專利名稱：一種合金氧化物薄膜晶體管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料薄膜晶體管制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高k介質(zhì)氧化鋁(Al2O3)和新型半導(dǎo)體溝道材料銦鈦鋅氧化物(In-T1-Zn-0，ΙΤΖ0)四元合金氧化物薄膜晶體管的制備工藝，特別是一種合金氧化物薄膜晶體管的制備方法。
背景技術(shù)：
:近年來，薄膜晶體管(ThinFilm Transistor, TFT)在有源矩陣驅(qū)動液晶顯示器件(Active MatrixLiquidCrystal Display, AMIXD)中發(fā)揮了重要作用，從低溫非晶娃 TFT 到高溫多晶娃TFT,技術(shù)越來越成熟,應(yīng)用對象從只能驅(qū)動LCD (LiquidCrystal Display)發(fā)展到既可以驅(qū)動IXD又可以驅(qū)動OLED (OrganicLight Emitting Display)和電子紙。隨著半導(dǎo)體工藝水平不斷提高，像素尺寸不斷減小，顯示屏的分辨率也越來越高，TFT作為驅(qū)動像素的開關(guān)應(yīng)用于液晶顯示 器(TFT-LCD)等顯示器件中，其中柵介質(zhì)材料禁帶寬度的大小決定漏電流的大小，而它的相對介電常數(shù)則決定器件亞閾值擺幅的大小(即能耗大小)。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，作為硅基集成電路核心器件的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的特征尺寸一直不斷減小，其減小規(guī)律遵循摩爾定律。目前的光刻尺寸已達(dá)到28nm，CMOS柵極等效氧化物厚度降到Inm以下,柵氧化層的厚度接近原子間距(IEEE Electron DeviceLett.2004, 25(6):408-410),隨著等效氧化物厚度的減小而引起隧道效應(yīng)，研究表明SiO2厚度由 3.5nm減至 1.5nm時柵極漏電流由 lCT12A/cm2增大到 10A/cm2(IEEE Electron DeviceLett.1997，18(5):209-211)。較大的漏電流會引起高功耗及相應(yīng)的散熱問題，這對于器件集成度、可靠性和壽命都造成不利的影響，因此急需研發(fā)出新的高介電材料取代傳統(tǒng)Si02。在MOS集成電路工藝中廣泛采用高介電常數(shù)(高k)柵介質(zhì)來增大電容密度和減少柵極漏電流，高k材料因其大的介電常數(shù)，在與SiO2具有相同等效柵氧化層厚度(EOT)的情況下，其實際厚度比SiO2大的多，從而解決了 SiO2因接近物理厚度極限而產(chǎn)生的量子遂穿效應(yīng)。新型高 k 介質(zhì)材料包括 Y2O3 (Applied Surface Science.256, 2245, 2010), ZrO2 (AppliedPhysics Letters, 99, 232101, 2011), Sc2O3 (Applied Physics Letters, 101, 232109, 2012)
，HfO2 (Journalof Applied Physics, 107, 014104, 2010),和 Ta2O5 (IEEEElectron DeviceLetters, 31，1245，2010)等成為研究的熱點，場效應(yīng)晶體管是薄膜型結(jié)構(gòu)，其絕緣層的介電常數(shù)、致密性和厚度對晶體管的性能影響很大。氧化鋁用作高介電柵介質(zhì)材料具有很好的可靠性，它具有較高介電常數(shù)(8-10)，較寬的帶隙Γ8.7θν)，對電子和空穴有著比較合適的通道勢壘高度，可與傳統(tǒng)的CMOS工藝相兼容，與硅接觸有良好的低滲透性、高熱穩(wěn)定性，而且易于組成整體器件，因此，Al2O3非常適合作為薄膜晶體管的高k柵介質(zhì)。在制備高質(zhì)量的高k介質(zhì)層中,采用脈沖激光沉積(Pulsed Laser Deposition, PLD)是一個很好的選擇。該生長技術(shù)具有易獲得期望化學(xué)計量比的多組分薄膜，即具有良好的保成分性；其沉積速率高、實驗周期短、襯底溫度要求低、制備的薄膜具有好的均勻性和致密性；對靶材的種類沒有限制等優(yōu)點在各個研究領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用，像陶瓷氧化物薄膜、氮化物薄膜、金屬多層膜，以及各種超晶格都可以采用PLD技術(shù)來制備。射頻磁控濺射作為一種鍍膜技術(shù)，具有沉積速度快、基材溫升低、對膜層的損傷??；濺射工藝可重復(fù)性好，可以在大面積基片上獲得厚度均勻的薄膜；不同的金屬、合金、氧化物能夠進行混合并可以同時沉積在襯底上等優(yōu)點，在工業(yè)上已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，利用射頻磁控濺射技術(shù)制備可靠性高和重復(fù)性好的新型ITZO半導(dǎo)體溝道層正成為工業(yè)界和科研界正在深入研究的技術(shù)領(lǐng)域。目前，非晶氧化物銦鎵鋅氧(IGZO)薄膜晶體管的制備和應(yīng)用技術(shù)已有公開文獻(xiàn)，日、韓等國做了大量研究，銦鋅氧化物(Ιη-Ζη-0，ΙΖ0)體系中摻雜鎵(Ga)是為了抑制體系中過多的自由電子及氧空位的形成從而解決載流子濃度過高的問題；考慮到鈦離子與氧的結(jié)合能力要高于鎵離子與氧的結(jié)合能力，理論上可以預(yù)測摻鈦(Ti)的IZO體系有更好的抑制載流子濃度的效果(載流子的濃度直接關(guān)系到TFT關(guān)態(tài)電流的大小)，所以一種新型四元合金銦鈦鋅氧化物(ITZO)將會成為一種很有研究價值的透明非晶氧化物體系。以銦鈦鋅氧化物(ITZO)為溝道層的薄膜晶體管克服了非晶硅TFT較低的載流子遷移率(一般在
0.1-1.0cm2.T1.S—1范圍內(nèi))的問題，從而可以做到高速度高亮度高對比度顯示屏幕信息，另外InTiZnO四元合金薄膜具有高透明度的特點(在可見光波段透過率大于80%)，其TFT作為AMLCD的像素開關(guān)，將大大提高有源矩陣的開口率，提高亮度，同時降低功耗。透明半導(dǎo)體合金氧化物溝道層具有獨特的電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)，并且可以通過調(diào)節(jié)生長條件(材料原子比率，氣體氬氧比等)，有效地調(diào)節(jié)薄膜材料的載流子濃度及透過率。相比傳統(tǒng)非晶硅TFT，半導(dǎo)體氧化物TFT有更高的遷移率和均一性，采用磁控濺射技術(shù)可以實現(xiàn)大面積沉積，利用低溫退火技術(shù)使其制作成本更一步降低，這些優(yōu)點使其在未來的透明電子顯示器件領(lǐng)域有很廣闊的潛在市場
發(fā)明內(nèi)容
:本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，尋求設(shè)計提供一種基于高k介質(zhì)新型的合金氧化物薄膜晶體管的制備方法，采用脈沖激光技術(shù)沉積氧化鋁高k介質(zhì)；在室溫下采用射頻磁控濺射方法制備高透過率、高遷移率的新型InTiZnO四元合金半導(dǎo)體薄膜溝道層。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下步驟:(I)采用脈沖激光沉積法(PLD)制備Al2O3高k柵介質(zhì)層，將P型硅基片和氧化鋁陶瓷靶材放入現(xiàn)有的脈沖激光燒蝕設(shè)備中，氧化鋁陶瓷靶材與P型硅基片的距離為20-60mm，工作氣壓為3X10_4Pa，，調(diào)整激光燒蝕能量密度為200-1000mJ/cm2，脈沖頻率為l_5Hz，生長時間為50-70分鐘，工作壓強為50-70mTorr對氧化鋁陶瓷靶材進行脈沖激光燒蝕，在P型硅基片上沉積50-150nm厚的Al2O3高k柵介質(zhì)層，形成氧化鋁陶瓷靶材薄膜樣品；(2 )采用離子束清洗槍清洗Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品表面，將生長有Al2O3柵介質(zhì)層的薄膜樣品放入離子束濺射室內(nèi)，采用離子束濺射技術(shù)利用電離出的Ar+清洗介質(zhì)層表面，有效除去表面污染物，提高介質(zhì)層的平整度；過程中通入氬氣流量為4SCCM (每分鐘4個標(biāo)準(zhǔn)立方厘米)；清洗槍工作時氣壓為4X10_2Pa ;束流為IOmA ;清洗時間為50-70秒鐘，完成Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品的表面清洗；(3)采用磁控濺射技術(shù)在清洗后的Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品的柵介質(zhì)層表面上制備ITZO半導(dǎo)體溝道層，光刻長、寬不同的TFT溝道，利用射頻磁控濺射技術(shù)，在高k柵介質(zhì)層上室溫沉積InTiZnO合金半導(dǎo)體薄膜溝道層材料，用ZnO和TiO2的合金靶與In2O3靶的雙靶共濺射，其氧化物純度高于99.99% ;生長溝道層厚度為70nm，在可見光段透過率大于80% ;再用現(xiàn)有的光刻技術(shù)制備源極和漏極獲得寬為1000 μ m、長為250 μ m的溝道；(4)在InTiZn0/Al203/Si結(jié)構(gòu)上沉積源、漏電極，利用離子束濺射技術(shù)室溫沉積金屬Ni作為源、漏電極；制備過程中通入氬氣流量為4SCCM ;工作氣壓為4X 10_2Pa ;束流為9-llmA ;沉積時間為50-70分鐘，電極厚度為80_110nm ;剝離光刻膠后得到源、漏電極，再經(jīng)400度退火后制得底柵結(jié)構(gòu)的合金氧化物薄膜晶體管。本發(fā)明步驟(I)中涉及的采用脈沖激光技術(shù)(PLD)沉積Al2O3高k柵介質(zhì)時，選擇P型(100)硅作為襯底，依次用純度大于99%的丙酮和純度大于99%的酒精超聲震蕩清洗，然后用去離子水反復(fù)沖洗，氮氣吹干后將硅襯底放入PLD反應(yīng)室中；再利用PLD技術(shù)沉積Al2O3高k介質(zhì)層，采用純度為99.99%的氧化鋁陶瓷靶材，調(diào)整氧化鋁陶瓷靶材與P型硅基片間距為40-50mm，用分子泵抽到高真空以后(10_5Pa)通入高純氧氣使腔室壓強維持在60mTorr ;所述氧化鋁陶瓷靶材在進行脈沖激光前，先進行預(yù)燒蝕5_10分鐘，使氧化鋁陶瓷靶材表面潔凈，待預(yù)燒蝕完成后，調(diào)整激光燒蝕能量密度為lj/cm2，脈沖頻率為3Hz，在硅襯底上沉積非晶氧化鋁柵介質(zhì)層，沉積時間為25-35分鐘。本發(fā)明步驟(2)中所述的離子束清洗槍清洗柵介質(zhì)層表面時，先將Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品放入離子束腔室內(nèi)，待抽到高真空后通入氬氣，燈絲電流加至4A對鎢絲預(yù)熱，待預(yù)熱完成后進行預(yù)濺射，其參數(shù)為束流強度8-12mA、放電電壓為60-80V，工作氣壓為4X KT2Pa ;待預(yù)濺射完成后將Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品移至相應(yīng)靶位對介質(zhì)層表面進行清洗，保證預(yù)濺射實驗條件不變的條件下對Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品表面清洗50-60秒鐘，有效除其表面污染物并提高其表面平整度。本發(fā)明將清洗完畢后的Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品在高真空下(3X10_4Pa)，利用導(dǎo)入機構(gòu)將樣品從離子束濺射室直接導(dǎo)入磁控濺射室內(nèi)的樣品架上，有效避免空氣中雜質(zhì)污染介質(zhì)層表面帶來的不良影響。本發(fā)明所述的半導(dǎo)體溝道層的材料為InTiZnCKIn2O3, TiO2,ZnO)四元合金氧化物，用射頻磁控濺射技術(shù)沉積溝道層InTiZnO,通過改變兩個靶材的濺射功率來調(diào)節(jié)Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品中不同原子比率，控制溝道層InTiZnO載流子濃度；或通過調(diào)節(jié)氬氣、氧氣氣壓比調(diào)節(jié)其電阻率及載流子濃度。本發(fā)明涉及的光刻InTiZnO溝道層的步驟為:先用勻膠機在InTiZnO表面甩上光刻膠，調(diào)節(jié)勻膠機轉(zhuǎn)速，使光刻膠厚度為2-3微米；再將甩上光刻膠的樣品置于烘箱干燥10分鐘后，利用光刻技術(shù)進行紫外曝光(燈源采用200W交流高壓汞燈)；然后將曝光完畢的樣品放入顯影液，顯影時間為25-35秒(依光刻膠厚度不同而略有改變)，再用去離子水反復(fù)沖洗，高純氮氣吹干；最后將顯影后的樣品放入烘箱進行堅膜處理。本發(fā)明涉及的制備源、漏電極的步驟為:先將堅膜后的Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品放入離子束濺射腔室內(nèi)，利用離子束濺射鍍膜技術(shù)室溫沉積Ni金屬電極，待離子束濺射設(shè)備抽到高真空后通入氬氣，燈絲電流加至4A對鎢絲預(yù)熱，待預(yù)熱后進行預(yù)濺射，其束流為10mA、放電電壓70V、工作氣壓4X 10_2Pa ;待預(yù)濺射10分鐘后將Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品移至相應(yīng)靶位濺射沉積Ni金屬電極60分鐘；然后將沉積Ni金屬薄膜后的Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品放入丙酮中超聲振蕩清洗，光刻膠上的Ni金屬膜由于丙酮的作用隨著光刻膠的溶解而脫落，顯影露出的電極形狀上方的Ni金屬膜繼續(xù)保留，得到源、漏電極，電極厚度為100_140nm。本發(fā)明所述的源、漏電極為高導(dǎo)電率且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的Ni薄膜，覆蓋在半導(dǎo)體表面與探針形成良好接觸；Ni金屬電極薄膜采用離子束濺射技術(shù)制備。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，一是薄膜晶體管中介質(zhì)層在PLD中完成，PLD技術(shù)相對其他物理鍍膜設(shè)備具有優(yōu)異的沉積均勻性和一致性，化學(xué)計量比的高度可控性；相對于其他化學(xué)方法，PLD沉積技術(shù)具有沉積速率高、實驗周期短、薄膜致密等優(yōu)點；二是在室溫下采用PLD技術(shù)生長的Al2O3薄膜為完全非晶，為未來柔性大屏幕電子顯示器件奠定堅實基礎(chǔ)；三是制得的Al2O3高k柵介質(zhì)層的禁帶寬度為8.7eV，介電常數(shù)達(dá)到10，其高介電特性完全符合現(xiàn)代顯示技術(shù)對于高k材料的要求；并且Al2O3薄膜本身具有的高透過率(可見光波段接近100%)完全符合透明電子器件的要求；四是薄膜晶體管中半導(dǎo)體溝道層在射頻磁控濺射設(shè)備中完成，磁控濺射技術(shù)具有沉積速度快、基材溫升低、對膜層的損傷小，濺射工藝可重復(fù)性好，可以在大面積基片上獲得厚度均勻的薄膜，不同的金屬、合金、氧化物能夠進行混合并同時共濺射到襯底上等優(yōu)點；五是將生長有Al2O3的樣品放入離子束濺射室內(nèi)，利用離子束清洗槍清洗Al2O3樣品表面，有效去除柵介質(zhì)層和半導(dǎo)體溝道層間的界面污染物并提高表面平整度；六是在高真空下將清洗后的Al2O3樣品利用導(dǎo)入機構(gòu)導(dǎo)入磁控濺射室內(nèi)樣品架上，有效避免外界污染物對樣品表面和器件帶來的影響；七是用磁控濺射方法沉積的合金半導(dǎo)體層是一種新型四元合金氧化物(InTiZnO),采用ZTO靶材(ZnO和TiO2合金靶純度為99.99%)和In2O3靶材(純度為99.99%)共濺射的方式，薄膜本身具有的極高透過率(可見光波段大于80%)符合透明電子器件的要求；室溫制備條件與平板顯示技術(shù)要求的低溫制造技術(shù)相兼容；四元合金非晶氧化物薄膜技術(shù)有利于提高薄膜穩(wěn)定性，提高TFT器件穩(wěn)定性；其工藝過程簡單，原理可靠，產(chǎn)品性能好，制備環(huán)境友好，成本低，應(yīng)用前景廣闊，為大面積制備高性能的薄膜晶體管提供可行性方案。


:圖1為本發(fā)明制備的基于Al2O3合金氧化物薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2為本發(fā)明制備的薄膜晶體管的輸出特性曲線，其中a的柵極偏壓Vgs=OV;b柵極偏壓Vgs=IOV; c柵極偏壓Vgs=20V。圖3為本發(fā)明制備的薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線(Vds=5V)。圖4為本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體溝道層InTiZnO薄膜的透過率在可見光波段曲線。
具體實施方式
:下面通過具體實施例并結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。實施例:本實施例制備一種底柵結(jié)構(gòu)的基于Al2O3的四元合金氧化物薄膜晶體管，其具體工藝過程為:(I)采用激光脈沖沉積技術(shù)(PLD)制備Al2O3高k介質(zhì)薄膜:步驟1:選用P型硅(100)作為襯底，依次用純度大于99%的丙酮和純度大于99%的酒精超聲震蕩清洗5分鐘，再用去離子水反復(fù)沖洗后，高純氮氣吹干；步驟2:將P型硅襯底和氧化鋁陶瓷靶材放入脈沖激光(PLD)反應(yīng)腔，調(diào)整氧化鋁陶瓷靶材與基片間距為40mm，待抽取至高真空(10_5Pa)后通入高純氧氣，保持反應(yīng)腔工作氣壓為60mTorr對氧化鋁靶材進行脈沖激光燒蝕5分鐘，激光燒蝕能量密度為lj/cm2，脈沖頻率為3Hz ;在P型硅襯底上沉積30分鐘后制得厚度為IOOnm的Al2O3薄膜；(2)采用離子束清洗槍清洗Al2O3薄膜的柵介質(zhì)層表面:步驟1:將Al2O3薄膜樣品放入離子束濺射室內(nèi)，待抽到高真空(3X10_4Pa)后通入流量為4SCCM的氬氣，燈絲電流加至4A對鎢絲預(yù)熱5分鐘，預(yù)熱完成后預(yù)濺射10分鐘，預(yù)濺射時束流強度為10mA，放電電壓為70V，工作氣壓為4X10_2Pa ；步驟2:將Al2O3薄膜樣品移至相應(yīng)的靶位對Al2O3薄膜的柵介質(zhì)層表面清洗I分鐘；步驟3:將清洗后的Al2O3薄膜樣品在高真空下(3X 10_4Pa)從離子束室直接導(dǎo)入磁控濺射腔室內(nèi)樣品架上，有效避免空氣中雜質(zhì)落至界面導(dǎo)致的不良影響；(3)制備和光刻InTiZnO溝道層:步驟1:選擇InTiZnO溝道層生長參數(shù)為:本底氣壓為1_2X 10_4Pa ;合金靶ZTO(Zn0+Ti02合金靶)純度為99.99%, In2O3純度為99.99% ；ΖΤ0靶材的濺射功率為50W，In2O3靶材的濺射功率為50W ;濺射氣體Ar流量為45SCCM，O2流量為ISCCM ;生長氣壓為IPa ;在溫度下生長15分鐘；InTiZnO薄膜厚度為70nm ；步驟2:光刻InTiZnO溝道層，包括以下分步:勻膠:用勻膠機在InTiZnO薄膜表面上旋涂光刻膠(正膠)，勻膠機先在500轉(zhuǎn)/分勻膠6秒，然后在3000轉(zhuǎn)/分勻膠30秒，光刻膠的厚度為2微米；前烘:將甩上光刻膠的樣品置于100°C下烘箱內(nèi)烘烤10分鐘；曝光:利用掩膜版在光刻機上對樣品用200W交流高壓汞燈進行紫外曝光25秒；顯影:將曝光后的樣品放入顯影液中，顯影時間30秒，用去離子水反復(fù)沖洗，高純氮氣吹干；堅膜:將顯影完全的樣品放入120°C烘箱烘烤20分鐘；(4) Ni電極的制備和剝離:利用離子束濺射法將曝光、顯影后的樣品放入離子束濺射室沉積Ni金屬薄膜，沉積完成后將樣品放入丙酮中超聲振蕩得到源、漏電極:步驟1:離子束濺射法沉積Ni金屬薄膜，包括:預(yù)濺射:將光刻、顯影后樣品放入離子束室，到高真空(3X 10_4Pa)后通入流量為4SCCM的氬氣，燈絲電流加至4A對燈絲預(yù)熱5分鐘，預(yù)熱完成后對Ni靶材預(yù)濺射10分鐘，參流為10mA，放電電壓為70V，工作氣壓為4X10_2Pa ；濺射Ni金屬薄膜:將樣品移至相應(yīng)靶位，在相同預(yù)濺射實驗條件下沉積Ni金屬薄膜60分鐘；步驟2 =Ni電極的剝離:將Ni金屬薄膜的樣品放入丙酮超聲振蕩2分鐘，用無屑棉棒輕輕擦拭，去除殘余光刻膠上的Ni電極的剝離,制成新型高k介質(zhì)合金氧化物薄膜晶體管器件；將制成的InTiZnOAl2O3薄膜晶體管TFT器件進行測試，輸出曲線測試如圖2，轉(zhuǎn)移曲線測試如圖3，InTiZnO薄膜的透過率曲線如圖4。
權(quán)利要求
1.一種合金氧化物薄膜晶體管的制備方法，其特征在于技術(shù)方案包括以下步驟: (1)采用脈沖激光沉積法制備Al2O3高k柵介質(zhì)層，將P型硅基片和氧化鋁陶瓷靶材放入現(xiàn)有的脈沖激光燒蝕設(shè)備中，氧化鋁陶瓷靶材與P型硅基片的距離為20-60mm，工作氣壓為3X10_4Pa，，調(diào)整激光燒蝕能量密度為200-1000mJ/cm2，脈沖頻率為l_5Hz，生長時間為50-70分鐘，工作壓強為50-70mTorr對氧化鋁陶瓷靶材進行脈沖激光燒蝕，在P型硅基片上沉積50-150nm厚的Al2O3高k柵介質(zhì)層，形成氧化鋁陶瓷靶材薄膜樣品； (2)采用離子束清洗槍清洗Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品表面，將生長有Al2O3柵介質(zhì)層的薄膜樣品放入離子束濺射室內(nèi)，采用離子束濺射技術(shù)利用電離出的Ar+清洗介質(zhì)層表面，有效除去表面污染物，提高介質(zhì)層的平整度；過程中通入氬氣流量為每分鐘4個標(biāo)準(zhǔn)立方厘米；清洗槍工作時氣壓為4X 10_2Pa ;束流為IOmA ;清洗時間為50-70秒鐘，完成Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品的表面清洗； (3)采用磁控濺射技術(shù)在清洗后的Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品的柵介質(zhì)層表面上制備ITZO半導(dǎo)體溝道層，光刻長、寬不同的TFT溝道，利用射頻磁控濺射技術(shù)，在高k柵介質(zhì)層上室溫沉積InTiZnO合金半導(dǎo)體薄膜溝道層材料，用ZnO和TiO2的合金靶與In2O3靶的雙靶共濺射，其氧化物純度高于99.99% ;生長溝道層厚度為70nm，在可見光段透過率大于80% ；再用現(xiàn)有的光刻技術(shù)制備源極和漏極獲得寬為1000 μ m、長為250 μ m的溝道； (4)在InTiZn0/Al203/Si結(jié)構(gòu)上沉積源、漏電極，利用離子束濺射技術(shù)室溫沉積金屬Ni作為源、漏電極；制備過程中通入氬氣流量為4SCCM ;工作氣壓為4X 10_2Pa ;束流為9-llmA ;沉積時間為50-70分鐘，電極厚度為80_110nm ;剝離光刻膠后得到源、漏電極，再經(jīng)400度退火后制得底柵結(jié)構(gòu)的合金氧化物薄膜晶體管。
2.根據(jù)權(quán)利要求所述的合金氧化物薄膜晶體管的制備方法，其特征在于步驟(I)中涉及的采用脈沖激光法沉積Al2O3高k柵介質(zhì)層時，選擇P型硅作為襯底，依次用純度大于99%的丙酮和純度大于99%的酒精超聲震蕩清洗，然后用去離子水反復(fù)沖洗，氮氣吹干后將硅襯底放入PLD反應(yīng)室中；再利用PLD技術(shù)沉積Al2O3高k介質(zhì)層，采用純度為99.99%的氧化鋁陶瓷靶材，調(diào)整氧化鋁陶瓷靶材與P型硅基片間距為40-50mm，用分子泵抽到高真空以后通入高純氧氣使腔室壓強維持在60mTorr ;所述氧化鋁陶瓷靶材在進行脈沖激光前，先進行預(yù)燒蝕5-10分鐘，使氧化鋁陶瓷靶材表面潔凈，待預(yù)燒蝕完成后，調(diào)整激光燒蝕能量密度為lj/cm2，脈沖頻率為3Hz，在硅襯底上沉積非晶氧化鋁柵介質(zhì)層，沉積時間為25-35分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求所述的合金氧化物薄膜晶體管的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的離子束清洗槍清洗柵介質(zhì)層表面時，先將Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品放入離子束腔室內(nèi)，待抽到高真空后通入氬氣，燈絲電流加至4A對鎢絲預(yù)熱，待預(yù)熱完成后進行預(yù)濺射，其參數(shù)為束流強度8-12mA、放電電壓為60-80V，工作氣壓為4X10_2Pa ;待預(yù)濺射完成后將Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品移至相應(yīng)靶位對介質(zhì)層表面進行清洗，保證預(yù)濺射實驗條件不變的條件下對Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品表面清洗50-60秒鐘，有效除其表面污染物并提高其表面平整度。
4.根據(jù)權(quán)利要求所述的合金氧化物薄膜晶體管的制備方法，其特征在于涉及的光刻InTiZnO溝道層的步驟為:先用勻膠機在InTiZnO表面甩上光刻膠，調(diào)節(jié)勻膠機轉(zhuǎn)速，使光刻膠厚度為2-3微米； 再將甩上光刻膠的樣品置于烘箱干燥10分鐘后，利用光刻技術(shù)進行紫外曝光，燈源采用200W交流高壓汞燈；然后將曝光完畢的樣品放入顯影液，顯影時間為25-35秒，再用去離子水反復(fù)沖洗，高純氮氣吹干；最后將顯影后的樣品放入烘箱進行堅膜處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求所述的合金氧化物薄膜晶體管的制備方法，其特征在于涉及的制備源、漏電極的步驟為:先將堅膜后的Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品放入離子束濺射腔室內(nèi)，利用離子束濺射鍍膜技術(shù)室溫沉積Ni金屬電極，待離子束濺射設(shè)備抽到高真空后通入氬氣，燈絲電流加至4A對鎢絲預(yù)熱，待預(yù)熱后進行預(yù)濺射，其束流為10mA、放電電壓70V、工作氣壓4X 10 ;待預(yù)濺射10分鐘后將Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品移至相應(yīng)靶位濺射沉積Ni金屬電極60分鐘；然后將沉積Ni金屬薄膜后的Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品放入丙酮中超聲振蕩清洗，光刻膠上的Ni金屬膜由于丙酮的作用隨著光刻膠的溶解而脫落，顯影露出的電極形狀上方的Ni金屬膜繼續(xù)保留，得到 源、漏電極，電極厚度為100-140nm。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料薄膜晶體管制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種合金氧化物薄膜晶體管的制備方法,將P型硅基片和氧化鋁陶瓷靶材放入現(xiàn)有的脈沖激光燒蝕設(shè)備中對氧化鋁陶瓷靶材進行脈沖激光燒蝕，在P型硅基片上沉積形成氧化鋁陶瓷靶材薄膜樣品；再清洗Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品表面，并在清洗后的Al2O3陶瓷靶材薄膜樣品的柵介質(zhì)層表面上制備ITZO半導(dǎo)體溝道層，光刻長、寬不同的TFT溝道，利用射頻磁控濺射技術(shù)在高k柵介質(zhì)層上室溫沉積合金半導(dǎo)體薄膜溝道層材料；利用離子束濺射技術(shù)室溫沉積金屬Ni作為源、漏電極；剝離光刻膠后得到源、漏電極，退火后制得合金氧化物薄膜晶體管；其工藝過程簡單，原理可靠，產(chǎn)品性能好，制備環(huán)境友好，成本低，應(yīng)用前景廣。
文檔編號H01L21/336GK103117226SQ20131004205
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者單福凱, 劉奧, 劉國俠, 朱慧慧 申請人:青島大學(xué)