专利名称：一种在全室温下制备低压双电层ito透明薄膜晶体管的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属氧化物TFT的制备工艺，特别是全室温下制备底栅结构的低压双电层ITO透明薄膜晶体管的工艺。
背景技术：
近几年来，越来越多的小组对全室温下制备的TFT有着很大的兴趣。自从2005年，Fortunato等人在全室温条件下制备出性能很好的TTFT器件,其饱和迁移率达到27cm2/Vs,阈值电压为19V，开关比大于105，全室温条件下制备的器件，性能已经比较理想，阈值电压有待于优化。对于改善器件的性能，采用非晶氧化物作为沟道层也是一种方法。由于非晶态的薄膜比多晶态的薄膜少了晶界的散射，从而可以提高沟道层的载流子迁移率。Hsieh等人通过减小ZnO薄膜的厚度(从60nm到IOnm)，使其从多晶态变为为非晶态。同时采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)法，沉积了 50nm的SiNx薄膜作为栅介质层，磁控溅射ITO作为栅和源、漏电极，且制备了顶栅和底栅两种结构的TFT。顶栅结构的TFT性能很好，其迁移率和开关比分别达到了 25cm2/Vs和107且TTFT在可见光波长范围的透光率均大于80%。Song等报道了全室温下采用全射频磁控溅射工艺制备的非晶铟锌氧化物(a-1Z0)TTFTo采用射频磁控溅射法制备IZO沟道层、IZO栅以及源、漏电极，通过调节氧压来控制IZO的电阻率。栅介质为IOOnm的ΑΙΟχ，也是由射频溅射方法制备的。器件的阈值电压，开关比和饱和迁移率分别达到了 1.1V，IO6和0.53cm2/Vs并且器件的透光率在可见光范围达到了 80%。除了以上描述的比较有代表性的结果外，还有不少关于化学镀膜方法和喷墨打印方法制作的TFT以及纳米线沟道TFT的报道，不过由于这些器件的场效应迁移率普遍不高或者不适合产业化生产，这里就没有做过多的研究。从TFT的发展历程中我们可以看到，不同沟道材料，栅绝缘层材料，不同结构以及不同的制备工艺等多种多样的TFT，最终人们都在寻找性能最佳且易于产业化的TFT，其中金属氧化物TFT在未来的应用前景最广阔。
发明内容
本发明涉及一种薄膜晶体管的制备工艺，特别是底栅结构的低压双电层ITO透明薄膜晶体管的制备工艺，包括:清洁衬底步骤；制备栅极步骤，分别用丙酮和乙醇进行超声波清洗10分钟，除去硅片上的有机物和油迹，再用去离子水把残留在硅片上的丙酮和乙醇清洗掉，最后在80°C干燥箱内烘干；制备绝缘层步骤，把处理好的硅片放入PECVD的真空室内，用机械泵和罗茨泵把真空室的气压抽至IOPa以下，通入的反应气体为氧气和硅烷，同时通入惰性气体氩气作为保护气体以及电离气体；
ITO沟道层的沉积步骤，在沉积好介孔SiO2的衬底上，采用射频磁控溅射沉积ITO沟道层，溅射时的本底真空为3X10_3Pa，极限真空为lX10_5Pa，溅射气体为氧气和氩气的混合气体，其中O2的流量占总气流的6%至10%，工作气压为0.5pa，溅射功率为100W ；源、漏极的制备步骤，用掩模法，采用射频磁控溅射沉积完成的，溅射时的本底真空为3 X10_3Pa，极限溅射气体为氩气，工作气压为0.5pa，溅射功率为100W。上述制备绝缘层步骤、ITO沟道层的沉积步骤以及源、漏极的制备步骤均在室温下进行。上述绝缘层步骤中，其中硅烷和氧气的比例为5: 18seem，沉积的总气压和时间分别为25pa和I小时，射频功率为150W。
具体实施例方式本发明的具有底栅结构的低压双电层ITO透明薄膜晶体管的制备工艺，包括:清洁衬底步骤；制备栅极步骤，分别用丙酮和乙醇进行超声波清洗10分钟，除去硅片上的有机物和油迹，再用去离子水把残留在硅片上的丙酮和乙醇清洗掉，最后在80°C干燥箱内烘干。本发明中所用的硅片为导电性较好的，可以做为栅极使用的。制备绝缘层步骤，把处理好的硅片放入PECVD的真空室内，用机械泵和罗茨泵把真空室的气压抽至IOPa以下，通入的反应气体为氧气和硅烷，同时通入惰性气体氩气作为保护气体以及电离气体。其中硅烷和氧气的比例为5: 18seem(体积流量单位，标况毫升每分)，沉积的总气压和时间分别为25pa和I小时，射频功率为150W。这个过程中是在室温情况下完成的，实验结束之后可以取出被沉积了介孔SiO2的样品。ITO沟道层的沉积步骤，在沉积好介孔SiO2的衬底上，采用射频磁控溅射沉积ITO沟道层，溅射时的本底真空为3X10_3Pa，极限真空为lX10_5Pa，溅射气体为氧气和氩气的混合气体，其中O2的流量占总气流的6%至10%，工作气压为0.5pa，溅射功率为100W。沟道的膜厚取决于时间，一般溅射5-8分钟就差不多为50nm厚。此过程也是在室温下进行的，实验结束之后可以将样品取出。源、漏极的制备步骤，用掩模法，采用射频磁控溅射沉积完成的，溅射时的本底真空为3X10_3Pa，极限溅射气体为氩气，工作气压为0.5pa，溅射功率为100W。源、漏电极一般溅射15分钟左右。此过程也是在室温下进行的，实验结束之后可以将样品取出。以上步骤都完成，基于介孔SiO2的ITO薄膜晶体管就制备完了。随着氧气含量的增加，器件的饱和迁移率、亚闽值摆幅、阈值电压和开关电流比都会发生不同程度的变化。变化最明显的是器件的阈值电压，随着氧气含量的增加，器件的阈值电压从负向移动到正向，器件的工作模式也从耗尽型向增强型转变。并且，随着氧气含量的增加，ITO TTFT的透光率也随之增加。总的来说，当氧气含量达到50%时，器件的平均透光率达到了 80%，迁移率也达到了最大值136.6cm2/Vs，其他方面的性能也非常好。另外，当ITO TTFT在空气中放置时，放置的时间对器件的电学性能也有很大的影响。随着器件在空气中放置的时间增加，器件的工作电压会随之增加；器件的阈值电压向正向漂移，从负值到正值，变化量在0.6V左右；器件的开关比变小，大概在一个数量级左右；器件的饱和迁移率减小了，从22.1cm2/Vs 减小到4.8cm2/Vs。
权利要求
1.一种底栅结构的低压双电层ITO透明薄膜晶体管的制备工艺，其特征在于，包括: 清洁衬底步骤； 制备栅极步骤，分别用丙酮和乙醇进行超声波清洗10分钟，除去硅片上的有机物和油迹，再用去离子水把残留在硅片上的丙酮和乙醇清洗掉，最后在80°c干燥箱内烘干； 制备绝缘层步骤，把处理好的硅片放入PECVD的真空室内，用机械泵和罗茨泵把真空室的气压抽至IOPa以下，通入的反应气体为氧气和硅烷，同时通入惰性气体氩气作为保护气体以及电离气体； ITO沟道层的沉积步骤，在沉积好介孔Si02的衬底上，采用射频磁控溅射沉积ITO沟道层，溅射时的本底真空为3X10-3Pa，极限真空为lX10-5Pa，溅射气体为氧气和氩气的混合气体，其中02的流量占总气流的6%至10%，工作气压为0.5pa，溅射功率为100W ； 源、漏极的制备步骤，用掩模法，采用射频磁控溅射沉积完成的，溅射时的本底真空为3X10-3Pa，极限溅射气体为氩气，工作气压为0.5pa，溅射功率为100W。
2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管的制备工艺，其特征在于，上述制备绝缘层步骤、ITO沟道层的沉积步骤以及源、漏极的制备步骤均在室温下进行。
3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管的制备工艺，其特征在于，上述绝缘层步骤中，其中硅烷和氧气的比例为5: 18seem，沉积的总气压和时间分别为25pa和I小时，射频功率为 150W。
全文摘要
一种底栅结构的低压双电层ITO透明薄膜晶体管的制备工艺，包括清洁衬底步骤；制备栅极步骤；制备绝缘层步骤；ITO沟道层的沉积步骤；源、漏极的制备步骤。上述制备绝缘层步骤、ITO沟道层的沉积步骤以及源、漏极的制备步骤均在室温下进行。
文档编号H01L21/336GK103107093SQ20121059752
公开日2013年5月15日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者纪成友, 刘志龙 申请人:青岛红星化工厂