一种氧化物薄膜晶体管栅极及其制备、氧化物薄膜晶体管制造技术

本发明专利技术属于电子器件的技术领域，公开了一种氧化物薄膜晶体管栅极及其制备、氧化物薄膜晶体管。所述栅极，由依次叠设的铜合金层和三氧化二铝层组成，且三氧化二铝层靠近薄膜晶体管中栅极绝缘层；所述铜合金层包含铬和锆。方法：(1)在衬底上沉积铜合金薄膜，作为栅极主体层；(2)在铜合金薄膜上沉积三氧化二铝薄膜。氧化物薄膜晶体管由下至上依次包括衬底、铜合金层、三氧化二铝层、栅极绝缘层、有源层、源漏电极。本发明专利技术的氧化物薄膜晶体管栅极具有成本低廉，结合强度高，电阻率低，电学稳定性好，工艺简单的优点。

An oxide thin film transistor gate and its preparation, oxide thin film transistor

The invention belongs to the technical field of electronic devices, and discloses an oxide thin film transistor gate and its preparation, and oxide thin film transistor. The gate is composed of a copper alloy layer and a three oxide two aluminum layer stacked in turn, and the three oxide two aluminum layer is close to the gate insulating layer in the thin film transistor, and the copper alloy layer contains chromium and zirconium. Methods: (1) depositing copper alloy film on the substrate as the main gate layer; (2) depositing three oxide two aluminum film on the copper alloy film. The oxide thin film transistor consists of a substrate, a copper alloy layer, a three oxide two aluminum layer, a gate insulation layer, an active layer and a source drain electrode. The oxide thin film transistor gate of the invention has the advantages of low cost, high bonding strength, low resistivity, good electrical stability and simple process.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化物薄膜晶体管栅极及其制备、氧化物薄膜晶体管
本专利技术属于电子器件材料制备
，具体涉及一种氧化物薄膜晶体管栅极及其制备方法、氧化物薄膜晶体管。
技术介绍
薄膜晶体管(ThinFilmTransistor，简称TFT)，是电子行业应用广泛的半导体器件，多用作主动式矩阵液晶显示屏(AMLCD)和有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)屏幕的驱动电路核心元件。氧化物TFT是采用金属氧化物半导体材料作为TFT器件的有源沟道层，相比传统的硅基半导体TFT器件，具有成本低廉、载流子迁移率高、均匀性好的特点，是未来TFT发展的主要方向。氧化物TFT的结构一般包括：栅极、栅极绝缘层、有源层和源漏电极。伴随信息化社会的快速发展，信息显示行业面临新的挑战，大尺寸、高分辨率、低延迟速率的显示面板日益普及，需要加快发展具有高迁移率、低电阻率特性的TFT元件。要降低TFT器件的电阻率，需要使用低电阻率材料作为电极材料，铜以其优异的低电阻率(1.72μΩ·cm)和相对低廉的价格，日益受到行业的关注。目前，纯铜作为器件电极，主要面临以下困难：(1)Cu原子结构中最外层只有一个核外电子，化学活性弱，难以与衬底键合，导致铜电极与衬底的结合强度差；(2)铜原子发生扩散造成铜污染，导致绝缘层或半导体有源层中形成深能级受主杂质，使器件性能退化；(3)铜机械强度低；(4)铜电极表面存在氧化和硫化问题，导致电极电阻率上升。基于以上问题，目前的解决方法主要有：(1)在铜薄膜电极(栅极)和绝缘层之间，添加一层或多层其他金属作为过渡层来阻挡铜原子的扩散并提高结合强度。如现在常见的使用Mo/Cu或Ni/Cu的叠层作为薄膜晶体管栅极。这种处理方式，添加的过渡层与纯铜薄膜的刻蚀特性存在差异，导致工艺复杂，成本较高。且在界面处存在晶格失配会导致寄生电容增加。(2)在铜电极和衬底之间生长铜籽晶层，用于改善结合强度和抗电迁移性。引入籽晶层的技术，虽然可以达到以上目的，但是仍无法阻止铜原子向衬底材料的扩散和污染。针对以上种种不足，提供一种工艺简单、成本低廉、性能优良的显示用电子器件氧化物TFT栅电极及其制备方法是很有意义的。
技术实现思路
为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种氧化物薄膜晶体管栅极。本专利技术的另一目的在于提供上述氧化物薄膜晶体管栅电极的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供一种氧化物薄膜晶体管。所述氧化物薄膜晶体管包括上述栅极。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种氧化物薄膜晶体管栅极，由依次叠设的铜合金层和三氧化二铝层组成，且三氧化二铝层靠近薄膜晶体管中栅极绝缘层。铜合金层作为栅极的主体层，Al2O3层作为栅极的修饰层。所述铜合金层包含铬和锆。所述铜合金层中存在多种非籽晶层的晶格结构。所述铜合金层的材料成分包括铬和锆。所述铜合金层中铜含量超过99％。所述铜合金层为Cu-Cr-Zr合金层。所述铜合金层的材料成分包括铜、铬和锆，以重量百分比计，Cr占合金总量的0.1％～0.39％，Zr占合金总量的0.1％～0.5％。优选地，Cr占合金总量的0.29％～0.32％，Zr占合金总量的0.18％～0.21％。更优选地，Cr占合金总量的0.3％，Zr占合金总量的0.2％。铜合金层的厚度为20～500nm，三氧化二铝层的厚度为1～20nm。所述氧化物薄膜晶体管栅极的制备方法，包括如下步骤：(1)在衬底上沉积20～500nm厚度的铜合金薄膜，所述铜合金薄膜为铜合金层，作为栅极主体层；(2)在铜合金薄膜上沉积1～20nm厚的三氧化二铝(Al2O3)薄膜，所述三氧化二铝薄膜为三氧化二铝层。优选地，步骤(2)中沉积完成后，在100～500℃的条件下于空气氛围中退火0.5～2h。更优选在250～400℃的条件下进行退火。优选地，所述衬底包括玻璃衬底、单晶硅衬底、柔性塑料衬底、SiOx衬底、SiNx衬底、Al2O3衬底、IZO(铟锌氧化物)衬底或IGZO(铟镓锌氧化物)衬底。优选的，步骤(1)中以磁控溅射方法、自溅射方法、离子溅射方法、化学气相沉积方法、蒸发方法或电化学方法在衬底上沉积铜合金薄膜作为栅极主体层。优选的，步骤(2)中以磁控溅射方法、自溅射方法、离子溅射方法、化学气相沉积方法、蒸发方法或电化学方法在铜合金薄膜上沉积Al2O3薄膜作为栅极修饰层。一种氧化物薄膜晶体管，包括上述栅极。所述氧化物薄膜晶体管，由下至上依次包括衬底、铜合金层、三氧化二铝层、栅极绝缘层、有源层、源漏电极。本专利技术原理为：由于纯铜薄膜作为栅极时，纯铜薄膜不易与衬底(如：玻璃衬底或单晶硅衬底)发生强键合作用，导致纯铜薄膜在上述衬底上的附着强度很差，采用铜合金薄膜作为栅极主体层，可以使电极的电阻率接近纯铜的同时，又能保证较高的电极强度。由Cu-Cr和Cu-Zr合金二元相图可知，Cr和Zr两种元素在Cu中的室温固溶度极小，且不会生成中间化合物。采用过饱和固溶体的Cu-Cr-Zr合金靶成膜，通过高温退火处理会有过饱和的Cr和Zr排出，导致与铜相分离，在薄膜的界面处自发形成过渡层，可以阻挡Cu的扩散，同时Cr和Zr更易与氧结合形成稳定的氧化物，导致电极与衬底的结合强度明显提高。纯铜层与Al2O3层界面能够很好的键合，不存在界面的晶格失配问题，这使该电极具备良好的导电性和附着性。对铜合金薄膜不进行真空退火处理而直接沉积Al2O3修饰层。引入的Al2O3层有两个作用：一是阻隔空气中的氧气，保证铜合金栅极在空气中高温退火时不被氧化成氧化铜导致电阻率急剧升高；二是修饰铜合金电极的表面态，使铜合金的表面转化成与氧化铝薄膜的界面，有利于铜合金中的Cr、Zr元素从薄膜内部排出，并且由于Cr和Zr几乎都排到界面处形成稳定的氧化物，合金层上表面与Al2O3层发生紧密键合，可以有效阻挡铜原子扩散污染。最终制备出整体结合强度和稳定性良好的栅极。与现有技术在铜薄膜电极和衬底以及铜薄膜与栅极绝缘层之间，添加一层其他金属薄膜，作为过渡层来阻挡铜污染并提高结合强度相比，本专利技术采用铜合金薄膜作为氧化物TFT的栅极导电主体层，铜合金薄膜保证了与衬底的高结合强度，同为氧化物的Al2O3薄膜又保证了电极和栅极绝缘层间的界面稳定性。Al2O3薄膜本身是宽带隙高介电绝缘材料并不导电，仅作为栅极修饰层，铜合金薄膜仍作为栅极主体层不会导致电阻率有明显提高。Al2O3修饰层的引入避免了真空环境下栅极高温退火带来的高昂成本，使用空气退火即可满足需求；另外，通过界面修饰，加速Cr、Zr排出并形成扩散阻挡层，保证了铜栅电极的结合强度和电学稳定性。铜合金层为非籽晶层，不需要考虑复杂的生长条件以控制晶体生长方向，使制备工艺明显简化，成本大大降低。本专利技术的导电主体仍是铜，更能凸显铜材料作为氧化物TFT栅电极的电学性能优势。相对于现有技术，本专利技术具有如下优点及有益效果：本专利技术制备的氧化物TFT栅电极具有成本低廉，结合强度高，电学稳定性好，电阻率低，工艺简单的优点。附图说明图1为本专利技术的氧化物薄膜晶体管栅极的结构示意图，1-衬底，2-铜合金层，3-三氧化二铝层；图2(a)是采用玻璃基板，以纯铜作为栅电极，剥离电极测试结合强度后的偏光图像；图2(b)是采用玻璃基板，以实施例1的Cu-Cr-Zr/Al2O3作为栅电极，剥离电极测试结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化物薄膜晶体管栅极，其特征在于：由依次叠设的铜合金层和三氧化二铝层组成，且三氧化二铝层靠近薄膜晶体管中栅极绝缘层；所述铜合金层包含铬和锆。

【技术特征摘要】
1.一种氧化物薄膜晶体管栅极，其特征在于：由依次叠设的铜合金层和三氧化二铝层组成，且三氧化二铝层靠近薄膜晶体管中栅极绝缘层；所述铜合金层包含铬和锆。2.根据权利要求1所述氧化物薄膜晶体管栅极，其特征在于：所述铜合金层的材料成分包括铜、铬和锆，以重量百分比计，Cr占合金总量的0.1％～0.39％，Zr占合金总量的0.1％～0.5％。3.根据权利要求2所述氧化物薄膜晶体管栅极，其特征在于：Cr占合金总量的0.29％～0.32％，Zr占合金总量的0.18％～0.21％。4.根据权利要求1所述氧化物薄膜晶体管栅极，其特征在于：铜合金层的厚度为20～500nm，三氧化二铝层的厚度为1～20nm。5.根据权利要求1～4任一项所述氧化物薄膜晶体管栅极的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)在衬底上沉积20～500nm厚度的铜合金薄膜，所述铜合金薄膜为铜合金层，作为栅极主体层；(2)在铜合金薄膜上沉积1～20nm厚的三氧化二铝薄膜，所述三氧化二铝薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁洪龙，卢宽宽，彭俊彪，姚日晖，胡诗犇，魏靖林，邓宇熹，邓培淼，周尚雄，袁炜健，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44