本發(fā)明涉及顯示
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種C軸結(jié)晶IGZO薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
：薄膜晶體管(ThinFilmTransistor，TFT)是目前液晶顯示裝置(LiquidCrystalDisplay，LCD)和有源矩陣驅(qū)動(dòng)式有機(jī)電致發(fā)光顯示裝置(ActiveMatrixOrganicLight-EmittingDiode，AMOLED)中的主要驅(qū)動(dòng)元件，直接關(guān)系到高性能平板顯示裝置的發(fā)展方向。隨著智能手機(jī)與平板顯示等終端應(yīng)用的興起，250PPI(PixelsPerInch，每英寸所擁有的像素?cái)?shù)目)以上的高精細(xì)度面板要求逐漸成為搭配趨勢，也促使更多面板廠投入高精細(xì)度的低溫多晶硅(LowTemperaturePolySilicon，LTPS)薄膜晶體管擴(kuò)產(chǎn)，但由于低溫多晶硅薄膜晶體管(LTPSTFT)生產(chǎn)線的制程復(fù)雜度高，且良率也是一大問題，因此面板廠積極投入金屬氧化物半導(dǎo)體的研發(fā)工作，目前以非結(jié)晶氧化銦鎵鋅(amorphousIndiumGalliumZincOxide，a-IGZO)技術(shù)較為成熟。IGZO(IndiumGalliumZincOxide)為氧化銦鎵鋅的縮寫，它是一種薄膜電晶體技術(shù)，在TFT-LCD主動(dòng)層之上打上的一層金屬氧化物。IGZO技術(shù)由夏普(Sharp)掌握，是與日本半導(dǎo)體能源研究所共同開發(fā)的產(chǎn)品。除了夏普外，三星SDI以及樂金顯示也同樣具備生產(chǎn)IGZO面板的能力。IGZO與非晶質(zhì)硅(a-Si)材料相比，電子遷移率較a-SiTFT快20到50倍，IGZO使用銦、鎵、鋅、氧氣，取代了傳統(tǒng)的a-Si現(xiàn)用圖層，可以大大降低屏幕的響應(yīng)時(shí)間，縮小電晶體尺寸，提高面板畫素的開口率，較易實(shí)現(xiàn)高精細(xì)化，由此將簡單的外部電路整合至面板之中，使移動(dòng)裝置更輕薄，耗電量也降至之前的三分之二。IGZO規(guī)模化使用中存在的最大問題是IGZO中氧空位(或者氧缺陷)的迅速變化會(huì)導(dǎo)致TFT的穩(wěn)定性較差。這是IGZO材料本身缺陷導(dǎo)致的問題，想要解決此問題，必須從材料本身結(jié)構(gòu)出發(fā)來控制氧空位的變化，以提高TFT的穩(wěn)定性。C軸結(jié)晶IGZO(C-axisAlignedCrystalline，簡稱CAAC)具有層狀的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，無晶界，材料本身的氧缺陷非常少，因此在TFT穩(wěn)定性方面具有a-IGZO不可比擬的優(yōu)勢。SEL公司(SemiconductorEnergyLaboratoryCo.,Ltd)的研究團(tuán)隊(duì)采用磁控濺射的方式制備C軸結(jié)晶IGZO薄膜，但是制得的C軸結(jié)晶IGZO薄膜中只有直徑為1nm-3nm的區(qū)域?yàn)榻Y(jié)晶狀態(tài)，絕大部分的區(qū)域都是非晶狀態(tài)，也就是說，所述C軸結(jié)晶IGZO薄膜中，只有極小的區(qū)域?yàn)镃軸結(jié)晶IGZO，其余區(qū)域均為a-IGZO，由于結(jié)晶區(qū)域的面積較小，因此不利于C軸結(jié)晶IGZO的規(guī)?；瘧?yīng)用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種C軸結(jié)晶IGZO薄膜的制備方法，制得的C軸結(jié)晶IGZO的結(jié)晶質(zhì)量好，氧缺陷較少，能夠提高TFT的穩(wěn)定性；同時(shí)制得的C軸結(jié)晶IGZO薄膜中的結(jié)晶區(qū)域的面積較大，可促進(jìn)C軸結(jié)晶IGZO的規(guī)?；瘧?yīng)用。本發(fā)明的目的還在于提供一種C軸結(jié)晶IGZO薄膜，C軸結(jié)晶IGZO的結(jié)晶質(zhì)量好，氧缺陷較少，能夠提高TFT的穩(wěn)定性，同時(shí)結(jié)晶區(qū)域的面積較大，有利于C軸結(jié)晶IGZO的規(guī)?；瘧?yīng)用。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種C軸結(jié)晶IGZO薄膜的制備方法，包括如下步驟：步驟1、提供一基底與原子層沉積裝置，將所述基底送入所述原子層沉積裝置中，向所述原子層沉積裝置中通入氧化銦前驅(qū)體物質(zhì)，同時(shí)通入氧氣與惰性氣體的混合氣體，在所述基底上形成氧化銦膜；步驟2、向所述原子層沉積裝置中通入清洗氣體，驅(qū)逐出所述原子層沉積裝置中多余的氧化銦前驅(qū)體物質(zhì)，從而對(duì)所述原子層沉積裝置進(jìn)行清洗；步驟3、向所述原子層沉積裝置中通入氧化鎵前驅(qū)體物質(zhì)，同時(shí)通入氧氣與惰性氣體的混合氣體，在所述氧化銦膜上形成氧化鎵膜；步驟4、向所述原子層沉積裝置中通入清洗氣體，驅(qū)逐出所述原子層沉積裝置中多余的氧化鎵前驅(qū)體物質(zhì)，從而對(duì)所述原子層沉積裝置進(jìn)行清洗；步驟5、向所述原子層沉積裝置中通入氧化鋅前驅(qū)體物質(zhì)，同時(shí)通入氧氣與惰性氣體的混合氣體，在所述氧化鎵膜上形成氧化鋅膜；步驟6、向所述原子層沉積裝置中通入清洗氣體，驅(qū)逐出所述原子層沉積裝置中多余的氧化鋅前驅(qū)體物質(zhì)，從而對(duì)所述原子層沉積裝置進(jìn)行清洗；經(jīng)過所述步驟1至步驟6，在所述基底上形成一層C軸結(jié)晶IGZO膜，所述C軸結(jié)晶IGZO膜包括在C軸方向上依次排列的氧化銦膜、氧化鎵膜及氧化鋅膜；步驟7、在所述基底上形成C軸結(jié)晶IGZO薄膜。所述步驟7中重復(fù)所述步驟1至步驟6數(shù)次，所述C軸結(jié)晶IGZO薄膜包括層疊設(shè)置的數(shù)層C軸結(jié)晶IGZO膜，所述C軸結(jié)晶IGZO膜的層數(shù)與重復(fù)所述步驟1至步驟6的次數(shù)相同。所述步驟1中，所述氧化銦前驅(qū)體物質(zhì)包括氯化銦與水。所述步驟3中，所述氧化鎵前驅(qū)體物質(zhì)包括三甲基鎵與水。所述步驟5中，所述氧化鋅前驅(qū)體物質(zhì)包括二乙基鋅與雙氧水。所述步驟1、步驟3及步驟5中，控制所述原子層沉積裝置中的溫度為310℃-335℃，壓力為5mTorr-8mTorr，所述原子層沉積裝置的工作功率為180W-200W；所述氧氣與惰性氣體的混合氣體中，氧氣的濃度為15v％-17v％。所述步驟1、步驟3及步驟5中，控制所述原子層沉積裝置中的溫度為320℃，壓力為7mTorr，所述原子層沉積裝置的工作功率為190W；所述氧氣與惰性氣體的混合氣體中，氧氣的濃度為16v％。所述步驟1、步驟3及步驟5中，所述氧氣與惰性氣體的混合氣體中，所述惰性氣體為氬氣。所述步驟2、步驟4及步驟6中，所述清洗氣體為氮?dú)饣蛘叨栊詺怏w。本發(fā)明還提供一種C軸結(jié)晶IGZO薄膜，包括層疊設(shè)置的數(shù)層C軸結(jié)晶IGZO膜，所述C軸結(jié)晶IGZO膜包括在C軸方向上依次排列的氧化銦膜、氧化鎵膜及氧化鋅膜。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供的一種C軸結(jié)晶IGZO薄膜的制備方法，通過采用原子層沉積的方法來制備C軸結(jié)晶IGZO薄膜，能夠在原子水平上精確控制C軸結(jié)晶IGZO的結(jié)構(gòu)，制得的C軸結(jié)晶IGZO的結(jié)晶質(zhì)量好，氧缺陷較少，能夠提高TFT的穩(wěn)定性；并且由于本發(fā)明制得的C軸結(jié)晶IGZO薄膜中的結(jié)晶區(qū)域的面積較大，達(dá)百微米級(jí)至毫米級(jí)，因此可促進(jìn)C軸結(jié)晶IGZO的規(guī)?；瘧?yīng)用；同時(shí)本發(fā)明利用最優(yōu)化的工藝條件來制備C軸結(jié)晶IGZO薄膜，可提高生產(chǎn)良率，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明提供的一種C軸結(jié)晶IGZO薄膜，C軸結(jié)晶IGZO的結(jié)晶質(zhì)量好，氧缺陷較少，能夠提高TFT的穩(wěn)定性，同時(shí)結(jié)晶區(qū)域的面積較大，有利于C軸結(jié)晶IGZO的規(guī)模化應(yīng)用。為了能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征以及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明與附圖，然而附圖僅提供參考與說明用，并非用來對(duì)本發(fā)明加以限制。附圖說明下面結(jié)合附圖，通過對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的技術(shù)方案及其它有益效果顯而易見。附圖中，圖1為本發(fā)明的C軸結(jié)晶IGZO薄膜的制備方法的流程圖；圖2為本發(fā)明的C軸結(jié)晶IGZO薄膜的制備方法的步驟1的示意圖；圖3為本發(fā)明的C軸結(jié)晶IGZO薄膜的制備方法的步驟3的示意圖；圖4為本發(fā)明的C軸結(jié)晶IGZO薄膜的制備方法的步驟5的示意圖；圖5為本發(fā)明的C軸結(jié)晶IGZO薄膜的制備方法的步驟7的示意圖暨本發(fā)明的C軸結(jié)晶IGZO薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明所采取的技術(shù)手段及其效果，以下結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例及其附圖進(jìn)行詳細(xì)描述。原子層沉積(AtomicLayerDeposition，ALD)是通過將氣相前驅(qū)體脈沖交替地通入反應(yīng)器中在沉積基體上化學(xué)吸附并反應(yīng)而形成沉積膜的一種方法。當(dāng)前驅(qū)體達(dá)到沉積基體表面，它們會(huì)在其表面化學(xué)吸附并發(fā)生表面反應(yīng)。在前驅(qū)體脈沖之間需要用惰性氣體對(duì)原子層沉積反應(yīng)器進(jìn)行清洗。由此可知沉積反應(yīng)前驅(qū)體物質(zhì)能否在被沉積材料表面化學(xué)吸附是實(shí)現(xiàn)原子層沉積的關(guān)鍵。氣相物質(zhì)在基體材料的表面吸附特征可以看出，任何氣相物質(zhì)在材料表面都可以進(jìn)行物理吸附，但是要實(shí)現(xiàn)在材料表面的化學(xué)吸附必須具有一定的活化能，因此能否實(shí)現(xiàn)原子層沉積，選擇合適的反應(yīng)前驅(qū)體物質(zhì)是很重要的。本發(fā)明采用原子層沉積的方法來制備C軸結(jié)晶IGZO，通過將適當(dāng)?shù)那膀?qū)體在基底表面進(jìn)行反應(yīng)，按照其C軸排布的原子層順序沉積并使其結(jié)晶，經(jīng)過n次循環(huán)后，在所述基底上形成大面積的C軸結(jié)晶IGZO薄膜。采用原子層沉積的方法進(jìn)行C軸結(jié)晶IGZO薄膜沉積的過程中，沉積溫度(depositiontemperature)、氧氣濃度(O2concentration)、沉積功率(depositionpower)及工作壓力(workingpressure)是四個(gè)非相關(guān)的重要因素。為了確定C軸結(jié)晶IGZO薄膜的最佳沉積條件，本發(fā)明進(jìn)行了DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)四因素三水平的試驗(yàn)，在一定的范圍內(nèi)按照低水平、中水平、高水平三個(gè)實(shí)施數(shù)值進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定試驗(yàn)參數(shù)與試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性，設(shè)計(jì)的DOE正交試驗(yàn)的4因素與3水平的實(shí)施數(shù)值如表1所示，DOE正交試驗(yàn)的具體實(shí)施方案如表2所示。表1.DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)的4因素與3水平的實(shí)施數(shù)值因素單位低水平(1)中水平(2)高水平(3)沉積溫度(A)℃210270330氧氣濃度(B)％51020沉積功率(C)W50100200工作壓力(D)mTorr258表2.DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)的具體實(shí)施方案上述表2中，A、B、C、D分別指代上述表1中的沉積溫度(A)、氧氣濃度(B)、沉積功率(C)、及工作壓力(D)四因素，除試驗(yàn)號(hào)外的阿拉伯?dāng)?shù)字1、2、3分別指代上述表1中的低水平(1)、中水平(2)、及高水平(3)的實(shí)驗(yàn)數(shù)值。通過上述DOE試驗(yàn)最終得出C軸結(jié)晶IGZO薄膜的最優(yōu)化沉積工藝參數(shù)為：沉積溫度310℃-335℃，氧氣濃度15v％-17v％，工作壓力5mTorr-8mTorr，沉積功率180W-200W，在該工藝條件下，采用原子層沉積的方法制得的C軸結(jié)晶IGZO薄膜的結(jié)晶區(qū)域的面積較大，結(jié)晶區(qū)域的結(jié)晶質(zhì)量較好，從而能夠提高生產(chǎn)良率，降低生產(chǎn)成本。請(qǐng)參閱圖1，基于上述DOE試驗(yàn)結(jié)果，本發(fā)明提供一種C軸結(jié)晶IGZO薄膜的制備方法，包括如下步驟：步驟1、如圖2所示，提供一基底10與原子層沉積裝置50，將所述基底10送入所述原子層沉積裝置50中，向所述原子層沉積裝置50中通入氧化銦前驅(qū)體物質(zhì)，同時(shí)通入氧氣與惰性氣體的混合氣體，在所述基底10上形成氧化銦(In2O3)膜20；步驟2、向所述原子層沉積裝置50中通入清洗氣體，驅(qū)逐出所述原子層沉積裝置50中多余的氧化銦前驅(qū)體物質(zhì)，從而對(duì)所述原子層沉積裝置50進(jìn)行清洗；步驟3、如圖3所示，向所述原子層沉積裝置50中通入氧化鎵前驅(qū)體物質(zhì)，同時(shí)通入氧氣與惰性氣體的混合氣體，在所述氧化銦膜21上形成氧化鎵(Ga2O3)膜22；步驟4、向所述原子層沉積裝置50中通入清洗氣體，驅(qū)逐出所述原子層沉積裝置50中多余的氧化鎵前驅(qū)體物質(zhì)，從而對(duì)所述原子層沉積裝置50進(jìn)行清洗；步驟5、如圖4所示，向所述原子層沉積裝置50中通入氧化鋅前驅(qū)體物質(zhì)，同時(shí)通入氧氣與惰性氣體的混合氣體，在所述氧化鎵膜22上形成氧化鋅(ZnO)膜23；步驟6、向所述原子層沉積裝置50中通入清洗氣體，驅(qū)逐出所述原子層沉積裝置50中多余的氧化鋅前驅(qū)體物質(zhì)，從而對(duì)所述原子層沉積裝置50進(jìn)行清洗；經(jīng)過所述步驟1至步驟6，在所述基底10上形成一層C軸結(jié)晶IGZO膜20，所述C軸結(jié)晶IGZO膜20包括在C軸方向上依次排列的氧化銦膜21、氧化鎵膜22及氧化鋅膜23；步驟7、如圖5所示，在所述基底10上形成C軸結(jié)晶IGZO薄膜30。具體的，所述步驟7中重復(fù)所述步驟1至步驟6數(shù)次，所述C軸結(jié)晶IGZO薄膜30包括層疊設(shè)置的數(shù)層C軸結(jié)晶IGZO膜20，所述C軸結(jié)晶IGZO膜20的層數(shù)與重復(fù)所述步驟1至步驟6的次數(shù)相同。圖5為所述步驟7制得的C軸結(jié)晶IGZO薄膜30的結(jié)構(gòu)示意圖，從圖5中可以看出，所述C軸結(jié)晶IGZO薄膜30包括層疊設(shè)置的數(shù)層C軸結(jié)晶IGZO膜20，每層C軸結(jié)晶IGZO膜20中，所述氧化銦膜21、氧化鎵膜22及氧化鋅膜23在C軸方向上依次排列。具體的，所述步驟1中，所述氧化銦前驅(qū)體物質(zhì)包括氯化銦(Cl3In)與水(H2O)。具體的，所述步驟3中，所述氧化鎵前驅(qū)體物質(zhì)包括三甲基鎵((CH3)3Ga)與水(H2O)。具體的，所述步驟5中，所述氧化鋅前驅(qū)體物質(zhì)包括二乙基鋅(Zn(C2H5)2)與雙氧水(H2O2)。優(yōu)選的，所述步驟1、步驟3及步驟5中，控制所述原子層沉積裝置50中的溫度為310℃-335℃，壓力為5mTorr-8mTorr，所述原子層沉積裝置50的工作功率為180W-200W；所述氧氣與惰性氣體的混合氣體中，氧氣的濃度為15v％-17v％。最優(yōu)選的，所述步驟1、步驟3及步驟5中，控制所述原子層沉積裝置50中的溫度為320℃，壓力為7mTorr，所述原子層沉積裝置50的工作功率為190W；所述氧氣與惰性氣體的混合氣體中，氧氣的濃度為16v％。具體的，所述步驟1、步驟3及步驟5中，所述氧氣與惰性氣體的混合氣體中，所述惰性氣體為氬氣。具體的，所述步驟1、步驟3及步驟5中，通過向所述原子層沉積裝置50中通入氧氣與惰性氣體的混合氣體，利用氧氣中的氧原子來填補(bǔ)制得的氧化銦膜21、氧化鎵膜22及氧化鋅膜23中的氧缺陷，從而減少最終制得的C軸結(jié)晶IGZO薄膜30中的氧缺陷，提高C軸結(jié)晶IGZO薄膜30的結(jié)晶質(zhì)量。具體的，所述步驟2、步驟4及步驟6中，所述清洗氣體為氮?dú)饣蛘叨栊詺怏w，所述惰性氣體優(yōu)選為氬氣。具體的，本發(fā)明制備的C軸結(jié)晶IGZO薄膜30中的結(jié)晶區(qū)域的面積可達(dá)百微米級(jí)至毫米級(jí)，與現(xiàn)有的C軸結(jié)晶IGZO薄膜的制作工藝相比，本發(fā)明制得的C軸結(jié)晶IGZO薄膜30中的結(jié)晶區(qū)域的面積要大得多，可促進(jìn)C軸結(jié)晶IGZO的規(guī)?；瘧?yīng)用。通常情況下，所述步驟7制得的C軸結(jié)晶IGZO薄膜30中的結(jié)晶區(qū)域的面積為100μm2～50mm2。通常情況下，所述步驟7中重復(fù)所述步驟1至步驟6的次數(shù)為100-200次，所述步驟7制得的C軸結(jié)晶IGZO薄膜30的厚度可達(dá)100nm～200nm。上述C軸結(jié)晶IGZO薄膜的制備方法，通過采用原子層沉積的方法來制備C軸結(jié)晶IGZO薄膜，能夠在原子水平上精確控制C軸結(jié)晶IGZO的結(jié)構(gòu)，制得的C軸結(jié)晶IGZO的結(jié)晶質(zhì)量好，氧缺陷較少，能夠提高TFT的穩(wěn)定性；并且由于本發(fā)明制得的C軸結(jié)晶IGZO薄膜中的結(jié)晶區(qū)域的面積較大，達(dá)百微米級(jí)至毫米級(jí)，因此可促進(jìn)C軸結(jié)晶IGZO的規(guī)?；瘧?yīng)用；同時(shí)本發(fā)明利用最優(yōu)化的工藝條件來制備C軸結(jié)晶IGZO薄膜，可提高生產(chǎn)良率，降低生產(chǎn)成本。請(qǐng)參閱圖5，基于上述C軸結(jié)晶IGZO薄膜的制備方法，本發(fā)明還提供一種C軸結(jié)晶IGZO薄膜，包括層疊設(shè)置的數(shù)層C軸結(jié)晶IGZO膜20，所述C軸結(jié)晶IGZO膜20包括在C軸方向上依次排列的氧化銦膜21、氧化鎵膜22及氧化鋅膜23。具體的，所述數(shù)層至少為一層。具體的，所述C軸結(jié)晶IGZO薄膜中的結(jié)晶區(qū)域的面積為100μm2～50mm2。具體的，所述C軸結(jié)晶IGZO薄膜的厚度為100nm～200nm。上述C軸結(jié)晶IGZO薄膜，C軸結(jié)晶IGZO的結(jié)晶質(zhì)量好，氧缺陷較少，能夠提高TFT的穩(wěn)定性，同時(shí)結(jié)晶區(qū)域的面積較大，有利于C軸結(jié)晶IGZO的規(guī)?；瘧?yīng)用。綜上所述，本發(fā)明提供一種C軸結(jié)晶IGZO薄膜及其制備方法。本發(fā)明的C軸結(jié)晶IGZO薄膜的制備方法，通過采用原子層沉積的方法來制備C軸結(jié)晶IGZO薄膜，能夠在原子水平上精確控制C軸結(jié)晶IGZO的結(jié)構(gòu)，制得的C軸結(jié)晶IGZO的結(jié)晶質(zhì)量好，氧缺陷較少，能夠提高TFT的穩(wěn)定性；并且由于本發(fā)明制得的C軸結(jié)晶IGZO薄膜中的結(jié)晶區(qū)域的面積較大，達(dá)百微米級(jí)至毫米級(jí)，因此可促進(jìn)C軸結(jié)晶IGZO的規(guī)?；瘧?yīng)用；同時(shí)本發(fā)明利用最優(yōu)化的工藝條件來制備C軸結(jié)晶IGZO薄膜，可提高生產(chǎn)良率，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明的C軸結(jié)晶IGZO薄膜，C軸結(jié)晶IGZO的結(jié)晶質(zhì)量好，氧缺陷較少，能夠提高TFT的穩(wěn)定性，同時(shí)結(jié)晶區(qū)域的面積較大，有利于C軸結(jié)晶IGZO的規(guī)?；瘧?yīng)用。以上所述，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思作出其他各種相應(yīng)的改變和變形，而所有這些改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3