[發(fā)明專利]一種人構性高介電常數(shù)的介電薄膜及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810852884.1
• 申請日: 2018-07-30
• 公開（公告）號: CN108962725B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設計）人: 吳春亞;以色列·米加;李昀儒
• 申請（專利權）人: 美國麥可松科技有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

1.一種人構性高介電常數(shù)的介電薄膜，其特征在于，該介電薄膜包括多個周期性重疊的子薄膜單元，每個子薄膜單元由低漏電材料的子薄膜與高介電材料的子薄膜重疊構成，每一層子薄膜的厚度均小于1nm；所述介電薄膜的最底層和最上層均為低漏電材料的子薄膜；所述低漏電材料的子薄膜采用一種或者多種不同材料，其漏電流密度小于1×10^-3A/cm²；所述高介電材料的子薄膜采用一種或者多種不同材料，其相對介電常數(shù)大于30；所述介電薄膜采用三種以上不同材料，每個子薄膜單元中，各子薄膜由最底層按漏電流先遞增再遞減的順序排列，或按禁帶寬度先遞減再遞增的順序排列。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種人構性高介電常數(shù)的介電薄膜，其特征在于，每個子薄膜單元中，最底層的子薄膜為介電常數(shù)最小的子薄膜。

3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種人構性高介電常數(shù)的介電薄膜，其特征在于，所述低漏電材料的子薄膜采用本征的或摻雜的氧化鉿、硅酸鉿、氧化鋯、硅酸鋯、釓酸鑭、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化鉭或以它們?yōu)榛A的合金、混晶中的一種或者多種；所述高介電材料的子薄膜采用本征的或摻雜的氧化鈦或以其為基礎的合金、混晶中的一種或者多種。

4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種人構性高介電常數(shù)的介電薄膜，其特征在于，所述介電薄膜的下表面、上表面、或分別在其上表面和下表面設有一層幾納米厚的漏電流阻擋層；所述漏電流阻擋層采用無機氧化物材料或有機自組裝單分子層材料。

5.一種人構性高介電常數(shù)的介電薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）在基底上生長厚度小于1nm的低漏電材料的子薄膜，然后在該子薄膜上生長厚度小于1nm的高介電材料的子薄膜；

（2）重復操作步驟（1），交替沉積低漏電材料的子薄膜和高介電材料的子薄膜；所述低漏電材料的子薄膜采用一種或者多種不同材料，其漏電流密度小于1×10^-3A/cm²；所述高介電材料的子薄膜采用一種或者多種不同材料，其相對介電常數(shù)大于30；所述介電薄膜采用三種以上不同材料，每個子薄膜單元中，各子薄膜由最底層按漏電流先遞增再遞減的順序排列，或按禁帶寬度先遞減再遞增的順序排列；

（3）最終在高介電材料的子薄膜上生長厚度小于1nm的最上層低漏電材料的子薄膜，從而形成人構性高介電常數(shù)的介電薄膜。

6.根據(jù)權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）的每個子薄膜單元中，最底層為介電常數(shù)最小的子薄膜。

7.根據(jù)權利要求5或6所述的制備方法，其特征在于，在所述介電薄膜的下表面、上表面、或分別在其上表面和下表面再沉積一層幾納米厚的漏電流阻擋層；所述漏電流阻擋層采用無機氧化物材料或有機自組裝單分子層材料。

8.根據(jù)權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述無機氧化物材料為采用原子層方法或化學氣相方法沉積的本征的或摻雜的氧化鉿、硅酸鉿、氧化鋯、硅酸鋯、釓酸鑭、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化鉭或以它們?yōu)榛A的合金、混晶中的一種或者多種。

9.根據(jù)權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述有機自組裝單分子層材料采用磷酸正十八酯、1-十四基磷酸、1-癸基磷酸或1-丁基磷酸形成的自組裝單分子層。

10.如權利要求1所述一種人構性高介電常數(shù)的介電薄膜的應用，其特征在于，所述介電薄膜用于SiC、 GaN、InGaZnO或Si 的MOSFET、薄膜晶體管、氧柵或能量存儲器。