專利名稱：一種釔鋁氧復(fù)合氧化物高k介質(zhì)薄膜晶體管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜晶體管的制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種釔鋁氧(YAlO3)復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管的制備方法。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管(TFT) —般由襯底、柵介質(zhì)層、溝道層、柵電極以及源漏電極構(gòu)成，包括底柵結(jié)構(gòu)的TFT (如圖I所示)和頂柵結(jié)構(gòu)的TFT (如圖2所示)。TFT的主要作為驅(qū)動(dòng)像素的開(kāi)關(guān)元件應(yīng)用于液晶顯示器(TFT-LCD)等顯示器件中。其中柵介質(zhì)材料禁帶寬度的大小決定了 TFT漏電流的大小，而它的相對(duì)介電常數(shù)則決定了器件亞閾值擺幅的大小(ThinSolid Films 517,4115,2009)也即能耗的大小，因此柵介質(zhì)層對(duì)TFT的性能起決定性的作用。目前技術(shù)成熟且大規(guī)模應(yīng)用的柵介質(zhì)都是SiO2，但它有阻礙TFT進(jìn)一步發(fā)展的缺點(diǎn)禁帶寬度小(Eg = 3. 9)，相對(duì)介電常數(shù)小(er= 1.45)。因此，顯示技術(shù)的發(fā)展客觀上要求 開(kāi)發(fā)新的寬禁帶、大相對(duì)介電常數(shù)(高K)的介質(zhì)材料。目前成為研究熱點(diǎn)的新型高K介質(zhì)材料包括Y2O3(AppliedSurfaceScience,256,2245,2010), HfO2 (Journal of Applied Physics，107，014104，2010)，Al2O3(Electrical and Solid-state Letters,12, H123,2009), Ta2O5(IEEE ElectronDevice Letters，31，1245，2010)等。雖然Y2O3和Al2O3作為新型高K介質(zhì)材料得到了廣泛關(guān)注，但是他們的合金形式復(fù)合氧化物，尤其是不摻雜的、以反應(yīng)磁控濺射的方法制備的YAlO3復(fù)合氧化物用做高K介質(zhì)的制備技術(shù)公開(kāi)的并不多。目前YAlO3復(fù)合氧化物的報(bào)道多見(jiàn)于Er3+: YAlO3用于光催化降解有機(jī)物(Water Science & Technology, 60,917,2009)，Pr3+:YA103 用于固態(tài)激光系統(tǒng)的微芯片激光器(OPTICAS LETTERS，35，2556，2010)，Er3+: YAlO3光波導(dǎo)材料(公開(kāi)號(hào)CN1454324，
公開(kāi)日2003. 11. 05)，鈰、釓激活的釔鋁石榴石熒光粉(公開(kāi)號(hào)CN1730607，
公開(kāi)日2006.02.08)以及超導(dǎo)體的絕緣層(SUPERCONDUCTORSCIENCE AND TECHNOLOGY，23，045012，2010)。而它們的制備方法也多為溶膠-凝膠法(sol-gel),粉末高溫?zé)Y(jié)法等。YAlO3復(fù)合氧化物，Y2O3和Al2O3的合金，被認(rèn)為是最具應(yīng)用前景的新型高K氧化物介質(zhì)之一。兼具Y2O3相對(duì)介電常數(shù)大和Al2O3禁帶寬度大的優(yōu)點(diǎn).同時(shí)，Y和Al均為3價(jià)，可以預(yù)料YAlO3復(fù)合氧化物介質(zhì)中會(huì)具有較少的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種釔鋁氧復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管的制備方法，采用反應(yīng)射頻磁控濺射和快速退火技術(shù)來(lái)制備YAlO3復(fù)合氧化物高K介質(zhì)，簡(jiǎn)化了以YAlO3復(fù)合氧化物為介質(zhì)的薄膜晶體管的制備條件并提高了晶體管的性能。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為一種釔鋁氧復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于包括以下步驟I)選擇ITO玻璃作為襯底，并對(duì)襯底進(jìn)行超聲清洗，預(yù)留邊緣一部分作為柵電極；
2)采用磁控濺射鍍膜設(shè)備及金屬釔靶和鋁靶，在襯底溫度條件下，在襯底上用反應(yīng)濺射沉積釔鋁氧YAlO3復(fù)合氧化物薄膜(一般厚度為100nm-300nm)，然后進(jìn)行退火處理，完成柵介質(zhì)層的制備；3)在柵介質(zhì)層上制備溝道層；4)在溝道層上制備源電極和漏電極，制得底柵結(jié)構(gòu)的YAlO3復(fù)合氧化物高K介質(zhì)
薄膜晶體管?；蛘呤牵环N釔鋁氧復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于包括以下步驟I)選擇ITO玻璃襯底并對(duì)襯底進(jìn)行超聲清洗，然后在其上進(jìn)行溝道層的制備； 2)采用磁控濺射鍍膜設(shè)備及金屬釔靶和鋁靶，在襯底溫度條件下，在溝道層上用反應(yīng)濺射沉積釔鋁氧YAlO3復(fù)合氧化物薄膜(一般厚度為100nm-300nm)，然后進(jìn)行退火處理，完成柵介質(zhì)層的制備；3)制備源電極和漏電極以及柵電極，制得頂柵結(jié)構(gòu)的YAlO3復(fù)合氧化物高K介質(zhì)
薄膜晶體管。作為改進(jìn)，所述退火處理采用快速退火處理，工藝條件為在02氣氛中于200°C至400°C退火I分鐘至15分鐘。作為改進(jìn)，所述襯底溫度為室溫至300°C。所述溝道層的材料為Ιη203。作為優(yōu)選，所述源電極和漏電極為T(mén)i/Au雙層金屬膜電極。Ti與YAlO3薄膜能形成良好的歐姆接觸，而Au具有穩(wěn)定性且不易被氧化，覆蓋在上面與引線形成良好的接觸。最后，所述源電極和漏電極上的Ti/Au雙層金屬膜采用電子束蒸發(fā)設(shè)備進(jìn)行制備。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于I、薄膜晶體管中介質(zhì)層的制備在磁控濺射鍍膜設(shè)備中完成，磁控濺射相對(duì)于其他物理鍍膜設(shè)備來(lái)說(shuō)，具有操作簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)過(guò)程精確可控、可大面積均勻成膜等優(yōu)勢(shì)；相對(duì)于化學(xué)方法，則有薄膜致密，成膜效率高等優(yōu)勢(shì)；2、采用兩個(gè)金屬靶與氧氣共同反應(yīng)濺射的方法，在室溫下制備YAlO3復(fù)合氧化物介質(zhì)薄膜，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的需要，可實(shí)時(shí)調(diào)整氣壓和功率，并且可免去靶材開(kāi)裂(如陶瓷靶)的危險(xiǎn)，降低制備難度；3、使用金屬釔靶⑴和鋁靶(Al)為源材料，源材料無(wú)需高溫?zé)Y(jié)，制備簡(jiǎn)單，且其價(jià)格遠(yuǎn)低于Y2O3陶瓷靶、Al2O3陶瓷靶及YAlO3復(fù)合氧化物陶瓷靶，減少制備成本；4、選用ITO玻璃作為襯底，同時(shí)又是柵電極的一部分，省去了制備柵電極的步驟，簡(jiǎn)化了工藝；同時(shí)沉積薄膜與襯底之間無(wú)需外延關(guān)系，因而制備的晶體管可以采用頂柵結(jié)構(gòu)和底柵結(jié)構(gòu)，但后者相對(duì)于前者來(lái)說(shuō)，其電極的制備工藝更為簡(jiǎn)單，甚至無(wú)需采用光刻技術(shù)，降低器件制備難度也節(jié)約了成本；本發(fā)明是在透明玻璃襯底上制備的薄膜晶體管，拓展了其應(yīng)用范圍；5、制備的薄膜晶體管具有較小的漏電流和較大的電容，蒸鍍上透明電極可發(fā)展氧化物基全透明薄膜晶體管，在顯示器件領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣闊。


圖I是底柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是頂柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例所制備的底柵結(jié)構(gòu)YAlO3復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例所制備的頂柵結(jié)構(gòu)YA103復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例I一種底柵結(jié)構(gòu)的YAlO3復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管的制備方法，具體過(guò)程為步驟I :選擇商業(yè)購(gòu)買的ITO玻璃作為襯底，同時(shí)在制備時(shí)玻璃邊緣留出一部分作為柵電極，ITO玻璃的面電阻率小于15Q/cm2 ；步驟2 :采用磁控濺射設(shè)備與金屬釔靶(Y)和鋁靶(Al)，在室溫條件下與氧氣共同反應(yīng)濺射沉積150nm左右的YAlO3復(fù)合氧化物介質(zhì)薄膜，然后在O2氣氛下進(jìn)行快速退火處理，退火溫度為200°C至400°C，升溫速度為20°C /min，退火時(shí)間為IOmin ；步驟3 :采用磁控濺射的方法，在O2氣氛下室溫沉積In2O3溝道層；步驟4 :采用電子束蒸發(fā)設(shè)備和Al掩模版制備Ti/Au源電極和漏電極，源漏之間的溝道長(zhǎng)(L)和寬(W)分別為150 μ m和7500 μ m,制得YAlO3復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管(如圖3所示)。實(shí)施例2一種頂柵結(jié)構(gòu)的YAlO3復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管的制備方法，具體過(guò)程為步驟I :選擇商業(yè)購(gòu)買的ITO玻璃作為襯底，ITO玻璃的面電阻率小于15 Ω /cm2 ；步驟2 :采用磁控濺射的方法，在O2氣氛下室溫在ITO玻璃上沉積In2O3溝道層；步驟3 :采用磁控濺射設(shè)備與金屬釔靶(Y)和鋁靶(Al)，在室溫條件下在In2O3溝道層上與氧氣共同反應(yīng)濺射沉積150nm左右的YAlO3復(fù)合氧化物介質(zhì)薄膜，然后在O2氣氛下進(jìn)行快速退火處理，退火溫度為200°C至400°C，升溫速度為20°C /min，退火時(shí)間為IOmin ；步驟4 :采用電子束蒸發(fā)設(shè)備和Al掩模版制備Ti/Au源電極和漏電極以及柵電極，源漏之間的溝道長(zhǎng)(L)和寬(W)分別為150 μ m和7500 μ m,制得YAlO3復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管(如圖4所示)。 實(shí)施例3—種底柵結(jié)構(gòu)的YAlO3復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管的制備方法，具體過(guò)程為步驟I :選擇商業(yè)購(gòu)買的ITO玻璃作為襯底，同時(shí)在制備時(shí)玻璃邊緣留出一部分作為柵電極，ITO玻璃的面電阻率小于15Q/cm2 ;并將襯底溫度加熱到250°C。步驟2 :采用磁控濺射設(shè)備與金屬釔靶(Y)和鋁靶(Al)，在襯底溫度條件下與氧氣共同反應(yīng)濺射沉積150nm左右的YAlO3復(fù)合氧化物介質(zhì)薄膜，然后在O2氣氛下進(jìn)行快速退火處理，退火溫度為200°C至400°C，升溫速度為20°C /min，退火時(shí)間為IOmin ；
步驟3 :采用磁控濺射的方法，在O2氣氛襯底溫度下沉積In2O3溝道層；步驟4 :采用電子束蒸發(fā)設(shè)備和Al掩模版制備Ti/Au源電極和漏電極，源漏之間的溝道長(zhǎng)(L)和寬(W)分別為150 μ m和7500 μ m,制得YAlO3復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管。實(shí)施例4一種頂柵結(jié)構(gòu)的YAlO3復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管的制備方法，具體過(guò)程為步驟I :選擇商業(yè)購(gòu)買的ITO玻璃作為襯底，ITO玻璃的面電阻率小于15Q/cm2 ；并將襯底溫度加熱到250°C。
步驟2 :采用磁控濺射的方法，在O2氣氛襯底溫度下在ITO玻璃上沉積In2O3溝道層；步驟3 :采用磁控濺射設(shè)備與金屬釔靶⑴和鋁靶(Al)，在襯底溫度下在In2O3溝道層上與氧氣共同反應(yīng)濺射沉積150nm左右的YAlO3復(fù)合氧化物介質(zhì)薄膜，然后在O2氣氛下進(jìn)行快速退火處理，退火溫度為200°C至400°C，升溫速度為20°C /min，退火時(shí)間為IOmin ；步驟4 :采用電子束蒸發(fā)設(shè)備和Al掩模版制備Ti/Au源電極和漏電極以及柵電極，源漏之間的溝道長(zhǎng)(L)和寬(W)分別為150 μ m和7500 μ m,制得YAlO3復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管。實(shí)施例5一種底柵結(jié)構(gòu)的YAlO3復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管的制備方法，具體過(guò)程為步驟I :選擇商業(yè)購(gòu)買的ITO玻璃作為襯底，同時(shí)在制備時(shí)玻璃邊緣留出一部分作為柵電極，ITO玻璃的面電阻率小于15Q/cm2 ；步驟2 :采用磁控濺射設(shè)備與金屬釔靶⑴和鋁靶(Al)，在室溫、襯底偏壓為60w的條件下與氧氣共同反應(yīng)濺射沉積150nm左右的YAlO3復(fù)合氧化物介質(zhì)薄膜，然后在O2氣氛下進(jìn)行快速退火處理，退火溫度為200°C至400°C，升溫速度為20°C /min，退火時(shí)間為IOmin ；步驟3 :采用磁控濺射的方法，在O2氣氛室溫條件下沉積In2O3溝道層(沉積溝道 層是不加襯底偏壓)；步驟4 :采用電子束蒸發(fā)設(shè)備和Al掩模版制備Ti/Au源電極和漏電極，源漏之間的溝道長(zhǎng)(L)和寬(W)分別為150 μ m和7500 μ m,制得YAlO3復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管。實(shí)施例6一種頂柵結(jié)構(gòu)的YAlO3復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管的制備方法，具體過(guò)程為步驟I :選擇商業(yè)購(gòu)買的ITO玻璃作為襯底，ITO玻璃的面電阻率小于15 Ω /cm2 ；步驟2 :采用磁控濺射的方法，在O2氣氛下室溫在ITO玻璃上沉積In2O3溝道層；步驟3 :采用磁控濺射設(shè)備與金屬釔靶(Y)和鋁靶(Al)，在室溫、襯底偏壓為60w條件下在In2O3溝道層上與氧氣共同反應(yīng)濺射沉積150nm左右的YAlO3復(fù)合氧化物介質(zhì)薄膜，然后在O2氣氛下進(jìn)行快速退火處理，退火溫度為200°C至400°C，升溫速度為20°C /min,退火時(shí)間為IOmin ；步驟4 :采用電子束蒸發(fā)設(shè)備和Al掩模版制備Ti/Au源電極和漏電極以及柵電極，源漏之間的溝道長(zhǎng)(L)和寬(W)分別為150 μ m和7500 μ m,制得YAlO3復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管。 實(shí)施例子中沒(méi)有展開(kāi)來(lái)描寫(xiě)的技術(shù)內(nèi)容請(qǐng)參考薄膜晶體管技術(shù)、磁控濺射技術(shù)和 電子束蒸發(fā)技術(shù)，為常規(guī)技術(shù)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.ー種釔鋁氧復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于包括以下步驟 1)選擇ITO玻璃作為襯底，并對(duì)襯底進(jìn)行超聲清洗，預(yù)留邊緣一部分作為柵電極； 2)采用磁控濺射鍍膜設(shè)備及金屬釔靶和鋁靶，在襯底溫度條件下在襯底上用反應(yīng)濺射沉積釔鋁氧YAlO3復(fù)合氧化物薄膜，然后進(jìn)行退火處理，完成柵介質(zhì)層的制備； 3)在柵介質(zhì)層上制備溝道層； 4)在溝道層上制備源電極和漏電極，制得底柵結(jié)構(gòu)的YAlO3復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管。
2.ー種釔鋁氧復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于包括以下步驟 1)選擇ITO玻璃作為襯底，并對(duì)襯底進(jìn)行超聲清洗，然后在其上進(jìn)行溝道層的制備； 2)采用磁控濺射鍍膜設(shè)備及金屬釔靶和鋁靶，在襯底溫度條件下在溝道層上用反應(yīng)濺射沉積釔鋁氧YAlO3復(fù)合氧化物薄膜，然后進(jìn)行退火處理，完成柵介質(zhì)層的制備； 3)制備源電極和漏電極以及柵電扱，制得頂柵結(jié)構(gòu)的YAlO3復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制備方法，其特征在于所述退火處理采用快速退火處理，エ藝條件為在O2氣氛中于200°C至400°C退火I分鐘至15分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要I或2所述的制備方法，其特征在于所述襯底溫度為室溫至300°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制備方法，其特征在于所述溝道層的材料為Ιη203。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制備方法，其特征在于所述源電極和漏電極為T(mén)i/Au雙層金屬膜電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于所述源電極和漏電極上的Ti/Au雙層金屬膜采用電子束蒸發(fā)設(shè)備進(jìn)行制備。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制備方法，其特征在于所述YAlO3復(fù)合氧化物薄膜厚度為 100nm-300nm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種YAlO3復(fù)合氧化物高K介質(zhì)薄膜晶體管的制備方法，以金屬釔靶(Y)和鋁靶(Al)為源材料，采用磁控濺射和快速退火技術(shù)來(lái)制備YAlO3復(fù)合氧化物高K介質(zhì)作為薄膜晶體管的柵介質(zhì)層材料，并且以ITO玻璃作為襯底，源、漏電極為T(mén)i/Au雙層金屬膜電極，制得的薄膜晶體管可采用頂柵結(jié)構(gòu)或者底柵結(jié)構(gòu)；本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單可控，可實(shí)現(xiàn)低溫制備，制造成本較低；制得的薄膜晶體管性能優(yōu)良，具有較小的漏電流和較大的電容，可發(fā)展成全透明薄膜晶體管，在顯示器件技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用前景十分廣闊。
文檔編號(hào)H01L21/203GK102683208SQ201110056308
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者俞崢, 葉小娟, 方燕群, 曹鴻濤, 梁凌燕, 許望穎 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所