一种双沟道层薄膜晶体管的制备方法

摘要

本发明属于半导体薄膜晶体管制备技术领域,涉及一种双沟道层薄膜晶体管的制备方法，选用低阻硅作为衬底和栅电极，采用溶胶-凝胶技术和“光退火”相结合的方式制备超薄ZrO_x栅介电层，x的取值为1-2；在室温下采用射频磁控溅射技术制备高透过率、高迁移率的新型双层In₂O₃/IZO结构半导体沟道层，制备成高性能的薄膜晶体管；其总体实施方式成本低，工艺简单，原理可靠，产品性能好，制备环境友好，应用前景广阔，为大面积制备高性能的薄膜晶体管提供可行性方案。

主权项

一种双沟道层薄膜晶体管的制备方法，其特征在于制备双沟道层薄膜晶体管的具体工艺过程为：(1)、前驱体溶液制备：将乙酰丙酮锆Zr(C₅H₇O₂)₄溶于二甲基甲酰胺中，同时加入与乙酰丙酮锆等摩尔量的乙醇胺作为稳定剂，其前驱体溶液乙酰丙酮锆的摩尔浓度为0.01‑0.5mol/L；在20‑100℃下磁力搅拌1‑24小时形成澄清透明的前驱体溶液，其中Zr⁴⁺的摩尔浓度为0‑0.9mol/L；乙醇胺与二甲基甲酰胺的体积比为1：(1‑10)；(2)、薄膜样品的制备：采用等离子体清洗的方法清洗硅衬底表面，在清洗后的硅衬底上利用常规的溶胶‑凝胶技术旋涂步骤(1)制备的前驱体溶液，旋涂1‑5次后硅衬底表面形成薄膜，旋涂时先在400‑600转/分转速下旋涂4‑8秒，然后在3000‑6000转/分转速下旋涂15‑25秒，增加一次旋涂的薄膜厚度增加4‑5nm；然后将薄膜样品放到高压汞灯下进行紫外光照处理20‑40分钟，使薄膜实现光解和固化后得到薄膜样品ZrO_x栅介电层,其中x取值范围为1‑2；(3)、沟道层沉积：采用常规的射频磁控溅射技术在薄膜样品ZrO_x栅介电层表面室温沉积厚度为1‑20nm的In₂O₃半导体沟道层得到In₂O₃/ZrO_x样品，磁控溅射过程中使用的靶材为纯度大于99.99％的In₂O₃陶瓷靶，调节溅射靶材与样品托盘中心的距离为5‑20cm，并通过调节溅射过程中氩气和氧气气体通量及工作气压来调节In₂O₃的结晶度及载流子浓度；(4)沟道层再沉积：利用常规射频磁控溅射技术，采用In₂O₃、ZnO陶瓷靶共溅射的方法在In₂O₃/ZrO_x样品表面室温沉积厚度为5‑100nm的IZO半导体沟道层，得到双沟道层薄膜样品，其溅射过程中所用溅射靶材为纯度大于99.99％的ZnO陶瓷靶，通过调节In₂O₃陶瓷靶和ZnO陶瓷靶的溅射功率来调节薄膜样品中In原子和Zn原子的比率，或通过氩气和氧气气体通量来调节薄膜的电阻率及载流子浓度；(5)源漏电极制备：利用常规的真空热蒸发法在双沟道层薄膜样品上面制备源、漏电极，即得到基于ZrO_x高k介电层的In₂O₃/ZrO_x双沟道层薄膜晶体管，制备的双沟道层薄膜晶体管的场效应迁移率为28.9cm²/V·s，亚阈值摆幅为0.13V/dec,阈值电压为1.5V，电流开关比大于10⁸。