一种金属氧化物薄膜晶体管及其钝化层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金属氧化物薄膜晶体管及其钝化层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：在衬底上沉积一层设定厚度的金属氧化物薄膜；将沉积有金属氧化物薄膜的衬底置于结晶皿中，并覆盖结晶皿，使结晶皿密封；所述结晶皿中设有装有有机硅烷溶液的容器，所述沉积有金属氧化物薄膜的衬底与硅烷溶液不直接接触；将结晶皿放入真空烘箱，并将真空烘箱设置在40～300℃下保持0.5～24小时，在金属氧化物薄膜表面得到自组装单分子层作为钝化层。本发明专利技术采用气相法制备自组装单分子层作为钝化层，其消除了基材与硅烷溶液的直接接触，避免了过量的水分，金属氧化物薄膜上能够沉积出光滑的硅烷单层。本发明专利技术可以广泛应用于半导体技术。

A METAL OXIDE THIN FILM TRANSITOR AND PREPARATION METHOD OF ITS PASSIVE LAYER

The invention discloses a preparation method of a metal oxide thin film transistor and its passivation layer. The preparation method comprises the following steps: depositing a layer of metal oxide film with a set thickness on the substrate; placing the substrate deposited with metal oxide film in a crystallizing dish and covering the crystallizing dish so as to seal the crystallizing dish; and the crystallizing dish is provided with a volume containing organosilane solution. The substrate deposited with the metal oxide film does not contact the silane solution directly; the crystalline dish is put into the vacuum oven, and the vacuum oven is set at 40-300 degrees C for 0.5-24 hours, and the self-assembled monolayer is obtained on the surface of the metal oxide film as the passivation layer. The self-assembled monolayer is prepared by gas phase method as passivation layer, which eliminates the direct contact between base material and silane solution, avoids excessive moisture, and can deposit smooth silane monolayer on metal oxide film. The invention can be widely used in semiconductor technology.

【技术实现步骤摘要】
一种金属氧化物薄膜晶体管及其钝化层的制备方法
本专利技术涉及半导体技术，尤其是一种金属氧化物薄膜晶体管及其钝化层的制备方法。
技术介绍
薄膜晶体管(TFT，ThinFilmTransistor)主要应用于控制和驱动液晶显示(LCD，LiquidCrystalDisplay)、有机发光二极管(OLED，OrganicLight-EmittingDiode)显示器的子像素，是平板显示领域中最重要的电子器件之一。随着下一代有源矩阵平板显示技术正朝着大尺寸、超高清、高帧率及外围电路全集成等方向发展，薄膜晶体管(TFT)作为显示面板的构成要素，要求其必须提供足够的电学驱动能力。无机金属氧化物薄膜晶体管因其成本低廉、制备温度低、可见光透过率高和电学性能适中等特点，近来愈发受到关注与研究。其中，以非晶型铟镓锌氧化物(a-InGaZnO)为有源层的底栅型薄膜晶体管最具代表性。然而，IGZOTFT在实际使用中的场效应迁移率通常限制在约10cm2/Vs，这不能满足高分辨率显示的要求。因此，开发高迁移率的无机金属氧化物薄膜晶体管是亟待解决的一个问题。同时，由于氧化物半导体对外界环境诸如水分子，吸附氧等非常敏感，容易造成氧化物薄膜晶体管的电学稳定性差，因此，需要通过保护层或钝化层来改善器件性能。自组装单分子膜(SAMs)可用于钝化层，因为紧密堆积的SAM可抵抗化学和物理损伤，并且足够坚固以承受额外的工艺，如热退火和等离子体处理。相比于传统钝化层工艺，如PECVD，PLD等，自组装单分子膜技术有许多优点，包括：1、原位自发形成；2、具有稳定的热力学性质；3、对基材的形状没有限制，基材表面形成的SAMs均匀平整；4、表面功能分子的密度高、表面缺陷极少；5、功能分子的排列整齐有序，与基体表面的结合力强；6、SAMs的分子结构可根据需要进行设计来控制表面结构从而得到具有目标功能的表面；7、SAMs的合成和制备方法比较灵活。因此，单分子膜的自组装技术可广泛应用在微电子电路、传感技术、材料表面工程、金属表面防腐、分子器件等许多领域，具有广阔的发展前景。传统的自组装方法是液相法，其对湿度和实际纯度要求高，其主要问题是前驱体在溶剂中存在少量水的情况下易形成共聚合，导致金属氧化物半导体表面上的无序和结块层，从而导致钝化层质量差。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于：提供一种产物质量高的金属氧化物薄膜晶体管的钝化层的制备方法，以及一种具备高质量钝化层的金属氧化物薄膜晶体管。本专利技术所采取的第一种技术方案是：一种金属氧化物薄膜晶体管的钝化层的制备方法，包括以下步骤：在衬底上沉积一层设定厚度的金属氧化物薄膜；将沉积有金属氧化物薄膜的衬底置于结晶皿中，并覆盖结晶皿，使结晶皿密封；所述结晶皿中设有装有有机硅烷溶液的容器，所述沉积有金属氧化物薄膜的衬底与硅烷溶液不直接接触；将结晶皿放入真空烘箱，并将真空烘箱设置在40～300℃下保持0.5～24小时，在金属氧化物薄膜表面得到自组装单分子层作为钝化层。进一步，在将沉积有金属氧化物薄膜的衬底置于结晶皿中之前，还包括以下步骤：对沉积在衬底上的金属氧化物薄膜的表面进行plasma处理。进一步，所述plasma处理使用等离子表面处理机在含有氧气的气氛中进行。进一步，所述金属氧化物薄膜的成分为具有半导体材料特性的无机金属氧化物。进一步，所述具有半导体材料特性的无机金属氧化物为铟锌氧化物、锡锌氧化物、铟锡锌氧化物、铟镓锌氧化物或者氟锡锌氧化物。进一步，所述在衬底上沉积一层设定厚度的金属氧化物薄膜，其具体为：通过磁控溅射法或者蒸发法将至少一种金属氧化物靶材沉积在衬底上，得到一层设定厚度的金属氧化物薄膜。进一步，所述自组装单分子层是通过烷基取代的硅氮烷气相热处理所述金属氧化物薄膜的表面所得到的。进一步，所述自组装单分子层是通过烷基或苯基取代的三乙氧基硅烷气相热处理所述金属氧化物薄膜的表面所得到的。本专利技术所采取的第二种技术方案是：一种金属氧化物薄膜晶体管，包括用第一种技术方案的制备方法制备的自组装单分子层。进一步，还包括基板、栅极、绝缘层、氧化物半导体层、源极和漏极，所述栅极位于基板上方，所述绝缘层覆盖在栅极上，所述氧化物半导体层位于绝缘层上方，所述源极、漏极和自组装单分子层均位于氧化物半导体层上方。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用气象法制备自组装单分子层作为钝化层，其消除了基材与硅烷溶液的直接接触，避免了过量的水分，金属氧化物薄膜上能够沉积出光滑的硅烷单层；通常，气相反应对湿度和实际纯度的变化并不敏感，相对于液相法更加实用，并且可以产生重复的结果，同时，包含本方法制备的钝化层的金属氧化物薄膜晶体管具有稳定的电学性能。附图说明图1为在沉积有金属氧化物薄膜的衬底上制备自组装单分子层作为钝化层后的横截面示意图；图2为OTES自组装单分子层沉积在铟锡锌氧化物薄膜上的AFM图；图3为OTES自组装单分子层沉积在铟锡锌氧化物薄膜上的接触角对比测试图；图4为以OTES自组装单分子层作为钝化层的铟锡锌氧化物薄膜晶体管的横截面示意图；图5为以OTES自组装单分子层作为钝化层的铟锡锌氧化物薄膜晶体管的转移特性曲线图；图6为以OTES自组装单分子层作为钝化层的铟锡锌氧化物薄膜晶体管在不同空气湿度条件下的转移特性曲线图；图7为以OTES自组装单分子层作为钝化层的铟锡锌氧化物薄膜晶体管在一定空气湿度条件下施加正栅极偏压应力后的转移特性曲线。具体实施方式本实施例公开了一种金属氧化物薄膜晶体管的钝化层的制备方法，包括以下步骤：S1、在衬底上沉积一层设定厚度的金属氧化物薄膜；所述衬底是相对而言的，在本实施例中，衬底是指金属氧化物薄膜所附着的物质。所述衬底可以是玻璃也可以是晶体管的半成品。S3、将沉积有金属氧化物薄膜的衬底置于结晶皿中，并覆盖结晶皿，使结晶皿密封；所述结晶皿中设有装有有机硅烷溶液的容器，所述沉积有金属氧化物薄膜的衬底与硅烷溶液不直接接触。S4、将结晶皿放入真空烘箱，并将真空烘箱设置在40～300℃下保持0.5～24小时，在金属氧化物薄膜表面得到自组装单分子层作为钝化层。作为优选的实施例，在步骤S3和步骤S1之间，还包括以下步骤：S2、对沉积在衬底上的金属氧化物薄膜的表面进行plasma处理。plasma处理即用离子化的气体轰击金属氧化物薄膜的表面，这样做主要有两个方面好处，一方面可以对金属氧化物薄膜的表面进行清洁，另一方面在含有氧气的气氛中可在金属氧化物薄膜的表面增加羟基-OH基团，更有利于后续自组装过程的实施。作为优选的实施例，所述plasma处理使用等离子表面处理机在含有氧气的气氛中进行。作为优选的实施例，所述金属氧化物薄膜的成分为具有半导体材料特性的无机金属氧化物。作为优选的实施例，所述具有半导体材料特性的无机金属氧化物为铟锌氧化物、锡锌氧化物、铟锡锌氧化物、铟镓锌氧化物或者氟锡锌氧化物。作为优选的实施例，所述步骤S1具体为：通过磁控溅射法或者蒸发法将至少一种金属氧化物靶材沉积在衬底上，得到一层设定厚度的金属氧化物薄膜。在本实施例中我们可以同时磁控溅射或者蒸发一种或者两种以上的金属氧化物靶材，以在衬底上得到金属氧化物薄膜。例如，我们可以直接磁控溅射铟镓锌氧化物，从而在衬底上得到铟镓锌氧化物薄膜。我们也可以按照特定的比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属氧化物薄膜晶体管的钝化层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：在衬底上沉积一层设定厚度的金属氧化物薄膜；将沉积有金属氧化物薄膜的衬底置于结晶皿中，并覆盖结晶皿，使结晶皿密封；所述结晶皿中设有装有有机硅烷溶液的容器，所述沉积有金属氧化物薄膜的衬底与硅烷溶液不直接接触；将结晶皿放入真空烘箱，并将真空烘箱设置在40～300℃下保持0.5～24小时，在金属氧化物薄膜表面得到自组装单分子层作为钝化层。

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物薄膜晶体管的钝化层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：在衬底上沉积一层设定厚度的金属氧化物薄膜；将沉积有金属氧化物薄膜的衬底置于结晶皿中，并覆盖结晶皿，使结晶皿密封；所述结晶皿中设有装有有机硅烷溶液的容器，所述沉积有金属氧化物薄膜的衬底与硅烷溶液不直接接触；将结晶皿放入真空烘箱，并将真空烘箱设置在40～300℃下保持0.5～24小时，在金属氧化物薄膜表面得到自组装单分子层作为钝化层。2.根据权利要求1所述的一种金属氧化物薄膜晶体管的钝化层的制备方法，其特征在于：在将沉积有金属氧化物薄膜的衬底置于结晶皿中之前，还包括以下步骤：对沉积在衬底上的金属氧化物薄膜的表面进行plasma处理。3.根据权利要求2所述的一种金属氧化物薄膜晶体管的钝化层的制备方法，其特征在于：所述plasma处理使用等离子表面处理机在含有氧气的气氛中进行。4.根据权利要求1所述的一种金属氧化物薄膜晶体管的钝化层的制备方法，其特征在于：所述金属氧化物薄膜的成分为具有半导体材料特性的无机金属氧化物。5.根据权利要求4所述的一种金属氧化物薄膜晶体管的钝化层的制备方法，其特征在于：所述具有半导体材料特性的无机金属氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈荣盛，钟伟，邓孙斌，尹雪梅，李国元，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44