CN107623041A - 一种基于氧化物薄膜晶体管的反相器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及反相器电路设计领域，具体涉及一种基于氧化物薄膜晶体管的反相器及其制造方法。本发明通过单个氧化物薄膜晶体管与氧化物电阻的连接构成反相器，绝缘层与氧化物电阻为同种物质，其制作简单，便于集成化，并且制作成本低。而且单个薄膜晶体管相比于多个晶体管，可以降低反相器出现故障的概率，能够很好的提高反相器的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及反相器电路设计领域，具体涉及一种基于氧化物薄膜晶体管的反相器及其制造方法。
背景技术
反相器是构成数字超大规模集成电路的基本单元。随着电子技术的不断发展和创新，以手机、电脑为代表的各种数字电子产品应用越来越广泛，但也面临着越来越复杂的电磁环境。而反相器具有较大的噪声容限，极高的输入电阻，以及极低的静态功耗，对噪声和干扰不敏感等优点，所以反相器在数字集成电路中得到了广泛的应用。目前在精密数字元件、整形、放大驱动、音频放大等领域也都有着广泛的应用。随着反相器的制作工艺的日益完善，反相器的集成化越来越成熟，反相器在民用和军用都有很大的发展潜能。而常构成反相器的机构都是有两个或两个以上的晶体管构成，造成制作工艺复杂、不便于集成化、制作成本高等缺点，同时由于每个薄膜晶体管都有几率产生缺陷，多个薄膜晶体管的使用会增大出现缺陷的概率，降低反相器的稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于氧化物薄膜晶体管的反相器及其制造方法，用以解决由于使用多个晶体管造成反相器的制作工艺复杂、不便于集成化、制作成本高的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种基于氧化物薄膜晶体管的反相器，包括在同一衬底上生成的氧化物薄膜晶体管、氧化物电阻和电阻电极；所述氧化物薄膜晶体管的漏极、氧化物电阻、电阻电极在所述衬底上依次接触排布。
进一步的，所述氧化物薄膜晶体管的源极(101)和漏极(103)在衬底(102)上间隔设置；所述绝缘层(106)沉积在所述源极(101)、漏极(103)和所述源极(101)与漏极(103)之间的衬底(102)上；所述氧化物薄膜晶体管的有缘层(107)沉积在绝缘层(106)上，栅极(108)沉积在有缘层(107)上。
进一步的，所述绝缘层(206)沉积在衬底(202)上，所述氧化物薄膜晶体管的漏极(203)与源极(201)在绝缘层(206)上间隔设置，且漏极(203)还包括接触衬底(202)的延伸部分；有缘层(207)沉积在漏极(203)、源极(201)和所述漏极(203)与源极(201)之间的绝缘层(206)上，栅极(208)沉积在缘层(207)上。
进一步的，所述氧化物薄膜晶体管的栅极(308)沉积在衬底(302)上，绝缘层(306)沉积在栅极(308)和栅极(308)周围的衬底(302)上；有缘层(307)沉积在绝缘层(306)上，漏极(303)和源极(301)在有缘层(307)上间隔设置，且漏极(303)还包括接触衬底(302)的延伸部分。
进一步的，所述氧化物薄膜晶体管的栅极(408)沉积到衬底(402)上，绝缘层(406)沉积在栅极(408)和栅极(408)周围的衬底(402)上；漏极(403)和源极(401)在绝缘层(406)上间隔设置，且漏极(403)还包括接触衬底(402)的延伸部分；有缘层(407)沉积在漏极(403)、源极(401)和所述漏极(403)与源极(401)之间的绝缘层(406)上。
进一步的，所述氧化物薄膜晶体管的绝缘层和所述氧化物电阻的材质相同。
相应的，本发明还提供了一种基于氧化物薄膜晶体管的反相器制造方法，在同一衬底上生成由氧化物薄膜晶体管、氧化物电阻和电阻电极构成的反相器；用同种物质同时构造所述氧化物薄膜晶体管的绝缘层和所述氧化物电阻。
进一步的，用射频溅射的方式在氧化物薄膜晶体管的源极(101)、漏极(103)和源极(101)与漏极(103)之间的衬底(102)上沉积所述绝缘层，同时在所述衬底(102)上沉积所述氧化物电阻。
进一步的，用射频溅射的方式在衬底(202)上沉积所述绝缘层，同时在所述衬底(202)上沉积所述氧化物电阻。
进一步的，用射频溅射的方式在氧化物薄膜晶体管的栅极(308)和栅极(308)周围的衬底(302)上沉积所述绝缘层(306)，同时在所述衬底(302)上沉积所述氧化物电阻。
本发明的有益效果是：通过单个氧化物薄膜晶体管与氧化物电阻的连接构成反相器，绝缘层与氧化物电阻为同种物质，其制作简单，便于集成化，并且制作成本低。而且，单个薄膜晶体管相比于多个晶体管，可以降低反相器出现故障的概率，能够很好提高反相器的稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例1的反相器剖面图；
图2为本发明实施例2的反相器剖面图；
图3为本发明实施例3的反相器剖面图；
图4为本发明实施例4的反相器剖面图；
图5为本发明的反相器的电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明是由一个氧化物薄膜晶体管和氧化物电阻在同一衬底上构成的一个反相器，其中氧化物薄膜晶体管采用的结构包括：顶栅式底接触、顶栅式顶接触、底栅式底接触、底栅式顶接触,根据氧化物薄膜晶体管的类型可以与氧化物电阻相连接构成所需要的类型的反相器，利用不同的氧化物半导体类型以及半导体的位置从而实现反相器的各种功能，下面给出四个具体的实施例，用以说明本发明所述不同类型的反相器的制备工艺。
实施例1
图1所示为顶栅式底接触氧化物薄膜晶体管反相器剖面示意图，顶栅式底接触氧化物薄膜晶体管反相器自下而上的结构为衬底102、源极101、漏极103(与101在同一层)、氧化物电阻104、电阻电极105、绝缘层106、有缘层107、栅极108。
其中绝缘层106沉积在衬底102上，源极101和漏极103在衬底102上间隔设置，绝缘层106沉积在源极101、漏极103和源极101与漏极103之间的衬底102上；有缘层107沉积到绝缘层106上，栅极108沉积到有缘层107上。
在衬底102上镀源极101和漏极103可以选择的材料为铝、铜、金等。
需要说明的是绝缘层106的物质为氧化物薄膜，其可以选择为二氧化锆薄膜、二氧化硅薄膜或者氧化铝薄膜，其可以采用磁控溅射或者匀胶凝胶法在柔性衬底上进行沉积。
绝缘层106上沉积有缘层107，有缘层107可以选择为IZO薄膜、铜铝氧薄膜等不同类型的氧化物薄膜，从而构成不同的氧化物半导体类型。在沉积氧化物薄膜时可以采用磁控溅射对氧化物进行沉积，从而达到好的晶体管效应。
进一步地在有缘层107上沉积栅极108。
在氧化物晶体管沉积绝缘层106的同时，在衬底102上沉积氧化物电阻104，氧化物电阻104与漏极103相连接，在氧化物电阻旁沉积电阻电极105从而构成反相器结构。
进一步地在电阻电极105接电源端Vdd，栅极108接输入端Vin，源极101接地，漏极105接输出端Vout。
对于上述顶栅式底接触氧化物薄膜晶体管反相器的制造工艺如下步骤：
(1)对于衬底102采用为柔性衬底聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，用丙酮、去离子水、无水乙醇超声后在氮气枪吹净后备用；
(2)把衬底102上加上掩膜版，放入磁控溅射腔体中，其中磁控溅射靶材为Al靶，其采用直流溅射，溅射功率为45W，溅射气压为2Pa，通入气体为氩气，其流量为50sccm,溅射厚度为100nm，从而构成源极101、漏极103和电阻电极105；
(3)在完成步骤2后，利用射频溅射，来沉积绝缘层106以及氧化物电阻104，其中磁控溅射靶材为氧化铝靶，其采用的磁控溅射法中，溅射功率为80W，溅射气压为2Pa，通入气体为氧气与氩气的混合气体，氧气与氩气的流量比为1：5，溅射厚度为150nm；
(4)在完成步骤3后，利用射频溅射来沉积有缘层107，其中磁控溅射靶材为IZO靶材，其采用的磁控溅射法中，溅射功率为90W，溅射气压为2Pa，通入气体为氧气与氩气的混合气体，氧气与氩气的流量比为1：10，溅射厚度为25nm；
(5)在完成步骤4后，在有缘层107上沉积栅极108，放入磁控溅射腔体中，其中磁控溅射靶材为Al靶，其采用直流溅射，溅射功率为45W，溅射气压为2Pa，通入气体为氩气，其流量为50sccm,溅射厚度为100nm。
完成以上步骤就可以得到一个顶栅式底接触氧化物薄膜晶体管反相器。
实施例2
图2所示为顶栅式顶接触氧化物薄膜晶体管反相器剖面示意图。顶栅式顶接触氧化物薄膜晶体管自下而上的结构为202衬底、206绝缘层、203漏极、207有缘层、201源极、208栅极。
其中绝缘层206沉积到衬底202上，漏极203与源极201在绝缘层206上间隔设置，有缘层207沉积在漏极203、源极201和所述漏极203与源极201之间的绝缘层206上，最后在有缘层207上沉积栅极208。
需要说明的绝缘层206可采用二氧化锆薄膜、氧化铝薄膜等，利用磁控溅射等方法形成；在镀电极时延长漏极203使之连接衬底202；有缘层207可以选择用磁控溅射镀氧化物薄膜；氧化物电阻204的一端与延长的漏极203相连接，氧化物电阻204的另一端与电阻电极205相连接够成反相器结构；氧化物电阻204和电阻电极205都位于衬底202上。
进一步地在电阻电极205接电源端Vdd，栅极208接输入端Vin，源极201接地，漏极203接输出端Vout。
对于顶栅式顶接触氧化物薄膜晶体管反相器的制造工艺为：
(1)对于衬底202采用为柔性衬底聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，用丙酮、去离子水、无水乙醇超声后在氮气枪吹净后备用；
(2)在完成步骤1后，利用射频溅射，来沉积绝缘层206以及氧化物电阻204，其中磁控溅射靶材为氧化铝靶，其采用的磁控溅射法中，溅射功率为80W，溅射气压为2Pa，通入气体为氧气与氩气的混合气体，氧气与氩气的流量比为1：5，溅射厚度为150nm；
(3)在完成步骤2后，在绝缘层206上加上掩膜版，放入磁控溅射腔体中，其中磁控溅射靶材为Al靶，其采用直流溅射，溅射功率为45W，溅射气压为2Pa，通入气体为氩气，其流量为50sccm，溅射厚度为100nm，从而构成源极201、漏极203、电阻电极205；
(4)在完成步骤3后，利用射频溅射，来沉积有缘层207，其中磁控溅射靶材为IZO靶材，其采用的磁控溅射法中，溅射功率为90W，溅射气压为2Pa，通入气体为氧气与氩气的混合气体，氧气与氩气的流量比为1：10，溅射厚度为25nm；
(5)在完成步骤4后，在有缘层207上沉积栅极208，放入磁控溅射腔体中，其中磁控溅射靶材为Al靶，其采用直流溅射，溅射功率为45W，溅射气压为2Pa，通入气体为氩气，其流量为50sccm，溅射厚度为100nm。
完成以上步骤就可以得到一个顶栅式顶接触氧化物薄膜晶体管反相器。
实施例3
图3所示为所示为底栅式顶接触氧化物薄膜晶体管反相器剖面示意图。底栅式顶接触氧化物薄膜晶体管自下而上的结构为衬底302、栅极308、绝缘层306、有缘层307、漏极303、源极301。
其中栅极308沉积在衬底302上，在栅极308和栅极308周围的衬底302上沉积绝缘层306；绝缘层306上沉积有缘层307，在有缘层307上间隔设置漏极303和源极301。
需要说明的绝缘层306可采用二氧化锆薄膜、氧化铝薄膜等，并利用磁控溅射等方法形成；在镀电极时延长漏极303使之与衬底302接触；有缘层307可以选择用磁控溅射镀氧化物薄膜。
在氧化物晶体管沉积绝缘层306时同时沉积氧化物电阻304使之与延长的漏极303相连接，氧化物电阻304与电阻电极305相连接构成反相器结构；氧化物电阻304与电阻电极305都位于衬底302上。
进一步地在电阻电极305接电源端Vdd，栅极308接输入端Vin，源极301接地，漏极303接输出端Vout。
对于底栅式顶接触氧化物薄膜晶体管反相器的制造工艺为：
(1)对于衬底302采用为柔性衬底聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，用丙酮、去离子水、无水乙醇超声后在氮气枪吹净后备用；
(2)在完成步骤1后，在衬底302上沉积栅极308，利用掩膜版法，放入磁控溅射腔体中，其中磁控溅射靶材为Al靶，其采用直流溅射，溅射功率为45W，溅射气压为2Pa，通入气体为氩气，其流量为50sccm，溅射厚度为100nm；
(3)在完成步骤2后，利用射频溅射，来沉积绝缘层306以及氧化物电阻304，其中磁控溅射靶材为氧化铝靶，其采用的磁控溅射法中，溅射功率为80W，溅射气压为2Pa，通入气体为氧气与氩气的混合气体，氧气与氩气的流量比为1：5，溅射厚度为150nm；
(4)在完成步骤3后，利用射频溅射，来沉积有缘层307，其中磁控溅射靶材为IZO靶材，其采用的磁控溅射法中，溅射功率为90W，溅射气压为2Pa，通入气体为氧气与氩气的混合气体，氧气与氩气的流量比为1：10，溅射厚度为25nm；
(5)在完成步骤4后，在有缘层307上加上掩膜版，放入磁控溅射腔体中，其中磁控溅射靶材为Al靶，其采用直流溅射，溅射功率为45W，溅射气压为2Pa，通入气体为氩气，其流量为50sccm，溅射厚度为100nm，从而构成源极301、漏极303和电阻电极305。
完成以上步骤就可以得到一个底栅式顶接触氧化物薄膜晶体管反相器。
实施例4
图4所示为底栅式底接触氧化物薄膜晶体管反相器剖面示意图。底栅式底接触氧化物薄膜晶体管自下而上的结构为衬底402、栅极408、绝缘层406、漏极403、源极401、有缘层407。
栅极408沉积在衬底402上，栅极408和栅极408周围的衬底402上沉积绝缘层406；绝缘层406上间隔设置漏极403和源极401；有缘层407沉积在漏极403、源极401和所述漏极403与源极401之间的绝缘层406上。
需要说明的绝缘层406可采用二氧化锆薄膜、氧化铝薄膜等，并利用磁控溅射等方法形成；在镀电极时延长漏极406使之与衬底401接触；有缘层407可以选择用磁控溅射镀氧化物薄膜。
在氧化物晶体管沉积绝缘层406时同时也沉积氧化物电阻404使之与延长的漏极403相连接，氧化物电阻404与电阻电极405相连接构成反相器结构，氧化物电阻404与电阻电极405都位于衬底401上。
进一步地在电阻电极405接电源端Vdd，栅极408接输入端Vin，源极401接地，漏极403接输出端Vout。
对于底栅式底接触氧化物薄膜晶体管反相器的制造工艺为：
(1)对于衬底402采用为柔性衬底聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，用丙酮、去离子水、无水乙醇超声后在氮气枪吹净后备用；
(2)在完成步骤1后，在衬底402上沉积栅极408，利用掩膜版法，放入磁控溅射腔体中，其中磁控溅射靶材为Al靶，其采用直流溅射，溅射功率为45W，溅射气压为2Pa，通入气体为氩气，其流量为50sccm，溅射厚度为100nm；
(3)在完成步骤2后，利用射频溅射来沉积绝缘层406以及氧化物电阻404，其中磁控溅射靶材为氧化铝靶，其采用的磁控溅射法中，溅射功率为80W，溅射气压为2Pa，通入气体为氧气与氩气的混合气体，氧气与氩气的流量比为1：5，溅射厚度为150nm；
(4)在完成步骤3后，在绝缘层406上加上掩膜版，放入磁控溅射腔体中，其中磁控溅射靶材为Al靶，其采用直流溅射，溅射功率为45W，溅射气压为2Pa，通入气体为氩气，其流量为50sccm，溅射厚度为100nm，从而构成源极401、漏极403和电阻电极405；
(5)在完成步骤4后，利用射频溅射，来沉积有缘层407，其中磁控溅射靶材为IZO靶材，其采用的磁控溅射法中，溅射功率为90W，溅射气压为2Pa，通入气体为氧气与氩气的混合气体，氧气与氩气的流量比为1：10，溅射厚度为25nm。
完成以上步骤就可以得到一个底栅式底接触氧化物薄膜晶体管反相器。
如图5为本发明的反相器电路结构，其中电阻电极接电源端Vdd，栅极接输入端Vin，源极接地，漏极接输出端Vout，R为氧化物电阻。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，通过单个氧化物薄膜晶体管与氧化物电阻的连接构成反相器，其制作简单，便于集成化，并且制作成本低。
但本发明不局限于所描述的实施方式，例如改变生产工艺过程中的压力、温度等参数的具体数值，或者对晶体管结构的等效调正，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于氧化物薄膜晶体管的反相器，其特征在于：包括在同一衬底上生成的氧化物薄膜晶体管、氧化物电阻和电阻电极；所述氧化物薄膜晶体管的漏极、氧化物电阻、电阻电极在所述衬底上依次接触排布。
2.根据权利要求1所述一种基于氧化物薄膜晶体管的反相器，其特征在于：所述氧化物薄膜晶体管的源极(101)和漏极(103)在衬底(102)上间隔设置；所述绝缘层(106)沉积在所述源极(101)、漏极(103)和所述源极(101)与漏极(103)之间的衬底(102)上；所述氧化物薄膜晶体管的有缘层(107)沉积在绝缘层(106)上，栅极(108)沉积在有缘层(107)上。
3.根据权利要求1所述的一种基于氧化物薄膜晶体管的反相器，其特征在于：所述绝缘层(206)沉积在衬底(202)上，所述氧化物薄膜晶体管的漏极(203)与源极(201)在绝缘层(206)上间隔设置，且漏极(203)还包括接触衬底(202)的延伸部分；有缘层(207)沉积在漏极(203)、源极(201)和所述漏极(203)与源极(201)之间的绝缘层(206)上，栅极(208)沉积在有缘层(207)上。
4.根据权利要求1所述的一种基于氧化物薄膜晶体管的反相器，其特征在于：所述氧化物薄膜晶体管的栅极(308)沉积在衬底(302)上，绝缘层(306)沉积在栅极(308)和栅极(308)周围的衬底(302)上；有缘层(307)沉积在绝缘层(306)上，漏极(303)和源极(301)在有缘层(307)上间隔设置，且漏极(303)还包括接触衬底(302)的延伸部分。
5.根据权利要求1所述的一种基于氧化物薄膜晶体管的反相器，其特征在于：所述氧化物薄膜晶体管的栅极(408)沉积到衬底(402)上，绝缘层(406)沉积在栅极(408)和栅极(408)周围的衬底(402)上；漏极(403)和源极(401)在绝缘层(406)上间隔设置，且漏极(403)还包括接触衬底(402)的延伸部分；有缘层(407)沉积在漏极(403)、源极(401)和所述漏极(403)与源极(401)之间的绝缘层(406)上。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种基于氧化物薄膜晶体管的反相器，其特征在于：所述氧化物薄膜晶体管的绝缘层和所述氧化物电阻的材质相同。
7.一种基于氧化物薄膜晶体管的反相器制造方法，其特征在于：在同一衬底上生成由氧化物薄膜晶体管、氧化物电阻和电阻电极构成的反相器；用同种物质同时构造所述氧化物薄膜晶体管的绝缘层和所述氧化物电阻。
8.根据权利要求7所述一种基于氧化物薄膜晶体管的反相器制造方法，其特征在于：用射频溅射的方式在氧化物薄膜晶体管的源极(101)、漏极(103)和源极(101)与漏极(103)之间的衬底(102)上沉积所述绝缘层，同时在所述衬底(102)上沉积所述氧化物电阻。
9.根据权利要求7所述一种基于氧化物薄膜晶体管的反相器制造方法，其特征在于：用射频溅射的方式在衬底(202)上沉积所述绝缘层，同时在所述衬底(202)上沉积所述氧化物电阻。
10.根据权利要求7所述一种基于氧化物薄膜晶体管的反相器制造方法，其特征在于：用射频溅射的方式在氧化物薄膜晶体管的栅极(308)和栅极(308)周围的衬底(302)上沉积所述绝缘层(306)，同时在所述衬底(302)上沉积所述氧化物电阻。
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