[發明專利]一種薄膜晶體管及其半導體溝道層的制備方法

在審

• 申請號: 201510655093.6
• 申請日: 2015-10-10
• 公開（公告）號: CN105355661A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發明（設計）人: 蘇曉
• 申請（專利權）人: 無錫盈芯半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L29/24;H01L21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及到薄膜晶體管的技術領域，特別涉及到一種薄膜晶體管及其半導體溝道層的制備方法。

背景技術

薄膜晶體管(TFT)作為現代顯示技術的核心電子元件，廣泛應用于液晶顯示(LCD)、有機發光二極管顯示(AMOLED)和電泳顯示(EPD)等顯示器件的有源驅動。目前應用于顯示器件中的主流有源開關元件仍然是Si-TFT。然而，隨著顯示技術的發展，顯示器件將逐步向AMOLED和柔性可卷曲型方向發展，要求TFT不僅具有較高的電子遷移率，低的光敏感性，而且能夠實現低溫制備。目前Si-TFT存在許多不足：材料本身不透明，光敏感性強、場效應遷移率低、不易實現低溫制備。

非晶氧化物半導體通常具有比非晶硅更高的載流子遷移率，更大的禁帶寬度，且適合低溫制備，因而被看作是新一代薄膜晶體管最具潛力的技術。在各種氧化物半導體中，例如氧化銦(In₂O₃)半導體、氧化鋅銦(Zn-In-O)半導體、氧化銦鎵(In-Ga-O)半導體、氧化銦鋅(In-Zn-O)半導體、氧化銦鎵鋅(In-Ga-Zn-O)半導體等，通常認為銦(In)離子影響(例如提高)了這些的氧化物半導體的電子遷移率是由于其最外層或5s的軌道的電子分布。因為In-O材料的導帶底是由銦的5s類自由電子態與高度分散的氧的2s電子態雜化而成，而價帶邊是由氧的2P電子態與銦的5d電子態雜化而成。導致了載流子的均勻分布，使載流子的散射作用大大減小，從而提高了載流子的本征遷移率，非常適合作為TFT的溝道層材料。一般而言，銦原子含量越高，載流子遷移率越大。

然而，隨著氧化物中銦含量的增加，在沉積含銦氧化物過程中，易在不同晶向上形成晶粒化的In₂O₃，在不同晶粒的晶界處形成大量的氧空位，這些氧空位作為施主能級，提供了大量的N型載流子，導致高銦組分氧化物中載流子濃度偏高，從而影響其作為TFT的應用，特別是會導致關態電流偏高，即存在“關不緊”的問題。

為了抑制高銦組分氧化物半導體載流子濃度偏高的問題，專利201210417892.6公開了一種摻入與氧結合力強的三價金屬離子的解決方案，正3價的金屬氧化物優選為選自氧化硼、氧化鋁、氧化鎵、氧化鈧、氧化釔、氧化鑭、氧化鐠、氧化釹、氧化釤、氧化銪、氧化釓、氧化鋱、氧化鏑、氧化鈥、氧化鉺、氧化銩、氧化鐿和氧化镥中的1種或2種以上的氧化物。這些氧化物與氧的結合力強結晶粒界處，因為與氧的結合力強，所以可以抑制在結晶粒界處的氧缺失的產生。其結果，在室溫附近的溫度下的載流子密度可以控制到不足10¹⁷cm^-3，能夠降低多晶化氧化銦薄膜的氧缺失量。專利201080026144.4公開了一種含In₂O₃的薄膜晶體管，用錫、鈦、鎢和鋅中的一種或幾種原子的摻雜來抑制In₂O₃的晶化取向，調控含In₂O₃的氧化物半導體的載流子濃度。雖然以上方法能夠很好的調控含In₂O₃的氧化物半導體的載流子濃度，獲得了較好性能的薄膜晶體管，但是摻入與氧結合力強的三價金屬離子或者用錫、鈦、鎢和鋅中的一種或幾種原子的摻雜，多采用濺射成膜工藝，導致薄膜表面粗糙，使半導體層和絕緣層的接觸界面狀態不穩定，使得TFT器件的特性難以變得穩定。

發明內容

本發明的目的在于提供一種薄膜晶體管，采用摻雜有Sb的含In氧化物作為半導體溝道層，可抑制In₂O₃的定向結晶化取向，降低含銦氧化物的室溫載流子濃度，降低薄膜晶體管的關態電流，且形成光滑的半導體溝道層表面，使半導體溝道層層和絕緣層的接觸界面狀態穩定，使得TFT器件的特性更加穩定。

為此，本發明采用以下技術方案：

一種薄膜晶體管，包括一襯底，所述襯底上設有半導體溝道層，所述半導體溝道層上兩側形成源電極和漏電極，所述半導體溝道層上形成柵絕緣層，所述柵絕緣層覆蓋部分源電極和漏電極，所述柵絕緣層上中間區域形成柵金屬電極，所述半導體溝道層為摻雜有Sb的含In氧化物，其中Sb的含量為0.1-10％。

優選的，所述半導體溝道層的厚度為10nm-50nm。

優選的，所述半導體溝道層的制備方法包括如下：