CN105529366A - 金属氧化物薄膜晶体管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属氧化物薄膜晶体管及其制造方法，该薄膜晶体管包括基板、形成于基板上的缓冲层以及形成于缓冲层上的有源层，还包括分别形成于有源层两侧的源极和漏极、形成于有源层上的栅极绝缘层、形成于栅极绝缘层上的栅极以及形成于栅极上的介电层，且介电层的材料为SiOx。由于本发明介电层中采用SiOx材料，此材料中的氢离子含量远低于SiNx，因此可以有效地降低因氢离子扩散在有源层中导致有源层漏电较多的问题，由此来改善金属氧化物薄膜晶体管的电学性能。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆制造领域及显示技术领域，具体是一种金属氧化物薄膜晶体管及其制造方法。
背景技术
薄膜晶体管液晶平板显示器是一类有源矩阵液晶显示设备，该类显示屏上的每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动，薄膜晶体管(TFT，ThinFilmTransistor)对于显示器的响应度及色彩真实度等具有重要影响，是该类显示器中的重要组成部分。常见的薄膜晶体管主要有非晶硅薄膜晶体管(a-SiTFT)、低温多晶硅薄膜晶体管(LTPSTFT)、金属氧化物薄膜晶体管等。其中，采用金属氧化物作为沟道层材料的TFT技术是目前在面板技术领域的研究热点，尤其采用铟镓锌氧化物(IGZO，IndiumGalliumZincOxide)的TFT技术，使用该技术可以使显示屏功耗接近OLED，厚度仅比OLED高出25％，且分辨率可以达到全高清(fullHD，1920*1080P)乃至超高清(UltraDefinition，分辨率4k*2k)级别程度，而成本却相对更低。
目前已经量产的IGZOTFT主要是采用底栅结构，将栅极设置在TFT的底部，其制备工艺相对复杂，成本相对较高。为降低生产成本，有人提出一种采用顶栅结构的IGZOTFT。在这种IGZOTFT的结构中，介电层(ILD，InterLayerDielectric)采用的材料为SiN，并将介电层与IGZO层接触，通过对IGZO层进行掺杂将部分IGZO变形导体，形成源极和漏极结构，而源极和漏极金属线则可以直接搭载源极和栅极上，由此制得TFT结构。在这种结构中，介电层中的H含量较高，因此介电层与IGZO层接触并进行掺杂时，H会在IGZO层中进行横向扩散，其容易扩散至沟道层，从而导致漏电过大，甚至丧失TFT的开关特性。因此实有必要对顶栅结构的IGZOTFT进行优化改善，以消除上述缺陷问题。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种金属氧化物薄膜晶体管及其制造方法，以降低顶栅式结构的金属氧化物薄膜晶体管出现漏电过大、薄膜晶体管失去开关特性的风险。
本发明包括两个方面，第一个方面，本发明提供一种金属氧化物薄膜晶体管，包括：
基板；
形成于所述基板上的缓冲层；
形成于所述缓冲层上的有源层；
分别形成于所述有源层两侧的源极和漏极；
形成于所述有源层上的栅极绝缘层；
形成于所述栅极绝缘层上的栅极；
形成于所述栅极上的介电层，所述介电层的材料为SiOx。
【GI/GE采用同一道mask】作为一种实施方式，所述栅极绝缘层和所述栅极分别为图形化的所述栅极绝缘层和图形化的所述栅极，且所述栅极绝缘层和所述栅极采用同一道光罩制得。
【S/D形成方法】作为一种实施方式，所述源极和所述漏极是通过以下步骤形成的：以所述栅极为遮光层，对暴露在所述栅极外部的所述有源层进行激光照射，使暴露在所述栅极外部的所述有源层分别形成为所述源极和所述漏极。
进一步地，对暴露在所述栅极外部的所述有源层进行激光照射是采用受激准分子激光退火方法(ExcimerLaserAnneal，简称ELA)对暴露在所述栅极外部的有源层进行处理。
【介电层-具体】进一步地，所述介电层在形成于所述栅极上方的同时，也形成于所述缓冲层、所述源极、所述漏极上，所述栅极、所述栅极绝缘层、所述源极、所述漏极、所述有源层均包覆在所述介电层内。
【源漏金属层】进一步地，所述金属氧化物薄膜晶体管还包括源极金属层和漏极金属层，在所述介电层上对应于所述源极和所述漏极区域中分别设有使所述源极部分暴露的源极接触孔和使所述漏极部分暴露的漏极接触孔，所述源极金属层通过所述源极接触孔与所述源极接触，所述漏极金属层通过所述漏极接触孔与所述漏极接触。
进一步地，所述有源层为图形化的所述有源层。
进一步地，所述有源层为IGZO膜层。
其中，IGZO膜层是指铟镓锌氧化物(IndiumGalliumZincOxide)。
第二个方面，本发明还提供一种金属氧化物薄膜晶体管的制造方法，包括以下步骤：
提供一基板；
在所述基板上形成缓冲层；
在所述缓冲层上形成有源层；
在所述有源层上形成栅极绝缘层；
在所述栅极绝缘层上形成栅极；
在所述有源层两侧分别形成源极和漏极；
在所述栅极上形成介电层，所述介电层的材料为SiOx。
作为一种实施方式，在本发明所述的制造方法中，在所述有源层上形成所述栅极绝缘层、在所述栅极绝缘层上形成所述栅极后，采用同一道光罩对所述栅极绝缘层和所述栅极进行光刻、刻蚀，得到图形化的所述栅极绝缘层和图形化的所述栅极。
作为一种实施方式，在本发明所述的制造方法中，在所述有源层两侧分别形成源极和漏极的步骤为：利用所述栅极为遮光层，对暴露在所述栅极外部的所述有源层进行激光照射，使暴露在所述栅极外部的有源层分别变为所述源极和所述漏极。
进一步地，对暴露在所述栅极外部的所述有源层进行激光照射是采用受激准分子激光退火方法(ExcimerLaserAnneal，简称ELA)对暴露在所述栅极外部的有源层进行处理。
进一步地，在所述栅极上形成所述介电层时，所述介电层也形成于所述缓冲层、所述源极、所述漏极的上方，使所述栅极、所述栅极绝缘层、所述源极、所述漏极、所述有源层均包覆在所述介电层内。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在所述栅极上形成介电层后，还包括以下步骤：在所述介电层上对应于所述源极和所述漏极区域中分别形成使所述源极部分暴露的源极接触孔、使所述漏极部分暴露的漏极接触孔；本发明的所述金属氧化物薄膜晶体管还形成有源极金属层和漏极金属层，所述源极金属层通过所述源极接触孔与所述源极接触，所述漏极金属层通过所述漏极接触孔与所述漏极接触。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，所述有源层为图形化的所述有源层。
进一步地，所述有源层通过光刻、刻蚀工艺处理后得到图形化的所述有源层。
进一步地，所述有源层为IGZO膜层。
其中，IGZO膜层是指铟镓锌氧化物(IndiumGalliumZincOxide)。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
首先，在本发明的金属氧化物薄膜晶体管中，介电层采用的材料为SiOx，而不是SiNx。现有技术中采用顶栅结构的金属氧化物薄膜晶体管中，使用SiNx作为介电层材料，其中氢离子含量较多，这些氢离子在介电层与有源层接触、对有源层进行掺杂的过程中，会在有源层中横向扩散，导致漏电过大、甚至丧失薄膜晶体管开关特性的问题。由于本发明介电层中采用SiOx材料，此材料中的氢离子含量远低于SiNx，因此可以有效地降低因氢离子扩散在有源层中导致有源层漏电较多的问题，由此来改善金属氧化物薄膜晶体管的电学性能。
其次，在本发明中，栅极和栅极绝缘层采用同一道光罩进行图形化处理，而不是分别对栅极和栅极绝缘层各采用一道光罩进行图形化处理，可见这种两层结构采用一道光罩的处理方式能够节省光罩、节约制造工序、简化工艺流程、有效降低生产成本。
最后，在本发明中，巧妙地利用位于顶端的栅极作为遮光层，对于位于其下方的有源层进行激光照射处理，利用激光照射对暴露在遮光层之外的有源层进行高温退火，从而使暴露在遮光层以外这部分有源层的电性发生改变，使其变成导体，即形成了源极和漏极。由此可见，本发明中，未单独沉积金属层并对其进行光刻等工序以形成源极和漏极，而是在已形成的有缘层结构的基础上，对暴露在栅极外部的该有缘层进行激光照射处理，形成源极和漏极。这种工艺步骤同时简化了薄膜晶体管结构设计的复杂性和其制造工艺的复杂性。
附图说明
图1至图8是本发明实施例金属氧化物薄膜晶体管的制造方法的工艺流程。
具体实施方式
实施例
本实施例提供一种金属氧化物薄膜晶体管的制造方法，该制造方法包括以下步骤：
如图1所示，准备一基板1，并在玻璃基板1上沉积形成缓冲层2。
如图2所示，在缓冲层2上方沉积形成IGZO膜层作为有源层3，并对该有源层3进行光刻、刻蚀工艺，得到图形化的有源层3。
如图3所示，在已图形化的有源层3上方依次沉积形成栅极绝缘层4、栅极5，并利用同一道光罩(图未示)对栅极绝缘层4和栅极5进行光刻、刻蚀工艺，得到图形化的栅极绝缘层4和栅极5。从图3中可以看出，经过图形化之后，栅极5并未完全覆盖于有源层3的上方，使得有源层3左右两侧各有部分区域暴露在栅极覆盖的位置之外。在本实施例中，对栅极绝缘层和栅极进行图形化处理时，仅使用了一道光罩，既节约了光罩，又节省了光刻步骤，使整个制造方法更加简化、薄膜晶体管的生产成本降低、生产效率提升。
如图4所示，以栅极5作为遮光层，利用受激准分子激光退火方法对暴露在栅极5覆盖区域之外的有源层3进行激光照射，如图5所示，使暴露在栅极外部的左侧区域的有源层形成源极61，使暴露在栅极外部的右侧区域的有源层形成漏极62。在本实施例中，在已经形成的有源层结构的基础上，通过对其进行激光照射，使其部分区域转变成为源极和漏极，由此简化了薄膜晶体管的设计复杂性、简化了制造步骤。
如图6所示，在缓冲层2、源极61、漏极62、栅极5上沉积形成介电层7，该介电层7将源极61、漏极62、栅极5、栅极绝缘层4、有源层3均包覆在其内部。本实施例中介电层的材料选用SiOx而非SiNx，利用SiOx材料中氢离子含量更低的特点，来降低由于氢离子在有源层中的扩散而导致有源层大量漏电、甚至最终薄膜晶体管丧失开关特性的风险。
如图7所示，在介电层7中对应于源极61的区域形成能够使源极61部分暴露的源极接触孔81，在介电层7中对应于漏极62的区域形成能够使漏极62部分暴露的漏极接触孔82。
如图8所示，在源极接触孔81中沉积源极金属层91，使源极金属层91与源极61相接触，在漏极接触孔82中沉积漏极金属层92，使漏极金属层92与漏极62相接触。
在本发明中，沉积、光刻、刻蚀、受激准分子激光退火方法都是本领域在制造薄膜晶体管过程中的常用工艺方法，在本发明中应用上述工艺方法时，所采用的步骤和相关参数条件均为本领域中常用步骤和参数条件，故对于上述工艺方法，在本发明中不再赘述。
进一步地，本实施例还提供一种利用上述制造方法得到的金属氧化物薄膜晶体管，如图8所示，为该金属氧化物薄膜晶体管的剖面结构示意图，包括：
一基板1；
形成于玻璃基板上的缓冲层2；
形成于缓冲层2上的图形化的有源层3，该有源层为IGZO膜层；
在该有源层3的左侧形成有与其相邻的源极61，在该有源层3的右侧形成有与其相邻的漏极62；
在该有源层3上形成有图形化的栅极绝缘层4；
在栅极绝缘层4上形成有图形化的栅极5；
在栅极5上形成有介电层7，该介电层7同时还形成在缓冲层2、源极61、栅极62上，使所述栅极5、栅极绝缘层4、源极61、漏极62、有源层3均包覆在该介电层7内；
在该介电层7对应于源极61的左侧区域中还设有使源极61部分暴露的源极接触孔81，该介电层7对应于漏极62的右侧区域中还设有使漏极62部分暴露的漏极接触孔82；
在源极接触孔81中形成有源极金属层91，该源极金属层91通过源极接触孔81与源极61相接触，在漏极接触孔82中形成有漏极金属层92，该漏极金属层92通过漏极接触孔82与漏极62相接触。
在本实施例的金属氧化物薄膜晶体管中，介电层所采用的材料为SiOx而非SiNx。由于利用SiOx材料比SiOx材料中的氢离子含量相对要低很多，将其应用于本实施例的介电层中，可降低由于氢离子在有源层中的扩散而导致有源层大量漏电、甚至最终薄膜晶体管丧失开关特性的风险。
另外，具有图形化的栅极有源层和栅极是采用同一道光罩制得的，这不同与以往使用一道光罩对一层结构进行图形化处理的工艺步骤，两层结构采用一道光罩，既能减少使用光罩的数量，又能有效简化工艺步骤，节省生产成本。
另外，分别设置在有源层左右两侧的源极和漏极是通过以下制造方法得到的：以栅极为遮光层，使用受激准分子激光退火方法对于暴露在栅极外部的有源层进行激光照射，使暴露在栅极外部的有源层转变为导体，即有源层左侧形成了源极，右侧形成了漏极。
可以理解的是，以上仅对金属氧化物薄膜晶体管的主体结构进行了说明，该金属氧化物薄膜晶体管还可以包括其它常规的功能结构，在本发明中不再一一赘述。
以上所述为本发明的具体实施方式，其目的是为了清楚说明本发明而作的举例，并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种金属氧化物薄膜晶体管，包括基板、形成于所述基板上的缓冲层以及形成于所述缓冲层上的有源层，其特征在于：所述金属氧化物薄膜晶体管还包括：分别形成于所述有源层两侧的源极和漏极；形成于所述有源层上的栅极绝缘层；形成于所述栅极绝缘层上的栅极；形成于所述栅极上的介电层，所述介电层的材料为SiOx。
2.如权利要求1所述的金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于：所述栅极绝缘层和所述栅极分别为图形化的所述栅极绝缘层和图形化的所述栅极，且所述栅极绝缘层和所述栅极采用同一道光罩制得。
3.如权利要求1所述的金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于：所述源极和所述漏极是通过以下步骤形成的：以所述栅极为遮光层，对暴露在所述栅极外部的所述有源层进行激光照射，使暴露在所述栅极外部的所述有源层分别形成为所述源极和所述漏极。
4.如权利要求3所述的金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于：对暴露在所述栅极外部的所述有源层进行激光照射是采用受激准分子激光退火方法对暴露在所述栅极外部的有源层进行处理。
5.如权利要求1所述的金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于：所述介电层在形成于所述栅极上方的同时，也形成于所述缓冲层、所述源极、所述漏极上，所述栅极、所述栅极绝缘层、所述源极、所述漏极、所述有源层均包覆在所述介电层内。
6.如权利要求1-5任一项所述的金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于：所述金属氧化物薄膜晶体管还包括源极金属层和漏极金属层，在所述介电层上对应于所述源极和所述漏极区域中分别设有使所述源极部分暴露的源极接触孔和使所述漏极部分暴露的漏极接触孔，所述源极金属层通过所述源极接触孔与所述源极接触，所述漏极金属层通过所述漏极接触孔与所述漏极接触。
7.如权利要求1-5任一项所述的金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于：所述有源层为IGZO膜层。
8.一种金属氧化物薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：提供一基板；在所述基板上形成缓冲层；在所述缓冲层上形成有源层；在所述有源层上形成栅极绝缘层；在所述栅极绝缘层上形成栅极；在所述有源层两侧分别形成源极和漏极；在所述栅极上形成介电层，所述介电层的材料为SiOx。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于：在所述有源层上形成所述栅极绝缘层、在所述栅极绝缘层上形成所述栅极后，采用同一道光罩对所述栅极绝缘层和所述栅极进行光刻、刻蚀，得到图形化的所述栅极绝缘层和图形化的所述栅极。
10.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于：在所述有源层两侧分别形成源极和漏极的步骤为：利用所述栅极为遮光层，对暴露在所述栅极外部的所述有源层进行激光照射，使暴露在所述栅极外部的有源层分别变为所述源极和所述漏极。
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