本发明专利技术公开了一种氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法，属于半导体集成电路及其制造技术领域。本发明专利技术采用射频磁控溅射方法形成两层AlZnO薄膜材料作为有源区，且该两层AlZnO薄膜的氧离子含量不同。本发明专利技术氧化物半导体薄膜晶体管具有高迁移率，而且本发明专利技术制备方法和传统CMOS工艺相兼容，具有较高的实用价值，有望在未来的TFT集成电路中得到应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于集成电路制造和平板显示领域，具体涉及一种新型氧化物薄膜晶体管及其制备方法 。
技术介绍
随着集成电路制造和平板显示技术的发展，提高薄膜晶体管(TFT)的性能和降低其制作成本对促进平板显示的发展极为重要。目前，产业界各种显示用TFT器件和驱动电路的制备是以非晶硅(a-Si)和低温多晶硅(LTPS)技术为主。LTPS-TFT和a-Si-TFT的最大不同是导电特性和制备工艺。LTPS-TFT有较高的载流子迁移率，可提供充分的电流，可制备n型和p型TFT。但因其制备工艺较复杂，需用激光或金属诱导再结晶，较难实现大面积制备；a-Si-TFT虽然制备工艺较简单、工艺流程较成熟、可实现大面积的制备，但其载流子迁移率很低，而且只能制备n型晶体管，难以实现驱动电路的集成。鉴于此，氧化物半导体TFT特别是氧化铟镓锡(IGZO)-TFT的技术今年发展迅速，并且具备了大规模生产的能力，以IGZO-TFT为基本单元的显示产品指日可待。但是，由于世界上铟(In)的储量极其有限，IGZO也只是暂时的选择，必须研发其它氧化物半导体材料，来取代IGZ0。氧化锌铝AlZnO(AZO)作为新型透明导电薄膜，在可见光范围具有较高的透射率，化学稳定性高，并且材料的来源丰富、价格便宜。具有可同透明导电膜氧化铟锡(ITO)薄膜相比拟的光电特性，逐渐成为ITO导电薄膜的替代材料，受到广泛的关注和研究。因而AZO导电薄膜在太阳能电池、液晶显示、防静电等领域中，有广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种高迁移率的氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法。本专利技术的技术方案是一种氧化物半导体薄膜晶体管，包括源电极和漏电极、有源区、栅介质以及栅电极，源、漏电极位于衬底之上，所述有源区位于衬底和源、漏电极之上，栅介质层位于有源区之上，栅电极位于栅介质之上，其特征在于，所述有源区为两层氧离子含量不同的氧化锌铝薄膜。源、漏电极为非透明的导电薄膜，如Al、Cr、Mo等非透明的导电金属中的一种；或透明导电薄膜，如IT0、AZ0、InO等透明的氧化物导电薄膜中的一种。氧化锌铝薄膜含有掺杂物，如Ga、In、Hf、Zr等III或IV族元素中的一种。栅介质材料为二氧化硅、氮化硅以及高介电常数绝缘材料中的一种或者多种的组合。标准集成电路工艺可使用溅射、化学气相淀积等技术。栅电极为Al、Ti和Cr等非透明金属中的一种或透明导电薄膜IT0、AZ0、In0等透明的氧化物导电薄膜中的一种。一种氧化物半导体薄膜晶体管，其步骤包括I)在半导体或玻璃衬底上生长一层非透明导电薄膜或透明导电薄膜，然后光刻和刻蚀形成源电极和漏电极；2)溅射形成第一层氧化锌铝薄膜AZO有源区层，在溅射台内退火处理；3)溅射生长第二层氧化锌铝薄膜AZO有源区层，在溅射台内退火处理，其中第二层氧化锌铝薄膜的氧离子含量高于或低于第一层氧化锌铝薄膜；4)标准集成电路制备工艺生长形成一层绝缘栅介质层； 5)溅射生长一层导电栅电极，在溅射台内退火处理；6)定义栅电极，然后光刻和刻蚀形成栅电极，同时形成源、漏电极接触孔，实现源、漏电极引出；采用传统集成电路工艺技术刻蚀或剥离工艺形成源电极、漏电极和栅电极。在步骤2)、3)中，有源区层采用射频磁控溅射技术生长高氧含量的AZO或低氧含量的AZO及其掺杂。制备氧离子含量高的氧化锌铝薄膜时，通入氧气与氩气比为3 10% : 97 90% ;制备氧离子含量低的氧化锌铝薄膜时，通入氧气与氩气比I 3% 99 97%。本专利技术的优点本专利技术采用传统的TFT结构，首先生长光刻刻蚀出源、漏电极，然后溅射生长有源区，通过在溅射过程中氧气氛的分压比调节形成含氧离子不同的两层氧化锌铝薄膜有源层，接着制备栅介质层及栅电极层，最后光刻、刻蚀出栅电极、源漏电极接触区。由于本专利技术有源区、栅介质和栅电极的连续生长，能够极大减有源层与栅介质的界面缺陷态，因而能极大的提高TFT驱动能力。且两层不同氧离子含量有源层可极大提高载流子在沟道中迁移率，使用本方法制备的薄膜晶体管具有较高开关比、较小的亚阈值摆幅等优良特性。因此本专利技术可替代IGZO材料，具有较高的实用价值，有望广泛用于微电子和平板显示产业。附图说明图I为本专利技术氧化锌铝薄膜晶体管的剖面示意图；图2(a) (d)依次示出了本专利技术氧化锌铝薄膜晶体管的制备方法的实施例的主要工艺步骤。上述图中I-衬底；2_源、漏电极；3_有源区第一层；4_有源区第二层；5_栅介质；6-栅电极。具体实施例方式下面结合说明书附图，通过实例对本专利技术做进一步说明。本专利技术的氧化锌铝薄膜晶体管形成于玻璃衬底上，如图I和图2所示。该薄膜晶体管包括源电极和漏电极、有源区、栅介质层以及栅电极。源、漏电极位于衬底之上，所述有源区位于衬底和源、漏电极之上，栅介质层位于有源区之上，栅电极位于栅介质层之上。本专利技术的氧化锌铝薄膜晶体管的制备方法的一个实施例由图2(a)至图2(d)所示，包括以下步骤(I)在玻璃或生长有二氧化硅薄膜的衬底I上磁控溅射生长一层约150纳米厚的透明导电金属氧化物ITO薄膜，然后光刻和刻蚀形成源电极2和漏电极2，如图2(a)所示；(2)使用射频磁控溅射淀积一层50 100纳米厚的高氧含量AZO有源层3，通入氧气与氩气比为3 10% : 97 90%，在150摄氏度温度下溅射，台内退火20 40分钟，如图2(b)所示；(3)使用射频磁控溅射淀积一层约30 50纳米厚的低氧含量AZO有源层4，通入氧气与氩气比I 3% 99 97%，在150摄氏度温度下溅射，台内退火20 40分钟，如图2 (b)所示；(4)使用溅射或化学气相淀积等技术生长一层100 150纳米厚的二氧化硅栅介质层5，如图2(c)所示；(5)在二氧化硅栅介质层表面溅射一层50 200纳米厚的透明氧化物金属导电薄膜IT06，如图2(d)所示； (6)定义栅电极，然后光刻和刻蚀形成栅电极，同时形成源漏电极接触孔实现实现源、漏电极引出。最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本专利技术，但是本领域的技术人员可以理解在不脱离本专利技术及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本专利技术不应局限于实施例所公开的内容，本专利技术要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。权利要求1.一种氧化物半导体薄膜晶体管，包括源电极和漏电极、有源区、栅介质以及栅电极，源、漏电极位于衬底之上，所述有源区位于衬底和源、漏电极之上，栅介质层位于有源区之上，栅电极位于栅介质之上，其特征在于，所述有源区为两层氧离子含量不同的氧化锌铝薄膜。2.如权利要求I所述的氧化物半导体薄膜晶体管，其特征在于，所述有源区的第一层氧化锌铝薄膜的厚度为50 100纳米；第二层氧化锌铝薄膜的厚度为30 50纳米。3.如权利要求I所述的氧化物半导体薄膜晶体管，其特征在于，源、漏电极为Al、Cr、Mo非透明的导电薄膜的一种或氧化铟锡、氧化锌铝、氧化铟透明导电薄膜的一种。4.如权利要求I所述的氧化物半导体薄膜晶体管，其特征在于，第一、第二层氧化锌铝薄膜掺杂有Ga、In、Hf或Zr。5.如权利要求I所述的氧化物半导体薄膜晶体管，其特征在于，栅介质材料为二氧化硅、氮化硅以及高介电常数绝缘材料中的一种或者多种的组合。6.如权利要求I所述的氧化物半导本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：韩德栋，王漪，蔡剑，王亮亮，任奕成，张盛东，孙雷，刘晓彦，康晋锋，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。