[發(fā)明專利]一種HfO2高介電常數(shù)薄膜電容器及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810047510.9
• 申請日: 2008-04-29
• 公開（公告）號: CN101271927A
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發(fā)明（設計）人: 王浩;王毅;汪寶元;葉蔥;馮潔;朱建華
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北大學
• 主分類號: H01L29/94
• 分類號: H01L29/94;H01L21/02;H01G4/33
• 代理公司: 武漢金堂專利事務所
• 代理人: 丁齊旭

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及的是一種具有高介電常數(shù)(HfO₂)的電容器及其制備方法，屬于微電子領域、電介質(zhì)材料科學領域和納米科學技術(shù)領域。

技術(shù)背景

日益增長的信息技術(shù)對更高集成度(大容量)、高速、低功耗集成電路的需求，使得晶體管的特征尺寸越來越小，然而傳統(tǒng)的SiO₂柵厚度減薄的物理極限阻礙了器件的進一步微型化。目前認為比較切實可行的解決方法，就是使用高介電常數(shù)(k)材料(如HfO₂)來替代SiO₂。使用等效厚度的高k材料替代SiO₂不僅可以消除隧穿漏電流，而且可以使功耗降低10000倍。為得到高質(zhì)量的具有高介電常數(shù)的柵介質(zhì)薄膜及其器件，國際上開展了大量的研究。然而，大多數(shù)研究都集中在原子層沉積法和化學氣相法上，而對于脈沖激光沉積法制備高質(zhì)量的具有高介電常數(shù)的柵介質(zhì)薄膜及其器件卻少有研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種同時具有高介電常數(shù)、低表面粗糙度、低漏電流的柵介質(zhì)及其MOS電容器件的制備方法。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的。它以硅片為基片，用脈沖激光沉積設備在其上沉積一層HfO₂薄膜，將HfO₂薄膜分為兩組，一組用于做表面粗糙度檢測，一組用于MOS電容器件，電容器電極采用磁控濺射設備沉積。

本發(fā)明的制備方法是：

1、選用純度為99.99％的HfO₂靶為沉積靶材，將HfO₂靶放置在脈沖激光沉積設備沉積室內(nèi)的旋轉(zhuǎn)靶托上，調(diào)節(jié)靶基距為4-5cm，將清洗干凈的Si片(P型、電阻率為8-13Ω·cm)放在沉積室內(nèi)的基片托上。

2、將沉積室本底真空抽至2.0-2.5×10^-4Pa，通入高純度的保護氣體，調(diào)節(jié)靶臺、基片托自轉(zhuǎn)速率至5-8轉(zhuǎn)/分鐘，沉積過程中控制激光器頻率為4-5Hz，激光每個脈沖能量密度為3-4J/cm²，沉積時間為10-30分鐘。

3、選用純度為99.99％的Pt靶為濺射靶材，采用磁控濺射設備在步驟2制得的樣品背面濺射100nm厚的Pt底電極。

4、選用純度為99.99％的Pt靶(或者Ag靶)為濺射靶材，采用磁控濺射設備在步驟3制得的樣品正面，通過覆蓋掩膜板的方法濺射100nm厚的Pt、Ag電極圖形，最后形成MOS電容器如圖1所示。

所述高純度的氣體是通入高純氧氣，保證沉積室氧氣偏壓在2.0×10^-1Pa，沉積完成后，再將制備的薄膜在管式爐中500℃下氮氣氛中退火30分鐘。

所述高純度的氣體或者是通入高純氮氣，將氮氣電離，同時保證沉積室氮氣偏壓在6Pa，通入高純氮氣時，沉積完成后可以不退火。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有明顯的優(yōu)點，我們采用脈沖激光沉積設備獲的高質(zhì)量的高介電常數(shù)柵介質(zhì)薄膜，和原子層沉積(ALD)、化學氣相沉積(CVD)、金屬有機化學氣相淀積(MOCVD)、磁控濺射相比，脈沖激光沉積設備成本較低，并且獲得的薄膜的化學成分可與靶材保持高度一致。

附圖及說明

圖1為用本發(fā)明制備的MOS電容器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為用本發(fā)明制備的HfO₂薄膜在電子顯微鏡下表面均方根粗糙度

圖3、4為實施例1和2的電容測試結(jié)果

具體實施方式

結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容，提供以下實施例：

實施例1：

1、選用純度為99.99％的HfO₂靶為沉積靶材，將HfO₂靶放置在脈沖激光沉積設備沉積室內(nèi)的旋轉(zhuǎn)靶托上，調(diào)節(jié)靶基距為4cm，將清洗干凈的Si片(P型、電阻率為8-13Ω·cm)放在沉積室內(nèi)的基片托上。將沉積室本底真空抽至2.0-2.5×10^-4Pa，通入高純氧氣保證沉積室氧氣偏壓在2.0×10^-1Pa，調(diào)節(jié)靶臺、基片托自轉(zhuǎn)速率至8轉(zhuǎn)/分鐘，沉積過程中控制激光器頻率為5Hz，激光每個脈沖能量密度為4J/cm²，沉積30min，再將制備的薄膜在管式爐中500℃下氮氣氛中退火30分鐘。

2、選用純度為99.99％的Pt靶為濺射靶材，采用磁控濺射設備在步驟1制得的樣品背面濺射100nm厚的Pt底電極。

3、選用純度為99.99％的Pt靶為濺射靶材，采用磁控濺射設備在步驟2制得的樣品正面，通過覆蓋掩膜板的方法濺射100nm厚的Pt電極圖形。