一種具有金屬覆蓋層的薄膜晶體管及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種具有金屬覆蓋層的薄膜晶體管及其制備方法。本發明專利技術首先曝光顯影定義好柵電極圖形，生長柵電極，接著淀積柵介質層，然后淀積源電極和漏電極，再濺射一層有源層，連續生長金屬覆蓋層，這種連續生長有源層和金屬覆蓋層的方式有助于減少背界面的缺陷態密度；最后將器件置于空氣中退火，金屬覆蓋層氧化生成金屬氧化物進而充當天然的鈍化層，與采用原子層沉積ALD生成氧化鋁的方法相比工藝簡單，成本低廉，實用性強；針對于金屬半導體氧化物對氣氛敏感度較高的特性，金屬氧化物作為鈍化層有利于提高器件在空氣中的可靠性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及薄膜晶體管，具體涉及一種具有金屬覆蓋層的薄膜晶體管及其制備方法。
技術介紹
在科學技術迅猛發展的當今時代，顯示技術作為我國電子信息技術的關鍵部分，也呈現出日新月異的發展態勢。回顧2015年我國在面板領域的發展情況，我國共有8條8.5代及以上液晶面板生產線實現量產，京東方投建全球首條10.5代線，液晶面板的出貨量在國際上名列前茅。液晶技術在過去的發展也歷經三個重要階段：扭曲向列TN-LCD、超扭曲向列STN-LCD和薄膜晶體管陣列TFT-LCD。薄膜晶體管液晶顯示具備響應速度快、清晰度高、色彩豐富等優勢成為了可以被投產的主導技術，也成為了當今學術領域的研究重點。薄膜晶體管材料的研究也不斷發展，包括非晶硅、多晶硅、有機物以及現在的研究熱點ZnO基材料。氧化物半導體材料電子遷移率高，可以實現較大的驅動電流，器件的反應速度隨之加快。ZnO基薄膜是一種寬帶隙的半導體材料，在可見光譜范圍內透過率高，可以制備在玻璃上，實現透明顯示。在實際應用中，制備工藝簡單，均勻性好，成本低廉。但是，在進一步實現優良的性能、更高的可靠性等方面仍然需要付出很多努力，值得進一步的研究。在工藝實現上面，通常采用的制備方式有真空濺射鍍膜、真空蒸發鍍膜、離子束沉積、等離子體增強化學氣相沉積PECVD、原子層沉積ALD等等。這些工藝方式中，有的不乏價格高昂。在本專利技術中，我們提供了一種具有金屬覆蓋層底柵共面結構的氧化物半導體薄膜晶體管及其制備方法。
技術實現思路
為了克服以上現有技術中存在的問題，本專利技術提出了一種具有金屬覆蓋層的薄膜晶體管及其制備方法，連續生長有源層和金屬覆蓋層，可以減少背界面缺陷密度，在空氣中后退火氧化生成金屬氧化物進而充當鈍化層，與采用ALD方式生長的氧化鋁相比可謂是成本低廉，工藝方法簡單易行；同時在性能方面，也有助于提高器件的可靠性。本專利技術的一個目的在于提出一種具有金屬覆蓋層的薄膜晶體管。本專利技術的具有金屬覆蓋層的薄膜晶體管包括：襯底、柵電極、柵介質層、源電極、漏電極、有源層和金屬覆蓋層；其中，柵電極位于襯底之上；柵介質層位于柵電極之上；源電極和漏電極位于柵介質層之上，并且分別位于柵介質層的兩側；有源層覆蓋柵介質層、源電極和漏電極；金屬覆蓋層連續生長在有源層上，形成有源層和金屬覆蓋層的堆疊層；金屬覆蓋層為金屬在空氣中退火氧化生成的金屬氧化物，作為鈍化層。有源層采用金屬氧化物半導體薄膜。金屬覆蓋層采用能夠在空氣中退火氧化生成金屬氧化物的金屬材料，如鋁Al或鈦Ti；在有源層上連續生長金屬材料，在空氣中退火后氧化生成金屬氧化物，從而在有源層上形成鈍化層。連續生長在有源層上的金屬材料，在空氣中退火后需要完全氧化，否則形成的薄膜晶體管不會具有柵控特性，因此，金屬覆蓋層的厚度在5～10nm之間；退火的時間在1～2小時，溫度在300～400℃之間。本專利技術的另一個目的在于提供一種具有金屬覆蓋層的薄膜晶體管的制備方法。本專利技術具有金屬覆蓋層的薄膜晶體管的制備方法，包括以下步驟：1)在襯底上涂膠顯影生成柵電極的圖形，淀積一層透明導電薄膜材料，然后剝離形成柵電極；2)在柵電極上生長一層絕緣材料，然后刻蝕形成柵介質層；3)在柵介質層上生長一層透明導電薄膜材料，然后刻蝕形成源電極和漏電極；4)涂膠套刻生成有源區的圖形，淀積一層金屬氧化物半導體薄膜；5)再連續淀積一層金屬材料，然后一起剝離，形成有源層和金屬覆蓋層的堆疊層；6)在空氣中退火，控制退火的時間和溫度，使得連續生長在有源層上的金屬覆蓋層完全氧化生成金屬氧化物，作為鈍化層。其中，在步驟1)中，襯底采用玻璃；柵電極采用透明導電材料ITO、AZO和GZO中的一種。在步驟2)中，柵介質層采用二氧化硅、氮化硅、氧化鋁和氧化鋯等絕緣材料中的一種。在步驟3)中，源電極和漏電極采用透明導電材料ITO、AZO和GZO中的一種。在步驟4)中，淀積的金屬氧化物半導體薄膜采用IGZO、ZTO、AZO、TiZO、HfZO、NiZO和GdAZO等ZnO基材料中的一種，采用射頻磁控濺射工藝制備形成，厚度在25～50nm之間。在步驟5)中，金屬材料采用易于在空氣中退火氧化生成金屬氧化物的材料，如金屬Al，通過退火氧化生成Al2O3，或者金屬Ti，退火氧化生成Ti2O3，進而充當鈍化層。另外，退火后要完全氧化，因此厚度在5～10nm之間。在步驟6)中，退火的時間在1～2小時，溫度在300～400℃之間。本專利技術的優點：本專利技術首先曝光顯影定義好柵電極圖形，生長柵電極，接著淀積柵介質層，然后淀積源電極和漏電極，再濺射一層有源層，連續生長金屬覆蓋層，這種連續生長有源層和金屬覆蓋層的方式有助于減少背界面的缺陷態密度；最后將器件置于空氣中退火，金屬覆蓋層氧化生成金屬氧化物進而充當天然的鈍化層，與采用ALD生成氧化鋁的方法相比工藝簡單，成本低廉，實用性強；針對于金屬半導體氧化物對氣氛敏感度較高的特性，金屬氧化物作為鈍化層有利于提高器件在空氣中的可靠性。附圖說明圖1為本專利技術的具有金屬覆蓋層的薄膜晶體管的一個實施例的剖面圖；圖2(a)～(f)依次示出了本專利技術的具有金屬覆蓋層的薄膜晶體管的制備方法的主要工藝步驟；圖3為根據本專利技術的具有金屬覆蓋層的薄膜晶體管的制備方法得到的薄膜晶體管的轉移特性曲線圖。具體實施方式下面結合附圖，通過具體實施例，進一步闡述本專利技術。如圖1所示，本實施例的具有金屬覆蓋層的薄膜晶體管包括：襯底1、柵電極2、柵介質層3、源電極和漏電極4、有源層5以及金屬覆蓋層6；其中，柵電極2位于襯底1之上；柵介質層3位于柵電極2之上；源電極和漏電極4位于柵介質層3之上，并且分別位于柵介質層的兩側；有源層5覆蓋柵介質層、源電極和漏電極；金屬覆蓋層6連續生長在有源層5上；金屬覆蓋層為金屬在空氣中退火氧化生成的金屬氧化物，作為鈍化層。在本實施例中，襯底1采用玻璃襯底；柵電極、源電極和漏電極采用ITO；柵介質層采用二氧化硅；有源層采用IGZO，厚度30nm；金屬覆蓋層采用Al，厚度5nm，空氣中退火氧化生成Al2O3。本實施例的具有金屬覆蓋層的薄膜晶體管的制備的方法，包括以下步驟：1)提供玻璃襯底1，如圖2(a)所示，在襯底上涂膠顯影生成柵電極的圖形，采用磁控濺射技術生長一層大概100nm厚的ITO導電薄膜，然后剝離形成柵電極2，如圖2(b)所示；2)在柵電極上利用等離子體增強化學氣相沉積PECVD生長一層100～180nm厚的二氧化硅層，然后刻蝕形成柵介質層3本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有金屬覆蓋層的薄膜晶體管，其特征在于，所述薄膜晶體管包括：襯底、柵電極、柵介質層、源電極、漏電極、有源層和金屬覆蓋層；其中，所述柵電極位于襯底之上；所述柵介質層位于柵電極之上；所述源電極和漏電極位于柵介質層之上，并且分別位于柵介質層的兩側；所述有源層覆蓋柵介質層、源電極和漏電極；所述金屬覆蓋層連續生長在有源層上，形成有源層和金屬覆蓋層的堆疊層；所述金屬覆蓋層為金屬在空氣中退火氧化生成的金屬氧化物，作為鈍化層。

【技術特征摘要】
1.一種具有金屬覆蓋層的薄膜晶體管，其特征在于，所述薄膜晶體管包括：襯底、柵電極、
柵介質層、源電極、漏電極、有源層和金屬覆蓋層；其中，所述柵電極位于襯底之上；所
述柵介質層位于柵電極之上；所述源電極和漏電極位于柵介質層之上，并且分別位于柵介
質層的兩側；所述有源層覆蓋柵介質層、源電極和漏電極；所述金屬覆蓋層連續生長在有
源層上，形成有源層和金屬覆蓋層的堆疊層；所述金屬覆蓋層為金屬在空氣中退火氧化生
成的金屬氧化物，作為鈍化層。
2.如權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述有源層采用金屬氧化物半導體薄膜。
3.如權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述金屬覆蓋層采用能夠在空氣中退火氧
化生成金屬氧化物的金屬材料，厚度在5～10nm之間。
4.如權利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述金屬覆蓋層采用鋁Al或鈦Ti。
5.一種具有金屬覆蓋層的薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
1)在襯底上涂膠顯影生成柵電極的圖形，淀積一層透明導電薄膜材料，然后剝離形成柵
電極；
2)在柵電極上生長一層絕緣材料，然后刻蝕形成柵介質層；

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓德棟，郁文，王漪，董俊辰，叢瑛瑛，崔國棟，張盛東，劉曉彥，康晉鋒，
申請(專利權)人：北京大學，
類型：發明
國別省市：北京;11