在2.5G試驗(yàn)線上研究了金屬氧化物IGZO薄膜晶體管(TFT)的性能，獲得良好的IGZOTFT性能，遷移率為10.65cm2/V.s，閾值電壓Vth為-1.5V，開態(tài)電流為1.58×10-4A，關(guān)態(tài)電流為3.0×10-12，開關(guān)比為5.27×107，亞閾值擺幅為0.44V/Dev，驗(yàn)證了TFT的均一性和重復(fù)性。此外還研究了可見光照和電壓偏應(yīng)力對IGZOTFT性能的影響，可見光照不會促使IGZOTFTVth的漂移，進(jìn)行2h的負(fù)偏電壓應(yīng)力測試，IGZOTFT的Vth幾乎沒有漂移。使用上述IGZOTFT基板成功地制作了中國大陸第一款Oxide-LCD樣機(jī)(18.5英寸)，展現(xiàn)出良好的效果。

　　金屬氧化物薄膜晶體管(TFT)具有高的遷移率，適合大面積成膜，與現(xiàn)在非晶硅薄膜晶體管生產(chǎn)產(chǎn)線設(shè)備兼容性好，可以更好地滿足大尺寸液晶顯示器和有源有機(jī)電致發(fā)光的需求，成為最近年研究熱點(diǎn)。金屬氧化物TFT與非晶硅TFT和多晶硅TFT性能對比如表1所示，金屬氧化物TFT與多晶硅TFT相比，其制作溫度低，工藝簡單、成本低，更為關(guān)鍵的是克服了多晶硅薄膜大面積成膜均一性不好的缺點(diǎn)，盡管其遷移率沒有多晶硅高，目前遷移率可以達(dá)到10~30cm2/V.s，可以滿足未來幾年內(nèi)平板顯示對遷移率的需求，隨著新材料研究開發(fā)，金屬氧化物TFT的遷移率可以達(dá)到30cm2/V.s以上，可以很好地滿足未來平板顯示技術(shù)對高遷移率的需求，因此可以成為大尺寸有源有機(jī)電致發(fā)光顯示器件的替代技術(shù)。金屬氧化物TFT與非晶硅TFT相比，其遷移率高，至少是非晶硅TFT遷移率的10倍以上，金屬氧化物TFT性能好，可靠性高，與現(xiàn)有非晶硅TFT設(shè)備的兼容性好，有利于現(xiàn)有設(shè)備的改造升級，是未來非晶硅TFT很好的升級或者替代技術(shù)。

表1 非晶硅、多晶硅及非晶IGZO TFT性能對比

　　目前研究所最熱的、技術(shù)最成熟的金屬氧化物TFT是金屬銦鎵鋅氧化物TFT，2012年日本的夏普金屬氧化物IGZO-LCD已經(jīng)上市，2013年韓國L.G公司在美國CES上展出55英寸IGZOAM-OLED，進(jìn)一步推動了金屬氧化物IGZO TFT的發(fā)展和應(yīng)用。由于金屬氧化物TFT屬于寬禁帶半導(dǎo)體，其禁帶寬度比較高，一般在3.0~3.5eV之間，對可見光的透過率很高，在透明顯示領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。此外，由于金屬氧化物半導(dǎo)體展現(xiàn)出良好的彎曲性能，在柔性顯示領(lǐng)域有著很好應(yīng)用潛能，可見金屬氧化物TFT是新興的、具有非常廣泛應(yīng)用前景的半導(dǎo)體顯示技術(shù)。

1、實(shí)驗(yàn)和結(jié)果

　　目前制作非晶硅TFT一般采用底柵背溝道刻蝕的四次光刻陣列工藝，由于金屬氧化物半導(dǎo)體層IGZO非常容易被H3PO4或者H2O2刻蝕掉，在使用非晶硅TFT的制作構(gòu)圖工藝形成源漏金屬層圖案時，源漏金屬層H3PO4或者H2O2的刻蝕液容易把金屬氧化物半導(dǎo)體層IGZO腐蝕掉，因此本實(shí)驗(yàn)采用底柵刻蝕阻擋層的結(jié)構(gòu)，有效地解決上述問題。其制作工藝流程如圖1所示。通過第一次光刻工藝形成柵電極及柵極掃描線;通過第二光刻形成金屬氧化物半導(dǎo)體層IGZO;通過第三次光刻工藝形成刻蝕阻擋層;通過第四次光刻形成源漏電極及數(shù)據(jù)掃描線;通過第五次光刻工藝形成鈍化層及接觸過孔;通過第六次光刻工藝形成透明像素電極。

圖1 IGZO TFT工藝流程

　　按照上述工藝流程在京東方技術(shù)研發(fā)中心2.5G試驗(yàn)線上完成整個TFT制作，進(jìn)行IGZO TFT的電學(xué)特性測試，在370mm×470mm的玻璃基板上測試10個點(diǎn)，得到IGZO TFT電學(xué)特性曲線如圖2所示：遷移率為：10.65cm²/V.s，閾值電壓Vth為-1.5V，開態(tài)電流為1.58×10^-4 A，關(guān)態(tài)電流為3.0×10^-12，開關(guān)比為5.27×10⁷，亞閾值擺幅為0.44V/Dev，展現(xiàn)出優(yōu)異的電學(xué)性能，遷移率幾乎是非晶硅TFT的20倍，開態(tài)電流約為非晶硅TFT的100倍。上述非晶IGZO TFT的寬長比設(shè)計為W/L=9/9，進(jìn)行多次測試，得到I-V曲線與圖2相同，獲得很好的重復(fù)性。

2、實(shí)驗(yàn)分析

　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明本論文開發(fā)的IGZOTFT表現(xiàn)出良好的電學(xué)性能，適應(yīng)用于下一代平板顯示。金屬氧化物IGZOTFT的遷移率達(dá)到10.65cm²/V.s，是非晶硅TFT的20倍，可以滿足高驅(qū)動頻率、高分辨率及高集成顯示技術(shù)的需求。開態(tài)電流幾乎是非晶硅TFT的100倍，大幅度提高充電效率，可以減小TFT的尺寸，從而提高開口率。關(guān)態(tài)電流比非晶硅降低了1/100，可以更好地維持電容存儲的電壓，降低功耗。圖2展示的良好的TFT均一性，在215G試驗(yàn)線上進(jìn)行多次驗(yàn)證，結(jié)果表明開發(fā)的該IGZOTFT具有很好的重復(fù)性，適合進(jìn)行大面積、高遷移率TFT的量產(chǎn)。

　　圖3所示金屬氧化物IGZO TFT表現(xiàn)出良好的光照性能，在光照的條件下，IGZO TFT的Vth幾乎沒有發(fā)生漂移。這主要是因?yàn)榘雽?dǎo)體層IGZO是寬禁帶半導(dǎo)體，禁帶寬度在3.0~3.5eV，可見光產(chǎn)生的能量低于3.0eV，很難把價帶的電子激發(fā)到導(dǎo)帶中，產(chǎn)生光生載流子，也進(jìn)一步說明了本實(shí)驗(yàn)沉積出高質(zhì)量的IGZO薄膜，形成好的接觸界面，避免在導(dǎo)帶和禁帶之間產(chǎn)生太多的缺陷態(tài)和捕獲陷阱。圖4的結(jié)果表明金屬氧化物IGZOTFT獲得很好的柵壓應(yīng)力測試性能，進(jìn)行負(fù)柵壓應(yīng)力測試時TFT的Vth幾乎沒有漂移，進(jìn)行正柵電壓應(yīng)力測試時TFT只有少量的漂移，其漂移程度遠(yuǎn)好于非晶硅。

　　在IGZO半導(dǎo)體層及其接觸的界面存在缺陷或雜質(zhì)，導(dǎo)致在導(dǎo)帶和禁帶之間產(chǎn)生太多的缺陷態(tài)和捕獲陷阱，捕獲一定的電荷，在電壓偏應(yīng)力測試時，在電場的激發(fā)下捕獲的電荷被激發(fā)到導(dǎo)帶中，導(dǎo)致TFTI-V的Vth發(fā)生漂移。上述的結(jié)果表明，本實(shí)驗(yàn)很好地控制IGZO半導(dǎo)體層及其接觸界面的缺陷及其雜志的產(chǎn)生，獲得高性能IGZOTFT的特性。

3、結(jié)論

　　使用刻蝕阻擋層結(jié)構(gòu)制作IGZO TFT可以很好地解決形成源漏金屬電極時對IGZO半導(dǎo)體層的腐蝕。本論文獲得了很好的IGZO TFT特性，遷移率達(dá)到10.65cm²/V.s，約是非晶硅TFT的20倍。IGZO TFT在可見光照射下非常穩(wěn)定，Vth不會發(fā)生漂移。IGZO TFT展現(xiàn)出良好的柵壓偏應(yīng)力性能，進(jìn)行2h負(fù)柵壓偏應(yīng)力測試，IGZO TFT的Vth幾乎沒有漂移。本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了IGZO TFT均一性和重復(fù)性，并制作出中國大陸首款Oxide-LCD樣機(jī)(1815inchHD)，展示出良好的顯示性能。