一種薄膜晶體管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種薄膜晶體管及其制備方法。本發(fā)明在玻璃或者塑料的襯底上制備薄膜晶體管，采用摻鋁的氧化鋅半導(dǎo)體材料作為透明半導(dǎo)體導(dǎo)電的溝道層，在制備過程中采用獨(dú)特工藝加入適量的氧氣使摻鋁的氧化鋅呈現(xiàn)出半導(dǎo)體特性，并且顯示出高遷移特性，有效的提高了薄膜晶體管的性能。本發(fā)明的制備方法步驟簡單，制備成本低，對提高薄膜晶體管器件的性能具有積極效果，改善了器件性能，降低了制備成本。同時，氧化鋅鋁薄膜是環(huán)保材料，工藝簡單，制備成本低，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種薄膜晶體管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于平板顯示領(lǐng)域，具體涉及一種在玻璃襯底或者塑料襯底上的薄膜晶體管及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，平板顯示技術(shù)發(fā)展迅速，傳統(tǒng)的平板顯示技術(shù)在不斷的更新?lián)Q代。其中，薄膜晶體管的工藝技術(shù)是十分關(guān)鍵的技術(shù)，傳統(tǒng)工藝使用非晶硅薄膜晶體管技術(shù)，后來，又研究開發(fā)多晶硅技術(shù)。但非晶硅的遷移率非常低，已經(jīng)不適合新型顯示技術(shù)的需求，多晶硅技術(shù)又由于制備溫度高、工藝復(fù)雜、大面積均勻性差等因素很難實(shí)際應(yīng)用，顯示技術(shù)的發(fā)展遇到了瓶頸。近來又發(fā)展了一種基于氧化鋅基的新型薄膜晶體管技術(shù)。
[0003]氧化鋅半導(dǎo)體薄膜材料之所以受到廣泛關(guān)注是因?yàn)樗哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn):
[0004](I)易于制備:很多制備方法都可以獲得特性良好的氧化鋅半導(dǎo)體薄膜材料，比如我們常用的磁控濺射法、分子束外延法MBE、溶膠-凝膠法Sol-Gel、金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀法M0CVD、真空蒸鍍法、原子層淀積法ALD等等工藝制備法都能用來研究氧化鋅半導(dǎo)體薄膜材料；
[0005](2)制備溫度低:氧化鋅半導(dǎo)體薄膜材料在很低的溫度下就可以制備得到，這有利于應(yīng)用在玻璃甚至塑料襯底上制備薄膜晶體管的低溫工藝要求，非常適合使用在平板顯示和柔性顯示中；
[0006](3)透明度高:氧化鋅是寬禁帶半導(dǎo)體材料，在可見光范圍內(nèi)透過率可以達(dá)到80%以上，用于平板顯示中可以增大光透過率，增大開口率；
[0007](4)電學(xué)性能好:氧化鋅半導(dǎo)體薄膜材料具有良好的電學(xué)特性，電子遷移率比傳統(tǒng)的非晶硅半導(dǎo)體薄膜材料高得多，并且穩(wěn)定性能好；
[0008](5)無毒、環(huán)保材料:氧化鋅半導(dǎo)體薄膜材料沒有毒性，是無毒環(huán)保材料，目前半導(dǎo)體行業(yè)使用的一些材料是有毒材料，會對環(huán)境造成污染，使用無毒環(huán)保材料有利于保護(hù)環(huán)境;
[0009](6)材料價格低:鋅在地球中的含量非常豐富，不會像銦一樣是稀有金屬，因此價格低廉，這對半導(dǎo)體這種高成本的行業(yè)來說，無疑是非常吸引人的優(yōu)點(diǎn)。
[0010]目前，關(guān)于氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜材料的研究有很多，比如氧化鋅鎵ZnO+ Ga2O3,氧化鋅銦ZnO + In2O3,氧化鋅鎘ZnO + Gd2O3,氧化鋅鎂ZnO + MgO,氧化鋅銦鎵(IndiumGallium Zinc Oxide) IGZO等等。其中，IGZO是目前最被看好的透明半導(dǎo)體材料,然而由于材料中的銦In是稀有元素，地球中含量稀少而且有毒，制備本高而且不環(huán)保，因此很難在大規(guī)模生中應(yīng)用。氧化鋅鋁ZnCHAl2O3還較少有人研究，而且氧化鋅鋁通常被當(dāng)成透明的導(dǎo)電材料研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011 ] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出本發(fā)明。[0012]本發(fā)明的一個目的在于提供一種薄膜晶體管。
[0013]本發(fā)明的薄膜晶體管包括:襯底、柵電極、柵介質(zhì)層、溝道層、源電極和漏電極，其中，在襯底上形成柵電極，在柵電極上形成柵介質(zhì)層，在柵介質(zhì)層上形成溝道層，以及在溝道層的兩端分別形成源電極和漏電極，溝道層的材料采用摻鋁的氧化鋅半導(dǎo)體材料，其中鋁的含量為ι%~ιο% (質(zhì)量)。
[0014]襯底的材料為透明的玻璃或者柔性的塑料。
[0015]柵電極的材料為氧化銦錫ITO或氧化鋅鋁AZO等的透明的導(dǎo)電材料。
[0016]柵介質(zhì)層的材料采用二氧化硅或者氮化硅等的絕緣材料。
[0017]源電極和漏電極為氧化銦錫ITO或氧化鋅鋁AZO等的透明的導(dǎo)電材料。
[0018]本發(fā)明的另一個目的在于提供一種薄膜晶體管的制備方法。
[0019]本發(fā)明的薄膜晶體管的制備方法包括以下步驟:
[0020]I)在玻璃或者塑料的襯底上生長一層透明的導(dǎo)電薄膜，光刻刻蝕形成柵電極；
[0021]2)緊接著生長一層絕緣的柵介質(zhì)材料，光刻刻蝕形成柵介質(zhì)層；
[0022]3)在柵介質(zhì)層上生長一層摻鋁的氧化鋅半導(dǎo)體材料，并通入適量的氧氣，光刻刻蝕形成溝道層；
[0023]4)生長一層導(dǎo)電薄膜，光刻刻蝕形成源電極和漏電極；
[0024]5)生長一層鈍化介質(zhì)層，光刻和刻蝕形成柵電極、源電極和漏電極的引出孔；
[0025]6)生長一層金屬薄膜,光刻和刻蝕形成金屬電極和互連。
[0026]其中，在步驟I)中，形成柵電極所生長的導(dǎo)電薄膜采用氧化銦錫ITO或氧化鋅鋁AZO等的透明的導(dǎo)電材料。
[0027]在步驟2)中，形成柵介質(zhì)層所生長的柵介質(zhì)材料采用二氧化硅或者氮化硅等的絕緣材料。
[0028]在步驟3)中，利用濺射工藝生長一層摻鋁的氧化鋅半導(dǎo)體材料形成溝道層，并且在濺射過程中加入3%~20% (氣體流量)適量的氧氣；濺射使用的靶材為摻鋁的氧化鋅陶瓷靶，其中鋁的含量為1%~10% (質(zhì)量)。
[0029]在步驟4)中，形成源電極和漏電極所生長的導(dǎo)電薄膜采用氧化銦錫ITO或氧化鋅鋁AZO等的透明的導(dǎo)電材料。
[0030]本發(fā)明的有益效果:
[0031]本發(fā)明提供了一種在玻璃或者塑料的襯底上制備薄膜晶體管的制備方法，采用摻鋁的氧化鋅半導(dǎo)體材料作為透明半導(dǎo)體導(dǎo)電的溝道層，在制備過程中采用獨(dú)特工藝加入適量的氧氣使摻鋁的氧化鋅呈現(xiàn)出半導(dǎo)體特性，并且顯示出高遷移特性，有效的提高了薄膜晶體管的性能。本發(fā)明的制備方法步驟簡單，制備成本低，對提高薄膜晶體管器件的性能具有積極效果，改善了器件性能，降低了制備成本。同時，氧化鋅鋁薄膜是環(huán)保材料，工藝簡單，制備成本低，適用于透明顯示和柔性顯示技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為采用本發(fā)明的制備方法制備的薄膜晶體管的剖面圖；
[0033]圖2為采用本發(fā)明的制備方法制備的薄膜晶體管的俯視圖；
[0034]圖3(a)~(e)依次示出了本發(fā)明的薄膜晶體管的制備方法的一個實(shí)施例的主要工藝步驟，其中，Ca)為襯底的結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為形成柵電極的工藝步驟，(c)為形成柵介質(zhì)層的工藝步驟，Cd)為形成溝道層的工藝步驟，Ce)為形成源電極和漏電極的工藝步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0036]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的薄膜晶體管包括:襯底1、柵電極2、柵介質(zhì)層3、溝道層4、源電極和漏電極5，其中，在襯底I上形成柵電極2，在柵電極2上形成柵介質(zhì)層3，在柵介質(zhì)層3上形成溝道層4，以及在溝道層4的兩端分別形成源電極和漏電極5。
[0037]本發(fā)明的薄膜晶體管的制備制作方法的一個實(shí)施例由圖3 Ca)至圖3 Ce)所示，包括以下步驟:
[0038]I)采用透明的玻璃或者塑料作為襯底1，如圖3 (a)所示，在襯底I上采用磁控濺射技術(shù)生長一層10-100納米厚的ITO的導(dǎo)電薄膜，然后光刻刻蝕出柵電極2，如圖3 (b)所示；`
[0039]2)利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法PECVD生長一層50~200納米厚的二氧化硅的柵介質(zhì)材料，然后光刻刻蝕形成柵介質(zhì)層3，如圖3 (c)所示；
[0040]3)利用濺射工藝生長一層摻鋁的氧化鋅半導(dǎo)體材料，濺射過程中加入3%_20%的氧氣，光刻刻蝕形成溝道層4，濺射使用的靶材為摻鋁的氧化鋅陶瓷靶，鋁的含量為1%-10%，如圖(d)所示；
[0041]4)采用磁控濺射技術(shù)生長一層20-300納米厚的ITO的導(dǎo)電薄膜，然后光刻刻蝕形成源電極和漏電極5,如圖(e)所示；
[0042]5)按照標(biāo)準(zhǔn)工藝生長一層鈍化介質(zhì)層，光刻和刻蝕形成柵電極、源電極和漏電極的引出孔；
[0043]6)生長一層Al或者透明的導(dǎo)電的金屬薄膜，光刻和刻蝕形成電極和互連。
[0044]最后需要注意的是，公布實(shí)施例的目的在于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種薄膜晶體管，其特征在于，所述薄膜晶體管包括:襯底(I)、柵電極(2)、柵介質(zhì)層(3)、溝道層(4)、源電極和漏電極(5)，其中，在所述襯底(I)上形成所述柵電極(2)，在所述柵電極(2 )上形成所述柵介質(zhì)層(3 )，在所述柵介質(zhì)層(3 )上形成所述溝道層(4)，以及在所述溝道層(4)的兩端分別形成所述源電極和漏電極(5)，所述溝道層(4)的材料采用摻鋁的氧化鋅半導(dǎo)體材料，其中鋁的含量為1%~10% (質(zhì)量)。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述襯底的材料為透明的玻璃或者柔性的塑料。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述柵電極的材料為氧化銦錫ITO或氧化鋅鋁AZO等的透明的導(dǎo)電材料。
4.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述柵介質(zhì)層的材料采用二氧化硅或者氮化硅等的絕緣材料。
5.如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述源電極和漏電極為氧化銦錫ITO或氧化鋅鋁AZO等的透明的導(dǎo)電材料。
6.一種薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟: 1)在玻璃或者塑料的襯底上生長一層透明的導(dǎo)電薄膜，光刻刻蝕形成柵電極； 2)緊接著生長一層絕緣的柵介質(zhì)材料，光刻刻蝕形成柵介質(zhì)層； 3)在柵介質(zhì)層上生長一層摻鋁的氧化鋅半導(dǎo)體材料，并通入適量的氧氣，光刻刻蝕形成溝道層； 4)生長一層導(dǎo)電薄膜，光刻刻蝕形成源電極和漏電極； 5)生長一層鈍化介質(zhì)層，光刻和刻蝕形成柵電極、源電極和漏電極的引出孔； 6)生長一層金屬薄膜，光刻和刻蝕形成金屬電極和互連。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，在步驟I)中，形成所述柵電極所生長的導(dǎo)電薄膜采用氧化銦錫ITO或氧化鋅鋁AZO等的透明的導(dǎo)電材料。
8.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，在步驟2)中，形成所述柵介質(zhì)層所生長的柵介質(zhì)材料采用二氧化硅或者氮化硅等的絕緣材料。
9.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，在步驟3)中，利用濺射工藝生長一層摻鋁的氧化鋅半導(dǎo)體材料形成溝道層，并且在濺射過程中加入3%~20% (氣體流量)的氧氣；濺射使用的靶材為摻鋁的氧化鋅陶瓷靶，鋁的含量為1%~10% (質(zhì)量)。
10.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，在步驟4)中，形成源電極和漏電極所生長的導(dǎo)電薄膜采用氧化銦錫ITO或氧化鋅鋁AZO等的透明的導(dǎo)電材料。
【文檔編號】H01L21/336GK103515445SQ201210202201
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月15日
【發(fā)明者】韓德棟, 蔡劍, 劉力鋒, 王薇, 王亮亮, 耿友峰, 王漪, 張盛東, 劉曉彥, 康晉鋒 申請人:北京大學(xué)