CN107808906A - 一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管及其制备方法 - Google Patents
一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107808906A CN107808906A CN201711137669.5A CN201711137669A CN107808906A CN 107808906 A CN107808906 A CN 107808906A CN 201711137669 A CN201711137669 A CN 201711137669A CN 107808906 A CN107808906 A CN 107808906A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- thin
- dielectric layer
- metal oxide
- ultra
- film dielectric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 97
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 93
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 title claims abstract description 93
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 60
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 38
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 37
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 34
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 21
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 17
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 17
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 17
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 9
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 6
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 150000002927 oxygen compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 8
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000583 Nd alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UBSJOWMHLJZVDJ-UHFFFAOYSA-N aluminum neodymium Chemical compound [Al].[Nd] UBSJOWMHLJZVDJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007717 ZnSnO Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N gallium(III) oxide Inorganic materials O=[Ga]O[Ga]=O QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(IV) oxide Inorganic materials O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000005001 laminate film Substances 0.000 description 1
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KTUFCUMIWABKDW-UHFFFAOYSA-N oxo(oxolanthaniooxy)lanthanum Chemical compound O=[La]O[La]=O KTUFCUMIWABKDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- -1 substrate Chemical class 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
- H01L29/7869—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/34—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies not provided for in groups H01L21/0405, H01L21/0445, H01L21/06, H01L21/16 and H01L21/18 with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/44—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/38 - H01L21/428
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
- H01L29/51—Insulating materials associated therewith
- H01L29/517—Insulating materials associated therewith the insulating material comprising a metallic compound, e.g. metal oxide, metal silicate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66969—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies not comprising group 14 or group 13/15 materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
本发明公开了一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管及其制备方法，通过直接对栅极进行热氧化制备超薄金属氧化物薄膜介电层，使得超薄金属氧化物薄膜介电层与栅极有较好的界面接触，具有界面缺陷少，电学性能优良的特点，制备方法简单，能够极大地节省成本。
Description
技术领域
本发明涉及微电子器件领域，特别是一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管及其制备方法。
背景技术
薄膜晶体管(TFT，Thin Film Transistor)主要应用于控制和驱动液晶显示器(LCD，Liquid Crystal Display)、有机发光二极管(OLED，Organic Light-EmittingDiode)显示器的子像素，是平板显示领域中最重要的电子器件之一。
相比硅基TFT，基于氧化物半导体为有源层的TFT具有电子迁移率高(1～100cm2/Vs)、制备温度低(<400℃，远低于玻璃的熔点)、成本低(只需要普通的溅射工艺即可完成)以及持续工作稳定性好的特点，其在平板显示领域尤其是有机发光显示(OLED)领域有替代传统的硅材料工艺薄膜晶体管的趋势，受到学术界和业界的关注和广泛研究。
氧化物TFT最基本的结构包括栅电极、栅绝缘层、半导体有源层、源极和漏极、钝化层。最常见的氧化物绝缘层为SiO2，通常由等离子气相沉积(PECVD)的方法制备或者热氧化的方法制备，采用该种方法制备的SiO2绝缘薄膜具有较好的介电性能、薄膜均一性好、表面粗糙度小，能与其相邻的薄膜层形成良好的接触界面，有利于高性能TFT器件制备，因此，其适合用作TFT的绝缘层。然而，用于制作SiO2绝缘薄膜的设备如PECVD价格高昂、而且其制作工艺温度较高、制备过程涉及有毒气体等，此外，随着微电子领域器件尺寸的进一步缩小，为保证栅对沟道有很好的控制，SiO2由于其相对较低的介电常数已不再适用。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管及其制备方法，制备方法简单，所设置的超薄金属氧化物薄膜介电层和栅极界面缺陷少，从而使得晶体管器件具有较好的电学性能。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管，包括基板，所述基板上方设置有栅极，所述栅极上方设置有超薄金属氧化物薄膜介电层，所述超薄金属氧化物薄膜介电层由栅极上层与反应气体反应生成，所述超薄金属氧化物薄膜介电层上方设置有氧化物半导体层、源极和漏极，所述源极和漏极相互间隔并分别与氧化物半导体层两端相接。该晶体管通过直接对栅极进行热氧化制备超薄金属氧化物薄膜介电层，使得超薄金属氧化物薄膜介电层与栅极有较好的界面接触，具有界面缺陷少，电学性能优良的特点。
进一步，所述超薄金属氧化物薄膜介电层的厚度范围在2-10nm。
进一步，所述超薄金属氧化物薄膜介电层包括具有介电性能的超薄金属氧化物。
进一步，所述反应气体是氧气、臭氧或者含有氧气的混合气体。
进一步，所述栅极为所述超薄金属氧化物对应的金属或含有该金属的合金。
一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管制备方法，包括以下步骤：
S1：在基板上制备栅极；
S2：通过热氧法在栅极之上制备超薄金属氧化物薄膜介电层；
S3：在超薄金属氧化物薄膜介电层之上制备氧化物半导体层；
S4：在超薄金属氧化物薄膜介电层之上制备源极和漏极。
该制备方法简单，能够极大地节省成本；通过直接对栅极进行热氧化制备超薄金属氧化物薄膜介电层，使得超薄金属氧化物薄膜介电层与栅极有较好的界面接触，具有界面缺陷少、电学性能优良的特点。
进一步，所述步骤S1包括：在基板上通过磁控溅射、电子束沉积或者脉冲激光沉积的方法在基板上制备一层厚度为100～500nm的导电金属薄膜，并通过遮挡掩膜或光刻的方法图形化制备栅极。
进一步，所述步骤S2包括：将含有栅极的基板放置在空气中，或者放置在通有氧气气氛或者臭氧气氛的气氛炉中，在250℃温度条件下进行30分钟退火处理，形成超薄金属氧化物薄膜介电层。
进一步，所述步骤S3包括：通过溅射或溶胶-凝胶的方法制备厚度为10～100nm的半导体薄膜，并通过掩膜或光刻的方法图形化制得氧化物半导体层。
进一步，所述步骤S4包括：采用真空蒸镀或溅射的方法制备一层厚度为100～1000nm的导电层，采用掩模或光刻的方法图形化同时得到源极和漏极；所述源极和漏极相互间隔并分别与氧化物半导体层两端相接。
进一步，所述步骤S4可以和步骤S3互换。
本发明的有益效果是：本发明采用的一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管及其制备方法，通过直接对栅极进行热氧化制备超薄金属氧化物薄膜介电层，使得超薄金属氧化物薄膜介电层与栅极有较好的界面接触，具有界面缺陷少，电学性能优良的特点，制备方法简单，能够极大地节省成本。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管的结构示意图；
图2是本发明一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管制备方法的流程图；
图3是本发明一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管的另一结构示意图；
图4是本发明一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管的实施例4的转移特性图；
图5是本发明一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管的实施例5的转移特性图。
具体实施方式
参照图1，本发明的一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管，包括基板10，所述基板10上方设置有栅极11，所述栅极11上方设置有超薄金属氧化物薄膜介电层12，所述超薄金属氧化物薄膜介电层12由栅极11上层与反应气体反应生成，所述超薄金属氧化物薄膜介电层12上方设置有氧化物半导体层13、源极14a和漏极14b，所述源极14a和漏极14b相互间隔并分别与氧化物半导体层13两端相接。该晶体管通过直接对栅极11进行热氧化制备超薄金属氧化物薄膜介电层12，使得超薄金属氧化物薄膜介电层12与栅极11有较好的界面接触，具有界面缺陷少，电学性能优良的特点。
进一步，所述超薄金属氧化物薄膜介电层12的厚度范围在2-10nm。
进一步，所述超薄金属氧化物薄膜介电层12包括具有介电性能的超薄金属氧化物。
进一步，所述反应气体是氧气、臭氧或者含有氧气的混合气体。
进一步，所述栅极11为所述超薄金属氧化物对应的金属或含有该金属的合金。
参照图2，本发明的一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管制备方法，包括以下步骤：
S1：在基板10上制备栅极11；
S2：通过热氧法在栅极11之上制备超薄金属氧化物薄膜介电层12；
S3：在超薄金属氧化物薄膜介电层12之上制备氧化物半导体层13；
S4：在超薄金属氧化物薄膜介电层12之上制备源极14a和漏极14b。
该制备方法简单，能够极大地节省成本；通过直接对栅极11进行热氧化制备超薄金属氧化物薄膜介电层12，使得超薄金属氧化物薄膜介电层12与栅极11有较好的界面接触，具有界面缺陷少、电学性能优良的特点。
进一步，所述步骤S1包括：在基板10上通过磁控溅射、电子束沉积或者脉冲激光沉积的方法制备一层厚度为100～500nm的导电金属薄膜，并通过遮挡掩膜或光刻的方法图形化制备栅极11。
具体地，金属导电薄膜可以为Al、Mg、Ga、Hf、La、Y中的一种。
进一步，所述步骤S2包括：将含有栅极11的基板10放置在空气中，或者放置在通有氧气气氛或者臭氧气氛的气氛炉中，在250℃温度条件下进行30分钟退火处理，形成超薄金属氧化物薄膜介电层12。
进一步，所述步骤S3包括：通过溅射或溶胶-凝胶的方法制备厚度为10～100nm的半导体薄膜，并通过掩膜或光刻的方法图形化制得氧化物半导体层13。
进一步，所述步骤S4包括：采用真空蒸镀或溅射的方法制备一层厚度为100～1000nm的导电层，采用掩模或光刻的方法图形化同时得到源极14a和漏极14b。所述源极14a和漏极14b相互间隔并分别与氧化物半导体层13两端相接。
进一步，步骤S4可以和步骤S3互换。
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例的一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管制备方法，通过磁控溅射、电子束沉积、脉冲激光沉积等方法在基板10上沉积一层金属导电薄膜并图形化，再对该图形化的金属导电薄膜进行热退火处理形成一层超薄金属氧化物薄膜介电层12。
具体地，金属导电薄膜可以为Al、Mg、Ga、Hf、La、Y中一种，为了较好地便于理解，这里以Al为例进行说明。
所述Al膜通过磁控溅射的方法制备，厚度在100-500nm之间，通过遮挡掩模或光刻的方法进行图形化。
将图形化的Al膜，在空气中，在250℃温度条件下，进行30分钟退火，形成厚度约6nm的Al2O3薄膜；
或者将图形化的Al膜，放置在气氛炉中通氧，在250℃温度条件下，进行30分钟退火，形成厚度约8nm的Al2O3薄膜；
或者将图形化的Al膜，放置在气氛炉中通臭氧，在250℃温度条件下，进行30分钟退火，形成厚度约10nm的Al2O3薄膜。
进一步地，基于该超薄膜金属氧化物薄膜介电层的晶体管还设置有氧化物半导体层13、源极14a和漏极14b；
所述氧化物半导体层13、源极14a和漏极14b位于所述超薄金属氧化物薄膜介电层12之上，所述源极14a和漏极14b相互间隔。
上述氧化物薄膜晶体管的制备顺序为：
在基板10上依次制备栅极11、超薄金属氧化物薄膜介电层12、氧化物半导体层13、源极14a和漏极14b；
或者为在基板10上依次制备栅极11、超薄金属氧化物薄膜介电层12、源极14a和漏极14b、氧化物半导体层13。
所述氧化物半导体层13是通过溅射法或溶胶-凝胶法或喷墨打印制备厚度为10～100nm的半导体薄膜，并通过遮挡掩膜法或光刻法图形化制备而成；
所述源极14a和漏极14b是采用真空蒸镀或溅射的方法制备一层厚度为100～1000nm的导电层，并采用遮挡掩膜或光刻的方法图形化同时制备。
本发明中的TFT器件，栅绝缘层采用超薄金属氧化物薄膜介电层12，不固定为SiO2，可选高k介电材料，制备方法简单，能够极大地节省成本；由于栅绝缘层是直接对栅极金属进行氧化处理而制备，界面缺陷少，容易获得良好的栅极/栅绝缘层界面；基于该超薄金属氧化物薄膜介电层12的TFT器件，栅极11能够较好地控制半导体有源层内的载流子，器件具有较好地场效应特性、电学均一性好的特点。
实施例2
参照图1，本实施例的一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管，设置有基板10、栅极11、超薄金属氧化物薄膜介电层12、氧化物半导体层13、源极14a和漏极14b。
栅极11位于基板10之上，超薄金属氧化物薄膜介电层12位于基板10和栅极11之上，氧化物半导体层13覆盖在超薄金属氧化物薄膜介电层12的上表面并与栅极11对应，源极14a和漏极14b相互间隔并与氧化物半导体层13的两端电极相连。
基板10为玻璃、塑料、硅片、不锈钢、石英等衬底材料中的一种，也可以进一步包括覆盖在衬底上面的缓冲层或水氧阻隔层等。
栅极11的材料为金属或合金等导电金属，如Al、Mg、Ga、Hf、La、Y或Al-Nd、Al-Ce等。
超薄金属氧化物薄膜介电层12为基于栅极11的金属材料氧化生成的氧化物绝缘薄膜，如Al2O3、HfO2、La2O3、Y2O3等。
值得注意的是，超薄金属氧化物薄膜介电层12是栅极11的金属材料在一定温度下与氧气反应生成的金属氧化物薄膜，并不需要昂贵的真空设备。
氧化物半导体层13的材料可以为二元氧化物(如ZnO、In2O3、Ga2O3等)或者三元氧化物(InZnO、ZnSnO、ZrInO、ZrSnO、SiSnO、SiInO等)或者四元氧化物(InGaZnO、InHfZnO、InSiZnO等)。
值得注意的是，氧化物半导体层13的材料可以为上述所列举的氧化物材料其中的一种或一种以上，而且不仅仅限于上述所列举的氧化物半导体材料，凡是与上述所列举的材料性质相似或相近的氧化物半导体材料均在本发明要求的保护范围内。
源极14a和漏极14b的材料为金属、合金、导电金属氧化物、导电聚合物等的单层薄膜，或是由以上材料的任意组合构成的两层以上的叠层薄膜。
该氧化物薄膜晶体管的制备工序为：在基板10上依次制备栅极11、超薄金属氧化物薄膜介电层12、氧化物半导体层13、源极14a和漏极14b。
S1：在基板10上通过溅射的方法制备一层厚度为100-500nm的导电金属薄膜，并通过遮挡掩膜或光刻的方法图形化制备栅极11；
S2：再通过热氧化法在栅极11之上制备厚度为5-10nm的薄膜，具体地，将含有栅极11的基板10在空气中，在250℃温度条件下，进行30分钟退火处理，形成厚度约6nm的氧化物绝缘薄膜；
或者将含有栅极11的基板10置于通有氧气气氛的气氛炉中在250℃温度条件下，进行30分钟退火，形成厚度约8nm的氧化物绝缘薄膜；
或者将含有栅极11的基板10置于通有臭氧气氛的气氛炉中，在250℃温度条件下，进行30分钟退火，形成厚度约10nm的氧化物绝缘薄膜；形成超薄金属氧化物薄膜介电层12；
S3：接着，通过溅射或溶胶-凝胶的方法制备厚度为10～100nm的半导体薄膜，并通过掩膜或光刻的方法图形化制得氧化物半导体层13；
S4：采用真空蒸镀或溅射的方法制备一层厚度为100～1000nm的导电层，采用掩模或光刻的方法图形化同时得到源极14a和漏极14b。
需要说明的是，步骤S4完成后可以进一步在其上制备钝化层，以及对器件进行退火处理，以提高器件的电学性能。
本发明中的TFT器件，栅绝缘层采用超薄金属氧化物薄膜介电层12，不固定为SiO2，可选高k介电材料，制备方法无需复杂、昂贵的真空设备，能够极大地节省成本；由于栅绝缘层是直接对栅极金属进行氧化处理而制备，界面缺陷少，容易获得良好的栅极/栅绝缘层界面；基于该超薄介电层的TFT器件，栅极11能够较好地控制半导体有源层内的载流子，器件具有较好地场效应特性、电学均一性好的特点。
实施例3
参照图3，本实施例的一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管，与实施例2的不同之处在于：氧化物半导体层13覆盖在源极14a、漏极14b以及超薄金属氧化物薄膜介电层12的上表面并与栅极11相对应。
其制备工序为，在基板10上依次制备栅极11，超薄金属氧化物薄膜介电层12、源极14a和漏极14b，氧化物半导体层13。
具体制备步骤同实施例2，此处不再赘述。
本发明中基于超薄金属氧化物介电层的TFT器件，具有工艺简单、成本低廉、电学性能优良的特点。
实施例4
参照图1，本实施例的一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管制备方法：
首先在玻璃基板10上通过溅射的方法制备一层厚度为300nm的铝-钕合金薄膜，并通过光刻的方法图形化得到栅极11。
超薄金属氧化物薄膜介电层12通过热氧化的方法制备，具体的，将含有栅极11的基板10置于管式炉中，恒定氧气流速10sccm，进行250℃、30分钟退火，形成厚度约8nm的Al2O3:Nd的超薄金属氧化物薄膜介电层12。
氧化物半导体层13的材料为ZrInO(ZrO2和In2O3的质量比为5％：95％)，是通过射频磁控溅射法制备厚度为40nm的薄膜并通过遮挡掩膜的方法进行图形化制备而成。
源极14a和漏极14b的材料为ITO，通过溅射法制备厚度为240nm的ITO薄膜，通过遮挡掩膜的方法同时制备源极14a和漏极14b，使得形成宽度和长度分别为300μm和300μm、宽长比为1:1的沟道。
将制备好的TFT器件在空气中进行100℃，30分钟退处理，以提高器件性能。
将所制备的TFT器件性能在空气中测试。图4是实施例4的TFT测得的转移特性曲线，即漏极电流与栅极电压之间的关系。曲线的测试条件为：源极电压(VS)为0V，漏极电压(VD)恒定为10.1V，栅极电压(VG)先从-10V到10V正向扫描，再从10V到-10V反向扫描，测试漏极电流(ID)。从图4的转移特性曲线可以看出，基于热氧化法制备的介电层12的TFT器件具有良好的场效应特性，电学性能优良。
可见，本发明的氧化物薄膜晶体管具有场效应特性明显、电学稳定性好、工艺简单、成本低廉的特点。
实施例5
参照图1，本实施例的一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管制备方法：
首先在玻璃基板10上通过溅射的方法制备一层厚度为300nm的铝-钕合金薄膜，并通过光刻的方法图形化得到栅极11。
超薄金属氧化物薄膜介电层12通过热氧化的方法制备，具体的，将含有栅极11的基板10置于热台中，恒定温度250℃，在空气中进行30分钟热氧化，形成厚度约5nm的Al2O3:Nd的超薄金属氧化物薄膜介电层12。
氧化物半导体层13的材料为ZrInO(ZrO2和In2O3的质量比为5％：95％)，通过射频磁控溅射法制备厚度为40nm的薄膜并通过遮挡掩膜的方法进行图形化制备而成。
源极14a和漏极14b的材料为ITO，通过溅射法制备厚度为240nm的ITO薄膜，通过遮挡掩膜的方法同时制备源极14a和漏极14b，使得形成宽度和长度分别为300μm和300μm、宽长比为1:1的沟道。
将制备好的TFT器件在空气中进行100℃，30分钟退火处理，以提高器件性能。
将所制备的TFT器件性能在空气中测试。图5是实施例5的TFT测得的转移特性曲线，即漏极电流与栅极电压之间的关系。曲线的测试条件为：源极电压(VS)为0V，漏极电压(VD)恒定为10.1V，栅极电压(VG)先从-10V到10V正向扫描，再从10V到-10V反向扫描，测试漏极电流(ID)。从图5的转移特性曲线可以看出，基于热氧化法制备的超薄金属氧化物薄膜介电层12的TFT器件具有良好的场效应特性，电学性能优良。
可见，本发明的氧化物薄膜晶体管具有场效应特性明显、电学稳定性好、工艺简单、成本低廉的特点。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管，其特征在于，包括基板(10)，所述基板(10)上方设置有栅极(11)，所述栅极(11)上方设置有超薄金属氧化物薄膜介电层(12)，所述超薄金属氧化物薄膜介电层(12)由栅极(11)上层与反应气体反应生成，所述超薄金属氧化物薄膜介电层(12)上方设置有氧化物半导体层(13)、源极(14a)和漏极(14b)，所述源极(14a)和漏极(14b)相互间隔并分别与氧化物半导体层(13)两端相接。
2.根据权利要求1所述的一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管，其特征在于，所述超薄金属氧化物薄膜介电层(12)的厚度范围在2-10nm。
3.根据权利要求1所述的一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管，其特征在于，所述超薄金属氧化物薄膜介电层(12)包括具有介电性能的超薄金属氧化物。
4.根据权利要求1所述的一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管，其特征在于，所述反应气体是氧气、臭氧或者含有氧气的混合气体。
5.一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在基板(10)上制备栅极(11)；
S2：通过热氧法在栅极(11)上方制备超薄金属氧化物薄膜介电层(12)；
S3：在超薄金属氧化物薄膜介电层(12)之上制备氧化物半导体层(13)；
S4：在超薄金属氧化物薄膜介电层(12)之上制备源极(14a)和漏极(14b)。
6.根据权利要求5所述的一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：在基板(10)上通过溅射的方法制备一层厚度为100～500nm的导电金属薄膜，并通过遮挡掩膜或光刻的方法图形化制备栅极(11)。
7.根据权利要求5所述的一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：将含有栅极(11)的基板(10)放置在空气中，或者放置在通有氧气气氛或者臭氧气氛的气氛炉中，在250℃温度条件下进行30分钟退火处理，形成超薄金属氧化物薄膜介电层(12)。
8.根据权利要求5所述的一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管制备方法，其特征在于，所述步骤S3包括：通过溅射或溶胶-凝胶的方法制备厚度为10～100nm的半导体薄膜，并通过掩膜或光刻的方法图形化制得氧化物半导体层(13)。
9.根据权利要求5所述的一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管制备方法，其特征在于，所述步骤S4包括：采用真空蒸镀或溅射的方法制备一层厚度为100～1000nm的导电层，采用掩模或光刻的方法图形化同时得到源极(14a)和漏极(14b)；所述源极(14a)和漏极(14b)相互间隔并分别与氧化物半导体层(13)两端相接。
10.根据权利要求5所述的一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管制备方法，其特征在于，所述步骤S4可以和步骤S3互换。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711137669.5A CN107808906A (zh) | 2017-11-16 | 2017-11-16 | 一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711137669.5A CN107808906A (zh) | 2017-11-16 | 2017-11-16 | 一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107808906A true CN107808906A (zh) | 2018-03-16 |
Family
ID=61580500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711137669.5A Pending CN107808906A (zh) | 2017-11-16 | 2017-11-16 | 一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107808906A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101017881A (zh) * | 2006-02-06 | 2007-08-15 | 梁在宇 | 使用超薄金属氧化物栅极介电层的有机薄膜晶体管及其制造方法 |
| CN101388343A (zh) * | 2007-09-10 | 2009-03-18 | 中华映管股份有限公司 | 薄膜晶体管及其制造方法 |
| CN207425865U (zh) * | 2017-11-16 | 2018-05-29 | 佛山科学技术学院 | 一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管 |
-
2017
- 2017-11-16 CN CN201711137669.5A patent/CN107808906A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101017881A (zh) * | 2006-02-06 | 2007-08-15 | 梁在宇 | 使用超薄金属氧化物栅极介电层的有机薄膜晶体管及其制造方法 |
| CN101388343A (zh) * | 2007-09-10 | 2009-03-18 | 中华映管股份有限公司 | 薄膜晶体管及其制造方法 |
| CN207425865U (zh) * | 2017-11-16 | 2018-05-29 | 佛山科学技术学院 | 一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lee et al. | Top interface engineering of flexible oxide thin‐film transistors by splitting active layer | |
| JP5137146B2 (ja) | 半導体素子及びその製造方法 | |
| TWI489634B (zh) | 薄膜電晶體、其製造方法及顯示裝置 | |
| CN106128944A (zh) | 金属氧化物薄膜晶体管阵列基板的制作方法 | |
| JP6134230B2 (ja) | 薄膜トランジスタおよび表示装置 | |
| CN104241392B (zh) | 一种薄膜晶体管及其制备方法、显示基板和显示设备 | |
| WO2011132418A1 (ja) | 成膜方法 | |
| CN103779209A (zh) | 一种多晶硅薄膜晶体管的制备方法 | |
| CN106129086B (zh) | Tft基板及其制作方法 | |
| JP5354862B2 (ja) | アモルファス絶縁体膜及び薄膜トランジスタ | |
| JP6498745B2 (ja) | 薄膜トランジスタの製造方法 | |
| CN104979406B (zh) | 薄膜晶体管、阵列基板及其制备方法和显示装置 | |
| JP2014229666A (ja) | 薄膜トランジスタ | |
| Liu et al. | Improvement of device characteristics of plasma-treated indium gallium zinc oxide thin-film transistors through thermal annealing | |
| CN207425865U (zh) | 一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管 | |
| Lee et al. | Highly robust oxide thin film transistors with split active semiconductor and source/drain electrodes | |
| US20200357924A1 (en) | Oxide semiconductor thin film | |
| TWI623045B (zh) | 薄膜電晶體及其製造方法以及具有前述薄膜電晶體的半導體裝置 | |
| CN106057677B (zh) | 低温多晶硅薄膜晶体管的制作方法 | |
| CN109887991A (zh) | 一种叠层硅掺杂氧化锡薄膜晶体管及其制备方法 | |
| CN107808906A (zh) | 一种含超薄金属氧化物薄膜介电层的晶体管及其制备方法 | |
| CN101789450B (zh) | 薄膜晶体管及制造富硅沟道层的方法 | |
| CN107623040A (zh) | 一种铟镓锌氧化物薄膜晶体管及其制造方法 | |
| CN107768519A (zh) | 反相器及其制备方法 | |
| WO2020252876A1 (zh) | 一种薄膜晶体管基板及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180316 |