一种氧化物基耗尽型负载反相器的制备方法技术

本发明专利技术属于半导体技术领域，具体提供一种氧化物基耗尽型负载反相器的制备方法，用以解决现有耗尽型负载反相器存在的制备工艺复杂、稳定性低、生产成本高等问题。本发明专利技术采用负载管(耗尽型晶体管)与驱动管(增强型晶体管)的栅介质层单独制备、氧化物半导体层一步制备的工艺，通过负载管与驱动管的栅介质层制备过程中的氧气含量的控制，实现负载管与驱动管的阈值电压的单独调节，使驱动管的阈值电压为正值、负载管的阈值电压为负值，进而构成氧化物基耗尽型负载反相器。本发明专利技术方法制备得氧化物基耗尽型负载反相器的氧化物半导体层一步制备可得，工艺稳定。因此，本发明专利技术具备制备工艺简单、稳定性高、制备成本低，利于工业化生产等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化物基耗尽型负载反相器的制备方法
本专利技术属于半导体
，具体提供一种氧化物基耗尽型负载反相器的制备方法。
技术介绍
近年来，以InGaZnO为代表的氧化物半导体作为有源层材料的薄膜晶体管引起了国内外的研究热潮。氧化物薄膜晶体管具有高迁移率(利于精细化)、关态电流低(节能)、可见光透明(可实现全透明显示)、均匀性好(可应用于大尺寸面板的生产)和制备温度低(可采用塑料柔性衬底)等优点，全球面板巨头都在加速布局氧化物薄膜晶体管技术。基于氧化物薄膜晶体管制备的反相器不仅可以应用于显示领域，还可以应用于柔性电子、传感器等多个领域。由于缺少高性能的P型氧化物半导体与N型氧化物半导体匹配组成互补金属氧化物半导体(CMOS)，到目前为止，现有氧化物基反相器多使用NMOS反相器。根据负载的不同，NMOS反相器可以分为电阻负载反相器、增强型负载反相器和耗尽型负载反相器三种类型；由于电阻负载型反相器中电阻制备通常需要占用较大的空间，因此电阻负载型反相器的实际应用较少；耗尽型负载反相器相比于增强型负载反相器有着更陡峭的电压传输特性曲线、更好的噪声容限、更短的转化时间以及更小的面积需求，更加受到研究人员的青睐。由于耗尽型负载反相器是以耗尽型晶体管为负载管，增强型晶体管为驱动管，为了实现耗尽型负载反相器则需要调节两个晶体管的阈值电压，使得驱动管的阈值电压为正值、负载管的阈值电压为负值。针对氧化物基耗尽型负载反相器，氧化物基晶体管常见为增强型，即阈值电压为正值，同时实现驱动管和负载管的阈值电压为正/负值较为困难。现行的方法是，通过两次生长氧化物半导体层，分别实现不同的载流子浓度，从而达到阈值电压的正负差异。然而，氧化物半导体的材料特性对生长工艺条件较为敏感，实现载流子浓度的精准控制难度大，工艺窗口窄；作为整个器件的关键层，氧化物半导体层对于生长工艺调节的敏感性又会导致器件性能的不稳定，进而影响到整个电路性能。另外，也可以通过改变器件结构来调控阈值电压，例如沉积钝化层或者采用多栅结构，但是这些方法需要复杂的器件结构以及繁琐的工艺步骤，从而增加了生产成本，并降低与现行技术的兼容性。
技术实现思路
针对现有氧化物基耗尽型负载反相器存在的问题，本专利技术提出一种氧化物基耗尽型负载反相器的制备方法，采用负载管(耗尽型晶体管)与驱动管(增强型晶体管)的栅介质层单独制备、氧化物半导体层一步制备的工艺，无须调控器件氧化物半导体层的生长工艺条件，通过负载管与驱动管的栅介质层制备过程中的氧气含量的控制，实现负载管与驱动管的阈值电压的单独调节，使驱动管的阈值电压为正值、负载管的阈值电压为负值，进而构成氧化物基耗尽型负载反相器。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种氧化物基耗尽型负载反相器的制备方法，包括步骤如下：步骤1、在衬底上预设位置处分别制备第一栅电极与第二栅电极；步骤2、在第一栅电极上生长第一栅介质层，生长气氛为富氧状态；步骤3、在第二栅电极上生长第二栅介质层，生长气氛为少氧状态；步骤4、在第一、第二栅介质层上同时生长氧化物半导体材料，形成第一、第二氧化物半导体层；步骤5、在第一、第二氧化物半导体层上预设位置处分别制备接地端电极、电源供应端电极、输出端电极。步骤6、将经步骤1～5所得结构置于退火炉中进行退火处理，改善电极的欧姆接触。进一步的，所述第一栅介质层与第二栅介质层材料相同，均为La基氧化物。进一步的，所述第一栅介质层材料采用HfLaO薄膜层，所述步骤2的具体过程为：采用磁控溅射法，在第一栅电极上溅射生长HfLaO薄膜层，作为第一栅介质层；溅射参数为：靶材为Hf/La金属靶，背底真空度低于6.7×10-4Pa，溅射功率为50W-150W，生长温度为室温，溅射过程中氧气占比不低于20％，生长真空度为0.2Pa-1.5Pa。进一步的，所述第二栅介质层材料采用HfLaO薄膜层，所述步骤3的具体过程为：采用磁控溅射法，在第二栅电极上溅射生长HfLaO薄膜层，作为第二栅介质层；溅射参数为：靶材为Hf/La金属靶，背底真空度低于6.7×10-4Pa，溅射功率为50W-150W，生长温度为室温，溅射过程中氧气占比不高于15％，生长真空度为0.2Pa-1.5Pa。进一步的，所述第一栅介质层与第二栅介质层厚度相同，均为10nm-100nm。进一步的，所述步骤6中，退火处理的参数为：退火条件为200℃-500℃、真空或氮气氛围，退火时间为5min-60min。进一步的，所述衬底的材料为SiO2、SiC、Al2O3、玻璃或者高分子聚合物。进一步的，所述第一、第二氧化物半导体层均采用In2O3、Ga2O3、InGaZnO或SnO2薄膜，厚度为10nm-50nm；所述第一、第二氧化物半导体层均采用InGaZnO薄膜层时，InGaZnO薄膜层采用磁控溅射法制备。进一步的，所述第一栅电极与第二栅电极采用厚度为20nm-100nm的Mo金属层；所述接地端电极、电源供应端电极、输出端电极均采用Ti/Au金属层，Ti的厚度为5nm-50nm、Au的厚度为20nm-100nm。进一步的，步骤4实施之前将经步骤1～3所得结构置于退火炉中进行退火处理。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种氧化物基耗尽型负载反相器的制备方法，采用负载管(耗尽型晶体管)与驱动管(增强型晶体管)的栅介质层单独制备、氧化物半导体层一步制备的工艺，通过负载管与驱动管的栅介质层制备过程中的氧气含量的控制，实现负载管与驱动管的阈值电压的单独调节，使驱动管的阈值电压为正值、负载管的阈值电压为负值，进而构成氧化物基耗尽型负载反相器。降低栅介质层制备过程中的氧气含量，使得栅介质薄膜层未完全氧化，由于栅介质层采用的金属离子的结合能较强，借助最后的器件电极退火工艺，会夺走氧化物半导体层的氧与其形成稳定的化学键，导致氧化物半导体层中载流子浓度发生变化，进而实现阈值电压的变化，从而满足驱动管和负载管正/负阈值电压的需要。综上，采用本专利技术方法能够实现氧化物基耗尽型负载反相器中负载管(耗尽型晶体管)与驱动管(增强型晶体管)的阈值电压的有效调节，避免多步调控及制备器件关键层(氧化物半导体层)，因此工艺简单、器件/电路稳定性高，且兼具成本优势，利于工业化生产。附图说明图1为本专利技术氧化物基耗尽型负载反相器的电路原理图；图2为本专利技术氧化物基耗尽型负载反相器的整体结构示意图；图3为本专利技术负载管(耗尽型晶体管)的结构示意图；图4为本专利技术氧化物基耗尽型负载反相器的制备流程图；图5为本专利技术实施例中负载管(耗尽型晶体管)的转移特性曲线；图6为本专利技术实施例中驱动管(增强型晶体管)的转移特性曲线；其中，1为衬底，2-1为第一栅电极、2-2为第二栅电极，3-1为第一栅介质层、3-2为第二栅介质层，4-1为第一氧化物半导体层、4-2为第二氧化物半导体层，5为接地端电极，6为输出端电极，7为电源供应端电极。具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化物基耗尽型负载反相器的制备方法，包括步骤如下：/n步骤1、在衬底上预设位置处分别制备第一栅电极与第二栅电极；/n步骤2、在第一栅电极上生长第一栅介质层，生长气氛为富氧状态；/n步骤3、在第二栅电极上生长第二栅介质层，生长气氛为少氧状态；/n步骤4、在第一、第二栅介质层上同时生长氧化物半导体材料，形成第一、第二氧化物半导体层；/n步骤5、在第一、第二氧化物半导体层上预设位置处分别制备接地端电极、电源供应端电极、输出端电极。/n步骤6、将经步骤1～5所得结构置于退火炉中进行退火处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化物基耗尽型负载反相器的制备方法，包括步骤如下：
步骤1、在衬底上预设位置处分别制备第一栅电极与第二栅电极；
步骤2、在第一栅电极上生长第一栅介质层，生长气氛为富氧状态；
步骤3、在第二栅电极上生长第二栅介质层，生长气氛为少氧状态；
步骤4、在第一、第二栅介质层上同时生长氧化物半导体材料，形成第一、第二氧化物半导体层；
步骤5、在第一、第二氧化物半导体层上预设位置处分别制备接地端电极、电源供应端电极、输出端电极。
步骤6、将经步骤1～5所得结构置于退火炉中进行退火处理。


2.按权利要求1所述氧化物基耗尽型负载反相器的制备方法，其特征在于，所述第一栅介质层与第二栅介质层材料相同，均为La基氧化物。


3.按权利要求2所述氧化物基耗尽型负载反相器的制备方法，其特征在于，所述第一栅介质层材料采用HfLaO薄膜层，所述步骤2的具体过程为：采用磁控溅射法，在第一栅电极上溅射生长HfLaO薄膜层，作为第一栅介质层；溅射过程中氧气含量不低于20％。


4.按权利要求2所述氧化物基耗尽型负载反相器的制备方法，其特征在于，所述第二栅介质层材料采用HfLaO薄膜层，所述步骤3的具体过程为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱凌轩，张诚，谭欣月，张万里，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51