[發明專利]基于氧化鉭絕緣層的薄膜晶體管及其制備方法

無效

• 申請號: 201210073839.9
• 申請日: 2012-03-19
• 公開（公告）號: CN102623510A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 蘭林鋒;彭俊彪;王磊
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;廣州新視界光電科技有限公司
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L29/22;H01L21/34;H01L21/363
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 宮愛鵬

技術領域

本發明涉及基于氧化鉭絕緣層的薄膜晶體管的制備方法，本發明應用在有機發光顯示、液晶顯示、電子紙顯示等領域，也可以用于集成電路領域。

背景技術

有機電致發光顯示(OLED)以其視角寬、響應速度快、對比度高、省電等優點越來越受到人們的重視。目前，小尺寸的無源OLED顯示器已經應用在手機等產品上，但大尺寸的OLED顯示器必須采用有源驅動的方式。薄膜晶體管(TFT)是有源OLED顯示器的背板的核心單元。目前用在平板顯示的TFT的半導體溝道層的材料主要是硅材料，包括非晶硅(a-Si:H)、多晶硅、微晶硅等。然而非晶硅TFT具有對光敏感、遷移率低(＜1cm²/Vs)和穩定性差等缺點；多晶硅TFT雖然具有較高的遷移率，但是由于晶界的影響導致其電學均勻性差，且多晶硅制備溫度高和成本高；微晶硅制備難度大，晶粒控制技術難度高，不容易實現大面積規模量產。基于氧化物半導體的TFT具有載流子遷移率較高(1～100cm²/Vs)、制備溫度低、對可見光透明等優點，在平板顯示的TFT基板領域，有替代用傳統硅工藝制備的TFT的發展趨勢。

傳統的硅半導體一般采用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)的方法制備，而以氧化鋅(ZnO)為代表的氧化物半導體的制備方法一般采用濺射的方法，這就使得半導體溝道層、柵極、源漏電極的制備可以在同一個設備(濺射儀)中進行；然而，絕緣層大多采用二氧化硅(SiO₂)或氮化硅(SiN_x)，它們依然要使用PECVD的方法制備，使設備成本無法下降；同時PECVD的方法制備SiO₂或氮化硅SiN_x需要較高的溫度(大于300攝氏度)，使得器件無法在柔性襯底上制備。因此，尋找無需PECVD、低溫制備的絕緣層是降低TFT制備成本、提高其應用范圍的一個方向。

發明內容

為克服現有技術的缺點和不足，本發明的目的在于提供了基于陽極氧化的氧化鉭絕緣層的薄膜晶體管的制備方法，使用陽極氧化的方法制備絕緣層，使整個薄膜晶體管在制備過程能在較低溫度下進行，能大大降低設備和材料的成本，并且能降低器件的工作電壓。

本發明目的通過如下技術方案實現：

基于氧化鉭絕緣層的薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，包含如下步驟：

(1)柵極基片的制備

在玻璃基板上通過濺射的方法制備鉭或鉭合金薄膜，該薄膜的厚度為100nm～600nm，通過掩模或光刻的方法圖形化，得到柵極；

(2)陽極氧化絕緣層的制備

將所制備的柵極基片放入電解質溶液中通電進行陽極氧化處理，在柵極表面形成一層氧化鉭(Ta₂O₅)薄膜，其厚度為100nm～300nm，即為陽極氧化絕緣層；

(3)溝道層的制備

在陽極氧化絕緣層上面通過濺射的方法制備溝道層，該溝道層的厚度為20nm～100nm，通過掩模或光刻的方法圖形化，得到溝道層；

(4)漏極和源極的制備

在溝道層上面通過濺射的方法制備一層厚度為100nm～500nm的導電薄膜，通過掩模、光刻或者剝起的方法圖形化，同時得到漏極和源極。

優選地，步驟(1)和(4)所述濺射的本底真空度小于1×10^-3Pa，氬氣氣壓為0.2～2Pa，功率為0.3～10W/cm²。

優選地，步驟(2)所述陽極氧化處理的步驟如下：將柵極基片放入電解質溶液的一端接電源正極，電源負極接石墨或金屬(如鐵、鉑、鈦、不銹鋼等)放入電解質溶液的另外一端，先在陽極和陰極之間加恒定的電流，此恒定電流大小為0.1～1mA/cm²，陽極和陰極之間的電壓將隨時間線性升高，當電壓達到設定值80V～150V時恒定這個電壓，直至陽極和陰極之間的電流小于等于0.05mA/cm²時，在柵極表面形成一層氧化鉭薄膜，此氧化膜的厚度與陽極氧化過程中設定的電壓值成正比，此氧化膜即為陽極氧化絕緣層。

優選地，步驟(2)所述電解質溶液為檸檬酸、硫酸或者為酒石酸銨和乙二醇的混合液。

優選地，步驟(3)所述濺射的本底真空度小于等于1×10^-3Pa，氬氣偏壓為0.2～2Pa，氧氣偏壓為0～0.3Pa，功率為0.3～10W/cm²。