[發明專利]一種氧化物薄膜晶體管柵極及其制備、氧化物薄膜晶體管

在審

• 申請號: 201810077682.4
• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN108288643A
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 寧洪龍;盧寬寬;彭俊彪;姚日暉;胡詩犇;魏靖林;鄧宇熹;鄧培淼;周尚雄;袁煒健
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L29/423
• 分類號: H01L29/423;H01L29/786;H01L21/285
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳智英

本發明屬于電子器件的技術領域，公開了一種氧化物薄膜晶體管柵極及其制備、氧化物薄膜晶體管。所述柵極，由依次疊設的銅合金層和三氧化二鋁層組成，且三氧化二鋁層靠近薄膜晶體管中柵極絕緣層；所述銅合金層包含鉻和鋯。方法：(1)在襯底上沉積銅合金薄膜，作為柵極主體層；(2)在銅合金薄膜上沉積三氧化二鋁薄膜。氧化物薄膜晶體管由下至上依次包括襯底、銅合金層、三氧化二鋁層、柵極絕緣層、有源層、源漏電極。本發明的氧化物薄膜晶體管柵極具有成本低廉，結合強度高，電阻率低，電學穩定性好，工藝簡單的優點。

技術領域

本發明屬于電子器件材料制備技術領域，具體涉及一種氧化物薄膜晶體管柵極及其制備方法、氧化物薄膜晶體管。

背景技術

薄膜晶體管(Thin Film Transistor，簡稱TFT)，是電子行業應用廣泛的半導體器件，多用作主動式矩陣液晶顯示屏(AMLCD)和有源矩陣有機發光二極管(AMOLED)屏幕的驅動電路核心元件。氧化物TFT是采用金屬氧化物半導體材料作為TFT器件的有源溝道層，相比傳統的硅基半導體TFT器件，具有成本低廉、載流子遷移率高、均勻性好的特點，是未來TFT發展的主要方向。氧化物TFT的結構一般包括：柵極、柵極絕緣層、有源層和源漏電極。

伴隨信息化社會的快速發展，信息顯示行業面臨新的挑戰，大尺寸、高分辨率、低延遲速率的顯示面板日益普及，需要加快發展具有高遷移率、低電阻率特性的TFT元件。

要降低TFT器件的電阻率，需要使用低電阻率材料作為電極材料，銅以其優異的低電阻率(1.72μΩ·cm)和相對低廉的價格，日益受到行業的關注。目前，純銅作為器件電極，主要面臨以下困難：(1)Cu原子結構中最外層只有一個核外電子，化學活性弱，難以與襯底鍵合，導致銅電極與襯底的結合強度差；(2)銅原子發生擴散造成銅污染，導致絕緣層或半導體有源層中形成深能級受主雜質，使器件性能退化；(3)銅機械強度低；(4)銅電極表面存在氧化和硫化問題，導致電極電阻率上升。

基于以上問題，目前的解決方法主要有：(1)在銅薄膜電極(柵極)和絕緣層之間，添加一層或多層其他金屬作為過渡層來阻擋銅原子的擴散并提高結合強度。如現在常見的使用Mo/Cu或Ni/Cu的疊層作為薄膜晶體管柵極。這種處理方式，添加的過渡層與純銅薄膜的刻蝕特性存在差異，導致工藝復雜，成本較高。且在界面處存在晶格失配會導致寄生電容增加。(2)在銅電極和襯底之間生長銅籽晶層，用于改善結合強度和抗電遷移性。引入籽晶層的技術，雖然可以達到以上目的，但是仍無法阻止銅原子向襯底材料的擴散和污染。

針對以上種種不足，提供一種工藝簡單、成本低廉、性能優良的顯示用電子器件氧化物TFT柵電極及其制備方法是很有意義的。

發明內容

為了解決以上現有技術的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種氧化物薄膜晶體管柵極。

本發明的另一目的在于提供上述氧化物薄膜晶體管柵電極的制備方法。

本發明的再一目的在于提供一種氧化物薄膜晶體管。所述氧化物薄膜晶體管包括上述柵極。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種氧化物薄膜晶體管柵極，由依次疊設的銅合金層和三氧化二鋁層組成，且三氧化二鋁層靠近薄膜晶體管中柵極絕緣層。銅合金層作為柵極的主體層，Al₂O₃層作為柵極的修飾層。所述銅合金層包含鉻和鋯。

所述銅合金層中存在多種非籽晶層的晶格結構。

所述銅合金層的材料成分包括鉻和鋯。所述銅合金層中銅含量超過99％。

所述銅合金層為Cu-Cr-Zr合金層。

所述銅合金層的材料成分包括銅、鉻和鋯，以重量百分比計，Cr占合金總量的0.1％～0.39％，Zr占合金總量的0.1％～0.5％。