[发明专利]一种薄膜晶体管制备方法

说明书

本发明属于晶体管制备技术领域，具体涉及一种薄膜晶体管制备方法，将溶液法和热退火相结合制备超薄Tm₂O₃介电层和高迁移率的In₂O₃半导体沟道层，进而制备高性能的TFT，与现有技术相比，具有以下优点：一是Tm₂O₃高k栅介电层的物理厚度小于15nm，低漏电流的特性能够很好地满足微电子集成化对于器件尺寸的需求；二是Tm₂O₃薄膜为非晶态，可大面积均匀制备介电层；三是采用等离子体清洗衬底表面，能够增加旋涂时Tm₂O₃前驱体溶液在衬底的附着力，使得旋涂表面更加均一平整；四是薄膜晶体管中的半导体沟道层和高k介电层均是利用溶液法制备的，成本低廉，制备过程不需要高真空环境，在空气中即可进行。

技术领域：

本发明属于晶体管制备技术领域，具体涉及一种薄膜晶体管制备方法，以超薄氧化铥(Tm₂O₃)为高k介电层，以氧化铟(In₂O₃)为沟道层，基于溶液法制备绿色环保型的薄膜晶体管。

背景技术：

氧化物基的薄膜晶体管(TFT)因为具有优异的电学性能、较高的透明度、良好的均一性和低廉的生产成本，近年来被广泛而深入的研究。TFT式显示屏是各类笔记本电脑和台式机上的主流显示设备，其上的每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动；TFT式屏幕普遍应用于中高端彩屏手机中，分65536色、16万色，1600万色三种，其显示效果非常出色。随着集成电路的发展，快速响应和低功耗成为电子器件的发展趋势。TFT提高输出电流和响应速度的目的，可通过减小介电层的厚度从而增大单位面积的电容来实现。但是，目前TFT的介电层大多采用传统的二氧化硅，其厚度不能无限制的减小。基于此，有必要寻找新型的高介电常数(k)材料代替SiO₂材料，以提升TFT的性能。TFT中高k材料的选择标准一般包括：适当的k值、高的禁带宽度、高的热稳定性、低薄膜结晶性、高质量的界面平整性、较低的漏电流和与TFT的兼容性。在众多SiO₂栅介电替代品中，氧化铥(Tm₂O₃)作为高k介电材料具有很好的可靠性、较大的k值、较大的禁带宽度和优异的热稳定性，且与硅衬底界面明显，高温退火不易渗透，表面粗糙度小，易于载流子的输运，被视为理想的栅介电层材料。考虑到将来微电子器件发展的新方向—打印电子器件，利用化学溶液技术制备薄膜将是一个很好的选择，溶液法使用的溶液是由两种或两种以上物质组成的均匀混合物，由溶质和溶剂组成的，常用的溶剂有水和有机溶剂等。包括低温溶液(如水和重水溶液、凝胶溶液、有机溶剂溶液)法、高温溶液(即熔盐)法和热液法等。化学溶液技术在超细粉末、薄膜涂层和纤维等材料的制备工艺中受到广泛应用，它具有其独特的优点：可实现分子级别的混合，均匀性好；反应过程可控，条件温和；不需要复杂的设备，不需要真空条件，成本低。现有技术中尚未有关于利用溶液法制备氧化铥介电薄膜的文献和报道，基于氧化铥高k介电层的TFT器件更是无人涉足。因此，研发设计一种基于溶液法制备氧化铥介电层氧化铟薄膜晶体管，具有良好的应用前景。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种薄膜晶体管制备方法，将溶液法和热退火相结合制备超薄Tm₂O₃介电层和高迁移率的In₂O₃半导体沟道层，进而制备高性能的TFT。

为了实现上述目的，本发明涉及的薄膜晶体管制备方法的具体工艺包括以下步骤：