專利名稱：底柵結(jié)構(gòu)的低壓ZnO薄膜晶體管的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬氧化物TFT的制備工藝，特別是全室溫下制備底柵結(jié)構(gòu)的低壓ZnO透明薄膜晶體管的工藝。
背景技術(shù)：
近幾年來，越來越多的小組對全室溫下制備的TFT有著很大的興趣。自從2005年，F(xiàn)ortunato等人在全室溫條件下制備出性能很好的TTFT器件,其飽和遷移率達(dá)到27cm2/Vs,閾值電壓為19V，開關(guān)比大于105，全室溫條件下制備的器件，性能已經(jīng)比較理想，閾值電壓有待于優(yōu)化。對于改善器件的性能，采用非晶氧化物作為溝道層也是一種方法。由于非晶態(tài)的薄膜比多晶態(tài)的薄膜少了晶界的散射，從而可以提高溝道層的載流子遷移率。Hsieh等人通過減小ZnO薄膜的厚度(從60nm到IOnm)，使其從多晶態(tài)變?yōu)闉榉蔷B(tài)。同時(shí)采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)法，沉積了 50nm的SiNx薄膜作為柵介質(zhì)層，磁控濺射ITO作為柵和源、漏電極，且制備了頂柵和底柵兩種結(jié)構(gòu)的TFT。頂柵結(jié)構(gòu)的TFT性能很好，其遷移率和開關(guān)比分別達(dá)到了 25cm2/Vs和107且TTFT在可見光波長范圍的透光率均大于80%。Song等報(bào)道了全室溫下采用全射頻磁控濺射工藝制備的非晶銦鋅氧化物(a-1Z0)TTFTo采用射頻磁控濺射法制備IZO溝道層、IZO柵以及源、漏電極，通過調(diào)節(jié)氧壓來控制IZO的電阻率。柵介質(zhì)為IOOnm的ΑΙΟχ，也是由射頻濺射方法制備的。器件的閾值電壓，開關(guān)比和飽和遷移率分別達(dá)到了 1.1V，106和0.53cm2/Vs并且器件的透光率在可見光范圍達(dá)到了 80%。除了以上描述的比較有代表性的結(jié)果外，還有不少關(guān)于化學(xué)鍍膜方法和噴墨打印方法制作的TFT以及納米線溝道TFT的報(bào)道，不過由于這些器件的場效應(yīng)遷移率普遍不高或者不適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，這里就沒有做過多的研究。從TFT的發(fā)展歷程中我們可以看到，不同溝道材料，柵絕緣層材料，不同結(jié)構(gòu)以及不同的制備工藝等多種多樣的TFT，最終人們都在尋找性能最佳且易于產(chǎn)業(yè)化的TFT，其中金屬氧化物TFT在未來的應(yīng)用前景最廣闊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管的制備工藝，特別是底柵結(jié)構(gòu)的低壓ZnO透明薄膜晶體管的制備工藝，包括:清潔襯底步驟；制備柵極步驟，分別用丙酮和乙醇進(jìn)行超聲波清洗10分鐘，除去硅片上的有機(jī)物和油跡，再用去離子水把殘留在硅片上的丙酮和乙醇清洗掉，最后在80°C干燥箱內(nèi)烘干；制備絕緣層步驟，把處理好的硅片放入PECVD的真空室內(nèi)，用機(jī)械泵和羅茨泵把真空室的氣壓抽至IOPa以下，通入的反應(yīng)氣體為氧氣和硅烷，同時(shí)通入惰性氣體氬氣作為保護(hù)氣體以及電離氣體；ZnO:Al溝道層的沉積步驟，在沉積好介孔Si02的襯底上，采用射頻磁控濺射沉積ZnOiAl溝道層，濺射時(shí)的本底真空為3X10-3Pa，極限真空為I X 10_5Pa，濺射氣體為氧氣和氬氣的混合氣體，其中02的流量占總氣流的6%至10%，工作氣壓為0.5pa，濺射功率為IOOff ；源、漏極的制備步驟，用掩模法，采用射頻磁控濺射沉積完成的，濺射時(shí)的本底真空為3X10-3Pa，極限濺射氣體為氬氣，工作氣壓為0.5pa，濺射功率為100W。上述制備絕緣層步驟、ZnOiAl溝道層的沉積步驟以及源、漏極的制備步驟均在室溫下進(jìn)行。上述絕緣層步驟中，其中硅烷和氧氣的比例為5: 18seem，沉積的總氣壓和時(shí)間分別為25pa和I小時(shí)，射頻功率為150W。ZnO: Al溝道層的厚度為50nm。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具有底柵結(jié)構(gòu)的低壓ZnO透明薄膜晶體管的制備工藝，包括:清潔襯底步驟；制備柵極步驟，分別用丙酮和乙醇進(jìn)行超聲波清洗10分鐘，除去硅片上的有機(jī)物和油跡，再用去離子水把殘留在硅片上的丙酮和乙醇清洗掉，最后在80°C干燥箱內(nèi)烘干。本發(fā)明中所用的硅片為導(dǎo)電性較好的，可以做為柵極使用的。制備絕緣層步驟，把處理好的硅片放入PECVD的真空室內(nèi)，用機(jī)械泵和羅茨泵把真空室的氣壓抽至IOPa以下，通入的反應(yīng)氣體為氧氣和硅烷，同時(shí)通入惰性氣體氬氣作為保護(hù)氣體以及電離氣體。其中硅烷和氧氣的比例為5: 18seem(體積流量單位，標(biāo)況毫升每分)，沉積的總氣壓和時(shí)間分別為25pa和I小時(shí)，射頻功率為150W。這個(gè)過程中是在室溫情況下完成的，實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后可以取出被沉積了介孔Si02的樣品。ZnO:Al溝道層的沉積步驟，在沉積好介孔Si02的襯底上，采用射頻磁控濺射沉積ZnOiAl溝道層，濺射時(shí)的本底真空為3X10-3Pa，極限真空為I X 10_5Pa，濺射氣體為氧氣和氬氣的混合氣體，其中02的流量占總氣流的6%至10%，工作氣壓為0.5pa，濺射功率為IOOff0溝道的膜厚取決于時(shí)間，一般濺射5-8分鐘就差不多為50nm厚。此過程也是在室溫下進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后可以將樣品取出。源、漏極的制備步驟，用掩模法，采用射頻磁控濺射沉積完成的，濺射時(shí)的本底真空為3X10-3Pa，極限濺射氣體為氬氣，工作氣壓為0.5pa，濺射功率為100W。源、漏電極一般濺射15分鐘左右。此過程也是在室溫下進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后可以將樣品取出。以上步驟都完成，基于介孔Si02的ZnO:Al薄膜晶體管就制備完了。ZnO = Al溝道薄膜的電阻率為0.3X10-3 Ω.αιι。采用SiH4和02作為柵介質(zhì)Si02的反應(yīng)氣體，沉積出的Si02為介孔疏松狀，并含有大量的質(zhì)子，為雙電層的形成提供了有利的條件。并且當(dāng)反應(yīng)氣體中SiH4所占的比例越大，低頻下Si02的電容就越大。同時(shí)，沉積溫度對Si02單位電容也有很大的影響，溫度越高，在一定的頻率下，Si02的單位電容就越小。通過對雙電層Ζη0:Α1薄膜晶體管的電學(xué)性能進(jìn)行分析，器件的飽和遷移率、亞閾值擺幅和開關(guān)電流比分別為14.9cm2/Vs, 82mV/decade, 2 X 106。由于雙電層?xùn)沤橘|(zhì)的形成,最終使得器件的工作電壓為1.5V，極大的滿足了微電子領(lǐng)域低功耗的要求。
權(quán)利要求
1.一種底柵結(jié)構(gòu)的低壓ZnO透明薄膜晶體管的制備工藝，其特征在于，包括: 清潔襯底步驟； 制備柵極步驟，分別用丙酮和乙醇進(jìn)行超聲波清洗10分鐘，除去硅片上的有機(jī)物和油跡，再用去離子水把殘留在硅片上的丙酮和乙醇清洗掉，最后在80°c干燥箱內(nèi)烘干； 制備絕緣層步驟，把處理好的硅片放入PECVD的真空室內(nèi)，用機(jī)械泵和羅茨泵把真空室的氣壓抽至IOPa以下，通入的反應(yīng)氣體為氧氣和硅烷，同時(shí)通入惰性氣體氬氣作為保護(hù)氣體以及電離氣體； Ζη0:Α1溝道層的沉積步驟，在沉積好介孔Si02的襯底上，采用射頻磁控濺射沉積ZnOiAl溝道層，濺射時(shí)的本底真空為3X10-3Pa，極限真空為I X 10_5Pa，濺射氣體為氧氣和氬氣的混合氣體，其中02的流量占總氣流的6%至10%，工作氣壓為0.5pa，濺射功率為IOOff ； 源、漏極的制備步驟，用掩模法，采用射頻磁控濺射沉積完成的，濺射時(shí)的本底真空為3X10-3Pa，極限濺射氣體為氬氣，工作氣壓為0.5pa，濺射功率為100W。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制備工藝，其特征在于，上述制備絕緣層步驟、Ζη0:Α1溝道層的沉積步驟以及源、漏極的制備步驟均在室溫下進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制備工藝，其特征在于，上述絕緣層步驟中，其中硅烷和氧氣的比例為5: 18seem，沉積的總氣壓和時(shí)間分別為25pa和I小時(shí)，射頻功率為 150W。
全文摘要
一種底柵結(jié)構(gòu)的低壓ZnO透明薄膜晶體管的制備工藝，包括清潔襯底步驟；制備柵極步驟；制備絕緣層步驟；ZnO:Al溝道層的沉積步驟；源、漏極的制備步驟。上述制備絕緣層步驟、ZnO:Al溝道層的沉積步驟以及源、漏極的制備步驟均在室溫下進(jìn)行。
文檔編號(hào)H01L21/336GK103094122SQ20121059715
公開日2013年5月8日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者紀(jì)成友, 賈道峰 申請人:青島紅星化工集團(tuán)自力實(shí)業(yè)公司