一种氮氧锌薄膜晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氮氧锌薄膜晶体管及其制造方法，属于半导体器件领域。该氮氧锌薄膜晶体管包括从下至上设置的衬底、栅电极、栅介质层、氮氧锌薄膜、源漏电极，以源漏电极为掩膜使用退火工序处理氮氧锌薄膜的上表面暴露区域，在含氧气氛下形成掺氮氧化锌沟道保护层或氧化锌沟道保护层。本发明专利技术通过退火处理生成导电能力较差、同时稳定性更好的保护层，使薄膜晶体管的泄漏电流得到了抑制，稳定性和开关比得到明显提升；此外，通过调节退火条件，可以控制沟道保护层的厚度，进而控制氮氧锌导电沟道的厚度；退火后，源漏电极与氮氧锌导电沟道形成欧姆接触，改善了薄膜晶体管的电学性能。改善了薄膜晶体管的电学性能。改善了薄膜晶体管的电学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种氮氧锌薄膜晶体管及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体器件领域，具体涉及一种氮氧锌薄膜晶体管及其制造方法。

技术介绍

[0002]薄膜晶体管作为显示器件的重要组成部分，近些年得到了很多关注和研究。目前市面上显示器件所用薄膜晶体管的主流是氢化非晶硅薄膜晶体管、低温多晶硅薄膜晶体管和氧化物薄膜晶体管。氢化非晶硅薄膜晶体管可用于大面积显示，但迁移率较低，达不到新型显示的要求。低温多晶硅薄膜晶体管迁移率较高，但由于晶粒不均匀，很难用于大面积显示。氧化物薄膜晶体管相比之下具备高透明性、高迁移率和高均匀性，且制备工艺简单可与柔性衬底兼容，在柔性透明显示领域有很大的应用前景。
[0003]目前，未掺杂的氧化物薄膜晶体管普遍具有较低的开态电流、较大的亚阈值摆幅、较小的场效应迁移率和较差的稳定性。因此，大多数高迁移率的氧化物半导体都需要引入掺杂元素，比如铟镓锌氧半导体、氧化铟锌半导体、氧化铟镓半导体等。铟元素作为稀有元素在地球上含量较低，价格昂贵，且和镓元素都有毒。因此含有铟、镓元素的半导体相比于未掺杂的半导体成本更高，制备过程也更危险。
[0004]氮氧锌作为新型半导体材料，不需要掺杂铟、镓元素就具备很高的迁移率，且制备过程简单，使用磁控溅射将氮气和氧气同时作为反应气体就可制备氮氧锌半导体材料。同时作为非晶材料，可用于大面积显示。但由于其迁移率较高，氮氧锌薄膜晶体管器件具备比较大的泄漏电流，且在空气中会受到水氧干扰，稳定性较差。因此，对氮氧锌薄膜晶体管稳定性和性能改善的研究具有重要意义。
专利技术内容
[0005]本专利技术的目的是解决氮氧锌薄膜晶体管泄漏电流较大和稳定性较差的问题，提供了一种凹状沟道结构的氮氧锌薄膜晶体管及其制造方法。本专利技术以器件的源漏电极为掩膜使用退火工艺处理半导体导电沟道层，在沟道上表面生成导电能力较差的保护层，使薄膜晶体管的泄漏电流得到了抑制，稳定性和开关比得到明显提升。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种氮氧锌薄膜晶体管，该氮氧锌薄膜晶体管包括衬底，位于衬底上表面的栅电极，位于栅电极上表面的栅介质层，位于栅介质层上表面的氮氧锌薄膜层，位于氮氧锌薄膜层上表面的源电极和漏电极，其特征在于：所述氮氧锌薄膜层的上表面暴露区域，采用退火工序在含氧气氛下形成掺氮氧化锌沟道保护层或氧化锌沟道保护层。
[0008]进一步地，所述氮氧锌薄膜层的厚度为30
‑
300nm，优选厚度为80
‑
100nm。
[0009]进一步地，所述掺氮氧化锌沟道保护层或氧化锌沟道保护层的厚度为30
‑
70nm。
[0010]进一步地，所述栅电极的厚度为100
‑
200nm，所述源电极和漏电极的厚度为50
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150nm。
[0011]进一步地，所述栅介质层的材料为二氧化硅、氧化铝或氧化铪。
[0012]进一步地，所述栅电极的材料为重掺杂硅、银、铝或ITO透明薄膜；其中，当栅电极的材料为重掺杂硅时，栅电极同时作为衬底。
[0013]进一步地，所述源电极和漏电极的材料为金、银、钼或铝。
[0014]氮氧锌薄膜层经过退火处理后，导电沟道形成凹状结构，这有利于减小泄漏电流，改善器件的开关比；同时退火后生成的氧化锌或掺氮氧化锌作为沟道保护层具备更好的稳定性，在空气中即使受到影响也不会影响氮氧锌导电沟道。此外，通过调节退火条件，可以控制沟道保护层的厚度，进而控制氮氧锌导电沟道的厚度；退火后，源漏电极与氮氧锌导电沟道形成欧姆接触，改善了薄膜晶体管的电学性能。
[0015]本专利技术还提供了上述氮氧锌薄膜晶体管的制备方法，其技术方案如下：
[0016]一种氮氧锌薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：
[0017]S1.在衬底表面制备栅电极，所述栅电极的材料为重掺杂硅、银、铝或ITO透明薄膜；当衬底为重掺杂硅时，则将重掺杂硅衬底作为栅电极。
[0018]S2.在栅电极上表面制备栅介质层。
[0019]S3.采用射频磁控溅射在栅介质层上表面室温下淀积氮氧锌薄膜。
[0020]S4.通过涂胶和光刻在氮氧锌薄膜表面形成源电极和漏电极形状，然后采用电子束蒸发工艺蒸镀源电极和漏电极。
[0021]S5.以源电极和漏电极做掩膜，在含氧气氛下对氮氧锌薄膜上表面暴露区域进行退火，形成掺氮氧化锌沟道保护层或氧化锌沟道保护层，完成氮氧锌薄膜晶体管的制备。
[0022]进一步地，所述S2中的淀积氮氧锌薄膜的溅射条件为：氩气流量20
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40sccm，氮气流量60
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100sccm，氧气流量1
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10sccm，功率为100
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200W，靶材为纯度大于99.99％的高纯锌靶。
[0023]进一步地，所述S4中，退火气氛为氧气、臭氧、水氧或空气。
[0024]进一步地，所述S5中退火方式采用准分子激光退火、汞灯光照退火或管式炉热退火。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的特点及有益效果是：
[0026]1)本专利技术薄膜晶体管的半导体沟道层采用磁控溅射工艺制备，与其他工艺相比，该技术操作简单，元素含量可调。氮气和氧气同时作为反应气体，通过调节气体比例，可以很轻易的在室温下制备性能良好的氮氧锌薄膜。
[0027]2)氮氧锌薄膜在含氧气氛下经过退火处理后，表面氧化部分导电性能变差，使得导电沟道形成凹状结构，这有利于减小泄漏电流，改善器件的开关比；同时退火后形成的氧化锌或掺氮氧化锌作为沟道保护层使器件具备更好的稳定性，即使保护层在空气中受到影响也不会影响器件的性能。
[0028]3)以源漏电极为掩膜在含氧气氛下对沟道层进行退火，降低了半导体层和金属源漏电极的接触势垒，使半导体层和金属电极形成欧姆接触，从而提高器件的性能。
[0029]4)通过控制退火过程的工艺参数，可以改变氮氧锌沟道上表面的沟道保护层厚度，进而可以控制氮氧锌有源层的厚度。
[0030]5)本专利技术所述的薄膜晶体管除了硅衬底以外，同样适用于玻璃衬底、石英玻璃衬底和柔性衬底。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，本说明书附图中的各个部件的比例关系不代表实际选材设计时的比例关系，其仅仅为结构或者位置的示意图，其中：
[0032]图1为实施例1氮氧锌薄膜晶体管的剖面结构示意图。
[0033]图2为实施例2氮氧锌薄膜晶体管的剖面结构示意图。
[0034]附图说明：1.衬底，2.栅电极，3.栅介质层，4.氮氧锌薄膜层，5.源电极，6.漏电极，7.沟道保护层。
具体实施方式
[0035]下面通过实例对本专利技术做进一步说明。本专利技术的技术方案在于使用退火工艺(光退火或热退火)处理氮氧锌薄膜，氮氧锌薄膜上表面在退火过程中与含氧气体反应生成掺氮氧化锌或氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮氧锌薄膜晶体管，该氮氧锌薄膜晶体管包括衬底，位于衬底上表面的栅电极，位于栅电极上表面的栅介质层，位于栅介质层上表面的氮氧锌薄膜层，位于氮氧锌薄膜层上表面的源电极和漏电极，其特征在于：所述氮氧锌薄膜层的上表面暴露区域，采用退火工序在含氧气氛下形成掺氮氧化锌沟道保护层或氧化锌沟道保护层。2.如权利要求1所述的一种氮氧锌薄膜晶体管，其特征在于，所述氮氧锌薄膜层的厚度为30
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300nm。3.如权利要求2所述的一种氮氧锌薄膜晶体管，其特征在于，所述氮氧锌薄膜层的厚度为80
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100nm。4.如权利要求2或3所述的一种氮氧锌薄膜晶体管，其特征在于，所述掺氮氧化锌沟道保护层或氧化锌沟道保护层的厚度为30
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70nm。5.如权利要求4所述的一种氮氧锌薄膜晶体管，其特征在于，所述栅电极的厚度为100
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200nm，所述源电极和漏电极的厚度为50
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150nm。6.如权利要求1所述的一种氮氧锌薄膜晶体管，其特征在于，所述栅电极的材料为重掺杂硅、银、铝或ITO透明薄膜；其中，当栅电极的材料为重掺杂硅时，栅电极同时作为衬底；所述栅介质层的材料为二氧化硅、氧化铝或氧化铪；所述源电极和漏电极的材料为金、银、钼或铝。7.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文彬，王小川，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：