本發(fā)明屬于顯示技術(shù)領(lǐng)域，更具體的，涉及一種銦鎵鋅氧薄膜晶體管及其制備方法。

技術(shù)背景

薄膜晶體管液晶顯示是繼集成電路后的第二大電子產(chǎn)業(yè)，高分辨率、大尺寸是薄膜晶體管液晶顯示技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。此外，一種新的顯示裝置有源矩陣發(fā)光二極管也正處于在快速發(fā)展中，有源矩陣發(fā)光二極管在不久的將來具有巨大的市場(chǎng)。然而，無論是薄膜晶體管液晶顯示還是有源矩陣發(fā)光二極管，二者的發(fā)展都依賴于晶體管，需要晶體管具備更高的遷移率和開關(guān)比、更低的閾值電壓和亞閾值斜率。

晶體管結(jié)構(gòu)形態(tài)分為頂柵頂接觸、頂柵底接觸、底柵頂接觸、底柵底接觸四種，在這四種結(jié)構(gòu)中，以底柵頂接觸和頂柵頂結(jié)構(gòu)這兩種結(jié)構(gòu)使用的較多。傳統(tǒng)的底柵頂接觸結(jié)構(gòu)晶體管從下到上分別由柵極、襯底、絕緣層、溝道層、源、漏電極構(gòu)成。非晶硅薄膜晶體管溝道層材料采用非晶硅薄膜，但由于非晶硅遷移率很低，導(dǎo)致該晶體管無法驅(qū)動(dòng)高分辨率液晶顯示。與傳統(tǒng)的非晶硅晶體管相比，非晶銦鎵鋅氧薄膜晶體管(a-IGZO TFT)由于溝道層材料非晶銦鎵鋅氧(IGZO)薄膜的遷移率可以達(dá)到非晶硅薄膜的十倍甚至幾十倍，所以a-IGZO TFT更有利于研發(fā)高分辨率的顯示器。一般晶體管源、漏電極使用的是諸如銅、銀或鋁等導(dǎo)電性優(yōu)良的金屬材料，在a-IGZO TFT中，金屬電極與溝道層非晶銦鎵鋅氧薄膜的接觸導(dǎo)致金屬原子容易被非晶銦鎵鋅氧薄膜中的氧原子氧化，尤其是隨著非晶銦鎵鋅氧薄膜中的氧含量增大時(shí)，這種氧化現(xiàn)象更嚴(yán)重，會(huì)在金屬電極與非晶銦鎵鋅氧薄膜的接觸表面形成氧化物，從而增大金屬電極與非晶銦鎵鋅氧薄膜的接觸電阻，接觸電阻越大，載流子的注入能力越弱，導(dǎo)致a-IGZO TFT器件的性能變差，尤其是閾值電壓增加。

由于顯示器技術(shù)的迅速發(fā)展，研發(fā)性能更優(yōu)異的晶體管是非常迫切的，保證高遷移率、高開關(guān)比同時(shí)避免金屬電極被氧化，具備低閾值電壓的優(yōu)異晶體管對(duì)顯示器技術(shù)是非常有利的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具備高遷移率、高開關(guān)比、電極不被氧化、低閾值電壓的銦鎵鋅氧薄膜晶體管及其制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種銦鎵鋅氧薄膜晶體管，該晶體管由下至上包括柵極、Si襯底、絕緣層、第一層銦鎵鋅氧溝道層、第二層銦鎵鋅氧溝道層、第二層銦鎵鋅氧溝道層上的兩個(gè)電極；所述兩個(gè)電極尺寸材料完全相同，電極間的溝道長度為20～100um，電極寬度為50～120um，電極由第一鉑薄膜、金屬薄膜、第二鉑薄膜三層薄膜結(jié)構(gòu)構(gòu)成，第一鉑薄膜厚度為20～30nm，金屬薄膜采用金屬銅或銀或鋁，厚度為120～150nm，第二鉑薄膜厚度為20～30nm；所述柵極為導(dǎo)電薄膜；所述第一層銦鎵鋅氧溝道層為氧化銦，氧化鎵摻雜氧化鋅的銦鎵鋅氧薄膜，薄膜的原子比In：Ga：Zn：O＝1：1：1：6～7，薄膜厚度為90～140nm；所述第二層銦鎵鋅氧溝道層為氧化銦，氧化鎵摻雜氧化鋅的銦鎵鋅氧薄膜，薄膜的原子比In：Ga：Zn：O＝1：1：1：13～15，薄膜厚度為20～40nm。

上述晶體管的制備方法包括如下步驟：

1)在Si襯底上生長一層導(dǎo)電薄膜，構(gòu)成柵極；

2)在經(jīng)過步驟1)處理的襯底的另一面生長一層絕緣層；

3)在絕緣層上生長第一層銦鎵鋅氧薄膜：在室溫下采用射頻磁控濺射，濺射時(shí)通入的氣體為氬氣和氧氣的混合氣體，氬氣和氧氣的摩爾比為100～95：0～5，濺射銦鎵鋅氧薄膜的厚度為90～140nm；

4)在第一層銦鎵鋅氧薄膜上生長第二層銦鎵鋅氧薄膜：在室溫下采用射頻磁控濺射，濺射時(shí)通入的氣體為氬氣和氧氣的混合氣體，氬氣和氧氣的摩爾比為75～65：25～35，濺射銦鎵鋅氧薄膜的厚度為20～40nm；

5)將經(jīng)過步驟4)鍍膜后的樣品放入熱處理設(shè)備中，在空氣氛圍下進(jìn)行熱處理，溫度從室溫按2℃-10℃/min的升溫速率升至300℃～450℃，保溫50分鐘后隨爐冷卻；

6)將經(jīng)過步驟5)熱處理后的樣品進(jìn)行光刻，在第二層銦鎵鋅氧薄膜上制得一層光刻膠膜，光刻膠膜上具有兩個(gè)圖形相同位置不同的空隙，膠膜厚度為0.5～1um，兩空隙間的間距為20～100um，空隙寬度為50～120um；

7)將經(jīng)步驟6)光刻后的樣品，通過鍍膜方法在膠膜上鍍一層厚度為20～30nm的鉑薄膜；然后再鍍一層厚度為120～150nm的金屬薄膜，金屬薄膜材料為銅或銀或鋁；最后鍍一層厚度為20～30nm的鉑薄膜，鍍膜完成后，將樣品置于丙酮溶液中洗去光刻膠膜，得到目標(biāo)晶體管。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過控制濺射的氬氧比制備兩層含氧量不同銦鎵鋅氧薄膜作為晶體管的兩層溝道層，提高開態(tài)電流，降低關(guān)態(tài)電流，從而提高開關(guān)比，保證溝道層的遷移率，采用三層金屬薄膜電極結(jié)構(gòu)以鉑作為電極最底層和最頂層分別與溝道層和空氣接觸，進(jìn)一步避免電極氧化，電極三層結(jié)構(gòu)的中間層采用銅或銀或鋁等電導(dǎo)率高的金屬，保證了電極的性能。本發(fā)明提出的晶體管具備高遷移率、高開關(guān)比、金屬電極不被氧化、低閾值電壓等優(yōu)異性能。

附圖說明

圖1為銦鎵鋅氧薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的銦鎵鋅氧薄膜晶體管與傳統(tǒng)銦鎵鋅氧薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移曲線對(duì)比圖。

其中，附圖標(biāo)記：1：柵極；2：Si襯底；3：絕緣層；4：第一層銦鎵鋅氧溝道層；5：第二層銦鎵鋅氧溝道層；6：第一鉑薄膜；7：銅薄膜；8：第二鉑薄膜；L：電極間的溝道長度；W：電極寬度。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

本實(shí)施例的銦鎵鋅氧薄膜晶體管由下至上包括柵極1、Si襯底2、絕緣層3、第一層銦鎵鋅氧溝道層4、第二層銦鎵鋅氧溝道層5、第二層銦鎵鋅氧溝道層5上的兩個(gè)電極；所述兩個(gè)電極尺寸材料完全相同，電極間的溝道長度L為100um，電極寬度W為100um，長度為100um，電極由第一鉑薄膜6，銅薄膜7，第二鉑薄膜8三層薄膜結(jié)構(gòu)構(gòu)成，鉑薄膜6厚度為22nm，銅薄膜7厚度為135nm，鉑薄膜8厚度為22nm；所述柵極1為金屬鋁薄膜，所述第一層銦鎵鋅氧溝道層4為氧化銦，氧化鎵摻雜氧化鋅的銦鎵鋅氧薄膜，薄膜的原子比In：Ga：Zn：O＝1：1：1：7，薄膜厚度為112nm；所述第二層銦鎵鋅氧溝道層5為氧化銦，氧化鎵摻雜氧化鋅的銦鎵鋅氧薄膜，薄膜的原子比In：Ga：Zn：O＝1：1：1：13薄膜厚度為28nm。

本實(shí)施例的銦鎵鋅氧薄膜晶體管制備方法具體包括如下步驟：

1)本實(shí)施例中使用的是表面已制備好一層二氧化硅的Si(100)基片，二氧化硅厚度為300nm，Si作為襯底，二氧化硅作為絕緣層，采用真空蒸發(fā)鍍膜法在Si基片的另一面(不具有二氧化硅層)鍍一層鋁薄膜，真空度為2.7×10^-3Pa，蒸鍍時(shí)間為14s，厚度為200nm；

2)室溫下采用射頻磁控濺射法在絕緣層上鍍第一層銦鎵鋅氧溝道層，使用靶材為IGZO靶材，靶材中原子比In：Ga：Zn＝1：1：1；濺射背景真空為3.6×10^-3Pa，濺射功率為50W，濺射時(shí)通入的氣體為氬氣和氧氣的混合氣體，氬氣氧氣摩爾比為95：5，濺射氣壓為0.42Pa，濺射時(shí)間為30分鐘，厚度為112nm；

3)室溫下采用射頻磁控濺射法在第一層銦鎵鋅氧溝道層鍍第二層銦鎵鋅氧溝道層，使用靶材為IGZO靶材，靶材中原子比In：Ga：Zn＝1：1：1；濺射背景真空為3.6×10^-3Pa，濺射功率為50W，濺射時(shí)通入的氣體為氬氣和氧氣的混合氣體，氬氣氧氣摩爾比為75：25，濺射氣壓為0.4Pa，濺射時(shí)間為10分鐘，厚度為28nm；

4)將經(jīng)過步驟3)制備好第二層銦鎵鋅氧溝道層的樣品放入高溫管式爐中，在空氣環(huán)境中進(jìn)行熱處理，溫度從室溫按5℃/min的升溫速率升至300℃，保溫50分鐘后隨爐冷卻；

5)將熱處理后的樣品進(jìn)行光刻，在第二層銦鎵鋅氧薄膜上制得一層光刻膠膜，光刻膠膜上具有兩個(gè)正方形空隙，光刻使用的光刻膠為負(fù)膠AZ5214，膠膜厚度為0.7um，空隙間的間距長度為100um，空隙的寬度長度均為100um；

6)將步驟5)光刻后的樣品，通過直流磁控濺射在膠膜上鍍一層鉑薄膜，背景真空為5×10^-5Pa，濺射功率為50W，通入氬氣，濺射氣壓為8.6×10^-2Pa，濺射時(shí)間為2.5分鐘，鉑薄膜厚度為22nm；再通過射頻磁控濺射鍍一層銅薄膜，背景真空為3.6×10^-3Pa，功率為50W，通入氬氣，濺射氣壓為4.2Pa，濺射時(shí)間為13分鐘，銅薄膜厚度為135nm；再通過直流磁控濺射鍍一層鉑薄膜，背景真空為5×10^-5Pa，濺射功率為50W，通入氬氣，濺射氣壓為8.6×10^-2Pa，濺射時(shí)間為2.5分鐘，鉑薄膜厚度為22nm；鍍膜完成后，將樣品置于丙酮溶液中洗去光刻膠膜，得到目標(biāo)晶體管。

經(jīng)測(cè)試實(shí)施例1制備的晶體管與單溝道層的銦鎵鋅氧薄膜晶體管相比，實(shí)施例1所制備的薄膜晶體管的關(guān)態(tài)電流降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)，開態(tài)電流提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，開關(guān)比提高了100倍，遷移率從3.53cm²/V.s大幅度提高到了15.32cm²/V.s，閾值電壓從12.7V降低為6.3V，亞閾值斜率從2.94V/dec降低到1.43V/dec。在源、漏電極與富氧溝道層間引入鉑金屬薄膜作為過渡層，源、漏電極采用多層結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步有效地降低了銦鎵鋅氧薄膜晶體管的閾值電壓，閾值電壓降為2.5V，同時(shí)也降低了關(guān)態(tài)電流，遷移率也進(jìn)一步得到提高，提高為18.74cm²/V.s，亞閾值斜率降低為0.96V/dec。