一種氧化鋅薄膜晶體管的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種薄膜晶體管的制備方法，屬于半導體行業(yè)、平板顯示領域。該方法利用濺射工藝生長一層摻鎳的氧化鋅半導體材料層作為薄膜晶體管的導電溝道層，通過調節(jié)摻鎳的氧化鋅靶材的組分，控制濺射氧氣分壓，可以改善薄膜晶體管的開關比、亞閾擺幅、閾值電壓以及遷移率等特性。本發(fā)明具有制作成本低，低溫工藝，可適用于透明顯示和柔性顯示技術等優(yōu)點。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種玻璃襯底或者塑料襯底上制備薄膜晶體管的方法，屬于半導體行 業(yè)、平板顯示領域。 一種氧化鋅薄膜晶體管的制備方法

【背景技術】
[0002] 隨著信息時代的到來，顯示器件正加速向平板化、節(jié)能化的方向發(fā)展，其中以薄膜 晶體管（TFT)為開關元件的有源陣列驅動顯示器件成為眾多平板顯示技術中的佼佼者。 TFT是一種場效應半導體器件，包括襯底、半導體溝道層、絕緣層、柵極和源漏電極等幾個重 要組成部分，其中半導體溝道層對器件性能和制造工藝有至關重要的影響。最近十幾年，以 娃材料（非晶娃和多晶娃）TFT為驅動單兀的液晶顯不器件以其體積小、重量輕、品質商等 優(yōu)點獲得了迅速發(fā)展，并成為主流的信息顯示終端。然而，非晶硅存在場效應遷移率低、光 敏性強以及材料不透明等缺點，而多晶硅TFT大面積制作工藝復雜、低溫工藝難以實現(xiàn)。平 板顯示器的發(fā)展重新聚集在尋找新材料、制作高遷移率的TFT、提高性能、降低成本以滿足 技術發(fā)展的軌道上來。
[0003] 目前，研究比較熱門的是以并五苯等有機半導體材料為溝道層的有機薄膜晶體管 (0TFT)和以ZnO為代表的寬帶隙氧化物半導體為溝道層的TFT。0TFT具有加工溫度低、工 藝過程簡單、成本大幅度降低等優(yōu)點，這些優(yōu)點符合社會發(fā)展和技術進步的趨勢。但目前報 道的0TFT的遷移率較低，扔停留在非晶硅TFT的水平，另一個致命缺點是0TFT的壽命低， 存在嚴重的老化問題。2003年美國科學家Hoffman等報道了以ZnO為溝道層的全透明TFT 并指出可以將其應用在有源矩陣驅動顯示中，引起了人們廣泛關注。
[0004] 氧化鋅半導體薄膜材料之所以受到廣泛關注是因為它具有很多優(yōu)點：易于制備、 制備溫度低、透明度高、電學性能好、無毒環(huán)保材料、材料價格低。
[0005] 目前，關于氧化鋅基半導體薄膜材料的研究有很多，采用不同摻雜的氧化鋅基 薄膜晶體管層出不窮。常見的有氧化鋅銦鎵（Indium Gallium Zinc Oxide, IGZ0)，氧化 鋅鋁（Zn0+A1203，AZ0)，氧化鋅銦（Zn0+In 203，IZ0)，氧化鋅鎂（Zn0+Mg0，MZ0)，氧化鋅鎵 (Zn0+Ga20 3，GZ0)等等。其中，IGZ0被認為是最有前途的透明半導體材料，然而由于材料中 的In是稀有元素，地球上含量稀少，In和Ga元素有毒，制造成本高并且不環(huán)保。氧化鋅鎳 (ΝΖ0)目前還沒有人研究，且Ni常見且無毒，環(huán)保健康，因而將氧化鋅鎳作為透明導電材料 和半導體材料進行研究具有重要的科研價值和實際意義。


【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種在玻璃或者塑料襯底上制備氧化鋅薄膜晶體管的制 造方法。該制備方法工藝步驟簡單，制造成本低廉，適用于低溫工藝，并能簡單有效的改善 薄膜晶體管的各項性能。
[0007] 本發(fā)明的技術方案如下：
[0008] -種在玻璃或塑料襯底上制備氧化鋅薄膜晶體管的方法，其包括以下步驟：
[0009] (1)在玻璃或者塑料襯底上生長一層透明導電薄膜，光刻、刻蝕出柵電極；
[0010] ⑵接著生長一層柵介質薄膜，光刻、刻蝕出柵介質；
[0011] (3)然后，利用濺射工藝在柵介質層上生長一層摻鎳的氧化鋅非晶半導體材料，即 濺射使用的靶材為摻鎳的氧化鋅陶瓷靶，鎳的含量為2% -10% ;濺射過程中控制氧氣分壓 為2% -20% ;隨后光刻、刻蝕出導電溝道結構；
[0012] ⑷再生長一層透明導電薄膜，光刻、刻蝕出源、漏電極；
[0013] (5)接著生長一層鈍化介質層，光刻、刻蝕形成柵、源和漏的引出孔；
[0014] (6)最后，生長一層金屬薄膜，光刻、刻蝕形成金屬電極和互連。
[0015] 所述的制作方法，步驟（1)所生長的透明導電薄膜材料為IT0、AZ0、GZ0等導電薄 膜。
[0016] 所述的制作方法，步驟（2)所生長的柵介質材料為二氧化硅，或者氮化硅、氧化 鉿、氧化鋁、氧化鋯等絕緣材料。
[0017] 所述的制作方法，步驟（4)所生長的導電薄膜，由透明導電材料IT0、AZ0、GZ0等形 成。
[0018] 本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果：氧化鋅鎳是一種新開發(fā)的半導體材料，目前還沒有被 廣泛地研究。本發(fā)明采用摻鎳的氧化鋅半導體材料作為薄膜晶體管的導電溝道層，其制造 成本低廉，均勻性好，可適用于低溫工藝。且在濺射制備工藝的過程中若調節(jié)摻鎳的氧化鋅 靶材的組分，以及控制濺射氧氣分壓，還可以改善薄膜晶體管的開關比、亞閾擺幅、閾值電 壓以及遷移率等特性。因此，本發(fā)明對提高薄膜晶體管器件的性能具有積極效果，適用于透 明顯示和柔性顯示技術。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明具體實例所描述的玻璃或者塑料襯底上制備氧化鋅薄膜晶體管的 剖面結構示意圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明具體實例所描述的玻璃或者塑料襯底上制備氧化鋅薄膜晶體管的 俯視結構示意圖；
[0021] 圖3(a)?（e)依次示出了本發(fā)明的薄膜晶體管一個制作方法的主要工藝步驟，其 中：
[0022] 圖3(a)為襯底示意圖；
[0023] 圖3(b)示意了柵電極形成的工藝步驟；
[0024] 圖3(c)示意了柵介質層形成的工藝步驟；
[0025] 圖3(d)示意了溝道層形成的工藝步驟；
[0026] 圖3(e)示意了源、漏端電極形成的工藝步驟；
[0027] 圖4是示意了氧化鋅薄膜晶體管的轉移特性曲線。

【具體實施方式】
[0028] 下面通過具體實例對本發(fā)明做進一步說明。
[0029] 本發(fā)明薄膜晶體管的制作方法的具體實例由圖3(a)至圖3(e)所示，包括以下步 驟：
[0030] 如圖3(a)所示，襯底選用透明玻璃或者塑料襯底基板1。
[0031] 如圖3(b)所示，在基板1上采用磁控濺射技術生長一層30?150納米厚的ΙΤ0 導電薄膜，然后光刻刻蝕出柵電極。
[0032] 如圖3(c)所示，利用PECVD生長一層50?250納米厚的二氧化硅絕緣層，然后光 刻刻蝕形成柵介質。
[0033] 如圖3(d)所示，利用濺射工藝生長一層摻鎳的氧化鋅半導體材料溝道層。濺射 使用的靶材為摻鎳的氧化鋅陶瓷靶，鎳的含量為2% -10% ;濺射過程中控制氧氣分壓為 2% -20%。
[0034] 如圖3(e)所示，采用磁控濺射技術生長一層50?300納米厚的ΙΤ0等導電薄膜， 然后光刻刻蝕形成源、漏電極。
[0035] 隨后按照標準工藝生長一層鈍化介質層，光刻和刻蝕形成柵、源和漏的引出孔，再 生長一層A1或者透明的導電薄膜材料，光刻和刻蝕形成電極和互連。
[0036] 本發(fā)明制備的氧化鋅薄膜晶體管形成于玻璃或者塑料襯底1上，如圖1和圖2所 示。該薄膜晶體管包括柵電極2,柵介質層3,半導體導電溝道層4,源、漏端電極5,其中柵電 極2位于玻璃或者塑料襯底1之上，柵介質層3位于電極2之上，半導體導電溝道層4位于 柵介質層3之上，源、漏端電極5分別位于半導體溝道層4兩端。附圖4為鎳的含量為3%; 濺射過程中控制氧氣分壓為10%的氧化鋅鎳薄膜晶體管的轉移特性曲線。
[〇〇37] 最后需要注意的是，公布實施方式的目的在于幫助進一步理解本發(fā)明，但是本領 域的技術人員可以理解：在不脫離本發(fā)明及所附的權利要求的精神和范圍內，各種替換和 修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應局限于實施例所公開的內容，本發(fā)明要求保護的范圍以 權利要求書界定的范圍為準。
【權利要求】
1. 一種薄膜晶體管的制備方法，包括以下步驟： 1) 在玻璃或者塑料襯底上淀積一層透明導電薄膜材料，光刻、刻蝕出柵電極； 2) 接著生長一層絕緣材料作柵介質層，光刻、刻蝕出柵介質； 3) 然后利用濺射工藝生長一層氧化鋅半導體材料層，濺射使用的靶材為摻鎳的氧化鋅 陶瓷靶，鎳的含量為2% -10%，濺射過程中控制氧氣分壓為2-20%，光刻、刻蝕出半導體溝 道結構； 4) 再淀積一層透明導電薄膜材料，光刻、刻蝕出源、漏電極； 5) 接著生長一層鈍化介質層，光刻、刻蝕形成柵、源和漏的引出孔； 6) 最后生長一層金屬薄膜，光刻、刻蝕形成金屬電極和互連。
2. 如權利要求1所述薄膜晶體管的制備方法，其特征是，步驟1)具體為，采用濺射技術 生長一層ITO、AZO或GZO透明導電薄膜材料。
3. 如權利要求1所述薄膜晶體管的制備方法，其特征是，步驟2)具體為，利用PECVD在 80-200攝氏度溫度下生長一層二氧化硅或者氮化硅或者采用ALD生長一層氧化鉿、氧化鋁 或者氧化鋯絕緣材料。
4. 如權利要求1所述薄膜晶體管的制備方法，其特征是，步驟4)具體為，淀積一層 ITO、AZO或GZO透明導電薄膜材料。
【文檔編號】H01L21/203GK104112671SQ201410345212
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權日:2014年7月18日
【發(fā)明者】韓德棟, 黃伶靈, 陳卓發(fā), 叢瑛瑛, 趙楠楠, 吳靜, 趙飛龍, 董俊辰, 王漪, 劉力鋒, 張盛東, 劉曉彥, 康晉鋒 申請人:北京大學