[发明专利]用于半导体薄膜晶体管的保护层及其实现和应用方法

说明书

一种用于半导体薄膜晶体管的保护层及其实现和应用方法，即铝锰锌氧化物薄膜(AMZO)，由氧化铝Al₂O₃、氧化锰MnO和氧化锌ZnO组成，其掺杂量范围分别为3％～90％wt％。本发明利用磁控溅射在薄膜晶体管之上沉积得到上述单层AMZO薄膜或双层SiO₂/AMZO薄膜作为器件保护层。单层AMZO保护层能够遮蔽短波长的紫外光且透过较长波长的可见光，从而大幅改善掺氮非晶氧化物半导体薄膜晶体管的光照稳定性。而双层SiO₂/AMZO保护层解决了单层AMZO保护层所造成的器件操作特性的劣化，同时也可以获得高稳定性的掺氮非晶氧化物半导体薄膜晶体管。

技术领域

本发明涉及的是一种半导体领域的技术，具体是一种用于掺氮非晶氧化物半导体薄膜晶体管的保护层及其实现和应用方法。

背景技术

非晶氧化物半导体薄膜晶体管(以非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管(a-IGZO TFTs)为典型代表)，具有高迁移率(μ_FE10cm²/V·s)、高开关电流比(I_ON/I_OFF10⁸)、高可见光透过率(80％)和低温制程工艺(常温磁控溅射)等诸多优点，但是其电学特性容易受到光照(尤其是短波长的UV光)和环境气氛(如氧气、水汽)等的影响，表现出不稳定的电学特性。

为了降低环境因素对于非晶氧化物半导体薄膜晶体管的影响，通常采用SiO₂、Al₂O₃等保护层薄膜来改善器件的环境稳定性。但是这些保护层材料依然无法完全解决非晶氧化物半导体薄膜晶体管在光照条件下的不稳定特性。如在光照作用下，非晶氧化物半导体薄膜晶体管沟道中会产生较多的缺陷和俘获态，导致其阈值电压严重地负向漂移。研究人员通过各种方法试图来抑制非晶氧化物半导体薄膜晶体管的光照不稳定性。但是，这些方法对于器件光照稳定性的改善效果有限。

发明内容

本发明针对现有非晶氧化物半导体薄膜晶体管的光照不稳定性问题，提出一种用于半导体薄膜晶体管的保护层及其实现和应用方法，通过能够遮蔽短波长紫外光且透过可见光的保护层以及掺氮工艺(沟道层)，获得高光照稳定性的非晶氧化物半导体薄膜晶体管。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种用于掺氮非晶氧化物半导体薄膜晶体管的保护层，即铝锰锌氧化物薄膜(铝锰锌氧化物)，由氧化铝Al₂O₃、氧化锰MnO和氧化锌ZnO组成。

所述的保护层中的三种组分的掺杂量范围分别为3％～90％wt％，优选为Al₂O₃:MnO:ZnO＝6:5:89wt％。

所述的保护层的厚度为25～1000nm，优选为100nm。

本发明涉及上述保护层的制备方法，通过将Al₂O₃、MnO和ZnO混合研磨，压制成靶后烧结，得到铝锰锌氧化物靶材，通过在真空腔中进行磁控溅射，得到沉积于掺氮非晶氧化物半导体薄膜晶体管上的保护层。

所述的真空腔的真空度范围为1×10^-3～5×10^-2Torr，优选为2×10^-3Torr。

所述的磁控溅射在惰性气氛中实现，该惰性气氛流量范围为20～50sccm的氩气，具体可为30sccm的氩气。

所述的磁控溅射的功率范围为50～200W，具体可为100W。

本发明涉及一种基于上述铝锰锌氧化物薄膜作为保护层的掺氮非晶氧化物半导体薄膜晶体管的制备工艺，通过磁控溅射得到上述铝锰锌氧化物薄膜，实现对薄膜晶体管特性(尤其是器件光照稳定性)的优化。