[发明专利]一种底栅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，具体涉及一种在玻璃衬底或者塑料衬底上的底栅薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

半导体产业是当今信息化社会的支柱产业，而其中起放大以及开关作用的晶体管具有极为重要的地位。晶体管从最初简单的结型和点接触晶体管到现在大规模产业化的非晶硅薄膜晶体管已有80多年的历史。20世纪六、七十年代开发的CdS、CdSe薄膜晶体管虽在有源液晶显示器AMLCD获得应用,但由于硫化物有源层的不稳定和高昂的制作成本,没有获得有产业意义的突破。稍后开发的以硅基晶体管为代表的金属-氧化物-半导体晶体管MOSFET极大地推动了平板显示器特别是有源液晶显示器的产业化进程。

传统工艺使用非晶硅薄膜晶体管技术，后来，又研究开发多晶硅技术。但非晶硅薄膜晶体管工艺逐渐显露出其局限性,主要是低的迁移率和不透明性。前者限制了器件的响应速度,后者则降低器件的开口率。非晶硅晶体管的另一个突出问题是带隙小（1.17eV）,需要黑矩阵来阻挡可见光照射,以免产生额外的光生载流子,这就增加了工艺的复杂性和成本。多晶硅技术又由于制备温度高、工艺复杂、大面积均匀性差等因素很难实际应用，显示技术的发展遇到了瓶颈。近来又发展了一种基于氧化锌基的新型薄膜晶体管技术。

ZnO是宽禁带II-VI族半导体，原子间主要以极性共价键结合，为纤锌矿结构，禁带宽度约为3.37eV，在可见光区的透光率达到80%以上，可用于全透明显示器；其次，氧化锌基ＴＦＴ的迁移率一般比传统非晶硅ＴＦＴ高一个数量级，电流驱动能力更强（Ｉ∝μ·Ｗ／Ｌ），更适合用于驱动有源发光二极管显示屏AMOLED。另外，它在室温下可通过磁控溅射大面积均匀成膜，因此可用于柔性显示器。由于氧化锌基薄膜晶体管TFT所展示出来的优良电学性能和较为简单的制备条件，与硅基薄膜晶体管TFT相比，氧化锌基TFT比较适合应用于新型显示器件。

目前，关于氧化锌基半导体薄膜材料的研究有很多，比如氧化锌镓ZnO＋Ga₂O₃，氧化锌铝ZnO＋Al₂O₃，氧化锌铟ZnO＋In₂O₃，氧化锌镉ZnO＋Gd₂O₃，氧化锌镁ZnO＋MgO，氧化锌铟镓（Indium Gallium Zinc Oxide，IGZO）等等。其中，IGZO是目前最受欢迎的透明半导体材料，然而由于材料中的In是稀有元素，地球中含量稀少而且有毒，制造本高而且不环保，因此很难在大规模生中应用。氧化锌镓ZnO＋Ga₂O₃还较少有人研究，而且氧化锌镓通常被当成透明导电材料研究。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，提出本发明。

本发明的一个目的在于提供一种薄膜晶体管。

本发明的薄膜晶体管包括：衬底、栅电极、栅介质层、沟道层、源电极和漏电极，其中，在衬底上形成栅电极，在栅电极上形成栅介质层，在栅介质层上形成沟道层，以及在沟道层的两端分别形成源电极和漏电极，沟道层的材料采用掺镓的氧化锌半导体材料，其中镓的含量为1%~10%（质量）。

衬底的材料为透明的玻璃或者柔性的塑料。

栅电极的材料为氧化铟锡ITO或氧化锌镓GZO等的透明的导电材料。

栅介质层的材料采用二氧化硅或者氮化硅等的绝缘材料。

源电极和漏电极为氧化铟锡ITO或氧化锌镓GZO等的透明的导电材料。

本发明的另一个目的在于提供一种薄膜晶体管的制备方法。

本发明的薄膜晶体管的制备方法包括以下步骤：

1）在玻璃或者塑料的衬底上生长一层透明的导电薄膜，光刻刻蚀形成栅电极；

2）紧接着生长一层绝缘的栅介质材料，光刻刻蚀形成栅介质层；

3）在栅介质层上生长一层掺镓的氧化锌半导体材料，并通入适量的氧气，光刻刻蚀形成沟道层；

4）生长一层导电薄膜，光刻刻蚀形成源电极和漏电极；

5）生长一层钝化介质层，光刻和刻蚀形成栅电极、源电极和漏电极的引出孔；

6）生长一层金属薄膜，光刻和刻蚀形成金属电极和互连。

其中，在步骤1）中，形成栅电极所生长的导电薄膜采用氧化铟锡ITO或氧化锌镓GZO等的透明的导电材料。

在步骤2）中，形成栅介质层所生长的栅介质材料采用二氧化硅或者氮化硅等的绝缘材料。