本发明专利技术属于半导体薄膜晶体管制备技术领域，涉及一种基于超薄氧化锂高k介电层薄膜晶体管的制备方法，选用低阻硅作为基底和栅电极，采用热退火的方式制备超薄Li2O栅介电层和高透过率、化学稳定性良好的In2O3半导体沟道层，进一步制备高性能、低能耗的TFT器件；其工艺简单，原理可靠，低成本，能耗少，制备的产品性能好，应用前景广阔，为大面积制备高性能的薄膜晶体管提供可行性方案。
【技术实现步骤摘要】
:本专利技术属于半导体薄膜晶体管制备
，涉及，特别是一种以超薄氧化锂(Li2O)为高介电常数(k)介电层，以氧化铟(In2O3)为半导体沟道层的薄膜晶体管的制备方法。
技术介绍
:近年来，薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)在有源矩阵驱动液晶显示器件(Active Matrix Liquid Crystal Display,AMIXD)中发挥了重要作用。薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)是多数液晶显示器的一种，它使用薄膜晶体管技术改善影象品质，虽然TFT-1XD被统称为IXD，不过它是种主动式矩阵IXD，被应用在电视、平面显示器及投影机上。从低温非晶硅TFT到高温多晶硅TFT，技术越来越成熟，应用对象也从只能驱动LCD(LiquidCrystal Display)发展到既可以驱动LCD又可以驱动0LED(0rganic Light EmittingDisplay)、甚至电子纸。TFT在过去的十多年中已经成为平板显示行业的核心部件，每台显示器都集成了数百万甚至上亿个TFT器件，随着大规模集成电路的发展，作为硅基集成电路核心器件的TFT的特征尺寸一直不断减小，其减小规律遵循摩尔定律，这种缩减的结果不仅可以增加器件密度，降低单位成本，更重要的是其每次开关操作所消耗的功率也随之减少(IBM Journal of Research and Development ,43245，1999)。当超大规模集成电路的特征尺寸小于0.Ιμπι时，二氧化娃(Si02)介电层的厚度必须小于1.5nm，因此很难控制Si02薄膜的针孔密度，从而导致较大的漏电流。研究表明S12厚度由3.5nm减至1.5nm时栅极漏电流由10—12A/cm2增大到 10A/cm2(IEEE Electron Device Letters，18209，1997)，较大的漏电流会引起高功耗及相应的散热问题，这对于器件集成度、可靠性和寿命都造成不利的影响。目前，在集成电路工艺中广泛采用高介电常数(高k)栅介电来增大电容密度和减少栅极漏电流，高k材料因其大的介电常数，在与S12具有相同等效栅氧化层厚度(EOT)的情况下，其实际厚度比S12大的多，从而解决了 S12因接近物理厚度极限而产生的量子遂穿效应(Journal of Applied Physics，895243，2001)。因此制备新型、高性能高k材料替代SiC>2成为实现大规模集成电路的首要任务。由于TFT器件是薄膜型结构，其栅介电层的介电常数、致密性和厚度对晶体管的电学性能有重要的影响O目前成为研究热点的高k介电材料包括AT0(Advanced Materials ,242945，2012)、Al203(Nature，489128，2012)、HfO2( Journal of Materials Chemistry,2217415,2012)和Y2O3Upplied Physics Letters,98123503,2011)等。现有技术中制备多种介电材料(Al2O3、Hf O2、Y2O3、Sc2O3、ZrO2等)及其TFT器件，但未发现有溶胶凝胶Li2O薄膜和基于Li2O高k介电层的TFT器件的相关报告和公开使用。Li2O具有较大的介电常数(6-9)和较大的禁带宽度(6-7)，因此Li2O有望成为下一代TFT高k栅介电材料的有力候选者。迄今为止，薄膜大多采用的制备大多采用真空制备技术，例如分子束外延、化学气相沉积、电子束蒸发、磁控溅射等，这类高真空技术需要依托昂贵的设备且难以实现大面积成膜，制约了低成本电子器件的生产，考虑到将来电子器件发展的新方向一印刷电子器件，利用化学溶液技术制备薄膜将是一个更好的选择，化学溶液技术在超细粉末、薄膜涂层、纤维等材料的制备工艺中受到广泛应用，它具有其独特的优点:其反应中各组分的混合在分子间进行，因而产物的粒径小、均匀性高;反应过程易于控制，可得到一些用其他方法难以得到的产物。目前，采用氧化铟(In2O3)、氧化物铟锌氧(InZnO)和铟镓锌氧(InGaZnO)材料作为薄膜晶体管沟道层的制备和应用技术已有公开文献，美、日、韩等国做了大量研究。In2O3凭借其高迀移率、非晶态、高透过率(可见光>80%)成为半导体沟道层材料的有力候选者。我们通过相关专利、文献的查阅，发现没有溶胶凝胶Li2O薄膜的相关报道，基于Li2O高k介电层的TFT器件无人涉足。经测试，利用上述材料工艺制备的In203/Li20 TFT器件不仅具有较高的载流子迀移率，而且具有极低的操作电压，其作为AMLCD的像素开关，将大大提高有源矩阵的开口率，提高亮度，同时降低功耗;另外其全溶液制备工艺不依赖昂贵的真空镀膜设备，使得制作成本进一步降低，这些优点使其在未来的低能耗电子显示领域有很广阔的潜在市场。
技术实现思路
:本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计和提供，选用低阻硅作为基底和栅电极，采用热退火的方式制备超薄Li20(?1nm)栅介电层和高透过率、化学稳定性良好的Ιη2θ3半导体沟道层，进一步制备高性能、低能耗的TFT器件。为了实现上述目的，本专利技术具体包括以下工艺步骤:(I)、Li20前驱体溶液的制备:将硝酸锂(LiNO3)溶于乙二醇甲醚中，在常温下磁力搅拌1-24小时形成澄清透明浓度为0.01-0.5mol/L的Li2O前驱体溶液；(2)、Li2O薄膜样品的制备:采用等离子体清洗方法清洗低阻硅衬底表面，在清洗后的低阻硅衬底上采用常规的旋涂技术旋涂步骤(I)配制的Li2O前驱体溶液，先在400-600转/分下匀胶4-8秒，再在3000-6000转/分下匀胶15-30秒，旋涂次数为1-3次，每次旋涂厚度为5-10nm;将旋涂后的低阻硅衬底放到烤胶台上在100-200°C下进行烘焙得到固化后的实验样品；然后将固化后的实验样品在200-600°C温度下退火1-3小时，实现脱羟基作用和金属氧化物致密化的过程，得到Li2O薄膜样品；(3)、In2O3沟道层的制备:将硝酸铟In(NO3)3溶于去离子水中，在室温下搅拌1-24小时形成澄清透明的浓度为0.01-0.5mol/L的In2O3水溶液;然后在步骤(2)得到的Li2O薄膜样品表面利用旋涂技术旋涂In2O3水溶液得到旋涂后的薄膜样品，先在400-600转/分下匀胶4-8秒，再在2000-5000转/分下匀胶15-30秒，旋涂次数为1-3次，每次旋涂厚度为5_10nm;将旋涂后的薄膜样品放到120-150°C烤胶台进行固化处理后放入马弗炉中进行200-300°C低温退火处理1-5小时，制备得到In2O3沟道层；(4)、源、漏电极的制备:利用常规的真空热蒸发法采用不锈钢掩膜版在In2O3沟道层上面制备金属源、漏电极，得到基于超薄Li2O高k介电层的In2O3薄膜晶体管。本专利技术的步骤(I)中涉及的去离子水电阻率>18ΜΩ.Cm。本专利技术的步骤(2)中涉及的等离子体清洗法采用氧气或氩气作为清洗气体，工作功率为20-60Watt，清洗时间为20-200s，工作气体的通入量为20-50SCCM。本专利技术步骤(4)制备的基于超薄Li2O高k介电层的In2O3薄膜晶体管的电极沟道长宽比为1:本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于超薄氧化锂高k介电层薄膜晶体管的制备方法，其特征在于具体包括以下工艺步骤：(1)、Li2O前驱体溶液的制备：将LiNO3溶于乙二醇甲醚中，在常温下磁力搅拌1‑24小时形成澄清透明浓度为0.01‑0.5mol/L的Li2O前驱体溶液；(2)、Li2O薄膜样品的制备：采用等离子体清洗方法清洗低阻硅衬底表面，在清洗后的低阻硅衬底上采用常规的旋涂技术旋涂步骤(1)配制的Li2O前驱体溶液，先在400‑600转/分下匀胶4‑8秒，再在3000‑6000转/分下匀胶15‑30秒，旋涂次数为1‑3次，每次旋涂厚度为5‑10nm；将旋涂后的低阻硅衬底放到烤胶台上在100‑200℃下进行烘焙得到固化后的实验样品；然后将固化后的实验样品在200‑600℃温度下退火1‑3小时，实现脱羟基作用和金属氧化物致密化的过程，得到Li2O薄膜样品；(3)、In2O3沟道层的制备：将In(NO3)3溶于去离子水中，在室温下搅拌1‑24小时形成澄清透明的浓度为0.01‑0.5mol/L的In2O3水溶液；然后在步骤(2)得到的Li2O薄膜样品表面利用旋涂技术旋涂In2O3水溶液得到旋涂后的薄膜样品，先在400‑600转/分下匀胶4‑8秒，再在2000‑5000转/分下匀胶15‑30秒，旋涂次数为1‑3次，每次旋涂厚度为5‑10nm；将旋涂后的薄膜样品放到120‑150℃烤胶台进行固化处理后放入马弗炉中进行200‑300℃低温退火处理1‑5小时，制备得到In2O3沟道层；(4)、源、漏电极的制备：利用常规的真空热蒸发法采用不锈钢掩膜版在In2O3沟道层上面制备金属源、漏电极，得到基于超薄Li2O高k介电层的In2O3薄膜晶体管。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘国侠，单福凯，刘奥，朱春丹，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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