[發明專利]金屬氧化物薄膜晶體管的制備方法及其結構

在審

• 申請號: 201710364623.0
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN106971944A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 王質武
• 申請（專利權）人: 深圳市華星光電技術有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L29/786
• 代理公司: 深圳市德力知識產權代理事務所44265
• 代理人: 林才桂

技術領域

本發明涉及顯示器件制程技術領域，尤其涉及一種金屬氧化物薄膜晶體管的制備方法及其結構。

背景技術

平面顯示裝置具有機身薄、省電、無輻射等眾多優點，得到了廣泛地應用。現有的平面顯示裝置主要包括液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)及有機發光二極管顯示器(Organic Light Emitting Display，OLED)。

薄膜晶體管(Thin Film Transistor，TFT)是平面顯示裝置的重要組成部分。薄膜晶體管可形成在玻璃基板或塑料基板上，通常作為開關部件和驅動部件用在諸如LCD、OLED等顯示面板上。

采用金屬氧化物作為溝道層材料的薄膜晶體管技術是目前面板領域研究的熱點。以銦鎵鋅氧化物(Indium Gallium Zinc Oxide，IGZO)作為溝道層材料是當今金屬氧化物薄膜晶體管的一種主流技術，采用該技術可以使LCD顯示面板的功耗接近OLED顯示面板的功耗，但成本更低，LCD顯示面板的厚度也只比OLED顯示面板的厚度只高出25％，且分辨率可以達到1920×1080P的全高清程度，甚至4k×2k的超高清程度。

現行的金屬氧化物薄膜晶體管一般采用物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD)工藝制備IGZO作為溝道層。由于單純的IGZO與柵極絕緣層的界面存在缺陷態，IGZO溝道中存在非化學計量比的缺陷，包括氧空位、鋅(Zn)填隙子等，這些缺陷作為失主提供了溝道中的自由電子，導致溝道層存在較高的載流子濃度，會引發薄膜晶體管出現閾值電壓漂移、亞閾值擺幅惡化、和偏壓不穩定等現象。

發明內容

本發明的目的在于提供一種金屬氧化物薄膜晶體管的制備方法，能夠減少金屬氧化物溝道層內的氧空位數量，降低金屬氧化物溝道層內以及金屬氧化物溝道層與柵極絕緣層界面處的陷阱密度，改善薄膜晶體管的電性。

本發明的另一目的在于提供一種金屬氧化物薄膜晶體管結構，其金屬氧化物溝道層內的氧空位數量較少，金屬氧化物溝道層內以及金屬氧化物溝道層與柵極絕緣層界面處的陷阱密度較低，電性較好。

為實現上述目的，本發明首先提供一種金屬氧化物薄膜晶體管的制備方法，包括向金屬氧化物溝道層摻雜氮元素的步驟。

可選的，所述向金屬氧化物溝道層摻雜氮元素的步驟在制備金屬氧化物溝道層之后進行，采用對金屬氧化物溝道層進行離子注入或等離子體摻雜的方式摻雜氮元素。

所述金屬氧化物薄膜晶體管的制備方法包括：

提供襯底基板，在所述襯底基板上沉積第一金屬層，對第一金屬層進行刻蝕，形成柵極；

在所述襯底基板與柵極上沉積、覆蓋柵極絕緣層；

在所述柵極絕緣層上制備一層金屬氧化物薄膜作為金屬氧化物溝道層；

對金屬氧化物溝道層進行離子注入或等離子體摻雜，以向所述金屬氧化物溝道層摻雜氮元素；

在摻雜了氮元素的金屬氧化物溝道層上沉積第二金屬層，對第二金屬層進行刻蝕，形成源極、與漏極；

在源極、漏極、及摻雜了氮元素的金屬氧化物溝道層上沉積、覆蓋鈍化層。

可選的，所述向金屬氧化物溝道層摻雜氮元素的步驟與制備金屬氧化物溝道層同時進行，采用向金屬氧化物溝道層通入氮氣的方式摻雜氮元素。

所述金屬氧化物薄膜晶體管的制備方法，包括：

提供襯底基板，在所述襯底基板上沉積第一金屬層，對第一金屬層進行刻蝕，形成柵極；

在所述襯底基板與柵極上沉積、覆蓋柵極絕緣層；

在所述柵極絕緣層上制備一層金屬氧化物薄膜作為金屬氧化物溝道層，在制備金屬氧化物薄膜的同時通入氮氣，以向所述金屬氧化物溝道層摻雜氮元素；

在摻雜了氮元素的金屬氧化物溝道層上沉積第二金屬層，對第二金屬層進行刻蝕，形成源極、與漏極；

在源極、漏極、及摻雜了氮元素的金屬氧化物溝道層上沉積、覆蓋鈍化層。

通過磁控濺射工藝制備金屬氧化物薄膜作為金屬氧化物溝道層；通過化學氣相沉積工藝沉積柵極絕緣層及鈍化層。

所述金屬氧化物薄膜的材料為銦鎵鋅氧化物；所述第一金屬層與第二金屬層的材料均為鉬、鋁、銅中的一種或至少兩種的層疊；所述柵極絕緣層與鈍化層的材料均為氧化硅。

本發明還提供一種金屬氧化物薄膜晶體管結構，包括金屬氧化物溝道層，且所述金屬氧化物溝道層內摻雜有氮元素。

所述金屬氧化物薄膜晶體管結構還包括襯底基板、柵極、柵極絕緣層、源極、漏極、及鈍化層；