[發明專利]高介電常數柵介質層的柔性薄膜晶體管及其制造方法

在審

• 申請號: 201811621372.0
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109698241A
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 秦國軒;裴智慧
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L21/336
• 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

本發明涉及柔性器件領域，為提出柔性材料晶體管。本發明，高介電常數柵介質層的柔性薄膜晶體管，PET柔性材料襯底上通過磁控濺射的方式形成有氧化銦錫ITO底柵電極以及鋯鈦酸鋇BZT柵介質膜，BZT柵介質層上部是一層單晶硅薄膜，這層單晶硅薄膜的來源是SOI的硅薄膜，通過在SOI的頂層硅上進行光刻工藝形成摻雜區圖案，通過離子注入和退火的工藝形成兩處摻雜區，再在頂層硅上通過光刻和反應離子刻蝕RIE的方式形成方孔層,在氫氟酸中進行濕法腐蝕，去掉中間的SiO₂,最后通過光刻以及真空電子束蒸鍍的方式在兩處摻雜區分別形成有源漏電極。本發明主要應用于柔性材料晶體管設計制造。

技術領域

本發明涉及柔性器件領域，具體涉及到一種基于硅納米膜的高介電常數柵介質層的底柵薄膜晶體管的結構設計以及制備方法。

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。如印刷射頻識別標簽(RFID)、電子用表面粘貼、有機發光二極管OLED、柔性電子顯示器等。與傳統集成電路(IC)技術一樣，柔性電子技術發展的主要驅動力是制造工藝和裝備。在更大幅面的基板上以更低的成本制造出特征尺寸更小的柔性電子器件成為了制造的關鍵。本發明采用一種基于硅納米膜制備的新型工藝，采用磁控濺射形成底柵電極，光刻后離子刻蝕以及氫氟酸(HF)濕法刻蝕的技術，將絕緣體上硅(SOI)上的硅納米膜剝離以及轉移到柔性可彎曲聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)襯底上，隨后通過光刻和真空電子束蒸鍍技術形成金屬源漏電極，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，本發明旨在提出柔性材料晶體管。為此，本發明采取的技術方案是，高介電常數柵介質層的柔性薄膜晶體管，PET柔性材料襯底上通過磁控濺射的方式形成有氧化銦錫ITO底柵電極以及鋯鈦酸鋇BZT柵介質膜，BZT柵介質層上部是一層單晶硅薄膜，這層單晶硅薄膜的來源是SOI的硅薄膜，所謂SOI，是中間層為二氧化硅SiO₂,上下層為硅的三層結構，通過在SOI的頂層硅上進行光刻工藝形成摻雜區圖案，通過離子注入和退火的工藝形成兩處摻雜區，再在頂層硅上通過光刻和反應離子刻蝕RIE的方式形成方孔層,在氫氟酸中進行濕法腐蝕，去掉中間的SiO₂,最后通過光刻以及真空電子束蒸鍍的方式在兩處摻雜區分別形成有源漏電極。

高介電常數柵介質層的柔性薄膜晶體管制造方法，步驟如下：

a、選用PET柔性材料作為襯底，首先將PET放進盛有丙酮溶液的燒杯中，然后在超聲波清洗器中清洗5分鐘，隨后使用異丙醇溶液將用丙酮清洗過的PET在超聲波清洗器中將丙酮清洗干凈，得到較為清潔的襯底。

b、采用磁控濺射在PET襯底上鍍200nm厚ITO膜以及100nm厚BZT底部介質柵層膜。

c、選用SOI材料，在超聲波清洗器中采用丙酮進行清洗，隨后采用異丙醇洗凈丙酮殘留物，吹干SOI。

d、在SOI表面涂上1813正型光刻膠，并使用勻膠機，設置轉速為4000rpm，轉動時間為30s，將光刻膠甩均勻，隨后使用光刻機以及制作好的掩膜版進行光刻形成特定的摻雜區圖案，隨后采用離子注入的方式進行N型注入，參數為注入能量為40Kev，劑量為4*1015cm-2，產生源漏摻雜區，在750℃的溫度條件下，快速熱退火10s之后，在丙酮溶液中除去光刻膠。

e、按照掩膜版上做好的標記，將源漏摻雜區與掩膜板上間距5um排列的正方形孔層進行對準光刻，顯影后在SOI上形成間距5um排列的正方形小孔層，隨后采用離子刻蝕的方式將正方形小孔上的硅去除。

f、在3:1的氫氟酸(HF)溶液中，放入之前做好的SOI，兩小時后SOI上的埋氧層將被腐蝕干凈，隨后硅納米膜層將脫落，將硅納米膜層轉移到已經鍍好ITO和柵介質層的柔性PET襯底之上，烘干。