[發明專利]一種合金氧化物透明薄膜晶體管的制備方法

無效

• 申請號: 200910099947.1
• 申請日: 2009-06-25
• 公開（公告）號: CN101615582A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發明（設計）人: 吳惠楨;朱夏明;原子健;張瑩瑩;王雄
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司
• 代理人: 盛輝地

技術領域

本發明屬于半導體單晶薄膜的制備技術領域，具體涉及一種低溫制造氧化物薄膜晶體管 的方法

背景技術

上世紀60年代發明的薄膜晶體管，現在已經得到非常廣泛的應用，發展速度快、應用 領域廣。從低溫非晶硅TFT到高溫多晶硅TFT，技術越來越成熟，應用對象也從只驅動LCD (liquid?Crystal?Display)發展到既可以驅動LCD又可以驅動OLED?(Organic?Light?Emitting Display)、甚至電子紙。隨著半導體工藝水平的不斷提高，像素尺寸不斷減小，顯示屏的分 辨率也越來越高。

21世紀在顯示領域是平板顯示的時代，而絕大多數的平板顯示器件，都是有源矩陣液晶 顯示器件(AMLCD)。在AMLCD中使用的TFT主要有兩種，一種是多晶硅(p-Si)TFT，一種 是非晶硅(α-Si)TFT。由于α-Si?TFT易于在低溫下大面積制備，技術成熟，是目前使用最廣的 技術。因為α-Si材料帶隙為1.7eV，所以α-Si材料對可見光是不透明的，它將占用像素中的 一定面積，使有效顯示面積減小，通常用像素開口率這一指標來描述，即開口率不能達到100。 這樣光不能全部通過像素，為了獲得足夠的亮度，就需要增加光源光強，從而增加功率消耗。 另一個問題是α-Si材料在可見光范圍內是光敏的，即在可見光照射下可產生額外的光生載流 子，使TFT性能劣化。因此每一像素單元TFT必須對光屏蔽，即增加不透明金屬掩膜板(黑 矩陣)來阻擋光線對TFT的照射。這將增加TFT-LCD的工藝復雜性，提高成本，降低可靠性。 另外一個限制因素是非晶硅TFT的遷移率低，通常為0.1-1.0cm²/V·s；雖然高溫生長的多晶 硅(p-Si)TFT的遷移率目前可以達到100cm²/V·s以上，但是因其均一性不好使大面積制 造困難，而且其成本高。

對于上述問題，在AMLCD中采用透明TFT將是一個有效解決途徑。若用全透明TFT 代替a-Si?TFT作為像素開關，而存儲電容也用透明材料制備，將大大提高有源矩陣的開口率， 從而提高亮度，降低功耗。透明半導體氧化物具有獨特的光學和電學性質，通過調節生長條 件，可以調節這些材料的電阻率和載流子濃度，使其電阻率范圍跨越絕緣體和金屬。相比α-Si TFT，氧化物TFT具有更高的遷移率和均一性，可以大面積生長，并且因為氧化物TFT可以 濺射方法沉積以及低溫下退火工藝實現，因此其制作成本較低，這些性質使其在電子和透明 顯示器方面有很大的潛在市場。

氧化鋅(ZnO)是II-VI族寬禁帶半導體(3.37eV)非摻雜ZnO具有電子導電的特點， 氧化銦(In₂O₃)也屬于款禁帶半導體，帶隙為～3.65eV，也具有電子導電的特點，SnO₂材料則 具有與類似的性質，它們在可見光區域均具有良好的透明性。最近幾年，隨著透明氧化物半 導體研究的深入，以ZnO、Ga₂O₃、In₂O₃等半導體材料作為溝道層制作薄膜晶體管，吸引了 越來越多的興趣。器件制備工藝很廣泛，比如：MBE、CVD、Magnetron?Sputtering等均有研 究。ZnO-TFT技術也取得了突破性進展。2003年，Nomura等人使用單晶InGaO3(ZnO)₅獲 得了遷移率為80cm²/V·s，開關比10⁶的TFT器件，但是該技術的退火溫度很高。美國杜邦 公司采用掩膜擋板技術和真空蒸鍍在聚酰亞銨柔性襯底上開發了ZnO-TFT，其電子遷移率為 50cm²/V·s，開關比達到10⁶。這是在聚酰亞銨柔性襯底上首次研制成功了高遷移率的 ZnO-TFT，這預示著在氧化物TFT領域新競爭的開始。2005年，Chiang?H?Q等人利用ZIO 作為有源層制得開關比高達10⁷的薄膜晶體管。2006年，Cheng?H?C等人利用CBD(chemical bathdeposition)方法制得開關比為10⁵、遷移率為0.25cm²/V·s的TFT，也顯示出應用的可能。