專利名稱：透明氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用選自氧化鋅、氧化銦、氧化錫和氧化鎘的透明氧化物半導(dǎo)體制造的晶體管，其中在沉積所述氧化物半導(dǎo)體時(shí)沒有特意摻入額外的摻雜元素，本發(fā)明還涉及所述氧化物半導(dǎo)體的沉積方法。透明氧化物半導(dǎo)體可用于制造透明薄膜晶體管。透明晶體管可用于控制顯示器中的像素。由于是透明的，晶體管不會(huì)顯著降低像素的有效面積。
背景技術(shù)：
Fortunato 等人(Materials Research Society Symposium Proceedings (2001)666 )描述了通過射頻磁控管濺射法沉積在聚酯上的含鋁氧化鋅薄膜。日本專利申請(qǐng)JP2002076356 A中記述了一種由氧化鋅制成的并摻雜了過渡金屬元素的溝道層。Goodman (US 4204217A)公開了一種液晶晶體管。Ohya 等(Japanese Journal of Applied Physics,Part I(Jan.2001)vol40，n0.1, p297-8)公開了一種由化學(xué)溶液沉積法制備的ZnO薄膜晶體管。Maniv 等(J.Vac.Sci Technol.，A (1983)，I (3)，1370-5)記述了 由改進(jìn)的反應(yīng)平面磁控管濺射技術(shù)制備的導(dǎo)電ZnO薄膜。Giancaterian 等(Surface and Coatings Technology (2001) 138 (I)，84-94)記述了由射頻磁控管濺射法沉積的氧化鋅涂層。Seager 等(Appl.Phys.Lett.68, 2660-2662，1996)記述了利用鐵電絕緣體發(fā)出的電場(chǎng)來控制或調(diào)節(jié)ZnO: Al或ZnO:1n導(dǎo)電膜的電阻。在2000 年 8 月期的 Materials Research Bullitin, Volume 25 (8) 2000 中回顧了透明導(dǎo)電氧化物，專門論述了透明導(dǎo)電氧化物的材料和性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及新型的透明氧化物半導(dǎo)體(TOS)薄膜晶體管(TFT)及其沉積方法，其中透明氧化物半導(dǎo)體(TOS)選自氧化鋅(ZnO)、氧化銦(In2O3)、氧化錫(SnO2)或氧化鎘(CdO)半導(dǎo)體及其組合。所述TFT結(jié)構(gòu)包括具有用于將電流注入TOS的通常稱為源極和漏極的導(dǎo)電電極的T0S，以及用于控制和/或調(diào)節(jié)源-漏電流的電容充電電路。半導(dǎo)體沉積工藝采用磁控管濺射技術(shù)，在具有可控氧氣分壓的惰性氣體氣氛中濺射氧化物(ΖηΟ、Ιη203、SnO2, CdO)或金屬(Zn、In、Sn、Cd)靶。這是一種與溫度敏感基底和元件相容的低溫工藝。TOS TFT的一個(gè)特別誘人的應(yīng)用是用于在柔性聚合物基底(基板，襯底)上的顯示器驅(qū)動(dòng)電路。本方法具體涉及在場(chǎng)效應(yīng)晶體管中沉積無摻雜的透明氧化物半導(dǎo)體，包括選自以下的一種方法:
在混合了惰性氣體的氧氣有效分壓下物理氣相沉積無摻雜的TOS ；
在有效氧氣分壓下電阻蒸發(fā)無摻雜的TOS ；
在有效氧氣分壓下激光蒸發(fā)無摻雜的TOS ；
在有效氧氣分壓下電子束蒸發(fā)無摻雜的TOS ;和
在有效氧氣分壓下化學(xué)氣相沉積無摻雜的！OS。
本發(fā)明還涉及一種包括無摻雜的透明氧化物半導(dǎo)體的晶體管。在一個(gè)實(shí)施方案中，晶體管位于柔性基底上并進(jìn)一步包含由選自氧化鋅、氧化銦、氧化錫和氧化鎘的材料制成的柵極介質(zhì)。


圖1顯示了在10毫托和20毫托的氬氣和氧氣中射頻磁控管濺射的ZnO膜中，電阻率與p02的關(guān)系。
圖2顯示了通過PVD或CVD法制造的ZnO膜的總的電阻特性與氧氣源分壓的關(guān)系。
圖3顯示了 ZnO TFT的測(cè)試結(jié)構(gòu)。
圖4顯示了 ρ02=Ρ。條件下制造的射頻磁控管濺射薄膜的ZnO TFT 1-V曲線。
圖5顯示了 p02=2P。條件下制造的射頻磁控管濺射薄膜的ZnO TFT 1-V曲線。
圖6顯示了 p02=0.75P。條件下制造的射頻磁控管濺射薄膜的ZnO TFT 1-V曲線。
圖7顯示了 p02=0.08P。條件下制造的射頻磁控管濺射薄膜的ZnO TFT 1-V曲線。
圖8顯示了 p02=20P。條件下制造的射頻磁控管濺射薄膜的ZnO TFT 1-V曲線。
圖9 (a)和(b)顯示了在柔性基底上制造的ZnO TFT的1-V曲線。圖9 (a)顯示了柵電壓以IV的幅度從OV增加到20V時(shí)Id相對(duì)于Vd的曲線。圖9 (b)顯示了 Vd = 20V時(shí)Id對(duì)柵電壓的曲線。在此晶體管中，W=400ym，L=40 μ m。
圖10顯示了僅由ZnO構(gòu)成的TFT的光學(xué)圖像。
圖11顯示了僅由ZnO構(gòu)成的TFT的1-V曲線。
圖12顯示了 p02接近P。時(shí)制造的氧化銦TFT的1-V曲線。
圖13顯示了柵電壓在O到3V以及Vd在O到3V之間時(shí)，晶體管電流(Id)對(duì)漏電壓(Vd)的曲線圖。
具體實(shí)施方式
、雖然現(xiàn)在大部分電子器件是制造在剛性基底如單晶Si或玻璃上的，但對(duì)在塑性或柔性基底上制造的電子器件的關(guān)注在不斷增長(zhǎng)，特別是因?yàn)樗鼈兊臋C(jī)械強(qiáng)度會(huì)更高、重量更輕，且通過卷到卷法制造可能會(huì)更便宜。但是，塑性基底，例如聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(例如，Mylar ' E.1.Dupont de Nemours Inc., Wilmington, DE)限制了器件的加工要低于100°C。一個(gè)后果就是基于Si甚至是非晶Si的電子元器件與對(duì)溫度敏感的塑性基底不相容。這刺激了對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體作為一種低溫類的替代物質(zhì)的廣泛關(guān)注。然而，對(duì)于器件應(yīng)用，大部分有機(jī)半導(dǎo)體與非晶Si相比通常電子性能較差。而且，有機(jī)材料在普通大氣條件下通常會(huì)降解，需要保護(hù)措施。相反，與對(duì)溫度敏感的基底加工相容且電子性能與非晶Si相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定的無機(jī)半導(dǎo)體，能使電子元器件適合于多種柔性基底。對(duì)于這種應(yīng)用，基于新型濺射透明氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管可以制在柔性基底上且具有很好的電子性能。該TOS在電磁波頻譜的可見部分也是透明的。這可能在電子顯示器應(yīng)用中尤其有利(I)。例如，磁控管濺射法被用于形成ZnO半導(dǎo)體層。采用某一特定范圍內(nèi)的沉積條件，沒有特意對(duì)基底加熱(與低溫塑性基底相容)，制得了具有良好的電子傳遞性能的多晶(X-射線衍射)ZnO層。該ZnO層適于用作TFT中的半導(dǎo)體。本發(fā)明的ZnO半導(dǎo)體和這些TOS的原型的良好傳導(dǎo)特性包括對(duì)較低的器件“關(guān)”電流的高電阻率與對(duì)較高的器件“開”電流的高電荷載流子遷移率相結(jié)合。在本發(fā)明的濺射ZnO薄膜中，電阻率通過計(jì)量沉積過程中的氧氣分壓來控制。我們制備ZnO的一個(gè)新穎性方面是，發(fā)現(xiàn)了有利于獲得低ZnO膜應(yīng)力的濺射條件同樣有利于在室溫下制造的ZnO TFT器件的高跨導(dǎo)和高開/關(guān)電流比。據(jù)信其原因在于低應(yīng)力ZnO膜具有更少的缺陷和有利的電子結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了更高的電荷載流子遷移率。因此，本發(fā)明的ZnO膜顯示了更好的TFT器件性倉(cāng)泛。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，源極、漏極和柵極是電阻蒸發(fā)的約IOOnm厚的Al。ZnO半導(dǎo)體是通過射頻磁控管濺射法在Ar和O2混合氣體中制造的約IOOnm厚的層。柵極絕緣體是通過電子束蒸氣沉積的Al2O3,厚度在IOOnm到300nm之間?；资蔷蹖?duì)苯二甲酸
乙二酯(PET 和Kapton 聚酸亞胺，Ε.1.Dupont de Nemours Inc., Wilmington, DE)0 所有
的沉積都是在維持基底于室溫或接近室溫條件下進(jìn)行的。薄膜晶體管(TFT)是一種有源器件，它是用于轉(zhuǎn)換和放大電信號(hào)的電子電路的基本結(jié)構(gòu)單元。TFT器件的特征包括低開啟電壓、高跨導(dǎo)或器件電流/ (柵)控制電壓比以及高“開”(Vg > O)電流對(duì)“關(guān)”(Vg彡O)電流比。在本發(fā)明的典型TFT結(jié)構(gòu)中，基底是紙或聚合物，例如PET，PEN，Kapton等。源和漏導(dǎo)電電極在基底上構(gòu)圖。然后沉積T0S，接著是柵絕緣層如SiO2或八1203。最后，柵導(dǎo)電電極沉積在柵極絕緣層上。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，這只是許多可能的TFT制造方案中的一種。在此器件的運(yùn)行過程中，只有當(dāng)控制柵電極通電時(shí)，加到源極和漏極之間的電壓才會(huì)產(chǎn)生顯著的電流。也就是說，源極和漏極之間的電流是通過施加在柵極上的偏置電壓來調(diào)節(jié)或控制的。TOS TFT的材料和器件參數(shù)之間的關(guān)系可以用以下近似方程式來表示:Isd=(ff/2L)Cy (Vg)2其中Isd是飽和源一漏電流，C是與絕緣層有關(guān)的幾何柵電容，W和L是實(shí)際器件尺寸，μ是TOS中的載流子(空穴或電子)遷移率，Vg是施加的柵電壓。理想情況下，只有當(dāng)施加適當(dāng)極性的柵電壓時(shí)，TFT才會(huì)通過電流。然而，在零柵電壓下源極和漏極間的“關(guān)”電流依賴于TOS的固有導(dǎo)電率:ο =nq μ其中η是電荷載流子密度，q是電荷，所以(Isd) = Q (Wt/L ) VsdOVg=O這里t是TOS層的厚度，Vsd是施加在源極和漏極間的電壓。因此，要使TFT在例如顯示器中用作具有高開/關(guān)電流比的優(yōu)質(zhì)電子開關(guān)，TCOS半導(dǎo)體必須具有高載流子遷移率，但非常小的固有導(dǎo)電率，或換言之，低的電荷載流子密度。對(duì)于實(shí)際器件所期望的開/關(guān)電流比> IO3。
具體地，當(dāng)無摻雜的ZnO薄膜是在一定氧氣分壓p02下由Zn或ZnO革巴直流或射頻磁控管濺射而得時(shí)，隨著PO2的增加，容積電阻率(R)突然從強(qiáng)半導(dǎo)電性(R 10_2 Ω cm)變到幾乎絕緣(R 106-108 Qcm)。對(duì)于由無摻雜的ZnO靶射頻磁控管濺射的ZnO膜，R對(duì)ρ02的關(guān)系如圖1。(對(duì)于氧化銦、氧化錫和氧化鎘薄膜，R對(duì)PO2的關(guān)系與此相似)。濺射系統(tǒng)由一個(gè)低溫抽氣式不銹鋼真空室(大約為25英寸直徑X 15英寸高)構(gòu)成，室內(nèi)具有一個(gè)供基底用的水冷式固定臺(tái)。靶的直徑為6.5英寸，基底與靶的距離大約為3英寸，射頻(13.56MHz)電源通過標(biāo)準(zhǔn)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)與靶相連。靶的售主分析表明它含有含量< 20ppm的As、Fe、Cd、Cu、Ca、Mn、Na、Pb雜質(zhì)。對(duì)于圖1中給出電阻率的ZnO膜，存在一個(gè)臨界氧氣分壓P。，電阻率在此P。附近的變化Λ Rc非常大和急劇。P。定義為與電阻率突然上升的中點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的氧氣分壓。具體地，對(duì)于Py2-2P。之間的？02，厶1 。的增加>1040 011。對(duì)于圖1，臨界壓力P。大約為10一5托。如圖2中所示，對(duì)于由需要氧氣源用于合成的任何氣相沉積方法(物理或化學(xué)氣相沉積)所制備的ZnO膜和其他TOS膜，在臨界氧氣分壓Pc時(shí)發(fā)生R相對(duì)于p02突然顯著變化這一特性是一種普遍結(jié)果。物理氣相沉積(PVD)主要包括所有形式的濺射方法(射頻、直流、磁控管、二極管、三極管、離子束)和蒸發(fā)方法(電阻、激光、電子束)。通常TOS的PVD依賴于相應(yīng)金屬或金屬氧化物的固體或熔融源?；瘜W(xué)氣相沉積(CVD)需要化學(xué)氣相傳導(dǎo)和化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行成膜。反應(yīng)物通常為氣相，反應(yīng)類型的例子包括裂解、還原、氧化、歧化和形成化合物。CVD方法包括低壓(LPCVD)、等離子增強(qiáng)(PECVD)、原子層化學(xué)氣相沉積(ALCVD,又稱原子層沉積，ALD)和激光增強(qiáng)(LECVD)法。
與制備方法無關(guān)，P。確定了氧化物的生長(zhǎng)條件，此時(shí)原子氧的到達(dá)速率正好與原子Zn、In、Sn或Cd的到達(dá)速率相匹配，以形成具有半絕緣性電阻率即 IO8 Ω cm的化學(xué)計(jì)量比的氧化物，例如ZnO。因此，即使僅僅稍微偏離化學(xué)計(jì)量比，例如也會(huì)成數(shù)量級(jí)地降低電阻率，這是因?yàn)?.01 %的過量Zn對(duì)應(yīng)著 IO19個(gè)自由電子(每個(gè)間隙Zn離子兩個(gè)電子)或?qū)τ讦?lcm2/V-s時(shí) I Ω cm的電阻率。因此,與制備方法無關(guān),在P。附近，即使PO2只發(fā)生很小的變化也會(huì)導(dǎo)致電阻率的顯著、急劇變化。
然而，P。的實(shí)際值依賴于具體的沉積條件和具體的氧化物,也依賴于沉積系統(tǒng)的物理和動(dòng)力學(xué)特性。P。附近的電阻變化的實(shí)際大小Λ Rc也依賴于摻入氧化物膜的雜質(zhì)(摻雜物)的 水平。較低的雜質(zhì)水平會(huì)增加Λ R。的大小，而較高的雜質(zhì)含量會(huì)使之減小。但總的電阻特性是系統(tǒng)不變量，因此氣相沉積領(lǐng)域的技術(shù)人員可以找到用于制造無摻雜的TOS膜的某特定系統(tǒng)的P。。
基于名義上無摻雜的TOS的本發(fā)明的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，必須采用物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積，優(yōu)選射頻磁控管濺射法，在有效氧氣分壓下進(jìn)行沉積。有效氧氣分壓是約為臨界分壓的一個(gè)氧氣分壓范圍，這樣電阻率就能處于很低的氧氣分壓時(shí)的低的、接近導(dǎo)電的值和高氧氣分壓時(shí)的高的、接近絕緣的值之間。當(dāng)在優(yōu)選的氧氣分壓范圍即0.1Pc < ρ02< IOPc內(nèi)和更加優(yōu)選的范圍即0.5Ρ。< ρ02 < 2Ρ。內(nèi)，通過氣相沉積法制造TOS時(shí)，產(chǎn)生最佳的性能(高溝道電流和高器件開/關(guān)比)。以下磁控管濺射的ZnO薄膜晶體管和In2O3 TFT的實(shí)施例說明了此效果。實(shí)施例1-3中，選擇了 0.1Pc < ρ02 < 10Ρ。，其中Pc。10_5托的濺射條件來制備ZnO。實(shí)施例4和5說明了在優(yōu)選的p02之外的濺射處理所制造的TFT性能較次。實(shí)施例6說明了一種在柔性基底上制造的ZnO TFT的結(jié)構(gòu)和性能。實(shí)施例7說明了由導(dǎo)電ZnO源極、漏極和柵極，半導(dǎo)電ZnO溝道和ZnO電介質(zhì)構(gòu)成的ZnO TFT的性能。實(shí)施例8記述了臨界氧氣分壓附近制造的氧化銦TFT的性能。圖3示出了這些實(shí)施例的ZnO和In2O3場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一般結(jié)構(gòu)。TFT在一側(cè)具有約IOOnm厚的熱氧化層的重?fù)诫sη型Si襯底上制造。200 μ m寬、間隔20 μ m的T1-Au源極和漏極(IOnm的繼以IOOmm的Au)通過傳統(tǒng)光刻法直接沉積和構(gòu)圖于熱氧化娃層上。T1-Au也作為公共柵極沉積在Si的背面，然后采用蔭罩在源極和漏極之間濺射大約IOOnm厚的ZnO和In2O3。這里所記述的TFT結(jié)構(gòu)包括具有用來向氧化物半導(dǎo)體注入電流的導(dǎo)電電極(通常稱為源極和漏極)的透明氧化物半導(dǎo)體和用來控制和/或調(diào)節(jié)源一漏電流的電容充電電路。半導(dǎo)體的沉積工藝采用了在惰性氣體內(nèi)可控的氧氣分壓氣氛下磁控管濺射一種氧化物或金屬靶的方法。這是一個(gè)與對(duì)溫度敏感的基底和組分相容的低溫工藝。TOS TFT的一個(gè)尤其誘人的應(yīng)用是用于柔性、聚合物基底上的顯示器驅(qū)動(dòng)電路。TOS晶體管和/或晶體管陣列在包括但不限于平板顯示器、有源基質(zhì)成像器、傳感器、射頻價(jià)格標(biāo)簽、電子紙系統(tǒng)、射頻識(shí)別標(biāo)簽和射頻存貨標(biāo)簽的應(yīng)用上非常有用。這里所記述的TFT結(jié)構(gòu)適用于柔性基底。柔性基底可以是聚合物膜，比如但不限于聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚醚砜(PES)和聚碳酸酯(PC)。柔性基底也可以是薄的金屬箔片，例如不銹鋼，前提是它們涂有絕緣層來與薄膜晶體管電隔離。通過控制沉積過程中的氧氣分壓，可以控制無摻雜金屬氧化物的電導(dǎo)率，使得金屬氧化物可以是絕緣體、半導(dǎo)體或?qū)w。這樣，通過改變氧氣分壓，薄膜晶體管的所有元件、半導(dǎo)體、導(dǎo)體(源極、漏極和柵極)和絕緣體(柵電介質(zhì))都可以在不同條件下由同種氧化物沉積而得。實(shí)施例實(shí)施例1采用圖3所示的晶體管結(jié)構(gòu)，利用遮板室溫下在源極和漏極之間射頻磁控管濺射沉積ZnO薄膜半導(dǎo)體。ZnO靶的直徑為6.5英寸，用于濺射的射頻功率為100W。濺射過程中總氣壓為20毫托，包含1X10 —5托的氧氣，或p02 = P。，其余的為氬氣。濺射時(shí)間為500秒時(shí)由光學(xué)方法測(cè)得的ZnO膜厚度是849A。圖4是柵電壓(Vg)在0-50V之間時(shí)的一組相應(yīng)的漏電流(Id)對(duì)漏電壓(Vd)的晶體管曲線。對(duì)于此器件，來自線性電流一電壓特性的場(chǎng)效應(yīng)遷移率(Ufe)視測(cè)定為1.2cm2/V-s，其中開/關(guān)比等于1.6X106。此開/關(guān)比對(duì)應(yīng)于在源極和漏極之間施加IOV電壓、柵極上的偏壓為50V和OV時(shí)的源一漏電流比。實(shí)施例2采用圖3所示的晶體管結(jié)構(gòu)，利用遮板室溫下在源極和漏極之間射頻磁控管濺射沉積ZnO薄膜半導(dǎo)體。ZnO靶直徑為6.5英寸，用于濺射的射頻功率為100W。濺射過程中總氣壓為20毫托，包含2X10 —5托的氧氣，或p02 = 2P。，其余的為氬氣。濺射時(shí)間為500秒時(shí)由光學(xué)方法測(cè)得的ZnO膜厚度是677A。圖5是柵電壓(Vg)在0-50V之間時(shí)的一組相應(yīng)的漏電流(Id)對(duì)漏電壓(Vd)的晶體管曲線。對(duì)于此器件，來自線性電流一電壓特性的場(chǎng)效應(yīng)遷移率(μ FE)被測(cè)定為0.3cm2/V-s，其中開/關(guān)比等于1X105。實(shí)施例3采用圖3所示的晶體管結(jié)構(gòu)，利用遮板室溫下在源極和漏極之間射頻磁控管濺射沉積ZnO薄膜半導(dǎo)體。ZnO靶直徑為6.5英寸，用于濺射的射頻功率為100W。濺射過程中總氣壓為20毫托，包含0.75X10 —5托的氧氣，或p02 = 0.75P。，其余的為氬氣。濺射時(shí)間為500秒時(shí)由光學(xué)方法測(cè)得的ZnO膜厚度是897A。圖6是柵電壓(Vg)在0-50V之間時(shí)的一組相應(yīng)的漏電流(Id)對(duì)漏電壓(Vd)的晶體管曲線。對(duì)于此器件，來自飽和電流一電壓特性的場(chǎng)效應(yīng)遷移率(μ FE)被測(cè)定為6.8cm2/V-s，其中開/關(guān)比等于IX 103。
實(shí)施例4
采用圖3所示的晶體管結(jié)構(gòu)，利用遮板室溫下在源極和漏極之間射頻磁控管濺射沉積ZnO薄膜半導(dǎo)體。ZnO靶直徑為6.5英寸，用于濺射的射頻功率為100W。濺射過程中總氣壓為20毫托，包含0.8X10 —6托的氧氣，或p02 = 0.08P。，其余的為氬氣。上述值PO2=0.08P。在本發(fā)明氧氣分壓的優(yōu)選范圍之外。濺射時(shí)間為465秒時(shí)由光學(xué)方法測(cè)得的ZnO膜厚度是1071A。圖7是柵電壓(Vg)為0、30和40V時(shí)的一組相應(yīng)的漏電流(Id)對(duì)漏電壓(Vd)曲線。此器件不具備晶體管的性能特征。通過施加?xùn)烹妷核a(chǎn)生電流變化小到可以忽略不計(jì)，無柵電壓和柵電壓為30或40V時(shí)的器件電流比率太接近I以至于不能接受。該器件的作用更類似于電阻器。
實(shí)施例5
采用圖3所示的晶體管結(jié)構(gòu)，利用遮板室溫下在源極和漏極之間射頻磁控管濺射沉積ZnO薄膜半導(dǎo)體。ZnO靶直徑為6.5英寸，用于濺射的射頻功率為100W。濺射過程中總氣壓為20毫托，包含2X 10 —4托的氧氣，或p02 = 20P。，其余的為氬氣。上述值p02=20Pc在本發(fā)明氧氣分壓的優(yōu)選范圍之外。濺射時(shí)間為465秒時(shí)由光學(xué)方法測(cè)得的ZnO膜厚度是1080A。圖8是柵電壓(Vg)在0-50V時(shí)的一組相應(yīng)的漏電流(Id)對(duì)漏電壓(Vd)的曲線。器件的1-V曲線是薄膜晶體管的特征，但漏電流非常小。對(duì)于此器件，來自線性電流一電壓特性的場(chǎng)效應(yīng)遷移率(yFE)被測(cè)定為5X10 —5cm2/v-s，其中開/關(guān)比等于700。遷移率和開/關(guān)比都比在優(yōu)選PO2范圍內(nèi)制造的TFT器件的要小得多。
實(shí)施例6
作為柔性基底上的ZnO TFT的實(shí)施例，在DuPont Pyraiux (覆Cu)聚酰亞胺上制造了晶體管。使用通過照相設(shè)備紫外成像的DuPont Riston 以平版印刷的方式使Cu源和漏極構(gòu)圖，接著濺射IOOnm厚的ZnO半導(dǎo)體。(ZnO濺射條件與實(shí)施例1中的相同)。然后在120°C下將含氟聚合物電介質(zhì)(相對(duì)介電常數(shù)，ε =8.7)層壓在半導(dǎo)體有源區(qū)域上，并用遮板熱蒸鍍一個(gè)Al柵極。圖9 (a)和(b)顯示了這些柔性晶體管的性能，其中μ 0.4cm2/V-s,開 / 關(guān)比大于 IO40
實(shí)施例7
如圖1所示，通過將ZnO膜的電阻率從半導(dǎo)電性調(diào)整到半絕緣性，只使用ZnO制造了透明薄膜晶體管?；资遣ＡШ途蹖?duì)苯二甲酸乙二酯(PET)。首先通過在10毫托不含氧氣的Ar中由ZnO靶在100W的條件下濺射形成了導(dǎo)電ZnO的源一漏極。然后在20毫托Ar和I X 10 —5托氧氣下，濺射IOOnm厚的半導(dǎo)電溝道層。下一層是500nm厚的用于柵電介質(zhì)的半絕緣ZnO，它是通過在總壓為100毫托的Ar + O2的50%混合物中濺射ZnO靶而得。最后，在與源一漏極所用的相同條件下濺射ZnO柵極。如圖10所示，此結(jié)構(gòu)是光學(xué)透明的，使得可以很容易地讀出標(biāo)題，晶體管下的“ZnO TFT”。圖11中的電流一電壓特性表明源一漏電流可以通過施加?xùn)烹妷簛碚{(diào)節(jié)。實(shí)施例8采用圖3所示的晶體管結(jié)構(gòu)，利用遮板室溫下在源極和漏極之間射頻磁控管濺射沉積氧化銦薄膜半導(dǎo)體。氧化銦靶直徑為6.5英寸，用于濺射的射頻功率為100W。濺射過程中總氣壓為12暈托,包含2暈托的氧氣，或p02接近P。,其余的為10暈托的気氣。派射時(shí)間為約33分鐘時(shí)由光學(xué)方法測(cè)得的氧化銦膜厚度是1285A。圖12是柵電壓(Vg)在-20到IOV時(shí)的一組相應(yīng)的漏電流(Id)對(duì)漏電壓(Vd)的晶體管曲線。對(duì)于此器件，來自線性電流一電壓特性的場(chǎng)效應(yīng)遷移率(μ FE)被測(cè)定為17cm2/V-s，其中開/關(guān)比約等于2X102。開/關(guān)比有希望通過采用較高的柵電壓和優(yōu)化濺射條件來提高。實(shí)施例9此實(shí)施例說明了在氧化鋁柵電介質(zhì)上的ZnO TFT中的低電壓和高電流操作?；淄瑫r(shí)也用作柵極，是重?fù)诫s(用磷)的η型硅晶片，I英寸Xl英寸Χ475微米厚。該晶片的一側(cè)通過電子束蒸發(fā)由高純度的固體氧化鋁源涂覆了氧化鋁柵電介質(zhì)。測(cè)得的氧化鋁膜厚度為4483Α。鋁一金屬源和漏極，約1500Α厚，通過遮板熱蒸發(fā)在氧化物電介質(zhì)上，產(chǎn)生一個(gè)80微米長(zhǎng)X大約800微米寬的晶體管溝道。然后采用遮板在源漏極之間的溝道中磁控管濺射ZnO半導(dǎo)體，918Α厚。濺射是在20毫托的Ar和I X 10 —5托氧氣中進(jìn)行的。圖13是柵電壓(Vg)和漏電壓(Vd)在0-3V時(shí)的一組相應(yīng)的漏電流(Id)對(duì)漏電壓(Vd)的曲線。對(duì)于此器件，場(chǎng)效應(yīng)遷移率(μ FE)被測(cè)定為 3cm2/V-s，其中開/關(guān)比> 103。對(duì)于3伏操作，電流基本上> I微安。
權(quán)利要求
1.一種制造薄膜晶體管基底的方法，包括: 在基底上形成柵電極； 形成柵極絕緣體； 形成源電極和漏電極；以及 形成被構(gòu)造成使所述源電極與所述漏電極電連接的溝道， 其中，所述溝道通過在惰性氣體中可控的氧氣分壓下濺射未摻雜的透明金屬氧化物層來形成， 所述金屬氧化物包括氧化鋅、氧化銦、氧化錫和氧化鎘中的至少一種，并且 所述濺射在低于100°c的溫度下進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在惰性氣體內(nèi)氧氣的分壓在0.1Pc至IOPc的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在惰性氣體內(nèi)氧氣的分壓在0.5Pc至2Pc的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中氧氣的分壓為10_5托。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的一項(xiàng)所述的方法，其中所述源電極、所述漏電極和所述柵電極中的至少一個(gè)利用彼此不同的至少兩種金屬順序堆疊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述金屬包括鈦、鋁和金中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的一項(xiàng)所述的方法，其中所述柵極絕緣體包括氧化鋁、氧化鋅、氧化銦、氧化錫和氧化鎘中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的一項(xiàng)所述的方法，其中所述基底是柔性基底。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述柔性基底包括聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、和聚醚砜(PES)中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9所述的方法，其中所述濺射包括射頻磁控管濺射、直流磁控管濺射、二極管濺射、三極管濺射、和離子束濺射中的至少一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10所述的方法，其中所述濺射在室溫下進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及透明氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管(TFT)及其制造方法。所述方法包括在基底上形成柵電極；形成柵極絕緣體；形成源電極和漏電極；以及形成被構(gòu)造成使所述源電極與所述漏電極電連接的溝道，其中，所述溝道通過在惰性氣體中可控的氧氣分壓下濺射未摻雜的透明金屬氧化物層來形成，所述金屬氧化物包括氧化鋅、氧化銦、氧化錫和氧化鎘中的至少一種，并且所述濺射在低于100℃的溫度下進(jìn)行。
文檔編號(hào)H01L21/336GK103137709SQ201310066548
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2003年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月11日
發(fā)明者P·F·卡西亞, R·S·麥克萊恩 申請(qǐng)人:三星顯示有限公司