[发明专利]透明氧化物半导体薄膜晶体管

说明书

本申请为申请日为2003年10月10日，申请号为200380101292.8，发明名称为“透明氧化物半导体薄膜晶体管”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用选自氧化锌、氧化铟、氧化锡和氧化镉的透明氧化物半导体制造的晶体管，其中在沉积所述氧化物半导体时没有特意掺入额外的掺杂元素，本发明还涉及所述氧化物半导体的沉积方法。透明氧化物半导体可用于制造透明薄膜晶体管。透明晶体管可用于控制显示器中的像素。由于是透明的，晶体管不会显著降低像素的有效面积。

背景技术

Fortunato等人（Materials Research Society Symposium Proceedings（2001）666）描述了通过射频磁控管溅射法沉积在聚酯上的含铝氧化锌薄膜。

日本专利申请JP2002076356 A中记述了一种由氧化锌制成的并掺杂了过渡金属元素的沟道层。

Goodman（US 4204217A）公开了一种液晶晶体管。

Ohya等(Japanese Journal of Applied Physics,Part 1(Jan.2001)vol 40,no.1,p297-8)公开了一种由化学溶液沉积法制备的ZnO薄膜晶体管。

Maniv等(J.Vac.Sci Technol.,A(1983),1(3),1370-5)记述了由改进的反应平面磁控管溅射技术制备的导电ZnO薄膜。

Giancaterian等(Surface and Coatings Technology(2001)138(1),84-94)记述了由射频磁控管溅射法沉积的氧化锌涂层。

Seager等(Appl.Phys.Lett.68,2660-2662,1996)记述了利用铁电绝缘体发出的电场来控制或调节ZnO:Al或ZnO:In导电膜的电阻。

在2000年8月期的Materials Research Bullitin，Volume 25(8)2000中回顾了透明导电氧化物，专门论述了透明导电氧化物的材料和性能。

发明内容

本发明涉及新型的透明氧化物半导体（TOS）薄膜晶体管（TFT）及其沉积方法，其中透明氧化物半导体(TOS)选自氧化锌(ZnO)、氧化铟(In₂O₃)、氧化锡(SnO₂)或氧化镉(CdO)半导体及其组合。所述TFT结构包括具有用于将电流注入TOS的通常称为源极和漏极的导电电极的TOS，以及用于控制和/或调节源-漏电流的电容充电电路。半导体沉积工艺采用磁控管溅射技术，在具有可控氧气分压的惰性气体气氛中溅射氧化物（ZnO、In₂O₃、SnO₂、CdO）或金属（Zn、In、Sn、Cd）靶。这是一种与温度敏感基底和元件相容的低温工艺。TOS TFT的一个特别诱人的应用是用于在柔性聚合物基底（基板，衬底）上的显示器驱动电路。

本方法具体涉及在场效应晶体管中沉积无掺杂的透明氧化物半导体，包括选自以下的一种方法：

在混合了惰性气体的氧气有效分压下物理气相沉积无掺杂的TOS；

在有效氧气分压下电阻蒸发无掺杂的TOS；

在有效氧气分压下激光蒸发无掺杂的TOS；

在有效氧气分压下电子束蒸发无掺杂的TOS；和

在有效氧气分压下化学气相沉积无掺杂的TOS。

本发明还涉及一种包括无掺杂的透明氧化物半导体的晶体管。在一个实施方案中，晶体管位于柔性基底上并进一步包含由选自氧化锌、氧化铟、氧化锡和氧化镉的材料制成的栅极介质。

附图说明

图1显示了在10毫托和20毫托的氩气和氧气中射频磁控管溅射的ZnO膜中，电阻率与pO₂的关系。

图2显示了通过PVD或CVD法制造的ZnO膜的总的电阻特性与氧气源分压的关系。

图3显示了ZnO TFT的测试结构。

图4显示了pO₂=P_c条件下制造的射频磁控管溅射薄膜的ZnO TFT I-V曲线。

图5显示了pO₂=2P_c条件下制造的射频磁控管溅射薄膜的ZnO TFT I-V曲线。