[发明专利]用于薄膜晶体管的氧化物半导体薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化物半导体薄膜及其制备方法，该氧化物半导体薄膜作为薄膜晶体管(TFT)的有源层可以应用在有机发光显示(OLED)、液晶显示(LCD)、电子纸显示等的驱动方面，也可以用于集成电路领域。

背景技术

近年来，在平板显示领域，基于氧化物半导体薄膜的晶体管越来越受到重视。目前用在平板显示的薄膜晶体管的半导体有源层材料主要是硅材料，包括非晶硅(a-Si:H)、多晶硅、微晶硅等。然而非晶硅薄膜晶体管具有对光敏感、迁移率低(＜1cm²/Vs)和稳定性差等缺点；多晶硅薄膜晶体管虽然具有较高的迁移率，但是由于晶界的影响导致其电学均匀性差，多晶硅制备温度高和成本高，限制了其在平板显示中的应用；微晶硅制备难度大，晶粒控制技术难度高，不容易实现大面积规模量产。基于氧化物半导体的薄膜晶体管具有载流子迁移率较高(1～50cm²/Vs)、制备温度低(＜400℃，远低于玻璃的熔点)、对可见光透明以及持续工作电学稳定性较好等优点，在平板显示的TFT基板领域，有替代用传统硅工艺制备的薄膜晶体管的发展趋势。

氧化物半导体材料主要包括氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟镓(IGO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化铟镓锌(IGZO)等。但是，基于这些氧化物半导体材料的薄膜晶体管的电学稳定性仍然较差。电学稳定性差主要表现在薄膜晶体管经过一段持续时间工作后，其阈值电压会出现较大的漂移，导致输出电流减小。因此，制备高稳定性的氧化物半导体薄膜，成为低成本高可靠性驱动平板显示的迫切任务。

发明内容

本发明的目的是针对现有的基于氧化物半导体材料的薄膜晶体管的稳定性较差的问题，提出一种电学稳定性好的用于薄膜晶体管的氧化物半导体薄膜及其制备方法。

本发明通过新的掺杂物，改善载流子迁移率，改善晶体管中氧化物半导体薄膜与绝缘层之间的接触，减少阈值电压漂移，达到提高薄膜晶体管的电学稳定性的目的。

本发明的上述目的可以通过以下步骤实现：

一种用于薄膜晶体管的氧化物半导体薄膜：该氧化物半导体薄膜材料成分为(Al₂O₃)_x(Nd₂O₃)_y(In₂O₃)_z(ZnO)_(1-x-y-z)，其中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1，0≤1-x-y-z＜1，该氧化物半导体薄膜材料用于制作薄膜晶体管的有源层。优选地X≤0.01。

所述的用于薄膜晶体管的氧化物半导体薄膜的制备方法，包括以下的工艺步骤：

(1)靶材的制备：将摩尔百分比含量分别为x、y、z和(1-x-y-z)的Al₂O₃、Nd₂O₃、In₂O₃和ZnO粉末混合均匀，再经过铸浆或热压成型、烧结、机械加工、打磨形成靶材；

(2)溅射制备氧化物半导体薄膜：将靶材安装在溅射仪上，通过溅射方法制备用于薄膜晶体管的氧化物半导体薄膜，该氧化物半导体薄膜材料成分为：(Al₂O₃)_x(Nd₂O₃)_y(In₂O₃)_z(ZnO)_(1-x-y-z)，其中，0＜x＜0.1，0＜y＜1，0＜z＜1，0＜1-x-y-z＜1。

为进一步实现本发明目的，所述的热压成型优选是用200KN～350KN的压强压制成片。

所述的烧结是指在温度为800～1500℃烧结制成靶材。

所述溅射方法的条件：真空度为5.0x10^-4Pa～2.0x10^-1Pa，溅射功率为100～200W，氩气和氧气混合气体的流量分别为15～30sccm和0.5～2.5sccm。

相对于现有技术，本发明具有如下特点：

本发明氧化物半导体薄膜中含有Al和Nd：通常掺杂Al可以抑制氧化物半导体薄膜中的本征自由电子的产生，降低氧化物半导体薄膜的本征电导率；同时引入Nd稀土元素，可以改善氧化物半导体薄膜的热稳定性、提高耐蚀性。同时掺入Al和Nd，可以综合改善薄膜晶体管的载流子迁移率和电学稳定性。

附图说明