一种薄膜晶体管生长工艺的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种ZnSrO?TFT生长工艺及TFT流片工艺，该ZnSrO生长工艺包括：1)腐蚀ITO玻璃；2)生长ZnSrO复合层结构，其中，ZnSro复合层TFT器件后期制备流程包括1)刻蚀Al；2)湿法腐蚀ZnSrO。在TFT流片工艺中，注意在有源层ZnSrO生长过程，减少材料缺陷、优化沟道电导性能，控制栅绝缘层ZnSrO的尺寸生长。从而获得低驱动电压、高开关比的TFT器件。
【专利说明】一种薄膜晶体管生长工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及ZnSrO TFT生长工艺及TFT流片工艺。
【背景技术】
[0002]a-S1:H TFT作为有源开关器件，在TFT-LCD中得到广泛的应用。但是，a_S1:H TFT的最大的缺点是场效应迁移率低，同时由于a-Si的禁带比较窄，使得其在可见光范围内不透明，这就极大的限制了 a-s1:H TFT的应用范围，尤其是a-s1: H TFT不能用来制作启动电路，TFT-1XD需要配置专用的外围驱动电路，提高了制造成本，降低了可靠性。
[0003]透明半导体氧化物作为开关器件的先决条件是禁带宽度大于3eV，具有高电导性和高光透过率(>80%)。其他透明的宽禁带半导体SrN和SiC目前也有研究用于TFT。但是，宽禁带半导体氧化物有更现实的前景，因为它们可以在低温下生长，这样衬底的选择将会更多，包括玻璃和有机物。在所有的氧化物半导体材料中，ZnO由于具有低温生长的特性和高电导而受到广泛的关注。ZnO结构决定了 TFT器件的闽值电压及其电传导特性的好坏。半导体ZnO薄膜材料呈强η型，载流子浓度可以达到102°/cm3，单晶ZnO迁移率可以达到200cm2/V.s，有利于形成多数载流子为电子的耗尽型场效应晶体管，自然地利用了电子迁移率高于空穴迁移率的优越性。但是增强型TFT在低功耗半导体器件拥有更好的前景。采用不同的生长技术，ZnO生长温度选择可以在300-700°C之间。多晶ZnO材料的霍尔迁移率在10-50cm2/V *s。最近也有p型ZnO通过MBE生长，磁空溅射生长和混合束沉积成功的报道。基于以上特点，选择ZnO作为TTFT的有源层受到广泛关注。
[0004]ZnO基FET发展面临的其中一个挑战是有源层载流子的控制。未退火的ZnO表现高的载流子浓度，高的载流子浓度使得沟道在未加电压时也处于导通状态，器件工作在耗尽状态下，因此本征ZnO器件是耗尽型器件。但是，高浓度载流子耗尽的实现是很困难的，由外加电压控制电导的增强型器件更具有实用价值。ZnO可以与CaO形成ZnSrO合金材料，通过调节ZnSrO中Sr的含量可以有效地增大禁带宽度，降低载流子浓度。而且，近来有报道通过磷掺杂引入受主能级从而减少电子浓度，而且可能实现P型ZnSrO材料。ZnO基TTFT发展的另一个挑战是栅介质层的选择。和体硅器件一样，栅极的漏电流也是必须关注的问题。目前用的比较多的是Si3N4和HfO2。直接在ITO玻璃上连续生长ZnSrO薄膜，在TFT器件的生长控制、成本及其器件的界面等方面有无可比拟的优势。ZnSrO薄膜中电子的迁移率是与能隙中的局域态密度有关的，而局域态密度的分布又与薄膜的制备工艺条件密切相关。因此工艺步骤、条件的选择与优化至关重要。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种ZnSrO TFT生长工艺及TFT流片工艺
[0006]该ZnSrO生长工艺包括:
[0007]I)腐蚀ITO玻璃；
[0008]2)生长ZnSrO复合层结构[0009]其中，ZnSrO复合层TFT器件后期制备流程如下:
[0010]I)刻蚀 Al;
[0011]2)湿法腐蚀 ZnSrO。
[0012]上述腐蚀ITO玻璃包括使用腐蚀液HNO3: H2O: HCI = I: 2: 3，水浴50°C1分钟。
[0013]上述生长ZnSrO复合层结构包括采用物理蒸发低温沉积(PELD)系统蒸发氧化物ZnO和SrO，在ITO玻璃衬底上连续沉积生长ZnSrO和C-ZnSrO复合层薄膜。
[0014]上述湿法腐蚀ZnSrO包括采用H3PO4: H2O配比的溶液水浴60°C湿法腐蚀ZnSrO。
【具体实施方式】
[0015]本发明提供一种ZnSrOTFT生长工艺。
[0016]I材料制备
[0017]I)腐蚀ITO玻璃
[0018]TIO玻璃正面涂6809#正胶，4000转/分钟甩胶30秒，甩胶后光刻胶厚度0.88微米。前烘80°C 20分钟；光刻曝光12秒，显影6秒，镜检观察显影完全，等离子体去胶机打底膜巧秒去除光刻胶残余。后烘固胶120°C 30分钟。
[0019]腐蚀液HNO3: H2O: HCI = I: 2: 3，水浴 50°C I 分钟
[0020]浸泡于丙酮中溶解光刻胶，乙醇浸泡溶解丙酮，去离子水冲洗，氮气吹干，置于烘箱中干燥，准备ZnSrO薄膜的沉积。
[0021]2)生长ZnSrO复合层结构
[0022]采用物理蒸发低温沉积(PELD)系统蒸发氧化物ZnO和SrO，在ITO玻璃衬底上连续沉积生长ZnSrO和C-ZnSrO复合层薄膜。蒸发所用靶材ZrvxSrxO由99.99 %的SrO和ZnO粉末按照一定的比例混和、压制、锻烧而成，其中生长沟道层#1靶材X值由0.001至0.005，生长立方相绝缘层#2靶材X值为0.01。电子束聚焦于工作区域的#1靶材，蒸发时衬底温度保持在250°C，沉积室工作气压为5.0 X 10_2pa，蒸镀速率5_10nm/分钟，沉积厚度50-100nm。沉积完毕原位400°C退火30分钟。旋转#2靶材至工作区域，沉积室工作气压为
5.0X 10_2pa，蒸镀速率5-10nm/分钟，沉积厚度150_200nm。生长的ZnSrO复合层取出后在400°C氧气氛下退火30分钟，以消除薄膜中的缺陷。
[0023]2.ZnSrO复合层TFT器件后期制备流程如下:
[0024]I)刻蚀 Al
[0025]用电子束蒸发300nm Al电极，常规光刻，60°C水浴H3PO4: 5% H2O2腐蚀Al及ZnSrO，这里需要注意的是，如果腐蚀溶液没有H2O2，有以下化学反应发生:
[0026]AI+H3PO4 — H2+AlPO4
[0027]Ζη+Η3Ρ04 — H2+Zn3 (PO4) 2
[0028]H2可以腐蚀ΙΤ0，反应如下
[0029]SnO2+H2 — Sn or SnOx，x < I
[0030]Sn+H3P04 — H2+Sn3 (PO4) 4，Sn3(PO4)4 可溶
[0031]在迅速腐蚀完ZnSiO复合层,H3PO4溶液在极短时间内腐蚀ITO破坏电图形。所以这里在溶液中配入10%的H2O2,目的是抑制ITO电极材料的腐蚀，[0032]其化学反应如下:
[0033]A1+H3P04 — H2+A1P04
[0034]AlPO4 作为催化剂，H2O2 — H2CHO2
[0035]溶液中O2可以迅速带走H2从而抑制溶液中ITO的腐蚀。
[0036]2)湿法腐蚀 ZnSrO
[0037]湿法腐蚀ZnSrO采用H3PO4: H2O配比的溶液水浴60°C腐蚀，之所以选择释的H3PO4腐蚀溶液是考虑这里的ZnSrO有源层厚度只有70nm-100nm，与稀释的H3PO4反应时间短，不容易控制。
[0038]本发明以ZnSrO材料为主要结构的透明薄膜晶体管，器件特征尺寸W/L = 90/30微米，绝缘层厚度200nm，输出电流接近10 μ A，电流开关特性> 104，有效迁移率μ EF =
0.6cm2/V.s,跨导峰值 gm = 9.8 μ s/mm。
[0039]ZnSrO作为透明材料适用于可见光透明的电子器件。以H-ZnSrO或者Mixed-ZnSrO宽禁带半导体为沟道，良好的高K材料C-ZnSrO为绝缘层制备有源层/绝缘层结构，可以应用于TFT。采用物理蒸发低温沉积技术(PELD)在ITO玻璃衬底上低温生长ZrvxSrxO晶体薄膜，薄膜表面平整，可见光透过率高。紫外-近红外透射光谱及XRD分析表明，随着薄膜中Sr组分的增大，ZrvxSrxO薄膜由六方相结构转变为立方相结构。生长的ZnO是η型半导体，载流子浓度可以达到102°/cm3。PELD生长ZrvxSrxO合金薄膜，通过不同的靶材配比调节X从而调节合金的载流子浓度。
[0040]在TFT流片工艺中，注意在有源层ZnSrO生长过程，减少材料缺陷、优化沟道电导性能，控制栅绝缘层ZnSrO的尺寸生长。从而获得低驱动电压、高开关比的TFT器件。
【权利要求】
1.一种ZnSrO TFT生长工艺，其特征在于 该ZnSrO生长工艺包括: 腐蚀ITO玻璃； 生长ZnSrO复合层结构 其中，ZnSrO复合层TFT器件后期制备流程如下: 刻蚀Al ； 湿法腐蚀ZnSrO。
2.如权利要求1所述的ZnSrOTFT生长工艺，其特征在于，上述腐蚀ITO玻璃包括使用腐蚀液 HN03: H20: HCI = I: 2: 3，水浴 50°C I 分钟。
3.如权利要求1所述的ZnSrOTFT生长工艺，其特征在于， 上述生长ZnSrO复合层结构包括采用物理蒸发低温沉积(PELD)系统蒸发氧化物ZnO和SrO，在ITO玻璃衬底上连续沉积生长ZnSrO和C-ZnSrO复合层薄膜。
4.如权利要求1所述的ZnSrOTFT生长工艺，其特征在于， 上述湿法腐蚀ZnSrO包括采用H3P04: H20配比的溶液水浴60°C湿法腐蚀ZnSrO。
【文档编号】H01L21/336GK103871891SQ201210595739
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月17日 优先权日:2012年12月17日
【发明者】杜金秋 申请人:青岛恒科信技术服务有限公司