[发明专利]氧化物半导体及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一类氧化物半导体及其制造方法。

背景技术

作为具有广泛应用前景的新型显示——有机发光二极管（OLED，Organic Light-Emitting Diode），近年来已经开始有中小尺寸的产品进入市场，但大尺寸电视产品还没有产业化，大尺寸OLED须采用有源矩阵有机发光二极管面板（AMOLED，Active Matrix/Organic Light Emitting Diode），它包括2个部分：薄膜晶体管（TFT，Thin Film Transistor）驱动部分和OLED发光部分。因为OLED是电流驱动型的，这要求驱动OLED的TFT的有源层有较高载流子迁移率，传统的用于驱动液晶显示（LCD，Liquid Crystal Display）的非晶硅TFT的电子迁移率较低，较难满足OLED的需求。目前AMOLED产品主要用低温多晶硅（LTPS，Low Temperature Poly-silicon）TFT驱动，但是其在大面积晶化工艺方面遇到困难，并且晶化工艺成本较高，无法突破AMOLED高成本的瓶颈，因此迫切需要研究新的具有替代硅材料潜力的有源材料。基于氧化锌(ZnO)的氧化物半导体以其迁移率高、电学均匀性好、对可见光透明、制造温度低和成本低等优点被认为是最适合驱动OLED的有源材料之一。

氧化物半导体主要包括氧化锌（ZnO）、氧化铟锌（IZO）、氧化铟镓锌（IGZO）以及氧化铝铟锌（AIZO）等。目前这些氧化物半导体面临的主要问题是阈值电压为负（常开状态）、亚阈值摆幅较大以及电学稳定性不足等。其中，阈值电压为负数意味着需要加一个负电压才能将其关断，会造成整个TFT面板的功耗增大；亚阈值摆幅较大意味着半导体内的缺陷较多，会影响器件的可靠性和开关特性。

发明内容

鉴于上述问题，本发明实施例提供了一类氧化物半导体，这类氧化物半导体包含微量掺杂物，这些微量掺杂物能抑制过剩的本征载流子，并能通过掺杂量的大小来调控TFT器件的阈值电压，同时能降低器件的亚阈值摆幅。

本发明提供的氧化物半导体，包括：

Al_xIn_yZn_z氧化物和微量掺杂物；

所述x，y和z表示Al_xIn_yZn_z氧化物中铝（Al），铟（In）和锌（Zn）的原子比；其中，0.01≤x≤0.2，0.3≤y≤0.7，0.3≤z≤0.7，并且x+y+z=1；

所述微量掺杂物包括：稀土元素，稀土元素的氧化物，4B族元素，4B族元素氧化物，5B族元素或5B族元素氧化物中的任意一种或两种以上的组合。

可选的，所述的稀土元素为镧（La）、铯（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）、钪（Sc）和钇（Y）中的一种；所述的4B族元素为钛（Ti）、锆（Zr）和铪（Hf）中的一种；所述的5B族元素为钒（V）和铌（Nb）中的一种。

可选的，所述微量掺杂物的量在0.01wt.%至5wt.%范围内。

本发明提供的氧化物半导体的制造方法，包括：

将微量掺杂物，氧化铝，氧化铟以及氧化锌四种原料分别制造成四个靶材，并安装在四个不同靶位上同时溅射，通过调节不同靶位的溅射功率控制所述四种原料的比例，以达到Al_xIn_yZn_z氧化物的目标原子比，及Al_xIn_yZn_z氧化物和微量掺杂物的目标比例；

或，将氧化铝，氧化铟以及氧化锌三种原料按所述目标原子比制造成氧化物靶材，将所述氧化物靶材与微量掺杂物靶材安装在两个不同靶位上同时溅射，通过调节不同靶位的溅射功率控制所述Al_xIn_yZn_z氧化物和微量掺杂物的目标比例；

或，将氧化铝，氧化铟以及氧化锌三种原料中的任意两种按所述目标原子制造成第一靶材，剩余的一种原料制造成第二靶材；将第一靶材，第二靶材和微量掺杂物靶材安装在三个不同靶位上同时溅射，通过调节不同靶位的溅射功率控制所述Al_xIn_yZn_z氧化物和微量掺杂物的目标比例。