薄膜晶体管用薄膜的制备方法与流程

1.本发明涉及领域，具体涉及一种薄膜晶体管用薄膜的制备方法。


背景技术：

2.非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管(igzo
‑
tft)以其高迁移率、低功耗触屏敏感度高等优点，作为最有希望用于下一代显示器的器件而备受关注。然而，镓组分的存在极大的限制了迁移率的提高。后提出一种新的镨掺杂剂作为非晶态氧化铟锌半导体的稳定剂，具有高的迁移率和稳定性。
3.采用直流磁控溅射制备镨掺杂非晶铟镓锌氧化物薄膜，发现随着靶材的使用时间增加，沟道变深，获得的薄膜组分浓度发生变化。随着沟道深度的增加，镨的掺杂浓度梯度变化。镨作为重要的掺杂剂，其浓度对于薄膜性质和薄膜晶体管器件都有着较大的影响，随着靶材沟道深度增加，薄膜组分不均这一问题仍亟待攻克。


技术实现要素：

4.鉴于背景技术中存在的问题，本公开的目的在于提供一种薄膜晶体管用薄膜的制备方法，得到的靶材随着溅射沟道的加深，靶材组分梯度的变化，使得溅射获得的薄膜组分组分均一，透明导电性能稳定。
5.为了实现上述目的，本公开提供了一种薄膜晶体管用薄膜的制备方法，包括步骤：步骤一：将掺镨的igzo靶材安装；步骤二：衬底清洗；步骤三：直流磁控溅射生长镨掺杂非晶铟镓锌氧化物薄膜；其中，所述的掺镨的igzo靶材为igzo靶材远离背板的一侧表面镨掺杂质量浓度的范围为15％～20％，随着靶材深度每增加0.3～0.7mm，镨掺杂浓度增加0.2％～0.6％；掺镨的igzo靶材的密度≥6.642g/cm3。
6.在一些实施例中，在步骤一中，在阴极靶位安装掺镨的igzo靶材。
7.在一些实施例中，在步骤二中，衬底为无碱超薄玻璃。
8.在一些实施例中，在步骤二中，衬底碱元素含量≤0.05wt％。
9.在一些实施例中，在步骤二中，衬底室温热膨胀系数≤35.5
×
10
‑7/k。
10.在一些实施例中，在步骤二中，衬底厚度0.2～0.6mm。
11.在一些实施例中，在步骤二中，衬底清洗步骤包括：
12.子步骤一：丙酮超声清洗10～15分钟；
13.子步骤二：无水乙醇超声清洗10～15分钟；
14.子步骤三：去离子水超声清洗10～15分钟；
15.子步骤四：高纯氮气吹干。
16.在一些实施例中，在步骤三中，直流磁控溅射生长镨掺杂非晶铟镓锌氧化物薄膜的工艺为：
17.靶材与衬底中心距离为6～10cm；
18.靶材溅射功率密度为2.0～5.0w/cm2；
19.溅射压力为0.2～1.0pa；
20.氧分压为0％～0.8％；
21.生长温度为25～32℃；
22.薄膜厚度为20～1000nm。
23.本公开的有益效果如下：
24.本公开通过利用一种浓度梯度的靶材，随着溅射沟道的加深，靶材组分梯度的变化，使得溅射获得的薄膜组分均一，透明导电性能稳定。
附图说明
25.图1为实施例1、2、3中直流溅射高迁移率薄膜晶体管用靶材的掺镨igzo薄膜可见光透过率曲线。
26.图2为实施例1中直流溅射高迁移率薄膜晶体管用靶材的掺镨igzo薄膜室温下随着溅射时间增加霍尔迁移率的变化曲线。
27.图3为实施例1中直流溅射高迁移率薄膜晶体管用靶材的掺镨igzo薄膜室温下随着溅射时间增加载流子浓度的变化曲线。
具体实施方式
28.下面详细说明根据本公开的薄膜晶体管用薄膜的制备方法。
29.[薄膜晶体管用靶材]
[0030]
根据本公开掺镨的igzo靶材为先导薄膜材料(广东)有限公司，产品编号：raa009
‑
07。
[0031]
根据本公开的薄膜晶体管用靶材为镨掺杂的igzo靶材，靶材远离背板的一侧表面在0.1mm内镨的掺杂质量浓度为15％
‑
20％，随着靶材深度每增加0.3～0.7mm，镨掺杂浓度增加0.2％～0.6％。镨的掺杂质量浓度为镨氧化物占靶材总质量的百分数。
[0032]
在薄膜晶体管用靶材的一些实施例中，随着靶材深度每增加0.3～0.7mm，镨掺杂浓度增加0.2～0.6％，在该范围内，当靶材深度增加时，薄膜的组分不发生改变。
[0033]
在薄膜晶体管用靶材的一些实施例中，掺镨的igzo靶材的密度≥6.64g/cm3。在此密度范围内的掺镨的igzo靶材可以防止击穿，得到要求的晶体大小与结构，避免薄膜缺陷。
[0034]
[薄膜晶体管用薄膜的制备方法]
[0035]
根据本公开的薄膜晶体管用薄膜的制备方法包括步骤：步骤一：将掺镨的igzo靶材安装；步骤二：衬底清洗；步骤三：直流磁控溅射生长镨掺杂非晶铟镓锌氧化物薄膜。
[0036]
在一些实施例中，在步骤一中，在阴极靶位安装掺镨的igzo靶材。
[0037]
在一些实施例中，在步骤二中，衬底为无碱超薄玻璃。含碱玻璃表面在一定的条件下，金属离子会有一定活性，以致导电。
[0038]
在一些实施例中，在步骤二中，衬底碱元素含量≤0.05wt％。碱元素在此范围内，防止金属离子有一定活性，以致导电。
[0039]
在一些实施例中，在步骤二中衬底室温热膨胀系数≤35.5
×
10
‑7/k。衬底在此范围内的室温热膨胀系数，减少应力和薄膜缺陷。
[0040]
在一些实施例中，在步骤二中，衬底厚度0.2～0.6mm，在此范围内的衬底厚度，获
得更稳定的器件性能。
[0041]
在一些实施例中，在步骤二中，衬底清洗步骤包括：子步骤一：丙酮超声清洗10～15分钟；子步骤二：无水乙醇超声清洗10～15分钟；子步骤三：去离子水超声清洗10～15分钟；子步骤四：高纯氮气吹干。衬底清洗保证在玻璃衬底的表面上磁控溅射的薄膜的成膜性和粘附性，以避玻璃衬底的表面上的残留的免杂质对磁控溅射的薄膜的质量造成影响。
[0042]
在一些实施例中，在衬底清洗的子步骤一中，丙酮超声清洗10～15分钟。丙酮可以清洗有机溶剂，洗去杂质。
[0043]
在一些实施例中，在衬底清洗的子步骤二中，无水乙醇超声清洗10～15分钟。用乙醇洗去杂质，并且乙醇与丙酮互溶带走丙酮。
[0044]
在一些实施例中，在衬底清洗的子步骤三中，去离子水超声清洗10～15分钟。去离子水洗去残留的乙醇与丙酮。
[0045]
在一些实施例中，在衬底清洗的子步骤四中，高纯氮气吹干衬底。高纯氮气无毒无害，并且价格便宜从而降低成本，另外，高纯氮气增加了气体流动带走挥发的水分，保持干燥洁净。
[0046]
在一些实施例中，在步骤三中，直流磁控溅射生长镨掺杂非晶铟镓锌氧化物薄膜的工艺为：靶材与衬底中心距离为6～10cm；靶材溅射功率密度为2.0～5.0w/cm2；溅射压力为0.2～1.0pa；氧分压为0％～0.8％；生长温度为25～32℃；薄膜厚度为20～1000nm。
[0047]
在一些实施例中，在直流磁控溅射生长镨掺杂非晶铟镓锌氧化物薄膜的工艺中，靶材与衬底中心距离为6～10cm。该距离范围可以达到合适的生长速率，保证薄膜的均匀性，避免过大生长和生长速率过慢。
[0048]
在一些实施例中，在直流磁控溅射生长镨掺杂非晶铟镓锌氧化物薄膜的工艺中，靶材溅射功率密度为2.0～5.0w/cm2。在范围内可以使薄膜达到合适的生长速率。
[0049]
在一些实施例中，在直流磁控溅射生长镨掺杂非晶铟镓锌氧化物薄膜的工艺中，溅射压力为0.2～1.0pa。在范围内可以使薄膜达到合适的生长速率。
[0050]
在一些实施例中，在直流磁控溅射生长镨掺杂非晶铟镓锌氧化物薄膜的工艺中，氧分压为0％～0.8％。氧分压会影响薄膜的氧空位并进而影响电学性能。
[0051]
在一些实施例中，在直流磁控溅射生长镨掺杂非晶铟镓锌氧化物薄膜的工艺中，生长温度为25～32℃。使生长环境保持在室温环境下生长，可以得到优质的非晶薄膜。
[0052]
在一些实施例中，在直流磁控溅射生长镨掺杂非晶铟镓锌氧化物薄膜的工艺中，薄膜厚度为20～1000nm。
[0053]
[测试过程及测试结果]。
[0054]
实施例1
[0055]
(1)准备薄膜晶体管用靶材
[0056]
掺镨的igzo靶材为先导薄膜材料(广东)有限公司，产品编号：raa009
‑
07a。
[0057]
掺镨igzo靶材，靶材表面镨掺杂质量浓度为19％，随着靶材深度每增加0.5mm，镨掺杂浓度增加0.2％；靶材密度6.642g/cm3。
[0058]
(2)薄膜晶体管用薄膜的制备
[0059]
步骤1：阴极靶位上安装前述(1)中提供的掺镨igzo靶材；
[0060]
步骤2：衬底选用无碱超薄玻璃，碱元素含量0.05wt％，室温热膨胀系35.5
×
10
‑7/
k，厚度0.4mm，并依次在丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗10分钟，之后用高纯氮气吹干；
[0061]
步骤3：用直流磁控溅射生长镨掺杂非晶铟镓锌氧化物薄膜，靶材与衬底中心距离为6cm，靶材溅射功率密度为2.26w/cm2，溅射压力为0.6pa，氧分压为0.1％，生长温度为28℃，薄膜厚度为380nm。
[0062]
如附图1所示，本实施例掺镨igzo薄膜可见光(400
‑
800nm)平均透过率t
ave
(400
‑
800nm)＝93.73％，如附图2所示，载流子浓度n＝6.01
×
10
18
cm
‑3，如附图3所示，迁移率μ＝13.69cm2/(v
·
s)，透明导电性质稳定，薄膜组分均一。
[0063]
实施例2
[0064]
(1)准备薄膜晶体管用靶材
[0065]
掺镨的igzo靶材为先导薄膜材料(广东)有限公司，产品编号：raa009
‑
07e。
[0066]
掺镨igzo靶材，靶材表面镨掺杂质量浓度为19％，随着靶材深度每增加0.5mm，镨掺杂浓度增加0.35％；靶材密度6.642g/cm3。
[0067]
(2)薄膜晶体管用薄膜的制备
[0068]
步骤1：阴极靶位上安装(1)中提供的掺镨igzo靶材；
[0069]
步骤2：衬底选用无碱超薄玻璃，碱元素含量0.05wt％，室温热膨胀系35.5
×
10
‑7/k，厚度0.4mm，并依次在丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗10分钟，之后用高纯氮气吹干；
[0070]
步骤3：用直流磁控溅射生长镨掺杂非晶铟镓锌氧化物薄膜，靶材与衬底中心距离为6cm，靶材溅射功率密度为2.5w/cm2，溅射压力为0.6pa，氧分压为0.2％，生长温度为28℃，薄膜厚度为500nm。
[0071]
如附图1所示，本实施例掺镨igzo薄膜可见光(400
‑
800nm)平均透过率t
ave(400
‑
800nm)
＝93.28％，载流子浓度n＝5.98
×
10
18
cm
‑3，迁移率μ＝13.75cm2/(v
·
s)，透明导电性质稳定，薄膜组分均一。
[0072]
实施例3
[0073]
(1)准备薄膜晶体管用靶材：
[0074]
掺镨的igzo靶材为先导薄膜材料(广东)有限公司，产品编号：raa009
‑
07g。
[0075]
掺镨igzo靶材，靶材表面镨掺杂质量浓度为19％，随着靶材深度每增加0.5mm，镨掺杂浓度增加0.5％；靶材密度6.642g/cm3；
[0076]
(2)薄膜晶体管用薄膜的制备
[0077]
步骤1：阴极靶位上安装(1)中提供的igzo靶材；
[0078]
步骤2：衬底选用无碱超薄玻璃，碱元素含量0.05wt％，室温热膨胀系35.5
×
10
‑7/k，厚度0.4mm，并依次在丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗10分钟，之后用高纯氮气吹干；
[0079]
步骤3：用直流磁控溅射生长镨掺杂非晶铟镓锌氧化物薄膜，靶材与衬底中心距离为6cm，靶材溅射功率密度为2.26w/cm2，溅射压力为0.4pa，氧分压为0.3％，生长温度为28℃，薄膜厚度为450nm。
[0080]
如附图1所示，本实施例igzo薄膜可见光(400
‑
800nm)平均透过率t
ave
(400
‑
800nm)＝93.94％，载流子浓度n＝6.08
×
10
18
cm
‑3，迁移率μ＝13.79cm2/(v
·
s)，透明导电性质稳定，薄膜组分均一。
[0081]
上述公开特征并非用来限制本公开的实施范围，因此，以本公开权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本公开的权利要求范围之内。