[发明专利]金属氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种金属氧化物半导体薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

薄膜晶体管（TFT，Thin Film Transistor）主要应用于控制和驱动液晶显示器（LCD，Liquid Crystal Display）、有机发光二极管（OLED，Organic Light-Emitting Diode）显示器的子像素，是平板显示领域中最重要的电子器件之一。

金属氧化物TFT（MOTFT）不仅具有较高的迁移率（在5~50                                               左右），而且制作工艺简单，制造成本较低，还具有优异的大面积均匀性。因此MOTFT技术自诞生以来便备受业界瞩目。

目前MOTFT主要使用的结构有背沟道刻蚀结构和刻蚀阻挡层结构。背沟道刻蚀结构是在生成有源层之后，在有源层上沉积金属层，并且图形化作为源漏电极。而刻蚀阻挡层结构是在有源层生成之后，先制作一层刻蚀阻挡层，再在之上沉积金属层并且图形化作为源漏电极。

刻蚀阻挡层结构的MOTFT的稳定性比较好，目前该结构薄膜晶体管已商业化。但是因为其需要增加额外的光刻掩膜版制作刻蚀阻挡层，导致工艺复杂，制作成本高。

背沟道刻蚀结构制作工艺较为简单，并且与传统非晶硅制作工艺相同，设备投资和生产成本都较低廉。该结构被认为是，金属氧化物薄膜晶体管实现大规模量产和能够广泛使用的必然发展方向。但是在有源层上刻蚀源漏电极时，无论是采用干法刻蚀还是湿法刻蚀都会出现背沟道损伤的问题：采用干法刻蚀时，金属氧化物容易受到离子损伤，导致暴露的沟道表面有载流子陷阱生成以及氧空位浓度增加，使得器件稳定性较差；采用湿法刻蚀时，因为有源层对大部分酸性刻蚀液都比较敏感，很容易在刻蚀过程中被腐蚀，从而也将极大地影响器件性能。该结构的MOTFT目前还无法实现产品化。

因此，在对源漏电极的刻蚀过程中，对背沟道刻蚀型结构的氧化物薄膜晶体管的背沟道进行有效保护非常关键。故，针对现有技术不足，提供一种耐刻蚀性强、在制备过程中能够有效保护背沟道的金属氧化物薄膜晶体管及其制备方法以克服现有技术不足甚为必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法，所制备的金属氧化物半导体薄膜晶体管的有源层耐刻蚀性能优良，能够有效保护背沟道防止背沟道损伤，使得金属氧化物半导体薄膜晶体管的稳定性得到提高，产品性能更好。

本发明的上述目的通过如下技术手段实现。

一种金属氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤，

a.在衬底上制备并图形化金属导电层作为栅极；

b.在所述金属导电层上沉积第一绝缘薄膜作为栅极绝缘层；

c. 采用不含锌的锡钽氧化物半导体材料作为原料在所述栅极绝缘层上沉积不含锌的锡钽氧化物薄膜并图形化形成有源层；

所述锡钽氧化物薄膜在氢氟酸中的刻蚀速率大于10nm/min且在硫酸、盐酸或者铝刻蚀液中的一种或者一种以上的刻蚀液中的刻蚀速率小于等于5nm/min；

d.在所述有源层上直接沉积金属层并以湿法刻蚀的方法直接在所述有源层上进行图形化作为源漏电极。

 本发明的金属氧化物半导体薄膜晶体管的制备方法可以不含钝化层的制备，也可以进一步在所述源漏电极上沉积第二绝缘薄膜作为钝化层。

上述步骤b的第一绝缘层薄膜可以是单层绝缘薄膜，也可以是一层以上的多层绝缘薄膜。

上述步骤c的图形化采用氢氟酸作为刻蚀液，氢氟酸的浓度为0.5%~51%。

上述步骤d中的图形化具体采用硫酸、盐酸或者铝刻蚀液的任意一种或者一种以上的刻蚀液，所述硫酸的浓度范围为70%~96%，所述盐酸的浓度范围为30%~38%；所述铝刻蚀液包括硝酸、磷酸和醋酸；所述硝酸的浓度范围为1%~10%，所述磷酸的浓度范围为65%~75%，所述醋酸的浓度范围为5%~15%。

上述步骤c具体采用物理气相沉积或溶胶-凝胶法沉积锡钽氧化物薄膜。

上述锡钽氧化物半导体材料中氧化钽占所述锡钽氧化物整体的重量百分比为0.1%~20%。

上述锡钽氧化物半导体材料中氧化钽占所述锡钽氧化物整体的重量百分比为1%~10%。

上述有源层的厚度为20nm~200nm，所述有源层的载流子浓度小于10¹⁸cm^–3。