[發明專利]一種金屬氧化物半導體薄膜晶體管及其制備方法

在審

• 申請號: 201510039672.8
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104576759A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 王漪;周曉梁;叢瑛瑛;趙飛龍;董俊辰;韓德棟;張盛東;劉曉彥
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L29/417;H01L21/336
• 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: 賈曉玲

技術領域

本發明屬于半導體集成電路制造和平板顯示領域，具體涉及一種源/漏疊層結構的金屬氧化物半導體薄膜晶體管及其制備方法。

背景技術

伴隨著平板顯示技術逐漸發展成為信息顯示的主流技術，平板顯示產業已成為最具發展潛力的電子信息產業，其主流的液晶顯示(LCD)成為了電子信息產業中的支柱產業之一。薄膜晶體管(TFT)是平板顯示的核心器件，任何有源矩陣尋址的平板顯示都依賴于TFT控制和驅動。為了適應平板顯示大面積、高品質、低成本和高可靠性的發展，對TFT器件的要求越來越高。目前，被廣泛應用于各種顯示的TFT技術以氫化非晶硅(a-Si：H)和低溫多晶硅(LTPS)技術為主。受限于非晶硅TFT低載流子遷移率，其無法應用于平板顯示周邊驅動電路的元件集成，并且不能滿足下一代平板顯示對高清畫質的要求，也不能適應OLED電流型驅動顯示屏。另一方面低溫多晶硅TFT有較高的載流子遷移率，可以滿足下一代高清顯示，適應于OLED電流型驅動顯示屏，并有望實現顯示矩陣和外圍驅動集成于同一面板的板上系統(System on panel,SOP)。然而，當前的LTPS技術不能滿足大屏幕顯示對工藝的均勻性和一致性要求，因此其主要面向中小尺寸顯示屏的應用，另外LTPS的制備工藝相對較復雜、制作成本高也制約了LTPS TFT更加廣泛地應用。為了適應平板顯示的發展需求，新型TFT技術的研究受到了廣泛的關注。目前，以氧化銦鎵錫(IGZO)為代表的氧化鋅基金屬氧化物TFT研究最為廣泛，且有望在不久的將來實現量產。

氧化鋅基的TFT技術集氫化非晶硅和低溫多晶硅TFT優點于一身，有望應用于大屏尺寸的平板顯示器中。其有源層、源漏電極和柵電極等使用寬禁帶半導體材料，可以制造出全透明平板顯示屏；較低的工藝溫度可以滿足使用廉價的玻璃襯底或塑料柔性襯底；大面積均勻性適應大屏顯示的要求；高載流子遷移率可以滿足下一代平板顯示高清畫質的要求，且適用于OLED電流型驅動；有源層濺射工藝與半導體產業界CMOS工藝相兼容。對于氧化鋅基TFT，如何優化工藝，在提高器件性能的同時降低制造成本，是其重要研究方向之一。此外，新型器件結構的開發也是提高器件性能的重要方向。本發明提出了一種TFT器件制作技術方案，在基本TFT器件制作工藝的條件下，同時提出了一種源/漏疊層結構的金屬氧化物半導體薄膜晶體管器件結構及其制備方法。

發明內容

本發明目的在于提供一種源/漏疊層結構的金屬氧化物半導體薄膜晶體管及其制備方法。

本發明的技術方案是：

一種源/漏疊層結構的金屬氧化物半導體薄膜晶體管，包括柵電極、柵介質、有源區、源電極和漏電極，所述柵電極位于襯底之上，柵介質位于柵電極之上，有源區位于柵介質之上，源電極和漏電極分別位于有源區之上，其特征在于，所述有源區為金屬氧化物半導體薄膜，所述源電極和漏電極由上、下兩層薄膜組成疊層結構，其中下層薄膜為與有源區相同或不同材料金屬氧化物薄膜，上層薄膜為導電薄膜，且有源區金屬氧化物半導體薄膜電導率或載流子濃度高于源電極或漏電極的下層金屬氧化物半導體薄膜，其制備步驟包括：

(1)在玻璃襯底上生長一層導電薄膜，采用刻蝕或剝離工藝形成柵電極；

(2)生長一層絕緣介質層，刻蝕形成柵介質；

(3)濺射生長一層金屬氧化物薄膜，采用刻蝕或剝離工藝形成有源區；

(4)涂光刻膠、曝光、顯影定義源電極和漏電極圖形，濺射生長一層金屬氧化物薄膜；

(5)濺射生長一層導電薄膜，采用剝離工藝形成疊層結構源電極和漏電極。

在步驟(1)中，柵電極為Al、Ti、Cr非透明金屬中的一種或ITO、AZO、InO透明導電薄膜。

在步驟(2)中，柵介質材料為二氧化硅、氮化硅以及高介電常數絕緣材料中的一種或者多種的組合。

在步驟(3)中，有源層金屬氧化物為采用射頻磁控濺射技術生長，厚度為10～40納米，其材料為氧化銦鎵鋅(IGZO)或氧化鋅(ZnO)及其摻雜體系包括錫(Sn)、銦(In)、鎵(Ga)、鋁(Al)等III或IV族元素中的一種或者幾種組合；圖形定義方法為刻蝕或者剝離工藝中的一種。

步驟(2)和(3)中柵介質和有源區金屬氧化物可連續生長，并使用同一掩模板定義圖形。

在步驟(4)中，源電極和漏電極的下層金屬氧化物薄膜采用射頻磁控濺射技術生長，其材料為氧化銦鎵鋅(IGZO)或氧化鋅(ZnO)及其摻雜體系包括錫(Sn)、銦(In)、鎵(Ga)、鋁(Al)等III或IV族元素中的一種或者幾種組合。