TW201309826A - 氧化亞錫薄膜的製作方法 - Google Patents
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Abstract
一種氧化亞錫(SnO)薄膜的製作方法，係採用含錫之氧化物(SnO,SnO2)之靶材，藉由含氫氣(H2)的物理氣相沉積(PVD)製程及後退火製程(Post-annealing)，可以獲得含氧化亞錫材料。此製程相較於不含氫氣的鍍膜製程，具有較佳的氧化亞錫結晶方向，較佳之電性，並可以降低後退火製程所需之製程溫度。
Description
本發明涉及一種濺鍍製程的方法，尤其是涉及一種將含有錫的氧化物的靶材，搭配含氫氣的濺鍍製程，可以獲得含氧化亞錫薄膜的方法。
透明氧化物薄膜電晶體理論問世之後，立刻吸引許多研究人員關注，擴大了氧化物薄膜電晶體的研究與發展，目前氧化物薄膜電晶體元件特性表現已超越非晶矽與有機半導體，甚至逼近多晶矽，展現實際應用的潛力。氧化物半導體薄膜電晶體之所以能夠引起廣泛的注目，最重要的是其特殊的電子結構以及載子傳輸特性。
近年來液晶顯示器產業蓬勃發展，這其中非晶矽薄膜電晶體(amorphous Si TFT,a-Si TFT)扮演了很重要的角色。然而非晶矽的載子移動率相當有限，在面板設計與應用上仍然會碰到許多限制。而目前氧化物半導體薄膜電晶體，載子移動率與穩定性亦可比非晶矽高得多，甚至可逼近多晶矽。
另有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diodes,OLED)與顯示器技術，近年來被視為重要之次世代顯示器技術。然而，缺乏適當的驅動薄膜電晶體背板技術(backplane technology)一直是主動矩陣的有機發光二極體(AMOLED)始終無法有效量產的主要因素之一；液晶顯示器常用的非晶矽薄膜電晶體(amorphous Si TFT,a-Si TFT)，因其載子移動率低(<1cm2/Vs)，電流操作情況下可靠度較低，不適用於驅動主動矩陣的有機發光二極體；若使用低溫多晶矽薄膜電晶體(polycrystalline Si TFT,p-Si TFT)來驅動有機發光二極體，則會因為其多晶結構與製程，有元件特性不均勻的現象，並進一步造成畫素顯示不均勻/畫質等問題，此外多晶矽薄膜電晶體之製程較非晶矽薄膜電晶體複雜，因而還有成本較高以及放大到大尺寸面板困難等量產性的問題。
氧化物半導體薄膜電晶體以其低溫製程特性，以及較非晶矽薄膜電晶體及有機薄膜電晶體為佳之電性，也逐漸成為一重要的軟性電晶體技術選項。
隨著氧化物薄膜電晶體技術之發展，目前已發表的氧化物半導體薄膜電晶體主要為n型，P型氧化物半導體薄膜電晶體製作困難度較高。然而，在薄膜電晶體的實際應用上，無論是應用於顯示器之驅動背板技術或是形成整合/積體電路，P型氧化物半導體薄膜電晶體之開發有其關鍵之必要性。而氧化亞錫為其中一種P型氧化物半導體特性的材料，具備無毒性、成份單純、成本低廉等優點，有潛力發展為成熟的P型氧化物半導體元件。
根據習知文獻指出，氧化亞錫製程的成長溫度需維持在525°C或大於300℃的後退火製程。然而，高溫製程中易使基板產生劣化等諸多問題。
爰此之故，申請人有鑑於習知技術之缺失，乃思一降低製程溫度、減少熱效應對於半導體層、金屬層的影響，同時可以應用於軟性基板之製備而不至於製程中使基板產生劣化的方法，進而發明出本案「氧化亞錫薄膜的製作方法」，用以改善上述習用手段之缺失。
本發明的目的在提供一種製備氧化亞錫之物理氣相沉積方法，靶材採用一般含有錫的氧化物成份的靶材，並於物理氣相沉積過程中使用含氫氣的製程氣體，搭配後退火製程(Post-annealing)，可以獲得氧化亞錫材料。相較於未使用氫氣做為製程氣體的製程方式，可適用的靶材成份範圍較廣，此外，亦使退火後氧化亞錫結晶性較佳，所需後退火溫度亦可降低(低於270℃)。並可藉由製程調整獲得具有單一結晶方向的氧化亞錫材料，提升p型載子遷移率與電性。
為達前述目的，本發明提供一種氧化亞錫薄膜的製作方法，其使用一靶材於一物理氣相沉積製程，該方法包含下列步驟：(a)將該靶材置入一真空腔體；(b)通入一製程氣體於該真空腔體；(c)置一基板於該靶材之一面以聚積由該靶材所釋出之材料；(d)形成一薄膜於該基板上；以及(e)將該薄膜施以一後退火製程。其中，該靶材係一含有錫(Sn)的氧化物，該製程氣體係一含氫之氣體。
根據上述構想，其中該退火製程溫度可低於270℃。
根據上述構想，其中該氧化亞錫薄膜可應用於氧化物薄膜電晶體。
因此本發明的效能不僅有效提供一種製備氧化亞錫之物理氣相沉積方法，靶材採用含有錫之氧化物成份的靶材，於-物理氣相沉積過程中使用含氫氣的製程氣體，搭配後退火製程(Post-annealing)，可獲得氧化亞錫材料。使用含氫氣之製程，可使退火後氧化亞錫具有較佳的結晶方向，所需後退火溫度亦可降低(低於270℃)，由於製程溫度降低可以減少熱效應對於半導體層、金屬層的影響，並可以應用於軟性基板之製備而不至於製程中使基板產生劣化，因此本發明符合產業的需求。
本案將可由以下的實施例說明而得到充分瞭解，使得熟習本技藝之人士可據以完成，然本案之實施並非可由下列實施例而被限制其實施型態。
請參見第1圖，其顯示本發明完成氧化亞錫薄膜之製作流程圖。首先，將含有錫之氧化物之靶材放入一真空腔體中11，該錫/氧化錫靶材須置於濺鍍槍上方(靶材後方有電極)，接著，將該真空腔體抽真空12，並在該真空腔體中通入製程氣體，並控制壓力為0.1~103 mTorr 13，於本實施例中，該製程氣體係選自下列群組之一：氬、惰性族群氣體(inert gas)及氬+含氫氣體，接著，於靶材背後電極(濺鍍槍)施加射頻(RF)電壓，此時靶材周圍產生電漿(plasma)，電漿中帶電離子轟擊靶材表面，將靶材材料濺鍍出來14。於靶材之一面放置一基板，濺鍍出之材料會沉積於靶材表面形成一薄膜15。將鍍有薄膜的該基板從該真空腔體中取出16，將鍍有薄膜的該基板置入高溫退火(annealing)爐中17。將高溫退火爐溫度由室溫升溫至高溫(此溫度稱為退火溫度)，持溫一段時間，再降至室溫18，即完成氧化亞錫薄膜製備19。
本實施例中所使用一含有錫之氧化物靶材(A)為如第2圖所示。第3圖所示為以X光繞射分析儀分析此一含有錫之氧化物靶材(A)之成分及結果。其中，縱軸代表強度，橫軸代表繞射角度，由圖示可知此含有錫之氧化物靶材(A)無氧化亞錫成分，錫及氧化錫信號則分布於各對應之結晶相角度，另其中之鋁(Al)訊號來自於X光繞射分析儀量測時之容器本身。
請參見第4圖，其顯示以X光繞射分析儀分析一含錫之氧化物靶材(A)分別以氬/氫及氬作為製程氣體所濺鍍之樣品，其中，氬/氫樣本經過200℃真空後退火，氬氣樣本分別經過200及500℃真空後退火。發現氬/氫製程較氬氣製程具備兩項優勢。第一個優點為氧化亞錫結晶性之提升，由圖示可知氬/氫製程較氬氣製程具有更好的氧化亞錫結晶性。第二個優點為後退火溫度的降低。使用氬/氫製程，只需約200℃後退火即可形成顯著之氧化亞錫結晶，相較於氬氣製程(至少需要500℃後退火才有結晶)，適合用玻璃基板製作且更具量產優勢。
請參見第5圖，其顯示以X光繞射分析儀分析一含錫之氧化物靶材(A)所濺鍍的氧化亞錫薄膜，以氬/氫為製程氣體，調整濺鍍工作功率高低，所有樣本皆經過300℃真空後退火製程之結果。由圖示可以發現較高的工作功率具有較為均一的氧化亞錫結晶方向，如氧化亞錫(101)的結晶方向。由圖示亦可發現，隨著工作功率降低，另一氧化亞錫(110)結晶方向強度則漸增。
請參見第6圖，其顯示以霍爾效應量測儀分析一含錫之氧化物靶材(A)所濺鍍的氧化亞錫薄膜，以氬/氫為製程氣體，調整濺鍍工作功率高低，所有樣本皆經過300℃真空後退火製程之結果，其中，(a)為電阻率、(b)為電子遷移率及(c)為載子濃度。觀察霍爾量測結果可以發現，具有單一結晶方向的高功率樣本，有較高的電洞遷移率，最高為2.4 cm2/Vs。此結果證明使用濺鍍方式可以得到高品質的氧化亞錫薄膜。
請參見第7圖，其顯示以X光繞射分析儀分析一含錫之氧化物靶材(A)所濺鍍的氧化亞錫薄膜，分別以三種氬/氫流量比例(30/3,35/1.5,35/0.5)作為製程氣體，所有樣本皆經過300℃真空後退火製程之結果。由圖示可以發現過低的氫流量(35/0.5)，無法形成氧化亞錫結晶。反之，過高的氫流量(30/3)亦造成氧化亞錫(110)結晶方向的強化，形成多結晶方向的氧化亞錫薄膜。
請參見第8圖，其顯示以霍爾效應量測儀分析一含錫之氧化物靶材(A)所濺鍍的氧化亞錫薄膜，分別以三種氬/氫流量比例(30/3,35/1.5,35/0.5)作為製程氣體，所有樣本皆經過300℃真空後退火製程之結果，其中，(a)為電阻率、(b)為電子遷移率及(c)為載子濃度。由霍爾量測分析可知，具有單一氧化亞錫結晶方向的氧化亞錫薄膜具有最佳的電洞遷移率，此結果與上述功率效應不謀而合。由以上分析可知，氬/氫比例不宜過低或過高。依此實施例，氬/氫最佳的流量比例為35/1.5。另，多結晶方向薄膜將降低電洞遷移率。
請參見第9圖，其顯示以X光繞射分析儀分析另一含錫之氧化物靶材(B)的靶材成分及結果，靶材(B)之氧化錫/錫比例較靶材(A)高。由圖示可知此氧化錫靶材無氧化亞錫成分，相較於第2圖，氧化錫成份比例明顯高於錫成份比例。
請參見第10圖，其顯示以X光繞射分析儀分析另一含錫之氧化物靶材(B)，分別以氬/氫、氬作為製程氣體，並且經過500℃真空後退火之結果。由圖示可以發現製程氣體加入氫後，氧化亞錫相位的結晶性可以顯著提升。因此，可以確定氬/氫氣體製程較氬氣體製程具有更好的氧化亞錫結晶方向，結晶性亦更佳。由此可知，含氫工作氣體可以幫助氧化亞錫相位的形成，且可使用的靶材成份範圍較大。
請參見第11圖：其顯示使用第5圖高工作功率實驗條件所鍍製之氧化亞錫薄膜應用於P型薄膜電晶體之示意圖，其中(a)為結構圖、(b)為光學顯微鏡圖。圖(a)中，首先使用n+-Si(重摻雜N型矽)/二氧化矽(SiO2)基板(以n+-Si作為電晶體閘極，以氧化錫作為閘極絕緣層)，並於上方鍍製氧化亞錫薄膜(作為半導體層)，最後使用遮罩鍍製圖案化的鉬(Mo)金屬電極(做為源極與汲極)。此元件經過真空退火後，具有顯著之P型電晶體特性，代表氧化亞錫內主要之電流載子為電洞。
請參見第12圖，其顯示使用第5圖高工作功率實驗條件所鍍製之氧化亞錫薄膜應用於P型薄膜電晶體電性分析圖，其中(a)為Id-Vg圖，(b)為Id-Vd圖。由電性分析可以估算出此電晶體線性載子遷移率約為0.15 cm2/Vs，Ion/Ioff比率大於10。由此可知，使用含氫氣體搭配含氧化錫之靶材，可以成功製作P型氧化物薄膜電晶體。
綜上所述，本發明提出了一種有效氧化亞錫薄膜的製作方法，其採用一般的含錫氧化物材料，搭配含氫的製程氣體，即可輕易製成氧化亞錫薄膜，同時該氧化亞錫薄膜更可應用於薄膜電晶體之製程，未來應用於電子產業前景可期，符合市場需求。
以上所述之實施例僅為說明本發明之最佳實施例原理及其功效，而非用以限制本發明。因此，熟悉本技藝之人士可在不違背本發明之精神對上述實施例進行修改及變化，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
11-19．．．步驟
第1圖：顯示本發明完成氧化亞錫薄膜之製作流程圖。
第2圖：顯示一含有錫之氧化物靶材(A)。
第3圖：顯示以X光繞射分析儀分析一含有錫之氧化物之靶材(A)之成分及結果。
第4圖：顯示以X光繞射分析儀分析一含錫之氧化物靶材(A)分別以氬/氫及氬作為製程氣體所濺鍍之樣品，其中，氬/氫樣本經過200℃真空後退火，氬氣樣本分別經過200及500℃真空後退火。
第5圖：顯示以X光繞射分析儀分析一含錫之氧化物靶材(A)所濺鍍的氧化亞錫薄膜，以氬/氫為製程氣體，調整濺鍍工作功率高低，所有樣本皆經過300℃真空後退火製程之結果。
第6圖：顯示以霍爾效應量測儀分析一含錫之氧化物靶材(A)所濺鍍的氧化亞錫薄膜，以氬/氫為製程氣體，調整濺鍍工作功率高低，所有樣本皆經過300℃真空後退火製程之結果，其中，(a)為電阻率、(b)為電子遷移率及(c)為載子濃度。
第7圖：顯示以X光繞射分析儀分析一含錫之氧化物靶材(A)所濺鍍的氧化亞錫薄膜，分別以三種氬/氫流量比例(30/3,35/1.5,35/0.5)作為製程氣體，所有樣本皆經過300℃真空後退火製程之結果。由圖示可以發現過低的氫流量(35/0.5)，無法形成氧化亞錫結晶。反之，過高的氫流量(30/3)亦造成氧化亞錫(110)結晶方向的強化，形成多結晶方向的氧化亞錫薄膜。
第8圖：顯示以霍爾效應量測儀分析一含錫之氧化物靶材(A)所濺鍍的氧化亞錫薄膜，分別以三種氬/氫流量比例(30/3,35/1.5,35/0.5)作為製程氣體，所有樣本皆經過300℃真空後退火製程之結果，其中，(a)為電阻率、(b)為電子遷移率及(c)為載子濃度。
第9圖：顯示以X光繞射分析儀分析一含有錫之氧化物之靶材(B)之成分及結果，靶材(B)之氧化錫/錫比例較靶材(A)高。
第10圖：顯示以X光繞射分析儀分析一含錫之氧化物靶材(B)所鍍製的氧化亞錫薄膜，分別以氬/氫、氬作為製程氣體，並且經過500℃真空後退火之結果。
第11圖：顯示使用第5圖高工作功率實驗條件所鍍製之氧化亞錫薄膜應用於P型薄膜電晶體之示意圖，其中(a)為結構圖、(b)為光學顯微鏡圖。
第12圖：顯示使用第5圖高工作功率實驗條件所鍍製之氧化亞錫薄膜應用於P型薄膜電晶體電性分析圖，其中(a)為Id-Vg圖，(b)為Id-Vd圖。
11-19．．．步驟
Claims (3)
- 一種氧化亞錫薄膜的製作方法，其使用一靶材於一物理氣相沉積製程，該方法包含下列步驟：(a)將該靶材置入一真空腔體；(b)通入一製程氣體於該真空腔體；(c)置一基板於該靶材之一面以聚積由該靶材所釋出之材料；(d)形成一薄膜於該基板上；以及(e)將該薄膜施以一後退火製程。其中，該靶材係一含有錫的氧化物，該製程氣體係一含氫的氣體。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該退火製程溫度可低於270℃。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該氧化亞錫薄膜可應用於氧化物薄膜電晶體。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| TW100131036A TW201309826A (zh) | 2011-08-30 | 2011-08-30 | 氧化亞錫薄膜的製作方法 |
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| TW100131036A TW201309826A (zh) | 2011-08-30 | 2011-08-30 | 氧化亞錫薄膜的製作方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family Applications (1)
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102477533A (zh) * | 2010-11-26 | 2012-05-30 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 壳体及其制作方法 |
| CN106206245A (zh) * | 2015-05-08 | 2016-12-07 | 清华大学 | 氧化亚锡薄膜的制备方法 |
| TWI564247B (zh) * | 2015-05-08 | 2017-01-01 | 鴻海精密工業股份有限公司 | 錫氧化物靶材及其製備方法 |
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2011
- 2011-08-30 TW TW100131036A patent/TW201309826A/zh unknown
Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN102477533A (zh) * | 2010-11-26 | 2012-05-30 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 壳体及其制作方法 |
| CN102477533B (zh) * | 2010-11-26 | 2015-03-11 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 壳体及其制作方法 |
| CN106206245A (zh) * | 2015-05-08 | 2016-12-07 | 清华大学 | 氧化亚锡薄膜的制备方法 |
| TWI564247B (zh) * | 2015-05-08 | 2017-01-01 | 鴻海精密工業股份有限公司 | 錫氧化物靶材及其製備方法 |
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