[发明专利]一种3D氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于平板显示领域，具体涉及一种3D氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

目前，在有机发光二极管OLED像素驱动单元平板显示领域，氧化物半导体薄膜晶体管OSTFT的应用已经越来越成熟。其相比非晶硅a-Si和低温多晶硅LTPS技术具有明显的优势：一、氧化锌及其掺杂半导体材料薄膜晶体管具有高迁移率以适应OLED显示模式、快速超大屏幕液晶显示模式和3D显示模式等诸多模式；二、氧化锌及其掺杂半导体材料薄膜晶体管是非晶材料，具有良好一致的电学特性；三、氧化锌及其掺杂半导体材料薄膜晶体管兼容于现在的平板显示技术，能够适用大的玻璃衬底（低温工艺）；四、氧化锌及其掺杂半导体材料薄膜晶体管比非晶硅薄膜晶体管和有机薄膜晶体管更加稳定；五、氧化锌及其掺杂半导体材料薄膜晶体管还具有其他优势，比如当尺寸减小时没有短沟道效应，也没有类似与单晶硅的扭结（kink）效应。随着集成电路制造和平板显示技术的发展，提高薄膜晶体管TFT的性能和降低其制作成本对促进平板显示的发展极为重要。氧化锌铝AlZnO（AZO）作为新型透明导电薄膜，在可见光范围具有较高的透射率，化学稳定性高，而且材料的来源丰富、价格便宜；并且具有可同透明导电膜氧化铟锡ITO薄膜相比拟的光电特性，逐渐成为ITO导电薄膜的替代材料，受到广泛的关注和研究。因而AZO导电薄膜在太阳能电池、液晶显示、防静电等领域中，有广泛的应用前景。用AlZnO（AZO）作为薄膜晶体管TFT的沟道层可以获得高迁移率等诸多性能良好的薄膜晶体管。另一方面，如今在业内普遍应用的是铟镓锌氧薄膜晶体IGZO-TFT。但是，由于铟元素是一种存储量十分有限的稀有金属，成本高昂，且有剧毒，所以寻找一种能够替代IGZO的材料是十分有必要的。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明目提供一种高迁移率、高开态电流、与目前集成电路制备工艺兼容的3D氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法。

本发明的一个目的在于提供一种3D氧化物半导体薄膜晶体管。

本发明的3D氧化物半导体薄膜晶体管包括：下层源电极和下层漏电极、下层有源区、下层栅介质、栅电极、上层栅介质、上层有源区、以及上层源电极和上层漏电极；其中，在衬底上的两端形成下层源电极和下层漏电极，在衬底上并且在部分下层源电极和下层漏电极上形成下层有源区，在下层有源区上形成下层栅介质，在下层栅介质上形成栅电极，在栅电极上形成上层栅介质，上层栅介质和下层栅介质相连形成有源区并包裹住栅电极，在上层栅介质上形成上层有源区，在上层有源区上形成上层源电极和上层漏电极，上层源电极和上层漏电极分别与下层源电极和下层漏电极相连形成源电极和漏电极。

本发明的3D氧化物半导体薄膜晶体管具有两层有源区。

源电极和漏电极为非透明的导电薄膜，如Al、Cr、Mo等非透明的导电金属中的一种；或透明导电薄膜，如ITO、AZO、InO等透明的氧化物导电薄膜中的一种。

有源区采用氧化锌铝或其掺杂物，掺杂物为如Ga、In、Hf、Zr等III或IV族元素中的一种。

上层栅介质和下层栅介质的材料为二氧化硅、氮化硅以及高介电常数绝缘材料中的一种或者多种的组合。标准集成电路工艺可使用溅射、化学气相淀积等技术。

栅电极为Al、Ti和Cr等非透明金属中的一种；或者为ITO、AZO、InO等透明的氧化物导电薄膜中的一种。

本发明的另一个目的在于提供一种3D氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法。

本发明的一种3D氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：

1）在半导体或玻璃的衬底上生长一层非透明导电薄膜或透明导电薄膜，然后光刻和刻蚀形成下层源电极和下层漏电极；

2）溅射第一层氧化锌铝AZO或其掺杂物薄膜形成下层有源区，在溅射台内退火处理；

3）标准集成电路制备工艺生长一层绝缘材料形成下层栅介质；

4）溅射生长一层导电材料形成栅电极，在溅射台内退火处理；

5）光刻和刻蚀工艺（或者标准剥离工艺）刻蚀出栅电极、绝缘的下层栅介质和下层有源区的三层叠层；

6）标准集成电路制备工艺生长一层绝缘材料形成上层栅介质；

7）溅射形成第二层氧化锌铝AZO或其掺杂物薄膜形成上层有源区，在溅射台内退火处理；

8）光刻和刻蚀工艺（或者标准剥离工艺）刻蚀出绝缘的上层栅介质和上层有源区的两层叠层；