[发明专利]一种金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

近年来，新型平板显示（FPD）产业发展日新月异。消费者对于大尺寸、高分辨率平板显示的高需求量刺激着整个产业不断进行显示技术提升。而作为FPD产业核心技术的薄膜晶体管（TFT）背板技术，也在经历着深刻的变革。

传统的非晶硅（α-Si）TFT因为迁移率较低（一般小于0.5），难以实现高分辨率显示，正面临着被市场淘汰的命运；低温多晶硅（LTPS）TFT虽然迁移率高（50~150），但是一方面生产工艺复杂、设备投资昂贵，一方面在大尺寸显示中还存在着均匀性差、良品率低等问题，导致LTPS在大尺寸FPD领域的进一步发展举步维艰。相比之下，金属氧化物TFT（MOTFT）不仅具有较高的迁移率（在5~50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MOTFT技术自诞生以来便备受业界瞩目。

目前MOTFT主要使用的结构有背沟道刻蚀结构和刻蚀阻挡层结构。背沟道刻蚀结构是在生成有源层之后，在有源层上沉积金属层，并且图形化作为源、漏电极。而刻蚀阻挡层结构是在有源层生成之后，先制作一层刻蚀阻挡层，再在之上沉积金属层并且图形化作为源、漏电极。

背沟道刻蚀结构制作工艺较为简单，并且与传统非晶硅制作工艺相同，设备投资和生产成本都较低廉。该结构被认为是，金属氧化物薄膜晶体管实现大规模量产和能够广泛使用的必然发展方向。但是在有源层上刻蚀源、漏电极时，无论是采用干法刻蚀还是湿法刻蚀都会出现背沟道损伤的问题：采用干法刻蚀时，金属氧化物容易受到离子损伤，导致暴露的沟道表面有载流子陷阱生成以及氧空位浓度增加，使得器件稳定性较差；采用湿法刻蚀时，因为有源层对大部分酸性刻蚀液都比较敏感，很容易在刻蚀过程中被腐蚀，从而也将极大地影响器件性能。该结构的MOTFT目前还无法实现产品化。

使用刻蚀阻挡层结构的MOTFT可以很大程度地避免上述问题，因此它的稳定性比较好，目前该结构薄膜晶体管已商业化。但是因为其需要增加额外的光刻掩膜版制作刻蚀阻挡层，导致工艺复杂，制作成本高。

因此，针对现有技术不足，提供一种稳定性好、制备工艺简单、成本低廉的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。

发明内容

本发明的目的之一是提供了一种金属氧化物薄膜晶体管的制备方法，该制备方法具有制造工艺简单、成本低廉且所制备的金属氧化物薄膜晶体管稳定性高的特点。本发明同时提供一种通过该方法制备的金属氧化物薄膜晶体管。

本发明的上述目的通过如下技术手段实现。

一种金属氧化物薄膜晶体管的制备方法，依次包括如下步骤。a.在衬底上制备并图形化金属导电层作为栅极；

b.在所述金属导电层上沉积第一绝缘薄膜作为栅极绝缘层；

c.在所述栅极绝缘层上沉积金属氧化物薄膜并图形化作为有源层；

d.在所述有源层上沉积有机导电薄膜作为背沟道刻蚀保护层；

e.在所述背沟道刻蚀保护层上沉积金属层然后图形化作为源、漏电极图形；

f.在所述源、漏电极上沉积第二绝缘薄膜作为钝化层。

上述背沟道刻蚀保护层的厚度设置为1~50 nm。

上述步骤d中具体是采用富勒烯（C₆₀）、富勒烯的衍生物PCBM（[6,6]-phenyl-c61-butyric acid methyl ester）、碳纳米管、石墨烯或者3,4-聚乙撑二氧噻吩（PEDOT:PSS）、三(8-羟基喹啉)铝（Alq₃）等有机材料沉积形成有机导电薄膜。

上述背沟道刻蚀保护层的成膜方式为旋涂法或者真空热蒸发法或者丝网印刷或者喷墨打印方式成膜。

优选的，上述步骤a中衬底设置为具有缓冲层的玻璃衬底或者具有水氧阻隔层的柔性衬底；

当所述衬底为柔性衬底时，柔性衬底具体设置为聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚酰亚胺（PI）或者金属箔柔性衬底。

优选的，上述步骤a中在衬底上制备并图形化金属导电层所使用的金属为铝、铜、钼、钛、银、金、钽、钨、铬单质或铝合金；

所述金属导电层为单层铝薄膜、铜薄膜、钼薄膜、钛薄膜、银薄膜、金薄膜、钽薄膜、钨薄膜、铬薄膜或铝合金薄膜；或者是由以上单层金属薄膜构成的两层以上的薄膜；

所述金属导电层的厚度设置为100 nm至2000 nm；

所述金属导电层作为金属氧化物薄膜晶体管栅极。