[發明專利]一種底柵薄膜晶體管及其制備方法

無效

• 申請號: 201310018388.3
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103050544A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 韓德棟;張索明;田宇;單東方;黃福青;叢瑛瑛;王漪;張盛東;劉力鋒;劉曉彥;康晉鋒
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L29/49;H01L21/336;H01L21/28
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 張肖琪

技術領域

本發明屬于平板顯示領域，具體涉及一種在玻璃襯底或者塑料襯底上的底柵薄膜晶體管及其制備方法。

背景技術

半導體產業是當今信息化社會的支柱產業，而其中起放大以及開關作用的晶體管具有極為重要的地位。晶體管從最初簡單的結型和點接觸晶體管到現在大規模產業化的非晶硅薄膜晶體管已有80多年的歷史。20世紀六、七十年代開發的CdS、CdSe薄膜晶體管雖在有源液晶顯示器AMLCD獲得應用,但由于硫化物有源層的不穩定和高昂的制作成本,沒有獲得有產業意義的突破。稍后開發的以硅基晶體管為代表的金屬-氧化物-半導體晶體管MOSFET極大地推動了平板顯示器特別是有源液晶顯示器的產業化進程。

傳統工藝使用非晶硅薄膜晶體管技術，后來，又研究開發多晶硅技術。但非晶硅薄膜晶體管工藝逐漸顯露出其局限性,主要是低的遷移率和不透明性。前者限制了器件的響應速度,后者則降低器件的開口率。非晶硅晶體管的另一個突出問題是帶隙小（1.17eV）,需要黑矩陣來阻擋可見光照射,以免產生額外的光生載流子,這就增加了工藝的復雜性和成本。多晶硅技術又由于制備溫度高、工藝復雜、大面積均勻性差等因素很難實際應用，顯示技術的發展遇到了瓶頸。近來又發展了一種基于氧化鋅基的新型薄膜晶體管技術。

ZnO是寬禁帶II-VI族半導體，原子間主要以極性共價鍵結合，為纖鋅礦結構，禁帶寬度約為3.37eV，在可見光區的透光率達到80%以上，可用于全透明顯示器；其次，氧化鋅基ＴＦＴ的遷移率一般比傳統非晶硅ＴＦＴ高一個數量級，電流驅動能力更強（Ｉ∝μ·Ｗ／Ｌ），更適合用于驅動有源發光二極管顯示屏AMOLED。另外，它在室溫下可通過磁控濺射大面積均勻成膜，因此可用于柔性顯示器。由于氧化鋅基薄膜晶體管TFT所展示出來的優良電學性能和較為簡單的制備條件，與硅基薄膜晶體管TFT相比，氧化鋅基TFT比較適合應用于新型顯示器件。

目前，關于氧化鋅基半導體薄膜材料的研究有很多，比如氧化鋅鎵ZnO＋Ga₂O₃，氧化鋅鋁ZnO＋Al₂O₃，氧化鋅銦ZnO＋In₂O₃，氧化鋅鎘ZnO＋Gd₂O₃，氧化鋅鎂ZnO＋MgO，氧化鋅銦鎵（Indium?Gallium?Zinc?Oxide，IGZO）等等。其中，IGZO是目前最受歡迎的透明半導體材料，然而由于材料中的In是稀有元素，地球中含量稀少而且有毒，制造本高而且不環保，因此很難在大規模生中應用。氧化鋅鎵ZnO＋Ga₂O₃還較少有人研究，而且氧化鋅鎵通常被當成透明導電材料研究。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，提出本發明。

本發明的一個目的在于提供一種薄膜晶體管。

本發明的薄膜晶體管包括：襯底、柵電極、柵介質層、溝道層、源電極和漏電極，其中，在襯底上形成柵電極，在柵電極上形成柵介質層，在柵介質層上形成溝道層，以及在溝道層的兩端分別形成源電極和漏電極，溝道層的材料采用摻鎵的氧化鋅半導體材料，其中鎵的含量為1%~10%（質量）。

襯底的材料為透明的玻璃或者柔性的塑料。

柵電極的材料為氧化銦錫ITO或氧化鋅鎵GZO等的透明的導電材料。

柵介質層的材料采用二氧化硅或者氮化硅等的絕緣材料。

源電極和漏電極為氧化銦錫ITO或氧化鋅鎵GZO等的透明的導電材料。

本發明的另一個目的在于提供一種薄膜晶體管的制備方法。

本發明的薄膜晶體管的制備方法包括以下步驟：

1）在玻璃或者塑料的襯底上生長一層透明的導電薄膜，光刻刻蝕形成柵電極；

2）緊接著生長一層絕緣的柵介質材料，光刻刻蝕形成柵介質層；

3）在柵介質層上生長一層摻鎵的氧化鋅半導體材料，并通入適量的氧氣，光刻刻蝕形成溝道層；

4）生長一層導電薄膜，光刻刻蝕形成源電極和漏電極；

5）生長一層鈍化介質層，光刻和刻蝕形成柵電極、源電極和漏電極的引出孔；

6）生長一層金屬薄膜，光刻和刻蝕形成金屬電極和互連。

其中，在步驟1）中，形成柵電極所生長的導電薄膜采用氧化銦錫ITO或氧化鋅鎵GZO等的透明的導電材料。

在步驟2）中，形成柵介質層所生長的柵介質材料采用二氧化硅或者氮化硅等的絕緣材料。