CN103887344A - Igzo薄膜晶体管及改善igzo薄膜晶体管电学性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种IGZO薄膜层晶体管及改善IGZO薄膜层晶体管电学性能的方法，包括以下步骤：提供一半导体结构，所述半导体结构包括一衬底，所述衬底之上部分表面形成有金属栅，所述金属栅及衬底上表面覆盖有一栅氧化层；制备一IGZO薄膜层覆盖于所述栅氧化层上方，刻蚀所述IGZO薄膜层形成有源层和像素电极区，在所述IGZO薄膜层上方依次形成源电极、漏电极和钝化层；其中，在刻蚀所述IGZO薄膜层形成有源层后，采用等离子处理工艺对所述IGZO薄膜层表面进行处理。本发明通过采用含氧等离子体和UV辐射对IGZO薄膜层进行处理，改善IGZO薄膜的氧含量，减少IGZO薄膜与栅氧化层之间晶格缺陷，同时还可消除IGZO薄膜表面的杂质及缺陷，提高器件性能。
Description
技术领域
本发明涉及显示屏幕制造领域，具体涉及一种IGZO薄膜晶体管及改善IGZO薄膜晶体管电学性能的方法。
背景技术
IGZO(indium gallium zinc oxide)为铟镓锌氧化物的缩写，非晶IGZO材料是用于新一代薄膜晶体管技术中的沟道层材料，是金属氧化物(Oxied)面板技术的一种。IGZO材料由日本东京工业大学细野秀雄最先提出在TFT行业中应用。
利用IGZO技术可以使显示屏功耗接近OLED，但成本更低，厚度也只比OLED只高出25%，且分辨率可以达到全高清（full HD，1920*1080P）乃至超高清（Ultra Definition，分辨率4k*2k）级别程度。
IGZO是目前非常热门的应用于OLED显示器中驱动TFT的衬底材质。在现有技术中，IGZO一般采用共溅射的方法获得。但是IGZO薄膜体内通常含有大量的氧空位，氧空位一方面增加了IGZO薄膜的载流子浓度，但又降低了载流子的迁移率；同时IGZO薄膜与栅氧（Gate SiO2）界面由于晶格失配也会存在大量界面陷阱缺陷，影响表面沟道载流子迁移率，进而影响IGZO TFT的驱动电流大小。
高阶的TFT array制程最常使用为LTPS（Low TemperaturePoly-silicon，低温多晶硅技术）与IGZO制程，IGZO的优点是：制程光罩数少，制程简单成本较低，但因其IGZO薄膜组件的电性控制不易，因此反而不如LTPS组件应用的广泛，因此本领域技术人员一直致力研究出具有良好电学性能的IGZO薄膜晶体管。
中国专利（CN102610652A)公开了一种金属氧化物半导体结构及其制造方法，该结构具有：一基板；一栅电极，沉积于该基板上方；一闸绝缘层，沉积于该栅电极及该基板上方；一IGZO层，沉积于该闸绝缘层上方，用以充作一通道；一源电极，沉积于该闸绝缘层上方且与该IGZO层的一侧相邻；一漏电极，沉积于该闸绝缘层上方且与该IGZO层的另一侧相邻；一第一钝化层，沉积于该源电极、该IGZO层、及该漏电极上方；一第二钝化层，沉积于该第一钝化层上方；以及一不透明树脂层，沉积于该源电极、该第二钝化层、及该漏电极上方。
但是该专利在制备形成的IGZO薄膜，在薄膜内可能存在较多的氧空位缺陷，容易导致漏电流现象的产生，同时，在制备IGZO薄膜后直接制备形成源漏极和钝化层，并没有IGZO薄膜表面存在的杂质及缺陷进行处理，影响了IGZO薄膜与源漏极之间金属的肖特基接触，总体上降低了器件性能。
发明内容
本发明提供了一种IGZO薄膜层晶体管及改善IGZO薄膜层晶体管电学性能的方法，通过在制备形成IGZO薄膜层后，使用等离子体对IGZO薄膜层进行处理，同时在等离子处理的同时进行UV辐射处理，一方面可以改善IGZO体内的氧原子含量，减少氧空位缺陷以及IGZO与栅氧化层界面陷阱缺陷，同时有助于降低关态下TFT的漏电流，增加开态下TFT的输出电流，从而可以提高IGZO TFT的电学性能以及稳定性，增强利用IGZO TFT驱动OLED的可靠性。
本发明采用的技术方案为：
一种改善IGZO薄膜层晶体管电学性能的方法，其中，包括以下步骤：
提供一半导体结构，所述半导体结构包括一衬底，所述衬底之上部分表面形成有金属栅，所述金属栅及衬底上表面覆盖有一栅氧化层；
制备一IGZO薄膜层覆盖于所述栅氧化层上方，刻蚀所述IGZO薄膜层形成有源层和像素电极区，在所述IGZO薄膜层上方依次形成源电极、漏电极和钝化层；
其中，在刻蚀所述IGZO薄膜层形成有源层后，采用等离子处理工艺对所述IGZO薄膜层表面进行处理。
上述的方法，其中，采用以下工艺制备形成所述半导体结构：
提供一衬底，对所述衬底进行清洗，在所述衬底上方沉积一金属层后刻蚀形成金属栅；沉积一栅氧化层将金属栅及衬底上表面予以覆盖。
上述的方法，其中，采用含氧等离子体处理工艺对IGZO薄膜层表面进行处理。
上述的方法，其中，在进行所述等离子处理工艺时，反应条件如下：氧气流量为10～80sccm，气压为0.5～5Pa，功率为10W～80W，温度为100～270℃，反应时间为5min-30min。
上述的方法，其中，在进行等离子体处理的同时还进行一紫外线辐射处理。
上述的方法，其中，采用共溅射工艺制备形成所述IGZO薄膜层。
上述的方法，其中，所述衬底为玻璃基板。
上述的方法，其中，所述栅氧化层材质为氧化硅。
上述的薄膜晶体管，其中，所述钝化层的材质为氮化硅或二氧化硅。
一种IGZO薄膜晶体管，其中，
包括一衬底，所述衬底上形成有金属栅，所述衬底及所述金属栅之上覆盖有一栅氧化层，所述栅氧化层之上有一IGZO薄膜，所述IGZO薄膜层之上形成有源电极、漏电极和钝化层；
其中，所述IGZO薄膜层为经过含氧等离子体处理后的IGZO薄膜层。
上述的薄膜晶体管，其中，所述衬底为玻璃基板。
上述的薄膜晶体管，其中，所述栅氧化层材质为氧化硅。
上述的薄膜晶体管，其中，所述钝化层的材质为氮化硅或二氧化硅。
本发明通过采用等离子处理工艺对IGZO薄膜进行处理，可很好的改善IGZO薄膜内的氧空位缺陷，改善IGZO薄膜与栅氧化层之间的陷阱缺陷，提升沟道载流子迁移率，进而提高了IGZO TFT的驱动电流，有利于制备出高性能的TFT显示器件。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1-5为本发明制备IGZO薄膜层的显示器件的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
本发明提供了一种改善IGZO薄膜层晶体管电学性能的方法，在制备含有IGZO薄膜的显示器件的工艺中，通过采用等离子体处理工艺对IGZO薄膜进行处理，以改善IGZO薄膜层的氧原子含量，提高器件性能；同时，在等离子处理的同时进行UV辐射处理，可进一步加速反应，得到更好的工艺效果。
具体步骤如下：
步骤S1：提供一衬底1，优选的，该衬底1为玻璃基板；并对该衬底1进行清洗，如图1所示。
步骤S2：在衬底1上方沉积一层金属层，然后进行光刻工艺并刻蚀金属层，在衬底上方形成一金属栅极2，如图2所示。具体步骤为：
1）在金属层上方涂覆一层光阻，然后提供一具有光刻图案的掩膜板置于光阻正上方；
2）利用该掩膜板进行曝光后显影，在光阻中形成开口；
3）以该开口向下进行干法刻蚀，刻蚀去除位于开口位置下方的金属层，形成金属栅极，移除剩余光阻。
步骤S3：沉积一栅氧化层3将衬底1和金属栅2予以覆盖，优选的，采用CVD（Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积）工艺沉积一氧化硅层（SiOx，如SiO2）覆盖在衬底1和金属栅2的上方，如图3所示。
步骤S4：在栅氧化层3上表面制备一IGZO薄膜层4，如图4所示；由于IGZO薄膜层载流子迁移率是非晶硅的20～30倍，可以大大提高TFT对像素电极的充放电速率，提高像素的响应速度，实现更快的刷新率，更快的响应也大大提高了像素的行扫描速率；同时，由于晶体管数量减少和提高了每个像素的透光率，IGZO显示器具有更高的能效水平，而且效率更高。因此，将IGZO材料应用到TFT器件制备工艺中，可极大提升TFT器件性能同时降低能耗。
步骤S5：刻蚀IGZO薄膜层形成有源层和像素电极区，其步骤具体为：
涂覆一层光阻将IGZO薄膜层表面予以覆盖，提供一具有光刻图案的掩膜板进行曝光显影工艺，在光阻中形成开口，然后进行湿法刻蚀，去除位于开口位置处下方的IGZO薄膜层，形成有源层和像素电极区并移除剩余光阻。
步骤S6：采用含氧等离子体对IGZO薄膜层进行处理，在本发明的实施例中，在通入氧气流量为10～80sccm（如10sccm，30sccm，50sccm，80sccm），气压为0.5～5Pa（如0.5Pa，1Pa，2Pa，4Pa，5Pa），功率为10W～80W（如10W，30W，50W，80W），温度为100～270℃（如100℃，150℃，200℃，250℃，270℃）的条件下，进行5min～30min（如5min，10min，20min，30min）的等离子处理；同时，在进行等离子处理的同时，还进行UV辐射处理。本发明利用O2等离子体中的氧离子注入与UV辐射作用，使得氧原子进入至IGZO薄膜内，进而改善IGZO薄膜表面的氧原子含量，减少IGZO薄膜表面的氧空位，而氧空位的减少，意味着薄膜的载流子浓度提高，进而有助于降低关态下TFT的漏电流，提升器件性能；
进一步的，采用O2等离子体处理后还有利于去除IGZO薄膜表面吸附的杂质并改善IGZO浅表面的本征缺陷，在IGZO薄膜表面制备后续制备源电极、漏电极和钝化层后，提高了IGZO与漏源端金属之间的肖特基接触性。
步骤S7：在IGZO薄膜层上方依次形成源电极、漏电极和钝化层5，优选的，该钝化层5的材质为氮化硅（SiN）或二氧化硅（SiO2），如图5所示。
由于在IGZO薄膜层上方制备形成钝化层5之前，先对IGZO薄膜进行了等离子处理和UV辐射处理，可改善IGZO薄膜体内的氧原子含量，减少氧空位缺陷以及IGZO薄膜层与栅氧化层（SiO2）界面陷阱缺陷；同时氧空位缺陷以及IGZO薄膜层与栅氧化层（SiO2）界面陷陷的减少还可提高电子迁移率，增加开态下TFT的输出电流，进而最终显著提高IGZO TFT的开关比，提高应用IGZO TFT的稳定性与寿命。
本发明还提供了一种IGZO薄膜层晶体管，如图5所示，包括一衬底1，优选的，该衬底为玻璃基板；
衬底上形成有金属栅2，衬底1及金属栅2之上覆盖有一栅氧化层3，优选的，该栅氧化层为氧化硅；
栅氧化层3之上有一IGZO薄膜层4，该IGZO薄膜层为经过含氧等离子体和UV辐射处理后的IGZO薄膜层；
IGZO薄膜层之上形成有源电极、漏电极和钝化层5，钝化层覆盖在源漏之间的IGZO薄膜层上表面及源电极、漏电极之上；优选的，该钝化层5的材质为氮化硅（SiN）或二氧化硅（SiO2）。
由于本发明薄膜晶体管中的IGZO薄膜经过了含氧等离子体和UV辐射处理，可改善IGZO薄膜表面的氧原子含量，减少IGZO薄膜与栅氧化层之间陷阱缺陷，提高薄膜的载流子浓度，进而有助于降低关态下TFT的漏电流；同时采用等离子处理还可消除IGZO薄膜浅表面的杂质及缺陷，有利于IGZO薄膜层与源漏电极的肖特基接触，进一步提高器件性能。
综上所述，由于本发明采用了以上技术方案，通过采用含氧等离子体对IGZO薄膜进行处理，进而改善IGZO薄膜含氧的缺陷，减少氧空位缺陷以及IGZO薄膜层与栅氧化层（SiO2）界面陷阱缺陷，提高电子迁移率，增加开态下TFT的输出电流，进而最终显著提高IGZO TFT的开关比，提高应用IGZO TFT的稳定性与寿命；同时还可去除薄膜表面吸附的杂质及本征缺陷，提高IGZO薄膜与源漏端金属之间的接触性，两方面共同作用从而可以提高IGZO TFT的电学性能以及稳定性，增强利用IGZO TFT驱动OLED的可靠性；同时，本发明制程变动小，在制备形成IGZO薄膜后进行等离子处理和UV辐射处理，因此仅需要增加一等离子处理设备即可，成本也较低。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (13)
1.一种改善IGZO薄膜晶体管电学性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一半导体结构，所述半导体结构包括一衬底，所述衬底之上部分表面形成有金属栅，所述金属栅及衬底上表面覆盖有一栅氧化层；
制备一IGZO薄膜层覆盖于所述栅氧化层上方，刻蚀所述IGZO薄膜层形成有源层和像素电极区，在所述IGZO薄膜层上方依次形成源电极、漏电极和钝化层；
其中，在刻蚀所述IGZO薄膜层形成有源层后，采用等离子处理工艺对所述IGZO薄膜层表面进行处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用以下工艺制备形成所述半导体结构：
提供一衬底，对所述衬底进行清洗，在所述衬底上方沉积一金属层后刻蚀形成金属栅；沉积一栅氧化层将金属栅及衬底上表面予以覆盖。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用含氧等离子体处理工艺对IGZO薄膜层表面进行处理。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在进行所述等离子处理工艺时，反应条件如下：氧气流量为10～80sccm，气压为0.5～5Pa，功率为10W～80W，温度为100～270℃，反应时间为5min-30min。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行等离子体处理的同时还进行一紫外线辐射处理。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用共溅射工艺制备形成所述IGZO薄膜层。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底为玻璃基板。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述栅氧化层材质为氧化硅。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钝化层的材质为氮化硅或二氧化硅。
10.一种IGZO薄膜晶体管，其特征在于，
包括一衬底，所述衬底上形成有金属栅，所述衬底及所述金属栅之上覆盖有一栅氧化层，所述栅氧化层之上有一IGZO薄膜层，所述IGZO薄膜层之上形成有源电极、漏电极和钝化层；
其中，所述IGZO薄膜层为经过含氧等离子体处理后的IGZO薄膜层。
11.如权利要求10所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述衬底为玻璃基板。
12.如权利要求10所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述栅氧化层材质为氧化硅。
13.如权利要求10所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述钝化层的材质为氮化硅或二氧化硅。
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