一种薄膜晶体管的制备方法及薄膜晶体管 专利技术说明

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种薄膜晶体管的制备方法及薄膜晶体管。背景技术：2.目前的薄膜晶体管的制备方法是先设置有源层，通过刻蚀等方法在有源层表面设置源极和漏极。会在设置源极和漏极的过程中对有源层造成损害和污染，导致有源层表面的粗糙度提高，进而会导致载流子受到有源层表面的粗糙度的影响，载流子迁移率降低的问题。技术实现要素：3.本技术实施例提供了一种薄膜晶体管的制备方法及薄膜晶体管，以解决目前的薄膜晶体管的制备方法会在设置源极和漏极的过程中对有源层造成损害和污染，导致有源层表面的粗糙度提高，进而会导致载流子受到有源层表面的粗糙度的影响，载流子迁移率降低的问题。4.本技术实施例的第一方面提供了一种薄膜晶体管的制备方法，包括：5.在衬底的一侧设置有源层；6.在所述有源层远离所述衬底的一侧设置保护层；7.依次刻蚀所述保护层和所述有源层，得到第一保护层结构和有源层结构，其中，所述第一保护层结构在所述衬底层上的正投影覆盖所述有源层结构在所述衬底层上的正投影。8.在一些实施方式中，所述的薄膜晶体管的制备方法，还包括：9.刻蚀所述第一保护层结构，得到第二保护层结构，以使所述第二保护层结构覆盖部分所述有源层结构，其中，相对于所述第二保护层结构裸露的部分所述有源层结构形成源极区和漏极区，所述源极区和所述漏极区在所述衬底层上的正投影无交叠；10.在所述第一保护层结构远离所述衬底层的一侧设置源漏电极层，以使所述源极区和所述漏极区的所述有源层结构分别与所述源漏电极层连接。11.在一些实施方式中，所述刻蚀所述第一保护层结构，包括：12.在所述第一保护层结构远离所述衬底层的一侧设置光刻胶；13.对所述光刻胶依次进行曝光和显影，得到光刻胶图形，其中，所述光刻胶图形覆盖部分所述有源层结构；14.基于所述光刻胶图形，刻蚀所述第一保护层结构，得到第二保护层结构，以使所述第二保护层结构覆盖部分所述有源层结构；15.所述在所述第一保护层结构远离所述衬底层的一侧设置源漏电极层，包括：16.在所述光刻胶图形远离所述衬底层的一侧设置所述源漏电极层。17.在一些实施方式中，所述在所述第一保护层结构远离所述衬底层的一侧设置源漏电极层之后，还包括：18.去除所述光刻胶图形，以将所述光刻胶图形远离所述衬底层一侧的所述源漏电极层带离，其中，与所述源极区的所述有源层结构电连接的所述源漏电极层形成源极，与所述漏极区的所述有源层结构电连接的所述源漏电极层形成漏极，所述源极和所述漏极在所述衬底层上的正投影无交叠。19.在一些实施方式中，所述在所述有源层远离所述衬底的一侧设置保护层，包括：20.通过原子层沉积法在所述有源层的一侧生长所述保护层。21.在一些实施方式中，在所述在衬底的一侧设置有源层之前，还包括：22.在所述衬底层的一侧设置第一栅极；23.在所述第一栅极远离所述衬底层的一侧设置第一绝缘层，其中，所述第一绝缘层位于所述第一栅极和所述有源层之间。24.在一些实施方式中，所述的薄膜晶体管的制备方法，还包括：25.在所述保护层远离所述有源层的一侧设置第二绝缘层；26.在所述第二绝缘层远离所述有源层的一侧设置第二栅极。27.在一些实施方式中，所述有源层包括铟镓锌氧、单晶硅和多晶硅。28.在一些实施方式中，所述保护层包括氧化铝、氧化硅和氮化硅。29.本技术实施例的第二方面还提供了一种薄膜晶体管，包括：30.采用如上述第一方面中任一种所述的薄膜晶体管的制备方法制备得到。31.本技术实施例提供了一种薄膜晶体管的制备方法及薄膜晶体管，涉及半导体器件技术领域，以解决目前的薄膜晶体管的制备方法会在设置源极和漏极的过程中对有源层造成损害和污染，导致有源层表面的粗糙度提高，进而会导致载流子受到有源层表面的粗糙度的影响，载流子迁移率降低的问题。该薄膜晶体管的制备方法包括：在衬底的一侧设置有源层；在所述有源层远离所述衬底的一侧设置保护层；依次刻蚀所述保护层和所述有源层，得到第一保护层结构和有源层结构，其中，所述第一保护层结构在所述衬底层上的正投影覆盖所述有源层结构在所述衬底层上的正投影。先在有源层上设置保护层，再对保护层和有源层依次刻蚀，可以对有源层结构形成第一保护层结构，以保护有源层结构，以防后续的制备工艺对有源层结构的表面造成损害或污染。从而可以提高有源层表面的光滑性和完整性，可以防止外部的光照和水氧环境对于有源层的影响，可以减小有源层的界面态密度，可以优化短沟道薄膜晶体管的亚阈值摆幅，可以减小有源层中载流子受到的粗糙表面的散射影响，从而可以提高有源层的载流子迁移率，进而可以提高薄膜晶体管的载流子迁移率，从而可以提高薄膜晶体管的性能。附图说明32.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。33.图1为本技术实施例提供的一种薄膜晶体管的制备方法的示意性流程图；34.图2为本技术实施例提供的一种薄膜晶体管的示意性结构图。具体实施方式35.下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的系统和方法的示例。在本技术实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现，以下所描述的装置实施例仅仅是示例性的。为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。36.如图1所示，本技术实施例提供了一种薄膜晶体管的制备方法，该方法包括：37.步骤s110、在衬底的一侧设置有源层。38.步骤s120、在有源层远离衬底的一侧设置保护层。39.步骤s130、依次刻蚀保护层和有源层，得到第一保护层结构和有源层结构，其中，第一保护层结构在衬底层上的正投影覆盖有源层结构在衬底层上的正投影。40.示例性的，在衬底的一侧设置有源层的完成时间与在有源层远离衬底的一侧设置保护层的开始时间之间的时间间隔与有源层的载流子迁移率呈负相关关系，时间间隔越短，有源层与外部的光照环境和水氧环境的接触时间越短，外部环境对于有源层的腐蚀越小，且有源层与保护层之间的氧缺陷约小，有源层的载流子迁移率越高。41.先在有源层上设置保护层，再对保护层和有源层依次刻蚀，可以对有源层结构形成第一保护层结构，以保护有源层结构，以防后续的制备工艺对有源层结构的表面造成损害或污染。从而可以提高有源层表面的光滑性和完整性，可以减少保护层与有源层之间的氧缺陷，可以防止外部的光照和水氧环境对于有源层的影响，可以减小有源层的界面态密度，可以优化短沟道薄膜晶体管的亚阈值摆幅，可以减小有源层中载流子受到的粗糙表面的散射影响，从而可以提高有源层的载流子迁移率，进而可以提高薄膜晶体管的载流子迁移率，从而可以提高薄膜晶体管的性能。42.在一些可行的实施方式中，的薄膜晶体管的制备方法，还包括：43.步骤s210、刻蚀第一保护层结构，得到第二保护层结构，以使第二保护层结构覆盖部分有源层结构，其中，相对于第二保护层结构裸露的部分有源层结构形成源极区和漏极区，源极区和漏极区在衬底层上的正投影无交叠。44.步骤s220、在第一保护层结构远离衬底层的一侧设置源漏电极层，以使源极区和漏极区的有源层结构分别与源漏电极层连接。45.示例性的，如图2所示，图2为本技术实施例提供的一种薄膜晶体管的示意性结构图，包括：衬底层210、有源层220、第二保护层结构230、源极240和漏极250。在通过如图1所示的薄膜晶体管的制备方法制备薄膜晶体管的过程中，首先在衬底层210的一侧设置有源层220，在有源层设置完成后立刻设置保护层。依次对有源层220和保护层进行第一次刻蚀，以确定上述第一保护层结构、源极和漏极与衬底的第一接触区域。对上述第一保护层结构进行第二次刻蚀，以获取第二保护层结构及源极和漏极与有源层远离衬底层的表面的第二接触区域，根据上述第一接触区域和第二接触区域确定源极区和漏极区。在上述源极区设置源极240，在上述漏极区设置漏极250。46.通过刻蚀上述第一保护层结构得到第二保护层结构可以保护第二保护层结构相关联的有源层结构，以避免在第一保护层结构远离衬底层的一侧设置源漏电极层的情况下，对上述相关联的有源层结构造成损伤，以保护有源层结构，防止后续的制备工艺对有源层结构的表面造成损害或污染。从而可以提高有源层表面的光滑性和完整性，可以防止外部的光照和水氧环境对于有源层的影响，可以减小有源层的界面态密度，可以优化短沟道薄膜晶体管的亚阈值摆幅，可以减小有源层中载流子受到的粗糙表面的散射影响，从而可以提高有源层的载流子迁移率，进而可以提高薄膜晶体管的载流子迁移率，从而可以提高薄膜晶体管的性能。47.在一些可行的实施方式中，刻蚀第一保护层结构，包括：48.步骤s310、在第一保护层结构远离衬底层的一侧设置光刻胶。49.步骤s320、对光刻胶依次进行曝光和显影，得到光刻胶图形，其中，光刻胶图形覆盖部分有源层结构。50.步骤s330、基于光刻胶图形，刻蚀第一保护层结构，得到第二保护层结构，以使第二保护层结构覆盖部分有源层结构。51.在一些可行的实施方式中，在第一保护层结构远离衬底层的一侧设置源漏电极层，包括：52.在光刻胶图形远离衬底层的一侧设置源漏电极层。53.示例性的，可以通过磁控溅射、化学气相沉积或物理气相沉积等方式在光刻胶图形远离衬底层的一侧设置源漏电极层。54.通过光刻胶刻蚀第一保护层结构，可以降低刻蚀难度，提高刻蚀精度，此外，在刻蚀完成后去除源极区和漏极区的光刻胶，形成裸露的区域，可以防止光刻胶与有源层接触时间过长，对有源层形成碳污染，从而可以提高有源层表面的洁净度，可以提高有源层表面的光滑性和完整性，可以防止外部的光照和水氧环境对于有源层的影响，可以减小有源层的界面态密度，可以优化短沟道薄膜晶体管的亚阈值摆幅，可以减小有源层中载流子受到的粗糙表面的散射影响，从而可以提高有源层的载流子迁移率，进而可以提高薄膜晶体管的载流子迁移率，从而可以提高薄膜晶体管的性能。55.在一些可行的实施方式中，在第一保护层结构远离衬底层的一侧设置源漏电极层之后，还包括：56.去除光刻胶图形，以将光刻胶图形远离衬底层一侧的源漏电极层带离，其中，与源极区的有源层结构电连接的源漏电极层形成源极，与漏极区的有源层结构电连接的源漏电极层形成漏极，源极和漏极在衬底层上的正投影无交叠。57.示例性的，可以通过剥离工艺去除光刻胶图形，也可以对光刻胶进行溶解以去除上述光刻胶图形。58.可以理解的是，由于是直接在第一保护层结构上设置光刻胶的，因此，在基于光刻胶图形刻蚀第一保护层结构的情况下，会在第二保护层结构远离衬底层一侧的表面留存光刻胶。在光刻胶图形远离衬底层的一侧设置源漏电极层的情况下，源漏电极层会在上述第二保护层结构的表面留存光刻胶的位置与源极区和漏极区之间断开。因此，可以通过剥离工艺或对光刻胶进行溶解等方式可以在去除光刻胶的同时，直接去除第二保护层结构的表面源漏电极层。59.通过去除光刻胶图形将光刻胶图形远离衬底层一侧的源漏电极层带离，相对于在源漏电极层设置完成的情况下，对源漏电极层进行刻蚀，以使有源层裸露，可以降低源漏电极层的制备难度，可以降低薄膜晶体管的制备难度，提高薄膜晶体管的制备效率，从而可以提高薄膜晶体管的制备方法的实用性。60.在一些可行的实施方式中，在有源层远离衬底的一侧设置保护层，包括：61.通过原子层沉积法在有源层的一侧生长保护层。62.需要说明的是，通过原子层沉积法可以在有源层的一侧逐层生长保护层，相对于化学气相沉积和物理气相沉积等方法对于有源层的影响较小，可以进一步避免在生长保护层的过程中对有源层结构的表面造成损伤，从而可以提高有源层表面的光滑性和完整性，减小有源层的界面态密度，可以优化短沟道薄膜晶体管的亚阈值摆幅，减小有源层中载流子受到的粗糙表面的散射影响，提高有源层的载流子迁移率，进而可以提高薄膜晶体管的载流子迁移率，从而可以提高薄膜晶体管的性能。63.在一些可行的实施方式中，在在衬底的一侧设置有源层之前，还包括：64.在衬底层的一侧设置第一栅极；65.在第一栅极远离衬底层的一侧设置第一绝缘层，其中，第一绝缘层位于第一栅极和有源层之间。66.通过在衬底层远离有源层的一侧设置第一绝缘层和第一栅极，可以形成一个底栅晶体管。可以提高有源层表面的光滑性和完整性，可以防止外部的光照和水氧环境对于有源层的影响，可以减小有源层的界面态密度，可以优化短沟道薄膜晶体管的亚阈值摆幅，可以减小有源层中载流子受到的粗糙表面的散射影响，从而可以提高有源层的载流子迁移率，进而可以提高薄膜晶体管的载流子迁移率，从而可以提高薄膜晶体管的性能。67.在一些可行的实施方式中的薄膜晶体管的制备方法，还包括：68.在保护层远离有源层的一侧设置第二绝缘层；69.在第二绝缘层远离有源层的一侧设置第二栅极。70.通过在保护层远离有源层的一侧设置第二绝缘层和第二栅极，可以形成一个具有底栅和顶栅的双栅晶体管。可以通过设置两个栅极提高晶体管中有源层的载流子迁移率，从而可以提高晶体管的放大能力，可以有效抑制外部电压对电流的影响，可以提高薄膜晶体管的实用性。还可以通过提高有源层表面的光滑性和完整性，防止外部的光照和水氧环境对于有源层的影响，可以减小薄膜晶体管的有源层的界面态密度，可以优化短沟道薄膜晶体管的亚阈值摆幅，可以减小有源层中载流子受到的粗糙表面的散射影响，从而可以提高有源层的载流子迁移率，进而可以提高薄膜晶体管的载流子迁移率，从而可以提高薄膜晶体管的性能。71.在一些可行的实施方式中，有源层包括铟镓锌氧、单晶硅和多晶硅。72.需要说明的是，铟镓锌氧材料具有较高的电子迁移率、良好的环境耐受性以及良好的抗腐蚀性耐磨性，因此在有源层中设置铟镓锌氧，可以提高有源层的电子迁移率，从而可以提高载流子的导电能力，可以在栅极加偏置电压的情况下，提高有源层中电子的迁移速率，缩短沟道形成的时间，从而可以提高晶体管的开关速度。还可以延长有源层的使用寿命，从而可以延长晶体管的使用寿命，提高晶体管的实用性。73.在一些可行的实施方式中，保护层包括氧化铝、氧化硅和氮化硅。74.示例性的，可以通过氧化铝保护层对有源层的沟道区域以及二者的接触区域进行掺杂，可以增大有源层中载流子的浓度，进而可以提高有源层中的载流子迁移率，减小接触电阻。75.需要说明的是，氧化铝具有较好的透过率和绝缘性，不易在空气中发生反应，因此通过氧化铝制备保护层可以有效保护有源层表面不与外界的水氧环境发生接触，且能够有效降低薄膜晶体管的制备成本。通过上述薄膜晶体管的制备方法制备薄膜晶体管，可以减少保护层与有源层之间的氧缺陷，提高保护层对于有源层的保护效果，进而可以提高有源层的载流子迁移率，从而可以提高薄膜晶体管的电学性能。76.例如，可以先在氧化硅衬底上磁控溅射20纳米钼作为薄膜晶体管的第一栅极，并对第一栅极进行图形化。然后可以在图形化后的第一栅极上通过原子层沉积法制备4.5纳米氧化铪作为第一绝缘层，磁控溅射3纳米铟镓锌氧作为有源层后立刻通过原子层沉积法制备2纳米氧化铝作为保护层。可以通过湿法刻蚀依次图形化有源层和保护层。可以通过电子束光刻图形化源漏区域并通过电子束蒸发镍和/或金，剥离第二保护层结构表面的光刻胶，将上述光刻胶远离第二保护层结构一侧的镍和/或金带离。随后通过原子层沉积法制备比例为2/4的纳米氧化铝/氧化铪叠层作为钝化层和第二绝缘层。可以通过电子束光刻第二栅极区域，并电子束蒸发钛和/或金作为第二栅极形成最终的薄膜晶体管。77.本技术实施例的第二方面还提供了一种薄膜晶体管，包括：78.采用如上述第一方面中任一种的薄膜晶体管的制备方法制备得到。79.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。80.以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。81.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。









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