[發明專利]一種高K值氧化鋯鈦復合絕緣層薄膜及其晶體管制備方法

在審

• 申請號: 202010967368.0
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112053935A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 謝應濤;陳鵬龍
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L29/786;H01L21/336
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

本發明涉及一種高K值氧化鋯鈦復合絕緣層薄膜及其晶體管制備方法，屬于晶體管技術領域。該方法包括以下步驟：S1：乙酰丙酮鋯溶解于二甲基甲酰胺DMF中，濃度為0.1～0.5摩爾/升；然后加入一定體積的二乙醇胺；最后加熱攪拌形成透明澄清的氧化鋯前驅體溶液；S2：將鈦酸四丁酯或者鈦酸異丙酯與上述氧化鋯前驅體溶液按一定體積比混合；最后攪拌形成透明澄清的混合氧化鋯鈦ZrTiOx前驅體溶液；S3：將不同體積比的ZrTiOx前驅體溶液通過旋涂或打印方式涂覆于基板上，然后通過紫外光照射，形成ZrTiOx絕緣層薄膜。S4：基于上述ZrTiOx薄膜作為薄膜晶體管的絕緣層，實現不同結構和類型的薄膜晶體管的制備。

技術領域

本發明屬于晶體管技術領域，涉及一種高K值氧化鋯鈦復合絕緣層薄膜及其晶體管制備方法。

背景技術

現階段薄膜晶體管一般以二氧化硅或有機材料為絕緣層，其絕緣層介電常數均較低，器件的工作電壓較高(30V)，而在實際應用中希望薄膜晶體管的工作電壓在10V以內，因為較高的工作電壓會增加驅動電路設計難度和器件功耗，這在很大程度上限制了其應用場景。針對于此，高介電常數材料作為薄膜晶體管的絕緣層是一個被廣受關注的解決方案，因為其單位面積電容更大，可以極大地降低薄膜晶體管的工作電壓，更便于其實際應用。同時可溶液法具有低成本、易于制備等諸多優點，使其正在逐漸代替傳統的真空制備技術，因此采用溶液法制備具有高K值的絕緣層正在成為該領域的研究熱點。基于此，本案提出一種基于溶液法制備具有高K值的非晶態ZrTiOx絕緣層薄膜的方法，及其低功耗薄膜晶體管制備方法，以期實現大面積、低成本制備。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種高K值氧化鋯鈦復合絕緣層薄膜及其晶體管制備方法。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種高K值氧化鋯鈦復合絕緣層薄膜的制備方法，該方法包括以下步驟：

S1：乙酰丙酮鋯溶解于二甲基甲酰胺DMF中，濃度為0.1～0.5摩爾/升；然后加入一定體積的二乙醇胺，其中體積比乙醇胺：DMF＝1:3～1:6；最后加熱攪拌形成透明澄清的氧化鋯前驅體溶液；

S2：將鈦酸四丁酯或者鈦酸異丙酯與上述氧化鋯前驅體溶液按一定體積比混合，范圍為0％x≤30％；最后攪拌形成透明澄清的混合氧化鋯鈦前驅體溶液；

S3：將不同體積比的ZrTiOx前驅體溶液通過旋涂或者打印方式涂覆于基板上，然后通過365nm紫外光照射0.5～2小時，形成具有高K值的、低漏電特性的ZrTiOx絕緣層薄膜。

可選的，所述制備方法具體為：

(1)先將488mg的乙酰丙酮鋯溶解于2.8ml的二甲基甲酰胺DMF中，然后再加入0.5ml的二乙醇胺，形成氧化鋯前驅體溶液；為加速溶解，將上述混合溶液70℃加熱攪拌3小時，并過濾后備用；

(2)為更好的溶解，將上述氧化鋯前驅體溶液70℃加熱并磁力攪拌3小時，并過濾后備用；

(3)接著取1ml上述氧化鋯前驅體溶液，為對比不同濃度下薄膜性能，添加100ul、200ul、300ul鈦酸四丁酯溶液，比例分別用10％、20％、30％表示，形成不同濃度的混合氧化鋯鈦前驅體溶液；

(4)為使上述氧化鋯鈦前驅體溶液得到充分溶解，在室溫條件下磁力攪拌20分鐘，并過濾后備用；

(5)將不同濃度的混合氧化鋯鈦前驅體溶液旋涂于已清洗的硅片或者玻璃基板上，得到約30～100納米后的ZrTiOx薄膜，然后在空氣環境下，通過365nm紫外光照射0.5～2小時，形成具有高K值的ZrTiOx絕緣層薄膜，完成薄膜制備。

可選的，該方法包括以下步驟：

底柵頂接觸BG-TC結構的氧化物薄膜晶體管具體制備步驟如下：