金属氧化物薄膜晶体管制备方法技术

本发明专利技术涉及一种金属氧化物薄膜晶体管制备方法，其步骤：选取衬底，在衬底制作栅电极；在衬底上生长一层绝缘介质或高介电常数介质，并覆盖在栅电极上作为栅介质层；在栅介质层上生成一层第一金属层；在第一金属层上生成一层第二金属层；在第一金属层中间位置上制备沟道区，在第二金属层中间位置上制备钝化区；在常压和室温下对沟道区和钝化区的金属进行阳极氧化处理；制作源区和漏区，形成包含源区、漏区和沟道区的有源区；源区和漏区由未经过阳极氧化处理的第一金属层和第二金属层的双层金属组成；在有源区上淀积一层氮化硅层，制作电极的两个接触孔；法淀积一层金属铝膜，然后光刻和刻蚀制成两个金属接触电极。本发明专利技术可以广泛在薄膜晶体管领域中应用。

【技术实现步骤摘要】
金属氧化物薄膜晶体管制备方法
本专利技术涉及一种晶体管制备方法，特别是关于一种金属氧化物薄膜晶体管制备方法。
技术介绍
薄膜晶体管一直是平板显示开关控制元件或周边驱动电路的集成元件。此外，薄膜晶体管还被广泛研究用于传感器，存储器，处理器等领域。目前被产业界广泛采用的薄膜晶体管主要是传统的硅基薄膜晶体管，如非晶硅薄膜晶体管和多晶硅薄膜晶体管。但是，随着显示技术的不断发展，这些硅基薄膜晶体管开始无法满足人们对平板显示技术越来越高的要求。在非晶硅薄膜晶体管中，主要存在迁移率低和性能易退化等缺点，在OLED像素驱动以及LCD和OLED周边驱动电路集成等方面的应用上受到了很大的限制。而多晶硅薄膜晶体管的工艺温度较高，制作成本高，器件性能的均匀性较差，因此不太适合大尺寸平板显示应用。因此为了平板显示技术的发展，金属氧化物薄膜晶体管就是近几年被广泛研究的一种新型薄膜晶体管技术。金属氧化物薄膜晶体管具有低的工艺温度，低的工艺成本，高的载流子迁移率以及均匀且稳定的器件性能，不但汇集了非晶硅和多晶硅薄膜晶体管两者的优点，还具有可见光透过率高等优势，非常有希望应用于下一代大尺寸、高分辨率、高帧频透明显示中。金属氧化物薄膜晶体管采用的沟道层材料主要有氧化锌(ZnO)、氧化铟(In2O3)、氧化铟镓锌(GIZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟锌锡(TIZO)、氧化锡(SnO2)，氧化亚锡(SnO)、氧化亚铜(Cu2O)等。在底栅薄膜晶体管制作工艺中，钝化层通常是在沟道层和源漏形成之后淀积的一层不可缺少的，使沟道与大气隔绝的保护层，但钝化层的生长条件通常会影响器件的电学特性，如常用的等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)长SiO2钝化层过程中，背沟道通常会遭受到等离子体的轰击，引入氢离子等，使得沟道层变得导电，阈值往负漂，器件特性退化，漏电增加等。这些有害的影响，使得钝化层的生长条件苛刻而难以把握。因此，如何生长钝化层成为薄膜晶体管制作中一项需要突破的技术难点。另一方面，沟道层是低载流子浓度的高阻层，而源漏部分为了减小寄生电阻，需要另加一层低阻的金属层工艺，增加了制备工艺的复杂度。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种金属氧化物薄膜晶体管制备方法，该方法能使沟道背面免受等离子体轰击，避免背沟道造成损伤引起器件特性退化。另一目的是，该方法工艺简单、节省了生产成本。另一目的是，在阳极氧化双层金属中，底部金属由于受到上层金属的保护而不与溶液直接接触，因此，一些不耐酸不耐碱的金属及其氧化物也可能在上层金属的保护下实现阳极氧化。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种金属氧化物薄膜晶体管制备方法，其包括以下步骤：1)选取衬底，在衬底上生长一层金属薄膜或者透明导电薄膜，然后在该金属薄膜或透明导电薄膜上采用光刻和刻蚀在衬底中心位置处形成栅电极；2)在衬底上生长一层绝缘介质或高介电常数介质，并覆盖在栅电极上作为栅介质层；3)在栅介质层上生成一层10～100纳米厚第一金属层，该生长方法采用直流磁控溅射的方法，使用金属或者合金靶，纯度≥99.99％，溅射气压为0.3～2.5Pa之间，气体为纯氩气；4)在第一金属层上生成一层50～300纳米厚第二金属层，该生长方法也采用直流磁控溅射的方法，使用金属或者合金靶，纯度≥99.99％，溅射气压为0.3～2.5Pa之间，气体为纯氩气；5)在第一金属层中间位置上制备沟道区，在第二金属层中间位置上制备钝化区，钝化区位于沟道区的上部；然后在常压和室温下对沟道区和钝化区的金属进行阳极氧化处理，阳极氧化使第一金属层为半导体金属氧化层，而使第二金属层成为绝缘介质的金属氧化物层；半导体金属氧化物层为薄膜晶体管的沟道层，而绝缘介质的金属氧化物层成为沟道层的钝化层；6)制作源区和漏区，形成包含源区、漏区和沟道区的有源区；源区及漏区位于沟道区两侧，并与沟道区相连，源区和漏区由未经过阳极氧化处理的第一金属层和第二金属层的双层金属组成；7)在有源区上采用等离子增强化学汽相淀积或磁控溅射方法淀积一层氮化硅层，该氮化硅层覆盖栅介质层，然后在氮化硅层上位于源区一侧和漏区一侧都采用光刻和刻蚀，形成电极的两个接触孔；8)在整个器件上表面上采用磁控溅射方法淀积一层金属铝膜，然后光刻和刻蚀制成薄膜晶体管电极的两个金属接触电极，两个金属接触电极将薄膜晶体管的各电极引出，完成金属氧化物薄膜晶体管制备。所述步骤5)中，所述沟道区和钝化区的制备方法如下：在所述第二金属层上采用等离子增强化学汽相淀积方法生长一层50纳米厚的氮化硅薄膜作为介质保护层，并在所述介质保护层上涂覆光刻胶，对所述介质保护层进行光刻和刻蚀，在所述第二金属层中间位置上露出所述钝化区，该钝化区对应的所述第一金属层上的区域即为所述沟道区。所述步骤5)中，所述沟道区和钝化区的制备方法如下：在所述第二金属层上采用等离子增强化学汽相淀积方法生长一层50纳米厚的氮化硅薄膜作为介质保护层，并在所述介质保护层上涂覆光刻胶，然后对该光刻胶进行图形化曝光和显影，在所述介质保护层上开窗口，但不刻蚀所述介质保护层，该窗口区域对应晶体管的沟道区和钝化区。所述步骤6)中，所述源区和漏区的制作方法为：去除所述光刻胶，对所述介质保护层和其下的所述第一金属层、第二金属层进行光刻和刻蚀，形成所述源区和漏区。所述步骤5)中，所述沟道区和钝化区的制备方法如下：在所述第二金属层上涂覆光刻胶，然后对所述光刻胶进行曝光显影，使所述第二金属层上的钝化区露出，该钝化区对应的所述第一金属层上的区域即为沟道区，其余部分被光刻胶层覆盖保护。所述步骤5)中，所述源区和漏区的制作方法为：去除所述光刻胶层，对所述第一金属层和第二金属层进行光刻和刻蚀，形成所述源区和漏区。所述步骤1)中，所述衬底采用耐高温的玻璃衬底或非耐高温的柔性塑料衬底。所述步骤1)中，所述金属薄膜采用磁控溅射或热蒸发方法生成，所述透明导电薄膜由磁控溅射方法生成。所述步骤2)中，所述衬底上生长一层绝缘介质的方法如下：采用等离子增强化学汽相淀积方法在所述衬底上生长一层绝缘介质；在所述衬底上生长一层高介电常数介质的方法如下：采用磁控溅射或阳极氧化的方法在所述衬底上生长一层高介电常数介质。所述步骤4)中，对所述沟道区和钝化区的金属进行阳极氧化处理方法为：采用先恒流模式氧化后恒压模式的氧化方法，即恒流时电流密度在0.01～10mA/cm2之间，当电压上升到预定值1～500V时转为恒压模式,在恒压模式下保持一小时左右，此时电流下降到小于0.01mA/cm2，阳极氧化过程完成。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术由于采用对第一金属层和第二金属层进行阳极氧化处理，使得第一金属层成为半导体的金属氧化层，而第二金属层成为绝缘介质的金属氧化物层。半导体金属氧化物层为沟道层，而绝缘介质的金属氧化物层成为沟道层的钝化层。采用此处理方法，避免了沟道区表面遭受等离子体的轰击。2、本专利技术由于薄膜晶体管的源区、漏区是由未进行阳极氧化处理的第一金属层和第二层金属层的双层金属形成，不需另加源漏金属层工艺步骤，因此简化了晶体管的制备工艺。3、本专利技术由于阳极氧化只需在常压、室温环境下进行，操作简单，实验设备简易，通过阳极氧化，不仅形成了沟道层和钝化层，同时也保证本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属氧化物薄膜晶体管制备方法，其包括以下步骤：1)选取衬底，在衬底上生长一层金属薄膜或者透明导电薄膜，然后在该金属薄膜或透明导电薄膜上采用光刻和刻蚀在衬底中心位置处形成栅电极；2)在衬底上生长一层绝缘介质或高介电常数介质，并覆盖在栅电极上作为栅介质层；3)在栅介质层上生成一层10～100纳米厚第一金属层，该生长方法采用直流磁控溅射的方法，使用金属或者合金靶，纯度≥99.99％，溅射气压为0.3～2.5Pa之间，气体为纯氩气；4)在第一金属层上生成一层50～300纳米厚第二金属层，该生长方法也采用直流磁控溅射的方法，使用金属或者合金靶，纯度≥99.99％，溅射气压为0.3～2.5Pa之间，气体为纯氩气；5)在第一金属层中间位置上制备沟道区，在第二金属层中间位置上制备钝化区，钝化区位于沟道区的上部；然后在常压和室温下对沟道区和钝化区的金属进行阳极氧化处理，阳极氧化使第一金属层为半导体金属氧化层，而使第二金属层成为绝缘介质的金属氧化物层；半导体金属氧化物层为薄膜晶体管的沟道层，而绝缘介质的金属氧化物层成为沟道层的钝化层；6)制作源区和漏区，形成包含源区、漏区和沟道区的有源区；源区及漏区位于沟道区两侧，并与沟道区相连，源区和漏区由未经过阳极氧化处理的第一金属层和第二金属层的双层金属组成；7)在有源区上采用等离子增强化学汽相淀积或磁控溅射方法淀积一层氮化硅层，该氮化硅层覆盖栅介质层，然后在氮化硅层上位于源区一侧和漏区一侧都采用光刻和刻蚀，形成电极的两个接触孔；8)在整个器件上表面上采用磁控溅射方法淀积一层金属铝膜，然后光刻和刻蚀制成薄膜晶体管电极的两个金属接触电极，两个金属接触电极将薄膜晶体管的各电极引出，完成金属氧化物薄膜晶体管制备。...

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物薄膜晶体管制备方法，其包括以下步骤：1)选取衬底，在衬底上生长一层金属薄膜或者透明导电薄膜，然后在该金属薄膜或透明导电薄膜上采用光刻和刻蚀在衬底中心位置处形成栅电极；2)在衬底上生长一层绝缘介质，并覆盖在栅电极上作为栅介质层；3)在栅介质层上生成一层10～100纳米厚第一金属层，该生长方法采用直流磁控溅射的方法，使用金属或者合金靶，纯度≥99.99％，溅射气压为0.3～2.5Pa之间，气体为纯氩气；4)在第一金属层上生成一层50～300纳米厚第二金属层，该生长方法也采用直流磁控溅射的方法，使用金属或者合金靶，纯度≥99.99％，溅射气压为0.3～2.5Pa之间，气体为纯氩气；5)在第一金属层中间位置上制备沟道区，在第二金属层中间位置上制备钝化区，钝化区位于沟道区的上部；然后在常压和室温下对沟道区和钝化区的金属进行阳极氧化处理，阳极氧化使第一金属层成为半导体金属氧化层，而使第二金属层成为绝缘介质的金属氧化物层；半导体金属氧化物层为薄膜晶体管的沟道层，而绝缘介质的金属氧化物层成为沟道层的钝化层；6)制作源区和漏区，形成包含源区、漏区和沟道区的有源区；源区及漏区位于沟道区两侧，并与沟道区相连，源区和漏区由未经过阳极氧化处理的第一金属层和第二金属层的双层金属组成；7)在有源区上采用等离子增强化学汽相淀积或磁控溅射方法淀积一层氮化硅层，该氮化硅层覆盖栅介质层，然后在氮化硅层上位于源区一侧和漏区一侧都采用光刻和刻蚀，形成电极的两个接触孔；8)在整个器件上表面上采用磁控溅射方法淀积一层金属铝膜，然后光刻和刻蚀制成薄膜晶体管电极的两个金属接触电极，两个金属接触电极将薄膜晶体管的源、漏电极引出，完成金属氧化物薄膜晶体管制备。2.如权利要求1所述的金属氧化物薄膜晶体管制备方法，其特征在于：所述步骤5)中，所述沟道区和钝化区的制备方法如下：在所述第二金属层上采用等离子增强化学汽相淀积方法生长一层50纳米厚的氮化硅薄膜作为介质保护层，并在所述介质保护层上涂覆光刻胶，对所述介质保护层进行光刻和刻蚀，在所述第二金属层中间位置上露出所述钝化区，该钝化区对应的所述第一金属层上的区域即为所述沟道区。3.如权利要求1所述的金属氧化物薄膜晶体管制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张盛东，邵阳，肖祥，贺鑫，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44