[發(fā)明專利]一種溶液法制備三元p型金屬氧化物薄膜晶體管的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710234816.4
• 申請(qǐng)日: 2017-04-12
• 公開（公告）號(hào): CN107017309A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 單福凱;聶生斌;劉奧;朱慧慧;劉國(guó)俠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/786
• 分類號(hào): H01L29/786;H01L21/336;H01L29/10;H01L29/12;H01L29/24
• 代理公司: 青島高曉專利事務(wù)所37104
• 代理人: 于正河,孫佳

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于薄膜晶體管制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種金屬氧化物薄膜晶體管的制備方法，尤其是一種溶液法制備三元p型金屬氧化物薄膜晶體管的方法，用于三元p型金屬氧化物半導(dǎo)體薄膜及薄膜晶體管制備場(chǎng)合。

背景技術(shù)：

近年來，金屬氧化物薄膜晶體管(Metal-Oxide Thin-Film Transistor，簡(jiǎn)稱MOTFT)在有源矩陣驅(qū)動(dòng)液晶顯示器件(Active Matrix Liquid Crystal Display,簡(jiǎn)稱AMLCD)中發(fā)揮了重要作用。從低溫非晶硅薄膜晶體管到高溫多晶硅薄膜晶體管，技術(shù)越來越成熟，應(yīng)用對(duì)象也從只能驅(qū)動(dòng)液晶顯示器件(Liquid Crystal Display，簡(jiǎn)稱LCD)發(fā)展到既可以驅(qū)動(dòng)LCD又可以驅(qū)動(dòng)有機(jī)發(fā)光顯示器(Organic Light Emitting Display，簡(jiǎn)稱OLED)，甚至電子紙。薄膜晶體管(簡(jiǎn)稱TFT)已經(jīng)成為平板顯示行業(yè)的核心部件，每臺(tái)顯示器都集成了數(shù)百萬甚至上億個(gè)TFT器件。目前研究與應(yīng)用最多的金屬氧化物材料為ZnO、SnO₂和In₂O₃體系(Nature,432488,2004；Nature Materials,10382,2011)。然而，這些氧化物材料均為n型半導(dǎo)體，極大的限制了互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,簡(jiǎn)稱CMOS)器件和數(shù)字集成電路的發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)高共模輸入范圍和高輸出電壓擺幅的CMOS器件，有機(jī)TFT通常被用作其中的p型單元器件(Advanced Materials22 3598,2010)。但是有機(jī)TFT的低遷移率和環(huán)境不穩(wěn)定性仍然是目前難以攻克的難關(guān)。基于上述原因，發(fā)展p型金屬氧化物材料及其TFT器件對(duì)于大規(guī)模CMOS集成電路的發(fā)展具有重要的意義。

目前，用作TFT器件溝道層的p型金屬氧化物主要以二元為主，一般為CuO、Cu₂O、NiO、SnO等金屬氧化物，但由于二元p型金屬氧化物非常有限，對(duì)p型材料的探索已逐步拓展到三元。二元p型金屬氧化物是指包括兩種元素，一種為氧元素，另一種為金屬元素，以空穴作為載流子傳導(dǎo)電荷的一類金屬氧化物；三元p型金屬氧化物則包含三種元素，如CuCrO₂、CuAlO₂、CuGaO₂等。三元p型金屬氧化物主要應(yīng)用于太陽(yáng)能電池的窗口層、平板顯示器、低輻射窗、觸摸屏、飛機(jī)和冰箱的除霜窗口、氣體傳感器、抗靜電涂料的制備，鮮有研究記載將三元p型金屬氧化物用作TFT溝道層；此外，三元p型金屬氧化物的制備大多基于真空沉積方法，如磁控濺射、脈沖激光沉積、熱蒸發(fā)等，這類真空制備工藝需要依托昂貴的設(shè)備且難以實(shí)現(xiàn)大面積成膜，制約了低成本電子器件的生產(chǎn)；考慮到將來電子器件發(fā)展的新方向─“印刷電子器件”，因此，研究低成本大規(guī)模制備三元p型金屬氧化物作為TFT溝道層的方法是推動(dòng)透明電子學(xué)發(fā)展應(yīng)用的關(guān)鍵，目前，尚無關(guān)于溶液法制備三元p型金屬氧化物薄膜晶體管的方法的研究記載。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，尋求設(shè)計(jì)一種溶液法制備三元p型金屬氧化物薄膜晶體管的方法，解決傳統(tǒng)TFT器件載流子遷移率低，制備成本昂貴，反應(yīng)條件苛刻的難題，實(shí)現(xiàn)低成本制備高性能低能耗的三元p型金屬氧化物薄膜晶體管，制得的產(chǎn)物為Ni/CuCrO₂/SiO₂/Si結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的溶液法制備三元p型金屬氧化物薄膜晶體管的方法，采用“兩步退火”技術(shù)和溶膠凝膠技術(shù)制備三元p型CuCrO₂半導(dǎo)體薄膜作為溝道層，用低阻硅作為襯底，用致密的SiO₂作為柵介電層，制備成三元p型金屬氧化物薄膜晶體管，具體工藝步驟為：

(1)清洗襯底：首先選取電阻率為0.0015Ω·cm的低阻硅作為襯底，并依次用丙酮和無水乙醇超聲波清洗襯底各5-15分鐘，用去離子水沖洗3-5次，再用純度為99.99％的氮?dú)獯蹈蓚溆茫?/p>

(2)熱氧化法制備SiO₂柵介電層的制備：接著將切好的厚度為200-800微米的硅片放入管式爐內(nèi)，800-1200℃條件下退火20-200分鐘，制得均勻致密的SiO₂柵介電層薄膜成品，完成柵介電層薄膜的制備；