一种阈值电压可调的超薄氧化铟锡薄膜晶体管的制备方法技术

本发明专利技术公开一种阈值电压可调的超薄氧化铟锡薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：在具有二氧化硅层的硅衬底上形成源极和漏极；在上述结构上，采用原子层沉积依次生长超薄氧化铟锡薄膜和高K介质层；在所述高K介质层上形成金属栅；采用金属栅自对准工艺刻蚀高k介质层和超薄氧化铟锡薄膜，将除沟道区域以外的高K介质层和超薄氧化铟锡薄膜去除；进行快速热退火处理，通过在纳米级别精准调控沟道层超薄氧化铟锡薄膜的厚度，从而直接调控晶体管的阈值电压。电压。电压。

【技术实现步骤摘要】
一种阈值电压可调的超薄氧化铟锡薄膜晶体管的制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种阈值电压可调的超薄氧化铟锡薄膜晶体管的制备方法。

技术介绍

[0002]器件的阈值电压对硅基CMOS电路的功耗起着决定性的作用，降低阈值电压可以大幅度降低电路的整体功耗。随着半导体器件尺寸缩小到纳米量级，为满足不同电路的需求，器件阈值电压最高不会超过0.8V。几十毫伏的电压变化即可对器件的性能和电路的工作产生非常大的影响。一般对器件阈值电压调整的方法主要通过改变衬底掺杂浓度或介质层厚度来实现。然而，衬底掺杂浓度除了阈值电压外，还对结深、表面势等其他器件参数有重要影响；介质层厚度除影响阈值电压外，直接影响栅对沟道的控制能力。介质层太薄会使电子可以通过隧穿效应通过介质层，产生隧穿电流，导致漏电增大，影响器件关态性能。
[0003]氧化铟锡是一种应用广泛的透明导电氧化物材料，在太阳能电池，导电涂层，以及显示器等领域都有大规模的应用。从电视，电脑屏幕到移动设备，几乎所有屏幕中都有氧化铟锡材料。一般的低阻氧化铟锡源于其中氧空位和间隙锡原子导致的高电子浓度，并将费米能级钉扎在导带边。有研究表明，降低氧化铟锡的厚度可以有效增大其禁带宽度，并将一些载流子耗尽，这使氧化铟锡这种被大量研究并应用在工业产线中的材料具有成为晶体管沟道层的潜力。

技术实现思路

[0004]本专利技术公开一种阈值电压可调的超薄氧化铟锡薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：在具有二氧化硅层的硅衬底上形成源极和漏极；在上述结构上，采用原子层沉积依次生长超薄氧化铟锡薄膜和高k介质层；在所述高k介质层上形成金属栅；采用金属栅自对准工艺刻蚀高k介质层和超薄氧化铟锡薄膜，将除沟道区域以外的高k介质层和超薄氧化铟锡薄膜去除；进行快速热退火处理，通过在纳米级别精准调控沟道层超薄氧化铟锡薄膜的厚度，从而直接调控晶体管的阈值电压。
[0005]本专利技术的阈值电压可调的超薄氧化铟锡薄膜晶体管的制备方法中，优选为，所述超薄氧化铟锡薄膜的厚度为0.5nm～20nm。
[0006]本专利技术的阈值电压可调的超薄氧化铟锡薄膜晶体管的制备方法中，优选为，采用原子层沉积生长超薄氧化铟锡薄膜的单个反应周期的步骤包括：将液态的三甲基铟挥发的气体通入反应腔，反应时间为1000ms，再通入1s的氩气清除未反应的金属有机前驱体和副产物，然后停止通入气体，将腔体抽真空15s；随后将液态的四(二甲氨基)锡挥发的气体通入反应腔，反应时间为1000ms，再通入1s的氩气清除未反应的金属有机前驱体和副产物，然后停止通入气体，将腔体抽真空15s；将水蒸气通入反应腔，反应时间为100ms，再通入1s的氩气清除未反应的水蒸气和副产物，然后停止通入气体，将腔体抽真空15s。
[0007]本专利技术的阈值电压可调的超薄氧化铟锡薄膜晶体管的制备方法中，优选为，快速
热退火的温度为200℃～350℃，时间为30s～300s。
附图说明
[0008]图1是阈值电压可调的超薄氧化铟锡薄膜晶体管的制备方法的流程图。
[0009]图2～图4是阈值电压可调的超薄氧化铟锡薄膜晶体管的制备方法各阶段的结构示意图。
具体实施方式
[0010]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0011]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“垂直”“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0012]此外，在下文中描述了本专利技术的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本专利技术。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本专利技术。除非在下文中特别指出，器件中的各个部分可以由本领域的技术人员公知的材料构成，或者可以采用将来开发的具有类似功能的材料。
[0013]图1是阈值电压可调的超薄氧化铟锡薄膜晶体管的制备方法的流程图。如图1所示，阈值电压可调的超薄氧化铟锡薄膜晶体管的制备方法包括以下步骤：
[0014]步骤S1，在具有二氧化硅层101的硅100的衬底上旋涂200nm厚的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，利用电子束曝光出对准标记以及MOSFET的源极和漏极。显影之后利用电子束蒸发/磁控溅射70nm厚的Ni，采用揭开
‑
剥离(lift
‑
off)工艺剥离，形成源极102和漏极103，如图2所示。
[0015]步骤S2，利用原子层淀积技术依次生长0.5nm～20nm厚的超薄氧化铟锡薄膜104，2nm～10nm厚的高k介质层105，如图3所示。其中，氧化铟锡以三甲基铟，四(二甲氨基)锡和水为反应前驱体，反应温度为225℃，反应腔气压为5Torr。
[0016]单个反应周期包括：将液态的三甲基铟挥发的气体通入反应腔，反应时间为1000ms，再通入1s的氩气清除未反应的金属有机前驱体和副产物，然后停止通入气体，将腔体抽真空15s；随后将液态的四(二甲氨基)锡挥发的气体通入反应腔，反应时间为1000ms，再通入1s的氩气清除未反应的金属有机前驱体和副产物，然后停止通入气体，将腔体抽真空15s；其中，两种气态反应物通入反应腔次数的比例在三甲基铟：四(二甲氨基)锡＝10：0至10：8之间。通过调整两种气态反应物通入的比例可以改善超薄氧化铟锡薄膜的性质。
[0017]将水蒸气通入反应腔，反应时间为100ms，再通入1s的氩气清除未反应的水蒸气和副产物，然后停止通入气体，将腔体抽真空15s。
[0018]反应进行80个周期，得到约5nm厚的氧化铟锡薄膜。采用原子层淀积生长的薄膜均匀性和可重复性好，并且可以通过改变淀积的周期数非常精确地控制薄膜的厚度。
[0019]步骤S3，在样品上旋涂200nm厚的PMMA，利用电子束套刻在其上曝光出对应的栅极图形，显影之后利用电子束蒸发/磁控溅射70nm厚的Ni，采用揭开
‑
剥离工艺剥离形成栅极106。
[0020]步骤S4，采用BCl3和Ar等离子体，金属栅自对准工艺刻蚀高k介质层105和超薄氧化铟锡薄膜104，将除沟道区域以外的超薄氧化铟锡薄膜104和高k介质层105除去，如图4所示。其中Ar等离子体流速为50sccm，BCl3流速为20sccm，压强为10mTorr，功率为150W，刻蚀约40s即可。
[0021]步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阈值电压可调的超薄氧化铟锡薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在具有二氧化硅层的硅衬底上形成源极和漏极；在上述结构上，采用原子层沉积依次生长超薄氧化铟锡薄膜和高k介质层；在所述高k介质层上形成金属栅；采用金属栅自对准工艺刻蚀高k介质层和超薄氧化铟锡薄膜，将除沟道区域以外的高k介质层和超薄氧化铟锡薄膜去除；进行快速热退火处理，通过在纳米级别精准调控沟道层超薄氧化铟锡薄膜的厚度，从而直接调控晶体管的阈值电压。2.根据权利要求1所述的阈值电压可调的超薄氧化铟锡薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述超薄氧化铟锡薄膜的厚度为0.5nm～20nm。3.根据权利要求1所述的阈值电压可调的超薄氧化铟锡薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，采用原...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琳，钱柏帆，王天宇，孟佳琳，孙清清，张卫，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：