[發明專利]一種鈰摻雜的氧化鋯薄膜的制備方法及其在制備晶體管中的應用

有效

• 申請號: 202010571464.3
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111834230B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 陸旭兵;李長灝
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01L21/473
• 分類號: H01L21/473;H01L29/786;H01L21/34
• 代理公司: 廣州正明知識產權代理事務所(普通合伙) 44572
• 代理人: 成姍

本發明屬于薄膜晶體管制備技術領域，具體涉及一種鈰摻雜的氧化鋯薄膜的制備方法及其在制備晶體管中的應用，為研制高介電常數、低漏電流的介電層薄膜，本發明提供了一種鈰摻雜的氧化鋯薄膜的制備方法，即將鋯源和鈰源溶于有機溶劑中，預先制備鋯鈰氧化物前驅體溶液，最后涂覆在襯底上進行熱處理制得，所制備的鈰摻雜的氧化鋯薄膜表面平整、致密，電學性能好，應用于制備薄膜晶體管領域，具備較好的擊穿特性，更低的漏電流密度。同時，本發明的鈰摻雜的氧化鋯薄膜晶體管結構簡單，制備工藝簡便,易于推廣。

技術領域

本發明涉及薄膜晶體管制備技術領域，特別涉及一種鈰摻雜的氧化鋯薄膜的制備方法及其在制備晶體管中的應用。

背景技術

薄膜晶體管(TFT)是微電子特別是顯示工程領域的核心技術之一。不論在目前先進顯示市場中占絕對主導優勢的有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)，還是代表未來柔性顯示趨勢的AMOLED(有源矩陣有機發光二極管顯示器)，TFT器件均在其中的像素驅動單元中占據關鍵位置。此外，TFT器件還在生物傳感、紫外探照等方面得到廣泛研究與應用。因此，研制和發展TFT器件具有重要的意義，而介電層作為TFT的重要部分，對晶體管性能如開啟電壓、半導體生長形貌等有重要影響。目前晶體管普遍以SiO₂為介電層，但SiO₂的介電常數(K＝3.9)較低，使晶體管的工作電壓較大。同時，為滿足社會對器件小型化的需求，TFT中的SiO₂介電層物理厚度越來越薄，出現了器件漏電迅速增大、器件功耗增加的問題。若TFT采用高K介電材料作為介電層，則可在相同的物理厚度下提供更大的電容，可降低漏電流以及工作電壓，使器件在低壓下工作，降低器件的總體功耗。而稀土元素由于可以控制氧空位、改善界面質量、提高結晶溫度以及介電常數和對能帶進行調控等原因，常被用于對高K材料的摻雜以提高其性能。

目前大部分的高K介電材料是通過脈沖激光沉積、磁控濺射、原子層沉積等方法進行制備，這些制備方法需要在真空環境或者惰性氣體保護下進行，操作復雜、成本高。而利用化學液相法可以實現在空氣環境中低成本、大面積制備高K介電薄膜，為進一步的TFT的制備提供了高介電常數、低漏電流的介電層薄膜，使其可以表現出良好的電學性能。氧化鋯是一種具有較高介電常數的材料，將其應用在晶體管作為介電層可有效降低器件所需的工作電壓。盡管如此，氧化物鋯單獨作為介電層依然存在與Si襯底生成低介電常數SiO₂，介電常數不足以及溶液法低溫制備的氧化鋯薄膜漏電大等問題。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的首要目的是提供一種鈰摻雜的氧化鋯薄膜的制備方法。

本發明的第二個目的是提供采用上述制備方法得到的鈰摻雜的氧化鋯薄膜在制備晶體管中的應用。

本發明的第三個目的是提供一種鈰摻雜的氧化鋯薄膜晶體管。

本發明的第四個目的是提供一種鈰摻雜的氧化鋯薄膜晶體管的制備方法。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案為：

將鋯源和鈰源溶于有機溶劑中，制備鋯鈰氧化物前驅體溶液，最后涂覆在襯底上后進行熱處理制得。

優選的，所述鋯源為乙酰丙酮鋯，所述鈰源為乙酰丙酮鈰。

高K介電薄膜的制備方法對于薄膜晶體管的質量和電學性能起到了關鍵影響，因此，尋找合適的制備方法以及選擇高K材料的摻雜材料，使其可以有效降低器件所需的工作電壓和漏電流，是本發明研究的主要內容。為制備一種鈰摻雜的氧化鋯薄膜，本發明以鋯源和鈰源為前驅體，制備鈰摻雜的氧化鋯薄膜作為介電層，由于鈰的電負性比鋯小，對氧離子的吸附能力比較強，所以能有效的抑制氧擴散，減少氧空位密度，降低邊界陷阱電荷，并且鈰元素可以抑制界面低介電常數物質SiO₂的生長，從而擁有更好的擊穿特性以及更低的漏電流密度。