一種在柔性襯底上的薄膜晶體管的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在柔性襯底上的薄膜晶體管的制備方法。本發(fā)明在柔性塑料的襯底上制備薄膜晶體管，采用摻鋁的氧化鋅半導(dǎo)體材料作為透明半導(dǎo)體導(dǎo)電的溝道層，在制備過程中采用獨(dú)特工藝加入適量的氧氣使摻鋁的氧化鋅呈現(xiàn)出半導(dǎo)體特性，并且顯示出高遷移特性，有效的提高了薄膜晶體管的性能。同時(shí)，氧化鋅鋁薄膜是環(huán)保材料，工藝簡單，具有廣泛的應(yīng)用前景。而且，本發(fā)明采用同時(shí)制備絕緣柵介質(zhì)層和半導(dǎo)體溝道層的制備方法，簡化了制備工藝，并且有效的改進(jìn)了柔性襯底上薄膜之間的界面態(tài)，提高了器件性能，同時(shí)降低了制作成本低，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說明】一種在柔性襯底上的薄膜晶體管的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于平板顯示領(lǐng)域，具體涉及一種在柔性襯底上的薄膜晶體管的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]柔性顯示技術(shù)是近年來顯示領(lǐng)域的熱門話題。有關(guān)柔性顯示的研究和應(yīng)用受到國內(nèi)外顯示領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。一種新型的顯示技術(shù)正在悄然升起，這將為顯示行業(yè)帶來革命性的影響。柔性顯示被普遍認(rèn)為是下一代的新型顯示器，它將會在電子紙、電子地圖、大幅廣告、手機(jī)、計(jì)算機(jī)、國防軍事等多方面具有非常廣泛的應(yīng)用前景和巨大的商業(yè)潛力。不論是早期使用的陰極射線顯示器CRT (Cathode Ray Tude)，還是現(xiàn)今主流的液晶顯示器IXD(Liquid Crystal Display),都屬于傳統(tǒng)的剛性顯示器。與傳統(tǒng)的剛性顯示器相比,柔性顯示器具有很多優(yōu)點(diǎn):體積小，重量輕、可折疊、攜帶更加方便；耐沖擊，抗震能力更強(qiáng)；可以使用類似于報(bào)紙印刷工藝的軸對軸式工藝，制造成本更加低廉，有利于大批量生產(chǎn)；適合制作大面積顯示器等等。其中，柔性薄膜晶體管的工藝技術(shù)是十分關(guān)鍵的技術(shù)，近來發(fā)展了一種基于氧化鋅基的新型薄膜晶體管技術(shù)，這種薄膜晶體管由于其低溫工藝等特點(diǎn)有利于在柔性襯底上使用。
[0003]氧化鋅半導(dǎo)體薄膜材料之所以受到廣泛關(guān)注是因?yàn)樗哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn):
[0004](I)易于制備:很多制備方法都可以獲得特性良好的氧化鋅半導(dǎo)體薄膜材料，比如我們常用的磁控濺射法、分子束外延法MBE、溶膠-凝膠法Sol-Gel、金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀法M0CVD、真空蒸鍍法、原子層淀積法ALD等等工藝制備法都能用來研究氧化鋅半導(dǎo)體薄膜材料；
[0005](2)制備溫度低:氧化鋅半導(dǎo)體薄膜材料在很低的溫度下就可以制備得到，這有利于應(yīng)用在玻璃甚至塑料襯底上制備薄膜晶體管的低溫工藝要求，非常適合使用在平板顯示和柔性顯示中；
[0006](3)透明度高:氧化鋅是寬禁帶半導(dǎo)體材料，在可見光范圍內(nèi)透過率可以達(dá)到80%以上，用于平板顯示中可以增大光透過率，增大開口率；
[0007](4)電學(xué)性能好:氧化鋅半導(dǎo)體薄膜材料具有良好的電學(xué)特性，電子遷移率比傳統(tǒng)的非晶硅半導(dǎo)體薄膜材料高得多，并且穩(wěn)定性能好；
[0008](5)無毒、環(huán)保材料:氧化鋅半導(dǎo)體薄膜材料沒有毒性，是無毒環(huán)保材料，目前半導(dǎo)體行業(yè)使用的一些材料是有毒材料，會對環(huán)境造成污染，使用無毒環(huán)保材料有利于保護(hù)環(huán)境;
[0009](6)材料價(jià)格低:鋅在地球中的含量非常豐富，不會像銦一樣是稀有金屬，因此價(jià)格低廉，這對半導(dǎo)體這種高成本的行業(yè)來說，無疑是非常吸引人的優(yōu)點(diǎn)。
[0010]目前，關(guān)于氧化鋅基半導(dǎo)體薄膜材料的研究有很多，比如氧化鋅鎵ZnO+ Ga2O3,氧化鋅銦ZnO + In2O3,氧化鋅鎘ZnO + Gd2O3,氧化鋅鎂ZnO + MgO,氧化鋅銦鎵(IndiumGallium Zinc Oxide) IGZO等等。其中，IGZO是目前最被看好的透明半導(dǎo)體材料,然而由于材料中的銦In是稀有元素，地球中含量稀少而且有毒，制備本高而且不環(huán)保，因此很難在大規(guī)模生中應(yīng)用。氧化鋅鋁ZnCHAl2O3還較少有人研究，而且氧化鋅鋁通常被當(dāng)成透明的導(dǎo)電材料研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011 ] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出本發(fā)明。
[0012]本發(fā)明的目的在于提供一種薄膜晶體管的制備方法。
[0013]本發(fā)明的方法制備的薄膜晶體管包括:襯底、柵電極、柵介質(zhì)層、溝道層、源電極和漏電極，其中，襯底為柔性塑料，在襯底上形成柵電極，在柵電極上形成柵介質(zhì)層，在柵介質(zhì)層上形成溝道層，以及在溝道層的兩端分別形成源電極和漏電極，溝道層的材料采用摻鋁的氧化鋅半導(dǎo)體材料，其中鋁的含量為1%~10% (質(zhì)量)。
[0014]柵電極的材料為氧化銦錫ITO或氧化鋅鋁AZO等的透明的導(dǎo)電材料。
[0015]柵介質(zhì)層的材料采用二氧化硅或者氮化硅等的絕緣材料。
[0016]源電極和漏電極為氧化銦錫ITO或氧化鋅鋁AZO等的透明的導(dǎo)電材料。
[0017]本發(fā)明的薄膜晶體管的制備方法包括以下步驟:
[0018]1)在柔性塑料的襯底上生長一層透明的導(dǎo)電薄膜，光刻刻蝕形成柵電極；
[0019]2)光刻柵介質(zhì)層和溝道層的圖案，生長一層絕緣材料作為柵介質(zhì)層，緊接著生長一層摻鋁的氧化鋅半導(dǎo)體材料，然后同時(shí)剝離出柵介質(zhì)層和半導(dǎo)體溝道層；
[0020]3)生長一層導(dǎo)電薄膜，光刻刻蝕形成源電極和漏電極；
[0021]4)生長一層鈍化介質(zhì)層，光刻和刻蝕形成柵電極、源電極和漏電極的引出孔；
[0022]5)生長一層金屬薄膜,光刻和刻蝕形成金屬電極和互連。
[0023]其中，在步驟I)中，形成柵電極所生長的導(dǎo)電薄膜采用氧化銦錫ITO或氧化鋅鋁AZO等的透明的導(dǎo)電材料。
[0024]在步驟2)中，形成柵介質(zhì)層所生長的絕緣材料采用二氧化硅或者氮化硅等的絕緣材料。
[0025]在步驟2)中，利用濺射工藝生長一層摻鋁的氧化鋅半導(dǎo)體材料形成溝道層，并且在濺射過程中加入3%~20% (氣體流量)適量的氧氣；濺射使用的靶材為摻鋁的氧化鋅陶瓷靶，其中鋁的含量為1%~10% (質(zhì)量)。
[0026]在步驟3)中，形成源電極和漏電極所生長的導(dǎo)電薄膜采用氧化銦錫ITO或氧化鋅鋁AZO等的透明的導(dǎo)電材料。
[0027]本發(fā)明的有益效果:
[0028]本發(fā)明提供了一種在柔性襯底上的薄膜晶體管的制備方法，采用摻鋁的氧化鋅半導(dǎo)體材料作為透明半導(dǎo)體導(dǎo)電的溝道層，在制備過程中采用獨(dú)特工藝加入適量的氧氣使摻鋁的氧化鋅呈現(xiàn)出半導(dǎo)體特性，并且顯示出高遷移特性，有效的提高了薄膜晶體管的性能。同時(shí)，氧化鋅鋁薄膜是環(huán)保材料，工藝簡單，制備成本低，適用于透明顯示和柔性顯示技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景。而且，本發(fā)明采用同時(shí)制備絕緣柵介質(zhì)層和半導(dǎo)體溝道層的制備方法，簡化了制備工藝，并且有效的改進(jìn)了柔性襯底上薄膜之間的界面態(tài)，提高了器件性能，同時(shí)降低了制作成本低，適用于大規(guī)模生產(chǎn)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0029]圖1為采用本發(fā)明的制備方法制備的在柔性襯底上的薄膜晶體管的剖面圖；
[0030]圖2為采用本發(fā)明的制備方法制備的在柔性襯底上的薄膜晶體管的俯視圖；
[0031]圖3 (a)~(e)依次示出了本發(fā)明的在柔性襯底上的薄膜晶體管的制備方法的一個(gè)實(shí)施例的主要工藝步驟，其中，(a)為柔性襯底的結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為形成柵電極的工藝步驟，(c)為形成柵介質(zhì)層和溝道層的光刻圖案的工藝步驟，Cd)為同時(shí)剝離形成柵介質(zhì)層和溝道層的工藝步驟，Ce)為形成源電極和漏電極的工藝步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0033]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的薄膜晶體管包括:襯底1、柵電極2、柵介質(zhì)層3、溝道層4、源電極和漏電極5，其中，在襯底I上形成柵電極2，在柵電極2上形成柵介質(zhì)層3，在柵介質(zhì)層3上形成溝道層4，以及在溝道層4的兩端分別形成源電極和漏電極5。
[0034]本發(fā)明的薄膜晶體管的制備制作方法的一個(gè)實(shí)施例由圖3 (a)至(e)所示，包括以下步驟:
[0035]I)采用柔性的塑 料作為襯底1，如圖3 (a)所示，在襯底I上采用磁控濺射技術(shù)生長一層10-100納米厚的ITO的導(dǎo)電薄膜，然后光刻刻蝕出柵電極2，如圖3 (b)所示；
[0036]2)光刻顯影光刻膠6形成柵介質(zhì)層和半導(dǎo)體溝道層的圖案，如圖3 (C)所示，利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法PECVD生長一層50~200納米厚的二氧化硅層，緊接著濺射工藝生長一層摻鋁的氧化鋅半導(dǎo)體材料，濺射過程中加入3%-20%的氧氣，光刻刻蝕形成溝道層4，濺射使用的靶材為摻鋁的氧化鋅陶瓷靶，鋁的含量為1%-10%，然后，同時(shí)剝離形成柵介質(zhì)層3和溝道層4，如圖3 (d)所示；
[0037]3)采用磁控濺射技術(shù)生長一層20-300納米厚的ITO的導(dǎo)電薄膜，然后光刻刻蝕形成源電極和漏電極5，如圖3 (e)所示；
[0038]4)按照標(biāo)準(zhǔn)工藝生長一層鈍化介質(zhì)層，光刻和刻蝕形成柵電極、源電極和漏電極的引出孔；
[0039]5)生長一層Al或者透明的導(dǎo)電的金屬薄膜，光刻和刻蝕形成電極和互連。
[0040]最后需要注意的是，公布實(shí)施例的目的在于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟: 1)在柔性塑料的襯底上生長一層透明的導(dǎo)電薄膜，光刻刻蝕形成柵電極； 2)光刻柵介質(zhì)層和溝道層的圖案，生長一層絕緣材料作為柵介質(zhì)層，緊接著生長一層摻鋁的氧化鋅半導(dǎo)體材料，然后同時(shí)剝離出柵介質(zhì)層和半導(dǎo)體溝道層； 3)生長一層導(dǎo)電薄膜，光刻刻蝕形成源電極和漏電極； 4)生長一層鈍化介質(zhì)層，光刻和刻蝕形成柵電極、源電極和漏電極的引出孔； 5)生長一層金屬薄膜，光刻和刻蝕形成金屬電極和互連。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟I)中，形成所述柵電極所生長的導(dǎo)電薄膜采用氧化銦錫ITO或氧化鋅鋁AZO等的透明的導(dǎo)電材料。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟2)中，形成所述柵介質(zhì)層所生長的絕緣材料采用二氧化硅或者氮化硅等的絕緣材料。
4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟2)中，利用濺射工藝生長一層摻鋁的氧化鋅半導(dǎo)體材料形成所述溝道層，并且在濺射過程中加入3%~20% (氣體流量)適量的氧氣。
5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟2)中，濺射使用的靶材為摻鋁的氧化鋅陶瓷靶，其中鋁的含量為1%~10% (質(zhì)量)。`
6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟3)中，形成所述源電極和漏電極所生長的導(dǎo)電薄膜采用氧化銦錫ITO或氧化鋅鋁AZO等的透明的導(dǎo)電材料。
7.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟I)中，所述導(dǎo)電薄膜的厚度為I (Tioo 納米。
8.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟2)中，所述絕緣材料的厚度為50~200納米。
9.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟3)中，所述導(dǎo)電薄膜的厚度為20~300納米。
【文檔編號】H01L21/336GK103515236SQ201210213660
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月25日
【發(fā)明者】韓德棟, 王薇, 蔡劍, 王亮亮, 耿友峰, 劉力鋒, 王漪, 張盛東, 劉曉彥, 康晉鋒 申請人:北京大學(xué)