一种新型超晶格结构复合薄膜介质及其制备方法技术

本发明专利技术涉及介电薄膜技术领域，具体涉及一种新型超晶格结构复合薄膜介质及其制备方法，新型超晶格结构复合薄膜介质包括第一薄膜和第二薄膜，多层第一薄膜和多层第二薄膜交替堆叠于基片托盘的上方，第一薄膜为Al2O3，第二薄膜为HfO2，在生长过程中，形成非晶薄膜，避免了薄膜结晶后从晶粒间晶界的遂穿效应，降低了漏电流；结合了两种或者两种以上薄膜的特点，提高了薄膜的整体介电性能，特别是可以根据不同的使用场合控制每一层薄膜的厚度以及生长层数，设计不同介电性能的薄膜材料。设计不同介电性能的薄膜材料。设计不同介电性能的薄膜材料。

【技术实现步骤摘要】
一种新型超晶格结构复合薄膜介质及其制备方法


[0001]本专利技术涉及介电薄膜
，尤其涉及一种新型超晶格结构复合薄膜介质及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着IC芯片集成度的增大，器件的特征尺寸以摩尔定律速度在不断的减小，导致SiO2栅介质厚度一降再降，并已接近物理极限，较薄的氧化硅厚度在量子隧穿效应的作用下造成栅介质的漏电流增大、器件安全性下降等问题，严重制约了集成电路的继续发展。因此，解决由传统SiO2栅介质引发的问题，发展新型高介电的栅介质材料(高k栅介质材料)、改善制备技术，对实现微电子技术发展具有深远意义。
[0003]因此，以往许多研究关注寻找新介质材料替代氧化硅的应用，如氮化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钛等，或者采用复合薄膜的方法进行薄膜制备。例如，氧化铪(HfO2)为一种常用的高介电材料，具有带隙较宽(5.7)、介电常数较高(介电常数理论值25)、耐压强度高(＞6MV/cm)等优势，是替代氧化硅、氮化硅薄膜材料的较好选择。
[0004]许多研究中采用氧化铝与氧化铪复合生长薄膜的方式以解决氧化铪与硅界面层的问题，形成了如Al2O3/HfO2/Al2O3的层压结构。主要目的是利用Al2O3将HfO2与硅接触,避免了界面层的形成，另外，Al2O3薄膜具有较高的耐压强度(10MV/cm)，可以提高HfO2薄膜的整体耐压水平。另外，与上述方案类似，常用的方案还包括SiO2/Si3N4/SiO2形成的ONO介质、Al2O3/TiO2/Al2O3等。
[0005]但是，实际生长薄膜的过程中，由于薄膜材料本身的结晶性，形成的薄膜晶格畸变，薄膜缺陷、晶界较多，在薄膜厚度降低至纳米级时，复合薄膜的优势就很难体现，最终导致其实际介电性能不能满足要求。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种新型超晶格结构复合薄膜介质及其制备方法，解决了由于实际生长薄膜的过程中，由于薄膜材料本身的结晶性，形成的薄膜晶格畸变，薄膜缺陷、晶界较多，在薄膜厚度降低至纳米级时，复合薄膜的优势就很难体现，最终导致其实际介电性能不能满足要求的技术问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种新型超晶格结构复合薄膜介质，包括第一薄膜和第二薄膜，所述第一薄膜和所述第二薄膜的数量均为多层，多层所述第一薄膜和多层所述第二薄膜交替堆叠于基片托盘的上方，所述第一薄膜为Al2O3，所述第二薄膜为HfO2。
[0008]本专利技术还提供一种新型超晶格结构复合薄膜介质的制备方法，用于制备上述所述的新型超晶格结构复合薄膜介质，包括如下步骤：
[0009]将基片托盘设置于反应容器内，基片托盘底部与真空泵连通；
[0010]向反应容器持续通入水蒸气，再交替通入第一反应气体和第二反应气体，形成复合薄膜；
[0011]对复合薄膜进行介电性能测试，完成测试后，得到所述新型超晶格结构复合薄膜介质。
[0012]其中，在向反应容器持续通入水蒸气，再交替通入第一反应气体和第二反应气体，形成复合薄膜的步骤中：
[0013]所述第一反应气体采用三甲基铝与水蒸气作为反应物生长Al2O3薄膜作为所述第一薄膜。
[0014]其中，在向反应容器持续通入水蒸气，再交替通入第一反应气体和第二反应气体，形成复合薄膜的步骤中：
[0015]所述第二反应气体采用Hf(N(CH3)(CH2CH3))4(TEMAH)或HfC
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作为前驱体与水蒸气反应生长HfO2薄膜作为所述第二薄膜。
[0016]其中，在向反应容器持续通入水蒸气，再交替通入第一反应气体和第二反应气体，形成复合薄膜的步骤中：
[0017]控制生长温度为350℃。
[0018]其中，在向反应容器持续通入水蒸气，再交替通入第一反应气体和第二反应气体，形成复合薄膜的步骤中：
[0019]Al2O3单原子层厚度0.92nm/cycle，HfO2单原子层1.02nm/cycle，总厚度为50nm。
[0020]本专利技术的一种新型超晶格结构复合薄膜介质及其制备方法，通过上述方法制备的所述新型超晶格结构复合薄膜介质，在生长过程中，形成非晶薄膜，避免了薄膜结晶后从晶粒间晶界的遂穿效应，降低了漏电流；结合了两种或者两种以上薄膜的特点，提高了薄膜的整体介电性能，特别是可以根据不同的使用场合控制每一层薄膜的厚度以及生长层数，设计不同介电性能的薄膜材料。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0022]图1是本专利技术提供的一种新型超晶格结构复合薄膜介质的截面图。
[0023]图2是本专利技术提供的一种新型超晶格结构复合薄膜介质的制备示意图。
[0024]图3是本专利技术提供的一种新型超晶格结构复合薄膜介质的制备方法的步骤流程图。
[0025]1‑
第一薄膜、2
‑
第二薄膜、3
‑
基片托盘、4
‑
反应容器、5
‑
真空泵。
具体实施方式
[0026]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0027]请参阅图1，本专利技术提供一种新型超晶格结构复合薄膜介质，包括第一薄膜1和第二薄膜2，所述第一薄膜1和所述第二薄膜2的数量均为多层，多层所述第一薄膜1和多层所述第二薄膜2交替堆叠于基片托盘3的上方，所述第一薄膜1为Al2O3，所述第二薄膜2为HfO2。
[0028]在本实施方式中，结合ALD技术(原子层沉积)技术，利用ALD技术单原子层生长的特点，生长超晶格结构复合薄膜，生长过程中，形成非晶薄膜，避免了薄膜结晶后从晶粒间
晶界的遂穿效应，降低了漏电流。
[0029]请参阅图2
‑
图3，本专利技术还提供一种新型超晶格结构复合薄膜介质的制备方法，用于制备上述所述的新型超晶格结构复合薄膜介质，包括如下步骤：
[0030]S1：将基片托盘3设置于反应容器4内，基片托盘3底部与真空泵5连通；
[0031]S2：向反应容器4持续通入水蒸气，再交替通入第一反应气体和第二反应气体，形成复合薄膜；
[0032]S3：对复合薄膜进行介电性能测试，完成测试后，得到所述新型超晶格结构复合薄膜介质。
[0033]在本实施方式中，所述第一反应气体采用三甲基铝与水蒸气作为反应物生长Al2O3薄膜作为所述第一薄膜1，所述第二反应气体采用Hf(N(CH3)(CH2CH3))4(TEMAH)或HfC
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作为前驱体与水蒸气反应生长HfO2薄膜作为所述第二薄膜2，控制生长温度为350℃，Al2O3单原子层厚度0.92nm/cycle，HfO2单原子层1.02nm/cycle，总厚度为50nm；生长后的薄膜进行了介电性能测试，耐压水平达到130本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型超晶格结构复合薄膜介质，其特征在于，包括第一薄膜和第二薄膜，所述第一薄膜和所述第二薄膜的数量均为多层，多层所述第一薄膜和多层所述第二薄膜交替堆叠于基片托盘的上方，所述第一薄膜为Al2O3，所述第二薄膜为HfO2。2.一种新型超晶格结构复合薄膜介质的制备方法，用于制备如权利要求1所述的新型超晶格结构复合薄膜介质，其特征在于，包括如下步骤：将基片托盘设置于反应容器内，基片托盘底部与真空泵连通；向反应容器持续通入水蒸气，再交替通入第一反应气体和第二反应气体，形成复合薄膜；对复合薄膜进行介电性能测试，完成测试后，得到所述新型超晶格结构复合薄膜介质。3.如权利要求2所述的一种新型超晶格结构复合薄膜介质及其制备方法，其特征在于，在向反应容器持续通入水蒸气，再交替通入第一反应气体和第二反应气体，形成复合薄膜的步骤中：所述第一反应气体采用三甲基铝与水蒸气作为反应物生长Al2O3薄膜作为所述第一薄膜。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李少奎，谢波，林广，张晓丹，牟舜禹，杨海涛，刘东阳，龚谊侠，
申请(专利权)人：成都宏科电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：