[发明专利]基于硅衬底高介电常数的栅介质材料及其制备方法

权利要求书

1.一种基于硅衬底的高介电常数栅介质材料，自下而上包括阻挡层(1)和La基高介电常数薄膜(2),其特征在于：

La基高介电常数薄膜(2)的上面增加有Al₂O₃保护层(3)，以降低在淀积La基高介电常数薄膜(2)过程中所形成的La₂O₃与空气中的水汽反应速度；

阻挡层(1)采用厚度为0.5-3nm的Al₂O₃。

2.根据权利要求1所述基于硅衬底的高介电常数栅介质材料，其特征在于所述Al₂O₃保护层(3)的厚度为1-5nm。

3.根据权利要求1所述基于硅衬底的高介电常数栅介质材料，其特征在于所述的La基高介电常数薄膜(2)的厚度为1-10nm。

4.一种基于Si衬底的高介电常数栅介质材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)对Si衬底进行清洗；

(2)将清洗后的Si衬底放入原子层淀积设备反应腔；

(3)采用原子层淀积方法在Si衬底上淀积Al₂O₃阻挡层：

3a)将原子层淀积设备腔体的压强抽真空至9-20hPa，温度加热到300℃-400℃；

3b)在Si衬底上淀积时间为0.1-5秒的一个三甲基铝脉冲，生成Al-O-Al-CH₃^*和CH₄；

3c)对未能成功在Si衬底上淀积的三甲基铝和淀积饱和后未能参与淀积的三甲基铝及淀积过程中所生成的CH₄进行吹洗；

3d)在淀积三甲基铝后的Si衬底上再淀积时间为0.1-10秒的一个去离子水脉冲或者臭氧脉冲，使Al-O-Al-CH₃^*与水中或臭氧中的O原子发生交换反应，生成Al-OH^*和CH₄；

3e)对未成功与三甲基铝反应和反应达到饱和后未能参与反应的去离子水或臭氧以及反应过程中所生成的CH₄进行吹洗；

3f)重复步骤3b)-步骤3e)这四个步骤5-30次，在Si衬底上形成0.5-3nm的Al₂O₃阻挡层；

(4)采用原子层淀积方法在Al₂O₃阻挡层上淀积1-10nm的La基高介电常数薄膜；

(5)采用原子层淀积方法在La基高介电常数薄膜上淀积Al₂O₃保护层：

5a)在La基高介电常数薄膜上淀积时间为0.1-5秒的一个三甲基铝脉冲，生成Al-O-Al-CH₃^*和CH₄；

5b)对未能成功在La基高介电常数薄膜上淀积的三甲基铝和淀积饱和后未能参与淀积的三甲基铝及淀积过程中所生成的CH₄进行吹洗；

5c)在淀积三甲基铝后的La基高介电常数薄膜上再淀积时间为0.1-10秒的一个去离子水脉冲或者臭氧脉冲，使Al-O-Al-CH₃^*与水中或臭氧中的O原子发生交换反应，生成Al-OH^*和CH₄；

5d)对未成功与三甲基铝反应和反应达到饱和后未能参与反应的去离子水或臭氧以及反应过程中所生成的CH₄进行吹洗；

5e)重复步骤5a)-步骤5d)这四个步骤10-50次，在Si衬底上形成1-5nm的Al₂O₃保护层。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3e)、5d)、3c)和5b)中的吹洗，其工艺条件如下：

吹洗所用的气体为99.999%的高纯氮气，

氮气流量设定为100-250sccm，

吹洗时间为1-20秒。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其中步骤(4)所述的La基高介电常数薄膜，采用La₂O₃或LaAlO₃或HfLaO_x或LaScO₃或LaLuO₃。