一种基于氧化锌薄膜的薄膜晶体管制造技术

本发明专利技术公开了一种基于氧化锌薄膜的薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括半导体沟道层、栅绝缘层、源极、漏极和栅极。本发明专利技术的基于氧化锌薄膜的薄膜晶体管以氧化锌薄膜作为半导体沟道层，采用顶栅结构并采用双层的栅绝缘层，栅绝缘层中第一绝缘层作为氧化锌薄膜的保护层，能有效保护氧化锌薄膜不受环境和后续工艺的影响。通过多次氧气氛围下的快速退火，使得氧化锌薄膜的载流子浓度得到有效控制，进而使薄膜晶体管可以在接近0V的栅极偏压下实现关断，并对氧化锌薄膜进行去氢化处理，同时修复半导体沟道层和绝缘层的界面处缺陷，使得薄膜晶体管的电学稳定性得到极大提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及半导体器件
，具体设及一种基于氧化锋薄膜的薄膜晶体管。
技术介绍
近年来，随着智能手机和平板电脑等移动终端的迅速普及，W及高清显示器的不 断发展，人们对显示技术的要求越来越高，例如大尺寸、高对比度、高分辨率、低功耗、高开 口率等等。薄膜晶体管作为液晶面板化CD)和有机发光二极管(OLED)显示面板的像素单元 控制开关部件，其性能对屏幕显示技术的影响至关重要。传统液晶面板所采用的薄膜晶体 管主要有两种，一种是非晶娃薄膜晶体管，由于其成本低和技术相对成熟，因而应用最为广 泛，但是非晶娃材料的迁移率很低(一般小于<lcm^Vs)，均匀性差，导致非晶娃显示面板的 功耗大，另外由于娃材料对可见光敏感，易产生光生载流子，需要在液晶面板中加装黑矩阵 来屏蔽背光源，运样增大了制造成本和技术难度，也会降低良品率。另一种应用较多的是低 溫多晶娃薄膜晶体管，多晶娃的迁移率高（可达lOOcmVVs)，降低了显示功耗，但是多晶娃 同样对光敏感，此外由于制备多晶娃需要采用准分子激光退火的方式来使娃重结晶，工艺 成本高，并且由于制程技术的限制，目前还无法实现大尺寸低溫多晶娃面板的量产。 2003年Nomura等人在化化re上发表了基于多元金属氧化物的高性能薄膜晶体管 器件，金属氧化物晶体管逐渐成为研究热点，包括氧化铜锡、铜嫁锋氧化物、氧化锋等等，而 其中氧化锋作为一种二元氧化物，因其结构简单，含量丰富，成本低的特点，受到越来越多 的关注，成为在未来显示
取代娃的重要选择。氧化锋是一种宽禁带材料，禁带宽度 约为3.37eV，对可见光透明，并且很容易在相对低溫下制造出高质量的薄膜，目前氧化锋薄 膜晶体管已经可W获得相对较好的性能，比如高达SOcm 2As的迁移率，超过IO7的开关比，接 近于OV的开启电压等。 但是目前对于氧化锋薄膜晶体管的实用化还面临两个主要的难题。首先是真空沉 积技术获得的氧化锋薄膜通常具有较高的载流子浓度，导致器件难W在合适的栅压范围内 实现关断。另一个问题在于氧化锋薄膜对空气中的水分极为敏感，缺乏合理的结构设计和 封装都将导致器件性能迅速退化甚至失去性能。为了提高氧化锋薄膜晶体管的电学性能， 研究人员已经做过相当多的工作，但是还没有能很好解决氧化锋薄膜晶体管稳定性的研究 出现。例如，绝大部分关于氧化锋薄膜晶体管的报道都是底栅结构，运种结构中氧化锋薄膜 直接暴露在空气中，便于对半导体层进行处理，如退火、离子注入等，W改善其性能，但是由 于氧化锋的敏感性，运种结构的器件无法实用。另一方面，也有少数顶栅结构的氧化锋薄膜 晶体管的研究报道，在运种结构中，如何在后续的光刻和湿法刻蚀中保护氧化锋材料，W及 如何降低氧化锋材料和绝缘层的界面缺陷是亟待解决的两个问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种能够实现高稳定性、高可靠性和较高迁 移率的基于氧化锋薄膜的薄膜晶体管。 本专利技术提出了一种基于氧化锋薄膜的薄膜晶体管，包括半导体沟道层、源极、漏 极、栅极W及双层的栅绝缘层，采用顶栅和交错电极的器件结构，交错电极的结构即指源极 和漏极在半导体沟道层的下面，栅极位于半导体沟道层的上方，栅绝缘层将半导体沟道层 和栅极隔离，包括第一绝缘层和第二绝缘层双层结构，第一绝缘层直接与半导体沟道层接 触，所述的半导体沟道层采用氧化锋薄膜。所述氧化锋薄膜为单晶或多晶形态的n型导电薄 膜 本专利技术中，薄膜晶体管的第一绝缘层位于半导体沟道层的上方，和氧化锋薄膜直 接接触，由于=氧化二侣薄膜和氧化锋薄膜接触时界面处的缺陷相对较少，因而可W选用 =氧化二侣作为第一绝缘层的材料。薄膜晶体管的第二绝缘层则可W采用=氧化二侣、氧 化给、二氧化娃、氮化娃等材料。 薄膜晶体管的第一绝缘层作为氧化锋薄膜的保护层，在刻蚀薄膜晶体管沟道区 时，将半导体沟道层和第一绝缘层一起进行光刻和湿法刻蚀，可W有效地保护氧化锋半导 体层不受外部环境和工艺处理的影响，同时保证了半导体沟道层和绝缘层的良好接触，减 少界面缺陷密度。 所述的第一绝缘层厚度为9至15nm，W便于快速湿法刻蚀，降低刻蚀中对其下方半 导体沟道层的侧向钻蚀的影响。 在沉积得到氧化锋薄膜W后，对其进行氧气氛围下快速退火，将氧化锋半导体沟 道层的电阻率控制在在1 X IO5 Q ? cm至1 X IO7 Q ? cm之间。 在湿法刻蚀得到沟道区W后，进行第二次氧气氛围下快速退火，对氧化锋半导体 层进行去氨化处理，同时修复部分沟道层和绝缘层界面处的缺陷。 沉积完第二绝缘层后，进行第=次氧气氛围下快速退火，对第二层绝缘层进行重 结晶，修复内部缺陷，在后续的栅极光刻步骤中，提高绝缘层对碱性显影液的抗腐蚀能力， 减少漏电的发生。 本专利技术中，所述薄膜晶体管的源极、漏极和栅极均可采用具有较强抗腐蚀能力的 金属或金属合金，如金、销、铁等等，W及非晶或多晶形态的透明导电氧化物，如氧化铜锡、 渗杂侣的氧化锋等。 薄膜晶体管的衬底材质可W是W下其中之一，但不限于W下几种，玻璃、石英、单 晶娃片等，也可W是覆盖电绝缘层的不诱钢。 与现有的技术相比，本专利技术的基于氧化锋薄膜的薄膜晶体管的优点在于，采用顶 栅结构，并加入双层的栅绝缘层，第一绝缘层作为保护层，有效的保护了半导体沟道层在后 续的工艺步骤中不受外部环境和后续工艺的影响，第二绝缘层进一步起到了对沟道层进行 隔离和封装保护的作用。通过=次氧气氛围下的快速热退火处理，使得氧化锋半导体沟道 层的载流子浓度得到有效控制，使得薄膜晶体管的开启电压控制在OV左右;使得沟道层和 绝缘层界面处的缺陷得到修复，并对氧化锋起到去氨化作用，使得薄膜晶体管的稳定性大 大提高;使得第二层绝缘层内部缺陷得到修复，改善了其内部结晶结构，在后续的光刻栅极 的工艺中，对碱性显影液的抗腐蚀性增强，减少了漏电的发生。采用本专利技术提出的工艺方法 和器件结构可W制作出均匀性好、高稳定性、高可靠性、高迁移率的氧化锋薄膜晶体管，对 氧化锋薄膜晶体管的实用化做出了很大改进和提高，为下一代高清显示、柔性显示和透明 显示技术提供有力支持。【附图说明】 图1为所述顶栅结构薄膜晶体管的剖面结构示意图； 图2为在源漏极上沉积氧化锋薄膜后进行快速退火处理的剖面结构示意图； 图3为在氧化锋薄膜上沉积第一绝缘层并刻蚀出有源区后进行退火处理的剖面结 构示意图； 图4为在第一绝缘层上继续沉积第二绝缘层后进行退火处理的剖面结构示意图； 图5为在第二绝缘层上沉积栅极并转移图形后的剖面结构示意图； 图6为所述实施例的薄膜晶体管的转移特性曲线； 图中符号说明： 1:衬底 2;源极 3:漏极 4:半导体沟道层当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于氧化锌薄膜的薄膜晶体管，包括半导体沟道层、源极、漏极、栅极以及栅绝缘层，其特征在于，所述的薄膜晶体管采用顶栅和交错电极结构，半导体沟道层为氧化锌薄膜，且栅绝缘层位于半导体沟道层与栅极之间，包括第一绝缘层和第二绝缘层，第一绝缘层与半导体沟道层直接接触。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶志，刘腾飞，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33