一種氧化鋅薄膜電晶體的製備方法
2023-10-07 03:34:44
專利名稱：一種氧化鋅薄膜電晶體的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種氧化鋅薄膜製備的工藝方法，屬於半導體技術平板顯示領域。
背景技術：
隨著社會的發展，顯示器已經成為人們工作和生活中不可或缺的產品。由於傳統的CRT顯示器所固有的笨重、功耗比較大等缺點，它已經退出了許多應用領域。而取而代之的平板顯示技術(FPD)則顯示出了強大的生命力。為了獲得最佳性能，平板顯示器往往需 要有源矩陣來輔助驅動，即將有源電路集成在每一個陣列單元中來解決器件驅動中的各種問題。有源矩陣的核心元件則是薄膜電晶體(Thin Film Transistor, TFT)。薄膜電晶體最早出現於上世紀三十年代，隨著液晶顯示器的發展和有源矩陣概念的出現，直到七十年代這項技術才真正引起了人們的重視。從1979年開始，非晶矽材料作為半導體層的薄膜電晶體技術獲得長足的發展，並最終在商業上取得了成功。薄膜電晶體是場效應電晶體的一種，是為適應全膜化集成電路的需要而發展起來的，被廣泛應用在平板顯示器、存儲器、探測器和氣敏傳感器等多個領域。薄膜電晶體是靠多數載流子傳輸電流的單極性器件，包括襯底、半導體溝道層、絕緣層、柵極、源極和漏極等幾個組成部分，其中半導體溝道層的性質對器件性能和製備工藝有很大影響。在薄膜電晶體不斷尋求溝道層材料改進以滿足其應用需求的過程中，最初以優越的紫外發光性能而倍受關注的寬禁帶半導體ZnO材料，因其光電性質與TFT技術改進需求的契合點越來越多，而逐漸受到人們的重視。ZnO在室溫下的禁帶寬度為3. 37eV,在常溫常壓下為穩定的六方纖鋅礦結構。ZnO薄膜具有生長溫度低、電子遷移率高、易於刻蝕、對襯底要求不高等優點，在白光二極體、 紫外探測器、氣敏傳感器、聲表面波器件中有重要的應用。高質量的ZnO薄膜在可見光波段有很高的透過率，所以可用來製備全透明TFT，並應用到高開口率有源陣列驅動顯示器件和透明電子線路中。氧化物TFT完全有可能替代矽基TFT，成為下一代TFT技術的主流。現在通常對氧化鋅的退火處理方法是forming gas退火及高溫退火。高溫退火不能應用於玻璃襯底或者柔性襯底的薄膜電晶體中，對器件破壞性很大。Forming gas退火成本較高，而且比較危險。
發明內容
本發明提供了一種利用真空工藝在低溫(300°C)的條件下製備氧化鋅薄膜電晶體的方法。本發明的技術方案是—種製備氧化鋅薄膜電晶體的方法，其步驟包括在重摻雜矽上生長一層柵絕緣介質層；在柵絕緣介質層上生長一層氧化鋅薄膜溝道層；在氧化鋅薄膜溝道層上生長源端電極、漏端電極，其中，製備氧化鋅溝道層後進行退火，該退火工藝為放入真空腔中，待真空腔關閉後對真空腔進行抽真空，真空度在3 X 10_3Pa至4 X 10_3Pa之間開始退火，退火溫度為250°C至300°C之間，退火時間為5至10分鐘，退火結束後，使真空腔冷卻至室溫後取出。
上述方法中，可採用熱氧化方法生長二氧化矽或者ALD沉積氧化鉿作為柵絕緣介質層。上述方法中，採用磁控濺射生長氧化鋅薄膜，該氧化鋅薄膜厚度可為75納米至150納米。上述方法中，採用熱蒸鍍方法生長金屬銀、金屬鋁或金屬金作為源端電極和漏端電極。相對於傳統工藝，本發明具有以下的優點實現了製備氧化鋅薄膜電晶體器件的低溫工藝，本工藝的實驗溫度為250°C至300°C之間，可以較好的滿足現代利用柔性及玻璃襯底製備氧化鋅薄膜電晶體器件的低溫要求。且實驗條件更加簡單，實驗過程更加安全，降低了試驗成本。與利用forming gas氣體進行退火工藝相比，不需要在真空條件下加入氫氣及氮氣，由於氫氣為可燃氣體，所以在實驗過程當中極為容易由於操作不當引起爆炸等事故，造成人身及財產損失。本發明克服了上述缺點，在真空條件下即可得到較好的器件特性。氧化鋅薄膜電晶體器件的開關比可以達到104，開態電流可以達到4 X 10_5A，有較好的驅動能力。
圖I一圖4為本發明製備工藝流程圖，其中圖I所示柵電極上製備二氧化矽柵介質層；圖2所示二氧化矽柵介質層上製備氧化鋅溝道層；圖3所示對氧化鋅溝道進行真空退火處理；圖4所示在氧化鋅溝道層上製備金屬電極。圖中1 一柵電極；2—在柵電極上製備的二氧化矽柵介質層；3—氧化鋅溝道層；4一真空退火後的氧化鋅溝道層；5—金屬電極。
具體實施例方式以下結合具體的實施例對本發明的實施方式作出說明本實驗採用典型的背柵工藝結構，使用中國電子四十所所生產的n型重摻雜矽片(電阻率為0. 02 Q cm)做為器件的柵電極，利用熱氧化工藝在矽表面生長一層與柵電極緊密相連的200nm厚的二氧化矽，並對背面進行刻蝕，只留一面做為柵介質層，如圖I所示。將製備好柵電極及柵介質的樣品放入磁控濺射腔中。安裝氧化鋅陶瓷靶，由分子泵抽真空，使真空度高於KT4Pa時開始進行濺射。濺射在氬保護氣氣氛中進行，氬氣既作為工作氣體，也做為保護氣體。使濺射功率保持為80W，襯底溫度為室溫，濺射的沉積速率為0. lnm/s。最終在二氧化矽表面沉積了厚度為150nm的緻密氧化鋅薄膜，如圖2所示。接著將樣品放入到退火設備中進行退火處理。先將樣品放入石英舟內，然後放入真空腔中。待真空腔關閉後對真空腔進行抽真空，當真空度高於3X 10_3Pa後開始退火，退火溫度為300°C，退火時間為10分鐘，待真空腔冷卻後，將樣品取出，如圖3所示。 隨後，將樣品放入到蒸鍍腔中，準備金屬源電極和漏電極的製備。把銀顆粒放入鉭片中，將樣品固定好，放入陰罩模板。當蒸鍍腔真空度高於KT4Pa時，開始進行蒸鍍，速率控制在2nm/s,最後在氧化鋅的表面沉積厚度為200nm的金屬銀源漏電極。然後降溫,將樣品取出，這樣，氧化鋅薄膜電晶體器件製備完成，如圖4所示。
雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而並非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案保護的範圍內。
權利要求
1.ー種氧化鋅薄膜電晶體的製備方法，其步驟包括 1)在重摻雜娃上生長ー層柵絕緣介質層； 2)在柵絕緣介質層上生長ー層氧化鋅薄膜作為溝道層，並進行退火，退火エ藝為2.I)放入真空腔中，對真空腔進行抽真空，真空度在3X10_3Pa至4X10_3Pa之間； 2.2)進行退火，退火溫度為250°C至300°C之間，退火時間為5至10分鐘； 2.3)冷卻至室溫後取出； 3)在氧化鋅薄膜層上生長源端電極和漏端電極。
2.如權利要求I所述的製備方法，其特徵在於，採用熱氧化方法生長ニ氧化矽或者ALD沉積氧化鉿作為柵絕緣介質層。
3.如權利要求I所述的方法，其特徵在幹，磁控濺射生長氧化鋅薄膜，該氧化鋅薄膜厚度為75納米至150納米。
4.如權利要求I所述的方法，其特徵在於，採用熱蒸鍍方法生長金屬銀、金屬鋁或金屬金作為源端電極和漏端電極。
全文摘要
本發明提供了一種製備氧化鋅薄膜電晶體的方法，屬於半導體技術平板顯示領域。該方法核心在於製備氧化鋅溝道層後進行退火，退火工藝具體為放入真空腔中，對真空腔進行抽真空，真空度在3×10-3Pa至4×10-3Pa之間開始退火，退火溫度為250℃至300℃之間，退火時間為5至10分鐘，退火結束後，使真空腔冷卻至室溫，然後在氧化鋅薄膜溝道層上生長源端電極、漏端電極。本發明可以較好的滿足現代利用柔性及玻璃襯底製備氧化鋅薄膜電晶體器件的低溫要求。且實驗條件更加簡單，實驗過程更加安全，降低了試驗成本。
文檔編號H01L21/477GK102664195SQ201210156669
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月18日 優先權日2012年5月18日
發明者孫雷, 張盛東, 李詠奇, 王漪, 韓德棟 申請人:北京大學