高介电常数栅极氧化物非晶IGZO薄膜晶体管的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高介电常数栅极氧化物非晶IGZO薄膜晶体管的制备方法，首先在单晶硅衬底上利用磁控溅射技术制备一层高介电特性的状态的钛酸锶薄膜作为栅极氧化物，然后再在绝缘锡酸钡薄膜上制备一层半导体特性的非晶态IGZO薄膜，最后再使用磁控溅射技术制备ITO透明导电电极以作为晶体管的源极和漏极，硅衬底作为栅极。通过采用高介电常数的钛酸锶薄膜作为栅极氧化物绝缘层，有效降低采用传统氧化硅带来的晶体管漏电流过热问题，从而提高晶体管的稳定性和寿命。

Fabrication of High Dielectric Constant Gate Oxide Amorphous IGZO Thin Film Transistors

The invention discloses a preparation method of a high dielectric constant gate oxide amorphous IGZO thin film transistor. Firstly, a strontium titanate thin film with high dielectric properties is prepared on a single crystal silicon substrate by magnetron sputtering technology as gate oxide, then an amorphous IGZO thin film with semiconductor characteristics is prepared on an insulating barium stannate thin film, and finally, magnetron sputtering technology is used. ITO transparent conductive electrodes are prepared as source and drain electrodes of transistors, and silicon substrates as gate electrodes. By using strontium titanate thin film with high dielectric constant as gate oxide insulating layer, the leakage current overheating problem caused by traditional silicon oxide can be effectively reduced and the stability and life of transistors can be improved.

【技术实现步骤摘要】
高介电常数栅极氧化物非晶IGZO薄膜晶体管的制备方法
本专利技术属于电子科学与技术、薄膜晶体管
，具体涉及一种薄膜晶体管的制备方法，特别涉及一种高介电常数栅极氧化物非晶IGZO薄膜晶体管的制备方法。
技术介绍
随着显示技术的快速发展，对薄膜晶体管的输入输出性能要求越来越高，薄膜晶体管的技术发展也经历了非晶硅薄膜晶体管、多晶硅薄膜晶体管到非晶态氧化物薄膜晶体管三个技术阶段。传统的硅基薄膜晶体管采用的是氧化硅作为栅极氧化物的绝缘层材料，随着晶体管密度的提高，栅极氧化物氧化硅的漏电流将大大增加。现有硅基薄膜晶体管采用的氧化硅栅极氧化物介电常数为3.4，随着晶体管集成度的提升会产生越来越大的发热量，如果能采用介电常数高的氧化物如钛酸锶(介电常数300)，将在提高晶体管集成度的同时降低晶体管漏电流带来的发热量过大问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种高介电常数栅极氧化物非晶IGZO薄膜晶体管的制备方法。本专利技术采用以下技术方案：高介电常数栅极氧化物非晶IGZO薄膜晶体管的制备方法，首先在单晶硅衬底上利用磁控溅射技术制备一层高介电特性的状态的钛酸锶薄膜作为栅极氧化物，然后再在绝缘锡酸钡薄膜上制备一层半导体特性的非晶态IGZO薄膜，最后再使用磁控溅射技术制备ITO透明导电电极以作为晶体管的源极和漏极，硅衬底作为栅极。更进一步地，所述方法包括如下步骤：步骤1：单晶硅片衬底清洗；步骤2：绝缘型锡酸钡薄膜沉积；步骤3：半导体型锡酸钡薄膜沉积步骤4：源极和漏极的制备；步骤5：将完成ITO薄膜沉积的样品从真空腔内取出。更进一步地，所述步骤1，以单晶硅片为衬底，其步骤包括：步骤1-1：将单晶硅片切割成2×2cm2；步骤1-2：将切割好的单晶硅片在丙酮中超声清洗3次，每次超声清洗的时间为15分钟；步骤1-3：将经丙酮超声清洗后的单晶硅片使用15兆欧纯水超声清洗3遍，每次超声清洗的时间为10分钟；步骤1-4：将经纯水超声清洗后的单晶硅片用高纯氮气吹干，然后放入真空腔内。更进一步地，所述步骤2，使用磁控溅射技术，在硅衬底上沉积绝缘型钛酸锶薄膜；具体步骤为：步骤2-1：将硅衬底放入真空腔的样品架上，抽真空，使得本底真空度达到1*10-4Pa；步骤2-2：使用加热盘将硅衬底加热到150℃并保持，以去除硅片表面吸附的残余气体；步骤2-3：使用射频溅射的方法将绝缘型钛酸锶薄膜沉积到硅衬底上。更进一步地，所述步骤2-3的工艺条件为：硅衬底温度150℃，靶材功率50瓦，沉积时间60分钟，氩气通量15sccm，氧气通量10sccm，真空度0.5Pa，钛酸锶薄膜厚度100nm。更进一步地，所述步骤3，使用磁控溅射技术，在已完成高介电常数钛酸锶薄膜沉积的的硅衬底上再沉积半导体型非晶态IGZO薄膜。更进一步地，所述步骤3的工艺条件为：射频溅射，衬底温度150℃，靶材功率50瓦，沉积时间15分钟，氩气通量15sccm，氧气通量3sccm,真空度0.5Pa，非晶IGZO薄膜厚度30nm。更进一步地，所述步骤4，将完成钛酸锶和IGZO薄膜沉积的硅衬底从真空腔内取出，利用掩膜版覆盖在IGZO薄膜表面，然后将掩膜版覆盖的样品放入真空腔内，再次抽真空；本底真空达到1*10-4Pa后，利用磁控溅射技术将ITO薄膜沉积到掩膜版上，从而在IGZO薄膜上方形成源极和漏极。本专利技术具有如下有益效果：通过采用高介电常数的钛酸锶薄膜作为栅极氧化物绝缘层，有效降低采用传统氧化硅带来的晶体管漏电流过热问题，从而提高晶体管的稳定性和寿命。附图说明图1是采用本专利技术的方法制备出的非晶IGZO薄膜晶体管的结构示意图；图2是使用高介电常数钛酸锶作为栅极氧化物绝缘层的非晶IGZO薄膜晶体管的开关曲线图。图中标记：1-单晶硅片；2-高介电常数氧化物薄膜；3-半导体型非晶IGZO薄膜；4-ITO源极和漏极。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。高介电常数栅极氧化物非晶IGZO薄膜晶体管的制备方法，采用本专利技术的方法制备出的非晶IGZO薄膜晶体管的结构如图1所示，该方法包括如下步骤：1、单晶硅片衬底清洗：以单晶硅(100)片为衬底，其步骤为：1)衬底清洗：1-1)将单晶硅(100)片切割成2×2cm2；1-2)将切割好的单晶硅(100)片在丙酮中超声清洗3次，每次超声清洗的时间为15分钟；1-3)将经丙酮超声清洗后的单晶硅(100)片使用15兆欧纯水超声清洗3遍，每次超声清洗的时间为10分钟；1-4)将经纯水超声清洗后的单晶硅(100)片用高纯氮气吹干，然后放入真空腔内。2、绝缘型锡酸钡薄膜沉积使用磁控溅射技术，在清洗干净的硅(100)衬底上沉积厚度为100nm的绝缘型钛酸锶薄膜。具体步骤为：1)将干净的硅(100)衬底放入真空腔的样品架上，抽真空，使得本底真空度达到1*10-4Pa；2)使用加热盘将硅(100)衬底加热到150℃，并保持15分钟，以去除硅片表面吸附的残余气体；3)使用射频溅射的方法将绝缘型钛酸锶薄膜沉积到硅(100)衬底上，具体工艺条件为：硅(100)衬底温度150℃，靶材功率50瓦，沉积时间60分钟，氩气通量15sccm，氧气通量10sccm,真空度0.5Pa，钛酸锶薄膜厚度100nm3、半导体型锡酸钡薄膜沉积使用磁控溅射技术，在已完成高介电常数钛酸锶薄膜沉积的的硅(100)衬底上再沉积厚度为30nm的半导体型非晶态IGZO薄膜。具体工艺条件为：射频溅射，衬底温度150℃，靶材功率50瓦，沉积时间15分钟，氩气通量15sccm，氧气通量3sccm,真空度0.5Pa，非晶IGZO薄膜厚度30nm。4、源极和漏极的制备将完成钛酸锶和IGZO薄膜沉积的硅(100)衬底从真空腔内取出，利用掩膜版覆盖在IGZO薄膜表面，然后将掩膜版覆盖的样品放入真空腔内，再次抽真空。本底真空达到1*10-4Pa后，利用磁控溅射技术将100nm厚的ITO薄膜沉积到掩膜版上，从而在IGZO薄膜上方形成源极和漏极。5、将完成ITO薄膜沉积的样品从真空腔内取出。6、使用标准的三电极方法测试锡酸钡薄膜晶体管电学特性，该晶体管的开关曲线见图2。从图上可见，采用高介电常数钛酸锶作为栅极氧化物绝缘层的非晶IGZO薄膜晶体管可以在-100﹣100V的较宽栅极电压条件下工作。除了使用硅(100)衬底外，使用硅(111)衬底也可以采用相同的方法制备基于高介电常数钛酸锶作为栅极氧化物的非晶IGZO薄膜晶体管。综上所述，本专利技术首先在单晶硅衬底上利用磁控溅射技术制备一层高介电特性的状态的钛酸锶薄膜作为栅极氧化物，然后再在绝缘锡酸钡薄膜上制备一层半导体特性的非晶态IGZO薄膜，最后再使用磁控溅射技术制备ITO透明导电电极以作为晶体管的源极和漏极，硅衬底作为栅极。通过采用高介电常数的钛酸锶薄膜作为栅极氧化物绝缘层，有效降低采用传统氧化硅带来的晶体管漏电流过热问题，从而提高晶体管的稳定性和寿命。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术。凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高介电常数栅极氧化物非晶IGZO薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：首先在单晶硅衬底上利用磁控溅射技术制备一层高介电特性的状态的钛酸锶薄膜作为栅极氧化物，然后再在绝缘锡酸钡薄膜上制备一层半导体特性的非晶态IGZO薄膜，最后再使用磁控溅射技术制备ITO透明导电电极以作为晶体管的源极和漏极，硅衬底作为栅极。

【技术特征摘要】
1.高介电常数栅极氧化物非晶IGZO薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：首先在单晶硅衬底上利用磁控溅射技术制备一层高介电特性的状态的钛酸锶薄膜作为栅极氧化物，然后再在绝缘锡酸钡薄膜上制备一层半导体特性的非晶态IGZO薄膜，最后再使用磁控溅射技术制备ITO透明导电电极以作为晶体管的源极和漏极，硅衬底作为栅极。2.根据权利要求1所述的高介电常数栅极氧化物非晶IGZO薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：单晶硅片衬底清洗；步骤2：绝缘型锡酸钡薄膜沉积；步骤3：半导体型锡酸钡薄膜沉积步骤4：源极和漏极的制备；步骤5：将完成ITO薄膜沉积的样品从真空腔内取出。3.根据权利要求2所述的高介电常数栅极氧化物非晶IGZO薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：所述步骤1，以单晶硅片为衬底，其步骤包括：步骤1-1：将单晶硅片切割成2×2cm2；步骤1-2：将切割好的单晶硅片在丙酮中超声清洗3次，每次超声清洗的时间为15分钟；步骤1-3：将经丙酮超声清洗后的单晶硅片使用15兆欧纯水超声清洗3遍，每次超声清洗的时间为10分钟；步骤1-4：将经纯水超声清洗后的单晶硅片用高纯氮气吹干，然后放入真空腔内。4.根据权利要求2所述的高介电常数栅极氧化物非晶IGZO薄膜晶体管的制备方法，其特征在于：所述步骤2，使用磁控溅射技术，在硅衬底上沉积绝缘型钛酸锶薄膜；具体步骤为：步骤2-1：将硅衬底放入真空腔的样品架上，抽真空，使得本底真空度达到1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜文汉，杨景景，姚茵，白建会，郑敏，卞维柏，张信华，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32