[發明專利]一種納米氧化鋅場效應晶體管的制作方法

有效

• 申請號: 200810042500.6
• 申請日: 2008-09-04
• 公開（公告）號: CN101350364A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發明（設計）人: 陳韜;屈新萍;劉書一;萬景;茹國平;蔣玉龍
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/786;H01L29/10;H01L29/423;H01L21/336;H01L21/36
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;張磊

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，具體涉及一種納米氧化鋅場效應晶體管的制作方法。

背景技術

近年來，平板顯示器件已經成為信息產業的重要組成部分。薄膜晶體管作為有源矩陣液晶顯示器中的開關點陣或者驅動電路，對產品性能有直接的影響。載流子遷移率是表征薄膜晶體管性能的一項重要指標，高遷移率場效應晶體管具有高驅動電流低功耗的特點。傳統的非晶硅場效應晶體管遷移率較低(<1cm²/(V·s))，不能適應顯示器件高速高亮度的要求。雖然多晶硅場效應晶體管遷移率較高，但由于需要高溫工藝無法與玻璃襯底相結合而難以得到廣泛的應用。相比之下，ZnO具有生長溫度低，化學性能穩定以及遷移率相對較高(>1cm²/(V·s))的優點，因此在薄膜晶體管的應用中具有良好的前景。并且在可見光范圍內ZnO薄膜具有高透過率的特點，目前通過在普通玻璃以及塑料襯底上生長ZnO薄膜可以實現全透明器件，從而有效的提高通孔率降低產品功耗。

目前報道的氧化鋅場效應晶體管的遷移率在0.1-10cm²/(V·s)之間，器件性能很難有進一步的提升。這是因為在低溫條件下生長的ZnO為多晶薄膜，大量晶界缺陷的存在限制了載流子的輸運過程。單晶ZnO的遷移率高達200cm²/(V·s)，因此如果采用單晶ZnO作為導電溝道層，將有效提高場效應晶體管的電學性能。相比單晶ZnO薄膜的復雜高溫工藝，ZnO納米棒具有良好的單晶性能，并且制備簡單，生長溫度低(<100℃)，通過對籽晶層的控制可以實現ZnO納米棒的區域定向生長，因此ZnO納米器件具有目前薄膜晶體管無法相比的優點。目前報道的ZnO納米棒場效應晶體管制作工藝主要分為兩類，一類是將生長好的納米棒進行分散，再旋涂到柵介質襯底上，然后通過掃描電子顯微鏡(SEM)定位在納米棒兩端制備出源、漏電極接觸，這種晶體管具有較好的遷移率。但是由于旋涂到襯底上納米棒位置的隨機性，此方法難以實現工業化生產。另一類方法是先在源漏電極上大面積生長納米棒，當納米棒之間有一定的連接時便可形成導電溝道。但是由于存在大量的納米棒之間所形成的“結”，相當于存在晶界缺陷而影響了器件的性能。

發明內容

本發明工藝簡單、成本低廉、可以大規模制備高遷移率的場效應晶體管。

本發明針對目前非晶Si和ZnO場效應晶體管存在的遷移率問題，通過選擇性淀積籽晶層實現ZnO納米棒的定向生長，在場效應晶體管的源漏電極之間橫向生長ZnO納米棒作為溝道層，利用單晶ZnO納米棒的優良電學特性制作高遷移率的場效應晶體管。該方法能夠有效提高場效應晶體管的遷移率，同時又具備工藝方法簡單，可以在玻璃襯底甚至柔性襯底上大面積生長的優點。

本發明所述的納米ZnO場效應晶體管，包括柵電極，柵絕緣層，源漏電極，導電溝道層，其特征在于所述場效應晶體管的溝道層為橫向生長的ZnO納米棒結構。本發明所述的柵電極和源漏電極材料厚度為50nm-1um，柵絕緣層厚度為10nm-500nm，導電溝道層為本征ZnO，n型ZnO或者p型ZnO的納米棒結構，導電溝道層的厚度為10nm-200nm。

本發明所述納米ZnO場效應晶體管的制備方法，其特征是在選擇淀積的柵電極上外延生長柵絕緣層材料，然后通過光刻工藝或者納米壓印實現源漏電極圖形。其關鍵工藝在于實現ZnO納米棒在源漏電極之間的橫向生長。ZnO納米棒工藝具有在圖形化籽晶層上能夠定向生長，在未處理襯底上不能生長或者隨意生長的特點，在源、漏側墻上選擇生長籽晶層，通過籽晶層的作用在側墻上橫向生長單晶ZnO納米棒。所需生長納米棒長度視導電溝道長度而定，通過改變生長溶液濃度、溫度和時間，可以改變ZnO納米棒的長度。此關鍵工藝中籽晶層的定位可以采用物理氣相淀積(PVD)斜蒸發或者斜濺射、干法刻蝕的方法在源漏電極側面形成邊墻，即先大面積淀積ZnO籽晶層然后采用等離子刻蝕(RIE)，利用等離子刻蝕各向異性的特點，僅保留側壁上的籽晶層。最后通過溶液法在已經定義好位置的籽晶層上定向生長ZnO納米棒，該方法包括以下步驟：

(1)通過光刻腐蝕或者剝離工藝制作圖形化柵電極，可以利用負版光刻之后腐蝕，或者正版光刻之后進行剝離工藝，柵電極材料為ITO、Al、Au、Pt、Ni、Ti、ZnO:Al、ZnO:Ga、TiN、TaN、Ru和Si中任意一種或者其中兩者組合的雙層結構，且不限于上述材料，淀積的方法可以采用物理氣相淀積，如濺射、蒸發等方法或者化學氣相淀積。