CN112652575B - 一种薄膜晶体管阵列基板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄膜晶体管阵列基板的制造方法,包括:将玻璃基板加入去离子水中,超声清洗,风刀吹干;通过磁控溅射工艺在玻璃基板表面沉积金属薄膜,并进行图案化处理,得到栅电极;通过等离子体增强化学气相沉积法镀膜工艺在栅电极表面沉积二氧化硅,即绝缘层;在绝缘层上依次制备铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ、氧化铟薄膜层和铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ,并进行图案化处理,得到有源层;通过磁控溅射工艺在绝缘层及有源层上沉积金属层,并通过对金属层进行图案化处理,得到分别接触有源层两侧的源电极和漏电极;本发明有源层的三层结构可以有效减少有源层的缺陷,从而显著的提高了晶体管的迁移率和电流开关比。
Description
技术领域
本发明属于半导体及微电子器件领域,具体涉及一种薄膜晶体管阵列基板的制造方法。
背景技术
目前,薄膜场效应晶体管TFT驱动技术主流技术有:非晶硅a-Si TFT驱动、低温多晶硅LTPS TFT驱动和氧化铟镓锌IGZO TFT驱动。新材料IGZO的问世很好得解决了传统氢化非晶硅的缺点。但由于IGZO属于无机半导体材料,实践表明,这种IGZO半导体沉积在无机绝缘层(比如SiO2,Si3N4等)能获得非常好的器件性能。IGZO TFT驱动技术是电脑显示器、电视等大尺寸的高端液晶面板的新一代关键技术,目前面临着国外技术封锁,而支撑TFT发展的传统a-Si TFT驱动技术已经无法满足消费者对高分辨率、高画质、轻薄、大尺寸显示器产品的市场需求,亟需采用IGZO TFT技术进行改进和技术攻关。LTPS TFT技术的载流子迁移率虽然可以做到高出a-Si TFT两个数量级,但是产品合格率低、均一性差、成本高,另外,LTPSTFT的漏电电流过大,不适合用作IXD像素开关。IGZO TFT载流子迁移率是a-Si TFT的20-50倍,基板面内均一性相对较好。IGZO TFT能实现高透光率,高刷新率,更快响应时间。
选取多晶硅作为沟道层材料能得到很高的迁移率,但是由于多晶硅的制备温度较高,无法沉积在不耐高温的衬底材料上,这极大的限制了柔性显示技术的发展。非晶铟镓锌氧薄膜晶体管由于其合适的电子迁移率、优良的光学透明度、极好的机械柔韧性以及简单低廉的制备工艺,非晶氧化物半导体很快的被应用于薄膜晶体管的沟道层。然而,非晶氧化物薄膜晶体管的性能仍然存在不足的问题,需要得到改善。
近些年来,为了提高非晶氧化物半导体薄膜晶体管的性能,有采用多层非晶氧化物半导体薄膜作为晶体管的有源沟道,然而,现有的采用多层薄膜器件的晶体管的迁移率和开关比均较低,限制了其在新一代高分辨率及高速显示器件中的应用。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷,并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点,提供了一种薄膜晶体管阵列基板的制造方法,包括以下步骤:
步骤一、将玻璃基板加入去离子水中,超声清洗,风刀吹干;
步骤二、通过磁控溅射工艺在玻璃基板表面沉积金属薄膜,并进行图案化处理,得到栅电极;
步骤三、通过等离子体增强化学气相沉积法镀膜工艺在栅电极表面沉积二氧化硅,即绝缘层;
步骤四、在绝缘层上依次制备铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ、氧化铟薄膜层和铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ,并进行图案化处理,得到有源层;
步骤五、通过磁控溅射工艺在绝缘层及有源层上沉积金属层,并通过对金属层进行图案化处理,得到分别接触有源层两侧的源电极和漏电极;
其中,所述氧化铟薄膜层通过磁控溅射方法进行制备,其过程为:采用双室高真空射频磁控溅射法,采用氧化铟靶材,以纯度99.99%以上的高纯氩气和/或氧气为溅射气体,生长条件为射频功率50~180W,氩气和氧气的分压比1sccm:3sccm,生长气压0.8~1.2Pa,生长温度:25~85℃;获得的氧化铟薄膜层的厚度为10~20nm。
优选的是,所述氧化铟靶材的制备方法为:采用低温等离子体对氧化铟粉体进行处理,按重量份,取100份处理后的氧化铟粉体加入30~50份水、0.1~0.3份分散剂、0.1~0.2份消泡剂和2~3份粘结剂,研磨得到混合浆料;将混合浆液进行喷雾造粒,得到的颗粒装入模具中在液压机中用80~100MPa下进行压制20~25min,得到的素坯在冷等静压机中用300~350MPa进行再次压制10~15min,然后以1~3MPa/min的速度进行泄压,得到氧化铟素坯;在空气气氛下,将氧化铟素坯以1~5℃/h的加热速度加热至500℃~600℃,保温5~8h进行脱脂;将脱脂后的氧化铟素坯放在旋转高温烧结炉中,以1℃/min的速度加热升温至500~800℃,保温30min,继续以1℃/min的速度加热升温至1000~1200℃,保温60min,然后以0.1℃/min的速度加热升温至1350~1550℃,保温3~4h,然后以1℃/min的降温速度降温至800℃,然后自然降温,得到氧化铟靶材;所述旋转高温烧结炉的旋转速度为10~15r/min。
优选的是,采用低温等离子体对氧化铟粉体进行处理的过程为:将氧化铟粉体置于低温等离子体处理仪中处理60~90s;所述低温等离子体处理仪的气氛为氢气或氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为30~50KHz,功率为80~100W,气氛的压强为25~35Pa。
优选的是,所述分散剂为聚乙二醇;所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛;所述消泡剂为正丁醇;所述喷雾造粒的造粒温度设置为180~220℃,进料速度设置为10~25r/min。
优选的是,所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ的制备过程为:将铟盐、镓盐、锌盐和稳定剂加入混合溶剂中,然后加入超临界二氧化碳反应器中,在体系密封后,通入二氧化碳至12~26MPa、温度为40℃~60℃的条件下搅拌45~90min,然后泄压,将混合料液加压超声分散30~45min,得到铟镓锌前驱体溶液;采用超声雾化喷涂方法将铟镓锌前驱体溶液喷涂至绝缘层;然后进行退火处理;所述加压超声分散的压力为1~1.8MPa,频率为55~65KHz;所述铟盐为乙酰丙酮铟;所述镓盐为乙酰丙酮镓;所述锌盐为乙酰丙酮锌;所述稳定剂为质量比为1:2:1的巯基乙酸、一乙醇胺和乙酰丙酮;所述混合溶剂为体积比为1:2~3的二甲基甲酰胺和水;所述铟镓锌前驱体溶液中铟离子、镓离子和锌离子的摩尔比为3:1:8;所述铟镓锌前驱体溶液中,铟盐的浓度为0.05~0.08mol/L;所述稳定剂与混合溶剂的体积比为1:6~8;所述超声雾化喷涂方法的工艺参数为:超声频率1.5~2.5MHz、温度35~40℃、气压为0.3~0.4MPa、载气为氮气,且氮气的流量为100~120mL/min;超声雾化喷涂的喷雾口与绝缘层的距离为4~6cm;所述退火处理的过程为:在空气气氛下加热1.5~2.5h,温度300~350℃;所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ的厚度为10nm。
优选的是,所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ的制备过程为:将铟盐、镓盐、锌盐和稳定剂加入混合溶剂中,然后加入超临界二氧化碳反应器中,在体系密封后,通入二氧化碳至12~26MPa、温度为40℃~60℃的条件下搅拌45~90min,然后泄压,将混合料液加压超声分散30~45min,得到铟镓锌前驱体溶液;采用超声雾化喷涂方法将铟镓锌前驱体溶液喷涂至氧化铟薄膜层;然后进行退火处理;所述加压超声分散的压力为1~1.8MPa,频率为55~65KHz;所述铟盐为乙酰丙酮铟;所述镓盐为乙酰丙酮镓;所述锌盐为乙酰丙酮锌;所述稳定剂为质量比为1:2:1的巯基乙酸、一乙醇胺和乙酰丙酮;所述混合溶剂为体积比为1:2~3的二甲基甲酰胺和水;所述铟镓锌前驱体溶液中铟离子、镓离子和锌离子的摩尔比为5:2:7;所述铟镓锌前驱体溶液中,铟盐的浓度为0.05~0.08mol/L;所述稳定剂与混合溶剂的体积比为1:6~8;所述超声雾化喷涂方法的工艺参数为:超声频率1.5~2.5MHz、温度35~40℃、气压为0.3~0.4MPa、载气为氮气,且氮气的流量为100~120mL/min;超声雾化喷涂的喷雾口与绝缘层的距离为4~6cm;所述退火处理的过程为:在空气气氛下加热1.5~2.5h,温度300~350℃;所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ的厚度为50~120nm。
优选的是,所述步骤二中,金属薄膜的材料为钼、铝中的任意一种;所述步骤五中,金属层为的材料为钼、铝、银中的任意一种。
优选的是,所述绝缘层的厚度为60~260nm;栅电极的厚度为60~220nm;源电极和漏电极的厚度为20~300nm。
优选的是,所述步骤一中,超声清洗的频率为35~45KHz,时间为30~45min。
本发明至少包括以下有益效果:本发明采用铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ、氧化铟薄膜层和铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ作为有源层,同时铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ和铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ采用超声雾化喷涂方法,并且铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ和铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ中采用不同比例的铟、镓、锌,形成的三层结构可以有效减少有源层的缺陷,从而显著的提高了晶体管的迁移率和电流开关比。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式:
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解,本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1:
一种薄膜晶体管阵列基板的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、将玻璃基板加入去离子水中,超声清洗,风刀吹干;超声清洗的频率为30KHz,时间为45min;
步骤二、通过磁控溅射工艺在玻璃基板表面沉积金属钼薄膜,并通过黄光工艺和刻蚀工艺对金属钼薄膜进行图案化处理,得到栅电极;栅电极的厚度为120nm;
步骤三、通过等离子体增强化学气相沉积法镀膜工艺在栅电极表面沉积二氧化硅,即绝缘层;所述绝缘层的厚度为220nm;
步骤四、在绝缘层上依次制备铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ、氧化铟薄膜层和铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ,并进行图案化处理,得到有源层;
步骤五、通过磁控溅射工艺在绝缘层及有源层上沉积银金属层,并通过黄光工艺和刻蚀工艺对银金属层进行图案化处理,得到分别接触有源层两侧的源电极和漏电极;源电极和漏电极的厚度为90nm;
其中,所述氧化铟薄膜层通过磁控溅射方法进行制备,其过程为:采用双室高真空射频磁控溅射法,采用氧化铟靶材,以纯度99.99%以上的高纯氩气和/或氧气为溅射气体,生长条件为射频功率100W,氩气和氧气的分压比1sccm:3sccm,生长气压1Pa,生长温度:35℃;获得的氧化铟薄膜层的厚度为10nm;
所述氧化铟靶材的制备方法为:采用低温等离子体对氧化铟粉体进行处理,取100g处理后的氧化铟粉体加入30g水、0.1g分散剂、0.1g消泡剂和2g粘结剂,研磨得到混合浆料;将混合浆液进行喷雾造粒,得到的颗粒装入模具中在液压机中用80MPa下进行压制20min,得到的素坯在冷等静压机中用300MPa进行再次压制15min,然后以3MPa/min的速度进行泄压,得到氧化铟素坯;在空气气氛下,将氧化铟素坯以1℃/h的加热速度加热至500℃,保温8h进行脱脂;将脱脂后的氧化铟素坯放在旋转高温烧结炉中,以1℃/min的速度加热升温至800℃,保温30min,继续以1℃/min的速度加热升温至1200℃,保温60min,然后以0.1℃/min的速度加热升温至1550℃,保温3h,然后以1℃/min的降温速度降温至800℃,然后自然降温,得到氧化铟靶材;所述旋转高温烧结炉的旋转速度为15r/min;采用低温等离子体对氧化铟粉体进行处理的过程为:将氧化铟粉体置于低温等离子体处理仪中处理90s;所述低温等离子体处理仪的气氛为氢气或氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为50KHz,功率为100W,气氛的压强为35Pa,所述分散剂为聚乙二醇;所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛;所述消泡剂为正丁醇;所述喷雾造粒的造粒温度设置为180~220℃,进料速度设置为10~25r/min;
所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ的制备过程为:将铟盐、镓盐、锌盐和稳定剂加入混合溶剂中,然后加入超临界二氧化碳反应器中,在体系密封后,通入二氧化碳至12MPa、温度为60℃的条件下搅拌90min,然后泄压,将混合料液加压超声分散45min,得到铟镓锌前驱体溶液;采用超声雾化喷涂方法将铟镓锌前驱体溶液喷涂至绝缘层;然后进行退火处理;所述加压超声分散的压力为1.8MPa,频率为65KHz;所述铟盐为乙酰丙酮铟;所述镓盐为乙酰丙酮镓;所述锌盐为乙酰丙酮锌;所述稳定剂为质量比为1:2:1的巯基乙酸、一乙醇胺和乙酰丙酮;所述混合溶剂为体积比为1:2的二甲基甲酰胺和水;所述铟镓锌前驱体溶液中铟离子、镓离子和锌离子的摩尔比为3:1:8;所述铟镓锌前驱体溶液中,铟盐的浓度为0.05mol/L;所述稳定剂与混合溶剂的体积比为1:6;所述超声雾化喷涂方法的工艺参数为:超声频率1.5MHz、温度35℃、气压为0.4MPa、载气为氮气,且氮气的流量为100mL/min;超声雾化喷涂的喷雾口与绝缘层的距离为6cm;所述退火处理的过程为:在空气气氛下加热2.5h,温度350℃;所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ的厚度为10nm;
所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ的制备过程为:将铟盐、镓盐、锌盐和稳定剂加入混合溶剂中,然后加入超临界二氧化碳反应器中,在体系密封后,通入二氧化碳至26MPa、温度为60℃的条件下搅拌90min,然后泄压,将混合料液加压超声分散45min,得到铟镓锌前驱体溶液;采用超声雾化喷涂方法将铟镓锌前驱体溶液喷涂至氧化铟薄膜层;然后进行退火处理;所述加压超声分散的压力为1.8MPa,频率为65KHz;所述铟盐为乙酰丙酮铟;所述镓盐为乙酰丙酮镓;所述锌盐为乙酰丙酮锌;所述稳定剂为质量比为1:2:1的巯基乙酸、一乙醇胺和乙酰丙酮;所述混合溶剂为体积比为1:2的二甲基甲酰胺和水;所述铟镓锌前驱体溶液中铟离子、镓离子和锌离子的摩尔比为5:2:7;所述铟镓锌前驱体溶液中,铟盐的浓度为0.08mol/L;所述稳定剂与混合溶剂的体积比为1:8;所述超声雾化喷涂方法的工艺参数为:超声频率1.5~2.5MHz、温度40℃、气压为0.4MPa、载气为氮气,且氮气的流量为120mL/min;超声雾化喷涂的喷雾口与绝缘层的距离为6cm;所述退火处理的过程为:在空气气氛下加热2.5h,温度350℃;所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ的厚度为120nm。
经测试,该实施例制备的铟镓锌氧基多层结构薄膜晶体管的迁移率为21.5cm2/V·s,电流开关比4.8×107。
实施例2:
一种薄膜晶体管阵列基板的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、将玻璃基板加入去离子水中,超声清洗,风刀吹干;超声清洗的频率为30KHz,时间为45min;
步骤二、通过磁控溅射工艺在玻璃基板表面沉积金属钼薄膜,并通过黄光工艺和刻蚀工艺对金属钼薄膜进行图案化处理,得到栅电极;栅电极的厚度为120nm;
步骤三、通过等离子体增强化学气相沉积法镀膜工艺在栅电极表面沉积二氧化硅,即绝缘层;所述绝缘层的厚度为220nm;
步骤四、在绝缘层上依次制备铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ、氧化铟薄膜层和铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ,并进行图案化处理,得到有源层;
步骤五、通过磁控溅射工艺在绝缘层及有源层上沉积银金属层,并通过黄光工艺和刻蚀工艺对银金属层进行图案化处理,得到分别接触有源层两侧的源电极和漏电极;源电极和漏电极的厚度为90nm;
其中,所述氧化铟薄膜层通过磁控溅射方法进行制备,其过程为:采用双室高真空射频磁控溅射法,采用氧化铟靶材,以纯度99.99%以上的高纯氩气和/或氧气为溅射气体,生长条件为射频功率120W,氩气和氧气的分压比1sccm:3sccm,生长气压1.2Pa,生长温度:40℃;获得的氧化铟薄膜层的厚度为12nm;
所述氧化铟靶材的制备方法为:采用低温等离子体对氧化铟粉体进行处理,取100g处理后的氧化铟粉体加入45g水、0.2g分散剂、0.2g消泡剂和3g粘结剂,研磨得到混合浆料;将混合浆液进行喷雾造粒,得到的颗粒装入模具中在液压机中用100MPa下进行压制25min,得到的素坯在冷等静压机中用350MPa进行再次压制12min,然后以2MPa/min的速度进行泄压,得到氧化铟素坯;在空气气氛下,将氧化铟素坯以2℃/h的加热速度加热至550℃,保温8h进行脱脂;将脱脂后的氧化铟素坯放在旋转高温烧结炉中,以1℃/min的速度加热升温至800℃,保温30min,继续以1℃/min的速度加热升温至1100℃,保温60min,然后以0.1℃/min的速度加热升温至1500℃,保温3h,然后以1℃/min的降温速度降温至800℃,然后自然降温,得到氧化铟靶材;所述旋转高温烧结炉的旋转速度为15r/min;采用低温等离子体对氧化铟粉体进行处理的过程为:将氧化铟粉体置于低温等离子体处理仪中处理60s;所述低温等离子体处理仪的气氛为氢气或氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为30KHz,功率为80W,气氛的压强为25Pa;所述分散剂为聚乙二醇;所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛;所述消泡剂为正丁醇;所述喷雾造粒的造粒温度设置为220℃,进料速度设置为25r/min;
所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ的制备过程为:将铟盐、镓盐、锌盐和稳定剂加入混合溶剂中,然后加入超临界二氧化碳反应器中,在体系密封后,通入二氧化碳至25MPa、温度为50℃的条件下搅拌60min,然后泄压,将混合料液加压超声分散45min,得到铟镓锌前驱体溶液;采用超声雾化喷涂方法将铟镓锌前驱体溶液喷涂至绝缘层;然后进行退火处理;所述加压超声分散的压力为1.5MPa,频率为55KHz;所述铟盐为乙酰丙酮铟;所述镓盐为乙酰丙酮镓;所述锌盐为乙酰丙酮锌;所述稳定剂为质量比为1:2:1的巯基乙酸、一乙醇胺和乙酰丙酮;所述混合溶剂为体积比为1:2的二甲基甲酰胺和水;所述铟镓锌前驱体溶液中铟离子、镓离子和锌离子的摩尔比为3:1:8;所述铟镓锌前驱体溶液中,铟盐的浓度为0.05mol/L;所述稳定剂与混合溶剂的体积比为1:6;所述超声雾化喷涂方法的工艺参数为:超声频率2MHz、温度40℃、气压为0.3MPa、载气为氮气,且氮气的流量为120mL/min;超声雾化喷涂的喷雾口与绝缘层的距离为5cm;所述退火处理的过程为:在空气气氛下加热2h,温度320℃;所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ的厚度为10nm;
所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ的制备过程为:将铟盐、镓盐、锌盐和稳定剂加入混合溶剂中,然后加入超临界二氧化碳反应器中,在体系密封后,通入二氧化碳至20MPa、温度为50℃的条件下搅拌90min,然后泄压,将混合料液加压超声分散30min,得到铟镓锌前驱体溶液;采用超声雾化喷涂方法将铟镓锌前驱体溶液喷涂至氧化铟薄膜层;然后进行退火处理;所述加压超声分散的压力为1.5MPa,频率为55KHz;所述铟盐为乙酰丙酮铟;所述镓盐为乙酰丙酮镓;所述锌盐为乙酰丙酮锌;所述稳定剂为质量比为1:2:1的巯基乙酸、一乙醇胺和乙酰丙酮;所述混合溶剂为体积比为1:2的二甲基甲酰胺和水;所述铟镓锌前驱体溶液中铟离子、镓离子和锌离子的摩尔比为5:2:7;所述铟镓锌前驱体溶液中,铟盐的浓度为0.08mol/L;所述稳定剂与混合溶剂的体积比为1:8;所述超声雾化喷涂方法的工艺参数为:超声频率2MHz、温度40℃、气压为0.3MPa、载气为氮气,且氮气的流量为100mL/min;超声雾化喷涂的喷雾口与绝缘层的距离为6cm;所述退火处理的过程为:在空气气氛下加热2.5h,温度300℃;所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ的厚度为100nm;
经测试,该实施例制备的铟镓锌氧基多层结构薄膜晶体管的迁移率为21.8cm2/V·s,电流开关比4.7×107。
对比例1:
一种薄膜晶体管阵列基板的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、将玻璃基板加入去离子水中,超声清洗,风刀吹干;超声清洗的频率为30KHz,时间为45min;
步骤二、通过磁控溅射工艺在玻璃基板表面沉积金属钼薄膜,并通过黄光工艺和刻蚀工艺对金属钼薄膜进行图案化处理,得到栅电极;栅电极的厚度为120nm;
步骤三、通过等离子体增强化学气相沉积法镀膜工艺在栅电极表面沉积二氧化硅,即绝缘层;所述绝缘层的厚度为220nm;
步骤四、在绝缘层上依次制备铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ、氧化铟薄膜层和铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ,并进行图案化处理,得到有源层;
步骤五、通过磁控溅射工艺在绝缘层及有源层上沉积银金属层,并通过黄光工艺和刻蚀工艺对银金属层进行图案化处理,得到分别接触有源层两侧的源电极和漏电极;源电极和漏电极的厚度为90nm;
其中,所述氧化铟薄膜层通过磁控溅射方法进行制备,其过程为:采用双室高真空射频磁控溅射法,采用氧化铟靶材,以纯度99.99%以上的高纯氩气和/或氧气为溅射气体,生长条件为射频功率120W,氩气和氧气的分压比1sccm:3sccm,生长气压1.2Pa,生长温度:40℃;获得的氧化铟薄膜层的厚度为12nm;
所述氧化铟靶材的制备方法为:取100g氧化铟粉体加入45g水、0.2g分散剂、0.2g消泡剂和3g粘结剂,研磨得到混合浆料;将混合浆液进行喷雾造粒,得到的颗粒装入模具中在液压机中用100MPa下进行压制25min,得到的素坯在冷等静压机中用350MPa进行再次压制12min,然后以2MPa/min的速度进行泄压,得到氧化铟素坯;在空气气氛下,将氧化铟素坯以2℃/h的加热速度加热至550℃,保温8h进行脱脂;将脱脂后的氧化铟素坯放在旋转高温烧结炉中,以1℃/min的速度加热升温至800℃,保温30min,继续以1℃/min的速度加热升温至1100℃,保温60min,然后以0.1℃/min的速度加热升温至1500℃,保温3h,然后以1℃/min的降温速度降温至800℃,然后自然降温,得到氧化铟靶材;所述旋转高温烧结炉的旋转速度为15r/min;所述分散剂为聚乙二醇;所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛;所述消泡剂为正丁醇;所述喷雾造粒的造粒温度设置为220℃,进料速度设置为25r/min;
所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ的制备过程为:将铟盐、镓盐、锌盐和稳定剂加入混合溶剂中,然后加入超临界二氧化碳反应器中,在体系密封后,通入二氧化碳至25MPa、温度为50℃的条件下搅拌60min,然后泄压,将混合料液加压超声分散45min,得到铟镓锌前驱体溶液;采用超声雾化喷涂方法将铟镓锌前驱体溶液喷涂至绝缘层;然后进行退火处理;所述加压超声分散的压力为1.5MPa,频率为55KHz;所述铟盐为乙酰丙酮铟;所述镓盐为乙酰丙酮镓;所述锌盐为乙酰丙酮锌;所述稳定剂为质量比为1:2:1的巯基乙酸、一乙醇胺和乙酰丙酮;所述混合溶剂为体积比为1:2的二甲基甲酰胺和水;所述铟镓锌前驱体溶液中铟离子、镓离子和锌离子的摩尔比为3:1:8;所述铟镓锌前驱体溶液中,铟盐的浓度为0.05mol/L;所述稳定剂与混合溶剂的体积比为1:6;所述超声雾化喷涂方法的工艺参数为:超声频率2MHz、温度40℃、气压为0.3MPa、载气为氮气,且氮气的流量为120mL/min;超声雾化喷涂的喷雾口与绝缘层的距离为5cm;所述退火处理的过程为:在空气气氛下加热2h,温度320℃;所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ的厚度为10nm;
所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ的制备过程为:将铟盐、镓盐、锌盐和稳定剂加入混合溶剂中,然后加入超临界二氧化碳反应器中,在体系密封后,通入二氧化碳至20MPa、温度为50℃的条件下搅拌90min,然后泄压,将混合料液加压超声分散30min,得到铟镓锌前驱体溶液;采用超声雾化喷涂方法将铟镓锌前驱体溶液喷涂至氧化铟薄膜层;然后进行退火处理;所述加压超声分散的压力为1.5MPa,频率为55KHz;所述铟盐为乙酰丙酮铟;所述镓盐为乙酰丙酮镓;所述锌盐为乙酰丙酮锌;所述稳定剂为质量比为1:2:1的巯基乙酸、一乙醇胺和乙酰丙酮;所述混合溶剂为体积比为1:2的二甲基甲酰胺和水;所述铟镓锌前驱体溶液中铟离子、镓离子和锌离子的摩尔比为5:2:7;所述铟镓锌前驱体溶液中,铟盐的浓度为0.08mol/L;所述稳定剂与混合溶剂的体积比为1:8;所述超声雾化喷涂方法的工艺参数为:超声频率2MHz、温度40℃、气压为0.3MPa、载气为氮气,且氮气的流量为100mL/min;超声雾化喷涂的喷雾口与绝缘层的距离为6cm;所述退火处理的过程为:在空气气氛下加热2.5h,温度300℃;所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ的厚度为100nm;
经测试,该实施例制备的铟镓锌氧基多层结构薄膜晶体管的迁移率为18.2cm2/V·s,电流开关比8.8×106。
对比例2:
一种薄膜晶体管阵列基板的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、将玻璃基板加入去离子水中,超声清洗,风刀吹干;超声清洗的频率为30KHz,时间为45min;
步骤二、通过磁控溅射工艺在玻璃基板表面沉积金属钼薄膜,并通过黄光工艺和刻蚀工艺对金属钼薄膜进行图案化处理,得到栅电极;栅电极的厚度为120nm;
步骤三、通过等离子体增强化学气相沉积法镀膜工艺在栅电极表面沉积二氧化硅,即绝缘层;所述绝缘层的厚度为220nm;
步骤四、在绝缘层上依次制备铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ、氧化铟薄膜层和铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ,并进行图案化处理,得到有源层;
步骤五、通过磁控溅射工艺在绝缘层及有源层上沉积银金属层,并通过黄光工艺和刻蚀工艺对银金属层进行图案化处理,得到分别接触有源层两侧的源电极和漏电极;源电极和漏电极的厚度为90nm;
其中,所述氧化铟薄膜层通过磁控溅射方法进行制备,其过程为:采用双室高真空射频磁控溅射法,采用氧化铟靶材,以纯度99.99%以上的高纯氩气和/或氧气为溅射气体,生长条件为射频功率120W,氩气和氧气的分压比1sccm:3sccm,生长气压1.2Pa,生长温度:40℃;获得的氧化铟薄膜层的厚度为12nm;
所述氧化铟靶材的制备方法为:采用低温等离子体对氧化铟粉体进行处理,取100g处理后的氧化铟粉体加入45g水、0.2g分散剂、0.2g消泡剂和3g粘结剂,研磨得到混合浆料;将混合浆液进行喷雾造粒,得到的颗粒装入模具中在液压机中用100MPa下进行压制25min,得到的素坯在冷等静压机中用350MPa进行再次压制12min,然后以2MPa/min的速度进行泄压,得到氧化铟素坯;在空气气氛下,将氧化铟素坯以2℃/h的加热速度加热至550℃,保温8h进行脱脂;将脱脂后的氧化铟素坯放在旋转高温烧结炉中,以1℃/min的速度加热升温至800℃,保温30min,继续以1℃/min的速度加热升温至1100℃,保温60min,然后以0.1℃/min的速度加热升温至1500℃,保温3h,然后以1℃/min的降温速度降温至800℃,然后自然降温,得到氧化铟靶材;所述旋转高温烧结炉的旋转速度为15r/min;采用低温等离子体对氧化铟粉体进行处理的过程为:将氧化铟粉体置于低温等离子体处理仪中处理60s;所述低温等离子体处理仪的气氛为氢气或氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为30KHz,功率为80W,气氛的压强为25Pa;所述分散剂为聚乙二醇;所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛;所述消泡剂为正丁醇;所述喷雾造粒的造粒温度设置为220℃,进料速度设置为25r/min;
所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ的制备过程为:将铟盐、镓盐、锌盐和稳定剂加入混合溶剂中,温度为50℃的条件下搅拌60min,然后泄压,将混合料液加压超声分散45min,得到铟镓锌前驱体溶液;采用超声雾化喷涂方法将铟镓锌前驱体溶液喷涂至绝缘层;然后进行退火处理;所述加压超声分散的压力为1.5MPa,频率为55KHz;所述铟盐为乙酰丙酮铟;所述镓盐为乙酰丙酮镓;所述锌盐为乙酰丙酮锌;所述稳定剂为质量比为1:2:1的巯基乙酸、一乙醇胺和乙酰丙酮;所述混合溶剂为体积比为1:2的二甲基甲酰胺和水;所述铟镓锌前驱体溶液中铟离子、镓离子和锌离子的摩尔比为3:1:8;所述铟镓锌前驱体溶液中,铟盐的浓度为0.05mol/L;所述稳定剂与混合溶剂的体积比为1:6;所述超声雾化喷涂方法的工艺参数为:超声频率2MHz、温度40℃、气压为0.3MPa、载气为氮气,且氮气的流量为120mL/min;超声雾化喷涂的喷雾口与绝缘层的距离为5cm;所述退火处理的过程为:在空气气氛下加热2h,温度320℃;所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ的厚度为10nm;
所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ的制备过程为:将铟盐、镓盐、锌盐和稳定剂加入混合溶剂中,温度为50℃的条件下搅拌90min,然后泄压,将混合料液加压超声分散30min,得到铟镓锌前驱体溶液;采用超声雾化喷涂方法将铟镓锌前驱体溶液喷涂至氧化铟薄膜层;然后进行退火处理;所述加压超声分散的压力为1.5MPa,频率为55KHz;所述铟盐为乙酰丙酮铟;所述镓盐为乙酰丙酮镓;所述锌盐为乙酰丙酮锌;所述稳定剂为质量比为1:2:1的巯基乙酸、一乙醇胺和乙酰丙酮;所述混合溶剂为体积比为1:2的二甲基甲酰胺和水;所述铟镓锌前驱体溶液中铟离子、镓离子和锌离子的摩尔比为5:2:7;所述铟镓锌前驱体溶液中,铟盐的浓度为0.08mol/L;所述稳定剂与混合溶剂的体积比为1:8;所述超声雾化喷涂方法的工艺参数为:超声频率2MHz、温度40℃、气压为0.3MPa、载气为氮气,且氮气的流量为100mL/min;超声雾化喷涂的喷雾口与绝缘层的距离为6cm;所述退火处理的过程为:在空气气氛下加热2.5h,温度300℃;所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ的厚度为100nm;
经测试,该实施例制备的铟镓锌氧基多层结构薄膜晶体管的迁移率为17.4cm2/V·s,电流开关比7.9×106。
对比例3:
一种薄膜晶体管阵列基板的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、将玻璃基板加入去离子水中,超声清洗,风刀吹干;超声清洗的频率为30KHz,时间为45min;
步骤二、通过磁控溅射工艺在玻璃基板表面沉积金属钼薄膜,并通过黄光工艺和刻蚀工艺对金属钼薄膜进行图案化处理,得到栅电极;栅电极的厚度为120nm;
步骤三、通过等离子体增强化学气相沉积法镀膜工艺在栅电极表面沉积二氧化硅,即绝缘层;所述绝缘层的厚度为220nm;
步骤四、在绝缘层上依次制备铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ、氧化铟薄膜层和铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ,并进行图案化处理,得到有源层;
步骤五、通过磁控溅射工艺在绝缘层及有源层上沉积银金属层,并通过黄光工艺和刻蚀工艺对银金属层进行图案化处理,得到分别接触有源层两侧的源电极和漏电极;源电极和漏电极的厚度为90nm;
其中,所述氧化铟薄膜层通过磁控溅射方法进行制备,其过程为:采用双室高真空射频磁控溅射法,采用氧化铟靶材,以纯度99.99%以上的高纯氩气和/或氧气为溅射气体,生长条件为射频功率120W,氩气和氧气的分压比1sccm:3sccm,生长气压1.2Pa,生长温度:40℃;获得的氧化铟薄膜层的厚度为12nm;
所述氧化铟靶材的制备方法为:采用低温等离子体对氧化铟粉体进行处理,取100g处理后的氧化铟粉体加入45g水、0.2g分散剂、0.2g消泡剂和3g粘结剂,研磨得到混合浆料;将混合浆液进行喷雾造粒,得到的颗粒装入模具中在液压机中用100MPa下进行压制25min,得到的素坯在冷等静压机中用350MPa进行再次压制12min,然后以2MPa/min的速度进行泄压,得到氧化铟素坯;在空气气氛下,将氧化铟素坯以2℃/h的加热速度加热至550℃,保温8h进行脱脂;将脱脂后的氧化铟素坯放在旋转高温烧结炉中,以1℃/min的速度加热升温至800℃,保温30min,继续以1℃/min的速度加热升温至1100℃,保温60min,然后以0.1℃/min的速度加热升温至1500℃,保温3h,然后以1℃/min的降温速度降温至800℃,然后自然降温,得到氧化铟靶材;所述旋转高温烧结炉的旋转速度为15r/min;采用低温等离子体对氧化铟粉体进行处理的过程为:将氧化铟粉体置于低温等离子体处理仪中处理60s;所述低温等离子体处理仪的气氛为氢气或氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为30KHz,功率为80W,气氛的压强为25Pa;所述分散剂为聚乙二醇;所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛;所述消泡剂为正丁醇;所述喷雾造粒的造粒温度设置为220℃,进料速度设置为25r/min;
所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ的制备过程为:将铟盐、镓盐、锌盐和稳定剂加入混合溶剂中,然后加入超临界二氧化碳反应器中,在体系密封后,通入二氧化碳至25MPa、温度为50℃的条件下搅拌60min,然后泄压,将混合料液搅拌45min,得到铟镓锌前驱体溶液;采用超声雾化喷涂方法将铟镓锌前驱体溶液喷涂至绝缘层;然后进行退火处理;所述铟盐为乙酰丙酮铟;所述镓盐为乙酰丙酮镓;所述锌盐为乙酰丙酮锌;所述稳定剂为质量比为1:2:1的巯基乙酸、一乙醇胺和乙酰丙酮;所述混合溶剂为体积比为1:2的二甲基甲酰胺和水;所述铟镓锌前驱体溶液中铟离子、镓离子和锌离子的摩尔比为3:1:8;所述铟镓锌前驱体溶液中,铟盐的浓度为0.05mol/L;所述稳定剂与混合溶剂的体积比为1:6;所述超声雾化喷涂方法的工艺参数为:超声频率2MHz、温度40℃、气压为0.3MPa、载气为氮气,且氮气的流量为120mL/min;超声雾化喷涂的喷雾口与绝缘层的距离为5cm;所述退火处理的过程为:在空气气氛下加热2h,温度320℃;所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ的厚度为10nm;
所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ的制备过程为:将铟盐、镓盐、锌盐和稳定剂加入混合溶剂中,然后加入超临界二氧化碳反应器中,在体系密封后,通入二氧化碳至20MPa、温度为50℃的条件下搅拌90min,然后泄压,将混合料液搅拌30min,得到铟镓锌前驱体溶液;采用超声雾化喷涂方法将铟镓锌前驱体溶液喷涂至氧化铟薄膜层;然后进行退火处理;所述铟盐为乙酰丙酮铟;所述镓盐为乙酰丙酮镓;所述锌盐为乙酰丙酮锌;所述稳定剂为质量比为1:2:1的巯基乙酸、一乙醇胺和乙酰丙酮;所述混合溶剂为体积比为1:2的二甲基甲酰胺和水;所述铟镓锌前驱体溶液中铟离子、镓离子和锌离子的摩尔比为5:2:7;所述铟镓锌前驱体溶液中,铟盐的浓度为0.08mol/L;所述稳定剂与混合溶剂的体积比为1:8;所述超声雾化喷涂方法的工艺参数为:超声频率2MHz、温度40℃、气压为0.3MPa、载气为氮气,且氮气的流量为100mL/min;超声雾化喷涂的喷雾口与绝缘层的距离为6cm;所述退火处理的过程为:在空气气氛下加热2.5h,温度300℃;所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ的厚度为100nm;
经测试,该实施例制备的铟镓锌氧基多层结构薄膜晶体管的迁移率为17.9cm2/V·s,电流开关比8.1×106。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实例。
Claims (8)
1.一种薄膜晶体管阵列基板的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、将玻璃基板加入去离子水中,超声清洗,风刀吹干;
步骤二、通过磁控溅射工艺在玻璃基板表面沉积金属薄膜,并进行图案化处理,得到栅电极;
步骤三、通过等离子体增强化学气相沉积法镀膜工艺在栅电极表面沉积二氧化硅,即绝缘层;
步骤四、在绝缘层上依次制备铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ、氧化铟薄膜层和铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ,并进行图案化处理,得到有源层;
步骤五、通过磁控溅射工艺在绝缘层及有源层上沉积金属层,并通过对金属层进行图案化处理,得到分别接触有源层两侧的源电极和漏电极;
其中,所述氧化铟薄膜层通过磁控溅射方法进行制备,其过程为:采用双室高真空射频磁控溅射法,采用氧化铟靶材,以纯度99.99%以上的高纯氩气和/或氧气为溅射气体,生长条件为射频功率50~180W,氩气和氧气的分压比1sccm:3sccm,生长气压0.8~1.2Pa,生长温度:25~85℃;获得的氧化铟薄膜层的厚度为10~20nm;
所述氧化铟靶材的制备方法为:采用低温等离子体对氧化铟粉体进行处理,按重量份,取100份处理后的氧化铟粉体加入30~50份水、0.1~0.3份分散剂、0.1~0.2份消泡剂和2~3份粘结剂,研磨得到混合浆料;将混合浆液进行喷雾造粒,得到的颗粒装入模具中在液压机中用80~100MPa下进行压制20~25min,得到的素坯在冷等静压机中用300~350MPa进行再次压制10~15min,然后以1~3MPa/min的速度进行泄压,得到氧化铟素坯;在空气气氛下,将氧化铟素坯以1~5℃/h的加热速度加热至500℃~600℃,保温5~8h进行脱脂;将脱脂后的氧化铟素坯放在旋转高温烧结炉中,以1℃/min的速度加热升温至500~800℃,保温30min,继续以1℃/min的速度加热升温至1000~1200℃,保温60min,然后以0.1℃/min的速度加热升温至1350~1550℃,保温3~4h,然后以1℃/ min的降温速度降温至800℃,然后自然降温,得到氧化铟靶材;所述旋转高温烧结炉的旋转速度为10~15r/min。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板的制造方法,其特征在于,采用低温等离子体对氧化铟粉体进行处理的过程为:将氧化铟粉体置于低温等离子体处理仪中处理60~90s;所述低温等离子体处理仪的气氛为氢气或氩气;所述低温等离子体处理仪的频率为30~50KHz,功率为80~100W,气氛的压强为25~35Pa。
3.如权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板的制造方法,其特征在于,所述分散剂为聚乙二醇;所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛;所述消泡剂为正丁醇;所述喷雾造粒的造粒温度设置为180~220℃,进料速度设置为10~25r/min。
4.如权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板的制造方法,其特征在于,所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ的制备过程为:将铟盐、镓盐、锌盐和稳定剂加入混合溶剂中,然后加入超临界二氧化碳反应器中,在体系密封后,通入二氧化碳至12~26MPa、温度为40℃~60℃的条件下搅拌45~90min,然后泄压,将混合料液加压超声分散30~45min,得到铟镓锌前驱体溶液;采用超声雾化喷涂方法将铟镓锌前驱体溶液喷涂至绝缘层;然后进行退火处理;所述加压超声分散的压力为1~1.8MPa,频率为55~65KHz;所述铟盐为乙酰丙酮铟;所述镓盐为乙酰丙酮镓;所述锌盐为乙酰丙酮锌;所述稳定剂为质量比为1:2:1的巯基乙酸、一乙醇胺和乙酰丙酮;所述混合溶剂为体积比为1:2~3的二甲基甲酰胺和水;所述铟镓锌前驱体溶液中铟离子、镓离子和锌离子的摩尔比为3:1:8;所述铟镓锌前驱体溶液中,铟盐的浓度为0.05~0.08mol/L;所述稳定剂与混合溶剂的体积比为1:6~8;所述超声雾化喷涂方法的工艺参数为:超声频率1.5~2.5MHz、温度35~40℃、气压为0.3~0.4MPa、载气为氮气,且氮气的流量为100~120mL/min;超声雾化喷涂的喷雾口与绝缘层的距离为4~6cm;所述退火处理的过程为:在空气气氛下加热1.5~2.5h,温度300~350℃;所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅰ的厚度为10nm。
5.如权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板的制造方法,其特征在于,所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ的制备过程为:将铟盐、镓盐、锌盐和稳定剂加入混合溶剂中,然后加入超临界二氧化碳反应器中,在体系密封后,通入二氧化碳至12~26MPa、温度为40℃~60℃的条件下搅拌45~90min,然后泄压,将混合料液加压超声分散30~45min,得到铟镓锌前驱体溶液;采用超声雾化喷涂方法将铟镓锌前驱体溶液喷涂至氧化铟薄膜层;然后进行退火处理;所述加压超声分散的压力为1~1.8MPa,频率为55~65KHz;所述铟盐为乙酰丙酮铟;所述镓盐为乙酰丙酮镓;所述锌盐为乙酰丙酮锌;所述稳定剂为质量比为1:2:1的巯基乙酸、一乙醇胺和乙酰丙酮;所述混合溶剂为体积比为1:2~3的二甲基甲酰胺和水;所述铟镓锌前驱体溶液中铟离子、镓离子和锌离子的摩尔比为5:2:7;所述铟镓锌前驱体溶液中,铟盐的浓度为0.05~0.08mol/L;所述稳定剂与混合溶剂的体积比为1:6~8;所述超声雾化喷涂方法的工艺参数为:超声频率1.5~2.5MHz、温度35~40℃、气压为0.3~0.4MPa、载气为氮气,且氮气的流量为100~120mL/min;超声雾化喷涂的喷雾口与绝缘层的距离为4~6cm;所述退火处理的过程为:在空气气氛下加热1.5~2.5h,温度300~350℃;所述铟镓锌氧化物薄膜层Ⅱ的厚度为50~120nm。
6.如权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板的制造方法,其特征在于,所述步骤二中,金属薄膜的材料为钼、铝中的任意一种;所述步骤五中,金属层为的材料为钼、铝、银中的任意一种。
7.如权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板的制造方法,其特征在于,所述绝缘层的厚度为60~260nm;栅电极的厚度为60~220nm;源电极和漏电极的厚度为20~300nm。
8.如权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板的制造方法,其特征在于,所述步骤一中,超声清洗的频率为35~45KHz,时间为30~45min。
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