一種在全室溫下製備低壓雙電層ito透明薄膜電晶體的工藝的製作方法
2023-10-24 10:40:17
專利名稱：一種在全室溫下製備低壓雙電層ito透明薄膜電晶體的工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及金屬氧化物TFT的製備工藝，特別是全室溫下製備底柵結構的低壓雙電層ITO透明薄膜電晶體的工藝。
背景技術：
近幾年來，越來越多的小組對全室溫下製備的TFT有著很大的興趣。自從2005年，Fortunato等人在全室溫條件下製備出性能很好的TTFT器件,其飽和遷移率達到27cm2/Vs,閾值電壓為19V，開關比大於105，全室溫條件下製備的器件，性能已經比較理想，閾值電壓有待於優化。對於改善器件的性能，採用非晶氧化物作為溝道層也是一種方法。由於非晶態的薄膜比多晶態的薄膜少了晶界的散射，從而可以提高溝道層的載流子遷移率。Hsieh等人通過減小ZnO薄膜的厚度(從60nm到IOnm)，使其從多晶態變為為非晶態。同時採用等離子增強化學氣相沉積(PECVD)法，沉積了 50nm的SiNx薄膜作為柵介質層，磁控濺射ITO作為柵和源、漏電極，且製備了頂柵和底柵兩種結構的TFT。頂柵結構的TFT性能很好，其遷移率和開關比分別達到了 25cm2/Vs和107且TTFT在可見光波長範圍的透光率均大於80%。Song等報導了全室溫下採用全射頻磁控濺射工藝製備的非晶銦鋅氧化物(a-1Z0)TTFTo採用射頻磁控濺射法製備IZO溝道層、IZO柵以及源、漏電極，通過調節氧壓來控制IZO的電阻率。柵介質為IOOnm的ΑΙΟχ，也是由射頻濺射方法製備的。器件的閾值電壓，開關比和飽和遷移率分別達到了 1.1V，IO6和0.53cm2/Vs並且器件的透光率在可見光範圍達到了 80%。除了以上描述的比較有代表性的結果外，還有不少關於化學鍍膜方法和噴墨列印方法製作的TFT以及納米線溝道TFT的報導，不過由於這些器件的場效應遷移率普遍不高或者不適合產業化生產，這裡就沒有做過多的研究。從TFT的發展歷程中我們可以看到，不同溝道材料，柵絕緣層材料，不同結構以及不同的製備工藝等多種多樣的TFT，最終人們都在尋找性能最佳且易於產業化的TFT，其中金屬氧化物TFT在未來的應用前景最廣闊。
發明內容
本發明涉及一種薄膜電晶體的製備工藝，特別是底柵結構的低壓雙電層ITO透明薄膜電晶體的製備工藝，包括:清潔襯底步驟；製備柵極步驟，分別用丙酮和乙醇進行超聲波清洗10分鐘，除去矽片上的有機物和油跡，再用去離子水把殘留在矽片上的丙酮和乙醇清洗掉，最後在80°C乾燥箱內烘乾；製備絕緣層步驟，把處理好的矽片放入PECVD的真空室內，用機械泵和羅茨泵把真空室的氣壓抽至IOPa以下，通入的反應氣體為氧氣和矽烷，同時通入惰性氣體氬氣作為保護氣體以及電離氣體；
ITO溝道層的沉積步驟，在沉積好介孔SiO2的襯底上，採用射頻磁控濺射沉積ITO溝道層，濺射時的本底真空為3X10_3Pa，極限真空為lX10_5Pa，濺射氣體為氧氣和氬氣的混合氣體，其中O2的流量佔總氣流的6%至10%，工作氣壓為0.5pa，濺射功率為100W ；源、漏極的製備步驟，用掩模法，採用射頻磁控濺射沉積完成的，濺射時的本底真空為3 X10_3Pa，極限濺射氣體為氬氣，工作氣壓為0.5pa，濺射功率為100W。上述製備絕緣層步驟、ITO溝道層的沉積步驟以及源、漏極的製備步驟均在室溫下進行。上述絕緣層步驟中，其中矽烷和氧氣的比例為5: 18seem，沉積的總氣壓和時間分別為25pa和I小時，射頻功率為150W。
具體實施例方式本發明的具有底柵結構的低壓雙電層ITO透明薄膜電晶體的製備工藝，包括:清潔襯底步驟；製備柵極步驟，分別用丙酮和乙醇進行超聲波清洗10分鐘，除去矽片上的有機物和油跡，再用去離子水把殘留在矽片上的丙酮和乙醇清洗掉，最後在80°C乾燥箱內烘乾。本發明中所用的矽片為導電性較好的，可以做為柵極使用的。製備絕緣層步驟，把處理好的矽片放入PECVD的真空室內，用機械泵和羅茨泵把真空室的氣壓抽至IOPa以下，通入的反應氣體為氧氣和矽烷，同時通入惰性氣體氬氣作為保護氣體以及電離氣體。其中矽烷和氧氣的比例為5: 18seem(體積流量單位，標況毫升每分)，沉積的總氣壓和時間分別為25pa和I小時，射頻功率為150W。這個過程中是在室溫情況下完成的，實驗結束之後可以取出被沉積了介孔SiO2的樣品。ITO溝道層的沉積步驟，在沉積好介孔SiO2的襯底上，採用射頻磁控濺射沉積ITO溝道層，濺射時的本底真空為3X10_3Pa，極限真空為lX10_5Pa，濺射氣體為氧氣和氬氣的混合氣體，其中O2的流量佔總氣流的6%至10%，工作氣壓為0.5pa，濺射功率為100W。溝道的膜厚取決於時間，一般濺射5-8分鐘就差不多為50nm厚。此過程也是在室溫下進行的，實驗結束之後可以將樣品取出。源、漏極的製備步驟，用掩模法，採用射頻磁控濺射沉積完成的，濺射時的本底真空為3X10_3Pa，極限濺射氣體為氬氣，工作氣壓為0.5pa，濺射功率為100W。源、漏電極一般濺射15分鐘左右。此過程也是在室溫下進行的，實驗結束之後可以將樣品取出。以上步驟都完成，基於介孔SiO2的ITO薄膜電晶體就製備完了。隨著氧氣含量的增加，器件的飽和遷移率、亞閩值擺幅、閾值電壓和開關電流比都會發生不同程度的變化。變化最明顯的是器件的閾值電壓，隨著氧氣含量的增加，器件的閾值電壓從負向移動到正向，器件的工作模式也從耗盡型向增強型轉變。並且，隨著氧氣含量的增加，ITO TTFT的透光率也隨之增加。總的來說，當氧氣含量達到50%時，器件的平均透光率達到了 80%，遷移率也達到了最大值136.6cm2/Vs，其他方面的性能也非常好。另外，當ITO TTFT在空氣中放置時，放置的時間對器件的電學性能也有很大的影響。隨著器件在空氣中放置的時間增加，器件的工作電壓會隨之增加；器件的閾值電壓向正向漂移，從負值到正值，變化量在0.6V左右；器件的開關比變小，大概在一個數量級左右；器件的飽和遷移率減小了，從22.1cm2/Vs 減小到4.8cm2/Vs。
權利要求
1.一種底柵結構的低壓雙電層ITO透明薄膜電晶體的製備工藝，其特徵在於，包括: 清潔襯底步驟； 製備柵極步驟，分別用丙酮和乙醇進行超聲波清洗10分鐘，除去矽片上的有機物和油跡，再用去離子水把殘留在矽片上的丙酮和乙醇清洗掉，最後在80°c乾燥箱內烘乾； 製備絕緣層步驟，把處理好的矽片放入PECVD的真空室內，用機械泵和羅茨泵把真空室的氣壓抽至IOPa以下，通入的反應氣體為氧氣和矽烷，同時通入惰性氣體氬氣作為保護氣體以及電離氣體； ITO溝道層的沉積步驟，在沉積好介孔Si02的襯底上，採用射頻磁控濺射沉積ITO溝道層，濺射時的本底真空為3X10-3Pa，極限真空為lX10-5Pa，濺射氣體為氧氣和氬氣的混合氣體，其中02的流量佔總氣流的6%至10%，工作氣壓為0.5pa，濺射功率為100W ； 源、漏極的製備步驟，用掩模法，採用射頻磁控濺射沉積完成的，濺射時的本底真空為3X10-3Pa，極限濺射氣體為氬氣，工作氣壓為0.5pa，濺射功率為100W。
2.根據權利要求1所述的薄膜電晶體的製備工藝，其特徵在於，上述製備絕緣層步驟、ITO溝道層的沉積步驟以及源、漏極的製備步驟均在室溫下進行。
3.根據權利要求1所述的薄膜電晶體的製備工藝，其特徵在於，上述絕緣層步驟中，其中矽烷和氧氣的比例為5: 18seem，沉積的總氣壓和時間分別為25pa和I小時，射頻功率為 150W。
全文摘要
一種底柵結構的低壓雙電層ITO透明薄膜電晶體的製備工藝，包括清潔襯底步驟；製備柵極步驟；製備絕緣層步驟；ITO溝道層的沉積步驟；源、漏極的製備步驟。上述製備絕緣層步驟、ITO溝道層的沉積步驟以及源、漏極的製備步驟均在室溫下進行。
文檔編號H01L21/336GK103107093SQ20121059752
公開日2013年5月15日 申請日期2012年12月17日 優先權日2012年12月17日
發明者紀成友, 劉志龍 申請人:青島紅星化工廠