專(zhuān)利名稱(chēng)：一種雙極性薄膜晶體管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙極性薄膜晶體管及其制備方法。
背景技術(shù)：
30年來(lái)，基于TFT的大尺寸(面積)微電子技術(shù)導(dǎo)致了有源矩陣液晶顯示(Active matrix Liquid crystal display，AM-LCD)、有源矩陣發(fā)光二極管顯示(Active matrix organic light emitting diode, AM—OLED)等有源失巨陣平板顯示(Active Matrix Flat Panel Display,AM-FPD)技術(shù)的高速發(fā)展。AM-FPD已成為現(xiàn)代信息顯示的主流技術(shù)。目前商業(yè)化的AM-FPD采用非晶硅薄膜晶體管(a-Si TFT)或多晶硅薄膜晶體管(p_Si TFT)。近年來(lái)，研究表明，金屬氧化物半導(dǎo)體(Oxide Semiconductor, OS)具有高遷移率(10-70cm2(V. S)—1)、光學(xué)透明和低溫制備等優(yōu)點(diǎn)，有望成為新一代主流的TFT溝道材料。但是，現(xiàn)今作為金屬氧化物TFT (Metal oxide TFT，M0TFT)溝道層的大部分OS材料(如ZnO和InGaZnOx 等)均為η型，因?yàn)檫@些OS主要由氧空位和金屬間隙離子提供施主電子而導(dǎo)電。n-OS的電子遷移率通常比較大，這是因?yàn)槠潆娮觽鬏斅窂?，即?dǎo)帶最小值主要由金屬離子空間展寬的s軌道組成。而n-OS的空穴遷移率往往很低，因?yàn)槠淇昭▊鬏斅窂?，即價(jià)帶最大值主要由定域的0 2p軌道組成。因此，獲得ρ型的MOTFT具有很大的挑戰(zhàn)性。但是從應(yīng)用的角度考慮，高性能的p-MOTFT在許多應(yīng)用領(lǐng)域是非常需要的。例如在AM-OLED應(yīng)用方面。AM-OLED被認(rèn)為極有可能成為近一代的主流AM-FPD。就AM-OLED的像素驅(qū)動(dòng)電路而言，如果驅(qū)動(dòng)管是η型，則OLED閾值電壓不均勻或發(fā)生變化會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)管的柵源電壓Vgs(柵與電源電位之差)不均勻或發(fā)生改變，驅(qū)動(dòng)電流(亮度)隨之發(fā)生改變。如果驅(qū)動(dòng)管為p-TFT，其Vgs與OLED閾值電壓無(wú)關(guān)，因此即使閾值電壓改變或本身不均勻?qū)︱?qū)動(dòng)電流(亮度)的影響很小，所以p-MOTFT更適合AM-OLED應(yīng)用。其次，包括周邊驅(qū)動(dòng)電路在內(nèi)的全集成化的平板顯示器(屏上系統(tǒng)，System on Panel, SoP)總是一個(gè)追求的目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，采用同時(shí)包含η和ρ型器件的互補(bǔ)集成技術(shù)是最佳選擇。此時(shí)， p-MOTFT是不可缺少的。另外，OS器件的另一個(gè)重要應(yīng)用是發(fā)光二極管，此時(shí)要實(shí)現(xiàn)ρη結(jié)構(gòu)，P-OS也是必需的。關(guān)于p-MOTFT的研究很少，這是因?yàn)橹挥泻苌賻追NOS被發(fā)現(xiàn)可以形成P型。二元氧化物如SiO由于自補(bǔ)償效應(yīng)已證明很難得到ρ型電導(dǎo)。研究人員利用02ρ和Cu3d雜化軌道生成P-0S，開(kāi)發(fā)了 ρ型透明0S，如CuAA (A = Al, Ga，In)和LaCuOS。但由于CuAR的空穴遷移率(μ )低(CuAW2 薄膜的 μ 為 0. 3-10cm2(V. s)—1 ；CuGaO2 薄膜的 μ 為 0. 8cm2(V. S)-1)和LaCuOS1^Sex的空穴濃度高(p > 1019cm_3)，利用這些ρ-OS制備的p-MOTFT均無(wú)明顯開(kāi)關(guān)作用。雖然，Cu2O薄膜具有較大的空穴遷移率(50 100cm2(V. s)―1)，但CuO薄膜也為P型。這增加了制備CMOS電路和AM-OLED像素電路的工藝復(fù)雜性因?yàn)閚_TFT和p-TFT 溝道材料不同，因此需要不同的制備工藝
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的主要技術(shù)問(wèn)題是，提供一種雙極性薄膜晶體管，可以制備高性能 CMOS電路和AM-OLED像素電路。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種雙極性薄膜晶體管，該晶體管的有源層為 SnOx基薄膜。本發(fā)明還提出了一種雙極性薄膜晶體管的制作方法，包括用無(wú)堿玻璃作為基底； 用ITO靶DC磁控濺射制備ITO薄膜，用稀鹽酸濕法刻蝕形成柵極；用SW2靶RF磁控濺射制備SiA柵介質(zhì)；在所述柵介質(zhì)上制備Snox基有源層，用稀鹽酸濕法刻蝕形成半導(dǎo)體島； 在所述半導(dǎo)體島上制備ITO薄膜，用稀鹽酸濕法刻蝕形成源、漏電極；在所述有源層上制備 SiO2保護(hù)層；最后將所述雙極性薄膜晶體管在隊(duì)氣氛中350°C退火1小時(shí)。一種CMOS電路，該CMOS電路包括SnO或ATO的ρ-TFT和SnA的n_TFT。一種AM-OLED像素電路，該AM-OLED像素電路的開(kāi)關(guān)TFT包括Sn02n_TFT，驅(qū)動(dòng)TFT 包括 SnO 或 ATO p-TFTo本發(fā)明的有益效果是通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例提出的雙極性薄膜晶體管及其制備方法，因?yàn)镻-TFT和n-TFT的溝道材料的制備工藝和電性能相近，這將大大減小CMOS電路(用 SnO或ATO p-TFT和Sn02n_TFT)和AM-OLED顯示像素電路(用Sn02n_TFT作為開(kāi)關(guān)TFT、 SnO或ATO p-TFT作為驅(qū)動(dòng)TFT)的制備工藝復(fù)雜性和提高電路性能，因此有很大的應(yīng)用前
旦
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圖1為本發(fā)明一種雙極性薄膜晶體管的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明一種雙極性薄膜晶體管的制備方法的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明一種CMOS電路的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明一種AM-OLED電路的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提出了一種雙極性薄膜晶體管，如圖1所示為該晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖，包括101為基底；102為柵極；103為絕緣層；104為有源層；105為源、漏電極；106為保護(hù)層。 該晶體管的有源層104可以是用SnA薄膜作為η-TFT的有源層；用SnO或者ATO薄膜作為p_TFT的有源層。如圖2所示，上述的雙極性薄膜晶體管的制備方法包括201、無(wú)堿玻璃作為基底；202、首先用ITO靶DC磁控濺射制備IOOnm ITO薄膜，用稀鹽酸濕法刻蝕形成柵極；203、再用SW2靶RF磁控濺射制備300nm SiO2柵介質(zhì)；204、再在柵介質(zhì)上制備40nm SnOx基有源層(可以是Sn0、Sn02或ΑΤ0)，用稀鹽酸濕法刻蝕形成半導(dǎo)體島；205、再在半導(dǎo)體島上制備300nm ITO薄膜，用稀鹽酸濕法刻蝕形成源、漏電極；
206、再在溝道上制備IOOnm SiO2保護(hù)層；207、最后將TFT在N2氣氛中350°C退火1小時(shí)。其中，所述有源層的制備步驟204包括用直流磁控濺射Sn靶制備SnOx薄膜，由于Sn的熔點(diǎn)很低，只有220°C左右，所以在制備SnOx薄膜的過(guò)程中，對(duì)Sn靶必須有很好的冷卻效果，在本發(fā)明實(shí)施例中采用將Sn 靶和用于密封冷卻水的Cu板焊接在一起的方法來(lái)增加對(duì)Sn靶的冷卻效果，通過(guò)控制適當(dāng)?shù)臏囟仁古cCu接觸的Sn為熔化，與Cu焊接在一起，這樣制備得的Sn靶冷卻效果很好，施加直流濺射功率500W并且長(zhǎng)時(shí)間工作，濺射系統(tǒng)都很穩(wěn)定。制備SnO薄膜的具體工藝參數(shù)為DC濺射功率為300W，基底溫度為室溫，Ar為濺射氣體，漸漸增加反應(yīng)氣體仏流量，制得一系列SnOx薄膜。用XRD檢測(cè)薄膜物相，當(dāng)檢測(cè)到薄膜均為純SnO相且結(jié)晶完全，即得到 SnO有源層的最佳制備工藝。在此工藝上，再適當(dāng)增加反應(yīng)氣體O2流量和結(jié)合300°C O2氣氛退火，可以進(jìn)一步得到SnA有源層的最佳制備工藝。優(yōu)選地，所述步驟204還可以包括通過(guò)雙靶共濺方法在所述SnA薄膜中引入Al，其中Al靶和Sn靶均采用直流磁控濺射，Sn靶的DC濺射功率為300W，通過(guò)控制Al靶的濺射功率(50W 300W)來(lái)獲得不同Al 含量的SnA薄膜，用RBS檢測(cè)SnA薄膜中的Al含量，當(dāng)Al含量約為8%時(shí)，即得到ATO有源層的最佳制備工藝，采用該最佳工藝制備ATO有源層薄膜。 通過(guò)上述的SnOx基雙極性TFT及其制備方法，因?yàn)閜_TFT和n_TFT的溝道材料的制備工藝和電性能相近，這將大大減小CMOS電路(用SnO或ATOp-TFT和Sn02n_TFT)和 AM-OLED顯示像素電路(用Sn02n-TFT作為開(kāi)關(guān)TFT、SnO或ATO p-TFT作為驅(qū)動(dòng)TFT)的制備工藝復(fù)雜性和提高電路性能，因此有很大的應(yīng)用前景。當(dāng)獲得上述雙極性薄膜晶體管之后，用該晶體管制備CMOS電路和AM-OLED像素電路。如圖3所示，為本發(fā)明提出的應(yīng)用了上述雙極性薄膜晶體管的CMOS電路的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，其中SnO或ATO為p-TFT，Sn02* n-TFT。制備該CMOS電路時(shí)， TFT器件結(jié)構(gòu)均采用傳統(tǒng)的需用四次光刻工藝制備的底柵形式，制備過(guò)程中為防止TFT退火對(duì)SnO溝道的氧化，因此在SnO溝道上需制備SW2保護(hù)層。當(dāng)前，國(guó)際上所提出的氧化物CMOS電路的方案是采用M2O3Ii-TFT與SnO p-TFT相結(jié)合。這種方案存在的問(wèn)題是n_TFT和p-TFT的溝道材料不同而增加了制備工藝的復(fù)雜性。本發(fā)明實(shí)施例中，n-TFT和p-TFT的溝道材料均為SnOx基材料，兩者的電學(xué)性能和制備工藝接近，因此具有更好的實(shí)用前景。如圖4所示，為本發(fā)明提出的應(yīng)用了上述雙極性薄膜晶體管的AM-OLED電路的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，其中該AM-OLED像素電路的開(kāi)關(guān)TFT包括Sn02n-TFT，驅(qū)動(dòng) TFT包括SnO或ATO p-TFT。制備該AM-OLED電路時(shí)，采用常規(guī)的2T1C像素電路，TFT器件結(jié)構(gòu)采用底柵形式。目前，國(guó)際上所提出的基于MOTFT的AM-OLED像素電路中，開(kāi)關(guān)TFT和驅(qū)動(dòng)TFT 均為ZnO或a-IGZ0 n-TFT,但就AM-OLED的像素驅(qū)動(dòng)電路而言，驅(qū)動(dòng)管為p_TFT更適合 AM-OLED應(yīng)用。在本發(fā)明實(shí)施例中，AM-OLED像素中的n_TFT和p-TFT的溝道材料均為SnOx 基材料，兩者的電學(xué)性能和制備工藝接近，因此具有更好的實(shí)用前景。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種雙極性薄膜晶體管，其特征在于該晶體管的有源層為SnOx基薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的雙極性薄膜晶體管，其特征在于所述SnOx基薄膜包括SnO、 SnO2 或者 ΑΤΟ。
3.一種雙極性薄膜晶體管的制作方法，其特征在于，包括用無(wú)堿玻璃作為基底；用ITO靶DC磁控濺射制備ITO薄膜，用稀鹽酸濕法刻蝕形成柵極；用SiA靶RF磁控濺射制備SiA柵介質(zhì)；在所述柵介質(zhì)上制備SnOx基有源層，用稀鹽酸濕法刻蝕形成半導(dǎo)體島；在所述半導(dǎo)體島上制備ITO薄膜，用稀鹽酸濕法刻蝕形成源、漏電極；在所述有源層上制備SiA保護(hù)層；最后將所述雙極性薄膜晶體管在隊(duì)氣氛中350°C退火1小時(shí)。
4.如權(quán)利要求3所述的雙極性薄膜晶體管的制作方法，其特征在于所述制備有源層的步驟包括用直流磁控濺射Sn靶制備，采用將所述Sn靶和用于密封冷卻水的Cu板焊接在一起的方法來(lái)增加對(duì)Sn靶的冷卻效果，制備SnO薄膜的具體工藝參數(shù)為DC濺射功率為300W，基底溫度為室溫，Ar為濺射氣體，用XRD檢測(cè)薄膜物相，當(dāng)檢測(cè)到薄膜均為純SnO相且結(jié)晶完全，即得到SnO有源層的最佳制備工藝，采用該最佳工藝制備SnO有源層。
5.如權(quán)利要求4所述的雙極性薄膜晶體管的制作方法，其特征在于所述制備有源層的步驟還包括適當(dāng)增加反應(yīng)氣體O2流量和結(jié)合300°C O2氣氛退火，得到SnA有源層的最佳制備工藝，采用該最佳工藝制備Sr^2有源層。
6.如權(quán)利要求5所述的雙極性薄膜晶體管的制作方法，其特征在于通過(guò)雙靶共濺方法在所述SnO2薄膜中引入Al，其中Al靶和Sn靶均采用直流磁控濺射，Sn靶的DC濺射功率為300W，通過(guò)控制Al靶的濺射功率(50W 300W)來(lái)獲得不同Al含量的SnA薄膜，用RBS 檢測(cè)SnA薄膜中的Al含量，當(dāng)Al含量約為8%時(shí)，即得到ATO有源層的最佳制備工藝，采用該最佳工藝制備ATO有源層。
7.一種CMOS電路，其特征在于該CMOS電路包括SnO或ATO的ρ-TFT和SnA的n_TFT。
8.一種AM-OLED像素電路，其特征在于該AM-OLED像素電路的開(kāi)關(guān)TFT包括 Sn02n-TFT,驅(qū)動(dòng) TFT 包括 SnO 或 ATOp-TFT。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種雙極性薄膜晶體管(Thin film transistor，TFT)，該晶體管的有源層為SnOx基薄膜。通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例提出的雙極性薄膜晶體管及其制備方法，因?yàn)閜-TFT和n-TFT的溝道材料的制備工藝和電性能相近，這將大大減小CMOS電路(用SnO或摻Al的SnO2(ATO)p-TFT和SnO2n-TFT)和AM-OLED顯示像素電路(用SnO2n-TFT作為開(kāi)關(guān)TFT、SnO或ATO p-TFT作為驅(qū)動(dòng)TFT)的制備工藝復(fù)雜性和提高電路性能，因此有很大的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01L29/786GK102263134SQ20111020640
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者姚建可, 張盛東 申請(qǐng)人:北京大學(xué)深圳研究生院