紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法及薄膜晶体管的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种紫外微图形化的氧化物薄膜的方法及应用于制备薄膜晶体管。
【背景技术】
[0002]近年来，金属氧化物广泛应用于制备透明电极、太阳能电池、发光二极管、薄膜晶体管等电子器件。作为平板显示领域最重要的电子器件之一一一薄膜晶体管，特别是金属氧化物薄膜晶体管，由于其较高的载流子迀移率(l-100cm2V 、对可见光透明、均匀性好等优点，引起了广泛的关注和研究。
[0003]目前，基于IGZ0氧化物半导体的薄膜晶体管已实现量产，但制备该半导体材料都是采用物理气相沉积等方法，设备昂贵，制备成本高，难以实现大面积制备。溶液加工法是一种可以大大降低生产成本，实现大面积制备金属氧化物薄膜晶体管的方法。
[0004]实现薄膜有效可控图形化是溶液加工氧化物薄膜无法回避的问题。目前，在溶液加工过程中可直接实现图形化的方法主要有丝网印刷和喷墨印刷。其中，丝网印刷由于不能精密定位，无法获得高分辨率的图案。对于喷墨印刷，则存在配置可稳定打印墨水困难、图形化的薄膜存在膜层不平整、膜中存在较多纳米孔洞等问题，所得到的薄膜电学性质也较差。
[0005]对于其他不能直接在溶液加工过程中实现图案化的加工方法，如旋凃、刮涂或者提拉法制备的薄膜，则需要额外的光刻步骤实现图案化。干法刻蚀和传统的湿法刻蚀是常见的图形化薄膜的方法，干法刻蚀需要昂贵的设备投资，且刻蚀速度较慢，不利于大面积刻蚀。传统湿法刻蚀需要旋凃光刻胶、经前烘、曝光、显影、坚膜等繁琐工艺过程，才能实现金属氧化物薄膜图案化。此外，光刻胶的残留或者对氧化物层的渗透还会造成图形化后薄膜性能的下降；对于抗酸碱能力强的薄膜，还存在刻蚀困难的问题。
[0006]现有技术中前驱体溶液的溶剂通常为乙二醇单甲醚、乙腈、乙醇等有机溶剂，有时添加乙酰丙酮、氨水、乙醇胺、乙二醇或过氧化氢等其中一种或多种试剂作为添加剂，这样不但不环保、成本较高，而且容易造成薄膜的碳残留而影响薄膜的性能。
[0007]用于制备氧化物的金属卤化物前驱体虽然被广泛使用，但其分解温度较高(约为500°C )，限制了其在柔性衬底上的应用。此外，氧化物薄膜中没有分散石墨烯或者碳纳米管，难以实现电学性能的调控。
[0008]因此，针对现有技术不足，提供一种可以克服现有技术缺陷的紫外微图形化的金属氧化物薄膜的方法及应用该氧化物薄膜制备的薄膜晶体管甚为必要。
【发明内容】
[0009]本发明的目的之一在于提供一种制备成本低、适用于大面积制造、环保、可控性强、所制备的薄膜性能良好的紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法。
[0010]本发明的上述目的通过如下技术手段实现:
[0011]提供一种紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，包括如下步骤，
[0012]将氧化物前驱体溶液通过非真空法在基底上形成氧化物前驱体薄膜，用紫外光通过具有图形的掩膜板对氧化物前驱体薄膜进行曝光，氧化物前驱体薄膜受紫外光照射的部分化学性质发生变化，未照射部分化学性质不变，再经显影液浸泡显影实现图形化；其中，前驱体溶液和显影液中所使用的溶剂均为水且不含其它任何有机添加剂。
[0013]进一步的，上述氧化物薄膜呈半导体性质，用以作为薄膜晶体管的有源层；或者
[0014]所述氧化物薄膜呈绝缘体性质，用以作为薄膜晶体管的绝缘层；或者
[0015]所述氧化物薄膜呈导体性质，用以作为薄膜晶体管的栅极、源极、漏极。
[0016]进一步的，上述的紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，具体步骤如下，
[0017](1)将氧化物前驱体溶液通过旋凃、刮涂、提拉或滴涂方式在基底上均匀成膜得到氧化物前驱体薄膜，涂覆次数为ι-?ο次；
[0018](2)将步骤⑴制备的氧化物前驱体薄膜在60-120°C条件下烘5_20min ;
[0019](3)在波长为180-400nm的紫外灯下使用金属或塑料材质的掩膜版对步骤(2)烘干后的氧化物前驱体薄膜进行曝光，曝光时间为l_20min，曝光功率为50-2000W，氧化物前驱体薄膜的温度范围为30-120°C ；
[0020](4)用显影液将曝光后的氧化物前驱体薄膜进行显影，显影液温度为20-80°C，显影时间为5-600s ；
[0021]还包括(5)对经显影微图形化处理后的氧化物薄膜进行热处理得到热处理后的氧化物薄膜，热处理温度范围为180-600°C，退火方式为普通热退火、微波加热退火或者激光加热退火。
[0022]优选的，上述氧化物前驱体溶液为金属盐溶液。
[0023]上述的金属盐溶液具体为金属卤化物盐溶液。
[0024]另一优选的，上述的氧化物前驱体溶液为均匀分散有石墨烯或者碳纳米管的金属盐溶液。
[0025]上述的金属盐溶液为金属卤化物盐溶液。
[0026]进一步的，石墨烯或者碳纳米管占所述前驱体溶液的质量分数介于0.01%至10%之间。
[0027]进一步的，上述的紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法，其特征在于:在显影图形化后还设置有等离子体处理工艺，等离子体处理工艺具体使用的是具有氧化性的气体，在气体流量为50-500sccm、功率为30-150W的条件下处理l-10min。
[0028]与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果:
[0029](1)本发明的方法通过整体工艺选择控制，能够实现低成本、大面积制备，具有环保，可控性强特点。所采用的氧化物前驱体，能在成膜后经过简单的紫外掩膜曝光实现前驱体的水解、脱水交联固化，从而实现微图形化；使用去离子水实现显影，微图形化过程对目标氧化物膜层表面形貌没有影响，不存在污染膜层的情况。与传统湿法刻蚀工艺相比，降低了工艺复杂度和膜层微图形化成本。
[0030](2)微图形化工艺适用范围广，选择适当氧化物所含金属元素的盐作为前驱体，均可实现膜层的微图形化。可以简单图形化传统湿法刻蚀中存在刻蚀困难的金属氧化物。
[0031](3)紫外曝光过程能实现前驱体的部分水解和脱水，显影过程能去除膜层中未水解的金属盐，并能大大减少水解和氧化过程中产生的副产物，在图案化过程中就已大大降低了膜层中杂质的含量，从而能制备杂质含量少的氧化物或复合材料膜层，并能实现膜层的低温后退火，能与柔性衬底相兼容。
[0032](4)前驱体溶液、显影液的溶剂为水，相比乙二醇单甲醚、乙腈、乙醇等有机溶剂、乙酰丙酮、氨水、乙醇胺、乙二醇或过氧化氢不但环保、成本较低，而且不会有碳残留而影响薄膜的性能。
[0033](5)所采用的金属盐溶液是分解温度较高的金属卤化物盐溶液，由于紫外图形化过程中已将金属卤化物转变为氢氧化物和少量的氧化物，并且卤素离子及未水解的金属卤化物盐大部分在显影过程中被除去，降低了形成氧化物的退火温度。
[0034]本发明的另一目的在于提供一种薄膜晶体管，该薄膜晶体管采用上述紫外微图形化的金属氧化物薄膜构成其一个或者多个功能层，所制备的薄膜晶体管具有较高的迀移率，较高的开关比，良好的透光率，制备工艺简单，成本低廉，可实现低温、大规模制备，并能应用于柔性显示。
[0035]本发明的上述目的通过如下技术手段实现:
[0036]提供一种薄膜晶体管，设置有栅极、有源层、绝缘层以及源极和漏极，绝缘层、有源层、栅极、源极和漏极中的至少一种设置为通过上述的紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法制备的氧化物薄膜；
[0037]当绝缘层为上述紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法制备的氧化物薄膜时，氧化物薄膜为绝缘体性质；
[0038]当有源层为上述紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法制备的氧化物薄膜时，氧化物薄膜为半导体性质；
[0039]当栅极、源极和漏极为上述紫外微图形化氧化物薄膜的制备方法制备的氧化物薄膜时，氧化物薄膜为导体性质。
【附图说明】
[0040]利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
[0041]图1是本发明实施例4的一个底栅顶接触结构的性薄膜晶体管的示意图；
[0042]图2是本发明实施例4的薄膜晶体管的输出特性曲线；
[0043]图3是本发明实施例4的薄膜晶体管的转移特性曲线；
[0044]图4是本发明实施例5的薄膜晶体管的输出特性曲线；
[0045]图5是本发明实施例5的薄膜晶体管的转移特性曲线；
[0046]在