[發(fā)明專利]一種低溫液相制備高遷移率銦釔氧薄膜晶體管的方法

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• 申請日: 2016-09-14
• 公開（公告）號: CN106653613A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設計）人: 夏國棟;劉金華;王素梅
• 申請（專利權）人: 齊魯工業(yè)大學
• 主分類號: H01L21/34
• 分類號: H01L21/34;H01L29/786;H01L29/24
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技術領域

本發(fā)明屬于半導體及微電子器件領域，特別涉及一種低溫液相制備高遷移率銦釔氧薄膜晶體管的方法，銦釔氧薄膜晶體管在信息電子等領域有重要應用前景。

背景技術

進入二十一世紀后，顯示器件已經(jīng)成為人們獲取信息、進行信息交換的主要終端設備，薄膜晶體管（Thin Film Transistor）作為有源驅(qū)動技術的關鍵器件對顯示設備的整體性能有著舉足輕重的影響。到目前為止，發(fā)展最為成熟的是非晶硅薄膜晶體管及多晶硅薄膜晶體管。然而非晶硅晶體管的缺點是載流子遷移率低(<1cm²/Vs)，難以滿足有機發(fā)光二極管電流驅(qū)動的要求，同時 a-Si:H晶體管易受光照影響，使得工作穩(wěn)定性較差；多晶硅晶體管生產(chǎn)工藝比較復雜，成本較高，同時受激光晶化工藝的限制，大尺寸化比較困難。經(jīng)過多年研究，硅基晶體管的缺點難以得到改善，而以非晶態(tài)氧化物半導體作為溝道層的薄膜晶體管得到了快速發(fā)展，非晶態(tài)氧化物晶體管的優(yōu)點在于：載流子遷移率較高，器件綜合性能優(yōu)異，制備工藝成熟，上述優(yōu)點使其具有很大的應用價值。

2004 年，東京工業(yè)大學的 Hosono 小組在著名學術期刊《Nature》上發(fā)表了非晶銦鎵鋅氧薄膜晶體管。該銦鎵鋅氧晶體管的載流子遷移率為 10 cm²/Vs，開關電流比達到了 10⁶。自此，以非晶銦鎵鋅氧為主的多元非晶態(tài)氧化物引起了科研人員的廣泛關注。因此研究高性能的銦釔氧薄膜晶體管具有極其重要的意義。

目前制備氧化銦基薄膜晶體管的方法多種多樣，主要包括氣相法和液相法兩大類。例如，磁控濺射、電子束蒸發(fā)、原子層沉積及化學氣相沉積等方法都被用來制備氧化銦基薄膜。然而，這些氣相方法通常需要真空環(huán)境，增加了設備的復雜，提高了成本。近年來，液相方法日益引起了廣泛的關注，得到了迅速的發(fā)展，例如溶膠-凝膠法、噴霧熱解法等。近年來發(fā)展的液相法合成氧化銦基薄膜的研究報道有許多。例如，公開號為CN103779425B的中國發(fā)明專利公開了一種銦鎵鋅氧化物半導體薄膜和銦鎵鋅薄膜晶體管的制備方法，包括a）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）將三種溶液進行混合并攪拌均勻，制得銦鎵鋅氧化物的前驅(qū)體溶液；c）將前驅(qū)體溶液沉積在基板材料上并進行退火處理，制得銦鎵鋅氧化物半導體薄膜。由上述發(fā)明專利可以看出，雖然液相法可以制備較高性能的氧化銦基薄膜晶體管，但液相法通常需要高溫（高于400℃）退火，才能促使前驅(qū)體薄膜分解并致密化，形成致密的氧化銦基薄膜。因此，尋找一種新的低溫液相制備技術，對于銦釔氧薄膜晶體管在各種領域的大規(guī)模應用是極為重要和迫切的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高遷移率銦釔氧薄膜晶體管的低溫液相制備方法，實現(xiàn)銦釔氧薄膜晶體管的簡易高效制備，更易于大規(guī)模生產(chǎn)和應用。本發(fā)明的創(chuàng)新點主要在于：發(fā)展了新的低溫光波方法液相制備高遷移率銦釔氧薄膜晶體管。

本發(fā)明的技術方案，具體包括以下步驟：

(1) 制備銦釔氧前驅(qū)體溶液：稱取可溶性的銦鹽及釔鹽，量取溶劑，配置濃度為0.01-0.5摩爾/升的銦釔氧前驅(qū)體溶液，經(jīng)過0.1-3小時的磁力攪拌和超聲分散形成澄清透明的銦釔氧前驅(qū)體溶液；

(2) 制備銦釔氧薄膜：將銦釔氧前驅(qū)體溶液涂覆到預先涂有介電層/柵極薄膜的襯底上形成銦釔氧前驅(qū)體薄膜，進行50-150 ℃的預熱處理，然后經(jīng)過一定功率、時間和溫度的光波退火，根據(jù)銦釔氧薄膜的厚度要求可多次涂覆前驅(qū)體銦釔氧溶液并退火處理，即得到銦釔氧透明半導體薄膜。

(3) 制備銦釔氧薄膜晶體管：在銦釔氧透明半導體薄膜上沉積源漏電極，即得到銦釔氧薄膜晶體管。

本發(fā)明所述制備方法的步驟(1)中，所述的可溶性的銦鹽為硝酸銦、氯化銦、硫酸銦或乙酸銦中的一種或兩種以上。

本發(fā)明所述制備方法的步驟(1)中，所述的可溶性的釔鹽為硝酸釔、氯化釔、硫酸釔或乙酸釔中的一種或兩種以上。

本發(fā)明所述制備方法的步驟(1)中，所述的溶劑為乙二醇甲醚、乙醇、水、乙二醇或二甲基甲酰胺中的一種或兩種以上。

本發(fā)明所述制備方法的步驟(1)中，所述涂覆方法為旋轉(zhuǎn)涂覆法、滴涂法、浸涂法、噴霧法或噴墨打印法。

本發(fā)明所述制備方法的步驟(1)中，所述介電層為氧化硅、氧化鋯、氧化鉿、氧化鋁、氧化釔或氧化鑭中的一種或兩種以上。

本發(fā)明所述制備方法的步驟(1)中，所述的柵極薄膜為鋁、銅、銀、鉬、氧化銦錫或金薄膜中的一種或兩種以上。