專利名稱：高穩(wěn)定性非晶態(tài)金屬氧化物tft器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，特別是涉及一種高穩(wěn)定性非晶態(tài)金屬氧化物薄膜晶體管(TFT)器件結(jié)構(gòu)，屬于平板顯示器件技術(shù)。
背景技術(shù)：
有源陣列有機(jī)發(fā)光二極管(Active-MatrixOrganic Light Emitting Diodes,AMOLED)顯示具有移動(dòng)圖像響應(yīng)時(shí)間短、色彩鮮艷、對(duì)比度高、視角廣以及低功耗、超輕超薄等優(yōu)異特性，被視為取代當(dāng)前占據(jù)主流地位的有源液晶顯示(AMIXD)成為下一代主流顯示的核心技術(shù)平臺(tái)。成功研制高分辨率主流尺寸的AMOLED顯示面板主要涉及到TFT驅(qū)動(dòng)基板性能、OLED材料特性與顯示模組的封裝技術(shù)等三個(gè)技術(shù)研究領(lǐng)域。因?yàn)镺LED發(fā)光的基本原理決定了發(fā)光亮度變化受驅(qū)動(dòng)電流大小的控制，并接近正比關(guān)系，所以如何制備能提供較大、并且穩(wěn)定與均勻電流驅(qū)動(dòng)的TFT基板成為當(dāng)前AMOLED顯示領(lǐng)域重要的研究課題。
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工藝簡(jiǎn)單、均勻性好的非晶硅(a-Si) TFT是制備大尺寸AMIXD的主流技術(shù)。但是由于溝道遷移率低(< lcm2/V -s)、器件長(zhǎng)期穩(wěn)定性差，a-Si TFT很難實(shí)際應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)AMOLED顯示的基板中。改進(jìn)的微晶硅nc-Si TFT由于實(shí)際的界面態(tài)問(wèn)題，在遷移率與穩(wěn)定性之間一直未能取得較好的平衡。高性能的低溫多晶娃(Low Temperature Polycrystalline Si,LTPS) TFT的遷移率高(> IOOcmVv · s)，并且長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，是首個(gè)成熟的驅(qū)動(dòng)AMOLED顯示的TFT陣列基板技術(shù)。然而LTPS TFT溝道由不同尺寸大小的晶粒組成，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的器件性能分布的均勻性問(wèn)題，并且溝道晶膜涉及到復(fù)雜昂貴的晶化過(guò)程，會(huì)極大限制LTPSTFT驅(qū)動(dòng)大面積AMOLED顯示的發(fā)展空間。隨著對(duì)氧化物半導(dǎo)體材料的研究深入,Hoffman R. L.等人于2003年發(fā)表了以ZnO為基礎(chǔ)的透明氧化物TFT。這種二元氧化物半導(dǎo)體通常表現(xiàn)為多晶態(tài)，其缺點(diǎn)和LTPS TFT技術(shù)類似。2004年,Nomura K.等人在Nature上發(fā)表了非晶態(tài)InGaZnO (IGZO)混合型多元氧化物TFT。IGZO TFT由于其特殊的溝道材料結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出均勻的遷移率與閾值電壓分布，載流子遷移率較大(> 10cm2/V *s)并且亞閾值斜率優(yōu)異( 0. 20V/dec),此外,還可以通過(guò)簡(jiǎn)單的濺射工藝制備溝道層，因此，無(wú)需昂貴的激光設(shè)備或者長(zhǎng)時(shí)間的固態(tài)晶化過(guò)程，可以實(shí)現(xiàn)大尺寸面板的低成本生產(chǎn)。因此，以IGZO為代表的非晶態(tài)氧化物TFT結(jié)合了 a-SiTFT與LTPS TFT的優(yōu)點(diǎn)，在驅(qū)動(dòng)大面積AMOLED顯示上迅速成為了美國(guó)、日本、韓國(guó)與臺(tái)灣地區(qū)的研究熱點(diǎn)。從材料特性上來(lái)說(shuō)，IGZO由ln203、Ga2O3和ZnO構(gòu)成，禁帶寬度在3. 4eV左右，是一種離子性非晶態(tài)N型半導(dǎo)體材料。In2O3中的In3+可以形成5S電子軌道，有利于載流子的高速傳輸；Ga203有很強(qiáng)的離子鍵，可以抑制O空位的產(chǎn)生；Ζη0中的Zn2+可以形成穩(wěn)定四面體結(jié)構(gòu)，理論上可以使金屬氧化物IGZO形成穩(wěn)定較高導(dǎo)電的非晶結(jié)構(gòu)。在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，氧化物TFT電學(xué)特性在長(zhǎng)期偏壓電應(yīng)力作用下較容易發(fā)生改變，具體表現(xiàn)為閾值電壓漂移、亞閾值斜率劣化、驅(qū)動(dòng)與關(guān)態(tài)電流變化等。基本機(jī)理經(jīng)分析表現(xiàn)為溝道/柵介質(zhì)界面陷講態(tài)的電荷注入與捕獲、電荷隧穿與柵介質(zhì)層捕獲、背溝道環(huán)境氧/氫分子場(chǎng)助吸附與電荷擴(kuò)散、溝道中過(guò)量亞態(tài)離化氧空位電荷激發(fā)再注入等幾種可能。常規(guī)暗場(chǎng)下的氧化物TFT的電致穩(wěn)定性可以通過(guò)一定的技術(shù)手段加以改善，但是近來(lái)在驅(qū)動(dòng)AMOLED或者液晶顯示過(guò)程中的外界光照影響是一個(gè)很重要的問(wèn)題。IGZO禁帶寬度在3. 4eV左右，對(duì)短波長(zhǎng)紫外光有很好的吸收作用。在光照和長(zhǎng)時(shí)間負(fù)偏柵壓電應(yīng)力作用下，IGZ0TFT的閾值通常會(huì)大幅向負(fù)向移動(dòng)，造成器件功能失效。這種光照下長(zhǎng)期穩(wěn)定性行為非常復(fù)雜，在不同的偏壓條件下、不同的界面狀態(tài)下、不同的制備工藝都表現(xiàn)出不相同的變化趨勢(shì)。目前只能綜合常規(guī)的光生空穴的注入與捕獲原理以及光生載流子在溝道表面處產(chǎn)生不同能級(jí)的亞態(tài)從而影響到空穴的注入與捕獲的總體效果來(lái)定性解釋。為了提高氧化物TFT的穩(wěn)定性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性與光照下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，一些研究機(jī)構(gòu)采用了 5光刻模板的刻蝕阻擋層(ESL)結(jié)構(gòu)，有效的降低了外界環(huán)境因素與源漏電極的刻蝕損傷對(duì)背溝道的影響。隨后，三星于2009發(fā)表了 HfIZ0、ZrIZ0等改性非晶態(tài)多元混合氧化物新材料，其目的是從原材料環(huán)節(jié)上根本解決IGZO TFT的偏壓電應(yīng)力作用下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性問(wèn)題。另外，一些研究機(jī)構(gòu)更進(jìn)一步從柵絕緣介質(zhì)選擇、源漏電極刻蝕、以及光阻擋層 集成上來(lái)改進(jìn)氧化物TFT的光照非穩(wěn)定性問(wèn)題。最近臺(tái)灣友達(dá)通過(guò)改變基礎(chǔ)的倒柵堆疊器件結(jié)構(gòu)制作共平面倒柵器件，有效降低環(huán)境與工藝因素對(duì)背溝道的影響，并提高溝道前表面的質(zhì)量，以及集成避光鈍化層來(lái)綜合改善氧化物TFT的光照非穩(wěn)定性問(wèn)題。然而，在驅(qū)動(dòng)AMOLED顯示中上述技術(shù)都有各自的劣勢(shì)，例如倒柵ESL結(jié)構(gòu)相比于通常的倒柵BCE (背溝刻蝕結(jié)構(gòu))需要多一次刻蝕阻擋層的光刻與刻蝕步驟，對(duì)TFT節(jié)約成本十分不利；單純的溝道氧化物材料改性不能完全抑制環(huán)境與內(nèi)在材料缺陷對(duì)器件長(zhǎng)期穩(wěn)定性，特別是光照下長(zhǎng)期穩(wěn)定性的影響；各單項(xiàng)工藝技術(shù)的改進(jìn)也不能達(dá)到目的；共平面倒柵器件結(jié)構(gòu)容易造成器件的其它不利影響，比如溝道前表面界面態(tài)較高、源漏接觸電阻較大影響性能。為此，需要提供一種高效低成本的提高非晶態(tài)氧化物TFT長(zhǎng)期穩(wěn)定性的新結(jié)構(gòu)與工藝方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題就在于克服現(xiàn)有倒柵BCE、或倒柵ESL、或共平面倒柵非晶態(tài)氧化物薄膜晶體管在初期穩(wěn)定性、長(zhǎng)期偏壓電應(yīng)力穩(wěn)定性和光照下的長(zhǎng)期偏壓電應(yīng)力穩(wěn)定性等一系列問(wèn)題，提供一種新型的高效低成本的穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)AMOLED或者AMLCD顯示的非晶態(tài)氧化物TFT器件結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供了一種高穩(wěn)定性非晶態(tài)金屬氧化物TFT器件，包括襯底、柵電極、柵絕緣介質(zhì)層、非晶態(tài)金屬氧化物構(gòu)成的溝道層、源漏電極以及鈍化層，其特征在于溝道層包括至少一個(gè)由第一型材料構(gòu)成的溝道保護(hù)層以及至少一個(gè)由第二型材料構(gòu)成的溝道導(dǎo)電層。其中，溝道保護(hù)層位于溝道導(dǎo)電層的上面和/或下面。其中，第一型材料為摻有第三方金屬元素X的In基氧化物，第二型材料為未摻有第三方金屬元素的In基氧化物。其中，第三方金屬元素X包括Ga、Hf、Ta、Zr、Y、Al、Sn。其中，第一型材料為非In基氧化物，第二型材料為In基氧化物。其中，第一型材料中氧的含量高于第二型材料中氧的含量。其中，第一型材料與第二型材料均為In基氧化物，第一型材料中非In元素的含量高于第二型材料中非In元素的含量。其中，第一型材料與第二型材料均為Zn基氧化物，第一型材料中Zn元素的含量高于第二型材料中Zn元素的含量。其中，Zn基氧化物包括AZO、ZTO0其中，In基氧化物包括 XIZO、IZO、In2O3> IGO, ITO0其中，非In基氧化物包括Zn0、AZ0、ZT0、Sn0x。其中，溝道保護(hù)層厚度為I 50nm，溝道導(dǎo)電層厚度為5 150nm。其中，襯底包括表面為絕緣層的硅片、玻璃、石英、塑料、背部鏤空的硅片基底。 其中，柵電極的材料包括Mo、Pt、Al、Ti、Co、Au、Cu、多晶硅、TiN、TaN及其組合。 其中，柵絕緣介質(zhì)層和/或鈍化層的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、高k材料及其組合。其中，非晶態(tài)金屬氧化物包括摻In的ZnO基半導(dǎo)體，所述摻In的ZnO基半導(dǎo)體包括 InGaZnO、InZnO、Hf InZnO、TalnZnO、ZrlnZnO、 ηΖηΟ、AllnZnO、SnlnZnO。其中，所述摻In的ZnO基半導(dǎo)體中[In]/([In] +[第三金屬])的原子計(jì)數(shù)比為35% 80%，[Zn]/([In] + [Zn])的原子計(jì)數(shù)比為40% 85%。其中，各元素原子計(jì)數(shù)比為[In][第三金屬]:[Zn]
= I I I I 或者 1:1:1:2 或者 2:2:2:1 或者I : I : I : 4。其中，所述非晶態(tài)金屬氧化物包括Ιη203、ΑΖ0、ΖΤ0, ΙΤ0, IG0、ZnO、Sn0x。依照本發(fā)明的高穩(wěn)定性非晶態(tài)金屬氧化物晶體管器件結(jié)構(gòu)，通過(guò)不同材料構(gòu)成的溝道保護(hù)層可以有效保護(hù)非晶態(tài)氧化物半導(dǎo)體TFT中溝道導(dǎo)電層表面受外界環(huán)境、工藝、界面、電場(chǎng)等因素的影響，提高器件長(zhǎng)期電應(yīng)力穩(wěn)定性；同時(shí)可以避免為提高長(zhǎng)期穩(wěn)定性所額外引入的工藝成本，例如刻蝕阻擋層的應(yīng)用，非常規(guī)TFT結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，高質(zhì)量特殊工藝方法的柵介質(zhì)與鈍化層的應(yīng)用等。本發(fā)明所述目的，以及在此未列出的其他目的，在本申請(qǐng)獨(dú)立權(quán)利要求的范圍內(nèi)得以滿足。本發(fā)明的實(shí)施例限定在獨(dú)立權(quán)利要求中，具體特征限定在其從屬權(quán)利要求中。


以下參照附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，其中圖IA是依照本發(fā)明第一實(shí)施例的前溝道鈍化的雙層異構(gòu)非晶態(tài)氧化物TFT的剖面示意圖；圖IB是依照本發(fā)明的第二實(shí)施例的后溝道鈍化的雙層異構(gòu)非晶態(tài)氧化物TFT的剖面示意圖；圖IC是依照本發(fā)明的第三實(shí)施例的前后溝道鈍化的多層異構(gòu)非晶態(tài)氧化物TFT的剖面示意圖；以及圖2A至圖2D是依照本發(fā)明第一實(shí)施例的前溝道鈍化的雙層異構(gòu)非晶態(tài)氧化物TFT的制造工藝各步驟對(duì)應(yīng)的剖面示意圖。附圖標(biāo)記10、襯底 11、緩沖層20、柵電極30、柵絕緣介質(zhì)層
40A、溝道保護(hù)層 40B、溝道導(dǎo)電層50、源漏電極60、鈍化層
具體實(shí)施例方式以下參照附圖并結(jié)合示意性的實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明技術(shù)方案的特征及其技術(shù)效果，公開(kāi)了高穩(wěn)定性非晶態(tài)金屬氧化物晶體管器件結(jié)構(gòu)及其制備方法。需要指出的是，類似的附圖標(biāo)記表示類似的結(jié)構(gòu)，本申請(qǐng)中所用的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“上”、“下”等等可用于修飾各種器件結(jié)構(gòu)。這些修飾除非特別說(shuō)明并非暗示所修飾器件結(jié)構(gòu)的空間、次序或?qū)蛹?jí)關(guān)系。實(shí)施例I如圖IA所示，為依照本發(fā)明的第一實(shí)施例的前溝道鈍化的雙層異構(gòu)非晶態(tài)氧化·物TFT的剖面示意圖，包括襯底10、襯底10上的緩沖層11、緩沖層11上的(倒)柵電極20、覆蓋柵電極20和緩沖層11的柵絕緣介質(zhì)層30、柵絕緣介質(zhì)層30上的溝道保護(hù)層40A、溝道保護(hù)層40A上的溝道導(dǎo)電層40B、覆蓋部分溝道導(dǎo)電層40B和緩沖層11的源漏電極50、以及覆蓋整個(gè)器件表面鈍化層。其制造方法可一并參見(jiàn)附圖2A至2D。首先，參照?qǐng)D2A，提供襯底10，并優(yōu)選在襯底10上形成緩沖層11。其中，襯底10為絕緣襯底并提供支撐，其材質(zhì)例如為表面為絕緣層的硅片(優(yōu)選在體硅襯底上沉積或熱氧化制成二氧化硅的襯墊層，還可以在體硅上形成氮化硅或氮氧化硅的絕緣層)、玻璃(鈉鈣玻璃、鋁鎂玻璃、鉀玻璃、鉛玻璃、硼硅玻璃等，可以摻雜為常用的硼磷硅玻璃BPSG，也可以是旋涂玻璃S0G，玻璃襯底I優(yōu)選具有矩形形狀以適于切割和大面積制造且低雜質(zhì)污染)、石英、塑料(優(yōu)選為具有較高熔點(diǎn)和硬度以及良好絕緣性的組合物)、背部鏤空的體硅片襯底以及具有良好絕緣性的聚合物襯底。襯底10基本為平板狀，包括一對(duì)主表面，也即下表面和上表面。襯底10的上表面可以具有粗糙結(jié)構(gòu)、周期性凹凸結(jié)構(gòu)，以便增強(qiáng)接合強(qiáng)度，例如通過(guò)稀HF酸濕法刻蝕或等離子體刻蝕等常用技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，還可以形成緩沖層11以減緩應(yīng)力或粘合層以增強(qiáng)接合強(qiáng)度。接著，參照?qǐng)D2B，在襯底10(以及緩沖層11)的上表面上形成柵電極20，優(yōu)選采用派射淀積的方式，其材質(zhì)例如為Mo、Pt、Al、Ti、Co、Au、Cu等,此外還可以是具有導(dǎo)電功能的其他材料，例如摻雜多晶硅，例如TiN、TaN等金屬氮化物等等。制備時(shí)可以先均勻?yàn)R射淀積一層電極層材料，然后依據(jù)電極版圖進(jìn)行蝕刻移除不需要的部分。接著在柵電極20以及襯底10/緩沖層11上例如通過(guò)低溫淀積形成柵絕緣介質(zhì)層30，其材質(zhì)例如為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等常規(guī)絕緣介質(zhì)材料，或者是例如鉿基、稀土基金屬氧化物等的高k絕緣介質(zhì)材料，或者是以上這些材料的組合，組合方式包括但不限于層疊、混雜。然后，參照附圖2C，在柵絕緣介質(zhì)層30上形成溝道層40。在有源驅(qū)動(dòng)OLED與IXD平板顯示中，相比多晶、晶態(tài)與微晶半導(dǎo)體，非晶態(tài)氧化物半導(dǎo)體表現(xiàn)出短程有序，各向同性，制作工藝簡(jiǎn)單，易做成大面積導(dǎo)電薄膜，十分有利于基礎(chǔ)TFT的有源區(qū)制作。以典型材料IGZO為例，三元混合型非晶態(tài)氧化物金屬半導(dǎo)體IGZO由In203、Ga203和ZnO構(gòu)成，禁帶寬度在3. 4eV左右，是一種離子性非晶態(tài)N型半導(dǎo)體材料。In2O3中的In3+可以形成5S電子軌道，有利于載流子的高速傳輸；Ga203有很強(qiáng)的離子鍵，可以抑制O空位的產(chǎn)生；ZnO中的Zn2+可以形成穩(wěn)定四面體結(jié)構(gòu)，理論上可以使金屬氧化物IGZO形成穩(wěn)定較高導(dǎo)電的非晶結(jié)構(gòu)。非晶態(tài)氧化物半導(dǎo)體屬于離子性的非晶態(tài)半導(dǎo)體，導(dǎo)電通過(guò)大半徑的原子外層電子云相互交疊而實(shí)現(xiàn)載流子輸運(yùn)，因而遷移率較大(10 100cm2/V *s)。因此,本發(fā)明技術(shù)方案中使用非晶態(tài)氧化物半導(dǎo)體來(lái)形成溝道層40。常見(jiàn)的制作方法為磁控濺射法(Sputter)、化學(xué)氣相沉積法(CVD)、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)、分子束外延(MBE)、脈沖激光沉積法(PLD)、溶膠-凝膠法(SOL-GEL)、水熱法等，在本發(fā)明中優(yōu)選使用磁控濺射法形成方式。其中，溝道層40由非晶態(tài)氧化物半導(dǎo)體構(gòu)成，特別是寬帶隙(> =2. OeV)非晶態(tài)金屬氧化物半導(dǎo)體，其材料成分可為摻In的ZnO系半導(dǎo)體，具體地，包括InGaZnO、InZnO,HfInZnO、TaInZnO、ZrInZnO、YInZnO、AlInZnO、SnInZnO，其中，[In]/([In] + [第三金屬])的原子計(jì)數(shù)比為35% 80% ,[Zn]/([In]+ [Zn])的原子計(jì)數(shù)比為40% 85%。優(yōu)選的各元素原子計(jì)數(shù)比為[In][第三金屬]:[Zn] [O] = I I I I或者I :1:1:2或者2 2 2 I或者I : I : I : 4等。此外半導(dǎo)體還可為非晶態(tài)下的Ιη203、ΖΤ0(Ζη 與Sn的氧化物)、AZO (Al與Zn的氧化物)、ITO (In與Sn的氧化物)、IGO (In與Ga的氧化物)、ZnO、SnOx等二元或三元金屬氧化物半導(dǎo)體材料或者其金屬摻雜物。在導(dǎo)電過(guò)程中，由于氧空位參與導(dǎo)電，因此氧空位濃度易受到各種環(huán)境、材料、工藝因素的影響，影響器件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性；由于是離子性的半導(dǎo)體，離子間鍵合能比較弱，長(zhǎng)期電學(xué)應(yīng)力可造成離子鍵破裂，改變氧空位濃度與載流子濃度，影響器件電學(xué)特性的長(zhǎng)期穩(wěn)定性；In元素主要提供電子通道，Ga元素鈍化氧空位濃度，Zn元素穩(wěn)定材料微結(jié)構(gòu)，因此提聞Ga, Zn等兀素含量可以提聞材料穩(wěn)定性。在TFT集成工藝中，溝道如表面易受:到有源區(qū)/柵介質(zhì)界面表面態(tài)、懸掛鍵、缺陷，以及柵介質(zhì)中氫、氧成分的外擴(kuò)影響，可以改變溝道前表面的載流子分布導(dǎo)致異常的溝道導(dǎo)電特性；同時(shí)柵電極的電場(chǎng)以及溝道表面的耗盡區(qū)電場(chǎng)可以改變材料的鍵合特性、電荷陷阱注入特性也可導(dǎo)致異常的溝道導(dǎo)電特性。對(duì)于常規(guī)BCE結(jié)構(gòu)，缺乏刻蝕阻擋層，背溝道受到源漏電極的干法刻蝕影響，產(chǎn)生較多的等離子體損傷，可以改變溝道上表面的載流子分布導(dǎo)致異常的溝道導(dǎo)電特性；同時(shí)外界環(huán)境，或者鈍化層中氫、氧成分的外擴(kuò)影響以及淀積工藝影響可以改變溝道上表面的載流子分布導(dǎo)致異常的溝道導(dǎo)電特性。有鑒于此，本發(fā)明技術(shù)方案中對(duì)于由非晶態(tài)氧化物半導(dǎo)體構(gòu)成的溝道層40進(jìn)一步細(xì)分為至少包括一個(gè)溝道保護(hù)層40A和至少一個(gè)溝道導(dǎo)電層40B。其中，溝道保護(hù)層40A采用第一型材料，其材料的載流子濃度相對(duì)較低、元素間鍵合能較大，主要是為了保護(hù)和/或鈍化溝道，同時(shí)能兼顧溝道導(dǎo)電；溝道導(dǎo)電層40B采用第二型材料，其材料的載流子濃度相對(duì)較高、元素間鍵合能較小、載流子遷移率較高，以便能增強(qiáng)TFT性能。具體材料選擇與組合形式如下(I)第一型材料為摻有第三方金屬元素X的In基氧化物ΧΙΖ0，第二型材料為未摻雜第三方金屬元素X的In基氧化物(例如IZO、ln203、IG0、ΙΤ0)，通過(guò)在第一型的In基材料中添加第三方金屬元素作為鈍化元素來(lái)保護(hù)溝道，其中X包括但不限于Ga、Hf、Ta、Zr、Y、Al、Sn。(2)第一型材料為非In基氧化物(例如Zn0、AZ0、ZT0、Sn0x)，第二型材料為In基氧化物，其中In基氧化物摻雜有或者未摻雜第三方金屬元素X，也即包括XIZO、IZO、Ιη203、I GO, ITO，類似地，X包括但不限于Ga、Hf、Ta、Zr、Y、Al、Sn。通過(guò)非In基材料較高的元素鍵合能與較低的氧空位濃度來(lái)保護(hù)溝道。(3)第一型材料中氧的含量高于第二型材料中氧的含量，通過(guò)較低的氧空位濃度來(lái)保護(hù)溝道。具體地，第一型材料和/或第二型材料均可包括XIZO、IZO、Ιη203、ΙΤ0、I GO,ZnO、AZO、ZTO、SnOx，只是氧含量不同。(4)第一型材料與第二型材料均為In基氧化物，也即包括XIZO、ΙΖ0、Ιη203、ΙΤ0、IG0，其中第一型材料中非In元素的含量高于第二型材料中非In元素的含量，例如a)第一型材料為XxlIylZzlO,第二型材料為Xx2Iy2Zz2O,其中摩爾比xl > x2，或者zl> z2 ；b)第一型材料為IylZzlO,第二型材料為Iy2Zz2O,其中摩爾比zl > z2 ;c)第一型材料為IylTzlO,第二型材料為Iy2Tz2O,其中摩爾比zl > z2 ; d)第一型材料為IylGzlO,第二型材料為Iy2Gz2O,其中摩爾比zl > z2。以上的組合通過(guò)更多非In基材料高元素鍵合能與較低氧空位濃度來(lái)保護(hù)溝道。(5)第一型材料與第二型材料為Zn基氧化物(例如ΑΖ0，ZTO等)，其中第一型材料中Zn元素的含量高于第二型材料中Zn元素的含量，例如a)第一型材料為AylZzlO,第二型材料為Ay2Zz2O,其中摩爾比zl > z2 ;b)第一型材料為ZylTzlO,第二型材料為Zy2Tz2O,其中摩爾比yl > y2。以上組合通過(guò)較多Zn基材料高元素鍵合能與更低氧空位濃度來(lái)保護(hù)溝道。在本發(fā)明第一實(shí)施例中，柵絕緣介質(zhì)層30上首先形成由第一型材料構(gòu)成的溝道保護(hù)層40A以鈍化溝道前表面界面與材料缺陷，然后形成由第二型材料構(gòu)成的溝道導(dǎo)電層40B以作為主要導(dǎo)電溝道，也即溝道保護(hù)層40A(僅)在溝道導(dǎo)電層40B的下方。其中，溝道保護(hù)層40A厚度例如為I 50nm，溝道導(dǎo)電層40B厚度例如為5 150nm。最后，在溝道層40上形成源漏電極50以及鈍化層60。采用常用的淀積方法在溝道層40兩端形成TFT的源漏電極50，電極材料包括Mo、Pt、Al、Ti、Co、Au、Cu、多晶硅、TiN、TaN及其組合。隨后在TFT器件上低溫淀積電學(xué)隔離絕緣與鈍化保護(hù)介質(zhì)層(以下簡(jiǎn)稱為鈍化層)60，其材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、高k材料及其組合。最后可以開(kāi)接觸孔(未示出)做金屬引出和集成到隨后的AMOLED與AMIXD顯示面板結(jié)構(gòu)中。由此完成了圖IA所示的前溝道鈍化的雙層異構(gòu)非晶態(tài)氧化物TFT，通過(guò)上述兩種特性不同的非晶態(tài)氧化物材料來(lái)制作溝道導(dǎo)電層與溝道保護(hù)層，有效提高了器件的穩(wěn)定性。實(shí)施例2與實(shí)施例3與實(shí)施例I類似地，實(shí)施例2與實(shí)施例3所示的TFT結(jié)構(gòu)也包括由至少一個(gè)溝道保護(hù)層40A與至少一個(gè)溝道導(dǎo)電層40B構(gòu)成的多層溝道，其中構(gòu)成溝道保護(hù)層40A的第一型材料與構(gòu)成溝道導(dǎo)電層40B的第二型材料具體如實(shí)施例I中所述，區(qū)別在于如圖IB所示，實(shí)施例2所示的后溝道鈍化的雙層異構(gòu)非晶態(tài)氧化物TFT中，溝道保護(hù)層40A(僅)位于溝道導(dǎo)電層40B的上方，由此鈍化溝道后表面界面與材料缺陷。其相應(yīng)的制造方法與實(shí)施例I區(qū)別在于先沉積第二材料構(gòu)成的溝道導(dǎo)電層40B，然后沉積第一材料構(gòu)成的溝道保護(hù)層40A。如圖IC所示，實(shí)施例3所示的前后溝道鈍化的多層異構(gòu)非晶態(tài)氧化物TFT中，溝道保護(hù)層40A位于溝道導(dǎo)電層40B的上下兩側(cè)，由此均鈍化溝道前、后表面界面與材料缺陷，更加完善了器件性能。其相應(yīng)的制造方法與實(shí)施例I區(qū)別在于先沉積第一材料構(gòu)成的溝道保護(hù)層40A，接著沉積第二材料構(gòu)成的溝道導(dǎo)電層40B，然后再沉積第一材料構(gòu)成的溝道保護(hù)層40A。類似地，溝道保護(hù)層40A不僅可位于溝道導(dǎo)電層40B的上和/或下面，還可以包裹溝道導(dǎo)電層40B的側(cè)面?；蛘撸瑴系缹?dǎo)電層40B與溝道保護(hù)層40A為多層夾設(shè)層疊的結(jié)構(gòu)，也即多個(gè)溝道導(dǎo)電層40B與多個(gè)溝道保護(hù)層40A交錯(cuò)層疊。實(shí)施例2與實(shí)施例3其他部分與實(shí)施例I類似，在此不再贅述。值得注意的是，上述通過(guò)非晶態(tài)氧化物半導(dǎo)體溝道材料的不同來(lái)構(gòu)建多層異構(gòu)鈍化保護(hù)溝道表面的結(jié)構(gòu)同樣適用于其它TFT結(jié)構(gòu)，包括倒柵堆疊、倒柵共平面、自對(duì)準(zhǔn)正柵、堆疊正柵等，以及ESL結(jié)構(gòu)。也即，不論TFT具體結(jié)構(gòu)如何，只要采用了本發(fā)明的多層溝道結(jié)構(gòu)，即落入本發(fā)明公開(kāi)以及請(qǐng)求保護(hù)的范圍。依照本發(fā)明的高穩(wěn)定性非晶態(tài)金屬氧化物晶體管器件結(jié)構(gòu)，通過(guò)不同材料構(gòu)成的·溝道保護(hù)層可以有效保護(hù)非晶態(tài)氧化物半導(dǎo)體TFT中溝道導(dǎo)電層表面受外界環(huán)境、工藝、界面、電場(chǎng)等因素的影響，提高器件長(zhǎng)期電應(yīng)力穩(wěn)定性；同時(shí)可以避免為提高長(zhǎng)期穩(wěn)定性所額外引入的工藝成本，例如刻蝕阻擋層的應(yīng)用，非常規(guī)TFT結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，高質(zhì)量特殊工藝方法的柵介質(zhì)與鈍化層的應(yīng)用等。盡管已參照一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知曉無(wú)需脫離本發(fā)明范圍而對(duì)器件結(jié)構(gòu)做出各種合適的改變和等價(jià)方式。此外，由所公開(kāi)的教導(dǎo)可做出許多可能適于特定情形或材料的修改而不脫離本發(fā)明范圍。因此，本發(fā)明的目的不在于限定在作為用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳實(shí)施方式而公開(kāi)的特定實(shí)施例，而所公開(kāi)的器件結(jié)構(gòu)及其制造方法將包括落入本發(fā)明范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種高穩(wěn)定性非晶態(tài)金屬氧化物TFT器件，包括襯底、柵電極、柵絕緣介質(zhì)層、非晶態(tài)金屬氧化物構(gòu)成的溝道層、源漏電極以及鈍化層，其特征在于溝道層包括至少一個(gè)由第一型材料構(gòu)成的溝道保護(hù)層以及至少一個(gè)由第二型材料構(gòu)成的溝道導(dǎo)電層。
2.如權(quán)利要求I的器件，其中，溝道保護(hù)層位于溝道導(dǎo)電層的上面和/或下面。
3.如權(quán)利要求I的器件，其中，第一型材料為摻有第三方金屬元素X的In基氧化物，第二型材料為未摻有第三方金屬元素的In基氧化物。
4.如權(quán)利要求I的器件，其中，第一型材料為非In基氧化物，第二型材料為In基氧化物。
5.如權(quán)利要求I的器件，其中，第一型材料中氧的含量高于第二型材料中氧的含量。
6.如權(quán)利要求I的器件，其中，第一型材料與第二型材料均為In基氧化物，第一型材料中非In元素的含量高于第二型材料中非In元素的含量。
7.如權(quán)利要求I的器件，其中，第一型材料與第二型材料均為Zn基氧化物，第一型材料中Zn元素的含量高于第二型材料中Zn元素的含量。
8.如權(quán)利要求3、4、6的器件，其中，In基氧化物包括XIZO、IZO、In2O3> I GO、ITO0
9.如權(quán)利要求3的器件，其中，第三方金屬元素X包括Ga、Hf、Ta、Zr、Y、Al、Sn。
10.如權(quán)利要求4的器件，其中，非In基氧化物包括Zn0、AZ0、ZT0、Sn0x。
11.如權(quán)利要求7的器件，其中，Zn基氧化物包括ΑΖ0、ΖΤ0。
12.如權(quán)利要求I的器件，其中，溝道保護(hù)層厚度為I 50nm，溝道導(dǎo)電層厚度為5 150nmo
13.如權(quán)利要求I的器件，其中，襯底包括表面為絕緣層的硅片、玻璃、石英、塑料、背部鏤空的硅片基底。
14.如權(quán)利要求I的器件，其中，柵電極的材料包括Mo、Pt、Al、Ti、Co、Au、Cu、多晶硅、TiN, TaN及其組合。
15.如權(quán)利要求I的器件，其中，柵絕緣介質(zhì)層和/或鈍化層的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、高k材料及其組合。
16.如權(quán)利要求I的器件，其中，非晶態(tài)金屬氧化物包括摻In的ZnO基半導(dǎo)體，所述摻In 的 ZnO 基半導(dǎo)體包括 InGaZnO、InZnO, HfInZnO, TaInZnO, ZrInZnO, YInZnO, AlInZnO,SnInZnO0
17.如權(quán)利要求16的器件，其中，所述摻In的ZnO基半導(dǎo)體中[In]/([In]+[第三金屬])的原子計(jì)數(shù)比為35% 80%，[Zn]/([In]+ [Zn])的原子計(jì)數(shù)比為40% 85%。
18.如權(quán)利要求16的器件，其中，各元素原子計(jì)數(shù)比為[In]:[第三金屬]:[Zn] [O] = I I: I: I 或者 I: I: 1:2 或者 2:2:2: I 或者I : I : I : 4。
19.如權(quán)利要求I的器件，其中，所述非晶態(tài)金屬氧化物包括In203、AZ0、ZT0、IT0、IG0、ZnO、SnOx。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高穩(wěn)定性非晶態(tài)金屬氧化物TFT器件，包括襯底、柵電極、柵絕緣介質(zhì)層、非晶態(tài)金屬氧化物構(gòu)成的溝道層、源漏電極以及鈍化層，其特征在于溝道層包括至少一個(gè)由第一型材料構(gòu)成的溝道保護(hù)層以及至少一個(gè)由第二型材料構(gòu)成的溝道導(dǎo)電層。依照本發(fā)明的高穩(wěn)定性非晶態(tài)金屬氧化物晶體管器件結(jié)構(gòu)，通過(guò)不同材料構(gòu)成的溝道保護(hù)層可以有效保護(hù)非晶態(tài)氧化物半導(dǎo)體TFT中溝道導(dǎo)電層表面受外界環(huán)境、工藝、界面、電場(chǎng)等因素的影響，提高器件長(zhǎng)期電應(yīng)力穩(wěn)定性；同時(shí)可以避免為提高長(zhǎng)期穩(wěn)定性所額外引入的工藝成本，例如刻蝕阻擋層的應(yīng)用，非常規(guī)TFT結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，高質(zhì)量特殊工藝方法的柵介質(zhì)與鈍化層的應(yīng)用等。
文檔編號(hào)H01L29/786GK102969362SQ201110257880
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者殷華湘, 王玉光, 董立軍, 陳大鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所