CN110517958A - 一种氧化物薄膜晶体管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体器件技术领域，涉及一种氧化物薄膜晶体管的制备方法。1)薄膜晶体管的有源层氧化物半导体如ZnO、In2O3、IGZO、IZO等采用溶液法旋涂或者印刷成膜；2)通过调节氧化物半导体溶液前驱体的浓度，使每层氧化物半导体的厚度控制在1‑3nm之间，利用紫外照射和加热相结合的后处理方式迅速成膜；并多次重复达到氧化物半导体有源层的厚度；3)后处理温度小于300度；本发明的优势在于：1)通过这种制备方法有利于消除薄膜中的缺陷，形成更加致密的氧化物有源层；2)利用溶液法可大大降低制备成本；3)每层厚度薄，结合紫外照射有利于降低制备温度；本发明将为柔性可印刷高质量薄膜晶体管提供一种可行的技术方案。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，更具体地，涉及一种氧化物薄膜晶体管的制备方法。
背景技术
目前，在氧化物薄膜晶体管的制备中，主要采用真空镀膜的方法来制备薄膜晶体管的有源层(半导体层)。但是，这种方法需要使用昂贵的真空镀膜设备，成本较高。溶液法由于具有低成本，易柔性以及可大面积生产等优点而受到了广泛的关注。随着人们对于电子产品低成本和便捷性日益增长的追求，溶液法薄膜晶体管的发展势必会得到更大的推动和重视。
在采用溶液法制备氧化物薄膜晶体管有源层时，有源层的制备温度限制了以柔性塑料为衬底的柔性显示器件的发展；有源层的致密性使薄膜晶体管的性能难以达到应用的要求。因此，通过溶液法低温制备高性能薄膜晶体管具有重要的意义。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中的缺陷，提供一种氧化物薄膜晶体管的制备方法，旨在提高现有溶液法制备的薄膜晶体管的各项性能指标，使其更好的与柔性显示和印刷显示相兼容。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种氧化物薄膜晶体管的制备方法，氧化物薄膜晶体管的氧化物半导体有源层采用溶液法多层沉积制备，类似于原子层沉积，通过多层沉积达到有源层所需要的厚度，每层的厚度控制在几个原子层的厚度范围内；有源层每层膜的制备方式相同；其中，每层膜制备的步骤包括：
S1.使用低浓度前驱体溶液在衬底上进行旋涂，旋涂后在热板上进行预处理，预处理的时间为2～5min，温度为70～120度；
S2.预处理后，将沉积的有源层放在紫外加热板上继续退火，此时，加热板的温度为150～250度；
S3.通过步骤S1～S2后，完成单层膜的沉积。
本发明为了提高氧化物半导体的致密性和降低制备温度，一层一层堆叠形成氧化物半导体有源层，每层的厚度控制在几个原子层的厚度；通过配置低浓度氧化物半导体前驱体溶液，多次沉积达到有源层所需要的厚度，提高氧化物半导体有源层的致密性。提高了现有溶液法制备的薄膜晶体管的各项性能指标，使其更好的与柔性显示和印刷显示相兼容。
进一步的，通过前驱体的浓度调控控制每层的厚度，利用紫外照射辅助加热处理加速前驱体中溶剂的挥发和溶质的反应，快速低温成膜。
作为优选的，每层膜的沉积厚度为1～3nm。每层厚度很薄，处理后薄膜具有致密低缺陷的特征。
作为优选的，每层有源层的材料可独立选自ZnO、In2O3、IGZO、IZO中的任意一种。
作为优选的，所述的溶液法包括喷墨打印法、旋涂法或印刷法。
与现有技术相比，有益效果是：本发明提供的一种氧化物薄膜晶体管的制备方法，即类似于原子层的沉积方式，通过控制控制氧化物半导体前驱体浓度调控氧化物半导体有源层的厚度在几个原子层的范围内；通过多层沉积达到有源层所需要的厚度。通过这种方法，有利于减少薄膜中的缺陷，形成更加致密的氧化物有源层；利用溶液法可大大降低制备成本；每层厚度薄，结合紫外照射有利于降低制备温度；本发明将为柔性可印刷高质量薄膜晶体管提供一种可行的技术方案。
附图说明
图1是本发明制备的氧化物薄膜晶体管的结构示意图。
图2是本发明实施例中制备的氧化物薄膜晶体管的结构示意图
图3是利用本发明提供的方法制备的氧化物薄膜晶体管与一般方法制备的氧化物薄膜晶体管的转移特性对比图。
图4是利用本发明提供的方法制备的氧化物薄膜晶体管与一般方法制备的氧化物薄膜晶体管的输出特性对比图。
图5是利用本发明提供的方法制备的氧化物薄膜晶体管与一般方法制备的氧化物薄膜晶体管的各项指标对比图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。
本发明提供的一种氧化物薄膜晶体管的制备方法，如图2所示，氧化物薄膜晶体管包括栅极1，结合在栅极1表面的绝缘层2，在绝缘层2表面设置的有源层3，在有源层3远离绝缘层2表面两端分别设置且互不接触的源极4(或5)和漏极5(或4)，其中，有源层3包括依次结合在绝缘层2表面的多层厚度较薄的有源层3，具体的，多层有源层3有第一有源层31，第二有源层32，第三有源层33，第四有源层34，各层有源层3均具有相同且较薄的厚度2-3nm。
在本实施例中，每层有源层3可以独立选自ZnO、In2O3、IGZO、IZO中的任一种。
具体的，本发明提供的一种氧化物薄膜晶体管的溶液法类原子层沉积制备技术，首先，配置0.05M/L的InOx有源层3材料溶液，将其放置磁力搅拌机搅拌24h，同时静置24h；具体的，InOx有源层3材料溶液通过水合硝酸铟(In(NO3)3·4H2O，Alfa Aesar，99.99％)和二甲氧基乙醇(2ME，Sigma-Aldrich，99.9％)配置而成；有源层3材料溶液将在表面有100nm热氧化生长的二氧化硅的重掺硅片上(Si/SiO2)通过类原子层方式沉积多层InOx薄膜。具体的步骤如下：
S1.首先对衬底使用丙酮及异丙醇进行超声清洗，用去离子水冲洗并用氮气吹干；
S2.为了能让有源层3材料溶液旋涂在硅片表面，同时改善绝缘层2与有源层3的界面态，对清洗好的硅片进行表面等离子体处理，等离子体的微波激发功率为350w，同时通入100sccm(标准毫升/分钟)的氧气，处理时间为15分钟；
S3.使用已经静置24h的有源层3材料溶液进行旋涂，旋涂条件为转速4300rpm(转/分钟)，持续30秒；
S4.旋涂完后立即放在100℃的加热板上退火5分钟，具体的，预退火过程是为了蒸发部分溶剂，减少薄膜在之后处理中受环境的影响；
S5.预退火结束后将沉积有InOx的硅片放在紫外台加热板上退火25min，具体的，引入紫外照射，目的是为了去除薄膜中的有机残余；
S6.通过步骤S4和S5便完成了一层厚度2-3nm的InOx薄膜；
S7.通过重复步骤S4和S5，沉积多层InOx薄膜，具体的，这里采用4层InOx薄膜作为有源层3。
本发明实施例通过使用0.05M/L氧化物半导体前驱体溶液，使每层氧化物半导体的厚度控制在2-3nm，并多次重复达到所需氧化物半导体有源层3的厚度。具体的，通过这种溶液法类原子层沉积技术有利于消除薄膜中的缺陷，形成更加致密的氧化物有源层3。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，氧化物薄膜晶体管的氧化物半导体有源层采用溶液法多层沉积制备，通过多层沉积达到有源层所需要的厚度，每层的厚度控制在几个原子层的厚度范围内；有源层每层膜的制备方式相同；其中，每层膜制备的步骤包括：
S1.使用低浓度前驱体溶液在衬底上进行旋涂，旋涂后在热板上进行预处理，预处理的时间为2～5min，温度为70～120度；
S2.预处理后，将沉积的有源层放在紫外加热板上继续退火，此时，加热板的温度为150～250度；
S3.通过步骤S1～S2后，完成单层膜的沉积。
2.根据权利要求1所述的一种氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，通过前驱体的浓度调控控制每层的厚度，利用紫外照射辅助加热处理加速前驱体中溶剂的挥发和溶质的反应，快速低温成膜。
3.根据权利要求2所述的一种氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，每层膜的沉积厚度为1～3nm。
4.根据权利要求2所述的一种氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，每层有源层的材料可独立选自ZnO、In2O3、IGZO、IZO中的任意一种。
5.根据权利要求2所述的一种氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述的溶液法包括喷墨打印法、旋涂法或印刷法。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20191129 |