0-60Watt，清洗時(shí)間為20-200S，工作氣體的通入量為20-50SCCM。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，一是采用水性溶膠方法制備新型Sc2O3高k柵介電材料，為基于高k介電材料的電子元器件提供新的選擇；二是制得的Sc2O3高k柵介電層的物理厚度小于20nm，其同時(shí)具有的低漏電流、大電容密度可滿(mǎn)足微電子集成化對(duì)于器件尺寸的需求；Sc203薄膜本身具有的高透過(guò)率(可見(jiàn)光波段>90% )，符合透明電子器件對(duì)材料自身的要求；制得的Sc2O3薄膜為非晶態(tài)，可實(shí)現(xiàn)薄膜大面積、均一制備；三是Sc 203薄膜采用水性溶膠工藝制備得到，以硝酸鈧鹽和去離子水作為反應(yīng)源，其過(guò)程廉價(jià)、綠色環(huán)保，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略；四是薄膜晶體管中的IZO半導(dǎo)體溝道層及Sc2O3介電層均利用水性溶膠方法制備，制備過(guò)程不需要高真空環(huán)境，在空氣中即可進(jìn)行，降低生產(chǎn)成本；同時(shí)由于去離子水沒(méi)有腐蝕性，當(dāng)旋涂到Sc2O3柵介電層上時(shí)，不會(huì)侵蝕Sc 203表面，利于形成更加清晰的界面；其總體實(shí)施方案成本低，工藝簡(jiǎn)單，原理可靠，產(chǎn)品性能好，制備環(huán)境友好，應(yīng)用前景廣闊，可大面積制備高性能薄膜晶體管。
【附圖說(shuō)明】
:
[0014]圖1為本發(fā)明制備的基于高kSc2O3介電層的全水性薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明涉及的水性Sc2O3高k介電層的漏電流測(cè)試曲線(xiàn)圖。
[0016]圖3為本發(fā)明涉及的水性Sc2O3高k介電層的電容測(cè)試曲線(xiàn)圖。
[0017]圖4為本發(fā)明制備的全水性IZ0/Sc203薄膜晶體管的輸出特性曲線(xiàn)圖，其中柵極偏壓 Vgs= 1.5V。
[0018]圖5為本發(fā)明制備的全水性IZ0/Sc203薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)圖，其中源漏電壓 Vds= 1.5V。
[0019]圖6為本發(fā)明制備的全水性IZ0/Sc203薄膜晶體管的偏壓穩(wěn)定性特性曲線(xiàn)圖，其中源漏電壓Vds= 1.5V。
【具體實(shí)施方式】
:
[0020]下面通過(guò)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0021]實(shí)施例:
[0022]本實(shí)施例中涉及的硝酸鈧、硝酸鋅和硝酸銦粉末均購(gòu)于Aldrich公司，純度大于98%;其底柵結(jié)構(gòu)以超薄氧化鈧(Sc2O3)為高k介電層和以氧化銦鋅(IZO)薄膜為溝道層的全水性薄膜晶體管的制備過(guò)程為:
[0023](I)采用水性溶膠方法旋涂制備超薄Sc2O3高k介電薄膜:
[0024]步驟1:選用商業(yè)購(gòu)買(mǎi)的單面拋光低阻硅作為襯底(電阻值小于0.0015 Ω -cm)和柵電極，對(duì)低阻硅襯底依次用氫氟酸、丙酮、酒精超聲波清洗襯底各10分鐘，再用去離子水反復(fù)沖洗后，高純氮?dú)獯蹈桑?br>[0025]步驟2:稱(chēng)量去離子水10mL，將硝酸鈧按照0.15M溶于水溶液中，混合后在磁力攪拌的作用下室溫?cái)嚢?.5小時(shí)形成澄清、無(wú)色透明的Sc2O3前驅(qū)體液體；
[0026]步驟3:將潔凈的低阻硅襯底放入等離子體清洗腔內(nèi)，待腔室抽真空至0.5Pa后通入高純(99.99%)氧氣，控制其功率為30Watt，清洗時(shí)間為120s，工作時(shí)氧氣的通入量為30SCCM ；
[0027]步驟4:制備Sc2O3樣品:將步驟2中配制的前驅(qū)體溶液旋涂在清洗過(guò)的低阻硅襯底上，旋涂次數(shù)為2次，旋涂前驅(qū)體溶液時(shí)勻膠機(jī)的參數(shù)設(shè)置為:先在500轉(zhuǎn)/分勻膠5秒，然后在5000轉(zhuǎn)/分勻膠20秒；旋涂結(jié)束后，將樣品放到烤膠臺(tái)上150°C烘焙lOmin，將固化處理后的Sc2O3樣品放入馬弗爐中低溫退火處理，退火溫度為350°C，退火時(shí)間I小時(shí)，得到Sc2O3薄膜樣品；
[0028](2)利用水性溶膠方法旋涂制備IZO溝道層:
[0029]步驟1:將硝酸銦和硝酸鋅粉末分別溶于蒸餾水中，In3+:Zn2+= 7:3，金屬陽(yáng)離子總濃度為0.2M ;稱(chēng)量蒸餾水10mL，分別稱(chēng)取硝酸銦、硝酸鋅為0.42g、0.18g，混合后在磁力攪拌的作用下室溫?cái)嚢?.5小時(shí)形成澄清、無(wú)色透明的IZO水性溶液；
[0030]步驟2:制備IZO溝道層:將步驟I中配制的IZO水性溶液旋涂在等離子體處理過(guò)的Sc2O3薄膜樣品上，旋涂時(shí)勻膠機(jī)的參數(shù)設(shè)置為:5000轉(zhuǎn)/分勻膠20秒，旋涂結(jié)束后，將薄膜樣品放入馬弗爐中低溫退火處理，退火溫度為300°C，退火時(shí)間后2小時(shí)；
[0031](3)采用真空熱蒸發(fā)法制備源、漏金屬電極:
[0032]通過(guò)熱蒸發(fā)的方式，在IZO溝道層上用寬長(zhǎng)比為1000/250 μ m的不銹鋼掩膜版制備10nm厚的金屬Al作為源、漏電極，熱蒸發(fā)電流為40A，制備得到Al/IZ0/Sc203/Si結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管；
[0033](4)對(duì)制成的Al/IZ0/Sc203/Si結(jié)構(gòu)(圖1)的薄膜晶體管進(jìn)行測(cè)試；得到的水性Sc2O3介電層的漏電流測(cè)試及電容測(cè)試曲線(xiàn)分別如圖2、圖3所示；制得的薄膜晶體管輸出特性曲線(xiàn)如圖4所示；制備的薄膜晶體管對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)如圖5所示；制備的薄膜晶體管的偏壓穩(wěn)定性特性曲線(xiàn)如圖6所示；圖2、圖4、圖5、圖6曲線(xiàn)由吉時(shí)利2634B半導(dǎo)體源表測(cè)試得到；圖3曲線(xiàn)由安捷倫4294A測(cè)試得到。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于氧化鈧高k介電層薄膜晶體管的制備方法，其特征在于具體工藝包括以下步驟: (1)、Sc2O3前驅(qū)體溶液的制備:先將硝酸鈧Sc(NO 3)3.H2O溶于去離子水中，在20-90°C下磁力攪拌1-24小時(shí)形成澄清透明的Sc2O3前驅(qū)體溶液，其中Sc 203前驅(qū)體溶液的濃度為0.01-0.5mol/L ； (2)、Sc2O3薄膜樣品的制備:采用等離子體清洗方法清洗低阻硅襯底表面，在清洗后的低阻硅襯底上采用常規(guī)的旋涂技術(shù)旋涂步驟(I)配制的Sc2O3前驅(qū)體溶液，先在400-600轉(zhuǎn)/分下勻膠4-8秒，再在3000-6000轉(zhuǎn)/分下勻膠15-30秒，旋涂次數(shù)為1_3次，每次旋涂厚度5-10nm ;將旋涂后的薄膜放到烤膠臺(tái)上控溫100-200°C進(jìn)行烘焙，得固化薄膜樣品；再將烘焙后的固化薄膜樣品在控制溫度為200-600°C條件下退火1-3小時(shí)，實(shí)現(xiàn)脫羥基作用及金屬氧化物致密化，得到Sc2O3薄膜樣品； (3)、IZO溝道層的制備:將硝酸鋅Zn(NO3) 2和硝酸銦In (NO 3) 3分別溶于去離子中，在室溫下攪拌1-24小時(shí)形成澄清透明的濃度為0.01-0.5mol/L的IZO水性溶液，其中水性溶液中In3+:Zn2+為1-9:1 ;然后在步驟(2)得到的Sc 203薄膜樣品表面利用旋涂技術(shù)旋涂IZO水性溶液，先在400-600轉(zhuǎn)/分下勻膠4-8秒，再在2000-5000轉(zhuǎn)/分下勻膠15-30秒，旋涂次數(shù)為1-3次，每次旋涂厚度5-10nm ;將旋涂后的薄膜樣品放到120_150°C烤膠臺(tái)進(jìn)行固化處理后再放入馬弗爐中進(jìn)行200-300°C低溫退火處理1-5小時(shí)，即制備得到IZO溝道層； (4)、源、漏電極的制備:利用常規(guī)的真空熱蒸發(fā)法利用不銹鋼掩膜版在IZO溝道層上面制備金屬源、漏電極，即得到基于超薄Sc2O3高k介電層的全水性IZO薄膜晶體管；所制備的薄膜晶體管的電極溝道長(zhǎng)寬比為1:4-20，熱蒸發(fā)電流為30-50A;制得的源、漏電極為金屬Al、Ti或Ni電極，電極厚度為50-200nmo2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化鈧高k介電層薄膜晶體管的制備方法，其特征在于所述步驟(I)中涉及的去離子水的電阻率>18ΜΩ._;步驟(2)中涉及的等離子體清洗法采用氧氣或氬氣作為清洗氣體，其功率為20-60Watt，清洗時(shí)間為20-200S，工作氣體的通入量為 20-50SCCM。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于半導(dǎo)體薄膜晶體管制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于氧化鈧高k介電層薄膜晶體管的制備方法；先將硝酸鈧?cè)苡谌ルx子水中并攪拌形成前驅(qū)體溶液后旋凃于清洗過(guò)的低阻硅襯底表面，旋涂厚度5-10nm，再將旋涂產(chǎn)生的薄膜烘焙和退火得到Sc2O3薄膜樣品，然后將硝酸鋅和硝酸銦分別溶于去離子中并攪拌形成IZO水性溶液后旋涂于Sc2O3薄膜樣品表面，再將旋涂后的薄膜樣品固化處理后低溫退火，得到IZO溝道層；最后采用真空熱蒸發(fā)法利用不銹鋼掩膜版在IZO溝道層上制備金屬源、漏電極，即得到薄膜晶體管；其總體實(shí)施方案成本低，工藝簡(jiǎn)單，原理可靠，產(chǎn)品性能好，制備環(huán)境友好，應(yīng)用前景廣闊，可大面積制備高性能薄膜晶體管。
【IPC分類(lèi)】H01L21/28, H01L21/336
【公開(kāi)號(hào)】CN104934327
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510260595
【發(fā)明人】單福凱, 劉奧, 劉國(guó)俠
【申請(qǐng)人】青島大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年5月20日