稳定高迁移率的motft和低温下的制备
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及高迀移率的稳定M0TFT和低温下的制备工艺。
【背景技术】
[0002]目前金属氧化物薄膜晶体管(M0TFT)因其在纳米晶或非晶态中相对的高迀移率而引起人们的强烈兴趣。另外，在许多应用中，希望在低于某些温度下制备高迀移率TFT，以便可以使用柔性和/或有机衬底。这种TFT中的有源半导体层必须在相对低的温度(如室温)形成/沉积，但是仍然有相对高的迀移率和稳定性。
[0003]多晶硅不能被用于这样的有源层:通过将晶粒的尺寸增加到与沟道长度可比较的水平，可以实现多晶硅TFT中的高迀移率。仅有少量的晶粒存在于沟道区域，由于它的大统计波动导致器件的非均一性。此外，多晶硅TFT中的高迀移率仅能在相对高的温度(典型地，超过500°C )实现。相似的趋势也存在于基于CdSe的TFT中，当有源层在高于某个温度形成(或后烘烤)并且晶粒的尺寸变得与沟道长度基本上可比较时，才可以实现基于CdSe的TFT中的高迀移率。相似地，由于每个TFT沟道位置处的晶粒边界和晶体晶粒尺寸和数量的波动性，微晶半导体的TFT特性会变化，即使在阵列的相邻的器件之间。例如，在亚微米栅极下的导电区域，每个不同的TFT可以包括从一个或两个多晶硅晶体晶粒到数个晶体晶粒，并且导电区域中的不同数量的晶体会产生不同的特性。不同的晶粒之中的尺寸和它们的物理特性也是不同的。
[0004]现有技术中已知，目前标准薄膜晶体管的沟道长度小于大约5微米，尤其对于便携显示应用。出于本公开的目的考虑，术语“非晶”限定为一种具有晶粒尺寸的材料，沿着沟道长度，比当前标准薄膜晶体管的沟道长度小得多，比如大约100纳米或更小。以这种方式，面积为5x5 = 25 μ m2的沟道区域的晶粒数量大于10 3，并且不同TFT中的性能差异在实际应用中会变得可以忽略不计。这样，通过有造成器件之间小得多的性能波动的大量的晶粒边界，由非晶或纳米晶体金属氧化物形成的沟道层的M0TFT可以保证与非晶硅TFT相似的均一性。
[0005]典型的基于非晶In-Ga-Zn-Ο的M0TFT的迀移率小于15cm2/Vs。然而，高质量的多晶硅TFT的迀移率大约在40到100cm2/Vs。许多显示应用需要迀移率与稳定性与那些由多晶硅TFT展现的一样。因此，将迀移率改善大于40cm2/Vs会使得MOTFT更有吸引力。M0TFT的迀移率强烈依赖于沟道层的体积载流子浓度。为了实现高迀移率，体积载流子浓度必须等于或大于10ls/cm3。但是体积载流子浓度能被提升到多高是有限制的。在大多数应用中，希望阈值电压(Vth)接近于零且栅极电压处于小于20V的范围内。例如，有机发光二极管(0LED)或无机LED的TFT像素驱动器通常工作在0-10V的期望范围，而对于AMIXD是在0-15V的范围。
[0006]栅极电压控制下的电荷是Cg(Vg-Vth)，这里Cg是栅极电容，V g是栅极电压，V th是阈值电压。于是体积载流子浓度被Cg (Vg-Vth) /d限制，这里d是载流子传输层(M0TFT沟道)的厚度。为实现高迀移率器件，载流子传输层的厚度“d”应做的尽可能的小。但是厚度d受底层衬底的表面质量(如粗糙度和均一性)限制。在底层衬底表面是玻璃上的电介质层或基于聚合物的衬底的情况下，沟道层下典型的表面粗糙度大约在0.2-2nm。
[0007]在使用薄膜载流子传输层的情况下，其它因素也必须被考虑到。例如，当载流子传输层极薄的时候，稳定性可能或易于被环境损害。首先，在工艺过程中，极薄的有源层可能被各种工艺材料攻击和损坏或甚至破坏。其次，即使在工艺过程中设法避免此种问题的普遍发生，但如果在器件的制备和操作过程中，极薄的有源层被暴露于氧气或水，则运行的稳定性会受到损害。
[0008]因此，补救现有技术中上述的和其它的内在缺陷将是非常有益的。
[0009]因此，本发明的目的是提供新的和改进的制备稳定高迀移率金属氧化物薄膜晶体管(M0TFT)的工艺。
[0010]本发明的再一个目的是提供一种新的和改进的低温下的制备稳定非晶金属氧化物薄膜晶体管(M0TFT)的工艺。
[0011]本发明的另一个目的是提供一种新的和改进的制备迀移率等于或大于40cm2/Vs的稳定非晶金属氧化物薄膜晶体管(M0TFT)的工艺。
[0012]本发明的又一个目的是提供一种新的和改进的稳定非晶高迀移率的金属氧化物薄膜晶体管(M0TFT)。
【发明内容】
[0013]本发明的期望目的是根据一种制备稳定高迀移率的非晶M0TFT的方法实现的，这种方法包括提供其上形成有栅极的衬底和位于栅极之上的栅极电介质层的步骤。该方法进一步包括在栅极电介质层之上沉积载流子传输结构的步骤。这种载流子传输结构包括与栅极电介质相邻的非晶高迀移率的金属氧化物的层和具有与金属氧化物的层相比相对惰性的材料的保护层，以及在保护层上沉积源极/漏极接触。
[0014]本发明的期望目的是根据一种制备稳定高迀移率的非晶M0TFT的特殊方法实现的，这种方法包括提供其上形成有栅极的衬底和位于栅极之上的栅极电介质层的步骤。该方法进一步包括在栅极电介质层之上通过溅射沉积载流子传输结构。这种载流子传输结构包括邻近于栅极电介质的非晶高迀移率的金属氧化物的层和沉积在非晶高迀移率的金属氧化物的层上的材料的相对惰性的保护层，两者被无氧和在原位地加以沉积。非晶金属氧化物的层的迀移率大于40cm2/Vs，且载流子浓度处于大约10lscm 3到大约5x10 19cm 3的范围内。源极/漏极接触被沉积在保护层之上并且与之形成电接触。
[0015]本发明的期望目的也是根据稳定高迀移率的非晶M0TFT的特定实施例实现的，这个特定实施例包括其上形成有栅极的衬底和位于栅极之上的栅极电介质层。载流子传输结构溅射在这个栅极电介质层之上。该载流子传输结构包括邻近于栅极电介质的非晶高迀移率的金属氧化物的层，其厚度处于等于或小于大约5nm的范围且优选大约2nm，和沉积在非晶高迀移率的金属氧化物上的相对惰性的材料的保护层，其厚度处于等于或小于大约50nm的范围，并且非晶金属氧化物的层的迀移率大于40cm2/Vs，且载流子浓度处于大约10lscm3到大约5X1019cm3的范围内。源极/漏极接触被沉积在保护层之上并且与之形成电接触。
【附图说明】
[0016]通过连同附图对优选实施例的下述的详细说明，本发明的前述和进一步以及更具体的目的和优点对本领域的技术人员会变得更加显而易见，附图包括:
[0017]图1示出简化的层图，该简化的层图图示出按照本发明的制备用于高迀移率金属氧化物薄膜晶体管(M0TFT)的高迀移率稳定非晶金属氧化物传输层的工艺的若干步骤；
[0018]图2图示出依据本发明的包含图1中的高迀移率稳定传输层的稳定高迀移率金属氧化物薄膜晶体管(限定为“刻蚀停止” M0TFT)的示例；
[0019]图3图示出包含图1中的高迀移率稳定传输层的另一个稳定高迀移率金属氧化物薄膜晶体管(限定为“背沟道刻蚀”M0TFT)的示例，且依据本发明，源极/漏极接触被沉积在保护层之上并且与之形成电接触；
[0020]图4通过图线图示出本发明公开的M0TFT的Id-Vgs和迀移率-Vgs的数据集。图4A的数据来自于图2中描述的具有刻蚀停止结构的M0TFT，而图4B的数据来自于图3中描述的具有背沟道刻蚀结构的M0TFT ;并且
[0021]图5图示出依据本发明在柔性PET衬底上制备的M0TFT的Id-Vgs和迀移率-Vgs曲线的图线。
【具体实施方式】
[0022]金属氧化物半导体的迀移率强烈依赖于体积载流子密度。为了实现高性能应用的高迀移率，金属氧化物沟道的体积载流子密度要高。传统上，金属氧化物的体积载流子浓度受氧空位的控制。因此，对高迀移率M0TFT至关重要的是，载流子传输层(M0TFT沟道)的氧空位浓度要尽可能的高，并且在工艺过程中或是过程后，氧空位不减少。
[0023]参考图1，图示出制备高迀移率稳定传输结构的工艺中的若干步骤。初始提供衬底12，它可以是任一适当的支撑材料，且在优选实施例中，它是一种对用于自对准工序的辐射波长透明的材料，或在底部发射发光显示器或透射式液晶显示器的情况下透明的材料。透明衬底12的典型材料包括玻璃、塑料膜等。在不要求衬底透明的应用中，也可以