[发明专利]高介电常数栅介质层的柔性薄膜晶体管及其制造方法

说明书

本发明涉及柔性器件领域，为提出柔性材料晶体管。本发明，高介电常数栅介质层的柔性薄膜晶体管，PET柔性材料衬底上通过磁控溅射的方式形成有氧化铟锡ITO底栅电极以及锆钛酸钡BZT栅介质膜，BZT栅介质层上部是一层单晶硅薄膜，这层单晶硅薄膜的来源是SOI的硅薄膜，通过在SOI的顶层硅上进行光刻工艺形成掺杂区图案，通过离子注入和退火的工艺形成两处掺杂区，再在顶层硅上通过光刻和反应离子刻蚀RIE的方式形成方孔层,在氢氟酸中进行湿法腐蚀，去掉中间的SiO₂,最后通过光刻以及真空电子束蒸镀的方式在两处掺杂区分别形成有源漏电极。本发明主要应用于柔性材料晶体管设计制造。

技术领域

本发明涉及柔性器件领域，具体涉及到一种基于硅纳米膜的高介电常数栅介质层的底栅薄膜晶体管的结构设计以及制备方法。

背景技术

柔性电子是将有机、无机材料电子器件制作在柔性、可延性塑料或薄金属基板上的新兴电子科技，在信息、能源、医疗、国防等领域都具有广泛应用。如印刷射频识别标签(RFID)、电子用表面粘贴、有机发光二极管OLED、柔性电子显示器等。与传统集成电路(IC)技术一样，柔性电子技术发展的主要驱动力是制造工艺和装备。在更大幅面的基板上以更低的成本制造出特征尺寸更小的柔性电子器件成为了制造的关键。本发明采用一种基于硅纳米膜制备的新型工艺，采用磁控溅射形成底栅电极，光刻后离子刻蚀以及氢氟酸(HF)湿法刻蚀的技术，将绝缘体上硅(SOI)上的硅纳米膜剥离以及转移到柔性可弯曲聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底上，随后通过光刻和真空电子束蒸镀技术形成金属源漏电极，将来有望在可穿戴电子，大规模柔性集成电路等方面取得广泛应用。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出柔性材料晶体管。为此，本发明采取的技术方案是，高介电常数栅介质层的柔性薄膜晶体管，PET柔性材料衬底上通过磁控溅射的方式形成有氧化铟锡ITO底栅电极以及锆钛酸钡BZT栅介质膜，BZT栅介质层上部是一层单晶硅薄膜，这层单晶硅薄膜的来源是SOI的硅薄膜，所谓SOI，是中间层为二氧化硅SiO₂,上下层为硅的三层结构，通过在SOI的顶层硅上进行光刻工艺形成掺杂区图案，通过离子注入和退火的工艺形成两处掺杂区，再在顶层硅上通过光刻和反应离子刻蚀RIE的方式形成方孔层,在氢氟酸中进行湿法腐蚀，去掉中间的SiO₂,最后通过光刻以及真空电子束蒸镀的方式在两处掺杂区分别形成有源漏电极。

高介电常数栅介质层的柔性薄膜晶体管制造方法，步骤如下：

a、选用PET柔性材料作为衬底，首先将PET放进盛有丙酮溶液的烧杯中，然后在超声波清洗器中清洗5分钟，随后使用异丙醇溶液将用丙酮清洗过的PET在超声波清洗器中将丙酮清洗干净，得到较为清洁的衬底。

b、采用磁控溅射在PET衬底上镀200nm厚ITO膜以及100nm厚BZT底部介质栅层膜。

c、选用SOI材料，在超声波清洗器中采用丙酮进行清洗，随后采用异丙醇洗净丙酮残留物，吹干SOI。

d、在SOI表面涂上1813正型光刻胶，并使用匀胶机，设置转速为4000rpm，转动时间为30s，将光刻胶甩均匀，随后使用光刻机以及制作好的掩膜版进行光刻形成特定的掺杂区图案，随后采用离子注入的方式进行N型注入，参数为注入能量为40Kev，剂量为4*1015cm-2，产生源漏掺杂区，在750℃的温度条件下，快速热退火10s之后，在丙酮溶液中除去光刻胶。

e、按照掩膜版上做好的标记，将源漏掺杂区与掩膜板上间距5um排列的正方形孔层进行对准光刻，显影后在SOI上形成间距5um排列的正方形小孔层，随后采用离子刻蚀的方式将正方形小孔上的硅去除。

f、在3:1的氢氟酸(HF)溶液中，放入之前做好的SOI，两小时后SOI上的埋氧层将被腐蚀干净，随后硅纳米膜层将脱落，将硅纳米膜层转移到已经镀好ITO和栅介质层的柔性PET衬底之上，烘干。