一種電阻柵薄膜晶體管及其制備方法
【技術領域】
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本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種電阻柵薄膜晶體管結構及其制備方法。
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【背景技術】
[0003]
近年來，供平板顯示器件和其它圖像顯示器用的薄膜晶體管(TFT)方面的研究與開發極為活躍。用于有源矩陣LCD和其它顯示器件的TFT需要具有高迀移率、低關態電流、高開關電流比、低閾值電壓等特性，且電性能需要具有偏壓應力穩定性和工作環境穩定性。本世紀以來，隨著平板顯示技術的快速發展，對TFT器件性能提出了更高要求。多年來，圍繞器件性能的改進，已開發出多種可用于TFT的半導體薄膜材料，主要包括非晶硅、多晶硅、以并五苯為代表的有機小分子半導體材料、以聚噻吩類為代表的有機聚合物半導體材料、以氧化鋅為代表的寬能隙氧化物半導體材料等。非晶硅TFT由于低迀移率在高分辨率顯示方面受到限制。多晶硅TFT雖具有較高的迀移率，但具有工藝復雜、制作成本昂貴、大面積難以實現等缺點而制約其市場空間。更重要的是，硅為窄能隙半導體，硅基TFT對可見光敏感，光照條件下器件性能發生明顯的變化，因此，在平板顯示中需要引入黑矩陣，這不僅增加了制備工藝的復雜度，而且降低了顯示器件的開口率。有機TFT盡管在低成本、柔性化方面有優勢，但低迀移率和性能不穩定等難以解決的關鍵技術問題影響其應用前景。相對而言，采用以氧化鋅材料為代表的寬能隙透明氧化物半導體材料作為TFT的有源層是目前有效解決TFT器件中迀移率、大面積、黑矩陣、開口率、亮度等問題最佳方案。比如，氧化鋅基薄膜晶體管具有相對高的迀移率、低功耗、環境友好、可見光透明、低溫工藝等諸多優勢，在透明電子器件、液晶顯示、太陽能電池、觸摸屏、柔性顯示、電子紙、集成電路等諸多領域具有廣闊的應用前景，被認為是最有希望的下一代薄膜晶體管技術。
[0004]薄膜晶體管的電性能由材料參數、器件結構和工藝參數共同決定，強烈地依賴于柵極、柵介質、半導體有源層和源漏電極的材料特性和制備工藝，以及它們之間的界面特性。近年來，為了改善TFT器件的電性能及其穩定性，在材料選擇、工藝和界面優化等方面進行了大量的研究工作，使TFT器件的迀移率、開關電流比、關態電流、亞閾值擺幅等參數得到明顯提高。現有的TFT器件的電特性往往不能根據實際應用的需要進行合理調控，而且普遍存在工作電壓所引起的閾值電壓漂移、關態電流增加和迀移率退化等現象，從而影響電子系統的穩定性和可靠性。
【發明內容】
[0005]為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于提供一種電阻柵薄膜晶體管，可通過電阻柵上的兩個端電極偏壓有效調控器件處于不截止、遙截止或銳截止轉移特性，可根據實際應用需要獲得所需的閾值電壓、關態電流和跨導值，兩個柵端可同時作為控制柵和信號柵使用，使電路得到簡化，從而有效擴大了薄膜晶體管的應用范圍，能有效地解決閾值電壓漂移、大信號堵塞、自動增益控制動態范圍窄等問題。
[0006]本發明的另一目的在于提供上述電阻柵薄膜晶體管的制備方法。
[0007]本發明的目的通過以下技術方案實現。
[0008]—種電阻柵薄膜晶體管，由下至上依次襯底、過渡層、柵端電極、電阻柵薄膜層、絕緣柵介質層、半導體有源層和源漏電極；所述電阻柵薄膜層的電阻率低于半導體有源層，位于柵端電極與絕緣柵介質層之間；所述柵端電極位于電阻柵薄膜層下方，其連線方向與溝道方向垂直，其結構和功能上是等效的；所述源漏極在半導體有源層上，電極長度(溝道寬度)小于兩柵端電極寬度與其間距的總和，且源漏電極兩端與兩個柵端電極存在交疊區域(類#型)。
[0009]進一步優化地，所述半導體有源層可為厚度30?80納米的非晶硅、多晶硅、有機和氧化物半導體薄膜中的一種。
[0010]進一步優化地，所述電阻柵薄膜層的電阻率低于半導體有源層。
[0011]進一步優化地，所述柵端電極與電阻柵薄膜層之間，源漏電電極與半導體有源層之間形成歐姆接觸。-
進一步優化地，所述絕緣柵介質層為100?300納米厚的二氧化硅、氧化鋁或氧化鉭絕緣介質材料中的一種，但不限于此。
[0012]進一步優化地，所述襯底為玻璃襯底或者塑料襯底。
[0013]上述電阻柵薄膜晶體管的制備方法，包括以下步驟:
(1)在襯底上沉積100?200納米厚的二氧化硅薄膜作為過渡層；
(2)在經步驟(1)處理后的過渡層上沉積金屬(或ΙΤ0)導電薄膜，光刻形成兩柵端電極；
(3)在經步驟(2)處理后的兩柵端電極和過渡層上通過掩膜版技術沉積100?200納米厚的電阻型薄膜，形成電阻柵薄膜層；
(4)在電阻柵薄膜層上通過掩膜版技術沉積100?300納米厚的絕緣薄膜形成絕緣柵介質層;
(5)在經步驟(4)處理后的絕緣柵介質層上沉積半導體薄膜，形成半導體有源層；
(6)在半導體有源層上沉積100?200納米厚的金屬薄膜，光刻形成源、漏電極；
(7)在經(6)處理后的器件在200?250°C氮氛下退火處理30?60分鐘。
[0014]與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果:
本發明采用電阻型薄膜作為柵，通過調整垂直溝道方向的兩個柵端電極的偏壓可使晶體管工作于不同的狀態，呈現不截止、遙截止或銳截止的轉移特性，可根據實際應用需要獲得所需的閾值電壓、關態電流和跨導值，兩個柵端可同時作為控制柵和信號柵使用，使電路得到簡化，從而有效擴大了薄膜晶體管的應用范圍，能有效地解決閾值電壓漂移、大信號堵塞、自動增益控制動態范圍窄等問題。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的實施例的電阻柵薄膜晶體管的結構示意圖。
[0016]圖2a?圖2f分別為實例中電阻柵薄膜晶體管的一個制作過程不同步驟對應的示意圖。
[0017]圖3a和圖3b分別為電阻柵薄膜晶體管的一個應用實例電路的示意圖和對應的柵端電極偏壓控制轉移特性的驗證曲線。
【具體實施方式】
[0018]下面結合實施例，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。實施例
[0019]本實施例的雙有源層結構氧化鋅基薄膜晶體管，由下至上依次包括襯底1、過渡層
2、兩柵端電極(301，302)、電阻柵薄膜層4、絕緣柵介質層5、半導體有源層6、源電極701和漏電極702，所述電阻柵薄膜層的電阻率低于半導體有源層，位于柵端電極與絕緣柵介質層之間；所述柵端電極位于電阻柵薄膜層下方，其連線方向與溝道方向垂直，其結構和功能上是等效的；所述源漏極在半導體有源層上，電極長度(溝道寬度)小于兩柵端電極寬度與其間距的總和，且源漏電