[發明專利]一種用于高介電常數柵介質的外延薄膜及其制備方法

無效

• 申請號: 200810239915.2
• 申請日: 2008-12-15
• 公開（公告）號: CN101752410A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 杜軍;魏峰;屠海令;王毅;岳守晶
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: H01L29/51
• 分類號: H01L29/51;H01L29/78;H01L21/285
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 程鳳儒

1.一種用于高介電常數柵介質的外延薄膜材料，其特征在于，是在Si(001)襯底上單一高取向外延薄膜，該薄膜為具有焦綠石相結構的單晶態鉿鑭復合氧化物La₂Hf₂O₇，該薄膜與Si(001)襯底的晶體學取向關系為La₂Hf₂O₇(001)//Si(001)。

2.根據權利要求1所述的用于高介電常數柵介質的外延薄膜材料，其特征在于，所述的薄膜是由襯底向上依次排列的三維島狀的生長模式成膜和二維生長模式成膜所組成。

3.根據權利要求1或2所述的用于高介電常數柵介質的外延薄膜材料，其特征在于，所述的薄膜與Si(001)襯底具有中間層，通過高分辨電子顯微分析，該中間層小于1nm，且與Si(001)襯底的界面陡直。

4.根據權利要求1或2所述的用于高介電常數柵介質的外延薄膜材料，其特征在于，通過原子力顯微分析，所述的薄膜表面粗糙度

5.根據權利要求1或2所述的用于高介電常數柵介質的新型外延薄膜材料，其特征在于，通過高分辨電子顯微分析，所述的薄膜厚度可為3～5nm。

6.根據權利要求1或2所述的用于高介電常數柵介質的外延薄膜材料，其特征在于，所述的薄膜的介電常數介于20～23之間。

7.根據權利要求1或2所述的用于高介電常數柵介質的外延薄膜材料，其特征在于，所述的薄膜制備成Pt/La₂Hf₂O₇/Si的MOS器件，其C-V回滯曲線小于50mV。

8.一種用于高介電常數柵介質的外延薄膜材料制備方法，其特征在于，該方法包括下述步驟：

(1)、按鉿鑭復合氧化物La₂Hf₂O₇的化學劑量比將HfO₂粉體與La₂O₃粉體混料，經預燒、成型和冷等靜壓等工藝，在含氧氣氛下于1450℃-1550℃下充分反應燒結獲得具有焦綠石相(A₂B₂O₇)的鉿鑭復合氧化物La₂Hf₂O₇的陶瓷靶材；

(2)、采用半導體工業中的RCA清洗工藝對Si(001)襯底的表面進行預處理，以獲得平整、潔凈的Si(001)襯底的表面；

(3)、采用激光分子束沉積方法，在真空條件為0.5-2.0×10^-6Pa時、襯底加熱溫度在750℃-800℃條件下，將鉿鑭復合氧化物La₂Hf₂O₇的陶瓷靶材在Si(001)襯底上沉積，獲得單一高取向外延薄膜材料。

9.根據權利要求8所述的用于高介電常數柵介質的外延薄膜材料制備方法，其特征在于，在所述的步驟(3)中，激光分子束沉積方法中的脈沖激光為波長248nm的KrF激光，能量密度為1.5-2.0J/cm²。

10.根據權利要求8或9所述的用于高介電常數柵介質的外延薄膜材料制備方法，其特征在于，該方法還包括步驟(4)，在步驟(4)中，鉿鑭復合氧化物La₂Hf₂O₇的陶瓷靶材在Si(001)襯底上沉積完畢后進行原位退火。