[發明專利]一種氧化物薄膜、含有該薄膜的晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 201410031240.8
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN103762227A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 康晉鋒;貢獻;喻韻璇;劉冬;劉曉彥;韓德棟
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L29/10
• 分類號: H01L29/10;H01L29/24;H01L29/786;H01L21/34
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君

技術領域

本發明屬于半導體器件領域，具體涉及一種包含有氧化物薄膜的半導體器件及其制備方法。

背景技術

在圖像顯示技術領域中，通常會大量采用薄膜晶體管組成電路來驅動顯示裝置。而在過去很長的時間里，薄膜晶體管普遍采用和CMOS（Complementary?Metal?Oxide?Semiconductor，互補金屬氧化物半導體）工藝兼容的硅系材料來制備得到。

然而，硅系材料的透光性較差。而且在制備這些硅系材料時，與多晶硅相比可在低溫下制備的非晶硅的成膜，也需要約200℃以上的高溫。不能使用具備廉價、質輕、可撓性的聚合物膜作為基材來制備硅系材料。因此，用硅系材料制備薄膜晶體管，存在著加熱成本高、制備時間長等比較顯著的缺點。

鑒于硅基的TFT（Thin?Film?Transistor，薄膜場效應晶體管，即薄膜晶體管）器件及制備方法存在上述的缺點，近十幾年來科學家們一直在尋找和開發能夠代替硅系材料的半導體材料。透明氧化物半導體材料，由于能夠實現低溫成膜，并且具有較高的遷移率等優異的特性，受到了極大的關注。其中，正如文獻K.Nomura?et?al.”Room-temperature?fabrication?of?transparent?flexible?thin-film?transistors?using?amorphous?oxide?semiconductors”,Nature,432,p488-492(2004)中所述，以In、Ga、Zn元素構成的In-Ga-Zn-O薄膜，由于其相較與傳統使用的ZnO半導體，有更小的關斷電流，更大的開關電流比以及更高的遷移率，逐漸成為研究的焦點。

不過，由于在In-Ga-Zn-O薄膜結構中，Ga元素跟O元素的結合性問題，使得形成的溝道層中氧空位較多，對于載流子形成的抑制能力較弱，對薄膜晶體管閾值電壓、漏電流I_off以及開關比有著較大的影響。并且In元素在地殼中的含量為1×10^-5%，且是有毒的。而Sn元素在地殼中的含量為4×10^-3%，相比更為豐富，同時，由于原子結構的類似性，Sn能起到和In相同的提高材料中載流子遷移率的作用。

對于純ZTO（Zn-Sn-O）薄膜，溝道層對載流子形成的控制能力較弱，同時關斷時的漏電流較大。適當摻雜能夠顯著改善ZTO的性能；以克服現有ZTO薄膜晶體管的溝道層對于載流子形成的控制能力較弱，同時關斷漏電流大的問題。

因此，若能開發出全新的氧化物薄膜，克服現有氧化物薄膜的缺點，勢必會有很大的應用前景和經濟價值。

發明內容

針對本領域的不足之處，本發明的第一個目的是提出一種氧化物薄膜。

本發明的第二個目的是提出一種含有氧化物薄膜的晶體管。

本發明的第三個目的是提出制備所述晶體管的方法。

實現本發明上述目的的技術方案為：

一種氧化物薄膜，其為Ba-Zn-Sn-O氧化物薄膜，氧化物中各元素的摩爾比為Ba：Zn:Sn=0.4～0.6:1.8～2.2:2，氧化物中的比例相應于氧化鋇、氧化鋅、氧化錫中的比例，例如Ba0.5mol、Zn2mol、Sn2mol的Ba-Zn-Sn-O氧化物薄膜中，氧的摩爾數為4.5mol。

進一步地，所述氧化物薄膜中還摻雜有金屬元素鈦、鋁、鎂、鋯、鉿、鐠、鈰、釔、鑭或者釹中的至少一種，且所摻雜的金屬元素的摩爾含量為Ba摩爾含量的10～99%。

含有本發明所述的氧化物薄膜的晶體管。

優選地，所述晶體管為底柵交錯式薄膜晶體管；所述底柵交錯式薄膜晶體管包括：氧化物薄膜溝道層、基底、柵電極、柵極絕緣層、源極區和漏極區；

所述氧化物薄膜溝道層、柵電極、柵極絕緣層、源極區和漏極區均設置在基底之上，所述氧化物薄膜溝道層和柵電極通過柵極絕緣層分隔；所述源極區和漏極區分設在氧化物薄膜溝道層兩側，且不互相接觸。

所述的晶體管的結構可為：從所述基底向上，依次設置柵電極、柵極絕緣層、氧化物薄膜溝道層；且柵極絕緣層覆蓋所述柵電極、與所述基底接觸；所述源極區和漏極區分設在氧化物薄膜溝道層兩側，且不互相接觸。

或，所述的晶體管的結構可為：從所述基底向上，依次設置氧化物薄膜溝道層、柵極絕緣層、柵電極；所述源極區和漏極區分設在氧化物薄膜溝道層兩側，且與所述基底接觸。