一种掺钼氧化锌薄膜晶体管及其制备方法技术

一种掺钼氧化锌薄膜晶体管及其制备方法，本发明专利技术提供了一种薄膜晶体管及其制备方法，属于半导体行业、平板显示领域。本发明专利技术的核心在于采用掺钼的氧化锌半导体材料作为薄膜晶体管的导电沟道层，制备的掺钼的氧化锌薄膜的尺寸在20nm左右，在制备的过程中，利用溅射技术制备掺钼氧化锌薄膜，通过调节掺钼的氧化锌靶材的组分，控制溅射氧气分压来改善薄膜晶体管的开关比、亚阈摆幅、阈值电压以及迁移率等特性。本发明专利技术具有工艺简单，制作成本低，低温，适用于透明显示技术和柔性显示技术等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种玻璃衬底或者塑料衬底上制备的薄膜晶体管，属于半导体行业、平板显示领域。
技术介绍
随着信息时代的飞速发展，显示器件正加速向平板化、节能化的方向快速发展，其中以薄膜晶体管(TFT)为开关元件的有源阵列驱动显示器件成为众多平板显示技术中的佼佼者。TFT是一种场效应半导体器件，包括衬底、半导体沟道层、绝缘层、栅极和源漏电极等几个重要组成部分，其中半导体沟道层对器件性能和制造工艺有至关重要的作用。最近十几年，以非晶硅和多晶硅为主的TFT作为驱动单元，在液晶显示器件上以体积小、重量轻、品质高等优点获得了迅速发展，并成为主流的信息显示终端。然而，非晶硅存在场效应迀移率低、光敏性强，制备工艺复杂等缺点。平板显示器的发展重新聚焦在寻找新材料，制作高迀移率，低成本、高性能的薄膜晶体管，以满足技术发展的轨道上来。目前，研宄比较热门的是以并五苯等有机半导体材料为沟道层的有机薄膜晶体管(OTFT)和以ZnO为代表的宽带隙氧化物半导体为沟道层的氧化物薄膜晶体管。OTFT具有工艺简单，加工温度低、成本比较低等优点，这些优点适应社会发展和技术进步的要求。但是，目前报道的OTFT又难以克服低寿命，低迀移率等弱点。2003年美国科学家Hoffman等报道了以ZnO为沟道层的全透明TFT，同时指出可以将其应用在有源矩阵驱动显示中，引起了人们广泛关注。氧化物薄膜晶体管(英语:oxide thin-film transistor (TFT))是场效应管的一种特殊类型，这种技术把半导体有源层和介质层以薄膜的形式沉积在制成的衬底上。氧化物薄膜晶体管和非晶硅薄膜晶体管的主要区别是电子通道的材料是氧化物而不是非晶硅。薄膜晶体管主要应用于液晶显示器(LCD)和有机发光半导体(OLED)中。氧化锌半导体薄膜材料之所以受到广泛关注是因为它具有很多优点:制备温度低、工艺简单、透明度高、电学性能好、无毒环保材料、成本低等。目前，关于氧化锌基半导体薄膜材料的研宄有很多，采用不同掺杂的氧化锌基薄膜晶体管更是层出不穷。常见的有氧化锌铟镓(Indium Gallium Zinc Oxide，IGZO)，氧化锌铝(Ζη0+Α1203, AZO),氧化锌铟(Ζη0+Ιη203, ΙΖ0)，氧化锌锡(Zn0+Sn02，ΤΖ0)，氧化锌镓(Zn0+Ga203，GZ0)等等。其中，由于In和Ga的高度匹配，IGZO被认为是最有前途的透明半导体材料，然而材料中的In是稀有元素，地球上含量稀少，In和Ga元素又都有毒，制造成本高且不环保。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在玻璃或者塑料衬底上制备氧化锌钼薄膜晶体管的制造方法。该制备方法工艺步骤简单，制造成本低廉，适用于低温工艺，并能简单有效的改善薄膜晶体管的各项性能。本专利技术的技术方案如下:一种薄膜晶体管，包括衬底、栅电极、栅介质层、半导体沟道层、源端电极、漏端电极，所述栅电极位于衬底之上，所述栅介质层位于栅电极之上，所述半导体沟道层位于栅介质层之上，所述源端电极、漏端电极在半导体沟道层两端，其特征在于，所述半导体沟道由利用溅射工艺制备形成的掺钼氧化锌半导体材料组成，钼的含量为1% -10%。上述薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤:(I)在玻璃或者塑料衬底上生长一层导电薄膜，光刻刻蚀出栅电极。(2)紧接着生长一层栅介质薄膜，光刻刻蚀出栅介质层。(3)生长一层掺钼的氧化锌半导体材料，光刻刻蚀出导电沟道层。(4)生长一层导电薄膜，光刻刻蚀出源、漏电极。(5)生长一层钝化介质层，光刻和刻蚀形成栅、源和漏的引出孔。(6)生长一层金属薄膜，光刻和刻蚀形成金属电极和互连。所述的制作方法，步骤(I)所生长的导电薄膜，由透明导电薄膜材料ITO、GZO、Mo等形成。所述的制作方法，步骤(2)所生长的栅介质材料，由二氧化硅，或者氮化硅、氧化铝、氧化锆、氧化铪等绝缘材料形成。所述的制作方法，步骤(3)所生长的半导体沟道层，利用溅射工艺生长一层掺钼的氧化锌非晶半导体材料沟道层。溅射使用的靶材为掺钼的氧化锌陶瓷靶，钼的含量为1% -10% ;溅射过程中控制氧气分压为O % -30%。所述的制作方法，步骤⑷所生长的导电薄膜，由透明导电材料ITO形成。本专利技术的优点和积极效果:本专利技术提供了一种在玻璃或者塑料衬底上制备氧化锌钼薄膜晶体管的制造方法，制备的掺钼氧化锌半导体薄膜晶粒尺寸在20nm左右，薄膜均匀分布，属于纳米晶的范畴。这种工艺方法具有步骤简单，制造成本低廉，均匀性好的特点，适用于低温工艺，对提高薄膜晶体管器件的性能具有良好的效果，可以改善器件的迀移率、开关比、阈值电压、亚阈摆幅率等电学性能，适用于透明显示和柔性显示技术。【附图说明】图1为本专利技术具体实例所描述的玻璃或者塑料衬底上制备氧化锌钼薄膜晶体管的剖面结构示意图；图2为本专利技术具体实例所描述的玻璃或者塑料衬底上制备氧化锌钼薄膜晶体管的俯视结构示意图；图3(a)?(e)依次示出了本专利技术的薄膜晶体管一个制作方法的主要工艺步骤，其中:图3(b)示意了栅电极形成的工艺步骤；图3(c)示意了栅介质层形成的工艺步骤；图3(d)示意了沟道层形成的工艺步骤；图3(e)示意了源、漏端电极形成的工艺步骤。【具体实施方式】下面通过实例对本专利技术做进一步说明。需要注意的是，公布实例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权利要求的精神范围内，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。本专利技术氧化锌钼薄膜晶体管形成于玻璃或者塑料衬底I上，如图1和图2所示。该薄膜晶体管包括栅电极2，栅介质层3，半导体导电沟道层4，源、漏端电极5。所述栅电极2位于玻璃或者塑料衬底I之上，所述栅介质层3位于电极2之上，所述半导体导电沟道层4位于栅介质层3之上，所述源漏端电极5位于半导体沟道层4两端。所述薄膜晶体管的制作方法的具体实例由图3(a)至图3(e)所示，包括以下步骤:如图3(a)所示，衬底选用透明玻璃或者塑料衬底基板I。如图3(b)所示，在基板I上采用磁控溅射技术生长一层30?150纳米厚的ITO等导电薄膜，然后光刻刻蚀出栅电极。如图3(c)所示，利用PECVD生长一层50?250纳米厚的二氧化硅等绝缘层，然后光刻刻蚀形成栅介质。如图3(d)所示，利用溅射工艺生长一层掺钼的氧化锌半导体材料沟道层。溅射使用的靶材为掺钼的氧化锌陶瓷靶，钼的含量为1% -10% ;溅射过程中控制氧气分压为0% -30%。如图(e)所示，采用磁控溅射技术生长一层50?300纳米厚的ITO等导电薄膜，然后光刻刻蚀形成源、漏电极。随后按照标准工艺生长一层钝化介质层，光刻和刻蚀形成栅、源和漏的引出孔，再生长一层Al或者透明的导电薄膜材料，光刻和刻蚀形成电极和互连。虽然本专利技术已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本专利技术。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本专利技术技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和
技术实现思路
对本专利技术技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本专利技术技术方案的内容，依据本专利技术的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本专利技术技术方案保护的范围内。【本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜晶体管，包括衬底、栅电极、栅介质层、半导体沟道层、源端电极、漏端电极，所述栅电极位于衬底之上，所述栅介质层位于栅电极之上，所述半导体沟道层位于栅介质层之上，所述源端电极、漏端电极在半导体沟道层两端，其特征在于，所述半导体沟道由利用溅射工艺制备形成的掺钼氧化锌半导体材料组成，钼的含量为1％‑10％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩德栋，石盼，王漪，丛瑛瑛，董俊辰，周晓梁，郁文，张翼，黄伶灵，刘力锋，张盛东，刘晓彦，康晋锋，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11