一步光刻法制备金属氧化物半导体及介电薄膜的方法技术

本发明专利技术公开了一步光刻法制备金属氧化物半导体及介电薄膜的方法，将配制的溶液通过溶胶凝胶技术旋涂制备凝胶薄膜；将制备好的凝胶薄膜置于掩膜版之下，通过紫外光照射,其中氧化物半导体前躯体凝胶薄膜室温光照，氧化物介电前躯体凝胶薄膜置于热板上照射；将光照处理后的凝胶薄膜置于乙醇或乙二醇甲醚等有机溶剂中显影，利用光照后光感交联剂的交联作用，光照的区域不溶于显影溶剂，达到显示图案的目的；将金属氧化物半导体薄膜及金属氧化物介电薄膜顺次图案化退火，集成全图案化的TFT。本发明专利技术的有益效果是极大地降低了图案化薄膜的大面积生产成本,并且实现的图案化更加清晰准确，分辨率更高。

One step photolithography method for preparing metal oxide semiconductor and dielectric thin film

The invention discloses a method for preparing metal oxide semiconductor and dielectric film by one-step photolithography, in which the prepared solution is spin-coated by sol-gel technology to prepare gel film, and the prepared gel film is placed under a mask plate and irradiated by ultraviolet light, in which the oxide semiconductor precursor gel film is irradiated at room temperature and oxidized. The dielectric precursor gel film was irradiated on a hot plate, and the illuminated gel film was developed in organic solvents such as ethanol or ethylene glycol methyl ether. Metal oxide dielectric films are patterned and annealed to integrate the full picture TFT. The invention has the beneficial effect that the large area production cost of the patterned film is greatly reduced, and the patterned film is more clear and accurate, and the resolution is higher.

【技术实现步骤摘要】
一步光刻法制备金属氧化物半导体及介电薄膜的方法
本专利技术属于光刻
，涉及一种通过溶胶凝胶一步光刻法制备图案化金属氧化物(半导体及介电)薄膜及集成薄膜场效应管的方法。
技术介绍
随着平板显示技术的蓬勃发展，作为平板显示关键开关器件的薄膜场效应晶体管(TFT)制备技术也得到了极大的发展,日趋成熟。金属氧化物半导体(如氧化铟(In2O3),氧化锌(Zn2O3),铟镓锌氧化物(IGZO))由于其禁带宽度较大，可以制备透明半导体器件的优势，近年来成为研究热点，已经成功将金属氧化物的TFT应用于现在流行的平板显示中。一般，传统制备金属氧化物半导体薄膜方法包括磁控溅射、脉冲激光沉积、物理气相沉积、化学气相沉积、喷雾热裂解等真空沉积技术，其制备需要昂贵的真空设备并且生产效率较低，也不利于大面积生产。针对上述等问题，溶胶凝胶技术，喷墨打印技术应运而生。喷墨打印技术通过类似打印机原理，将打印墨水换成金属氧化物的前躯体溶液，效率高，可大面积生产，但其分辨率较低，并且制备的薄膜厚度不会太薄(微米级别)，会限制TFT的性能。相比之下，溶胶凝胶技术通过在衬底上旋涂金属氧化物的前躯体溶液的方法，可以大面积制备,且厚度低至几十纳米的均一非晶薄膜，制备成本相较最低，并且可以精确调控薄膜中各元素的比例。但是传统的溶胶凝胶技术制备的TFT如果没有经过图案化，会造成器件的漏电流较大的缺点。如果采用传统的光刻胶技术进行图案化，又会在光刻胶显影的过程中对制备的金属氧化物薄膜造成损伤和破坏，从而降低器件的性能(如开态电流降低，漏电流较大等)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一步光刻法制备金属氧化物半导体及介电薄膜的方法，本专利技术的有益效果是极大地降低了图案化薄膜的大面积生产成本,并且实现的图案化更加清晰准确，分辨率更高。本专利技术所采用的技术方案是按照以下步骤进行：步骤1：金属氧化物前驱体溶液的配制；步骤2：将配制的溶液通过溶胶凝胶技术旋涂制备凝胶薄膜；步骤3：将制备好的凝胶薄膜置于掩膜版之下，通过紫外光照射,其中氧化物半导体前躯体凝胶薄膜室温光照，氧化物介电前躯体凝胶薄膜置于热板上照射；步骤4：将光照处理后的凝胶薄膜置于乙醇或乙二醇甲醚等有机溶剂中显影，利用光照后光感交联剂的交联作用，光照的区域不溶于显影溶剂，达到图案化的目的；步骤5：图案化的凝胶薄膜进行后期的高温退火处理；将金属氧化物半导体薄膜及金属氧化物介电薄膜顺次图案化退火，集成全图案化的TFT。进一步，步骤1中将硝酸铟，硝酸锌，硝酸锡，硝酸镓，硝酸铝，氯化铪，硝酸锆等做为溶质加入乙二醇甲醚溶剂中，分别配制0.2M的溶液，并在溶液中分别加入1.0M的乙酰丙酮或者苯甲酰丙酮，和硝酸，配制澄清溶液。进一步，步骤1中将铟锡摩尔比例为9：1做为溶质加入乙二醇丁醚溶剂中，配制0.2M的溶液，并在溶液中分别加入1.0M的乙酰丙酮或者苯甲酰丙酮和硝酸，配制澄清溶液。进一步，步骤3中紫外光波长183nm、254nm或365nm。进一步，步骤3中热板温度为110℃。进一步，步骤5中氧化物半导体前躯体凝胶薄膜230℃退火，氧化物介电前躯体凝胶薄膜250℃退火。附图说明图1是图案化金属氧化物薄膜氧化铟示意图；图2是TFT转移曲线；图3是金属氧化物薄膜氧化锆图案；图4是图案化金属氧化物薄膜氧化锆的电流密度示意图；图5是图案化的氧化锆为介电层的TFT转移曲线。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。实施例：1、金属氧化物前驱体溶液的配制分别以硝酸铟,硝酸锌，硝酸锡，硝酸镓,硝酸铝，氯化铪，硝酸锆等无机盐为溶质加入乙二醇甲醚溶剂中，配制0.2M的溶液，并在溶液中分别加入1.0M的乙酰丙酮(或者苯甲酰丙酮等具有光感性质的交联剂)和硝酸(作为氧化剂与具有还原性的乙酰丙酮或者苯甲酰丙酮等交联剂发生放热的氧化还原反应，以降低制备的凝胶薄膜后期的退火温度)，配制澄清溶液。2、将配制的溶液通过溶胶凝胶技术旋涂制备凝胶薄膜。3、将制备好的凝胶薄膜置于掩膜版之下，通过紫外光(UV)(紫外光波长183nm,254nm，365nm)照射10min,其中氧化物半导体前躯体凝胶薄膜室温光照，氧化物介电前躯体凝胶薄膜置于110℃热板上照射。4、将光照处理后的凝胶薄膜置于乙醇或乙二醇甲醚等有机溶剂中显影，利用光照后光感交联剂的交联作用，光照的区域不溶于显影溶剂，达到图案化的目的。5、图案化的凝胶薄膜进行后期的高温退火处理，其中氧化物半导体前躯体凝胶薄膜230℃退火，氧化物介电前躯体凝胶薄膜250℃退火。将金属氧化物半导体薄膜及金属氧化物介电薄膜顺次图案化退火，即可集成全图案化的TFT。6、此外，通过配制铟锡氧化物前驱体溶液(铟锡摩尔比例为：9比1)，也可利用上述方法实现TFT图案化源漏栅电极的溶液法一步制备，从而实现利用溶胶凝胶一步光刻法制备全图案化的TFT。图1是通过溶胶凝胶一步光刻法在硅片二氧化硅衬底上制备的图案化金属氧化物薄膜氧化铟(In2O3)图案，(最窄处为78.45μm)。图2是图1制备的以图案化的氧化铟薄膜为半导体层，二氧化硅为介电层的TFT转移曲线。图3是通过溶胶凝胶一步光刻图案化法在硅片衬底上制备的金属氧化物薄膜氧化锆(Zr2O3)图案，(最窄处为120.55μm)。图4是通过溶胶凝胶一步光刻法在硅片衬底上制备的图案化金属氧化物薄膜氧化锆(Zr2O3)的电流密度。图5是制备的以图案化的氧化铟薄膜为半导体层，图案化的氧化锆(Zr2O3)为介电层的TFT转移曲线。本专利技术的优点还在于：1.相比于真空制备薄膜的方法，通过溶胶凝胶一步光刻法制备图案化金属氧化物(半导体及介电)薄膜的成本降低很多，可实现大面积生产，并且生产效率得到极大提高。2.相比于传统的光刻技术对溶胶凝胶技术实现图案化，通过溶胶凝胶一步光刻法制备图案化金属氧化物(半导体及介电)薄膜实现图案化，不会对制备的薄膜造成破坏，并且极大的简化了生产制备过程，极大的提高了图案化薄膜的大面积生产效率，明显降低了后续退火温度，极大地降低了图案化薄膜的大面积生产成本。3.相比于喷墨打印技术，通过溶胶凝胶一步光刻图案化法制备金属氧化物(半导体及介电)薄膜厚度更薄(达到几到几十纳米)，平整度更好，并且实现的图案化更加清晰准确，分辨率更高。以上所述仅是对本专利技术的较佳实施方式而已，并非对本专利技术作任何形式上的限制，凡是依据本专利技术的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本专利技术技术方案的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一步光刻法制备金属氧化物半导体及介电薄膜的方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1：金属氧化物前驱体溶液的配制；步骤2：将配制的溶液通过溶胶凝胶技术旋涂制备凝胶薄膜；步骤3：将制备好的凝胶薄膜置于掩膜版之下，通过紫外光照射,其中氧化物半导体前躯体凝胶薄膜室温光照，氧化物介电前躯体凝胶薄膜置于热板上照射；步骤4：将光照处理后的凝胶薄膜置于乙醇或乙二醇甲醚等有机溶剂中显影，利用光照后光感交联剂的交联作用，光照的区域不溶于显影溶剂，达到显示图案的目的；步骤5：图案化的凝胶薄膜进行后期的高温退火处理；将金属氧化物半导体薄膜及金属氧化物介电薄膜顺次图案化退火，集成全图案化的TFT。

【技术特征摘要】
1.一步光刻法制备金属氧化物半导体及介电薄膜的方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1：金属氧化物前驱体溶液的配制；步骤2：将配制的溶液通过溶胶凝胶技术旋涂制备凝胶薄膜；步骤3：将制备好的凝胶薄膜置于掩膜版之下，通过紫外光照射,其中氧化物半导体前躯体凝胶薄膜室温光照，氧化物介电前躯体凝胶薄膜置于热板上照射；步骤4：将光照处理后的凝胶薄膜置于乙醇或乙二醇甲醚等有机溶剂中显影，利用光照后光感交联剂的交联作用，光照的区域不溶于显影溶剂，达到显示图案的目的；步骤5：图案化的凝胶薄膜进行后期的高温退火处理；将金属氧化物半导体薄膜及金属氧化物介电薄膜顺次图案化退火，集成全图案化的TFT。2.按照权利要求1所述一步光刻法制备金属氧化物半导体及介电薄膜的方法，其特征在于：所述步骤1中将硝酸铟，硝酸锌，硝酸锡，硝酸镓，硝酸铝，氯化铪，硝酸锆等做为溶质加入乙二醇甲醚溶剂中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：单福凯，郭子栋，刘国侠，孟优，崔友朝，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东,37