[發明專利]IGZO薄膜晶體管及其制作方法

在審

• 申請號: 201710796760.1
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107546259A
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 曹威
• 申請（專利權）人: 深圳市華星光電技術有限公司
• 主分類號: H01L29/10
• 分類號: H01L29/10;H01L29/45;H01L29/786;H01L21/34;H01L21/44
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司44304
• 代理人: 孫偉峰

技術領域

本發明涉及薄膜晶體管技術領域，尤其涉及一種IGZO薄膜晶體管及其制作方法。

背景技術

目前市場上成熟的技術是非晶硅(α-Si)以及低溫多晶硅(Low-Temperature Poly Silicon，LTPS)。由于玻璃面板只能承受350℃左右的處理溫度，無法在上面生長單晶硅，甚至無法生長多晶硅(600～1000℃)。一個妥協的做法是先使用低溫等離子體增強化學汽相沉積(PECVD)生長非晶硅，然后采用激光退火的辦法，在很短的時間內提高薄膜溫度，重結晶得到多晶硅。這樣做出來的LTPS由于使用XeCl激光，成本很高，同時薄膜均一性不佳，只能用在小的面板上，進一步提高了成本。LTPS可以實現高達100cm²/Vs的載流子遷移率，因此目前用于高DPI的手機屏幕上。

IGZO的全稱是indium gallium zinc oxide，中文名叫氧化銦鎵鋅。簡單來說，IGZO是一種新型半導體材料，有著比非晶硅更高的電子遷移率。IGZO用在新一代高性能薄膜晶體管(TFT)中作為溝道材料，從而提高顯示面板分辨率，并使得大屏幕OLED電視成為可能。

由于遷移率α-Si<IGZO<LTPS，他們的電流密度依次增加。同時，IGZO有著最大的開關比和最小的漏電流，這使得像素點不工作的時候功耗降低。α-Si由于成熟的工藝、低廉的價格，雖然性能孱弱依然是市面上的大頭，用在電視、電腦顯示器、還有低端平板電腦上面。LTPS性能強大、可靠性高，雖然價格昂貴但是依然主導高端手機屏幕。IGZO性能介于兩者中間，價格與α-Si接近，未來有希望完全取代α-Si并蠶食部分LTPS市場。

在IGZO TFT結構中，為了防止IGZO背溝道的刻蝕損傷，通常采用刻蝕阻擋層(Etch Stop Layer，ESL)結構，來防止背溝道刻蝕損傷，但是需要增加一次光罩，并且在TFT S/D(源極/漏極)電極制作前，通常進行導體化處理來保證S/D與半導體層間良好的歐姆接觸。此種方式中，兩步光刻工藝累積的對準偏差限制了有源溝道尺寸的精度，這不利于TFT器件尺寸的“小型化”，同時，ESL結構中引入的刻蝕阻擋層增加了一道薄膜生長和光刻工序，增加了工藝復雜性和成本，間接降低了IGZO的市場競爭力。

發明內容

鑒于現有技術存在的不足，本發明提供了一種IGZO薄膜晶體管及其制作方法，無需復雜的工藝，可以確保IGZO層與源極、漏極的接觸區域具有良好的歐姆接觸，并防止IGZO層背溝道的刻蝕損傷。

為了實現上述的目的，本發明采用了如下的技術方案：

一種IGZO薄膜晶體管，包括襯底、柵電極層、柵極絕緣層、IGZO有源層、保護層以及源極和漏極，所述柵電極層設于所述襯底上，所述柵極絕緣層覆蓋在所述柵電極層上，所述IGZO有源層和所述保護層自下而上依次層疊在所述柵極絕緣層上，所述源極和所述漏極間隔地位于所述保護層的上表面上相對的兩側，且分別穿過所述保護層后連接所述IGZO有源層；所述源極和所述漏極之間形成溝道，所述保護層頂部形成與所述溝道連通且正對的凹陷。

作為其中一種實施方式，所述保護層為復合膜層，包括相互貼合的下保護層和上保護層，所述下保護層覆蓋在所述IGZO有源層上，所述凹陷為所述上保護層上形成的通孔，所述源極和所述漏極分別覆蓋于所述上保護層上的所述通孔的兩側。

作為其中一種實施方式，所述下保護層為SiO_x薄膜，所述上保護層為SiN_x薄膜。

作為其中一種實施方式，在所述保護層制作前，所述IGZO有源層在N₂環境下退火處理；在所述溝道形成后，所述IGZO有源層正對所述溝道的部分在O₂環境中退火處理。

作為其中一種實施方式，N₂環境下的退火溫度為300-800℃，時間為10-120min。

作為其中一種實施方式，O₂環境中的退火溫度為300-800℃，時間為10-120min。

本發明的另一目的在于提供一種IGZO薄膜晶體管的制作方法，包括：

提供一襯底；

在所述襯底上形成柵電極層；

在所述柵電極層上覆蓋柵極絕緣層；

在所述柵極絕緣層上形成IGZO有源層，并對所述IGZO有源層在N₂環境下退火處理；

在所述IGZO有源層上形成保護層，并在所述保護層上的所述柵電極層兩側分別挖通孔；