[發明專利]柔性襯底上硅納米膜轉數字邏輯反相器及其制作方法

在審

• 申請號: 201710843421.4
• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN107634054A
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 秦國軒;張一波;趙政;王亞楠;黨孟嬌
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02;H01L27/12;H01L21/84
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明屬于柔性數字電路設計與新型工藝制備領域，涉及到一種聚對苯二甲酸乙二醇酯Polyethylene terephthalate(PET)塑料襯底的數字邏輯電路反相器的設計以及制備工藝，具體講,涉及柔性襯底上的基于硅納米膜轉移技術的數字邏輯反相器。

背景技術

柔性電子是將有機、無機材料電子器件制作在柔性、可延性塑料或薄金屬基板上的新興電子科技，在信息、能源、醫療、國防等領域都具有廣泛應用。如印刷射頻身份識別(RFID)、電子用表面粘貼、有機發光二極管屏幕(OLED)、柔性電子顯示器等。本發明采用一種新型工藝，通過Advanced Design system(ADS)仿真軟件得到柔性數字反相器的關鍵參數設計，隨后繪制掩膜版采用新型柔性電子制備工藝，通過硅納米膜轉移技術在柔性襯底上制備基本的數字邏輯電路組成單元——反相器，將來有望在可穿戴電子，大規模柔性集成電路等方面取得廣泛應用。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明旨在設計并制備一種基于柔性PET襯底的數字反相器，采用磁控濺射的低溫工藝，以及與傳統CMOS工藝相兼容的新型柔性電子設計生產工藝，在柔性襯底上制備基本的數字電路反相器。此外，還實現降低生產成本，使得柔性反相器在大規模集成電路中的應用提供可能。本發明采用的技術方案是，柔性襯底上硅納米膜轉數字邏輯反相器，由PET柔性基底、轉移硅納米膜、轉移硅納米膜上集成的PMOS管與NMOS管以及射頻電感互聯組成，位于頂部的PMOS管的漏極連接高電位，底部NMOS管源極連接低電位，以兩個MOS管的共有柵極作為電路的輸入端，PMOS管的源極作為電路的輸出端，當輸入電壓為高電平時，NMOS管打開，PMOS管截止，輸出為NMOS管底部連接的低電位，當輸入電壓為低電平時，PMOS管打開，NMOS管截止，輸出電壓為PMOS管相連的高電平，從而實現數字電路輸入與輸出電壓之間的高低電平轉換。

柔性襯底上硅納米膜轉數字邏輯反相器制作方法，步驟如下：

a、設計出邏輯反相器的基本原理圖，采用PMOS管和NMOS管的互連設計，兩個MOS管的柵極端最為輸入端，PMOS管的漏區作為反相器的高電平端，源極作為反相器的輸出端，在輸出端接入電感作為濾波耦合電感，完成連線與設計，初始化MOS管的基本長寬參數；

b、添加優化控件，設置反相器的優化參數，對輸入輸出電壓參數進行優化，對器件進行工作約束；

c、以器件的寬長比作為優化參數，進行仿真，得到的輸入輸出曲線與與目標設定進行對比，多次優化以后得到最優結果，確定兩個MOS管的最佳寬長比；

d、根據得到的電路結構參數繪制掩膜版，分別制作處N阱區，P阱區，離子注入區，孔層區，頂部金屬層以及柔性電感金屬區；

e、使用丙酮和異丙醇在超聲中清洗絕緣體上硅材料SOI，隨后在完成磁控濺射的襯底上進行勻膠，1813正性光刻膠，勻膠速率為4K轉速，30s時間，115°，3分鐘前烘,進行光刻工藝，形成N阱區，進行離子注入，隨后在退火爐中進行850°，30min的高溫熱退火工藝；

f、將退火后的SOI進行光刻工藝，形成N阱區內的離子注入區，完成離子注入，形成PMOS管摻雜區的設計；

g、對SOI進行對準光刻，完成NOS管摻雜區的圖案，隨后進行離子注入形成NMOS管并對SOI進行高溫熱退火；

h、勻膠光刻形成頂層50um乘以50um的孔層結構，隨后反應離子刻蝕系統RIE中采用反應離子刻蝕的技術將頂層硅進行刻蝕；

i、將SOI放入氫氟酸HF中，HF通過頂層刻蝕的硅孔結構將SOI中間的二氧化硅埋氧層進行刻蝕，只留下頂層硅納米膜以及底層硅襯底結構；

j、隨后，采用二甲基硅油PDMS轉移的方式將SOI頂層納米膜轉移到柔性PET襯底上，進行光刻，以及磁控濺射形成二氧化硅介質層；

k、最后，進行光刻工藝，形成柵極以及源漏區的金屬層，最后采用金屬蒸發的工藝形成500nm厚的金電極金屬層，去膠以后完成柔性反相器的制備。

本發明的特點及有益效果是：

本發明能夠實現數字電路輸入與輸出電壓之間的高低電平轉換，構成反相器的基本工作原理，而在柔性PET襯底上制備的反相器則可以實現多個彎曲態下的正常工作，對于智能穿戴設計，人工電子皮膚等等研究具有重要的研究意義。

附圖說明：

附圖1為柔性數字邏輯反相器的平面結構圖，附圖2為反相器的工作原理圖以及附圖3反相器的俯視結構圖。