[发明专利]用于制造完全自对准双栅极薄膜晶体管的方法

说明书

技术领域

本公开涉及用于制造非晶金属氧化物半导体薄膜晶体管的方法。更具体而言，本公开涉及用于制造完全自对准双栅极薄膜晶体管的方法。

背景技术

近年来，非晶金属氧化物半导体(诸如举例而言非晶铟镓锌氧化物(IGZO))作为用于薄膜晶体管(TFT)应用的材料已接收到极大的关注。这些材料已被研究作为例如在主动式矩阵液晶显示器(AMLCD)和主动式矩阵有机发光二极管显示器(AMOLED)的上下文中的非晶硅(a-Si:H)和低温多晶硅(LTPS)TFT的替代物。

高速操作被要求，以增强基于TFT的电子系统的性能。提高速度性能的常见解决方案是高迁移率材料的使用和晶体管沟道长度(L)的减小。实现增强的性能的另一解决方案是双栅极(DG)晶体管结构的使用。在TFT架构的上下文中，自对准(SA)栅极-源极/漏极TFT结构(其中栅极自对准到源极和漏极)与背沟道蚀刻(BCE)和蚀刻停止层(ESL)结构相比具有零栅极-源极/漏极重叠电容，并且在与ESL结构相比时具有更小的占地面积。有报道称，针对具有双栅极(DG)操作的a-IGZO TFT电路，取得了更好的对沟道的控制，从而得到改进的特性，诸如更高的迁移率、更高的导通电流(I_ON)、更小的亚阈值斜率(SS^-1)和接近零伏特的导通电压(V_ON)。

Xin He等人在“完全自对准同质结双栅极a-IGZO TFT的实现”(IEEE电子器件快报，第35卷，第9号，2014年9月，第927-929页)(“Implementation of Fully Self-Aligned Homojunction Double-Gate a-IGZO TFTs”,IEEE Electron Device Letters,Vol.35,No.9.September 2014,pp 927-929)中公开了一种用于制造完全自对准双栅极a-IGZO TFT的方法。在完全自对准双栅极TFT中，顶栅和底栅彼此自对准，而源极和漏极自对准到栅极。根据Xin He等人所描述的方法，底栅和顶栅之间的自对准通过带背侧照明的光刻步骤来实现；源极/漏极区域和两个栅极之间的自对准通过氩等离子体处理和氢掺杂来获得。该方法要求六个光刻(PL)步骤，即包括提供光致抗蚀剂层、照明光致抗蚀剂层和显影经照明的抗蚀剂的六个步骤。在第一步骤中，第一栅极金属层(底栅或背栅金属层)被沉积在玻璃衬底上并通过湿蚀刻被图案化(PL#1)以形成背栅电极。然后，第一栅极介电层被沉积，接着通过DC溅射来沉积a-IGZO层。然后使用湿蚀刻(PL#2)来图案化a-IGZO层。之后，第二栅极介电层被沉积。随后在前侧提供负性光致抗蚀剂层，并且接下来从背侧(PL#3)照明晶片，以限定顶栅图案。因此，顶栅图案由在背侧照明期间用作原位硬掩模的背栅电极来限定。在抗蚀剂显影之后，第二栅极层(顶栅层)被沉积并被剥离以形成顶栅电极。使用顶栅作为蚀刻掩模的干蚀刻被用于图案化第二栅极介电层。接着通过Ar等离子体来处理源极/漏极区域上暴露的a-IGZO层以增强导电性。之后，SiN_x层被沉积，从而进一步导致被自对准到顶栅电极的n+a-IGZO源极/漏极区域的形成。接着为源极/漏极区域打开通孔(PL#4)并且沉积和图案化(PL#5)源/漏电极。最后，背栅接触孔被打开(PL#6)。

发明内容

本公开的目的是提供一种用于制造完全自对准双栅极薄膜晶体管的方法，其中工艺步骤的数量与已知的方法相比被减少。更具体而言，本公开的目的是提供一种与已知的方法相比具有减少的数量的光刻步骤的用于制造完全自对准双栅极非晶金属氧化物半导体薄膜晶体管方法。

上述目标通过根据本公开的方法来实现。