高迁移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管及其制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种高迀移率、高稳定性金属氧化物薄 膜晶体管及其制备工艺。
【背景技术】
[0002] 新型平板显示（FPD)产业的核心技术是薄膜晶体管（TFT)背板技术。金属氧化物 TFT (M0TFT)不仅具有较高的迀移率(在5~50 cm3/(T-；s)左右)，而且制作工艺简单，制造 成本较低，还具有优异的大面积均匀性。因此M0TFT技术自诞生以来便备受业界瞩目。
[0003] 虽然金属氧化物薄膜晶体管相对于别的材料的薄膜晶体管具有较高的迀移率，但 是随着新型平板显示的不断发展，金属氧化物薄膜晶体管的迀移率已经无法满足需要，此 外还需要金属氧化物薄膜晶体管不仅具有较高的迀移率而且需要具有良好的稳定性。作为 本领域常识，如果薄膜晶体管具有较高的迀移率，则稳定性会降低，不能同时具备高迀移率 和高稳定性特性。
[0004] 中国专利CN200980125524. 0公开了一种使用多有源沟道层的薄膜晶体管，以实 现高迀移率，但是该技术不可避免地会导致稳定性降低的缺陷，无法同时实现高迀移率和 尚稳定性。
[0005] 中国专利申请号201310751059. X、名称为薄膜晶体管、阵列基板及显示装置公开 了一种薄膜晶体管，该技术一定程度上可以提高迀移率，但是依然无法克服同时存在的稳 定性降低的缺陷，无法同时兼顾高迀移率和高稳定性。
[0006]因此，针对现有技术不足，提供一种高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管 及其制备工艺以克服现有技术不足甚为必要。
[0007]
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供高迀移率、高稳定性金属氧化 物薄膜晶体管及其制备工艺，所制备的金属氧化物薄膜晶体管具有高迀移率、高稳定性的 特点。
[0009] 本发明的目的通过以下技术措施实现。
[0010] 一种高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管，有源层由一个或多个子有源层 叠置而成，每个子有源层由载流子隔离层和载流子传输层构成； 最底层的载流子隔离层与栅极绝缘层接触，最底层的载流子隔离层之上为最底层的载 流子传输层，上一层的载流子隔离层、载流子传输层依次叠设于下一层的载流子传输层； 所述载流子隔离层和载流子传输层均为非晶金属氧化物薄膜； 所述载流子隔离层的载流子迀移率为a，载流子传输层的载流子迀移率为b，其满足： b>a ； 所述每一个子有源层中，载流子隔离层的价带顶能级Evl与其费米能级Efl的能级差为 Eal，载流子传输层的价带顶能级Ev2与其费米能级E f2的能级差为E a2，且满足| Eal | > | Ea21。
[0011] 上述的高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管，还设置有一个半导体保护层， 所述半导体保护层叠设于最顶层的载流子传输层，所述半导体保护层为非晶金属氧化物薄 膜，所述半导体保护层的载流子迀移率为C，其满足：b>c。
[0012] 上述载流子隔离层的载流子浓度是1013~1018 cnT3,厚度为2 nm~10 nm ;所述载流 子传输层的载流子浓度是1〇18~1〇21 cnT3,厚度为5~30 nm;半导体保护层的载流子浓度是 1013~1018 cm3,厚度为不大于20 nm。
[0013] 上述载流子隔离层由含有铟、镓、铝、锌、锡、硅、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多 种元素的氧化物制备而成的非晶金属氧化物薄膜。
[0014] 上述载流子传输层是由以铟或者锡元素中的至少一种元素的氧化物为主成分，掺 杂镓、锌、铝、硅、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多种元素的氧化物构成的非晶金属氧化物 薄膜；其中主成分原子在构成载流子传输层的金属氧化物薄膜的所有金属原子中的比例不 低于60%。
[0015] 上述半导体保护层由含有铟、镓、铝、锌、锡、硅、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多 种元素的氧化物构成的非晶金属氧化物薄膜。
[0016] 本发明的另一目的是提供上述高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管的制备 工艺，包含如下工序： 所述有源层的制备工序为依次沉积包含载流子隔离层和载流子传输层的一个或多个 子有源层，并对所沉积的子有源层进行刻蚀。
[0017] 优选的，上述有源层的制备还包括在最顶层的子有源层上沉积半导体保护层，并 对所沉积的半导体保护层进行刻蚀。
[0018] 上述载流子隔离层由含有铟、镓、铝、锌、锡、硅、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多 种元素的氧化物构成的非晶金属氧化物薄膜，所述载流子隔离层的载流子浓度是1〇 13~1〇18 cnT3、厚度为 2 nm~10 nm; 所述载流子传输层是由以铟或者锡元素中的至少一种元素的氧化物为主成分，掺杂 镓、锌、错、娃、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多种元素构成的非晶金属氧化物薄膜，其中 主成分原子在构成载流子传输层的金属氧化物薄膜的所有金属原子中的比例不低于60%; 所述载流子传输层的载流子浓度是1〇18~1〇21 cnT3,厚度为5~30 nm; 所述半导体保护层由含有铟、镓、铝、锌、锡、硅、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多种 元素的氧化物构成的非晶金属氧化物薄膜，所述半导体保护层的载流子浓度是1〇13~1〇18 cnT3,厚度为不大于20 nm〇
[0019] 本发明提供的高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管，有源层由一个或多个 子有源层叠置而成，每个子有源层由载流子隔离层和载流子传输层构成；最底层的载流子 隔离层与栅极绝缘层接触，最底层的载流子隔离层之上为最底层的载流子传输层，上一层 的载流子隔离层、载流子传输层依次叠设于下一层的载流子传输层；所述载流子隔离层和 载流子传输层均为非晶金属氧化物薄膜；所述载流子隔离层的载流子迀移率为a，载流子 传输层的载流子迀移率为b，其满足：b>a ;所述每一个子有源层中，载流子隔离层的价带顶 能级Evl与其费米能级E fl的能级差为E al，载流子传输层的价带顶能级Ev2与其费米能级E f2 的能级差为Ea2，且满足| Eal | > | Ea21。
[0020] 本发明通过载流子隔离层、载流子传输层和半导体保护层的载流子浓度控制及缺 陷态的修饰，减少各个界面中的缺陷态数量，同时结合能带结构的调制机制，获得既具有高 迀移率又具有高稳定性的金属氧化物薄膜晶体管。
【附图说明】
[0021] 利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限 制。
[0022] 图1是本发明一种高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管基于背沟道刻蚀的 结构示意图。
[0023]图2是本发明一种高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管基于刻蚀阻挡型的 结构示意图。
[0024] 图3是本发明实施例5的靶材示意图。
[0025] 图4是本发明实施例6的腔室、靶材示意图。
[0026] 图5是本发明实施例6器件的能级结构。
[0027] 图6是本发明实施例6器件的性能示意图。
[0028]图7是本发明实施例6器件的性能参数表。
[0029] 在图1中，包括： 衬底01、栅极02、栅极绝缘层03、载流子隔离层041、载流子传输层042、半导体保护层 043、源漏电极05、钝化层06。
[0030] 在图2中，包括： 衬底01、栅极02、栅极绝缘层03、载流子隔离层041、载流子传输层042、半导体保护层 043、刻蚀阻挡层05、源漏电极06、钝化层07。
【具体实施方式】
[0031] 结合以下实施例对本发明作进一步说明。
[0032] 实施例1 以背沟道刻蚀型金属氧化物薄膜晶体管为例进行说明，一种