一种薄膜晶体管有源层材料制造技术

一种薄膜晶体管有源层材料包括：半导体主体以及掺杂源，半导体主体的材料为非晶金属氧化物材料，掺杂源用于对非晶金属氧化物材料掺杂，掺杂源的掺杂元素包括氢元素以及氟元素，有源层材料的含氧量大于含氢量与含氟量之和，含氢量大于含氟量。本申请通过对非晶金属氧化物材料制成的有源层进行氟元素与氢元素的掺杂，钝化有源层中的缺陷，提高迁移率，提高电学稳定性，提高器件的性能。提高器件的性能。提高器件的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜晶体管有源层材料


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种薄膜晶体管有源层材料、掺杂方法以及薄膜晶体管。

技术介绍

[0002]基于非晶金属氧化物的薄膜晶体管(TFT)，如铟镓氧化锌(IGZO)TFT，正在被寻求作为平板显示和其他应用中基于硅的TFT的替代品。非晶金属氧化物TFT的相对优点是其透明性、大的开/关电流比、较高的载流子迁移率、相对较低的加工温度等。但是有源层采用非晶金属氧化物材料的TFT的电学性能在偏置、温度和照明应力下的长期稳定性和可靠性仍被认为是商业化过程中有待解决的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术主要解决的技术问题是现有的TFT采用非晶金属氧化物材料作为有源层存在性能不足和性能不稳定的问题。
[0004]根据第一方面，一种实施例中提供一种薄膜晶体管有源层材料，包括：
[0005]半导体主体以及掺杂源，半导体主体的材料为非晶金属氧化物材料，掺杂源用于对非晶金属氧化物材料掺杂，掺杂源的掺杂元素包括氢元素以及氟元素，有源层材料的含氧量大于含氢量与含氟量之和，含氢量大于含氟量。
[0006]根据第二方面，一种实施例中提供一种薄膜晶体管，其特征在于，包括源极、漏极、栅极、栅介质层以及有源层；
[0007]源极与漏极分别与有源层的第一表面接触，栅介质层与有源层的第二表面接触，栅极形成在栅介质层上方或下方；
[0008]有源层采用第一方面所描述的有源层材料制成。
[0009]根据第三方面，一种实施例中提供一种薄膜晶体管有源层的掺杂方法，包括：
[0010]在衬底或在栅介质层上形成有源层，有源层的材料非晶金属氧化物材料；
[0011]对有源层进行第一次掺杂，掺杂元素为氟元素；
[0012]对经氟元素掺杂的有源层进行第二次掺杂，掺杂元素为氢元素；
[0013]其中，最终得到的有源层的含氧量大于含氢量与含氟量之和，含氢量大于含氟量。
[0014]根据第四方面，一种实施例中提供一种薄膜晶体管有源层的掺杂方法，包括：
[0015]采用含氟的非晶金属氧化物材料靶材，采用溅射在衬底或在栅介质层上形成有源层；
[0016]对有源层进行掺杂，掺杂元素为氢元素；
[0017]其中，最终得到的有源层的含氧量大于含氢量与含氟量之和，含氢量大于含氟量。
[0018]根据第五方面，一种实施例中提供一种薄膜晶体管，包括源极、漏极、栅极、栅介质层以及有源层；
[0019]源极与漏极分别与有源层的第一表面接触，栅介质层与有源层的第二表面接触，
栅极形成在栅介质层上；
[0020]有源层采用第三方面或第四方面所描述的掺杂方法制成。
[0021]依据上述实施例的薄膜晶体管有源层材料、掺杂方法以及薄膜晶体管，通过对非晶金属氧化物材料制成的有源层进行氟元素与氢元素的掺杂，钝化有源层中的缺陷，提高迁移率，提高电学稳定性，提高器件的性能。
附图说明
[0022]图1为本申请一种实施例提供的有源层材料中氢氧氟三种元素的比例示意图；
[0023]图2为本申请一种实施例提供的薄膜晶体管的结构示意图；
[0024]图3为本申请一种实施例提供的有源层的掺杂方法的流程图(一)；
[0025]图4为本申请一种实施例提供的有源层的掺杂方法的过程示意图(一)；
[0026]图5为本申请一种实施例提供的有源层的掺杂方法的过程示意图(二)；
[0027]图6为本申请一种实施例提供的有源层的掺杂方法的过程示意图(三)；
[0028]图7为本申请一种实施例提供的有源层的掺杂方法的过程示意图(四)；
[0029]图8为本申请一种实施例提供的有源层的掺杂方法的流程图(二)。
[0030]附图标记：1
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衬底；2
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有源层；30
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栅极；31
‑
栅介质层；32
‑
栅电极；4
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源极；5
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漏极；6
‑
钝化层；61
‑
接触孔。
具体实施方式
[0031]下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
[0032]另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
[0033]本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
[0034]为了提高薄膜晶体管在
技术介绍
的应力条件下的可靠性，主要考虑的是如何钝化沟道中的氧空位缺陷或栅介质层/沟道界面上与氧有关的缺陷。现有的减少非晶金属氧化物TFT(简称AOS
‑
TFT)缺陷的有效方法有两种，其一是在制造或后退火过程中增强氧化，缺点是这导致载流子的数量减少，同时迁移率也会减小。其二是通过引入另一种使缺陷(如氢或氟)失活的元素来钝化缺陷的。氢元素是非晶金属氧化物TFT中沟道层中最为常见的杂质元素,并主要来源于沉积腔体中气体残留和靶材吸附的分子、沟道上下层薄膜中氢元素的
扩散以及退火、掺杂等工艺的引入，氟元素是额外引入的。问题是现有的钝化缺陷的方法，只是单纯地调节其中一种元素(H或F)的浓度来观察对其性能的影响。
[0035]申请人研究发现，氢元素的掺杂可以影响材料的导电性质，例如掺杂适量的氢元素可以提高材料的电导率。此外，氢元素还可以影响材料的表面能，改善材料的润湿性和降低表面能。然而，掺杂过多的氢元素可能会导致材料电学性质和化学稳定性的不稳定性。氟元素钝化了氧空位缺陷，会使得自由载流子的浓度下降，这与氢元素的作用，也就作为类施主杂质提供载流子的作用相反。因此，还没有人想到把两种元素一起掺起来，而没有综合调节两种元素的浓度来改善TFT的性能。实际上，两种元素钝化的缺陷种类是有差别的，因此，无法使器件的性能达到最优。本申请实施例注重同时掺杂一定量的氢和一定量的氟，使得器件性能能够达到更优，既可以实现高稳定性，也可以实现高迁移率，一方面提出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄膜晶体管有源层材料，其特征在于，包括：半导体主体以及掺杂源，所述半导体主体的材料为非晶金属氧化物材料，所述掺杂源用于对所述非晶金属氧化物材料掺杂，所述掺杂源的掺杂元素包括氢元素以及氟元素，所述有源层材料的含氧量大于含氢量与含氟量之和，含氢量大于含氟量。2.如权利要求1所述的有源层材料，其特征在于，所述含氢量与含氟量的比例为大于或等于1.5：1。3.如权利要求2所述的有源层材料，其特征在于，所述含氧量为55％
‑
85％。4.如权利要求1所述的有源层材料，其特征在于，所述半导体主体为氧化铟锡、氧化铟锌、氧化铟镓锌、氧化镓锌或氧化铟铜。5.一种薄膜晶体管，其特征在于，包括源极、漏极、栅极、栅介质层以及有源层；所述源极与漏极分别与所述有源层的第一表面接触，所述栅介质层与所述有源层的第二表面接触，所述栅极形成在所述栅介质层上方或下方；所述有源层采用权利要求1
‑
4中任一项所述的有源层材料制成。6.如权利要求5所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述薄膜晶体管为顶栅TFT、底栅TFT、双栅TFT或者EMMO TFT。7.一种薄膜晶体管有源层的掺杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆磊，陈文龙，韩子娟，王焱鑫，巫礼杰，张盛东，廖聪维，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：