[發明專利]一種梯度溝道摻氮氧化鋅薄膜晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 202010750918.3
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN112002762B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 姚志強;郭建磊
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L21/34
• 代理公司: 鄭州明德知識產權代理事務所(普通合伙) 41152
• 代理人: 郭麗娜

本發明公開了一種梯度溝道摻氮氧化鋅薄膜晶體管及其制備方法。該方法首先采用生長一層二氧化硅的p型硅片作為襯底，在高濺射壓強、純氬氣條件下沉積一定厚度的高載流子濃度的氧化鋅超薄區；在濺射沉積不中斷的情況下，調節濺射壓強繼續沉積低載流子濃度的氧化鋅過渡區；隨后通入一定量的氮氣，沉積梯度摻氮氧化鋅鈍化區；通過濕法刻蝕方法使氧化鋅溝道層圖案化；最后在溝道層上方沉積一層鋁薄膜，通過濕法刻蝕方法使鋁源漏電極圖案化得到梯度溝道摻氮氧化鋅薄膜晶體管。本發明的金屬氧化物薄膜晶體管具有大的開電流、開關電流比和載流子遷移率，同時具有優異的偏壓應力和光照穩定性。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，具體涉及一種梯度溝道摻氮氧化鋅薄膜晶體管及其制備方法。

背景技術

薄膜晶體管（TFT）作為平板顯示器的基本組成部分，其作用是驅動平板顯示器中的像素開關，一定程度上顯示器的特性取決于薄膜晶體管的性能。高分辨率、高幀率、低功耗的大面積顯示要求薄膜晶體管具有大的響應速率和驅動電流；響應速率取決于薄膜晶體管的載流子場效應遷移率、亞閾值擺幅和閾值電壓。然而，影響器件性能的因素有許多，包括有源層、絕緣層以及不同層之間界面的質量，其中半導體有源層起著決定性作用。尋找提高晶體管電學性能和穩定性的方法對于未來的創新和進步至關重要。

目前，硅基薄膜晶體管作為主流技術，在有源矩陣液晶顯示（AMLCD）和有源矩陣有機發光二極管（AMOLED）等平板顯示器領域占主導地位。然而氫化非晶硅通常具有很低的遷移率1cm²/Vs和光敏性；多晶硅硅薄膜的場效載流子遷移率較高，但其不透明性和晶粒結構的不均勻分布不是大尺寸顯示器的理想選擇。另外，在非晶硅和多晶硅加工過程中也需要相對較高的溫度，因此很難將它們結合到許多塑料材料上。為了適應下一代顯示器高分辨率、大尺寸、柔性、透明等技術要求，金屬氧化物被認為是一種很有希望的低成本透明電子材料。在各種金屬氧化物中，氧化鋅表現出較高的載流子遷移率（＞100cm²/Vs），其較高的載流子遷移率可以滿足對高分辨率有源驅動液晶顯示和電流驅動的有源有機發光顯示的技術要求。另外氧化鋅還具有高的透光率、可室溫沉積、對光不敏感等特點，這對柔性透明電子產品具有重要意義。目前制備氧化鋅的方法包括濺射沉積、脈沖激光沉積、化學氣相沉積、原子層沉積以及溶膠-凝膠法，這意味著更大工藝選擇性和兼容性。

然而，目前未摻雜的氧化鋅薄膜晶體管普遍具有較低的開電流、較大的亞閾值擺幅以及較小的場效應遷移率。通常采用兩層金屬氧化物薄膜作為溝道層的雙層TFT結構，雖然能實現增強積累，提高遷移率，但雙層溝道界面勢壘的存在會阻礙耗盡，降低關閉速度。同時，氧化鋅基薄膜晶體管器件的穩定性一直是具有挑戰性的問題，主要表現在正柵偏壓應力（PBS）引起的閾值電壓位移，通常制備鈍化層和后退火可以降低活性層/介電界面的缺陷密度，從而提高其穩定性。另外，相關研究表明氮摻雜是一種調控氧化鋅溝道層的有效方法，氮原子可以減少薄膜中的缺陷。TFT開關元件經常會暴露在背光源的輻射當中，因此柵極偏置應力與光照下的穩定性（NBLS）是至關重要的。綜上所述，合理的結構設計和缺陷鈍化是提高氧化鋅基TFT的電學性能和穩定性的有效方法，對其進一步商業化運用具有重要意義。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種梯度溝道摻氮氧化鋅薄膜晶體管及其制備方法，該薄膜晶體管的電學性能和穩定性均得到提升。

本發明所采用的技術方案為：

一種梯度溝道摻氮氧化鋅薄膜晶體管，由下到上依次為襯底、梯度溝道、源漏電極，所述梯度溝道由自下而上的高載流子濃度超薄區、低載流子濃度過渡區、摻氮氧化鋅鈍化區組成。

所述襯底為生長一層二氧化硅的p型硅片，二氧化硅作為柵極介電層，二氧化硅的厚度為80-120nm。

所述高載流子濃度超薄區的深度為0.5-5nm，低載流子濃度過渡區的深度為20-35nm，摻氮氧化鋅鈍化區的深度為5-20nm，低載流子濃度過渡區和摻氮氧化鋅鈍化區的總深度為35-45 nm。