[發明專利]頂柵金屬氧化物薄膜晶體管的制備方法

有效

• 申請號: 201110009753.5
• 申請日: 2011-01-18
• 公開（公告）號: CN102157564A
• 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;H01L29/45;H01L21/44;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，具體是一種頂柵金屬氧化物薄膜晶體管的制備方法。

背景技術

薄膜晶體管(TFT)在液晶和有機發光(OLED)等平板顯示(FPD)技術領域得到了非常廣泛的應用。目前，在TFT技術中有源層多采用非晶硅(a-Si)和多晶硅(p-Si)等半導體材料。其中，a-Si?TFT應用最廣泛，可以覆蓋幾乎所有尺寸的平板顯示產品。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-SiTFT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。

金屬氧化物作為TFT的有源層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同時具備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成為平板顯示有源電子驅動器件的主流。

從公開發表的研究成果看，目前所采用金屬氧化物TFT的器件結構以底柵錯排型(Inverted-Staggered)結構為最多，這種結構在a-Si?TFT的實際生產中得到了廣泛應用。此外，頂柵錯排型(Staggered)結構在文獻中也有報道。附圖1為常見的頂柵錯排型金屬氧化物薄膜晶體管的剖面示意圖，包括玻璃襯底110，設置于襯底上的源電極121漏電極層122，設置于襯底和源漏電極層上的金屬氧化物半導體層130，設置于金屬氧化物半導體層之上的柵絕緣層140以最后設置于柵絕緣層之上的柵電極層。附圖2為制造附圖1所示器件結構通常采用的工藝流程，包括形成源漏電極圖案T10，形成金屬氧化物半導體層圖案T20，形成柵絕緣層T30，以及形成柵電極層圖案T40。

研究經驗表明，采用附圖1所示的器件結構時金屬氧化物半導體層與源漏電極間往往很難形成真正的歐姆接觸，由此會比較明顯地降低薄膜晶體管的開態電流；當器件用作平板顯示驅動時，有時便會導致像素充電不足現象的發生。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種頂柵金屬氧化物薄膜晶體管的制備方法，利用金屬氧化物材料經特殊處理后可以由半導體轉化為導體的特點，可以使金屬氧化物薄膜與源漏電極間形成可靠的歐姆接觸。

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源漏電極材料并通過光刻和濕法刻蝕形成源漏電極；

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

第二步、在源漏電極上采用等離子體增強化學氣相沉積金屬氧化物材料；

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。

所述的金屬氧化物是指：氧化鋅、氧化銦鎵鋅、氧化銦鋅或氧化銦鎵，其載流子濃度在10¹⁰/cm³以下。

第三步、在金屬氧化物材料的表面涂敷光刻膠并對光刻膠層進行采用化學機械拋光；

所述的光刻膠層的厚度為1.2-2.0微米；所述的化學機械拋光是指：采用100-150gm/cm²的壓力，以60-200rpm的轉速將光刻膠層進行拋光平坦。

第四步、通過退火處理或等離子體處理未被光刻膠掩蔽的金屬氧化物，使之轉化為載流子濃度增加至10¹³-10¹⁵cm^-3以上的半導體；