[發(fā)明專利]一種金屬氧化物薄膜晶體管及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310284206.7
• 申請(qǐng)日: 2013-07-08
• 公開（公告）號(hào): CN103413832A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 繁萌;李輝;瞿敏妮;仇志軍;劉冉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/786
• 分類號(hào): H01L29/786;H01L29/06;H01L21/336
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子及平板顯示技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬氧化物薄膜晶體管（Thin?Film?Transistor,?TFT）的結(jié)構(gòu)和制備方法。

背景技術(shù)

金屬氧化物薄膜晶體管由于透光率高、電子遷移率高及非晶態(tài)結(jié)構(gòu)量產(chǎn)均一性好等優(yōu)點(diǎn)，成為下一代平板顯示研究的核心。金屬氧化物TFT制備過程中鈍化處理對(duì)其性能及操作可靠性等具有很大影響。已有研究表示，底柵型金屬氧化物TFT的溝道背表面與空氣接觸時(shí)，空氣中的水、氧分子容易被吸附形成表面陷阱捕獲載流子，當(dāng)水分子被吸附時(shí)會(huì)在背表面造成載流子積累造成閾值電壓左移；而氧分子被吸附表面時(shí)，會(huì)耗盡靠近背表面一定厚度內(nèi)的載流子，形成載流子耗盡層，甚至該耗盡層會(huì)延伸至半導(dǎo)體/柵絕緣層表面。空氣中分子吸附會(huì)造成器件退化。另外，在操作過程中由于底柵偏壓的影響，溝道/空氣界面易發(fā)生電子的捕獲和釋放，嚴(yán)重影響器件的可靠性，進(jìn)行一定的表面鈍化阻隔是必須的。

目前大多采用磁控濺射或電子束蒸發(fā)無機(jī)分子層進(jìn)行表面鈍化，但沉積過程中高能粒子會(huì)破壞半導(dǎo)體層表面，打斷金屬離子-氧鍵，形成更多氧空位造成載流子濃度升高，甚至?xí)斐善骷o法關(guān)斷。使用溫和的表面鈍化可以解決上述問題。

自組裝單分子層（SAM）多被用于高k超薄柵絕緣層，或用以改善柵絕緣層/溝道層界面，減少界面缺陷，減小漏電流。在一些有機(jī)薄膜晶體管的制備過程中亦被用來修飾柵絕緣層表面，使得溝道層生長更為有序，提高器件遷移率；在碳納米管薄膜晶體管中經(jīng)常被用作柵絕緣層表面-OH基團(tuán)的鈍化，減小遲滯效應(yīng)，提高器件穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種可靠性和穩(wěn)定性高的金屬氧化物薄膜晶體管及其制備方法。

本發(fā)明提供的金屬氧化物薄膜晶體管，是對(duì)現(xiàn)有金屬氧化物薄膜晶體管的改進(jìn)。現(xiàn)有金屬氧化物薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)如圖1所示，自下至上依次為基底、柵極、柵極絕緣層、源/漏電極、半導(dǎo)體溝道層以及鈍化層，本發(fā)明是在半導(dǎo)體溝道層與鈍化層之間增加一自組裝的單分子層。

本發(fā)明中，所述自組裝單分子層包含與半導(dǎo)體表面結(jié)合的頭基、連接基團(tuán)和末端基團(tuán)，該單分子層在半導(dǎo)體溝道層表面有序且緊密地排列，并且末端可形成疏水表面。

本發(fā)明中，所述單分子層的頭基選自R-SiCl₃、R-SiCl₂-烷基、R-SiCl(烷基)₂、R-Si(烷基)₃、R-COOH、R-PO(OH)₂等；所述單分子層中連接基團(tuán)為通式為-（CH₂）n-的正烷烴鏈，其中n為從2到26間的偶數(shù)；所述單分子層中末端基團(tuán)一方面可用于確定構(gòu)成自組裝單分子層的分子取向，另一方面可借助偶極矩、ππ相互作用或范德華力的相互作用，穩(wěn)定自組裝單分子層的疏水基團(tuán)，即所述單分子層末端基團(tuán)為疏水性。所形成的單分子層厚度為1~5nm。

該自組裝單分子層（SAM）不僅可以在半導(dǎo)體表面形成致密有序排列的單分子層，還可以形成疏水表面，有效阻止水汽入侵；亦可在SAM修飾以后再采用磁控濺射等真空沉積方法淀積常用的鈍化封裝層，減小鈍化過程中高能粒子或化學(xué)溶液對(duì)溝道的損傷，以增強(qiáng)底柵氧化物薄膜晶體管的可靠性。

本發(fā)明中，所述基底可以為玻璃和PI、PEN、PET等柔性或柔性透明薄膜。

本發(fā)明中，所述柵極及源、漏極的材料可為氧化銦錫(ITO)，氧化鋅鋁（AZO）,氧化銦鋅（IZO）等透明導(dǎo)電薄膜，或Mo、Cr、Al等有色金屬或其合金，由磁控濺射或電子束蒸發(fā)室溫下生長。可由濕法刻蝕的方法曝光刻蝕成型，亦可由Lift-off工藝制作。

本發(fā)明中，所述柵極絕緣層的材料可為氧化鋁、氧化鉿、氧化鋯等高K材料，亦可為二氧化硅、氮化硅等無機(jī)薄膜。柵極絕緣層可由反應(yīng)離子刻蝕成型。厚度為10~100nm。例如，所述氧化鋁（Al₂O₃）柵絕緣層厚度為10~100nm，該氧化鋁薄膜由三甲基鋁（TMA）做源，H₂O做氧化物，180℃-200℃生長；1個(gè)循環(huán)約為1.2埃。又如，?HfO₂柵絕緣層厚度可為20~100nm，該HfO₂薄膜可由四(二乙基酰胺)鉿(TDEAH)做源，H₂O做氧化物，150℃~200℃生長。

本發(fā)明中，所述半導(dǎo)體溝道層材料為氧化物ZnO、IZO或IGZO等，厚度為10~150nm。