專利名稱：一種晶體管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體管的制造，尤其是一種雙柵薄膜晶體管的制造方法。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管作為開關(guān)控制元件或周邊驅(qū)動(dòng)電路的集成元件，是平板顯示技術(shù)中的 核心器件之一，其性能直接影響平板顯示的效果?，F(xiàn)有中的薄膜晶體管包括單柵結(jié)構(gòu)和雙 柵結(jié)構(gòu)。雙柵結(jié)構(gòu)與單柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管相比，具有更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力、更陡的亞閾斜率、 顯著減少的電路占地面積等優(yōu)勢。而且，合理和巧妙使用雙柵的組合能實(shí)現(xiàn)新功能的器件 和電路。但是，雙柵結(jié)構(gòu)薄膜晶體管，尤其是平面雙柵的最大問題是其制備工藝復(fù)雜，特別 是結(jié)構(gòu)的自對(duì)準(zhǔn)難以實(shí)現(xiàn)。迄今所提出的方法均是非自對(duì)準(zhǔn)的。非自對(duì)準(zhǔn)的工藝會(huì)導(dǎo)致器 件特性存在大的離散性和產(chǎn)生較大的寄生元件(比如寄生電容)，而這是平板顯示應(yīng)用所 不能接受的。因此如何獲得自對(duì)準(zhǔn)的雙柵制造方法一直是半導(dǎo)體晶體管工藝中的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的主要技術(shù)問題是，提供一種晶體管的制造方法，使用該方法能實(shí) 現(xiàn)雙柵薄膜晶體管的頂柵電極和底柵電極的精確對(duì)準(zhǔn)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種晶體管的制造方法，包括步驟A，在襯底的正面依次形成底柵電極、有源區(qū)和導(dǎo)電薄膜；步驟B，光刻涂膠時(shí)，在所述導(dǎo)電薄膜上涂布光刻膠，光刻曝光時(shí)，從所述襯底的背 面進(jìn)行曝光；步驟C，以步驟B中光刻后形成的光刻膠圖形為掩膜，刻蝕所述導(dǎo)電薄膜形成頂柵 電極。上述步驟中，所述底柵電極為不透明材料制成。上述步驟中，所述步驟A中，在所述底柵電極和有源區(qū)之間還形成有底柵介質(zhì)層， 在所述有源區(qū)和導(dǎo)電薄膜之間還形成有頂柵介質(zhì)，步驟C中，同時(shí)刻蝕所述導(dǎo)電薄膜和所 述頂柵介質(zhì)分別形成頂柵電極和頂柵介質(zhì)層；所述襯底、底柵介質(zhì)層、有源區(qū)、頂柵介質(zhì)和 導(dǎo)電薄膜為透明材質(zhì)。上述步驟中，所述步聚A具體包括步驟Al，在襯底的正面生長一層金屬薄膜，然后光刻和刻蝕所述金屬薄膜形成底 柵電極；步驟A2，在所述襯底和所述底柵電極上生長一層底柵介質(zhì)層；步驟A3，在底柵介質(zhì)層上生長一層用于形成有源區(qū)的金屬氧化物半導(dǎo)體層，緊接 著生長一層有源區(qū)保護(hù)層薄膜，然后同時(shí)光刻和刻蝕所述金屬氧化物半導(dǎo)體層和有源區(qū)保 護(hù)層薄膜形成有源區(qū)和有源區(qū)保護(hù)層，所述有源區(qū)中，位于所述底柵電極和頂柵電極正對(duì) 的區(qū)域?yàn)闇系绤^(qū)，所述溝道的兩側(cè)分別為源區(qū)和漏區(qū)；步驟A4，在保護(hù)層上生長一層頂柵介質(zhì)，使頂柵介質(zhì)覆蓋有源區(qū)和保護(hù)層并延伸到所述底柵介質(zhì)層上； 步驟A5，在頂柵介質(zhì)上生長一層用于形成頂柵電極的導(dǎo)電薄膜。上述步驟中，在形成頂部柵電極后，還包括對(duì)源區(qū)和漏區(qū)用等離子進(jìn)行轟擊處理。上述步驟中，所述等離子為氬、氫或氨。上述步驟中，采用氬等離子轟擊時(shí)的能量為100 200W，氣壓為0. 1 ITorr上述步驟中，所述底柵電極的材料為鉻、鉬、鈦或鋁，所述底柵電極的厚度為 100 300nm ；所述頂柵電極的材料為氧化銦錫或氧化鋅鋁，厚度為100 300nm ；所述有源 區(qū)的材料為氧化鋅基或氧化銦基，所述有源區(qū)的厚度為50 200nm。上述步驟中，所述底柵介質(zhì)層和頂柵介質(zhì)層的材料為氮化硅或氧化硅，厚度為 100 400nm，由化學(xué)氣相淀積PECVD或磁控濺射的方法生長而成，或者，所述底柵介質(zhì)層和 頂柵介質(zhì)層為氧化鋁，氧化鉭或氧化鉿，厚度為100 400nm，用磁控濺射的方法生長而成。本發(fā)明的有益效果是光刻形成頂柵電極圖案的過程中，涂膠時(shí)，在用于形成頂柵 電極的透明導(dǎo)電薄膜的正面涂布光刻膠；曝光時(shí)，從玻璃襯底的背面進(jìn)行曝光；由于玻璃 襯底、有源區(qū)和導(dǎo)電薄膜具有透光特性，底部柵電極具有遮光特性。因此，曝光時(shí)，底部柵電 極起到了天然掩模版的作用。此種方式，一方面省去了另外制造掩模版的成本，另一方面， 由于底部柵電極作為掩模版，刻蝕導(dǎo)電薄膜形成的頂部柵電極與底部柵電極形成精確對(duì) 準(zhǔn)，減小了寄生元件的產(chǎn)生，提高了器件性能的均勻性。在生長用于形成有源區(qū)的金屬氧化物半導(dǎo)體層后，立刻在其上生長一層保護(hù)介質(zhì) 層，同時(shí)光刻和刻蝕保護(hù)介質(zhì)層和金屬氧化物半導(dǎo)體層分別形成保護(hù)層和被其保護(hù)的有源 區(qū)。該保護(hù)層雖然最終作為頂柵介質(zhì)的一部分，相當(dāng)于頂柵介質(zhì)緊貼有源區(qū)上表面的部分 在制造時(shí)與有源區(qū)是一同生長的，使得有源區(qū)和頂部柵介質(zhì)的結(jié)合效果更好，并且防止在 光刻和刻蝕有源區(qū)及制造頂柵介質(zhì)層時(shí)，對(duì)有源區(qū)上表面的污染和損壞，使器件的性能更 加穩(wěn)定性。通過對(duì)有源區(qū)中的源區(qū)和漏區(qū)進(jìn)行等離子處理，減少了源區(qū)和漏區(qū)的寄生電阻。


圖1示出了在襯底上形成底柵電極后的結(jié)構(gòu)圖；圖2示出了在形成底柵介質(zhì)層、有源區(qū)和有源區(qū)保護(hù)層后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3示出了形成頂柵介質(zhì)層后的結(jié)構(gòu)圖；圖4示了曝光時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5示出了刻蝕形成頂柵介質(zhì)和頂柵電極以及對(duì)源漏進(jìn)行等離子處理的結(jié)構(gòu)示 意圖；圖6示出了圖5去除光刻膠后的結(jié)構(gòu)；圖7示出了形成晶體管各電極的接觸孔的結(jié)構(gòu)圖；圖8示出了形成金屬電極后的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。現(xiàn)有技術(shù)中，雙柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管其工藝方法決定了其頂柵電極和底柵電極不可能精確對(duì)準(zhǔn)，這導(dǎo)致晶本管存在較大的寄生電容，使其性能受到限制。本發(fā)明在制作底柵 電極時(shí)，采用不透光的設(shè)計(jì)，例如可采用不透光的材料，在制作襯底、頂柵電極以及底柵電 極和頂柵電極之間的各層時(shí)采用具有透光特性的設(shè)計(jì)，例如可采用透光材料或通過厚度的 設(shè)計(jì)使其具有透光特性；在光刻形成頂柵電極圖案時(shí)，通過從襯底的背面向上曝光，使底柵 電極起到天然掩模版的作用，提高了最終形成的頂柵電極和底柵電極的對(duì)準(zhǔn)精度。具體地， 本發(fā)明形成雙柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管的一種方法可以是 圖1示出了在襯底上形成底柵電極后的結(jié)構(gòu)圖。襯底1采用玻璃或具有透光特性 的襯底，用磁控濺射或熱蒸的方法在襯底1上生長一層厚度為100 300nm的不透明薄膜， 該薄膜的材料可以是鉻、鉬、鈦或鋁等；通過光刻或刻蝕該薄膜形成底柵電極2。圖2示出了在形成底柵介質(zhì)層、有源區(qū)和有源區(qū)保護(hù)層后的結(jié)構(gòu)示意圖。首先，在 襯底1和底部柵電極2上生長一層絕緣介質(zhì)薄膜，使其覆蓋底部柵電極2并延伸到襯底1 上，例如可以采用等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積PECVD的方法生長一層100 400nm厚的絕緣 介質(zhì)薄膜，該絕緣介質(zhì)薄膜可以是氮化硅薄膜或氧化硅薄膜，該絕緣介質(zhì)薄膜作為底柵介 質(zhì)層3，也可以采用磁控濺射法生長一層100 400nm厚的金屬氧化物薄膜，其材料可以是 氧化鋁，氧化鉭或氧化鉿等；然后，底柵介質(zhì)層3上依次淀積一層50 200nm厚的非晶或多 晶的金屬氧化物薄膜和20 SOnm厚的金屬氧化物薄膜或絕緣介質(zhì)薄膜，可以采用射頻磁 控濺射的方法實(shí)現(xiàn)，經(jīng)光刻和刻蝕分別形成有源區(qū)4和有源區(qū)保護(hù)層5。用于形成有源區(qū)的 非晶或多晶的金屬氧化物薄膜的材料可以是氧化鋅基或氧化銦等，當(dāng)為氧化銦時(shí)，濺射生 長所述氧化銦金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜所述的陶瓷靶的純度等于或優(yōu)于99. 99%。圖3示出了形成頂柵介質(zhì)層后的結(jié)構(gòu)圖。在有源區(qū)保護(hù)層5的表面生長一層 100 400nm厚的介質(zhì)薄膜，該介質(zhì)薄膜延伸并覆蓋底柵介質(zhì)層3，生長的方法可以是用磁 控濺射的方法生長一層100 400nm厚的金屬氧化物薄膜，其材料可以是氧化鋁，氧化鉭或 氧化鉿等；也可以是用磁控濺射的方法生長一層100 400nm厚的絕緣介質(zhì)薄膜，其材料可 以是氮化硅或氧化硅；也可以是等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積PECVD生長一層100 400nm厚 的絕緣介質(zhì)薄膜，其材料可以是氮化硅或氧化硅等。該金屬氧化物薄膜或絕緣介質(zhì)薄膜與 有源區(qū)保護(hù)層5共同形成頂柵介質(zhì)層6，有源區(qū)保護(hù)層5的材料可以與頂柵介質(zhì)層3的材料 相同，也可以不同。比如，一種實(shí)施方式中，圖2中有源區(qū)保護(hù)層5采用氧化硅，圖3絕緣介 質(zhì)薄膜的材料也為氧化硅。可以理解的是，如果在圖2所示步驟中，只生長用于形成有源區(qū) 的金屬氧化物薄膜，經(jīng)光刻和刻蝕形成有源區(qū)，沒有同時(shí)形成有源區(qū)保護(hù)層5，則此步中，直 接在有源區(qū)表面生長一層用于形成頂柵介質(zhì)層6的金屬氧化物薄膜或絕緣介質(zhì)薄膜并延 伸覆蓋底柵介質(zhì)層3的表面。在圖2中形成有源區(qū)保護(hù)層5，可以通過有源區(qū)保護(hù)層5的阻 擋作用保護(hù)有源區(qū)的上表面在后序的工藝過程中免受污染和損傷，尤其是在光刻和刻蝕形 成有源區(qū)4和制造頂柵介質(zhì)層6的過程中免受污染和損傷，主要污染和損傷來源于在光刻 和刻蝕有源區(qū)4后，干法去膠或生長柵介質(zhì)層6時(shí)使有源區(qū)表面出現(xiàn)缺陷，也有可能是基片 在不同工序間傳遞時(shí)出現(xiàn)污染，導(dǎo)致器件的特性變壞。圖4示出了曝光時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖3結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，首先，采用射頻磁控濺射 淀積一層100 300nm厚的透明導(dǎo)電薄膜70，用于形成頂柵電極7的材料，該導(dǎo)電薄膜70 的材料可以是氧化銦錫或氧化鋁鋅等。然后，在透明導(dǎo)電薄膜70的表面涂布一層正性光刻 膠，曝光時(shí)，從襯底1的背面曝光，圖示中箭頭所示方向?yàn)槠毓夥较?，然后進(jìn)行顯影。光刻顯影后，形成的光刻膠圖形為圖示中的8，由于光刻中底部柵電極起到掩膜版的作用，因此光 刻膠圖形8的形狀和大小與底部柵電極表面的形狀和大小相同，并且兩者之間正對(duì)?？梢?理解的是，涂布的光刻膠也可以負(fù)性的光刻膠，負(fù)性光刻膠經(jīng)光刻顯影后形成的圖形與正 性光刻膠形成的圖形相反，此時(shí)要形成自對(duì)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)需采用剝離(lift-off)技術(shù)。 圖5示出了刻蝕形成頂柵介質(zhì)層和頂柵電極以及對(duì)源漏進(jìn)行氬等離子處理的結(jié) 構(gòu)?？涛g圖4中覆蓋有光刻膠圖形8的頂柵介質(zhì)6和導(dǎo)電薄膜70，分別形成頂柵介質(zhì)層61 和頂柵電極7。有源區(qū)4中，底柵電極2和頂柵電極7之間正對(duì)的區(qū)域是溝道區(qū)，溝道區(qū)兩 側(cè)的區(qū)域分別為源區(qū)和漏區(qū)。在保留光刻膠8的情況下，對(duì)源區(qū)和漏區(qū)進(jìn)行等離子處理， 以減小源區(qū)和漏區(qū)自身的寄生電阻。圖示中，箭頭所示方向?yàn)榈入x子的轟擊方向，處理時(shí)， 采用氬、氫或氨等氣體轟擊源區(qū)和漏區(qū)的表面，增加其載流子濃度，從而減小其寄生電阻的 值。比如，一種實(shí)施方式中，采用的氬等離子的能量為100 200W，氣壓為0. 1 lTorr。同 時(shí)，轟擊時(shí)，由于光刻膠圖形8對(duì)頂柵電極7有保護(hù)作用，不必?fù)?dān)心等離子處理對(duì)頂柵電極 造成影響。圖6示出了圖5去除光刻膠后的結(jié)構(gòu)。去除頂柵電極7上的光刻膠8，可以采用丙 酮超聲的方法或干法去膠去除。圖7示出了形成晶體管各電極的接觸孔的結(jié)構(gòu)圖。在圖6結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，用磁控濺 射法或等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積PECVD淀積一層100 300nm厚的氮化硅層60，然后光刻 和刻蝕形成各電極的引出接觸孔。在一種實(shí)施方式中，9為柵極接觸孔，10為源極接觸孔， 11為漏極接觸孔。圖8示出了形成金屬電極后的結(jié)構(gòu)圖。在圖7結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上用磁控濺射法淀積一 層100 300nm厚的金屬鈦膜，然后光刻和刻蝕形成晶體管各電極的金屬引出電極和互連 線，同時(shí)連接頂部柵電極7和底部柵電極2。在一種實(shí)施方式中，12為柵極引出線，13為源 極引出線，14為漏極引出線。采用以上方法制作的雙柵金屬氧化物薄膜晶體管，由于底柵電極和頂柵電極之間 正對(duì)準(zhǔn)，使得寄生電容等寄生元件的值減小或沒有，從而提高了晶體管的性能。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā) 明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫 離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù) 范圍。
權(quán)利要求
1.一種晶體管的制造方法，其特征在于，包括步驟A，在襯底的正面依次形成底柵電極、有源區(qū)和導(dǎo)電薄膜；步驟B，光刻涂膠時(shí)，在所述導(dǎo)電薄膜上涂布光刻膠，光刻曝光時(shí)，從所述襯底的背面進(jìn) 行曝光；步驟C，根據(jù)步驟B中光刻后形成的光刻膠圖形刻蝕所述導(dǎo)電薄膜形成頂柵電極。
2.如權(quán)利要求1所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述底柵電極為不透明材料 制成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述步驟A中，在所述底 柵電極和有源區(qū)之間還形成有底柵介質(zhì)層，在所述有源區(qū)和導(dǎo)電薄膜之間還形成有頂柵介 質(zhì)，步驟C中，同時(shí)刻蝕所述導(dǎo)電薄膜和所述頂柵介質(zhì)分別形成頂柵電極和頂柵介質(zhì)層；所 述襯底、底柵介質(zhì)層、有源區(qū)、頂柵介質(zhì)和導(dǎo)電薄膜為透明材質(zhì)。
4.如權(quán)利要求3所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述步聚A具體包括步驟Al，在襯底的正面生長一層金屬薄膜，然后光刻和刻蝕所述金屬薄膜形成底柵電極；步驟A2，在所述襯底和所述底柵電極上生長一層底柵介質(zhì)層；步驟A3，在底柵介質(zhì)層上生長一層用于形成有源區(qū)的金屬氧化物半導(dǎo)體層，緊接著生 長一層有源區(qū)保護(hù)層薄膜，然后同時(shí)光刻和刻蝕所述金屬氧化物半導(dǎo)體層和有源區(qū)保護(hù)層 薄膜分別形成有源區(qū)和覆蓋所述有源區(qū)上表面的保護(hù)層，所述有源區(qū)中，位于所述底柵電 極和頂柵電極正對(duì)的區(qū)域?yàn)闇系绤^(qū)，所述溝道的兩側(cè)分別為源區(qū)和漏區(qū)；步驟A4，在保護(hù)層上生長一層頂柵介質(zhì)，使頂柵介質(zhì)覆蓋有源區(qū)和保護(hù)層并延伸到所 述底柵介質(zhì)層上；A5，在頂柵介質(zhì)上生長一層用于形成頂柵電極的導(dǎo)電薄膜。
5.如權(quán)利要求4所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述保護(hù)層和頂柵介質(zhì)層的 材質(zhì)相同或不同。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的晶體管的制造方法，其特征在于，在形成頂部柵電 極后，還包括對(duì)源區(qū)和漏區(qū)用等離子進(jìn)行轟擊處理。
7.如權(quán)利要求6所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述等離子為氬、氫或氨。
8.如權(quán)利要求7所述的晶體管的制造方法，其特征在于，采用氬等離子轟擊時(shí)的能量 為100 200W，氣壓為0. 1 ITorr
9.如權(quán)利要求1所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述底柵電極的材料為鉻、 鉬、鈦或鋁，所述底柵電極的厚度為100 300nm ；所述頂柵電極的材料為氧化銦錫或氧化 鋁鋅，厚度為100 300nm ；所述有源區(qū)的材料為氧化鋅基或氧化銦基，所述有源區(qū)的厚度 為 50 200nm。
10.如權(quán)利要求2所述的晶體管的制造方法，其特征在于，所述底柵介質(zhì)層和頂柵介 質(zhì)層的材料為氮化硅或氧化硅，厚度為100 400nm，由化學(xué)氣相淀積PECVD或磁控濺射 的方法生長而成，或者，所述底柵介質(zhì)層和頂柵介質(zhì)層為氧化鋁、氧化鉭或氧化鉿，厚度為 100 400nm，用磁控濺射的方法生長而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管的制造方法，晶體管的有源區(qū)和頂柵電極采用透明薄膜材料，在光刻涂膠時(shí)，在形成頂柵電極的透明導(dǎo)電薄膜表面涂布光刻膠；光刻曝光時(shí)，從襯底的背面進(jìn)行曝光；經(jīng)光刻顯影后，在導(dǎo)電薄膜的表面形成與底柵電極正對(duì)的光刻膠圖形；根據(jù)所述光刻膠圖形刻蝕導(dǎo)電薄膜形成與底柵電極正對(duì)頂柵電極。上述方法形成的雙柵薄膜晶體管提高采用底柵電極作為天然的掩膜板，節(jié)約了晶體管的制造成本，并且提高了頂柵電極和底柵電極的對(duì)準(zhǔn)精度，增強(qiáng)了雙柵結(jié)構(gòu)薄膜晶體管的性能。
文檔編號(hào)G03F7/16GK102130009SQ20101056830
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者張盛東, 王龍彥, 賀鑫 申請(qǐng)人:北京大學(xué)深圳研究生院