[發(fā)明專利]一種新型高k柵介質(zhì)復合薄膜及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811045596.1
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN109148571B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李栓;武燕慶;傅凱;田文懷;鄭捷;李星國
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學
• 主分類號: H01L29/51
• 分類號: H01L29/51;H01L21/28;C23C14/34
• 代理公司: 北京康思博達知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11426
• 代理人: 劉冬梅;范國鋒

本發(fā)明公開了一種新型高k柵介質(zhì)復合薄膜及其制備方法，其中，所述復合薄膜包括在襯底上由下到上用濺射的方法依次濺射的第一層薄膜和第二層薄膜，其中，所述第一層薄膜由稀土靶材和鋁靶材在含氧氣體中濺射得到。所述制備方法包括：步驟1，選擇襯底，并對襯底和靶材進行預處理；步驟2，在襯底上濺射第一層薄膜；步驟3，在第一層薄膜上濺射第二層薄膜，得到復合薄膜；步驟4，將得到的復合薄膜進行退火處理，制備得到新型高k柵介質(zhì)復合薄膜。本發(fā)明所述方法簡單，易于實現(xiàn)，易于擴大生產(chǎn)，制備得到的復合薄膜具備優(yōu)良的綜合電性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子領(lǐng)域，具體涉及CMOS(互補金屬氧化物半導體)結(jié)構(gòu)中的柵介質(zhì)材料，特別涉及一種新型雙層高k柵介質(zhì)復合薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)

Gordon Moore在1965年預言了著名的摩爾定律(Moore law)：半導體芯片的集成度以每18個月翻一番的速度增長。按照摩爾定律發(fā)展的要求，柵介質(zhì)厚度要按比例縮小，大幅度減小柵介質(zhì)厚度的結(jié)果是柵介質(zhì)的漏電流將呈指數(shù)形式增加，甚至絕緣失效，引發(fā)芯片高功耗和散熱問題。傳統(tǒng)柵介質(zhì)材料SiO₂的介電常數(shù)低(k＝3.9)，SiO₂的極限厚度成為Si基集成電路集成度進一步提高的瓶頸。當SiO₂厚度減至厚度范圍時，將出現(xiàn)摻雜離子滲透，可靠性下降，高漏電流和低擊穿電壓等問題。所以SiO₂越來越不能滿足器件進一步等比例縮小的需求，為了延續(xù)摩爾定律和集成電路的長遠發(fā)展，需要尋找新型柵介質(zhì)材料取代SiO₂。

而現(xiàn)有材料中，介電常數(shù)越大，禁帶寬度就越小，不滿足優(yōu)良柵介質(zhì)材料既要具有高介電常數(shù)(高k)，又要具有較大禁帶寬度的要求。

因此，開發(fā)一種兼具高介電常數(shù)和高禁帶寬度、熱穩(wěn)定性高且制備方法簡單的柵介質(zhì)材料，是目前亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述問題，本發(fā)明人進行了銳意研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：通過調(diào)節(jié)退火時間、退火氣氛、濺射條件等，得到了一種制備得到了非晶態(tài)雙層高k柵介質(zhì)復合薄膜的方法，且制備得到的復合薄膜具有較大的介電常數(shù)、禁帶寬度，熱穩(wěn)定性高，從而完成了本發(fā)明。

具體來說，本發(fā)明的目的在于提供以下方面：

第一方面，提供了一種新型高k柵介質(zhì)復合薄膜，其中，所述復合薄膜包括在襯底上由下到上用濺射的方法依次濺射的第一層薄膜和第二層薄膜，其中，所述第一層薄膜為由稀土靶材和鋁靶材在含氧氣體中濺射得到。

第二方面，提供了一種第一方面所述的復合薄膜的制備方法，其中，所述方法包括以下步驟：

步驟1，選擇襯底，對襯底進行清洗并對靶材進行預處理；

步驟2，在襯底上濺射第一層薄膜；

步驟3，在第一層薄膜上濺射第二層薄膜，得到復合薄膜；

任選地，還包括步驟3'，將復合薄膜制備成MOS結(jié)構(gòu)；

步驟4，將得到的復合薄膜或復合薄膜制成的MOS結(jié)構(gòu)進行退火處理。

本發(fā)明所具有的有益效果包括：

(1)本發(fā)明所述的新型高k柵介質(zhì)復合薄膜，為非晶態(tài)，具有較高的復合薄膜的禁帶寬度、介電常數(shù)，耐高溫性能佳；

(2)本發(fā)明所述的新型高k柵介質(zhì)復合薄膜的制備方法，操作簡單，條件易控，易于大規(guī)模生產(chǎn)；

(3)本發(fā)明所述的制備方法，將制得的產(chǎn)品在適宜的退火溫度及退火氣氛下進行處理，能夠顯著提高薄膜的介電常數(shù)，降低薄膜的漏電流密度。

附圖說明

圖1示出本發(fā)明實施例1制備的復合薄膜的X射線衍射圖；其中，曲線a示出實施例1的X射線衍射結(jié)果，曲線b示出硅襯底的X射線衍射結(jié)果；