一種薄膜晶體管及其半導體溝道層的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及到薄膜晶體管的技術領域，特別涉及到一種薄膜晶體管及其半導體溝道層的制備方法。
【背景技術】
[0002]薄膜晶體管(TFT)作為現(xiàn)代顯示技術的核心電子元件，廣泛應用于液晶顯示(LCD)、有機發(fā)光二極管顯示(AMOLED)和電泳顯示(EPD)等顯示器件的有源驅動。目前應用于顯示器件中的主流有源開關元件仍然是S1-TFT。然而，隨著顯示技術的發(fā)展，顯示器件將逐步向AMOLED和柔性可卷曲型方向發(fā)展，要求TFT不僅具有較高的電子迀移率，低的光敏感性，而且能夠實現(xiàn)低溫制備。目前S1-TFT存在許多不足:材料本身不透明，光敏感性強、場效應迀移率低、不易實現(xiàn)低溫制備。
[0003]非晶氧化物半導體通常具有比非晶硅更高的載流子迀移率，更大的禁帶寬度，且適合低溫制備，因而被看作是新一代薄膜晶體管最具潛力的技術。在各種氧化物半導體中，例如氧化銦(In2O3)半導體、氧化鋅銦(Zn-1n-O)半導體、氧化銦鎵(In-Ga-O)半導體、氧化銦鋅(In-Zn-O)半導體、氧化銦鎵鋅(In-Ga-Zn-O)半導體等，通常認為銦(In)離子影響(例如提高)了這些的氧化物半導體的電子迀移率是由于其最外層或5s的軌道的電子分布。因為In-O材料的導帶底是由銦的5s類自由電子態(tài)與高度分散的氧的2s電子態(tài)雜化而成，而價帶邊是由氧的2P電子態(tài)與銦的5d電子態(tài)雜化而成。導致了載流子的均勻分布，使載流子的散射作用大大減小，從而提高了載流子的本征迀移率，非常適合作為TFT的溝道層材料。一般而言，銦原子含量越高，載流子迀移率越大。
[0004]然而，隨著氧化物中銦含量的增加，在沉積含銦氧化物過程中，易在不同晶向上形成晶?；腎n2O3，在不同晶粒的晶界處形成大量的氧空位，這些氧空位作為施主能級，提供了大量的N型載流子，導致高銦組分氧化物中載流子濃度偏高，從而影響其作為TFT的應用，特別是會導致關態(tài)電流偏高，即存在“關不緊”的問題。
[0005]為了抑制高銦組分氧化物半導體載流子濃度偏高的問題，專利201210417892.6公開了一種摻入與氧結合力強的三價金屬離子的解決方案，正3價的金屬氧化物優(yōu)選為選自氧化硼、氧化鋁、氧化鎵、氧化鈧、氧化乾、氧化鑭、氧化鐠、氧化釹、氧化釤、氧化銪、氧化令L、氧化鋪、氧化鏑、氧化鈥、氧化鉺、氧化鎊、氧化鐿和氧化镥中的I種或2種以上的氧化物。這些氧化物與氧的結合力強結晶粒界處，因為與氧的結合力強，所以可以抑制在結晶粒界處的氧缺失的產生。其結果，在室溫附近的溫度下的載流子密度可以控制到不足117Cm 3，能夠降低多晶化氧化銦薄膜的氧缺失量。專利201080026144.4公開了一種含In2O3的薄膜晶體管，用錫、鈦、鎢和鋅中的一種或幾種原子的摻雜來抑制In2O3的晶化取向，調控含In2O3的氧化物半導體的載流子濃度。雖然以上方法能夠很好的調控含In2O3的氧化物半導體的載流子濃度，獲得了較好性能的薄膜晶體管，但是摻入與氧結合力強的三價金屬離子或者用錫、鈦、鎢和鋅中的一種或幾種原子的摻雜，多采用濺射成膜工藝，導致薄膜表面粗糙，使半導體層和絕緣層的接觸界面狀態(tài)不穩(wěn)定，使得TFT器件的特性難以變得穩(wěn)定。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種薄膜晶體管，采用摻雜有Sb的含In氧化物作為半導體溝道層，可抑制In2O3的定向結晶化取向，降低含銦氧化物的室溫載流子濃度，降低薄膜晶體管的關態(tài)電流，且形成光滑的半導體溝道層表面，使半導體溝道層層和絕緣層的接觸界面狀態(tài)穩(wěn)定，使得TFT器件的特性更加穩(wěn)定。
[0007]為此，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0008]—種薄膜晶體管，包括一襯底，所述襯底上設有半導體溝道層，所述半導體溝道層上兩側形成源電極和漏電極，所述半導體溝道層上形成柵絕緣層，所述柵絕緣層覆蓋部分源電極和漏電極，所述柵絕緣層上中間區(qū)域形成柵金屬電極，所述半導體溝道層為摻雜有Sb的含In氧化物，其中Sb的含量為0.1-10%。
[0009]優(yōu)選的，所述半導體溝道層的厚度為10nm-50nm。
[0010]優(yōu)選的，所述半導體溝道層的制備方法包括如下:
[0011]I)在PEM0CVD反應室中，應室壓力為5\104-10午&，生長溫度為200-400°(:，等離子體產生的微波功率為400-600W，預先通入一段時間的O2，在襯底表面上形成密集的成核占.V，
[0012]2)以Ar為載氣，以含有TMIn和TESb的MO源和O2為反應源氣體脈沖式通入到PEM0CVD反應室中，其中TESb在MO源中的含量為0.1-10 % ;在等離子體的輔助下裂解并發(fā)生化學反應，在襯底上沉積形成摻雜有Sb的含In氧化物的半導體溝道層，其中Sb的含量為 0.1-10%。
[0013]優(yōu)選的，所述O2反應源氣體脈沖持續(xù)通入到PEM0CVD反應室內；所述含有TMIn和TESb的MO源氣體脈沖間歇通入到PEM0CVD反應室內，其過程包括如下:
[0014]^時間內，含有TMIn和TESb的MO源脈沖關閉；
[0015]丨2時間內，含有TMIn和TESb的MO源脈沖打開，含有TMIn和TESb的MO源氣體通入到PEM0CVD反應室中，O2與含有TMIn和TESb的MO源發(fā)生反應，在襯底上形成一層形核層薄膜；
[0016]t3時間內，含有TMIn和TESb的MO源脈沖關閉，形核層薄膜的原子迀移到能量最低點，形成穩(wěn)定態(tài)；
[0017]t4時間內，含有TMIn和TESb的MO源脈沖打開，在形核層薄膜上，生長外延層，然后含有TMIn和TESb的MO源脈沖關閉，外延層原子迀移到穩(wěn)定態(tài)；
[0018]—個生長周期，重復周期一定時間，以獲得特定厚度的半導體溝道層。
[0019]優(yōu)選的，所述^為 15s-25s ；t 2為 3s_8s ；t 3為 15s_25s ；t 4為 15s_25s。
[0020]優(yōu)選的，所述重復周期的時間為10min-50min，獲得的半導體溝道層的厚度為10nm_50nmo
[0021 ] 優(yōu)選的，所述襯底為清洗干凈的透明玻璃基板。
[0022]優(yōu)選的，所述柵絕緣層為Si02。
[0023]本發(fā)明采用以上技術方案，采用摻雜有Sb的含In氧化物作為半導體溝道層，利用Sb原子具有表面活性劑的性質，抑制In2O3的定向結晶化取向，降低含銦氧化物的室溫載流子濃度，降低薄膜晶體管的關態(tài)電流；且由于表面活性劑一般具有較低的飽和蒸汽壓和表面迀移速度，在薄膜沉積過程中易在生長表面形成In-Sb的二聚物，改變表面結構和表面能，降低形成有序結構的驅動力；同時由于表面活性劑的加入也能改善含銦氧化物表面的粗糙度，形成光滑的半導體溝道層表面，使半導體溝道層層和絕緣層的接觸界面狀態(tài)穩(wěn)定，使得TFT器件的特性更加穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明薄膜晶體管的結構示意圖。
[0025]圖2為本發(fā)明半導體溝道層的制備過程中反應源氣體脈沖工作方式的時序示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點更加的清晰，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】做出更為詳細的說明，在下面的描述中，闡述了很多具體的細節(jié)以便于充分的理解本發(fā)明，但是本發(fā)明能夠以很多不同于描述的其他方式來實施。因此，本發(fā)明不受以下公開的具體實施的限制。
[0027]—種薄膜晶體管，如圖1所示，包括一襯底11，所述襯底11上設有半導體溝道層12，所述半導體溝道層12上兩側形成源電極13和漏電極14，所述半導體溝道層12上形成柵絕緣層15，所述柵絕緣層15覆蓋部分源電極13和漏電極14，所述柵絕緣層15上中間區(qū)域形成柵金屬電極16，所述半導體溝道層12為摻雜有Sb的含In氧化物，其中Sb的含量為0.1-10%。
[0028]其中，所述半導體溝道層12的厚度為10nm-50nm。
[0029]其中，所述半導體溝道層12的制備方法包括如下:
[0030]I)在PEM0CVD反應室中，應室壓力為5\104-10午3，生長溫度為200-400°(:，等離子體產生的微波功率為400-600W，預先通入一段時間的O2，在襯底表面上形成密集的成核占.V，
[0031]2)以Ar為載氣，以含有TMIn和TESb的MO源和O2為反應源氣體脈沖式通入到PEM0CVD反應室中，其中TESb在MO源中的含量為0.1-10 % ;在等離子體的輔助下裂解并發(fā)生化學反應，在襯底上沉積形成摻雜有Sb的含In氧化物的半導體溝道層，其中Sb的含量為 0.1-10%。
[0032]優(yōu)選的，所述O2反應源氣體脈沖持續(xù)通入到PEM0CVD反應室內；所述含有TMIn和TESb的MO源氣體脈沖間歇通入到PEM0CVD反應室內，其過程包括如下:
[0033]^時間內，含有TMIn和TES