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1. (WO2018040475) THIN FILM TRANSISTOR AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR
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说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

附图

0001   0002   0003   0004   0005   0006  

说明书

发明名称 : 一种薄膜晶体管及其制造方法

[0001]
相关申请的交叉引用
[0002]
本申请要求享有于2016年8月31日提交的名称为“一种薄膜晶体管及其制造方法”的中国专利申请CN201610793911.3的优先权,该申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

[0003]
本发明涉及显示技术领域,尤其涉及一种薄膜晶体管及其制造方法。

背景技术

[0004]
IGZO是铟镓锌氧化物(indium gallium zinc oxide)的缩写,非晶IGZO材料是用于新一代薄膜晶体管技术中的沟道层材料,它是一种薄膜电晶体技术,是指在TFT-LCD主动层之上,打上一层金属氧化物。简单说,其实IGZO只是沟道层材料,而并不是一种新的面板技术,和IPS、SVA、OLED并不是一个层级的概念,总得来说IGZO还在TFT-LCD的范畴之内。IGZO材料由日本东京工业大学细野秀雄最先提出并在TFT行业中应用,IGZO-TFT技术最先在日本夏普公司实现大量生产。
[0005]
TFT(Thin Film Transistor)是指薄膜晶体管,TFT位于液晶面板的下方玻璃基板中的像素驱动模组中,其形态为薄膜状,与像素元件一起嵌入在这个驱动模组当中。TFT液晶屏幕就是指液晶面板上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。通常而言,TFT的特征与半导体电晶体基本相同,其驱动电流对像素电容充电,并点亮像素的电器转换装置,而IGZO材料则使用在TFT上。
[0006]
如图2,金属和IGZO相接触时,在界面处半导体能带弯曲,形成势垒。势垒的存在会导致大的界面电阻,使得源极3、漏极4分别与IGZO层4形成肖特基二极管(Schottky)接触。Schottky电阻会导致TFT元件开态电流不足,亚阈值摆幅(Subthreshold Swing,SS)过大,元件稳定性下降,从而会影响画面显示品质。
[0007]
所以,降低金属和IGZO的接触电阻,形成欧姆接触,是决定半导体元件性能好坏的一个重要因素。良好的欧姆接触形成的方法之一是在与金属接触的半导体区域进行N型掺杂(n+IGZO),使得界面的空乏区变窄,电子有更多的机会直穿隧(穿隧效应)。
[0008]
现有的N+IGZO(即N型掺杂)的方法都是采用掺杂,即在IGZO做完之后,对IGZO进行重金属或者H+等的注入;这样做工艺复杂,时间长,大大增加了生产成本。
[0009]
发明内容
[0010]
本发明所要解决的技术问题是降低金属和IGZO的接触电阻,形成欧姆接触,为了解决该技术问题,本申请提出了一种薄膜晶体管及其制造方法。
[0011]
本发明提出的薄膜晶体管,由内向外依次设置栅极层、栅绝缘层、铟镓锌氧化物层、源极和漏极,其中,在源极和漏极分别由内向外依次设置有第一金属层、第二金属层和第三金属层,其中,所述第一金属层与铟镓锌氧化物层接触。
[0012]
源极和漏极分别采用三个金属层,第一个金属层在与铟镓锌氧化物层接触面处会扩散到铟镓锌氧化物层中,降低源极、漏极与铟镓锌氧化物层的接触电阻。
[0013]
进一步,所述的第一金属层为金属铟(In),第二金属层为金属钼(Mo)或钛(Ti)中的一种,第三金属层为金属铜或铝中的一种。
[0014]
由于第一金属层为金属铟,铟是一种银灰色,质地极软的易熔金属,熔点156.61℃,具有高导电性,所以在制作过程中,铟更容易扩散到铟镓锌氧化物层中,降低第一金属层与铟镓锌氧化物层的接触电阻。
[0015]
进一步,在所述源极、所述漏极和所述铟镓锌氧化物层的上方设置有钝化层。
[0016]
进一步,所述钝化层为氧化硅薄膜。
[0017]
进一步,所述铟镓锌氧化物层与所述第一金属层接触处有金属扩散层,金属扩散层使得源极、漏极与铟镓锌氧化物层之间的接触电阻降低,达到欧姆接触。
[0018]
本发明提出的薄膜晶体管制作方法,包括以下步骤:
[0019]
步骤一、在基板上依次制作栅极层、栅绝缘层和铟镓锌氧化物层;
[0020]
步骤二、在上一步基础上制作源极和漏极,在栅绝缘层和铟镓锌氧化物层的上部分别依次制作第一金属层、第二金属层和第三金属层;
[0021]
步骤三、在上一步基础上制作钝化(PV)层;
[0022]
步骤四、在上一步基础上对钝化层进行高温退火处理,第一金属层中的金属铟扩散到铟镓锌氧化物层形成金属扩散层,使得铟镓锌氧化物层与源极和漏极接触界面形成欧姆接触。
[0023]
步骤四中采用高温退火,不仅消除了制作过程中产生的内应力,更重要的是高温使得与铟镓锌氧化物层接触的第一金属层中的金属铟融化扩散到铟镓锌氧化物层中,从而使第一金属层与铟镓锌氧化物层之间形成欧姆接触。
[0024]
进一步,所述源极和所述漏极分别设置有第一金属层、第二金属层和第三金属层,所述的第一金属层为金属铟,第二金属层为金属钼或钛中的一种,第三金属层为金属铜或铝中的一种。
[0025]
进一步,所述第一金属层、所述第二金属层和所述第三金属层是通过物理气相沉积方式依次沉积得到。
[0026]
进一步,在第一金属层、第二金属层和第三金属层进行沉积后,进行黄光制程,刻蚀得到所述薄膜晶体管结构。
[0027]
进一步,所述钝化层通过化学气相沉积方式沉积氧化硅薄膜得到。
[0028]
本发明与现有技术相比,具有如下优势:
[0029]
本发明在源极和漏极采用第一金属层、第二金属层和第三金属层的结构,第一金属层为金属In层,第二金属层为金属Mo或Ti层,第三金属层为金属Cu或Al层,其中,第一金属层为底层,即与IGZO层接触层。IGZO中In元素起到导电作用,In含量的增加会导致IGZO变成N+IGZO区域。本发明源漏极的部分In在后续加热的制程中会扩散到IGZO中,形成N+IGZO从而形成欧姆接触。

附图说明

[0030]
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中:
[0031]
图1显示了本发明薄膜晶体管制造方法的流程图;
[0032]
图2显示了金属和铟镓锌氧化物层形成肖特基二极管接触的示意图;其中,图中1表示源极或漏极与IGZO形成肖特基二极管接触;2为S极(源极);3为D极(漏极);4为IGZO层;5为栅绝缘层;6为源极层;7为基底;
[0033]
图3显示了本发明的薄膜晶体管结构示意图;其中,10为PV层,11为第三金属层;12为第二金属层;13为第一金属层;4为IGZO层;8为金属扩散层;5为栅绝缘层;6为栅极层;7为基底;
[0034]
图4显示了实施例一中步骤二得到的结构示意图;其中,11为第三金属层;12为第二金属层;13为第一金属层;4为IGZO层;5为栅绝缘层;6为栅极层;7为基底;
[0035]
图5显示了实施例一中步骤三得到的的结构示意图;其中,10为钝化层,11为第三金属层;12为第二金属层;13为第一金属层;4为IGZO层;5为栅绝缘层;6为栅极层;7为基底;
[0036]
图6显示了实施例一中步骤四得到的结构示意图;其中,10为PV层,11为第三金属层;12为第二金属层;13为第一金属层;4为IGZO层;8为金属扩散层;5为栅绝缘层;6为栅极层;7为基底。

具体实施方式

[0037]
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
[0038]
实施例一
[0039]
为了解决金属和IGZO相接触时,在界面处半导体能带弯曲,形成势垒,导致大的界面电阻,即肖特基二极管接触的问题,如图2所示,本实施例提供了一种形成欧姆接触的方式,如图3所示。
[0040]
如图3所示,本实施例在源漏极采用第一金属层13、第二金属层12和第三金属层11的结构,第一金属层13为金属铟层,第二金属层12为金属钼或钛层,第三金属层11为金属铜或铝层,其中,第一金属层13为底层,即与IGZO层接触层;通过上述改变,源漏极的部分In在后续加热的制程中会扩散到IGZO层4中,形成金属扩散层N+IGZO区域8,从而形成欧姆接触。
[0041]
需要说明的是,本发明中图3中所表明的左侧第一金属层13、第二金属层12和第三金属层11构成漏极,右侧的第一金属层13、第二金属层12和第三金属层11构成源极,图4至图6同图3。
[0042]
具体过程为:
[0043]
一、首先制作栅极层、栅绝缘层和IGZO层;
[0044]
依次在基板7上沉积栅极层6、栅绝缘层5和IGZO层4;所选择的基板为玻璃基板,但不限于玻璃基板;
[0045]
首先,在玻璃基板即图4的基底7上采用等离子体化学气相沉积方法在玻璃基板沉积栅极层(Gate)6,然后PECVD沉积备栅极绝缘层(GI)5,再采用化 学气相沉积法沉积IGZO层4,经过反应离子刻蚀后,得到Gate、GI和IGZO结构;
[0046]
所采用的等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)成膜不会损害到IGZO沟道,有助于改善欧姆接触,提高元件特性。
[0047]
二、进行漏极和源极的制作;
[0048]
如图4所示,在此步骤中,本实施例通过在源漏极加入扩散层,即利用PVD suppter成膜依次沉积第一金属层13(即金属In层)、第二金属层12(即金属钼或钛层)和第三金属层11(即金属铜或铝层),然后进行黄光,刻蚀得到设计图形;在加入扩散层过程中,保证金属铟层在作为底层与IGZO层4接触,IGZO 4中铟元素起到导电作用,铟含量的增加会导致IGZO形成N+IGZO区域8。本发明源漏极的部分铟在后续加热的制程中会扩散到IGZO中,从而在下面步骤中形成N+IGZO区域8,最终形成欧姆接触;相比较常规的对IGZO进行重金属或者H+等的注入方式,即N掺杂的方式获取N+IGZO,本实施例采用源漏极加入铟,使其在后续加热中扩散到IGZO中,有效地简化了工艺过程,使得制作工艺时间缩短,降低了生产成本,并能起到改善欧姆接触,提高元件特性的作用。
[0049]
三、PV层的制作;
[0050]
如图5所示,采用PECVD方法进行SiOx成膜,得到PV层10;
[0051]
此步骤中,在制作PV层前,可以在IGZO层上形成表面氧保护层,制作保护层的目的是因为IGZO层制备过程中,还包括一些非真空工艺,例如光致抗蚀剂涂布、曝光、显影等,这些工艺中会存在一定量的H原子,此外后续PECVD镀SiOx的过程中也会有部分H原子存在,这些H原子极有可能影响IGZO层的性能。因此,通过在IGZO层上形成表面氧保护层,有效地阻挡H原子对IGZO层的影响,避免H原子将IGZO层由半导体转变为导体。
[0052]
所述的在IGZO层上形成表面氧保护层,可通过在IGZO层的成膜后将靶材反转同时通入O 2形成表面氧保护层,其中O 2的流量为10~20sccm,通入时间为1~10秒。也可通过在IGZO层的成膜后通入流量比为1:10至1:100的O 2和Ar混合气体来形成表面氧保护层,O 2和Ar混合气体的通入时间为1~10秒。
[0053]
四、金属扩散层制作
[0054]
如图6所示,对上一步骤制作的PV层10进行高温退火处理,源漏极的铟部分会扩散到IGZO层4和源漏极接触的界面,形成欧姆接触,得到如图6所示的结构。
[0055]
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明,但是应该理解的是,这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例,可以对示例性的实施例进行许多修改,只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围,均在本发明的权利要求保护范围之内。

权利要求书

[权利要求 1]
一种薄膜晶体管,由内向外依次设置栅极层、栅绝缘层、铟镓锌氧化物层、源极和漏极,其中,在源极和漏极分别由内向外依次设置有第一金属层、第二金属层和第三金属层,其中,所述第一金属层与所述铟镓锌氧化物层接触。
[权利要求 2]
根据权利要求1所述的薄膜晶体管,其中,所述的第一金属层为金属铟,第二金属层为金属钼或钛中的一种,第三金属层为金属铜或铝中的一种。
[权利要求 3]
根据权利要求1所述的薄膜晶体管,其中,在所述源极、所述漏极和所述铟镓锌氧化物层的上方设置有钝化层。
[权利要求 4]
根据权利要求3所述的薄膜晶体管,其中,所述钝化层为氧化硅膜。
[权利要求 5]
根据权利要求1所述的薄膜晶体管,其中,所述铟镓锌氧化物层与所述第一金属层接触处设置有金属扩散层。
[权利要求 6]
一种薄膜晶体管的制造方法, 所述薄膜晶体管由内向外依次设置栅极层、栅绝缘层、铟镓锌氧化物层、源极和漏极,在源极和漏极分别由内向外依次设置有第一金属层、第二金属层和第三金属层,所述第一金属层与所述铟镓锌氧化物层接触, 所述制造方法包括以下步骤: 步骤一、在基板上依次制作栅极层、栅绝缘层和铟镓锌氧化物层; 步骤二、制作源极和漏极,在栅绝缘层和铟镓锌氧化物层的上部分别依次制作第一金属层、第二金属层和第三金属层; 步骤三、制作钝化层; 步骤四、对钝化层进行高温退火处理,第一金属层中的铟扩散到铟镓锌氧化物层形成金属扩散层,使得铟镓锌氧化物层与源极和漏极接触界面形成欧姆接触。
[权利要求 7]
根据权利要求6所述的薄膜晶体管的制造方法,其中,所述源极和所述漏极分别设置有第一金属层、第二金属层和第三金属层,所述的第一金属层为金属铟,第二金属层为金属钼或钛中的一种,第三金属层为金属铜或铝中的一种。
[权利要求 8]
根据权利要求6所述的薄膜晶体管的制造方法,其中,所述第一金属层、所述第二金属层和所述第三金属层是通过物理气相沉积方式依次沉积得到。
[权利要求 9]
根据权利要求8所述的薄膜晶体管的制造方法,其中,在沉积得到第一 金属层、第二金属层和第三金属层后,进行黄光制程,刻蚀得到所述薄膜晶体管结构。
[权利要求 10]
根据权利要求6所述的薄膜晶体管的制造方法,其中,所述钝化层由基于化学气相沉积方式沉积氧化硅薄膜得到。

附图

[ 图 0001]  
[ 图 0002]  
[ 图 0003]  
[ 图 0004]  
[ 图 0005]  
[ 图 0006]