一种多层复合氧化物高k介质薄膜晶体管的制备方法

摘要

本发明属于半导体材料薄膜晶体管制备技术领域，涉及一种多层复合氧化物高k介质薄膜晶体管的制备方法，先生长GTO多层复合氧化物薄膜得到复合薄膜样品；再将复合薄膜样品退火完成GTO高k介质介电层的制备，得到含有GTO介电层的薄膜样品；然后将含有GTO介电层的薄膜样品放入离子束溅射室内清洗薄膜样品的表面，得到清洗后的薄膜样品；再在清洗后的薄膜样品的GTO介电层上沉积ITZO半导体沟道层，得到沟道层薄膜样品；最后在沟道层薄膜样品上面制备源、漏金属电极，得到多层复合氧化物GTO高k介电层的ITZO薄膜晶体管；其工艺简单，原理可靠，成本低，产品性能好，制备环境友好，应用前景好。

主权项

一种多层复合氧化物高k介质薄膜晶体管的制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤：(1)GTO高k介质介电层的制备：采用纯度为100％的[(CH₃)₂GaNH₂]₃和纯度为100％的Ti[N(CH₃)₂]₄分别作为Ga₂O₃和TiO₂的前驱体；在室温至600℃温度条件下用等离子体增强的原子层沉积技术生长GTO多层复合氧化物薄膜，每层薄膜的物理厚度为20‑40nm；Ga₂O₃和TiO₂薄膜交替制备，总层数为2‑20层，得到复合薄膜样品；将制备的复合薄膜样品在高纯N₂气氛中控制温度为200‑600℃退火8‑12分钟，完成GTO高k介质介电层的制备，得到含有GTO介电层的薄膜样品；(2)薄膜样品的表面清洗：将含有GTO介电层的薄膜样品放入离子束溅射室内，采用离子束溅射技术利用电离出的Ar⁺清洗薄膜样品的表面，去除表面污染物；清洗过程中氩气流量为2‑6SCCM；清洗枪工作气压为4×10^‑2Pa；束流为5‑20mA；清洗时间为50‑70秒钟，完成薄膜样品的表面清洗，得到清洗后的薄膜样品；(3)ITZO半导体沟道层的制备：利用射频磁控溅射技术，采用ZnO和TiO₂的合金靶与In₂O₃靶的双靶共溅射的方式，在清洗后的薄膜样品的GTO介电层上室温沉积厚度为20‑200nm的ITZO半导体沟道层，得到沟道层薄膜样品；其中氧化物靶材粉体纯度均高于99.99％；(4)源、漏金属电极的制备：利用真空热蒸发在沟道层薄膜样品上面制备源、漏金属电极，即得到多层复合氧化物GTO高k介电层的ITZO薄膜晶体管，其阈值电压为0.19V，亚阈值摆幅为64mV/dec，电流开关比小于2×10⁵。