Igzo薄膜晶體管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種IGZO薄膜晶體管及其制備方法，其中IGZO薄膜晶體管包括襯底、結(jié)合在襯底表面上的柵極和覆蓋在襯底和柵極外表面的硅化物柵極絕緣層，其中，硅化物柵極絕緣層表面被O2/N2O等離子體轟擊處理，且在被O2/N2O等離子體轟擊處理的硅化物柵極絕緣層表面上還層疊結(jié)合有自組裝單分子膜層。這樣，經(jīng)O2/N2O等離子體轟擊后，可減少硅化物柵極絕緣層薄膜的缺陷態(tài)，抑制電荷陷阱作用，而且自組裝單分子膜層使得絕緣層表面粗糙度降低，很好的改善了絕緣層與有源層之間的界面性質(zhì)，阻礙了電荷被界面缺陷俘獲，提高了器件的載流子遷移率，降低了閾值電壓，減小了漏電流，使得器件性能更穩(wěn)定。
【專利說明】IGZO薄膜晶體管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種IGZO薄膜晶體管及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前通常使用的IGZO薄膜晶體管器件結(jié)構(gòu)是底柵頂接觸結(jié)構(gòu)，具體從下至上依次包括襯底、柵極、柵極絕緣層、IGZO有源層、刻蝕阻擋層、源漏電極，其中柵極絕緣層多為無機絕緣材料，如Si02、SiNx, A1203、Ta2O5等。IGZO有源層生長在柵極絕緣層之上，也就是說柵極絕緣層材料的選擇與柵極絕緣層薄膜的表面質(zhì)量對IGZO薄膜晶體管的器件性能有很大的影響。
[0003]作為IGZO薄膜晶體管的重要組成部分，柵極絕緣層采用SiO2較為普遍。但如果SiO2暴露在空氣當中，SiO2能與氧或者氮反應生成S1-OH，其中，羥基具有較強的極性，因此其表面能較高，易吸附空氣中的水分子或其它雜質(zhì)離子，使SiO2絕緣層的表面存在大量的陷阱和缺陷，其表面狀態(tài)也隨之發(fā)生改變，由此，與沉積在其上的IGZO有源層材料間的界面也發(fā)生改變。而薄膜晶體管器件的前溝道層就形成在這一界面附近，是薄膜晶體管器件中載流子傳輸?shù)耐ǖ?。因此沉積有源層后，在與絕緣層的界面處會形成高濃度的缺陷態(tài)，這些缺陷態(tài)會俘獲載流子而降低載流子的遷移率，使器件的特性變得不穩(wěn)定，從而造成器件反向電流加大或擊穿電壓降低。所以SiO2絕緣層和有源層的界面是IGZO薄膜晶體管器件一個至關(guān)重要的界面。
[0004]綜上所述，在IGZO薄膜晶體管中，柵極絕緣層材料的選擇和絕緣層與有源層之間界面態(tài)對薄膜晶體管電學性能影響很大。尤其在AMOLED應用中，柵極絕緣層材料的選擇和絕緣層與有源層之間界面態(tài)會影響薄膜晶體管器件的開關(guān)特性、閾值電壓、亞閾值區(qū)擺幅，這些參數(shù)又會進一步直接影響到顯示畫面的成像質(zhì)量。
[0005]為了提高IGZO薄膜晶體管器件的電學性能，已經(jīng)有研究通過改變器件使用的材料種類和器件結(jié)構(gòu)及優(yōu)化器件制備的工藝來實現(xiàn)，但是這些方法可能會造成器件制備工藝復雜，導致成本上升，需要研究簡單易行且和現(xiàn)有的工藝技術(shù)相兼容的方法來實現(xiàn)提高IGZO薄膜晶體管器件性能的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種IGZO薄膜晶體管，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中IGZO薄膜晶體管的柵極絕緣層與有源層之間的界面存在陷阱和缺陷使得其影響器件中電荷的傳輸，從而降低該器件的電學性能的問題。
[0007]本發(fā)明的另一目的是提供一種電學性能優(yōu)異的IGZO薄膜晶體管。
[0008]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種IGZO薄膜晶體管，包括襯底、結(jié)合在所述襯底表面上的柵極和覆蓋在所述襯底和柵極外表面的硅化物柵極絕緣層，其特征在于:所述硅化物柵極絕緣層表面被02/n20等離子體轟擊處理，且在被o2/N2o等離子體轟擊處理的所述硅化物柵極絕緣層表面上還層疊結(jié)合有自組裝單分子膜層。
[0010]以及，一種IGZO薄膜晶體管的制備方法，包括如下步驟:
[0011]在結(jié)合有柵極的襯底的外表面和柵極外表面覆蓋硅化物形成硅化物柵極絕緣層；
[0012]采用02/N20等離子體轟擊硅化物柵極絕緣層，得到被修飾的硅化物柵極絕緣層；
[0013]在被修飾的硅化物柵極絕緣層外表面制備自組裝單分子膜層；
[0014]在自組裝單分子膜層外表面制備IGZO有源層，并在IGZO有源層上制備刻蝕阻擋層、源極和漏極，得到制備完成的IGZO薄膜晶體管，后將其退火處理，得到上述的IGZO薄膜
晶體管。
[0015]上述IGZO薄膜晶體管在02/N20等離子體轟擊硅化物柵極絕緣層上增加一層緊密有序排列的自組裝單分子膜層，使得經(jīng)02/n20等離子體轟擊后，可減少硅化物柵極絕緣層薄膜的缺陷態(tài)，抑制電荷陷阱作用，而且自組裝單分子膜層使得絕緣層表面粗糙度降低，很好的改善了絕緣層與有源層之間的界面性質(zhì)，阻礙了電荷被界面缺陷俘獲，提高了器件的載流子遷移率，降低了閾值電壓，減小了漏電流，使得器件性能更穩(wěn)定。
[0016]上述IGZO薄膜晶體管的制備方法先利用02/N20等離子體轟擊硅化物柵極絕緣層，對硅化物柵極絕緣層表面進行修飾，隨后在被修飾的硅化物柵極絕緣層表面制備自組裝單分子膜層，使得本發(fā)明IGZO薄膜晶體管的遷移率高、器件性能優(yōu)異。同時，該方法與現(xiàn)有的工藝技術(shù)相兼容，且制備工藝簡單，條件易控，成本低廉，適于工業(yè)化的應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實施例的IGZO薄膜晶體管制備方法的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0018]為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合實施例與附圖，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0019]本發(fā)明實施例提供一種IGZO薄膜晶體管，包括襯底、柵極、硅化物柵極絕緣層、IGZO有源層、刻蝕阻擋層、源極及漏極，還包括與被02/N20等離子體轟擊處理的硅化物柵極絕緣層表面層疊結(jié)合的自組裝單分子膜層。
[0020]具體地，請參閱圖1，上述IGZO薄膜晶體管的柵極2結(jié)合在襯底I上，且硅化物柵極絕緣層3覆蓋在襯底I和柵極2外表面上，自組裝單分子膜層4覆蓋在硅化物柵極絕緣層3上，IGZO有源層5覆蓋在自組裝單分子膜層4上，刻蝕阻擋層6通過圖案化覆蓋在IGZO有源層5的上部中心區(qū)域，制備的源極7及漏極8分別位于刻蝕阻擋層6的兩側(cè)，IGZO有源層5被刻蝕阻擋層6、源極7及漏極8覆蓋。
[0021]實施例中，上述襯底I為重摻雜N型硅片或玻璃，若以重摻雜N型硅片為襯底，則娃片上重摻雜的Si作為柵極2 ;若以玻璃作為襯底，則柵極2為結(jié)合在其上的金屬膜,其材質(zhì)為Mo、Al、Cu、Ag、Au、Ti中的任一種或兩種以上組成的合金。
[0022]由于硅化物柵極絕緣層3內(nèi)的陷阱電荷、可移動離子及固定電荷會影響IGZO薄膜晶體管的器件性能，因此，硅化物柵極絕緣層3材料的選取至關(guān)重要。在本實施例中，硅化物柵極絕緣層3材料選用硅化物，在優(yōu)選實施例中，硅化物選用SiO2或SiNx，這是因為硅化物特別是SiO2或SiNx形成硅化物柵極絕緣層3后經(jīng)02/N20等離子體處理，可在硅化物柵極絕緣層3表面形成-OH懸掛鍵，有助于后續(xù)增加自組裝單分子膜層4，且采用上述材質(zhì)制備的硅化物柵極絕緣層3穩(wěn)定性強、絕緣性好。
[0023]為保證與IGZO薄膜更好的粘附性，改善后續(xù)制備的IGZO有源層5的沉積質(zhì)量和覆蓋效果，本發(fā)明實施例使用02/N20等離子體轟擊硅化物柵極絕緣層3表面進行修飾，即利用02/N20等離子表面“損傷”，減少已沉積的硅化物柵極絕緣層3的缺陷態(tài)，使得后續(xù)沉積形成的界面將擁有更好的粘滯性和親和力，且氣源02/N20還不易引進氫雜質(zhì)，有效防止器件性能的劣化。作為優(yōu)選實施例，該02/N20等離子體轟擊處理的方法為:將制備的硅化物柵極絕緣層3和柵極2的襯底I整體置于PECVD設備中，且處理工藝條件為:腔體內(nèi)氣壓為200-500mtorr，設置O2流量為50_500sccm或N2O流量為lOO-lOOOsccm，處理功率為40-100W，處理時間為1-3分鐘。這樣，如圖1所示,通過02/N20等離子體的轟擊，O2或N2O在等離子狀態(tài)下可分別作為等離子體基團部分參與構(gòu)造更多的-OH懸掛鍵，使后續(xù)制備的自組裝單分子膜層4與硅化物柵極絕緣層3表面的-OH發(fā)生化學反應，從而可抑制電荷陷阱作用，減少缺陷態(tài)和表面態(tài)密度，改善器件的開關(guān)態(tài)特性和電學性能；該過程同時影響到絕緣層的電容特性，實現(xiàn)對閾值電壓的修飾。 [0024]作為優(yōu)選實施例，上述自組裝單分子膜層4的材質(zhì)優(yōu)選為三氯硅烷、三甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷中的任一種，這是因為此類硅烷可與硅化物柵極絕緣層3表面形成的S1-OH懸掛鍵發(fā)生脫脂反應，形成的產(chǎn)物通過Si—O— Si結(jié)構(gòu)牢牢附著在絕緣層表面，且此類硅烷的尾部部分保護著硅化物柵極絕緣層3，使其表面光滑，平整度好。這樣，單分子薄膜通過與硅化物柵極絕緣層3表面的-OH發(fā)生化學反應，自組裝到硅化物柵極絕緣層3表面。
[0025]具體地，上述單分子薄膜與硅化物柵極絕緣層3表面形成的S1-OH懸掛鍵發(fā)生脫脂反應的機理如下所示，其中R代表分子尾部的長鏈基團，R*代表Cl或OCH3:
[0026]
R*O-S1-
R-S1-R* +30H-S1- = R-S1-O-S1- + 3HR*
匕I
RO-S1-
[0027]進一步優(yōu)選地，上述自組裝單分子薄膜4的材質(zhì)為辛基三氯硅烷、正十八烷基三氣硅烷、苯乙基二氣硅烷、(3-疏基丙基)二氣硅烷、十八烷基二甲氧基硅烷、苯基二甲氧基硅烷、Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的任一種。
[0028]上述形成的自組裝單分子薄膜層4的厚度優(yōu)選為l-10nm。該自組裝單分子薄膜層4由于只有幾個納米厚度且具有緊密有序排列的脂肪鏈，足可以有效抑制載流子遂穿到柵電極，從而避免較大漏電流的產(chǎn)生。
[0029]綜上，上述IGZO薄膜晶體管通過在02/N20等離子體轟擊的硅化物柵極絕緣層3上增加一層緊密有序排列的自組裝單分子膜層4，不僅使得硅化物柵極絕緣層3的表面光滑平整，有效降低絕緣層3的表面粗糙度，從而可抑制電荷陷阱作用，減少缺陷態(tài)和表面態(tài)密度，改善器件的開關(guān)態(tài)特性和電學性能，且氣源02/N20還不易引進氫雜質(zhì)，可防止器件性能的劣化。同時，增加的自組裝單分子膜層4可保證硅化物柵極絕緣層3表面與IGZO薄膜擁有良好的的粘滯性和親和力，改善IGZO有源層的沉積質(zhì)量和覆蓋效果，使制備的IGZO有源層表面形貌會較為平整，從而提高器件的載流子遷移率，降低了閾值電壓。且自組裝單分子膜層4絕緣性能好、熱穩(wěn)定性高，可加大硅化物柵極絕緣層3的電阻，從而減小漏電流，使得器件性能更穩(wěn)定。
[0030]相應地，一種遷移率高、器件性能優(yōu)異的IGZO薄膜晶體管的制備方法，包括如下步驟:
[0031]S01.在結(jié)合有柵極2的襯底I的外表面和柵極2外表面覆蓋硅化物形成硅化物柵極絕緣層3 ；
[0032]S02.采用02/N20等離子體轟擊硅化物柵極絕緣層3，得到被修飾的硅化物柵極絕
緣層；
[0033]S03.在被修飾的硅化物柵極絕緣層外表面制備自組裝單分子膜層4 ；
[0034]S04.在自組裝單分子膜層4外表面制備IGZO有源層5，并在IGZO有源層5上制備刻蝕阻擋層6、源極7和漏極8，得到制備完成的IGZO薄膜晶體管，后將其退火處理，得到上述的IGZO薄膜晶體管。
[0035]上述IGZO薄膜晶體管的工藝流程圖如圖1所示，在步驟SOl中，襯底I為重摻雜N型硅片或玻璃。本實施例優(yōu)選重摻雜N型硅片為襯底1，硅片上重摻雜的Si作為柵極2，通過熱氧化法在襯底I上制備硅化物柵極絕緣層3。其中，采用熱氧化法制備硅化物柵極絕緣層3后，應用HF清洗硅化物柵極絕緣層3的背面以保證Si的良好導電性。本實施例不采用玻璃為襯底I是因為玻璃襯底I上的金屬柵極2需通過磁控濺射法制備，并依次經(jīng)過涂膠、曝光、顯影、刻蝕步驟，最終形成金屬柵極薄膜，并采用PECVD或磁控濺射法制備硅化物柵極絕緣層3，此過程工序多，操作繁雜。其中，上述熱氧化法為現(xiàn)有技術(shù)，在此亦不加以闡述。
[0036]具體地，由于硅化物柵極絕緣層3外表面的潔凈程度直接影響到其表面制備自組裝單分子膜層4的成功率，因此在絕緣層3表面制備單分子層4前，首先要對絕緣層3進行清洗預處理。具體步驟為:先拿脫脂棉團蘸取丙酮反復擦洗絕緣層3，將遺留在絕緣層3表面的污染物擦除；后將結(jié)合有硅化物柵極絕緣層3的襯底I整體依次用洗液、丙酮、異丙醇和去離子水分別超聲清洗20分鐘；最后將襯底整體放置于烘箱中烘干，或者使用氮氣將其吹干。
[0037]本實施例中，上述清洗預處理結(jié)束后，步驟S02中，使用02/N20等離子體轟擊硅化物柵極絕緣層3表面，得到被修飾的硅化物柵極絕緣層，該轟擊處理方法如上所述，在此不再贅述。
[0038]上述步驟S03中，在02/N20等離子體轟擊處理的硅化物柵極絕緣層3上制備自組裝單分子膜層4作為硅化物柵極絕緣層3表面的過渡層，其方法優(yōu)選為:將制備的被修飾的硅化物柵極絕緣層3和柵極2的襯底整體置于濃度為3?5mg/ml的硅烷類混合溶液中，在50°C?100°C下反應30?90分鐘。該方法中，硅烷類反應基液不僅可和由SiO2或SiNx構(gòu)成的硅化物柵極絕緣層3的表面形成的S1-OH懸掛鍵發(fā)生脫脂反應，且形成的產(chǎn)物通過
S1-O-Si結(jié)構(gòu)牢牢附著在硅化物柵極絕緣層表面，而所選用的硅烷類化合物的尾部部分則保護著硅化物柵極絕緣層3，使其表面光滑，平整度好。這樣，自組裝單分子膜通過與絕緣層表面的-OH發(fā)生化學反應，自組裝到絕緣層表面。另外，上述硅烷類混合溶液所選用的溶劑可采用甲苯溶液或氯仿與環(huán)己烷的混合溶液。[0039]在從硅烷類混合溶液中取出襯底整體后，上述步驟S03中應對該襯底整體進行清洗處理，以除去表面的污染物，防止影響后續(xù)沉積膜的質(zhì)量和器件的性能，這樣，即可得到覆蓋有一層自組裝單分子膜層4的襯底整體。其中，清洗方法與上述清洗預處理的具體步驟相同，在此不再闡述。
[0040]上述步驟S04中，制備IGZO有源層5所用的陶瓷靶材成分為ln203、Ga203、ZnO,其摩爾百分比為1:1:1。這樣，以ZnO為基體，引入In可在ZnO的導帶底形成淺施主能級和共振態(tài)，增加載流子遷移率；而Ga的引入則在ZnO的導帶底形成淺束縛態(tài)，當Ga的濃度達到一定程度時可以在導帶邊形成連續(xù)能帶，控制Ga的含量以調(diào)制IGZO有源層5薄膜中的載流子濃度，抑制薄膜中的自由電子，從而可以降低TFT的關(guān)態(tài)電流。
[0041]具體地，上述在自組裝單分子膜層4表面制備IGZO有源層5的方法為:將覆蓋有自組裝單分子膜層4的襯底整體置于磁控濺射腔體中，濺射系統(tǒng)的本底真空度為I X 10?,濺射氣壓為0.75Pa，濺射功率為200W，腔室溫度25°C，氬氣流量25sCCm，氧氣流量2SCCm，濺射時間20分鐘，臺階儀測試濺射膜厚為40nm，后對濺射后的IGZO有源層5依次進行涂膠、曝光、顯影、刻蝕，得到上述IGZO有源層5。該磁控濺射方法利用高能量電子的解離作用，使濺射氣體離化成等離子體，氣體等離子體在電場的加速作用下高速轟擊靶材，使靶材原子濺射轉(zhuǎn)移到基材表面形成致密的IGZO有源層5薄膜。由此方法制備的膜厚可控，且有源層薄膜5與基材附著性好，可提高成膜的質(zhì)量，易于實現(xiàn)自動化工業(yè)生產(chǎn)。
[0042]上述步驟S04中，在IGZO有源層5表面制備的刻蝕阻擋層6的材質(zhì)為Si02、SiNx、Al2O3或Ta2O5中的任一種。作為優(yōu)選實施例，該刻蝕阻擋層的材質(zhì)優(yōu)選為成膜質(zhì)量好的SiO2，該薄膜可以防止后續(xù)源極和漏極的金屬薄膜圖案化過程中對IGZO有源層5的損傷，也可有效阻擋外界O2和水分子對IGZO有源層5的破壞，從而提高IGZO薄膜晶體管的性能。具體地，制備刻蝕阻擋層6的 方法為PECVD或磁控濺射法，均為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再進行闡述。
[0043]上述步驟S04中，在刻蝕阻擋層6兩側(cè)制備源極7和漏極8的方法為以直流磁控濺射方法采用IT0、Mo、Al、Cu、Ti中的任一種材料制備源極7和漏極8，其中，制備工藝條件為:腔體本底真空度達到2X 10_3Pa時，設置氬氣流量20SCCm，濺射功率為220W，濺射時間為5分鐘，后使用臺階儀測試濺射膜厚為150nm。
[0044]在制備完源極7和漏極8后，需將制備完成的IGZO薄膜晶體管進行退火處理，這樣，在退火溫度下，IGZO有源層5內(nèi)的電子獲得能量后，重新選擇能量更低的晶格位置，可減少薄膜內(nèi)的缺陷使晶體管器件的特性更加穩(wěn)定。具體地，退火處理的方法為:將制備完成的IGZO薄膜晶體管置于退火爐中，在空氣或氮氣氣氛中，退火溫度為200~300°C下退火
0.5~I小時，即得最終的IGZO薄膜晶體管。
[0045]綜上，如圖1所示，上述IGZO薄膜晶體管的制備方法在現(xiàn)有工藝的基礎上利用O2/N2O等離子體轟擊硅化物柵極絕緣層3，以此在絕緣層表面形成更多的-OH鍵，使后續(xù)制備的自組裝單分子膜層4與硅化物柵極絕緣層3表面的-OH發(fā)生脫脂反應，隨后在修飾后的硅化物柵極絕緣層3表面制備自組裝單分子膜層4，使得自組裝單分子膜層4通過Si—O—Si結(jié)構(gòu)牢牢附著在硅化物柵極絕緣層3表面，從而提高硅化物柵極絕緣層3表面與IGZO有源層5的粘滯性和親和力，進一步優(yōu)化本實施例1GZO薄膜晶體管的遷移率和器件性能。該方法與現(xiàn)有的工藝技術(shù)相兼容，且制備工藝簡單，條件易控，成本低廉，適于工業(yè)化的應用。[0046]現(xiàn)以IGZO薄膜晶體管及其制備方法為例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。
[0047]實施例1
[0048]一種IGZO薄膜晶體管的制備方法，包括如下步驟:
[0049]Sll.以重摻雜N型硅片為襯底，通過熱氧化方法在重摻雜N型硅片襯底上制備硅化物柵極絕緣層，后使用HF清洗絕緣層的背面；
[0050]S121.先拿脫脂棉團蘸取丙酮反復擦洗硅化物柵極絕緣層，將遺留在硅化物柵極絕緣層表面的污染物擦除；后將結(jié)合有硅化物柵極絕緣層的襯底整體依次用洗液、丙酮、異丙醇和去離子水分別超聲清洗20分鐘，并置于烘箱中烘干，得到潔凈且干燥的載有硅化物柵極絕緣層的重摻雜N型硅片襯底；
[0051]S122.采用PECVD設備，設定腔內(nèi)氣壓為200mtorr，處理時間3分鐘，O2流量50sccm,處理功率40W，對硅化物柵極絕緣層表面進行O2等離子體轟擊。
[0052]S131.將苯乙基三氯硅烷與甲苯溶液配制成濃度為3mg/ml的混合溶液，置于60°C熱臺上，并將上述經(jīng)02/n20等離子體處理后的襯底整體浸泡于苯乙基三氯硅烷溶液中，反應30分鐘，后將襯底整體取出并使用二甲苯溶液清洗掉硅化物柵極絕緣層表面多余的單分子膜，得到覆有自組裝單分子膜層的襯底整體；
[0053]S132.對獲得的覆有自組裝單分子膜層的襯底整體拿脫脂棉團蘸取丙酮反復擦洗自組裝單分子膜層，將遺留在自組裝單分子膜層表面的污染物擦除；后將覆有自組裝單分子膜層的襯底整體依次用洗液、丙酮、異丙醇和去離子水分別超聲清洗20分鐘，并置于烘箱中烘干，得到潔凈且干燥的覆有自組裝單分子膜層的襯底整體。
[0054]S141.將潔凈干燥的覆有自組裝單分子膜層的襯底整體置于磁控濺射設備中制備IGZO有源層，并將其參數(shù)設定為:本底真空度I X10_3Pa，氣壓0.75Pa，功率200W，腔室溫度250C，氬氣流量25SCCm，氧氣流量2sCCm，濺射時間20分鐘，臺階儀測試濺射膜厚為40nm，后對濺射后的IGZO有源層依次進行涂膠、曝光、顯影、刻蝕，得到IGZO有源層。
[0055]S142.以SiO2材料按照現(xiàn)有的磁控濺射法在IGZO有源層上制備刻蝕阻擋層。
[0056]S143.將結(jié)合有刻蝕阻擋層的襯底置于磁控濺射設備中，以直流磁控濺射方式采用ITO材料制備源漏電極，其中，濺射工藝條件為:腔體本底真空度2X10_3Pa，功率220W，腔室溫度25°C，氬氣流量20SCCm，濺射時間5分鐘，臺階儀測試濺射膜厚為150nm，得到初步成型的IGZO薄膜晶體管。
[0057]S144.將初步成型的IGZO薄膜晶體管置于退火爐中，在空氣或氮氣氣氛中，退火溫度為300°C下退火I小時，即得最終的IGZO薄膜晶體管。
[0058]實施例2
[0059]一種IGZO薄膜晶體管的制備方法，其具體步驟與實施例1相似，區(qū)別在于:實施例2中選用的等離子體轟擊處理中設定的O2流量為lOOsccm，處理時間為1.5分鐘；同時自組裝單分子膜層時硅烷類混合溶液由苯乙基三氯硅烷與由體積比為3:7的氯仿和環(huán)己烷組成的混合溶劑配制而成，且濃度為5mg/ml，置于60°C的熱臺上，反應時間為40分鐘。具體步驟如下:
[0060]S222.采用PECVD設備，并設定腔內(nèi)氣壓為200mtorr，處理時間1.5分鐘，O2流量IOOsccm,處理功率40W，對硅化物柵極絕緣層表面進行O2等離子體轟擊。
[0061]S231.將苯乙基三氯硅烷與由體積比為3:7的氯仿和環(huán)己烷組成的混合溶劑配制成濃度為5mg/ml的混合溶液，置于60°C的熱臺上，并將上述經(jīng)02/N20等離子體處理后的襯底整體浸泡于此溶液中，反應40分鐘，后將襯底整體取出并使用二甲苯溶液清洗掉絕緣層表面多余的自組裝單分子膜層分子層，得到覆有自組裝單分子膜層的襯底整體。
[0062]實施例3
[0063]一種IGZO薄膜晶體管的制備方法，其具體步驟與實施例1相似，區(qū)別在于:實施例3中選用的等離子體轟擊處理中設定的O2流量為70sCCm，處理時間為2分鐘；同時自組裝單分子膜層時硅烷類混合溶液由苯乙基三氯硅烷與甲苯溶劑配制而成，且濃度為4mg/ml，置于60°C的熱臺上，反應時間為80分鐘。具體步驟如下:
[0064]S322.采用PECVD設備，并設定腔內(nèi)氣壓為200mtorr，處理時間2分鐘，O2流量70sccm,處理功率40W，對硅化物柵極絕緣層表面進行O2等離子體轟擊。
[0065]S331.將苯乙基三氯硅烷與甲苯溶液配制成濃度為4mg/ml的混合溶液，置于60°C的熱臺上，并將上述經(jīng)02/N20等離子體處理后的襯底整體浸泡于此溶液中，反應80分鐘，后將襯底整體取出并使用二甲苯溶液清洗掉絕緣層表面多余的自組裝單分子膜層分子層，得到覆有自組裝單分子膜層的襯底整體。
[0066]對比實施例1
[0067]一種IGZO薄膜晶體管的制備方法，其具體步驟與實施例1相似，區(qū)別在于:對比例I中不包括實施例1中的S122、S131和S132步驟，即無等離子轟擊和制備自組裝單分子膜層的步驟。具體步驟如下:
[0068]Dll.以重摻雜N型硅片為襯底，通過熱氧化法在重摻雜N型硅片襯底上制備硅化物柵極絕緣層；
[0069]D12.先拿脫脂棉團蘸取丙酮反復擦洗硅化物柵極絕緣層，將遺留在硅化物柵極絕緣層表面的污染物擦除；后將結(jié)合有硅化物柵極絕緣層的襯底整體依次用洗液、丙酮、異丙醇和去離子水分別超聲清洗20分鐘，并置于烘箱中烘干，得到潔凈且干燥的載有硅化物柵極絕緣層的重摻雜N型硅片襯底；
[0070]D131.將潔凈且干燥的載有硅化物柵極絕緣層的重摻雜N型硅片襯底置于磁控濺射設備中制備IGZO有源層，并將其參數(shù)設定為:本底真空度I X 10?,氣壓0.75Pa，功率200W，腔室溫度25°C，氬氣流量25SCCm，氧氣流量2sCCm，濺射時間20分鐘，臺階儀測試濺射膜厚為40nm，后對濺射后的IGZO有源層依次進行涂膠、曝光、顯影、刻蝕，得到IGZO有源層。
[0071]D132.以SiO2材料按照現(xiàn)有的磁控濺射法在IGZO有源層上制備刻蝕阻擋層。
[0072]D133.將覆有刻蝕阻擋層的襯底置于PECVD設備中，以直流磁控濺射方式采用ITO材料制備源漏電極，其中，濺射工藝條件為:腔體本底真空度2父10_^1，功率2201，腔室溫度25°C，氬氣流量20SCCm，濺射時間5分鐘，臺階儀測試濺射膜厚為150nm，得到初步成型的IGZO薄膜晶體管。
[0073]D134.將初步成型的IGZO薄膜晶體管置于退火爐中，在空氣或氮氣氣氛中，退火溫度為300°C下退火I小時，即得最終的IGZO薄膜晶體管。
[0074]對比實施例2
[0075]—種IGZO薄膜晶體管的制備方法，其具體步驟與實施例1相似，區(qū)別在于:對比例2中不包括實施例1中的S131和S132步驟，即有等離子轟擊步驟但無制備自組裝單分子膜層步驟。具體步驟如下:
[0076]D21.以重摻雜N型硅片為襯底，通過熱氧化法在重摻雜N型硅片襯底上制備硅化物柵極絕緣層；
[0077]D221.先拿脫脂棉團蘸取丙酮反復擦洗硅化物柵極絕緣層，將遺留在硅化物柵極絕緣層表面的污染物擦除；后將結(jié)合有硅化物柵極絕緣層的襯底整體依次用洗液、丙酮、異丙醇和去離子水分別超聲清洗20分鐘，并置于烘箱中烘干，得到潔凈且干燥的載有硅化物柵極絕緣層的重摻雜N型硅片襯底；
[0078]D222.采用PECVD設備，并設定腔內(nèi)氣壓為200mtorr，處理時間3分鐘，O2流量50sccm,處理功率40W，對硅化物柵極絕緣層表面進行O2等離子體轟擊。
[0079]D231.將載有表面經(jīng)轟擊的硅化物柵極絕緣層的襯底整體置于磁控濺射設備中制備IGZO有源層，并將其參數(shù)設定為:本底真空度I X 10_3Pa，氣壓0.75Pa，功率200W，腔室溫度25°C，氬氣流量25SCCm，氧氣流量2sCCm，濺射時間20分鐘，臺階儀測試濺射膜厚為40nm，后對濺射后的IGZO有源層依次進行涂膠、曝光、顯影、刻蝕，得到IGZO有源層。
[0080]D232.以SiO2材料按照現(xiàn)有的磁控濺射法在IGZO有源層上制備刻蝕阻擋層；
[0081]D233.將載有刻蝕阻擋層的襯底置于PECVD設備中，以直流磁控濺射方式采用ITO材料制備源漏電極，其中，濺射工藝條件為:腔體本底真空度2父10_^1，功率2201，腔室溫度25°C，氬氣流量20SCCm，濺射時間5分鐘，臺階儀測試濺射膜厚為150nm，得到初步成型的IGZO薄膜晶體管。
[0082]D234.將初步成型的IGZO薄膜晶體管置于退火爐中，在空氣或氮氣氣氛中，退火溫度為300°C下退火I小時，即得最終的IGZO薄膜晶體管。
[0083]性能測試:
[0084]將上述實施例1~3和對比實施例1~2制備的IGZO薄膜晶體管采用Agilent-4155c在室溫下進行測試，測試條件為:柵極偏壓Vgs為30V，源漏工作電壓Vds為40V，各測試結(jié)果見下表1所示。
[0085]由下表1可知，與對比例I~2相比，實施例1~3提供的IGZO薄膜晶體管的開關(guān)態(tài)電流比顯著提高，且閾值電壓降低，遷移率高，亞閾值擺幅減小，以上這些數(shù)據(jù)都表明IGZO薄膜晶體管在經(jīng)過02/N20等離子體轟擊硅化物柵極絕緣層后，再在其上制備自組裝單分子膜層，這樣能很好改善絕緣層與有有源層之間的界面性質(zhì)，提高TFT器件的遷移率，降低閾值電壓，減小漏電流，使得器件性能更穩(wěn)定，從而實現(xiàn)改善器件的開關(guān)態(tài)特性和電學性能的目的。
[0086]表1
[0087]
【權(quán)利要求】
1.一種IGZO薄膜晶體管，包括襯底、結(jié)合在所述襯底表面上的柵極和覆蓋在所述襯底和柵極外表面的硅化物柵極絕緣層，其特征在于:所述硅化物柵極絕緣層表面被02/N20等離子體轟擊處理，且在被o2/N2o等離子體轟擊處理的所述硅化物柵極絕緣層表面上還層疊結(jié)合有自組裝單分子膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGZO薄膜晶體管，其特征在于，所述02/N20等離子體轟擊處理的方法為:將載有所述硅化物柵極絕緣層和柵極的襯底整體置于PECVD設備中，且處理工藝條件為:腔體內(nèi)氣壓為200-500mtorr，設置O2流量為50-500sccm或N2O流量為100-1000sccm，處理功率為40-100W，處理時間為1-3分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGZO薄膜晶體管，其特征在于，所述自組裝單分子膜層材料為二氯娃燒、二甲氧基娃燒、六甲基二娃氮燒中的任一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的IGZO薄膜晶體管，其特征在于，所述自組裝單分子膜層材料為羊基二氣娃燒、正十八燒基二氣娃燒、苯乙基二氣娃燒、(3-疏基丙基)二氣娃燒、十八燒基二甲氧基娃燒、苯基二甲氧基娃燒、Y _甲基丙烯酸氧基丙基二甲氧基娃燒中的任一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項所述的IGZO薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，所述自組裝單分子膜層厚度為l-10nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項所述的IGZO薄膜晶體管，其特征在于，所述硅化物柵極絕緣層材料為SiO2或SiNx。
7.—種如權(quán)利要求1?6任一所述的IGZO薄膜晶體管的制備方法，包括如下步驟: 在結(jié)合有柵極的襯底的外表面和所述柵極外表面覆蓋硅化物形成硅化物柵極絕緣層； 采用02/N20等離子體轟擊所述硅化物柵極絕緣層，得到被修飾的硅化物柵極絕緣層； 在所述被修飾的硅化物柵極絕緣層外表面制備自組裝單分子膜層； 在所述自組裝單分子膜層外表面制備IGZO有源層，并在所述IGZO有源層上制備刻蝕阻擋層、源極和漏極，得到制備完成的IGZO薄膜晶體管，后將其退火處理，得到權(quán)利要求1?6任一所述的IGZO薄膜晶體管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的IGZO薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，所述的單分子膜層的制備方法為:將制備的所述被修飾的硅化物柵極絕緣層的襯底整體置于濃度為3?5mg/ml的硅烷類混合溶液中，在50°C?100°C下反應30?90分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的IGZO薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，所述退火處理的方法為:將所述制備完成的IGZO薄膜晶體管置于退火爐中，在空氣或氮氣氣氛中，退火溫度為200?300°C下退火0.5?I小時。
【文檔編號】H01L29/786GK103700710SQ201310747078
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】楊帆, 申智淵, 付東 申請人:Tcl集團股份有限公司