一種氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，在所述源漏極金屬電極層與所述源漏極區(qū)域接觸的區(qū)域引入氫濃度分布。在所述源極金屬電極層與所述源極區(qū)域界面處，以及所述漏極金屬電極與所述漏極區(qū)域的界面處引入的氫濃度最高，并且在遠(yuǎn)離界面處的方向上引入的氫濃度逐漸變小。進(jìn)一步的，在靠近所述溝道區(qū)域的所述源漏極區(qū)域部分沒(méi)有覆蓋所述源漏極金屬電極層，且在所述源漏極金屬電極層遠(yuǎn)離所述源漏極區(qū)域的一端以及溝道區(qū)域內(nèi)沒(méi)有引入的氫濃度分布，本實(shí)用新型在不導(dǎo)致氧化物薄膜晶體管性能下降的情況下，能夠有效降低氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的串聯(lián)電阻。
【專利說(shuō)明】一種氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管，尤其是一種氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002]薄膜晶體管作為一種場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件，在有源陣列顯示器驅(qū)動(dòng)等顯示領(lǐng)域有著重要的無(wú)可替代的運(yùn)用，半導(dǎo)體活性材料對(duì)器件的性能和制造工藝有至關(guān)重要的影響，以硅為活性半導(dǎo)體材料的薄膜晶體管往往會(huì)存在迀移率低，光敏性強(qiáng)的缺點(diǎn)。以氧化鋅為代表的透明寬帶隙氧化物半導(dǎo)體材料能夠很好的解決硅半導(dǎo)體材料的缺點(diǎn)，作為可用于薄膜晶體管的氧化物半導(dǎo)體材料包括 ZnO，MgZnO, Zn-Sn-0, In-Zn-0, SnO, Ga2O3, In-Ga-0, In3O2,In-Ga-Zn-O等性能優(yōu)異的材料。但是隨著顯示領(lǐng)域迅速發(fā)展，目前對(duì)氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的特性要求越來(lái)越高，例如要求較小的串聯(lián)電阻，較高的迀移率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明在于解決在不導(dǎo)致氧化物薄膜晶體管性能下降的情況下，降低氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的串聯(lián)電阻。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明提供一種氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，包括絕緣襯底；位于絕緣襯底上的柵極電極層；位于絕緣襯底上覆蓋所述柵極電極層的柵極絕緣層；氧化物半導(dǎo)體層形成于柵極絕緣層上，并包括與柵極電極層正對(duì)的溝道區(qū)域和位于溝道區(qū)域兩端的源漏極區(qū)域；源漏極金屬電極層，位于源漏極區(qū)域上；其特征在于:在所述源漏極金屬電極層與所述源漏極區(qū)域接觸的區(qū)域具有引入的氫濃度分布。
[0005]進(jìn)一步的，在所述源極金屬電極層與所述源極區(qū)域界面處，以及所述漏極金屬電極與所述漏極區(qū)域的界面處引入的氫濃度最高，并且在遠(yuǎn)離界面處的方向上引入的氫濃度逐漸變小。
[0006]進(jìn)一步的，在所述源漏極金屬電極層遠(yuǎn)離所述源漏極區(qū)域的一端沒(méi)有引入的氫濃度分布。
[0007]進(jìn)一步的，在靠近所述溝道區(qū)域的所述源漏極區(qū)域部分沒(méi)有覆蓋所述源漏極金屬電極層，并且所述溝道區(qū)域內(nèi)沒(méi)有引入的氫濃度分布。
[0008]進(jìn)一步的，所述沒(méi)有覆蓋所述源漏極金屬電極層的靠近所述溝道區(qū)域的所述源漏極區(qū)域部分的長(zhǎng)度為源漏極區(qū)域長(zhǎng)度的1/8到1/10之間。
[0009]進(jìn)一步的，所述源漏極金屬電極層選自鋁、鈦、鉬、釹、釔或者鉭中的一種。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1-3本發(fā)明氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管在各制備階段的截面圖；
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明能夠降低源極電極，漏極電極與氧化物半導(dǎo)體之間的電阻，同時(shí)不會(huì)影想閾值電壓、截止電流以及迀移率。
[0012]參看圖3所示的本發(fā)明的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管截面圖，晶體管100包括絕緣襯底101，在該絕緣襯底101上沉積有底部柵極層103，絕緣覆蓋層102以完全覆蓋底部柵極103的形式覆蓋在絕緣襯底101上，以起到絕緣隔離的作用，同時(shí)作為薄膜晶體管的柵極介質(zhì)層，該柵極介質(zhì)層102材料選為硅氧化層。氧化物半導(dǎo)體層104位于該柵極介質(zhì)層102上，底部柵極103正對(duì)的氧化物半導(dǎo)體區(qū)域形成為溝道區(qū)域1041，溝道區(qū)域1041兩側(cè)的區(qū)域的一側(cè)形成為源極區(qū)域1042，溝道區(qū)域的另一側(cè)形成為漏極區(qū)域1042 ;源極金屬電極105和漏極金屬電極105形成于源極區(qū)域1042和漏極區(qū)域1042上，在靠近溝道區(qū)域1041的源極區(qū)域1042和漏極區(qū)域1042部分沒(méi)有覆蓋源極金屬電極層105和漏極金屬電極層105，該部分長(zhǎng)度(沿溝道長(zhǎng)度方向)優(yōu)選為源漏極區(qū)域長(zhǎng)度的1/4到1/2之間。在源極金屬電極層105與源極區(qū)域1042的界面區(qū)域，以及在漏極金屬電極層105與漏極區(qū)域1042的界面區(qū)域具有氫離子摻雜。該界面區(qū)域在源極金屬電極層105與源極區(qū)域1042界面處以及漏極金屬電極105與漏極區(qū)域1042的界面處引入的氫濃度最高，并且在遠(yuǎn)離界面處的方向上引入的氫濃度逐漸變小，也就是說(shuō)，引入的氫濃度從源極金屬電極層105與源極區(qū)域1042的界面處朝著源極金屬電極層105的內(nèi)部逐漸變小，朝著源極區(qū)域1042的內(nèi)部逐漸變?。灰氲臍錆舛葟穆O金屬電極層105與漏極區(qū)域1042的界面處朝著漏極金屬電極層105的內(nèi)部逐漸變小，朝著漏極區(qū)域1042的內(nèi)部逐漸變小。在源極金屬電極層105遠(yuǎn)離源極區(qū)域1042的一端，即通常與布線層接觸連接的源極金屬電極層區(qū)域沒(méi)有引入的氫分布，也就是說(shuō)引入的氫濃度分布沒(méi)有延伸到源極金屬電極層105的表面，這樣做是為了防止金屬電極表面的退化，增強(qiáng)電極的耐候性和穩(wěn)定性；同樣的漏極金屬電極層105遠(yuǎn)離漏極區(qū)域1042的一端也沒(méi)有引入的氫分布。源極區(qū)域1042引入的氫分布沒(méi)有延伸到溝道區(qū)1041，即溝道區(qū)域1041內(nèi)沒(méi)有引入的氫分布，如果引入的氫進(jìn)入到溝道區(qū)則會(huì)引起器件性能的衰減，例如會(huì)嚴(yán)重影響關(guān)斷電流和閾值電壓，特別是對(duì)溝道區(qū)的迀移率會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的影響，工藝上經(jīng)常使用熱處理來(lái)驅(qū)走溝道區(qū)的氫以使溝道區(qū)的氧化物半導(dǎo)體更純凈；同樣的漏極區(qū)域1042引入的氫分布也沒(méi)有延伸到溝道區(qū)1041。同時(shí)，在靠近溝道區(qū)域的源極區(qū)域1042和漏極區(qū)域1042部分沒(méi)有覆蓋源極金屬電極層105和漏極金屬電極層105能夠保證源漏極金屬電極層105與源漏極區(qū)域1042接觸的界面區(qū)域引入的氫分布不會(huì)進(jìn)入溝道區(qū)域1041。
[0013]一方面，氫的引入會(huì)帶來(lái)優(yōu)越的源漏電極與氧化物半導(dǎo)體之間的電阻，顯著減小器件串聯(lián)電阻，提高器件效率；令一方面，氫的過(guò)多引入或氫引入到不當(dāng)?shù)奈恢糜謺?huì)給器件帶來(lái)負(fù)面影響。因此引入的氫在源漏金屬電極內(nèi)的濃度分布，以及在源漏極區(qū)域的濃度分布對(duì)器件性能的平衡起到重要作用，例如在整個(gè)源漏金屬電極內(nèi)引入氫分布或是在整個(gè)源漏極區(qū)域引入氫分布，那么氫的引入帶來(lái)的負(fù)面效果將超過(guò)正面效果；由于串聯(lián)電阻的產(chǎn)生在源漏金屬電極與源漏極區(qū)域的界面處顯著大于遠(yuǎn)離該界面處。因此，引入的氫濃度的分布在源漏金屬電極與源漏極區(qū)域的界面處最大，并朝著遠(yuǎn)離源漏金屬電極與源漏極區(qū)域的界面處的方向上逐漸減??；這樣可最大限度的平衡其正面效果和負(fù)面效果，整體上提高器件性能。
[0014]下面將描述本發(fā)明薄膜晶體管的一種制備工藝以使得本發(fā)明更詳細(xì)的被理解，單需要注意的是該制備工藝緊緊是可實(shí)現(xiàn)的一種方式，并不能限定本發(fā)明可以通過(guò)其他類似的方式實(shí)現(xiàn)。圖1-3為薄膜晶體管的截面圖，在絕緣襯底101上形成底部柵極層103，該柵極層103的形成例如可以使用CVD沉積的方法；在底部柵電極103上形成柵絕緣膜102，該柵絕緣膜102例如可以氧化硅、氧化鋁、氧化鉿等氧化物絕緣膜，也可以是其他的適用的絕緣膜；在柵極絕緣膜上102形成形成氧化物半導(dǎo)體膜。
[0015]該氧化物半導(dǎo)體膜可以通過(guò)選用合適的靶材經(jīng)磁控濺射工藝沉積、Zn-Sn-O,In-Zn-O或者In-Ga-O膜，制備溫度在500-600度；也可以通過(guò)Sol-Gel法制備具有更高迀移率的MgZnO膜；還可以利用離子束沉積法制備In203膜。之后通過(guò)刻蝕形成圖案化的氧化物半導(dǎo)體層104，氧化物半導(dǎo)體層的厚度優(yōu)選在20納米到500納米之間，其厚度的調(diào)節(jié)可通過(guò)控制濺射工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)。圖案化后的氧化物半導(dǎo)體層104，硼摻雜形成源漏區(qū)1042，與柵電極層正對(duì)的氧化物半導(dǎo)體膜區(qū)域?yàn)闇系绤^(qū)域1041。
[0016]在源漏區(qū)1042遠(yuǎn)離溝道區(qū)域1041的表面引入氫，但在靠近溝道區(qū)域1041的源漏極區(qū)域1042部分的表面沒(méi)有引入氫，以隔離氫與溝道，該沒(méi)有引入氫的部分的長(zhǎng)度優(yōu)選為源漏極區(qū)域的1/2到1/4之間。氫的引入可以是氫離子表面滲入，此時(shí)氫的分布局限在源漏極區(qū)域1042表面極薄的區(qū)域，但不能使用例如含有氫的離子注入等能量高的摻雜方式，這是因?yàn)楦吣芰康臍淙菀滓疠^大的晶格損傷，并且高能態(tài)的氫不會(huì)分布在源漏極區(qū)域1042表面極薄的區(qū)域內(nèi)，這將在之后的工藝中不能形成引入的氫濃度的梯度分布。之后形成圖形化的源漏極金屬電極層105，該源漏極金屬電極層105在引入有氫離子的源漏極區(qū)域1042的表面與源漏極區(qū)域接觸。源漏極金屬電極層105可通過(guò)熟知的沉積工藝獲得，例如可以是鋁、鈦、鉬或者釹、釔、鉭等材料。在形成圖形化的源漏極金屬電極層105之后，對(duì)該薄膜晶體管100進(jìn)行熱處理以激活分布在源漏極區(qū)域表面極薄區(qū)域內(nèi)的氫，并向兩側(cè)擴(kuò)散，以獲得所需要的具有引入的氫濃度梯度的氧化物薄膜晶體管，熱處理溫度優(yōu)選為350-600攝氏度，更優(yōu)選為450攝氏度；最后沉積絕緣包覆膜以覆蓋氧化物半導(dǎo)體層以及源漏區(qū)和源漏電極層。
【權(quán)利要求】
1.一種氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，包括絕緣襯底；位于絕緣襯底上的柵極電極層；位于絕緣襯底上覆蓋所述柵極電極層的柵極絕緣層；氧化物半導(dǎo)體層形成于柵極絕緣層上，并包括與柵極電極層正對(duì)的溝道區(qū)域和位于溝道區(qū)域兩端的源漏極區(qū)域；源漏極金屬電極層，位于源漏極區(qū)域上；其特征在于:在所述源漏極金屬電極層與所述源漏極區(qū)域接觸的區(qū)域引入氫濃度分布。
2.一種氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，包括絕緣襯底；位于絕緣襯底上的柵極電極層；位于絕緣襯底上覆蓋所述柵極電極層的柵極絕緣層；氧化物半導(dǎo)體層形成于柵極絕緣層上，并包括與柵極電極層正對(duì)的溝道區(qū)域和位于溝道區(qū)域兩端的源漏極區(qū)域；源極金屬電極層和漏極金屬電極層，其分別位于源極區(qū)域和漏極區(qū)域上；其特征在于:在所述源極金屬電極層與所述源極區(qū)域界面處，以及所述漏極金屬電極與所述漏極區(qū)域的界面處引入的氫濃度最高，并且在遠(yuǎn)離界面處的方向上引入的氫濃度逐漸變小。
3.一種氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，包括絕緣襯底；位于絕緣襯底上的柵極電極層；位于絕緣襯底上覆蓋所述柵極電極層的柵極絕緣層；氧化物半導(dǎo)體層形成于柵極絕緣層上，并包括與柵極電極層正對(duì)的溝道區(qū)域和位于溝道區(qū)域兩端的源漏極區(qū)域；源漏極金屬電極層，位于源漏極區(qū)域上；其特征在于:在所述源漏極金屬電極層與所述源漏極區(qū)域接觸的區(qū)域具有引入的氫濃度分布，并且在所述源漏極金屬電極層遠(yuǎn)離所述源漏極區(qū)域的一端沒(méi)有引入的氫濃度分布。
4.如權(quán)利要求3所述的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，在靠近所述溝道區(qū)域的所述源漏極區(qū)域部分沒(méi)有覆蓋所述源漏極金屬電極層，并且所述溝道區(qū)域內(nèi)沒(méi)有引入的氫濃度分布。
5.如權(quán)利要求4所述的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，所述沒(méi)有覆蓋所述源漏極金屬電極層的靠近所述溝道區(qū)域的所述源漏極區(qū)域部分的長(zhǎng)度為源漏極區(qū)域長(zhǎng)度的1/4到1/2之間。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，所述氧化物半導(dǎo)體層為Zn-Sn-O, In-Zn-0, In-Ga-O、MgZnO、In203 層中的一種。
【文檔編號(hào)】H01L29/417GK204243048SQ201420516491
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】司紅康, 金一琪 申請(qǐng)人:六安市華海電子器材科技有限公司