[发明专利]一种氧化物薄膜晶体管及其制造方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及晶体管领域，具体涉及氧化物薄膜晶体管及其制造方法。

【背景技术】

在近十几年的时间中，以硅基TFT为驱动单元的液晶显示器件以其体积小、重量轻、品质高等一系列优点获得了迅速发展，并成为主流的信息显示终端。然而随着人们对显示器件分辨率、响应速度、稳定性等性能要求的提高，以硅材料为有源层的TFT暴露出一系列的问题，a-Si TFT背板由于其自身迁移率较低(一般小于0.5cm²/(Vs))，无法实现高分辨率显示；低温多晶硅TFT技术生产工艺复杂，设备投资高，面板面临均匀性差、良品率低、生产成本居高不下等难以克服的问题，其在大尺寸平板显示领域的进一步发展受到较大限制。

与目前在液晶显示器有源驱动矩阵中广泛采用的硅TFT相比，氧化物半导体TFT具有如下优势：（1）场效应迁移率较高；（2）开关比高；（3）制备工艺温度低；（4）可以制作大面积非晶薄膜，均匀性好，具有良好一致的电学特性；（5）受可见光影响小，比非晶硅薄膜晶体管稳定;(6)可以制作成透明器件。在平板显示领域，氧化物TFT技术几乎满足包括AMOLED驱动、快速超大屏幕液晶显示、3D显示等诸多显示模式的所有要求。在柔性显示方面,衬底材料不能承受高温，而氧化物TFT的制备工艺温度低，与柔性衬底兼容，因而氧化物TFT具备较大优势。

但是目前的IGZO薄膜晶体管的性能并不稳定。

【发明内容】

经过研究发现电学稳定性较低的原因是：传统的IGZO薄膜晶体管由于在IGZO薄膜中存在氧空位，因此其载流子迁移率相对较低，在经过一段时间持续工作后，阈值电压出现较大漂移。

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种氧化物薄膜晶体管及其制造方法，以使IGZO氧化物薄膜晶体管具有更稳定的阈值电压以及降低亚阈值摆幅。

一种氧化物薄膜晶体管，包括源极、漏极和IGZO薄膜层，还包括铪钕合金薄膜层，所述IGZO薄膜层的第一表面与所述源极和漏极接触，所述IGZO薄膜层的与第一表面相背的另一表面与所述铪钕合金薄膜层接触。

优选地，所述铪钕合金中，铪、钕原子数量的比值为1%至10%之间。

优选地，IGZO薄膜层的层数至少是两层，铪钕合金薄膜层的层数至少是两层，IGZO薄膜层和铪钕合金薄膜层交替层叠。

优选地，还包括基板和栅极绝缘层，所述IGZO薄膜层包括第一IGZO薄膜层和第二IGZO薄膜层，所述源极和漏极在所述基板上，所述第一IGZO薄膜层在所述基板上、且分别与所述源极和漏极接触，所述第一IGZO薄膜层上依次层叠所述铪钕合金薄膜层、第二IGZO薄膜层、栅极绝缘层和栅极。

优选地，还包括栅极绝缘层，所述铪钕合金薄膜层上层叠所述IGZO薄膜层，所述源极和漏极在所述IGZO薄膜层上，所述栅极绝缘层在所述IGZO薄膜层上、且分别与源极和漏极接触。

优选地，所述铪钕合金薄膜层的厚度占铪钕合金薄膜层与IGZO薄膜层厚度总和的0.01%至30%，每一层铪钕合金薄膜层的厚度不超过15nm，铪钕合金薄膜层与IGZO薄膜层厚度总和在10-100nm之间。

上述铪钕合金可以是金属与金属或金属氧化物的合金，氧化物并不仅限于完全化学计量匹配的状况，对应为缺氧或富氧的氧化铪或氧化钕。

本发明还提供了一种氧化物薄膜晶体管制造方法，包括如下步骤：

源漏极制造步骤：在基板上形成源极和漏极；

层叠薄膜制造步骤：在源极、漏极和基板上沉积第一IGZO薄膜层，然后在第一IGZO薄膜层上依次沉积铪钕合金薄膜层和第二IGZO薄膜层，然后将附有源极、漏极、第一IGZO薄膜层、铪钕合金薄膜层和第二IGZO薄膜层的基板在200-600°的范围内，在空气中退火；其中，所述铪钕合金中，铪、钕原子数量的比值为1%至10%之间；

在第二IGZO薄膜层沉积栅极绝缘层，在栅极绝缘层上形成栅极。

本发明还提供了一种氧化物薄膜晶体管制造方法，包括如下步骤：

层叠薄膜制造步骤：在基板上依次沉积铪钕合金薄膜层和IGZO薄膜层，然后将附有铪钕合金薄膜层和IGZO薄膜层的基板在200-600°的范围内，在空气中退火；其中，所述铪钕合金中，铪、钕原子数量的比值为1%至10%之间；

在IGZO薄膜层上形成源极、漏极和栅极绝缘层，在栅极绝缘层上形成栅极。

本发明还提供了一种氧化物薄膜晶体管制造方法，包括如下步骤：