[發明專利]一種多層復合氧化物高k介質薄膜晶體管的制備方法

有效

• 申請號: 201410210984.6
• 申請日: 2014-05-19
• 公開（公告）號: CN103956325A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 單福凱;劉國俠;劉奧;譚惠月
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/28
• 代理公司: 青島高曉專利事務所 37104
• 代理人: 黃曉敏

1.一種多層復合氧化物高k介質薄膜晶體管的制備方法，其特征在于包括以下工藝步驟：

(1)、GTO高k介質介電層的制備：采用純度為100％的[(CH₃)₂GaNH₂]₃和純度為100％的Ti[N(CH₃)₂]₄分別作為Ga₂O₃和TiO₂的前驅體；在室溫至600℃下用等離子體增強的原子層沉積技術生長GTO多層復合氧化物薄膜，每層薄膜的物理厚度為20-40nm；Ga₂O₃和TiO₂薄膜交替制備，總層數為2-20層，得到復合薄膜樣品；將制備的復合薄膜樣品在高純N₂氣氛中控制溫度為200-600℃退火8-12分鐘，完成GTO高k介質介電層的制備，得到含有GTO介電層的薄膜樣品；

(2)、薄膜樣品的表面清洗：將含有GTO介電層的薄膜樣品放入離子束濺射室內，采用離子束濺射技術利用電離出的Ar⁺清洗薄膜樣品的表面，去除表面污染物；清洗過程中氬氣流量為2-6SCCM；清洗槍工作氣壓為4×10^-2Pa；束流為5-20mA；清洗時間為50-70秒鐘，完成薄膜樣品的表面清洗，得到清洗后的薄膜樣品；

(3)、ITZO半導體溝道層的制備：利用常規的射頻磁控濺射技術，采用ZnO和TiO₂的合金靶與In₂O₃靶的雙靶共濺射的方式，在清洗后的薄膜樣品的GTO介電層上室溫沉積厚度為20-200nm的ITZO半導體溝道層，得到溝道層薄膜樣品；其中氧化物靶材粉體純度均高于99.99％；

(4)、源、漏金屬電極的制備：利用常規的真空熱蒸發在溝道層薄膜樣品上面制備源、漏金屬電極，即得到多層復合氧化物GTO高k介電層的ITZO薄膜晶體管，其閾值電壓為0.19V，亞閾值擺幅為64mV/dec，電流開關比小于2×10⁵，綜合性能優良。

2.根據權利要求1所述的多層復合氧化物高k介質薄膜晶體管的制備方法，其特征在于步驟(1)涉及的采用原子層沉積技術沉積GTO高k介質介電層時，選擇重摻雜P型硅100作為襯底，依次用純度大于99.0％的丙酮和純度大于99.0％的酒精超聲波清洗，然后用去離子水反復沖洗,氮氣吹干后將硅襯底放入沉積反應室；再利用原子層沉積技術沉積GTO高k介質介電層，分別采用純度為100％的[(CH₃)₂GaNH₂]₃和純度為100％的Ti[N(CH₃)₂]₄作為Ga₂O₃和TiO₂的前驅體，惰性氣體Ar作為輸運反應源的載氣，氧氣作為反應氣，在等離子體的作用下，Ga₂O₃和TiO₂的前驅體和氧氣發生化學反應生成Ga₂O₃和TiO₂，其沉積溫度為室溫至600℃，沉積反應室壓強為0.1-1Torr；Ga₂O₃和TiO₂逐層生長，利用沉積技術在硅襯底上先沉積8-12單分子層Ga₂O₃薄膜，再在Ga₂O₃薄膜上繼續沉積8-12單分子層TiO₂薄膜，依次交替2-20次，形成2-20層的復合薄膜樣品；沉積一層Ga₂O或TiO₂薄膜的反應周期包括：0.1-10秒的鎵源或者鈦源氣體脈沖時間、2-50秒的惰性載流氣體去除殘留物時間、0.1-10秒的氧氣等離子體脈沖時間和2-50秒的惰性載流氣體去除殘余物的時間。