一種薄膜晶體管生長工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種ZnSrO?TFT生長工藝及TFT流片工藝，該ZnSrO生長工藝包括：1)腐蝕ITO玻璃；2)生長ZnSrO復(fù)合層結(jié)構(gòu)，其中，ZnSro復(fù)合層TFT器件后期制備流程包括1)刻蝕Al；2)濕法腐蝕ZnSrO。在TFT流片工藝中，注意在有源層ZnSrO生長過程，減少材料缺陷、優(yōu)化溝道電導(dǎo)性能，控制柵絕緣層ZnSrO的尺寸生長。從而獲得低驅(qū)動(dòng)電壓、高開關(guān)比的TFT器件。
【專利說明】一種薄膜晶體管生長工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及ZnSrO TFT生長工藝及TFT流片工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]a-S1:H TFT作為有源開關(guān)器件，在TFT-LCD中得到廣泛的應(yīng)用。但是，a_S1:H TFT的最大的缺點(diǎn)是場效應(yīng)遷移率低，同時(shí)由于a-Si的禁帶比較窄，使得其在可見光范圍內(nèi)不透明，這就極大的限制了 a-s1:H TFT的應(yīng)用范圍，尤其是a-s1: H TFT不能用來制作啟動(dòng)電路，TFT-1XD需要配置專用的外圍驅(qū)動(dòng)電路，提高了制造成本，降低了可靠性。
[0003]透明半導(dǎo)體氧化物作為開關(guān)器件的先決條件是禁帶寬度大于3eV，具有高電導(dǎo)性和高光透過率(>80%)。其他透明的寬禁帶半導(dǎo)體SrN和SiC目前也有研究用于TFT。但是，寬禁帶半導(dǎo)體氧化物有更現(xiàn)實(shí)的前景，因?yàn)樗鼈兛梢栽诘蜏叵律L，這樣襯底的選擇將會(huì)更多，包括玻璃和有機(jī)物。在所有的氧化物半導(dǎo)體材料中，ZnO由于具有低溫生長的特性和高電導(dǎo)而受到廣泛的關(guān)注。ZnO結(jié)構(gòu)決定了 TFT器件的閩值電壓及其電傳導(dǎo)特性的好壞。半導(dǎo)體ZnO薄膜材料呈強(qiáng)η型，載流子濃度可以達(dá)到102°/cm3，單晶ZnO遷移率可以達(dá)到200cm2/V.s，有利于形成多數(shù)載流子為電子的耗盡型場效應(yīng)晶體管，自然地利用了電子遷移率高于空穴遷移率的優(yōu)越性。但是增強(qiáng)型TFT在低功耗半導(dǎo)體器件擁有更好的前景。采用不同的生長技術(shù)，ZnO生長溫度選擇可以在300-700°C之間。多晶ZnO材料的霍爾遷移率在10-50cm2/V *s。最近也有p型ZnO通過MBE生長，磁空濺射生長和混合束沉積成功的報(bào)道。基于以上特點(diǎn)，選擇ZnO作為TTFT的有源層受到廣泛關(guān)注。
[0004]ZnO基FET發(fā)展面臨的其中一個(gè)挑戰(zhàn)是有源層載流子的控制。未退火的ZnO表現(xiàn)高的載流子濃度，高的載流子濃度使得溝道在未加電壓時(shí)也處于導(dǎo)通狀態(tài)，器件工作在耗盡狀態(tài)下，因此本征ZnO器件是耗盡型器件。但是，高濃度載流子耗盡的實(shí)現(xiàn)是很困難的，由外加電壓控制電導(dǎo)的增強(qiáng)型器件更具有實(shí)用價(jià)值。ZnO可以與CaO形成ZnSrO合金材料，通過調(diào)節(jié)ZnSrO中Sr的含量可以有效地增大禁帶寬度，降低載流子濃度。而且，近來有報(bào)道通過磷摻雜引入受主能級(jí)從而減少電子濃度，而且可能實(shí)現(xiàn)P型ZnSrO材料。ZnO基TTFT發(fā)展的另一個(gè)挑戰(zhàn)是柵介質(zhì)層的選擇。和體硅器件一樣，柵極的漏電流也是必須關(guān)注的問題。目前用的比較多的是Si3N4和HfO2。直接在ITO玻璃上連續(xù)生長ZnSrO薄膜，在TFT器件的生長控制、成本及其器件的界面等方面有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。ZnSrO薄膜中電子的遷移率是與能隙中的局域態(tài)密度有關(guān)的，而局域態(tài)密度的分布又與薄膜的制備工藝條件密切相關(guān)。因此工藝步驟、條件的選擇與優(yōu)化至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種ZnSrO TFT生長工藝及TFT流片工藝
[0006]該ZnSrO生長工藝包括:
[0007]I)腐蝕ITO玻璃；
[0008]2)生長ZnSrO復(fù)合層結(jié)構(gòu)[0009]其中，ZnSrO復(fù)合層TFT器件后期制備流程如下:
[0010]I)刻蝕 Al;
[0011]2)濕法腐蝕 ZnSrO。
[0012]上述腐蝕ITO玻璃包括使用腐蝕液HNO3: H2O: HCI = I: 2: 3，水浴50°C1分鐘。
[0013]上述生長ZnSrO復(fù)合層結(jié)構(gòu)包括采用物理蒸發(fā)低溫沉積(PELD)系統(tǒng)蒸發(fā)氧化物ZnO和SrO，在ITO玻璃襯底上連續(xù)沉積生長ZnSrO和C-ZnSrO復(fù)合層薄膜。
[0014]上述濕法腐蝕ZnSrO包括采用H3PO4: H2O配比的溶液水浴60°C濕法腐蝕ZnSrO。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明提供一種ZnSrOTFT生長工藝。
[0016]I材料制備
[0017]I)腐蝕ITO玻璃
[0018]TIO玻璃正面涂6809#正膠，4000轉(zhuǎn)/分鐘甩膠30秒，甩膠后光刻膠厚度0.88微米。前烘80°C 20分鐘；光刻曝光12秒，顯影6秒，鏡檢觀察顯影完全，等離子體去膠機(jī)打底膜巧秒去除光刻膠殘余。后烘固膠120°C 30分鐘。
[0019]腐蝕液HNO3: H2O: HCI = I: 2: 3，水浴 50°C I 分鐘
[0020]浸泡于丙酮中溶解光刻膠，乙醇浸泡溶解丙酮，去離子水沖洗，氮?dú)獯蹈?，置于烘箱中干燥，?zhǔn)備ZnSrO薄膜的沉積。
[0021]2)生長ZnSrO復(fù)合層結(jié)構(gòu)
[0022]采用物理蒸發(fā)低溫沉積(PELD)系統(tǒng)蒸發(fā)氧化物ZnO和SrO，在ITO玻璃襯底上連續(xù)沉積生長ZnSrO和C-ZnSrO復(fù)合層薄膜。蒸發(fā)所用靶材ZrvxSrxO由99.99 %的SrO和ZnO粉末按照一定的比例混和、壓制、鍛燒而成，其中生長溝道層#1靶材X值由0.001至0.005，生長立方相絕緣層#2靶材X值為0.01。電子束聚焦于工作區(qū)域的#1靶材，蒸發(fā)時(shí)襯底溫度保持在250°C，沉積室工作氣壓為5.0 X 10_2pa，蒸鍍速率5_10nm/分鐘，沉積厚度50-100nm。沉積完畢原位400°C退火30分鐘。旋轉(zhuǎn)#2靶材至工作區(qū)域，沉積室工作氣壓為
5.0X 10_2pa，蒸鍍速率5-10nm/分鐘，沉積厚度150_200nm。生長的ZnSrO復(fù)合層取出后在400°C氧氣氛下退火30分鐘，以消除薄膜中的缺陷。
[0023]2.ZnSrO復(fù)合層TFT器件后期制備流程如下:
[0024]I)刻蝕 Al
[0025]用電子束蒸發(fā)300nm Al電極，常規(guī)光刻，60°C水浴H3PO4: 5% H2O2腐蝕Al及ZnSrO，這里需要注意的是，如果腐蝕溶液沒有H2O2，有以下化學(xué)反應(yīng)發(fā)生:
[0026]AI+H3PO4 — H2+AlPO4
[0027]Ζη+Η3Ρ04 — H2+Zn3 (PO4) 2
[0028]H2可以腐蝕ΙΤ0，反應(yīng)如下
[0029]SnO2+H2 — Sn or SnOx，x < I
[0030]Sn+H3P04 — H2+Sn3 (PO4) 4，Sn3(PO4)4 可溶
[0031]在迅速腐蝕完ZnSiO復(fù)合層,H3PO4溶液在極短時(shí)間內(nèi)腐蝕ITO破壞電圖形。所以這里在溶液中配入10%的H2O2,目的是抑制ITO電極材料的腐蝕，[0032]其化學(xué)反應(yīng)如下:
[0033]A1+H3P04 — H2+A1P04
[0034]AlPO4 作為催化劑，H2O2 — H2CHO2
[0035]溶液中O2可以迅速帶走H2從而抑制溶液中ITO的腐蝕。
[0036]2)濕法腐蝕 ZnSrO
[0037]濕法腐蝕ZnSrO采用H3PO4: H2O配比的溶液水浴60°C腐蝕，之所以選擇釋的H3PO4腐蝕溶液是考慮這里的ZnSrO有源層厚度只有70nm-100nm，與稀釋的H3PO4反應(yīng)時(shí)間短，不容易控制。
[0038]本發(fā)明以ZnSrO材料為主要結(jié)構(gòu)的透明薄膜晶體管，器件特征尺寸W/L = 90/30微米，絕緣層厚度200nm，輸出電流接近10 μ A，電流開關(guān)特性> 104，有效遷移率μ EF =
0.6cm2/V.s,跨導(dǎo)峰值 gm = 9.8 μ s/mm。
[0039]ZnSrO作為透明材料適用于可見光透明的電子器件。以H-ZnSrO或者M(jìn)ixed-ZnSrO寬禁帶半導(dǎo)體為溝道，良好的高K材料C-ZnSrO為絕緣層制備有源層/絕緣層結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用于TFT。采用物理蒸發(fā)低溫沉積技術(shù)(PELD)在ITO玻璃襯底上低溫生長ZrvxSrxO晶體薄膜，薄膜表面平整，可見光透過率高。紫外-近紅外透射光譜及XRD分析表明，隨著薄膜中Sr組分的增大，ZrvxSrxO薄膜由六方相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎较嘟Y(jié)構(gòu)。生長的ZnO是η型半導(dǎo)體，載流子濃度可以達(dá)到102°/cm3。PELD生長ZrvxSrxO合金薄膜，通過不同的靶材配比調(diào)節(jié)X從而調(diào)節(jié)合金的載流子濃度。
[0040]在TFT流片工藝中，注意在有源層ZnSrO生長過程，減少材料缺陷、優(yōu)化溝道電導(dǎo)性能，控制柵絕緣層ZnSrO的尺寸生長。從而獲得低驅(qū)動(dòng)電壓、高開關(guān)比的TFT器件。
【權(quán)利要求】
1.一種ZnSrO TFT生長工藝，其特征在于 該ZnSrO生長工藝包括: 腐蝕ITO玻璃； 生長ZnSrO復(fù)合層結(jié)構(gòu) 其中，ZnSrO復(fù)合層TFT器件后期制備流程如下: 刻蝕Al ； 濕法腐蝕ZnSrO。
2.如權(quán)利要求1所述的ZnSrOTFT生長工藝，其特征在于，上述腐蝕ITO玻璃包括使用腐蝕液 HN03: H20: HCI = I: 2: 3，水浴 50°C I 分鐘。
3.如權(quán)利要求1所述的ZnSrOTFT生長工藝，其特征在于， 上述生長ZnSrO復(fù)合層結(jié)構(gòu)包括采用物理蒸發(fā)低溫沉積(PELD)系統(tǒng)蒸發(fā)氧化物ZnO和SrO，在ITO玻璃襯底上連續(xù)沉積生長ZnSrO和C-ZnSrO復(fù)合層薄膜。
4.如權(quán)利要求1所述的ZnSrOTFT生長工藝，其特征在于， 上述濕法腐蝕ZnSrO包括采用H3P04: H20配比的溶液水浴60°C濕法腐蝕ZnSrO。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK103871891SQ201210595739
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月17日
【發(fā)明者】杜金秋 申請(qǐng)人:青島恒科信技術(shù)服務(wù)有限公司