[发明专利]一种p型金属氧化物薄膜晶体管的制备方法

摘要

本发明属于薄膜晶体管制备技术领域，涉及一种制备p型金属氧化物薄膜晶体管的方法，用于p型金属氧化物半导体薄膜及p型金属氧化物薄膜晶体管制备场合；解决传统TFT器件载流子迁移率低，能耗高，制备成本昂贵，反应条件苛刻，电容密度小和栅极漏电流大的难题，实现低温低成本制备高性能低能耗的p型金属氧化物薄膜晶体管，制得的产物为Ni/CuNiO/ZrO2/Si结构的薄膜晶体管；其用低阻硅作为衬底，ZrO2超薄高k介半导体薄膜作栅介电层，采用燃烧合成法极低温下制备p型CuNiO薄膜晶体管的沟道层，其工艺简单，原理可靠，节能低耗，成本低廉，产品性能好，能够用于工业化生产，具有良好的经济效益和广阔的市场前景。

主权项

一种p型金属氧化物薄膜晶体管的制备方法，其特征在于具体工艺步骤为：(1)清洗衬底：首先选取电阻率为0.0015Ω·cm的低阻硅作为衬底，并依次用丙酮和无水乙醇超声波清洗衬底各10min，用去离子水冲洗3‑5次，再用纯度为99.99％的氮气吹干备用；(2)溶胶‑凝胶法制备栅介电层：接着将0.01‑0.5mol/L的乙酰丙酮锆Zr(C5H7O2)4溶于二甲基甲酰胺中，同时加入与乙酰丙酮锆等摩尔量的乙醇胺作为稳定剂，乙醇胺与二甲基甲酰胺的体积比为1：1‑10，在20‑100℃下磁力搅拌1‑24小时形成澄清透明的栅介电层前驱体溶液，其中，锆离子[Zr4+]的摩尔浓度为0‑0.9mol/L；再将步骤(1)处理完毕的低阻硅衬底放入等离子体清洗腔内,并将清洗腔内压力抽取至0.5Pa后通入30SCCM且纯度为99.99％的氧气，控制功率为35Watt，清洗时间为10min；接着利用常规的溶胶‑凝胶技术旋涂栅介电层前驱体溶液在低阻硅衬底上，旋涂1‑5次后低阻硅衬底表面形成薄膜，旋涂时先在400‑600转/分转速下旋涂4‑8秒，然后在3000‑6000转/分转速下旋涂15‑25秒，每增加一次旋涂薄膜厚度增加5‑20nm；然后将薄膜放到高压汞灯下进行紫外光照处理20‑40分钟，实现光解和固化后得到ZrOx栅介电层薄膜半成品,其中x取值范围为1‑2；再放到烤胶台上200℃退火2h，制得均匀连续的ZrO2栅介电层薄膜成品，完成栅介电层薄膜的制备；(3)采用燃烧合成法制备沟道层：然后称量15mL的乙二醇甲醚作为溶剂，称量适量纯度均大于98％的硝酸铜Cu(NO3)2·H2O和硝酸镍Ni(NO3)2·H2O加入溶剂中，其中，金属阳离子总量为0.01‑0.5mol/L，Cu和Ni离子原子比为0到1:5；Cu的掺杂浓度分别为0‑10％；在20‑90℃条件下磁力搅拌1‑24h形成澄清的溶液；然后加入0.146g的乙酰丙酮作为燃烧剂，放置于50℃水浴中反应1小时，完成沟道层前驱体溶液的配制；将配制的沟道层前驱体溶液旋涂在步骤(2)制得的ZrO2栅介电层薄膜成品上，旋涂次数为1‑5次，每增加一次旋涂薄膜厚度增加5‑20nm，旋涂时先在400‑600转/分转速下匀胶4‑8秒，然后在3000‑7000转/分转速下匀胶15‑45秒，旋涂结束后将制得Cu:NiO半导体薄膜半成品放到烤胶台上，130‑250℃条件下退火2‑4小时，制得均匀连续的Cu:NiO半导体薄膜成品，完成沟道层薄膜的制备；(4)热蒸发法制备源、漏电极：最后通过热蒸发的方式，在步骤(3)制得的沟道层薄膜上用宽长比为1000/100μm的不锈钢掩膜版制备厚度为80‑120nm的金属Ni作为源、漏电极，制得Ni/Cu:NiO/ZrO2/Si结构的薄膜晶体管，完成p型金属氧化物薄膜晶体管的制备。