具有钝化增强层的金属氧化物薄膜晶体管及其制作方法
阅读：576发布：2023-03-03
专利汇可以提供具有钝化增强层的金属氧化物薄膜晶体管及其制作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及 半导体 技术领域，提出一种具有增强 钝化 层的金属 氧 化物 薄膜 晶体管，在 沟道 层与源、漏 电极 之间设置有增强 钝化层 ，增强钝化层由无机钝化层和钝化增强层组成，其制备方法包括以下步骤：在衬底上沉积一层金属氧化物薄膜；在沉积有金属氧化物薄膜的衬底上沉积无机钝化层；将沉积有无机钝化层的衬底使用自组装单分子膜形成致密且疏 水 的自组装单分子层作为钝化增强层。本发明通过增强钝化层可提高晶体管的长期可靠性，增强钝化层由无机钝化层和钝化增强层组成，钝化增强层的所选材料能与无机钝化层表面通过自组装的方式形成超疏水界面，增强无机钝化层对空气中水氧的阻隔能 力 ，从而能够显著提高器件的电学性能，尤其是 稳定性 。，下面是具有钝化增强层的金属氧化物薄膜晶体管及其制作方法专利的具体信息内容。
1.一种具有增强钝化层的金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于：包括衬底、栅极、绝缘层、金属氧化物薄膜、源极、漏极、增强钝化层，所述增强钝化层包括无机钝化层、钝化增强层，所述栅极贴合于衬底上方，所述绝缘层覆盖在栅极上方，所述金属氧化物薄膜贴合于绝缘层上方，所述源极和漏极贴合于金属氧化物薄膜上方，且源极和漏极之间空出沟道，所述无机钝化层位于所述沟道中,且与金属氧化物薄膜贴合，所述钝化增强层位于无机钝化层上方，且与无机钝化层贴合。
2.根据权利要求1所述的一种具有增强钝化层的金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于：
所述金属氧化物薄膜为具有半导体材料特性的无机金属氧化物。
3.根据权利要求2所述的一种具有增强钝化层的金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于：
所述无机金属氧化物由铟锌氧化物、锡锌氧化物、铟锡氧化物、铟镓锌氧化物、氟锡锌氧化物中的一种或多种组成。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种具有增强钝化层的金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于：所述无机钝化层由AlOx、SiOx、YOx、ScOx、SiNx、GaOx、HfOx、HfxLayO、TiOx、AlOxNy或SiOxNy中的一种或多种组成，其中x和y为变量。
5.根据权利要求4所述的一种具有增强钝化层的金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于：
所述钝化增强层由烷基取代的硅氮烷、烷基或苯基取代的三乙氧基硅烷、烷基或苯基取代的三氯硅烷、烷烃基磷酸或烷烃硫醇等中的一种通过自组装单分子层处理所述无机钝化层的表面获得。
6.根据权利要求5所述的一种具有增强钝化层的金属氧化物薄膜晶体管，其特征在于：
所述衬底为塑料基板、金属箔片、超薄玻璃、纸质基板中的任一种。
7.一种金属氧化物薄膜晶体管的增强钝化层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：在沉积有金属氧化物薄膜的衬底上沉积无机钝化层；
步骤S3：将沉积有无机钝化层的衬底通过自组装单分子膜形成自组装单分子层作为钝化增强层。
8.根据权利要求7所述的一种金属氧化物薄膜晶体管的增强钝化层的制备方法，其特征在于：还包括以下步骤：
步骤S2：在无机钝化层表面进行plasma等离子化处理。
9.根据权利要求7所述的一种金属氧化物薄膜晶体管的增强钝化层的制备方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括：
在沉积有金属氧化物薄膜的衬底上，通过激光脉冲沉积法、阳极氧化法、化学气相沉积法、磁控溅射法、溶液法中的一种或多种方法制备单层或多层的无机钝化层。
10.根据权利要求7-9任一项所述的一种金属氧化物薄膜晶体管的增强钝化层的制备方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括：
通过溶液浸泡法、溶液旋涂法、溶液喷涂法、气相热处理法中的一种或多种方法在无机钝化层上制备致密且疏水的自组装单分子层作为钝化增强层。
具有钝化增强层的金属氧化物薄膜晶体管及其制作方法
技术领域
背景技术
[0002] 随着下一代有源矩阵平板显示技术正朝着大尺寸、超高清、高帧率及外围电路全集成等方向的发展，薄膜晶体管(TFT)作为显示面板的构成要素，要求其必须提供足够的电学驱动能力。金属氧化物薄膜晶体管因其成本低廉、制备温度低、可见光透过率高和电学性能适中等特点，进来愈发受到关注与研究。金属氧化物薄膜晶体管TFT对诸如氧气、氢气以及水汽等环境气氛非常敏感，氧气或水分子被吸收在半导体的背沟道表面上，会导致器件的电学性能恶化，尤其的电学稳定性。
[0003] 因此高质量钝化层的制备对于薄膜晶体管的稳定性非常重要，钝化层有效地隔离了金属氧化物的沟道材料，避免了其与外部环境的直接接触，钝化层可以在薄膜晶体管TFT性能和稳定性中发挥重要作用。为了有效钝化，传统钝化层必须与薄膜晶体管的沟道层相容，通常选择无机钝化材料，其致密性好，能抑制原子从氧化物半导体薄膜中逸出而形成氧空位(Vo)。但若要达到良好的钝化效果，该钝化层必须足够厚(500nm左右)才能消除表面吸附物质的影响，且需要足够好的扩散阻挡层来消除表面物质扩散到钝化层/背沟道界面，同时该钝化层应具有低氢含量，才能使得钝化层更加有效。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于改善现有技术中所存在的不足，提供一种具有增强钝化层的金属氧化物薄膜晶体管及制作方法，基于有机/无机混合叠层的钝化增强层结构，能够显著提高器件的电学性能，尤其是稳定性，在有效降低钝化层厚度的同时，还能提供更加有效的钝化效果。为此，本发明实施例提供了以下技术方案：
[0005] 一种具有增强钝化层的金属氧化物薄膜晶体管，包括衬底、栅极、绝缘层、金属氧化物薄膜、源极、漏极、增强钝化层，所述增强钝化层包括无机钝化层、钝化增强层，所述栅极贴合于衬底上方，所述绝缘层覆盖在栅极上方，所述金属氧化物薄膜贴合于绝缘层上方，所述源极和漏极贴合于金属氧化物薄膜上方，且源极和漏极之间空出沟道，所述无机钝化层位于所述沟道中,且与金属氧化物薄膜贴合，所述钝化增强层位于无机钝化层上方，且与无机钝化层贴合。
[0006] 更进一步地，为了更好的实现本发明，所述金属氧化物薄膜为具有半导体材料特性的无机金属氧化物。
[0007] 更进一步地，为了更好的实现本发明，所述无机金属氧化物由铟锌氧化物、锡锌氧化物、铟锡氧化物、铟镓锌氧化物、氟锡锌氧化物中的一种或多种组成。
[0008] 更进一步地，为了更好的实现本发明，所述无机钝化层由AlOx、SiOx、YOx、ScOx、SiNx、GaOx、HfOx、HfxLayO、TiOx、AlOxNy或SiOxNy中的一种或多种组成，其中x和y为变量。
[0009] 更进一步地，为了更好的实现本发明，所述钝化增强层由烷基取代的硅氮烷、烷基或苯基取代的三乙氧基硅烷、烷基或苯基取代的三氯硅烷、烷烃基磷酸或烷烃硫醇等中的一种通过自组装单分子层处理所述无机钝化层的表面获得。
[0010] 更进一步地，为了更好的实现本发明，所述衬底为塑料基板、金属箔片、超薄玻璃、纸质基板中的任一种。
[0011] 一种金属氧化物薄膜晶体管的增强钝化层的制备方法，包括以下步骤：
[0012] 步骤S1：在沉积有金属氧化物薄膜的衬底上沉积无机钝化层；
[0013] 步骤S3：将沉积有无机钝化层的衬底通过自组装单分子膜形成自组装单分子层作为钝化增强层。
[0014] 更进一步地，为了更好的实现本发明，还包括以下步骤：
[0015] 步骤S2：在无机钝化层表面进行plasma等离子化处理。
[0016] 更进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤S1具体包括：
[0018] 更进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤S3具体包括：
[0020] 与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0021] 本发明通过增强钝化层可提高晶体管的长期可靠性，其中无机钝化材料致密性好，作为钝化层能有效地抑制氧原子从氧化物半导体薄膜中逸出而形成氧空位(VO)，有机硅烷或烷烃硫醇等通过自组装的方式在无机钝化层表面形成自组装单分子层作为钝化增强层，消除了无机钝化层表面羟基及表面缺陷的同时，形成超疏水界面增强了无机钝化层对空气中水氧的阻隔能力，从而能够显著提高器件的电学性能，尤其是稳定性，其在有效降低无机钝化层厚度的同时，还能提供良好的钝化效果。简言之，与现有技术相比，通过钝化增强层的形成，在保障相同电学性能的情况下，本晶体管的无机钝化层和钝化增强层的总厚度远低于传统的单纯无机钝化层的厚度；在保障相同厚度的情况下，本晶体管的电学性能远高于传统的晶体管。附图说明
[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0023] 图1为本发明在沉积有金属氧化物薄膜的衬底上制备增强钝化层后的横截面示意图；
[0024] 图2为本发明沉积在无机钝化层薄膜上的钝化增强层表面化学分子示意图；
[0025] 图3为本发明不同钝化层沉积在铟锡锌氧化物薄膜上的接触角对比测试图；
[0026] 图4为本发明具有增强钝化层的铟锡锌氧化物薄膜晶体管的横截面示意图；
[0027] 图5为本发明具有不同钝化层的铟锡锌氧化物薄膜晶体管的转移特性曲线图；
具体实施方式
[0029] 下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0031] 实施例1：
[0032] 本发明通过下述技术方案实现，如图1所示，一种金属氧化物薄膜晶体管的增强钝化层的制备方法，包括以下步骤：
[0033] 步骤S1：在沉积有金属氧化物薄膜的衬底上沉积无机钝化层。
[0034] 具体来说，所述衬底为金属氧化物薄膜所附着的物质，所述衬底可以是塑胶基板、金属箔片、超薄玻璃、纸质基板等，也可以是普通晶体管的半成品。所述金属氧化物薄膜的成分为具有半导体材料特性的金属氧化物，该金属氧化物由铟锌氧化物、锡锌氧化物、铟锡锌氧化物、铟镓锌氧化物、氟锡锌氧化物等中的一种或多种组成。
[0035] 通过磁控溅射法将至少一种金属氧化物靶材沉积在衬底上，得到一层设定厚度的金属氧化物薄膜，厚度在20nm～200nm之间。可以同时在衬底上磁控溅射一种或多种金属氧化物靶材，从而在衬底上得到金属氧化物薄膜。比如，直接通过磁控溅射法在衬底上溅射铟镓锌氧化物，从而在衬底上得到铟镓锌氧化物薄膜；或者按照特定的比例同时磁控溅射氧化锌、氧化镓、氧化铟三种靶材，从而在衬底上得到铟镓锌氧化物薄膜。
[0037] 具体来说，在沉积有金属氧化物薄膜的衬底上，通过激光脉冲沉积法、阳极氧化法、化学气相沉积法、磁控溅射法、溶液法中的一种或多种方法制备一定厚度的单层或多层无机钝化层，该无机钝化层的厚度小于200nm。所述无机钝化层为AlOx、SiOx、YOx、ScOx、SiNx、GaOx、HfOx、HfxLayO、TiOx、AlOxNy或SiOxNy中的一种或多种，其中x和y为变量。
[0038] 步骤S2：在无机钝化层表面进行plasma等离子化处理。
[0039] 具体来说，对沉积在金属氧化物薄膜上的无机钝化层薄膜的表面进行plasma等离子化处理，所述plasma等离子化处理即用离子化的气体轰击无机钝化层薄膜的表面，这样一方面可以对无机钝化层薄膜的表面进行清洁，另一方面在含有氧气的气氛中在无机钝化层薄膜的表面增加羟基-OH基团，有利于步骤S3中自组装单分子的形成。需要说明的是，本实施例进行plasma等离子化处理需要在含有氧气的气氛中实施，才能得到上述效果。
[0040] 步骤S3：将沉积有无机钝化层的衬底使用自组装单分子膜形成致密且疏水的自组装单分子层作为钝化增强层。
[0041] 具体来说，在无机钝化层的表面上，通过溶液浸泡法、溶液旋涂法、溶液喷涂法、气相热处理法中的一种或多种方法制备致密且疏水的自组装单分子层作为钝化增强层。无机钝化材料致密性好，作为钝化层能有效地抑制氧原子从氧化物半导体薄膜中逸出而形成氧空位，有机硅烷或烷烃硫醇等通过自组装的方式在无机钝化层表面形成自组装单分子层作为钝化增强层在消除无机钝化层表面的羟基时即形成一个超疏水的界面，进而增强了无机钝化层对空气中水氧的阻隔能力，从而能够显著提高器件的电学性能，尤其是稳定性。
[0042] 作为一种可实施方式的举例，所述自组装单分子层是由烷基取代的硅氮烷通过溶液浸泡法、溶液旋涂法、溶液喷涂法或气相热处理法等方法处理所述无机钝化层的表面所得到的。所述烷基取代的硅氮烷包括HMDS(六甲基二硅胺)、DPDS(1,3-二-正-丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氮烷)、DBDS(1,3-二丁基-1,1,3,3-四甲基硅氮烷)、DODS(1,3-二正辛基四甲基二硅氮烷)等。烷基取代的硅氮烷如六甲基二硅胺(HMDS，化学式为(CH3)3SiNHSi(CH3)3)这类有机物包含-Si(CH3)3基团，能饱和无机钝化层的悬挂键，消除无机钝化层表面的羟基-OH基团，形成稳定且牢固的Si-O-M键，从而形成自主装的单分子层，其中M为无机钝化层中的金属氧离子，如Al、Y、Ga、Hf、La、Ti、Sc等，或者为无机钝化层中的硅离子。
[0043] 作为一种可实施方式的举例，所述自组装单分子层是由烷基或苯基取代的三乙氧基硅烷通过溶液浸泡法、溶液旋涂法、溶液喷涂法或气相热处理法等方法处理所述无机钝化层的表面所得到的。所述烷基或苯基取代的三乙氧基硅烷如n-辛基三乙氧基硅烷(OTES，化学式为CH3(CH2)7Si(OC2H5)3)，这类有机物能通过消除无机钝化层表面的羟基-OH基团而在表面形成稳定且牢固的Si-O-M键，从而形成自组装的单分子层，其中M为无机钝化层中的金属氧离子，如Al、Y、Ga、Hf、La、Ti、Sc等，或者为无机钝化层中的硅离子。
[0044] 作为一种可实施方式的举例，所述自组装单分子层是由烷基或苯基取代的三氯硅烷通过气相热处理法处理所述无机钝化层的表面所得到的。所述烷基或苯基取代的三氯硅烷，如十八烷基三氯硅烷(OTS,化学式CH3(CH2)17SiCl3)这类有机物能通过消除无机钝化层表面的羟基-OH基团而在表面形成稳定且牢固的Si-O-M键，从而形成自主装的单分子层，其中M为无机钝化层中的金属氧离子，如Al、Y、Ga、Hf、La、Ti、Sc等，或者为无机钝化层中的硅离子。
[0045] 作为一种可实施方式的举例，所述自组装单分子层是由烷烃基磷酸通过溶液浸泡法、溶液旋涂法、溶液喷涂法或气相热处理法等方法处理所述无机钝化层的表面所得到的。所述烷烃基磷酸如磷酸正十八酯(ODPA，化学式CH3(CH2)17P(O)(OH)2)，这类有机物能通过消除无机钝化层表面的羟基-OH基团而在表面形成稳定且牢固的P-O-M键，从而形成自组装的单分子层，其中M为无机钝化层中的金属氧离子如Al、Y、Ga、Hf、La、Ti、Sc等。
[0046] 作为一种可实施方式的举例，所述自组装单分子层是由烷烃硫醇通过溶液浸泡法、溶液旋涂法、溶液喷涂法或气相热处理法等方法处理所述无机钝化层的表面所得到的。所述烷烃硫醇如正十八硫醇(ODT，化学式CH3(CH2)17SH),这类有机物能通过消除无机钝化层表面羟基-OH基团而在表面形成稳定且牢固的S-M键，从而形成自组装的单分子层，其中M为无机钝化层中的金属氧离子如Al、Y、Ga、Hf、La、Ti、Sc等。
[0047] 相比于传统的钝化工艺，自组装单分子层技术是一种新型的钝化工艺。自组装单分子膜(Self-assembledmonolayers，SAMs)可用于钝化层，因为紧密堆积的自组装单分子膜可抵抗化学和物理损伤，并且足够坚固以承受额外的工艺，如热退火和等离子体处理。同时，自组装单分子膜是通过自组装的方式化学吸附在所修饰层的表面，不需要昂贵的真空设备，也不会造成等离子损伤或氢掺杂，同时还能钝化薄膜的表面缺陷，有助于提高器件性能。而用于自组装单分子层技术的有机钝化材料通常能够根据需要对薄膜表面进行功能化修饰，形成一个超疏水的薄层，可以有效去除薄膜表面弱吸附的水分子并同时有效地增强薄膜对于空气中水氧的阻隔能力。
[0048] 通过上述制备方法，制备出的一种具有增强钝化层的金属氧化物薄膜晶体管，包括衬底、栅极、绝缘层、金属氧化物薄膜、源极、漏极、增强钝化层，所述增强钝化层包括无机钝化层、钝化增强层，所述栅极贴合于衬底上方，所述绝缘层覆盖在栅极上方，所述金属氧化物薄膜贴合于绝缘层上方，所述源极和漏极贴合于金属氧化物薄膜上方，且源极和漏极之间空出沟道，所述无机钝化层位于所述沟道中,且与金属氧化物薄膜贴合，所述钝化增强层则位于无机钝化层上方，且与无机钝化层贴合。
[0049] 具体来说，所述衬底为塑料基板、金属箔片、超薄玻璃、纸质基板中的任一种，所述金属氧化物薄膜为具有半导体材料特性的金属氧化物，所述金属氧化物由铟锌氧化物、锡锌氧化物、铟锡氧化物、铟镓锌氧化物、氟锡锌氧化物中的一种或多种组成。所述无机钝化层由AlOx、SiOx、YOx、ScOx、SiNx、GaOx、HfOx、HfxLayO、TiOx、AlOxNy或SiOxNy中的一种或多种组成，其中x和y为变量。所述的钝化增强层通过烷基取代的硅氮烷、烷基或苯基取代的三乙氧基硅烷、烷基或苯基取代的三氯硅烷、烷烃基磷酸或烷烃硫醇等中的一种采用自组装单分子层技术处理所述无机钝化层的表面获得的。
[0050] 综上所述，本发明通过钝化增强层可提高晶体管的长期可靠性，无机钝化材料致密性好，作为钝化层能有效地抑制氧原子从氧化物半导体薄膜中逸出而形成氧空位(VO)，有机硅烷或烷烃硫醇等通过自组装的方式在无机钝化层表面形成自组装单分子层作为钝化增强层。自组装单分子层对无机钝化层表面的修饰，消除了无机钝化层表面羟基及表面缺陷的同时，形成的超疏水界面增强了无机钝化层对空气中水氧的阻隔能力，从而能够显著提高器件的电学性能，尤其是稳定性，在有效降低钝化层厚度的同时，还能提供良好的钝化效果。
[0051] 实施例2：
[0052] 本实施列在上述实施列1的基础上作进一步优化，如图1所示，本实施例中衬底101为玻璃，在衬底101上通过同时使用直流电源磁控溅射多晶氧化铟锡靶材(In2O3:SnO2＝90:10wt％)和射频电源磁控溅射多晶氧化锌靶材的方式，沉积具有复合晶型的铟锡锌氧化物薄膜，即金属氧化物薄膜102。
[0053] 通过激光脉冲沉积法(PLD)来完成无机钝化层103的制备，控制激光脉冲沉积系统的能量在460mJ，通过激光脉冲烧蚀Al2O3靶材，最终在晶体管器件源极和漏极之间的沟道内沉积80nm厚的Al2O3薄膜，该薄膜的厚度通过脉冲次数来控制。
[0054] 通过气相热处理法制备自组装单分子层时，将沉积有无机钝化层103和金属氧化物薄膜102的衬底置于含有n-辛基三乙氧基硅烷(OTES)的小瓶的结晶皿中，将结晶皿用铝箔覆盖并置于真空烘箱中，根据自组装单分子层(SAMs)的沸点适当调节真空烘箱的压力，然后将真空烘箱温度设置在120℃并保持2h，然后冷却至室温。至此，自组装单分子层(本实施例为OTES自组装单分子层)作为无机钝化层103的钝化增强层104而存在。
[0055] 需要说明的是，n-辛基三乙氧基硅烷(OTES)这种有机硅烷通过气相热处理制备自组装单分子层的过程，是通过与无机钝化层103的表面结构缺陷和悬挂键的化学反应来完成的，如图2所示。由于所制备的Al2O3无机钝化层103较薄(80nm)，还不能达到完全钝化的效果，而n-辛基三乙氧基硅烷(OTES)作为一种有机硅烷，能够通过自组装的方法在Al2O3无机钝化层103的表面形成一个超疏水界面，如图3所示，从而能够有效阻止水分子的吸附与透过，提高钝化层的钝化效果。
[0056] 本实施列的其他部分与上述实施列相同，故不再赘述。
[0057] 实施例3：
[0058] 本实施列在上述实施列1的基础上作进一步优化，如图4所示，一种具有钝化增强层的金属氧化物薄膜晶体管，设置有基板201、栅极202、绝缘层203、氧化物半导体层204、源极205A、漏极205B、增强钝化层，所述增强钝化层包括无机钝化层206以及钝化增强层207，需要说明的是，所述基板201为衬底，所述氧化物半导体204为金属氧化物，该金属氧化物薄膜晶体管的制备步骤如下：
[0059] 步骤P1：首先在玻璃材质的基板201上通过磁控溅射法制备一层厚度为300nm的铝-钕合金薄膜；
[0060] 步骤P2：在制备有铝-钕合金薄膜的基板201在上，通过图形化光刻的方法制备栅极202；
[0061] 步骤P3：在制备有栅极202的基板201上，通过阳极氧化法制备绝缘层303；
[0062] 需要说明的是，所述阳极氧化法是将制备好栅极202的基板201和不锈钢板放入酒石酸铵和乙二醇的混合的电解质溶液中分别作为阳极和阴极，现在阳极和阴极之间加恒定的电流，阳极和阴极之间的电压将随时间线性升高，当电压达到100V时保持电压恒定，直到阳极和阴极之间的电流减小至约为0.001mA/cm2时，铝-钕合金表面形成一层厚度为200nm的氧化铝钕层，即制备完成绝缘层203。
[0063] 步骤P4：在绝缘层203上通过同时使用直流电源磁控溅射多晶氧化铟锡靶材(功率密度约为5.4W/cm2)和射频电源磁控溅射多晶氧化锌靶材(功率密度约为7.4W/cm2)的方式，沉积60nm具有复合晶型的铟锡锌氧化物薄膜，即制备完成氧化物半导体层204；
[0064] 步骤P5：通过磁控溅射法制备厚度为240nm的ITO薄膜，即制备完成源极205A和漏极205B，并且通过遮挡掩膜的方法使其图形化，使得源极205A和漏极205B之间形成长度分别为300μm和300μm，即宽长比为1:1的沟道；
[0065] 步骤P6：调节激光脉冲沉积系统的能量为460mJ，通过使用激光脉冲沉积法(PLD)在步骤P5形成的沟道内激光脉冲烧蚀Al2O3靶材，最终在沟道内沉积80nm厚度的Al2O3薄膜，即制备完成无机钝化层206，该Al2O3薄膜的厚度通过脉冲次数来控制；
[0066] 步骤P7：将制备好无机钝化层206的晶体管放入高温热台中，调节至300℃空气气氛退火2.5小时；
[0067] 步骤P8：将退完火的晶体管置于含有OTES溶液的结晶皿中，晶体管不与OTES溶液直接接触，即晶体管不泡在OTES溶液里，将结晶用铝箔覆盖并置于真空烘箱中，根据自组装单分子层(SAMs)的沸点适当调节真空烘箱的压力，将真空烘箱温度设置在120℃下保持2小时，然后冷却至室温，即在金属氧化物薄膜晶体管上制备完成钝化增强层207。
[0068] 为证明本发明所制备的具有增强钝化层的金属氧化物薄膜晶体管表现出优越的电学性能与稳定性，将未钝化和采用不同钝化层的铟锡锌氧化物薄膜晶体管进行测试比较，所述测试使用Agilent4155C半导体参数分析仪进行。未钝化、Al2O3钝化、SAMs/Al2O3双层钝化的铟锡锌氧化物薄膜晶体管(ITZO TFT)的相应转移特性曲线如图5所示。可以看出，相比未钝化的器件，钝化后的ITZO TFT的性能均得到显著提高。不同钝化处理的ITZO TFT在各项性能参数上，如场效应迁移率(μFE)、亚阈值摆幅(SS)、开关电流比(Ion/Ioff)，均有显著改善，但由于钝化工艺及钝化材料的不同，导致改善程度不一。相比于未钝化的器件，Al2O3钝化的器件拥有高的载流子迁移率(15.5cm2V-1s-1)，高的开关电流比(3.8×109)，低的亚阈值摆幅(0.060V/dec)。而相比Al2O3钝化的ITZO TFT，SAMs/Al2O3双层钝化的ITZO TFT2 -1 -1
表现出更加优越的性能，其场效应迁移率(μFE)高达19.8cmV s ，开关电流比(Ion/Ioff)高达8.7×109，阈值电压(Vth)低至0.9V，亚阈值摆幅(SS)低至0.04V/dec，这一切都归因于SAMs作为钝化增强层，对于Al2O3钝化层的修饰，使得在Al2O3钝化层表面形成了一层薄的疏水层，进而增强了钝化层的钝化效果。总的来说，相比于Al2O3钝化的ITZO TFT，SAMs/Al2O3双层钝化的ITZO TFT器件性能的提高归因于SAMs修饰对于Al2O3钝化层钝化效果的增强。
表现出更加优越的性能，其场效应迁移率(μFE)高达19.8cmV s ，开关电流比(Ion/Ioff)高达8.7×109，阈值电压(Vth)低至0.9V，亚阈值摆幅(SS)低至0.04V/dec，这一切都归因于SAMs作为钝化增强层，对于Al2O3钝化层的修饰，使得在Al2O3钝化层表面形成了一层薄的疏水层，进而增强了钝化层的钝化效果。总的来说，相比于Al2O3钝化的ITZO TFT，SAMs/Al2O3双层钝化的ITZO TFT器件性能的提高归因于SAMs修饰对于Al2O3钝化层钝化效果的增强。
[0069] 另外，未钝化、Al2O3钝化、SAMs/Al2O3双层钝化的ITZO TFT在相对湿度为60％的环境中分别在正栅极偏压(PBS)和负栅极偏压(NBS)下的稳定性如图6(a)-6(f)所示。其中PBS的条件是Vgs＝10V及Vds＝0V，NBS的条件是Vgs＝-10V及Vds＝0V。可以看出，未钝化的ITZO TFT在PBS和NBS下的稳定性均较差，如图6(a)所示，其在正向栅偏压PBS下，Vth在60min内偏移量达到4.2V；如图6(b)所示，在负向栅偏压NBS下，Vth在60min内偏移量达到1.9V。相比之下，Al2O3钝化的ITZO TFT在PBS和NBS下的稳定性均有所提高，尤其是NBS稳定性，如图6(d)所示，其在负向栅偏压NBS下，Vth在60min内偏移量仅为0.1V；但是其在正向栅偏压PBS稳定性的改善并不明显，Vth在60min内偏移量达到3.6V，如图6(c)所示。这主要是因为Al2O3作为传统的钝化层材料，虽然能够在热退火过程中抑制因氧原子在氧化物半导体薄膜中的逸出而形成的氧空位，但是对于潮湿环境中它需要在达到一定厚度时才能有效隔绝空气中水氧；同时由于Al2O3薄膜在沉积的过程中难免会形成表面悬挂键，这些悬挂键会与空气中的水反应形成表面羟基-OH基团，这使得Al2O3钝化对于器件的PBS稳定性改善有限。相比Al2O3钝化的ITZO TFT，SAMs/Al2O3双层钝化的ITZO TFT在器件的偏压稳定上又有所提高，如图6(e)所示，其在正向栅偏压PBS下，Vth在60min内偏移量仅为1.2V；如图6(f)所示，在负向栅偏压NBS下，Vth在60min内偏移量也仅为0.4V。这主要归因于SAMs作为钝化增强层，对于Al2O3钝化层的修饰，使得在Al2O3钝化层表面形成了一层薄的疏水层，进而增强了钝化层对水氧的阻隔能力，提高了钝化层的钝化效果。由此可见，SAMs/Al2O3双钝化层结构结合了Al2O3钝化和SAMs钝化的优势，在降低了钝化层厚度的同时，还能对器件起到一个良好的钝化作用。
[0070] 薄的Al2O3钝化层短期内虽能有良好钝化效果，但随着其表面水分子和氧分子的吸附与渗透，其钝化效果也会越来越差，因此要想形成一个长效的钝化机制，必须在Al2O3钝化层上建立一个稳定的界面，这个界面必须致密且高度疏水，这样才能防止O2和H2O等活性物质到达其表面。而自组装单分子层(SAMs)正好可以提供化学稳定性(与Al2O3薄膜表面形成化学键，主要是共价键如图2)，以及高度疏水性的CH3-基团(图3)。因此，通过SAMs对Al2O3钝化层的修饰，能够在Al2O3钝化层表面形成一种长效钝化机制，这将大大提高器件对于周围环境的稳定性。
[0071] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
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