CN104282567A - 制造igzo层和tft的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种制造IGZO层和TFT的方法，包括：(1)沉积IGZO层，并在所述IGZO层上形成表面氧保护层；(2)对IGZO层进行光致抗蚀剂涂布，并对所述光致抗蚀剂进行曝光和显影处理，以形成光致抗蚀剂图案；以及(3)对IGZO层进行蚀刻，之后进行去光致抗蚀剂处理。本发明的制造IGZO层和TFT的方法通过形成氧保护层，有效地阻挡H原子对IGZO层的影响，避免H原子将IGZO层由半导体转变为导体，从而提高IGZO层和TFT的稳定性，降低由于器件长时间连续使用而产生的阈值电压负向偏压。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别涉及一种制造IGZO层和TFT的方法。
背景技术
自从2004年日本东京工业大学Hosono第一次报道基于铟镓锌氧化物(IGZO)制造的柔性透明薄膜晶体管(TFT)。IGZO-TFT受到了研究机构和工业界的关注，并被开拓在显示领域中的应用，尤其是新型显示器件技术中。
IGZO-TFT作为新型的有源驱动电路被应用于平板显示器件中，但是进入商品化阶段尚需解决许多问题。
IGZO层对于工艺的条件非常敏感，尤其是空气中的H原子，H原子会使得器件的电性能发生变化，甚至会导致有源层从半导体变为导体。通常在IGZO层上面镀一层保护层。在商业产品用的非晶硅TFT中，保护层一般是采用SiNx，用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法制备。然而，在IGZO-TFT中，却不能够用SiNx作为保护层，因为PECVD方法制备SiNx会含有大量的H原子。目前IGZO层上采用的保护层一般为SiOx，用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法制备。
但IGZO层的制备过程中还包括一些非真空工艺，例如光致抗蚀剂涂布、曝光、显影等，这些工艺中会存在一定量的H原子，此外后续PECVD镀SiOx的过程中也会有部分H原子存在，这些H原子极有可能影响IGZO层的性能，目前尚未发现解决这一问题的方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明通过通入氧化气体形成氧保护层，使IGZO层与H原子隔离，从而提高IGZO层和TFT的稳定性。
一方面，本发明提供一种制造TFT的方法，包括：
(1)沉积IGZO层，并在所述IGZO层上形成表面氧保护层；
(2)对IGZO层进行光致抗蚀剂涂布，并对所述光致抗蚀剂进行曝光和显影处理，以形成光致抗蚀剂图案；以及
(3)对IGZO层进行蚀刻，之后进行去光致抗蚀剂处理。
在根据本发明方法的一个优选实施方式中，采用PVD(物理气相沉积)法进行所述IGZO层的沉积。
在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，通过在所述IGZO层的成膜后将靶材反转同时通入O2形成表面氧保护层。
在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，所述O2的流量为10～20sccm。
在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，所述O2的通入时间为1～10秒。
在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，通过在所述IGZO层的成膜后通入O2与Ar的混合气体来形成表面氧保护层。
在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，所述O2与Ar的混合气体中O2与Ar的流量比为1:10至1:100。
在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，所述O2与Ar的混合气体的通入时间为1～10秒。
在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，所述蚀刻为干法蚀刻。
在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，所述方法还包括在去光致抗蚀剂处理的同时通入第一氧化气体，形成侧边氧保护层。
在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，所述去光致抗蚀剂处理为灰化处理。
在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，所述第一氧化气体为N2O、O3或O2。
在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，所述第一氧化气体的流量为500～1000sccm。
在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，所述第一氧化气体的通入时间为1～10秒。
在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，所述方法还包括在步骤(3)之后对所述IGZO层进行退火处理和/或向所述IGZO层通入第二氧化气体。
在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，所述退火处理在N2O或O2气氛下进行。
在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，所述退火处理的温度为300～450℃。
在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，所述退火处理的时间为10～15分钟。
在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，所述第二氧化气体为N2O、O3或O2。
在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，所述第二氧化气体的流量为20～40升/分钟。
在根据本发明方法的另一个优选实施方式中，所述第二氧化气体的通入时间为1～10秒。
另一方面，本发明提供一种制造IGZO层的方法，包括：(1)沉积IGZO层，并在所述IGZO层上形成表面氧保护层；(2)对IGZO层进行光致抗蚀剂涂布，并对所述光致抗蚀剂进行曝光和显影处理，以形成光致抗蚀剂图案；以及(3)对IGZO层进行蚀刻，之后进行去光致抗蚀剂处理。
本发明的制造IGZO层和TFT的方法通过形成氧保护层，有效地阻挡H原子对IGZO层的影响，避免H原子将IGZO层由半导体转变为导体，从而提高IGZO层和TFT的稳定性，降低由于器件长时间连续使用而产生的阈值电压负向偏压。
附图说明
图1为根据本发明一个实施方式的IGZO层的表面氧保护层示意图；
图2为根据本发明一个实施方式的IGZO层的表面氧保护层示意图；
图3为根据本发明一个实施方式的光致抗蚀剂涂布处理示意图；
图4为根据本发明一个实施方式的曝光处理示意图；
图5为根据本发明一个实施方式的显影处理示意图；
图6为根据本发明一个实施方式的IGZO层的侧边氧保护层示意图；
图7为根据本发明一个实施方式的退火处理示意图。
其中，附图标记说明如下：
1 IGZO层
2 表面氧保护层
3 O原子
4 光致抗蚀剂
5 曝光后的光致抗蚀剂
6 侧边氧保护层
7 第一氧化气体
8 H原子。
具体实施方式
下面根据具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。本发明的保护范围不限于以下实施例，列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本发明。
在本发明的一个优选实施方式中，制造TFT的方法包括：
(1)沉积IGZO层，并在所述IGZO层上形成表面氧保护层；
(2)对IGZO层进行光致抗蚀剂涂布，并对所述光致抗蚀剂进行曝光和显影处理，以形成光致抗蚀剂图案；以及
(3)对IGZO层进行蚀刻，之后进行去光致抗蚀剂处理。
沉积IGZO层的方法优选PVD法。PVD是指利用物理过程实现物质转移，将原子或分子由源转移到基材表面上的过程。PVD的作用是可以是某些有特殊性能（强度高、耐磨性、散热性、耐腐性等）的微粒喷涂在性能较低的母体上，使得母体具有更好的性能。PVD基本方法包括真空蒸发、溅射、离子镀。
本发明采用磁控溅射沉积IGZO层，磁控溅射是在一相对稳定的真空状态下进行，阴极靶材是由镀膜材料制成，溅射时真空室通入一定流量的氩气，在阴极和阳极间直流负高压或者13.56MHz的射频电压作用下产生辉光放电，辉光放电使得电极间的氩原子离化形成氩离子和电子。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶材原子沉积在阳极表面的衬底上形成薄膜。而对于电子，在电场作用下加速飞向基片的过程中会受到磁场(洛伦兹力)的作用，使电子被束缚在靶材表面附近的等离子体区域内做圆周运动，由于电子的运动路径很长，在该过程中，不断同氩原子碰撞，产生电子和氩离子，氩离子不断轰击靶材，从而实现高速沉积的特点，二次电子起到维持辉光放电的作用。
磁控溅射和其它镀膜方法相比具有以下几个优点：薄膜附着力好、均匀性较好、容易做到大面积成膜、在常温下可方便地制备高熔点的金属薄膜，制备薄膜重复性好等，但它也存在着诸如靶材价格高和利用率低等一些不足。
可通过在IGZO层的成膜后将靶材反转同时通入O2形成表面氧保护层，其中O2的流量为10～20sccm，通入时间为1～10秒。也可通过在IGZO层的成膜后通入流量比为1:10至1:100的O2和Ar混合气体来形成表面氧保护层，O2和Ar混合气体的通入时间为1～10秒。
表面氧保护层将IGZO层与H原子隔开，可有效地阻挡H原子对IGZO层性能的影响。在形成表面氧保护层的过程中氧气流量不能过高，过量的氧分子填充半导体层的氧空位会使得IGZO层的电阻率增加，造成IGZO层导电迁移率的下降。
蚀刻IGZO层的方法优选干法刻蚀。干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术。当气体以等离子体形式存在时，它具备两个特点：一方面等离子体中的这些气体化学活性比常态下时要强很多，根据被刻蚀材料的不同，选择合适的气体，就可以更快地与材料进行反应，实现刻蚀去除的目的；另一方面，还可以利用电场对等离子体进行引导和加速，使其具备一定能量，当其轰击被刻蚀物的表面时，会将被刻蚀物材料的原子击出，从而达到利用物理上的能量转移来实现刻蚀的目的。
由于蚀刻过程中破坏了IGZO层的表面氧保护层，使IGZO层的侧边暴露出来，因此可在去光致抗蚀剂处理的同时通入第一氧化气体，形成侧边氧保护层，有效地保护IGZO层的侧边。去光致抗蚀剂处理可为灰化处理，第一氧化气体可为N2O、O3或O2，第一氧化气体的流量为500～1000sccm，通入时间为1～10秒。
在步骤(3)之后对所述IGZO层进行退火处理，可使IGZO层内残余的H原子迁移到表面与O原子结合，从而进一步排除IGZO层中的H原子，提高IGZO层的稳定性。退火处理在N2O或O2气氛下进行，退火温度为300～450℃，退火时间为10～15分钟。
在步骤(3)之后向IGZO层通入第二氧化气体，可有效地阻止后续镀SiOx保护层的过程中SiH4中的H原子对IGZO性能的影响。第二氧化气体可为N2O、O3或O2。第二氧化气体的流量为20～40升/分钟，通入时间为1～10秒。
另一方面，本发明提供一种制造IGZO层的方法，包括：(1)沉积IGZO层，并在所述IGZO层上形成表面氧保护层；(2)对IGZO层进行光致抗蚀剂涂布，并对所述光致抗蚀剂进行曝光和显影处理，以形成光致抗蚀剂图案；以及(3)对IGZO层进行蚀刻，之后进行去光致抗蚀剂处理。
本发明的方法对IGZO层的组分没有特殊限定。
除非另作限定，本发明所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。
以下通过实施例对本发明作进一步地详细说明。
实施例
实施例1
在真空腔室中，采用磁控溅射仪(G4.5SMD950，日本ULVAC制造)沉积IGZO层1，IGZO成膜后将靶材反转，同时通入O2在IGZO层1上形成的表面氧保护层2(见图1)，具体工艺参数见表1，其中O原子3通过化学键结与IGZO层1连接(见图2)。
表1磁控溅射沉积和形成表面氧保护层的工艺参数
将IGZO层取出，使用光致抗蚀剂4进行光致抗蚀剂涂布(见图3)；之后对光致抗蚀剂4进行曝光处理(见图4)，部分光致抗蚀剂4经曝光后成为曝光后的光致抗蚀剂5；随后对曝光后的IGZO层进行显影处理(见图5)，去除曝光后的光致抗蚀剂5。光致抗蚀剂涂布的工艺参数如表2所示，曝光与显影的工艺参数如表3所示。
表2光致抗蚀剂涂布的工艺参数
| 次序 | 转速(rpm) | 时间(秒) |
| 1(低速) | 300 | 3 |
| 2(高速) | 3000 | 40 |
表3曝光、显影工艺参数
在真空腔室中，采用干刻蚀机台(G4.5HT910，日本TEL制造)对显影后的IGZO层进行干法刻蚀，之后进行灰化处理以去除光致抗蚀剂，在灰化的同时通入流量为1000sccm的O3(图中标记7)，持续4秒，在IGZO的侧面形成侧边氧保护层6(见图6)。
在N2O气氛、450℃的温度下，对去光致抗蚀剂处理后的IGZO层1进行10分钟退火处理，使H原子迁移到IGZO的表面与O原子结合(见图7)。
向退火后的IGZO层通入流量为40升/分钟的O3，持续4秒。
实施例2
在真空腔室中，采用磁控溅射仪(G4.5SMD950，日本ULVAC制造)沉积IGZO层，IGZO成膜后通入流量比为1:100的O2/Ar来形成表面氧保护层，具体工艺参数如表4所示。
表4磁控溅射沉积和形成表面氧保护层的工艺参数
将IGZO层取出，使用光致抗蚀剂进行光致抗蚀剂涂布，之后对光致抗蚀剂进行曝光处理，随后对曝光后的IGZO层进行显影处理。光致抗蚀剂涂布、曝光和显影的工艺参数与实施例1相同。
在真空腔室中，采用干刻蚀机台(G4.5HT910，日本TEL制造)对显影后的IGZO层进行干法刻蚀，之后进行灰化处理以去除光致抗蚀剂，在灰化的同时通入流量为1000sccm的N2O，持续4秒，在IGZO的侧面形成侧边氧保护层。
在O2气氛、300℃的温度下，对去光致抗蚀剂处理后的IGZO层进行15分钟退火处理，使H原子迁移到IGZO的表面与O原子结合。
向退火后的IGZO层通入流量为40升/分钟的N2O，持续4秒。
实施例3
在真空腔室中，采用磁控溅射仪(G4.5SMD950，日本ULVAC制造)沉积IGZO层，成膜后将靶材反转，同时通入O2在IGZO层上形成表面氧保护层。磁控溅射沉积和形成表面氧保护层的工艺参数与实施例1相同，区别在于形成表面氧保护层时通入的O2流量为15sccm。
将IGZO层取出，使用光致抗蚀剂进行光致抗蚀剂涂布，之后对光致抗蚀剂进行曝光处理，随后对曝光后的IGZO层进行显影处理。光致抗蚀剂涂布、曝光和显影的工艺参数与实施例1相同。
在真空腔室中，采用干刻蚀机台(G4.5HT910，日本TEL制造)对显影后的IGZO层进行干法刻蚀，之后进行灰化处理以去除光致抗蚀剂，在灰化的同时通入流量为750sccm的O2，持续6秒，在IGZO的侧面形成侧边氧保护层。
在N2O气氛、420℃的温度下，对去光致抗蚀剂处理后的IGZO层进行11分钟退火处理，使H原子迁移到IGZO的表面与O原子结合。
向退火后的IGZO层通入流量为30升/分钟的O2，持续6秒。
实施例4
在真空腔室中，采用磁控溅射仪(G4.5SMD950，日本ULVAC制造)沉积IGZO层，IGZO成膜后通入O2和Ar的混合气体来形成表面氧保护层，磁控溅射沉积和形成表面氧保护层的工艺参数与实施例2相同，区别在于形成表面氧保护层时通入O2的流量为10sccm，从而使得O2和Ar的混合气体中O2和Ar的流量比为1:10。
将IGZO层取出，使用光致抗蚀剂进行光致抗蚀剂涂布，之后对光致抗蚀剂进行曝光处理，随后对曝光后的IGZO层进行显影处理。光致抗蚀剂涂布、曝光和显影的工艺参数与实施例1相同。
在真空腔室中，采用干刻蚀机台(G4.5HT910，日本TEL制造)对显影后的IGZO层进行干法刻蚀，之后进行灰化处理以去除光致抗蚀剂，在灰化的同时通入流量为750sccm的O3，持续6秒，在IGZO的侧面形成侧边氧保护层。
在O2气氛、330℃的温度下，对去光致抗蚀剂处理后的IGZO层进行14分钟退火处理，使H原子迁移到IGZO的表面与O原子结合。
向退火后的IGZO层通入流量为30升/分钟的O3，持续6秒。
实施例5
在真空腔室中，采用磁控溅射仪(G4.5SMD950，日本ULVAC制造)沉积IGZO层，成膜后将靶材反转，同时通入O2在IGZO层上形成表面氧保护层。磁控溅射沉积和形成表面氧保护层的工艺参数与实施例1相同，区别在于形成表面氧保护层时通入的O2流量为10sccm。
将IGZO层取出，使用光致抗蚀剂进行光致抗蚀剂涂布，之后对光致抗蚀剂进行曝光处理，随后对曝光后的IGZO层进行显影处理。光致抗蚀剂涂布、曝光和显影的工艺参数与实施例1相同。
在真空腔室中，采用干刻蚀机台(G4.5HT910，日本TEL制造)对显影后的IGZO层进行干法刻蚀，之后进行灰化处理以去除光致抗蚀剂，在灰化的同时通入流量为500sccm的N2O，持续8秒，在IGZO的侧面形成侧边氧保护层。
在O2气氛、390℃的温度下，对去光致抗蚀剂处理后的IGZO层进行12分钟退火处理，使H原子迁移到IGZO的表面与O原子结合。
向退火后的IGZO层通入流量为20升/分钟的N2O，持续8秒。
实施例6
在真空腔室中，采用磁控溅射仪(G4.5SMD950，日本ULVAC制造)沉积IGZO层，IGZO成膜后通入O2和Ar的混合气体来形成表面氧保护层，磁控溅射沉积和形成表面氧保护层的工艺参数与实施例2相同，区别在于形成表面氧保护层时通入O2的流量为5sccm，从而使得O2和Ar的混合气体中O2和Ar的流量比为1:20。
将IGZO层取出，使用光致抗蚀剂进行光致抗蚀剂涂布，之后对光致抗蚀剂进行曝光处理，随后对曝光后的IGZO层进行显影处理。光致抗蚀剂涂布、曝光和显影的工艺参数与实施例1相同。
在真空腔室中，采用干刻蚀机台(G4.5HT910，日本TEL制造)对显影后的IGZO层进行干法刻蚀，之后进行灰化处理以去除光致抗蚀剂，在灰化的同时通入流量为500sccm的O2，持续8秒，在IGZO的侧面形成侧边氧保护层。
在N2O气氛、360℃的温度下，对去光致抗蚀剂处理后的IGZO层进行13分钟退火处理，使H原子迁移到IGZO的表面与O原子结合。
向退火后的IGZO层通入流量为20升/分钟的O2，持续8秒。
综上所述，本发明的制造IGZO层和TFT的方法通过形成氧保护层，有效地阻挡H原子对IGZO层的影响，避免H原子将IGZO层由半导体转变为导体，从而提高IGZO层和TFT的稳定性，降低由于器件长时间连续使用而产生的阈值电压负向偏压。
本领域技术人员应当注意的是，本发明所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。
Claims (22)
1.一种制造TFT的方法，包括：
(1)沉积IGZO层，并在所述IGZO层上形成表面氧保护层；
(2)对IGZO层进行光致抗蚀剂涂布，并对所述光致抗蚀剂进行曝光和显影处理，以形成光致抗蚀剂图案；以及
(3)对IGZO层进行蚀刻，之后进行去光致抗蚀剂处理。
2.根据权利要求1的方法，其中采用PVD法进行所述IGZO层的沉积。
3.根据权利要求1的方法，其中通过在所述IGZO层的成膜后将靶材反转同时通入O2形成表面氧保护层。
4.根据权利要求3的方法，其中所述O2的流量为10～20sccm。
5.根据权利要求4的方法，其中所述O2的通入时间为1～10秒。
6.根据权利要求1的方法，其中通过在所述IGZO层的成膜后通入O2与Ar的混合气体来形成表面氧保护层。
7.根据权利要求6的方法，其中所述O2与Ar的混合气体中O2与Ar的流量比为1:10至1:100。
8.根据权利要求7的方法，其中所述O2与Ar的混合气体的通入时间为1～10秒。
9.根据权利要求1的方法，其中所述蚀刻为干法蚀刻。
10.根据权利要求1-9中任一项的方法，还包括在去光致抗蚀剂处理的同时通入第一氧化气体，形成侧边氧保护层。
11.根据权利要求10的方法，其中所述去光致抗蚀剂处理包括灰化处理。
12.根据权利要求10的方法，其中所述第一氧化气体为N2O、O3或O2。
13.根据权利要求10的方法，其中所述第一氧化气体的流量为500～1000sccm。
14.根据权利要求13的方法，其中所述第一氧化气体的通入时间为1～10秒。
15.根据权利要求10的方法，还包括在步骤(3)之后对所述IGZO层进行退火处理和/或向所述IGZO层通入第二氧化气体。
16.根据权利要求15的方法，其中所述退火处理在N2O或O2气氛下进行。
17.根据权利要求15的方法，其中所述退火处理的温度为300～450℃。
18.根据权利要求15的方法，其中所述退火处理的时间为10～15分钟。
19.根据权利要求15的方法，其中所述第二氧化气体为N2O、O3或O2。
20.根据权利要求15的方法，其中所述第二氧化气体的流量为20～40升/分钟。
21.根据权利要求20的方法，其中所述第二氧化气体的通入时间为1～10秒。
22.一种制造IGZO层的方法，包括：
(1)沉积IGZO层，并在所述IGZO层上形成表面氧保护层；
(2)对IGZO层进行光致抗蚀剂涂布，并对所述光致抗蚀剂进行曝光和显影处理，以形成光致抗蚀剂图案；以及
(3)对IGZO层进行蚀刻，之后进行去光致抗蚀剂处理。
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