一种IGZO薄膜晶体管及其制造方法技术

一种IGZO薄膜晶体管及其制造方法，所述创新型结构IGZO薄膜晶体管包括：基底、背栅、背栅介电层、源极、漏极、IGZO层、顶栅介电层、顶栅极。所述背栅电极层水平位置上与漏区电极具有0.2μm的交叠长度，水平位置上距离源区电极18μm的长度；所述的IGZO有源层分为栅控区域的沟道区和非栅控区域的偏移区，沟道区长度20μm，偏移区长度0.1μm；所述的顶栅电极层水平位置上距离漏区电极0.1μm的长度，水平位置上与源区电极具有1μm的交叠长度。本发明专利技术制作的非对称双栅极IGZO薄膜晶体管，顶栅处偏移区的引入能够降低顶栅介电层中的峰值电场，提高器件的耐压特性。的耐压特性。的耐压特性。

【技术实现步骤摘要】
一种IGZO薄膜晶体管及其制造方法


[0001]本专利技术主要涉及薄膜晶体管
，特别是涉及一种创新型结构IGZO薄膜晶体管。

技术介绍

[0002]非晶氧化物半导体铟镓锌氧(
ɑ
‑
IGZO)薄膜因具有柔性、透明以及大面积制造等特点备受学术界与产业界的广泛关注。基于IGZO薄膜制备的晶体管具有高迁移率、高开关电流比、低关态漏电流等优点。以结构划分，传统IGZO薄膜晶体管结构可分为顶栅共面、顶栅交错、底栅共面、底栅交错四种基础结构。在传统结构的基础上，根据实际应用需求衍生出多种新型结构。从2004年首次报道以来，IGZO薄膜晶体管的研究主要关于如何提升器件的迁移率、开关比、电流密度等。例如，采用双栅极结构可有效提升器件电流能力。然而关于提升IGZO薄膜晶体管耐压能力的研究鲜有报道。
[0003]现有提升IGZO薄膜晶体管耐压的方法主要包括：1)采用原子层沉积(ALD)工艺制备的高介电常数、高质量绝缘介电层；2)偏移薄膜晶体管的栅极与漏极距离。采用ALD工艺制备具有成本高、不适合大规模生产等缺点；偏移栅极、漏极距离则会显著增加导通电阻，降低器件的电流密度。Si基半导体器件的导通电阻正比于击穿电压的2.5次方，存在折中关系。IGZO薄膜晶体管必然存在类似的折中关系，提升耐压与提升电流密度不能同时实现。因此有必要提出一种新型IGZO薄膜晶体管结构，提升器件耐压能力的同时减小器件电流密度的牺牲。

技术实现思路

[0004]鉴于现有提升IGZO薄膜晶体管耐压方法中的不足，本专利技术提出一种非对称双栅极IGZO薄膜晶体管及其制作方法，提升器件耐压能力，降低电流密度损失，有效提高功率密度。
[0005]为了实现上述的IGZO薄膜晶体管功能，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种非对称双栅极IGZO薄膜晶体管，包括基底、背栅电极层、背栅介电层、源区电极和漏区电极、IGZO有源层、顶栅介电层以及顶栅电极层，所述背栅电极层设于所述基底上一侧，所述背栅介电层覆盖在所述背栅电极与基底之上，所述源区电极与漏区电极设于所述背栅介电层上相对的两侧，所述IGZO有源层设于所述源区电极、漏区电极以及背栅介电层之上，所述顶栅介电层和所述顶栅电极层依次层叠在所述IGZO有源层上。
[0007]在本实施例中，所述基底包括半导体衬底和所述半导体衬底上的绝缘氧化层。
[0008]在本实施例中，所述背栅电极层位于背栅介电层下方，水平方向上位于靠近所述漏区电极一侧，水平位置上与漏区电极具有0.2μm的交叠长度，水平位置上距离源区电极18μm的长度。
[0009]在本实施例中，所述源、漏电极均为ITO电极。
[0010]在本实施例中，所述的IGZO有源层分为栅控区域的沟道区和非栅控区域的偏移
区，沟道区长度和宽度均为为20μm，偏移区长度为0.1μm。
[0011]在本实施例中，所述顶栅介电层覆盖在IGZO有源层和源、漏电极上，材质为Al2O3。
[0012]在本实施例中，所述顶栅电极层设于顶栅介电层上，水平位置上距离漏区电极0.1μm的偏移长度，水平位置上与源区电极具有1μm的交叠长度。
[0013]一种非对称双栅极IGZO薄膜晶体管的制造方法，包括：获取基底；采用溶液旋涂工艺在所述基底上形成背栅电极层；采用溶胶凝胶旋涂工艺制作背栅介电层覆盖在所述背栅电极上；在所述背栅介电层的一侧形成源极、另一侧形成漏极；通过溶液工艺在所述背栅介电层上形成IGZO有源层，并在所述的IGZO层上利用溶胶凝胶旋涂工艺形成顶栅介电层；在所述顶栅介电层上形成顶栅极。
[0014]在本实施例中，通过溶液旋涂工艺在所述基底上形成背栅电极。
[0015]在本实施例中，通过溶胶凝胶旋涂工艺形成背栅介电层。
[0016]在本实施例中，通过溶液工艺在所述背栅介电层上形成IGZO层的步骤包括：制作IGZO前体溶液；将所述IGZO前体溶液旋涂于所述背栅介电层上。
[0017]在本实施例中，对旋涂了所述IGZO前体溶液的背栅介电层在空气环境下退火处理，退火温度为400℃，退火时间为1h。
[0018]在本实施例中，所述制作IGZO前体溶液的步骤包括：将醋酸锌水合物、硝酸铟水合物、硝酸镓水合物溶解于2
‑
甲氧基乙醇溶剂中并在超声发生器中振荡60分钟，得到透明溶液后，在室温下保存48小时；将得到的液体进行过滤得到所述IGZO前体溶液。
[0019]在本实施例中，所述过滤是使用0.45μm厚的聚四氟乙烯滤膜进行。
[0020]在本实施例中，所述将硝酸铟水合物、醋酸锌水合物、硝酸镓水合物溶解于2
‑
甲氧基乙醇溶剂中的步骤中，硝酸铟水合物、醋酸锌水合物、硝酸镓水合物的摩尔比是2:1:1，并添加单乙醇胺(MEA)作为稳定剂。
[0021]在本实施例中，通过溶胶凝胶旋涂工艺形成顶栅介电层。
[0022]在本实施例中，通过溶液旋涂工艺形成顶栅电极层。
[0023]传统对称双栅极IGZO薄膜晶体管栅极均与源、漏极存在交叠，高压工作状态下交叠区内的电场较高，是易击穿区域，降低了IGZO薄膜晶体管的耐压能力，本实施例通过偏移顶栅极与漏极之间的距离，减小非栅控顶栅介电层内峰值电场，提升器件耐压能力，进一步通过背栅电压提升非栅控IGZO有源层内的载流子密度，降低沟道导通电阻，有效提高IGZO薄膜晶体管的功率密度。
附图说明
[0024]为了更好地描述和说明本专利技术的实施例，本专利技术提供了多幅附图。用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对所公开的专利技术、目前描述的实施例和/或示例以及目前理解的这些专利技术的最佳模式中的任何一者的范围的限制。
[0025]图1是本专利技术实施例中非对称双栅IGZO薄膜晶体管的结构示意图；
[0026]图2是本专利技术对比例1传统双栅IGZO薄膜晶体管的结构示意图；
[0027]图3是本专利技术对比例2传统顶栅IGZO薄膜晶体管的结构示意图；
[0028]图4是本专利技术实施例中非对称双栅IGZO薄膜晶体管的制造方法流程图；
[0029]图5是本专利技术实施例中步骤S005的子步骤流程图；
[0030]图6是本专利技术实施例与对比例1和2的电场分布图。
具体实施方式
[0031]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。
[0032]附图1中给出了本专利技术的实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使读者对本专利技术的公开内容理解得更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。
[0033]专利技术人认为可以采用新型结构提升器件耐压能力，同时降低电流密度牺牲，提升功率密度。本专利技术提出了一种创新型的非对称双栅极IGZO薄膜晶体管，创新结构中顶栅起主栅调控作用，水平方向顶栅与源端电极交叠1μm本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种IGZO薄膜晶体管，其特征在于，包括基底(1)、背栅电极层(2)、背栅介电层(3)、源区电极(4a)和漏区电极(4b)、IGZO有源层(5)、顶栅介电层(6)以及顶栅电极层(7)，所述背栅电极层(2)设于所述基底(1)上表面一侧，所述背栅介电层(3)旋涂覆盖于所述基底(1)与所述背栅电极层(2)上，所述源区电极(4a)和漏区电极(4b)间隔地设在所述背栅介电层(3)上表面两侧，所述IGZO有源层(5)形成于背栅介电层(3)与源区电极(4a)和漏区电极(4b)上，所述顶栅介电层(6)以及顶栅电极层(7)依次层叠在所述IGZO有源层(5)上。2.根据权利要求1所述的IGZO薄膜晶体管，其特征在于，所述背栅电极层(2)位于背栅介电层(3)下方，水平位置上与漏区电极(4b)具有0.2μm的交叠长度，水平位置上距离源区电极(4a)18μm的长度。3.根据权利要求1所述的IGZO薄膜晶体管，其特征在于，所述的IGZO有源层水平方向上分为栅控区域的沟道区和非栅控区域的偏移区，沟道区长度和宽度均为为20μm，偏移区长度为0.1μm。4.根据权利要求1所述的IGZO薄膜晶体管，其特征在于，所述的顶栅电极层(7)位于顶栅介电层(6)上方，水平位置上距离漏区电极(4b)0.1μm的长...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴汪然，李梦遥，杨光安，孙伟锋，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：