[發明專利]金屬氧化物薄膜晶體管制備方法

有效

• 申請號: 201110009739.5
• 申請日: 2011-01-18
• 公開（公告）號: CN102157563A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 董承遠;施俊斐
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L21/77
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種半導體技術領域的晶體管制備方法，具體是一種金屬氧化物薄膜晶體管制備方法。

背景技術

薄膜晶體管(TFT)可以廣泛應用于平板顯示(FPD)、平板圖像傳感器(FPI)和隨機存儲器(RAM)等多個技術領域，其中在FPD技術中的應用最為重要。目前，在TFT技術領域非晶硅(a-Si)TFT和多晶硅(p-Si)TFT是主流。其中，a-Si?TFT應用最廣泛，可以覆蓋幾乎所有尺寸的FPD產品。p-Si?TFT受膜質均一性的限制，目前只能適用于中小尺寸產品。從器件特性上講，a-Si?TFT具有構造簡單、量產均一性好等優點，但同時具有遷移率低(約0.5cm²/V·s)、光照穩定性差等缺點；p-Si?TFT盡管具有比a-Si?TFT高出很多的遷移率(＞10cm²/V·s)，但同時具有構造復雜、漏電流大和量產均一性差等缺點。隨著FPD技術的快速發展，對TFT的性能提出了越來越高的要求。從a-Si?TFT和p-Si?TFT的特性來看是無法完全滿足上述要求的，所以新的更先進的TFT技術有待開發。從目前來看，金屬氧化物TFT是最有希望的替代者之一。

與a-Si相比較，金屬氧化物作為TFT的溝道材料具有以下兩方面優點：(1)禁帶寬(＞3.0eV)，由此帶來非常好的光照穩定性，所以與a-Si?TFT不同，金屬氧化物TFT可以制作成全透明器件，從而顯著增加面板的開口率，進而降低顯示器的功耗；(2)高遷移率(～10cm²/V·s)。總體而言，金屬氧化物TFT兼具a-Si?TFT和p-Si?TFT的技術優勢，且在大規模量產上具有可行性，所以極有可能在不久的將來取代a-Si?TFT成為平板顯示有源電子驅動器件的主流。

從公開發表的文獻看，目前研究所采用金屬氧化物TFT的器件結構和制造工藝均采用與a-Si?TFT相類似的技術。最常見的就是在a-Si?TFT實際生產中最廣泛采用的底柵錯排型(Inverted-Staggered)結構及相關制造工藝流程。圖1為用于平板顯示像素驅動的金屬氧化物薄膜晶體管常見結構的示意圖，包括襯底110，設置于襯底上的柵電極層120，設置于襯底和柵電極層上的柵絕緣層130，設置于柵絕緣層上的金屬氧化物半導體層140、漏電極層151和源電極層152，設置于金屬氧化物半導體層、漏電極層和源電極層之上的器件保護層160以及通過接觸孔170與源電極層相連接的透明像素電極層180(通常采用氧化銦錫，即ITO材料)。圖2及圖1為通常采用的工藝流程，包括形成柵電極圖案T10，形成柵絕緣層T20，形成氧化物半導體層圖案T30，形成源漏電極層圖案T40，形成器件保護層T50，形成接觸孔T60以及形成透明像素電極層T70。圖2所示工藝流程通常需要5張掩模版，加工成本較高，完成制造流程所需時間也較長。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種金屬氧化物薄膜晶體管制備方法，利用金屬氧化物半導體材料經特殊處理后可以轉化為透明導電材料的特點，整個工藝流程通常僅需要四張掩模版，且不需要額外的像素電極成膜、光刻和刻蝕等工藝步驟，簡化現有制備步驟并保持晶體管特性及顯示驅動功能，降低了生產制造的成本。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括以下步驟：

第一步、在襯底上采用磁控濺射技術沉積一層柵電極薄膜并采用濕法刻蝕得到柵極層；

所述的磁控濺射技術是指：利用氬氣等離子體在電場和磁場的作用下，被加速的高能離子轟擊靶材表面，能量交換后，靶材表面的原子脫離原晶格而逸出，轉移到基板表面而成膜，其中：濺射功率為100W，氣體壓力為1Pa，氬氣流量為30sccm。

所述的濕法刻蝕是指：將刻蝕材料浸泡在刻蝕液內進行腐蝕的技術；所述的刻蝕液成分為：55wt％H₃PO₄、15wt％HNO₃以及5wt％CH₃COOH。

第二步、在柵極層上采用等離子體增強化學氣相沉積柵絕緣層；

所述的等離子體增強化學氣相沉積是指：在等離子體放電過程的輔助下反應物質在氣態條件下發生化學反應，生成固態物質沉積在加熱的基板表面，進而制得固體薄膜的工藝技術，其中的柵絕緣層是指：二氧化硅或氮化硅。

第三步、在柵絕緣層上采用交流磁控濺射沉積金屬氧化物，并采用濕法刻蝕得到金屬氧化物層；

所述的交流磁控濺射的濺射功率為80W，氣壓為1Pa，濺射氣體中氧氣與氬氣的比例范圍為：1∶20～1∶100。