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_3

文档序号:8906809阅读:来源:国知局
属氧化物半导体有源层中,载流子隔离层041直接与栅极绝缘层03接 触。由于载流子隔离层041中各元素原子的结合相对稳定,其深能级缺陷较少,因此可以大 大降低栅极绝缘层03与有源层之间的界面态对器件性能的影响;同时,由于载流子传输层 042具有较高的载流子浓度和较高的载流子迀移率,在栅极02的电场作用下,所产生的载 流子快速注入并填充载流子隔离层041中的缺陷态,使器件表现出较低的亚阈值摆幅。另 外,由于载流子隔离层和载流子传输层之间载流子浓度存在一定的梯度,也即二者的费米 能级存在一定的差,当二者接触后在其界面处形成一定的能级差;由栅极电场的作用而产 生的载流子被主要限制在载流子传输层中。因此,薄膜晶体管表现为较低的亚阈值摆幅和 较高的迀移率。在稳定性方面,同时由于载流子隔离层与载流子传输层中价带与费米能级 之间的能级差满足|E a|>|Eb|的关系,这使得光生空穴无法向栅极绝缘层漂移,因此可以获 得更优的光照稳定性。
[0052]因此,本发明所制备的高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管,既可获得较高 的迀移率,又具有较高的稳定性。
[0053] 当高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管设置有多个子有源层时,相应的 制备方法是先制备第一层子有源层,然后再在第一层子有源层上依次沉积第二层子有源 层,……,依次制备其它子有源层和半导体保护层然后进行刻蚀获得整体结构的有源层。
[0054] 实施例4 一种高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管,如图2所示,通过如下工艺制备: 1) 在衬底01上制备并图形化金属导电层作为栅极02 ; 2) 在所述金属导电层上沉积绝缘薄膜作为栅极绝缘层03 ; 3) 在所述栅极绝缘层03上,使用ln203和ZnO两个独立靶材,采用共溅射的方法沉积 金属氧化物半导体薄膜。在溅射过程中通过逐渐调整两个靶材所用的溅射功率,实现调整 金属氧化物薄膜中的In、Zn比例。
[0055] 具体的,设置ln203靶材溅射功率100 W,ZnO靶材溅射功率50 W,设置溅射时间为 15 min,获得10 nm厚、In:Zn比为1 :2的IZ0共溅射薄膜,作为载流子隔离层041。
[0056] 然后将ln203祀材溅射功率提高到300 W,ZnO靶材溅射功率50 W,溅射10 min,获 得10 nm厚、In:Zn比为5 :1的高迀移率IZ0薄膜,作为载流子传输层042。
[0057] 最后,将ln203靶材溅射功率调整为100 W,ZnO靶材溅射功率提高到300 W,溅射 10分钟,获得厚度为10 nm、In :Zn比为1 :5的IZ0共溅射薄膜作为半导体保护层043。
[0058] 再图形化所述金属氧化物半导体薄膜,作为整体有源层; 4) 利用等离子增强化学气相沉积(PECVD)设备,以SiH4、02、N2作为反应气体,在200 W、100 Pa的条件下沉积200 nm厚的Si(V薄膜作为背沟道刻蚀阻挡层05。
[0059] 5)在所述背沟道刻蚀阻挡层上沉积导电薄膜层,然后图形化成为源、漏电极06图 形。
[0060] 6)在所述源、漏电极06上沉积绝缘薄膜作为钝化层07。
[0061] 至此,高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管就制备完毕。
[0062] 优选的,所述制备并图形化金属导电层之前,还可包括:在透明衬底01上沉积二 氧化硅(Si0 2)或氮化硅(Si3N4)作为缓冲层。对应的,制备并图形化金属导电层,包括:在所 述缓冲层上沉积并图形化金属导电层。
[0063] 具体的,制备所述金属导电层所使用的金属包括:铝(A1),铜(Cu),钼(Mo),钛 (!';0,银(48),金(411),钽(13),鹤(1),络(〇)单质或错合金。金属导电层为单层金属薄膜, 或由单层Al,Cu,Mo, Ti,Ag,Au,Ta,Cr或错合金中任意两层以上组成的多层薄膜,金属导 电层的厚度为100 nm至2000 nm〇
[0064] 栅极绝缘层03为基于Si02, Si3N4, A1203,五氧化二钽(Ta205)或氧化镱(Y 203)绝缘 薄膜的单层薄膜,或是以上绝缘材料组成的多层薄膜,厚度为50 nm~500 nm。
[0065] 沉积所述导电薄膜层所使用的材料包括:Al,Cu,Mo,Ti,Ag,Au,Ta,W,Cr金属 单质或其合金,以及氧化铟锡透明导电薄膜ITO ;导电薄膜层也可采用上述两种或以上材 料的叠层结构,导电薄膜层的厚度为100 nm~2000 nm。
[0066] 钝化层07的材料为Si02, Si3N4, A1203, Y203,聚酰亚胺,光刻胶,苯丙环丁烯或聚甲 基丙稀酸甲醋,或是以上绝缘材料组成的多层薄膜,厚度为50 nm~2000 nm。
[0067] 本实施例采用相同的靶材、在同一腔室内通过不同的功率设定和溅射时间调整分 别溅射制备出载流子隔离层041、载流子传输层042和半导体保护层043,制备方式简单。由 于载流子隔离层041中各元素原子的结合相对稳定,其深能级缺陷较少,因此可以大大降 低栅极绝缘层03与有源层之间的界面态对器件性能的影响;同时,由于载流子传输层042 具有较高的载流子浓度和较高的载流子迀移率,在栅极02的电场作用下,所产生的载流子 快速注入并填充载流子隔离层041中的缺陷态,使器件表现出较低的亚阈值摆幅。另外, 由于载流子隔离层和载流子传输层之间载流子浓度存在一定的梯度,也即二者的费米能级 存在一定的差,当二者接触后在其界面处形成一定的能级差;由栅极电场的作用而产生的 载流子被主要限制在载流子传输层中。因此,薄膜晶体管表现为较低的亚阈值摆幅和较高 的迀移率。在稳定性方面,同时由于载流子隔离层与载流子传输层中价带与费米能级之间 的能级差满足|E a|>|Eb|的关系,这使得光生空穴无法向栅极绝缘层漂移,因此可以获得更 优的光照稳定性。另外,本实施例中半导体保护层的价带顶能级和其费米能级的差E。满足 I Eb | > | E。|的关系,因而光生载流子可以被迅速"湮灭",也即大大提高了器件的光稳定性。再 者,半导体保护层可以对载流子传输区起到钝化和保护的作用,减少后续成膜工艺对传输 区所造成的影响,进一步保证了器件的稳定性。故,本发明的金属氧化物薄膜晶体管既具有 尚的迁移率,又具有尚的稳定性。
[0068]实施例5 一种高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管,如图2所示,通过如下工艺制备: 1)在衬底01上制备并图形化金属导电层作为栅极02。
[0069] 2)在所述金属导电层上沉积绝缘薄膜作为栅极绝缘层03。
[0070] 3)在所述栅极绝缘层03上,使用in-line式多祀材派射设备制备沉积金属氧化物 半导体薄膜。
[0071]具体的,在in-line式多靶材溅射设备中,按需求排布不同成分的溅射靶材,如图 3所示。比如在10位置放置IGZ0靶材(In: Ga: Zn=l: 1: 2),11位置放置11'0靶材(111: Sn=5: 1)。当玻璃衬底01上以0. 5 m/min的速度水平运动时,先沉积5 nm的IGZ0,然后沉 积10 nm的IT0,最后再沉积10 nm的IGZ0-次形成复合金属氧化物半导体有缘层。可以 通过控制衬底01移动速度,以及靶材所占的面积比例,实现控制载流子隔离层041、载流子 传输层042以及半导体保护层043的厚度及具体组成,获得具有不同成分的薄膜。
[0072] 再图形化所述金属氧化物半导体薄膜,作为有源层; 4)利用等离子增强化学气相沉积(PECVD)设备,以SiH4、02、N 2作为反应气体,在200 W、100 Pa的条件下沉积100 nm厚的Si(V薄膜作为背沟道刻蚀阻挡层05。
[0073] 5)在所述背沟道刻蚀阻挡层上沉积金属层,然后图形化成为源、漏电极06图形。
[0074] 6)在所述源、
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