基于丝网印刷的图案化氧化铝介电层和栅极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于丝网印刷的图案化氧化铝介电层和栅极及其制备方法和应用，制备方法包括：将限域生长的氧化铝介电层浸没入异丙醇中，超声5～10分钟，干燥，采用丝网印刷方法在所述氧化铝介电层上丝网印刷一层光刻胶作为抗蚀层，固化1-2分钟；将所得基底放入刻蚀液中，直至未被抗蚀层覆盖的氧化铝介电层被刻蚀掉，清洗所述抗蚀层，得到图案化氧化铝介电层和栅极。本发明专利技术的制备方法操作简单，只需要两步便可得到图案化氧化铝介电层和栅极，采用丝网印刷方法印刷抗蚀层，可以简单快捷的得到各种图案，为后续的电路设计提供了更好条件，可以用以制备复杂电路，而不需要像传统光刻和刻蚀图案化技术一样操作复杂且耗时。刻蚀图案化技术一样操作复杂且耗时。刻蚀图案化技术一样操作复杂且耗时。

【技术实现步骤摘要】
基于丝网印刷的图案化氧化铝介电层和栅极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于半导体薄膜晶体管制备
，具体来说涉及一种基于丝网印刷的图案化氧化铝介电层和栅极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，薄膜晶体管(TFT)已经成为平板显示行业中显示驱动背板的核心部件，随着大规模集成电路技术的发展，器件尺寸，包括介电层厚度越来越小，其减小趋势遵循摩尔定律。然而在TFT器件中，介电层大都基于氧化硅材料，随着氧化硅厚度减小，介电层的漏电流会逐渐增大，引起器件的高能耗及散热问题。为解决相关问题，高介电常数(高k)的介电层便会被用来代替氧化硅以减小栅极漏电流和增大电容密度，因此制备新型可替代氧化硅的高k介电层是实现进一步提高集成电路性能和集成度的首要任务。目前成为研究热点的高k材料包括AlO
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、ZrO2、HfO2等。常见的制备此类金属氧化物的方法是溶胶-凝胶法或者物理气相沉积法，这种方法所使用的有机物一般易燃、有毒并且制备时所需温度也较高(超过400℃)，不利于柔性电路的实现。而铝作为活泼金属，相较于其他材料和方法，还可以在室温下通过电化学的方法处理得到氧化铝介电层，电化学阳极氧化制备氧化铝介电层操作简单、不需要高温加热、成本低、适合大批量生产。但是现有阳极氧化铝生长技术使氧化铝完全覆盖铝的表面，为实现复杂电路的构建，需要对氧化铝进行二次图案化刻蚀。因为氧化铝和铝的化学性质接近，单独刻蚀氧化铝需要复杂保护工艺，极大增加了制备成本，限制了阳极氧化铝方法的优势。
[0003]另外，半导体制造分为晶圆制造和集成电路制造，图案化技术是集成电路制造中必不可少的一部分，常用的图案化技术包括光刻显影和刻蚀工艺，使用光刻显影的方法制造掩膜图案，操作复杂，需要进行前处理、匀胶、前烘、对准曝光、显影、后烘等一系列操作，带来高能耗、高污染、高成本等一系列问题。如何采用低成本的方法实现图案化以代替光刻工艺成为了一个难题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种具有共栅极接触位点的限域生长的氧化铝介电层的制备方法，其在阳极氧化过程中实现图案化限域生长的氧化铝介电层(氧化铝)，以便在无需对氧化铝进行二次刻蚀的情况下创建基于阳极氧化铝TFT的集成电路中栅极连接位点。
[0005]本专利技术的另一目的是提供上述制备方法获得的限域生长的氧化铝介电层。
[0006]本专利技术的另一目的是提供上述限域生长的氧化铝介电层在场效应晶体管中的应用。
[0007]本专利技术的另一目的是提供一种基于丝网印刷的图案化氧化铝介电层和栅极的制备方法。
[0008]本专利技术的另一目的是提供上述制备方法获得的图案化氧化铝介电层和栅极。
[0009]本专利技术的另一目的是提供上述图案化氧化铝介电层和栅极在场效应晶体管中的应用。
[0010]本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。
[0011]一种具有共栅极接触位点的限域生长的氧化铝介电层的制备方法，包括以下步骤：
[0012]1)真空沉积栅极：
[0013]清洗基底后干燥该基底，在所述基底上蒸镀上一层厚度为70-150nm的铝膜作为栅极；
[0014]在所述步骤1)中，干燥该基底的方法为用氮气吹干。
[0015]在所述步骤1)中，所述基底为刚性基底或柔性基底，所述刚性基底为石英片或载玻片，所述柔性基底为聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
[0016]在所述步骤1)中，所述氮气的纯度为99.999％。
[0017]2)采用丝网印刷方法在所述铝膜上印上一层光阻材料作为掩膜，固化1-2分钟；
[0018]在所述步骤2)中，所述丝网印刷方法中所采用的丝网为300-500目，丝网印刷时刮板的移动速度为5-20mm/s。
[0019]在所述步骤2)中，所述掩膜的图案为沿矩形矩阵排布的长方形光阻材料层，所述长方形光阻材料层的尺寸为300μm
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300μm。
[0020]在所述步骤2)中，所述光阻材料为正光阻材料或负光阻材料。
[0021]在所述步骤2)中，所述固化的温度为40～80℃。
[0022]3)电化学阳极氧化：
[0023]将所述基底作为阳极，将一导电材料作为阴极，将所述阳极和阴极浸泡在电解液中，在所述阳极和阴极之间施加恒定电流，以使未被步骤2)掩膜覆盖的铝膜氧化形成氧化铝，用有机溶剂洗去掩膜，得到限域生长的氧化铝介电层。
[0024]在所述步骤3)中，所述导电材料为Pt、Au或石墨。
[0025]在所述步骤3)中，所述恒定电流的密度为0.007～0.07mA/cm2。
[0026]在所述步骤3)中，所述有机溶剂为异丙醇、乙醇或二氯甲烷。
[0027]上述限域生长的氧化铝介电层在场效应晶体管中的应用。
[0028]在上述技术方案中，在所述限域生长的氧化铝介电层的氧化铝介电层上覆盖一层有机物薄膜，再在所述有机物薄膜上贴合上掩膜版，真空蒸镀银层作为源电极和漏电极，得到场效应晶体管。
[0029]在上述技术方案中，在所述限域生长的氧化铝介电层上贴合上掩膜版，真空蒸镀有机物以形成有机物薄膜，再贴合一掩膜版，真空蒸镀银层作为源电极和漏电极，得到场效应晶体管。
[0030]在上述技术方案中，所述有机物薄膜的材质为C8-BTBT或C10-DNTT。
[0031]在上述技术方案中，所述场效应晶体管的移率能为2.6～3cm2/(v*s)-1
，开关比为105～107。
[0032]本专利技术的限域生长的氧化铝介电层的制备方法的有益效果如下：
[0033]1、选择基于阳极氧化的氧化铝生长，可以避开热生长或者溶剂-凝胶法、物理气相
沉积所需的高温加热要求，降低生产成本，有利于大规模生产。
[0034]2、基于本专利技术的制备方法制备电路中的共栅极连接位点及图案化限域生长的氧化铝介电层操作简单，不需要对氧化铝进行二次图案化刻蚀，因为氧化铝和铝的化学性质接近，如果单独刻蚀氧化铝需要复杂保护工艺，极大增加了制备成本，相较于使用热生长氧化铝并且进行二次刻蚀的方法，本专利技术的制备方法得到的氧化铝漏电流密度低并且变化范围小，显示了其性能稳定并且优良。
[0035]3、通过本专利技术得到的氧化铝介电层的表面粗糙度低于2nm，表面光滑，为后续晶体管的制备提供了优良的接触界面，有利于得到更好的器件性质。
[0036]4、基底既可为刚性基底，也可以为柔性基底，从而可以制备成刚性器件或柔性器件。当采用柔性基底时可以制作电子皮肤、柔性器件。
[0037]5、本专利技术的制备方法步骤简洁，得到制备电路所需的栅极连接位点，可以组成复杂的逻辑电路，例如反相器、触发器等。
[0038]一种基于丝网印刷的图案化氧化铝介电层和栅极的制备方法，包括以下步骤：
[0039]a)将所述限域生长的氧化铝介电层浸没入异丙醇中，超声5～10分钟，干燥，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于丝网印刷的图案化氧化铝介电层和栅极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)将限域生长的氧化铝介电层浸没入异丙醇中，超声5～10分钟，干燥，采用丝网印刷方法在所述氧化铝介电层上丝网印刷一层光刻胶作为抗蚀层，固化1-2分钟；b)将步骤a)所得基底放入刻蚀液中，直至未被抗蚀层覆盖的氧化铝介电层被刻蚀掉，清洗所述抗蚀层，得到图案化氧化铝介电层和栅极，其中，所述限域生长的氧化铝介电层的制备方法包括以下步骤：1)真空沉积栅极：清洗基底后干燥该基底，在所述基底上蒸镀上一层厚度为70-150nm的铝膜作为栅极；2)采用丝网印刷方法在所述铝膜上印上一层光阻材料作为掩膜，固化1-2分钟；3)电化学阳极氧化：将所述基底作为阳极，将一导电材料作为阴极，将所述阳极和阴极浸泡在电解液中，在所述阳极和阴极之间施加恒定电流，以使未被步骤2)掩膜覆盖的铝膜氧化形成氧化铝，用有机溶剂洗去掩膜，得到限域生长的氧化铝介电层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤a)中，所述干燥为用氮气吹干；在所述步骤a)中，所述氮气的纯度为99.999％，所述丝网印刷方法中所采用的丝网为300-500目，丝网印刷时刮板的移动速度为5-20mm/s；在所述步骤a)中，所述光刻胶为正光阻材料或负光阻材料；在所述步骤a)中，所述固化的温度为40～80℃；在所述步骤a)中，所述抗蚀层的图案为沿矩形矩阵排布的光刻胶层，所述光刻胶层的尺寸为700μm
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700μm；在所述步骤b)中，所述刻蚀液为磷酸水溶液，所述刻蚀液中磷酸的浓度为60～90wt％；在所述步骤b)中，清洗所述抗蚀层的方法为：先采用水冲洗掉所述刻蚀液，再采用有机清洗液冲洗掉抗蚀层，所述冲洗的时间至少为10s，所述有机清洗液为异丙醇、乙醇或二氯甲烷；在所述步骤b)之后，进行修饰步骤：将图案化氧化铝介电层和栅极浸泡入修饰液中至少2小时后清洗。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中，干燥该基底的方法为用氮气吹干；在所述步骤1)中，所述基底为刚性基底或柔性基底，所述刚性基底为石英片或载玻片，所述柔性基...

【专利技术属性】
技术研发人员：张静，胡文平，段树铭，任晓辰，耿博文，高雄，汪涛，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：