[发明专利]非晶氧化镧薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能陶瓷领域，涉及一种氧化镧薄膜的制备方法，特别是涉及一种非晶氧化镧薄膜的制备方法。

背景技术

随着集成元器件在微电子技术中的广泛应用，迫切需要一种室温条件下介电常数适中，漏电流小，同时具有较高的击穿电压和较小等效栅氧化层厚度的功能材料，非晶氧化镧薄膜被认为是一种很有希望的候选材料。目前国内外开展研究较多的高k栅绝缘介质材料主要是金属氧化物，如TiO₂，ZrO₂，HfO₂，Ta₂O₅，Al₂O₃，和稀土氧化物Gd₂O₃，Y₂O₃，La₂O₃等，但是，这些材料在高温退火会趋向于变成多晶氧化物，由于晶粒边界导致高的漏电流，从而使器件失效，不能够满足仪器的要求。

文献“Y.H.Wu，M.Y.Yang，A.Chin，et a1.Electrical Characteristics of High QualityLa₂O₃ Gate Dielectric with Equivalent Oxide thickness ofIEEE Electron Device Letters.2000，21∶341～343”公开了一种采用传统的薄膜制备方法制备了非晶氧化镧薄膜，虽然得到了合适的介电特性，但所得的漏电流密度(～0.06A/cm²)和击穿电压（13.5MV/cm）还不理想。

发明内容

为了克服现有的方法制备的非晶氧化镧薄膜的漏电流密度大、击穿电压低的不足，本发明提供一种非晶氧化镧薄膜的制备方法。该方法通过控制非晶氧化镧薄膜的退火时间和工艺温度，使得在室温条件下，可以获得漏电流密度小、击穿电压高的非晶氧化镧薄膜。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种非晶氧化镧薄膜的制备方法，其特点是包括以下步骤：

（a）将分析纯的La₂O₃作为蒸发的膜料，p型Si（100）晶向的硅片作为衬底，蒸发前衬底要彻底清洗，本底真空度小于3×10^-3Pa，蒸发过程中使用纯度均99.99％的Ar₂作为工作气体、真空度保持在3.8×10^-2Pa；

（b）加热系统将衬底加热，并将衬底温度保持在100～300°C；沉积过程中薄膜厚度使用XTC-2石英晶振测量仪进行控制，蒸发速率控制在1.5～3nm/min；离子辅助束流为20～30mA；

（c）沉积态的非晶La₂O₃薄膜在600～900°C快速热处理1min、5min、10min和15min。

所述La₂O₃的纯度是99.99％。

所述衬底的直径是75mm。

所述p型Si(100)的电阻率是2～10Ω·cm。

本发明的有益效果是：由于通过控制非晶氧化镧薄膜的退火时间和工艺温度，使得在室温条件下，获得了漏电流密度小、击穿电压高的非晶氧化镧薄膜。所制备的非晶氧化镧薄膜的漏电流密度由背景技术的～0.06A/cm²降低到～7.56×10^-6A/cm²；同时击穿电压由背景技术的13.5MV/cm提高到33MV/cm。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明方法四个实施例所制备的非晶氧化镧薄膜在不同退火时间的X射线衍射图谱。

图2是本发明方法四个实施例所制备的非晶氧化镧薄膜在不同退火时间下的电流随电压变化曲线。

图3是本发明方法四个实施例所制备的非晶氧化镧薄膜在不同退火时间下的击穿电压变化曲线。

具体实施方式

以下实施例参照图1～3。