[发明专利]金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶体管技术领域，特别涉及一种金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

薄膜晶体管目前主要应用于驱动液晶显示器和有机发光二极管显示器的子像素。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。

以金属氧化物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。

在TFT背板的制作工艺中，会对多个功能层进行图形化，图形化通常以光刻方式进行。在光刻工艺需要根据具体情况制备掩膜版，光刻工艺包括涂布光刻胶、烘烤、对上掩膜版、曝光、显影、后烘烤、刻蚀、去除光刻胶工序。制备掩膜版本身的制作就非常耗费成本，而光刻工艺的各个步骤相比刻蚀工艺要复杂很多，不仅耗费时间而且耗费成本。因此，在TFT背板的制作工艺中常用光刻次数来区分工艺的复杂程度。常需要通过光刻步骤的设计来减少光刻次数及使用的掩膜版的数量，以简化制作工艺。

此外，为了降低TFT基板布线的RC延迟，使用低电阻的铜作为TFT的源漏电极和电路布线材料也是一种趋势。但是，铜薄膜因为与基板粘附性差、容易氧化、性能不稳定，在薄膜晶体管领域的应用还不够成熟。

因此，针对现有技术不足，提供一种制备工艺简单且具有低布线电阻的金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法以克服现有技术不足甚为必要。

发明内容

本发明的目的之一是提供了一种金属氧化物薄膜晶体管，该金属氧化物薄膜晶体管具有采用低布线电阻的铜基薄膜作为布线材料，具有制备工艺简单的特点。

本发明的另一目的是提供一种金属氧化物薄膜晶体管的制备方法，采用低布线电阻的铜基薄膜作为布线材料，具有制备工艺简单的特点。

本发明的上述目的通过如下技术手段实现。

一种金属氧化物薄膜晶体管，含有由下层金属氧化物薄膜、铜基薄膜和上层金属氧化物薄膜以自下而上叠层构成的复合铜基薄膜，所述上层金属氧化物薄膜和所述下层金属氧化物薄膜均为金属氧化物半导体薄膜；

其中，所述下层金属氧化物薄膜作为铜基薄膜的粘附层并作为金属氧化物薄膜晶体管的有源层，所述铜基薄膜作为金属氧化物薄膜晶体管的源漏电极，所述上层金属氧化物层为所述铜基薄膜的保护层。

优选的，作为所述上层金属氧化物薄膜和所述下层金属氧化物薄膜的金属氧化物半导体薄膜的材料为(In₂O₃)_x(MO)_y(ZnO)_z，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，且x+y+z=1，M为镓、锡、硅、铝、镁、钽、铪、镱、镍、锆、锡、磷、钒、砷、钛、铅、钾或镧系稀土元素中的任意一种或两种以上的任意组合。

上述金属氧化物半导体薄膜的载流子浓度为10¹⁶—10²⁰ cm^-3，迁移率为5—100 cm²/Vs。

上述金属氧化物薄膜晶体管的有源层、源漏电极及金属电路布线的定义通过如下步骤制备而成；

（1）在栅极绝缘层上依次沉积下层金属氧化物薄膜、铜基薄膜和上层金属氧化物薄膜制得复合铜基薄膜；

（2）在所述复合铜基薄膜的表面涂布光刻胶；

制备一块灰度掩膜版，所述灰度掩膜版对应光刻胶的有源沟道区域为灰度区域，对应光刻胶的源漏电极及金属电路布线区域为不透明区域，对应光刻胶的其它区域为透明区域；

使用所述灰度掩膜版对光刻胶进行曝光、显影后得到光刻胶图形，所述光刻胶图形的有源沟道区域的厚度薄于所述光刻胶图形的源漏电极及金属电路布线区域的厚度，所述光刻胶图形的其它区域在显影过程中被去除；

（3）进行第一次刻蚀，形成所述复合铜基薄膜的布线，在第一次刻蚀过程中，保留所述复合铜基薄膜对应源漏电极区域及有源沟道区域的结构不被刻蚀；

（4）对光刻胶进行减薄处理，减薄后有源沟道区域的光刻胶被完全去除，而源漏电极及金属电路布线区域的光刻胶被保留；

（5）进行第二次刻蚀，去除有源沟道区域上的上层金属氧化物薄膜和铜基薄膜，形成源漏电极和沟道，下层金属氧化物薄膜不作刻蚀，保留作为有源层；

（6）去除剩余的光刻胶，完成有源层、源漏电极及金属电路布线的定义。

优选的，上述步骤（1）采用物理气相沉积法、原子层沉积法或金属有机化学气相沉积法分别沉积下层金属氧化物薄膜、铜基薄膜和上层金属氧化物薄膜。