[发明专利]一种氧化锌薄膜晶体管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种玻璃衬底或者塑料衬底上制备薄膜晶体管的方法，属于半导体行业、平板显示领域。

背景技术

随着信息时代的到来，显示器件正加速向平板化、节能化的方向发展，其中以薄膜晶体管(TFT)为开关元件的有源阵列驱动显示器件成为众多平板显示技术中的佼佼者。TFT是一种场效应半导体器件，包括衬底、半导体沟道层、绝缘层、栅极和源漏电极等几个重要组成部分，其中半导体沟道层对器件性能和制造工艺有至关重要的影响。最近十几年，以硅材料(非晶硅和多晶硅)TFT为驱动单元的液晶显示器件以其体积小、重量轻、品质高等优点获得了迅速发展，并成为主流的信息显示终端。然而，非晶硅存在场效应迁移率低、光敏性强以及材料不透明等缺点，而多晶硅TFT大面积制作工艺复杂、低温工艺难以实现。平板显示器的发展重新聚集在寻找新材料、制作高迁移率的TFT、提高性能、降低成本以满足技术发展的轨道上来。

目前，研究比较热门的是以并五苯等有机半导体材料为沟道层的有机薄膜晶体管(OTFT)和以ZnO为代表的宽带隙氧化物半导体为沟道层的TFT。OTFT具有加工温度低、工艺过程简单、成本大幅度降低等优点，这些优点符合社会发展和技术进步的趋势。但目前报道的OTFT的迁移率较低，扔停留在非晶硅TFT的水平，另一个致命缺点是OTFT的寿命低，存在严重的老化问题。2003年美国科学家Hoffman等报道了以ZnO为沟道层的全透明TFT并指出可以将其应用在有源矩阵驱动显示中，引起了人们广泛关注。

氧化锌半导体薄膜材料之所以受到广泛关注是因为它具有很多优点：易于制备、制备温度低、透明度高、电学性能好、无毒环保材料、材料价格低。

目前，关于氧化锌基半导体薄膜材料的研究有很多，采用不同掺杂的氧化锌基薄膜晶体管层出不穷。常见的有氧化锌铟镓(Indium Gallium Zinc Oxide,IGZO)，氧化锌铝(ZnO+Al₂O₃,AZO),氧化锌铟(ZnO+In₂O₃,IZO),氧化锌镁(ZnO+MgO,MZO),氧化锌镓(ZnO+Ga₂O₃,GZO)等等。其中，IGZO被认为是最有前途的透明半导体材料，然而由于材料中的In是稀有元素，地球上含量稀少，In和Ga元素有毒，制造成本高并且不环保。氧化锌镍(NZO)目前还没有人研究，且Ni常见且无毒，环保健康，因而将氧化锌镍作为透明导电材料和半导体材料进行研究具有重要的科研价值和实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在玻璃或者塑料衬底上制备氧化锌薄膜晶体管的制造方法。该制备方法工艺步骤简单，制造成本低廉，适用于低温工艺，并能简单有效的改善薄膜晶体管的各项性能。

本发明的技术方案如下：

一种在玻璃或塑料衬底上制备氧化锌薄膜晶体管的方法，其包括以下步骤：

(1)在玻璃或者塑料衬底上生长一层透明导电薄膜，光刻、刻蚀出栅电极；

(2)接着生长一层栅介质薄膜，光刻、刻蚀出栅介质；

(3)然后，利用溅射工艺在栅介质层上生长一层掺镍的氧化锌非晶半导体材料，即溅射使用的靶材为掺镍的氧化锌陶瓷靶，镍的含量为2％-10％；溅射过程中控制氧气分压为2％-20％；随后光刻、刻蚀出导电沟道结构；

(4)再生长一层透明导电薄膜，光刻、刻蚀出源、漏电极；

(5)接着生长一层钝化介质层，光刻、刻蚀形成栅、源和漏的引出孔；

(6)最后，生长一层金属薄膜，光刻、刻蚀形成金属电极和互连。

所述的制作方法，步骤(1)所生长的透明导电薄膜材料为ITO、AZO、GZO等导电薄膜。

所述的制作方法，步骤(2)所生长的栅介质材料为二氧化硅，或者氮化硅、氧化铪、氧化铝、氧化锆等绝缘材料。

所述的制作方法，步骤(4)所生长的导电薄膜，由透明导电材料ITO、AZO、GZO等形成。

本发明的优点和积极效果：氧化锌镍是一种新开发的半导体材料，目前还没有被广泛地研究。本发明采用掺镍的氧化锌半导体材料作为薄膜晶体管的导电沟道层，其制造成本低廉，均匀性好，可适用于低温工艺。且在溅射制备工艺的过程中若调节掺镍的氧化锌靶材的组分，以及控制溅射氧气分压，还可以改善薄膜晶体管的开关比、亚阈摆幅、阈值电压以及迁移率等特性。因此，本发明对提高薄膜晶体管器件的性能具有积极效果，适用于透明显示和柔性显示技术。

附图说明