[发明专利]一种用于高介电常数栅介质的外延薄膜及其制备方法

权利要求书

1.一种用于高介电常数栅介质的外延薄膜材料，其特征在于，是在Si(001)衬底上单一高取向外延薄膜，该薄膜为具有焦绿石相结构的单晶态铪镧复合氧化物La₂Hf₂O₇，该薄膜与Si(001)衬底的晶体学取向关系为La₂Hf₂O₇(001)//Si(001)。

2.根据权利要求1所述的用于高介电常数栅介质的外延薄膜材料，其特征在于，所述的薄膜是由衬底向上依次排列的三维岛状的生长模式成膜和二维生长模式成膜所组成。

3.根据权利要求1或2所述的用于高介电常数栅介质的外延薄膜材料，其特征在于，所述的薄膜与Si(001)衬底具有中间层，通过高分辨电子显微分析，该中间层小于1nm，且与Si(001)衬底的界面陡直。

4.根据权利要求1或2所述的用于高介电常数栅介质的外延薄膜材料，其特征在于，通过原子力显微分析，所述的薄膜表面粗糙度

5.根据权利要求1或2所述的用于高介电常数栅介质的新型外延薄膜材料，其特征在于，通过高分辨电子显微分析，所述的薄膜厚度可为3～5nm。

6.根据权利要求1或2所述的用于高介电常数栅介质的外延薄膜材料，其特征在于，所述的薄膜的介电常数介于20～23之间。

7.根据权利要求1或2所述的用于高介电常数栅介质的外延薄膜材料，其特征在于，所述的薄膜制备成Pt/La₂Hf₂O₇/Si的MOS器件，其C-V回滞曲线小于50mV。

8.一种用于高介电常数栅介质的外延薄膜材料制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

(1)、按铪镧复合氧化物La₂Hf₂O₇的化学剂量比将HfO₂粉体与La₂O₃粉体混料，经预烧、成型和冷等静压等工艺，在含氧气氛下于1450℃-1550℃下充分反应烧结获得具有焦绿石相(A₂B₂O₇)的铪镧复合氧化物La₂Hf₂O₇的陶瓷靶材；

(2)、采用半导体工业中的RCA清洗工艺对Si(001)衬底的表面进行预处理，以获得平整、洁净的Si(001)衬底的表面；

(3)、采用激光分子束沉积方法，在真空条件为0.5-2.0×10^-6Pa时、衬底加热温度在750℃-800℃条件下，将铪镧复合氧化物La₂Hf₂O₇的陶瓷靶材在Si(001)衬底上沉积，获得单一高取向外延薄膜材料。

9.根据权利要求8所述的用于高介电常数栅介质的外延薄膜材料制备方法，其特征在于，在所述的步骤(3)中，激光分子束沉积方法中的脉冲激光为波长248nm的KrF激光，能量密度为1.5-2.0J/cm²。

10.根据权利要求8或9所述的用于高介电常数栅介质的外延薄膜材料制备方法，其特征在于，该方法还包括步骤(4)，在步骤(4)中，铪镧复合氧化物La₂Hf₂O₇的陶瓷靶材在Si(001)衬底上沉积完毕后进行原位退火。