[发明专利]IGZO薄膜晶体管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜晶体管技术领域，尤其涉及一种IGZO薄膜晶体管及其制作方法。

背景技术

目前市场上成熟的技术是非晶硅(α-Si)以及低温多晶硅(Low-Temperature Poly Silicon，LTPS)。由于玻璃面板只能承受350℃左右的处理温度，无法在上面生长单晶硅，甚至无法生长多晶硅(600～1000℃)。一个妥协的做法是先使用低温等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)生长非晶硅，然后采用激光退火的办法，在很短的时间内提高薄膜温度，重结晶得到多晶硅。这样做出来的LTPS由于使用XeCl激光，成本很高，同时薄膜均一性不佳，只能用在小的面板上，进一步提高了成本。LTPS可以实现高达100cm²/Vs的载流子迁移率，因此目前用于高DPI的手机屏幕上。

IGZO的全称是indium gallium zinc oxide，中文名叫氧化铟镓锌。简单来说，IGZO是一种新型半导体材料，有着比非晶硅更高的电子迁移率。IGZO用在新一代高性能薄膜晶体管(TFT)中作为沟道材料，从而提高显示面板分辨率，并使得大屏幕OLED电视成为可能。

由于迁移率α-Si<IGZO<LTPS，他们的电流密度依次增加。同时，IGZO有着最大的开关比和最小的漏电流，这使得像素点不工作的时候功耗降低。α-Si由于成熟的工艺、低廉的价格，虽然性能孱弱依然是市面上的大头，用在电视、电脑显示器、还有低端平板电脑上面。LTPS性能强大、可靠性高，虽然价格昂贵但是依然主导高端手机屏幕。IGZO性能介于两者中间，价格与α-Si接近，未来有希望完全取代α-Si并蚕食部分LTPS市场。

在IGZO TFT结构中，为了防止IGZO背沟道的刻蚀损伤，通常采用刻蚀阻挡层(Etch Stop Layer，ESL)结构，来防止背沟道刻蚀损伤，但是需要增加一次光罩，并且在TFT S/D(源极/漏极)电极制作前，通常进行导体化处理来保证S/D与半导体层间良好的欧姆接触。此种方式中，两步光刻工艺累积的对准偏差限制了有源沟道尺寸的精度，这不利于TFT器件尺寸的“小型化”，同时，ESL结构中引入的刻蚀阻挡层增加了一道薄膜生长和光刻工序，增加了工艺复杂性和成本，间接降低了IGZO的市场竞争力。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种IGZO薄膜晶体管及其制作方法，无需复杂的工艺，可以确保IGZO层与源极、漏极的接触区域具有良好的欧姆接触，并防止IGZO层背沟道的刻蚀损伤。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种IGZO薄膜晶体管，包括衬底、栅电极层、栅极绝缘层、IGZO有源层、保护层以及源极和漏极，所述栅电极层设于所述衬底上，所述栅极绝缘层覆盖在所述栅电极层上，所述IGZO有源层和所述保护层自下而上依次层叠在所述栅极绝缘层上，所述源极和所述漏极间隔地位于所述保护层的上表面上相对的两侧，且分别穿过所述保护层后连接所述IGZO有源层；所述源极和所述漏极之间形成沟道，所述保护层顶部形成与所述沟道连通且正对的凹陷。

作为其中一种实施方式，所述保护层为复合膜层，包括相互贴合的下保护层和上保护层，所述下保护层覆盖在所述IGZO有源层上，所述凹陷为所述上保护层上形成的通孔，所述源极和所述漏极分别覆盖于所述上保护层上的所述通孔的两侧。

作为其中一种实施方式，所述下保护层为SiO_x薄膜，所述上保护层为SiN_x薄膜。

作为其中一种实施方式，在所述保护层制作前，所述IGZO有源层在N₂环境下退火处理；在所述沟道形成后，所述IGZO有源层正对所述沟道的部分在O₂环境中退火处理。

作为其中一种实施方式，N₂环境下的退火温度为300-800℃，时间为10-120min。

作为其中一种实施方式，O₂环境中的退火温度为300-800℃，时间为10-120min。

本发明的另一目的在于提供一种IGZO薄膜晶体管的制作方法，包括：

提供一衬底；

在所述衬底上形成栅电极层；

在所述栅电极层上覆盖栅极绝缘层；

在所述栅极绝缘层上形成IGZO有源层，并对所述IGZO有源层在N₂环境下退火处理；

在所述IGZO有源层上形成保护层，并在所述保护层上的所述栅电极层两侧分别挖通孔；