一种垂直双栅晶体管的制备方法及垂直双栅晶体管

本发明涉及半导体，尤其涉及一种垂直双栅晶体管的制备方法及垂直双栅晶体管。

背景技术：

1、薄膜晶体管(thin film transistor,tft)是一种特殊类型的场效应晶体管，它是通过在称为基板的柔性材料上简单地沉积有源半导体薄膜、介电层和栅电极层而制成的。

2、图1示出了现有技术中的薄膜晶体管的结构示意图。如图1所示，薄膜晶体管包括使用不同材料制成的不同层，其中每一层使用的材料特点如下：

3、第一层是栅电极，根据应用场景栅电极可以由铝、金或铬制成。栅电极向薄膜半导体提供信号，触发源极和漏极之间的接触。

4、第二层是绝缘体，用于避免半导体层和栅电极之间的电短路。

5、第三层是半导体层，包括由源极和漏极组成的电极层和由半导体材料制成的沟道区。

6、在图1所示的薄膜晶体管中，晶体管的源极、漏极和沟道在水平方向排布，又称为水平沟道晶体管或平面晶体管。在图1中，薄膜晶体管的沟道长度为f，f的尺寸一般在百纳米左右，如果在平面实现这种级别的沟道长度需要光刻的精度也要达到了这个级别，而达到这种级别的光刻精度需要昂贵的先进光刻技术。因此，传统薄膜晶体管的制备方法依赖于昂贵的先进光刻技术，制造成本高。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种垂直双栅晶体管的制备方法及垂直双栅晶体管，用以解决现有的薄膜晶体管制造成本高的问题。

2、一方面，本发明实施例提供了一种垂直双栅晶体管的制备方法，包括如下步骤：

3、依次形成第一金属层、第一介质层、第二金属层、第二介质层和第三金属层的叠层，其中，所述第一金属层和所述第三金属层分别为源极和漏极，所述第二金属层为第一栅极；

4、刻蚀所述叠层的一侧，露出所述第一金属层形成侧壁；

5、氧化刻蚀后的所述叠层中所述第二金属层的侧壁形成栅介质；以及

6、通过沉积技术在所述叠层的侧壁上依次形成沟道层、沟道钝化层和第四金属层，其中，所述第四金属层为第二栅极。

7、基于上述方法的进一步改进，通过沉积技术形成第一金属层或第三金属层包括：

8、采用磁控溅射沉积法、等离子体增强化学的气相沉积法或原子层沉积法在衬底上或第二介质层上沉积20纳米至100纳米厚的氧化铟锡并图形化。

9、基于上述方法的进一步改进，通过沉积技术形成第一介质层或第二介质层包括：

10、采用原子层沉积法在第一金属层或第二金属层上沉积20纳米至60纳米厚的氧化铝，或者

11、采用磁控溅射沉积在第一金属层或第二金属层上20纳米至60纳米厚的氧化硅。

12、基于上述方法的进一步改进，通过沉积技术形成第二金属层包括：

13、采用磁控溅射沉积法或等离子体增强化学的气相沉积法在第一介质层上沉积20纳米至60纳米厚的钽并图形化。

14、基于上述方法的进一步改进，所述通过沉积技术形成沟道层包括：

15、采用磁控溅射沉积法或原子层沉积法在露出的所述第一金属层上部、所述侧壁以及所述第三金属层上部的部分区域上沉积4纳米至10纳米厚的氧化铟镓锌并图形化。

16、基于上述方法的进一步改进，通过沉积技术形成沟道钝化层包括：

17、采用原子层沉积法依次在所述沟道层上沉积第三介质层和第四介质层，其中，所述第三介质层和所述第四介质层的厚度之和为6纳米至30纳米，或者

18、采用原子层沉积法沉积第三介质层，其中，所述第三介质层的厚度为6纳米至30纳米。

19、基于上述方法的进一步改进，所述采用原子层沉积法依次沉积第三介质层和第四介质层包括：

20、采用原子层沉积法沉积2纳米厚的氧化铪；以及

21、采用原子层沉积法沉积8纳米厚的氧化铝。

22、基于上述方法的进一步改进，所述通过沉积技术形成第四金属层包括：

23、采用电子束沉积法沉积20纳米至60纳米厚的镍或金并图形化；或者，

24、采用原子层沉积法沉积20纳米至60纳米厚的氧化铟锌并图形化。

25、另一方面，本发明实施例提供了一种垂直双栅晶体管，包括：

26、在垂直方向由下至上依次堆叠的第一金属层、第一介质层、第一栅极层、第二介质层、第三金属层，其中，

27、所述第一介质层、所述第一栅极层、所述第二介质层、所述第三金属层具有共同的第一横向长度，且所述共同的第一横向长度比所述第一金属层的第一横向长度更短，以在露出的第一金属层上形成垂直的侧壁；

28、所述第一金属层和所述第三金属层为源极和漏极，所述第一栅极层在所述垂直的侧壁的一侧为栅介质；以及

29、在所述栅介质所处的所述垂直的侧壁处，沿着水平方向依次堆叠的沟道层、沟道钝化层、第四金属层，其中，所述沟道层覆盖所述垂直的侧壁，所述第四金属层为第二栅极。

30、基于上述方法的进一步改进，所述第一栅极层的栅极材料为钽，所述栅介质为氧化钽。

31、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

32、1、相比于平面晶体管来说，本发明提出的垂直晶体管的面积要比平面晶体管小，并且本发明提出的垂直晶体管不需要依赖那些昂贵的先进光刻技术来实现短的沟道长度，从而降低了制造成本。

33、2、本发明提出的垂直晶体管首次在垂直结构晶体管中实现了双栅调控，从而可以有效的控制晶体管阈值电压的漂移。

34、3、本发明提出的垂直晶体管具有更小的器件尺寸，在诸如高分辨率显示器和高密度动态随机存取存储器等高集成度应用中具有很大应用前景。

35、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

技术特征：

1.一种垂直双栅晶体管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的垂直双栅晶体管的制备方法，其特征在于，通过沉积技术形成第一金属层或第三金属层包括：

3.根据权利要求1所述的垂直双栅晶体管的制备方法，其特征在于，通过沉积技术形成第一介质层或第二介质层包括：

4.根据权利要求1所述的垂直双栅晶体管的制备方法，其特征在于，通过沉积技术形成第二金属层包括：

5.根据权利要求1所述的垂直双栅晶体管的制备方法，其特征在于，所述通过沉积技术形成沟道层包括：

6.根据权利要求1所述的垂直双栅晶体管的制备方法，其特征在于，通过沉积技术形成沟道钝化层包括：

7.根据权利要求6所述的垂直双栅晶体管的制备方法，其特征在于，所述采用原子层沉积法依次沉积第三介质层和第四介质层包括：

8.根据权利要求1所述的垂直双栅晶体管的制备方法，其特征在于，所述通过沉积技术形成第四金属层包括：

9.一种垂直双栅晶体管，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的垂直双栅晶体管，其特征在于，所述第一栅极层的栅极材料为钽，所述栅介质为氧化钽。

技术总结
本发明涉及一种垂直双栅晶体管的制备方法及垂直双栅晶体管，属于半导体技术领域，解决了现有技术中的薄膜晶体管制造成本高的问题。该垂直双栅晶体管的制备方法包括如下步骤：依次形成第一金属层、第一介质层、第二金属层、第二介质层和第三金属层的叠层，其中，所述第一金属层和所述第三金属层分别为源极和漏极，所述第二金属层为第一栅极；刻蚀所述叠层的一侧，露出所述第一金属层形成侧壁；氧化刻蚀后的所述叠层中所述第二金属层的侧壁形成栅介质；以及通过沉积技术在所述叠层的侧壁上依次形成沟道层、沟道钝化层和第四金属层，其中，所述第四金属层为第二栅极。

技术研发人员：杨冠华,廖福锡,李泠
受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16