[發明專利]一種銦鎵鋅氧化物半導體薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201410040761.X
• 申請日: 2014-01-27
• 公開（公告）號: CN103779425A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 方漢鏗;謝應濤;蔡述澄;歐陽世宏;石強
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L29/06;H01L21/336
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種制備銦鎵鋅氧化物半導體薄膜的方法；特別地，本發明還涉及一種利用銦鎵鋅氧化物半導體薄膜作為溝道層材料，制備銦鎵鋅氧化物晶體管的方法。

背景技術

薄膜晶體管（Thin?Film?transistor；TFT）是由半導體有源層即溝道層、介質層即絕緣層、柵電極、源電極和漏電極構成。由于薄膜晶體管容易制備且成本較低，因此被廣泛應用于平板顯示領域。近年來，隨著液晶顯示的發展壯大，薄膜晶體管技術已經成為平板顯示的象征性技術，其特點是在對角線為數米長的基板上制備幾千萬個數微米大小的TFT陣列。

目前TFT按半導體有源層材料的不同大致可分為四種：非晶硅TFT、低溫多晶硅TFT、有機TFT和氧化物TFT。目前TFT-LCD中應用最為廣泛是非晶硅TFT。相對于非晶硅TFT而言，低溫多晶硅TFT具有高清晰度、高開口率、快響應速度和低功耗等優點，因而有可能成為一種繼非晶硅TFT之后的主流應用技術。但是低溫多晶硅TFT技術存在設備昂貴、工藝難度大、均勻性差等缺點，而且其工藝溫度相對有機基板而言太高，不適合應用于柔性顯示器件。盡管有機TFT具有易彎折，可和柔性基板相兼容等優點，但是其遷移率較低，因此很難滿足平板顯示的需求。

最新的研究表明，氧化物TFT兼具遷移率高、可透光性好等優點，因此成為近年來研究的熱點。而利用氧化物半導體制作透明氧化物薄膜晶體管，實現了比非晶硅薄膜晶體管性能高出1-2個數量級的結果。如采用氧化物半導體TFT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，降低功耗和減少工藝復雜性。這預示著氧化物TFT在未來的平板顯示領域將具有良好的應用前景。

目前生產中一般采用諸如磁控濺射法、等離子增強化學氣相沉積的高真空沉積方法制備氧化物半導體薄膜。然而高昂的真空設備及運轉成本顯然已成為制約氧化物TFT在大尺寸平板顯示顯示領域發展的枷鎖。因此低廉的溶液法沉積氧化物半導體薄膜成為追逐的熱點。其優點是可在大氣環境下制備、可應用于大尺寸、制備設備簡單，對于多組分體系可精確控制其中各元素含量等優點。

目前報道的IGZO溶液前驅體一般由醋酸鹽、硝酸鹽或者氯酸鹽和相對應的金屬離子所構成的。然而，在退火時這類前驅體所發生的復雜化學反應將可能帶來IGZO膜較多的空洞，或者由于諸如Cl-等殘留的陰離子將可能造成IGZO的TFT性能的衰減。

因此，本領域的技術人員致力于開發新型的氧化物半導體薄膜，用于制備氧化物晶體管，具有制備工藝簡單、可控，成本低，光電性能優良等優點。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種制備銦鎵鋅氧化物（IGZO）半導體薄膜的方法，采用不同于現有技術的金屬鹽和溶劑形成銦鎵鋅氧化物（IGZO）前驅體溶液，通過加熱涂覆等方式在基板材料上形成表面平整、光電性能優良的IGZO半導體薄膜。

進一步，本發明所要解決的技術問題還在于，利用銦鎵鋅氧化物半導體薄膜作為溝道層材料，制得銦鎵鋅氧化物晶體管及其制備方法，提高氧化物晶體管的性能參數。

為實現上述目的，在本發明的第一個方面，提供了一種溶液法制備銦鎵鋅氧化物半導體薄膜的方法，包括如下步驟：

a）分別制備乙酰丙酮鎵的乙醇溶液、乙酰丙酮鋅水合物的乙醇溶液和乙酰丙酮銦的四氫呋喃溶液；

b）將步驟a）所得的三種溶液按需要的比例進行混合，制得銦鎵鋅氧化物的前驅體溶液；

c）將步驟b）所得的前驅體溶液混合均勻；

d）將步驟c）所得的前驅體溶液沉積在基板材料上，制得銦鎵鋅氧化物半導體薄膜；

e）將步驟d)所得的銦鎵鋅氧化物半導體薄膜進行退火處理，即得所述銦鎵鋅氧化物半導體薄膜。

進一步地，所述步驟b）中，按照所述前驅體溶液中所需的鎵、鋅和銦的摩爾比，量取不同體積比的乙酰丙酮鎵的乙醇溶液、乙酰丙酮鋅水合物的乙醇溶液和乙酰丙酮銦的四氫呋喃溶液進行混合。

其中，鎵、鋅和銦的摩爾比為（0～2）:（0～2）:（0～2）。

進一步地，所述步驟c）中，將步驟b）所得的前驅體置于室溫和氮氣環境下進行磁力攪拌20～30分鐘，然后加熱至60～70℃備用。

進一步地，所述d）中，所述沉積為：采用旋涂法或噴墨印刷法將前驅體溶液沉積在基板材料上；所述基板材料包括硅片、玻璃基板或二氧化硅基板；所述銦鎵鋅氧化物半導體薄膜的厚度為5～100納米。