[发明专利]一种铟镓锌氧化物半导体薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种制备铟镓锌氧化物半导体薄膜的方法；特别地，本发明还涉及一种利用铟镓锌氧化物半导体薄膜作为沟道层材料，制备铟镓锌氧化物晶体管的方法。

背景技术

薄膜晶体管（Thin Film transistor；TFT）是由半导体有源层即沟道层、介质层即绝缘层、栅电极、源电极和漏电极构成。由于薄膜晶体管容易制备且成本较低，因此被广泛应用于平板显示领域。近年来，随着液晶显示的发展壮大，薄膜晶体管技术已经成为平板显示的象征性技术，其特点是在对角线为数米长的基板上制备几千万个数微米大小的TFT阵列。

目前TFT按半导体有源层材料的不同大致可分为四种：非晶硅TFT、低温多晶硅TFT、有机TFT和氧化物TFT。目前TFT-LCD中应用最为广泛是非晶硅TFT。相对于非晶硅TFT而言，低温多晶硅TFT具有高清晰度、高开口率、快响应速度和低功耗等优点，因而有可能成为一种继非晶硅TFT之后的主流应用技术。但是低温多晶硅TFT技术存在设备昂贵、工艺难度大、均匀性差等缺点，而且其工艺温度相对有机基板而言太高，不适合应用于柔性显示器件。尽管有机TFT具有易弯折，可和柔性基板相兼容等优点，但是其迁移率较低，因此很难满足平板显示的需求。

最新的研究表明，氧化物TFT兼具迁移率高、可透光性好等优点，因此成为近年来研究的热点。而利用氧化物半导体制作透明氧化物薄膜晶体管，实现了比非晶硅薄膜晶体管性能高出1-2个数量级的结果。如采用氧化物半导体TFT作为像素开关，将大大提高有源矩阵的开口率，从而提高亮度，降低功耗和减少工艺复杂性。这预示着氧化物TFT在未来的平板显示领域将具有良好的应用前景。

目前生产中一般采用诸如磁控溅射法、等离子增强化学气相沉积的高真空沉积方法制备氧化物半导体薄膜。然而高昂的真空设备及运转成本显然已成为制约氧化物TFT在大尺寸平板显示显示领域发展的枷锁。因此低廉的溶液法沉积氧化物半导体薄膜成为追逐的热点。其优点是可在大气环境下制备、可应用于大尺寸、制备设备简单，对于多组分体系可精确控制其中各元素含量等优点。

目前报道的IGZO溶液前驱体一般由醋酸盐、硝酸盐或者氯酸盐和相对应的金属离子所构成的。然而，在退火时这类前驱体所发生的复杂化学反应将可能带来IGZO膜较多的空洞，或者由于诸如Cl-等残留的阴离子将可能造成IGZO的TFT性能的衰减。

因此，本领域的技术人员致力于开发新型的氧化物半导体薄膜，用于制备氧化物晶体管，具有制备工艺简单、可控，成本低，光电性能优良等优点。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种制备铟镓锌氧化物（IGZO）半导体薄膜的方法，采用不同于现有技术的金属盐和溶剂形成铟镓锌氧化物（IGZO）前驱体溶液，通过加热涂覆等方式在基板材料上形成表面平整、光电性能优良的IGZO半导体薄膜。

进一步，本发明所要解决的技术问题还在于，利用铟镓锌氧化物半导体薄膜作为沟道层材料，制得铟镓锌氧化物晶体管及其制备方法，提高氧化物晶体管的性能参数。

为实现上述目的，在本发明的第一个方面，提供了一种溶液法制备铟镓锌氧化物半导体薄膜的方法，包括如下步骤：

a）分别制备乙酰丙酮镓的乙醇溶液、乙酰丙酮锌水合物的乙醇溶液和乙酰丙酮铟的四氢呋喃溶液；

b）将步骤a）所得的三种溶液按需要的比例进行混合，制得铟镓锌氧化物的前驱体溶液；

c）将步骤b）所得的前驱体溶液混合均匀；

d）将步骤c）所得的前驱体溶液沉积在基板材料上，制得铟镓锌氧化物半导体薄膜；

e）将步骤d)所得的铟镓锌氧化物半导体薄膜进行退火处理，即得所述铟镓锌氧化物半导体薄膜。

进一步地，所述步骤b）中，按照所述前驱体溶液中所需的镓、锌和铟的摩尔比，量取不同体积比的乙酰丙酮镓的乙醇溶液、乙酰丙酮锌水合物的乙醇溶液和乙酰丙酮铟的四氢呋喃溶液进行混合。

其中，镓、锌和铟的摩尔比为（0～2）:（0～2）:（0～2）。

进一步地，所述步骤c）中，将步骤b）所得的前驱体置于室温和氮气环境下进行磁力搅拌20～30分钟，然后加热至60～70℃备用。

进一步地，所述d）中，所述沉积为：采用旋涂法或喷墨印刷法将前驱体溶液沉积在基板材料上；所述基板材料包括硅片、玻璃基板或二氧化硅基板；所述铟镓锌氧化物半导体薄膜的厚度为5～100纳米。