[發(fā)明專利]高介電柵介質(zhì)鑭鈦氧非晶薄膜的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210318979.8
• 申請(qǐng)日: 2012-08-31
• 公開（公告）號(hào): CN102864410A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樊慧慶;楊陳;李強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/06
• 分類號(hào): C23C14/06;C23C14/24;C23C14/58;C23C14/54
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能陶瓷領(lǐng)域，涉及一種鑭鈦氧非晶薄膜的制備方法，特別是涉及一種高介電柵介質(zhì)鑭鈦氧非晶薄膜的制備方法。

背景技術(shù)

隨著集成元器件在微電子技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，迫切需要一種室溫條件下介電常數(shù)適中，漏電流小，同時(shí)具有較高的擊穿電壓和較小等效柵氧化層厚度的功能材料，鑭鈦氧非晶薄膜被認(rèn)為是一種很有希望的候選材料。目前國(guó)內(nèi)外開展研究較多的高k柵絕緣介質(zhì)材料主要是金屬氧化物，如TiO₂，ZrO₂，HfO₂，Er₂O₃，Ta₂O₅，Y₂O₃，Al₂O₃，Gd₂O₃，La₂O₃和硅酸鹽（M-Si-O，M＝Zr，Hf，La，Gd等、鋁酸鹽（M-Al-O，M=Zr，Hf，La等）。但是，這些材料的介電常數(shù)和漏電流，不能夠同時(shí)滿足儀器的要求。

文獻(xiàn)“M.Li，Z.Zhang，S.A.Campbell?et?al.Electrical?and?material?characterizations?of?high-permittivity?Hf_xTi_1-xO₂?gate?insulatorsa.Journal?of?Applied?Physics.2005，98：054506”公開了一種鑭鈦氧非晶薄膜的制備方法，該方法采用傳統(tǒng)的薄膜制備方法制備得到了鑭鈦氧非晶薄膜，但是，所制備的鑭鈦氧非晶薄膜的漏電流密度（～10^-6）還不理想。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有的方法制備的鑭鈦氧非晶薄膜的漏電流密度大的不足，本發(fā)明提供一種高介電柵介質(zhì)鑭鈦氧非晶薄膜的制備方法。該方法通過(guò)優(yōu)化鑭鈦氧非晶薄膜的配方和工藝，可以獲得漏電流密度小、介電常數(shù)高的鑭鈦氧非晶薄膜。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種高介電柵介質(zhì)鑭鈦氧非晶薄膜的制備方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟：

（a）將純度為99.99％的LaTiO_3.5顆粒作為蒸發(fā)的膜料，襯底采用p型Si(100)；

（b）襯底徹底清洗后，于真空室中用加熱系統(tǒng)對(duì)襯底進(jìn)行加熱蒸發(fā)，使其溫度保持在100～250°C。蒸發(fā)時(shí)間為1～6min，電子槍束流大小為70～90mA。真空室中真空度小于3×10^-3Pa，蒸發(fā)過(guò)程中，使用純度99.99％的O₂作為反應(yīng)氣體。得到沉積態(tài)的鑭鈦氧非晶薄膜。

（c）沉積態(tài)的鑭鈦氧非晶薄膜在700～900°C快速退火1～5min，得到鑭鈦氧非晶薄膜。

所述LaTiO_3.5顆粒的直徑是2～3mm。

所述襯底的直徑是75mm。

所述p型Si(100)的電阻率是2～10Ω·cm。

本發(fā)明的有益效果是：由于通過(guò)優(yōu)化鑭鈦氧非晶薄膜的配方和工藝，獲得漏電流密度小、介電常數(shù)高的鑭鈦氧非晶薄膜。所制備的鑭鈦氧非晶薄膜的漏電流密度由背景技術(shù)的～10^-6A/cm²降低到～6.5×10^-7A/cm²；同時(shí)介電常數(shù)達(dá)到了19.1，保持了較高的水平。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明方法四個(gè)實(shí)施例所制備鑭鈦氧非晶薄膜在有氧和無(wú)氧條件下的XRD圖譜。

圖2是本發(fā)明方法四個(gè)實(shí)施例所制備鑭鈦氧非晶薄膜在有氧和無(wú)氧條件下電流隨電壓變化的曲線。

圖3是本發(fā)明方法實(shí)施例2所制備鑭鈦氧非晶薄膜沉積態(tài)擊穿電壓隨時(shí)間變化的曲線，擊穿電壓為22.4V。

圖4是本發(fā)明方法實(shí)施例3所制備鑭鈦氧非晶薄膜經(jīng)過(guò)退火后測(cè)得的擊穿電壓隨時(shí)間變化的曲線，快速退火1min后擊穿電壓為54.5V。

圖5是本發(fā)明方法實(shí)施例3所制備鑭鈦氧非晶薄膜經(jīng)過(guò)退火后測(cè)得的擊穿電壓隨時(shí)間變化的曲線，快速退火5min后擊穿電壓降低為8.7V。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例參照?qǐng)D1～5。