[发明专利]一种采用MOCVD制备外延Gd2-xLaxO3栅介质薄膜的方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种采用MOCVD方法制备金属氧化物栅介质薄膜的方法，具体是一种制备外延Gd_2-xLa_xO₃金属氧化物栅介质薄膜的方法。

背景技术

半导体行业迅猛发展，金属-氧化物-半导体场效应管(Metal-oxide-semiconductor field-effect transistors，MOSFETs)技术中一直是采用SiO₂作为栅介质材料。随着集成度的提高，器件特征尺寸不断减小，栅氧化物层的厚度越来越薄，由此带来的隧穿电流和器件失效问题使得使用高介电常数的栅介质材料来替代SiO₂成为当前微电子技术的研究热点之一。

稀土氧化物是受到人们关注的高介电栅介质材料，其中，Gd₂O₃具有较大的带隙5.37～6.36eV，介电常数是10~14，是新型高介电栅介质候选材料之一。La₂O₃具有较大的带隙(6.0 eV)，较高的介电常数(k~30)，较大的导带势垒高度(2.3 eV)，但是，La₂O₃易潮解，影响了它的应用。对于高介电栅介质薄膜材料来说，为了与硅基半导体CMOS工艺兼容，必须要具有较好的热稳定性，即在经过800－900℃的高温快速处理后，栅介质薄膜的形态与结构保持不变。像目前研究较多的高介电氧化铪、氧化锆薄膜，在经过高温退火后，会结晶形成很多晶界，一方面高温退火导致晶粒长大，薄膜粗糙度增加，同时众多晶界也是漏电流的通道，会增大漏电流密度，恶化器件性能。因此对高介电栅介质薄膜材料除了介电常数和带隙方面的要求，另一个重要指标就是热稳定性，希望生长的高介电栅介质薄膜在高温退火后依然保持非晶，如LaAlO₃或者掺Si的氧化铪，或者在硅衬底上生长获得外延单晶薄膜，这样就去除了晶界的影响，并且Si与栅介质薄膜之间存在外延关系，界面质量高。

金属有机化学气相沉积（MOCVD）是半导体领域一个极其重要的薄膜沉积技术，具有生长薄膜质量高、均匀性好、易掺杂、产率高、台阶覆盖率好等优点，受到微电子工业的青睐，已经成功应用于III-V族半导体的生长。

但是，现有技术中尚未发现记载有采用MOCVD方法制备制备外延Gd_2-xLa_xO₃金属氧化物栅介质薄膜的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是采用MOCVD方法将La元素掺入Gd₂O₃当中，在（100）Si衬底上制备外延生长的（111）Gd_2-xLa_xO₃栅介质薄膜，获得了较好电学性能；此方法制备工艺简单，所制备的外延Gd_2-xLa_xO₃薄膜是一种具有应用前景的高介电栅介质材料。

本发明所述的一种采用MOCVD制备外延Gd_2-xLa_xO₃栅介质薄膜的方法，其包括以下步骤：

1）对（100）Si衬底进行清洗；

2）将清洗好的衬底移入MOCVD反应室，Gd源和La源分别为四甲基庚二酮钆Gd(dpm)₃和四甲基庚二酮镧La(dpm)₃，以MOCVD方法在（100）Si衬底上沉积Gd_2-xLa_xO₃金属氧化物薄膜，

3）将沉积好薄膜的衬底放于快速退火炉中退火后即得到成品。

所述步骤1）的过程为：将衬底用标准RCA半导体清洗工艺清洗后，再用稀释的氢氟酸溶液在室温下浸泡3～6分钟去除衬底表面的氧化物层.其中氢氟酸溶液中氢氟酸与去离子水的体积比为1:8～10。

所述步骤2）中MOCVD的工艺参数为：Gd源温度145－155^oC ，La源温度为185－205 ^oC；载气为氩气或氮气，流量为40～400sccm；反应气为氧气，流量为100 sccm，反应室压强为10～20 Torr；沉积温度为550－650^oC；沉积时间为3－45 分钟。