本發(fā)明屬于新材料及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別涉及一種制備高介電氧化釔薄膜的低溫液相方法，氧化釔薄膜在晶體管、電容器等微電子領(lǐng)域有重要應(yīng)用前景。

背景技術(shù)：

隨著集成電路的飛速發(fā)展，作為硅基集成電路核心器件金屬-氧化物-場效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor， MOSFET)的特征尺寸正以摩爾定律速度縮小。然而，當(dāng)傳統(tǒng)柵介質(zhì)層氧化硅的厚度減小到原子尺寸時(shí)，由于量子隧穿效應(yīng)的影響，氧化硅將失去介電性 能，以至將嚴(yán)重影響器件的穩(wěn)定性和可靠性。因此需要尋找新型高介電常數(shù)(K)材料來替代氧化硅作柵介質(zhì)，能夠在保持和增大柵極電容的同時(shí)，使介質(zhì)層仍保持足夠的物理厚度來限制隧穿效應(yīng)的影響。 氧化釔因?yàn)橛兄S多優(yōu)異的性質(zhì)，例如電絕緣性、化學(xué)惰性、機(jī)械穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性等，而廣泛應(yīng)用在如光學(xué)薄膜、以及大面積平板、等離子顯示器件、高K絕緣層介質(zhì)材料等諸多領(lǐng)域。氧化釔由于具有較高的介電常數(shù)(16)，相比氧化鋁(約9)，采用氧化釔能夠降低等效氧化層厚度，被選作高K介質(zhì)材料，可以用在MOSFET中取代氧化硅作為新的絕緣層介質(zhì)。

目前制備氧化釔薄膜的方法多種多樣，主要包括氣相法和液相法兩大類。例如，磁控濺射、電子束蒸發(fā)、原子層沉積及化學(xué)氣相沉積等方法都被用來制備氧化釔薄膜。然而，這些氣相方法通常需要真空環(huán)境，增加了設(shè)備的復(fù)雜及成本的提高。近年來，液相方法日益引起了廣泛的關(guān)注和迅速的發(fā)展，例如溶膠-凝膠法、噴霧熱解法等。近年來發(fā)展的液相法合成氧化釔薄膜的研究報(bào)道有許多。例如，公開號(hào)為CN104201112A的中國發(fā)明專利公開了一種基于水溶液薄膜晶體管的制備方法：先將硝酸釔溶于去離子水中磁力攪拌形成氧化鋯前驅(qū)體溶液，然后清洗低阻硅襯底表面并旋涂前驅(qū)體溶液，再經(jīng)烘焙、低溫退火得氧化釔薄膜樣品。公開號(hào)為CN101710588B的中國發(fā)明專利公開了一種碳基場效應(yīng)晶體管的頂柵介質(zhì)及其制備方法：生長一層金屬釔薄膜，然后通過熱氧化的方法將釔氧化為氧化釔，得到的氧化釔薄膜作為頂柵介質(zhì)。由上述發(fā)明專利可以看出，雖然液相法可以制備較高性能的氧化釔薄膜，但液相法通常需要高溫（高于400℃）退火，才能促使前驅(qū)體薄膜分解并致密化，形成致密無針孔的氧化釔薄膜。因此，尋找一種新的低溫液相技術(shù)制備技術(shù)，對(duì)于氧化釔薄膜在各種領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用是極為重要和迫切的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種制備高介電氧化釔薄膜的低溫液相方法，實(shí)現(xiàn)氧化釔的簡易高效制備，更易于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)主要在于：發(fā)展了新的低溫光波方法高效合成高介電性能的氧化釔薄膜。

本發(fā)明的技術(shù)方案，具體包括以下步驟：

(1) 制備前驅(qū)體溶液：稱取可溶性的釔鹽，量取溶劑，配置濃度為0.01-0.5摩爾/升的氧化釔前驅(qū)體溶液，經(jīng)過0.1-3小時(shí)的磁力攪拌和超聲分散形成澄清透明的氧化釔前驅(qū)體溶液；

( 2) 制備氧化釔薄膜：將氧化釔前驅(qū)體溶液涂覆到清洗好的襯底上形成氧化釔前驅(qū)體薄膜，進(jìn)行50-150 ℃的預(yù)熱處理，然后經(jīng)過一定功率、時(shí)間和溫度的光波退火，根據(jù)氧化釔薄膜的厚度要求可多次涂覆氧化釔前驅(qū)體溶液并退火處理，即得到氧化釔介電薄膜。

本發(fā)明所述制備方法的步驟(1)中，所述的可溶性的釔鹽為硝酸釔、氯化釔、硫酸釔或乙酸釔中的一種或兩種以上。

本發(fā)明所述制備方法的步驟(1)中，所述的溶劑為乙二醇甲醚、乙醇、水、乙二醇或二甲基甲酰胺中的一種或兩種以上。

本發(fā)明所述制備方法的步驟(1)中，所述涂覆方法為旋轉(zhuǎn)涂覆法、滴涂法、浸涂法、噴霧法或噴墨打印法。

本發(fā)明所述制備方法的步驟(1)中，所述的光波的生成儀器為用作廚具的光波爐或具有鹵素?zé)艄艿募訜醿x器。

本發(fā)明所述制備方法的步驟(1)中，所述的光波退火的功率為100-900 W。

本發(fā)明所述制備方法的步驟(1)中，所述的光波退火的時(shí)間為5-120分鐘。

本發(fā)明所述制備方法的步驟(1)中，所述的光波退火過程中的溫度為150-300 ℃。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明工藝簡單容易操作，原料廉價(jià)易得，所制備的氧化釔薄膜介電性能高，有望在晶體管、電容器等微電子器件中得到應(yīng)用。通過本發(fā)明的工藝可以避免通常的高溫溶液工藝、工藝周期長或昂貴設(shè)備等，成本低，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

附圖1為實(shí)施例之一的氧化釔薄膜的電容-頻率曲線；

附圖2是實(shí)施例之一的氧化釔薄膜的漏電流密度-偏壓曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1：

稱取0.098 g氯化釔，量取10毫升水溶液，配置濃度為0.05摩爾/升的氧化釔前驅(qū)體溶液，經(jīng)過3小時(shí)的磁力攪拌和超聲分散形成澄清透明的氧化釔前驅(qū)體溶液。將氧化釔前驅(qū)體溶液涂覆到清洗好的襯底上形成氧化釔前驅(qū)體薄膜，進(jìn)行50 ℃的預(yù)熱處理，然后經(jīng)過700W、30分鐘和280 ℃的光波退火，即得到氧化釔介電薄膜。

實(shí)施例2：

稱取0.042 g乙酸釔，量取10毫升乙二醇甲醚溶液，配置濃度為0.01摩爾/升的氧化釔前驅(qū)體溶液，經(jīng)過0.1小時(shí)的磁力攪拌和超聲分散形成澄清透明的氧化釔前驅(qū)體溶液。將氧化釔前驅(qū)體溶液涂覆到清洗好的襯底上形成氧化釔前驅(qū)體薄膜，進(jìn)行150 ℃的預(yù)熱處理，然后經(jīng)過100W、120分鐘和150 ℃的光波退火，即得到氧化釔介電薄膜。

實(shí)施例3：

稱取0.192 g硝酸釔，量取5毫升乙醇溶液，配置濃度為0.1摩爾/升的氧化釔前驅(qū)體溶液，經(jīng)過1小時(shí)的磁力攪拌和超聲分散形成澄清透明的氧化釔前驅(qū)體溶液。將氧化釔前驅(qū)體溶液涂覆到清洗好的襯底上形成氧化釔前驅(qū)體薄膜，進(jìn)行90 ℃的預(yù)熱處理，然后經(jīng)過500W、20分鐘和250 ℃的光波退火，即得到氧化釔介電薄膜。

實(shí)施例4：

稱取4.66 g硫酸釔，量取20毫升乙二醇溶液，配置濃度為0.5摩爾/升的氧化釔前驅(qū)體溶液，經(jīng)過2小時(shí)的磁力攪拌和超聲分散形成澄清透明的氧化釔前驅(qū)體溶液。將氧化釔前驅(qū)體溶液涂覆到清洗好的襯底上形成氧化釔前驅(qū)體薄膜，進(jìn)行120 ℃的預(yù)熱處理，然后經(jīng)過300W、60分鐘和200 ℃的光波退火，即得到氧化釔介電薄膜。

實(shí)施例5：

稱取2.873 g硝酸釔，量取15毫升二甲基甲酰胺溶液，配置濃度為0.5摩爾/升的氧化釔前驅(qū)體溶液，經(jīng)過3小時(shí)的磁力攪拌和超聲分散形成澄清透明的氧化釔前驅(qū)體溶液。將氧化釔前驅(qū)體溶液涂覆到清洗好的襯底上形成氧化釔前驅(qū)體薄膜，進(jìn)行70 ℃的預(yù)熱處理，然后經(jīng)過900W、5分鐘和300 ℃的光波退火，即得到氧化釔介電薄膜。

上述實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的對(duì)本發(fā)明的各種修改或變形，仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。