[發明專利]一種高介電常數柵介質材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010524341.4
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111640794A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 夏經華;張文婷;田麗欣;安運來;田亮;查祎英;楊霏;吳軍民
• 申請（專利權）人: 全球能源互聯網研究院有限公司;國家電網有限公司;國網山東省電力公司泰安供電公司
• 主分類號: H01L29/51
• 分類號: H01L29/51;H01L21/285;H01L21/28;B82Y40/00;B82Y30/00;B82Y10/00
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 李靜

1.一種高介電常數柵介質材料，其特征在于，自下至上，包括依次疊加的AlN層、AlO_xN_y層和Al₂O₃層；

其中，x、y是xAlO/yAlN層中的AlO與AlN的摩爾比，x的取值范圍為1～10，y的取值范圍為1～10。

2.一種制備權利要求1所述的高介電常數柵介質材料的方法，其特征在于，包括，

對碳化硅外延片進行預處理；

然后在碳化硅外延片上依次淀積AlN層、xAlO/yAlN層和AlO層；

經熱退火后依次形成AlN層、AlO_xN_y層、Al₂O₃層，得到柵介質材料。

3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述熱退火是在氮氣、氬氣或一氧化二氮的氣氛下進行的；

所述熱退火采用快速退火法，退火溫度為800～1200℃，時間為10～60s；或，

所述熱退火的溫度為600～1000℃，時間為30～60min。

4.根據權利要求2或3所述的制備方法，其特征在于，所述xAlO/yAlN層是通過交替淀積AlO納米層和AlN納米層得到；其中，AlO納米層中的AlO和AlN納米層中的AlN的摩爾比為x：y。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述AlO納米層的反應前驅體A為TMA，反應前驅體B為O₃或H₂O；

所述AlN納米層的反應前驅體A為TMA，反應前驅體B為N₂和/或H₂；

所述AlO納米層和AlN納米層的淀積溫度為200-350℃；

所述xAlO/yAlN層的厚度為10～100nm。

6.根據權利要求2-5任一項所述的制備方法，其特征在于，所述淀積的方法為原子層沉積工藝；

所述AlN層的淀積溫度為100～350℃，反應前驅體A為TMA，反應前驅體B為N₂和/或H₂，所述AlN層的厚度為1～5nm；

所述AlO層的淀積溫度為100～350℃，反應前驅體A為TMA，反應前驅體B為O₃或H₂O，所述AlO層的厚度為1～10nm。

7.根據權利要求2-6任一項所述的制備方法，其特征在于，所述預處理包括依次對外延片進行第一清洗、離子注入、第二清洗、高溫犧牲氧化處理和高溫表面處理的操作步驟。

8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述離子注入和所述第二清洗之間還包括刻蝕的步驟。

9.根據權利要求7或8所述的制備方法，其特征在于，所述高溫犧牲氧化處理具體包括將第二清洗后的碳化硅外延片置于1000～1400℃、氧氣氣氛下氧化10～30min后得到犧牲氧化層，經濕法腐蝕除去犧牲氧化層的操作步驟；其中，氧氣的流量為0.1～10slm，純度為6N。

10.根據權利要求7-9任一項所述的制備方法，其特征在于，所述高溫表面處理包括在HCl氣體環境下對外延片的表面進行高溫表面化處理的操作步驟；所述高溫表面化處理的溫度為1000～1500℃，時間為0.1～4h，HCl的純度為6N，HCl的流量為0.01～1slm。