专利名称：具有缓冲层的顶栅结构氧化物薄膜晶体管的制作方法
技术领域：
本发明属于薄膜晶体管领域(TFT)，具体涉及一种具有缓冲层的氧化物薄膜晶体管及其制作方法，尤其涉及采用顶栅结构，并包括用于这种结构的材料。
背景技术：
随着信息时代的飞速发展，作为信息交流的载体之一的显示技术已经成为人类获取外部信息、进行交流和沟通的最直接而重要的手段。纵观当前市场上实用化的显示器件，如阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)、液晶显示器(Liquid Crystal Display, LCD)、等离子显示器(Plasma Display Panel, PDP) 以及有机电致发光器件(Organic Light-emitting Device, 0LED)[1]等，目前平板显示器件已经逐步成为主流，而在各类平板显示技术中，新型的全固体化平板显示技术——有机电致发光显示，以其众多的优越性(如重量轻，体积小，制备过程相对简单，发光效率高，能耗小，响应时间快等)显示出了较强的竞争力。作为有源驱动OLED而言，薄膜晶体管(TFT)是一个核心器件。目前，TFT主流研究方向集中在非晶硅 TFT (amorphous silicon, a-Si TFT)，多晶硅 TFT (poly-Si TFT), 有机TFT (OTFT)以及氧化物TFT (Oxide TFT)。虽然a_Si TFT工艺成熟且广泛用于LCD， 但其缺点明显，迁移率低，电学性能易受光影响，开口率低。多晶硅TFT虽然有着更好的电学性能和稳定性，但其制备工艺复杂，能耗严重成本高，且电学特性在大尺寸方面存在较差统一性，因此也无法满足大尺寸AMOLED需求。目前报道的OTFT迁移率较低，且器件稳定性差，低寿命。于是氧化物TFT得到了广泛的关注。而氧化物TFT (特指宽禁带氧化物半导体TFT)，有着其他几种TFT无可比拟的优势(1)具有宽禁带宽度，对可见光有高透过率(>80%)，器件性能不易受光影响，提高了 AMOLED的开口率；(2)较高迁移率(可高达几十 cm2/V *s)，远高于a-Si TFT和OTFT ； (3)氧化物有源层制备工艺简单，可在室温下制备，易于刻蚀成本低；(4)无毒无害，利于环保
本专利所介绍的这种TFT突破常规，对传统顶栅结构TFT进行改良，即在两种半导体层中间加入一层缓冲层，消除了绝缘层制备过程中对有源层的破坏，而且绝缘层采用磁控溅射技术具有工艺简单，成品低廉，环保等诸多优点。当制备有源层时，若使用磁控溅射的方法，会对已先制备好的有源层造成伤害，产生表面缺陷，使得TFT器件性能急剧下降。而增加缓冲层，能较好减少溅射对有源层的伤害，而且此缓冲层能很好地与有源层和绝缘层匹配而不影响器件性能，而保持甚至提高器件性能。且中间缓冲层的厚度有所限制，既要满足绝缘性还要能够保护有源层，因此不能太厚也不能太薄。因此采用这种新型的缓冲层顶栅结构的氧化物TFT，可实现增较好的输出特性曲线，使其在采用氧化物薄膜晶体管的AMOLED显示电路中实现应用价值成为可能，工艺大为简化，性能更加优良
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种氧化物薄膜晶体管及其制作方法，其中采用顶栅结构，实现了顶栅结构氧化物薄膜晶体管性能的提升。为达到上述目的，本发明具体实施技术方案如下
一种具有缓冲层的氧化物薄膜晶体管，其特征在于依次由基板1、源极2、漏极3、氧化物有源层4、缓冲层5、绝缘层6、栅极7构成顶栅结构。上述基板材料为硅片、玻璃或者陶瓷中任一种。上述氧化物有源层采用氧化铟镓锌(InGaZnO)或氧化锌(ZnO)。上述缓冲层为一氧化硅(SiO)。一种具有缓冲层的氧化物薄膜晶体管的制作方法，用于制作上述的晶体管，其特征在于各结构层分别采用下述方法按结构层次序依次逐层制备
(1)选用合适的基板衬底；
(2)采用真空蒸发或溅射技术制备源漏电极；
(3)采用溅射技术制备氧化物有源层；
(4)采用真空蒸发技术制备缓冲层；
(5)采用溅射技术制备栅极电介质绝缘层；
(6)采用真空蒸发或溅射技术制备栅电极。上述真空蒸镀的方法制备，真空度小于10-3 ；
上述栅极材料选用Au、Al、Cu、Mo、Cr、Ti、ΙΤ0, W、Ag、Ta,采用溅射或蒸发的方法制备。 源极1及漏极2材料选用Au、Ag、Mo、Al、Cu、Cr、Ti、Mg、Ca中的一种或多种。上述绝缘层通过溅射或蒸发形成T 05、A1203、SiO2, TiO2和SiNn5中的一种或多种材料制备的薄膜。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点本发明的晶体管结构中，在绝缘层和有源层之间增加缓冲层，能较好减少溅射对有源层的伤害，而且此缓冲层能很好地与有源层和绝缘层匹配而不影响器件性能，提高器件性能。
图1是具有缓冲层顶栅结构氧化物薄膜晶体管结构示意图。图2是具有缓冲层顶栅结构氧化物薄膜晶体管的输出特性曲线图。图3是具有缓冲层顶栅结构氧化物薄膜晶体管的转移特性曲线图。
具体实施例方式本发明的优选实施例结合
如下
本氧化物薄膜晶体管为顶栅底接触结构，参见图1，从下至上由基板1、源极2、漏极3、 氧化物有源层4、缓冲层5、绝缘层6、栅极7依次构成。上述各结构层制备方法如下
(1)通过真空蒸发或溅射工艺形成一层ITO或金属作为源极和漏极。(2)采用磁控溅射Si把生成二氧化硅作为电介质绝缘层 (3)采用真空蒸发技术制备中间缓冲层。(4)采用磁控溅射方法制备氧化物有源层。
(5)采用真空蒸发或溅射技术制备栅极。采用此种技术制备出来的器件，与传统器件相比，最大的区别在于两种半导体层中间加入一层缓冲层，消除了绝缘层制备过程中对有源层的破坏，而且绝缘层采用磁控溅射技术，较PECVD的制备方法具有工艺简单，成品低廉，环保等诸多优势。本实验所用到技术包括真空蒸镀技术，磁控溅射技术。对于没有采用缓冲层同样条件下制备的顶栅结构氧化物薄膜晶体管，本发明所制备的器件在性能上得到提高迁移率增加3096，达到 1. 29cm2/Vs,器件开关比I。n/I。ff增加3个数量级，而且有源层和绝缘层之间的薄膜表面陷阱态密度降低一个数量级，达到2. 45X IO11 cm_2。因此，上述器件结构和制备方法，具有工艺简单，成本低廉，易于产业化等诸多优点。
权利要求
1.一种具有缓冲层的顶栅结构氧化物薄膜晶体管，其特征在于该晶体管具有由基板 (1)、源极(2)、漏极(3)、氧化物有源层(4)、缓冲层(5)、绝缘层(6)、栅极(7)构成顶栅结构。
2.根据权利要求1所述的具有缓冲层的顶栅结构氧化物薄膜晶体管，其特征在于基板(1)材料为硅片、玻璃或者陶瓷中任一种。
3.根据权利要求1所述的具有缓冲层的顶栅结构氧化物薄膜晶体管，其特征在于缓冲层(4)为氧化物一氧化硅。
4.根据权利要求1所述的具有缓冲层的顶栅结构氧化物薄膜晶体管，其特征在于其结构层分别采用下述方法依次逐层制备，各结构层制备方法如下1)通过真空蒸发或溅射工艺形成一层ITO或金属作为源极和漏极；2)采用磁控溅射方法制备氧化物有源层；3)采用真空蒸发技术制备中间缓冲层；4)采用磁控溅射Si靶生成二氧化硅作为电介质绝缘层；5)采用真空蒸发或溅射技术制备栅极。
5.根据权利要求1所述的具有缓冲层的顶栅结构氧化物薄膜晶体管，其特征在于所述的栅极材料(7)选用Au、Al、Cu、Mo、Cr、Ti、ΙΤ0, W、Ag、Ta,采用溅射或蒸发的方法制备。
6.源极(2)、漏极(3)材料选用Au、Ag、Mo、Al、Cu、Cr、Ti、Mg、Ca中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的具有缓冲层的顶栅结构氧化物薄膜晶体管，其特征在于所述的氧化物有源层(4)通过磁控溅射或蒸发形成SiOJnfeaiO中的一种或多种材料制备的薄膜。
8.根据权利要求1所述的具有缓冲层的顶栅结构氧化物薄膜晶体管，其特征在于所述的绝缘层(6)通过溅射或蒸发形成Ta205、A1203、SiO2, TiO2和SiN1^5中的一种或多种材料制备的薄膜。
全文摘要
本发明涉及一种具有缓冲层的氧化物薄膜晶体管器件及其制作方法。本器件依次由基板(1)、源极(2)、漏极(3)、氧化物有源层(4)、缓冲层(5)、绝缘层(6)、栅极(7)层叠构成顶栅结构。各结构层采用真空蒸发方法和溅射方法制备。本发明结构中，缓冲层是由一氧化硅SiO构成。采用这种新型的具有缓冲层顶栅结构的氧化物TFT，可实现增较好的输出特性曲线，使其在采用氧化物薄膜晶体管的AMOLED显示电路中实现应用价值成为可能，工艺大为简化，性能更加优良。
文档编号H01L29/786GK102201451SQ20111014647
公开日2011年9月28日 申请日期2011年6月2日 优先权日2011年6月2日
发明者周帆, 张志林, 张晓薇, 李俊, 林华平, 蒋雪茵 申请人:上海大学