一种金属氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体集成电路制造和平板显示领域，具体涉及一种源/漏叠层结构的金属氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法。
【背景技术】
[0002]伴随着平板显示技术逐渐发展成为信息显示的主流技术，平板显示产业已成为最具发展潜力的电子信息产业，其主流的液晶显示(LCD)成为了电子信息产业中的支柱产业之一。薄膜晶体管(TFT)是平板显示的核心器件，任何有源矩阵寻址的平板显示都依赖于TFT控制和驱动。为了适应平板显示大面积、高品质、低成本和高可靠性的发展，对TFT器件的要求越来越高。目前，被广泛应用于各种显示的TFT技术以氢化非晶硅(a-Si:H)和低温多晶硅(LTPS)技术为主。受限于非晶硅TFT低载流子迀移率，其无法应用于平板显示周边驱动电路的元件集成，并且不能满足下一代平板显示对高清画质的要求，也不能适应OLED电流型驱动显示屏。另一方面低温多晶硅TFT有较高的载流子迀移率，可以满足下一代高清显示，适应于OLED电流型驱动显示屏，并有望实现显示矩阵和外围驱动集成于同一面板的板上系统(System on panel, SOP)。然而，当前的LTPS技术不能满足大屏幕显示对工艺的均匀性和一致性要求，因此其主要面向中小尺寸显示屏的应用，另外LTPS的制备工艺相对较复杂、制作成本高也制约了 LTPS TFT更加广泛地应用。为了适应平板显示的发展需求，新型TFT技术的研宄受到了广泛的关注。目前，以氧化铟镓锡(IGZO)为代表的氧化锌基金属氧化物TFT研宄最为广泛，且有望在不久的将来实现量产。
[0003]氧化锌基的TFT技术集氢化非晶硅和低温多晶硅TFT优点于一身，有望应用于大屏尺寸的平板显示器中。其有源层、源漏电极和栅电极等使用宽禁带半导体材料，可以制造出全透明平板显示屏；较低的工艺温度可以满足使用廉价的玻璃衬底或塑料柔性衬底；大面积均匀性适应大屏显示的要求；高载流子迀移率可以满足下一代平板显示高清画质的要求，且适用于OLED电流型驱动；有源层溅射工艺与半导体产业界CMOS工艺相兼容。对于氧化锌基TFT，如何优化工艺，在提高器件性能的同时降低制造成本，是其重要研宄方向之一。此外，新型器件结构的开发也是提高器件性能的重要方向。本发明提出了一种TFT器件制作技术方案，在基本TFT器件制作工艺的条件下，同时提出了一种源/漏叠层结构的金属氧化物半导体薄膜晶体管器件结构及其制备方法。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于提供一种源/漏叠层结构的金属氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法。
[0005]本发明的技术方案是:
[0006]一种源/漏叠层结构的金属氧化物半导体薄膜晶体管，包括栅电极、栅介质、有源区、源电极和漏电极，所述栅电极位于衬底之上，栅介质位于栅电极之上，有源区位于栅介质之上，源电极和漏电极分别位于有源区之上，其特征在于，所述有源区为金属氧化物半导体薄膜，所述源电极和漏电极由上、下两层薄膜组成叠层结构，其中下层薄膜为与有源区相同或不同材料金属氧化物薄膜，上层薄膜为导电薄膜，且有源区金属氧化物半导体薄膜电导率或载流子浓度高于源电极或漏电极的下层金属氧化物半导体薄膜，其制备步骤包括:
[0007](I)在玻璃衬底上生长一层导电薄膜，采用刻蚀或剥离工艺形成栅电极；
[0008](2)生长一层绝缘介质层，刻蚀形成栅介质；
[0009](3)溅射生长一层金属氧化物薄膜，采用刻蚀或剥离工艺形成有源区；
[0010](4)涂光刻胶、曝光、显影定义源电极和漏电极图形，溅射生长一层金属氧化物薄膜；
[0011](5)溅射生长一层导电薄膜，采用剥离工艺形成叠层结构源电极和漏电极。
[0012]在步骤(I)中，栅电极为Al、T1、Cr非透明金属中的一种或ITO、AZO、InO透明导电薄膜。
[0013]在步骤(2)中，栅介质材料为二氧化硅、氮化硅以及高介电常数绝缘材料中的一种或者多种的组合。
[0014]在步骤(3)中，有源层金属氧化物为采用射频磁控溅射技术生长，厚度为10?40纳米，其材料为氧化铟镓锌(IGZO)或氧化锌(ZnO)及其掺杂体系包括锡(Sn)、铟(In)、镓(Ga)、铝(Al)等III或IV族元素中的一种或者几种组合；图形定义方法为刻蚀或者剥离工艺中的一种。
[0015]步骤(2)和(3)中栅介质和有源区金属氧化物可连续生长，并使用同一掩模板定义图形。
[0016]在步骤(4)中，源电极和漏电极的下层金属氧化物薄膜采用射频磁控溅射技术生长，其材料为氧化铟镓锌(IGZO)或氧化锌(ZnO)及其掺杂体系包括锡(Sn)、铟(In)、镓(Ga)、铝(Al)等III或IV族元素中的一种或者几种组合。
[0017]源电极和漏电极的下层薄膜为与有源区的选材为相同或不同材料金属氧化物，厚度大于20纳米；当为同种金属氧化物时，叠层结构源电极和漏电极的下层薄膜氧含量高于有源区，可以通过调节溅射过程中的氧分压的不同实现，其中溅射有源区金属氧化物时的氧分压较高；当为不同金属氧化物时，叠层结构源电极和漏电极的下层薄膜电导率低于有源区，或载流子浓度低于有源区。
[0018]在步骤(5)中，叠层结构源电极和漏电极的上层导电薄膜为Al、T1、Cr非透明金属中的一种或ΙΤ0、ΑΖ0、Ιη0透明导电薄膜。
[0019]在步骤(4)和(5)中，叠层结构源电极和漏电极由上、下两层薄膜使用相同掩膜版，且叠层结构源电极和漏电极与栅电极之间存在交叠区域。
[0020]本发明的优点:
[0021]本发明采用传统TFT架构，首先生长、光刻、刻蚀出栅电极，然后生长栅介质，接着溅射淀积有源层并定义图形，再接着淀积叠层源电极和漏电极的下层金属氧化物半导体薄膜和上层导电薄膜。本发明栅介质与有源层可连续生长以减低界面缺陷态密度，提高器件可靠性。器件沟道材料为载流子浓度较高金属氧化物半导体薄膜，有效提高器件迀移率，可获得较大开态电流。关态工作区内，较薄有源层内载流子有效耗尽，且叠层源电极和漏电极的下层金属氧化物半导体电导率低，电阻大，器件总关态电阻大，有效降低器件关态电流。使用本发明制备的新型结构金属氧化物薄膜晶体管具有较高开关比、较小的亚阈值摆幅等优点，同时工艺复杂度并未提