一种背栅型氧化物半导体器件及其制备方法与流程

本发明涉及半导体领域，特别是一种背栅型氧化物半导体器件及其制备方法。

背景技术：

1、氧化物半导体(oxide semiconductor，os)薄膜晶体管(os-tft)因其可观的迁移率、cmos后段工艺兼容、均一性优良等特点，在单片三维集成技术，特别是三维动态随机存储器(3d-dram)中受到广泛关注。

2、一般的背栅型os-tft例如具有：设置在绝缘基板上的栅极电极；以覆盖栅极电极的方式设置的栅极绝缘膜；以在栅极绝缘膜上与栅极电极重叠的方式设置成岛状的半导体层；和在半导体层上以互相相对的方式设置的源极电极和漏极电极。

3、os-tft的载流子主要由电离氧空位提供，而浅施主态氧空位的精准调控始终是该领域的难题。现有技术中，参见图1，研究人员使用活跃金属盖帽层(capping layer，cl)的器件结构，利用金属与os材料的氧化还原反应使os材料中产生更多的浅施主态氧空位，然而cl与源漏电极须得存在一定的offset来保证源、漏电极间的电学隔离。由于offset的存在，现有技术的这种方案一方面使得器件尺寸无法微缩，另一方面该offset下方的os未能调控氧空位而存在较大的串联电阻，影响器件特性。

4、因此，本发明提出一种背栅型氧化物半导体器件及其制备方法，相较于传统的os-tft制备工艺，本发明制备工艺简单，金属钝化层可以使全沟道进行氧空位调控，大幅提升器件迁移率与开关特性，相较带盖帽层的器件，本发明器件的尺寸微缩更易实现。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供背栅型氧化物半导体器件的制备方法，为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：一种背栅氧化物半导体器件及其制备方法，如下：

2、一种背栅型氧化物半导体器件，其自下而上依次包括：衬底、背栅层、沟道层和钝化层，其中背栅层包括自下而上设置有背栅和栅极介质层，沟道层包括源极、漏极及二者之间且与之电接触的os沟道，其中，源极、漏极与钝化层之间的接触面上设置有绝缘层，os沟道与源极、漏极、钝化层109之间的接触面上设置有调节层。

3、一种背栅氧化物半导体器件的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、在衬底上淀积栅极导电层并对其进行图形化以形成背栅电极；

5、s2、在背栅电极上表面沉积栅介质层并对其进行图形化；

6、s3、在栅介质层上沉积沟道层对其进行图形化以形成os沟道，使得os沟道位于背栅电极上方；

7、s4、在os沟道两侧沉积源漏金属层并图形化，分别形成源极、漏极，源极、漏极一端分别与os沟道电接触；

8、s5、将样品第一次置于大气环境中，源极、漏极充分暴露在空气当中发生自然氧化，形成绝缘层；同时，源极、漏极与os沟道接触的区域会发生氧化还原反应，形成第一调节层；

9、s6、在器件上表面沉积金属钝化层，金属钝化层覆盖源极、漏极上表面及os沟道上表面；

10、s7、将样品第二次至于在大气环境，使得金属钝化层与os沟道接触区域充分发生氧化还原反应，形成第二调节层；

11、s8、金属钝化层图形化，从而将样品的三个电极引出，器件制备完成。

12、与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

13、本发明提出一种背栅氧化物半导体器件及其方法，采用自然氧化方法形成源漏电极的自然氧化层，实现了源极、漏极与金属钝化层的电学隔离，不再需要在源漏极与钝化层间设置offset，具备尺寸微缩潜力；同时，由于不再需要在源漏极与钝化层间设置offset，金属钝化层可以覆盖os沟道的全部上表面，从而可以夺取更多os材料中的氧，os沟道中产生大量的氧空位，使得其与源极、漏极接触区域载流子浓度升高，因此具备优异的载流子迁移率。

技术特征：

1.一种背栅型氧化物半导体器件，其特征在于：其自下而上依次包括：衬底、背栅层、沟道层和钝化层，其中背栅层包括自下而上设置有背栅和栅极介质层，沟道层包括源极、漏极及二者之间且与之电接触的os沟道，其中，源极、漏极与钝化层之间的接触面上设置有绝缘层，os沟道与源极、漏极、钝化层109之间的接触面上设置有调节层。

2.根据权利要求1所述的背栅型氧化物半导体器件，其特征在于：os沟道的材料可以是igzo、ito、iwo、zno、ino的任一种或者几种的组合。

3.据权利要求1所述的背栅型氧化物半导体器件，其特征在于：绝缘层厚度为5-10nm，调节层厚度为1-3nm。

4.据权利要求1所述的背栅型氧化物半导体器件，其特征在于：栅介质层104为hfo2或al2o3构成单层结构或二者构成的多层结构。

5.据权利要求1所述的背栅型氧化物半导体器件，其特征在于：源极、漏极采用mo、al、ti、tin、w的任一种或者几种的组合。

6.一种背栅氧化物半导体器件的制备方法：其特征在于：包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：os沟道的材料可以是igzo、ito、iwo、zno、ino的任一种或者几种的组合。

8.据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：绝缘层厚度为5-10nm，第一调节层、第二调节层厚度为1-3nm。

9.据权利要求6所述的制备，其特征在于：栅介质层104为hfo2或al2o3构成单层结构或二者构成的多层结构。

10.据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：源极、漏极采用mo、al、ti、tin、w的任一种或者几种的组合。

11.据权利要求6所述的方法，其特征在于：将样品第一次置于大气环境中的时间为1至3天，将样品第二次置于大气环境中的时间为1至2天。

12.一种电子设备，其特征在于：包括至少包括权利要求1-5所述的背栅型氧化物半导体器件。

13.根据权利要求12所述的电子设备，其特征在于：所述电子设备为智能电话、计算机、平板电脑、人工智能、可穿戴设备或智能移动终端。

技术总结
本发明提出一种背栅氧化物半导体器件及其制备方法，采用自然氧化方法形成源漏电极的自然氧化层，实现了源极、漏极与金属钝化层的电学隔离，不再需要在源漏极与钝化层间设置offset，具备尺寸微缩潜力；同时，由于不再需要在源漏极与钝化层间设置offset，金属钝化层可以覆盖OS沟道的全部上表面，从而可以夺取更多OS材料中的氧，OS沟道中产生大量的氧空位，使得其与源极、漏极接触区域载流子浓度升高，因此具备优异的载流子迁移率。

技术研发人员：许高博,颜刚平,杨尚博,宋智雨,殷华湘,王桂磊,赵超
受保护的技术使用者：北京超弦存储器研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12