一种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薄膜晶体管，包括衬底、栅电极、栅介质层、沟道层、岛状金属诱导层、源电极和漏电极；其中，所述栅电极位于衬底上，所述栅介质层位于栅电极上，所述沟道层表面形成岛状金属诱导层，所述源电极和漏电极位于岛状金属诱导层表面且相隔设置。使得该薄膜晶体管具有具有较高的电学性能。本发明专利技术还公开了一种薄膜晶体管的制备方法。该制备方法简单、高效，能够制备得到具有较少的界面缺陷的薄膜晶体管。管。管。

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜晶体管及其制备方法


[0001]本专利技术属于显示驱动
，具体涉及一种高迁移率高稳定性薄膜晶体管及其制备方法。

技术介绍

[0002]多晶氧化物薄膜晶体管(Poly
‑
crystalline Oxide Thin film Transistor,P
‑
Oxide TFT)是常见的薄膜晶体管之一，例如ZnO TFT。P
‑
Oxide TFT的性能受到晶界的影响非常大，需要改善其结晶性来提高器件性能。
[0003]使用金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor,MOS)作为沟道层的薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)在许多非常规电子设备中是必不可少的。其具有非晶的晶格特征，因此拥有制备价格低，高可见光透过率，制备温度低兼容多种衬底等优势。然而，为了提高其技术吸引力，晶体管迁移率的进一步提高是必不可少的。
[0004]目前常用的提高迁移率的办法包括但不限于：使用高铟含量金属氧化物作为沟道、采用其他薄膜沉积技术(如原子层沉积)代替磁控溅射沉积活性氧化膜、通过原位加热生长/高温(>500℃)后退火改善组织有序及金属诱导序构技术等。
[0005]其中，氧空位多出现于铟原子附近，而缺陷数量的增多会使器件稳定性下降，因此使用高铟含量氧化物作为沟道会牺牲晶体管稳定性。然而，使用原子层沉积制备薄膜技术及原位加热生长技术需要较高的运行成本。
[0006]金属诱导序构技术可以在低温下实现沟道微结构有序化的效果，利用的原理是诱导层金属电负性小于沟道层金属电负性，从而实现电子从诱导金属到沟道层的转移，打破原有平衡，诱导氧化物中的原子在较低退火过程中发生重排。这种微结构有序度的提升原理上可降低载流子传输势垒、提升微结构稳定性，从而可有效提高器件的迁移率和偏压稳定性。
[0007]目前关于金属诱导序构技术的研究集中于平板状诱导层。但应用于工业领域中，金属层刻蚀不均匀会引入大量界面缺陷且源漏电极有导通的可能性。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供一种薄膜晶体管，在该薄膜晶体管的沟道层上形成具有岛状结构的金属诱导层，使得该薄膜晶体管具有较高的电学性能。
[0009]一种薄膜晶体管，包括衬底、栅电极、栅介质层、沟道层、岛状金属诱导层、源电极和漏电极；
[0010]其中，所述栅电极位于衬底上，所述栅介质层位于栅电极上，所述沟道层表面形成岛状金属诱导层，所述源电极和漏电极位于岛状金属诱导层表面且相隔设置。
[0011]本专利技术通过在沟道层表面形成岛状金属诱导层，避免了现有技术中的金属诱导层可能存在将源漏电极导通的情况，并且沟道层的缺陷较少，有利于电子的迁移。
[0012]进一步的，所述岛状金属诱导层覆盖沟道层的覆盖率为8.72％
‑
78.47％(最大覆
盖率为：岛状金属单元间距离为10nm，单个诱导金属单元直径为50μm时，平均每个边长为50.01μm的正方形内有一个半径为25μm的单个诱导金属单元。最大覆盖率为25μm
×
25μm
×
π
÷
(50μm
+
10nm)2＝78.47％)。但由于诱导原理为诱导层金属原子电负性小于沟道层金属原子，通过诱导层与沟道层的接触，沟道层的弱键氧将被诱导层夺取，造成沟道层金属化亚稳态趋势。之后在退火过程亚稳态沟道层中的原子更容易迁移、重排达到原子序构化的结果。故而若覆盖率过低则会影响亚稳态的形成，从而影响诱导效果。
[0013]进一步的，所述岛状金属诱导层包括多个岛状金属单元，每个岛状金属单元间隔设置，每个岛状金属诱导单元的间隔为10nm
‑
100μm。岛状金属诱导单元间的间隙过大会损失覆盖率和诱导效果，过小受制于光刻精度会导致沟道导通。
[0014]进一步的，所述岛状金属诱导单元的表面为圆形或多边形，岛状金属诱导单元表面的中心到最远点距离为10nm—50μm。
[0015]进一步优选的，所述岛状金属诱导单元的直径为10nm
‑
50μm。所述岛状金属单元的直径过大会易造成源漏极导通，过小会受制于光刻工艺精度不易留存。
[0016]进一步的，所述岛状金属诱导单元的厚度为5nm
‑
50nm。
[0017]进一步的，所述岛状金属诱导层的材料为Hf、Ta、Al、Cu、Mo、Ag、W或Zn
[0018]进一步的，所述岛状金属诱导层的制备方法，包括：
[0019]在沟道层表面沉积一层金属诱导层，采用掩膜光刻工艺在金属诱导层表面形成点状光刻胶阵列，对未覆盖点状光刻胶阵列进行腐蚀直至暴露沟道层，去掉点状光刻胶阵列后得到岛状诱导金属层。
[0020]进一步的，所述衬底的材料为硅片、玻璃、塑料、氮化物、蓝宝石、石英或碳化物，所述氮化物为氮化镓或氮化铝，所述碳化物为碳化硅，所述衬底的厚度为100μm
‑
100mm。
[0021]进一步的，所述栅电极的材料为Au、W、ITO、Pt、Ag、Cr、Ta、Mo或Ti，所述栅电极的厚度为10nm
‑
200nm。
[0022]进一步的，所述栅介质层的材料为SiO2、Al2O3、HfO
x
、Co2O3、MgO或CaO，所述栅介质层的厚度为5nm
‑
200nm。
[0023]进一步的，所述沟道层的材料为氧化镓、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化镉中的一种或多种。
[0024]进一步的，所述沟道层的的厚度为20nm—100nm。
[0025]进一步的，所述源电极的材料为Au、W、Cu、Al、ITO、Pt、Ag、Cr、Ta、Mo或Ti。
[0026]进一步的，所述漏电极的材料为Au、W、Cu、Al、ITO、Pt、Ag、Cr、Ta、Mo或Ti。
[0027]本专利技术还提供了一种薄膜晶体管的制备方法，包括：
[0028]采用真空镀膜技术在衬底上依次沉积栅电极层和栅介质层；
[0029]在所述栅介质层表面的部分区域沉积沟道层；
[0030]在所述沟道层表面沉积金属诱导层，通过掩膜光刻工艺在金属诱导层表面形成点状光刻胶阵列，腐蚀未覆盖点状光刻胶的金属诱导层至沟道层，去掉点状光刻胶阵列后得到岛状诱导金属层，然后进行退火处理；
[0031]采用磁控溅射技术在退火处理后的岛状诱导金属层上相隔沉积源电极和漏电极得到薄膜晶体管。
[0032]本专利技术获得岛状诱导金属层后进行退火处理对沟道层形成电子有序排列使得迁
移率较高，与现有技术公开的需要进行大规模生产过程中，沟道层形成电子有序排列之后需要将表面形成的金属诱导层，一般为金属条去除掉从而在沟道层表面形成大量缺陷相比，本专利技术不需要将岛状诱导金属层去掉，节省工艺的同时避免了大量的界面缺陷，有利于提升薄膜晶体管电学性能，尤其是迁移率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄膜晶体管，其特征在于，包括衬底、栅电极、栅介质层、沟道层、岛状金属诱导层、源电极和漏电极；其中，所述栅电极位于衬底上，所述栅介质层位于栅电极上，所述沟道层表面形成岛状金属诱导层，所述源电极和漏电极位于岛状金属诱导层表面且相隔设置。2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述岛状金属诱导层覆盖沟道层的覆盖率为8.72％
‑
78.47％。3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述岛状金属诱导层包括多个岛状金属单元，每个岛状金属单元间隔设置，每个岛状金属诱导单元的间隔为10nm
‑
100μm。4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述岛状金属诱导单元的表面为圆形或多边形，岛状金属诱导单元表面的中心到最远点距离为10nm—50μm。5.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述岛状金属诱导单元的厚度为10nm—100nm。6.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述岛状金属诱导层的制备方法，包括：在沟道层表面沉积一层金属诱导层，采用掩膜光刻工艺在金属诱导层表面形成点状光刻胶阵列，接着对未覆盖点状光刻胶阵列进行腐蚀直至暴露沟道层，使用有机溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹鸿涛，杨璐，梁凌燕，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：