一种基于非晶氧化物半导体材料的薄膜晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种基于非晶氧化物半导体材料的薄膜晶体管及其制备方法。该薄膜晶体管由下至上依次包括衬底、栅极、栅极绝缘层、有源层、源漏电极和钝化层；所述的有源层是以非晶氧化物SiSnO薄膜作为有源层。本发明专利技术基于背沟道刻蚀型薄膜晶体管结构，引入了非晶锡硅氧化物SiSnO作为有源层。该氧化物抗刻蚀能力强，能够大大减少刻蚀源漏电极的过程中对薄膜晶体管背沟道的损伤，且阈值电压较好。使用本发明专利技术制作背沟道刻蚀型薄膜晶体管稳定性大大提升，满足了薄膜晶体管产品化的要求，因此具有很高的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体制造领域，尤其涉及一种基于非晶氧化物半导体材料的薄膜晶体管及其制备方法。
技术介绍
近年来，新型平板显示(FPD)产业发展迅猛。消费者对于大尺寸、高分辨率平板显示的高需求量刺激着整个产业不断提升显示技术。而作为FPD产业核心技术的薄膜晶体管(TFT)背板技术，也在经历着深刻的变革。传统的非晶硅(a-Si)TFT因为迁移率较低(一般小于0.5cm2/(V·s))，难以实现高分辨率显示，正面临着被市场淘汰的命运；低温多晶硅(LTPS)TFT虽然迁移率高(50～150cm2/(V·s))，但是一方面生产工艺复杂、设备投资昂贵，一方面在大尺寸显示中存在着均匀性差、良品率低等问题，导致LTPS在大尺寸FPD领域的进一步发展举步维艰。相比之下，氧化物TFT不仅具有较高的迁移率(在5～50cm2/(V·s)左右)，制作工艺简单，制造成本较低，而且具有优异的大面积均匀性。因此氧化物TFT技术自诞生以来便备受业界瞩目。目前氧化物TFT主要使用的结构有背沟道刻蚀结构和刻蚀阻挡层结构。背沟道刻蚀结构是在生成有源层之后，直接在有源层上光刻源漏电极。而刻蚀阻挡层结构是在有源层生成之后，先光刻一层刻蚀阻挡层，再在之上再沉积并光刻源漏电极。背沟道刻蚀结构制作工艺较为简单，并且与传统非晶硅制作工艺相同，设备投资和生产成本都较低廉。该结构被认为是，非晶氧化物薄膜晶体管实现大规模量产和能够广泛使用的必然发展方向。但是在有源层上刻蚀源漏电极时，氧化物会受到离子损伤，导致暴露的沟道表面有载流子陷阱生成以及氧空位浓度增加，从而使得器件稳定性较差。该结构的氧化物TFT还无法实现产品化。另一方面，使用刻蚀阻挡层结构的氧化物TFT可以很大程度地避免上述问题，因此它的稳定性比较好，目前该结构薄膜晶体管已商业化。但是因为其需要增加额外的光刻掩膜版制作刻蚀阻挡层，导致工艺复杂，制作成本高。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种基于非晶氧化物半导体材料的薄膜晶体管。该薄膜晶体管以非晶氧化物半导体材料作为有源层材料，这种新型氧化物相对于传统的氧化物更加耐刻蚀，使得器件的稳定性更强，性能更好。本专利技术的另一目的在于提供所述的基于非晶氧化物半导体材料的薄膜晶体管的制备方法。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种基于非晶氧化物半导体材料的薄膜晶体管，由下至上依次包括衬底、栅极、栅极绝缘层、有源层、源漏电极和钝化层；所述的有源层是以非晶氧化物SiSnO薄膜作为有源层。所述的有源层的半导体材料是非晶锡硅氧化物(SiO2)x(SnO2)y，SiO2和SnO2的重量比为(5～15)∶(85～95)wt％；优选为5∶95wt％。所述的有源层的厚度为5nm～30nm；更优选为10nm～30nm；可选的，所述衬底包括：具有缓冲层的玻璃衬底，或具有水氧阻隔层的柔性衬底；可选的，所述柔性衬底包括：PEN，PET，PI或金属箔；所述的栅极为金属导电层，所述的金属导电层所使用的金属包括：铝(Al)，铜(Cu)，钼(Mo)，钛(Ti)，银(Ag)，金(Au)，钽(Ta)，钨(W)，铬(Cr)单质或铝合金；所述金属导电层为单层金属薄膜，或由单层Al，Cu，Mo，Ti，Ag，Au，Ta，W，Cr或铝合金中任意两层以上组成的多层薄膜；所述的栅极的厚度为100nm～2000nm；所述的栅极绝缘层为基于SiO2，Si3N4，Al2O3，五氧化二钽(Ta2O5)或氧化镱(Y2O3)绝缘薄膜的单层薄膜，或是以上绝缘材料组成的多层薄膜；所述的栅极绝缘层的厚度为50nm～500nm；可选的，所述的源漏电极所使用的金属包括：Al，Cu，Mo，Ti单质，或以上述金属单质作为主体的合金材料；所述的源漏电极为单层金属薄膜，或由单层Al，Cu，Mo，Ti单质，或以上述金属单质作为主体的合金材料任意两层以上组成的多层薄膜；所述的源漏电极的厚度为100nm～2000nm；可选的，所述的钝化层的材料为SiO2，Si3N4，Al2O3，Y2O3，聚酰亚胺，光刻胶，苯丙环丁烯或聚甲基丙烯酸甲酯，或是以上绝缘材料组成的多层薄膜；所述的钝化层厚度为50nm～2000nm。一种基于非晶氧化物半导体材料的薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：(1)在衬底上制备并图形化金属导电层作为栅极；(2)在所述金属导电层上沉积绝缘薄膜作为栅极绝缘层；(3)在所述栅极绝缘层上沉积非晶氧化物SiSnO薄膜并图形化，作为有源层；(4)在所述有源层上沉积金属层，然后图形化成为源漏电极图形；由于SiSnO薄膜的存在，使得在进行背沟道刻蚀时，刻蚀过程对有源层的损伤大大减轻；(5)在所述源漏电极上沉积绝缘薄膜作为钝化层；得到基于非晶氧化物半导体材料的薄膜晶体管。所述的有源层通过射频溅射；溅射功率为140～300W，工作压强为2mTorr～10mTorr，溅射气体为氩气，或者氩气和氧气混合；所述的有源层沉积完毕后进行前退火处理，前退火温度为150℃～450℃，前退火时间为5～60min；所述的源漏电极图形化后进行后退火处理，后退火温度为150℃～450℃，后退火时间为5～60min。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：本专利技术基于背沟道刻蚀型薄膜晶体管结构，引入了非晶锡硅氧化物SiSnO作为有源层。该氧化物抗刻蚀能力强，能够大大减少刻蚀源漏电极的过程中对薄膜晶体管背沟道的损伤，且阈值电压较好。使用本专利技术制作背沟道刻蚀型薄膜晶体管稳定性大大提升，满足了薄膜晶体管产品化的要求，因此具有很高的应用价值。附图说明图1是制作工艺流程第1个步骤下的TFT结构示意图。图2是制作工艺流程第2个步骤下的TFT结构示意图。图3是制作工艺流程第3个步骤下的TFT结构示意图。图4是制作工艺流程第4个步骤下的TFT结构示意图，此时完成金属层的沉积。图5是制作工艺流程第4个步骤下的TFT结构示意图，此时图形化的源漏电极。图6是制作工艺流程第5个步骤下的TFT结构示意图。其中，01是衬底；02是作为栅极的金属导电层；03是作为栅极绝缘层的绝缘薄膜；04是作为有源层的非晶SiSnO氧化物薄膜；05是源漏电极的金属层；06是源漏电极；07是作为钝化层的绝缘薄膜。图7是有源层厚度分别为10nm，20nm和30nm薄膜晶体管器件性能结果图；其中，图7A为10nm；图7B为20nm；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于非晶氧化物半导体材料的薄膜晶体管，其特征在于：由下至上依次包括衬底、栅极、栅极绝缘层、有源层、源漏电极和钝化层；所述的有源层是以非晶氧化物SiSnO薄膜作为有源层。

【技术特征摘要】
1.一种基于非晶氧化物半导体材料的薄膜晶体管，其特征在于：由下至上
依次包括衬底、栅极、栅极绝缘层、有源层、源漏电极和钝化层；
所述的有源层是以非晶氧化物SiSnO薄膜作为有源层。
2.根据权利要求1所述的基于非晶氧化物半导体材料的薄膜晶体管，其特
征在于：所述的有源层的半导体材料是非晶锡硅氧化物(SiO2)x(SnO2)y，SiO2和
SnO2的重量比为(5～15)∶(85～95)wt％；
所述的有源层的厚度为5nm～30nm。
3.根据权利要求1所述的基于非晶氧化物半导体材料的薄膜晶体管，其特
征在于：所述衬底包括：具有缓冲层的玻璃衬底，或具有水氧阻隔层的柔性衬
底；
所述柔性衬底包括：PEN，PET，PI或金属箔。
4.根据权利要求1所述的基于非晶氧化物半导体材料的薄膜晶体管，其特
征在于：所述的栅极为金属导电层，所述的金属导电层所使用的金属包括：Al，
Cu，Mo，Ti，Ag，Au，Ta，W，Cr单质或铝合金；
所述金属导电层为单层金属薄膜，或由单层Al，Cu，Mo，Ti，Ag，Au，
Ta，W，Cr或铝合金中任意两层以上组成的多层薄膜；
所述的栅极的厚度为100nm～2000nm。
5.根据权利要求1所述的基于非晶氧化物半导体材料的薄膜晶体管，其特
征在于：所述的栅极绝缘层为基于SiO2，Si3N4，Al2O3，Ta2O5或Y2O3绝缘薄膜
的单层薄膜，或是以上绝缘材料组成的多层薄膜；
所述的栅极绝缘层的厚度为50nm～500nm。
6.根据权利要求1所述的基于非晶氧化物半导体材料的薄膜晶体管，其特
征在于：所述的源漏电极所使用的金属包括：Al，Cu，Mo，Ti单质，或以上述
金属单质作为主体的合金材...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁洪龙，刘贤哲，陈建秋，蔡炜，兰林锋，姚日晖，王磊，徐苗，邹建华，陶洪，彭俊彪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44