有源層材料、薄膜晶體管及垂直和頂柵結構TFT的制作方法與流程

本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種有源層材料、薄膜晶體管及垂直和頂柵結構TFT的制作方法。

背景技術：

近年來，隨著新型平板顯示(FPD)產業的迅猛發展，作為FPD核心技術的薄膜晶體管(TFT)背板技術也在經歷著深刻的變革。金屬氧化物TFT(MOTFT)以其高遷移率、工藝簡單、成本低、大面積均勻性高等優點逐漸代替傳統的非晶硅(a-Si)TFT和低溫多晶硅(LTPS)TFT，而成為業界的新焦點。高分辨率的顯示器件更是平板顯示技術的趨勢之一。而頂柵結構的TFT是實現大尺寸高分辨背板技術的重要手段。在頂柵結構的TFT器件制作工藝中，首先沉積一層有源層，之后在其上方沉積一層絕緣層(GI)，而GI的沉積溫度尤為關鍵。首先，GI的沉積溫度不能過高，否則會導致下方的有源層材料出現高導的現象；另一方面，如果GI的沉積溫度過低，將會嚴重影響GI自身的薄膜質量，最終會導致TFT器件的漏電流過大。

另外，金屬氧化物薄膜晶體管還廣泛應用于集成電路的設計中，而較低的工作電壓正是能否實現這些電路結構的關鍵所在。通常而言，降低驅動電壓的實現往往要求TFT器件向小型化方向發展，例如減少GI的厚度和利用先進電子光刻技術縮短溝道長度。從先前各個科研機構的研究表明，氧化物TFT的溝道長度可以降至非常小的距離而不影響TFT器件性能。

技術實現要素：

本發明的目的之一在于避免現有技術的不足之處而提供一種用于金屬氧化物薄膜晶體管的有源層材料，該有源層材料能抵抗PECVD高溫和plasma效應，抵抗等離子體轟擊；

本發明的目的之二在于避免現有技術的不足之處而提供一種薄膜晶體管，該薄膜晶體管性能較為穩定；

本發明的目的之三在于避免現有技術的不足之處而提供一種頂柵結構TFT的制作方法，該方法利用常規的工藝光刻制程來實現低驅動電壓的TFT結構；

本發明的目的之四在于避免現有技術的不足之處而提供一種垂直結構TFT的制作方法，該方法利用常規的工藝光刻制程來實現低驅動電壓的TFT結構。

本發明的上述目的通過如下技術手段實現。

一種有源層材料，其分子式為(AO)x(BO)y(Ta₂O₅)z，其中0.70≤x+y≤0.99，0.01≤z≤0.30，且x+y+2z＝1；A為鎵、硅、鋁、鎂、鉭、鉿、鐿、鎳、鋯、錫、磷、釩、砷、鈦、鉛、鉀或鑭系稀土元素中的任意一種或兩種以上的任意組合，B為銦或錫中的任意一種或兩種的組合。

一種薄膜晶體管，包括有源層，有源層包括一層或多層不同成分的氧化物半導體薄膜，有源層表面層為等離子隔絕層，等離子隔絕層為含有鉭摻雜的氧化物半導體薄膜。

進一步，含有鉭摻雜的氧化物半導體薄膜的載流子濃度為10¹⁶—10¹⁸cm^-3，遷移率為1—50cm²/Vs，在經過SF₆，C₃F₈，CF₄，Ar，N₂，SiH₄，NH₃，N₂O，O₂，Cl₂工藝氣體產生的高溫等離子體轟擊，持續時間30s—600s后，載流子濃度為10¹⁶—10¹⁸cm^-3。

進一步，含有鉭摻雜的氧化物半導體薄膜厚度為2nm—50nm。

進一步，采用頂柵結構、背溝道刻蝕結構或垂直結構。

一種頂柵結構TFT的制作方法，包括以下步驟，

步驟一、在襯底上制備緩沖層；

步驟二、在緩沖層上沉積含有鉭摻雜的氧化物半導體薄膜，然后圖形化含有鉭摻雜的氧化物半導體薄膜作為有源層；

步驟三、在有源層上連續沉積第一絕緣層和第一金屬層，分別作為柵極絕緣層和柵極電極，圖形化柵極電極，并利用柵極電極，采用自對準的方法，圖形化柵極絕緣層；

步驟四、沉積并圖形化第三絕緣層作為鈍化層；

步驟五、在鈍化層上沉積并圖形化第二金屬層，作為源漏電極層。

優選的，薄膜沉積方法包括物理氣相沉積，化學氣相沉積，原子層沉積，激光沉積。

優選的，襯底包括具有緩沖層的玻璃襯底，以及具有水氧阻隔層的柔性襯底。

一種垂直結構TFT的制作方法，包括以下步驟，

步驟一、在襯底上制備緩沖層；

步驟二、在緩沖層上沉積源極金屬層；

步驟三、在源極金屬層上沉積隔離層；

步驟四、在隔離層上沉積漏極金屬層；

步驟五、在漏極金屬層上沉積含有鉭摻雜的氧化物半導體薄膜作為有源層；

步驟六、在含有鉭摻雜的氧化物半導體薄膜上沉積柵極絕緣層；

步驟七、在柵極絕緣層上沉積柵極電極。

進一步，薄膜沉積方法包括物理氣相沉積、化學氣相沉積、原子層沉積和激光沉積。

本發明的有益效果是：

一種有源層材料，金屬氧化物半導體有源層材料由于摻入Ta元素，有效地拓展了溝道制作的工藝窗口，以獲得高性能的金屬氧化物薄膜晶體管，1、摻鉭的金屬氧化物半導體材料能承受更高的工藝溫度，如PECVD鈍化層工藝的沉積溫度，仍然能保持較好的TFT特性，2、摻鉭的金屬氧化物半導體材料還能有效地抵抗等離子體轟擊作用，可大大地提高薄膜晶體管的器件穩定性；

一種薄膜晶體管，其性能較為穩定；

一種頂柵結構和垂直結構TFT的制作方法，降低驅動電壓的實現往往要求TFT器件向小型化方向發展，例如減少絕緣層的厚度和利用先進電子光刻技術縮短溝道長度，摻鉭的金屬氧化物半導體材料的上述特點導致摻鉭的金屬氧化物半導體可以用于頂柵結構TFT以及垂直結構TFT等結構，采用本發明的頂柵結構和垂直結構TFT的制作方法，有利于制作短溝道器件，實現高分辨的平板顯示器件。

附圖說明：

圖1為本發明所述的頂柵結構TFT的步驟一的結構圖；

圖2為本發明所述的頂柵結構TFT的步驟二的結構圖；

圖3為本發明所述的頂柵結構TFT的步驟三沉積柵極絕緣層的結構圖；

圖4為本發明所述的頂柵結構TFT的步驟三沉積柵極電極的結構圖；

圖5為本發明所述的頂柵結構TFT的步驟四的結構圖；

圖6為本發明所述的頂柵結構TFT的步驟五的結構圖；

圖7為本發明所述的垂直結構TFT的步驟一的結構圖；

圖8為本發明所述的垂直結構TFT的步驟二的結構圖；

圖9為本發明所述的垂直結構TFT的步驟三的結構圖；

圖10為本發明所述的垂直結構TFT的步驟四的結構圖；

圖11為本發明所述的垂直結構TFT的步驟五的結構圖；

圖12為本發明所述的垂直結構TFT的步驟六的結構圖；

圖13為本發明所述的垂直結構TFT的步驟七的結構圖。

其中圖1至圖13中包括有：

1——襯底、 2——緩沖層、

3——有源層、 4——柵極絕緣層、

5——柵極電極、 6——鈍化層、

7——源漏電極層、 8——源極金屬層、

9——隔離層、 10——漏極金屬層。

具體實施方式

結合以下實施例對本發明作進一步描述。

實施例1。

如圖1至13所示，一種有源層材料，其分子式為(AO)x(BO)y(Ta₂O₅)z，其中0.70≤x+y≤0.99，0.01≤z≤0.30，且x+y+2z＝1；A為鎵、硅、鋁、鎂、鉭、鉿、鐿、鎳、鋯、錫、磷、釩、砷、鈦、鉛、鉀或鑭系稀土元素中的任意一種或兩種以上的任意組合，B為銦或錫中的任意一種或兩種的組合。

一種薄膜晶體管，包括有源層，有源層包括一層或多層不同成分的氧化物半導體薄膜，有源層表面層為等離子隔絕層，等離子隔絕層為含有鉭摻雜的氧化物半導體薄膜。

含有鉭摻雜的氧化物半導體薄膜的載流子濃度為10¹⁶—10¹⁸cm^-3，遷移率為1—50cm²/Vs，在經過SF₆，C₃F₈，CF₄，Ar，N₂，SiH₄，NH₃，N₂O，O₂，Cl₂工藝氣體產生的高溫等離子體轟擊，持續時間30s—600s后，載流子濃度為10¹⁶—10¹⁸cm^-3。含有鉭摻雜的氧化物半導體薄膜厚度為2nm—50nm。采用頂柵結構、背溝道刻蝕結構或垂直結構。

一種頂柵結構TFT的制作方法，包括以下步驟，步驟一、如圖1所示，在襯底上制備緩沖層；步驟二、如圖2所示，在緩沖層上沉積含有鉭摻雜的氧化物半導體薄膜，然后圖形化含有鉭摻雜的氧化物半導體薄膜作為有源層；步驟三、如圖3、圖4所示，在有源層上連續沉積第一絕緣層和第一金屬層，分別作為柵極絕緣層和柵極電極，圖形化柵極電極，并利用柵極電極，采用自對準的方法，圖形化柵極絕緣層；步驟四、如圖5所示，沉積并圖形化第三絕緣層作為鈍化層；步驟五、如圖6所示，在鈍化層上沉積并圖形化第二金屬層，作為源漏電極層。薄膜沉積方法包括物理氣相沉積，化學氣相沉積，原子層沉積，激光沉積。襯底包括具有緩沖層的玻璃襯底，以及具有水氧阻隔層的柔性襯底。

一種垂直結構TFT的制作方法，包括以下步驟，步驟一、如圖7所示，在襯底上制備緩沖層；步驟二、如圖8所示，在緩沖層上沉積源極金屬層；步驟三、如圖9所示，在源極金屬層上沉積隔離層；步驟四、如圖10所示，在隔離層上沉積漏極金屬層；步驟五、如圖11所示，在漏極金屬層上沉積含有鉭摻雜的氧化物半導體薄膜作為有源層；步驟六、如圖12所示，在含有鉭摻雜的氧化物半導體薄膜上沉積柵極絕緣層；步驟七、如圖13所示，在柵極絕緣層上沉積柵極電極。薄膜沉積方法包括物理氣相沉積、化學氣相沉積、原子層沉積和激光沉積。

實施例2。

一種有源層材料，其分子式為(AO)x(BO)y(Ta₂O₅)z，其中0.70≤x+y≤0.99，0.01≤z≤0.30，且x+y+2z＝1。A為鎵，B為銦。

一種薄膜晶體管，包括有源層，有源層包括一層或多層不同成分的氧化物半導體薄膜，有源層表面層為等離子隔絕層，等離子隔絕層為含有鉭摻雜的氧化物半導體薄膜。

含有鉭摻雜的氧化物半導體薄膜的載流子濃度為10¹⁶—10¹⁸cm^-3，遷移率為1—50cm²/Vs，在經過SF₆，C₃F₈，CF₄，Ar，N₂，SiH₄，NH₃，N₂O，O₂，Cl₂等工藝氣體產生的高溫等離子體轟擊，持續時間30s—600s后，載流子濃度為10¹⁶—10¹⁸cm^-3。含有鉭摻雜的氧化物半導體薄膜厚度為20nm。為頂柵結構。

一種有源層材料，金屬氧化物半導體有源層材料由于摻入Ta元素，有效地拓展了溝道制作的工藝窗口，以獲得高性能的金屬氧化物薄膜晶體管，1、摻鉭的金屬氧化物半導體材料能承受更高的工藝溫度，如PECVD鈍化層6工藝的沉積溫度，仍然能保持較好的TFT特性，2、摻鉭的金屬氧化物半導體材料還能有效地抵抗等離子體轟擊作用，可大大地提高薄膜晶體管的器件穩定性；一種薄膜晶體管，其性能較為穩定。

實施例3。

一種有源層材料，其分子式為(AO)x(BO)y(Ta₂O₅)z，其中0.70≤x+y≤0.99，0.01≤z≤0.30，且x+y+2z＝1。A為硅，B為錫。一種有源層材料，金屬氧化物半導體有源層材料由于摻入Ta元素，有效地拓展了溝道制作的工藝窗口，以獲得高性能的金屬氧化物薄膜晶體管，1、摻鉭的金屬氧化物半導體材料能承受更高的工藝溫度，如PECVD鈍化層6工藝的沉積溫度，仍然能保持較好的TFT特性，2、摻鉭的金屬氧化物半導體材料還能有效地抵抗等離子體轟擊作用，可大大地提高薄膜晶體管的器件穩定性。

實施例4。

一種有源層材料，其分子式為(AO)x(BO)y(Ta₂O₅)z，其中0.70≤x+y≤0.99，0.01≤z≤0.30，且x+y+2z＝1。A為鋁，B為銦。一種有源層材料，金屬氧化物半導體有源層材料由于摻入Ta元素，有效地拓展了溝道制作的工藝窗口，以獲得高性能的金屬氧化物薄膜晶體管，1、摻鉭的金屬氧化物半導體材料能承受更高的工藝溫度，如PECVD鈍化層6工藝的沉積溫度，仍然能保持較好的TFT特性，2、摻鉭的金屬氧化物半導體材料還能有效地抵抗等離子體轟擊作用，可大大地提高薄膜晶體管的器件穩定性。

實施例5。

如圖1至圖6所示，一種頂柵結構TFT的制作方法，包括以下步驟，

步驟一、如圖1所示，在襯底1上制備緩沖層2；

步驟二、如圖2所示，在緩沖層2上沉積含有鉭摻雜的氧化物半導體薄膜，然后圖形化含有鉭摻雜的氧化物半導體薄膜作為有源層3；

步驟三、如圖3、圖4所示，在有源層3上連續沉積第一絕緣層和第一金屬層，分別作為柵極絕緣層4和柵極電極5，圖形化柵極電極5，并利用柵極電極5，采用自對準的方法，圖形化柵極絕緣層4；

步驟四、如圖5所示，沉積并圖形化第三絕緣層作為鈍化層6；

步驟五、如圖6所示，在鈍化層6上沉積并圖形化第二金屬層，作為源漏電極層7；

優選的，薄膜沉積方法包括物理氣相沉積，化學氣相沉積，原子層沉積，激光沉積。

優選的，襯底1包括具有緩沖層2的玻璃襯底，以及具有水氧阻隔層的柔性襯底。

一種頂柵結構TFT的制作方法，降低驅動電壓的實現往往要求TFT器件向小型化方向發展，例如減少絕緣層的厚度和利用先進電子光刻技術縮短溝道長度，摻鉭的金屬氧化物半導體材料的上述特點導致摻鉭的金屬氧化物半導體可以用于頂柵結構TFT以及垂直結構TFT等結構，采用本發明的頂柵結構和垂直結構TFT的制作方法，有利于制作短溝道器件，實現高分辨的平板顯示器件。

實施例6。

如圖7至圖13所示，一種垂直結構TFT的制作方法，包括以下步驟，

步驟一、如圖7所示，在襯底1上制備緩沖層2；

步驟二、如圖8所示，在緩沖層2上沉積源極金屬層8；

步驟三、如圖9所示，在源極金屬層8上沉積隔離層9；

步驟四、如圖10所示，在隔離層9上沉積漏極金屬層10；

步驟五、如圖11所示，在漏極金屬層10上沉積含有鉭摻雜的氧化物半導體薄膜作為有源層3；

步驟六、如圖12所示，在含有鉭摻雜的氧化物半導體薄膜上沉積柵極絕緣層4；

步驟七、如圖13所示，在柵極絕緣層4上沉積柵極電極5。

進一步，薄膜沉積方法包括物理氣相沉積，化學氣相沉積，原子層沉積，激光沉積。

一種垂直結構TFT的制作方法，降低驅動電壓的實現往往要求TFT器件向小型化方向發展，例如減少絕緣層的厚度和利用先進電子光刻技術縮短溝道長度，摻鉭的金屬氧化物半導體材料的上述特點導致摻鉭的金屬氧化物半導體可以用于頂柵結構TFT以及垂直結構TFT等結構，采用本發明的頂柵結構和垂直結構TFT的制作方法，有利于制作短溝道器件，實現高分辨的平板顯示器件。

最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對本發明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發明作了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和范圍。