[发明专利]一种提高ZnON薄膜迁移率和稳定性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种提高ZnON薄膜迁移率和稳定性的方 法。

背景技术

随着信息显示技术的不断发展，液晶显示已遍布于人们的日常生活和工作中。平板 显示器件正在向小型化、轻量化、品质高、耗能低等方向发展，而薄膜晶体管又是显示 技术的核心驱动元件，因此，制备高迁移率、高稳定性的薄膜晶体管沟道材料对新型信 息显示技术的发展至关重要。

目前市场上液晶显示器的驱动元件主要是以非晶硅薄膜晶体管、低温多晶硅薄膜晶 体管以及以铟镓锌氧为代表的非晶氧化物薄膜晶体管。非晶硅薄膜晶体管具有均匀性、 生产成本低等优点，但是非晶硅的迁移率低(～1cm²/Vs)、稳定性差等缺点；低温多晶硅 薄膜晶体管具有迁移率高等优点，但是低温多晶硅的均匀性差，不利于大面积制造，生 产成本高。因此，硅基薄膜晶体管不能满足以高分辨率、大尺寸和高帧数为特点的下一 代信息显示的要求。铟镓锌氧薄膜晶体管虽然很好的解决了非晶硅迁移率和低温多晶硅 均匀性差的问题，但是由于铟镓锌氧的氧空位等缺陷密度比较高、存在持续光电流、制 造工艺再现性差、薄膜晶体管的重复性以及在光照、偏压、气氛下的稳定性还有待提高， 而且铟镓锌氧薄膜晶体管含有铟、镓等稀土金属元素，这将严重限制生产成本的降低。 因此人们积极寻找新一代具有优良性能、高迁移率的材料，作为薄膜晶体管的沟道材料。

目前已有报道关于ZnON基高迁移率薄膜晶体管的研制，并已成功用于3.8英寸 QVGA显示的背板驱动。与铟镓锌氧相比，ZnON具有如下优势：(1)电子有效质量小， 迁移率高；(2)通过抬高价带屏蔽了氧空位，使带内缺陷密度降低，同时也避免了持续光 电流的产生；(3)在光照下的稳定性显著提高；(4)易于大面积制造，原材料丰富，制备方 法简单可靠。ZnON仍属于新型的非晶氧化物材料，对它的材料物理特性研究仍处于初 级阶段，尤其是ZnON材料的化学稳定性和结构稳定性仍未得到有效解决。所以，对 ZnON材料的进一步研究，提高ZnON的迁移率和稳定性至关重要，这将决定着下一代 显示技术的发展。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种提高ZnON薄膜的迁移率和稳定性的方法,解决了 ZnON薄膜在空气中老化失效的问题，同时提高了ZnON薄膜的迁移率和稳定性，为制 备出性能良好的薄膜晶体管打下了坚实的基础，有望实现下一代显示技术向高分辨率、 大尺寸、高帧数的方向发展。

本发明是通过以下技术方案来解决问题的：一种提高ZnON薄膜迁移率和稳定性的 方法，其特征在于，包括以下步骤：采用三明治结构的ZnON薄膜，三明治结构基底上 的夹层为富氮ZnON薄膜2，夹层上部的覆盖层为富氧ZnON薄膜3，采用反应射频 磁控溅射制备三明治结构的ZnON薄膜(异质结)，以纯度为99.999％的锌靶为溅射靶 材，以氩气、氮气、氧气的混合气体为溅射气体，生长ZnON薄膜前溅射室的背景真空 度小于2×10^-7Torr，以排净溅射室中的空气，射频功率为120-300W，衬底温度为室温至 100℃，生长ZnON薄膜前对高纯锌靶材利用氩离子束预溅射5-15分钟；通过两步反应 射频磁控溅射生长的方法，第一步：氩气、氮气、氧气的流量分别为20sccm、100sccm、 0.8-5sccm，薄膜厚度为20-150纳米，第一步生长得到一层富氮的ZnON薄膜2；第二步： 氩气、氮气、氧气的流量分别为20sccm、100sccm、8-20sccm，第二步生长得到一层富氧 的ZnON薄膜3，薄膜层厚为5-30纳米。

所述溅射气体的纯度均为99.999％。

在溅射的过程中，溅射室压强保持为4-20mTorr。

所述生长ZnON薄膜前预溅射的功率为120-300W。

三明治结构中夹层富氮ZnON和覆盖层富氧ZnON的氮气和氩气流量固定为 100sccm和20sccm，氧气流量分别为0.8-5sccm和8-20sccm。

对生长的ZnON薄膜在不同气氛、不同温度下进行退火处理，所述的不同气氛为氮 气、真空、一氧化二氮和氧气；所述的不同温度为250℃-500℃。

退火时间均为60分钟，升温速率为30℃/min，自然冷却至室温。

相比现在已经报道的结果，本发明的有益效果：