CN102522337B - 一种顶栅氧化锌薄膜晶体管的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶栅氧化锌薄膜晶体管的制备方法，属于半导体行业、平板显示领域。本发明在顶栅氧化锌薄膜晶体管的制备过程中，将沟道区、栅介质层和栅电极层一起剥离，工艺步骤简单，且沟道层、栅绝缘介质层和栅电极层这三层是在真空条件下连续生长的，节约制造成本，且减小了空气、灰尘等外界杂质对各层薄膜的污染，有效提高氧化锌薄膜晶体管器件的性能。

Description

一种顶栅氧化锌薄膜晶体管的制备方法

技术领域

本发明属于属于半导体行业、平板显示领域，具体涉及一种顶栅氧化锌薄膜晶体管的制备方法。

背景技术

近年来，适用于平板显示行业的薄膜晶体管技术在快速发展。薄膜晶体管是场效应晶体管的种类之一，主要的制作方式是在基板上沉积各种不同的薄膜，如半导体沟道层、栅绝缘介质层和导电的金属或者化合物电极层。薄膜晶体管是在衬底上沉积一层半导体薄膜当做导电沟道层。目前使用的薄膜晶体管大部份是氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜晶体管，多晶硅薄膜晶体管技术也在不断完善之中。非晶硅薄膜晶体管的性能比较稳定，但是迁移率低。多晶硅薄膜晶体管的迁移率有很大提高，但是多晶硅薄膜晶体管的制备温度高，大面积制备的均匀性差。此外，非晶硅薄膜晶体管和多晶硅薄膜晶体管都对光敏感，光照条件下器件性能发生很大变化，因此，在平板显示中需要引入黑矩阵，这也增加了制备工艺的复杂度同时降低了显示器件的开口率。为了进一步提高薄膜晶体管的性能，解决黑矩阵、开口率、亮度等问题，近年来国际半导体技术领域掀起了透明电子学的研究热潮。透明电子学就是利用透明电子材料来制作电子器件及其相关电路的一种半导体技术。目前对透明半导体材料研究较多的是氧化锌材料。氧化锌材料具有很多优点：易于制备，利用磁控溅射法、分子束外延(MBE)法、溶胶-凝胶(Sol-Gel)法、MOCVD法等方法都可以制备出性能良好的氧化锌材料；制备温度低，一般制备的温度可以控制在500℃以内，以便用于玻璃衬底上；透明度高，氧化锌是宽禁带材料，禁带宽度约为3.37eV，因此在可见光范围内是透明的；电学性能好，氧化锌材料的电学性能良好，载流子迁移率远高于非晶硅；无毒、环保材料，氧化锌材料是一种无毒无害的环保材料；材料价格低，锌材料在地球上资源丰富，价格低廉，可以有效地降低产品的制造成本。科学家们认为，透明电子学将发展成为一个效率更高、价格更便宜的新兴电子行业，它的应用范围相当广泛，包括从平板显示器到太阳能电池、手机、柔性电子纸、有机发光显示等多方面领域。

然而，氧化锌薄膜晶体管的制造成本要远大于非晶硅薄膜晶体管，这也是妨碍氧化锌薄膜晶体管被广泛采用的主要原因。因此，如何优化工艺，降低制造成本，也是目前有关氧化锌薄膜晶体管研究的关键课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单，制造成本低的顶栅氧化锌薄膜晶体管的制备方法。

本发明提供的顶栅氧化锌薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：

1)在玻璃衬底上生长透明导电薄膜，然后光刻和剥离，形成源、漏电极；

2)甩一层光刻胶，光刻显影，形成沟道区，沟道区内无光刻胶，其余区域被光刻胶覆盖，沟道区与源、漏电极相交叠；

3)生长一层氧化物半导体层作为沟道层；

4)生长一层绝缘介质材料作为栅介质层；

5)生长一层导电薄膜作为栅电极，

6)将氧化物半导体、绝缘介质材料和导电薄膜一起剥离，形成沟道、栅介质和栅电极；

7)生长一层钝化介质层，光刻和刻蚀形成栅、源和漏的引出孔；

8)生长一层金属薄膜，光刻和刻蚀形成金属电极和互连。

所述制备方法中，步骤1)所生长的导电薄膜，可由透明导电材料ITO等形成。

所述制备方法中，步骤3)所生长的氧化物半导体层，采用氧化锌及其掺杂半导体材料形成。

所述制备方法中，步骤4)所生长的绝缘介质材料层，由氧化铝、二氧化硅、氮化硅或者高介电常数绝缘材料形成。

所述制备方法中，步骤5)所生长的导电薄膜，可由透明导电材料形成。

本发明的优点和积极效果：本发明相比较传统的薄膜晶体管背栅工艺，将沟道区、栅介质层和栅电极层这三层一起剥离，工艺步骤简单，且沟道层、栅绝缘介质层和栅电极层这三层是在真空条件下连续生长的，节约制造成本，且减小了空气、灰尘等外界杂质对各层薄膜的污染，有效提高氧化锌薄膜晶体管器件的性能。

附图说明

图1为本发明具体实施例所描述的顶栅氧化锌薄膜晶体管的剖面结构示意图；

图2为本发明具体实施例所描述的顶栅氧化锌薄膜晶体管的俯视结构示意图；

图3(a)～(e)依次示出了本发明薄膜晶体管制备方法的主要工艺步骤，其中：

图3(b)示意了源漏电极形成的工艺步骤；

图3(c)示意了甩胶光刻的工艺步骤；

图3(d)示意了半导体导电沟道层、栅绝缘介质层和栅电极层生长的工艺步骤；

图3(e)示意了剥离工艺。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步说明。

本发明顶栅氧化锌薄膜晶体管形成于玻璃衬底1上，如图1和图2所示。该薄膜晶体管包括一源漏电极2，一半导体导电沟道层3，一栅绝缘介质层4，一栅电极5。所述源漏电极2位于玻璃衬底1之上，所述半导体导电沟道层3位于源、漏电极2和玻璃衬底1之上，栅介质4位于所述半导体导电沟道层3之上，所述栅电极电极5位于栅介质4之上。

所述薄膜晶体管的制作方法的一具体实例由图3(a)至图3(e)所示，包括以下步骤：

如图3(a)所示，衬底选用透明玻璃基板1。

如图3(b)所示，在玻璃基板1上磁控溅射生长一层50～100纳米厚的ITO等透明导电薄膜或者金属Al，Cr，Mo，然后光刻和刻蚀形成源、漏电极2。

如图3(c)所示，光刻显影，除沟道区之外被光刻胶6所保护；

如图3(d)所示，用射频磁控溅射淀积一层50～500纳米厚的半导体氧化锌薄膜层3；用射频磁控溅射淀积一层50～500纳米厚的栅介质层4；用射频磁控溅射淀积一层50～500纳米厚的ITO等透明导电薄膜或者金属Al，Cr，Mo栅电极层5。

如图3(e)所示，剥离生成顶栅氧化锌薄膜晶体管。

随后按照标准工艺生长一层钝化介质层，光刻和刻蚀形成栅、源和漏的引出孔，再生长一层Al或者透明的导电薄膜材料，光刻和刻蚀形成电极和互连。

最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种顶栅氧化锌薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：

1)在玻璃衬底上生长透明导电薄膜，然后光刻和剥离，形成源、漏电极；

2)甩一层光刻胶，光刻显影，形成沟道区，沟道区内无光刻胶，其余区域被光刻胶覆盖，沟道区与源漏电极相交叠；

3)生长一层氧化物半导体作为沟道层，所述氧化物半导体为氧化锌及其掺杂半导体薄膜；

4)生长一层绝缘介质材料作为栅介质层；

5)生长一层导电薄膜作为栅电极，

6)将氧化物半导体、绝缘介质材料和导电薄膜一起剥离，形成沟道、栅介质和栅电极；

7)生长一层钝化介质层，光刻和刻蚀形成栅、源和漏的引出孔；

8)生长一层金属薄膜，光刻和刻蚀形成金属电极和互连。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中，生长的透明导电薄膜由透明导电材料ITO形成。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4)中，生长的绝缘介质材料层为高介电常数绝缘材料或二氧化硅。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述高介电常数绝缘材料为氧化铝或氮化硅。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5)中，生长的导电薄膜为透明导电材料。

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