一种激光处理非晶氧化物薄膜晶体管的制备方法与流程

本发明属于显示器件技术领域，具体涉及一种激光处理非晶氧化物薄膜晶体管的制备方法。

背景技术：

近年来，平板显示技术发展迅速，主要应用在智能手机、平板电脑、电视、显示器等领域。其中，非晶氧化物薄膜晶体管(TFT)由于具有较高的迁移率、低温工艺、高均匀性等优点，在以有源矩阵驱动液晶显示(AMLCD)和有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)为代表的平板显示中起重要作用。

对于非晶氧化物TFT来说，初始沉积态氧化物薄膜存在大量内部缺陷态及有源层/栅绝缘层界面的缺陷，通常需要通过不同热退火处理工艺来降低氧化物薄膜内部缺陷态和有源层/栅绝缘层界面的缺陷态，提高器件的电学性能。传统的退火方法有空气热退火、真空气氛热退火、快速气氛热退火等。但热退火工艺通常存在以下缺点：1.薄膜内部原子吸收外界给予的热能重新排列减少缺陷态，退火温度需要很高(≥300℃)，并且退火时间长(≥1h)，生产成本高；2.非晶氧化物TFT是由多层薄膜材料堆叠而成，且各层材料的热膨胀系数不同，图形化也不同，热退火会造成器件内部应力变化，容易导致器件性能失效；3.为了提高及优化器件性能，常会在多种混合气氛下退火，导致不安全，对退火设备安全系数要求高。

激光由于具有亮度高，方向性好，单色性好，相干性好，作用时间短等特点，主要应用在激光切割，激光通信，激光打标。对处理非晶氧化物薄膜晶体管的应用很少。

技术实现要素：

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种激光处理非晶氧化物薄膜晶体管的制备方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种激光处理非晶氧化物薄膜晶体管的制备方法，具体制备步骤如下：

(1)在玻璃基板上直流磁控溅射Al:Nd薄膜作为栅极，然后通过曝光显影及湿法刻蚀技术图形化；

(2)在图形化的Al:Nd栅极表面阳极氧化生长AlOx:Nd栅极绝缘层；

(3)采用射频磁控溅射在栅绝缘层上沉积非晶氧化物半导体薄膜，作为有源层，非晶氧化物半导体薄膜的厚度为5～20nm；

(4)将步骤(3)所得的器件在能量密度范围为40～70mJ/cm²的266nm全固态激光条件下进行照射；

(5)利用掩膜法在非晶氧化物半导体薄膜上直流磁控溅射制备源/漏电极，得到所述非晶氧化物薄膜晶体管。

优选地，步骤(1)中所述Al:Nd的掺杂浓度为0.5～5wt.％，Al:Nd薄膜的厚度为100～300nm。

优选地，步骤(2)中所述AlOx:Nd栅极绝缘层的厚度为50～200nm。

优选地，步骤(3)中所述非晶氧化物半导体是指非晶掺硅氧化锡；所述非晶掺硅氧化锡的掺杂浓度为1～10wt.％。

本发明的方法具有如下优点及有益效果：

本发明的TFT器件利用266nm波长的全固态激光器快速处理，无需长时间热退火处理获得器件性能，有效地节约生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例的非晶氧化物薄膜晶体管的结构示意图。

图2为实施例1中未经激光照射处理所得非晶氧化物薄膜晶体管在栅极电压VGS分别为0V、10V、20V和30V条件下的输出特性曲线图；其中，曲线21、22、23和24分别为栅极电压VGS为0V、10V、20V和30V。

图3为实施例1中经过激光照射处理所得非晶氧化物薄膜晶体管在栅极电压VGS分别为0V、10V、20V和30V条件下的输出特性曲线图；其中，曲线31、32、33和34分别为栅极电压VGS为0V、10V、20V和30V。

图4为实施例1中未经激光照射处理所得非晶氧化物薄膜晶体管在源/漏电压VDS为30.1V条件下(沟道宽长比W/L＝300/300)的转移特性曲线图。

图5为实施例1中经过激光照射处理所得非晶氧化物薄膜晶体管在源/漏电压VDS为30.1V条件下(沟道宽长比W/L＝300/300)的转移特性曲线图。

图6为实施例1中266nm波长激光在非晶掺硅氧化锡薄膜中的吸收率图。

图7为实施例2中经过激光照射处理所得非晶氧化物薄膜晶体管在栅极电压VGS分别为0V、10V、20V和30V条件下的输出特性曲线图。

图8为实施例2中经过激光照射处理所得非晶氧化物薄膜晶体管在源/漏电压VDS为30.1V条件下(沟道宽长比W/L＝300/300)的转移特性曲线图。

图9为实施例3中经过激光照射处理所得非晶氧化物薄膜晶体管在栅极电压VGS分别为0V、10V、20V和30V条件下的输出特性曲线图。

图10为实施例3中经过激光照射处理所得非晶氧化物薄膜晶体管在源/漏电压VDS为30.1V条件下(沟道宽长比W/L＝300/300)的转移特性曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例的一种激光处理非晶氧化物薄膜晶体管的制备方法，所述非晶氧化物薄膜晶体管的结构示意图如图1所示，由依次层叠的基板11、栅极12、栅极绝缘层13、有源层14和源/漏电极15构成。所述非晶氧化物薄膜晶体管的具体制备步骤如下：

(1)在玻璃基板上直流磁控溅射厚度为100nm的Al:Nd薄膜作为栅极(Nd的掺杂浓度为3wt.％)，然后通过曝光显影及湿法刻蚀技术图形化；

(2)在图形化的Al:Nd栅极表面阳极氧化生长厚度为50nm的AlOx:Nd栅极绝缘层；

(3)采用射频磁控溅射在栅绝缘层上沉积非晶掺硅氧化锡半导体薄膜(硅掺杂浓度为1wt.％)，作为有源层，非晶掺硅氧化锡半导体薄膜的厚度为5nm；

(4)将步骤(3)所得的器件在能量密度范围为60mJ/cm²的266nm全固态激光条件下进行照射；

(5)利用掩膜法在非晶掺硅氧化锡半导体薄膜上直流磁控溅射制备源/漏电极，得到所述非晶氧化物薄膜晶体管。

本实施例经激光照射处理所得非晶氧化物薄膜晶体管在栅极电压VGS分别为0V、10V、20V和30V条件下的输出特性曲线图如图3所示。而未经激光照射处理所得非晶氧化物薄膜晶体管的输出特性曲线图如图2所示。

本实施例经激光照射处理所得非晶氧化物薄膜晶体管在源/漏电压VDS为30.1V条件下(沟道宽长比W/L＝300/300)的转移特性曲线图如图5所示。而未经激光照射处理所得非晶氧化物薄膜晶体管的转移特性曲线图如图4所示。

本实施例中266nm波长激光在非晶掺硅氧化锡薄膜中的吸收率如图6所示。

由以上结果可以看出，未经过激光处理的非晶掺硅氧化锡器件没有器件性能。随着器件经过合适的激光能量密度处理，器件出现转移特性曲线。说明非晶掺硅氧化锡半导体器件能够通过激光处理获得器件性能。

实施例2

本实施例的一种激光处理非晶氧化物薄膜晶体管的制备方法，所述非晶氧化物薄膜晶体管的结构示意图如图1所示，由依次层叠的基板11、栅极12、栅极绝缘层13、有源层14和源/漏电极15构成。所述非晶氧化物薄膜晶体管的具体制备步骤如下：

(1)在玻璃基板上直流磁控溅射厚度为200的Al:Nd薄膜作为栅极(Nd的掺杂浓度为4wt.％)，然后通过曝光显影及湿法刻蚀技术图形化；

(2)在图形化的Al:Nd栅极表面阳极氧化生长厚度为100nm的AlOx:Nd栅极绝缘层；

(3)采用射频磁控溅射在栅绝缘层上沉积非晶掺硅氧化锡半导体薄膜(硅掺杂浓度为3wt.％)，作为有源层，非晶掺硅氧化锡半导体薄膜的厚度为10nm；

(4)将步骤(3)所得的器件在能量密度范围为70mJ/cm²的266nm全固态激光条件下进行照射；

(5)利用掩膜法在非晶掺硅氧化锡半导体薄膜上直流磁控溅射制备源/漏电极，得到所述非晶氧化物薄膜晶体管。

本实施例经激光照射处理所得非晶氧化物薄膜晶体管在栅极电压VGS分别为0V、10V、20V和30V条件下的输出特性曲线图如图7所示；在源/漏电压VDS为30.1V条件下(沟道宽长比W/L＝300/300)的转移特性曲线图如图8所示。

由以上结果可以看出，经过合适的激光能量密度处理，器件出现转移特性曲线。说明非晶掺硅氧化锡半导体器件能够通过激光处理获得器件性能。

实施例3

本实施例的一种激光处理非晶氧化物薄膜晶体管的制备方法，所述非晶氧化物薄膜晶体管的结构示意图如图1所示，由依次层叠的基板11、栅极12、栅极绝缘层13、有源层14和源/漏电极15构成。所述非晶氧化物薄膜晶体管的具体制备步骤如下：

(1)在玻璃基板上直流磁控溅射厚度为300nm的Al:Nd薄膜作为栅极(Nd的掺杂浓度为5wt.％)，然后通过曝光显影及湿法刻蚀技术图形化；

(2)在图形化的Al:Nd栅极表面阳极氧化生长厚度为200nm的AlOx:Nd栅极绝缘层；

(3)采用射频磁控溅射在栅绝缘层上沉积非晶掺硅氧化锡半导体薄膜(硅掺杂浓度为10wt.％)，作为有源层，非晶掺硅氧化锡半导体薄膜的厚度为15nm；

(4)将步骤(3)所得的器件在能量密度范围为50mJ/cm²的266nm全固态激光条件下进行照射；

(5)利用掩膜法在非晶掺硅氧化锡半导体薄膜上直流磁控溅射制备源/漏电极，得到所述非晶氧化物薄膜晶体管。

本实施例经激光照射处理所得非晶氧化物薄膜晶体管在栅极电压VGS分别为0V、10V、20V和30V条件下的输出特性曲线图如图9所示；在源/漏电压VDS为30.1V条件下(沟道宽长比W/L＝300/300)的转移特性曲线图如图10所示。

由以上结果可以看出，经过合适的激光能量密度处理，器件出现转移特性曲线。说明非晶掺硅氧化锡半导体器件能够通过激光处理获得器件性能。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。