[發明專利]一種鉿摻雜氧化銦薄膜晶體管及其制備方法

在審

• 申請號: 202110028416.4
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112908852A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 李文武;劉勁馳;楊佳燕;高彩芳;褚君浩
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L29/786;H01L29/24
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發明公開了一種鉿摻雜氧化銦薄膜晶體管及其制備方法，其晶體管為N型氧化銦薄膜晶體管具有底柵頂接觸結構。其制備方法首先在具有二氧化硅熱氧化層的重摻雜硅襯底上通過溶膠凝膠法旋涂一層鉿摻雜氧化銦半導體有源層，然后在150℃的加熱板上預退火10 min以蒸干溶劑，再放入290℃的加熱板上退火結晶30 min，最后利用掩膜版在半導體層上鍍一層60 nm左右的鋁作為源極和漏極，得到了具有高偏壓穩定性、低亞閾值擺幅的氧化銦晶體管。本發明提升了底柵頂接觸結構的氧化銦薄膜晶體管的電學性能，優化了現有的氧化銦薄膜晶體管制備技術，與傳統的氧化銦晶體管相比，該晶體管具有更高的偏壓穩定性和更低的亞閾值擺幅。

技術領域

本發明涉及金屬氧化物半導體薄膜晶體管制備技術領域，具體地說，是采用一種具有鉿摻雜的制備工藝，得到了具有高偏壓穩定性、低亞閾值擺幅的鉿摻雜氧化銦薄膜晶體管。

背景技術

薄膜晶體管(Thin Film Transistor,TFT)是顯示背板和其他光電子設備的像素驅動器件，其中，非晶金屬氧化物半導體作為薄膜晶體管的溝道層材料一直是人們的研究熱點。常用的非晶金屬氧化物半導體包括有氧化銦(In₂O₃)、氧化銦鋅(InZnO)、氧化銦鎵鋅(InGaZnO)等等，它們因為具有高遷移率、高透明度以及大面積均勻性等優點而成為平板顯示領域中下一代半導體材料的候選人。

非晶金屬氧化物半導體的制備工藝已有很大的發展，射頻磁控濺射、直流磁控濺射、原子層淀積等都是較成熟的半導體制備工藝，而最近幾年，溶液法逐漸引起科學研究者的關注。與磁控濺射、原子層淀積等基于真空的制備工藝相比，溶膠凝膠法工藝采用液相原材料，成本低廉，易于圖形化，且適合大面積生產。因此，研究人員對旋涂法(spincoating)、噴霧熱分解法(spray pyrolysis)、絲網印刷(screen printing)、噴墨印刷(inkjet printing)等溶液法工藝進行了大量的研究探索。在眾多的薄膜工藝方法中，溶液法因其低廉的成本和簡易的操作頗受人們青睞。除此之外，溶液法在大面積制造和控制化學計量比方面也具有獨特的優勢。雖然具備這些優點，然而，在高遷移率、低閾值電壓、低亞閾值擺幅、電均勻性和高開關比的情況下，對溶液處理的氧化物晶體管的性能進行優化并不容易。特別是，在工藝簡單化的情況下，當晶體管具備高遷移率時，通常展現出高的亞閾值擺幅。因此，如何有效地降低晶體管的亞閾值擺幅是一個亟待解決的問題。

由于較高的透射率和電導率，很多基于氧化銦(In₂O₃)的二元或三元氧化物都具備優異的電學光學性能，其中氧化銦鎵鋅(InGaZnO)更是作為背板顯示晶體管的溝道層投入了商業化生產。然而未經摻雜的氧化銦(In₂O₃)通常是多晶的，且研究表明，薄膜內部的載流子主要由氧空位提供。這種本征缺陷的濃度難以控制，導致載流子濃度的調控具有較大的挑戰性。零柵極偏壓下的高載流子濃度導致晶體管的偏壓穩定性、開關比、閾值電壓和均勻性都不理想，大大限制了基于氧化銦的薄膜晶體管在顯示領域的發展空間。為了克服這一問題，如何采用合適方法(如加入摻雜劑)對氧化銦薄膜晶體管進行改善，亟待解決。

發明內容

本發明的目的在于提高氧化銦薄膜晶體管的偏壓穩定性和降低亞閾值擺幅而提出的一種鉿摻雜氧化銦薄膜晶體管及其制備方法，所制得的晶體管的半導體有源層在鉿的作用下形成了電荷轉移摻雜。與傳統的氧化銦晶體管相比，具有更高的偏壓穩定性和更低的亞閾值擺幅。

實現本發明目的的具體技術方案是：

一種鉿摻雜氧化銦薄膜晶體管的制備方法，該方法包括以下具體步驟：

步驟1：鉿摻雜氧化銦前驅體溶液的制備