[发明专利]一种利用金属诱导半导体氧化物结晶的方法

说明书

本发明属于半导体制备技术领域，提供了一种利用金属诱导半导体氧化物结晶的方法。采用磁控溅射沉积In、Ga和Zn的原子百分比为1:1:1的α‑IGZO薄膜作为沟道，然后沉积铝为催化层，可以将退火温度降低到400摄氏度及以下，满足了未来柔性底板的限制条件。诱导金属方法成本较低，实施起来比较容易，效果较好。结晶后的氧化镓铟锌晶体管性能较高，多方面参数优于非晶型半导体。

技术领域

本发明属于半导体制备技术领域，具体涉及一种利用金属诱导半导体氧化物结晶的方法。

背景技术

薄膜晶体管(TFT)作为开关和驱动器件控制显示器像素单元，是平板显示核心技术。当前平板显示设备使用的TFT主要有：氢化非晶硅薄膜晶体管(a-Si:H TFT)、低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS TFT)和氧化物薄膜晶体管(Oxide TFT)。a-Si:H TFT制备成本低，但其较低迁移率(~1cm^-2v^-1S^-1)无法满足OLED使用要求。LTPS TFT虽然迁移率足够高，但其较高制备成本会大幅推高显示产品价格；此外，LTPS TFT一致性较差，无法在大尺寸显示上使用。

东京理工学院的Hosono教授在2004年报告了非晶型氧化镓铟锌氧化物半导体晶体管。由于比结晶硅高20-30倍的载流子迁移率，并且制备温度低，漏电流小而备受关注。自从氧化镓铟锌半导体面世以来，已经取得了很多突破，c轴结晶型氧化镓铟锌是一种介于纳米晶体和单晶体之间的一种氧化物，具有不明显晶界的神奇特征，因此具有异常高的载流子迁移度，甚至是非晶型氧化物半导体的两倍以上，因此具有非常高的发展前景。

以非晶铟镓锌氧薄膜晶体管(a-IGZO TFT)为代表的Oxide TFT兼备高迁移率(10cm^-2v^-1S^-1)、低制备成本和高一致性的优点，有巨大潜力成为OLED显示驱动器件。C轴对称结晶铟镓锌氧薄膜晶体管(CAAC IGZO TFT)是一类新型氧化物薄膜晶体管，主要特点是IGZO有源层存在大量沿C轴方向对称结晶的IGZO纳米晶粒，这些IGZO纳米晶粒嵌合在非晶IGZO系统中。CAAC IGZO TFT最重要的优点是优异的偏置可靠性，使其成为最具竞争力的平板显示设备像素电路驱动器件候选。但是，CAAC IGZO TFT有源层通常在较高温度下制备，在柔性显示等应用上的使用会受到限制。因此，如何在低温状态下完成氧化镓铟锌的结晶过程，成为限制氧化物半导体发展的一个重要因素。

专利CN 109524476 A氧化物薄膜晶体管的制备方法及阵列基板的制备方法中，采用150nm-350nm激光将非结晶有源层结晶，该方法需要专门的额外设备，会增加成产成本。

专利CN 105679646 A氧化物半导体层的结晶方法、半导体器件及其制造方法中，采用调整氧化物中In、Ga和Zn的原子百分比为1:1:1.10-1.25获得在200℃至350℃的温度下结晶的有源层。而对于其他原子百分比的氧化物半导体适用性较差，应用面比较窄。

发明内容

针对目前低温下形成结晶IGZO困难的问题，本发明提供一种利用铝诱导IGZO低温下结晶的方法，成本低、操作简便。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种基于金属诱导结晶工艺的薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：

（1）衬底上生长一层SiO₂作为隔离层；

（2）于Ar气氛下，在隔离层上沉积In、Ga和Zn的原子百分比为1:1:1的α-IGZO薄膜作为沟道；

（3）于Ar气氛下，在沟道两端分别沉积源极和漏极；

（4）在源极和漏极之间的沟道上沉积铝作为催化层；

（5）300-350℃热处理完成诱导结晶，冷却后获得薄膜晶体管。