[发明专利]一种制备柔性薄膜晶体管过程强化薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，更具体地，涉及一种强化薄膜晶体管(TFT)的薄膜的方法。

背景技术

薄膜晶体管是指在衬底上沉积一层半导体薄膜，通过光刻、刻蚀等技术制作出源、漏极，栅极及管体而成，它由栅绝缘层、有源层、栅电极、源和漏电极几个部分组成。图1是几种常见的TFT结构，可分为两类：一类为顶栅结构，又称正叠(Normal Staggered，简称NS)结构；一类为底栅结构，又称反交叠(Inverted Staggered，简称IS)结构。根据沟道层和源漏电极的沉积顺序不同，顶栅、底栅结构又分别有底接触和顶接触两种形式。在底栅顶接触结构中，可以通过修饰绝缘层的界面而改善半导体的结构和形貌，从而提高器件的迁移率。这种结构缺陷是源漏电极的光刻工艺会对有源层造成污染。而在另外一种底栅结构中，源漏电极光刻工艺在半导体层沉积之前进行，不会造成对半导体层的污染，但是电极与绝缘层存在台阶不利于电荷的注入，并且有源层的上表面暴露在外，通常需要覆盖保护层以提高器件的稳定性。顶栅结构对衬底有更高要求，特别是在表面粗糙度和化学稳定性要求上。

自从2004年日本东京工业大学Hosono第一次报道基于IGZO(In-Ga-Zn-O)制备的柔性透明TFT。IGZO-TFT受到了研究机构和工业界的关注，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。IGZO-TFT受到关注和快速地进入平板显示应用领域，这与它展示出来的特性分不开的，下面从电性能、稳定性、均匀性进行说明。

优秀的电性能

IGZO-TFT有较高的迁移率，一般在1-100cm2/V·s之间。例如，Kim M等人在底栅结构IGZO-TFT上沉积一层二氧化硅刻蚀阻挡层，实现了35.8cm2/Vs的较高迁移率的TFT；LG电子的Ho-Nyun Lee等人报道的非晶态IGZO-TFT，其迁移率高达95cm2/Vs。除较高的迁移率以外，IGZO-TFT还具有较低关态电流，IGZO-TFT的最小关态电流达到10^-14A，而通常应用于平板显示对于TFT的关态电流要求是小于10^-12A；IGZO-TFT缺陷密度也较低，是非晶硅TFT的十分之一。

较好的均匀性和稳定性

Hayashi等在面积为10mm×10mm的衬底上制备96个底栅型IGZO-TFT器件，其中半导体层采用射频磁控溅射方法制备，每个器件具有同样尺寸的宽长(分别为60μm和10μm)，在相同的条件下测试发现整批器件在阈值电压、饱和迁移率和亚阈值摆幅等重要物理量上展现高度一致性。

没有退火IGZO-TFT器件，稳定性能较差，而通过高于300℃的退火，才能够钝化非晶IGZO中的缺陷，使得TFT器件展示较好的稳定性。

然而，在IGZO-TFT制备过程中，为了获得TFT良好的物理性能，而又不超过300℃的极限值，通常选用270℃作为初始沉积温度。当沉积温度为270℃，器件不仅没有表现出IGZO-TFT的电性能曲线，且薄膜在衬底上会破裂或者脱落。

发明内容

为克服现有技术中的上述缺陷，本发明提出一种制备柔性薄膜晶体管过程强化薄膜的方法。

该方法包含以下步骤：

(1)、降低最高沉积温度；

(2)、降低保护层的沉积功率；

(3)、降低SiNx绝缘层的沉积厚度。

通过降低沉积温度，优化保护层的沉积功率和氮化硅绝缘层的厚度，成功制备柔性IGZO-TFT器件，性能如下：阈值电压为8V，开关比为5×107，饱和迁移率为7.8cm2/V·s，亚阈值斜率为0.9V/dec；器件放在曲率半径为10mm的圆柱上弯曲3min，性能几乎不发生变化；保护层对于保持器件的稳定性发挥着重要作用。将器件放在空气中，没有保护层的器件阈值电压发生将近7V的漂移；同时器件经过合适工艺退火，获得较好的性能，当器件在200℃退火1h，器件的开关比从103增加到1.9×107，阈值电压从4V增加到14V，迁移率从0.45cm2/V·s增加到3.3cm2/V·s，亚阈值摆幅从10V/decade减少到0.7V/decade。

附图说明

图1是几种常见的TFT结构；

图2是所制备的IGZO-TFT器件电性能曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的制备柔性薄膜晶体管过程强化薄膜的方法进行详细描述。

柔性IGZO-TFT器件结构薄膜层的制备