[发明专利]一种基于超薄氧化锂高k介电层薄膜晶体管的制备方法

说明书

本发明属于半导体薄膜晶体管制备技术领域，涉及一种基于超薄氧化锂高k介电层薄膜晶体管的制备方法，选用低阻硅作为基底和栅电极，采用热退火的方式制备超薄Li₂O栅介电层和高透过率、化学稳定性良好的In₂O₃半导体沟道层，进一步制备高性能、低能耗的TFT器件；其工艺简单，原理可靠，低成本，能耗少，制备的产品性能好，应用前景广阔，为大面积制备高性能的薄膜晶体管提供可行性方案。

技术领域:

本发明属于半导体薄膜晶体管制备技术领域，涉及一种基于超薄氧化锂高k介电层薄膜晶体管的制备方法，特别是一种以超薄氧化锂(Li₂O)为高介电常数(k)介电层，以氧化铟(In₂O₃)为半导体沟道层的薄膜晶体管的制备方法。

背景技术：

近年来，薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFT)在有源矩阵驱动液晶显示器件(Active Matrix Liquid Crystal Display,AMLCD)中发挥了重要作用。薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)是多数液晶显示器的一种，它使用薄膜晶体管技术改善影象品质，虽然TFT-LCD被统称为LCD，不过它是种主动式矩阵LCD，被应用在电视、平面显示器及投影机上。从低温非晶硅TFT到高温多晶硅TFT，技术越来越成熟，应用对象也从只能驱动LCD(LiquidCrystal Display)发展到既可以驱动LCD又可以驱动OLED(Organic Light EmittingDisplay)、甚至电子纸。TFT在过去的十多年中已经成为平板显示行业的核心部件，每台显示器都集成了数百万甚至上亿个TFT器件，随着大规模集成电路的发展，作为硅基集成电路核心器件的TFT的特征尺寸一直不断减小，其减小规律遵循摩尔定律，这种缩减的结果不仅可以增加器件密度，降低单位成本，更重要的是其每次开关操作所消耗的功率也随之减少(IBM Journal of Research and Development,43245，1999)。当超大规模集成电路的特征尺寸小于0.1μm时，二氧化硅(SiO₂)介电层的厚度必须小于1.5nm，因此很难控制SiO₂薄膜的针孔密度，从而导致较大的漏电流。研究表明SiO₂厚度由3.5nm减至1.5nm时栅极漏电流由10^-12A/cm²增大到10A/cm²(IEEE Electron Device Letters,18209,1997)，较大的漏电流会引起高功耗及相应的散热问题，这对于器件集成度、可靠性和寿命都造成不利的影响。目前， 在集成电路工艺中广泛采用高介电常数(高k)栅介电来增大电容密度和减少栅极漏电流，高k材料因其大的介电常数，在与SiO₂具有相同等效栅氧化层厚度(EOT)的情况下，其实际厚度比SiO₂大的多，从而解决了SiO₂因接近物理厚度极限而产生的量子遂穿效应(Journal of Applied Physics,895243,2001)。因此制备新型、高性能高k材料替代SiO₂成为实现大规模集成电路的首要任务。