專(zhuān)利名稱(chēng)：用于薄膜晶體管的半導(dǎo)體層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
方案5.方案1的方法，其中溶液中鋅鹽與絡(luò)合劑的摩爾比為 約0.5到約10。
00291方案6.方案1的方法，其中溶液中Zr^+的濃度為約0.01M 到約5扁。
0030方案7.方案1的方法，其中通過(guò)將基材浸入溶液中而使基材 與溶液接觸。
0031方案8.方案1的方法，其中通過(guò)在基材上沉積溶液而使基材 與溶液接觸。
00321方案9.方案8的方法，其中液相沉積的方法選自旋涂、刮涂、 棒涂、浸涂、絲網(wǎng)印刷、微接觸印刷、墨噴印刷和模印。
00331方案10.方案1的方法，其中通過(guò)加熱到約5CTC到約300'C 而進(jìn)4亍力口熱。
00341方案11.方案1的方法，其中通過(guò)加熱到約50。C到約150。C 而進(jìn)4亍力口熱。
0035方案12.方案1的方法，其中溶液加熱約1分鐘到約24小時(shí)。0036方案13.方案1的方法，其中溶液加熱約1分鐘到約200分鐘。方案20.方案1的方法，其中基材包括玻璃、硅或聚合物材 料的薄膜或片材。
00441方案21.由方案1的方法形成的薄膜晶體管。
0045]圖1為本公開(kāi)內(nèi)容的TFT的第一種示例性實(shí)施方案。00461圖2為本公開(kāi)內(nèi)容的TFT的第二種示例性實(shí)施方案。0047圖3為本公開(kāi)內(nèi)容的TFT的第三種示例性實(shí)施方案。0048圖4為本公開(kāi)內(nèi)容的TFT的第四種示例性實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式
00491參考附圖可以得到對(duì)在此公開(kāi)的組分、方法和設(shè)備的更完整 的理解。這些附圖僅為基于說(shuō)明本公開(kāi)內(nèi)容的便利性和簡(jiǎn)易性的略圖， 并且因此并不希望指明設(shè)備或其部件的相對(duì)大小和尺寸和/或限定或限 制示例性實(shí)施方案的范圍。
0050雖然為了清楚在以下說(shuō)明中使用特定術(shù)語(yǔ)，但是這些術(shù)語(yǔ)僅 用來(lái)表示按照附圖中的說(shuō)明選擇的實(shí)施方案的特殊結(jié)構(gòu)，并非用來(lái)限定 或限制公開(kāi)內(nèi)容的范圍。在以下附圖和隨后的說(shuō)明中，應(yīng)理解相同的數(shù) 目標(biāo)記表示相同作用的部件。
0051]圖1中，示意性說(shuō)明TFT構(gòu)造10,其由載體16、與其接觸 的金屬接觸件18 (柵極)和在其上沉積有兩個(gè)金屬接觸件，源極20和漏 極22的柵介電層14組成。金屬接觸件20和22之上和之間為在此說(shuō)明 的氧化鋅半導(dǎo)體層12。
00521圖2示意性說(shuō)明另一個(gè)TFT構(gòu)造30,其由栽體36、柵極38、 源極40和漏極42、柵介電層34和氧化鋅半導(dǎo)體層32組成。
00531圖3示意性說(shuō)明另一個(gè)TFT構(gòu)造50，其由栽體(未示出)/氧化 銦錫(ITO)/氧化鋁-鈦(ATO)和其上沉積源極60和漏極62的氧化鋅半導(dǎo) 體層52組成，其中IT0 56為柵極，AT0 54為介電層。
0054圖4示意性說(shuō)明另一個(gè)TFT構(gòu)造70,其由栽體76、柵極78、 源極80、漏極82、氧化鋅半導(dǎo)體層72和柵介電層74組成。
00551本公開(kāi)內(nèi)容的TFT的半導(dǎo)體具有至少1 cm"V.sec的遷移率。
00561氧化鋅半導(dǎo)體層由溶液加工技術(shù)制備。該技術(shù)包括制備鋅鹽 和絡(luò)合劑的溶液。設(shè)置該溶液與基材接觸，并加熱以形成氧化鋅層。
10057在一個(gè)實(shí)施方案中，鋅鹽為硝酸鋅。硝酸鋅具有化學(xué)式 Zn(N03)2。在其它實(shí)施方案中，可以使用諸如氯化鋅、溴化鋅、草酸鋅、 乙酰丙酮酸鋅、疏酸鋅、乙酸鋅和它們的水合物的可選鋅鹽。
00581添加絡(luò)合劑以促進(jìn)ZnO薄膜形成和增強(qiáng)溶液粘度，以改善薄 膜均勻性。絡(luò)合劑可以為例如羧酸或有機(jī)胺。在實(shí)施方案中，絡(luò)合劑可 以為有機(jī)胺，選自例如六亞甲基四胺、乙醇胺、氨基丙醇、二乙醇胺、 2-甲基氨基乙醇、N，N-二甲基氨基乙醇、曱氧基乙胺、曱氧基丙胺、二 氨基乙烷、二氨基丙烷、二氨基丁烷、二氨基環(huán)己烷等及其混合物。在 一個(gè)實(shí)施方案中，絡(luò)合劑為六亞曱基四胺。六亞甲基四胺具有化學(xué)式(CH2)6N4并且還被稱(chēng)為六胺、烏洛托平或1,3,5，7-四氮雜金剛烷。
0059]可以通過(guò)將基材浸入溶液中或者通過(guò)在基材上沉積溶液，使 基材與包含鋅鹽和絡(luò)合劑的溶液接觸。在接觸溶液之前，基材包括栽體 和已經(jīng)沉積在栽體上的TFT的任何其它層或部件。
00601結(jié)晶ZnO物質(zhì)逐步從包含鋅鹽和絡(luò)合劑的溶液中沉積到基 材上，以形成所需的ZnO半導(dǎo)體層。溶液的一些參數(shù)可以加以?xún)?yōu)化。溶 液中鹽與絡(luò)合劑的摩爾比為約0.5到約10。鋅([Zn&])的濃度可以為約 0.01M到約5.0M 在另外的實(shí)施方案中，鋅([Zi^+])的濃度可以為約 0.05M到約O.IM。溶液可以具有大約室溫(即約25。C)的起始溫度。
0061任何適合的液體，包括例如有才幾溶劑和水，可以用作溶液的 溶劑。合適的有機(jī)溶劑包括烴溶劑，例如戊烷、己烷、環(huán)己烷、庚烷、 辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、甲苯、二甲苯、 均三甲苯等；醇，例如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、 乙二醇、曱氧基乙醇、乙氧基乙醇、甲氧基丙醇、乙氧基丙醇、曱氧基 丁醇、二甲氧基乙二醇等；酮，例如丙酮、丁酮、戊酮、環(huán)己酮等，四 氫呋喃、氯苯、二氯苯、三氯苯、硝基苯、苯甲腈、乙腈、N,N-二甲基 甲酰胺及其混合物。
0062在實(shí)施方案中，可以將其它組分引入到要摻入到半導(dǎo)體層中 的溶液中。這種組分包括例如聚合物，例如聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲 酯)、聚(乙烯基吡咯烷酮)等，諸如金、銀等的金屬納米顆粒，諸如氧化 硅、氧化鎵、氧化鋯、氧化鋁、氧化錫、氧化銦錫(ITO)等的金屬氧化物 納米顆粒，及其混合物。
00631液體處理技術(shù)包括將基材浸入包含鋅鹽和絡(luò)合劑的溶液中， 或者將包含鋅鹽和絡(luò)合劑的溶液液態(tài)沉積到基材上。將溶液液態(tài)沉積到 基材上可以通過(guò)任何液相沉積技術(shù)實(shí)現(xiàn)，所述液相沉積技術(shù)例如旋涂、 刮涂、棒涂、浸涂、絲網(wǎng)印刷、微接觸印刷、墨噴印刷、模印等。
00641加熱表示在約5(TC到約300'C的一種溫度或若干溫度下熱處 理包含鋅鹽和絡(luò)合劑的溶液。加熱可以例如以使用預(yù)熱的包含鋅鹽和絡(luò) 合劑的溶液，在某一溫度下瞬間加熱的方式完成。在實(shí)施方案中，加熱 可以以用加熱裝置可以實(shí)現(xiàn)的約0.5到約100'C每分鐘(。C/min)的加熱速 率，以逐步加熱方式完成。加熱步驟可以從室溫(約25。C)或約25。C到約 IO(TC的溫度開(kāi)始。在另外的實(shí)施方案中，加熱也可以在若干溫度下，例如約100。C,然后約200。C,然后約300。C，以步進(jìn)方式完成。在實(shí)施 方案中，加熱也可以在幾個(gè)溫度下以結(jié)合逐步加熱的步進(jìn)方式完成。加 熱也可以例如在較高溫度下，然后在較低溫度下完成，例如首先在約 300。C,然后在約200°C。在一些具體實(shí)施方案中，所有加熱在低于約 IO(TC的溫度下進(jìn)行。在一種具體實(shí)施方案中，通過(guò)以約rC/min的速率 加熱直至約90。C而完成加熱。溶液可以加熱約1分鐘到約24小時(shí)。通 常，溶液和基材一起加熱。
00651該方法可以進(jìn)一步包括冷卻階段。"冷卻"表示使包含鋅鹽和 絡(luò)合劑的溶液的溫度從加熱的最終溫度，特別下降到約室溫。冷卻可以 例如通過(guò)關(guān)閉加熱設(shè)備以自冷方式完成，或者可以以例如約O.rC/min 到約100°C/min的一定冷卻速率，以受控方式完成。在實(shí)施方案中，尤 其可以使用例如約0.rC/min到約10。C/min的緩慢冷卻速率，尤其是從 高于約20(TC的溫度冷卻，以降低半導(dǎo)體層和基材中的機(jī)械應(yīng)變。
0066該方法可以進(jìn)一步包括清洗階段。"清洗"表示冷卻步驟之后 清洗包括ZnO薄膜的基材，以便去除ZnO薄膜表面上的未反應(yīng)的鋅鹽、 絡(luò)合劑、沉淀物和/或溶劑。任何適合的液體，包括例如有機(jī)溶劑和水， 可以用于沖洗。合適的有機(jī)溶劑包括烴溶劑，例如戊烷、己烷、環(huán)己烷、 庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、甲苯、 二甲苯、均三甲苯等；醇，例如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、 庚醇、乙二醇、甲氧基乙醇、乙氧基乙醇、甲氧基丙醇、乙氧基丙醇、 甲氧基丁醇、二甲氧基乙二醇等；酮，例如丙酮、丁酮、戊酮、環(huán)己酮 等，四氫呋喃、氯苯、二氯苯、三氯苯、硝基苯、苯甲腈、乙腈、N，N-二曱基曱酰胺及其混合物。清洗可以以任何方式進(jìn)行，例如通過(guò)用溶劑 洗滌包括ZnO薄膜的基材，或者通過(guò)將包括ZnO薄膜的基材浸入溶劑 中。清洗可以在約室溫(25'C)到約30(TC下進(jìn)行，但是通常在室溫下進(jìn) 行。超聲波清洗裝置任選可以用來(lái)促進(jìn)清洗。)為約O.IM。然后以約rC/min的速率將容器加熱到90'C。反應(yīng)溫度達(dá)到90。C之后，將容器冷 卻到室溫。然后在蒸餾水中超聲清洗基材5分鐘，以去除附著于沉積薄 膜表面的任何沉淀物。然后在25。C將基材干燥1小時(shí)并在加熱板上在 15(TC將基材干燥30分鐘。最后，在ZnO層之上蒸發(fā)通道長(zhǎng)度為90微 米和通道寬度為5000微米的一排鋁源極-漏極對(duì)，以形成類(lèi)似于圖3的 ZnO TFTs。
00801使用Kdthley 4200 SCS半導(dǎo)體表征體系評(píng)價(jià)TFT性能。根據(jù) 以下公式計(jì)算飽和的栽荷子遷移率|1:
Isd = Cw (W/2L) (Vg-Vt) 其中IsD為飽和狀態(tài)下的漏電流；W和L為通道寬度和長(zhǎng)度；Q為每單 位面積介電層的電容；以及Vg和Vr分別為柵電壓和閾電壓。設(shè)備的輸 送和輸出特性表明ZnO為n型半導(dǎo)體。使用具有L = 90微米和W = 5,000 微米尺寸的若干TFTs，得到1.0 cm2/V.s的平均遷移率和104的電流通/ 斷比。
權(quán)利要求
1.一種制造用于薄膜晶體管的氧化鋅半導(dǎo)體層的方法，包括提供包含鋅鹽和絡(luò)合劑的溶液；使基材與該溶液接觸；和加熱該溶液，以在基材上形成氧化鋅半導(dǎo)體層。
2. 權(quán)利要求l的方法，其中鋅鹽選自硝酸鋅、氯化鋅、溴化鋅、草 酸鋅、乙酰丙酮酸鋅、疏酸鋅、乙酸鋅和它們的水合物。
3. 權(quán)利要求1的方法，其中絡(luò)合劑為羧酸或有機(jī)胺。
4. 由權(quán)利要求1的方法形成的薄膜晶體管。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了用于薄膜晶體管的半導(dǎo)體層。公開(kāi)了在低溫下使用溶液方法制造用于薄膜晶體管的氧化鋅半導(dǎo)體層的方法。該方法包括制備包含鋅鹽和絡(luò)合劑的溶液；向基材施加該溶液；和加熱該溶液以在基材上形成半導(dǎo)體層。使用這種氧化鋅半導(dǎo)體層的薄膜晶體管具有良好的遷移率和通/斷比。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101582383SQ20081009956
公開(kāi)日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2008年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月16日
發(fā)明者B·S·翁, Y·李 申請(qǐng)人:施樂(lè)公司