[发明专利]一种透明氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜晶体管(Thin Film Transistor，简称TFT)及其制备方法，具体涉及一种透明氧化物半导体(Transparent Oxide Semiconductor，简称TOS)薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

薄膜晶体管(TFT)是一种有源器件，因其低开启电压和高开/关电流比的特性而被用作液晶显示器(LCD)中的半导体开关器件。由于TFT-LCD中的像素点由相应的TFT控制，因而每个像素点都相对独立，并可以进行连续控制。这样的设计方法不仅提高了显示屏的反应速度，同时也可以精确控制显示灰度，使得TFT-LCD的色彩更为逼真。

TFT的性能与制作TFT所采用的材料的载流子迁移率及电阻率有关，若要提高TFT的性能，则需要提高材料的载流子迁移率，降低电阻率。此外，应用于液晶显示器中的TFT还需具备良好的透光率，以提升显示效果。

目前，在有源矩阵液晶显示器(AMLCD)中使用的TFT主要有两种，一种是非晶硅(a-Si)TFT，另一种是多晶硅(p-Si)TFT。由于a-Si TFT易于在低温下大面积制备，技术成熟，因此是目前使用最为广泛的技术。但a-Si TFT的载流子迁移率低，一般小于1cm2/V·s，电流供给能力较弱，不能适应快速、大面积和更高清晰度显示的需求。而且a-Si薄膜是不透明的，它将占用像素中的一定面积，使有效显示面积减小，像素开口率达不到100％，背光源的光不能全部通过像素。为了获得足够的亮度，就需要增加光源强度，从而增加功率消耗。另外，a-Si材料的能带间隙为1.7eV，在可见光范围内是光敏材料，在可见光照射下将产生额外的光生载流子，使TFT性能恶化，因此每一像素单元TFT必须对光屏蔽，即增加不透明金属掩膜板(黑矩阵)来阻挡光线对TFT的照射，这将增加TFT-LCD的工艺复杂性，提高成本，降低可靠性。因此，a-Si TFT局限于逻辑开关和低分辨率面板的应用。

而p-Si TFT，例如低温多晶硅(LTPS)TFT，凭借其较高的载流子迁移率(比非晶硅高两个数量级)，具有反应速度快、高亮度、高清晰度等优点，基本上能够满足制备简单逻辑电路并在视频应用下的要求，也因此具有a-Si TFT无法比拟的其它优越性：可以适当集成驱动电路于面板中，减小了面板整体重量与体积，开口率较大，整体的透光效率较佳，满足省电与高画质的显示效果。基于上述优势，p-Si TFT成为一种继a-Si TFT之后的主流技术。但是，p-Si TFT技术同时具有工艺复杂、设备昂贵、成本高等缺点，其工艺温度对有机基板而言仍然太高，不能适应柔性显示的需求，而且LTPS TFT也不透明，严重阻碍了它在柔性显示和透明显示领域的应用。

透明氧化物半导体(TOS)如氧化铟In2O3和氧化锌ZnO，其载流子迁移率较高，工艺温度低，因此在AMLCD中采用低温TOS TFT将是一个有效的解决途径。若用全透明氧化物TFT代替a-Si TFT作为像素开关，将大大提高有源矩阵的开口率，从而提高亮度，降低功耗。世界各地的研究者开始对TOS TFT进行研究。有研究小组报道成功开发了InGaO3(ZnO)5透明氧化物半导体单晶薄膜的技术，利用其制作的TFT是全透明晶体管，实现了比传统的透明晶体管性能高出1-2个数量级的结果。但是该工艺需要1000℃的高温，只能说是首次证实了采用透明氧化物半导体制作全透明晶体管的潜在可能性，但还没能解决在塑料基板上制作高性能TFT的实际应用性课题。

有鉴于此，需要开发一种适用于平板显示、透明电子器件和柔性显示等领域的具有实际应用意义的高性能全透明TFT。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学透明性好、载流子迁移率高、电阻率低的透明氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法，在提高TFT性能的同时，实现全透明晶体管的实际工业生产。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种透明氧化物半导体薄膜晶体管(TOS TFT)，包括：基板，分别形成于基板上方的栅、源和漏电极，用于隔离栅电极和源、漏电极的栅极绝缘层，以及用于连接源电极和漏电极的沟道层，其中，所述的栅、源和漏电极均为掺杂氧化铟透明导电氧化物薄膜；所述的沟道层为透明氧化物半导体；所述的栅极绝缘层为透明绝缘介质。

在上述的TOS TFT中，所述掺杂氧化铟中的掺杂物为钨W、钛Ti或锆Zr，且掺杂物的含量为铟的质量的1％～5％。