一種p型氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于薄膜晶體管技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種P型氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，同時還涉及一種P型氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]薄膜晶體管是一種靠多數(shù)載流子傳輸電流的單極型半導(dǎo)體器件，其中半導(dǎo)體有源層對器件性能和制造成本有至關(guān)重要的影響。隨著新工藝、新材料、新結(jié)構(gòu)的不斷出現(xiàn)，新型薄膜晶體管不僅應(yīng)用在有源陣列顯示器件中，還可以應(yīng)用在薄膜集成電路、光電圖像傳感器、薄膜存儲器和氣敏傳感器等領(lǐng)域。近年來，以氧化物半導(dǎo)體為有源層的薄膜晶體管引起了人們的廣泛關(guān)注，該類器件具有迀移率高、制備溫度低、可見光透明性好、閾值電壓低等優(yōu)勢，在平板顯示驅(qū)動和新型氧化物電子電路中有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]然而，多數(shù)氧化物半導(dǎo)體呈本征N型導(dǎo)電特性，所以目前研究的氧化物薄膜晶體管主要是N型器件，有關(guān)P型氧化物薄膜晶體管的報道還比較少。隨著薄膜晶體管的研究深入，P型薄膜晶體管的研究逐漸提上日程。P型氧化物薄膜晶體管的研究意義主要體現(xiàn)在以下幾個方面:1)N型氧化物TFT只有與P型氧化物TFT結(jié)合才能組成互補型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)電路，這是實現(xiàn)氧化物半導(dǎo)體大面積電子電路的基礎(chǔ)。大面積電子技術(shù)是相對于傳統(tǒng)硅襯底的小面積而言的，其研究課題是在大面積絕緣襯底上制作有源電子器件，如有源矩陣尋址器件、固體成像器件和可編程存儲器等。2)近年來已經(jīng)有很多氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管驅(qū)動的平板顯示器的報道，隨著分辨率和清晰度的提高，可以利用氧化物半導(dǎo)體C0MS電路制作顯示陣列的外圍驅(qū)動電路，解決高密度引線的困難等問題，使顯示區(qū)域與周邊驅(qū)動電路集成一體化。3)由于P型氧化物半導(dǎo)體TFT具有空穴注入的特點，從而更適合驅(qū)動有機發(fā)光二極管(0LED)顯示器的像素單元。4)氧化物半導(dǎo)體可以制作成可見光范圍透明的薄膜晶體管，透明薄膜晶體管再與其它透明器件組成透明電子線路，從而可研制出具有全新信息傳輸方式的系統(tǒng)，這種電子線路可以用玻璃或者透明的塑料為襯底，大大降低電路的制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種P型氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，空穴迀移率高，與現(xiàn)有微電子工藝兼容、化學(xué)穩(wěn)定性好，具有很好的電學(xué)性質(zhì)。
[0005]本發(fā)明的第二個目的是提供一種P型氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法。
[0006]為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種P型氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，包括:
[0008]襯底，所述襯底為重摻雜娃襯底，該重摻雜娃襯底同時作為柵電極使用；
[0009]絕緣層，為絕緣氧化物膜，位于所述柵電極上；
[0010]有源層，為P型銅鐵礦結(jié)構(gòu)氧化物膜，位于所述絕緣層上；
[0011]源電極、漏電極，均為Cu膜，分別位于所述有源層上；
[0012]其中，所述P型銅鐵礦結(jié)構(gòu)氧化物膜的材料為CuA102、CuIn02或CuGa02。
[0013]所述襯底為重摻雜N型硅襯底。重摻雜硅襯底為導(dǎo)電材料，可同時作為柵電極使用。
[0014]所述絕緣氧化物膜的材料為Si02、Zr02或A1203。
[0015]所述絕緣層的厚度為100?300nm。所述有源層的厚度為80?150nm;所述源電極、漏電極的厚度為200?300nmo
[0016]本發(fā)明的P型氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，采用底柵頂電極結(jié)構(gòu)，以P型銅鐵礦結(jié)構(gòu)氧化物膜(CuA102、CuIn02或CuGa02)作為有源層，該氧化物膜呈現(xiàn)穩(wěn)定的P型半導(dǎo)體特性，根據(jù)價帶化學(xué)修飾理論，銅鐵礦氧化物中銅離子的閉殼層能級同氧離子的2p能級具有相近的能量，使得其價帶頂頻帶展寬，從而獲得高的空穴迀移率;該薄膜晶體管結(jié)構(gòu)簡單、工藝兼容，可見光波段透過率高、化學(xué)穩(wěn)定性好，具有很好的電學(xué)性質(zhì)，在有機發(fā)光二極管顯示和互補型氧化物半導(dǎo)體電子電路及透明電子電路中具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0017]—種上述的P型氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法，包括下列步驟:
[0018]1)在重摻雜硅襯底上制備絕緣氧化物膜作為絕緣層；
[0019]2)采用磁控濺射法在絕緣層上制備P型銅鐵礦結(jié)構(gòu)氧化物膜作為有源層，后在氮氣氣氛下進行退火處理，得半成品；
[0020]3)在步驟2)所得半成品的有源層上制備Cu膜作為源電極、漏電極，即得。
[0021]上述制備方法中，采用重摻雜硅襯底作為襯底和柵電極。重摻雜硅襯底事先經(jīng)過清洗，具體為:用氫氟酸浸泡去除重摻雜硅片表面氧化層，露出新鮮的硅(硅表面膜)作為柵電極。
[0022]步驟1)中，采用熱氧化、溶膠凝膠或濺射的方法在重摻雜硅襯底上制備絕緣層。所述熱氧化的條件為:氧化溫度控制在1000?1100°C，且在氧氣氣氛下進行;所述溶膠凝膠的條件為:將溶質(zhì)乙酰丙酮鋯粉末，溶于乙醇和乙醇胺按體積比為2:1的混合溶液中，所配制膠體溶液濃度為0.15mol/L，室溫下勻膠后在空氣氣氛中進行退火，退火溫度為250?300°C;所述濺射為磁控濺射，所述磁控濺射的條件為:通入氣體為氬氣和氧氣，氧氣與氬氣的(體積)流量比為1:10?50，濺射氣壓為1?1 OPa，濺射功率為60?150W。
[0023]步驟2)中，所述磁控濺射法中，濺射氣壓為1?10Pa;通入氣體為氧氣與氬氣的混合氣體，氧氣與氬氣的(體積)流量比為1: 10?50。
[0024]步驟2)中，所述磁控濺射法中，濺射功率為60?200W，溫度為300?500°C。在磁控濺射過程中，采用金屬掩膜將有源層薄膜分割為相互獨立的方形圖形，避免器件之間的相互串聯(lián)影響。
[0025]步驟2)中，所述退火處理的溫度為600?1100°C，保溫時間為120?180min。
[0026]步驟3)中，采用磁控濺射的方法在有源層上制備金屬銅薄膜作為源電極、漏電極。所述磁控派射的條件為:通入氣體為氬氣，派射氣壓為1?10Pa，派射功率為60?200W。
[0027]本發(fā)明的P型氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法，從下到上依次在襯底上制備絕緣層、有源層和源、漏電極，其中采用磁控濺射法在絕緣層上制備有源層并經(jīng)退火處理，所得P型銅鐵礦結(jié)構(gòu)氧化物膜作為有源層，呈現(xiàn)穩(wěn)定的P型半導(dǎo)體特性，根據(jù)價帶化學(xué)修飾理論，銅鐵礦氧化物中銅離子的閉殼層能級同氧離子的2p能級具有相近的能量，使得其價帶頂頻帶展寬，從而獲得高的空穴迀移率;該制備方法工藝簡單，操作方便，易于實現(xiàn)自動化，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0028]圖1為實施例1的P型氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為實施例1的P型氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的輸出特性曲線；
[0030]圖3為實施例1的P型氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線。
【具體實施方式】
[0031 ]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的說明。
[0032]實施例1
[0033]本實施例的P型氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管，如圖1所示，包括:
[0034]襯底1，所述襯底1為重摻雜娃襯底(重摻雜N型娃片)，該重摻雜娃襯底同時作為柵電極使用；
[0035]絕緣層2，為二氧化硅膜，位于所述柵電極上；
[0036]有源層3，為P型銅鐵礦結(jié)構(gòu)氧化物膜，位于所述絕緣層2上；
[0037]源電極4、漏電極5，均為Cu膜，分別位于所述有源層3上；
[0038]其中，所述P型銅鐵礦結(jié)構(gòu)氧化物膜的材料為CuA102。
[0039]所述絕緣層的厚度為300nm，所述有源層的厚度為80nm，所述源電極、漏電極的厚度為200nm。
[0040]本實施例的P型氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法，包括下列步驟:
[0041]1)選用電阻率為5Ω.cm的重摻雜N型娃片作為襯底，用稀釋的氫氟酸浸泡lmin，去除表面自然生長的氧化層，露出新鮮的硅(硅表面膜)作為柵電極；
[0042]2)采用常規(guī)的干氧氧化(熱氧化)工藝，在1100°C溫度、純氧氣氣氛下，在柵電極上生長300nm厚的二氧化硅膜作為絕緣層；
[0043]3)采用射頻磁控濺射法在絕緣層上制備P型銅鐵礦結(jié)構(gòu)氧化物膜作為有源層，具體為:預(yù)抽磁控濺射設(shè)備真空室本底氣壓到4X10—4Pa，通過氣體質(zhì)量流量計通入氧氣和氬氣的混合氣體，調(diào)節(jié)氧氣與氬氣的流量比為5:50，通過閘板閥調(diào)節(jié)生長室氣壓到2Pa，進行射頻磁控濺射在絕緣層上沉積CuA102膜作為有源層;其中，濺射靶材為陶瓷CuA102靶，射頻濺射功率為120W，襯底溫度為400°C ；
[0044]