一種摻鉬氧化鋅薄膜晶體管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種玻璃襯底或者塑料襯底上制備的薄膜晶體管，屬于半導(dǎo)體行業(yè)、平板顯示領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息時(shí)代的飛速發(fā)展，顯示器件正加速向平板化、節(jié)能化的方向快速發(fā)展，其中以薄膜晶體管(TFT)為開(kāi)關(guān)元件的有源陣列驅(qū)動(dòng)顯示器件成為眾多平板顯示技術(shù)中的佼佼者。TFT是一種場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體器件，包括襯底、半導(dǎo)體溝道層、絕緣層、柵極和源漏電極等幾個(gè)重要組成部分，其中半導(dǎo)體溝道層對(duì)器件性能和制造工藝有至關(guān)重要的作用。最近十幾年，以非晶硅和多晶硅為主的TFT作為驅(qū)動(dòng)單元，在液晶顯示器件上以體積小、重量輕、品質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)獲得了迅速發(fā)展，并成為主流的信息顯示終端。然而，非晶硅存在場(chǎng)效應(yīng)迀移率低、光敏性強(qiáng)，制備工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。平板顯示器的發(fā)展重新聚焦在尋找新材料，制作高迀移率，低成本、高性能的薄膜晶體管，以滿(mǎn)足技術(shù)發(fā)展的軌道上來(lái)。
[0003]目前，研宄比較熱門(mén)的是以并五苯等有機(jī)半導(dǎo)體材料為溝道層的有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)和以ZnO為代表的寬帶隙氧化物半導(dǎo)體為溝道層的氧化物薄膜晶體管。OTFT具有工藝簡(jiǎn)單，加工溫度低、成本比較低等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的要求。但是，目前報(bào)道的OTFT又難以克服低壽命，低迀移率等弱點(diǎn)。2003年美國(guó)科學(xué)家Hoffman等報(bào)道了以ZnO為溝道層的全透明TFT，同時(shí)指出可以將其應(yīng)用在有源矩陣驅(qū)動(dòng)顯示中，引起了人們廣泛關(guān)注。
[0004]氧化物薄膜晶體管(英語(yǔ):oxide thin-film transistor (TFT))是場(chǎng)效應(yīng)管的一種特殊類(lèi)型，這種技術(shù)把半導(dǎo)體有源層和介質(zhì)層以薄膜的形式沉積在制成的襯底上。氧化物薄膜晶體管和非晶硅薄膜晶體管的主要區(qū)別是電子通道的材料是氧化物而不是非晶硅。薄膜晶體管主要應(yīng)用于液晶顯示器(LCD)和有機(jī)發(fā)光半導(dǎo)體(OLED)中。氧化鋅半導(dǎo)體薄膜材料之所以受到廣泛關(guān)注是因?yàn)樗哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn):制備溫度低、工藝簡(jiǎn)單、透明度高、電學(xué)性能好、無(wú)毒環(huán)保材料、成本低等。
[0005]目前，關(guān)于氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜材料的研宄有很多，采用不同摻雜的氧化鋅基薄膜晶體管更是層出不窮。常見(jiàn)的有氧化鋅銦鎵(Indium Gallium Zinc Oxide，IGZO)，氧化鋅鋁(Ζη0+Α1203, AZO),氧化鋅銦(Ζη0+Ιη203, ΙΖ0)，氧化鋅錫(Zn0+Sn02，ΤΖ0)，氧化鋅鎵(Zn0+Ga203，GZ0)等等。其中，由于In和Ga的高度匹配，IGZO被認(rèn)為是最有前途的透明半導(dǎo)體材料，然而材料中的In是稀有元素，地球上含量稀少，In和Ga元素又都有毒，制造成本高且不環(huán)保。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種在玻璃或者塑料襯底上制備氧化鋅鉬薄膜晶體管的制造方法。該制備方法工藝步驟簡(jiǎn)單，制造成本低廉，適用于低溫工藝，并能簡(jiǎn)單有效的改善薄膜晶體管的各項(xiàng)性能。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]一種薄膜晶體管，包括襯底、柵電極、柵介質(zhì)層、半導(dǎo)體溝道層、源端電極、漏端電極，所述柵電極位于襯底之上，所述柵介質(zhì)層位于柵電極之上，所述半導(dǎo)體溝道層位于柵介質(zhì)層之上，所述源端電極、漏端電極在半導(dǎo)體溝道層兩端，其特征在于，所述半導(dǎo)體溝道由利用濺射工藝制備形成的摻鉬氧化鋅半導(dǎo)體材料組成，鉬的含量為1% -10%。
[0009]上述薄膜晶體管的制備方法，包括以下步驟:
[0010](I)在玻璃或者塑料襯底上生長(zhǎng)一層導(dǎo)電薄膜，光刻刻蝕出柵電極。
[0011](2)緊接著生長(zhǎng)一層?xùn)沤橘|(zhì)薄膜，光刻刻蝕出柵介質(zhì)層。
[0012](3)生長(zhǎng)一層摻鉬的氧化鋅半導(dǎo)體材料，光刻刻蝕出導(dǎo)電溝道層。
[0013](4)生長(zhǎng)一層導(dǎo)電薄膜，光刻刻蝕出源、漏電極。
[0014](5)生長(zhǎng)一層鈍化介質(zhì)層，光刻和刻蝕形成柵、源和漏的引出孔。
[0015](6)生長(zhǎng)一層金屬薄膜，光刻和刻蝕形成金屬電極和互連。
[0016]所述的制作方法，步驟(I)所生長(zhǎng)的導(dǎo)電薄膜，由透明導(dǎo)電薄膜材料ITO、GZO、Mo等形成。
[0017]所述的制作方法，步驟(2)所生長(zhǎng)的柵介質(zhì)材料，由二氧化硅，或者氮化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿等絕緣材料形成。
[0018]所述的制作方法，步驟(3)所生長(zhǎng)的半導(dǎo)體溝道層，利用濺射工藝生長(zhǎng)一層摻鉬的氧化鋅非晶半導(dǎo)體材料溝道層。濺射使用的靶材為摻鉬的氧化鋅陶瓷靶，鉬的含量為1% -10% ;濺射過(guò)程中控制氧氣分壓為O % -30%。
[0019]所述的制作方法，步驟⑷所生長(zhǎng)的導(dǎo)電薄膜，由透明導(dǎo)電材料ITO形成。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:本發(fā)明提供了一種在玻璃或者塑料襯底上制備氧化鋅鉬薄膜晶體管的制造方法，制備的摻鉬氧化鋅半導(dǎo)體薄膜晶粒尺寸在20nm左右，薄膜均勻分布，屬于納米晶的范疇。這種工藝方法具有步驟簡(jiǎn)單，制造成本低廉，均勻性好的特點(diǎn)，適用于低溫工藝，對(duì)提高薄膜晶體管器件的性能具有良好的效果，可以改善器件的迀移率、開(kāi)關(guān)比、閾值電壓、亞閾擺幅率等電學(xué)性能，適用于透明顯示和柔性顯示技術(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明具體實(shí)例所描述的玻璃或者塑料襯底上制備氧化鋅鉬薄膜晶體管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明具體實(shí)例所描述的玻璃或者塑料襯底上制備氧化鋅鉬薄膜晶體管的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3(a)?(e)依次示出了本發(fā)明的薄膜晶體管一個(gè)制作方法的主要工藝步驟，其中:
[0024]圖3(b)示意了柵電極形成的工藝步驟；
[0025]圖3(c)示意了柵介質(zhì)層形成的工藝步驟；
[0026]圖3(d)示意了溝道層形成的工藝步驟；
[0027]圖3(e)示意了源、漏端電極形成的工藝步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面通過(guò)實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。需要注意的是，公布實(shí)例的目的在于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明及所附權(quán)利要求的精神范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實(shí)例所公開(kāi)的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書(shū)界定的范圍為準(zhǔn)。
[0029]本發(fā)明氧化鋅鉬薄膜晶體管形成于玻璃或者塑料襯底I上，如圖1和圖2所示。該薄膜晶體管包括柵電極2，柵介質(zhì)層3，半導(dǎo)體導(dǎo)電溝道層4，源、漏端電極5。所述柵電極2位于玻璃或者塑料襯底I之上，所述柵介質(zhì)層3位于電極2之上，所述半導(dǎo)體導(dǎo)電溝道層4位于柵介質(zhì)層3之上，所述源漏端電極5位于半導(dǎo)體溝道層4兩端。
[0030]所述薄膜晶體管的制作方法的具體實(shí)例由圖3(a)至圖3(e)所示，包括以下步驟:
[0031]如圖3(a)所示，襯底選用透明玻璃或者塑料襯底基板I。
[0032]如圖3(b)所示，在基板I上采用磁控濺射技術(shù)生長(zhǎng)一層30?150納米厚的ITO等導(dǎo)電薄膜，然后光刻刻蝕出柵電極。
[0033]如圖3(c)所示，利用PECVD生長(zhǎng)一層50?250納米厚的二氧化硅等絕緣層，然后光刻刻蝕形成柵介質(zhì)。
[0034]如圖3(d)所示，利用濺射工藝生長(zhǎng)一層摻鉬的氧化鋅半導(dǎo)體材料溝道層。濺射使用的靶材為摻鉬的氧化鋅陶瓷靶，鉬的含量為1% -10% ;濺射過(guò)程中控制氧氣分壓為0% -30%。
[0035]如圖(e)所示，采用磁控濺射技術(shù)生長(zhǎng)一層50?300納米厚的ITO等導(dǎo)電薄膜，然后光刻刻蝕形成源、漏電極。
[0036]隨后按照標(biāo)準(zhǔn)工藝生長(zhǎng)一層鈍化介質(zhì)層，光刻和刻蝕形成柵、源和漏的引出孔，再生長(zhǎng)一層Al或者透明的導(dǎo)電薄膜材料，光刻和刻蝕形成電極和互連。
[0037]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種薄膜晶體管，包括襯底、柵電極、柵介質(zhì)層、半導(dǎo)體溝道層、源端電極、漏端電極，所述柵電極位于襯底之上，所述柵介質(zhì)層位于柵電極之上，所述半導(dǎo)體溝道層位于柵介質(zhì)層之上，所述源端電極、漏端電極在半導(dǎo)體溝道層兩端，其特征在于，所述半導(dǎo)體溝道由利用濺射工藝制備形成的摻鉬氧化鋅半導(dǎo)體材料組成，鉬的含量為1% -10%。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述襯底為透明玻璃或者柔性塑料襯底。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述柵電極采用導(dǎo)電材料ITO、GZO或Mo0
4.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述柵絕緣介質(zhì)層由二氧化硅，或者氮化硅、氧化鋁、氧化鋯或氧化鉿形成。
5.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述源、漏電極由導(dǎo)電薄膜材料IT0、GZO或Mo形成。
6.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制備方法，包括以下步驟: 1)首先在玻璃或者塑料襯底上淀積一層導(dǎo)電薄膜材料，光刻刻蝕形成柵電極； 2)生長(zhǎng)一層?xùn)沤橘|(zhì)層，光刻刻蝕形成柵介質(zhì)層； 3)生長(zhǎng)一層摻鉬的氧化鋅半導(dǎo)體材料，然后光刻刻蝕形成半導(dǎo)體溝道層圖形； 4)淀積一層導(dǎo)電薄膜材料，然后光刻刻蝕形成源、漏電極圖形； 5)生長(zhǎng)一層鈍化介質(zhì)層，光刻和刻蝕形成柵、源和漏的引出孔； 6)生長(zhǎng)一層金屬薄膜，光刻和刻蝕形成金屬電極和互連，最終形成薄膜晶體管。
7.如權(quán)利要求6所述的薄膜晶體管的制作方法，其特征是步驟(I)采用濺射技術(shù)生長(zhǎng)一層ΙΤ0、GZO或Mo導(dǎo)電薄膜材料。
8.如權(quán)利要求6所述的薄膜晶體管的制作方法，其特征是步驟(2)PECVD生長(zhǎng)一層二氧化硅或者氮化硅或者采用ALD生長(zhǎng)一層氧化鋁、氧化鋯或者氧化鉿作柵介質(zhì)層。
9.如權(quán)利要求6所述的薄膜晶體管的制作方法，其特征是步驟(3)利用濺射工藝生長(zhǎng)一層摻鉬的氧化鋅半導(dǎo)體材料溝道層，濺射使用的靶材為摻鉬的氧化鋅陶瓷靶，濺射過(guò)程中控制氧氣分壓為0-30%。
10.如權(quán)利要求6所述的薄膜晶體管的制作方法，其特征是步驟(4)淀積一層IT0、GZ0或Mo導(dǎo)電薄膜材料。
【專(zhuān)利摘要】一種摻鉬氧化鋅薄膜晶體管及其制備方法，本發(fā)明提供了一種薄膜晶體管及其制備方法，屬于半導(dǎo)體行業(yè)、平板顯示領(lǐng)域。本發(fā)明的核心在于采用摻鉬的氧化鋅半導(dǎo)體材料作為薄膜晶體管的導(dǎo)電溝道層，制備的摻鉬的氧化鋅薄膜的尺寸在20nm左右，在制備的過(guò)程中，利用濺射技術(shù)制備摻鉬氧化鋅薄膜，通過(guò)調(diào)節(jié)摻鉬的氧化鋅靶材的組分，控制濺射氧氣分壓來(lái)改善薄膜晶體管的開(kāi)關(guān)比、亞閾擺幅、閾值電壓以及遷移率等特性。本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)單，制作成本低，低溫，適用于透明顯示技術(shù)和柔性顯示技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】H01L21-336, H01L29-43, H01L29-786
【公開(kāi)號(hào)】CN104716195
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510111273
【發(fā)明人】韓德棟, 石盼, 王漪, 叢瑛瑛, 董俊辰, 周曉梁, 郁文, 張翼, 黃伶靈, 劉力鋒, 張盛東, 劉曉彥, 康晉鋒
【申請(qǐng)人】北京大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年3月13日