脉冲气流法制备薄膜晶体管igzo半导体薄膜层的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到薄膜晶体管的技术领域，特别涉及到一种脉冲气流法制备薄膜晶体管IGZO半导体薄膜层的方法。
【背景技术】
[0002]高性能薄膜晶体管(TFT)背板技术是以液晶显示(LCD)和有源驱动有机发光二极管(AMOLED)显示为代表的平板显示(FPD)产业的共性技术和核心技术，也是FPD产业提高产品质量、降低生产成本的重要环节。随着大尺寸、高分辨、3D显示技术的快速发展，其对TFT背板的要求越来越高。然而，传统的非晶硅TFT迀移率较低，无法实现高分辨率显示；多晶硅TFT迀移率高，但其存在生产工艺复杂、设备投资高、均匀性差、良品率低等难以克服的问题，实现大面积显示成本较高；金属氧化物TFT(MOTFT)近年来备受业界关注，其迀移率较高、工艺简单、成本低，成为目前业界的新焦点。
[0003]现有技术中，MOTFT结构如图1所示，包含一衬底11，在衬底上依次沉积金属氧化物12半导体薄膜层、源极13及漏极14、栅绝缘层15、栅极金属16。其中，IGZO是目前研究最多且最有希望的MOTFT的金属氧化物金属氧化物，从2004年日本东京工业大学Hosono第一次报道基于IGZO制备的柔性透明TFT起就受到了研究机构和工业界的广泛关注，并被开拓在显示领域中的应用，尤其是新型显示器件技术中。但在现有技术中，IGZO—般采用磁控溅射方法沉积，研究的主要问题集中在如何改善IGZO的成膜质量与溅射的均匀性。其一，是制备组分高度均匀的靶材，靶材的烧结过程将决定靶材质量的高低。如专利201280022557提出了一种制备多组分氧化物半导体溅射靶材的方法，可提高氧化物半导体的载流子迀移率到30cm2/VS。其次，优化溅射系统是获得高质量薄膜的关键，控制溅射功率、靶材与基板距离、气体的导入方法等因素是调控薄膜质量的可行方法之一。但采用磁控溅射方法沉积制备的IGZO薄膜中存在很高的缺陷态密度，界面问题复杂，严重影响IGZO-TFT器件的稳定性和可靠性，且载流子迀移率偏低(小于50cm2/VS)，这还不能满足显示屏高分辩、高对比度、低响应时间的要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种脉冲气流法制备薄膜晶体管IGZO半导体薄膜层的方法，旨在解决采用磁控溅射方法沉积制备的IGZO半导体薄膜中存在很高的缺陷态密度，界面问题复杂使得严重影响I薄膜晶体管器件的稳定性和可靠性的问题。
[0005]为此，本发明采用以下技术方案:
[0006]—种脉冲气流法制备薄膜晶体管IGZO半导体薄膜层的方法，包括如下步骤:
[0007]I)在PEM0CVD反应室中，应室压力为5\104-10午&，生长温度为200-400°(:，等离子体产生的微波功率为400-600W，预先通入一段时间的O2，在衬底表面上形成密集的成核占.V，
[0008]2)以Ar为载体，以含有In、Ga、Zn原子的MO源和O2为反应源气体脉冲式通入到PEMOCVD反应室中，其中O2反应源气体脉冲持续通入，含有In、Ga、Zn原子的MO源气体脉冲间隔通入，在等离子体的辅助下裂解并发生化学反应，在衬底上生长得到IGZO半导体薄膜层。
[0009]优选的，所述含有In、Ga、Zn原子的MO源气体脉冲间隔通入PEMOCVD反应室中的工作方式如下:
[0010]^时间内，含有In、Ga、Zn原子的MO源脉冲关闭；
[0011]^时间内，含有In、Ga、Zn原子的MO源脉冲打开，含有In、Ga、Zn原子的MO源气体通入到PEMOCVD反应室中，O2与含有In、Ga、Zn原子的MO源发生反应，在衬底上形成一层形核层薄膜；
[0012]t3时间内，含有In、Ga、Zn原子的MO源脉冲关闭，形核层薄膜的原子迀移到能量最低点，形成稳定态；
[0013]t4时间内，含有In、Ga、Zn原子的MO源脉冲打开，在形核层薄膜上，生长外延层，然后含有In、Ga、Zn原子的MO源脉冲关闭，外延层原子迀移到稳定态；
[0014]ti—t4为一个周期，重复周期一定时间，以获得特定厚度的IGZO半导体薄膜层。
[0015]优选的，所述1^为 15s-25s ；t 2为 3s_8s ；t 3为 15s_25s ；t 4为 15s_25s。
[0016]优选的，所述重复周期的时间为10min-50min，获得的IGZO半导体薄膜层的厚度为 10nm_50nmo
[0017]优选的，所述衬底为清洗干净的透明玻璃基板。
[0018]本发明采用以上技术方案，基于PEMOCVD系统脉冲气流法制备薄膜晶体管的IGZO半导体薄膜层，可获得高质量的IGZO半导体薄膜层，可通过调整脉冲持续时间和脉冲间隔时间，为In原子、Ga原子、Zn原子和O原子提供充足的表面迀移时间，并采用先形核后外延的生长方式，有利于在水平方向上形成高质量完整的外延层，降低外延层中的氧空位位错和堆垛层错的密度，从而得到载流子迀移率高、缺陷态密度低的IGZO半导体薄膜层，提高了薄膜晶体管的稳定性和可靠性。且通过控制重复脉冲重复周期的时间，或者特定厚度的半导体薄膜层。同时，在PEMOCVD反应室中，利用等离子体辅助源裂解，可低温沉积，且具有较高的生产效率；可控制薄膜的厚度，可生长极薄的薄膜；可实现多层薄膜叠加的结构；可进行多元混晶成分的精确控制；可以进行化合物半导体材料的大规模生产；反应气源不采用卤化物，反应尾气中不含有强腐蚀性物质。
【附图说明】
[0019]图1为现有技术中金属氧化物薄膜晶体管的结构示意图。
[0020]图2为本发明反应源气体的脉冲工作方式的时序示意图。
【具体实施方式】
[0021]为了使本发明的目的、特征和优点更加的清晰，以下结合附图及实施例，对本发明的【具体实施方式】做出更为详细的说明，在下面的描述中，阐述了很多具体的细节以便于充分的理解本发明，但是本发明能够以很多不同于描述的其他方式来实施。因此，本发明不受以下公开的具体实施的限制。
[0022]—种脉冲气流法制备薄膜晶体管IGZO半导体薄膜层的方法，包括如下步骤:
[0023]I)在PEMOCVD反应室中，应室压力为5X10-4-10 3Pa，生长温度为200-400°C，等离子体产生的微波功率为400-600W，预先通入一段时间的O2，在衬底表面上形成密集的成核点；
[0024]2)以Ar为载体，以含有In、Ga、Zn原子的