[發明專利]氧化物半導體薄膜及制備方法、薄膜晶體管及制備方法

有效

• 申請號: 201210279649.2
• 申請日: 2012-08-07
• 公開（公告）號: CN102810483A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 邱勇;趙云龍;段煉
• 申請（專利權）人: 清華大學;北京維信諾科技有限公司;昆山維信諾顯示技術有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L29/06;B05D3/02
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 彭秀麗

技術領域

本發明涉及薄膜晶體管領域，尤其涉及一種應用于晶體管的氧化物半導體薄膜的制備方法，還涉及應用該制備方法制備的氧化物半導體薄膜，以及應用該氧化物半導體薄膜的薄膜晶體管，還包括所述薄膜晶體管的制備方法。

背景技術

采用氧化物制作薄膜晶體管近年來備受關注，它們有著高的遷移率和透過率，傳統的非晶硅遷移率較低、光敏性強，多晶硅薄膜晶體管工藝復雜，而有機薄膜晶體管又難以克服低壽命、低遷移率的弱點，用氧化物制成全透明的薄膜晶體管用在有源矩陣驅動顯示器上將大大提高有源矩陣的開口率。參見附圖1，n型半導體薄膜晶體管包括柵極、絕緣層、半導體層、源、漏極。

在有源矩陣有機發光二極管（AMOLED）的應用中，遷移率較低的非晶硅晶體管（一般小于1cm²V^-1s^-1）無法適用，必須采用遷移率較高的其他晶體管。透明氧化物半導體薄膜的遷移率較高，工藝溫度比較低，從而可以應用于透明電子器件發揮其半導體性能。在AMOLED中，采用透明氧化物半導體薄膜晶體管作為像素開關，將大大提高有源矩陣的開口率，從而提高亮度，降低功耗和減小工藝復雜性。同時，可以應用于未來AMOLED的柔性顯示。因而，氧化物薄膜晶體管得到了重視和廣泛關注。

目前在薄膜晶體管中應用的氧化物半導體薄膜大多需要依托真空技術來制備，最常見的制備方法為射頻磁控濺射法。這種需要大型真空設備的制備方法大大的增加了氧化物半導體薄膜制備的成本，增加了大尺寸制備電子器件以及顯示設備的難度和可行性，增加了相關生產制備的能耗。采用溶液方法制備氧化物半導體薄膜的技術可以克服以上缺點，溶液法包括旋轉涂布法，噴墨打印法，熱噴涂分解法，浸漬提拉法等。但是因為氧化物中是一類復雜的無機物，其中會有很多因制備工藝不同而產生的缺陷，缺陷包括晶格錯位、羥基、懸掛鍵，雜原子存在等，采用溶液法制備氧化物半導體薄膜，受前驅體溶液成膜性能、熱氧化工藝等因素的影響，制成的薄膜會具有一定的薄膜缺陷或者有引入雜質，其中，薄膜缺陷主要表現為晶格缺陷和羥基缺陷，它們一般是由劇烈熱氧化過程和不完全氧化造成的，不完全氧化同時還會引入大量的碳雜質，根據采用前驅體材料的不同，其他雜質元素，如Cl，N，Si等也會有一定的殘留。根據國內外相關研究報道，這些缺陷和雜質原子都會捕獲載流子或散射載流子，影響載流子傳輸性能。因此，采用溶液法制備的氧化物半導體薄膜形成的晶體管的性能一般并不理想，無法達到射頻磁控濺射法的水平。

中國專利文獻CN101510513A公開了一種溶膠凝膠法制備氧化鋅薄膜晶體管的方法，具體如下：配制含醋酸鋅和二乙醇胺的異丙醇溶液，其中醋酸鋅與二乙醇胺的摩爾比為0.1:1到10:1，鋅離子在溶液中的摩爾濃度為0.0lM到0.5M;將含醋酸鋅和二乙醇胺的異丙醇溶液旋涂或拉膜涂覆于ATO/ITO/glass基體的ATO層上，ATO層和ITO層的厚度分別在400nm以下;在150℃到200℃預熱10-15分鐘，而后在400℃到650℃下熱處理15-20分鐘;重復進行涂覆、預熱和熱處理操作至形成的氧化鋅薄膜厚度達到30nm一100nm；用蒸鍍方法在氧化鋅薄膜表面制備源漏電極陣列。該現有技術中在制備氧化鋅半導體層是采用了旋涂或者拉膜的溶液方法，但是該現有技術的晶體管的載流子遷移率較低，僅為大于2cm²V^-1s^-1，通常，載流子遷移率較小時為了保證一定的響應驅動該晶體管運行的能耗就會加大，遷移率越大，為了保證同一響應時間所述能耗越小，所以對于響應速度要求較高的場合，由于低載流子遷移率需要的能耗太大從而不能適用。

發明內容

本發明解決的技術問題是現有技術中采用溶液法制備的氧化物薄膜受前驅體成膜性等因素影響形成的薄膜晶體管的性能不理想、載流子遷移率低的問題，進而提供一種氧化物半導體薄膜的制備方法。本發明還提供使用該方法形成的氧化物半導體薄膜以及應該該氧化物半導體薄膜的薄膜晶體管。

為了解決上述問題，本發明采用的技術方案如下：

一種氧化物半導體薄膜的制備方法，包括以下步驟：

（1）制備前驅體溶液

將含有目標氧化物金屬離子的前驅體材料和穩定劑溶解于溶液中，充分攪拌使其充分溶解，得到前驅體溶液；

（2）制備反應溶液

在前驅體溶液中加入帶有羥基（OH）或者烷氧基（OR）的催化劑，攪拌使其充分溶解得到反應溶液；