專利名稱：金屬氧化物薄膜晶體管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，特別涉及一種金屬氧化物薄膜晶體管及其制備方法。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管的應(yīng)用范圍廣，如可以應(yīng)用在顯示裝置的開關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)器件。在薄膜晶體管中，其電學(xué)性能和溝道層的材料和形態(tài)有密切的關(guān)系。在商業(yè)生產(chǎn)的液晶顯示裝置中，薄膜晶體管(Thin Film Transistor，TFT)溝道層主要為非晶硅層，其遷移率較低，約為0. 5cm2/Vs的電荷遷移率，因此其應(yīng)用于大屏幕、高頻驅(qū)動(dòng)顯示器件上有較大限制。近年來，人們已經(jīng)對(duì)使用氧化物半導(dǎo)體材料層作為TFT的溝道層進(jìn)行了研究，如在ZnO類薄膜晶體管中，溝道層可由ZnO類材料(例如 氧化物、氧化物或(氧化物)形成。其優(yōu)點(diǎn)是可以在相對(duì)低的溫度下制備晶體管陣列，此外，由于ZnO類薄膜晶體管可處于非晶態(tài)，所以可在相對(duì)大的面積上形成ZnO類薄膜晶體管。更為重要的一點(diǎn)是， 其具有比非晶硅層高的電荷遷移率。如fe-In-ai-0層是一種ZnO基材料層，它的電荷遷移率比非晶硅層高幾十倍。因此，使用ZnO類材料作為溝道層的薄膜晶體管預(yù)期將成為顯示裝置的下一代驅(qū)動(dòng)器件。然而，使用ZnO基材料層用作薄膜晶體管溝道層，在后續(xù)工藝制程中存在被損傷的風(fēng)險(xiǎn)。圖1是傳統(tǒng)薄膜晶體管的視圖。一般的薄膜晶體管制程是現(xiàn)在襯底10上形成柵電極20，在襯底10和柵極20的部分上形成柵絕緣層30，然后在柵絕緣層30的對(duì)應(yīng)于柵極 20的部分上形成溝道40，溝道層是由Si氧化物類材料形成。然后在溝道40上形成源電極 50和漏電極60，最后在溝道層40、源電極50和漏電極60上形成保護(hù)層70。但溝道層40 會(huì)在等離子干法刻蝕或藥液濕法刻蝕工藝中被破壞。例如，在一般采用濕法刻蝕工藝制備金屬源電極50和漏電極60時(shí)，電極材料會(huì)殘留在溝道40上；另外，刻蝕金屬一般用的酸液也會(huì)對(duì)Si氧化物產(chǎn)生腐蝕。這些因素都會(huì)導(dǎo)致晶體管電學(xué)特性的劣化。美國(guó)專利US20090256147提到了采用單層的有機(jī)物如聚酰亞胺作為溝道的保護(hù)層，但是實(shí)際效果并不理想，因該層有機(jī)保護(hù)層比較脆弱，在后續(xù)工序中易被各種化學(xué)藥液、輕微摩擦等外界因素的損傷，并不能使得溝道區(qū)域得到較好的保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是使得金屬氧化物薄膜晶體管電學(xué)特性比較穩(wěn)定。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種金屬氧化物薄膜晶體管，包括襯底，在襯底上形成有柵電極，在襯底和柵電極上形成有柵絕緣層，在柵絕緣層上對(duì)應(yīng)于柵電極的部分形成有溝道層，在溝道層和柵絕緣層上面覆蓋有保護(hù)層，在保護(hù)層的刻蝕孔和溝道層上形成有源電極和漏電極，所述保護(hù)層分為第一保護(hù)層和第二保護(hù)層兩層，第一保護(hù)層覆蓋在溝道層和柵絕緣層上面，第二保護(hù)層覆蓋在第一保護(hù)層上面，第二保護(hù)層的硬度和致密性大于第一保護(hù)層。所述溝道層可以是ai氧化物半導(dǎo)體層。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種金屬氧化物薄膜晶體管的制備方法， 包括以下步驟一 .在襯底上形成柵電極；二.在襯底和柵電極上形成柵絕緣層；三.在柵絕緣層上對(duì)應(yīng)于柵電極的部分形成溝道層；四.在溝道層和絕緣柵層上涂覆第一保護(hù)層；五.在第一保護(hù)層上生長(zhǎng)第二保護(hù)層，第二保護(hù)層的硬度和致密性大于第一保護(hù)層；六.在包括第一保護(hù)層及第二保護(hù)層的保護(hù)層上進(jìn)行光刻工藝制備出刻蝕孔，接著在刻蝕孔處和溝道層上形成源電極和漏電極。較佳的，第一保護(hù)層為旋涂聚酰亞胺或PVA，第二保護(hù)層為SiNx、SiO2或Ta2O5，第一保護(hù)層采用低溫涂覆方法形成，第二保護(hù)層采用物理氣相沉積方式或化學(xué)氣相沉積方式形成；通過濺射法或溶液法形成ai氧化物半導(dǎo)體材料層作為溝道層。本發(fā)明的金屬氧化物薄膜晶體管，含有雙層保護(hù)層，利用雙層保護(hù)層可以實(shí)現(xiàn)源、 漏電極圖形的精確加工，同時(shí)還可以避免晶體管中鋅基氧化物類溝道層受到后續(xù)工藝中藥液或輕微外力等外界的影響，因?yàn)殡p層保護(hù)層的作用，所制備的器件的電學(xué)特性比較穩(wěn)定， 同時(shí)，該雙層保護(hù)層的制備工藝上并不需要增加光刻工藝次數(shù)，操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，并降低成本。


為了更清楚地說明本發(fā)明或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)本發(fā)明或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。圖1是傳統(tǒng)氧化物薄膜晶體管的剖視圖；圖2是本發(fā)明的金屬氧化物薄膜晶體管一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明中的附圖，對(duì)本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例一如圖2所示，金屬氧化物薄膜晶體管，包括襯底10，在襯底10上形成有柵電極20， 在襯底10和柵電極20上形成有柵絕緣層30，在柵絕緣層30上對(duì)應(yīng)于柵電極20的部分形成有溝道層40，在溝道層40和柵絕緣層30上面覆蓋有保護(hù)層，在保護(hù)層的刻蝕孔和溝道層40上形成有源電極50和漏電極60，所述保護(hù)層分為第一保護(hù)層70和第二保護(hù)層80兩層，第一保護(hù)層覆蓋在溝道層40和柵絕緣層30上面，第二保護(hù)層80覆蓋在第一保護(hù)層70 上面，第二保護(hù)層80的硬度和致密性大于第一保護(hù)層70。
較佳的，第一保護(hù)層70為旋涂聚酰亞胺或PVA等有機(jī)材料薄膜，第二保護(hù)層80為 SiNx, SiO2或Ta2O5等硬度、致密性較第一保護(hù)層70大的無機(jī)材料薄膜。較佳的，襯底10是硅基板、玻璃基板或塑料基板，襯底10可以是透明或不透明；較佳的，柵電極20是金屬層，可以是Mo單層、包括Mo層的多金屬層、包括Ti的金屬層或包括Cu、Au的金屬層；較佳的，柵絕緣層30是氮化硅、氧化硅層或高K值絕緣有機(jī)材料；較佳的，溝道層40是氧化物半導(dǎo)體材料層，例如Si氧化物半導(dǎo)體層，包括&10、 InZnO 和 hfeiaiO 等；實(shí)施例二本發(fā)明的金屬氧化物薄膜晶體管的制備方法，包括以下步驟一 .在襯底上形成導(dǎo)電材料構(gòu)成的柵電極；二.在襯底和柵電極上形成柵絕緣層；三.在柵絕緣層上對(duì)應(yīng)于柵電極的部分形成溝道層；四.在溝道層和絕緣柵層上涂覆第一保護(hù)層；五.在第一保護(hù)層上生長(zhǎng)第二保護(hù)層，第二保護(hù)層的硬度和致密性大于第一保護(hù)層；六.在包括第一保護(hù)層及第二保護(hù)層的保護(hù)層上進(jìn)行光刻工藝制備出刻蝕孔，接著在刻蝕孔處和溝道層上形成源電極和漏電極。較佳的，第一保護(hù)層為旋涂聚酰亞胺或PVA等有機(jī)材料薄膜，第二保護(hù)層為SiNx、 SiO2或Ta2O5等無機(jī)材料薄膜，第一保護(hù)層采用旋涂、狹縫涂布、噴灑涂布等低溫涂覆方法形成，第二保護(hù)層采用物理氣相沉積(PVD)方式或化學(xué)氣相沉積(PECVD)方式形成。較佳的，使用物理氣相沉積(PVD)方式形成金屬層，然后將金屬層通過光刻工藝形成柵電極。較佳的，使用化學(xué)氣相沉積(PECVD)方式或物理氣相沉積(PVD)方式形成氮化硅或氧化硅層作為柵絕緣層，或者采用涂覆工藝涂覆高K值絕緣有機(jī)材料作為柵絕緣層。較佳的，通過濺射法或溶液法形成Si氧化物半導(dǎo)體材料層(如aiO、InZnO和 InGaZnO等)作為溝道層。較佳的，源電極和漏電極，可以在曝光顯影后，等離子體刻蝕保護(hù)層形成刻蝕孔， 然后采用物理氣相沉積(PVD)方式或蒸鍍法形成。一般來說，本發(fā)明的金屬氧化物薄膜晶體管可以加工形成二維和三維的集成器件中的元件，這些集成器件可以應(yīng)用在柔性集成電路、有源矩陣顯示等方面，本發(fā)明的金屬氧化物薄膜晶體管可以采用低溫制程。本發(fā)明的金屬氧化物薄膜晶體管，含有雙層保護(hù)層，利用雙層保護(hù)層可以實(shí)現(xiàn)源、 漏電極圖形的精確加工，同時(shí)還可以避免晶體管中鋅基氧化物類溝道層受到后續(xù)工藝中藥液或輕微外力等外界的影響，因?yàn)殡p層保護(hù)層的作用，所制備的器件的電學(xué)特性比較穩(wěn)定， 同時(shí)，該雙層保護(hù)層的制備工藝上并不需要增加光刻工藝次數(shù)，操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，并降低成本。
權(quán)利要求
1.一種金屬氧化物薄膜晶體管，包括襯底，在襯底上形成有柵電極，在襯底和柵電極上形成有柵絕緣層，在柵絕緣層上對(duì)應(yīng)于柵電極的部分形成有溝道層，在溝道層和柵絕緣層上面覆蓋有保護(hù)層，在保護(hù)層的刻蝕孔和溝道層上形成有源電極和漏電極，其特征在于，所述保護(hù)層分為第一保護(hù)層和第二保護(hù)層兩層，第一保護(hù)層覆蓋在溝道層和柵絕緣層上面，第二保護(hù)層覆蓋在第一保護(hù)層上面，第二保護(hù)層的硬度和致密性大于第一保護(hù)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氧化物薄膜晶體管，其特征在于，第一保護(hù)層為有機(jī)材料薄膜，第二保護(hù)層為硬度和致密性大于第一保護(hù)層的無機(jī)材料薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬氧化物薄膜晶體管，其特征在于， 第一保護(hù)層為旋涂聚酰亞胺或PVA，第二保護(hù)層為SiNx、SiO2或Ta205。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬氧化物薄膜晶體管，其特征在于， 所述襯底是硅基板、玻璃基板或塑料基板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬氧化物薄膜晶體管，其特征在于，所述柵電極是Mo單層、包括Mo層的多金屬層、包括Ti的金屬層或包括Cu、Au的金屬層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬氧化物薄膜晶體管，其特征在于， 所述柵絕緣層是氮化硅或氧化硅層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬氧化物薄膜晶體管，其特征在于， 所述溝道層是氧化物半導(dǎo)體材料層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬氧化物薄膜晶體管，其特征在于， 所述溝道層是Si氧化物半導(dǎo)體層。
9.一種金屬氧化物薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟一.在襯底上形成柵電極；二.在襯底和柵電極上形成柵絕緣層；三.在柵絕緣層上對(duì)應(yīng)于柵電極的部分形成溝道層；四.在溝道層和絕緣柵層上涂覆第一保護(hù)層；五.在第一保護(hù)層上生長(zhǎng)第二保護(hù)層，第二保護(hù)層的硬度和致密性大于第一保護(hù)層；六.在包括第一保護(hù)層及第二保護(hù)層的保護(hù)層上進(jìn)行光刻工藝制備出刻蝕孔，接著在刻蝕孔處和溝道層上形成源電極和漏電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的金屬氧化物薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，第一保護(hù)層為旋涂聚酰亞胺或PVA，第二保護(hù)層為SiNx、Si&或Ta2O5，第一保護(hù)層采用低溫涂覆方法形成，第二保護(hù)層采用物理氣相沉積方式或化學(xué)氣相沉積方式形成； 通過濺射法或溶液法形成Si氧化物半導(dǎo)體材料層作為溝道層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬氧化物薄膜晶體管，包括襯底，在襯底上形成有柵電極，在襯底和柵電極上形成有柵絕緣層，在柵絕緣層上對(duì)應(yīng)于柵電極的部分形成有溝道層，在溝道層和柵絕緣層上面覆蓋有保護(hù)層，在保護(hù)層的刻蝕孔和溝道層上形成有源電極和漏電極，所述保護(hù)層分為第一保護(hù)層和第二保護(hù)層兩層，第一保護(hù)層覆蓋在溝道層和柵絕緣層上面，第二保護(hù)層覆蓋在第一保護(hù)層上面，第二保護(hù)層的硬度和致密性大于第一保護(hù)層。本發(fā)明還公開了一種金屬氧化物薄膜晶體管的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案，能使金屬氧化物薄膜晶體管電學(xué)特性比較穩(wěn)定。
文檔編號(hào)H01L29/786GK102437194SQ20111037497
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者張其國(guó), 朱棋鋒, 汪梅林, 申劍鋒, 韓學(xué)斌 申請(qǐng)人:上海中科高等研究院