包括上表面和侧表面，而第一栅绝缘层4暴露的表面主要指暴露第一栅绝缘层4的侧表面。

之后，参照图5所示结构，于所述第二绝缘层上制备第二栅极线8，其中第二栅极线8于第一方向上与部分第一栅极线6和部分沟道区重叠，第二栅极线8于所述第一方向与所述沟道区重叠的区域和第一栅极线6覆盖所述沟道区的区域相异；即于第一方向上第二栅极线8的一部分与第一栅极线6的一部分相交叠，第二栅极线8的另一部分与第一栅极线6不相交叠。

之后，参照图6所示结构，采用掺杂工艺，以第一栅极线6和第二栅极线8的上表面为掩膜，在半导体层2的两端制备源极区11和漏极区3，位于源极区11和漏极区3之间的区域则为沟道区。之后，参照图7所示结构，采用沉积工艺，制备介质层12覆盖第二栅极线8的上表面以及第二栅绝缘层5裸露的表面，其中，该裸露的表面指第二栅极线8与第二栅绝缘层5接触表面之外的所有表面。

之后，参照图8所示结构，继续采用沉积工艺，制备保护层13覆盖介质层12的上表面。

之后，参见图9所示结构，制备第二栅绝缘层5的第一绝缘层开口、第二绝缘层开口和一第三绝缘层开口，介质层12的第一介质层开口、第二介质层开口和一第三介质层开口，保护层的第一保护层开 口、第二保护层开口和一第三保护层开口，优选实施例中，第一绝缘层开口、第一介质层开口和第一保护层开口是通过刻蚀工艺一步形成的贯通在一起的一个开口；同理第二绝缘层开口、第二介质层开口和第二保护层开口也是通过刻蚀工艺一步形成的贯通在一起的一个开口；第三绝缘层开口、第三介质层开口和第三保护层开口也是通过刻蚀工艺一步形成的贯通在一起的一个开口。源极互连线10和漏极互连线9分别通过第二开口和第三开口，第二栅绝缘层的第二绝缘层开口和第三绝缘层开口与源极区11和漏极区5连接。进一步，制备栅极互连线7，其贯穿第一绝缘层开口、第一介质层开口和第一保护层开口延伸至第一栅极6的上表面，且该栅极互连线7与第一栅极线6和第二栅极线8均相接；制备源极互连线10，其贯穿第二绝缘层开口、第二介质层开口和第二保护层开口延伸至源极区11半导体层2的上表面；制备漏极互连线9，其贯穿第三绝缘层开口、第三介质层开口和第三保护层开口延伸至漏极区3半导体层2的上表面。在其它实施例中，第一绝缘层开口、第二绝缘层开口和一第三绝缘层开口也可以通过两步刻蚀工艺或三步刻蚀工艺分别形成或采用其它工艺形成，在此并不作限定，最要达到三个开口相连在一起即可；第二绝缘层开口、第二介质层开口和第二保护层开口及第三绝缘层开口、第三介质层开口和第三保护层开口亦如此。在其它实施例中，在介质层12上面不设置保护层13，此时只需在第二绝缘层5和介质层12中形成各个相应的开口即可，开口的形成方法与上面所述方法类似；在其它实施例中，在第二绝缘层5上面不设置介质层12和保护层13，此 时只需在第二绝缘层5中形成各个相应的开口即可，开口的形成方法与上面所述方法类似，不再赘述。

值得注意的是，制备栅极互连线9和第一绝缘层开口、第二绝缘层开口和一第三绝缘层开口时需满足通过栅极互连线9能使第一栅极线6和第二栅极线8通过栅极互连线9实现连接，制备该源极互连线10、栅极互连线7和漏极互联线9时需于栅极互连线侧壁、源极互连线侧壁以及漏极互连线侧壁均先制备一绝缘层，以阻止金属离子的扩散，同时，制备第一栅极线6、第二栅极线8时均需如此，此为本领域技术人员熟知的常规技术，在此不予赘述。

之后，参见图10所示结构，在源极互连线10、栅极互连线7和漏极互连线9上分别制备源极引脚17、栅极引脚13’和漏极引脚14，以将该非对称薄膜晶体管结构的源极、栅极和漏极引出以接入电路。

综上所述，本发明通过对传统薄膜晶体管结构进行改善，利用第一栅极线和第二栅极线共同构成薄膜晶体管结构的栅极，第二栅绝缘层有效增加了传统栅极绝缘层的厚度，有效降低了横向电场，降低漏电流发生的概率，大大增加了产品的良率，该工艺简单，实用性强，易于应用于实际生产中。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明 并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；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做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，这并不影响本发明的实质内容。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。