[發明專利]一種高性能薄膜晶體管的近室溫制備工藝及應用

有效

• 申請號: 201810778756.7
• 申請日: 2018-07-16
• 公開（公告）號: CN109148594B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 丁士進;邵龑;劉文軍;張衛
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L21/285;H01L21/34
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 周乃鑫

本發明公開了一種高性能薄膜晶體管的近室溫制備工藝及應用，該工藝包含：步驟1，將導電襯底放入原子層沉積反應腔中，抽真空；步驟2，在20~40℃下，沉積生長Al2O3；步驟3，將步驟2所得器件放入磁控濺射沉積腔中，抽真空；步驟4，在20~40℃下，生長IGZO溝道層；步驟5，對步驟4所得的器件進行紫外曝光、刻蝕形成溝道；步驟6，進行第二次光刻，蒸鍍源漏電極，去光刻膠，無需進行退火處理，得到底柵型高性能薄膜晶體管。本發明提供了高性能薄膜晶體管的近室溫制備工藝，并且該薄膜晶體管具有對不同波長光的響應能力可用于柔性電子、光電探測、生物電子等領域。

技術領域

本發明屬于半導體器件領域，具體涉及一種高性能薄膜晶體管的近室溫制備工藝及其應用。

背景技術

近年來，柔性電子技術因其柔韌性出色，輕便易攜，工藝成本低廉，可大面積制造等特點受到人們的廣泛關注，在柔性顯示、智能穿戴、醫療電子等信息領域顯示出巨大的應用潛力。而如何將薄膜晶體管(Thin film transistor,TFT)器件直接制作到柔性襯底上成為該項技術的關鍵。這就要求在制備TFT器件的過程中，盡量降低制作工藝的溫度。而其主要的技術難點在于，如何在低溫條件下獲得高質量的柵介質層薄膜。

磁控濺射或者溶液法制備的柵介質薄膜往往受到漏電流大、界面態密度高等問題的困擾。因此為提高其薄膜質量，通常需要在300℃條件下進行退火。這使得它們無法與柔性塑料襯底兼容。

等離子體增強化學氣相沉積(Plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)技術可以在90℃的條件下制備柵介質薄膜，但由于其反應速率快，薄膜的厚度難以精確控制，且生長出來的薄膜同樣需要退火來進行優化。金屬陽極氧化工藝可以在近室溫的條件下進行，但是該工藝必須首先在襯底上生長一層較厚的金屬薄膜，因此工藝相對復雜，且無法用于制備全透明的器件。

因此，尋找一種能夠在近室溫條件下生長、無需進行后續退火的柵介質材料，并實現透明柔性高性能薄膜晶體管制備的方法仍然是一個難題。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種高性能薄膜晶體管的近室溫制備工藝，能夠在近室溫條件下生長柵介質，無需對所制備的器件進行后續退火處理，可以滿足柔性和生物兼容的薄膜晶體管的制備工藝，并在光感應探測領域具有很好的應用價值。

為達到上述目的，本發明提供了一種高性能薄膜晶體管的近室溫制備工藝，其包含以下步驟：

步驟1，將導電襯底放入原子層沉積(ALD)反應腔中，然后進行抽真空；

步驟2，在20～40℃下，沉積生長Al₂O₃作為柵介質層；

步驟3，將步驟2所得器件放入磁控濺射沉積腔，并抽真空

步驟4，在20～40℃下，使用磁控濺射生長IGZO溝道層；

步驟5，對步驟4所得的器件進行紫外曝光、刻蝕，形成溝道圖形；

步驟6，對步驟5所得的器件進行第二次光刻，蒸鍍源漏電極，去光刻膠，無需進行退火處理，得到底柵型高性能薄膜晶體管。

較佳地，在步驟1中，導電襯底選擇重摻雜的Si(電阻率0.0015Ω/cm)、AZO/玻璃(該“AZO/玻璃”的含義是在玻璃上沉積AZO薄膜制作出來的導電玻璃襯底)、ITO/玻璃、AZO/塑料、ITO/塑料中的任意一種。

較佳地，步驟2中，沉積生長Al₂O₃所使用的氧化劑為氧氣等離子體。

較佳地，步驟2中，采用原子層沉積技術生長Al₂O₃，其一個循環周期由0.1s～2s三甲基鋁脈沖，10～30s氮氣吹掃，0.1～10s氧氣等離子體脈沖，10～30s氮氣吹掃構成。