一种薄膜晶体管生长工艺的制作方法

文档序号:7139846阅读:615来源:国知局
专利名称:一种薄膜晶体管生长工艺的制作方法
技术领域
本发明涉及IGBZO TFT生长工艺及TFT流片工艺。
背景技术
a-S1:H TFF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。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BaN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n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。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Ga2O3Un2O3以及BaO形成IGBZO合金材料,通过调节IGBZO中Ba的含量可以有效地增大禁带宽度,降低载流子浓度。ZnO基TFT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Hf02。直接在ITO玻璃上连续生长IGBZO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。IGBZO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
本发明提供一种IGBZO TFT生长工艺及TFT流片工艺该IGBZO生长工艺包括I)腐蚀ITO玻璃;2)生长IGBZO复合层结构其中,IGBZO复合层TFT器件后期制备流程如下
I)刻蚀 Al;2)湿法腐蚀 IGBZO。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。上述生长IGBZO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Ga203、In2O3以及BaO,在ITO玻璃衬底上连续沉积生长IGBZO和C-1GBZO复合层薄膜。上述湿法腐蚀IGBZO包括采用H3PO4 H2O配比的溶液水浴60°C湿法腐蚀IGBZO。
具体实施例方式本发明提供一种IGBZ0TFT生长工艺。I材料制备I)腐蚀ITO玻璃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。腐蚀液HNO3 H2O HCI = I 2 3,水浴 50°C I 分钟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IGBZ O薄膜的沉积。2)生长IGBZO复合层结构采用物理蒸发低温沉积(PELD)系统蒸发氧化物Zn0、Ga203、In2O3以及BaO,在ITO玻璃衬底上连续沉积生长IGBZO和C-1GBZO复合层薄膜。蒸发所用靶材InGaZrvxBaxO由99. 99%的Zn0、Ga203、In203以及BaO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. OX 10_2Pa,蒸镀速率5-10nm/分钟,沉积厚度150_200nm。生长的IGBZO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。2.1GBZO复合层TFT器件后期制备流程如下I)刻蚀 Al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IGBZ0,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AI+H3PO4 — H2+AlPO4Zn+H3P04 — H2+Zn3 (PO4) 2H2可以腐蚀IT0,反应如下SnO2+H2 — Sn or SnOx, x < ISn+H3P04 — H2+Sn3 (PO4) 4,Sn3 (PO4) 4 可溶在迅速腐蚀完IGBZO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,
其化学反应如下A1+H3P04 — H2+A1P04AlPO4 作为催化剂,H2O2 — H2CHO2溶液中O2可以迅速带走H2从而抑制溶液中ITO的腐蚀。2)湿法腐蚀 IGBZO湿法腐蚀IGBZO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IGBZO有源层厚度只有70nm-100nm,与稀释的H3PO4反应时间短,不容易控制。本发明以IGBZO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 =
O.6cm2/V · s,跨导峰值 gm = 9. 8 μ s/mm。

IGBZO作为透明材料适用于可见光透明的电子器件。以H-1GBZO或者Mixed-1GBZO宽禁带半导体为沟道,良好的高K材料C-1GBZO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InGaZrvxBaxO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Ba组分的增大,InGaZrvxBaxO薄膜由六方相结构转变为立方相结构。PELD生长InGaZn1^xBaxO合金薄膜,通过不同的祀材配比调节x从而调节合金的载流子浓度。在TFT流片工艺中,注意在有源层IGBZO生长过程,减少材料缺陷、优化沟道电导性能,控制栅绝缘层IGBZO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IGBZO TFT生长工艺,其特征在于 该IGBZO生长工艺包括 腐蚀ITO玻璃; 生长IGBZO复合层结构 其中,IGBZO复合层TFT器件后期制备流程如下 刻蚀Al ; 湿法腐蚀IGBZ0。
2.如权利要求1所述的IGBZOTFT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IGBZOTFT生长工艺,其特征在于, 上述生长IGBZO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BaO,在ITO玻璃衬底上连续沉积生长IGBZO和C-1GBZO复合层薄膜。
4.如权利要求1所述的IGBZOTFT生长工艺,其特征在于, 上述湿法腐蚀IGBZO包括采用H3P04 H20配比的溶液水浴60°C湿法腐蚀IGBZO。
全文摘要
本发明提供一种IGBZO TFT生长工艺及TFT流片工艺,该IGBZO生长工艺包括1)腐蚀ITO玻璃;2)生长IGBZO复合层结构,其中,IGBZO复合层TFT器件后期制备流程包括1)刻蚀Al;2)湿法腐蚀IGBZO。在TFT流片工艺中,注意在有源层IGBZO生长过程,减少材料缺陷、优化沟道电导性能,控制栅绝缘层IGBZO的尺寸生长。从而获得低驱动电压、高开关比的TFT器件。
文档编号H01L21/363GK103066129SQ201210595740
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者纪成友, 贾道峰 申请人:青岛红星化工集团自力实业公司
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