[发明专利]稳定高迁移率的MOTFT和低温下的制备

说明书

技术领域

本发明一般涉及高迁移率的稳定MOTFT和低温下的制备工艺。

背景技术

目前金属氧化物薄膜晶体管(MOTFT)因其在纳米晶或非晶态中相对的高迁移率而引起人们的强烈兴趣。另外，在许多应用中，希望在低于某些温度下制备高迁移率TFT，以便可以使用柔性和/或有机衬底。这种TFT中的有源半导体层必须在相对低的温度(如室温)形成/沉积，但是仍然有相对高的迁移率和稳定性。

多晶硅不能被用于这样的有源层：通过将晶粒的尺寸增加到与沟道长度可比较的水平，可以实现多晶硅TFT中的高迁移率。仅有少量的晶粒存在于沟道区域，由于它的大统计波动导致器件的非均一性。此外，多晶硅TFT中的高迁移率仅能在相对高的温度(典型地，超过500℃)实现。相似的趋势也存在于基于CdSe的TFT中，当有源层在高于某个温度形成(或后烘烤)并且晶粒的尺寸变得与沟道长度基本上可比较时，才可以实现基于CdSe的TFT中的高迁移率。相似地，由于每个TFT沟道位置处的晶粒边界和晶体晶粒尺寸和数量的波动性，微晶半导体的TFT特性会变化，即使在阵列的相邻的器件之间。例如，在亚微米栅极下的导电区域，每个不同的TFT可以包括从一个或两个多晶硅晶体晶粒到数个晶体晶粒，并且导电区域中的不同数量的晶体会产生不同的特性。不同的晶粒之中的尺寸和它们的物理特性也是不同的。

现有技术中已知，目前标准薄膜晶体管的沟道长度小于大约5微米，尤其对于便携显示应用。出于本公开的目的考虑，术语“非晶”限定为一种具有晶粒尺寸的材料，沿着沟道长度，比当前标准薄膜晶体管的沟道长度小得多，比如大约100纳米或更小。以这种方式，面积为5x5＝25μm²的沟道区域的晶粒数量大于10³，并且不同TFT中的性能差异在实际应用中会变得可以忽略不计。这样，通过有造成器件之间小得多的性能波动的大量的晶粒边界，由非晶或纳米晶体金属氧化物形成的沟道层的MOTFT可以保证与非晶硅TFT相似的均一性。

典型的基于非晶In-Ga-Zn-O的MOTFT的迁移率小于15cm²/Vs。然而，高质量的多晶硅TFT的迁移率大约在40到100cm²/Vs。许多显示应用需要迁移率与稳定性与那些由多晶硅TFT展现的一样。因此，将迁移率改善大于40cm²/Vs会使得MOTFT更有吸引力。MOTFT的迁移率强烈依赖于沟道层的体积载流子浓度。为了实现高迁移率，体积载流子浓度必须等于或大于10¹⁸/cm³。但是体积载流子浓度能被提升到多高是有限制的。在大多数应用中，希望阈值电压(V_th)接近于零且栅极电压处于小于20V的范围内。例如，有机发光二极管(OLED)或无机LED的TFT像素驱动器通常工作在0-10V的期望范围，而对于AMLCD是在0-15V的范围。

栅极电压控制下的电荷是C_g(V_g-V_th)，这里C_g是栅极电容，V_g是栅极电压，V_th是阈值电压。于是体积载流子浓度被C_g(V_g-V_th)/d限制，这里d是载流子传输层(MOTFT沟道)的厚度。为实现高迁移率器件，载流子传输层的厚度“d”应做的尽可能的小。但是厚度d受底层衬底的表面质量(如粗糙度和均一性)限制。在底层衬底表面是玻璃上的电介质层或基于聚合物的衬底的情况下，沟道层下典型的表面粗糙度大约在0.2-2nm。

在使用薄膜载流子传输层的情况下，其它因素也必须被考虑到。例如，当载流子传输层极薄的时候，稳定性可能或易于被环境损害。首先，在工艺过程中，极薄的有源层可能被各种工艺材料攻击和损坏或甚至破坏。其次，即使在工艺过程中设法避免此种问题的普遍发生，但如果在器件的制备和操作过程中，极薄的有源层被暴露于氧气或水，则运行的稳定性会受到损害。

因此，补救现有技术中上述的和其它的内在缺陷将是非常有益的。

因此，本发明的目的是提供新的和改进的制备稳定高迁移率金属氧化物薄膜晶体管(MOTFT)的工艺。

本发明的再一个目的是提供一种新的和改进的低温下的制备稳定非晶金属氧化物薄膜晶体管(MOTFT)的工艺。

本发明的另一个目的是提供一种新的和改进的制备迁移率等于或大于40cm²/Vs的稳定非晶金属氧化物薄膜晶体管(MOTFT)的工艺。