[发明专利]一种基于IGZO薄膜晶体管的反相器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于IGZO薄膜晶体管的反相器及其制备方法，该方法包括：获取衬底；在衬底上形成栅电极层；在栅电极层上形成栅极介电层；在栅极介电层上形成IGZO有源层；在IGZO有源层上形成源极、漏极；对IGZO有源层进行局部氢等离子体处理。通过氢等离子体处理工艺实现氢掺杂，使反相器上拉网络中的n型增强型IGZO薄膜晶体管转变为n型耗尽型IGZO薄膜晶体管，相比于将栅漏短接的n型增强型IGZO薄膜晶体管作为上拉器件的反相器，本发明提供的反相器具有更高的增益和更大的摆幅；与此同时，该工艺简单快捷，便于操作，反应所用的气体源易获取，满足大规模工业生产的需求量。

技术领域

本发明涉及电子器件及其制备技术领域，特别是一种基于IGZO薄膜晶体管的反相器及其制备方法。

背景技术

柔性电子，是将金属氧化物、有机材料、碳纳米管等电子器件制作在柔性、可延展基板上的新兴电子技术，获得了学术界和产业界的广泛关注。由于传统硅基器件无法做到“柔性”，金属氧化物薄膜晶体管成为了其最有希望的替代者。金属氧化物薄膜晶体管除了具有良好的柔性外，还具有更高的迁移率、更低的制备温度等优点。铟镓锌氧化物(indiumgallium zinc oxide，IGZO)是目前金属氧化物薄膜晶体管中一种主流的有源层材料，具有高迁移率、低关态电流、宽带隙(～3.5eV)等优点，是制备柔性电子产品的理想半导体材料。

稳定可靠的反相器是实现高性能数字电路和模拟电路的基础，因此利用IGZO薄膜晶体管制备反相器是实现柔性电路及产品过程中至关重要的一步。传统的硅基反相器采用将n管作为下拉网络、p管作为上拉网络的CMOS结构，然而大部分IGZO薄膜晶体管都是n型增强管，并且当前的工艺和制备流程难以制造出性能良好的p型IGZO薄膜晶体管，因此这种CMOS结构不再适用。

目前通常将栅漏短接的n型增强型IGZO薄膜晶体管作为上拉器件制备反相器，但这种结构的反相器具有电压增益低、输出摆幅小等缺点。为了提升基于IGZO薄膜晶体管的反相器的性能，当前广泛采用的方法是将栅源短接的n型耗尽型IGZO薄膜晶体管作为上拉器件，将n型增强型IGZO薄膜晶体管作为下拉器件。目前实现n型耗尽型IGZO薄膜晶体管的主要方法有：采用双栅结构动态控制晶体管的阈值、通过激光退火或者沉积多层有源层等工艺来改变晶体管的类型。但双栅结构需要额外的顶栅控制电路，增加了电路设计的复杂性，不易实现；激光退火和多层有源层等办法又会使得工艺过于复杂、繁琐。

因此有必要提出一种基于IGZO薄膜晶体管的反相器及其制备方法，实现高增益、全摆幅的反相器，并且使电路设计和工艺流程简单化。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种反相器及其制备方法：通过氢等离子体处理工艺形成常开型沟道，使上拉网络中的n型增强型IGZO薄膜晶体管转变为n型耗尽型IGZO薄膜晶体管，相比于将栅漏短接的n型增强型IGZO薄膜晶体管作为上拉器件的反相器，将栅源短接的n型耗尽型IGZO薄膜晶体管作为上拉器件的反相器具有更高的增益和更大的摆幅；与此同时，该工艺简单快捷，便于操作，反应所用的气体源易获取，满足大规模工业生产的需求量。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明的一种基于IGZO薄膜晶体管的反相器,包括n型增强型IGZO薄膜晶体管T1和n型耗尽型IGZO薄膜晶体管T2，其中n型耗尽型IGZO薄膜晶体管T2作为上拉器件；

n型增强型IGZO薄膜晶体管T1包括依次设置的衬底、第一栅电极层、第一栅极介电层和第一IGZO有源层，在第一IGZO有源层表面设置有第一源极和第一漏极；

n型耗尽型IGZO薄膜晶体管T2包括依次设置的衬底、第二栅电极层、第二栅极介电层和第二IGZO有源层；在第二IGZO有源层表面设置有第二源极和第二漏极；所述n型耗尽型IGZO薄膜晶体管T2还包括开型沟道，第二源极与第二漏极之间间距为沟道长度，所述开型沟道通过对位于第二源极与第二漏极之间区域对应的IGZO有源层进行氢等离子体处理获得。