CN105220131B - 脉冲气流法制备薄膜晶体管igzo半导体薄膜层的方法 - Google Patents

脉冲气流法制备薄膜晶体管igzo半导体薄膜层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一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：1)在PEMOCVD反应室中，应室压力为5×10‑4‑10‑3Pa，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点；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，在衬底上生长得到IGZO半导体薄膜层。本发明基于PEMOCVD***脉冲气流法制备得到的薄膜晶体管IGZO半导体薄膜层，生长缺陷密度低，热稳定性好，载流子迁移率高，从而提高了薄膜晶体管的开关性能。

Description

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
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
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迁移率较低，无法实现高分辨率显示；多晶硅TFT迁移率高，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，其迁移率较高、工艺简单、成本低，成为目前业界的新焦点。
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一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迁移率到30cm2/VS。其次，优化溅射***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，且载流子迁移率偏低(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
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。
为此，本发明采用以下技术方案：
一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：
1)在PEMOCVD反应室中，应室压力为5×10-4-10-3Pa，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点；
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。
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：
t1时间内，含有In、Ga、Zn原子的MO源脉冲关闭；
t2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；
t3时间内，含有In、Ga、Zn原子的MO源脉冲关闭，形核层薄膜的原子迁移到能量最低点，形成稳定态；
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，外延层原子迁移到稳定态；
t1—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。
优选的，所述t1为15s-25s；t2为3s-8s；t3为15s-25s；t4为15s-25s。
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-50nm。
优选的，所述衬底为清洗干净的透明玻璃基板。
本发明采用以上技术方案，基于PEMOCVD***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迁移时间，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，从而得到载流子迁移率高、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
图1为现有技术中金属氧化物薄膜晶体管的结构示意图。
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
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。
一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：
1)在PEMOCVD反应室中，应室压力为5×10-4-10-3Pa，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点；
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。
其中，如图2所示，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：
t1时间内，含有In、Ga、Zn原子的MO源脉冲关闭；
t2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；
t3时间内，含有In、Ga、Zn原子的MO源脉冲关闭，形核层薄膜的原子迁移到能量最低点，形成稳定态；
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，外延层原子迁移到稳定态；
t1—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。
其中，所述t1为15s-25s；t2为3s-8s；t3为15s-25s；t4为15s-25s。
其中，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-50nm。
其中，所述衬底为清洗干净的透明玻璃基板。
等离子体增强金属有机物化学气相沉积(PEMOCVD)是制备半导体薄膜常用的实验设备，是制备目前半导体材料有效的实验方案。它以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、Ⅵ族元素气体作为生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行有机物化学气相外延，生长各种Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶、微晶、非晶和量子点材料。
本发明基于PEMOCVD***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迁移时间，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，从而得到载流子迁移率高、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。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一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：
1)在PEMOCVD反应室中，应室压力为5×104-103Pa，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点；
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；
其特征在于，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：
t1时间内，含有In、Ga、Zn原子的MO源脉冲关闭；
t2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；
t3时间内，含有In、Ga、Zn原子的MO源脉冲关闭，形核层薄膜的原子迁移到能量最低点，形成稳定态；
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，外延层原子迁移到稳定态；
t1—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。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲气流法制备薄膜晶体管IGZO半导体薄膜层的方法，其特征在于，所述t1为15s-25s；t2为3s-8s；t3为15s-25s；t4为15s-25s。
3.根据权利要求1所述的一种脉冲气流法制备薄膜晶体管IGZO半导体薄膜层的方法，其特征在于，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-50nm。
4.根据权利要求1所述的一种脉冲气流法制备薄膜晶体管IGZO半导体薄膜层的方法，其特征在于，所述衬底为清洗干净的透明玻璃基板。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105734528A (zh) * 2016-03-09 2016-07-06 无锡盈芯半导体科技有限公司 一种基于脉冲气流法生长层状二硫化钼薄膜的方法
CN109326698A (zh) * 2018-09-27 2019-02-12 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管外延片的制造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101445956A (zh) * 2007-11-28 2009-06-03 中国科学院半导体研究所 一种氮化物薄膜外延生长的方法
CN102618843A (zh) * 2012-03-23 2012-08-01 复旦大学 非晶铟镓锌氧化物薄膜的原子层淀积制备方法
CN103180971A (zh) * 2010-11-02 2013-06-26 皇家飞利浦电子股份有限公司 生长于衬底上的iii族氮化物层
CN104105666A (zh) * 2012-01-27 2014-10-15 Up化学株式会社 含铟氧化膜和制造该膜的方法
CN104746036A (zh) * 2013-12-31 2015-07-01 中国科学院微电子研究所 一种薄膜封装方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004085702A1 (de) * 2003-03-21 2004-10-07 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zur abscheidung von verbindungen auf einem substrat mittels metallorganischer gasphasendeposition
JP5087337B2 (ja) * 2007-07-25 2012-12-05 スタンレー電気株式会社 原稿読取用光源装置
WO2009031423A1 (ja) * 2007-09-03 2009-03-12 Konica Minolta Holdings, Inc. 金属酸化物半導体薄膜の製造方法、これを用いた薄膜トランジスタ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101445956A (zh) * 2007-11-28 2009-06-03 中国科学院半导体研究所 一种氮化物薄膜外延生长的方法
CN103180971A (zh) * 2010-11-02 2013-06-26 皇家飞利浦电子股份有限公司 生长于衬底上的iii族氮化物层
CN104105666A (zh) * 2012-01-27 2014-10-15 Up化学株式会社 含铟氧化膜和制造该膜的方法
CN102618843A (zh) * 2012-03-23 2012-08-01 复旦大学 非晶铟镓锌氧化物薄膜的原子层淀积制备方法
CN104746036A (zh) * 2013-12-31 2015-07-01 中国科学院微电子研究所 一种薄膜封装方法

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