本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種氧化物薄膜晶體管的制備方法，該氧化物薄膜晶體管主要應(yīng)用于顯示裝置的陣列基板中。

背景技術(shù)：

平板顯示裝置具有機(jī)身薄、省電、無(wú)輻射等眾多優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的平板顯示裝置主要包括液晶顯示裝置(Liquid Crystal Display，LCD)及有機(jī)電致發(fā)光顯示裝置(Organic Light Emitting Display，OLED)。薄膜晶體管(Thin Film Transistor，TFT)是平板顯示裝置的重要組成部分，可形成在玻璃基板或塑料基板上，通常作為開光裝置和驅(qū)動(dòng)裝置用在諸如LCD、OLED。

在顯示面板工業(yè)中，隨著目前顯示行業(yè)中大尺寸化，高解析度的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，對(duì)有源層半導(dǎo)體器件充放電提出了更高的要求。IGZO(indium gallium zinc oxide，銦鎵鋅氧化物)是一種含有銦、鎵和鋅的非晶氧化物，其具有高遷移率，載流子遷移率是非晶硅的20～30倍，可以大大提高TFT對(duì)像素電極的充放電速率，具有高開態(tài)電流、低關(guān)態(tài)電流可以迅速開關(guān)，提高像素的響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)更快的刷新率，同時(shí)更快的響應(yīng)也大大提高了像素的行掃描速率，使得超高分辨率在顯示面板中成為可能。

在銦鎵鋅氧化物薄膜晶體管的制備工藝中，在銦鎵鋅氧化物半導(dǎo)體有源層上通常都需要沉積有絕緣介質(zhì)層，絕緣介質(zhì)層的成膜工藝對(duì)銦鎵鋅氧化物半導(dǎo)體具有較大的影響，例如成膜工藝中產(chǎn)生的H原子會(huì)提高銦鎵鋅氧化物半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能，最終會(huì)影響薄膜晶體管的性能參數(shù)，例如閾值電壓。成膜工藝中可能存在制程不穩(wěn)定或設(shè)備參數(shù)不穩(wěn)定，導(dǎo)致薄膜晶體管的性能參數(shù)出現(xiàn)較大的差異化，最終影響陣列基板中器件形成的均勻性。因此，如何降低因不同的成膜工藝所帶來(lái)的器件性能差異、提高成膜工藝的可重復(fù)性是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種氧化物薄膜晶體管的制備方法，該方法降低因了不同的成膜工藝所帶來(lái)的器件性能差異，提高了成膜工藝的可重復(fù)性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種氧化物薄膜晶體管的制備方法，包括：提供一基底并在基底上制備形成氧化物半導(dǎo)體有源層；在所述有源層上沉積絕緣介質(zhì)層；將沉積絕緣介質(zhì)層后形成的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行退火處理。

其中，進(jìn)行退火處理的環(huán)境為空氣、干氧或濕氧氣氛，退火溫度為250～450℃，退火時(shí)間為0.5～3h。

其中，應(yīng)用熱風(fēng)式退火工藝或紅外退火工藝進(jìn)行退火處理。

其中，所述氧化物半導(dǎo)體為銦鎵鋅氧化物。

其中，所述絕緣介質(zhì)層至少包括直接連接在所述有源層上的氧化硅薄膜層。

其中，所述絕緣介質(zhì)層還包括位于所述氧化硅薄膜層上的氮化硅薄膜層。

其中，該方法包括步驟：

S11、提供一基底并在基底上制備柵電極；

S12、在具有柵電極的基底上沉積柵極絕緣層；

S13、在所述柵極絕緣層上制備所述氧化物半導(dǎo)體有源層；

S14、在所述柵極絕緣層上制備源電極和漏電極，并且所述源電極和漏電極分別電連接到所述有源層；

S15、在所述有源層上沉積鈍化層，并且所述鈍化層覆蓋所述源電極和漏電極，所述鈍化層的材料為氧化硅；

S16、將沉積所述鈍化層后形成的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行退火處理。

其中，該方法包括步驟：

S21、提供一基底并在基底上制備緩沖層；

S22、在所述緩沖層上制備所述氧化物半導(dǎo)體有源層；

S23、在所述半導(dǎo)體有源層上制備柵極絕緣層，所述柵極絕緣層的材料為氧化硅；

S24、將沉積所述柵極絕緣層后形成的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行退火處理；

S25、在進(jìn)行退火處理的柵極絕緣層上制備柵電極；

S26、在所述柵電極上制備層間介質(zhì)層，并且所述層間介質(zhì)層覆蓋所述緩沖層；

S27、在所述層間介質(zhì)層中刻蝕出連通到所述有源層的過(guò)孔；

S28、在所述層間介質(zhì)層上制備源電極和漏電極，所述源電極和漏電極分別通過(guò)所述過(guò)孔電連接到所述有源層。

其中，步驟S25包括：

S251、應(yīng)用頂柵自對(duì)準(zhǔn)工藝刻蝕形成柵電極，并相應(yīng)刻蝕位于所述柵電極下方的柵極絕緣層，以使所述柵極絕緣層僅覆蓋所述有源層的中間區(qū)域，所述柵極絕緣層的兩側(cè)裸露出所述有源層；所述源電極和漏電極分別連接于所述有源層裸露出于所述柵極絕緣層的部分。

其中，步驟S25還包括：

S252、應(yīng)用離子注入工藝或等離子轟擊工藝或金屬氧化工藝，將裸露出的有源層轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體，在所述有源層的一端形成源極連接部，另一端形成漏極連接部，所述源極連接部用于連接所述源電極，所述漏極連接部用于連接所述漏電極。

本發(fā)明實(shí)施例中提供的氧化物薄膜晶體管的制備方法，在氧化物半導(dǎo)體有源層上沉積完成絕緣介質(zhì)層之后，即對(duì)所形成的結(jié)構(gòu)件增加進(jìn)行退火處理的工藝，降低了在制備絕緣介質(zhì)層時(shí)因不同的成膜工藝所帶來(lái)的器件性能差異，提高了成膜工藝的可重復(fù)性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的氧化物薄膜晶體管的制備方法的工藝流程圖；

圖2a-2e是本發(fā)明實(shí)施例1提供的氧化物薄膜晶體管的制備方法的流程圖示；

圖3a-3h是本發(fā)明實(shí)施例2提供的氧化物薄膜晶體管的制備方法的流程圖示。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。這些優(yōu)選實(shí)施方式的示例在附圖中進(jìn)行了例示。附圖中所示和根據(jù)附圖描述的本發(fā)明的實(shí)施方式僅僅是示例性的，并且本發(fā)明并不限于這些實(shí)施方式。

在此，還需要說(shuō)明的是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。

本實(shí)施例提供了一種氧化物薄膜晶體管的制備方法，如圖1所示的流程圖，該方法包括：

提供一基底并在基底上制備形成氧化物半導(dǎo)體有源層；

在所述有源層上沉積絕緣介質(zhì)層；

將沉積絕緣介質(zhì)層后形成的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行退火處理。

在該方法中，進(jìn)行退火處理的環(huán)境可以選擇為空氣、干氧或濕氧氣氛，退火溫度可以選擇在250～450℃之間，退火時(shí)間可以選擇為0.5～3h。

在該方法中，可以在退火爐中應(yīng)用熱風(fēng)式退火工藝或紅外退火工藝進(jìn)行退火處理。

其中，所述氧化物半導(dǎo)體選擇為銦鎵鋅氧化物(indium gallium zinc oxide，IGZO)。

其中，所述絕緣介質(zhì)層例如是底柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管中在有源層上所沉積的鈍化層，或者是頂柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管中在有源層上所沉積的柵極絕緣層。所述絕緣介質(zhì)層至少包括直接連接在所述有源層上的氧化硅薄膜層。在另外的一些實(shí)施例中，所述絕緣介質(zhì)層還包括沉積在所述氧化硅(SiO_x)薄膜層上的氮化硅(SiN_x)薄膜層。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供了一種底柵結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜晶體管的制備方法，圖2a-2e示出了本實(shí)施例的制備方法的流程圖示。參閱圖2a-2e，該方法包括步驟：

S11、如圖2a所示，提供一基底11并在基底11上制備柵電極12。具體地，所述基底11可以選用玻璃基底，所述柵電極12的材料為金屬導(dǎo)電材料。首先通過(guò)物理氣相沉積工藝(PVD)在基底11上沉積金屬導(dǎo)電薄膜，然后通過(guò)光罩工藝將所述金屬導(dǎo)電薄膜刻蝕形成圖案化的柵電極12。

S12、如圖2b所示，在具有柵電極12的基底11上沉積柵極絕緣層13。所述柵極絕緣層13的材料可以為SiO_x或SiN_x，所述柵極絕緣層13可以通過(guò)化學(xué) 氣相沉積工藝(CVD)制備獲得。

S13、如圖2c所示，在所述柵極絕緣層13上制備氧化物半導(dǎo)體有源層14。其中，所述氧化物半導(dǎo)體選擇為IGZO。具體地，首先通過(guò)物理氣相沉積工藝(PVD)在柵極絕緣層13上沉積IGZO薄膜層，然后通過(guò)光罩工藝將所述IGZO薄膜層刻蝕形成圖案化的有源層14。

S14、如圖2d所示，在所述柵極絕緣層13上制備源電極15和漏電極16，并且所述源電極15和漏電極16分別電連接到所述有源層14。所述源電極15和漏電極16的材料為金屬導(dǎo)電材料。首先通過(guò)物理氣相沉積工藝(PVD)在柵極絕緣層13上沉積金屬導(dǎo)電薄膜，金屬導(dǎo)電薄膜覆蓋所述有源層14；然后通過(guò)光罩工藝將所述金屬導(dǎo)電薄膜刻蝕形成圖案化的源電極15和漏電極16。所述源電極15和漏電極16相互間隔，并且分別電連接到所述有源層14。

S15、如圖2e所示，在所述有源層14上沉積鈍化層(Passivation Layer)17，并且所述鈍化層17覆蓋所述源電極15和漏電極16。其中，所述鈍化層17的材料為氧化硅，所述鈍化層17可以通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝(PECVD)制備獲得。

S16、將沉積所述鈍化層17后形成的結(jié)構(gòu)件(即完成步驟S15后形成的結(jié)構(gòu)件)進(jìn)行退火處理。具體地，將該結(jié)構(gòu)件放置在具有空氣氣氛的退火爐中，應(yīng)用熱風(fēng)式退火工藝，以溫度為350℃退火1小時(shí)，完成所述氧化物薄膜晶體管的制備。當(dāng)然，在另外的一些實(shí)施例中，如前所述，在進(jìn)行退火處理時(shí)，還可以選擇紅外退火工藝，進(jìn)行退火處理的環(huán)境還可以選擇為干氧或濕氧氣氛，退火溫度可以選擇在250～450℃之間，退火時(shí)間可以選擇為0.5～3小時(shí)。

進(jìn)一步地，如果所述氧化物薄膜晶體管應(yīng)用于顯示裝置的陣列基板中，則在完成步驟S16形成的結(jié)構(gòu)之后，還需要在鈍化層17上依次制備有機(jī)平坦層和像素電極。

以上的制備工藝中，每一次光罩工藝中又分別包括掩膜、曝光、顯影、刻蝕和剝離等工藝，其中刻蝕工藝包括干法刻蝕和濕法刻蝕。在各個(gè)步驟中光罩工藝的參數(shù)可能有所不同，但是在顯示器的制造領(lǐng)域，光罩工藝已經(jīng)是現(xiàn)有的比較成熟的工藝技術(shù)，在此不再展開詳細(xì)說(shuō)明。

本實(shí)施例中具體制備兩組樣品進(jìn)行對(duì)比，獲得如下表1的數(shù)據(jù)，以說(shuō)明本發(fā)明所取得的有益效果。

表1

表1的數(shù)據(jù)中，Mobility是指樣品(薄膜晶體管)的遷移率，Vth是指樣品的閾值電壓，SS是指樣品的亞閾值擺幅(Subthreshold Swing)。

其中，第一組樣品中的樣品1、樣品2和樣品3參照本實(shí)施例的工藝步驟制備獲得，但是不進(jìn)行退工處理(即缺少了步驟S16的退火工藝)。其中，樣品1、樣品2和樣品3在步驟S15沉積鈍化層的工藝參數(shù)有所差異，即，在進(jìn)行步驟S15的成膜工藝時(shí)，在腔體壓力、氣體流量等其余參數(shù)保持一致的情況下，將設(shè)備的功率設(shè)定為1400W制備獲得樣品1，將設(shè)備的功率設(shè)定為1000W制備獲得樣品2，將設(shè)備的功率設(shè)定為600W制備獲得樣品3。

其中，第二組樣品中的樣品4、樣品5和樣品6則完全按照本實(shí)施例的工藝步驟制備獲得(相比于第一組樣品增加了步驟S16的退火工藝)。其中，樣品4、樣品5和樣品6在步驟S15沉積鈍化層的工藝參數(shù)有所差異，即，在進(jìn)行步驟S15的成膜工藝時(shí)，在腔體壓力、氣體流量等其余參數(shù)保持一致的情況下，將設(shè)備的功率設(shè)定為1400W制備獲得樣品4，將設(shè)備的功率設(shè)定為1000W制備獲得樣品5，將設(shè)備的功率設(shè)定為600W制備獲得樣品6。

從表1的數(shù)據(jù)中可以看出，在氧化物半導(dǎo)體有源層上沉積完成鈍化層之后，不進(jìn)行退工處理的第一組樣品中，各個(gè)樣品的閾值電壓Vth較大，并且樣品之間的閾值電壓的差值也比較大，樣品之間的亞閾值擺幅差值也比較大，說(shuō)明了鈍化層的不同成膜工藝所帶來(lái)的器件性能差異較大。而進(jìn)行退工處理的第二組樣品中，各個(gè)樣品的閾值電壓較為接近于0，并且樣品之間的閾值電壓的差值也比較小，各個(gè)樣品的亞閾值擺幅也比較小，樣品之間的亞閾值擺幅的差值也比較小，說(shuō)明了在增加退工處理工藝之后，可以有效降低在制備鈍化層時(shí)因不同的成膜工藝所帶來(lái)的器件性能差異，提高了成膜工藝的可重復(fù)性。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供了一種頂柵結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜晶體管的制備方法，圖3a-3h示出了本實(shí)施例的制備方法的流程圖示。參閱圖3a-3h，該方法包括步驟：

S21、如圖3a所示，提供一基底21并在基底21上制備緩沖層(Buffer Layer)22。所述緩沖層22的材料可以為SiO_x，所述緩沖層22可以通過(guò)化學(xué)氣相沉積工藝(CVD)制備獲得。

S22、如圖3b所示，在所述緩沖層22上制備所述氧化物半導(dǎo)體有源層23。其中，所述氧化物半導(dǎo)體選擇為IGZO。具體地，首先通過(guò)物理氣相沉積工藝(PVD)在緩沖層22上沉積IGZO薄膜層，然后通過(guò)光罩工藝將所述IGZO薄膜層刻蝕形成圖案化的有源層23。

S23、如圖3c所示，在所述半導(dǎo)體有源層23上制備柵極絕緣層24，所述柵極絕緣層24的材料為氧化硅。所述柵極絕緣層24可以通過(guò)化學(xué)氣相沉積工藝(CVD)制備獲得。

S24、將沉積所述柵極絕緣層24后形成的結(jié)構(gòu)件((即完成步驟S23后形成的結(jié)構(gòu)件))進(jìn)行退火處理。具體地，將該結(jié)構(gòu)件放置在具有空氣氣氛的退火爐中，應(yīng)用熱風(fēng)式退火工藝，以溫度為350℃退火1小時(shí)。當(dāng)然，在另外的一些實(shí)施例中，如前所述，在進(jìn)行退火處理時(shí)，還可以選擇紅外退火工藝，進(jìn)行退火處理的環(huán)境還可以選擇為干氧或濕氧氣氛，退火溫度可以選擇在250～450℃之間，退火時(shí)間可以選擇為0.5～3小時(shí)。

S25、如圖3d所示，在進(jìn)行退火處理的柵極絕緣層24上制備柵電極25。其中，所述柵電極25的材料為金屬導(dǎo)電材料。首先通過(guò)物理氣相沉積工藝(PVD)在柵極絕緣層24上沉積金屬導(dǎo)電薄膜，然后通過(guò)光罩工藝將所述金屬導(dǎo)電薄膜刻蝕形成圖案化的柵電極25。

在本實(shí)施例中，該步驟具體包括：

S251、參閱圖3d，應(yīng)用頂柵自對(duì)準(zhǔn)工藝刻蝕所述金屬導(dǎo)電薄膜形成柵電極25，并相應(yīng)刻蝕位于所述柵電極25下方的柵極絕緣層24，以使所述柵極絕緣層24僅覆蓋所述有源層23的中間區(qū)域，所述柵極絕緣層24的兩側(cè)裸露出所述有源層23。

S252、參閱圖3e，應(yīng)用離子注入工藝或等離子轟擊工藝或金屬氧化工藝，將裸露出的有源層23轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體，由此在所述有源層23的一端形成源極連接 部23a，另一端形成漏極連接部23b。

S26、如圖3f所示，在所述柵電極25上制備層間介質(zhì)層(Inter Layer Dielectric，ILD)26，并且所述層間介質(zhì)層26覆蓋所述緩沖層22。所述層間介質(zhì)層26的材料可以為SiO_x或SiN_x，所述層間介質(zhì)層26可以通過(guò)化學(xué)氣相沉積工藝(CVD)制備獲得。

S27、如圖3g所示，在所述層間介質(zhì)層26中刻蝕出連通到所述有源層23的過(guò)孔26a、26b。具體地，采用光罩工藝刻蝕形成所述過(guò)孔26a、26b，過(guò)孔26a連通至所述源極連接部23a，過(guò)孔26b連通至所述漏極連接部23b。

S28、如圖3h所示，在所述層間介質(zhì)層26上制備源電極27和漏電極28，所述源電極27和漏電極28分別通過(guò)所述過(guò)孔26a、26b電連接到所述有源層23，完成所述氧化物薄膜晶體管的制備。其中，所述源電極27和漏電極28的材料為金屬導(dǎo)電材料。首先通過(guò)物理氣相沉積工藝(PVD)在層間介質(zhì)層26上沉積金屬導(dǎo)電薄膜；然后通過(guò)光罩工藝將所述金屬導(dǎo)電薄膜刻蝕形成圖案化的源電極26和漏電極27。所述源電極26和漏電極27相互間隔，所述源電極26通過(guò)過(guò)孔26a連接至所述源極連接部23a，所述漏電極27通過(guò)過(guò)孔26b連接至所述漏極連接部23b。如上結(jié)構(gòu)中，源極連接部23a和漏極連接部23b與有源層23是同層且為一體的結(jié)構(gòu)，并且源極連接部23a和漏極連接部23b具有良好的導(dǎo)電性能，由此，源電極26和漏電極27分別通過(guò)源極連接部23a和漏極連接部23b連接到有源層23時(shí)，減小了源電極26和漏電極27與有源層23之間的接觸電阻，提高了器件的性能。

進(jìn)一步地，如果所述氧化物薄膜晶體管應(yīng)用于顯示裝置的陣列基板中，則在完成步驟S28形成的結(jié)構(gòu)之后，還需要在層間介質(zhì)層26上依次制備有機(jī)平坦層和像素電極。

以上的制備工藝中，每一次光罩工藝中又分別包括掩膜、曝光、顯影、刻蝕和剝離等工藝，其中刻蝕工藝包括干法刻蝕和濕法刻蝕。在各個(gè)步驟中光罩工藝的參數(shù)可能有所不同，但是在顯示器的制造領(lǐng)域，光罩工藝已經(jīng)是現(xiàn)有的比較成熟的工藝技術(shù)，在此不再展開詳細(xì)說(shuō)明。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例中提供的氧化物薄膜晶體管的制備方法，在氧化物半導(dǎo)體有源層上沉積完成絕緣介質(zhì)層之后，即對(duì)所形成的結(jié)構(gòu)件增加進(jìn)行退火處理的工藝，降低了在制備絕緣介質(zhì)層時(shí)因不同的成膜工藝所帶來(lái)的器件性能差異，提高了成膜工藝的可重復(fù)性。

需要說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅是本申請(qǐng)的具體實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本申請(qǐng)?jiān)淼那疤嵯?，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本申請(qǐng)的保護(hù)范圍。