[發(fā)明專利]一種氮磷氧鋅薄膜及其制備方法和薄膜晶體管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310554881.7
• 申請(qǐng)日: 2013-11-07
• 公開（公告）號(hào): CN103560147A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳丹邦投資集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/24
• 分類號(hào): H01L29/24;H01L21/203;H01L29/786
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體薄膜的制備，特別是涉及一種氮磷氧鋅薄膜及其制備方法和薄膜晶體管。

背景技術(shù)

在近十幾年的時(shí)間中，以硅材料TFT為驅(qū)動(dòng)單元的液晶顯示器件以其體積小、重量輕、品質(zhì)高等一系列優(yōu)點(diǎn)獲得了迅速發(fā)展，并成為主流的信息顯示終端。然而隨著人們對(duì)顯示器件分辨率、響應(yīng)速度、穩(wěn)定性等性能要求的提高，以硅材料為有源層的TFT暴露出一系列的問(wèn)題，a-Si?TFT背板由于其自身遷移率較低(一般小于0.5cm²/(V·s)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高分辨率顯示；低溫多晶硅(LTPS)TFT技術(shù)生產(chǎn)工藝復(fù)雜，設(shè)備投資高，面板面臨均勻性差、良品率低、生產(chǎn)成本居高不下等難以克服的問(wèn)題，其在大尺寸FPD顯示領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展受到較大限制。

與目前在液晶顯示器有源驅(qū)動(dòng)矩陣中廣泛采用的硅TFT相比，氧化物半導(dǎo)體TFT具有如下優(yōu)勢(shì)：（1）場(chǎng)效應(yīng)遷移率較高；（2）開關(guān)比高；（3）制備工藝溫度低；（4）可以制作大面積非晶薄膜，均勻性好，具有良好一致的電學(xué)特性；（5）受可見光影響小，比非晶硅薄膜晶體管穩(wěn)定；(6)可以制作成透明器件。在平板顯示領(lǐng)域，氧化物TFT技術(shù)幾乎滿足包括AMOLED驅(qū)動(dòng)、快速超大屏幕液晶顯示、3D顯示等諸多顯示模式的所有要求。在柔性顯示方面，襯底材料不能承受高溫，而氧化物TFT的制備工藝溫度低，與柔性襯底兼容，因而金屬氧化物TFT具備較大優(yōu)勢(shì)。

但在典型的a-IGZO中，大量正離子的隨機(jī)分布了形成電子的散射機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致載流子遷移率相對(duì)較低。且由于在a-IGZO薄膜中存在大量氧空位，在光照和負(fù)偏壓的條件下，其帶隙中施主型氧空位的存在將會(huì)導(dǎo)致器件的穩(wěn)定性變差，因此該薄膜晶體管存在穩(wěn)定性問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種氮磷氧鋅薄膜及其制備方法和薄膜晶體管，其制作的薄膜晶體管能獲得最大載流子遷移率

本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下的技術(shù)方案予以解決：

一種氮磷氧鋅薄膜，其組成為Zn_xP_yO_1-x-y-zN_z，其中，55%≤x≤65%，1%≤y≤10%，10%≤z≤22%，各原子的原子個(gè)數(shù)百分比之和為100%。

優(yōu)選地，59%≤x≤61%，5%≤y≤8%，12%≤z≤15%。

本發(fā)明采用非氧的陰離子代替氧化鋅中氧離子，進(jìn)而調(diào)整氧化物的價(jià)帶，消除氧化物半導(dǎo)體中的氧空位，且由于陽(yáng)離子幾乎都是Zn²⁺，不同于傳統(tǒng)的a-IGZO中，存在大量陽(yáng)離子的隨機(jī)分布，降低了載流子傳輸中的勢(shì)壘。實(shí)驗(yàn)表明：

含鋅的半導(dǎo)體本質(zhì)上是靠陰離子缺位（缺陷）導(dǎo)電，如果鋅含量少了，導(dǎo)電能力降低，如果鋅含量過(guò)高，說(shuō)明存在大量缺陷，越來(lái)越接近導(dǎo)體，性能好的TFT用薄膜需要在這之間找到平衡，獲得導(dǎo)電能力適當(dāng)，缺陷不太多，本發(fā)明中當(dāng)原子鋅小于55%時(shí)，薄膜的載流子遷移率降低，當(dāng)原子鋅大于65%時(shí)，薄膜呈多晶結(jié)構(gòu)且具有大量生長(zhǎng)缺陷。

在濺射過(guò)程中，立方形Zn₃N₂、六角形ZnO和屬于四方晶系的Zn₃P₂間存在生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，有助于氮氧磷鋅非晶相的形成，然而當(dāng)?shù)⒘缀繙p小時(shí)，薄膜呈現(xiàn)ZnO的多晶結(jié)構(gòu)，當(dāng)氧氣含量減小時(shí)，薄膜呈現(xiàn)Zn₃N₂或Zn₃P₂的多晶結(jié)構(gòu)。所以，當(dāng)原子磷小于1%時(shí)，薄膜容易形成多晶結(jié)構(gòu)，薄膜的缺陷多，當(dāng)原子磷大于10%時(shí)，薄膜呈多晶結(jié)構(gòu)且具有大量生長(zhǎng)缺陷，相應(yīng)的薄膜晶體管漏電流大；當(dāng)原子氮小于10%時(shí)，薄膜容易形成多晶結(jié)構(gòu)，薄膜的缺陷多，當(dāng)原子氮大于22%時(shí)，薄膜呈多晶結(jié)構(gòu)且具有大量生長(zhǎng)缺陷，相應(yīng)的薄膜晶體管漏電流大。

本發(fā)明中的氮磷氧鋅薄膜呈非晶態(tài)，其表面平整，采用Accent?HL5500PC型Hall效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試載流子濃度和Hall遷移率。優(yōu)化條件下的載流子濃度較低～10¹⁷cm^-3，Hall遷移率達(dá)到49cm²/Vs。