[發明專利]一種非晶InGaZnO異質結薄膜晶體管及其制備方法

在審

• 申請號: 202211183799.3
• 申請日: 2022-09-27
• 公開（公告）號: CN115621306A
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 辛倩;紀興啟;宋愛民
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01L29/24
• 分類號: H01L29/24;H01L29/06;H01L29/786;H01L21/34
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊樹云

本發明涉及一種非晶InGaZnO異質結薄膜晶體管及其制備方法，包括由下自上依次生長的柵電極、介質層、InGaZnO前溝道層、源電極、漏電極、Ga2O3背溝道層。本發明通過引入非晶IGZO/Ga2O3異質結，既顯著提升了器件的遷移率和偏壓穩定性，又保證了較低的關態電流。該非晶InGaZnO異質結薄膜晶體管制備工藝簡單、成本低、大面積均勻性好且制備溫度較低(170℃)，因而在柔性顯示與薄膜電子領域具備很好的應用價值。

技術領域

本發明涉及一種非晶InGaZnO異質結薄膜晶體管及其制備方法，屬于半導體技術領域。

背景技術

薄膜晶體管(Thin-film transistor，TFT)在顯示、成像、人工突觸、集成電路等領域具有巨大的應用價值。相比非晶硅TFT遷移率低、關態電流高，低溫多晶硅TFT成本高、均勻性差、工藝溫度較高(～500℃)因而難以柔性制備且關態電流高，非晶銦鎵鋅氧化物(a-InGaZnO,a-IGZO)TFT工藝簡單、成本低、可大面積均勻成膜、關態電流低(較非晶硅、低溫多晶硅TFT低1-3數量級)因而靜態功耗低，因而在顯示領域具有極好的應用價值。目前，a-IGZO TFT技術已被成功應用在部分高端顯示器的背板驅動中。然而，a-IGZO TFT還存在遷移率偏低(～10cm^-2V^-1s^-1)和偏壓穩定性差等問題，從而一定程度上限制了其在高刷新率、高清(如8K)高保真度顯示器領域的應用。

為了提高a-IGZO TFT的遷移率和偏壓穩定性，近年來研究人員嘗試了多種方案，比較有效的一種方案是引入疊層溝道結構。2018年，Minuk Lee等人利用溶液旋涂法在IGZO溝道層與柵介質層之間插入一層高遷移率的銦錫鋅氧(InSnZnO,ITZO)，使TFT遷移率從1.34cm^-2V^-1s^-1(IGZO TFT)提升到20.24cm^-2V^-1s^-1(ITZO/IGZO TFT)[M.Lee,J.W.Jo,Y.J.Kim,S.Choi,S.M.Kwon,S.P.Jeon,A.Facchetti,Y.H.Kim,S.K.Park.Adv.Mater.1804120(2018).]。但該器件的制備溫度較高(450℃)，限制了該技術在柔性顯示和薄膜電子領域的應用。另外，中國專利文獻CN109585567A公開了高性能銦鎵鋅氧(IGZO)基雙層結構薄膜晶體管及其制備方法，該器件采用濺射IGZO/濺射氧化銦(In₂O₃)雙層溝道，降低了前溝道表面的缺陷，提高了器件遷移率。然而，上述所報導的利用疊層溝道提升IGZO基TFT遷移率的方法都是引入含In的高遷移率氧化物，In作為一種稀有貴金屬，所制備的化合物成本高，不利于低成本產業中的應用。

中國專利文獻CN209747522U公開了一種雙層金屬氧化物半導體異質結薄膜晶體管，該器件采用溶液燃燒法制備了氧化鋅(ZnO)或In₂O₃雙層溝道，雙層溝道層之間形成的二維電子氣提升了器件遷移率(30cm^-2V^-1s^-1)，但該器件的關態電流較高(～10⁷)，不利于電路設計和功耗。

因此，制備高遷移率、低關態電流的氧化物TFT，在高刷新率、高清(如8K)高保真度顯示器等領域具有很好的應用價值。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種非晶InGaZnO異質結薄膜晶體管；

本發明通過引入非晶a-IGZO/Ga₂O₃異質結，既顯著提升了器件的遷移率和偏壓穩定性，又保證了較低的關態電流。該a-IGZO/Ga₂O₃異質結薄膜晶體管制備工藝簡單、成本低、大面積均勻性好且制備溫度較低(170℃)，因而在柔性顯示與薄膜電子領域具備很好的應用價值。