高迁移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管及其制备工艺的制作方法

高迁移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管及其制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种高迀移率、高稳定性金属氧化物薄 膜晶体管及其制备工艺。
【背景技术】
[0002] 新型平板显示（FPD)产业的核心技术是薄膜晶体管（TFT)背板技术。金属氧化物 TFT (M0TFT)不仅具有较高的迀移率(在5~50 cm3/(T-；s)左右)，而且制作工艺简单，制造 成本较低，还具有优异的大面积均匀性。因此M0TFT技术自诞生以来便备受业界瞩目。
[0003] 虽然金属氧化物薄膜晶体管相对于别的材料的薄膜晶体管具有较高的迀移率，但 是随着新型平板显示的不断发展，金属氧化物薄膜晶体管的迀移率已经无法满足需要，此 外还需要金属氧化物薄膜晶体管不仅具有较高的迀移率而且需要具有良好的稳定性。作为 本领域常识，如果薄膜晶体管具有较高的迀移率，则稳定性会降低，不能同时具备高迀移率 和高稳定性特性。
[0004] 中国专利CN200980125524. 0公开了一种使用多有源沟道层的薄膜晶体管，以实 现高迀移率，但是该技术不可避免地会导致稳定性降低的缺陷，无法同时实现高迀移率和 尚稳定性。
[0005] 中国专利申请号201310751059. X、名称为薄膜晶体管、阵列基板及显示装置公开 了一种薄膜晶体管，该技术一定程度上可以提高迀移率，但是依然无法克服同时存在的稳 定性降低的缺陷，无法同时兼顾高迀移率和高稳定性。
[0006]因此，针对现有技术不足，提供一种高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管 及其制备工艺以克服现有技术不足甚为必要。
[0007]

【发明内容】

[0008] 本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供高迀移率、高稳定性金属氧化 物薄膜晶体管及其制备工艺，所制备的金属氧化物薄膜晶体管具有高迀移率、高稳定性的 特点。
[0009] 本发明的目的通过以下技术措施实现。
[0010] 一种高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管，有源层由一个或多个子有源层 叠置而成，每个子有源层由载流子隔离层和载流子传输层构成； 最底层的载流子隔离层与栅极绝缘层接触，最底层的载流子隔离层之上为最底层的载 流子传输层，上一层的载流子隔离层、载流子传输层依次叠设于下一层的载流子传输层； 所述载流子隔离层和载流子传输层均为非晶金属氧化物薄膜； 所述载流子隔离层的载流子迀移率为a，载流子传输层的载流子迀移率为b，其满足： b>a ； 所述每一个子有源层中，载流子隔离层的价带顶能级Evl与其费米能级Efl的能级差为 Eal，载流子传输层的价带顶能级Ev2与其费米能级E f2的能级差为E a2，且满足| Eal | > | Ea21。
[0011] 上述的高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管，还设置有一个半导体保护层， 所述半导体保护层叠设于最顶层的载流子传输层，所述半导体保护层为非晶金属氧化物薄 膜，所述半导体保护层的载流子迀移率为C，其满足：b>c。
[0012] 上述载流子隔离层的载流子浓度是1013~1018 cnT3,厚度为2 nm~10 nm ;所述载流 子传输层的载流子浓度是1〇18~1〇21 cnT3,厚度为5~30 nm;半导体保护层的载流子浓度是 1013~1018 cm3,厚度为不大于20 nm。
[0013] 上述载流子隔离层由含有铟、镓、铝、锌、锡、硅、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多 种元素的氧化物制备而成的非晶金属氧化物薄膜。
[0014] 上述载流子传输层是由以铟或者锡元素中的至少一种元素的氧化物为主成分，掺 杂镓、锌、铝、硅、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多种元素的氧化物构成的非晶金属氧化物 薄膜；其中主成分原子在构成载流子传输层的金属氧化物薄膜的所有金属原子中的比例不 低于60%。
[0015] 上述半导体保护层由含有铟、镓、铝、锌、锡、硅、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多 种元素的氧化物构成的非晶金属氧化物薄膜。
[0016] 本发明的另一目的是提供上述高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管的制备 工艺，包含如下工序： 所述有源层的制备工序为依次沉积包含载流子隔离层和载流子传输层的一个或多个 子有源层，并对所沉积的子有源层进行刻蚀。
[0017] 优选的，上述有源层的制备还包括在最顶层的子有源层上沉积半导体保护层，并 对所沉积的半导体保护层进行刻蚀。
[0018] 上述载流子隔离层由含有铟、镓、铝、锌、锡、硅、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多 种元素的氧化物构成的非晶金属氧化物薄膜，所述载流子隔离层的载流子浓度是1〇 13~1〇18 cnT3、厚度为 2 nm~10 nm; 所述载流子传输层是由以铟或者锡元素中的至少一种元素的氧化物为主成分，掺杂 镓、锌、错、娃、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多种元素构成的非晶金属氧化物薄膜，其中 主成分原子在构成载流子传输层的金属氧化物薄膜的所有金属原子中的比例不低于60%; 所述载流子传输层的载流子浓度是1〇18~1〇21 cnT3,厚度为5~30 nm; 所述半导体保护层由含有铟、镓、铝、锌、锡、硅、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多种 元素的氧化物构成的非晶金属氧化物薄膜，所述半导体保护层的载流子浓度是1〇13~1〇18 cnT3,厚度为不大于20 nm〇
[0019] 本发明提供的高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管，有源层由一个或多个 子有源层叠置而成，每个子有源层由载流子隔离层和载流子传输层构成；最底层的载流子 隔离层与栅极绝缘层接触，最底层的载流子隔离层之上为最底层的载流子传输层，上一层 的载流子隔离层、载流子传输层依次叠设于下一层的载流子传输层；所述载流子隔离层和 载流子传输层均为非晶金属氧化物薄膜；所述载流子隔离层的载流子迀移率为a，载流子 传输层的载流子迀移率为b，其满足：b>a ;所述每一个子有源层中，载流子隔离层的价带顶 能级Evl与其费米能级E fl的能级差为E al，载流子传输层的价带顶能级Ev2与其费米能级E f2 的能级差为Ea2，且满足| Eal | > | Ea21。
[0020] 本发明通过载流子隔离层、载流子传输层和半导体保护层的载流子浓度控制及缺 陷态的修饰，减少各个界面中的缺陷态数量，同时结合能带结构的调制机制，获得既具有高 迀移率又具有高稳定性的金属氧化物薄膜晶体管。
【附图说明】
[0021] 利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限 制。
[0022] 图1是本发明一种高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管基于背沟道刻蚀的 结构示意图。
[0023]图2是本发明一种高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管基于刻蚀阻挡型的 结构示意图。
[0024] 图3是本发明实施例5的靶材示意图。
[0025] 图4是本发明实施例6的腔室、靶材示意图。
[0026] 图5是本发明实施例6器件的能级结构。
[0027] 图6是本发明实施例6器件的性能示意图。
[0028]图7是本发明实施例6器件的性能参数表。
[0029] 在图1中，包括： 衬底01、栅极02、栅极绝缘层03、载流子隔离层041、载流子传输层042、半导体保护层 043、源漏电极05、钝化层06。
[0030] 在图2中，包括： 衬底01、栅极02、栅极绝缘层03、载流子隔离层041、载流子传输层042、半导体保护层 043、刻蚀阻挡层05、源漏电极06、钝化层07。
【具体实施方式】
[0031] 结合以下实施例对本发明作进一步说明。
[0032] 实施例1 以背沟道刻蚀型金属氧化物薄膜晶体管为例进行说明，一种 高迀移率、高稳定性金属 氧化物薄膜晶体管，如图1所示，在衬底01上依次设置有栅极02、栅极绝缘层03、有源层、 源漏电极05和钝化层06。
[0033] 其中，有源层由一个子有源层和半导体保护层构成，该子有源层由载流子隔离层 041、载流子传输层042和半导体保护层043构成，载流子隔离层041、载流子传输层042和 半导体保护层043均为非晶金属氧化物薄膜，载流子隔离层041沉积于栅极绝缘层03之 上，载流子传输层042沉积于载流子隔离层041之上，半导体保护层043沉积于载流子传输 层042之上。
[0034] 通过在垂直于导电沟道平面的方向上，对金属氧化物薄膜内部的载流子浓度分布 以及缺陷态的分布控制，进而获得高性能的金属氧化物薄膜晶体管。具体的，载流子隔离层 041具有相对较低的载流子浓度和较少的缺陷态，其载流子迀移率为a;载流子传输层042 具有相对较高的载流子浓度，其载流子迀移率为b ;半导体保护层043的载流子迀移率为c， 其满足关系：b>a且b >c。载流子隔离层的价带能级（Ev)与费米能级（Ef)的能级差为Ea， 载流子传输层价带能级（Ev)与费米能级（Ef)的能级差为E b;载流子隔离层的能级差与载流 子传输层的能级差满足|Ea|>|Eb|。
[0035] 本发明将非晶金属氧化物半导体有源层内部分为三个不同功能的区域，载流子隔 离层可由有效地避免具有高载流子浓度和高载流子迀移率的载流子传输层和栅极绝缘层 接触而形成的界面态，从而降低界面态对载流子传输层的影响；同时，通过引入半导体保 护层，其不仅能避免后续的制备工艺对载流子传输层的影响，而且，借助能带结构的调制作 用，能有效地抑制光生载流子对器件造成的影响，提高器件的稳定性，进而获得高性能的金 属氧化薄膜晶体管。
[0036] 在非晶金属氧化物半导体有源层中，载流子隔离层041直接与栅极绝缘层03接 触。由于载流子隔离层041中各元素原子的结合相对稳定，其深能级缺陷较少，因此可以大 大降低栅极绝缘层03与有源层之间的界面态对器件性能的影响；同时，由于载流子传输层 042具有较高的载流子浓度和较高的载流子迀移率，在栅极02的电场作用下，所产生的载 流子快速注入并填充载流子隔离层041中的缺陷态，使器件表现出较低的亚阈值摆幅。另 外，由于载流子隔离层和载流子传输层之间载流子浓度存在一定的梯度，也即二者的费米 能级存在一定的差，当二者接触后在其界面处形成一定的能级差；由栅极电场的作用而产 生的载流子被主要限制在载流子传输层中。因此，薄膜晶体管表现为较低的亚阈值摆幅和 较高的迀移率。在稳定性方面，同时由于载流子隔离层与载流子传输层中价带与费米能级 之间的能级差满足|E a|>|Eb|的关系，这使得光生空穴无法向栅极绝缘层漂移，因此可以获 得更优的光照稳定性。
[0037] 具体的，载流子隔离层041由含有铟、镓、铝、锌、锡、硅、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的 一种或多种元素的氧化物制备而成的非晶金属氧化物薄膜。载流子隔离层041的载流子浓 度是 1013~1018 cm_3、厚度为 2 nm~10 nm。
[0038] 载流子传输层042是由以铟或者锡元素中的至少一种元素的氧化物为主成分，掺 杂镓、锌、铝、硅、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多种元素的氧化物构成的非晶金属氧化物 薄膜，其中主成分原子在构成载流子传输层042的金属氧化物薄膜的所有金属原子中的比 例不低于60%。载流子传输层042的载流子浓度是10 18~1021 cnT3,厚度为5~30 nm。
[0039] 半导体保护层043由含有铟、镓、铝、锌、锡、硅、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多 种元素的氧化物构成的非晶金属氧化物薄膜。载流子隔离层043的载流子浓度是10 13~1018 cm 3,厚度为 0 nm~20 nm〇
[0040] 综上所述，本发明的高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管，既可获得较高的 迀移率，又具有较好的稳定性。
[0041] 需要说明的是，本实施例的高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管只是本发 明技术方案的一种结构，本发明的高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管还可以设置 为有多个子有源层叠置依次叠层设置且于最顶层上方设置一层半导体保护层构成有源层， 每个子有源层由载流子隔离层和载流子传输层构成。在每个子有源层内，载流子传输层沉 积于载流子隔离层之上；最底层的载流子隔离层沉积于栅极绝缘层，最顶层为半导体保护 层，形成多层叠置的有源层结构。子有源层的层数个根据实际情况灵活选择，通常以1-5层 较佳。当子有源层为多层时，也可以不用设置顶层的半导体层。
[0042]需要说明的是，本实施例是以背沟道刻蚀型金属氧化物薄膜晶体管为例进行说明 需要说明的，但是金属氧化物薄膜晶体管的结构有多种，不局限于本实施例的类型，本发明 同时也适用于其它类型的结构，如刻蚀阻挡层结构和顶栅结构。图2为基于刻蚀阻挡型的 高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管结构示意图，其由衬底01、栅极02、栅极绝缘层 03、载流子隔离层041、载流子传输层042、半导体保护层043、刻蚀阻挡层05、源漏电极06 和钝化层07构成。
[0043] 实施例2 一种高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管，其它结构与实施例1相同，不同之处 在于：构成载流子隔离层041、载流子传输层042和半导体保护层043的材料的元素相同。 需要说明的是，本实施例中所指的载流子隔离层041、载流子传输层042和半导体保护层 043的材料的元素相同，但是每种元素的含量不同。本领域人员可以根据载流子浓度要求设 置符合要求的制备条件(如：溅射气氛、溅射功率和溅射时间等)，在此不再赘述。
[0044] 实施例3 如实施例1的高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管的制备工艺，包含如下工序： 有源层的制备工序为在栅极绝缘层03上依次沉积各个子层的载流子隔离层041、载流 子传输层042,并对所沉积的子有源层进行刻蚀。
[0045] 优选，有源层的制备还包括在最顶层的子有源层上沉积半导体保护层043,并对所 沉积的半导体保护层进行刻蚀。
[0046] 其中，载流子隔离层041、载流子传输层042和半导体保护层043分别为含有镧系 或者IVB族元素中的至少一种元素掺杂的非晶金属氧化物薄膜。
[0047] 具体的，载流子隔离层041由含有铟、镓、铝、锌、锡、硅、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的 一种或多种元素的氧化物构成的非晶金属氧化物薄膜。载流子隔离层041的载流子浓度是 10 13~1018 cm3、厚度为 2 nm~10 nm。
[0048] 载流子传输层042是由以铟或者锡元素中的至少一种元素的氧化物为主成分，掺 杂镓、锌、错、娃、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多种元素构成的非晶金属氧化物薄膜，其 中主成分原子在构成载流子传输层042的金属氧化物薄膜的所有金属原子中的比例不低 于60%。载流子传输层042的载流子浓度是10 18~1021 cnT3,厚度为5~30 nm。
[0049] 半导体保护层043由含有铟、镓、铝、锌、锡、硅、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多 种元素的氧化物构成的非晶金属氧化物薄膜。载流子隔离层043的载流子浓度是10 13~1018 cm 3,厚度为 0 nm~20 nm〇
[0050] 本发明将非晶金属氧化物半导体有源层内部分为三个不同功能的区域，载流子隔 离层可由有效地避免具有高载流子浓度和高载流子迀移率的载流子传输层和栅极绝缘层 接触而形成的界面态，从而降低界面态对载流子传输层的影响；同时，通过引入半导体保 护层，其不仅能避免后续的制备工艺对载流子传输层的影响，而且，借助能带结构的调制作 用，能有效地抑制光生载流子对器件造成的影响，提高器件的稳定性，进而获得高性能的金 属氧化薄膜晶体管。
[0051] 在非晶金 属氧化物半导体有源层中，载流子隔离层041直接与栅极绝缘层03接 触。由于载流子隔离层041中各元素原子的结合相对稳定，其深能级缺陷较少，因此可以大 大降低栅极绝缘层03与有源层之间的界面态对器件性能的影响；同时，由于载流子传输层 042具有较高的载流子浓度和较高的载流子迀移率，在栅极02的电场作用下，所产生的载 流子快速注入并填充载流子隔离层041中的缺陷态，使器件表现出较低的亚阈值摆幅。另 外，由于载流子隔离层和载流子传输层之间载流子浓度存在一定的梯度，也即二者的费米 能级存在一定的差，当二者接触后在其界面处形成一定的能级差；由栅极电场的作用而产 生的载流子被主要限制在载流子传输层中。因此，薄膜晶体管表现为较低的亚阈值摆幅和 较高的迀移率。在稳定性方面，同时由于载流子隔离层与载流子传输层中价带与费米能级 之间的能级差满足|E a|>|Eb|的关系，这使得光生空穴无法向栅极绝缘层漂移，因此可以获 得更优的光照稳定性。
[0052]因此，本发明所制备的高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管，既可获得较高 的迀移率，又具有较高的稳定性。
[0053] 当高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管设置有多个子有源层时，相应的 制备方法是先制备第一层子有源层，然后再在第一层子有源层上依次沉积第二层子有源 层，……，依次制备其它子有源层和半导体保护层然后进行刻蚀获得整体结构的有源层。
[0054] 实施例4 一种高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管，如图2所示，通过如下工艺制备： 1) 在衬底01上制备并图形化金属导电层作为栅极02 ; 2) 在所述金属导电层上沉积绝缘薄膜作为栅极绝缘层03 ; 3) 在所述栅极绝缘层03上，使用ln203和ZnO两个独立靶材，采用共溅射的方法沉积 金属氧化物半导体薄膜。在溅射过程中通过逐渐调整两个靶材所用的溅射功率，实现调整 金属氧化物薄膜中的In、Zn比例。
[0055] 具体的，设置ln203靶材溅射功率100 W，ZnO靶材溅射功率50 W，设置溅射时间为 15 min，获得10 nm厚、In:Zn比为1 :2的IZ0共溅射薄膜，作为载流子隔离层041。
[0056] 然后将ln203祀材溅射功率提高到300 W，ZnO靶材溅射功率50 W，溅射10 min，获 得10 nm厚、In:Zn比为5 :1的高迀移率IZ0薄膜，作为载流子传输层042。
[0057] 最后，将ln203靶材溅射功率调整为100 W，ZnO靶材溅射功率提高到300 W，溅射 10分钟，获得厚度为10 nm、In :Zn比为1 :5的IZ0共溅射薄膜作为半导体保护层043。
[0058] 再图形化所述金属氧化物半导体薄膜，作为整体有源层； 4) 利用等离子增强化学气相沉积（PECVD)设备，以SiH4、02、N2作为反应气体，在200 W、100 Pa的条件下沉积200 nm厚的Si(V薄膜作为背沟道刻蚀阻挡层05。
[0059] 5)在所述背沟道刻蚀阻挡层上沉积导电薄膜层，然后图形化成为源、漏电极06图 形。
[0060] 6)在所述源、漏电极06上沉积绝缘薄膜作为钝化层07。
[0061] 至此，高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管就制备完毕。
[0062] 优选的，所述制备并图形化金属导电层之前，还可包括：在透明衬底01上沉积二 氧化硅（Si0 2)或氮化硅（Si3N4)作为缓冲层。对应的，制备并图形化金属导电层，包括：在所 述缓冲层上沉积并图形化金属导电层。
[0063] 具体的，制备所述金属导电层所使用的金属包括：铝（A1)，铜（Cu)，钼（Mo)，钛 (!';0，银(48)，金(411)，钽（13)，鹤（1)，络（〇)单质或错合金。金属导电层为单层金属薄膜， 或由单层Al，Cu，Mo, Ti，Ag，Au，Ta，Cr或错合金中任意两层以上组成的多层薄膜，金属导 电层的厚度为100 nm至2000 nm〇
[0064] 栅极绝缘层03为基于Si02, Si3N4, A1203，五氧化二钽（Ta205)或氧化镱（Y 203)绝缘 薄膜的单层薄膜，或是以上绝缘材料组成的多层薄膜，厚度为50 nm~500 nm。
[0065] 沉积所述导电薄膜层所使用的材料包括：Al，Cu，Mo，Ti，Ag，Au，Ta，W，Cr金属 单质或其合金，以及氧化铟锡透明导电薄膜ITO ;导电薄膜层也可采用上述两种或以上材 料的叠层结构，导电薄膜层的厚度为100 nm~2000 nm。
[0066] 钝化层07的材料为Si02, Si3N4, A1203, Y203,聚酰亚胺，光刻胶，苯丙环丁烯或聚甲 基丙稀酸甲醋，或是以上绝缘材料组成的多层薄膜，厚度为50 nm~2000 nm。
[0067] 本实施例采用相同的靶材、在同一腔室内通过不同的功率设定和溅射时间调整分 别溅射制备出载流子隔离层041、载流子传输层042和半导体保护层043,制备方式简单。由 于载流子隔离层041中各元素原子的结合相对稳定，其深能级缺陷较少，因此可以大大降 低栅极绝缘层03与有源层之间的界面态对器件性能的影响；同时，由于载流子传输层042 具有较高的载流子浓度和较高的载流子迀移率，在栅极02的电场作用下，所产生的载流子 快速注入并填充载流子隔离层041中的缺陷态，使器件表现出较低的亚阈值摆幅。另外， 由于载流子隔离层和载流子传输层之间载流子浓度存在一定的梯度，也即二者的费米能级 存在一定的差，当二者接触后在其界面处形成一定的能级差；由栅极电场的作用而产生的 载流子被主要限制在载流子传输层中。因此，薄膜晶体管表现为较低的亚阈值摆幅和较高 的迀移率。在稳定性方面，同时由于载流子隔离层与载流子传输层中价带与费米能级之间 的能级差满足|E a|>|Eb|的关系，这使得光生空穴无法向栅极绝缘层漂移，因此可以获得更 优的光照稳定性。另外，本实施例中半导体保护层的价带顶能级和其费米能级的差E。满足 I Eb | > | E。|的关系，因而光生载流子可以被迅速"湮灭"，也即大大提高了器件的光稳定性。再 者，半导体保护层可以对载流子传输区起到钝化和保护的作用，减少后续成膜工艺对传输 区所造成的影响，进一步保证了器件的稳定性。故，本发明的金属氧化物薄膜晶体管既具有 尚的迁移率，又具有尚的稳定性。
[0068]实施例5 一种高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管，如图2所示，通过如下工艺制备： 1)在衬底01上制备并图形化金属导电层作为栅极02。
[0069] 2)在所述金属导电层上沉积绝缘薄膜作为栅极绝缘层03。
[0070] 3)在所述栅极绝缘层03上，使用in-line式多祀材派射设备制备沉积金属氧化物 半导体薄膜。
[0071]具体的，在in-line式多靶材溅射设备中，按需求排布不同成分的溅射靶材，如图 3所示。比如在10位置放置IGZ0靶材（In: Ga: Zn=l: 1: 2)，11位置放置11'0靶材（111: Sn=5: 1)。当玻璃衬底01上以0. 5 m/min的速度水平运动时，先沉积5 nm的IGZ0,然后沉 积10 nm的IT0,最后再沉积10 nm的IGZ0-次形成复合金属氧化物半导体有缘层。可以 通过控制衬底01移动速度，以及靶材所占的面积比例，实现控制载流子隔离层041、载流子 传输层042以及半导体保护层043的厚度及具体组成，获得具有不同成分的薄膜。
[0072] 再图形化所述金属氧化物半导体薄膜，作为有源层； 4)利用等离子增强化学气相沉积（PECVD)设备，以SiH4、02、N 2作为反应气体，在200 W、100 Pa的条件下沉积100 nm厚的Si(V薄膜作为背沟道刻蚀阻挡层05。
[0073] 5)在所述背沟道刻蚀阻挡层上沉积金属层，然后图形化成为源、漏电极06图形。
[0074] 6)在所述源、 漏电极06上沉积绝缘薄膜作为钝化层07。
[0075] 至此，高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管就制备完毕。
[0076] 本实施例采用两种不同的靶材，在同一腔室内通过调整制备条件，以连续沉积方 式分别溅射制备出载流子隔离层041、载流子传输层042和半导体保护层043,制备方式简 单。所制备的金属氧化物薄膜晶体管既具有高的迀移率，又具有高的稳定性。
[0077] 实施例6 一种高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管，如图2所示，通过如下工艺制备： 1)在衬底01上制备并图形化金属导电层作为栅极02。
[0078] 2)在所述金属导电层上沉积绝缘薄膜作为栅极绝缘层03。
[0079] 3)在所述栅极绝缘层03上，使用in-line式多祀材派射设备制备沉积金属氧化物 半导体薄膜。
[0080] 具体的，在in-line式多腔室溅射设备中，按需求排布不同成分的溅射靶材，如图 4所示。比如在al腔室内的10靶位放置IN0靶材（In: Nd=l: 0. 1)，在a2腔室内的11位 置放置IZ0靶材（In: Zn=5: 1)，在a3腔室内的12位置放置ISO靶材（In: Si=l: 0. 05)。 当玻璃衬底01在al腔室中，先沉积7 nm的IN0,然后在a2腔室沉积10 nm的IZ0,最后在 a3腔室沉积10 nm的ISO形成复合金属氧化物半导体有缘层。再图形化所述金属氧化物半 导体薄膜，作为有源层。
[0081] 4)利用等离子增强化学气相沉积（PECVD)设备，以SiH4、0 2、N2作为反应气体，在 200 W、100 Pa的条件下沉积300 nm厚的Si(V薄膜作为背沟道刻蚀阻挡层05。
[0082] 5)在所述背沟道刻蚀保护层上沉积金属层，然后图形化成为源、漏电极06图形。
[0083] 6)在所述源、漏电极06上沉积绝缘薄膜作为钝化层07。
[0084] 至此，高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管就制备完毕。
[0085] 本实施例采用三种不同的靶材、在不同腔室内分别溅射制备出载流子隔离层041、 载流子传输层042和半导体保护层043。所得器件能级结构如图5所示，由于载流子隔离 层041与载流子传输层042价带之间存在能级差，阻止了光生空穴向栅极绝缘层03漂移； 另外，本实施例中半导体保护层的价带顶能级和其费米能级的差E。满足lEbblE。！的关系， 因而光生载流子可以被迅速"湮灭"，也即大大提高了器件的光稳定性。因此可以在保持高 迀移率的同时，获得优异的稳定性。所制备的器件性能如图6和图7所示。
[0086] 最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护 范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理 解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和 范围。
【主权项】
1. 一种高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于： 有源层由一个或多个子有源层叠置而成，每个子有源层由载流子隔离层和载流子传输 层构成； 最底层的载流子隔离层与栅极绝缘层接触，最底层的载流子隔离层之上为最底层的载 流子传输层，上一层的载流子隔离层、载流子传输层依次叠设于下一层的载流子传输层； 所述载流子隔离层和载流子传输层均为非晶金属氧化物薄膜； 所述载流子隔离层的载流子迀移率为a，载流子传输层的载流子迀移率为b，其满足： b>a； 所述每一个子有源层中，载流子隔离层的价带顶能级Evl与其费米能级Efl的能级差为 Eal，载流子传输层的价带顶能级Ev2与其费米能级E f2的能级差为E a2，且满足I Eal I > I Ea21。2. 根据权利要求1所述的高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于：还 设置有一个半导体保护层，所述半导体保护层叠设于最顶层的载流子传输层，所述半导体 保护层为非晶金属氧化物薄膜，所述半导体保护层的载流子迀移率为c，其满足：b>c。3. 根据权利要求2所述的高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于： 所述载流子隔离层的载流子浓度是1〇13~1〇 18 cnT3,厚度为2 nm~10 nm;所述载流子 传输层的载流子浓度是1〇18~1〇21 cnT3,厚度为5~30 nm;半导体保护层的载流子浓度是 1013~1018 cm3,厚度为不大于20 nm。4. 根据权利要求3所述的高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于： 所述载流子隔离层由含有铟、镓、铝、锌、锡、硅、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多种元 素的氧化物制备而成的非晶金属氧化物薄膜。5. 根据权利要求3所述的高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于： 所述载流子传输层是由以铟或者锡元素中的至少一种元素的氧化物为主成分，掺杂 镓、锌、铝、硅、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多种元素的氧化物构成的非晶金属氧化物薄 膜；其中主成分原子在构成载流子传输层的金属氧化物薄膜的所有金属原子中的比例不低 于 60%〇6. 根据权利要求3所述的高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于： 所述半导体保护层由含有铟、镓、铝、锌、锡、硅、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多种元 素的氧化物构成的非晶金属氧化物薄膜。7. 如权利要求1所述的高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管的制备工艺，其特 征在于： 所述有源层的制备工序为依次沉积包含载流子隔离层和载流子传输层的一个或多个 子有源层，并对所沉积的子有源层进行刻蚀。8. 如权利要求7所述的高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管的制备工艺，其特 征在于：所述有源层的制备还包括在最顶层的子有源层上沉积半导体保护层，并对所沉积 的半导体保护层进行刻蚀。9. 如权利要求8所述的高迀移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管的制备工艺，其特 征在于： 所述载流子隔离层由含有铟、镓、铝、锌、锡、硅、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多种 元素的氧化物构成的非晶金属氧化物薄膜，所述载流子隔离层的载流子浓度是1〇13~1〇18 cnT3、厚度为 2 nm~10 nm; 所述载流子传输层是由以铟或者锡元素中的至少一种元素的氧化物为主成分，掺杂 镓、锌、错、娃、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多种元素构成的非晶金属氧化物薄膜，其中 主成分原子在构成载流子传输层的金属氧化物薄膜的所有金属原子中的比例不低于60% ; 所述载流子传输层的载流子浓度是1〇18~1〇21 cnT3,厚度为5~30 nm; 所述半导体保护层由含有铟、镓、铝、锌、锡、硅、镧、镨、钕、钐、铕、铪中的一种或多种 元素的氧化物构成的非晶金属氧化物薄膜，所述半导体保护层的载流子浓度是1〇13~1〇18 cnT3,厚度为不大于20 nm〇
【专利摘要】一种高迁移率、高稳定性金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法。有源层由一个或多个子有源层叠置而成，每个子有源层由载流子隔离层和载流子传输层构成；最底层的载流子隔离层与栅极绝缘层接触，最底层的载流子隔离层之上为最底层的载流子传输层，上一层的载流子隔离层、载流子传输层依次叠设于下一层的载流子传输层；载流子隔离层和载流子传输层均为非晶金属氧化物薄膜；载流子隔离层的载流子迁移率为a，载流子传输层的载流子迁移率为b， b>a；每一个子有源层中，|Ea1|>|Ea2|。本发明的金属氧化物薄膜晶体管同时具有高迁移率和高稳定性。
【IPC分类】H01L29/06, H01L29/786, H01L21/336
【公开号】CN104882486
【申请号】CN201510207632
【发明人】徐华, 陈子凯, 李洪濛, 徐苗, 邹建华, 王磊, 陶洪, 彭俊彪
【申请人】广州新视界光电科技有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月29日