CN106158588B - 一种氧化物薄膜及其制备方法、薄膜晶体管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化物薄膜及其制备方法、薄膜晶体管及其制备方法。根据本发明氧化物薄膜的制备方法包括：涂布前烘成膜步骤：将含有化学活性组分的有机溶液进行涂布和前烘形成薄膜，其中，化学活性组分中包括重氮萘醌感光树脂；掩膜曝光步骤：在薄膜上进行掩膜，未掩膜的薄膜在曝光后用碱性溶液除去；氧化物薄膜形成步骤：将掩膜部分经高能紫外线照射和臭氧处理后，经烧结固化形成氧化物薄膜。根据本发明制备方法得到的氧化物薄膜。根据本发明薄膜晶体管的制备方法包括根据本发明的氧化物薄膜的制备步骤。本发明的薄膜晶体管包括根据本发明制备方法得到的氧化物薄膜。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜晶体管领域，尤其涉及一种氧化物薄膜及其制备方法，薄膜晶体管及其制备方法。
背景技术
目前，一般采用溶胶-凝胶法制备薄膜晶体管中的氧化物薄膜，即用含化学活性组分的化合物做前驱体，在液相下将原料混合均匀，经过干燥、烧结固化制备出分子甚至纳米结构的材料薄膜，最后再经过用光刻胶成像和刻蚀后剥离光刻胶形成所需的电极。
因此，现有技术的工艺繁琐，生产成本高，因此希望提供一种工艺简单，生产成本低的氧化物薄膜的制备方法。
发明内容
本发明提供了一种氧化物薄膜及其制备方法、薄膜晶体管及其制备方法，解决了现有技术中在制备薄膜晶体管中的氧化物薄膜时工艺繁杂的问题。
根据本发明的一方面，提供了一种氧化物薄膜的制备方法，包括：
涂布前烘成膜步骤：将含有化学活性组分的有机溶液进行涂布和前烘形成薄膜，其中，所述化学活性组分中包括重氮萘醌感光树脂；
掩膜曝光步骤：在所述薄膜上进行掩膜，未掩膜的所述薄膜在曝光后用碱性溶液除去；
氧化物薄膜形成步骤：将掩膜部分经高能紫外线照射和臭氧处理后，经烧 结固化形成氧化物薄膜。
可选地，根据本发明的制备方法，所述重氮萘醌感光树脂包括式I所示的化合物；
其中，R1和R2各自独立地选自：
n为0、1、2或3，m为0、1、2、或3，且n+m≤3；
x为0、1、2或3，y为0、1、2、或3，且x+y≤3。
可选地，根据本发明的制备方法，所述重氮萘醌感光树脂选自下述化合物中的一种：
可选地，根据本发明的制备方法，在所述掩膜曝光步骤中，在365nm紫外光辐照下进行曝光。
可选地，根据本发明的制备方法，所述氧化物薄膜包括：ITO薄膜、IZO薄膜、IGZO薄膜、ZnON薄膜、ZnO薄膜、ZIZO薄膜和IGZTO薄膜。
可选地，根据本发明的制备方法，当所述氧化物薄膜为IZO薄膜时，
所述化学活性组分包括以重量份计的：10-50份重氮萘醌感光树脂、50-90份成膜树脂、20-50份乙酰丙酮铟和5-10质量份ZnCl2。
可选地，根据本发明的制备方法，当所述氧化物薄膜为IGZO时，
所述化学活性组分包括以重量份计的：10-50份重氮萘醌感光树脂、50-90份成膜树脂、20-50份乙酰丙酮铟、10-20份Ga(NO3)3.H2O和5-10份ZnCl2。
根据本发明的另一方面，提供了一种根据本发明所述制备方法得到的氧化物薄膜。
根据本发明的另一方面，提供了一种薄膜晶体管的制备方法，该制备方法包括根据本发明所述氧化物薄膜的制备步骤。
根据本发明的另一方面，提供了一种薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括根据本发明所述制备方法得到的氧化物薄膜。
本发明的有益效果如下：
根据本发明氧化物薄膜制备方法，可以直接曝光显影，形成氧化物薄膜，而不需要经过使用光刻胶成像，简化了工艺，提高产能，降低了成本。
根据本发明的薄膜晶体管的制备方法，可以直接曝光显影，形成氧化物薄膜，而不需要经过使用光刻胶成像，简化了工艺，提高了产能，降低了成本。
具体实施方式
具体实施方式仅为对本发明的说明，而不构成对本发明内容的限制，下面将结合具体的实施方式对本发明进行进一步说明和描述。
根据本发明的一方面，提供了一种氧化物薄膜的制备方法，包括：
涂布前烘成膜步骤：将含有化学活性组分的有机溶液进行涂布和前烘形成薄膜，其中，化学活性组分中包括重氮萘醌感光树脂；
掩膜曝光步骤：在薄膜上进行掩膜，未掩膜的薄膜在曝光后用碱性溶液除去；
氧化物薄膜形成步骤：将掩膜部分经高能紫外线照射和臭氧处理后，经烧结固化形成氧化物薄膜。
根据本发明氧化物薄膜的制备方法，可以直接曝光显影，形成氧化物薄膜， 而不需要经过使用光刻胶成像，简化了工艺，提高了产能，降低了成本。
在掩膜曝光步骤，重氮萘醌曝光后重排变成羧酸，在碱性条件下形成盐溶于水溶液中被除去；重氮萘醌与成膜树脂以氢键形式结合，重氮萘醌曝光后在碱性条件下溶于水，成膜树脂失去结合的氢键后也溶于水被除去，另外，其它无机的化学成分也溶于碱性溶液被除去。在氧化物薄膜形成步骤中，掩膜部分经过高能紫外线照射和臭氧处理可以除去重氮萘醌、成膜树脂以及其它化学活性成分中的有机部分，使有机部分分解为水和二氧化碳，仅剩下无机物并使无机物在烧结固化过程中形成氧化物薄膜。
其中，含有化学活性组分的有机溶液中的化学活性组分根据所需制备得到的氧化物薄膜的不同而不同。
当制备掺铟氧化锌(IZO)氧化物薄膜时，化学活性组分优选包括：重氮感光树脂、成膜树脂、乙酰丙酮铟和ZnCl2。
当制备铟镓锌氧化物(IGZO)薄膜时，化学活性组分优选包括：重氮萘醌感光树脂、成膜树脂、乙酰丙酮铟、水合硝酸镓和氯化锌。
当制备锆铟锌氧化物(ZIZO)薄膜时，化学活性组分优选包括：重氮萘酚感光树脂、成膜树脂、乙酰丙酮铟、丁醇锆和氯化锌。
当制备铟镓锌锡氧化物(IGZTO)薄膜时，化学活性组分优选包括：重氮萘醌感光树脂、成膜树脂、乙酰丙酮铟水合硝酸镓、氯化锡和氯化锌。
另外，在制备其它种类的氧化物薄膜时，可以根据希望得到的氧化物薄膜加入常规采用的化学活性组分。
其中，成膜树脂选自酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇缩醛树脂和聚氨酯树脂中的至少一种。
根据本发明制备方法的一种实施方式，重氮萘醌感光树脂包括式I所示的化合物；
其中，R1和R2各自独立地选自：
n为0、1、2或3，m为0、1、2、或3，且n+m≤3；
x为0、1、2或3，y为0、1、2、或3，且x+y≤3。
根据本发明的制备方法，式I所示化合物与成膜树脂的氢键结合效果更好，曝光效果更好，且在高能紫外线和臭氧处理时，分解更彻底。式I所示化合物在紫外线下曝光的机理式如下所示：
根据上述机理式可以看出，式I所示重氮萘醌感光树脂在紫外光的照射下，形成卡宾结构，然后经过沃尔夫(wolff)重排形成酮的结构，之后在水溶液中形成羧酸。
形成的羧酸在碱性条件下生成盐，当采用的碱为氢氧化钠时，形成下述结构的钠盐：
当采用的碱为甲胺时，形成下述结构的胺盐：
形成的盐可以溶于水溶液中被除去，当重氮萘醌形成盐被去除以后，与重氮萘醌以氢键结合在一起的成膜树脂，则与重氮萘醌脱离，并能溶解于水溶液中被除去，成膜的其它无机物也能被碱性溶液除去。
根据本发明制备方法的一种实施方式，重氮萘醌感光树脂选自下述化合物中的一种：
根据本发明示出的具体化合物与成膜树脂的氢键结合效果更好，曝光效果更好，且在高能紫外线和臭氧处理时，分解更彻底。
根据本发明的制备方法的一种实施方式，在掩膜曝光步骤中，在365nm紫外光辐照下进行曝光。
根据本发明的制备方法，在365nm时，重氮萘醌化合物能够重排成酮，加水变成羧酸。
根据本发明的制备方法的一种实施方式，氧化物薄膜包括：ITO薄膜、IZO薄膜、IGZO薄膜、ZnON薄膜、ZnO薄膜、ZIZO薄膜和IGZTO薄膜。
根据化学活性组分的不同，可以得到的氧化物薄膜，其中，ITO为氧化铟锡、IZO为掺铟氧化锌、IGZO为铟镓锌氧化物、ZnON为氮氧化锌、ZnO为氧化锌、ZIZO为锆铟锌氧化物、以及GZXO为镓锌锡氧化物。
根据本发明的制备方法的一种实施方式，当氧化物薄膜为IZO薄膜时，
化学活性组分包括以重量份计的：10-50份重氮萘醌感光树脂、50-90份成膜树脂、20-50份乙酰丙酮铟和5-10质量份ZnCl2。
根据上述制备方法，采用了上述的化学活性组分可以制备出IZO膜。
根据本发明的制备方法的一种实施方式，当氧化物薄膜为IGZO时，化学活性组分包括以重量份计的：10-50份重氮萘醌感光树脂、50-90份成膜树脂、20-50份乙酰丙酮铟、10-20份Ga(NO3)3.H2O和5-10份ZnCl2。
根据上述制备方法，采用了上述的化学活性组分可以制备出IGZO膜。
根据本发明的另一方面，提供了一种根据本发明制备方法得到的氧化物薄膜。
根据本发明的另一方面，提供了一种薄膜晶体管的制备方法，该制备方法包括根据本发明氧化物薄膜的制备步骤。
根据本发明薄膜晶体管的制备方法，工艺简化，降低了生产成本。
根据本发明的另一方面，提供了一种薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括根据本发明制备方法得到的氧化物薄膜。
由此可见，根据本发明的氧化物薄膜及其制备方法，薄膜晶体管及其制备方法的可选因素较多，根据本发明权利要求可以组合出不同的实施例，因此实施例不能作为对本发明的限制，而是对本发明的进一步描述。下面将结合薄膜晶体管的制备方法的实施例对本发明进行进一步的描述。
实施例1
在玻璃基板先后进行沉积金属后进行构图，再沉积金属薄膜构图形成栅线和共用电极；
在上述基板上沉积绝缘层和有源层，利用第二次构图形成有源层图形；
在上述基板上沉积金属薄膜，利用第三次构图形成数据线和源漏电极；
在上述基板上沉积很薄的保护层1薄膜,利用第四次构图形成保护层1孔的图形；
在上述基板上进行下述操作制备氧化物薄膜：涂布前烘成膜步骤：将含有化学活性组分的有机溶液进行涂布和前烘形成薄膜，其中，化学活性组分中包 括重氮萘醌感光树脂，化学活性组分包括以重量份计的：10份重氮萘醌感光树脂、50份成膜树脂、20份乙酰丙酮铟和5质量份ZnCl2；掩膜曝光步骤：在薄膜上进行掩膜，未掩膜的薄膜在曝光后用碱性溶液除去，在365nm紫外光辐照下进行曝光；氧化物薄膜形成步骤：将掩膜部分经高能紫外线照射和臭氧处理后，经烧结固化形成氧化物薄膜。重氮萘醌感光树脂为：
在上述基板上形成保护层2和第二IZO薄膜电极，从而形成薄膜晶体管(TFT)。
实施例2
在玻璃基板上先后沉积金属后进行构图，再沉积金属薄膜构图形成栅线和共用电极；
在上述基板上沉积绝缘层和有源层，利用第二次构图形成有源层图形；
在上述基板上沉积金属薄膜，利用第三次构图形成数据线和源漏电极；
在上述基板上沉积很薄的保护层1薄膜,利用第四次构图形成保护层1孔的图形；
在上述基板上进行下述操作制备氧化物薄膜：涂布前烘成膜步骤：将含有化学活性组分的有机溶液进行涂布和前烘形成薄膜，其中，化学活性组分中包括重氮萘醌感光树脂，化学活性组分包括以重量份计的：50份重氮萘醌感光树脂、90份成膜树脂、50份乙酰丙酮铟和10质量份ZnCl2；掩膜曝光步骤：在薄膜上进行掩膜，未掩膜的薄膜在曝光后用碱性溶液除去，在365nm紫外光辐照下进行曝光；氧化物薄膜形成步骤：将掩膜部分经高能紫外线照射和臭氧处理后，经烧结固化形成氧化物薄膜。重氮萘醌感光树脂为：
在上述基板上形成保护层2和第二IZO薄膜电极，从而形成薄膜晶体管(TFT)。
实施例3
在玻璃基板上先后沉积金属后进行构图，再沉积金属薄膜构图形成栅线和共用电极；
在上述基板上沉积绝缘层和有源层，利用第二次构图形成有源层图形；
在上述基板上沉积金属薄膜，利用第三次构图形成数据线和源漏电极；
在上述基板上沉积很薄的保护层1薄膜,利用第四次构图形成保护层1孔的图形；
在上述基板上进行下述操作制备氧化物薄膜：涂布前烘成膜步骤：将含有化学活性组分的有机溶液进行涂布和前烘形成薄膜，其中，化学活性组分中包括重氮萘醌感光树脂，化学活性组分包括以重量份计的：40份重氮萘醌感光树脂、70份成膜树脂、30份乙酰丙酮铟和8质量份ZnCl2；掩膜曝光步骤：在薄膜上进行掩膜，未掩膜的薄膜在曝光后用碱性溶液除去，在365nm紫外光辐照下进行曝光；氧化物薄膜形成步骤：将掩膜部分经高能紫外线照射和臭氧处理后，经烧结固化形成氧化物薄膜。重氮萘醌感光树脂为：
在上述基板上形成保护层2和第二IZO薄膜电极，从而形成薄膜晶体管(TFT)。
实施例4
在玻璃基板先后沉积金属后进行构图，再沉积金属薄膜进行构图形成栅线和共用电极。
在上述基板上进行下述操作制备氧化物薄膜：涂布前烘成膜步骤：将含有化学活性组分的有机溶液进行涂布和前烘形成薄膜，其中，化学活性组分中包括重氮萘醌感光树脂，化学活性组分包括以重量份计的：10份重氮萘醌感光树脂、50份成膜树脂、20份乙酰丙酮铟、10份Ga(NO3)3.H2O和5份ZnCl2；掩膜曝光步骤：在薄膜上进行掩膜，未掩膜的薄膜在曝光后用碱性溶液除去，在365nm紫外光辐照下进行曝光；氧化物薄膜形成步骤：将掩膜部分经高能紫外线照射和臭氧处理后，经烧结固化形成IGZO氧化物导体薄膜，形成有源层图形膜；重氮萘醌感光树脂为：
在上述基板上沉积金属薄膜Cu，利用第三次构图形成数据线和源漏电极；
在上述基板上沉积很薄的保护层1(PVX1)薄膜,利用第四次构图形成保 护层1(PVX1)孔(VIA)的图形。
在上述基板上进行第一ITO(1stITO)像素电极(pixel)、保护层2(PVX2)以及第二ITO(2nd ITO)像素电极，形成薄膜晶体管(TFT)。
实施例5
在玻璃基板先后沉积金属后进行构图，再沉积金属薄膜进行构图形成栅线和共用电极。
在上述基板上进行下述操作制备氧化物薄膜：涂布前烘成膜步骤：将含有化学活性组分的有机溶液进行涂布和前烘形成薄膜，其中，化学活性组分中包括重氮萘醌感光树脂，化学活性组分包括以重量份计的：50份重氮萘醌感光树脂、90份成膜树脂、50份乙酰丙酮铟、20份Ga(NO3)3.H2O和10份ZnCl2；掩膜曝光步骤：在薄膜上进行掩膜，未掩膜的薄膜在曝光后用碱性溶液除去，在365nm紫外光辐照下进行曝光；氧化物薄膜形成步骤：将掩膜部分经高能紫外线照射和臭氧处理后，经烧结固化形成IGZO氧化物导体薄膜，形成有源层图形膜；重氮萘醌感光树脂为：
在上述基板上沉积金属薄膜Cu，利用第三次构图形成数据线和源漏电极；
在上述基板上沉积很薄的保护层1(PVX1)薄膜,利用第四次构图形成保护层1(PVX1)孔(VIA)的图形。
在上述基板上进行第一ITO(1stITO)像素电极(pixel)、保护层2(PVX2)以及第二ITO(2nd ITO)像素电极，形成薄膜晶体管(TFT)。
实施例6
在玻璃基板先后沉积金属后进行构图，再沉积金属薄膜进行构图形成栅线和共用电极。
在上述基板上进行下述操作制备氧化物薄膜：涂布前烘成膜步骤：将含有化学活性组分的有机溶液进行涂布和前烘形成薄膜，其中，化学活性组分中包括重氮萘醌感光树脂，化学活性组分包括以重量份计的：30份重氮萘醌感光树脂、80份成膜树脂、40份乙酰丙酮铟、16份Ga(NO3)3.H2O和7份ZnCl2；掩膜曝光步骤：在薄膜上进行掩膜，未掩膜的薄膜在曝光后用碱性溶液除去，在365nm紫外光辐照下进行曝光；氧化物薄膜形成步骤：将掩膜部分经高能紫外线照射和臭氧处理后，经烧结固化形成IGZO氧化物导体薄膜，形成有源层图形膜；重氮萘醌感光树脂为：
在上述基板上沉积金属薄膜Cu，利用第三次构图形成数据线和源漏电极；
在上述基板上沉积很薄的保护层1(PVX1)薄膜,利用第四次构图形成保护层1(PVX1)孔(VIA)的图形。
在上述基板上进行第一ITO(1stITO)像素电极(pixel)、保护层2(PVX2)以及第二ITO(2nd ITO)像素电极，形成薄膜晶体管(TFT)。
根据实施例1～6的薄膜晶体管的制备方法，由于用了本发明的氧化物薄膜的制备方法，简化了生产工艺，提高了生产效率。
另外，根据实施例4～6，也可以将化学活性组分用：重氮萘醌感光树脂、成膜树脂、乙酰丙酮铟(In(OCCH3CHOCCH3)3)、丁醇锆(Zr(OC4H9)4)、 ZnCl2替换，最终形成ZIZO氧化物导体薄膜，形成有源层图形，最后形成薄膜晶体管。
根据实施例4～6，也可以将化学活性组分用：重氮萘醌感光树脂、成膜树脂、乙酰丙酮铟(In(OCCH3CHOCCH3)3)、Ga(NO3)3.H2O、SnCl3、ZnCl2替换，最终形成IGZTO氧化物导体薄膜，形成有源层图形，最后形成薄膜晶体管。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种氧化物薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
涂布前烘成膜步骤：将含有化学活性组分的有机溶液进行涂布和前烘形成薄膜，其中，所述化学活性组分中包括重氮萘醌感光树脂；
掩膜曝光步骤：在所述薄膜上进行掩膜，未掩膜的所述薄膜在曝光后用碱性溶液除去；
氧化物薄膜形成步骤：将掩膜部分经高能紫外线照射和臭氧处理后，经烧结固化形成氧化物薄膜。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述重氮萘醌感光树脂包括式I所示的化合物；
其中，R1和R2各自独立地选自：
n为0、1、2或3，m为0、1、2、或3，且n+m≤3；
x为0、1、2或3，y为0、1、2、或3，且x+y≤3。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述重氮萘醌感光树脂选自下述化合物中的一种：
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述掩膜曝光步骤中，在365nm紫外光辐照下进行曝光。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化物薄膜包括：ITO薄膜、IZO薄膜、IGZO薄膜、ZnON薄膜、ZnO薄膜、ZIZO薄膜和IGZTO薄膜。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，当所述氧化物薄膜为IZO薄膜时，
所述化学活性组分包括以重量份计的：10-50份重氮萘醌感光树脂、50-90份成膜树脂、20-50份乙酰丙酮铟和5-10质量份ZnCl2。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，当所述氧化物薄膜为IGZO时，
所述化学活性组分包括以重量份计的：10-50份重氮萘醌感光树脂、50-90份成膜树脂、20-50份乙酰丙酮铟、10-20份Ga(NO3)3.H2O和5-10份ZnCl2。
8.一种根据权利要求1～7任一所述制备方法得到的氧化物薄膜。
9.一种薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，该制备方法包括权利要求1～7任一所述氧化物薄膜的制备步骤。
10.一种薄膜晶体管，其特征在于，该薄膜晶体管包括权利要求1～7任一所述制备方法得到的氧化物薄膜。
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