[发明专利]一种在低温环境中制备铟铝锌氧化物薄膜晶体管的方法

说明书

本发明涉及一种在低温环境中制备铟铝锌氧化物薄膜晶体管的方法，所述多元非晶金属氧化物薄膜晶体管由下自上依次包括衬底、IAZO有源层、源电极和漏电极，所述源电极和漏电极生长在所述IAZO有源层上，该制备方法在20℃‑70℃的温度下进行，包括步骤如下：(1)在衬底上生长IAZO薄膜，制得所述IAZO有源层；(2)将步骤(1)生成后的器件放置于UV‑ozone中，处理时间为5分钟；(3)在所述IAZO有源层表面生长源电极和漏电极，即得。本发明通过探索和优化UV‑ozone对IAZO有源层的处理，在低温环境中制备出了高性能的IAZO TFT。

技术领域

本发明涉及一种在低温环境中制备铟铝锌氧化物薄膜晶体管的方法，属于半导体材料与器件技术领域。

背景技术

随着平板显示工艺的快速发展，薄膜晶体管(TFT)作为显示器开关和驱动单元的核心部件，也被提出了更高标准的要求，例如：更高的迁移率、更低的制备温度、更高的透明度以及可柔性等。然而，目前在显示领域应用最广的硅基TFT已经不能满足上述要求。这主要是因为硅基TFT自身存在许多难以解决的问题，例如：氢化非晶硅TFT的迁移率很低、多晶硅TFT的制备温度很高等。

近年来，非晶氧化物半导体(AOS)已经开始作为有源层被应用到TFT的研究中，并且研究人员发现AOS可以完全满足上述对TFT提出的新要求。目前，已经有多种AOS被不断地报道了出来，例如：铟锌氧化物(IZO)、铟锡氧化物(ITO)以及铟镓锌氧化物(IGZO)等。其中被关注最多、研究最广泛的是IGZO。在2004年，Hosono研究小组首次在Nature上报道了室温下制备的以非晶IGZO为有源层的透明柔性TFT，器件的场效应迁移率达到了6-9cm²/Vs，并且解释了非晶材料独特的导电机制[K.Nomura,H.Ohta,A.Takagi,T.Kamiya,M.Hirano andH.Hosono,Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-filmtransistors using amorphous oxide semiconductors,Nature,432,488-492,2004.]。自此以后，非晶IGZO TFT一直引领着AOS TFT的发展潮流。不幸的是，随着人们对IGZO TFT研究的不断深入，它也被发现存在许多难以克服的问题，尤其是其相对较差的光照和电学稳定性，这主要被归因于IGZO相对窄的光学带隙(～3.2eV)以及由Ga-O键较低的结合能而引起的不尽如人意的载流子调控能力。幸运的是，我们发现铟铝锌氧化物(IAZO)TFT可以有效地解决IGZO TFT所存在的问题。

IAZO可以被认为是一种由In₂O₃、Al₂O₃和ZnO三种材料所形成的合金。根据R.Hill关于半导体合金的带隙变化的研究，IAZO材料的带隙应该在In₂O₃和Al₂O₃的带隙之间随材料的组分变化，即带隙应该在～2.9-8.7eV之间变化，远大于IGZO～2.9-4.9eV的调制范围(Ga₂O₃带隙～4.9eV)。因此，通过Al元素代替Ga元素，可以提高材料带隙的宽度和调制范围，进而提高薄膜在光照射下的性能稳定性。同时，相对于Ga-O键，Al-O键具有更高的结合能，因此，也更有利于实现对载流子浓度的有效调控。此外，IAZO还能够避免稀有金属元素Ga的使用，有利于在一定程度上降低器件的生产成本。