[发明专利]一种基于金属氧化物的薄膜晶体管及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管的制备方法。尤其涉及一种金属氧化物半导体薄膜晶体管栅极绝缘层的制备方法。

背景技术

薄膜晶体管(TFT)目前主要应用于驱动液晶显示器(LCD)和有机发光二极管(OLED)显示器的子像素。采用薄膜晶体管阵列制成的驱动背板，是显示屏能实现更高的像素密度、开口率和提升亮度的关键部件。目前TFT-LCD普遍采用基于非晶硅作为有源层的TFT背板。但是由于非晶硅迁移率过低(0.1cm² V^-1s^-1左右)，不能满足OLED显示屏、高清TFT-LCD以及3D显示的要求。而金属氧化半导体作为薄膜晶体管的有源层材料，由于其高迁移率，低沉积温度以及透明的光学特性被视为下一代的显示背板技术。目前已吸引了世界范围内研究者得关注。高迁移率的特点使其能够满足未来显示技术对于高频率、大电流薄膜晶体管的要求。而低于100℃的工艺温度，使得利用金属氧化制备柔性显示器件成为可能。

目前，基于金属氧化半导体薄膜晶体管的栅极绝缘层制作主要有三种方法。1.化学气相沉积；2.物理气相沉积；3.原子层沉积；其中化学气相沉积主要是使用等离子体化学气相沉积(PECVD)制备SiN_x、SiO₂薄膜。但是PECVD为高温工艺(＞250℃)，并且所生长的绝缘薄膜质量较差，影响薄膜晶体管的性能。而物理气相沉积设备(PVD)虽然可以在室温沉积SiO₂、SiN_x、AlO_x等绝缘薄膜，但是同样存在绝缘薄膜质量较差的因素。同时，PVD生长绝缘薄膜，无论是使用射频溅射或是反应溅射，其薄膜的沉积速率较慢，在实际生产中较难应用。原子层沉积(ALD)可以制备Al₂O₃、Si₃N₄、SiO₂等常规绝缘层，同时还可制备HfO₂、La₂O₃等具有高介电常数的绝缘薄膜。由于ALD工艺在每个周期内可精确地沉积一个原子层，因此能生长高质量、无针孔的薄膜。但是，由于ALD单原子层沉积的生长方式，导致薄膜沉积速率过慢，并且大尺寸化非常困难。因此在显示背板的制作中很难使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种薄膜晶体管的制备方法。尤其涉及金属氧化物半导体薄膜晶体管栅极绝缘层制备，以及通过改变栅极绝缘层制备条件改进薄膜晶体管电学性能的方法。

本发明的另一目的是提供上述方法制备的晶体管及该晶体管的应用。

一种基于金属氧化物的薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：

(1)在透明衬底上沉积SiO₂或SiN_x作为缓冲层；

(2)在上述缓冲层上沉积金属单质或金属合金单层薄膜，并且图形化形成栅极金属层；

(3)使用阳极氧化的方法，在栅极金属层上制备一层绝缘膜作为栅绝缘层，其中栅极金属层中不需要沉积氧化膜的部分使用光刻胶进行保护；

(4)阳极氧化完毕后将光刻胶去除；

(5)使用刻蚀方法将薄膜晶体管中不需要的金属引线去除；

(6)在栅绝缘层上采用物理气相沉积制备金属氧化物薄膜，并将金属氧化物薄膜图形化，作为薄膜晶体管的有源层；

(7)根据所设计的薄膜晶体管结构，沉积并图形化源漏电极、像素电极和保护层或刻蚀阻挡层。

优选地，所述栅极金属层的金属为Al单质薄膜或Al合金单层薄膜。

优选地，所述Al合金单层薄膜为Al-Si或Al-M，M为碱金属、碱土金属、镧系稀土金属以及过渡族金属。合金掺杂量原子占Al的百分比的调整范围为5at.％～95at.％。

优选地，所述阳极氧化的方法是将制备好的栅极基片放入电解溶液中接电源正极，电源负极接石墨或金属板放入电解溶液中，通电进行处理。

优选地，所述电解溶液为五硼酸铵、酒石酸氨和水杨酸氨中任意一种或两种以上的溶液(A)，与乙二醇(B)混合后所得到的溶液。电解液优选B+A+去离子水，重量比为(49～69)∶1∶(30～50)的混合溶液。