[发明专利]ZnO基粉末-金属复合溅射靶材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件领域，尤其涉及一种应用于AM LCD、AM OLED等平板显示器TFT背板的ZnO基薄膜晶体管的有源层沉积靶材及其制造的新方法。

背景技术

ZnO基TFT被认为是最有可能取代当前大规模产业化的a-Si:H TFT的下一代MOSFET，在最近几年引起普遍的关注。与a-Si:H TFT相比，透明氧化物薄膜晶体管，主要是氧化锌基薄膜晶体管，具有以下优点：a)迁移率比非晶硅晶体管高一个数量级以上；b)对可见光的透明度大于80％；c)可在室温下沉积，可使用可挠性基片；d)薄膜结构为均匀的非晶态；e)加压下产生的电学应力均一；f)对于目前成熟的溅射法或脉冲激光沉积法，可以通过调节靶材的金属组成和优化沉积条件控制TFT的特性。

目前，ZnO基TFT有源层的沉积绝大多数采用溅射法和脉冲激光沉积法，也有一些工作采用分子束外延、溶胶-凝胶或溶液过程、固相反应外延和反应电子束蒸发法，但在阵列制造上几乎不使用这些方法，因为这些方法都不成熟或存在严重的缺点。最近也有一些工作采用Zn靶反应溅射沉积ZnO薄膜作为TFT的有源层(D.Hong et al，J.Vac.Sci.Technol.，2006，B24，L23；W.S.Cheong etal，Thin Sold Films，2008，516(22)：8159)。

但是采用ZnO薄膜作为有源层的晶体管性能并不理想，多数情况下单一金属组成的ZnO薄膜的关态电流太大，TFT器件开关比小；另一个问题是溅射沉积的ZnO薄膜很容易结晶，由于多晶薄膜中穿行的电子受到频繁的晶界散射作用，有碍于器件迁移率的提高。因此，研究人员在ZnO薄膜中添加In₂O₃、Ga₂O₃、SnO₂以阻止薄膜在沉积过程中的结晶，增强薄膜在使用过程中的稳定性，从而提高了TFT工作的可靠性。已往的工作表明，InGaZnO₄薄膜在500℃下退火仍保持非晶形式。

a-IGZO TFT作为阵列基板在AM OLED和AM LCD的应用已引起高度重视。在2008年美国洛杉矶举行的SID年会上，三星先进技术研究院展出了以a-IGZO TFT阵列驱动的4英寸QVGA OLED屏，三星电子则展出了15英寸以a-IGZO TFT阵列驱动的XVGA AM LCD。但这些工作中，a-IGZO薄膜的沉积都采用射频磁控溅射法或脉冲激光沉积法，使用高温(～1550℃)烧结的氧化物陶瓷靶。在氧化锌基TFT阵列制造中，所采用的溅射和脉冲激光沉积两种方法中，溅射法的工艺窗口较宽。溅射法通常使用高温烧结的陶瓷靶，对于大面积镀膜来讲，靶材的制作是有相当难度的。目前，大尺寸陶瓷靶材通常采用拼接方法获得，要用到昂贵的金属铟和银作为焊接材料，还有，靶材制作工艺复杂且成本高，高温烧结过程容易引入杂质，在使用过程中容易发生开裂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于溅射沉积薄膜晶体管有源层的粉末-金属复合靶材及其制作方法，所述的这种用于溅射沉积薄膜晶体管有源层的粉末-金属复合靶材及其制作方法要解决现有技术中的靶材及其制作工艺复杂且成本高、高温烧结过程容易引入杂质以及在使用过程中容易发生开裂的技术问题。

本发明提供了一种用于溅射沉积薄膜晶体管有源层的粉末-金属复合靶材，所述的粉末-金属复合靶材表层的金属组成为In_xGa_xSn_yZn_z，其中0≤w，x，y≤1，0≤z≤6。

进一步的，所述的金属靶体为纯度大于99.99wt％的金属锌，所述的粉末选自In₂O₃、或Ga₂O₃、或SnO₂中的一种或一种以上的组合。

进一步的，所述的金属靶体为锌-锡合金，所述的粉末选自In₂O₃、或Ga₂O₃中的一种或一种以上的组合。

进一步的，所述的金属靶体为锌-铟合金，所述的粉末选自SnO₂、或Ga₂O₃的中一种或一种以上的组合。

进一步的，所述的金属靶体为锌-锡-铟合金，所述的粉末为Ga₂O₃。