[發明專利]一種基于水性超薄ZrO2高k介電層的薄膜晶體管制備方法

有效

• 申請號: 201610031108.6
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105428247B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 單福凱;劉國俠;朱春丹;劉奧;孟優
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H01L21/34
• 分類號: H01L21/34;H01L29/786;H01L29/51
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 黃曉敏;于正河

1.一種基于水性超薄ZrO₂高k介電層的薄膜晶體管制備方法，其特征在于以超薄氧化鋯為高k介電層和分別以氧化銦與氧化鎳薄膜為溝道層的薄膜晶體管的制備過程為：

(1)采用“水性溶膠”方法旋涂制備超薄ZrO₂高k介電薄膜：

步驟1：選用市售的單面拋光、0.0015Ω·cm的低阻硅作為襯底和柵電極，低阻硅襯底依次用氫氟酸、丙酮和酒精超聲波清洗襯底各10分鐘，用去離子水反復沖洗后，高純氮氣吹干；

步驟2：稱量去離子水10mL，將硝酸鋯按照0.1M溶于水溶液中，混合后在磁力攪拌的作用下室溫攪拌4小時形成澄清、無色透明的ZrO₂前驅體液體；

步驟3：將潔凈的低阻硅襯底放入等離子體清洗腔內,待等離子體清洗腔抽取至0.5Pa后通入純度為99.99％的氧氣，控制其功率為30Watt，清洗時間為120s，工作時氧氣的通入量為30SCCM；

步驟4：制備ZrO₂樣品:將步驟2中配制的前驅體溶液旋涂在清洗過的低阻硅襯底上，旋涂次數為2次，旋涂前驅體溶液時勻膠機的參數設置為：先在500轉/分勻膠5秒，然后在5000轉/分勻膠20秒；旋涂結束后，將樣品放到烤膠臺上150℃烘焙10min，將固化處理后的ZrO₂樣品UV光處理40min，后放入馬弗爐中低溫退火處理，退火溫度為250℃，退火時間1小時，得到ZrO₂樣品；

(2)配制、旋涂In₂O₃和NiO前驅體溶液、溝道層：

步驟1：將硝酸銦0.30g和去離子水10mL混合后在磁力攪拌的作用下室溫攪拌5.5小時形成澄清、無色透明的In₂O₃水性溶液，金屬陽離子總濃度為0.1M；再將0.1mol的醋酸鎳溶于9mL乙醇和1mL乙醇胺中，混合后在磁力攪拌的作用下室溫攪拌3h形成澄清、淺綠色透明的NiO溶液；

步驟2：①制備In₂O₃溝道層:將步驟1中配制的In₂O₃水性溶液旋涂在等離子體處理過的ZrO₂樣品上，旋涂時勻膠機的參數設置為：5000轉/分勻膠20秒，旋涂結束后，將樣品放到烤膠臺上150℃烘焙10min，將固化處理后的樣品放入馬弗爐中低溫退火處理，退火溫度為250℃，退火時間1小時；

②制備NiO溝道層：將步驟1中配置的NiO前驅體溶液旋涂在等離子處理過的ZrO₂樣品上，旋涂時勻膠機的參數設置為：5000轉/分勻膠20秒，旋涂結束后，將樣品放入150℃烤膠臺中烤制10min，然后在馬弗爐中低溫處理，退火溫度為250℃，退火時間1小時；

(3)采用真空熱蒸發法制備源、漏金屬電極：

通過熱蒸發的方式，在In₂O₃溝道層上用寬長比為1000/250μm的不銹鋼掩膜版制備100nm厚的金屬Al作為源、漏電極，熱蒸發電流為40A，制備得到Al/In₂O₃/ZrO₂/Si結構的薄膜晶體管；在NiO溝道層上同樣用寬長比為1000/250μm的不銹鋼掩膜版制備100nm厚的金屬Ni作為源、漏電極，熱蒸發電流為60A，制備得到Ni/NiO/ZrO₂/Si結構的薄膜晶體管。