一种晶体管及其和沟道层制作方法与流程

本申请涉及薄膜晶体管领域，具体而言，涉及一种晶体管及其和沟道层制作方法。

背景技术：

1、作为现代计算机的基石，硅基场效应晶体管在逻辑运算和数据存储方面都是无可替代的存在。

2、随着显示技术的发展，作为平板显示驱动电路的电子开关元器件，基于非晶/多晶硅、非晶氧化物(如铟镓锌氧，igzo)或有机材料的薄膜晶体管在该领域取得了一席之地。

3、尤其是最近柔性电子的快速发展，作为柔性电路的开关元器件或逻辑元器件，高性能低功耗的薄膜晶体管正得到越来越多的关注。同时拥有陡峭的亚阈值摆幅和0v附近的阈值电压，可以使器件工作在很小的电压区间内，从而实现低能耗。

4、另一方面，稳定性也是衡量薄膜晶体管性能优劣的重要指标。产业化的硅基薄膜晶体管和igzo薄膜晶体管，在光照下会产生阈值电压的漂移，影响器件功耗和稳定性，因此必须添加遮光层。这在增加器件工艺流程的同时，也会影响器件的开口率。

5、根据栅电极的位置，薄膜晶体管可分为底栅型和顶栅型。

6、其中顶栅型由于沟道直接被介质层钝化，不接触外界空气，因此拥有更好的稳定性。然而由于相对复杂的工艺，低能耗顶栅薄膜晶体管很少被报道。尤其是在满足低能耗指标的同时，薄膜晶体管的其他参数(开关比、回滞、迁移率和负偏压光照稳定性等)都能保证很好，这种综合性能优越的顶栅薄膜晶体管更是少之又少。

技术实现思路

1、本申请提供了一种晶体管及其和沟道层制作方法，其能够改善晶体管中的源漏电极与沟道的欧姆接触、屏蔽沟道与介质间的缺陷，还可以获得理想的关断性能。

2、本申请是这样实现的：

3、在第一方面，本申请的示例提供了一种晶体管，其包括：衬底，源漏电极，沟道层，介质层以及栅电极。

4、上述的沟道层包括：依次分布的第一低阻层、高阻层和第二低阻层，并且第一低阻层与源漏电极接触，第二低阻层与介质层接触。高阻层的电阻率大于第一低阻层的电阻率，高阻层的电阻率大于第二低阻层的电阻率。

5、根据本申请的一些示例，第一低阻层的氧空位多于高阻层的氧空位，第二低阻层的氧空位多于高阻层的氧空位；和/或，第一低阻层的载流子浓度大于高阻层的载流子浓度，第二低阻层的载流子浓度大于高阻层的载流子浓度。

6、根据本申请的一些示例，介质层包括第一介质膜和第二介质膜，第一介质膜分别与第二介质膜以及源漏电极接触，其中第二介质膜与第二低阻层接触。

7、根据本申请的一些示例，第一介质膜的厚度为5nm至20nm；和/或，第二介质膜的厚度为10nm至30nm；和/或，第一介质膜和第二介质膜分别独立地为氧化铝或氧化铪。

8、根据本申请的一些示例，第一低阻层的厚度为1nm至10nm；和/或，高阻层的厚度为10nm至50nm；和/或，第二低阻层的厚度为5nm至20nm。

9、根据本申请的一些示例，晶体管包括以下一项或多项限定：

10、第一限定，衬底是柔性的或刚性的；或者，衬底是刚性的且包括硅片、蓝宝石和石英玻璃中的任意一种；或者，衬底是柔性的且包括聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯和有机玻璃中的任意一种；

11、第二限定，源漏电极为低功函数金属电极；或者，源漏电极的材料为ti/au、ito、fto、mo、ag和cr中的任意一种；可选地，源漏电极中的源极的厚度和漏极的厚度分别为10nm至200nm；

12、第三限定，第一低阻层、高阻层和第二低阻层分别独立采用非晶氧化物制作而成，可选地，非晶氧化物为铟镓锌氧；

13、第四限定，栅电极的材料为cu、au、ag、ito、cr、fto、ti/au、mo、mxene或石墨烯；可选地，栅电极的厚度为5nm至200nm。

14、根据本申请的一些示例，晶体管是顶栅型的薄膜晶体管。

15、在第二方面，本申请示例提出了一种晶体管的沟道层的制作方法，其中的晶体管包括：衬底，源漏电极，沟道层，介质层以及栅电极，并且沟道层包括：依次分布的第一低阻层、高阻层和第二低阻层。

16、上述的沟道层的制作方法包括：

17、在第一低浓度氧气气氛中通过溅射沉积第一低阻材料；

18、在高浓度氧气气氛中通过溅射沉积高阻材料层；

19、在第二低浓度氧气气氛中通过溅射沉积第二低阻材料层；以及分别对第一低阻材料、高阻材料层和第二低阻材料层进行图形化；

20、其中，第一低浓度氧气气氛的氧气浓度和第二低浓度氧气气氛的氧气浓度分别低于高浓度氧气气氛的氧气浓度。

21、在第三方面，本申请示例提出了一种晶体管的沟道层的制作方法，晶体管包括：衬底，源漏电极，沟道层，介质层以及栅电极，沟道层包括：依次分布的第一低阻层、高阻层和第二低阻层，且介质层包括第一介质膜和第二介质膜，制作方法包括：

22、在第一低浓度氧气气氛中通过溅射沉积第一低阻材料；

23、在高浓度氧气气氛中通过溅射沉积高阻材料层；

24、在第二低浓度氧气气氛中通过溅射沉积第二低阻材料层；

25、沉积第一介质材料；以及分别对第一低阻材料、高阻材料层、第二低阻材料层和第一介质材料进行图形化；以及

26、沉积第二介质材料；

27、其中，第一低浓度氧气气氛的氧气浓度和第二低浓度氧气气氛的氧气浓度分别低于高浓度氧气气氛的氧气浓度。

28、在第四方面，本申请示例提出了一种顶栅薄膜晶体管的制作方法。制作方法包括以下步骤：

29、衬底处理；

30、沉积源漏电极材料及图形化；

31、沉积第一低阻材料、沉积高阻材料、沉积第二低阻材料、沉积第一介质材料，并且进行图形化；

32、沉积第二介质材料；

33、沉积栅电极材料并且进行图形化；以及

34、退火。

35、在以上实现过程中，本申请实施例提供的晶体管结构中，对其沟道层进行了特别的结构设计，使该沟道层由三层不同的结构和功能层所构成。其中，第一低阻层与源极和漏极接触，因此，可以起到增强沟道与源极和漏极的欧姆接触；同时，第二低阻层与介质接触，因此，可以起到钝化介质与沟道的界面间的缺陷；并且，高阻层的存在使得晶体管的负向关断很容易实现。

技术特征：

1.一种晶体管，包括：衬底，源漏电极，沟道层，介质层以及栅电极，其特征在于，所述沟道层包括：依次分布的第一低阻层、高阻层和第二低阻层，其中，所述第一低阻层与所述源漏电极接触，所述第二低阻层与所述介质层接触；

2.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于，所述第一低阻层的氧空位多于所述高阻层的氧空位，所述第二低阻层的氧空位多于所述高阻层的氧空位；

3.根据权利要求1或2所述的晶体管，其特征在于，所述介质层包括第一介质膜和第二介质膜，所述第一介质膜分别与所述第二介质膜以及所述源漏电极接触，其中所述第二介质膜与所述第二低阻层接触。

4.根据权利要求3所述的晶体管，其特征在于，所述第一介质膜的厚度为5nm至20nm；

5.根据权利要求1或2所述的晶体管，其特征在于，所述第一低阻层的厚度为1nm至10nm；

6.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于，所述晶体管包括以下一项或多项限定：

7.根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于，所述晶体管是顶栅型的薄膜晶体管。

8.一种晶体管的沟道层的制作方法，所述晶体管包括：衬底，源漏电极，沟道层，介质层以及栅电极，其特征在于，所述沟道层包括：依次分布的第一低阻层、高阻层和第二低阻层，所述制作方法包括：

9.一种晶体管的沟道层的制作方法，所述晶体管包括：衬底，源漏电极，沟道层，介质层以及栅电极，其特征在于，所述沟道层包括：依次分布的第一低阻层、高阻层和第二低阻层，且所述介质层包括第一介质膜和第二介质膜，所述制作方法包括：

10.一种顶栅薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：

技术总结
一种晶体管及其和沟道层制作方法，属于薄膜晶体管领域。晶体管包括：衬底，源漏电极，沟道层，介质层以及栅电极。并且沟道层包括：依次分布的第一低阻层、高阻层和第二低阻层。其中，第一低阻层与源漏电极接触，第二低阻层与介质层接触。高阻层的电阻率大于第一低阻层的电阻率，同时高阻层的电阻率大于第二低阻层的电阻率。按照上述方式构造沟道层利于沟道与源漏电极的欧姆接触，并且还可以钝化介质层与沟道界面间的缺陷，还确保其关断性能。

技术研发人员：朱锐,梁会力,王燕,刘尧平,梅增霞
受保护的技术使用者：松山湖材料实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14