一種提升薄膜半導(dǎo)體晶體管電學(xué)性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種提升薄膜半導(dǎo)體晶體管電學(xué)性能的方法，屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 氧化鋅作為一種常見(jiàn)的金屬半導(dǎo)體材料，具有較大的能帶隙和激子束縛能，透明 度高，有優(yōu)異的常溫發(fā)光性能，在半導(dǎo)體領(lǐng)域的液晶顯示器、薄膜晶體管、發(fā)光二極管等產(chǎn) 品中均有應(yīng)用。
[0003] 非晶氧化銦鎵鋅（IGZO)是在ZnO材料中摻入In2O3和Ga203后獲得的一種新型半 導(dǎo)體材料，被廣泛應(yīng)用于新一代薄膜晶體管技術(shù)領(lǐng)域，該技術(shù)是金屬氧化物Metal-Oxide 面板技術(shù)的一種。
[0004] TFT(ThinFilmTransistor)是指薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，TFT液晶屏幕是指液晶面板 上的每一液晶像素點(diǎn)都是由集成在其后的薄膜晶體管驅(qū)動(dòng)，即曾經(jīng)在手機(jī)領(lǐng)域上經(jīng)常聽(tīng)到 的"TFT屏幕"。常見(jiàn)的TFT驅(qū)動(dòng)分類(lèi)主要有a-SiTFT(非晶硅）、LTPSTFT(低溫多晶硅）， IGZOTFT也屬于這一范疇。
[0005] 日本東京工業(yè)大學(xué)細(xì)野秀雄最先提出將非晶IGZO材料應(yīng)用在TFT行業(yè)。
[0006] IGZO作為一種含有銦、鎵和鋅的非晶氧化物，其載流子迀移率是非晶硅的20~30 倍，大大提高了TFT對(duì)像素電極的充放電速率，提高了像素的響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)了更快的刷新 率，也大大提高了像素的行掃描速率，使超高分辨率在TFT-LCD中成為可能。另外，由于晶 體管數(shù)量的減少和每個(gè)像素透光率的提高，IGZO顯示器具有更高的能效水平，效率更高。因 此，IGZOTFT具有廣泛的研宄和應(yīng)用前景。
[0007] 目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于IGZOTFT已有很多研宄報(bào)道，但大多數(shù)采用的IGZO的 厚度較大，一般在 50nm左右。如文獻(xiàn)[H.Yabuta,M.Sano,K.Abe,T.Aiba,T.Deb,and H.Kumomi.High-mobilitythin-filmtransistorwithamorphousInGaZn04channeI fabricatedbyroomtemperaturerf-magnetronsputtering.AppliedPhysics Letters. 2006,89:112123]中制備的頂柵結(jié)構(gòu)的IGZOTFT，制備方法是在氬氣和氧氣混合 的氛圍中采用射頻磁控派射rfiagnetronsputter，在室溫條件下沉積生長(zhǎng)了 50nm的非 晶IGZ0,之后同樣采用射頻磁控濺射的方法在不同的氬氣和氧氣氛圍下生長(zhǎng)了 140nm的 三氧化二紀(jì)作為介質(zhì)層，電極部分則全部是采用電子束蒸發(fā)electron-beamevaporated 的方法生長(zhǎng)了Au(50nm)/Ti(5nm).該條件下制備所得的器件性能優(yōu)良，其迀移率可以達(dá)到 12cm2/Vs，電流開(kāi)關(guān)比可以達(dá)到108,但是由于IGZO中的銦是一種稀缺元素，價(jià)格昂貴，所以 此種方法具有很高的制備成本，不適合大量生產(chǎn)。
[0008] 文獻(xiàn)[L.J.Shao,K.J.Nomura,T.Kamiya，andH.Hosono.Operation CharacteristicsofThin-FilmTransistorsUsingVeryThinAmorphousIn-Ga-Zn-0Channels.ElectrochemicalandSolid-StateLetters. 2011，14(5) :H197_H200]報(bào)道 了具有超薄非晶IGZO溝道層的TFT的電學(xué)性能，文獻(xiàn)中采用的是底柵結(jié)構(gòu)，以具有熱氧化 Si02的Si片作為襯底，利用RF磁控濺射的方法在襯底上生長(zhǎng)一層a-IGZO作為溝道層，之 后利用光刻和lift-off方法在a-IGZO上依次生長(zhǎng)了Ti(IOnm)和Au(30nm)作為源、漏電 極，所有制備的器件都沒(méi)有進(jìn)行后期退火處理。結(jié)果顯示，在非晶IGZO的厚度降到7nm甚 至更低時(shí)，雖然TFT仍然具有完好的器件結(jié)構(gòu)，但是其電學(xué)性能已經(jīng)嚴(yán)重惡化，表征器件性 能的關(guān)鍵參數(shù)即迀移率已經(jīng)驟降到了 〇.3cm2/Vs。此種方法雖然有希望解決器件制備過(guò)程 中的成本問(wèn)題，但是，是以犧牲器件性能為代價(jià)的。
[0009] 文獻(xiàn)[M.Mativenga,D.Geng,J.H.Chang,T.J.Tredwell,andJ.Jang.Performance of5-nma-IGZ0TFTsWithVariousChannelLengthsandanEtchStopper ManufacturedbyBackUVExposure.IEEEElectronDeviceLetters. 20l2, 33:824]中介 紹了具有優(yōu)良特性的IGZO只有5nm的TFT，他們的方法是把生長(zhǎng)柵絕緣層、IGZO層以及封 裝層的3個(gè)腔體連接在了一起，在不破壞真空的條件下實(shí)現(xiàn)了器件的制備，這種方法雖然 也實(shí)現(xiàn)了超薄IGZ0TFT的優(yōu)良性能，但是制備設(shè)備非常復(fù)雜，制備成本很高，很難在工業(yè)生 產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種提升薄膜半導(dǎo)體晶體管電學(xué)性能的方 法。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0012] 一種提升薄膜半導(dǎo)體晶體管電學(xué)性能的方法，具體是指，在所述薄膜半導(dǎo)體晶體 管表面覆蓋一層有機(jī)層或無(wú)機(jī)層。
[0013] 此處設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于，在所述薄膜半導(dǎo)體晶體管表面覆蓋一層有機(jī)層或無(wú)機(jī)層， 一方面很大程度地將薄膜半導(dǎo)體晶體管與外界空氣隔離，極大地減少空氣中的H20、O2以及 (〇Hr等物質(zhì)對(duì)薄膜半導(dǎo)體晶體管性能的負(fù)面影響；另一方面很大程度地減少薄膜半導(dǎo)體 晶體管表面的缺陷態(tài)，由于表面缺陷態(tài)會(huì)束縛器件中載流子的輸運(yùn)，導(dǎo)致薄膜半導(dǎo)體晶體 管性能的惡化，所以，覆蓋一層有機(jī)層或者無(wú)機(jī)層之后使得薄膜半導(dǎo)體晶體管性能得到很 大改善。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述有機(jī)層為聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚酰亞胺、光刻膠、環(huán) 氧樹(shù)脂、聚酯類(lèi)、聚氨脂類(lèi)或縮醛類(lèi)。
[0015] 此處設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚酰亞胺、光刻膠、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯 類(lèi)、聚氨脂類(lèi)、縮醛類(lèi)絕緣涂層或絕緣漆等，涂覆或成膜性好，絕緣性好，致密耐熱，對(duì)薄膜 半導(dǎo)體晶體管無(wú)腐蝕性。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述無(wú)機(jī)層為SiO2或高K材料，進(jìn)一步優(yōu)選的，所述高K材料 包括Ta2O5'Hf02、Y203、Si3N4'A1203、La2O3'TiO2。
[0017] 所述高K材料包括Ta205、Hf02、Y203、Si3N4、A1203、La203、TiO2，但不限于此，其它常 規(guī)的高K材料也包括在內(nèi)。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述提升薄膜半導(dǎo)體晶體管電學(xué)性能的方法還包括：對(duì)覆蓋 一層有機(jī)層的薄膜半導(dǎo)體晶體管進(jìn)行烘干處理。
[0019] 烘干處理過(guò)程中，將有機(jī)層的溶液中的溶劑充分地?fù)]發(fā)掉，烘干過(guò)程即為完成。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述提升薄膜半導(dǎo)體晶體管電學(xué)性能的方法還包括：對(duì)覆蓋 一層無(wú)機(jī)層的薄膜半導(dǎo)體晶體管進(jìn)行退火處理。
[0021] 所述薄膜半導(dǎo)體晶體管包括襯底、覆蓋所述襯底的柵極、覆蓋所述柵極的絕緣層、 覆蓋所述絕緣層的溝道層及在所述溝道層表面的相對(duì)兩側(cè)形成的源極和漏極。
[0022] 所述薄膜半導(dǎo)體晶體管的柵極為Si、Al、Ti、Au中的一種或兩種，所述絕緣層為 SiO2或高K材料的一種或兩種，所述高K材料包括：Ta205、Hf02、Y203、Si3N4、Al203、La203、Ti02， 所述溝道層為a-IGZO、ZnO、GaN、P型SnO中的一種，所述源極為Al、Ti、Au中的一種或兩 種，所述漏極為Al、Ti、Au中的一種或兩種。
[0023] 所述薄膜半導(dǎo)體晶體管為超薄非晶氧化銦鎵鋅a-IGZO薄膜晶體管，所述襯底及 柵極為Si，所述絕緣層為SiO2，所述溝道層為a-IGZO,所述源極和所述漏極均為T(mén)i，所述提 升薄膜半導(dǎo)體晶體管電學(xué)性能的方法，具體步驟包括：
[0024] (1)選用重?fù)诫s硅片作為襯底及柵極；
[0025] (2)在步驟（1)所述重?fù)诫s硅片上生長(zhǎng)一層具有熱生長(zhǎng)的SiO2作為絕緣層；
[0026] (3)在步驟（2)所述絕緣層上生長(zhǎng)厚度為4一6nm的a-IGZO,形成溝道層；
[0027](4)在步驟（3)所述a-IGZ0上生長(zhǎng)厚度為40-60nm的Ti，形成源極和漏極；
[0028] ⑶后期退火；
[0029] (6)旋涂一層聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，再次進(jìn)行退火處理，得超薄非晶氧化銦鎵 鋅a-IGZ0薄膜晶體管。
[0030] 此處設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于，選用具有熱生長(zhǎng)的SiO2的硅片作為絕緣層，熱生長(zhǎng)的SiO2 的結(jié)構(gòu)致密、純度高，厚度均勻，是一種非常優(yōu)良的介質(zhì)材料。
[0031] 上述步驟（3)中，在射頻磁控派射儀中生長(zhǎng)厚度為4一6nm的a-IGZ0,具體是指， 在功率為80- 100W、氬氣流量為18 - 22SCCM條件下，利用濺射生長(zhǎng)a-IGZ0的掩膜板濺射 60-90s;進(jìn)一步優(yōu)選的，在射頻磁控濺射儀中生長(zhǎng)厚度為5nm的a-IGZ0,具體是指，在功率 為90W、氬氣流量為20SCCM條件下，利用濺射生長(zhǎng)a-IGZ0的掩膜板