一种金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法，所述金属氧化物薄膜晶体管的有源层上依次设置有沟道保护层和牺牲层；所述牺牲层为非晶形态的氧化物薄膜、氮化物薄膜、氮氧化物薄膜、氟化物薄膜或硫化物薄膜中的任意一种或至少两种的组合；制备方法中有源层、沟道保护层、牺牲层可连续沉积，而且可以实现一道刻蚀图形化，操作简单，制备成本低，实现了短沟道器件的制备，具有大规模工业化推广应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及显示
，尤其涉及一种金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，新型显示产业发展日新月异，对于大尺寸、高分辨率显示的高需求日益提升。作为显示产业核心技术的薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)背板技术，也在经历着深刻的变革。
[0003]金属氧化物(Metal Oxide，MO)TFT技术因兼具多晶硅TFT和非晶硅TFT的优点，被认为是下一代显示技术中最具潜力的器件。尤其在TFT面板的制备方面，金属氧化物TFT的制备工艺与现有的非晶硅TFT生产工艺因为类似的器件结构并可以低温制备而相互兼容，即可以采用工艺简单、成本较低的背沟道刻蚀(Back Channel Etch,BCE)工艺。但金属氧化物薄膜化学稳定性相对较差，容易受水、氧、等离子体等的影响。其作为有源层材料时，极易受刻蚀液、工艺流程等影响。特别是在湿法刻蚀源漏电极的工艺过程中，金属氧化物沟道层直接暴露于刻蚀液中，造成制备的器件均匀性、可靠性较差。
[0004]另外，由于源漏电极金属层是在有源层上直接沉积形成，不可避免造成部分金属原子向有源层“扩散”或“注入”形成界面层，而在源漏电极的刻蚀过程中，“扩散”或“注入”到有源层的金属原子无法被清理干净，从而造成器件阈值电压较负及器件均匀性较差，而且影响器件的可靠性。
[0005]当使用能刻蚀有源层的刻蚀液进行源漏电极刻蚀时，虽然有源层中的金属原子会被清理干净，但是有源层也损伤严重，亦会造成器件均匀性及可靠性的退化。

技术实现思路

[0006]鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法，通过在有源层上增设沟道保护层和牺牲层，有效阻止源电极和漏电极溅射过程中金属原子向有源层的“扩散”或“注入”，而且牺牲层可以在源电极和漏电极刻蚀或其他后续工艺中被刻蚀干净，不会对器件的整体性能造成影响；所述制备方法工艺简单、兼容性强，所制备的器件均匀性明显改善、稳定性大幅提升，而且可制备得到性能优异的短沟道器件。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种金属氧化物薄膜晶体管，所述金属氧化物薄膜晶体管的有源层上依次设置有沟道保护层和牺牲层；所述牺牲层为非晶形态的氧化物薄膜、氮化物薄膜、氮氧化物薄膜、氟化物薄膜或硫化物薄膜中的任意一种或至少两种的组合。
[0009]本专利技术所述的金属氧化物薄膜晶体管在有源层上增设沟道保护层和牺牲层，牺牲层可以有效阻止源电极和漏电极溅射过程中金属原子向有源层的“扩散”或“注入”，之后在源电极和漏电极刻蚀或其他后续工艺中，被完全刻蚀干净，从而避免了金属原子对器件造成的影响；沟道保护层可以有效抵抗牺牲层刻蚀液和源漏电极刻蚀液的影响。本专利技术所述牺牲层为非晶形态的氧化物薄膜、氮化物薄膜、氮氧化物薄膜、氟化物薄膜或硫化物薄膜中
的任意一种或至少两种的组合，容易被刻蚀去除，而且氧化物薄膜、氮化物薄膜、氮氧化物薄膜、氟化物薄膜或硫化物薄膜可以采用磁控溅射，化学气相沉积或溶液法制备，制作工艺简单多样、兼容性强。关键的，本专利技术所述金属氧化物薄膜晶体管的有源层未受源漏电极沉积的影响，也未经刻蚀液的侵蚀，可以保持其本征特性。因此，该专利技术方案能有效改善大面积器件均匀性较差的问题，而且器件稳定性大幅提升。此外，本专利技术的沟道保护层薄膜具有较高的氧结合能、化学特性稳定性，能有效抵抗氢离子的影响，以及后续钝化层沉积过程中相关等离子体基元的影响，能有效抑制高载流子浓度区域的形成，从而避免了有效沟长度的缩短现象，解决了短沟道器件制备难题。
[0010]本专利技术所述沟道保护层是由金属氧化物半导体薄膜(AO)x(BO)y(ReO)z构成，其中x+y+z＝1,0≤z≤0.1。其中元素A包括In，Ga或Sn中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括In和Ga的组合，Sn和In的组合或Sn、In和Ga三者的组合；元素B包括Zn、Si、Al、Ti、Mg、Zr、Hf、Ta、Bi或Nb中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括Zn和Si的组合，Al和Ti的组合，Mg和Zr的组合或Hf、Ta、Bi和Nb的组合；元素Re包括Ce、Pr、Tb、Dy或Yb中的中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括Ce和Pr的组合，Tb和Dy的组合，Yb和Ce的组合或Pr、Tb和Dy的组合。
[0011]优选地，所述沟道保护层为稀土掺杂的化合物薄膜，所述稀土离子同时含有两种价态。包括氧化铈、氧化镨、氧化铽及氧化镱掺杂的氧化物薄膜，以及镨和铽的化合物(如硼化物、硅化物、氮化物、硫化物、氟化物、氯化物等)掺杂的薄膜等。一方面，稀土氧化物对氧的束缚能较高，能有效控制薄膜中载流子浓度；另一方面，双价态的稀土化合物中的稀土离子能形成光生载流子的转换中心，其能屏蔽光照对有源层的影响；再者，该双价态的稀土离子能“钝化”氢相关离子基元的影响，也即稀土离子和氢基团的结合能较强，抑制了氢的扩散。因此，该保护层薄膜有利于实现短沟道的器件。
[0012]更优选地，所述沟道保护层为氧化锡掺杂的薄膜，其中锡原子在所有金属原子中的占比>20％，例如可以是20.5％、21％、25％、30％、40％或60％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0013]优选地，所述沟道保护层为结晶形态的薄膜，不易受刻蚀液和等离子体的影响。
[0014]优选地，所述沟道保护层的厚度为5～60nm，例如可以是5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm或60nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0015]本专利技术优选所述沟道保护层的厚度为5～60nm，当沟道保护层的厚度小于5nm，由于薄膜未能形成致密的连续薄膜，不能较好地抵抗酸液的侵蚀；当沟道保护层的厚度大于60nm，较厚的薄膜容易造成源漏电极和有源层不能形成良好的欧姆接触，进而影响器件性能。
[0016]更优选地，所述沟道保护层采用原子层沉积方式制作的结晶薄膜，包括氧化物薄膜和氮化物薄膜，及其叠设的多层结构薄膜。如：氧化锡、氧化锌、氧化铟、氧化铟锌、氧化镓锌、氧化锡锌、氧化铝锌、氮化铝、氮化钛、以及稀土掺杂的氧化物等。所制作的薄膜厚度优选为5～20nm，例如可以是5nm、10nm、15nm、20nm等。因为该方式制作的薄膜致密度高、结晶性好。特别的，器件有源层在结合该方式制作的保护层薄膜后，能有效控制载流子浓度分布，有利于实现短沟道器件的制作。
[0017]优选地，所述沟道保护层采用磁控溅射方式制作，溅射气氛中的氧含量为20％以上，例如可以是20.5％、25％、30％、40％、50％或80％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为50％以上。
[0018]本专利技术优选所述沟道保护层溅射气氛中的氧含量为20％以上，其化学稳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于，所述金属氧化物薄膜晶体管的有源层上依次设置有沟道保护层和牺牲层；所述牺牲层为非晶形态的氧化物薄膜、氮化物薄膜、氮氧化物薄膜、氟化物薄膜或硫化物薄膜中的任意一种或至少两种的组合。2.根据权利要求1所述的金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于，所述沟道保护层为结晶形态的薄膜；优选地，所述沟道保护层的厚度为5～60nm。3.根据权利要求1或2所述的金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于，所述沟道保护层为氧化锡掺杂的薄膜，其中锡原子在所有金属原子中的占比>20％；优选地，所述沟道保护层采用磁控溅射方式制备，其溅射气氛中的氧含量为20％以上，优选为50％以上。4.根据权利要求1～3任一项所述的金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于，所述牺牲层的厚度为6～30nm。5.根据权利要求1～4任一项所述的金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于，所述有源层为单层结构或叠层结构。6.根据权利要求1～5任一项所述的金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于，所述金属氧化物薄膜晶体管从下至上依次包括基板、栅极、栅极绝缘层、有源层、沟道保护层和牺牲层；所述金属氧化物薄膜晶体管还包括覆盖在牺牲层上，并且与有源层两端电性连接的源电极和漏电极；所述金属氧化物薄膜晶体管还包括覆盖在源电极、漏电极和沟道保护层上的钝化层。7.根据权利要求1～6任一项所述的金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于，所述金属氧化物薄膜晶体管中沟道保护层替代有源层；优选地，所述金属氧化物薄膜晶体管从下至上依次...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐华，徐苗，李民，李洪濛，邹建华，陶洪，王磊，
申请(专利权)人：广州新视界光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：