[发明专利]一种氧化铝/a-IGZO薄膜晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化铝/a‑IGZO薄膜晶体管及其制备方法，该制备方法通过空心阴极等离子体放电法电离通入PLD腔体中的氧气，形成氧等离子体浓度较高的沉积环境，在a‑IGZO/SiO₂/P⁺‑Si衬底上通过脉冲激光沉积制备氧化铝钝化层，再通过真空退火进一步优化薄膜性能。随炉冷却至20℃后，结合空心阴极氧等离子体和真空原位退火促使钝化层中的可动氧向a‑IGZO沟道层扩散，显著降低沟道层/钝化层界面的氧空位含量，优化器件的亚阈值摆幅和迁移率，有利于提高器件的栅极电压稳定性。

技术领域

本发明属于薄膜晶体管领域，具体涉及一种氧化铝/a-IGZO薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

薄膜晶体管是平板显示技术领域中重要的电路开关控制器件，以非晶铟镓锌氧(a-IGZO)材料为代表的非晶金属氧化物半导体是有可能突破新一代大尺寸、高分辨率、高响应速度柔性显示技术的沟道层候选材料。薄膜晶体管栅极电压的稳定性关系到显示器的显示亮度和工作寿命。已有研究表明，在a-IGZO薄膜晶体管沟道层上沉积一层钝化层可以有效提高器件的栅极电压稳定性。

氧化铝(Al₂O₃)具有较好的透过率和绝缘性，不易在大气环境中发生反应，制备成本较低，是理想的薄膜晶体管钝化层材料之一。然而，通常制备的氧化铝钝化层存在较多的氧缺陷，会严重影响器件的电学性能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种氧化铝/a-IGZO薄膜晶体管及其制备方法，以解决a-IGZO薄膜上氧化铝钝化层氧缺陷多的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种氧化铝/a-IGZO薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将图形化的a-IGZO/SiO₂/P⁺-Si至于PLD腔体中，在真空条件下升温至100℃～220℃，保温3～12h进行第一次退火，冷却后获得第一过程样品；

步骤2，将第一过程样品至于PLD腔体中，以氧化铝陶瓷作为靶材，通过空心金属管向PLD腔体中充入氧气，PLD腔体接地，以空心金属管作为阴极，高压直流电源在阴极上添加电离电压；通过KrF激光器溅射氧化铝陶瓷靶材，在第一过程样品的a-IGZO上沉积出Al₂O₃薄膜，获得第二过程样品；

步骤3，去除第二过程表面的光刻胶，在第二过程样品上制备出源漏电极，得到第三过程样品；

步骤4，将第三过程样于真空条件下，在80℃～140℃下保温3～12h进行第二次退火，冷却后获得氧化铝/a-IGZO薄膜晶体管。

本发明的进一步改进在于：

优选的，步骤1中，真空压力≤5×10^-5Pa。

优选的，步骤2中，充入氧气前，PLD腔体内抽真空处理，真空度≤5×10^-5Pa。

优选的，步骤2中，充入氧气后氧分压为4.5–6.0Pa。

优选的，步骤2中，电离电压为0.5–3.0kV；KrF激光器溅射的频率为1-10Hz，激光功率为200-600mJ。

优选的，步骤2中，Al₂O₃薄膜的厚度为60～100nm。

优选的，步骤3中，源漏电极为Mo材质，源漏电极的厚度均为100nm。

优选的，步骤4中，第三过程样的真空条件为真空度≤5×10^-5Pah。