专利名称：一种双极性薄膜晶体管及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种双极性薄膜晶体管及其制备方法。
背景技术：
30年来，基于TFT的大尺寸(面积)微电子技术导致了有源矩阵液晶显示(Active matrix Liquid crystal display，AM-LCD)、有源矩阵发光二极管显示(Active matrix organic light emitting diode, AM—OLED)等有源失巨阵平板显示(Active Matrix Flat Panel Display,AM-FPD)技术的高速发展。AM-FPD已成为现代信息显示的主流技术。目前商业化的AM-FPD采用非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT)或多晶硅薄膜晶体管(p_Si TFT)。近年来，研究表明，金属氧化物半导体(Oxide Semiconductor, OS)具有高迁移率(10-70cm2(V. S)—1)、光学透明和低温制备等优点，有望成为新一代主流的TFT沟道材料。但是，现今作为金属氧化物TFT (Metal oxide TFT，M0TFT)沟道层的大部分OS材料(如ZnO和InGaZnOx 等)均为η型，因为这些OS主要由氧空位和金属间隙离子提供施主电子而导电。n-OS的电子迁移率通常比较大，这是因为其电子传输路径，即导带最小值主要由金属离子空间展宽的s轨道组成。而n-OS的空穴迁移率往往很低，因为其空穴传输路径，即价带最大值主要由定域的0 2p轨道组成。因此，获得ρ型的MOTFT具有很大的挑战性。但是从应用的角度考虑，高性能的p-MOTFT在许多应用领域是非常需要的。例如在AM-OLED应用方面。AM-OLED被认为极有可能成为近一代的主流AM-FPD。就AM-OLED的像素驱动电路而言，如果驱动管是η型，则OLED阈值电压不均勻或发生变化会导致驱动管的栅源电压Vgs(栅与电源电位之差)不均勻或发生改变，驱动电流(亮度)随之发生改变。如果驱动管为p-TFT，其Vgs与OLED阈值电压无关，因此即使阈值电压改变或本身不均勻对驱动电流(亮度)的影响很小，所以p-MOTFT更适合AM-OLED应用。其次，包括周边驱动电路在内的全集成化的平板显示器(屏上系统，System on Panel, SoP)总是一个追求的目标。要实现这一目标，采用同时包含η和ρ型器件的互补集成技术是最佳选择。此时， p-MOTFT是不可缺少的。另外，OS器件的另一个重要应用是发光二极管，此时要实现ρη结构，P-OS也是必需的。关于p-MOTFT的研究很少，这是因为只有很少几种OS被发现可以形成P型。二元氧化物如SiO由于自补偿效应已证明很难得到ρ型电导。研究人员利用02ρ和Cu3d杂化轨道生成P-0S，开发了 ρ型透明0S，如CuAA (A = Al, Ga，In)和LaCuOS。但由于CuAR的空穴迁移率(μ )低(CuAW2 薄膜的 μ 为 0. 3-10cm2(V. s)—1 ；CuGaO2 薄膜的 μ 为 0. 8cm2(V. S)-1)和LaCuOS1^Sex的空穴浓度高(p > 1019cm_3)，利用这些ρ-OS制备的p-MOTFT均无明显开关作用。虽然，Cu2O薄膜具有较大的空穴迁移率(50 100cm2(V. s)―1)，但CuO薄膜也为P型。这增加了制备CMOS电路和AM-OLED像素电路的工艺复杂性因为n_TFT和p-TFT 沟道材料不同，因此需要不同的制备工艺
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是，提供一种双极性薄膜晶体管，可以制备高性能 CMOS电路和AM-OLED像素电路。为解决上述技术问题，本发明提供一种双极性薄膜晶体管，该晶体管的有源层为 SnOx基薄膜。本发明还提出了一种双极性薄膜晶体管的制作方法，包括用无碱玻璃作为基底； 用ITO靶DC磁控溅射制备ITO薄膜，用稀盐酸湿法刻蚀形成栅极；用SW2靶RF磁控溅射制备SiA栅介质；在所述栅介质上制备Snox基有源层，用稀盐酸湿法刻蚀形成半导体岛； 在所述半导体岛上制备ITO薄膜，用稀盐酸湿法刻蚀形成源、漏电极；在所述有源层上制备 SiO2保护层；最后将所述双极性薄膜晶体管在队气氛中350°C退火1小时。一种CMOS电路，该CMOS电路包括SnO或ATO的ρ-TFT和SnA的n_TFT。一种AM-OLED像素电路，该AM-OLED像素电路的开关TFT包括Sn02n_TFT，驱动TFT 包括 SnO 或 ATO p-TFTo本发明的有益效果是通过本发明实施例提出的双极性薄膜晶体管及其制备方法，因为P-TFT和n-TFT的沟道材料的制备工艺和电性能相近，这将大大减小CMOS电路(用 SnO或ATO p-TFT和Sn02n_TFT)和AM-OLED显示像素电路(用Sn02n_TFT作为开关TFT、 SnO或ATO p-TFT作为驱动TFT)的制备工艺复杂性和提高电路性能，因此有很大的应用前
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图1为本发明一种双极性薄膜晶体管的一实施例的结构示意图；图2为本发明一种双极性薄膜晶体管的制备方法的一实施例的结构示意图；图3为本发明一种CMOS电路的一实施例的结构示意图；图4为本发明一种AM-OLED电路的一实施例的结构示意图。
具体实施例方式下面通过具体实施方式
结合附图对本发明作进一步详细说明。本发明提出了一种双极性薄膜晶体管，如图1所示为该晶体管的结构示意图，包括101为基底；102为栅极；103为绝缘层；104为有源层；105为源、漏电极；106为保护层。 该晶体管的有源层104可以是用SnA薄膜作为η-TFT的有源层；用SnO或者ATO薄膜作为p_TFT的有源层。如图2所示，上述的双极性薄膜晶体管的制备方法包括201、无碱玻璃作为基底；202、首先用ITO靶DC磁控溅射制备IOOnm ITO薄膜，用稀盐酸湿法刻蚀形成栅极；203、再用SW2靶RF磁控溅射制备300nm SiO2栅介质；204、再在栅介质上制备40nm SnOx基有源层(可以是Sn0、Sn02或ΑΤ0)，用稀盐酸湿法刻蚀形成半导体岛；205、再在半导体岛上制备300nm ITO薄膜，用稀盐酸湿法刻蚀形成源、漏电极；
206、再在沟道上制备IOOnm SiO2保护层；207、最后将TFT在N2气氛中350°C退火1小时。其中，所述有源层的制备步骤204包括用直流磁控溅射Sn靶制备SnOx薄膜，由于Sn的熔点很低，只有220°C左右，所以在制备SnOx薄膜的过程中，对Sn靶必须有很好的冷却效果，在本发明实施例中采用将Sn 靶和用于密封冷却水的Cu板焊接在一起的方法来增加对Sn靶的冷却效果，通过控制适当的温度使与Cu接触的Sn为熔化，与Cu焊接在一起，这样制备得的Sn靶冷却效果很好，施加直流溅射功率500W并且长时间工作，溅射系统都很稳定。制备SnO薄膜的具体工艺参数为DC溅射功率为300W，基底温度为室温，Ar为溅射气体，渐渐增加反应气体仏流量，制得一系列SnOx薄膜。用XRD检测薄膜物相，当检测到薄膜均为纯SnO相且结晶完全，即得到 SnO有源层的最佳制备工艺。在此工艺上，再适当增加反应气体O2流量和结合300°C O2气氛退火，可以进一步得到SnA有源层的最佳制备工艺。优选地，所述步骤204还可以包括通过双靶共溅方法在所述SnA薄膜中引入Al，其中Al靶和Sn靶均采用直流磁控溅射，Sn靶的DC溅射功率为300W，通过控制Al靶的溅射功率(50W 300W)来获得不同Al 含量的SnA薄膜，用RBS检测SnA薄膜中的Al含量，当Al含量约为8%时，即得到ATO有源层的最佳制备工艺，采用该最佳工艺制备ATO有源层薄膜。 通过上述的SnOx基双极性TFT及其制备方法，因为p_TFT和n_TFT的沟道材料的制备工艺和电性能相近，这将大大减小CMOS电路(用SnO或ATOp-TFT和Sn02n_TFT)和 AM-OLED显示像素电路(用Sn02n-TFT作为开关TFT、SnO或ATO p-TFT作为驱动TFT)的制备工艺复杂性和提高电路性能，因此有很大的应用前景。当获得上述双极性薄膜晶体管之后，用该晶体管制备CMOS电路和AM-OLED像素电路。如图3所示，为本发明提出的应用了上述双极性薄膜晶体管的CMOS电路的一实施例的结构示意图，如图所示，其中SnO或ATO为p-TFT，Sn02* n-TFT。制备该CMOS电路时， TFT器件结构均采用传统的需用四次光刻工艺制备的底栅形式，制备过程中为防止TFT退火对SnO沟道的氧化，因此在SnO沟道上需制备SW2保护层。当前，国际上所提出的氧化物CMOS电路的方案是采用M2O3Ii-TFT与SnO p-TFT相结合。这种方案存在的问题是n_TFT和p-TFT的沟道材料不同而增加了制备工艺的复杂性。本发明实施例中，n-TFT和p-TFT的沟道材料均为SnOx基材料，两者的电学性能和制备工艺接近，因此具有更好的实用前景。如图4所示，为本发明提出的应用了上述双极性薄膜晶体管的AM-OLED电路的一实施例的结构示意图，如图所示，其中该AM-OLED像素电路的开关TFT包括Sn02n-TFT，驱动 TFT包括SnO或ATO p-TFT。制备该AM-OLED电路时，采用常规的2T1C像素电路，TFT器件结构采用底栅形式。目前，国际上所提出的基于MOTFT的AM-OLED像素电路中，开关TFT和驱动TFT 均为ZnO或a-IGZ0 n-TFT,但就AM-OLED的像素驱动电路而言，驱动管为p_TFT更适合 AM-OLED应用。在本发明实施例中，AM-OLED像素中的n_TFT和p-TFT的沟道材料均为SnOx 基材料，两者的电学性能和制备工艺接近，因此具有更好的实用前景。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种双极性薄膜晶体管，其特征在于该晶体管的有源层为SnOx基薄膜。
2.如权利要求1所述的双极性薄膜晶体管，其特征在于所述SnOx基薄膜包括SnO、 SnO2 或者 ΑΤΟ。
3.一种双极性薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，包括用无碱玻璃作为基底；用ITO靶DC磁控溅射制备ITO薄膜，用稀盐酸湿法刻蚀形成栅极；用SiA靶RF磁控溅射制备SiA栅介质；在所述栅介质上制备SnOx基有源层，用稀盐酸湿法刻蚀形成半导体岛；在所述半导体岛上制备ITO薄膜，用稀盐酸湿法刻蚀形成源、漏电极；在所述有源层上制备SiA保护层；最后将所述双极性薄膜晶体管在队气氛中350°C退火1小时。
4.如权利要求3所述的双极性薄膜晶体管的制作方法，其特征在于所述制备有源层的步骤包括用直流磁控溅射Sn靶制备，采用将所述Sn靶和用于密封冷却水的Cu板焊接在一起的方法来增加对Sn靶的冷却效果，制备SnO薄膜的具体工艺参数为DC溅射功率为300W，基底温度为室温，Ar为溅射气体，用XRD检测薄膜物相，当检测到薄膜均为纯SnO相且结晶完全，即得到SnO有源层的最佳制备工艺，采用该最佳工艺制备SnO有源层。
5.如权利要求4所述的双极性薄膜晶体管的制作方法，其特征在于所述制备有源层的步骤还包括适当增加反应气体O2流量和结合300°C O2气氛退火，得到SnA有源层的最佳制备工艺，采用该最佳工艺制备Sr^2有源层。
6.如权利要求5所述的双极性薄膜晶体管的制作方法，其特征在于通过双靶共溅方法在所述SnO2薄膜中引入Al，其中Al靶和Sn靶均采用直流磁控溅射，Sn靶的DC溅射功率为300W，通过控制Al靶的溅射功率(50W 300W)来获得不同Al含量的SnA薄膜，用RBS 检测SnA薄膜中的Al含量，当Al含量约为8%时，即得到ATO有源层的最佳制备工艺，采用该最佳工艺制备ATO有源层。
7.一种CMOS电路，其特征在于该CMOS电路包括SnO或ATO的ρ-TFT和SnA的n_TFT。
8.一种AM-OLED像素电路，其特征在于该AM-OLED像素电路的开关TFT包括 Sn02n-TFT,驱动 TFT 包括 SnO 或 ATOp-TFT。
全文摘要
本发明提出了一种双极性薄膜晶体管(Thin film transistor，TFT)，该晶体管的有源层为SnOx基薄膜。通过本发明实施例提出的双极性薄膜晶体管及其制备方法，因为p-TFT和n-TFT的沟道材料的制备工艺和电性能相近，这将大大减小CMOS电路(用SnO或掺Al的SnO2(ATO)p-TFT和SnO2n-TFT)和AM-OLED显示像素电路(用SnO2n-TFT作为开关TFT、SnO或ATO p-TFT作为驱动TFT)的制备工艺复杂性和提高电路性能，因此有很大的应用前景。
文档编号H01L29/786GK102263134SQ20111020640
公开日2011年11月30日 申请日期2011年7月22日 优先权日2011年7月22日
发明者姚建可, 张盛东 申请人:北京大学深圳研究生院