一种柔性IGZO薄膜晶体管制造技术

本发明专利技术提出一种柔性IGZO薄膜晶体管。该薄膜晶体管采用底栅顶接触型TFT结构，包含塑料衬底、缓冲保护层、删电极、栅绝缘层、源极以及漏极、IGZO半导体层以及保护层，其中塑料衬底位于薄膜晶体管的最下层，塑料衬底上覆盖缓冲保护层，缓冲保护层的上部中心区域采用直流磁控溅射方法制备梯形栅电极，梯形栅电极上部覆盖了栅绝缘层，栅绝缘层的两端分别覆盖至缓冲保护层上，在栅绝缘层的上部采用磁控溅射方法制备IGZO半导体层，源、漏两极中每一极中的一端分别位于半导体层的顶部的两侧，另一端位于栅绝缘层的上部。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子
，更具体地，涉及ー种IGZO(In-Ga-Zn-O)薄膜晶体管。
技术介绍
相比已产业化的以玻璃为基板的液晶显示，柔性显示有柔、薄、轻三个显著的特性。柔使得柔性显示器可以像纸一祥的弯曲，甚至折叠。薄，市面上平板显示器的厚度一般大于3mm, 2010年底LG公司报道了全球最薄的液晶显示器,厚度为2. 6mm,然而,该公司在2008年推出A4大小的电子书，厚度只有300 μ m,柔性显示器的厚度只有传统的显示器厚度的十分之一左右。轻，由于传统平板显示器采用的是玻璃基板，而柔性显示器采用的是塑料薄膜或者薄不锈钢作为基板，因此柔性显示器的质量是传统平板显示器质量的五分之一左 右。当前，柔性衬底主要有三类，分别为塑料(Plasic)、薄玻璃(Thin Glass)和金属薄片(Metal Foil),下面对这三种材料进行简单说明。薄玻璃厚度为50-200 μ m的薄玻璃拥有与玻璃相似的性能和优点，如好的势垒层、优良的光学质量、价格较低等，缺点是基板非常脆，并且在制造的过程中容易出现破裂的情況，此外，尽管薄玻璃具有弾性，但是仍然不能弯曲。金属薄片目前应用的金属薄片主要是不锈钢材料。不锈钢衬底可以阻止水汽和气体的穿透，除此，沉积无机层时产生的热压カ会減少，并且由于是金属薄片，エ艺能承受的温度可达到900°C (金属薄片的熔点为1400°C左右)。但是，其缺点也非常明显，例如金属表面必须覆盖绝缘层以防止短路，不锈钢薄片的透明性不好，以该材料为衬底制备的TFT只适合于反射(如电泳显示)和发射型的显示，而不适于透射型的有源矩阵液晶显示和传统的底端发射OLED ;金属薄片有较好的弾性，但是仍然不能卷曲和深度弯曲。除此之外，对于大面积显示，不锈钢薄片的价格非常昂贵。同吋，不锈钢薄片的表面粗糙程度比较高，要控制实现产业化的5nm以内不是件容易的事情。但是对于小尺寸柔性显示，不锈钢薄片是个较好的选择。相比上述两种材料，更有希望应用于产业化领域的是塑料基板。塑料拥有合理的机械性能，光性能和化学特性；薄膜柔软，能够实现卷轮式加工(Roll to Roll)，然而形状的稳定性和高的气体和水汽的穿透率是它的两大缺陷。尺寸稳定性主要是因为一般的透明聚合物薄膜的玻璃转变温度(Tg)不高，而TFT产业化的エ艺中要耐300°C-330°C的高温，塑料热膨数系数大于50ppm/°C，远远大于玻璃，因此，当温度升高时，尺寸的变化会对后期工作中诸如对准曝光等エ艺带来很大困难。除此之外，塑料薄膜的表面存在ー些黑点和缺陷。薄膜晶体管是指在衬底上沉积ー层半导体薄膜，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組成。图I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エ艺会对有源层造成污染。而在另外ー种底栅结构中，源漏电极光刻エ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。图2是本申请采用的底栅顶接触型TFT结构图，氧化物IGZO作为有源层，其原理是通过改变栅极与源漏极间的电场强度来控制沟道的导电状況。氧化物TFT是N型半导体材料，对于N沟道TFT，当施加一定的正栅极电压(VG ^ Vth)，在半导体层和绝缘层之间的界面上产生电子薄层，也就是导电沟道，此时所处的状态对应TFT开态；而当栅极电压減少至导电沟道消失时，源漏极间为高阻状态，沟道间的电阻非常大，使得源漏电流较小(通常彡10-12A)，对应TFT的关态。这与耗尽场效应晶体管中形成的反型层相似，因此MOS场效应管的计算公式可以应用在晶体管中。 自从2004年日本东京エ业大学Hosono第一次报道基于IGZO制备的柔性透明TFT。IGZO-TFT受到了研究机构和エ业界的关注，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。如上所述，IGZO-TFT作为新型的有源驱动电路被应用于平板显示器件中，但是进入商品化阶段尚需解决许多问题，下面概括性的列出存在的问题。エ艺的重复性IGZO半导体层对于エ艺的条件非常敏感，特别是对于氧气，不仅沉积过程中的氧气流量、Ar流量和沉积功率会对器件的性能产生极大的影响，空气中的水汽和氧气也会影响器件的性能。日前大多数IGZO半导体层的制备是采用磁控溅射制备，所以靶材的纯度和靶材中金属原子比例会影响器件的性能，当靶材使用一段时间后，靶材表面的成分比例会发生变化，从而使得所制备的TFT的器件性能发生改变，因此，可重复性是在解决产业化生产之前必须要解决的重要问题。绝缘层和钝化层对IGZO的影响作为应用与IGZO-TFT中的氮化硅绝缘层由于其存在很高浓度的H键，与IGZO半导体层接触，H会作为施主原子，改变有源层的载流子浓度，使得迁移率发生变化；同理，作为非晶硅TFT和多晶硅TFT中的保护层氮化硅也是因为含有较高的H原子，不宣作为保护层应用于氧化物中。为了使得IGZO-TFT器件具备较好的稳定性能，必需控制好绝缘层和保护层中H原子数量或者寻找合适的绝缘层和保护层。IGZO化学性质活泼引起的エ艺问题目前，大多数IGZO-TFT器件采用底栅结构，底栅结构的IGZO-TFT源漏电极的制备采用lift-offエ艺，这种エ艺很难制备2μπι以下的图形，这与产业化的生产不兼容，エ业化生产源漏电极通常采用干法刻蚀的方法，而采用干法刻蚀，等离子体会对IGZO薄膜产生较大的影响，甚至会使得器件失效，失去TFT的基本特性。硬基板上TFTエ艺向柔性基底的转移到目前为止，现有材料中找不到一种衬底材料既具备玻璃性能又具备轻薄柔等特点。这就决定了不能简单的把硬基板上的沉积エ艺直接复制到柔性基板上来。针对塑料衬底，通常不能耐300°C的高温，这种缺点决定绝缘层不可能在最优エ艺下(300°C _350°C )制备，不可能在高温下退火获得较稳定的器件性能，只能从器件结构、材料、沉积エ艺来进行优化，以获得性能较好的TFT器件。
技术实现思路
为克服现有技术中的上述缺陷，本专利技术提出一种柔性IGZO薄膜晶体管。该薄膜晶体管采用底栅顶接触型TFT结构，包含塑料衬底、缓冲保护层、删电扱、栅绝缘层、源极以及漏扱、IGZO半导体层以及保护层，其中，塑料衬底上覆盖缓冲保护层，缓冲保护层的上部中心区域采用直流磁控溅射方法制备梯形栅电极，梯形栅电极上部覆盖了栅绝缘层，栅绝缘层的两端分别覆盖至缓冲保护层上，在栅绝缘层的上部采用磁控溅射方法制备IGZO半导体层，源、漏两极中每ー极中的一端分别位于半导体层的顶部的两侧，另 一端位于栅绝缘层的上部，从而使半导体层被源极和漏极所覆盖，仅在半导体层的顶部，源漏两极的中间形成通道，在通道上采用PE本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性IGZO薄膜晶体管，包含塑料衬底、缓冲保护层、删电极、栅绝缘层、源极以及漏极；其特征在于，该薄膜晶体管还包含IGZO半导体层以及保护层，其中塑料衬底上覆盖缓冲保护层，缓冲保护层的上部中心区域采用直流磁控溅射方法制备栅电极，栅电极上部覆盖了栅绝缘层，栅绝缘层的两端分别覆盖至缓冲保护层上，IGZO半导体层位于栅绝缘层的上部，源、漏两极分别位于半导体层的上部的两侧，半导体层被源极和漏极所覆盖，仅在半导体层的顶部，源漏两极的中间形成通道，在通道上采用PECVD制备保护层。

【技术特征摘要】
2011.06.15 CN 201110159569.91.一种柔性IGZO薄膜晶体管，包含塑料衬底、缓冲保护层、删电极、栅绝缘层、源极以及漏极；其特征在于，该薄膜晶体管还包含IGZO半导体层以及保护层，其中塑料衬底上覆盖缓冲保护层，缓冲保护层的上部中心区域采用直流磁控溅射方法制备栅电极，栅电极上部覆盖了栅绝缘层，栅绝缘层的两端分别覆盖至缓冲保护层上，IGZO半导体层位于栅绝缘层的上部，源、漏两极分别位于半导体层的上部的两侧，半导体层被源极和漏极所覆盖，仅在半导体层的顶部，源漏两极的中间形成通道，在通道上采用PECVD制备保护层。2.如权利要求I所述的柔性IGZO薄膜晶体管，其特征在于，所述塑料衬底的厚度为50 μ m03.如权利要求2所述的柔性IGZO薄膜晶体管，其特征在于，缓冲保护层与栅绝缘层采用氮化硅。4.如权利要求3所述的柔性IGZO薄膜晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彬，
申请(专利权)人：广东中显科技有限公司，
类型：发明
国别省市：