一種基于柔性襯底材料氧化鋅薄膜晶體管的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微電子技術領域，具體涉及一種基于柔性襯底材料氧化鋅薄膜晶體管(ZnO-Thin Film Transistor, ZnO-TFT)的制備方法。
【背景技術】
[0002]目前，柔性顯示由于具有超薄、重量輕、省電、可折疊等良好的性能特點成為未來發展一個重要方向。基于柔性材料襯底薄膜晶體管(TFT)的制備是實現柔性功能器件的關鍵步驟。與以硅、玻璃等硬質襯底材料相比，柔性薄膜晶體管以塑料等柔性材料為基質，可以彎曲、纏繞，以及折成一定角度。應用于顯示領域，可以卷成圓筒及其它形狀，縮小體積到放入隨身穿戴的衣物口袋當中。具有很較強的實際意義和很好的市場前景。
[0003]其中，氧化鋅以其較低生長溫度，較好的化學穩定性，較低的制備成本，特別因其直接寬帶隙較高(常溫帶隙為3.37eV)、且薄膜材料透明、可見光下穩定等優點，成為柔性襯底薄膜晶體管制備領域一個研宄熱點。
[0004]氧化鋅薄膜晶體管具備諸多優點:具備可見光區的高穩定性，高場效應迀移率、較低的器件制備溫度、高電流開關比、低閾值電壓及可見光區的高透過率，成為繼硅基薄膜晶體管之后，未來顯示驅動領域極具發展潛力的新型顯示驅動器件。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種基于柔性襯底材料氧化鋅薄膜晶體管的制備方法，以解決柔性襯底材料在薄膜材料生長、器件制備過程中的彎曲、翹曲的問題。
[0006]本發明采取的技術方案是:包括下列步驟:
[0007](一 )硬質襯底和柔性襯底的清洗、吹干、烘干；所述硬質襯底材料為玻璃、硅片、或不銹鋼片，所述柔性襯底材料為聚酰亞胺PI ；
[0008](一)襯底粘合，所述襯底粘合材料為光刻月父;
[0009](三)柵極材料沉積，所述柵極材料為鋁，采用電子束蒸發方法EB制備；
[0010](四)絕緣層材料沉積，所述絕緣層材料為S12,采用離子體增強化學氣相沉積PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposit1n 方法生長；
[0011](五)氧化鋅溝道層材料沉積，所述溝道層材料為ZnO，方法采用射頻磁控濺射；
[0012](六)源漏電極沉積，所述源漏電極材料為鋁，利用光刻剝離技術，沉積方法采用真空蒸鍍、電子束蒸發。
[0013]所述步驟(一)將硬質襯底，25mm*25mm和柔性襯底聚酰亞胺2，20mm*20mm分別清洗，方法是:
[0014](I)先將其放入丙酮溶液中在室溫下超聲清洗4分鐘一6分鐘，去除表面分子型沾污等;
[0015](2)然后置于乙醇溶液中在室溫下超聲清洗3— 5分鐘，去除表面殘余丙酮；
[0016](3)再用去離子水在室溫下超聲清洗3— 5分鐘，去除殘余乙醇及離子型沾污；
[0017](4)高純氮氣吹干，烘干爐90°C下干燥3— 5分鐘。
[0018]所述步驟(二)襯底粘合包括:將硬質襯底固定在勻膠儀上，在硬質襯底中間位置滴光刻膠一，0.2ml—0.5ml，將清洗好的柔性材料襯底聚酰亞胺，置于光刻膠一上面，待玻璃襯底與柔性襯底通過光刻膠一全部接觸后，啟動勻膠儀，轉速450—550轉/分鐘，時間30秒一 120秒，使光刻膠一均勻鋪在柔性襯底與硬質襯底之間，從而使柔性襯底與硬質襯底緊緊粘合在一起，柔性襯底被平整固定在硬質襯底表面，形成樣品一。
[0019]所述步驟(三)柵極材料沉積包括:將樣品一放入電子束蒸發裝置生長室中，放置方向為柔性襯底朝下，用電子束蒸發方法鍍鋁在柔性襯底上作為柵極4，完成后，依次將其放入丙酮溶液、乙醇、去離子水中超聲清洗3 — 5分鐘，用去離子水沖洗，N2吹干，在此過程中，光刻膠一溶于丙酮溶液，從而，硬質襯底與其他部分分離開來。形成樣品二。
[0020]所述步驟(四)絕緣層材料沉積包括:取4英寸潔凈硅片，將樣品二放置在硅片上面中間位置，樣品二吸附于硅片表面，將帶有樣品二的硅片置于PECVD生長室底座。為避免絕緣層沉積過程中樣品二受熱發生卷曲、翹角等現象，影響絕緣層生長，取清洗干凈的不銹鋼片制成的模具一，模具一為方框形，內徑15mm，框寬5mm，將模具一壓在樣品二上面，俯沉積二氧化硅絕緣層，形成樣品三。
[0021]所述步驟(五)氧化鋅溝道層材料沉積包括，將樣品三分別放入丙酮、乙醇、去離子水中依次超聲清洗3 - 5分鐘，再用去離子水沖洗，N2吹干，烘干爐90°C下干燥3— 5分鐘，將其置于磁控濺射儀的濺射臺托盤上，上壓模具二，內徑為12mm，小于模具一內尺寸3mm，框寬為10mm，用螺絲將其固定在濺射臺托盤上，懸掛托盤，沉積氧化鋅溝道層，將其從托盤中取出，得到樣品四。
[0022]所述步驟(六)源漏電極沉積包括，
[0023](I)清洗，按照步驟(一)所述清洗方法，將樣品四進行清洗；
[0024](2)固定，按照步驟(二)所述粘合方法，利用光刻膠二將清洗后的樣品四固定在硬質襯底表面，形成樣品五；
[0025](3)光刻-剝離方法，把溝道層刻蝕出多個制作單一薄膜晶體管器件的小島區域，在小島區域內的溝道層上刻蝕出源、漏電極區，在源、漏電極區沉積源、漏電極，具體如下:
[0026]①涂膠，將樣品五固定在勻膠儀上，旋轉，涂有反轉特性的光刻膠三，轉速500-1300轉/分鐘，時間3— 5分鐘，使光刻膠均勻地涂覆在溝道層的表面；
[0027]②前烘，90 °C下前烘、堅膜9分鐘；
[0028]③曝光，用光刻版一 14覆蓋，放置于曝光機下曝光，此時，圖形覆蓋部分，未受到光照，其余部分曝光；
[0029]④顯影，將其置于顯影液中，曝光部分對應的光刻膠三溶于顯影液，被去除，露出氧化鋅；
[0030]⑤腐蝕，用千分之一鹽酸腐蝕，未被光刻膠保護的部分，即氧化鋅部分被腐蝕掉，露出絕緣層二氧化硅，形成樣品六；
[0031]⑥去膠，將樣品六放入丙酮、乙醇、去離子水中依次超聲清洗3 — 5分鐘，光刻膠二、三溶于丙酮從而被剝離掉；
[0032]⑦二次光刻，按照步驟(二)所述粘合方法，利用光刻膠四將清洗去膠后的樣品六固定在硬質襯底表面；
[0033]涂膠，按照步驟①所述方法，旋涂有反轉特性的光刻膠五；
[0034]前烘，90 °C下前烘，堅膜9分鐘；
[0035]曝光，用光刻版二 17覆蓋，對版后，圖形與氧化鋅重疊，俯視；
[0036]曝光后烘，110°C下加熱9分鐘，有反轉特性的光刻膠五變成負膠；
[0037]裸曝光；
[0038]顯影，放入顯影液中，負膠未曝光部分被顯影液溶掉，曝光部分保留；
[0039]用去離子水沖洗，形成樣品七，得到即將沉積源、漏電極的區域；
[0040]⑧沉積源、漏電極，按照步驟2所述粘合方法，將樣品七固定在硬質襯底上，放入電子束蒸發設備EB中，沉積源/漏電極金屬鋁；
[0041]⑨去膠，放入丙酮溶液浸泡I小時一2小時，超聲2 — 3分鐘，光刻膠四溶于丙酮從而硬質襯底被分離掉，溝道層表面光刻膠五連同其上的電極被丙酮去除，露出溝道層，再用乙醇、去離子水沖洗干凈，隊氣吹干。
[0042]本發明優點是，在室溫狀態下即可制備、且工藝簡便易行、成本低，可應用于柔性顯示技術領域。
【附圖說明】
[0043]圖1是在硬質襯底上滴光刻膠示意圖；
[0044]圖2是柔性材料襯底聚酰亞胺PI示意圖；
[0045]圖3是樣品一剖面圖；
[0046]圖4.1是在樣品一上沉積柵極鋁示意圖；
[0047]圖4.2是樣品二的結構示意圖；
[0048]圖5.1是品二置于硅片之上俯視圖；
[0049]圖5.2是樣品二置于硅片之上俯剖面圖；
[0050]圖6.1是模具一立體示意圖；
[0051]圖6.2是模具一俯視圖；
[0052]圖7.1是利用模具一準備沉積二氧化硅絕緣層俯視圖；
[0053]圖7.2是利用模具一準備沉積二氧化硅絕緣層剖面圖；
[0054]圖8是樣品二俯視圖；
[0055]圖9是樣品三剖面圖；
[0056]圖10.1是利用模具二準備沉積氧化鋅溝道層俯視圖；
[0057]圖10.2是利用模具二準備沉積氧化鋅溝道層剖面圖；
[0058]圖11是沉積氧化鋅溝道層俯視圖；
[0059]圖12是樣品四剖面圖；
[0060]圖13.1是樣品五俯視圖；
[0061]圖13.2是樣品五剖面圖；
[0062]圖14是光刻版一示意圖；
[0063]圖15.1是樣品六俯