本發明涉及顯示
技術領域：
，尤其涉及一種C軸結晶IGZO薄膜及其制備方法。
背景技術：
：薄膜晶體管(ThinFilmTransistor，TFT)是目前液晶顯示裝置(LiquidCrystalDisplay，LCD)和有源矩陣驅動式有機電致發光顯示裝置(ActiveMatrixOrganicLight-EmittingDiode，AMOLED)中的主要驅動元件，直接關系到高性能平板顯示裝置的發展方向。隨著智能手機與平板顯示等終端應用的興起，250PPI(PixelsPerInch，每英寸所擁有的像素數目)以上的高精細度面板要求逐漸成為搭配趨勢，也促使更多面板廠投入高精細度的低溫多晶硅(LowTemperaturePolySilicon，LTPS)薄膜晶體管擴產，但由于低溫多晶硅薄膜晶體管(LTPSTFT)生產線的制程復雜度高，且良率也是一大問題，因此面板廠積極投入金屬氧化物半導體的研發工作，目前以非結晶氧化銦鎵鋅(amorphousIndiumGalliumZincOxide，a-IGZO)技術較為成熟。IGZO(IndiumGalliumZincOxide)為氧化銦鎵鋅的縮寫，它是一種薄膜電晶體技術，在TFT-LCD主動層之上打上的一層金屬氧化物。IGZO技術由夏普(Sharp)掌握，是與日本半導體能源研究所共同開發的產品。除了夏普外，三星SDI以及樂金顯示也同樣具備生產IGZO面板的能力。IGZO與非晶質硅(a-Si)材料相比，電子遷移率較a-SiTFT快20到50倍，IGZO使用銦、鎵、鋅、氧氣，取代了傳統的a-Si現用圖層，可以大大降低屏幕的響應時間，縮小電晶體尺寸，提高面板畫素的開口率，較易實現高精細化，由此將簡單的外部電路整合至面板之中，使移動裝置更輕薄，耗電量也降至之前的三分之二。IGZO規模化使用中存在的最大問題是IGZO中氧空位(或者氧缺陷)的迅速變化會導致TFT的穩定性較差。這是IGZO材料本身缺陷導致的問題，想要解決此問題，必須從材料本身結構出發來控制氧空位的變化，以提高TFT的穩定性。C軸結晶IGZO(C-axisAlignedCrystalline，簡稱CAAC)具有層狀的結晶結構，無晶界，材料本身的氧缺陷非常少，因此在TFT穩定性方面具有a-IGZO不可比擬的優勢。SEL公司(SemiconductorEnergyLaboratoryCo.,Ltd)的研究團隊采用磁控濺射的方式制備C軸結晶IGZO薄膜，但是制得的C軸結晶IGZO薄膜中只有直徑為1nm-3nm的區域為結晶狀態，絕大部分的區域都是非晶狀態，也就是說，所述C軸結晶IGZO薄膜中，只有極小的區域為C軸結晶IGZO，其余區域均為a-IGZO，由于結晶區域的面積較小，因此不利于C軸結晶IGZO的規模化應用。技術實現要素：本發明的目的在于提供一種C軸結晶IGZO薄膜的制備方法，制得的C軸結晶IGZO的結晶質量好，氧缺陷較少，能夠提高TFT的穩定性；同時制得的C軸結晶IGZO薄膜中的結晶區域的面積較大，可促進C軸結晶IGZO的規模化應用。本發明的目的還在于提供一種C軸結晶IGZO薄膜，C軸結晶IGZO的結晶質量好，氧缺陷較少，能夠提高TFT的穩定性，同時結晶區域的面積較大，有利于C軸結晶IGZO的規模化應用。為實現上述目的，本發明提供一種C軸結晶IGZO薄膜的制備方法，包括如下步驟：步驟1、提供一基底與原子層沉積裝置，將所述基底送入所述原子層沉積裝置中，向所述原子層沉積裝置中通入氧化銦前驅體物質，同時通入氧氣與惰性氣體的混合氣體，在所述基底上形成氧化銦膜；步驟2、向所述原子層沉積裝置中通入清洗氣體，驅逐出所述原子層沉積裝置中多余的氧化銦前驅體物質，從而對所述原子層沉積裝置進行清洗；步驟3、向所述原子層沉積裝置中通入氧化鎵前驅體物質，同時通入氧氣與惰性氣體的混合氣體，在所述氧化銦膜上形成氧化鎵膜；步驟4、向所述原子層沉積裝置中通入清洗氣體，驅逐出所述原子層沉積裝置中多余的氧化鎵前驅體物質，從而對所述原子層沉積裝置進行清洗；步驟5、向所述原子層沉積裝置中通入氧化鋅前驅體物質，同時通入氧氣與惰性氣體的混合氣體，在所述氧化鎵膜上形成氧化鋅膜；步驟6、向所述原子層沉積裝置中通入清洗氣體，驅逐出所述原子層沉積裝置中多余的氧化鋅前驅體物質，從而對所述原子層沉積裝置進行清洗；經過所述步驟1至步驟6，在所述基底上形成一層C軸結晶IGZO膜，所述C軸結晶IGZO膜包括在C軸方向上依次排列的氧化銦膜、氧化鎵膜及氧化鋅膜；步驟7、在所述基底上形成C軸結晶IGZO薄膜。所述步驟7中重復所述步驟1至步驟6數次，所述C軸結晶IGZO薄膜包括層疊設置的數層C軸結晶IGZO膜，所述C軸結晶IGZO膜的層數與重復所述步驟1至步驟6的次數相同。所述步驟1中，所述氧化銦前驅體物質包括氯化銦與水。所述步驟3中，所述氧化鎵前驅體物質包括三甲基鎵與水。所述步驟5中，所述氧化鋅前驅體物質包括二乙基鋅與雙氧水。所述步驟1、步驟3及步驟5中，控制所述原子層沉積裝置中的溫度為310℃-335℃，壓力為5mTorr-8mTorr，所述原子層沉積裝置的工作功率為180W-200W；所述氧氣與惰性氣體的混合氣體中，氧氣的濃度為15v％-17v％。所述步驟1、步驟3及步驟5中，控制所述原子層沉積裝置中的溫度為320℃，壓力為7mTorr，所述原子層沉積裝置的工作功率為190W；所述氧氣與惰性氣體的混合氣體中，氧氣的濃度為16v％。所述步驟1、步驟3及步驟5中，所述氧氣與惰性氣體的混合氣體中，所述惰性氣體為氬氣。所述步驟2、步驟4及步驟6中，所述清洗氣體為氮氣或者惰性氣體。本發明還提供一種C軸結晶IGZO薄膜，包括層疊設置的數層C軸結晶IGZO膜，所述C軸結晶IGZO膜包括在C軸方向上依次排列的氧化銦膜、氧化鎵膜及氧化鋅膜。本發明的有益效果：本發明提供的一種C軸結晶IGZO薄膜的制備方法，通過采用原子層沉積的方法來制備C軸結晶IGZO薄膜，能夠在原子水平上精確控制C軸結晶IGZO的結構，制得的C軸結晶IGZO的結晶質量好，氧缺陷較少，能夠提高TFT的穩定性；并且由于本發明制得的C軸結晶IGZO薄膜中的結晶區域的面積較大，達百微米級至毫米級，因此可促進C軸結晶IGZO的規模化應用；同時本發明利用最優化的工藝條件來制備C軸結晶IGZO薄膜，可提高生產良率，降低生產成本。本發明提供的一種C軸結晶IGZO薄膜，C軸結晶IGZO的結晶質量好，氧缺陷較少，能夠提高TFT的穩定性，同時結晶區域的面積較大，有利于C軸結晶IGZO的規模化應用。為了能更進一步了解本發明的特征以及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發明加以限制。附圖說明下面結合附圖，通過對本發明的具體實施方式詳細描述，將使本發明的技術方案及其它有益效果顯而易見。附圖中，圖1為本發明的C軸結晶IGZO薄膜的制備方法的流程圖；圖2為本發明的C軸結晶IGZO薄膜的制備方法的步驟1的示意圖；圖3為本發明的C軸結晶IGZO薄膜的制備方法的步驟3的示意圖；圖4為本發明的C軸結晶IGZO薄膜的制備方法的步驟5的示意圖；圖5為本發明的C軸結晶IGZO薄膜的制備方法的步驟7的示意圖暨本發明的C軸結晶IGZO薄膜的結構示意圖。具體實施方式為更進一步闡述本發明所采取的技術手段及其效果，以下結合本發明的優選實施例及其附圖進行詳細描述。原子層沉積(AtomicLayerDeposition，ALD)是通過將氣相前驅體脈沖交替地通入反應器中在沉積基體上化學吸附并反應而形成沉積膜的一種方法。當前驅體達到沉積基體表面，它們會在其表面化學吸附并發生表面反應。在前驅體脈沖之間需要用惰性氣體對原子層沉積反應器進行清洗。由此可知沉積反應前驅體物質能否在被沉積材料表面化學吸附是實現原子層沉積的關鍵。氣相物質在基體材料的表面吸附特征可以看出，任何氣相物質在材料表面都可以進行物理吸附，但是要實現在材料表面的化學吸附必須具有一定的活化能，因此能否實現原子層沉積，選擇合適的反應前驅體物質是很重要的。本發明采用原子層沉積的方法來制備C軸結晶IGZO，通過將適當的前驅體在基底表面進行反應，按照其C軸排布的原子層順序沉積并使其結晶，經過n次循環后，在所述基底上形成大面積的C軸結晶IGZO薄膜。采用原子層沉積的方法進行C軸結晶IGZO薄膜沉積的過程中，沉積溫度(depositiontemperature)、氧氣濃度(O2concentration)、沉積功率(depositionpower)及工作壓力(workingpressure)是四個非相關的重要因素。為了確定C軸結晶IGZO薄膜的最佳沉積條件，本發明進行了DOE試驗設計，設計四因素三水平的試驗，在一定的范圍內按照低水平、中水平、高水平三個實施數值進行設計，確定試驗參數與試驗結果的相關性，設計的DOE正交試驗的4因素與3水平的實施數值如表1所示，DOE正交試驗的具體實施方案如表2所示。表1.DOE試驗設計的4因素與3水平的實施數值因素單位低水平(1)中水平(2)高水平(3)沉積溫度(A)℃210270330氧氣濃度(B)％51020沉積功率(C)W50100200工作壓力(D)mTorr258表2.DOE試驗設計的具體實施方案上述表2中，A、B、C、D分別指代上述表1中的沉積溫度(A)、氧氣濃度(B)、沉積功率(C)、及工作壓力(D)四因素，除試驗號外的阿拉伯數字1、2、3分別指代上述表1中的低水平(1)、中水平(2)、及高水平(3)的實驗數值。通過上述DOE試驗最終得出C軸結晶IGZO薄膜的最優化沉積工藝參數為：沉積溫度310℃-335℃，氧氣濃度15v％-17v％，工作壓力5mTorr-8mTorr，沉積功率180W-200W，在該工藝條件下，采用原子層沉積的方法制得的C軸結晶IGZO薄膜的結晶區域的面積較大，結晶區域的結晶質量較好，從而能夠提高生產良率，降低生產成本。請參閱圖1，基于上述DOE試驗結果，本發明提供一種C軸結晶IGZO薄膜的制備方法，包括如下步驟：步驟1、如圖2所示，提供一基底10與原子層沉積裝置50，將所述基底10送入所述原子層沉積裝置50中，向所述原子層沉積裝置50中通入氧化銦前驅體物質，同時通入氧氣與惰性氣體的混合氣體，在所述基底10上形成氧化銦(In2O3)膜20；步驟2、向所述原子層沉積裝置50中通入清洗氣體，驅逐出所述原子層沉積裝置50中多余的氧化銦前驅體物質，從而對所述原子層沉積裝置50進行清洗；步驟3、如圖3所示，向所述原子層沉積裝置50中通入氧化鎵前驅體物質，同時通入氧氣與惰性氣體的混合氣體，在所述氧化銦膜21上形成氧化鎵(Ga2O3)膜22；步驟4、向所述原子層沉積裝置50中通入清洗氣體，驅逐出所述原子層沉積裝置50中多余的氧化鎵前驅體物質，從而對所述原子層沉積裝置50進行清洗；步驟5、如圖4所示，向所述原子層沉積裝置50中通入氧化鋅前驅體物質，同時通入氧氣與惰性氣體的混合氣體，在所述氧化鎵膜22上形成氧化鋅(ZnO)膜23；步驟6、向所述原子層沉積裝置50中通入清洗氣體，驅逐出所述原子層沉積裝置50中多余的氧化鋅前驅體物質，從而對所述原子層沉積裝置50進行清洗；經過所述步驟1至步驟6，在所述基底10上形成一層C軸結晶IGZO膜20，所述C軸結晶IGZO膜20包括在C軸方向上依次排列的氧化銦膜21、氧化鎵膜22及氧化鋅膜23；步驟7、如圖5所示，在所述基底10上形成C軸結晶IGZO薄膜30。具體的，所述步驟7中重復所述步驟1至步驟6數次，所述C軸結晶IGZO薄膜30包括層疊設置的數層C軸結晶IGZO膜20，所述C軸結晶IGZO膜20的層數與重復所述步驟1至步驟6的次數相同。圖5為所述步驟7制得的C軸結晶IGZO薄膜30的結構示意圖，從圖5中可以看出，所述C軸結晶IGZO薄膜30包括層疊設置的數層C軸結晶IGZO膜20，每層C軸結晶IGZO膜20中，所述氧化銦膜21、氧化鎵膜22及氧化鋅膜23在C軸方向上依次排列。具體的，所述步驟1中，所述氧化銦前驅體物質包括氯化銦(Cl3In)與水(H2O)。具體的，所述步驟3中，所述氧化鎵前驅體物質包括三甲基鎵((CH3)3Ga)與水(H2O)。具體的，所述步驟5中，所述氧化鋅前驅體物質包括二乙基鋅(Zn(C2H5)2)與雙氧水(H2O2)。優選的，所述步驟1、步驟3及步驟5中，控制所述原子層沉積裝置50中的溫度為310℃-335℃，壓力為5mTorr-8mTorr，所述原子層沉積裝置50的工作功率為180W-200W；所述氧氣與惰性氣體的混合氣體中，氧氣的濃度為15v％-17v％。最優選的，所述步驟1、步驟3及步驟5中，控制所述原子層沉積裝置50中的溫度為320℃，壓力為7mTorr，所述原子層沉積裝置50的工作功率為190W；所述氧氣與惰性氣體的混合氣體中，氧氣的濃度為16v％。具體的，所述步驟1、步驟3及步驟5中，所述氧氣與惰性氣體的混合氣體中，所述惰性氣體為氬氣。具體的，所述步驟1、步驟3及步驟5中，通過向所述原子層沉積裝置50中通入氧氣與惰性氣體的混合氣體，利用氧氣中的氧原子來填補制得的氧化銦膜21、氧化鎵膜22及氧化鋅膜23中的氧缺陷，從而減少最終制得的C軸結晶IGZO薄膜30中的氧缺陷，提高C軸結晶IGZO薄膜30的結晶質量。具體的，所述步驟2、步驟4及步驟6中，所述清洗氣體為氮氣或者惰性氣體，所述惰性氣體優選為氬氣。具體的，本發明制備的C軸結晶IGZO薄膜30中的結晶區域的面積可達百微米級至毫米級，與現有的C軸結晶IGZO薄膜的制作工藝相比，本發明制得的C軸結晶IGZO薄膜30中的結晶區域的面積要大得多，可促進C軸結晶IGZO的規模化應用。通常情況下，所述步驟7制得的C軸結晶IGZO薄膜30中的結晶區域的面積為100μm2～50mm2。通常情況下，所述步驟7中重復所述步驟1至步驟6的次數為100-200次，所述步驟7制得的C軸結晶IGZO薄膜30的厚度可達100nm～200nm。上述C軸結晶IGZO薄膜的制備方法，通過采用原子層沉積的方法來制備C軸結晶IGZO薄膜，能夠在原子水平上精確控制C軸結晶IGZO的結構，制得的C軸結晶IGZO的結晶質量好，氧缺陷較少，能夠提高TFT的穩定性；并且由于本發明制得的C軸結晶IGZO薄膜中的結晶區域的面積較大，達百微米級至毫米級，因此可促進C軸結晶IGZO的規模化應用；同時本發明利用最優化的工藝條件來制備C軸結晶IGZO薄膜，可提高生產良率，降低生產成本。請參閱圖5，基于上述C軸結晶IGZO薄膜的制備方法，本發明還提供一種C軸結晶IGZO薄膜，包括層疊設置的數層C軸結晶IGZO膜20，所述C軸結晶IGZO膜20包括在C軸方向上依次排列的氧化銦膜21、氧化鎵膜22及氧化鋅膜23。具體的，所述數層至少為一層。具體的，所述C軸結晶IGZO薄膜中的結晶區域的面積為100μm2～50mm2。具體的，所述C軸結晶IGZO薄膜的厚度為100nm～200nm。上述C軸結晶IGZO薄膜，C軸結晶IGZO的結晶質量好，氧缺陷較少，能夠提高TFT的穩定性，同時結晶區域的面積較大，有利于C軸結晶IGZO的規模化應用。綜上所述，本發明提供一種C軸結晶IGZO薄膜及其制備方法。本發明的C軸結晶IGZO薄膜的制備方法，通過采用原子層沉積的方法來制備C軸結晶IGZO薄膜，能夠在原子水平上精確控制C軸結晶IGZO的結構，制得的C軸結晶IGZO的結晶質量好，氧缺陷較少，能夠提高TFT的穩定性；并且由于本發明制得的C軸結晶IGZO薄膜中的結晶區域的面積較大，達百微米級至毫米級，因此可促進C軸結晶IGZO的規模化應用；同時本發明利用最優化的工藝條件來制備C軸結晶IGZO薄膜，可提高生產良率，降低生產成本。本發明的C軸結晶IGZO薄膜，C軸結晶IGZO的結晶質量好，氧缺陷較少，能夠提高TFT的穩定性，同時結晶區域的面積較大，有利于C軸結晶IGZO的規模化應用。以上所述，對于本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案和技術構思作出其他各種相應的改變和變形，而所有這些改變和變形都應屬于本發明權利要求的保護范圍。當前第1頁1 2 3