一种ZnSnO薄膜晶体管的制备方法

本发明主要涉及半导体薄膜晶体管制备技术领域，具体涉及一种znsno薄膜晶体管的制备方法。

背景技术：

非晶金属氧化物半导体薄膜晶体管（tft）已引起广泛关注，由于其在有源矩阵有机发光二极管（amoled）显示器领域存在广泛的应用前景。一系列的多化合物氧化物半导体，已被广泛用作具有高场效应迁移率tft器件，例如ingazno。但是铟是一种昂贵的资源稀缺元素，同时是一种对人类与环境不友好的元素。znsno（zto）半导体被认为是铟基氧化物有前途的替代品半导体。然而，ztotft有源层中的氧空位（vo）和氧缺陷导致tft器件不稳定。为了提高器件的稳定性，可以通过在zto半导体掺杂重金属阳离子以抑制有源层中的氧空位，例如hf。但是，随着掺杂浓度的增加器件的迁移率出现明显的下降。因此，不损失迁移率的情况下开发抑制氧缺陷的方法具有重要意义。阴离子掺杂可以提供有效的解决方法，并实现场效应迁移率和稳定性之间的折衷。阴离子氮掺杂到zto薄膜中可以成功抑制与氧气有关的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种“氨浴”方法实现氮掺杂到ztotft中。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种znsno薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：

（1）将二水合氯化锡（sncl2·2h2o）和醋酸锌二水合物（zn（ch3coo）2·2h2o）加入2-甲氧基乙醇中，构成zto前驱体溶液。保持sn和zn的摩尔比在3：7。加入单乙醇胺（mea）作为稳定剂避免前驱体混浊和沉淀。将制备的溶液在60°c搅拌在水浴加热器中放置2小时，然后在室温下放置12小时。

（2）利用原子层沉积（ald）在清洁的p型硅晶片上制备30nmhfo2介质层（电容298nf/cm²），条件为：在250°c下使用四(二甲胺基)鉿（tdmah，cas号19782-68-4）和h2o作为前驱体。腔室压力控制在大约小于10mbar。

（3）将zto前驱体溶液旋涂在hfo2薄膜上以500rpm的速度旋转5s，然后以3000rpm的速度旋转30s以获得30纳米厚的薄膜。接下来，将涂覆的薄膜放置在盛有氨水容器上方，具有挥发性nh3扩散到有源层薄膜表面，分别放置2、4、6分钟。然后用热板在300°c下对薄膜加热10分钟。所有器件在500°c退火炉中放置2小时。

（4）通过真空热蒸发制备约200纳米铝薄膜，并通过掩模版制备出源极和漏极。

本发明的显著优点在于：

本发明相对于现有技术的优点：

本发明的工艺方法简单，有效，并且能够很好的通过氨处理来减少薄膜中的氧空位。

附图说明

图1为本发明的制备流程示意图；

图2不同氨处理时间薄膜的xps示意图；

图3不同氨处理时间的薄膜晶体管转移特性及电学性能；

图4氨处理对器件稳定性的影响。

具体实施方式

为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

一种znsno薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：

（1）将二水合氯化锡（sncl2·2h2o）和醋酸锌二水合物（zn（ch3coo）2·2h2o）加入2-甲氧基乙醇中，构成zto前驱体溶液。保持sn和zn的摩尔比在3：7。加入单乙醇胺（mea）作为稳定剂避免前驱体混浊和沉淀。将制备的溶液在60°c搅拌在水浴加热器中放置2小时，然后在室温下放置12小时。

（2）利用原子层沉积（ald）在清洁的p型硅晶片上制备30nmhfo2介质层（电容298nf/cm²），条件为：在250°c下使用四(二甲胺基)鉿（tdmah）和h2o作为前驱体。腔室压力控制在大约小于10mbar。

（3）将zto前驱体溶液旋涂在hfo2薄膜上以500rpm的速度旋转5s，然后以3000rpm的速度旋转30s以获得30纳米厚的薄膜。接下来，将涂覆的薄膜放置在盛有氨水容器上方，具有挥发性nh3扩散到有源层薄膜表面，分别放置2、4、6分钟。然后用热板在300°c下对薄膜加热10分钟。所有器件在500°c退火炉中放置2小时。

（4）通过真空热蒸发制备约200纳米铝薄膜，并通过掩模版制备出源极和漏极。

通过图2的xps分析可以看出，zto薄膜和zto：n薄膜（2分钟，4分钟）中氧空位的含量分别为25.4％，21.2％和15.6％。结果表明zto：n薄膜的氧空位比zto薄膜氧空位随着氮浓度的增加而降低。可以得出结论，适量的n掺杂可以显著抑制有源层中氧空位的产生。n原子通过与zn原子结合而填充vo（oxygenvacancies，氧空位），n-zn键比o-zn键更稳定。因此，在此过程中会形成znsnoxny化合物，解释了为什么氮掺杂会减少氧缺陷。图2中（d）显示了zto薄膜的n1sxps光谱和zto：n薄膜（2和4分钟）。除了zto薄膜，所有zto：n薄膜在399.73ev处观察到一个明显而宽的峰。这个峰值与zn-n键合有关。表明n元素成功地掺杂到zto薄膜中。zn2p3/2和sn3d5/2的xps光谱如图2中的（e）和（f）所示。从光谱来看，zn2p3/2和sn的3d5/2两个峰随着氮含量的增加结合能逐渐变低。zto：n薄膜的zn2p3/2峰结合能低，这是由于氧气的减少。

tft的传输特性如图3中（a）所示。其电性能如图3中（b）所示。阈值电压（vth）从1.4v增加到2.6v，并且迁移率（μ）从0.28降至0.20cm²/vs随着“氨浴”时间为0到4分钟。这归通过氮掺杂来降低载流子浓度。所有tft的开/关电流比（ion/ioff）都超过10⁶。该阈值电压摆幅（ss）的变化单调减小从0.228至0.110v/十倍（“氨浴”时间从0到4分钟。）

ss（sub-thresholdvoltageswing亚阈值摆幅）与电荷陷阱密度（nt）密切相关，包括体沟道层陷阱密度（nb）和界面陷阱密度（nit）。zto：ntft（4分钟），ztotft，zto：ntft（2分钟）nt分别为1.61×10¹²cm⁻²/ev，5.35×10¹²cm^-2/ev和3.64×10¹²cm^-2/ev，zto：ntft（4分钟）的nt最低。这个结果表明陷阱密度随着氮含量的增加而降低。然而，氨浴时间延长至6分钟时，zto：ntft（6分钟）器件的ss和nt分别为至0.172v/十倍和3.57×10¹²cm−2/ev，并且阈值电压（3.2v）较大且迁移率μ较小（小于0.10cm²/vs）。zto：n（6分钟）tft的性能下降可能是由于氨腐蚀了活性层或过多的n掺杂。

为了分析器件的稳定性，不同的氨浴条件下tft在室温和暗处测量5v的正偏应力（pbs）1800s，如图4中的（a-c）所示。转移曲线随着时间的增加沿正方向移动pbs。这是由于电介质和沟道层之间的界面或整个散装区域存在许多空位缺陷。各种时间下的tft阈值电压偏移（vth）在pbs数量如图4中的（d）所示。ztotft的vth值为2.13v，而具有2分钟和4分钟氨浴的zto：ntft为0.68v、0.18v。结果表明pbs的稳定性氮含量的提高大大改善了tft的数量，因为氮掺杂抑制了氧空位。这与xps分析一致。

结论：总之，本申请开发了一种“氨浴”方法在ztotft中实现氮阴离子掺杂。作为氨洗澡时间从0分钟增加到4分钟，ss从每十进位电压0.228至0.110v，开关电流比从1.3×10⁶增加到4.0×10⁶氧空位从25.4％降低到15.6％随着n含量的增加。zto：ntft的稳定性显着改善。结果表明适度的氮浓度可以抑制氧空位并增强ztotft的稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。