[發明專利]多層材料異質柵介質層柔性硅薄膜晶體管及其制造方法

有效

• 申請號: 201910688302.5
• 申請日: 2019-07-29
• 公開（公告）號: CN110459605A
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 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: H01L29/423
• 分類號: H01L29/423;H01L21/336;H01L29/786
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 劉國威<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及柔性器件領域，為在較為簡便的工藝中設計并制備底部驅動的柔性薄膜晶體管，極大豐富晶體管作為電路元器件的用處，使得該柔性器件在大規模集成電路和光電器件的應用提供可能，本發明，多層材料異質柵介質層柔性硅薄膜晶體管及其制造方法，采用磁控濺射工藝在柔性、可延性塑料或薄金屬基板襯底上形成氧化銦錫ITO底柵電極以及TATAT柵介質膜，隨后在SOI上形成摻雜區，采用光刻以及離子刻蝕的方式形成方孔層，采用濕法HF刻蝕的方式形成硅納米膜層，通過轉移技術將硅納米薄膜轉移到PET襯底上，最后通過光刻以及真空電子束蒸鍍的方式在硅納米薄膜摻雜區上形成源漏電極。本發明主要應用于柔性器件設計制造場合。

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多層材料作為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HF濕法刻蝕的技術，將SOI上的硅納米膜剝離以及轉移到柔性可彎曲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，本發明旨在設計并制備一種基于柔性PET襯底的多層材料作為柵介質層的底柵結構晶體管，采用磁控濺射的低溫工藝，在較為簡便的工藝中設計并制備底部驅動的柔性薄膜晶體管，極大豐富晶體管作為電路元器件的用處，使得該柔性器件在大規模集成電路和光電器件的應用提供可能。為此，本發明采取的技術方案是，多層材料異質柵介質層柔性硅薄膜晶體管制造方法，采用磁控濺射工藝在柔性、可延性塑料或薄金屬基板襯底上形成氧化銦錫ITO底柵電極以及TATAT柵介質膜，TATAT柵介質膜為TiO₂/Al₂O₃/TiO₂/Al₂O₃/TiO₂，隨后在SOI上采用光刻工藝形成摻雜區圖案以及離子注入的方式形成摻雜區，采用光刻以及離子刻蝕的方式形成方孔層，采用濕法HF刻蝕的方式形成硅納米膜層，通過轉移技術將硅納米薄膜轉移到PET襯底上，最后通過光刻以及真空電子束蒸鍍的方式在硅納米薄膜摻雜區上形成源漏電極，這樣就完成了晶體管的制備。

具體步驟細化如下：

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50nm厚TATAT，每層均為10nm，作為底部介質柵層膜；

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；