[发明专利]一种提升薄膜半导体晶体管电学性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提升薄膜半导体晶体管电学性能的方法，属于半导体器件技术领域。

背景技术

氧化锌作为一种常见的金属半导体材料，具有较大的能带隙和激子束缚能，透明度高，有优异的常温发光性能，在半导体领域的液晶显示器、薄膜晶体管、发光二极管等产品中均有应用。

非晶氧化铟镓锌(IGZO)是在ZnO材料中掺入In₂O₃和Ga₂O₃后获得的一种新型半导体材料，被广泛应用于新一代薄膜晶体管技术领域,该技术是金属氧化物Metal-Oxide面板技术的一种。

TFT(Thin Film Transistor)是指薄膜场效应晶体管，TFT液晶屏幕是指液晶面板上的每一液晶像素点都是由集成在其后的薄膜晶体管驱动，即曾经在手机领域上经常听到的“TFT屏幕”。常见的TFT驱动分类主要有a-Si TFT(非晶硅)、LTPS TFT(低温多晶硅)，IGZO TFT也属于这一范畴。

日本东京工业大学细野秀雄最先提出将非晶IGZO材料应用在TFT行业。

IGZO作为一种含有铟、镓和锌的非晶氧化物，其载流子迁移率是非晶硅的20～30倍，大大提高了TFT对像素电极的充放电速率，提高了像素的响应速度，实现了更快的刷新率，也大大提高了像素的行扫描速率，使超高分辨率在TFT-LCD中成为可能。另外，由于晶体管数量的减少和每个像素透光率的提高，IGZO显示器具有更高的能效水平，效率更高。因此，IGZO TFT具有广泛的研究和应用前景。

目前，国内外对于IGZO TFT已有很多研究报道，但大多数采用的IGZO的厚度较大，一般在50nm左右。如文献[H.Yabuta,M.Sano,K.Abe,T.Aiba,T.Deb,and H.Kumomi.High-mobility thin-film transistor with amorphous InGaZnO4channel fabricated by room temperature rf-magnetron sputtering.Applied Physics Letters.2006,89:112123]中制备的顶栅结构的IGZO TFT，制备方法是在氩气和氧气混合的氛围中采用射频磁控溅射rf-magnetron sputter，在室温条件下沉积生长了50nm的非晶IGZO，之后同样采用射频磁控溅射的方法在不同的氩气和氧气氛围下生长了140nm的三氧化二钇作为介质层，电极部分则全部是采用电子束蒸发electron-beam evaporated的方法生长了Au(50nm)/Ti(5nm).该条件下制备所得的器件性能优良，其迁移率可以达到12cm²/Vs,电流开关比可以达到10⁸，但是由于IGZO中的铟是一种稀缺元素，价格昂贵，所以此种方法具有很高的制备成本，不适合大量生产。

文献[L.J.Shao,K.J.Nomura,T.Kamiya,and H.Hosono.Operation Characteristics of Thin-Film Transistors Using Very Thin Amorphous In–Ga–Zn–O Channels.Electrochemical and Solid-State Letters.2011,14(5):H197-H200]报道了具有超薄非晶IGZO沟道层的TFT的电学性能，文献中采用的是底栅结构，以具有热氧化SiO2的Si片作为衬底，利用RF磁控溅射的方法在衬底上生长一层a-IGZO作为沟道层，之后利用光刻和lift-off方法在a-IGZO上依次生长了Ti(10nm)和Au(30nm)作为源、漏电极，所有制备的器件都没有进行后期退火处理。结果显示，在非晶IGZO的厚度降到7nm甚至更低时，虽然TFT仍然具有完好的器件结构，但是其电学性能已经严重恶化，表征器件性能的关键参数即迁移率已经骤降到了0.3cm²/Vs。此种方法虽然有希望解决器件制备过程中的成本问题，但是，是以牺牲器件性能为代价的。