[發明專利]一種金屬氧化物薄膜晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 201710858499.3
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN107452810B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 徐睿;金尚忠;黃杰
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L21/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種金屬氧化物薄膜晶體管及其制備方法。其中源電極設置在襯底上，金屬氧化物溝道層設置在源電極上，漏電極設置在金屬氧化物溝道層上，柵電極和柵介質層是通過原位氧化形成的，且柵電極包埋在柵介質層中，柵介質層包埋在金屬氧化物溝道層中；所述的一種金屬氧化物薄膜晶體管具有不少于2個柵介質層，且柵介質層與柵介質層之間相互隔開，形成載流子由下至上的多導電溝道。本發明提供的金屬氧化物薄膜晶體管一方面可突破傳統工藝對尺寸的限制，同時由于多溝道的并聯作用，可實現低工作電壓下的高輸出電流。

技術領域

本發明涉及薄膜晶體管（TFT）技術領域，特別是涉及一種金屬氧化物薄膜晶體管及其制備方法。

背景技術

薄膜晶體管作為平板顯示的核心元件，與存儲電容一起組成驅動電路，在實現大面積、高清晰度、高幀頻顯示中起著重要作用。目前，工藝最成熟且應用最為廣泛的是非晶硅（a-Si） TFT，但是其場效應遷移率較低（ 1 cm²/Vs），難以驅動有源顯示器件，且a-Si光穩定性差。多晶硅 TFT 器件雖然具有較高的 遷移率和較好的穩定性，但是其器件均勻性差、制備成本高，且與常規IC工藝不兼容。有機薄膜晶體管（OTFT）也同樣存在著遷移率低和穩定性差等缺點。

近年來，以IZO和IGZO為代表的金屬氧化物 TFT 以其遷移率高、可見光透過率高、可低溫制備、成本低、均勻性好且與 IC 工藝兼容等優點，正逐漸替代傳統 a-Si TFT，成為新一代平板顯示器件的核心元件。 2004年Nomura等在Nature期刊上首次報道了以非晶氧化銦鎵鋅（a-IGZO）為溝道層的TFT [Nature,2004,432(7061):488-492]，器件飽和遷移率（μ）為6~9 cm²/Vs。

然而隨著集成電路的快速發展以及顯示器分辨率越來越高的需求，薄膜晶體管的電學性能要進一步提高，同時器件尺寸要進一步減小。對于傳統的橫向 TFT 器件，通常通過減小溝道長度來實現。然而由于加工工藝的限制，一般在微米量級，進一步縮小尺寸會大大增加制備成本，同時短溝道效應成為進一步減小傳統器件的巨大障礙。

采用垂直結構的TFT，夾在源-漏電極之間的溝道層厚度即為溝道層長度，因此可以突破傳統加工工藝的限制，原則上可以將溝道長度減小至亞微米甚至納米量級，極大提高器件的工作電流、響應速度、開關比，同時還可以降低器件的開啟電壓和功耗。Y. Yang等[Appl. Phys. Lett.,2007,91:092911],[Appl. Phys. Lett.,2004,85(21):5084-5086]報道了垂直堆疊式結構的有機晶體管（VOFET）。然而該晶體管源極處在介質層和溝道層中間，源極的厚度及源極與溝道層的界面會影響載流子的收集和傳輸。迄今為止，尚未見到基于垂直結構的金屬氧化物 TFT的報道。

發明內容

為了解決上有技術的不足，本發明的目的在于提供一種金屬氧化物薄膜晶體管及其制備方法，一方面可突破傳統工藝對尺寸的限制，另一方面可實現低工作電壓下的高輸出電流。

根據本發明的一方面，提出一種金屬氧化物薄膜晶體管。包括襯底、源電極、金屬氧化物溝道層、柵電極、柵介質層、漏電極；其中源電極設置在襯底上，金屬氧化物溝道層設置在源電極上，漏電極設置在金屬氧化物溝道層上，柵電極和柵介質層包埋在金屬氧化物溝道層中，且所述柵電極包埋在柵介質層中；所述的一種金屬氧化物薄膜晶體管具有不少于2個柵介質層，且柵介質層與柵介質層之間相互隔開，形成載流子由下至上的多導電溝道。