金屬氧化物薄膜電晶體及其製備方法
2023-09-20 16:40:20
專利名稱：金屬氧化物薄膜電晶體及其製備方法
技術領域：
本發明涉及半導體技術，特別涉及一種金屬氧化物薄膜電晶體及其製備方法。
背景技術：
薄膜電晶體的應用範圍廣，如可以應用在顯示裝置的開關器件和驅動器件。在薄膜電晶體中，其電學性能和溝道層的材料和形態有密切的關係。在商業生產的液晶顯示裝置中，薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)溝道層主要為非晶矽層，其遷移率較低，約為0. 5cm2/Vs的電荷遷移率，因此其應用於大屏幕、高頻驅動顯示器件上有較大限制。近年來，人們已經對使用氧化物半導體材料層作為TFT的溝道層進行了研究，如在ZnO類薄膜電晶體中，溝道層可由ZnO類材料(例如 氧化物、氧化物或(氧化物)形成。其優點是可以在相對低的溫度下製備電晶體陣列，此外，由於ZnO類薄膜電晶體可處於非晶態，所以可在相對大的面積上形成ZnO類薄膜電晶體。更為重要的一點是， 其具有比非晶矽層高的電荷遷移率。如fe-In-ai-0層是一種ZnO基材料層，它的電荷遷移率比非晶矽層高几十倍。因此，使用ZnO類材料作為溝道層的薄膜電晶體預期將成為顯示裝置的下一代驅動器件。然而，使用ZnO基材料層用作薄膜電晶體溝道層，在後續工藝製程中存在被損傷的風險。圖1是傳統薄膜電晶體的視圖。一般的薄膜電晶體製程是現在襯底10上形成柵電極20，在襯底10和柵極20的部分上形成柵絕緣層30，然後在柵絕緣層30的對應於柵極 20的部分上形成溝道40，溝道層是由Si氧化物類材料形成。然後在溝道40上形成源電極 50和漏電極60，最後在溝道層40、源電極50和漏電極60上形成保護層70。但溝道層40 會在等離子幹法刻蝕或藥液溼法刻蝕工藝中被破壞。例如，在一般採用溼法刻蝕工藝製備金屬源電極50和漏電極60時，電極材料會殘留在溝道40上；另外，刻蝕金屬一般用的酸液也會對Si氧化物產生腐蝕。這些因素都會導致電晶體電學特性的劣化。美國專利US20090256147提到了採用單層的有機物如聚醯亞胺作為溝道的保護層，但是實際效果並不理想，因該層有機保護層比較脆弱，在後續工序中易被各種化學藥液、輕微摩擦等外界因素的損傷，並不能使得溝道區域得到較好的保護。
發明內容
本發明要解決的技術問題是使得金屬氧化物薄膜電晶體電學特性比較穩定。為解決上述技術問題，本發明提供了一種金屬氧化物薄膜電晶體，包括襯底，在襯底上形成有柵電極，在襯底和柵電極上形成有柵絕緣層，在柵絕緣層上對應於柵電極的部分形成有溝道層，在溝道層和柵絕緣層上面覆蓋有保護層，在保護層的刻蝕孔和溝道層上形成有源電極和漏電極，所述保護層分為第一保護層和第二保護層兩層，第一保護層覆蓋在溝道層和柵絕緣層上面，第二保護層覆蓋在第一保護層上面，第二保護層的硬度和緻密性大於第一保護層。所述溝道層可以是ai氧化物半導體層。
為解決上述技術問題，本發明還提供了一種金屬氧化物薄膜電晶體的製備方法， 包括以下步驟一 .在襯底上形成柵電極；二.在襯底和柵電極上形成柵絕緣層；三.在柵絕緣層上對應於柵電極的部分形成溝道層；四.在溝道層和絕緣柵層上塗覆第一保護層；五.在第一保護層上生長第二保護層，第二保護層的硬度和緻密性大於第一保護層；六.在包括第一保護層及第二保護層的保護層上進行光刻工藝製備出刻蝕孔，接著在刻蝕孔處和溝道層上形成源電極和漏電極。較佳的，第一保護層為旋塗聚醯亞胺或PVA，第二保護層為SiNx、SiO2或Ta2O5，第一保護層採用低溫塗覆方法形成，第二保護層採用物理氣相沉積方式或化學氣相沉積方式形成；通過濺射法或溶液法形成ai氧化物半導體材料層作為溝道層。本發明的金屬氧化物薄膜電晶體，含有雙層保護層，利用雙層保護層可以實現源、 漏電極圖形的精確加工，同時還可以避免電晶體中鋅基氧化物類溝道層受到後續工藝中藥液或輕微外力等外界的影響，因為雙層保護層的作用，所製備的器件的電學特性比較穩定， 同時，該雙層保護層的製備工藝上並不需要增加光刻工藝次數，操作簡單，易於實現大規模生產，並降低成本。
為了更清楚地說明本發明或現有技術中的技術方案，下面將對本發明或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。圖1是傳統氧化物薄膜電晶體的剖視圖；圖2是本發明的金屬氧化物薄膜電晶體一實施例結構示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明中的附圖，對本發明中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。實施例一如圖2所示，金屬氧化物薄膜電晶體，包括襯底10，在襯底10上形成有柵電極20， 在襯底10和柵電極20上形成有柵絕緣層30，在柵絕緣層30上對應於柵電極20的部分形成有溝道層40，在溝道層40和柵絕緣層30上面覆蓋有保護層，在保護層的刻蝕孔和溝道層40上形成有源電極50和漏電極60，所述保護層分為第一保護層70和第二保護層80兩層，第一保護層覆蓋在溝道層40和柵絕緣層30上面，第二保護層80覆蓋在第一保護層70 上面，第二保護層80的硬度和緻密性大於第一保護層70。
較佳的，第一保護層70為旋塗聚醯亞胺或PVA等有機材料薄膜，第二保護層80為 SiNx, SiO2或Ta2O5等硬度、緻密性較第一保護層70大的無機材料薄膜。較佳的，襯底10是矽基板、玻璃基板或塑料基板，襯底10可以是透明或不透明；較佳的，柵電極20是金屬層，可以是Mo單層、包括Mo層的多金屬層、包括Ti的金屬層或包括Cu、Au的金屬層；較佳的，柵絕緣層30是氮化矽、氧化矽層或高K值絕緣有機材料；較佳的，溝道層40是氧化物半導體材料層，例如Si氧化物半導體層，包括&10、 InZnO 和 hfeiaiO 等；實施例二本發明的金屬氧化物薄膜電晶體的製備方法，包括以下步驟一 .在襯底上形成導電材料構成的柵電極；二.在襯底和柵電極上形成柵絕緣層；三.在柵絕緣層上對應於柵電極的部分形成溝道層；四.在溝道層和絕緣柵層上塗覆第一保護層；五.在第一保護層上生長第二保護層，第二保護層的硬度和緻密性大於第一保護層；六.在包括第一保護層及第二保護層的保護層上進行光刻工藝製備出刻蝕孔，接著在刻蝕孔處和溝道層上形成源電極和漏電極。較佳的，第一保護層為旋塗聚醯亞胺或PVA等有機材料薄膜，第二保護層為SiNx、 SiO2或Ta2O5等無機材料薄膜，第一保護層採用旋塗、狹縫塗布、噴灑塗布等低溫塗覆方法形成，第二保護層採用物理氣相沉積(PVD)方式或化學氣相沉積(PECVD)方式形成。較佳的，使用物理氣相沉積(PVD)方式形成金屬層，然後將金屬層通過光刻工藝形成柵電極。較佳的，使用化學氣相沉積(PECVD)方式或物理氣相沉積(PVD)方式形成氮化矽或氧化矽層作為柵絕緣層，或者採用塗覆工藝塗覆高K值絕緣有機材料作為柵絕緣層。較佳的，通過濺射法或溶液法形成Si氧化物半導體材料層(如aiO、InZnO和 InGaZnO等)作為溝道層。較佳的，源電極和漏電極，可以在曝光顯影后，等離子體刻蝕保護層形成刻蝕孔， 然後採用物理氣相沉積(PVD)方式或蒸鍍法形成。一般來說，本發明的金屬氧化物薄膜電晶體可以加工形成二維和三維的集成器件中的元件，這些集成器件可以應用在柔性集成電路、有源矩陣顯示等方面，本發明的金屬氧化物薄膜電晶體可以採用低溫製程。本發明的金屬氧化物薄膜電晶體，含有雙層保護層，利用雙層保護層可以實現源、 漏電極圖形的精確加工，同時還可以避免電晶體中鋅基氧化物類溝道層受到後續工藝中藥液或輕微外力等外界的影響，因為雙層保護層的作用，所製備的器件的電學特性比較穩定， 同時，該雙層保護層的製備工藝上並不需要增加光刻工藝次數，操作簡單，易於實現大規模生產，並降低成本。
權利要求
1.一種金屬氧化物薄膜電晶體，包括襯底，在襯底上形成有柵電極，在襯底和柵電極上形成有柵絕緣層，在柵絕緣層上對應於柵電極的部分形成有溝道層，在溝道層和柵絕緣層上面覆蓋有保護層，在保護層的刻蝕孔和溝道層上形成有源電極和漏電極，其特徵在於，所述保護層分為第一保護層和第二保護層兩層，第一保護層覆蓋在溝道層和柵絕緣層上面，第二保護層覆蓋在第一保護層上面，第二保護層的硬度和緻密性大於第一保護層。
2.根據權利要求1所述的金屬氧化物薄膜電晶體，其特徵在於，第一保護層為有機材料薄膜，第二保護層為硬度和緻密性大於第一保護層的無機材料薄膜。
3.根據權利要求1或2所述的金屬氧化物薄膜電晶體，其特徵在於， 第一保護層為旋塗聚醯亞胺或PVA，第二保護層為SiNx、SiO2或Ta205。
4.根據權利要求1或2所述的金屬氧化物薄膜電晶體，其特徵在於， 所述襯底是矽基板、玻璃基板或塑料基板。
5.根據權利要求1或2所述的金屬氧化物薄膜電晶體，其特徵在於，所述柵電極是Mo單層、包括Mo層的多金屬層、包括Ti的金屬層或包括Cu、Au的金屬層。
6.根據權利要求1或2所述的金屬氧化物薄膜電晶體，其特徵在於， 所述柵絕緣層是氮化矽或氧化矽層。
7.根據權利要求1或2所述的金屬氧化物薄膜電晶體，其特徵在於， 所述溝道層是氧化物半導體材料層。
8.根據權利要求7所述的金屬氧化物薄膜電晶體，其特徵在於， 所述溝道層是Si氧化物半導體層。
9.一種金屬氧化物薄膜電晶體的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟一.在襯底上形成柵電極；二.在襯底和柵電極上形成柵絕緣層；三.在柵絕緣層上對應於柵電極的部分形成溝道層；四.在溝道層和絕緣柵層上塗覆第一保護層；五.在第一保護層上生長第二保護層，第二保護層的硬度和緻密性大於第一保護層；六.在包括第一保護層及第二保護層的保護層上進行光刻工藝製備出刻蝕孔，接著在刻蝕孔處和溝道層上形成源電極和漏電極。
10.根據權利要求9所述的金屬氧化物薄膜電晶體的製備方法，其特徵在於，第一保護層為旋塗聚醯亞胺或PVA，第二保護層為SiNx、Si&或Ta2O5，第一保護層採用低溫塗覆方法形成，第二保護層採用物理氣相沉積方式或化學氣相沉積方式形成； 通過濺射法或溶液法形成Si氧化物半導體材料層作為溝道層。
全文摘要
本發明公開了一種金屬氧化物薄膜電晶體，包括襯底，在襯底上形成有柵電極，在襯底和柵電極上形成有柵絕緣層，在柵絕緣層上對應於柵電極的部分形成有溝道層，在溝道層和柵絕緣層上面覆蓋有保護層，在保護層的刻蝕孔和溝道層上形成有源電極和漏電極，所述保護層分為第一保護層和第二保護層兩層，第一保護層覆蓋在溝道層和柵絕緣層上面，第二保護層覆蓋在第一保護層上面，第二保護層的硬度和緻密性大於第一保護層。本發明還公開了一種金屬氧化物薄膜電晶體的製備方法。本發明的技術方案，能使金屬氧化物薄膜電晶體電學特性比較穩定。
文檔編號H01L29/786GK102437194SQ20111037497
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月22日 優先權日2011年11月22日
發明者張其國, 朱棋鋒, 汪梅林, 申劍鋒, 韓學斌 申請人:上海中科高等研究院