一种氧化锌薄膜晶体管的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种氧化锌薄膜晶体管的制备方法，属于一种薄膜晶体管的制备方法。包括清洁衬底，栅极沉积，绝缘层沉积，富氧氧化锌沟道层沉积，低氧氧化锌沟道层沉积，源电极和漏电极沉积。优点是通过双有源层结构、叉指源漏电极的制备，提供富氧、低氧分层制备沟道层来提高器件稳定性与开态电流，在其上制备叉指形状的源、漏电极进一步大幅提高开态电流，且制备工艺简单，为市场上在普遍使用的射频磁控溅射和电子束蒸发，无需更换生产线；原材料为纯氧化锌，成本低廉、绿色环保。在紫外探测、显示驱动等领域都具有应用前景。使纯氧化锌薄膜晶体管在市场上更加具备应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化锌薄膜晶体管的制备方法
本专利技术属于半导体器件制备
，尤其涉及一种薄膜晶体管的制备方法。
技术介绍
随着信息时代的到来，显示领域进入平板显示时代，薄膜晶体管作为AMLCD和AMOLED中的核心元件，在平板显示行业中已经成为了不可替代的主导技术，而薄膜晶体管的稳定性与各项性能指标的高低将会直接限制显示器的成像能力。尤其对于大尺寸、高分辨率、高帧率的显示器，如三维显示器，其对薄膜晶体管的稳定性与驱动力的要求更加苛刻，当前市面上普遍采用的氢化非晶硅薄膜晶体管已无法满足要求。此外，由于AMOLED的驱动方式为电流驱动，需要较大的电流注入才能使OLED像素单元发光，显然低开态电流的氢化非晶硅薄膜晶体管也无法满足这一要求。尽管多晶硅薄膜晶体管的开态电流较高，但其存在致命的缺点，由于晶界的存在，使它的电学性能会在一定范围内波动，需要通过补偿电路来降低这一影响。因此多晶硅的复杂工艺和高成本必将使其在未来的平板显示产业中淘汰出局。对于上述问题，采用氧化锌做为沟道层的薄膜晶体管是一条有效途径。相比传统非晶硅和多晶硅薄膜晶体管，氧化锌薄膜晶体管具有可见光透明，均匀性好，原料价格低廉，易于制备等优势，无元素掺杂的纯氧化锌薄膜晶体管还具有绿色环保、可降解的优势，符合国家的创新、绿色发展理念，可实现低成本的柔性显示而受到广泛关注。但是纯氧化锌薄膜晶体管仍存在一些缺陷需要改进，如电学稳定性差，开态电流较低等问题，限制了纯氧化锌薄膜晶体管的市场应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种氧化锌薄膜晶体管的制备方法，以解决存在的电学稳定性差，开态电流较低的问题。本专利技术采取的技术方案是，包括下列步骤：(一)、清洁衬底，所述衬底采用硬质衬底或柔性衬底；(二)栅极沉积，所述栅极材料为金属或氧化物导电膜，以电子束蒸发方法制备；具体步骤如下：(1)利用光刻-剥离技术，先在衬底上旋涂光刻胶一，曝光显影出制备单个薄膜晶体管器件的栅极小岛区域，具体步骤如下：1)涂光刻胶一，将清洁好的衬底固定在匀胶仪上，旋涂光刻胶一，转速250rpm，时间7秒，升至500rpm，时间8秒，再升至3000rpm，时间30秒；2)前烘，涂好光刻胶一的衬底在90℃下前烘3分钟；3)曝光，将上步前烘好的衬底用光刻板一覆盖，放置于曝光机下曝光，此时图形部分曝光，其余部分未受到光照；4)显影，将光刻胶一曝光后的衬底置于显影液中，曝光部分对应的光刻胶一溶于显影液，被去除，露出衬底，得到即将沉积栅极小岛的区域，用去离子水冲洗干净后，氮气吹干；(2)将显影后的衬底放入电子束蒸发装置生长室中，带有显影光刻胶一的一面朝下，用电子束蒸发方法镀铝；(3)去胶，把经过上述电子束蒸发方法镀铝后的样本放入丙酮溶液中超声1分钟，光刻胶一溶于丙酮溶液，衬底表面的光刻胶一连同其上的金属铝被去除，剩余部分形成栅极小岛，再用乙醇、去离子水冲洗干净，用氮气吹干，得到样品一；(三)、绝缘层沉积，所述绝缘层为高介电常数的氧化物绝缘体，采用等离子体增强化学气相沉积PECVD方法制备，具体步骤如下：(1)利用光刻-剥离技术，在步骤(二)得到的样品一上旋涂光刻胶二，曝光显影出制备单个薄膜晶体管器件的绝缘层小岛区域，具体步骤如下：1)涂胶，将样品一固定在匀胶仪上，旋涂光刻胶二，转速250rpm，时间7秒，升至500rpm，时间8秒，再升至3000rpm，时间30秒；2)前烘，涂好光刻胶二后的样品一在90℃下前烘3分钟；3)曝光，将涂好光刻胶二、前烘好的样品一用光刻板二覆盖，，放置于曝光机下曝光，此时图形覆盖部分曝光，其余部分未受到光照；4)显影，将涂好光刻胶二、曝光后的样品一置于显影液中，曝光部分对应的光刻胶二溶于显影液，被去除，露出衬底和部分栅极，得到即将沉积绝缘层的区域，用去离子水冲洗干净后，氮气吹干；(2)将经上述步骤处理好的样品一置于等离子体增强化学气相沉积PECVD设备生长室底座上，沉积二氧化硅绝缘层；(3)去胶，把经沉积二氧化硅绝缘层后的样品一放入丙酮溶液中超声1分钟，光刻胶二溶于丙酮溶液，衬底和部分栅极表面的光刻胶二连同其上的二氧化硅被去除，剩余部分形成绝缘层小岛，再用乙醇、去离子水冲洗干净，用氮气吹干，得到样品；(四)、富氧氧化锌沟道层沉积，方法采用射频磁控溅射；具体步骤如下：将步骤(三)得到的样品二置于磁控溅射设备的溅射台托盘上，悬挂托盘，沉积高氧分压的富氧氧化锌沟道层，氧分压30％～50％，厚度3～10nm，得到样品三；(五)低氧氧化锌沟道层沉积，方法仍采用射频磁控溅射，具体步骤如下：(1)调节氧分压至3％～10％，沉积低氧氧化锌沟道层，厚度30～70nm，得到样品四；(2)将样品四放入退火炉，在空气气氛下250℃～500℃、退火3～30分钟；(3)用光刻方法，把富氧氧化锌沟道层和低氧氧化锌沟道层刻蚀出小岛区域，具体步骤如下：1)涂胶，将上述样品四固定在匀胶仪上，旋涂光刻胶三，转速250rpm，时间7秒，升至500rpm，时间8秒，再升至3000rpm，时间30秒；2)前烘，将涂好光刻胶三的样品四在90℃下前烘3分钟；3)曝光，将涂好光刻胶三、前烘后的样品四用光刻板三，覆盖，放置于曝光机下曝光，此时图形覆盖部分未受到光照，其余部分曝光；4)显影，将涂好光刻胶三、曝光后的样品四置于显影液中，曝光部分对应的光刻胶三溶于显影液，被去除，露出衬底和部分栅极；5)坚膜，将显影后的样品四在90℃坚膜90秒；6)腐蚀，将坚膜后的样品四置于2.5‰浓度的HCl水溶液中，腐蚀3秒，未被光刻胶三保护的部分，即富氧氧化锌沟道层和低氧氧化锌沟道层被腐蚀掉，露出衬底和部分栅极；7)去胶，将经过上述步骤腐蚀过的样品四放入丙酮溶液中10秒，光刻胶三溶于丙酮溶液从而被剥离掉，再用酒精、去离子水冲洗，氮气吹干，形成样品五；(六)源电极、漏电极沉积，所述源电极、漏电极采用金属或导电氧化物，结构为叉指电极，利用剥离技术，沉积方法采用电子束蒸发，具体步骤如下：(1)涂胶，将样品五固定在匀胶仪上，旋涂光刻胶四，转速250rpm，时间7秒，升至500rpm，时间8秒，再升至3000rpm，时间30秒；(2)前烘，将涂好光刻胶四的样品五在90℃下前烘3分钟；(3)曝光，涂好光刻胶四、前烘后的样品五，用光刻板四覆盖，对版后，与低氧氧化锌沟道层重叠，放置于曝光机下曝光，此时图形覆盖部分曝光，其余部分未受到光照；(4)显影，将光刻胶四曝光后的样品五置于显影液中，曝光部分对应的光刻胶四溶于显影液，被去除，露出低氧氧化锌沟道层；(5)用去离子水冲洗，得到即将沉积叉指源电极、叉指漏电极的区域；(6)将光刻胶四显影后的样品五放入电子束蒸发设备中，沉积金属铝；(7)将经过上述步骤处理后的样品五放入丙酮溶液中超声1分钟，光刻胶四溶于丙酮溶液，光刻胶四连同其上的金属铝被去除，露出衬底、部分栅极和低氧氧化锌沟道层，形成叉指源电极、叉指漏电极，再用乙醇、去离子水冲洗干净，用氮气吹干，即得。本专利技术所述步骤(一)中衬底采用玻璃。本专利技术所述步骤(一)清洁衬底的具体步骤如下：(1)先将衬底放入丙酮溶液中，在室温下超声清洗3～5分钟，去除表面分子型沾污；(2)将步骤(1)处理过的衬底置于乙醇溶液中，在室温下超声清洗3～5分钟，去除表面残余丙酮；(3)将步骤(2)处理过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化锌薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：(一)、清洁衬底，所述衬底采用硬质衬底或柔性衬底；(二)栅极沉积，所述栅极材料为金属或氧化物导电膜，以电子束蒸发方法制备；具体步骤如下：(1)利用光刻‑剥离技术，先在衬底上旋涂光刻胶一，曝光显影出制备单个薄膜晶体管器件的栅极小岛区域，具体步骤如下：1)涂光刻胶一，将清洁好的衬底固定在匀胶仪上，旋涂光刻胶一，转速250rpm，时间7秒，升至500rpm，时间8秒，再升至3000rpm，时间30秒；2)前烘，涂好光刻胶一的衬底在90℃下前烘3分钟；3)曝光，将上步前烘好的衬底用光刻板一覆盖，放置于曝光机下曝光，此时图形部分曝光，其余部分未受到光照；4)显影，将光刻胶一曝光后的衬底置于显影液中，曝光部分对应的光刻胶一溶于显影液，被去除，露出玻璃衬底，得到即将沉积栅极小岛的区域，用去离子水冲洗干净后，氮气吹干；(2)将显影后的衬底放入电子束蒸发装置生长室中，带有显影光刻胶一的一面朝下，用电子束蒸发方法镀铝；(3)去胶，把经过上述电子束蒸发方法镀铝后的样本放入丙酮溶液中超声1分钟，光刻胶一溶于丙酮溶液，衬底表面的光刻胶一连同其上的金属铝被去除，剩余部分形成栅极小岛，再用乙醇、去离子水冲洗干净，用氮气吹干，得到样品一；(三)、绝缘层沉积，所述绝缘层为高介电常数的氧化物绝缘体，采用等离子体增强化学气相沉积PECVD方法制备，具体步骤如下：(1)利用光刻‑剥离技术，在步骤(二)得到的样品一上旋涂光刻胶二，曝光显影出制备单个薄膜晶体管器件的绝缘层小岛区域，具体步骤如下：1)涂胶，将样品一固定在匀胶仪上，旋涂光刻胶二，转速250rpm，时间7秒，升至500rpm，时间8秒，再升至3000rpm，时间30秒；2)前烘，涂好光刻胶二后的样品一在90℃下前烘3分钟；3)曝光，将涂好光刻胶二、前烘好的样品一用光刻板二覆盖，放置于曝光机下曝光，此时图形覆盖部分曝光，其余部分未受到光照；4)显影，将涂好光刻胶二、曝光后的样品一置于显影液中，曝光部分对应的光刻胶二溶于显影液，被去除，露出衬底和部分栅极，得到即将沉积绝缘层的区域，用去离子水冲洗干净后，氮气吹干；(2)将经上述步骤处理好的样品一置于等离子体增强化学气相沉积PECVD设备生长室底座上，沉积二氧化硅绝缘层；(3)去胶，把经沉积二氧化硅绝缘层后的样品一放入丙酮溶液中超声1分钟，光刻胶二溶于丙酮溶液，衬底和部分栅极表面的光刻胶二连同其上的二氧化硅被去除，剩余部分形成绝缘层小岛，再用乙醇、去离子水冲洗干净，用氮气吹干，得到样品二；(四)、富氧氧化锌沟道层沉积，方法采用射频磁控溅射；具体步骤如下：将步骤(三)得到的样品二置于磁控溅射设备的溅射台托盘上，悬挂托盘，沉积高氧分压的富氧氧化锌沟道层，氧分压30％～50％，厚度3～10nm，得到样品三；(五)低氧氧化锌沟道层沉积，方法仍采用射频磁控溅射，具体步骤如下：(1)调节氧分压至3％～10％，沉积低氧氧化锌沟道层，厚度30～70nm，得到样品四；(2)将样品四放入退火炉，在空气气氛下250℃～500℃、退火3～30分钟；(3)用光刻方法，把富氧氧化锌沟道层和低氧氧化锌沟道层刻蚀出小岛区域，具体步骤如下：1)涂胶，将上述样品四固定在匀胶仪上，旋涂光刻胶三，转速250rpm，时间7秒，升至500rpm，时间8秒，再升至3000rpm，时间30秒；2)前烘，将涂好光刻胶三的样品四在90℃下前烘3分钟；3)曝光，将涂好光刻胶三、前烘后的样品四用光刻板三，覆盖，放置于曝光机下曝光，此时图形覆盖部分未受到光照，其余部分曝光；4)显影，将涂好光刻胶三、曝光后的样品四置于显影液中，曝光部分对应的光刻胶三溶于显影液，被去除，露出衬底和部分栅极；5)坚膜，将显影后的样品四在90℃坚膜90秒；6)腐蚀，将坚膜后的样品四置于2.5‰浓度的HCl水溶液中，腐蚀3秒，未被光刻胶三保护的部分，即富氧氧化锌沟道层和低氧氧化锌沟道层被腐蚀掉，露出衬底和部分栅极；7)去胶，将经过上述步骤腐蚀过的样品四放入丙酮溶液中10秒，光刻胶三溶于丙酮溶液从而被剥离掉，再用酒精、去离子水冲洗，氮气吹干，形成样品五；(六)源电极、漏电极沉积，所述源电极、漏电极采用金属或导电氧化物，结构为叉指电极，利用剥离技术，沉积方法采用电子束蒸发，具体步骤如下：(1)涂胶，将样品五固定在匀胶仪上，旋涂光刻胶四，转速250rpm，时间7秒，升至500rpm，时间8秒，再升至3000rpm，时间30秒；(2)前烘，将涂好光刻胶四的样品五在90℃下前烘3分钟；(3)曝光，涂好光刻胶四、前烘后的样品五，用光刻板四覆盖，对版后，与低氧氧化锌沟道层重叠，放置于曝光机下曝光，此时图形覆盖部分曝光，其余部分未受到光照；(4)显影，将光刻胶四曝光后的样品五置于显影液中，曝光部分对应的...

【技术特征摘要】
1.一种氧化锌薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：(一)、清洁衬底，所述衬底采用硬质衬底或柔性衬底；(二)栅极沉积，所述栅极材料为金属或氧化物导电膜，以电子束蒸发方法制备；具体步骤如下：(1)利用光刻-剥离技术，先在衬底上旋涂光刻胶一，曝光显影出制备单个薄膜晶体管器件的栅极小岛区域，具体步骤如下：1)涂光刻胶一，将清洁好的衬底固定在匀胶仪上，旋涂光刻胶一，转速250rpm，时间7秒，升至500rpm，时间8秒，再升至3000rpm，时间30秒；2)前烘，涂好光刻胶一的衬底在90℃下前烘3分钟；3)曝光，将上步前烘好的衬底用光刻板一覆盖，放置于曝光机下曝光，此时图形部分曝光，其余部分未受到光照；4)显影，将光刻胶一曝光后的衬底置于显影液中，曝光部分对应的光刻胶一溶于显影液，被去除，露出玻璃衬底，得到即将沉积栅极小岛的区域，用去离子水冲洗干净后，氮气吹干；(2)将显影后的衬底放入电子束蒸发装置生长室中，带有显影光刻胶一的一面朝下，用电子束蒸发方法镀铝；(3)去胶，把经过上述电子束蒸发方法镀铝后的样本放入丙酮溶液中超声1分钟，光刻胶一溶于丙酮溶液，衬底表面的光刻胶一连同其上的金属铝被去除，剩余部分形成栅极小岛，再用乙醇、去离子水冲洗干净，用氮气吹干，得到样品一；(三)、绝缘层沉积，所述绝缘层为高介电常数的氧化物绝缘体，采用等离子体增强化学气相沉积PECVD方法制备，具体步骤如下：(1)利用光刻-剥离技术，在步骤(二)得到的样品一上旋涂光刻胶二，曝光显影出制备单个薄膜晶体管器件的绝缘层小岛区域，具体步骤如下：1)涂胶，将样品一固定在匀胶仪上，旋涂光刻胶二，转速250rpm，时间7秒，升至500rpm，时间8秒，再升至3000rpm，时间30秒；2)前烘，涂好光刻胶二后的样品一在90℃下前烘3分钟；3)曝光，将涂好光刻胶二、前烘好的样品一用光刻板二覆盖，放置于曝光机下曝光，此时图形覆盖部分曝光，其余部分未受到光照；4)显影，将涂好光刻胶二、曝光后的样品一置于显影液中，曝光部分对应的光刻胶二溶于显影液，被去除，露出衬底和部分栅极，得到即将沉积绝缘层的区域，用去离子水冲洗干净后，氮气吹干；(2)将经上述步骤处理好的样品一置于等离子体增强化学气相沉积PECVD设备生长室底座上，沉积二氧化硅绝缘层；(3)去胶，把经沉积二氧化硅绝缘层后的样品一放入丙酮溶液中超声1分钟，光刻胶二溶于丙酮溶液，衬底和部分栅极表面的光刻胶二连同其上的二氧化硅被去除，剩余部分形成绝缘层小岛，再用乙醇、去离子水冲洗干净，用氮气吹干，得到样品二；(四)、富氧氧化锌沟道层沉积，方法采用射频磁控溅射；具体步骤如下：将步骤(三)得到的样品二置于磁控溅射设备的溅射台托盘上，悬挂托盘，沉积高氧分压的富氧氧化锌沟道层，氧分压30％～50％，厚度3～10nm，得到样品三；(五)低氧氧化锌沟道层沉积，方法仍采用射频磁控溅射，具体步骤如下：(1)调节氧分压至3％～10％，沉积低氧氧化锌沟道层，厚度30～70nm，得到样品四；(2)将样品四放入退火炉，在空气气氛下250℃～500℃、退火3～30分钟；(3)用光刻方法，把富氧氧化锌沟道层和低氧氧化锌沟道层刻蚀出小岛区域，具体步骤如下：1)涂胶，将上述样品四固定在匀胶仪上，旋涂光刻胶三，转速250rpm，时间7秒，升至500rpm，时间8秒，再升至3000rpm，时间30秒；2)前烘，将涂好光刻胶三的样品四在90℃下前烘3分钟；3)曝光，将涂好光刻胶三...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晓红，张文通，杨帆，周路，王欢，赵阳，闫兴振，李彬，吴博琦，王超，迟耀丹，杨小天，
申请(专利权)人：吉林建筑大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22