发明内容
本发明实施例提供了一种氧化物半导体上电极层的刻蚀方法,用于实现在氧化物半导体上使用湿刻蚀法直接刻蚀金属的电极。
本发明提供的氧化物半导体上电极层的刻蚀方法,包括:
在氧化物半导体层上制备含有钼的电极层;使用含有双氧水的刻蚀液对所述含有钼的电极层进行电极的刻蚀。
可选的,所述使用含有双氧水的刻蚀液对所述含有钼的电极层进行电极的刻蚀,包括:
使用抗蚀剂在所述含有钼的电极层上绘制电极的图案;将所述含有钼的电极层浸没在含有双氧水的刻蚀液中,直到没有涂抹所述抗蚀剂的部分完全被刻蚀;去除所述含有钼的电极层上的抗蚀剂,形成电极。
可选的,所述抗蚀剂包括:光刻胶;
所述使用抗蚀剂在所述含有钼的电极层上绘制电极的图形,包括:
在所述含有钼的电极层上涂抹光刻胶;依次使用前烘、曝光、显影和后烘的方法使得所述含有钼的电极层中非电极的部分露出。
可选的,所述在氧化物半导体层上制备含有钼的电极层之前,包括:
在基片上制备氧化物半导体层,所述基片含有玻璃基板、栅极和绝缘层等。
可选的,所述氧化物半导体层的成分包括:氧化锌;
所述氧化物半导体层的成分还包括:铟,镓,铝,镁、钕、钽、铪和锡中任意一项或一项以上的组合;所述氧化物半导体层通过溅射,激光脉冲沉积或原子层沉积的方法制备,厚度为20至100纳米。
可选的,所述含有钼的电极层包括:钼金属或钼合金;所述含有钼的电极层通过溅射、离子镀或蒸发的方法制备,厚度为10至1000纳米。
可选的,所述含有双氧水的刻蚀液为双氧水的水溶液,或在双氧水的水溶液中添加碱后形成的混合溶液。
可选的,所述双氧水的水溶液的浓度为5wt.%至70wt.%。
可选的,所述碱为氢氧化钾、氢氧化钠或氨水。
从以上技术方案可以看出,本发明实施例具有以下优点:本发明使用钼金属或钼合金制备电极层,由于双氧水只能刻蚀钼而不能刻蚀氧化物,因此,含有钼的电极层可以使用含有双氧水的刻蚀液对其进行刻蚀,使得刻蚀液只刻蚀电极层而不损伤氧化物半导体层,从而实现使用湿刻蚀法直接刻蚀金属的电极,简化了工艺流程,节省了工艺成本。
附图说明
图1是利用本发明实施例中氧化物半导体上电极层的刻蚀方法制备的薄膜晶体管的结构示意图;
图2是本发明实施例中氧化物半导体上电极层的刻蚀方法的一个流程示意图;
图3是本发明实施例中电极层刻蚀后源极和漏极的俯视图;
图4是本发明实施例中钼被刻蚀的速率与双氧水的水溶液的浓度的关系曲线;
图5是本发明实施例中氧化物半导体层被刻蚀的速率与双氧水的水溶液的浓度的关系曲线;
图6是本发明实施例中钼与氧化物半导体层被刻蚀的速率比与双氧水的水溶液的浓度的关系曲线;
图7是本发明实施例中所制备的薄膜晶体管的转移特性曲线;
图8是本发明实施例中钼被刻蚀的速率与在双氧水的水溶液中添加碱后形成的混合溶液的PH值的关系曲线;
图9是本发明实施例中所制备的薄膜晶体管的转移特性曲线。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种氧化物半导体上电极层的刻蚀方法,用于实现在氧化物半导体上使用湿刻蚀法直接刻蚀金属的电极。
本发明实施例中氧化物半导体上电极层的刻蚀方法的一个实施例包括:
在氧化物半导体层上制备含有钼的电极层;
使用含有双氧水的刻蚀液对所述含有钼的电极层进行电极的刻蚀,具体的,所述电极可以为源电极和漏电极。
图1是利用本发明氧化物半导体上电极层的刻蚀方法制备的薄膜晶体管的结构示意图。
本发明使用钼金属或钼合金制备电极层,由于双氧水只能刻蚀钼而不能刻蚀氧化物,因此,含有钼的电极层可以使用含有双氧水的刻蚀液对其进行刻蚀,使得刻蚀液只刻蚀电极层而不损伤氧化物半导体层,从而实现使用湿刻蚀法直接刻蚀金属的电极,简化了工艺流程,节省了工艺成本。
下面对本发明的在氧化物半导体上电极层的刻蚀方法进行详细的描述,请参阅图2,本发明实施例中氧化物半导体上电极层的刻蚀方法的一个实施例包括:
101、在基片上制备氧化物半导体层;
可选的,所述基片包括有玻璃基板、栅极和绝缘层;氧化物半导体层位于绝缘层1之上;所述玻璃基板为透明玻璃,栅极的成分是导电材料如金属、合金、导电金属氧化物或导电高分子材料等,通过溅射、离子镀、电子束蒸发等方法制备;绝缘层的为绝缘材料如二氧化硅、氮化硅、氧化铝,氧化钽等,通过化学气相沉积、溅射、或阳极氧化的方法制备。
具体的,所述氧化物半导体层的主要成分为氧化锌;此外,所述氧化物半导体层的成分还可以包括:铟,镓,铝,镁、钕、钽、铪和锡中任意一项或两项以上的组合。所述氧化物半导体层通过溅射,激光脉冲沉积或原子层沉积的方法制备,厚度为20至100纳米。
102、在氧化物半导体层上制备含有钼的电极层;
可选的,所述含有钼的电极层的成分可以为纯钼金属,也可以为含有钼元素的合金。
具体的,含有钼的电极层可以通过溅射、离子镀或蒸发的方法制备,厚度为10至1000纳米。
103、使用抗蚀剂在所述含有钼的电极层上绘制电极的图案;
可选的,所述抗蚀性可以为光刻胶;
具体的,首先在所述含有钼的电极层上涂抹光刻胶,再依次使用前烘、曝光、显影和后烘的方法使得所述含有钼的电极层中非电极的部分露出。
可选的,为了提高电极的导电性能,在所述使用含有双氧水的刻蚀液对所述含有钼的电极层进行电极的刻蚀之前,可以在所述含有钼的电极层之上制备一层或多层导电薄膜,所述导电薄膜的成分包括铝、或铝钼合金;再使用铝金属的刻蚀方法对所述导电薄膜进行刻蚀。
104、刻蚀未被抗蚀剂覆盖的部分;
将所述含有钼的电极层浸没在含有双氧水的刻蚀液中,直到没有涂抹所述抗蚀剂的部分完全被刻蚀。
具体的,所述含有双氧水的刻蚀液为双氧水的水溶液,或在双氧水的水溶液中添加碱后形成的混合溶液。
含有双氧水的刻蚀液为双氧水的水溶液或在双氧水的水溶液中添加碱后形成的混合溶液,双氧水的水溶液的浓度为5wt.%~70wt.%(wt%为质量百分百,英文全称为Weight percent),更优选的浓度为5wt.%~30wt.%。
可以理解的是,5wt.%~70wt.%的双氧水溶液的浓度范围为实现本发明的可选范围,选择其中的不同浓度会有不同的刻蚀的速度和效果,具体可以根据实际情况而定。
所述的碱为氢氧化钾、氢氧化钠或氨水等,在双氧水的水溶液中添加碱后形成的混合溶液的PH值为5~10。可选的,加入碱提高了PH值浓度后可提高刻蚀的速度。
这种含有双氧水的刻蚀液对钼与氧化物半导体层的刻蚀选择比(即对钼电极层的刻蚀速率与对氧化物半导体层的刻蚀速率之比)较大,所以它能刻蚀钼但又不会影响到底下的氧化物半导体。
105、去除所述含有钼的电极层上的抗蚀剂;
去除所述含有钼的电极层上的光刻胶,形成源电极和漏电极。
为了便于理解,下面以一具体应用场景对上述的实施例中描述的氧化物半导体上电极层的刻蚀方法再进行详细描述,具体为:
图1是利用本发明的方法制备的薄膜晶体管的结构示意图,包括基片11、氧化物半导体层13、源极141和漏极142,其中基片11包括玻璃基板110、栅极111、绝缘层112。栅极111位于玻璃基板110之上,绝缘层112覆盖在栅极111之上,氧化物半导体层13位于绝缘层112之上,源极141和漏极142分别覆盖在氧化半导体层的两端。
玻璃基板110为透明玻璃。本发明使用了铝钕(Al-Nd)作为栅极111,通过溅射的方法制备,溅射本底真空度优于1×10-3Pa,氩气气压为0.2~2Pa,功率为0.3~10W/cm2,厚度为100~500nm,通过掩模或光刻的方法形成图形。
绝缘层112通过阳极氧化的方法制备,将制备好栅极111基片放入电解质溶液的一端接电源正极,电源负极接不锈钢放入电解质溶液的另外一端,通电进行阳极氧化。阳极氧化步骤如下:先加恒定的电流0.1mA/cm2,阳极和阴极之间的电压将随时间线性升高,当电压达到150时,恒定这个电压,直至阳极和阴极之间的电流减小至约为0.001mA/cm2时,将栅极111基片取出用氮气吹干再经过清洗,这时铝合金薄膜表面(即栅极111基片的表面)形成一层氧化膜,此氧化膜的厚度约为200nm。阳极氧化中使用的电解质溶液是酒石酸铵和乙二醇的混合液。
氧化物半导体层13的材料为Al-Nd-In-Zn-O(IZO中同时掺入铝和钕),通过溅射的方法制备,溅射本底真空度为3×10-4Pa,氩气流量为50SCCM(体积流量单位,standard-state cubic centimeter per minute),氧气流量为4SCCM,功率为1000W,厚度为40nm,通过光刻图形化。
源极141和漏极142材料为钼,其制备过程如下:首先通过溅射的方法在氧化物半导体层上制备一层厚度为100nm的金属钼,溅射本底真空度优于3×10-4Pa,氩气流量为60SCCM,功率为200W;然后将其涂上光刻胶,依次经过前烘、曝光、显影和后烘后,将其置于双氧水的水溶液中刻蚀;再将剩余光刻胶剥离后就同时形成源极141和漏极142。源极141和漏极142分别覆盖在氧化物半导体层13的两端并且相互间隔,此间隔的距离即为沟道长度(L),源极141或漏极142与氧化物半导体层交叠部分的前后端的长度即为沟道宽度(W),如图3所示。图4是本实施例中钼被刻蚀的速率与双氧水的水溶液的浓度的关系曲线;图5是本实施例中氧化物半导体层被刻蚀的速率与双氧水的水溶液的浓度的关系曲线;图6是本实施例中钼与氧化物半导体层被刻蚀的速率比(选择比)与双氧水的水溶液的浓度的关系曲线。从上述曲线中可以看出使用双氧水的水溶液能获得很好的刻蚀选择比。有钼的电极层经刻蚀后形成很好的源极141或漏极142的剖形,并且没有钼残留在氧化物半导体13上。
所制备的薄膜晶体管器件性能在空气中测试。图7是实施例1的薄膜晶体管测得的转移特性曲线,即漏极电流与栅极电压之间的关系。曲线的测试条件为:源极电压(VS)为0V,漏极电压(VD)恒定为5V,栅极电压(VG)从-10V到10V扫描,测试漏极电流(ID)。计算得到薄膜晶体管的载流子迁移率为11cm2V-1s-1,阈值电压为0V,开关比(Ion/off)为108。
本实施例的基片11的材料和制备方法与前述实施例完全相同。氧化物半导体层13的材料为Ta-In-Zn-O,通过溅射的方法制备,溅射本底真空度为3×10-4Pa,氩气流量为50SCCM,氧气流量为4SCCM,功率为1000W,厚度为40nm,通过光刻图形化。
源极141和漏极142材料为钼,其制备过程如下:首先通过溅射的方法在氧化物半导体层上制备一层厚度为100nm的金属钼,溅射本底真空度优于3×10-4Pa,氩气流量为60SCCM,功率为200W;然后将其涂上光刻胶,依次经过前烘、曝光、显影和后烘后将其置于浓度为30%双氧水的水溶液(添加了KOH碱)刻蚀;再将剩余光刻胶剥离后就同时形成源极141和漏极142。图8是本实施例中钼被刻蚀的速率与在双氧水的水溶液中添加碱后形成的混合溶液的PH值的关系曲线,可以看出含有钼的电极层被刻蚀的速率随着PH值的增大(KOH含量的增加)而增大。含有钼的电极层经刻蚀后形成很好的源极141或漏极142的剖形,并且没有钼残留在氧化物半导体13上。
所制备的薄膜晶体管器件性能在空气中测试。图9是实施例2的薄膜晶体管测得的转移特性曲线,即漏极电流与栅极电压之间的关系。曲线的测试条件为:源极电压(VS)为0V,漏极电压(VD)恒定为5V,栅极电压(VG)从-10V到10V扫描,测试漏极电流(ID)。计算得到薄膜晶体管的载流子迁移率为10cm2V-1s-1,阈值电压为-1V,开关比(Ion/off)为108。
上面仅以一些例子对本发明实施例中的应用场景进行了说明,可以理解的是,在实际应用中,还可以有更多的应用场景,具体此处不作限定。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。