[發(fā)明專利]一種氧化物薄膜晶體管及其制造方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201410122981.7
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103887345A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 嚴(yán)光能
• 申請（專利權(quán)）人: 南京中電熊貓液晶顯示科技有限公司
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L29/10;H01L21/34
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 夏平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種氧化物薄膜晶體管及其制造方法。

背景技術(shù)

在近十幾年的時間中，以硅基薄膜場效應(yīng)晶體管（Thin?Film?Transistor?，TFT）為驅(qū)動單元的液晶顯示器件以其體積小、重量輕、品質(zhì)高等一系列優(yōu)點(diǎn)獲得了迅速發(fā)展，并成為主流的信息顯示終端。但是因其自身遷移率較低，且無法實(shí)現(xiàn)高分辨率顯示等問題，其在大尺寸平板顯示領(lǐng)域逐漸被氧化物TFT所取代。

氧化物TFT具有比較高的遷移率，非常適合應(yīng)用于未來的顯示器。但是與一般的硅材料相比（以下以半導(dǎo)體氧化物IGZO為例），IGZO材料本身具有不穩(wěn)定性，這是由于傳統(tǒng)的IGZO薄膜中存在大量的氧空位，使得TFT?在柵極電壓作用條件下，由于電場的變化，電荷會在薄膜界面間發(fā)生遷移動，產(chǎn)生新的熱載流子電荷和過剩的載流子，過剩載流子會在薄膜界面間發(fā)生遷移，從而導(dǎo)致器件中與IGZO接觸的界面缺陷嚴(yán)重和閾值電壓的漂移，器件電學(xué)穩(wěn)定性下降，因此直接影響了其推廣及應(yīng)用。這個問題是半導(dǎo)體器件中一直存在，在氧化物半導(dǎo)體TFT器件中尤為明顯。

這種現(xiàn)象在NBTS老化實(shí)驗過程中尤其明顯，隨著測試時間增加，檢驗IGZO-TFT器件的漏電流增加，IdVg電流電壓特性曲線向右漂移，其原因是IGZO氧化半導(dǎo)體薄膜與絕緣薄膜間產(chǎn)生了新的電荷，并在IGZO氧化半導(dǎo)體薄膜與絕緣薄膜界面間擴(kuò)散。

氧化物半導(dǎo)體的電阻與氧缺陷密度有直接的關(guān)系，由于氧化物薄膜在沉積的過程，氧分壓的變化會引起氧化物薄膜氧缺陷的比率，從而改變薄膜的的電阻，比如IGZO_X的方塊電阻會隨著X的變化而變化，X=4與X=5相比，薄膜電阻由5E13變到10E14，禁帶寬度E_g為3.5和4.5，氧缺陷較少，因此界面劣化減少。但是如果有源層的禁帶寬度大于4.0，則器件的閾值電壓過大。業(yè)界對于氧化物晶體管有源層的做過很多的研究，改善氧化物薄膜界面從而提高氧化物器件的穩(wěn)定性得以提高。

本發(fā)明的目的是為了提高氧化物半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性。現(xiàn)有的氧化物薄膜晶體管的有源層的電阻值是均勻不變的，本發(fā)明提出一種具有漸變電阻溝道層的氧化物半導(dǎo)體晶體管，相對于現(xiàn)有器件結(jié)構(gòu)，采用本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)有源層與絕緣層間的界面劣化減少，有源層界面特性達(dá)到改善，漏電流減小，器件的穩(wěn)定性提高。氧化物半導(dǎo)體薄膜可以通過PVD沉積方法來實(shí)現(xiàn)，可以在PVD沉積的時候，通過改變氧氣含量（氧分壓）來實(shí)現(xiàn)漸變電阻溝道層，鍍膜環(huán)境的氧含量高，則電阻大，反之電阻相對小。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種具有漸變電阻溝道層的氧化物薄膜晶體管，以減小有源層和絕緣層界面的劣化，提高器件的穩(wěn)定性。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種氧化物薄膜晶體管，包括襯底基板，襯底基板上依次設(shè)有柵極、柵極絕緣層、半導(dǎo)體有源層、保護(hù)絕緣層和金屬層，其中，半導(dǎo)體有源層中的位于柵極兩側(cè)的位置分別設(shè)有源極和漏極，源極和漏極之間有導(dǎo)電溝道；所述的半導(dǎo)體有源層覆蓋柵極絕緣層；保護(hù)絕緣層覆蓋在除源極和漏極位置的半導(dǎo)體有源層上；源極和漏極上覆蓋金屬層；所述的半導(dǎo)體有源層包含依次覆蓋在柵極絕緣層上的電阻為R1的第一半導(dǎo)體氧化物薄膜、電阻為R2的第二半導(dǎo)體氧化物薄膜和第三半導(dǎo)體氧化物薄膜，第三半導(dǎo)體氧化物薄膜在源極和漏極位置的阻值為R4，其他地方的阻值均為R3，R4是通過特殊工藝作用于第三半導(dǎo)體氧化物薄膜的源極和漏極位置得到的，R4的阻值小于R3；R2的阻值小于R1的阻值，且R2的阻值也小于R3的阻值。

所述的制作步驟如下：

S1：在襯底基板上形成柵極；

S2：在柵極上形成柵極絕緣層；

S3：利用不同的沉積環(huán)境條件，在柵極絕緣層覆蓋半導(dǎo)體有源層，半導(dǎo)體有源層包含依次覆蓋在柵極絕緣層上的電阻為R1的第一半導(dǎo)體氧化物薄膜、電阻為R2的第二半導(dǎo)體氧化物薄膜和電阻為R3的第三半導(dǎo)體氧化物薄膜，R2阻值小于R1的阻值，且R2的阻值也小于R3的阻值；

S4：在半導(dǎo)體有源層中的位于柵極兩側(cè)的位置分別設(shè)置源極和漏極，源極和漏極之間為導(dǎo)電溝道，對步驟S3中的阻值為R3的第三半導(dǎo)體氧化物薄膜上覆蓋保護(hù)絕緣層，然后再去掉源極和漏極位置上的保護(hù)絕緣層；

?S5：對步驟S3所述的源極和漏極位置鍍金屬膜形成金屬層，在鍍膜前采用工藝使得源極/漏極位置露出的有源層第三半導(dǎo)體氧化物薄膜的電阻由R3變成R4，R4的阻值小于R3。