O/SnO p溝道薄膜晶體管的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于半導體技術領域，特別涉及一種雙有源層結構Cu20/Sn0p溝道薄膜晶體管。
【背景技術】
[0002]近些年，以有源矩陣液晶顯示器(AM-LCD)和有源矩陣有機發光二極管顯示器(AMOLED)為代表的平板顯示技術得到了高速的發展。薄膜晶體管(TFT)作為有源平板顯示驅動的關鍵器件，對平板顯示器的顯示效果起重要作用。薄膜晶體管主要包括硅基TFT、有機TFT和氧化物TFT，其中非晶硅薄膜晶體管(a-Si TFT)和多晶硅薄膜晶體管(p_Si TFT)因工藝相對成熟、穩定性好，廣泛應用于平板顯示器中，目前仍然是主流的TFT技術。
[0003]近年，基于金屬氧化物半導體的TFT因具有相對高的載流子迀移率、高的透光性、低溫工藝等優勢，有望成為下一代的主流TFT技術。隨著氧化物TFT電性能的不斷提高，其應用范圍不僅在平板顯示器的有源驅動，有望替代硅基集成電路充當顯示器的周邊驅動電路，實現全集成化平板顯示技術，以及應用于智能傳感器系統、智能識別卡、可穿戴電子系統等領域。要實現這些應用需求，采用一種同時包含η和P溝道TFT器件的互補型集成器件是最佳選擇。然而，目前應用于TFT中的氧化物半導體材料大都為η型導電類型，如Ζη0、Ιη203、SnO2及其摻雜氧化物，但由于其本征缺陷的補償作用，這些氧化物難以形成P型導電類型，因而難于實現P溝道TFT器件。因此，基于P溝道金屬氧化物TFT器件的研發至關重要。研究發現，Cu20、Cu0、Sn0等金屬氧化物薄膜材料具有P型半導體特性，并利用這些材料充當半導體有源層成功地制備出P溝道TFT器件。目前，基于Cu20、Sn0等金屬氧化物的P溝TFT器件的研究已取得一定進展，然而這類器件普遍存在空穴迀移率低，表面漏電流大，關態電流大，空穴濃度高等問題。
【實用新型內容】
[0004]為了克服現有技術的上述缺點與不足，本實用新型的目的在于提供一種雙有源層結構Cu20/Sn0 P溝道薄膜晶體管，可有效地提高空穴迀移率，減少表面漏電流，從而降低關態電流，提尚開關電流比，減少環境中水和氧氣的影響，提尚器件的穩定性。
[0005]本實用新型的目的通過以下技術方案實現:
[0006]—種雙有源層結構的Cu20/Sn0 P溝道薄膜晶體管，由下至上依次包括襯底(I)、柵極(2)、柵絕緣介質層(3)、第一半導體有源層(4)、第二半導體有源層(5)、源極和漏極(6)。
[0007]所述第一半導體有源層為P型SnO半導體有源層，其厚度為10?30nm;所述第二半導體有源層為C112O半導體有源層，其厚度為20?30nm。
[0008]所述柵極部分覆蓋襯底，所述柵絕緣介質層部分覆蓋柵極，所述第一半導體有源層完全覆蓋柵絕緣介質層，所述第二半導體有源層完全覆蓋第一半導體有源層。
[0009]所述源極和漏極相對設置。
[0010]所述柵絕緣介質層為HfXWAl2O3雙層薄膜或AlN薄膜，其厚度為50?300nm。
[0011]所述源極、漏極為Pt/Ni雙層金屬薄膜或Au/Ni雙層金屬薄膜，所述源極、漏極為Pt/Ni雙層金屬薄膜時，Ni的厚度:30?50nm，Pt的厚度:50?150nm。所述所述源極、漏極的厚度為80?200nm。所述Ni層靠近第二半導體有源層。
[0012]所述柵極材料為Pt、Au、Mo、IT0導電薄膜中的一種，柵極的厚度為100?200nm。
[0013]所述襯底為塑料或玻璃。
[0014]本實用新型的有益效果是:
[0015](I)制備的P型SnO半導體有源層，引入氧空位缺陷可適當地優化價帶結構，從而提高空穴的迀移率；
[0016](2)通過在SnO有源層上沉積一層Cu2O膜，減少表面漏電流，提高了開關電流比，減少了外部氧氣和水對SnO層的影響，提高器件的穩定性。
【附圖說明】
[0017]圖1(a)和圖1(b)分別為本實用新型一種雙有源層Cu20/Sn0p溝道薄膜晶體管的一實例的器件結構的剖面圖和俯視圖；襯底-1、柵極-2、柵絕緣介質層-3、第一半導體有源層-4、第二半導體有源層-5、源極和漏極-6。
【具體實施方式】
[0018]下面結合具體實施例和附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明，但本實用新型的實施方式和適應的底物不限于此。
[0019]實施例
[0020]本實施例的雙有源層結構的Cu20/Sn0P溝道薄膜晶體管由下至上依次包括襯底
(I)、柵極(2)、柵絕緣介質層(3)、p型SnO半導體有源層(4)、Cu20半導體有源層(5)、源極和漏極(6);其結構示意圖如圖1所示。
[0021]所述柵極部分覆蓋襯底，所述柵絕緣介質層部分覆蓋柵極，所述P型SnO半導體有源層完全覆蓋柵絕緣介質層，所述Cu2O半導體有源層完全覆蓋P型SnO半導體有源層。
[0022]所述源極和漏極相對平行設置。
[0023]所述柵極的厚度為100?200nm，ITO薄膜。
[0024]所述柵絕緣介質層厚度為50?200nm。
[0〇25] 所述C112O半導體有源層的厚度為20?30nm。
[0〇26] 所述P型SnO半導體有源層的厚度為10?20nm。
[0027]所述源極和漏極的厚度為100?200nm，Pt/Ni金屬薄膜，其中Ni膜厚為30?50nm，Pt膜厚為50?150nm，Ni層靠近Cu2O層。
[0028]上述Cu20/Sn0P溝道薄膜晶體管的制備方法，包括:
[0029]1、制作基底:本實施例的基底為塑料(如PET)襯底或玻璃襯底；
[0030]2、在所述基底上制備柵極:采用磁控濺射方法制備100?200nm ITO薄膜，通過光刻形成柵極；
[0031 ] 3、在柵極上制備Hf02/Al203或AlN柵絕緣介質層:
[0032] 采用磁控濺射法制備Hf02/Al203或AlN柵絕緣介質層，對于Hf02/Al203柵絕緣介質層，依次以Al2O3和Hf O2為靶材，濺射過程中通入一定量的氬氣和氧氣，形成雙絕緣介質層，每一層的厚度由濺射功率和濺射時間調控;對于AlN柵絕緣介質層，采用Al為靶材，濺射過程中通入一定量的氬氣和氮氣，其厚度由濺射功率和濺射時間調控;在本實施例中，所述柵絕緣介質層厚度為50?200nm;
[0033]4、在所述Η??2/Α1203或AlN柵絕緣介質層上制備P型SnO半導體有源層:
[0034]采用磁控濺射法在所述Hf02/Al203雙層薄膜或AlN薄膜的柵絕緣介質層上制備一層10?20nm厚的P型SnO半導體有源層;采用Sn為革E材，通過調節合適的氬氣和氧氣流量比，使沉積的SnO有源層薄膜中存在適量的Sn間隙原子和O空位；
[0035]5、在所述P型SnO半導體有源層上制備一層CU20半導體有源層:
[0036]在本實施例中，采用磁控濺射法，以Cu2O為靶材，通過調節合適的氬氣流量，在所述P型SnO半導體有源層上派射沉積一層20?30nm厚的CU20半導體有源層；
[0037]6、制備源極和漏極:
[0038]在本實施例中，在所述Cu2O半導體有源層上采用磁控濺射法制備100?200nm的Pt/Ni金屬薄膜，其中Ni膜厚為30?50nm，Pt膜厚為50?150nm，Ni層靠近Cu2O層，并通過光刻形成源、漏電極；
[0039]7、退火:
[0040]在本實施例中，將所述Cu20/Sn0 P溝道薄膜晶體管放在空氣中，150°C?200°C退火30min。
[0041]在本實用新型的實施例中提出的Cu20/Sn0P溝道薄膜晶體管具有以下優點:(I)制備的含有O空位的SnO半導體有源層，形成的缺陷改變了價帶結構，從而有效地提高了空穴的迀移率；(2)在SnO半導體有源層上沉積一層Cu2O膜，減少表面漏電流，提高了開關電流比，減少了外部氧氣和水對SnO層的影響，提高了器件穩定性。
[0042]上述具體的實施方式是對本實用新型所作的詳細說明，為本實用新型較佳的實施方式，但并不認定本實用新型的具體實施只限于此說明。對本實用新型所屬技術領域，在不脫離本實用新型構思的前提下，所作的更改，替換，組合等為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種雙有源層結構的Cu20/Sn0P溝道薄膜晶體管，其特征在于:由下至上依次包括襯底、柵極、柵絕緣介質層、第一半導體有源層、第二半導體有源層、源極和漏極;所述第一半導體有源層為P型SnO半導體有源層;所述第二半導體有源層為Cu2O半導體有源層。2.根據權利要求1所述雙有源層結構的Cu20/Sn0P溝道薄膜晶體管，其特征在于:所述第一半導體有源層的厚度為10?30nm;所述第二半導體有源層的厚度為20?30nmo3.根據權利要求1所述雙有源層結構的Cu20/Sn0P溝道薄膜晶體管，其特征在于:所述柵絕緣介質層的厚度為50?300nmo4.根據權利要求1所述雙有源層結構的Cu20/Sn0P溝道薄膜晶體管，其特征在于:所述源極、漏極為Pt/Ni雙層金屬薄膜或Au/Ni雙層金屬薄膜;所述所述源極、漏極的厚度為80?200nmo5.根據權利要求4所述雙有源層結構的Cu20/Sn0P溝道薄膜晶體管，其特征在于:所述源極、漏極為Pt/Ni雙層金屬薄膜時，Ni薄膜的厚度:30?50nm，Pt薄膜的厚度:50?150nmo6.根據權利要求1所述雙有源層結構的Cu20/Sn0P溝道薄膜晶體管，其特征在于:所述柵極部分覆蓋襯底，所述柵絕緣介質層部分覆蓋柵極，所述第一半導體有源層完全覆蓋柵絕緣介質層，所述第二半導體有源層完全覆蓋第一半導體有源層。7.根據權利要求1所述雙有源層結構的Cu20/Sn0P溝道薄膜晶體管，其特征在于:所述柵極的厚度為100?200nmo
【專利摘要】本實用新型屬于半導體技術領域，公開了一種雙有源層Cu2O/SnO p溝道薄膜晶體管。所述薄膜晶體管由下至上依次包括襯底、柵極、柵絕緣介質層、第一半導體有源層、第二半導體有源層、源極和漏極；所述第一半導體有源層為p型SnO半導體有源層；所述第二半導體有源層為Cu2O半導體有源層。本實用新型的p型SnO半導體有源層，引入氧空位缺陷可適當地優化價帶結構，從而提高空穴的遷移率；通過在SnO有源層上沉積一層Cu2O膜，減少表面漏電流，提高了開關電流比，減少了外部氧氣和水對SnO層的影響，提高器件的穩定性。
【IPC分類】H01L29/786
【公開號】CN205335261
【申請號】CN201521080901
【發明人】趙高位, 劉玉榮, 廖榮
【申請人】華南理工大學
【公開日】2016年6月22日
【申請日】2015年12月21日