專利名稱：一種氧化物半導(dǎo)體上電極層的刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氧化物半導(dǎo)體上電極層的刻蝕方法。
背景技術(shù)：
近年來,在平板顯示尤其是在有機(jī)發(fā)光二極管(OLED, Organic Light-EmittingDiode)領(lǐng)域,基于氧化物半導(dǎo)體的薄膜場效應(yīng)晶體管(TFT,Thin Film Transistor)越來越受到重視。目前用在平板顯示的TFT的半導(dǎo)體氧化半導(dǎo)體層的材料主要是硅材料，包括非晶娃(a-Si :H)、多晶娃、微晶娃等。然而非晶硅TFT具有對光敏感、遷移率低(<lcm2/Vs)和穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)；多晶硅TFT雖然具有較高的遷移率，但是由于晶界的影響導(dǎo)致其電學(xué)均勻性差，且多晶硅制備溫度高和成本高，限制了其在平板顯示中的應(yīng)用；微晶硅制備難度大，晶?？刂萍夹g(shù)難度高，不容易實(shí)現(xiàn)大面積規(guī)模量產(chǎn)?；谘趸锇雽?dǎo)體的TFT具有載流子遷移率較高(I lOOcmVVs)、制備溫度低、對可見光透明等優(yōu)點(diǎn)，在平板顯示的TFT基板領(lǐng)域，有替代用傳統(tǒng)硅工藝制備的TFT的發(fā)展趨勢。因?yàn)檠趸锇雽?dǎo)體TFT的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的非晶硅TFT相似，所以氧化物半導(dǎo)體TFT的制備方法與非晶硅TFT相似的也相似。然而，由于氧化物半導(dǎo)體對酸非常敏感，即便是弱酸也能快速腐蝕氧化物半導(dǎo)體，所以在氧化物半導(dǎo)體上刻蝕金屬源漏電極時(shí)很容易破壞氧化物半導(dǎo)體本身。同時(shí)，由于氧化物半導(dǎo)體層很薄，一般在30至50nm之間，它在500 1稀釋的氫氟酸(HF)中只需要幾秒鐘就可以刻完，而大多數(shù)金屬需要在強(qiáng)酸下刻蝕，并且速率較慢。這樣，刻蝕時(shí)間太短會(huì)造成金屬可不干凈，而刻蝕時(shí)間太長又會(huì)將底下的氧化物半導(dǎo)體層刻蝕；由于薄膜有一定的不均勻性，并且刻蝕液的成分和濃度存在一定偏差，在這種情況下幾乎不可能把握刻蝕時(shí)間。因此如何在氧化物半導(dǎo)體上刻蝕金屬源漏電極成為急需解決的難點(diǎn)。目前國際上一般采用增加一層刻蝕阻擋層來保護(hù)底下的在氧化物半導(dǎo)體層免受金屬源漏電極的刻蝕液的影響，但這種方法增加了一層薄膜，并增加了一道光刻，因此增加了工藝成本。還有一些研究組使用干法刻蝕的方法刻蝕金屬源漏電極，但干法刻蝕的離子會(huì)嚴(yán)重影響到氧化物半導(dǎo)體的性能，同時(shí)干法刻蝕還需要昂貴的真空離子設(shè)備，因此，這種方法的應(yīng)用受到了極大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氧化物半導(dǎo)體上電極層的刻蝕方法，用于實(shí)現(xiàn)在氧化物半導(dǎo)體上使用濕刻蝕法直接刻蝕金屬的電極。本發(fā)明提供的氧化物半導(dǎo)體上電極層的刻蝕方法，包括在氧化物半導(dǎo)體層上制備含有鑰的電極層；使用含有雙氧水的刻蝕液對所述含有鑰的電極層進(jìn)行電極的刻蝕。
可選的，所述使用含有雙氧水的刻蝕液對所述含有鑰的電極層進(jìn)行電極的刻蝕，包括 使用抗蝕劑在所述含有鑰的電極層上繪制電極的圖案；將所述含有鑰的電極層浸沒在含有雙氧水的刻蝕液中，直到?jīng)]有涂抹所述抗蝕劑的部分完全被刻蝕；去除所述含有鑰的電極層上的抗蝕劑，形成電極?？蛇x的，所述抗蝕劑包括光刻膠；所述使用抗蝕劑在所述含有鑰的電極層上繪制電極的圖形，包括在所述含有鑰的電極層上涂抹光刻膠；依次使用前烘、曝光、顯影和后烘的方法使得所述含有鑰的電極層中非電極的部分露出?？蛇x的，所述在氧化物半導(dǎo)體層上制備含有鑰的電極層之前，包括在基片上制備氧化物半導(dǎo)體層，所述基片含有玻璃基板、柵極和絕緣層等?？蛇x的，所述氧化物半導(dǎo)體層的成分包括氧化鋅；所述氧化物半導(dǎo)體層的成分還包括銦，鎵，鋁，鎂、釹、鉭、鉿和錫中任意一項(xiàng)或一項(xiàng)以上的組合；所述氧化物半導(dǎo)體層通過濺射，激光脈沖沉積或原子層沉積的方法制備，厚度為20至100納米。可選的，所述含有鑰的電極層包括鑰金屬或鑰合金；所述含有鑰的電極層通過濺射、離子鍍或蒸發(fā)的方法制備，厚度為10至1000納米?？蛇x的，所述含有雙氧水的刻蝕液為雙氧水的水溶液，或在雙氧水的水溶液中添加堿后形成的混合溶液。可選的，所述雙氧水的水溶液的濃度為5wt. %至70wt. %?？蛇x的，所述堿為氫氧化鉀、氫氧化鈉或氨水。從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明使用鑰金屬或鑰合金制備電極層，由于雙氧水只能刻蝕鑰而不能刻蝕氧化物，因此，含有鑰的電極層可以使用含有雙氧水的刻蝕液對其進(jìn)行刻蝕，使得刻蝕液只刻蝕電極層而不損傷氧化物半導(dǎo)體層，從而實(shí)現(xiàn)使用濕刻蝕法直接刻蝕金屬的電極，簡化了工藝流程，節(jié)省了工藝成本。


圖I是利用本發(fā)明實(shí)施例中氧化物半導(dǎo)體上電極層的刻蝕方法制備的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例中氧化物半導(dǎo)體上電極層的刻蝕方法的一個(gè)流程示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例中電極層刻蝕后源極和漏極的俯視圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例中鑰被刻蝕的速率與雙氧水的水溶液的濃度的關(guān)系曲線；圖5是本發(fā)明實(shí)施例中氧化物半導(dǎo)體層被刻蝕的速率與雙氧水的水溶液的濃度、的關(guān)系曲線；圖6是本發(fā)明實(shí)施例中鑰與氧化物半導(dǎo)體層被刻蝕的速率比與雙氧水的水溶液的濃度的關(guān)系曲線；圖7是本發(fā)明實(shí)施例中所制備的薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線；圖8是本發(fā)明實(shí)施例中鑰被刻蝕的速率與在雙氧水的水溶液中添加堿后形成的混合溶液的PH值的關(guān)系曲線；
圖9是本發(fā)明實(shí)施例中所制備的薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氧化物半導(dǎo)體上電極層的刻蝕方法，用于實(shí)現(xiàn)在氧化物半導(dǎo)體上使用濕刻蝕法直接刻蝕金屬的電極。本發(fā)明實(shí)施例中氧化物半導(dǎo)體上電極層的刻蝕方法的一個(gè)實(shí)施例包括在氧化物半導(dǎo)體層上制備含有鑰的電極層；使用含有雙氧水的刻蝕液對所述含有鑰的電極層進(jìn)行電極的刻蝕，具體的，所述電極可以為源電極和漏電極。圖I是利用本發(fā)明氧化物半導(dǎo)體上電極層的刻蝕方法制備的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明使用鑰金屬或鑰合金制備電極層，由于雙氧水只能刻蝕鑰而不能刻蝕氧化物，因此，含有鑰的電極層可以使用含有雙氧水的刻蝕液對其進(jìn)行刻蝕，使得刻蝕液只刻蝕電極層而不損傷氧化物半導(dǎo)體層，從而實(shí)現(xiàn)使用濕刻蝕法直接刻蝕金屬的電極，簡化了工藝流程，節(jié)省了工藝成本。下面對本發(fā)明的在氧化物半導(dǎo)體上電極層的刻蝕方法進(jìn)行詳細(xì)的描述，請參閱圖2，本發(fā)明實(shí)施例中氧化物半導(dǎo)體上電極層的刻蝕方法的一個(gè)實(shí)施例包括101、在基片上制備氧化物半導(dǎo)體層；可選的，所述基片包括有玻璃基板、柵極和絕緣層；氧化物半導(dǎo)體層位于絕緣層I之上；所述玻璃基板為透明玻璃，柵極的成分是導(dǎo)電材料如金屬、合金、導(dǎo)電金屬氧化物或?qū)щ姼叻肿硬牧系龋ㄟ^濺射、離子鍍、電子束蒸發(fā)等方法制備；絕緣層的為絕緣材料如二氧化硅、氮化硅、氧化鋁，氧化鉭等，通過化學(xué)氣相沉積、濺射、或陽極氧化的方法制備。具體的，所述氧化物半導(dǎo)體層的主要成分為氧化鋅；此外，所述氧化物半導(dǎo)體層的成分還可以包括銦，鎵，鋁，鎂、釹、鉭、鉿和錫中任意一項(xiàng)或兩項(xiàng)以上的組合。所述氧化物半導(dǎo)體層通過濺射，激光脈沖沉積或原子層沉積的方法制備，厚度為20至100納米。102、在氧化物半導(dǎo)體層上制備含有鑰的電極層；可選的，所述含有鑰的電極層的成分可以為純鑰金屬，也可以為含有鑰元素的合金。具體的，含有鑰的電極層可以通過濺射、離子鍍或蒸發(fā)的方法制備，厚度為10至1000納米。103、使用抗蝕劑在所述含有鑰的電極層上繪制電極的圖案；可選的，所述抗蝕性可以為光刻膠；具體的，首先在所述含有鑰的電極層上涂抹光刻膠，再依次使用前烘、曝光、顯影和后烘的方法使得所述含有鑰的電極層中非電極的部分露出?？蛇x的，為了提高電極的導(dǎo)電性能，在所述使用含有雙氧水的刻蝕液對所述含有鑰的電極層進(jìn)行電極的刻蝕之前，可以在所述含有鑰的電極層之上制備一層或多層導(dǎo)電薄膜，所述導(dǎo)電薄膜的成分包括鋁、或鋁鑰合金；再使用鋁金屬的刻蝕方法對所述導(dǎo)電薄膜進(jìn)行刻蝕。104、刻蝕未被抗蝕劑覆蓋的部分；
將所述含有鑰的電極層浸沒在含有雙氧水的刻蝕液中，直到?jīng)]有涂抹所述抗蝕劑的部分完全被刻蝕。具體的，所述含有雙氧水的刻蝕液為雙氧水的水溶液，或在雙氧水的水溶液中添加堿后形成的混合溶液。含有雙氧水的刻蝕液為雙氧水的水溶液或在雙氧水的水溶液中添加堿后形成的混合溶液，雙氧水的水溶液的濃度為5wt. 9T70wt. %(wt%為質(zhì)量百分百，英文全稱為Weightpercent),更優(yōu)選的濃度為5wt. % 30wt. %?？梢岳斫獾氖牵?wt. 9T70wt. %的雙氧水溶液的濃度范圍為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的可選范圍，選擇其中的不同濃度會(huì)有不同的刻蝕的速度和效果，具體可以根據(jù)實(shí)際情況而定。所述的堿為氫氧化鉀、氫氧化鈉或氨水等，在雙氧水的水溶液中添加堿后形成的混合溶液的PH值為5 10。可選的，加入堿提高了 PH值濃度后可提高刻蝕的速度。這種含有雙氧水的刻蝕液對鑰與氧化物半導(dǎo)體層的刻蝕選擇比(即對鑰電極層的刻蝕速率與對氧化物半導(dǎo)體層的刻蝕速率之比)較大，所以它能刻蝕鑰但又不會(huì)影響到底下的氧化物半導(dǎo)體。105、去除所述含有鑰的電極層上的抗蝕劑；去除所述含有鑰的電極層上的光刻膠，形成源電極和漏電極。為了便于理解，下面以一具體應(yīng)用場景對上述的實(shí)施例中描述的氧化物半導(dǎo)體上電極層的刻蝕方法再進(jìn)行詳細(xì)描述，具體為圖I是利用本發(fā)明的方法制備的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖，包括基片11、氧化物半導(dǎo)體層13、源極141和漏極142，其中基片11包括玻璃基板110、柵極111、絕緣層112。柵極111位于玻璃基板110之上，絕緣層112覆蓋在柵極111之上，氧化物半導(dǎo)體層13位于絕緣層112之上，源極141和漏極142分別覆蓋在氧化半導(dǎo)體層的兩端。玻璃基板110為透明玻璃。本發(fā)明使用了鋁釹(Al-Nd)作為柵極111，通過濺射的方法制備，濺射本底真空度優(yōu)于IX 10_3Pa，氬氣氣壓為0. 2 2Pa，功率為0. 3 lOW/cm2，厚度為10(T500nm，通過掩?；蚬饪痰姆椒ㄐ纬蓤D形。絕緣層112通過陽極氧化的方法制備，將制備好柵極111基片放入電解質(zhì)溶液的一端接電源正極，電源負(fù)極接不銹鋼放入電解質(zhì)溶液的另外一端，通電進(jìn)行陽極氧化。陽極氧化步驟如下先加恒定的電流0. ImA/cm2，陽極和陰極之間的電壓將隨時(shí)間線性升高，當(dāng)電壓達(dá)到150時(shí)，恒定這個(gè)電壓，直至陽極和陰極之間的電流減小至約為0. 00ImA/cm2時(shí)，將柵極111基片取出用氮?dú)獯蹈稍俳?jīng)過清洗，這時(shí)鋁合金薄膜表面(即柵極111基片的表面)形成一層氧化膜，此氧化膜的厚度約為200nm。陽極氧化中使用的電解質(zhì)溶液是酒石酸銨和乙二醇的混合液。氧化物半導(dǎo)體層13的材料為Al-Nd-In-Zn-O (IZO中同時(shí)摻入鋁和釹)，通過濺射的方法制備，濺射本底真空度為3X10_4Pa，氬氣流量為50SCCM (體積流量單位，standard-state cubic centimeter per minute),氧氣流量為 4SCCM,功率為 1000W,厚度為40nm,通過光刻圖形化。源極141和漏極142材料為鑰，其制備過程如下首先通過濺射的方法在氧化物半導(dǎo)體層上制備一層厚度為IOOnm的金屬鑰，濺射本底真空度優(yōu)于3X10_4Pa，氬氣流量為60SCCM，功率為200W ;然后將其涂上光刻膠，依次經(jīng)過前烘、曝光、顯影和后烘后，將其置于、雙氧水的水溶液中刻蝕；再將剩余光刻膠剝離后就同時(shí)形成源極141和漏極142。源極141和漏極142分別覆蓋在氧化物半導(dǎo)體層13的兩端并且相互間隔，此間隔的距離即為溝道長度(L)，源極141或漏極142與氧化物半導(dǎo)體層交疊部分的前后端的長度即為溝道寬度(W)，如圖3所示。圖4是本實(shí)施例中鑰被刻蝕的速率與雙氧水的水溶液的濃度的關(guān)系曲線；圖5是本實(shí)施例中氧化物半導(dǎo)體層被刻蝕的速率與雙氧水的水溶液的濃度的關(guān)系曲線；圖6是本實(shí)施例中鑰與氧化物半導(dǎo)體層被刻蝕的速率比(選擇比)與雙氧水的水溶液的濃度的關(guān)系曲線。從上述曲線中可以看出使用雙氧水的水溶液能獲得很好的刻蝕選擇比。有鑰的電極層經(jīng)刻蝕后形成很好的源極141或漏極142的剖形，并且沒有鑰殘留在氧化物半導(dǎo)體13上。
所制備的薄膜晶體管器件性能在空氣中測試。圖7是實(shí)施例I的薄膜晶體管測得的轉(zhuǎn)移特性曲線，即漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系。曲線的測試條件為源極電壓(％)為0V，漏極電壓(Vd)恒定為5V，柵極電壓(Vc)從-IOV至IJ IOV掃描，測試漏極電流(ID)。計(jì)算得到薄膜晶體管的載流子遷移率為Ilcm2W1s'閾值電壓為0V，開關(guān)比(Iwtjff)為108。本實(shí)施例的基片11的材料和制備方法與前述實(shí)施例完全相同。氧化物半導(dǎo)體層13的材料為Ta-In-Zn-0，通過濺射的方法制備，濺射本底真空度為3 X 10_4Pa，氬氣流量為50SCCM，氧氣流量為4SCCM，功率為1000W，厚度為40nm，通過光刻圖形化。源極141和漏極142材料為鑰，其制備過程如下首先通過濺射的方法在氧化物半導(dǎo)體層上制備一層厚度為IOOnm的金屬鑰，濺射本底真空度優(yōu)于3X10_4Pa，氬氣流量為60SCCM，功率為200W ;然后將其涂上光刻膠，依次經(jīng)過前烘、曝光、顯影和后烘后將其置于濃度為30%雙氧水的水溶液(添加了 KOH堿)刻蝕；再將剩余光刻膠剝離后就同時(shí)形成源極141和漏極142。圖8是本實(shí)施例中鑰被刻蝕的速率與在雙氧水的水溶液中添加堿后形成的混合溶液的PH值的關(guān)系曲線，可以看出含有鑰的電極層被刻蝕的速率隨著PH值的增大(K0H含量的增加)而增大。含有鑰的電極層經(jīng)刻蝕后形成很好的源極141或漏極142的剖形，并且沒有鑰殘留在氧化物半導(dǎo)體13上。所制備的薄膜晶體管器件性能在空氣中測試。圖9是實(shí)施例2的薄膜晶體管測得的轉(zhuǎn)移特性曲線，即漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系。曲線的測試條件為源極電壓(％)為0V，漏極電壓(Vd)恒定為5V，柵極電壓(Vc)從-IOV至IJ IOV掃描，測試漏極電流(ID)。計(jì)算得到薄膜晶體管的載流子遷移率為IOcmW1,閾值電壓為-IV，開關(guān)比(Iwtjff)為108。上面僅以一些例子對本發(fā)明實(shí)施例中的應(yīng)用場景進(jìn)行了說明，可以理解的是，在實(shí)際應(yīng)用中，還可以有更多的應(yīng)用場景，具體此處不作限定。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種氧化物半導(dǎo)體上電極層的刻蝕方法，其特征在于，包括 在氧化物半導(dǎo)體層上制備含有鑰的電極層； 使用含有雙氧水的刻蝕液對所述含有鑰的電極層進(jìn)行電極的刻蝕。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述使用含有雙氧水的刻蝕液對所述含有鑰的電極層進(jìn)行電極的刻蝕，包括 使用抗蝕劑在所述含有鑰的電極層上繪制電極的圖案； 將所述含有鑰的電極層浸沒在含有雙氧水的刻蝕液中，直到?jīng)]有涂抹所述抗蝕劑的部分完全被刻蝕； 去除所述含有鑰的電極層上的抗蝕劑，形成電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 所述抗蝕劑包括光刻膠； 所述使用抗蝕劑在所述含有鑰的電極層上繪制電極的圖形，包括 在所述含有鑰的電極層上涂抹光刻膠； 依次使用前烘、曝光、顯影和后烘的方法使得所述含有鑰的電極層中非電極的部分露出。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述在氧化物半導(dǎo)體層上制備含有鑰的電極層之前，包括 在基片上制備氧化物半導(dǎo)體層，所述基片含有玻璃基板、柵極和絕緣層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于， 所述氧化物半導(dǎo)體層的成分包括氧化鋅； 所述氧化物半導(dǎo)體層的成分還包括銦，鎵，鋁，鎂，釹，鉭，鉿和錫中任意一項(xiàng)或兩項(xiàng)以上的組合； 所述氧化物半導(dǎo)體層通過濺射，激光脈沖沉積或原子層沉積的方法制備，厚度為20至.100納米。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于， 所述含有鑰的電極層包括鑰金屬或鑰合金； 所述含有鑰的電極層通過濺射、離子鍍或蒸發(fā)的方法制備，厚度為10至1000納米。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述含有雙氧水的刻蝕液為雙氧水的水溶液，或在雙氧水的水溶液中添加堿后形成的混合溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述雙氧水的水溶液的濃度為5wt.%至.70wt. % ο
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述堿為氫氧化鉀、氫氧化鈉或氨水。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開了一種氧化物半導(dǎo)體上電極層的刻蝕方法，用于實(shí)現(xiàn)在氧化物半導(dǎo)體上使用濕刻蝕法直接刻蝕金屬的電極。本發(fā)明實(shí)施例方法包括在氧化物半導(dǎo)體層上制備含有鉬的電極層；使用含有雙氧水的刻蝕液對所述含有鉬的電極層進(jìn)行電極的刻蝕。
文檔編號H01L21/3213GK102637591SQ20121013594
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月3日
發(fā)明者蘭林鋒, 彭俊彪, 徐華, 徐苗, 王磊, 鄒建華, 陶洪 申請人:華南理工大學(xué), 廣州新視界光電科技有限公司