本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種有源層材料、薄膜晶體管及垂直和頂柵結(jié)構(gòu)TFT的制作方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著新型平板顯示(FPD)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，作為FPD核心技術(shù)的薄膜晶體管(TFT)背板技術(shù)也在經(jīng)歷著深刻的變革。金屬氧化物TFT(MOTFT)以其高遷移率、工藝簡(jiǎn)單、成本低、大面積均勻性高等優(yōu)點(diǎn)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的非晶硅(a-Si)TFT和低溫多晶硅(LTPS)TFT，而成為業(yè)界的新焦點(diǎn)。高分辨率的顯示器件更是平板顯示技術(shù)的趨勢(shì)之一。而頂柵結(jié)構(gòu)的TFT是實(shí)現(xiàn)大尺寸高分辨背板技術(shù)的重要手段。在頂柵結(jié)構(gòu)的TFT器件制作工藝中，首先沉積一層有源層，之后在其上方沉積一層絕緣層(GI)，而GI的沉積溫度尤為關(guān)鍵。首先，GI的沉積溫度不能過(guò)高，否則會(huì)導(dǎo)致下方的有源層材料出現(xiàn)高導(dǎo)的現(xiàn)象；另一方面，如果GI的沉積溫度過(guò)低，將會(huì)嚴(yán)重影響GI自身的薄膜質(zhì)量，最終會(huì)導(dǎo)致TFT器件的漏電流過(guò)大。

另外，金屬氧化物薄膜晶體管還廣泛應(yīng)用于集成電路的設(shè)計(jì)中，而較低的工作電壓正是能否實(shí)現(xiàn)這些電路結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵所在。通常而言，降低驅(qū)動(dòng)電壓的實(shí)現(xiàn)往往要求TFT器件向小型化方向發(fā)展，例如減少GI的厚度和利用先進(jìn)電子光刻技術(shù)縮短溝道長(zhǎng)度。從先前各個(gè)科研機(jī)構(gòu)的研究表明，氧化物TFT的溝道長(zhǎng)度可以降至非常小的距離而不影響TFT器件性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種用于金屬氧化物薄膜晶體管的有源層材料，該有源層材料能抵抗PECVD高溫和plasma效應(yīng)，抵抗等離子體轟擊；

本發(fā)明的目的之二在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種薄膜晶體管，該薄膜晶體管性能較為穩(wěn)定；

本發(fā)明的目的之三在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種頂柵結(jié)構(gòu)TFT的制作方法，該方法利用常規(guī)的工藝光刻制程來(lái)實(shí)現(xiàn)低驅(qū)動(dòng)電壓的TFT結(jié)構(gòu)；

本發(fā)明的目的之四在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種垂直結(jié)構(gòu)TFT的制作方法，該方法利用常規(guī)的工藝光刻制程來(lái)實(shí)現(xiàn)低驅(qū)動(dòng)電壓的TFT結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的上述目的通過(guò)如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)。

一種有源層材料，其分子式為(AO)x(BO)y(Ta₂O₅)z，其中0.70≤x+y≤0.99，0.01≤z≤0.30，且x+y+2z＝1；A為鎵、硅、鋁、鎂、鉭、鉿、鐿、鎳、鋯、錫、磷、釩、砷、鈦、鉛、鉀或鑭系稀土元素中的任意一種或兩種以上的任意組合，B為銦或錫中的任意一種或兩種的組合。

一種薄膜晶體管，包括有源層，有源層包括一層或多層不同成分的氧化物半導(dǎo)體薄膜，有源層表面層為等離子隔絕層，等離子隔絕層為含有鉭摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜。

進(jìn)一步，含有鉭摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜的載流子濃度為10¹⁶—10¹⁸cm^-3，遷移率為1—50cm²/Vs，在經(jīng)過(guò)SF₆，C₃F₈，CF₄，Ar，N₂，SiH₄，NH₃，N₂O，O₂，Cl₂工藝氣體產(chǎn)生的高溫等離子體轟擊，持續(xù)時(shí)間30s—600s后，載流子濃度為10¹⁶—10¹⁸cm^-3。

進(jìn)一步，含有鉭摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜厚度為2nm—50nm。

進(jìn)一步，采用頂柵結(jié)構(gòu)、背溝道刻蝕結(jié)構(gòu)或垂直結(jié)構(gòu)。

一種頂柵結(jié)構(gòu)TFT的制作方法，包括以下步驟，

步驟一、在襯底上制備緩沖層；

步驟二、在緩沖層上沉積含有鉭摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜，然后圖形化含有鉭摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜作為有源層；

步驟三、在有源層上連續(xù)沉積第一絕緣層和第一金屬層，分別作為柵極絕緣層和柵極電極，圖形化柵極電極，并利用柵極電極，采用自對(duì)準(zhǔn)的方法，圖形化柵極絕緣層；

步驟四、沉積并圖形化第三絕緣層作為鈍化層；

步驟五、在鈍化層上沉積并圖形化第二金屬層，作為源漏電極層。

優(yōu)選的，薄膜沉積方法包括物理氣相沉積，化學(xué)氣相沉積，原子層沉積，激光沉積。

優(yōu)選的，襯底包括具有緩沖層的玻璃襯底，以及具有水氧阻隔層的柔性襯底。

一種垂直結(jié)構(gòu)TFT的制作方法，包括以下步驟，

步驟一、在襯底上制備緩沖層；

步驟二、在緩沖層上沉積源極金屬層；

步驟三、在源極金屬層上沉積隔離層；

步驟四、在隔離層上沉積漏極金屬層；

步驟五、在漏極金屬層上沉積含有鉭摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜作為有源層；

步驟六、在含有鉭摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜上沉積柵極絕緣層；

步驟七、在柵極絕緣層上沉積柵極電極。

進(jìn)一步，薄膜沉積方法包括物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積和激光沉積。

本發(fā)明的有益效果是：

一種有源層材料，金屬氧化物半導(dǎo)體有源層材料由于摻入Ta元素，有效地拓展了溝道制作的工藝窗口，以獲得高性能的金屬氧化物薄膜晶體管，1、摻鉭的金屬氧化物半導(dǎo)體材料能承受更高的工藝溫度，如PECVD鈍化層工藝的沉積溫度，仍然能保持較好的TFT特性，2、摻鉭的金屬氧化物半導(dǎo)體材料還能有效地抵抗等離子體轟擊作用，可大大地提高薄膜晶體管的器件穩(wěn)定性；

一種薄膜晶體管，其性能較為穩(wěn)定；

一種頂柵結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)TFT的制作方法，降低驅(qū)動(dòng)電壓的實(shí)現(xiàn)往往要求TFT器件向小型化方向發(fā)展，例如減少絕緣層的厚度和利用先進(jìn)電子光刻技術(shù)縮短溝道長(zhǎng)度，摻鉭的金屬氧化物半導(dǎo)體材料的上述特點(diǎn)導(dǎo)致?lián)姐g的金屬氧化物半導(dǎo)體可以用于頂柵結(jié)構(gòu)TFT以及垂直結(jié)構(gòu)TFT等結(jié)構(gòu)，采用本發(fā)明的頂柵結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)TFT的制作方法，有利于制作短溝道器件，實(shí)現(xiàn)高分辨的平板顯示器件。

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明所述的頂柵結(jié)構(gòu)TFT的步驟一的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明所述的頂柵結(jié)構(gòu)TFT的步驟二的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明所述的頂柵結(jié)構(gòu)TFT的步驟三沉積柵極絕緣層的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明所述的頂柵結(jié)構(gòu)TFT的步驟三沉積柵極電極的結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明所述的頂柵結(jié)構(gòu)TFT的步驟四的結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本發(fā)明所述的頂柵結(jié)構(gòu)TFT的步驟五的結(jié)構(gòu)圖；

圖7為本發(fā)明所述的垂直結(jié)構(gòu)TFT的步驟一的結(jié)構(gòu)圖；

圖8為本發(fā)明所述的垂直結(jié)構(gòu)TFT的步驟二的結(jié)構(gòu)圖；

圖9為本發(fā)明所述的垂直結(jié)構(gòu)TFT的步驟三的結(jié)構(gòu)圖；

圖10為本發(fā)明所述的垂直結(jié)構(gòu)TFT的步驟四的結(jié)構(gòu)圖；

圖11為本發(fā)明所述的垂直結(jié)構(gòu)TFT的步驟五的結(jié)構(gòu)圖；

圖12為本發(fā)明所述的垂直結(jié)構(gòu)TFT的步驟六的結(jié)構(gòu)圖；

圖13為本發(fā)明所述的垂直結(jié)構(gòu)TFT的步驟七的結(jié)構(gòu)圖。

其中圖1至圖13中包括有：

1——襯底、 2——緩沖層、

3——有源層、 4——柵極絕緣層、

5——柵極電極、 6——鈍化層、

7——源漏電極層、 8——源極金屬層、

9——隔離層、 10——漏極金屬層。

具體實(shí)施方式

結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

實(shí)施例1。

如圖1至13所示，一種有源層材料，其分子式為(AO)x(BO)y(Ta₂O₅)z，其中0.70≤x+y≤0.99，0.01≤z≤0.30，且x+y+2z＝1；A為鎵、硅、鋁、鎂、鉭、鉿、鐿、鎳、鋯、錫、磷、釩、砷、鈦、鉛、鉀或鑭系稀土元素中的任意一種或兩種以上的任意組合，B為銦或錫中的任意一種或兩種的組合。

一種薄膜晶體管，包括有源層，有源層包括一層或多層不同成分的氧化物半導(dǎo)體薄膜，有源層表面層為等離子隔絕層，等離子隔絕層為含有鉭摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜。

含有鉭摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜的載流子濃度為10¹⁶—10¹⁸cm^-3，遷移率為1—50cm²/Vs，在經(jīng)過(guò)SF₆，C₃F₈，CF₄，Ar，N₂，SiH₄，NH₃，N₂O，O₂，Cl₂工藝氣體產(chǎn)生的高溫等離子體轟擊，持續(xù)時(shí)間30s—600s后，載流子濃度為10¹⁶—10¹⁸cm^-3。含有鉭摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜厚度為2nm—50nm。采用頂柵結(jié)構(gòu)、背溝道刻蝕結(jié)構(gòu)或垂直結(jié)構(gòu)。

一種頂柵結(jié)構(gòu)TFT的制作方法，包括以下步驟，步驟一、如圖1所示，在襯底上制備緩沖層；步驟二、如圖2所示，在緩沖層上沉積含有鉭摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜，然后圖形化含有鉭摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜作為有源層；步驟三、如圖3、圖4所示，在有源層上連續(xù)沉積第一絕緣層和第一金屬層，分別作為柵極絕緣層和柵極電極，圖形化柵極電極，并利用柵極電極，采用自對(duì)準(zhǔn)的方法，圖形化柵極絕緣層；步驟四、如圖5所示，沉積并圖形化第三絕緣層作為鈍化層；步驟五、如圖6所示，在鈍化層上沉積并圖形化第二金屬層，作為源漏電極層。薄膜沉積方法包括物理氣相沉積，化學(xué)氣相沉積，原子層沉積，激光沉積。襯底包括具有緩沖層的玻璃襯底，以及具有水氧阻隔層的柔性襯底。

一種垂直結(jié)構(gòu)TFT的制作方法，包括以下步驟，步驟一、如圖7所示，在襯底上制備緩沖層；步驟二、如圖8所示，在緩沖層上沉積源極金屬層；步驟三、如圖9所示，在源極金屬層上沉積隔離層；步驟四、如圖10所示，在隔離層上沉積漏極金屬層；步驟五、如圖11所示，在漏極金屬層上沉積含有鉭摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜作為有源層；步驟六、如圖12所示，在含有鉭摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜上沉積柵極絕緣層；步驟七、如圖13所示，在柵極絕緣層上沉積柵極電極。薄膜沉積方法包括物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積和激光沉積。

實(shí)施例2。

一種有源層材料，其分子式為(AO)x(BO)y(Ta₂O₅)z，其中0.70≤x+y≤0.99，0.01≤z≤0.30，且x+y+2z＝1。A為鎵，B為銦。

一種薄膜晶體管，包括有源層，有源層包括一層或多層不同成分的氧化物半導(dǎo)體薄膜，有源層表面層為等離子隔絕層，等離子隔絕層為含有鉭摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜。

含有鉭摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜的載流子濃度為10¹⁶—10¹⁸cm^-3，遷移率為1—50cm²/Vs，在經(jīng)過(guò)SF₆，C₃F₈，CF₄，Ar，N₂，SiH₄，NH₃，N₂O，O₂，Cl₂等工藝氣體產(chǎn)生的高溫等離子體轟擊，持續(xù)時(shí)間30s—600s后，載流子濃度為10¹⁶—10¹⁸cm^-3。含有鉭摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜厚度為20nm。為頂柵結(jié)構(gòu)。

一種有源層材料，金屬氧化物半導(dǎo)體有源層材料由于摻入Ta元素，有效地拓展了溝道制作的工藝窗口，以獲得高性能的金屬氧化物薄膜晶體管，1、摻鉭的金屬氧化物半導(dǎo)體材料能承受更高的工藝溫度，如PECVD鈍化層6工藝的沉積溫度，仍然能保持較好的TFT特性，2、摻鉭的金屬氧化物半導(dǎo)體材料還能有效地抵抗等離子體轟擊作用，可大大地提高薄膜晶體管的器件穩(wěn)定性；一種薄膜晶體管，其性能較為穩(wěn)定。

實(shí)施例3。

一種有源層材料，其分子式為(AO)x(BO)y(Ta₂O₅)z，其中0.70≤x+y≤0.99，0.01≤z≤0.30，且x+y+2z＝1。A為硅，B為錫。一種有源層材料，金屬氧化物半導(dǎo)體有源層材料由于摻入Ta元素，有效地拓展了溝道制作的工藝窗口，以獲得高性能的金屬氧化物薄膜晶體管，1、摻鉭的金屬氧化物半導(dǎo)體材料能承受更高的工藝溫度，如PECVD鈍化層6工藝的沉積溫度，仍然能保持較好的TFT特性，2、摻鉭的金屬氧化物半導(dǎo)體材料還能有效地抵抗等離子體轟擊作用，可大大地提高薄膜晶體管的器件穩(wěn)定性。

實(shí)施例4。

一種有源層材料，其分子式為(AO)x(BO)y(Ta₂O₅)z，其中0.70≤x+y≤0.99，0.01≤z≤0.30，且x+y+2z＝1。A為鋁，B為銦。一種有源層材料，金屬氧化物半導(dǎo)體有源層材料由于摻入Ta元素，有效地拓展了溝道制作的工藝窗口，以獲得高性能的金屬氧化物薄膜晶體管，1、摻鉭的金屬氧化物半導(dǎo)體材料能承受更高的工藝溫度，如PECVD鈍化層6工藝的沉積溫度，仍然能保持較好的TFT特性，2、摻鉭的金屬氧化物半導(dǎo)體材料還能有效地抵抗等離子體轟擊作用，可大大地提高薄膜晶體管的器件穩(wěn)定性。

實(shí)施例5。

如圖1至圖6所示，一種頂柵結(jié)構(gòu)TFT的制作方法，包括以下步驟，

步驟一、如圖1所示，在襯底1上制備緩沖層2；

步驟二、如圖2所示，在緩沖層2上沉積含有鉭摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜，然后圖形化含有鉭摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜作為有源層3；

步驟三、如圖3、圖4所示，在有源層3上連續(xù)沉積第一絕緣層和第一金屬層，分別作為柵極絕緣層4和柵極電極5，圖形化柵極電極5，并利用柵極電極5，采用自對(duì)準(zhǔn)的方法，圖形化柵極絕緣層4；

步驟四、如圖5所示，沉積并圖形化第三絕緣層作為鈍化層6；

步驟五、如圖6所示，在鈍化層6上沉積并圖形化第二金屬層，作為源漏電極層7；

優(yōu)選的，薄膜沉積方法包括物理氣相沉積，化學(xué)氣相沉積，原子層沉積，激光沉積。

優(yōu)選的，襯底1包括具有緩沖層2的玻璃襯底，以及具有水氧阻隔層的柔性襯底。

一種頂柵結(jié)構(gòu)TFT的制作方法，降低驅(qū)動(dòng)電壓的實(shí)現(xiàn)往往要求TFT器件向小型化方向發(fā)展，例如減少絕緣層的厚度和利用先進(jìn)電子光刻技術(shù)縮短溝道長(zhǎng)度，摻鉭的金屬氧化物半導(dǎo)體材料的上述特點(diǎn)導(dǎo)致?lián)姐g的金屬氧化物半導(dǎo)體可以用于頂柵結(jié)構(gòu)TFT以及垂直結(jié)構(gòu)TFT等結(jié)構(gòu)，采用本發(fā)明的頂柵結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)TFT的制作方法，有利于制作短溝道器件，實(shí)現(xiàn)高分辨的平板顯示器件。

實(shí)施例6。

如圖7至圖13所示，一種垂直結(jié)構(gòu)TFT的制作方法，包括以下步驟，

步驟一、如圖7所示，在襯底1上制備緩沖層2；

步驟二、如圖8所示，在緩沖層2上沉積源極金屬層8；

步驟三、如圖9所示，在源極金屬層8上沉積隔離層9；

步驟四、如圖10所示，在隔離層9上沉積漏極金屬層10；

步驟五、如圖11所示，在漏極金屬層10上沉積含有鉭摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜作為有源層3；

步驟六、如圖12所示，在含有鉭摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜上沉積柵極絕緣層4；

步驟七、如圖13所示，在柵極絕緣層4上沉積柵極電極5。

進(jìn)一步，薄膜沉積方法包括物理氣相沉積，化學(xué)氣相沉積，原子層沉積，激光沉積。

一種垂直結(jié)構(gòu)TFT的制作方法，降低驅(qū)動(dòng)電壓的實(shí)現(xiàn)往往要求TFT器件向小型化方向發(fā)展，例如減少絕緣層的厚度和利用先進(jìn)電子光刻技術(shù)縮短溝道長(zhǎng)度，摻鉭的金屬氧化物半導(dǎo)體材料的上述特點(diǎn)導(dǎo)致?lián)姐g的金屬氧化物半導(dǎo)體可以用于頂柵結(jié)構(gòu)TFT以及垂直結(jié)構(gòu)TFT等結(jié)構(gòu)，采用本發(fā)明的頂柵結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)TFT的制作方法，有利于制作短溝道器件，實(shí)現(xiàn)高分辨的平板顯示器件。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。