介电薄膜及介电层结构制造技术

本实用新型专利技术提供一种介电薄膜及介电层结构，所述介电薄膜包括：基面，其形成有若干羟基(OH键)；以及二元或多元介电薄膜在一原子层沉积层中，包括由第一前驱体与所述基面上所述羟基(OH键)的第一部分化学吸附并反应形成的诱电介电材料，以及由第二前驱体与所述基面上所述羟基(OH键)的第二部分化学吸附并反应形成的抗漏电流介电材料。本实用新型专利技术的流程方式既能减缓电容值降低的现象，也能大幅提升低漏电的特性，从而优化介电层结构的电容特性。

Dielectric thin film and dielectric layer structure

The utility model provides a dielectric thin film and a dielectric layer structure. The dielectric thin film comprises a base surface, forming a number of hydroxyl groups (OH bonds), and two or multiple dielectric thin films in an atomic layer deposition layer, including the first part of the first precursor and the first part of the hydroxyl (OH bond) on the base surface and reaction formed. The electric dielectric material, which is chemically adsorbed and reacted by the second precursor and the second part of the hydroxyl (OH bond) on the base surface, is prepared and reacted with the leakage current dielectric material. The flow mode of the utility model can not only slow down the decrease of capacitance, but also greatly improve the characteristics of low leakage, so as to optimize the capacitance characteristics of the dielectric layer structure.

【技术实现步骤摘要】
介电薄膜及介电层结构
本技术属于半导体制造领域，特别是涉及一种介电薄膜及介电层结构。
技术介绍
随着尺寸微缩，高介电常数材料取代传统的二氧化硅(SiO2)介电层，不仅可以维持足够的的驱动电流，且可以在保持相同等效氧化层厚度(equivalentoxidethickness,EOT)的情况下增加氧化层的实际物理厚度，有效抑制量子隧穿效应。高介电常数材料虽具有较高的介电常数，较高的电容值，但其禁带宽度较窄，具有高漏电的缺点，所以解决高漏电的问题为现阶段急迫的问题。现有的一种高介电常数材料的制备方法如图1所示，首先提供一基板101，于所述基板上诱电介质材料102。但是，单一的高介电常数材料虽具有较高的介电常数，但其通常具有较高的漏电，因此，通常所述诱电介质材料与抗漏电的介质材料会交替分布使用，如图2所示，首先提供一基板101，于所述基板上形成诱电介质材料102；接着，在所述诱电介质材料102上形成抗漏电的介质材料103，以抑制所述诱电介质材料102的漏电情况。然而，这种抗漏电的介质材料，其介电常数通常较低，会导致整体的介质层的介电常数的降低。上述方法虽然可以一定程度上获得低漏电的诱电介质材料，但是，其需由两层介质材料交叠而成，造成其厚度需要设计得比较厚，导致其牺牲了一部分的电容值，并不利于等效氧化层厚度的降低，阻碍了器件尺寸的微缩。基于以上所述，提供一种低漏电且低厚度的诱电介质材料结构及其制作方法实属必要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种介电薄膜、介电层结构及制作方法，用于解决现有技术中诱电介电层结构漏电流较大或厚度较大的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种介电薄膜的制作方法，所述制作方法包括步骤：1)提供一基面；2)于所述基面上形成羟基(OH键)；以及3)在所述基面上进行原子层沉积(AtomicLayerDeposition,ALD)，先后通入包括第一前驱体及第二前驱体的至少两种前驱体，先通入的所述第一前驱体与所述羟基(OH键)的第一部分产生化学吸附并反应形成诱电介电材料，后通入的所述第二前驱体与所述羟基(OH键)的第二部分产生化学吸附并反应形成抗漏电流介电材料，以形成高介电常数且抗漏电流的二元或多元介电薄膜在一原子层沉积层中。优选地，所述羟基(OH键)的第二部分占所述羟基(OH键)的第一部分与所述第二部分的总和的比例为5％～40％，以降低所述二元或多元介电薄膜漏电流的同时保证其具有高介电常数。优选地，所述第一前驱体包括锆(Zr)、铌(Nb)、铪(Hf)、钛(Ti)及镧(La)所组成群组中的一种或两种以上组合，所述第二前驱体包括铝(Al)及硅(Si)所组成群组中的一种或两种。进一步地，步骤3)中，所述第一前驱体选用为锆(Zr)粒子，所述第二前驱体选用为铝(Al)粒子，先通入锆(Zr)粒子，使所述锆(Zr)粒子与第一部分的所述羟基(OH键)产生化学吸附并反应，然后直接通入所述铝(Al)粒子，使所述铝(Al)粒子与第二部分的所述羟基(OH键)产生化学吸附并反应，以于所述基面上形成氧化铝锆(ZrAlOx)介电薄膜。优选地，步骤3)原子层沉积工艺(ALD)的采用条件包括采用制程压力范围为0.1～2torr，制程温度范围为200～400℃。优选地，步骤3)所述二元或多元介电薄膜的厚度范围为4～10nm。优选地，步骤2)中，藉由水(H2O)或臭氧(O3)的导入使位于所述基面表面反应生成所述羟基(OH键)。本技术还提供一种介电层结构的制作方法，包括步骤：1)提供一基板，于所述基板表面形成第一羟基(OH键)，通入第一气源，所述第一气源与所述第一羟基(OH键)产生化学吸附并反应，以形成诱电介电层；2)于所述诱电介电层上形成第二羟基(OH键)，并进行原子层沉积，先后通入包括第一前驱体及第二前驱体的至少两种前驱体，先通入的所述第一前驱体与所述第二羟基(OH键)的第一部分产生化学吸附并反应形成诱电介电材料，后通入的所述第二前驱体与所述第二羟基(OH键)的第二部分产生化学吸附并反应形成抗漏电流介电材料，以形成高介电常数且抗漏电流的二元或多元介电薄膜在一原子层沉积层中；以及3)于所述二元或多元介电薄膜表面形成第三羟基(OH键)，通入所述第二气源，所述第二气源与所述第三羟基(OH键)产生化学吸附并反应，以形成抗漏电流介电层。优选地，所述第一气源包括锆(Zr)、铌(Nb)、铪(Hf)、钛(Ti)及镧(La)所组成群组中的一种或两种以上组合，所述第二气源包括铝(Al)及硅(Si)所组成群组中的一种或两种。(元素代码缺乏中文)优选地，在形成所述诱电介电层之前还包括：于所述基板表面形成第四羟基(OH键)，通入钛(Ti)粒子，所述Ti粒子与所述第四羟基(OH键)产生化学吸附并反应形成氧化钛(TiOx)薄膜，以提高所述诱电介电层与所述基板的粘附性能。进一步地，在形成所述诱电介电层之前还包括：于所述氧化钛(TiOx)薄膜上形成若干个由诱电介电基层与抗漏电流介电基层所组成的叠层。本技术还提供一种介电薄膜，包括：基面，其形成有若干羟基(OH键)；以及二元或多元介电薄膜在一原子层沉积层中，包括由第一前驱体与所述基面上所述羟基(OH键)的第一部分化学吸附并反应形成的诱电介电材料，以及由第二前驱体与所述基面上所述羟基(OH键)的第二部分化学吸附并反应形成的抗漏电流介电材料。优选地，所述羟基(OH键)的所述第二部分占所述羟基(OH键)的所述第一部分与所述第二部分的羟基(OH键)的总和的比例为5％～40％，以降低所述二元或多元介电薄膜漏电流并同时保证其具有高介电常数。优选地，所述第一前驱体包括锆(Zr)、铌(Nb)、铪(Hf)、钛(Ti)及镧(La)所组成群组中的一种或两种以上组合，所述第二前驱体包括铝(Al)及硅(Si)所组成群组中的一种或两种。进一步地，所述第一前驱体选用为锆(Zr)粒子，所述第二前驱体选用为铝(Al)粒子，铝(Al)粒子为断续的分散在所述原子层沉积层中的锆(Zr)粒子之间。优选地，所述二元或多元介电薄膜的厚度范围为4～10nm。本技术还提供一种介电薄膜，包括二元或多元介电薄膜，形成在一原子层沉积层中，所述介电薄膜包含氧化铝锆(ZrAlOx)介电薄膜，锆(Zr)粒子和铝(Al)粒子同层地排布在所述原子层沉积层，铝(Al)粒子分散地填补在一基面上锆(Zr)粒子之间的空隙。优选地，所述铝(Al)粒子占据所述原子层沉积层的面积相对于所述锆(Zr)粒子占据所述原子层沉积层的面积两者比值介于5.3％～67％。本技术还提供一种介电层结构，包括：诱电介电层，由第一气源与位于一基板上的第一羟基(OH键)化学吸附并反应生成；二元或多元介电薄膜，形成在一原子层沉积层中，包括由第一前驱体与位于所述诱电介电层上的第二羟基(OH键)的第一部分化学吸附并反应形成的诱电介电材料，以及由第二前驱体与位于所述诱电介电层上的第二羟基(OH键)的第二部分化学吸附并反应形成的抗漏电流介电材料；以及抗漏电流介电层，由第二气源与位于所述二元或多元介电薄膜上的第三羟基(OH键)化学吸附并反应生成。优选地，所述第一气源包括锆(Zr)、铌(Nb)、铪(Hf)、钛(Ti)及镧(La)所组成群组中的一种或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种介电薄膜，其特征在于，包括：基面，其形成有若干羟基(OH键)；以及二元或多元介电薄膜在一原子层沉积层中，包括由第一前驱体与所述基面上所述羟基(OH键)的第一部分化学吸附并反应形成的诱电介电材料，以及由第二前驱体与所述基面上所述羟基(OH键)的第二部分化学吸附并反应形成的抗漏电流介电材料。

【技术特征摘要】
1.一种介电薄膜，其特征在于，包括：基面，其形成有若干羟基(OH键)；以及二元或多元介电薄膜在一原子层沉积层中，包括由第一前驱体与所述基面上所述羟基(OH键)的第一部分化学吸附并反应形成的诱电介电材料，以及由第二前驱体与所述基面上所述羟基(OH键)的第二部分化学吸附并反应形成的抗漏电流介电材料。2.根据权利要求1所述的介电薄膜，其特征在于：所述羟基(OH键)的所述第二部分占所述羟基(OH键)的所述第一部分与所述第二部分的羟基(OH键)的总和的比例为5％～40％，以降低所述二元或多元介电薄膜漏电流并同时保证其具有高介电常数。3.根据权利要求1所述的介电薄膜，其特征在于：所述第一前驱体包括锆(Zr)、铌(Nb)、铪(Hf)、钛(Ti)及镧(La)所组成群组中的一种或两种以上组合，所述第二前驱体包括铝(Al)及硅(Si)所组成群组中的一种或两种。4.根据权利要求3所述的介电薄膜，其特征在于：所述二元或多元介电薄膜包含氧化铝锆(ZrAlOx)介电薄膜，所述第一前驱体选用为锆(Zr)粒子，所述第二前驱体选用为铝(Al)粒子，所述铝(Al)粒子为断续的分散在所述原子层沉积层中的所述锆(Zr)粒子之间。5.根据权利要求1至4中任一项所述的介电薄膜，其特征在于：所述二元或多元介电薄膜的厚度范围为4～10nm。6.一种介电薄膜，其特征在于，包括二元或多元介电薄膜，形成在一原子层沉积层中，所述介电薄膜包含氧化铝锆(ZrAlOx)介电薄膜，锆(Zr)粒子和铝(Al)粒子同层地排布在所述原子层沉积层，铝(Al)粒子分散地填补在一基面上锆(Zr)粒子之间的空隙。7.根据权利要求6所述的介电薄膜，其特征在于：所述铝(Al)粒子占据所述原子层沉积层的面积相对于所述锆(Zr)粒子占据所述原子层沉积层...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：睿力集成电路有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽,34