氧化物半导体薄膜、氧化物薄膜晶体管及其制备方法技术

技术编号:16921563 阅读:196 留言:0更新日期:2017-12-31 16:13
本发明专利技术公开了一种氧化物半导体薄膜,所述氧化物半导体薄膜的成分为In4‑4x‑4yM4xN3yO6‑z,其中,In为铟元素,O为氧元素;M成分由元素周期表中的III B族元素中的一种或多种元素组成,用于抑制由氧空位导致的载流子浓度;N成分由Zr、Si、Hf中的一种或多种元素组成,用于增加因掺杂而引入的载流子浓度;氧化物半导体薄膜的厚度为5nm至100nm,0.02≤x≤0.2,0.05≤y≤0.2,0≤z<6。本发明专利技术还提供了一种采用该氧化物半导体薄膜作为有源层的薄膜晶体管及其制备方法。实施本发明专利技术提供的技术方案,可提高器件的迁移率、稳定性、抗酸刻蚀性和关断性能。

【技术实现步骤摘要】
氧化物半导体薄膜、氧化物薄膜晶体管及其制备方法
本专利技术涉及半导体
,尤其涉及一种氧化物半导体薄膜、氧化物薄膜晶体管,以及氧化物薄膜晶体管的制备方法。
技术介绍
随着信息时代的到来,显示器正在加速向平板化、节能化的方向发展。平板显示器(FlatPanelDisplay,简称FPD)是目前被广泛使用的一类显示设备。而平板显示领域中应用最广泛的技术就是薄膜晶体管技术(ThinFilmTransistor,简称TFT)。当前主流的薄膜晶体管技术的有源层材料为Si(硅)材料,包括非晶硅、多晶硅等。然而非晶硅薄膜晶体管稳定性较差且迁移率较低,而多晶硅薄膜晶体管由于晶界的存在,其制备均一性较差且成本偏高。这些现有技术是无法同时满足超高分辨率、超大尺寸、柔性显示的要求。相比较而言,氧化物薄膜晶体管具有迁移率相对较高、均匀性良好、制程温度较低且与目前的非晶硅产线兼容等优点被认为是下一代最有前景的TFT技术之一,目前受到国内外学术界和产业界的广泛关注。现有技术中,用于制造氧化物薄膜晶体管的大部分氧化物半导体材料都是以ZnO(氧化锌)为基体,在ZnO的基础上掺入In(铟)、Ga(镓)、Sn(锡)等元素。ZnO基半导体氧化物对空气中的水氧非常敏感,容易与空气中的水氧发生吸附/解吸附作用,影响器件的稳定性;此外,此类半导体材料对酸性刻蚀液非常敏感,容易与酸性溶剂反应,因而在图案化湿法刻蚀源漏电极前容易出现背沟道损伤的问题,需要额外添加一层刻蚀阻挡层,增加制备成本;同时,这类半导体材料载流子浓度较高,造成器件难以关断。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是,提供一种稳定性较好、抗酸刻蚀性强、高迁移率以及关断性能良好的氧化物半导体薄膜及具有其的薄膜晶体管以克服现有技术不足,提高氧化物半导体薄膜以及采用该氧化物半导体薄膜构成有源层的氧化物薄膜晶体管的迁移率、稳定性、抗酸刻蚀性和关断性能。为解决以上技术问题,一方面,本专利技术实施例提供一种氧化物半导体薄膜,所述氧化物半导体薄膜的成分为In4-4x-4yM4xN3yO6-z,其中,In为铟元素,O为氧元素;M成分由元素周期表中的IIIB族元素中Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu中的一种或多种元素组成,用于抑制氧空位及抑制由氧空位导致的载流子浓度;N成分由Zr、Si、Hf中的一种或多种元素组成,用于增加因掺杂而引入的载流子浓度;并且,所述氧化物半导体薄膜的厚度为5nm至100nm,0.02≤x≤0.2,0.05≤y≤0.2,0≤z&lt;6。优选地,所述M成分为元素周期表中的IIIB族元素中所标示的La元素。或者,所述M成分为元素周期表中的IIIB族元素中所标示的Nd元素。优选地,所述N成分为元素周期表中所标示的Si元素。或者,所述N成分为元素周期表中所标示的Zr元素。进一步地,所述氧化物半导体薄膜的载流子浓度小于5×1019cm-3。优选地,所述氧化物半导体薄膜的载流子浓度载流子浓度介于1×1016cm-3至1×1018cm-3之间。另一方面,本专利技术实施例还提供了一种氧化物薄膜晶体管,采用以上任一项所述的氧化物半导体薄膜作为所述氧化物薄膜晶体管的有源层。再一方面,本专利技术实施例还提供了一种背沟道刻蚀型氧化物薄膜晶体管的制备方法,包括:在衬底上制备并图案化导电层作为氧化物薄膜晶体管的栅极;在所述的栅极上沉积绝缘层薄膜作为氧化物薄膜晶体管的栅绝缘层;在所述的栅绝缘层上沉积以上任一项所述的氧化物半导体薄膜,并采用湿法刻蚀方式或干法刻蚀方式将所述氧化物半导体薄膜形成图案化后作为氧化物薄膜晶体管的有源层;对所述有源层进行退火处理,改变所述有源层在酸性刻蚀液中的刻蚀速率;在所述有源层上直接沉积金属层;采用湿法刻蚀方式在所述有源层上进行图案化作为氧化物薄膜晶体管的源漏电极。进一步地,所述的背沟道刻蚀型氧化物薄膜晶体管的制备方法还包括,在所述源漏电极图案化后沉积绝缘层作为氧化物薄膜晶体管的钝化层。本专利技术实施例提供的氧化物半导体薄膜,区别于传统的以ZnO(氧化锌)为基体的氧化物半导体材料,其成分为In4-4x-4yM4xN3yO6-z,不包含有Zn(锌)或Sn(锡)等元素。该氧化物半导体材料不包含对水氧、酸性等非常敏感的Zn元素,避免氧化物半导体薄膜吸附空气中的水氧,从而导致材料背沟道的载流子浓度发生变化而造成氧化物薄膜晶体管器件稳定性偏差和长时间工作可靠性偏差等问题;同时也不含有化学价态较多而容易形成的亚稳态缺陷的Sn元素,避免氧化物薄膜晶体管器件性能的恶化或氧化物薄膜晶体管器件的不可调控性。一般来说,氧化物半导体中载流子的来源为氧空位(z),然而氧空位(z)被认为是氧化物薄膜晶体管中不稳定的来源。本专利技术提供的氧化物半导体薄膜采用IIIB族元素抑制由于In(铟)与O(氧)结合键较弱产生的氧空位(z),采用+4价的Zr(锆)、Si(硅)、Hf(铪)元素掺杂来增加材料体内的载流子浓度从而提高迁移率。相比较而言IIIB族元素与O的结合键能较大,并且由于IIIB族元素中所选用的阳离子与In3+离子化学态一致,不会引入多余的载流子,可以有效抑制由氧空位导致的载流子浓度。N成分选用+4价的Zr(锆)、Si(硅)、Hf(铪)元素,Zr、Si、或Hf元素的掺入可以有效增加因掺杂导致的载流子浓度而抑制因氧空位导致的载流子浓度。另外Zr、Si、Hf元素的掺入可以有效保护酸性刻蚀液对薄膜的损伤,可以直接利用背沟道刻蚀的方法进行源漏电极的图案化,无需额外制备一层刻蚀阻挡层,从而节约生产成本。本专利技术提供的氧化物半导体薄膜,以及利用该氧化物半导体薄膜作为有源层的氧化物薄膜晶体管,可以有效提高氧化物半导体材料的迁移率、稳定性、抗酸刻蚀性和关断性能,且在制造该氧化物薄膜晶体管时,可避免额外增设刻蚀阻挡层,简化了制作工序并节约生产成本。附图说明图1是本专利技术实施例二提供的氧化物薄膜晶体管的一个实施例的结构示意图。图2是本专利技术实施例二提供的氧化物薄膜晶体管的制备方法的一个实施例的步骤流程图。图3是本专利技术实施例五提供的一种薄膜晶体管的转移特性曲线图。图4是本专利技术实施例五提供的一种薄膜晶体管的稳定性测试结果图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例一本实施例提供了一种氧化物半导体薄膜。该氧化物半导体薄膜可作为氧化物薄膜晶体管的有源层。具体地,该氧化物半导体薄膜的成分为In4-4x-4yM4xN3yO6-z,其中,In为铟元素,O为氧元素;M成分由元素周期表中的IIIB族元素中Sc(钪)、Y(钇)、La(镧)、Ce(铈)、Pr(镨)、Nd(钕)、Pm(钷)、Sm(钐)、Eu(铕)、Gd(钆)、Tb(铽)、Dy(镝)、Ho(钬)、Er(铒)、Tm(铥)、Yb(镱)或Lu(镥)中的一种或多种元素组成,用于抑制氧空位及由氧空位导致的载流子浓度;N成分由Zr(锆)、Si(硅)、Hf(铪)中的一种或多种元素组成,用于增加因掺杂而引入的载流子浓度;并且,所述氧化物半导体薄膜的厚度为5nm(纳米)至100nm,0.02≤x≤0.2,0.05≤y≤0.2,0≤z&lt;6。传统的半导体材料由于ZnO(氧化锌)本文档来自技高网...
氧化物半导体薄膜、氧化物薄膜晶体管及其制备方法

【技术保护点】
一种氧化物半导体薄膜,其特征在于,所述氧化物半导体薄膜的成分为In4‑4x‑4yM4xN3yO6‑z,其中,In为铟元素,O为氧元素;M成分由元素周期表中的III B族元素中Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu中的一种或多种元素组成,用于抑制氧空位及抑制由氧空位导致的载流子浓度;N成分由Zr、Si、Hf中的一种或多种元素组成,用于增加因掺杂而引入的载流子浓度;并且,所述氧化物半导体薄膜的厚度为5nm至100nm,0.02≤x≤0.2,0.05≤y≤0.2,0≤z<6。

【技术特征摘要】
1.一种氧化物半导体薄膜,其特征在于,所述氧化物半导体薄膜的成分为In4-4x-4yM4xN3yO6-z,其中,In为铟元素,O为氧元素;M成分由元素周期表中的IIIB族元素中Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu中的一种或多种元素组成,用于抑制氧空位及抑制由氧空位导致的载流子浓度;N成分由Zr、Si、Hf中的一种或多种元素组成,用于增加因掺杂而引入的载流子浓度;并且,所述氧化物半导体薄膜的厚度为5nm至100nm,0.02≤x≤0.2,0.05≤y≤0.2,0≤z&lt;6。2.如权利要求1所述的氧化物半导体薄膜,其特征在于,所述M成分为元素周期表中的IIIB族元素中所标示的La元素。3.如权利要求1所述的氧化物半导体薄膜,其特征在于,所述M成分为元素周期表中的IIIB族元素中所标示的Nd元素。4.如权利要求1所述的氧化物半导体薄膜,其特征在于,所述N成分为元素周期表中所标示的Si元素。5.如权利要求1所述的氧化物半导体薄膜,其特征在于,所述N成分为元素周期表中所标示的Zr元素。6.如权利要求1~5任一项所述的氧化物半导体薄膜,其特...

【专利技术属性】
技术研发人员:林振国谢志强李建任思雨苏君海李建华
申请(专利权)人:信利惠州智能显示有限公司
类型:发明
国别省市:广东,44

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