具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜晶体管及其制造方法，晶体管包括衬底、缓冲层、源电极、漏电极、有源层、栅介质层和栅电极；方法包括在衬底上沉积缓冲层、在缓冲层上形成源漏电极和有源层、在图形化后的有源层上沉积栅介质层和在栅介质层上形成栅电极的步骤。本发明专利技术用磁控溅射法将具有晶体结构的原材料沉积到缓冲层上，形成具有复合晶型的有源层，所述复合晶型的结构同时存在晶粒和非晶型框架，使得无机金属氧化物薄膜的载流子迁移率得到提升；同时复合晶型的无机金属氧化物薄膜具有较好的空间均匀性，使得小尺寸器件性能在大尺寸应用上较基于多晶型沟道的薄膜晶体管更加均一。本发明专利技术可以广泛应用于半导体领域。

【技术实现步骤摘要】
具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜晶体管及其制造方法
本专利技术涉及半导体领域，尤其是具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜晶体管及其制造方法。
技术介绍
下一代有源矩阵平板显示技术正朝着大尺寸、超高清、高帧率及外围电路全集成等方向发展。薄膜晶体管(TFT)作为显示面板的构成要素，要求其必须提供足够的电学驱动能力，即需要薄膜晶体管具备足够大的载流子迁移率。无机金属氧化物薄膜晶体管因其成本低廉、制备温度低、可见光透过率高和电学性能适中等特点，近来愈发受到关注与研究。其中，以非晶型铟镓锌氧化物(a-InGaZnO)为有源层的底栅型薄膜晶体管最具代表性。然而，由于非晶型铟镓锌氧化物材料自身微观结构与元素成分的限制，非晶型铟镓锌氧化物薄膜晶体管的载流子迁移率一般在10cm2/Vs左右，载流子迁移率较低。有研究表明，非晶型半导体材料理论上因原子的无序排列而存在载流子迁移率的上限。因此，要获得具有更高载流子迁移率的无机金属氧化物材料，其微观结构不能局限于非晶型，原子排列应更加有序。不过，对于拥有大晶粒的多晶型材料而言，虽然其载流子迁移率得到了提升，但其中随机分布的晶界却会使得小尺寸器件在大尺寸应用上的电学均匀性变差，影响系统的整体表现。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的第一目的在于：提供一种载流子迁移率高和器件均匀性好的复合晶型无机金属氧化物薄膜晶体管。本专利技术的第二目的在于：提供一种载流子迁移率高和器件均匀性好的复合晶型无机金属氧化物薄膜晶体管的制造方法。本专利技术所采用的第一种技术方案是：具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜晶体管，包括衬底、缓冲层、源电极、漏电极、有源层、栅介质层和栅电极；所述缓冲层位于衬底之上，所述源电极、漏电极和有源层位于缓冲层之上，所述有源层分别与源电极和漏电极连接，所述栅介质层位于有源层之上，所述栅电极位于栅介质层之上，所述栅电极在有源层上的投影分别与源电极和漏电极在有源层上的投影有交叠，所述有源层为复合晶型的无机金属氧化物薄膜，所述复合晶型的无机金属氧化物薄膜包括晶粒和非晶型框架。进一步，所述复合晶型的无机金属氧化物薄膜的成分为由铟、锌、锡和镓中的至少一种元素所组成的金属氧化物，所述晶粒尺寸为0.5纳米至10纳米，所述晶粒被非晶型框架包围。进一步，还包括钝化层和若干个测试电极，所述栅电极和栅介质层被钝化层所覆盖，所述测试电极用于引出栅电极、源电极和漏电极。进一步，所述源电极、漏电极、栅电极和测试电极为导电材料组成的电极，所述导电材料包括金属、导电金属氧化物、有机导电材料和低维导电材料中的至少一种。进一步，所述钝化层包括二氧化硅层、氮化硅层、氧化铝层和有机绝缘层中的至少一种。本专利技术所采用的第二种技术方案是：具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜晶体管的制造方法，包括以下步骤：在衬底上沉积缓冲层；在缓冲层上沉积第一导电薄膜，并对第一导电薄膜进行图形化处理，形成源电极和漏电极；用磁控溅射法或者蒸发法将原材料沉积在缓冲层上，形成一层无机金属氧化物薄膜作为有源层，然后将有源层图形化；在图形化后的有源层上沉积栅介质层；在栅介质层上沉积第二导电薄膜，并对第二导电薄膜进行图形化处理，形成栅电极；所述复合晶型的无机金属氧化物薄膜包括晶粒和非晶型框架；所述原材料中包括至少一种具有晶体结构的无机金属氧化物。进一步，还包括以下步骤：在栅介质层和栅电极上沉积钝化层，并进行光刻和刻蚀，形成源电极、漏电极和栅电极的接触孔；在接触孔中沉积测试电极。进一步，所述在图形化后的有源层上沉积栅介质层的步骤具体包括：使用第一次化学气相沉积法在图形化后的有源层上沉积一层二氧化硅作为第一栅介质层，所述第一次化学气相沉积法所使用的反应物为烷氧基硅烷和第一氧化性气源的组合，或者烷氧基硅烷、惰性气体和第一氧化性气源的组合；所述烷氧基硅烷为三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、三乙氧基硅烷或者硅酸四甲酯，所述第一氧化性气源为氧气与惰性气体的混合气体、O2、O3或者N2O；使用第二次化学气相沉积法在第一栅介质层上沉积第二栅介质层；所述第二栅介质层为二氧化硅层、氮化硅层或者二氧化硅与氮化硅的混合层。进一步，在所述在缓冲层上沉积第一导电薄膜，并对第一导电薄膜进行图形化处理，形成源电极和漏电极的步骤，和用磁控溅射法或者蒸发法将原材料沉积在缓冲层上，形成一层无机金属氧化物薄膜作为有源层，然后将有源层图形化的步骤之间，还设有第一次退火的步骤；在所述在栅介质层上沉积第二导电薄膜，并对第二导电薄膜进行图形化处理，形成栅电极的步骤，和在栅介质层和栅电极上沉积钝化层，并进行光刻和刻蚀，形成源电极、漏电极和栅电极的接触孔的步骤之间，还设有第二次退火的步骤；在所述在接触孔中沉积测试电极的步骤之后，还设有第三次退火的步骤；所述第一次退火、第二次退火和第三次退火的退火时间为0.5至5小时，所述第一次退火、第二次退火和第三次退火的退火温度为100℃至400℃，所述第一次退火、第二次退火和第三次退火的退火气氛为氧气与惰性气体的混合气体、氧气或者空气。进一步，所述磁控溅射法的反应温度为23℃至400℃，所述磁控溅射法的反应气氛为氧气和氩气的混合气体。本专利技术晶体管的有益效果是：包括衬底、缓冲层、源电极、漏电极、有源层、栅介质层、栅电极、钝化层和测试电极，其中，有源层为复合晶型的无机金属氧化物薄膜，在复合晶型的无机金属氧化物薄膜的结构中存在晶粒和非晶型框架，由于晶粒的存在使得复合晶型的无机金属氧化物薄膜的原子排序更加有序，从而使本专利技术复合晶型的无机金属氧化物薄膜晶体管有源层的载流子迁移率得到提升；由于晶粒和非晶型框架的同时存在，使得复合晶型的无机金属氧化物薄膜的结构相对于低温多晶硅薄膜及多晶结构的无机金属氧化物薄膜具有更好的空间均匀性，从而使得本专利技术的复合晶型的无机金属氧化物薄膜晶体管相对于低温多晶硅薄膜晶体管及多晶结构的无机金属氧化物薄膜晶体管具有更均一的电学性能。本专利技术方法的有益效果是：包括用磁控溅射法或者蒸发法将原材料沉积在缓冲层上，形成一层无机金属氧化物薄膜作为有源层的步骤，将至少有一种成分具有晶体结构的原材料沉积到缓冲层上，形成一种复合晶型的无机金属氧化物薄膜作为有源层，所述复合晶型的无机金属氧化物薄膜的结构中存在晶粒和非晶型框架，由于晶粒的存在使得复合晶型的无机金属氧化物薄膜的原子排序更加有序，从而使得复合晶型的无机金属氧化物薄膜的载流子迁移率得到提升，进而使本专利技术方法制造的复合晶型的无机金属氧化物薄膜晶体管载流子迁移率得到提升；由于晶粒和非晶型框架的同时存在，使得复合晶型的无机金属氧化物薄膜的结构相对于低温多晶硅薄膜及多晶结构的无机金属氧化物薄膜具有更好的空间均匀性，从而使得本专利技术方法制造的复合晶型的无机金属氧化物薄膜晶体管相对于低温多晶硅薄膜晶体管及多晶结构的无机金属氧化物薄膜晶体管具有更均一的电学性能。附图说明图1为本专利技术实施例1的一种基于复合晶型铟锡锌氧化物有源层的顶栅结构薄膜晶体管的横截面示意图；图2为本专利技术实施例2在衬底上形成缓冲层后晶体管的横截面示意图；图3为本专利技术实施例2沉积源漏电极并图形化后晶体管的横截面示意图；图4为本专利技术实施例2沉积有源层并图形化后晶体管的横截面示意图；图5为本专利技术实施例2沉积栅介质层前半部分后晶体管的横截面示意图；图6为本专利技术实施例2沉积栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于：包括衬底、缓冲层、源电极、漏电极、有源层、栅介质层和栅电极；所述缓冲层位于衬底之上，所述源电极、漏电极和有源层位于缓冲层之上，所述有源层分别与源电极和漏电极连接，所述栅介质层位于有源层之上，所述栅电极位于栅介质层之上，所述栅电极在有源层上的投影分别与源电极和漏电极在有源层上的投影有交叠，所述有源层为复合晶型的无机金属氧化物薄膜，所述复合晶型的无机金属氧化物薄膜包括晶粒和非晶型框架。

【技术特征摘要】
1.具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于：包括衬底、缓冲层、源电极、漏电极、有源层、栅介质层和栅电极；所述缓冲层位于衬底之上，所述源电极、漏电极和有源层位于缓冲层之上，所述有源层分别与源电极和漏电极连接，所述栅介质层位于有源层之上，所述栅电极位于栅介质层之上，所述栅电极在有源层上的投影分别与源电极和漏电极在有源层上的投影有交叠，所述有源层为复合晶型的无机金属氧化物薄膜，所述复合晶型的无机金属氧化物薄膜包括晶粒和非晶型框架。2.根据权利要求1所述的具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于：所述复合晶型的无机金属氧化物薄膜的成分为由铟、锌、锡和镓中的至少一种元素所组成的金属氧化物，所述晶粒尺寸为0.5纳米至10纳米，所述晶粒被非晶型框架包围。3.根据权利要求1所述的具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于：还包括钝化层和若干个测试电极，所述栅电极和栅介质层被钝化层所覆盖，所述测试电极用于引出栅电极、源电极和漏电极。4.根据权利要求3所述的具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于：所述源电极、漏电极、栅电极和测试电极为导电材料组成的电极，所述导电材料包括金属、导电金属氧化物、有机导电材料和低维导电材料中的至少一种。5.根据权利要求3或4所述的具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于：所述钝化层包括二氧化硅层、氮化硅层、氧化铝层和有机绝缘层中的至少一种。6.具有复合晶型的无机金属氧化物薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：在衬底上沉积缓冲层；在缓冲层上沉积第一导电薄膜，并对第一导电薄膜进行图形化处理，形成源电极和漏电极；用磁控溅射法或者蒸发法将原材料沉积在缓冲层上，形成一层无机金属氧化物薄膜作为有源层，然后将有源层图形化；...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈荣盛，邓孙斌，郭海成，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44