[发明专利]一种柔性半透明IGZO薄膜晶体管的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，更具体地，涉及一种IGZO(In-Ga-Zn-O)薄膜晶体管制造方法。

背景技术

柔性显示常规定义是“一种由薄型柔性衬底构成的平板显示，它经过弯曲、变形、卷曲成直径几厘米的圆筒而不影响和损坏其显示性能”。柔性显示器应用范围很广，如移动电话、笔记本电脑、电子书、汽车仪表、电子海报、个人数字助理、RF辨识系统、传感器等。

柔性显示器根据弯曲程度可以分为四类：超薄平板显示器(Flat Thin Display)、弧形显示器(Curved Displays)、可弯曲显示器(Displays on Flexible Devices)和可卷曲显示器(Roll Up Displays)，其中理想的柔性显示器是可卷曲显示器。

柔性显示的实现，关键技术之一用有机或无机的柔性衬底制备TFT阵列替代传统刚性的玻璃衬底TFT阵列。显然，寻找一种合适的衬底材料是制备出高质量TFT的先决条件。显示应用要求的柔性衬底具备如下要求：(1)较高的可见光透明度，在可见光400nm-800nm范围内的透明度达到85％(适用于像LCD和OLED透射型的显示方式)；(2)易弯曲，能够承受1000次以上的弯曲；(3)价格比较低，与玻璃价格差不多，大约1-4分/英寸；(4)化学性质稳定，不与酸碱反应；(5)良好的热膨胀稳定性，热膨胀系数小于20ppm/℃；(6)良好的势垒层，能够有效防止水和空气的穿透；(7)较好的表面平整度，表面粗糙度小于5nm。

当前，柔性衬底主要有三类，分别为塑料(Plastic)、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50-200μm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况，此外，尽管薄玻璃具有弹性，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力会减少，并且由于是金属薄片，工艺能承受的温度可达到900℃(金属薄片的熔点为1400℃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；金属薄片有较好的弹性，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。同时，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产业化的工艺中要耐300℃-330℃的高温，塑料热膨数系数大于50ppm/℃，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工艺带来很大困难。除此之外，塑料薄膜的表面存在一些黑点和缺陷。

图1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况。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；而当栅极电压减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≤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年日本东京工业大学Hosono第一次报道基于IGZO制备的柔性透明TFT。IGZO-TFT受到了研究机构和工业界的关注，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。