金屬氧化物薄膜的生產(chǎn)方法及薄膜晶體管基板的生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種金屬氧化物薄膜的生產(chǎn)方法，包括根據(jù)目標產(chǎn)品所需的不同膜質(zhì)成分，使用兩種以上不同成分比例的靶材，通過控制成膜速度和成膜時間，將所述靶材上的物質(zhì)沉積在基板上，來得到含有不同的膜質(zhì)成分的金屬氧化物薄膜。本發(fā)明還提供了一種薄膜晶體管基板的生產(chǎn)方法以及由該方法生產(chǎn)的薄膜晶體管基板。
【專利說明】金屬氧化物薄膜的生產(chǎn)方法及薄膜晶體管基板的生產(chǎn)方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導體領域，具體涉及一種金屬氧化物薄膜的生產(chǎn)方法以及薄膜晶體 管（TFT)基板的生產(chǎn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] TFT(Thin Film Transistor)IXD即薄膜場效應薄膜晶體管液晶顯示器，是有源矩 陣類型液晶顯示器（AM-IXD)中的一種。液晶平板顯示器，特別TFT-IXD，是目前唯一在亮 度、對比度、功耗、壽命、體積和重量等綜合性能上全面趕上和超過CRT的顯示器件，它的性 能優(yōu)良、大規(guī)模生產(chǎn)特性好，自動化程度高,原材料成本低廉,發(fā)展空間廣闊,將迅速成為新 世紀的主流產(chǎn)品，是21世紀全球經(jīng)濟增長的一個亮點。TFT薄膜主要分金屬薄膜和非金屬 薄膜，金屬薄膜用來形成TFT的電極，非金屬薄膜（半導體薄膜）用來形成溝道和保護層。
[0003] 金屬薄膜的制造工藝主要利用射頻電流物理氣相沉積法（RF-PVD)，使用射頻放電 等離子體中的正離子轟擊靶材、濺射出靶材原子從而沉積在接地的基板表面上。
[0004] 在該金屬薄膜制造工藝中，由于IGZO(銦鎵鋅氧成分）材料制作的TFT組件具有 更高的關合電流（U與遷移率（Mobility)，更低的開斷電流（I tjff)及均勻性等特性，具符 合未來技術(shù)延伸高解析度發(fā)展趨勢之特性。尤其是在室溫20-30的成膜溫度，使得IGZO逐 漸成為高階顯示器的首選材料，并且呈現(xiàn)取代非晶硅材料的趨勢。
[0005] 然而，傳統(tǒng)使用單一的IGZ0(特定的In:Ga:Zn:0成分比例）的祀材在基板上成 膜，所成膜質(zhì)的成分比例由靶材決定，使得膜質(zhì)的成分依賴于靶材本身，限制膜質(zhì)的選擇與 調(diào)整。而且如果需要生產(chǎn)不同膜質(zhì)成分的金屬薄膜，需要關停設備，更換靶材，使得生產(chǎn)流 程變得復雜，不夠靈活。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明專利提供一種金屬薄膜成膜工藝，可同時滿足不同膜質(zhì)成分比例選擇的制 造工藝。而且利用該方法制備的TFT元件的制作具有選擇性，滿足不同產(chǎn)品的性能要求。
[0007] 1)本發(fā)明的涉及一種金屬薄膜的生產(chǎn)方法，包括根據(jù)目標產(chǎn)品所需的不同膜質(zhì)成 分，使用兩種以上不同成分比例的靶材，通過控制成膜速度和成膜時間，將所述靶材上的物 質(zhì)沉積在基板上，來得到含有不同的膜質(zhì)成分的金屬氧化物薄膜。
[0008] 2)根據(jù)本發(fā)明的第1)項所述的實施方式，所述靶材為銦鎵鋅氧（IGZO)靶材。
[0009] 3)根據(jù)本發(fā)明的第1)或第2)項所述的實施方式，可使用兩種不同成分比例的銦 鎵鋅氧靶材。
[0010] 4)根據(jù)本發(fā)明的第3)項所述的實施方式，使用的第一祀材的In:Ga:Zn:0 = 2:m:n:9,其中 m 選自 L 2-2. 8, η 選自 L 5-3. 2 ;使用的第二革巴材的 In:Ga: Zn: 0 = 2:2: j : k， 其中j值介于1. 0-3. 0, k介于5-10。
[0011] 5)根據(jù)本發(fā)明的第1)-第4)項中任一項所述的實施方式，根據(jù)金屬氧化物薄膜的 薄膜阻抗（Film Resistivity)、遷移率（Mobility)和透明度（transparency)的要求，控制 所述成膜速度和成膜時間得到所述金屬氧化物薄膜。
[0012] 6)根據(jù)本發(fā)明的第5)項所述的實施方式，所述金屬氧化物薄膜的薄膜阻抗（Film Resistivity)為 0· 1 ?1000 Q*cm。
[0013] 7)根據(jù)本發(fā)明的第5)或6)項所述的實施方式，所述金屬氧化物薄膜的遷移率 (Mobility)為 10 ?20cm2/VS。
[0014] 8)根據(jù)本發(fā)明的第5)_第7)項中任一項所述的實施方式，所述金屬氧化物薄膜的 的透明度大于80%。
[0015] 9)根據(jù)本發(fā)明的第4)-第8)項中任一項所述的實施方式，將所述第一靶材和第二 靶材交錯設置在同一成膜設備中，通過轟擊所述交錯設置的第一靶材和第二靶材來得到所 述金屬氧化物薄膜。
[0016] 10)根據(jù)本發(fā)明的第4)-第8)項中任一項所述的實施方式，將所述第一靶材和第 二靶材分別置于不同成膜設備中，將所述基板分別依次置入不同成膜設備中進行成膜，得 到所述金屬薄膜。
[0017] 11) 一種薄膜晶體管基板的生產(chǎn)方法，包括使用上述任一項的方法來生產(chǎn)金屬薄 膜層。
[0018] 12) -種根據(jù)根據(jù)本發(fā)明的第11)項所述的生產(chǎn)方法生產(chǎn)的薄膜晶體管基板。
[0019] 本發(fā)明的有益效果：
[0020] 本發(fā)明使用有兩種或以上不同In:Ga:Zn:0成分比例的靶材，通過控制兩者相應 的成膜速度或者靶材大小，達到在基板上成所需成分比例的半導體薄膜。使得TFT元件的 制作具有選擇性，滿足不同產(chǎn)品的性能要求。
[0021] 可通過交錯設置多種不同成分比例的銦鎵鋅氧靶材，同時在一個設備中，或者在 一個工藝流程中顯現(xiàn)不同性能的TFT金屬氧化物薄膜的生產(chǎn)，大大簡化了生產(chǎn)流程，縮短 了生產(chǎn)周期，實現(xiàn)了效率的最大化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為在不同設備中分別設置的第一銦鎵鋅氧靶材和第二銦鎵鋅氧靶材。
[0023] 圖2為在一個實施例中，同一設備中交錯設置的第一銦鎵鋅氧靶材和第二銦鎵鋅 氧靶材的示意圖。
[0024] 圖3為在另一個實施例中，同一設備中交錯設置的第一銦鎵鋅氧靶材和第二銦鎵 鋅氧靶材的示意圖。
[0025] 圖4為在另一個實施例中，同一設備中交錯設置的第一銦鎵鋅氧靶材和第二銦鎵 鋅氧靶材的示意圖。

【具體實施方式】
[0026] 以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細說明，但應理解的是本發(fā)明的范圍并不限于以 下實施例。
[0027] 在薄膜晶體管（TFT)基板制造工藝中的銦鎵鋅氧金屬薄膜制備過程中，通過控 制射頻物理氣相沉積（RF PVD)制程參數(shù)與靶材成分比率獲得預期的膜質(zhì)，其中的制程參 數(shù)如下：成膜條件：CV(Ar+02)比為0?5%，功率為140-310W，壓力為5-10mTorr，溫度為 15-30。。。
[0028] 實施例I
[0029] 如圖1所示，本實施例是利用將兩種不同的銦鎵鋅氧（IGZO)靶材安裝在兩個不同 的設備中。在設備A內(nèi)安裝第一銦鎵鋅氧靶材，其中第一銦鎵鋅氧靶材中In:Ga:Zn :0 = 2:m:n:9,其中m值為1.2，n為1.5 ;在設備B內(nèi)安裝第二銦鎵鋅氧靶材，第二銦鎵鋅氧靶材 中 In:Ga:Zn:0 = 2:2: j:k，其中 j 值為 L 0, k 為 5。
[0030] 在本實施例中，通過2次RF PVD成膜，基板先后在設備A內(nèi)使用第一銦鎵鋅氧靶材 形成厚度在丨OOA的IGZO膜，其中成膜條件控制Powerl5?18kw，Ar流量150?160sccm，0 2 流量5?lOsccm，成膜時間控制在65?90s ;然后在設備B內(nèi)使用第二銦鎵鋅氧靶材形成 35〇A的IGZO膜，其中成膜條件控制PowerlO?15kw，Ar流量150?160sccm，O2流量5? lOsccm，成膜時間控制在290?370s。第一銦鎵鋅氧靶材與第二銦鎵鋅氧靶材分別具有具 有上述特定In:Ga:Zn:0四種成分比例。本實施例通過控制祀材中4種成分的比例及成膜 時間或者成膜速度實現(xiàn)不同的膜質(zhì)需求，達到滿足不同膜質(zhì)成分比例選擇的制造工藝。制 備得到TFT元件的制作具有選擇性，滿足不同產(chǎn)品的性能要求。
[0031] 實施例2
[0032] 如圖1所示，本實施例是利用將兩種不同的銦鎵鋅氧靶材安裝在兩個不同的設備 中。在設備A內(nèi)安裝第一銦鎵鋅氧祀材，其中第一銦鎵鋅氧祀材中In:Ga:Zn:0 = 2:m:n:9， 其中m值為2. 8, η為3. 2 ;在設備B內(nèi)安裝第二銦鎵鋅氧靶材，第二銦鎵鋅氧靶材中 In:Ga:Zn:0 = 2:2: j:k，其中 j 為 3. 0, k 為 10，
[0033] 在本實施例中，通過2次RF PVD成膜，基板先后在設備A內(nèi)使用第一銦鎵鋅氧靶材 形成厚度在350A的IGZO膜，其中成膜條件控制Powerl5?18kw，Ar流量150?160sccm， O 2流量5?lOsccm，成膜時間控制在270?350s ;然后在設備B內(nèi)使用第二銦鎵鋅氧靶材成 IOOA的IGZO膜，其中成膜條件控制PowerlO?15kw，Ar流量150?160sccm，O 2流量5? lOsccm，成膜時間控制在75?105s。第一銦鎵鋅氧靶材與第二銦鎵鋅氧靶材分別具有具 有上述特定In:Ga:Zn:0四種成分比例。本實施例通過控制Target祀材中4種成分的比例 及成膜時間或者成膜速度實現(xiàn)不同的膜質(zhì)需求，達到滿足不同膜質(zhì)成分比例選擇的制造工 藝。制備得到的TFT元件的制作具有選擇性，滿足不同產(chǎn)品的性能要求。
[0034] 實施例3
[0035] 如圖1所示，本實施例是利用將兩種不同的銦鎵鋅氧金屬靶材安裝在兩個不同 的設備中。在設備A內(nèi)安裝第一銦鎵鋅氧靶材，其中第一銦鎵鋅氧靶材中In:Ga:Zn :0 = 2:m:n:9,其中m值為2,η為2. 5 ;在設備B內(nèi)安裝第二銦鎵鋅氧靶材，第二銦鎵鋅氧靶材中 In:Ga:Zn:0 = 2:2: j:k，其中 j 為 2. 0, k 為 8，
[0036] 在本實施例中，通過2次RF PVD成膜，基板先后在設備A內(nèi)使用第一銦鎵鋅氧靶材 形成厚度在200A的IGZO膜，其中成膜條件控制Powerl5?18kw，Ar流量150?160sccm， O 2流量5?lOsccm，成膜時間控制在150?190s ;然后在設備B內(nèi)使用第二銦鎵鋅氧靶材 成200A的IGZO膜，其中成膜速度為條件控制PowerlO?15kw，Ar流量150?160sccm，O 2 流量5?lOsccm，成膜時間控制在160?210s。第一銦鎵鋅氧靶材與第二銦鎵鋅氧靶材分 別具有具有上述特定In:Ga :Zn:0四種成分比例。本實施例通過控制靶材中4種成分的比 例及成膜時間或者成膜速度實現(xiàn)不同的膜質(zhì)需求，達到滿足不同膜質(zhì)成分比例選擇的制造 工藝。制備得到的TFT元件的制作具有選擇性，滿足不同產(chǎn)品的性能要求。
[0037] 實施例4
[0038] 如圖2所示，本實施例是利用將兩種不同的銦鎵鋅氧金屬靶材安裝在同一個設備 中。其中本實施例的第一銦鎵鋅氧靶材和第二銦鎵鋅氧靶材如圖2所示的方式進行交錯設 置在一個設備中。本實施例通過1次RF PVD成膜，在設備內(nèi)交錯安裝第一銦鎵鋅氧靶材 與第二銦鎵鋅氧靶材，其中第一銦鎵鋅氧靶材中In:Ga:Zn:0 = 2:m:n:9,其中m值為2. 8， η為3. 2 ;第二銦鎵鋅氧靶材中In:Ga:Zn:0 = 2:2: j:k，其中j值為3. 0, k為10,基板在設 備內(nèi)使用第一銦鎵鋅氧靶材與第二銦鎵鋅氧靶材形成厚度在750A的IGZO膜，其中成膜條 件控制P〇werl5?18kw，Ar流量150?160sccm，O 2流量5?IOsccm,成膜時間為控制在 620-710s。
[0039] 實施例5
[0040] 如圖2所示，本實施例是利用將兩種不同的銦鎵鋅氧金屬靶材安裝在同一個設備 中。其中本實施例的第一銦鎵鋅氧靶材和第二銦鎵鋅氧靶材如圖2所示的方式進行交錯設 置在一個設備中。本實施例通過1次RF PVD成膜，在設備內(nèi)交錯安裝第一銦鎵鋅氧靶材與 第二銦鎵鋅氧祀材，其中第一銦鎵鋅氧祀材中In:Ga:Zn:0 = 2:m:n:9,其中m值為1. 2, η 為1. 5 ;第二銦鎵鋅氧靶材中In:Ga:Zn:0 = 2:2: j:k，其中j值為1.0, k為5,基板在設備 內(nèi)使用第一銦鎵鋅氧靶材與第二銦鎵鋅氧靶材形成厚度在100A的IGZO膜，其中成膜條件 控制PowerlO?15kw，Ar流量150?160sccm，O 2流量5?lOsccm，成膜時間控制在75? 105s〇
[0041] 實施例6
[0042] 如圖3所示，本實施例是利用將兩種不同的銦鎵鋅氧金屬靶材安裝在同一個設備 中。其中本實施例的第一銦鎵鋅氧靶材和第二銦鎵鋅氧靶材如圖3所示的方式進行交錯設 置在一個設備中。本實施例通過1次RF PVD成膜，在設備內(nèi)交錯安裝第一銦鎵鋅氧靶材 與第二銦鎵鋅氧靶材，其中第一銦鎵鋅氧靶材中In:Ga:Zn:0 = 2:m:n:9,其中m值為2. 8， η為3. 2 ;第二銦鎵鋅氧靶材中In:Ga:Zn:0 = 2:2: j:k，其中j值為3. 0, k為10,基板在設 備內(nèi)使用第一銦鎵鋅氧靶材與第二銦鎵鋅氧靶材形成厚度在750A的IGZO膜，其中成膜條 件控制P〇werl5?18kw，Ar流量150?160sccm，O 2流量5?IOsccm,成膜時間為控制在 620-710s。
[0043] 實施例7
[0044] 如圖3所示，本實施例是利用將兩種不同的銦鎵鋅氧金屬靶材安裝在同一個設備 中。其中本實施例的第一銦鎵鋅氧靶材和第二銦鎵鋅氧靶材如圖3所示的方式進行交錯設 置在一個設備中。本實施例通過1次RF PVD成膜，在設備內(nèi)交錯安裝第一銦鎵鋅氧靶材與 第二銦鎵鋅氧祀材，其中第一銦鎵鋅氧祀材中In:Ga:Zn:0 = 2:m:n:9,其中m值為I. 2，n為 1.5 ;第二銦鎵鋅氧靶材中In:Ga:Zn:0 = 2:2:j:k，其中j值為1.0，k為5,基板在設備內(nèi)使 用第一銦鎵鋅氧靶材與第二銦鎵鋅氧靶材形成厚度在100A的IGZO膜，其中成膜條件控制 PowerlO ?15kw，Ar 流量 150 ?160sccm，O2 流量 5 ?lOsccm，成膜時間為 75 ?105s。
[0045] 實施例8
[0046] 如圖4所示，本實施例是利用將兩種不同的銦鎵鋅氧金屬靶材安裝在同一個設備 中。其中本實施例的第一銦鎵鋅氧靶材和第二銦鎵鋅氧靶材如圖4所示的方式進行交錯設 置在一個設備中。本實施例通過1次RF PVD成膜，在設備內(nèi)交錯安裝第一銦鎵鋅氧靶材與 第二銦鎵鋅氧靶材，其中第一銦鎵鋅氧靶材中In:Ga:Zn:0 = 2:m:n:9,其中m值為2. 8，n為 3. 2 ;第二銦鎵鋅氧靶材中In:Ga:Zn:0 = 2:2: j:k，其中j值為3. 0, k為10,基板在設備內(nèi) 使用第一銦鎵鋅氧靶材與第二銦鎵鋅氧靶材形成厚度在750A的IGZO膜，其中成膜條件控 制Powerl5?18kw，Ar流量150?160sccm，O 2流量5?lOsccm，成膜時間為控制在620? 710s。
[0047] 實施例9
[0048] 如圖4所示，本實施例是利用將兩種不同的銦鎵鋅氧金屬靶材安裝在同一個設備 中。其中本實施例的第一銦鎵鋅氧靶材和第二銦鎵鋅氧靶材如圖4所示的方式進行交錯設 置在一個設備中。本實施例通過1次RF PVD成膜，在設備內(nèi)交錯安裝第一銦鎵鋅氧靶材與 第二銦鎵鋅氧祀材，其中第一銦鎵鋅氧祀材中In:Ga:Zn:0 = 2:m:n:9,其中m值為1. 2, η 為1. 5 ;第二銦鎵鋅氧靶材中In:Ga:Zn:0 = 2:2: j:k，其中j值為1.0, k為5,基板在設備 內(nèi)使用第一銦鎵鋅氧靶材與第二銦鎵鋅氧靶材形成厚度在100A的IGZO膜，其中成膜條件 控制 PowerlO ?15kw，Ar 流量 150 ?160sccm，O2 流量 5 ?lOsccm，成膜時間為 75_105s。
[0049] 應當注意的是，以上所述的實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的任何 限制。通過參照典型實施例對本發(fā)明進行了描述，但應當理解為其中所用的詞語為描述性 和解釋性詞匯，而不是限定性詞匯?？梢园匆?guī)定在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)對本發(fā)明作出 修改，以及在不背離本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)對本發(fā)明進行修訂。盡管其中描述的本發(fā)明涉 及特定的方法、材料和實施例，但是并不意味著本發(fā)明限于其中公開的特定例，相反，本發(fā) 明可擴展至其他所有具有相同功能的方法和應用。
【權(quán)利要求】
1. 一種金屬氧化物薄膜的制備方法，包括根據(jù)目標產(chǎn)品所需的不同膜質(zhì)成分，使用兩 種以上不同成分比例的靶材，通過控制成膜速度和成膜時間，將所述靶材上的物質(zhì)沉積在 基板上，來得到含有不同的膜質(zhì)成分的金屬氧化物薄膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述靶材為銦鎵鋅氧靶材。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，使用兩種不同成分比例的銦鎵鋅氧靶材。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，使用的第一祀材的In:Ga:Zn:0 = 2:m:n:9,其中 m 選自 1. 2-2. 8, n 選自 1. 5-3. 2 ;使用的第二革巴材的 In:Ga: Zn: 0 = 2:2: j : k， 其中j值介于1. 0-3. 0, k介于5-10。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，根據(jù)金屬氧化物薄膜的薄膜 阻抗、遷移率和透明度的要求，控制所述成膜速度和成膜時間得到所述金屬氧化物薄膜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述金屬氧化物薄膜的薄膜阻抗為0. 1? 1000 Q *cm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述金屬氧化物薄膜的遷移率為10? 20cm2/VS〇
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述金屬氧化物薄膜的透明度大于80%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，將第一靶材和第二靶材交錯設置在同一 成膜設備中，通過轟擊所述交錯設置的第一靶材和第二靶材來得到所述金屬氧化物薄膜。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，將所述第一靶材和第二靶材分別置于不 同成膜設備中，將所述基板分別依次置入不同成膜設備中進行成膜，得到所述金屬氧化物 薄膜。
【文檔編號】H01L21/336GK104392966SQ201410720971
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】趙國 申請人:深圳市華星光電技術(shù)有限公司