[发明专利]基于氧化钽绝缘层的薄膜晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于氧化钽绝缘层的薄膜晶体管的制备方法，本发明应用在有机发光显示、液晶显示、电子纸显示等领域，也可以用于集成电路领域。

背景技术

有机电致发光显示(OLED)以其视角宽、响应速度快、对比度高、省电等优点越来越受到人们的重视。目前，小尺寸的无源OLED显示器已经应用在手机等产品上，但大尺寸的OLED显示器必须采用有源驱动的方式。薄膜晶体管(TFT)是有源OLED显示器的背板的核心单元。目前用在平板显示的TFT的半导体沟道层的材料主要是硅材料，包括非晶硅(a-Si:H)、多晶硅、微晶硅等。然而非晶硅TFT具有对光敏感、迁移率低(＜1cm²/Vs)和稳定性差等缺点；多晶硅TFT虽然具有较高的迁移率，但是由于晶界的影响导致其电学均匀性差，且多晶硅制备温度高和成本高；微晶硅制备难度大，晶粒控制技术难度高，不容易实现大面积规模量产。基于氧化物半导体的TFT具有载流子迁移率较高(1～100cm²/Vs)、制备温度低、对可见光透明等优点，在平板显示的TFT基板领域，有替代用传统硅工艺制备的TFT的发展趋势。

传统的硅半导体一般采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法制备，而以氧化锌(ZnO)为代表的氧化物半导体的制备方法一般采用溅射的方法，这就使得半导体沟道层、栅极、源漏电极的制备可以在同一个设备(溅射仪)中进行；然而，绝缘层大多采用二氧化硅(SiO₂)或氮化硅(SiN_x)，它们依然要使用PECVD的方法制备，使设备成本无法下降；同时PECVD的方法制备SiO₂或氮化硅SiN_x需要较高的温度(大于300摄氏度)，使得器件无法在柔性衬底上制备。因此，寻找无需PECVD、低温制备的绝缘层是降低TFT制备成本、提高其应用范围的一个方向。

发明内容

为克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供了基于阳极氧化的氧化钽绝缘层的薄膜晶体管的制备方法，使用阳极氧化的方法制备绝缘层，使整个薄膜晶体管在制备过程能在较低温度下进行，能大大降低设备和材料的成本，并且能降低器件的工作电压。

本发明目的通过如下技术方案实现：

基于氧化钽绝缘层的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

(1)栅极基片的制备

在玻璃基板上通过溅射的方法制备钽或钽合金薄膜，该薄膜的厚度为100nm～600nm，通过掩模或光刻的方法图形化，得到栅极；

(2)阳极氧化绝缘层的制备

将所制备的栅极基片放入电解质溶液中通电进行阳极氧化处理，在栅极表面形成一层氧化钽(Ta₂O₅)薄膜，其厚度为100nm～300nm，即为阳极氧化绝缘层；

(3)沟道层的制备

在阳极氧化绝缘层上面通过溅射的方法制备沟道层，该沟道层的厚度为20nm～100nm，通过掩模或光刻的方法图形化，得到沟道层；

(4)漏极和源极的制备

在沟道层上面通过溅射的方法制备一层厚度为100nm～500nm的导电薄膜，通过掩模、光刻或者剥起的方法图形化，同时得到漏极和源极。

优选地，步骤(1)和(4)所述溅射的本底真空度小于1×10^-3Pa，氩气气压为0.2～2Pa，功率为0.3～10W/cm²。

优选地，步骤(2)所述阳极氧化处理的步骤如下：将栅极基片放入电解质溶液的一端接电源正极，电源负极接石墨或金属(如铁、铂、钛、不锈钢等)放入电解质溶液的另外一端，先在阳极和阴极之间加恒定的电流，此恒定电流大小为0.1～1mA/cm²，阳极和阴极之间的电压将随时间线性升高，当电压达到设定值80V～150V时恒定这个电压，直至阳极和阴极之间的电流小于等于0.05mA/cm²时，在栅极表面形成一层氧化钽薄膜，此氧化膜的厚度与阳极氧化过程中设定的电压值成正比，此氧化膜即为阳极氧化绝缘层。

优选地，步骤(2)所述电解质溶液为柠檬酸、硫酸或者为酒石酸铵和乙二醇的混合液。

优选地，步骤(3)所述溅射的本底真空度小于等于1×10^-3Pa，氩气偏压为0.2～2Pa，氧气偏压为0～0.3Pa，功率为0.3～10W/cm²。