[发明专利]异质栅介质层柔性硅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，提出并制备一种基于柔性PET衬底的三层金属氧化物材料作为栅介质层的底栅结构晶体管，采用磁控溅射的低温工艺，在较为简便的工艺中设计并制备底部驱动的柔性薄膜晶体管，极大丰富晶体管作为电路元器件的用处，使得该柔性器件在大规模集成电路和光电器件的应用提供可能。为此，本发明采取的技术方案是，异质栅介质层柔性硅薄膜晶体管及其制造方法，PET衬底上依次形成有ITO底栅电极以及SiO₂/HfO₂/SiO₂栅介质膜，SiO₂栅介质膜上有采用光刻工艺形成掺杂区图案以及离子注入的方式形成有掺杂区的SOI膜。本发明主要应用于底栅结构晶体管设计制造场合。

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多层材料作为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，本发明旨在提出并制备一种基于柔性PET衬底的三层金属氧化物材料作为栅介质层的底栅结构晶体管，采用磁控溅射的低温工艺，在较为简便的工艺中设计并制备底部驱动的柔性薄膜晶体管，极大丰富晶体管作为电路元器件的用处，使得该柔性器件在大规模集成电路和光电器件的应用提供可能。为此，本发明采取的技术方案是，异质栅介质层柔性硅薄膜制造方法，采用磁控溅射工艺在聚对苯二甲酸乙二醇酯PET衬底上形成ITO底栅电极以及SiO₂/HfO₂/SiO₂栅介质膜，随后在绝缘体上硅SOI上采用光刻工艺形成掺杂区图案以及离子注入的方式形成掺杂区，采用光刻以及离子刻蚀的方式形成方孔层，采用湿法HF刻蚀的方式形成硅纳米膜层，通过转移技术将硅纳米薄膜转移到PET衬底上，最后通过光刻以及真空电子束蒸镀的方式形成源漏电极，这样就完成了晶体管的制备。

具体的制作工艺如下：

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30nm厚SiO₂/HfO₂/SiO₂，每层均为10nm，作为底部介质栅层膜。

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。