[发明专利]一种自对准双层沟道金属氧化物薄膜晶体管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管及其制备方法，尤其涉及一种自对准顶栅结构双层沟道金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

薄膜晶体管（TFTs:thin-film transistors）作为一种类MOS器件，其一直是平板显示技术的核心器件。薄膜晶体管主要应用于平板显示面板像素电路开关控制、像素电路驱动以及显示面板外围驱动电路。除此之外，薄膜晶体管还被广泛研究应用于传感器，存储器，处理器等领域。薄膜晶体管按照有源层材料的不同可以分为很多种，包括传统的硅基薄膜晶体管、金属氧化物薄膜晶体管（Oxide TFTs）以及有机薄膜晶体管（Organic TFTs）等。在各种不同沟道材料薄膜晶体管中，现今被产业界大面积应用的主要是兴起于20世纪80年代的硅基薄膜晶体管，如氢化非晶硅薄膜晶体管(a-Si:H TFTs)和多晶硅薄膜晶体管（poly-Si TFTs）。但是，随着显示技术的不断发展，这些硅基薄膜晶体管的缺点日益突出，主要表现在氢化非晶硅薄膜晶体管的低迁移率和差稳定性，多晶硅薄膜晶体管工艺复杂、高成本以及大面积器件特性一致性差。这些都将严重限制氢化非晶硅薄膜晶体管和多晶硅薄膜晶体管在未来大尺寸、高分辨率、高帧频、透明柔性显示方面的应用。

金属氧化物薄膜晶体管技术是近几年兴起的一种新技术，相较于前述的硅基薄膜晶体管技术，其具有很多的优势。主要表现在高迁移率、好的器件性能一致性、工艺简单、工艺温度低、稳定性好，可见光透过率高等。金属氧化物薄膜晶体管采用的是金属氧化物材料作为沟道，这些材料主要是氧化锌基和氧化铟基材料，包括氧化锌（ZnO）、氧化铟(In2O3)、铝参杂氧化锌（AZO）、硼掺杂氧化锌（BZO）、镁掺杂氧化锌(MZO)、氧化铟镓锌（IGZO）、氧化镓锌（GZO）、氧化铟锡（ITO）、氧化锡（SnO₂）、氧化亚锡（SnO）和氧化亚铜（Cu₂O）等。

在常规的薄膜晶体管制备工艺和结构中，栅电极和源漏电极之间有较大的交叠量，以此来实现高器件性能和简化工艺。但是，栅电极和源漏之间的交叠会引入大的寄生电容，在以薄膜晶体管为开关元器件的电路工作过程中，这些寄生电容会将栅电极上的时钟信号耦合到漏电极，影响电路工作，即时钟馈通效应；同时大的寄生电容也会降低器件的工作速度和截止频率f_T。自对准工艺正好可以减小薄膜晶体管栅电极和源漏之间的交叠量，减小寄生电容，所以自对准结构薄膜晶体管制备工艺及其特性具有很高的研究和应用价值。

相较于底栅结构器件，顶栅结构易于实现自对准，但是自对准顶栅结构器件源漏区域电阻对器件性能影响很大，在大面积面板生产线中，与其兼容的低阻源漏形成工艺显得极其重要；而且，顶栅结构器件受环境光的影响大，器件关态电流在有环境光辐照下会变大，影响器件可靠性及功耗。

虽然金属氧化物薄膜晶体管相较于氢化非晶硅薄膜晶体管具有高的载流子迁移率，但是单层沟道器件迁移率也只是在几平方厘米每伏秒到几十平方厘米每伏秒量级，不能够满足数据电路驱动的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的自对准顶栅结构金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法，采用自对准顶栅双层沟道结构，能够实现降低源漏电阻、降低栅电极与源漏电极的寄生电容、降低环境光对器件的影响、降低关态电流、提高器件的开态电流和迁移率等目的。