專利名稱：在InP襯底上制備高K柵介質(zhì)薄膜和MIS電容的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜制備工藝和一種制作電容的方法，特別是涉及一種利用等離子增強(qiáng)原子層沉積技術(shù)在InP襯底上制備高K柵介質(zhì)薄膜和MIS電容的方法。
背景技術(shù)：
隨著微電子領(lǐng)域器件尺寸的不斷減小，硅材料逐漸接近其加工的極限，硅基器件的速度和泄漏電流將是難以克服的挑戰(zhàn)。因此，在權(quán)衡器件的高性能和小尺寸之間的矛盾時(shí)，III - V族化合物半導(dǎo)體襯底很可能是混合襯底技術(shù)中nMOS器件的首選襯底材料。與傳統(tǒng)硅襯底相比，InP襯底具有較高電子遷移率、較高飽和速度、以及較寬禁帶。根據(jù)蒙特卡洛近似計(jì)算，在相同溝道長度的情況下，具有InP溝道的n-MOS器件相較于Si、Ge、GaAs溝道的器件，其高場區(qū)域跨導(dǎo)竟然高出60%。因此，如果在InP襯底上制備出高質(zhì)量，熱穩(wěn)定性好的高k柵介質(zhì)材料，將使InP在高遷移率邏輯電路的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。對(duì)于InP/高k柵介 質(zhì)材料結(jié)構(gòu)的nMOS器件，界面特性是保證整個(gè)器件性能不斷提高的關(guān)鍵。而對(duì)于InP襯底的清洗及表面鈍化更是提高界面特性的關(guān)鍵。直接在InP上沉積高k柵介質(zhì)薄膜并不能獲得高質(zhì)量的界面特性和優(yōu)異的電學(xué)性能，采用表面鈍化技術(shù)可以極大地改善III - V族化合物半導(dǎo)體/高k柵介質(zhì)材料的界面質(zhì)量，有效降低界面態(tài)密度，解決費(fèi)米能級(jí)釘扎問題。在眾多高k柵介質(zhì)材料中，目前研究最為廣泛的高k柵介質(zhì)材料就是HfO2,它的介電常數(shù)為25 40，禁帶寬度為5. 7eV，并且與Si的導(dǎo)帶價(jià)帶偏移值都大于I. 5eV。而且，Hf基高k柵介質(zhì)已被成功應(yīng)用到Intel公司的45nm工藝中，具有可觀的發(fā)展前景。另外，稀土氧化物作為高k柵介質(zhì)材料(Gd2O3、La203、Lu203等)，也受到廣泛關(guān)注。例如La2O3，它的介電常數(shù)為30，禁帶寬度為4. OeV，與硅襯底接觸有很好的熱穩(wěn)定性，但是其極易與空氣中的水發(fā)生反應(yīng)影響器件性能提高。目前，高k柵介質(zhì)研究中一種特殊結(jié)構(gòu)是二元合金柵介質(zhì)堆垛結(jié)構(gòu)，通過合理控制金屬氧化物組分，可以結(jié)合兩種氧化物的優(yōu)點(diǎn)，打破單一氧化物物理性能的局限。而且多元氧化物高k柵介質(zhì)和InP的界面結(jié)合的非常好，界面態(tài)相當(dāng)?shù)?，力口上氧化層的禁帶寬度大，可以降低隧穿電流。原子層沉積技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于制備高k柵介質(zhì)薄膜，并且可以分為等離子體模式(PEALD)和傳統(tǒng)熱生長模式(TALD)，PEALD比TALD具有更低的反應(yīng)窗口，在等離子體活化環(huán)境下，不但可以降低生長溫度，而且原本TALD模式下不能反應(yīng)的兩種反應(yīng)物也可以發(fā)生反應(yīng)形成薄膜，提高薄膜生長速率，同時(shí)提高薄膜密度和擊穿電壓。另外，PEALD技術(shù)更容易控制薄膜化學(xué)組分的配比，因此有利于多元金屬氧化物高k柵介質(zhì)薄膜制備。更重要的是，采用PEALD可以實(shí)現(xiàn)原位等離子體處理，可以在薄膜沉積前對(duì)襯底進(jìn)行等離子體鈍化，有效地降低襯底表面自然氧化物對(duì)薄膜生長的影響，從而抑制界面層生長，提高柵介質(zhì)薄膜電學(xué)性能。利用等離子體增強(qiáng)原子層沉積(PEALD)技術(shù)在InP襯底晶片上沉積均勻、高質(zhì)量高k柵介質(zhì)薄膜的方法時(shí)。由于InP和本征氧化物界面具有很高的界面態(tài)密度，引起費(fèi)米能級(jí)在禁帶中的釘扎和高的表面復(fù)合速率，嚴(yán)重影響器件性能。
鑒于此，如何提出一種在InP襯底上制備高k柵介質(zhì)薄膜的方法，用于改善了高k柵介質(zhì)與InP襯底之間的界面特性，以及降低了費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)的影響，成為目前亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種在InP襯底上制備高K柵介質(zhì)薄膜和MIS電容的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中高k柵介質(zhì)與InP襯底之間的界面特性差、以及費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種在InP襯底上制備高K柵介質(zhì)薄膜的方法，至少包括以下步驟I)提供一雙面拋光的InP晶片作為襯底，對(duì)其進(jìn)行清洗后放入PEALD反應(yīng)腔內(nèi)；
2)以Ar氣作為載氣，以NH3或N2作為反應(yīng)氣體，利用等離子體工藝對(duì)InP襯底正面進(jìn)行原位氮化處理；3)利用PEALD工藝在所述InP襯底正面沉積高K柵介質(zhì)薄膜；4)利用氧等離子體工藝對(duì)所述高K柵介質(zhì)薄膜進(jìn)行原位后處理；5)將形成的所述高K柵介質(zhì)薄膜的樣品置入退火爐中進(jìn)行N2氣氛退火處理?？蛇x地，所述步驟I)中對(duì)InP襯底的清洗過程為先用丙酮、無水乙醇依次對(duì)InP晶片進(jìn)行超聲清洗各5min，接著將InP晶片浸泡于體積比為1:50的HF溶液中30sec，然后用去離子水沖洗，最后用N2氣吹干晶片。所述步驟5)中所述樣品置于N2或O2氣氛中退火，退火溫度為500°C 900°C，退火時(shí)間為30s 60s?？蛇x地，所述步驟2)還包括2-1)以Ar氣作為載氣，以NH3或N2作為反應(yīng)氣體，利用等離子體工藝對(duì)所述InP襯底正面進(jìn)行原位氮化處理；2-2)采用PEALD工藝在所述InP襯底正面生長一層緩沖層。可選地，所述步驟2-2)中的緩沖層的材質(zhì)為A1203、La2O3、或Gd2O30可選地，所述步驟3)還包括3-1)利用PEALD工藝在所述InP襯底正面沉積高K柵介質(zhì)薄膜；3-2)利用PEALD工藝在所述高k柵介質(zhì)薄膜上生長一層阻擋層?？蛇x地，所述步驟3-2)中的阻擋層材質(zhì)為Al2O3;所述高k柵介質(zhì)薄膜的材質(zhì)為(HfO2) x(La203) h、(HfO2) ,(Al2O3) i-x> (La2O3) x (Al2O3)&、(Gd2O3) x (La2O3)卜廣或(HfO2)X(Gd2O3)1^其中，O彡X彡I J^^iPEALD反應(yīng)腔內(nèi)的溫度為160°C 250°C，等離子體原位氮化處理的射頻功率為70W 150W。此外，本發(fā)明的另一目的是提供一種制備MIS電容的方法，包括I)利用如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的方法在InP襯底正面制備高K柵介質(zhì)薄膜；2)在所述高k柵介質(zhì)薄膜表面分別制備依次包括Ti層、以及Pt層的層疊結(jié)構(gòu)的頂電極，然后將所述InP襯底放入退火爐中退火；3)在所述InP襯底背面制備依次包括Ge層、Au層、Ni層、以及Au層的層疊結(jié)構(gòu)的背電極，然后再次將所述InP襯底放入退火爐中退火。可選地，所述步驟2)中采用磁控濺射或電子束蒸發(fā)工藝制備頂電極；所述步驟2)中的高溫退火工藝為在體積比為19:1的N2 =H2混合氣氛中快速退火，退火溫度為4000C飛00°C，退火時(shí)間為2mirT5min ;所述步驟3)中采用電子束蒸發(fā)工藝制備背電極；所述步驟3)中的高溫退火工藝為在體積比為19:1的N2 =H2混合氣氛中退火，退火溫度為300 0C 400 °C，退火時(shí)間為 lmirT3min。如上所述，本發(fā)明的一種在InP襯底上制備高k柵介質(zhì)薄膜和MIS電容的方法，具有以下有益效果本發(fā)明提供一種在InP襯底上制備高k柵介質(zhì)薄膜和MIS電容的方法，該方法工藝簡單，在沉積高k柵介質(zhì)薄膜之前通過利用等離子體原位處理對(duì)InP襯底進(jìn)行鈍化，改善了高k柵介質(zhì)與InP襯底之間的界面特性，降低了費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)的影響，并且在高k柵介質(zhì)薄膜形成后利用氧等離子體原位后處理提高了高k薄膜的致密度和薄膜質(zhì)量。同時(shí)，本發(fā)明在InP襯底上制備穩(wěn)定的性質(zhì)優(yōu)良的高k柵介質(zhì)薄膜基礎(chǔ)上，并成功制作MIS電容結(jié)構(gòu)，為后面驗(yàn)證高k柵介質(zhì)薄膜的電學(xué)性能提供了基礎(chǔ)。


圖I顯示為本發(fā)明實(shí)施例一中的在InP襯底上制備高k柵介質(zhì)薄膜的工藝流程圖。圖2顯示為本發(fā)明實(shí)施例二中的在InP襯底上制備高k柵介質(zhì)薄膜的工藝流程3顯示為本發(fā)明實(shí)施例二中的在InP襯底上制備的高k柵介質(zhì)薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4顯示為本發(fā)明實(shí)施例三中的在具有高k柵介質(zhì)薄膜的InP襯底上制備MIS電容的工藝流程圖。圖5顯示為本發(fā)明實(shí)施例三中的在具有高k柵介質(zhì)薄膜的InP襯底上制備的MIS電容結(jié)構(gòu)示意圖。元件標(biāo)號(hào)說明IInP 襯底2緩沖層3高K柵介質(zhì)薄膜4阻擋層5頂電極6背電極SrS5 步驟
具體實(shí)施例方式以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式
加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。請(qǐng)參閱圖I至圖5。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。下面結(jié)合說明書附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明提供的一種在InP襯底上制備高k柵介質(zhì)薄膜和MIS電容的方法。實(shí)施例一請(qǐng)參閱圖1，顯示為本發(fā)明中在InP襯底上制備高K柵介質(zhì)薄膜的工藝流程圖，如圖所示，所述工藝方法至少包括以下步驟步驟SI :提供一單晶InP晶片作為襯底1，并對(duì)該襯底就行雙面拋光工藝，可以利用半導(dǎo)體工藝中通常的拋光手段，例如拋光機(jī)、拋光液或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝等。然后 對(duì)InP襯底I進(jìn)行嚴(yán)格清洗，清洗過程為先用丙酮、無水乙醇依次對(duì)InP晶片進(jìn)行超聲清洗各5min，接著將InP晶片浸泡于體積比為1:50的稀HF溶液中30sec，然后用大量去離子水沖洗，最后用N2氣吹干晶片。步驟S2 :快速將吹干后的InP襯底I放入PEALD反應(yīng)腔內(nèi)，InP襯底I暴露在空氣中的時(shí)間不超過10分鐘。反應(yīng)腔中的溫度為160°C 250°C，本實(shí)施例中優(yōu)選為180°C，射頻功率為70W 150W，本實(shí)施例中優(yōu)選為150W ;采用NH3或N2作為反應(yīng)氣體，Ar或N2氣作為載氣，本實(shí)施例中暫選用N2作為反應(yīng)氣體，在其它實(shí)施例中亦可選用NH3作為反應(yīng)氣體，利用PEALD中的等離子體工藝對(duì)InP襯底I表面進(jìn)行原位氮化處理，通過利用等離子體原位處理對(duì)InP襯底進(jìn)行鈍化，在InP襯底I表面形成InON和PON氮化層，抑制InP襯底I表面本征氧化物的生長，改善了高K柵介質(zhì)薄膜3與InP襯底I之間的界面特性，降低了費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)的影響。步驟S3 :利用等離子體增強(qiáng)原子層沉積工藝在所述InP襯底I正面沉積高K柵介質(zhì)薄膜3，本實(shí)施例中所生長的高K柵介質(zhì)薄膜3暫選為(HfO2) x (Al2O3) h，其中，O彡X彡I，制備高K柵介質(zhì)薄膜3 (HfO2) x (Al2O3) h的具體工藝如下首先利用N2或Ar作為載氣，向PEALD反應(yīng)腔中通入第一金屬前驅(qū)體Al (CH3) 3，通入時(shí)間為500ms，使所述第一金屬前驅(qū)體吸附在所述InP襯底上，然后用所述載氣吹洗并帶走剩余反應(yīng)物，接著通入O2并形成氧等離子體與所述第一金屬前軀體進(jìn)行反應(yīng)2s，生成第一氧化物薄膜，再次用所述載氣吹洗并帶走剩余反應(yīng)物；然后，通入第二金屬前軀體[(CH3)(C2H5)N]4Hf，通入時(shí)間為500ms，使所述第二金屬前驅(qū)體吸附在所述第一氧化物薄膜上，用所述載氣吹洗并帶走剩余反應(yīng)物，再次通入O2并形成氧等離子體，且與所述第二金屬前驅(qū)體反應(yīng)2s生成第二氧化物薄膜，再用所述載氣吹洗并帶走剩余反應(yīng)物，即為一個(gè)原子層沉積循環(huán)周期；最后，執(zhí)行多個(gè)原子層沉積循環(huán)周期，直至得到所需要的高K柵介質(zhì)薄膜3厚度，最終所形成的K柵介質(zhì)薄膜3為(HfO2) x (Al2O3) h，參數(shù)X的值可根據(jù)需要可以靈活控制其大小，例如X可以取0、0. 5、06、0.8、1等。其中，在本發(fā)明中，利用載氣吹洗腔體時(shí)間為2飛S，本實(shí)施例中優(yōu)選為5s。需要說明的是，采用實(shí)施例中的方法，亦可以制備出(HfO2) x (La2O3) 、(La2O3),(Al2O3) i-x> (Gd2O3)x (La2O3)H'或(HfO2)x(Gd2O3) ^ 等高 K 柵介質(zhì)薄膜 3，其中 O 彡 x 彡 1，在制備這些高K柵介質(zhì)薄膜3時(shí)，其工藝過程與本實(shí)施例中該步驟中制備高K柵介質(zhì)薄膜
3(HfO2) x (Al2O3) h的工藝過程相同，而僅僅是反應(yīng)前驅(qū)體不同以及通入各該反應(yīng)前驅(qū)體的反應(yīng)時(shí)間不同，例如，[(CH3) (C2H5) N] 4Hf作為HfO2的反應(yīng)前驅(qū)體，La [N (TMS)2] 3作為La2O3的反應(yīng)前驅(qū)體，Al (CH3)3作為Al2O3的反應(yīng)前驅(qū)體，Gd [N (TMS) 2]3作為Ga2O3的反應(yīng)前驅(qū)體。因此，利用本發(fā)明的方法在所述InP襯底上制備性質(zhì)相同或相近的其它高K柵介質(zhì)薄膜3都屬于本發(fā)明所涉及的范圍。步驟S4 :所述高K柵介質(zhì)薄膜3生長后，利用氧等離子體對(duì)其進(jìn)行原位后處理；通過氧等離子體原位后處理后所述高K柵介質(zhì)薄膜3與InP襯底I之間的界面變的更加平整，且降低了界面層厚度，提高了高K柵薄膜3的致密度和薄膜質(zhì)量。步驟S5 :將形成高K柵介質(zhì)薄膜3的樣品置入快速退火爐中進(jìn)行N2或O2氣氛退火處理，本發(fā)明中樣品的退火溫度500°C、00°C，本實(shí)施例中優(yōu)選為700°C ;本發(fā)明中退火時(shí)間為30s飛Os，本實(shí)施例中優(yōu)選為60s。通過上述步驟，完成了利用PEALD工藝在InP襯底I上制備高K柵介質(zhì)薄膜3。綜上所述，本實(shí)施例中提供一種在InP襯底上制備高K柵介質(zhì)薄膜的方法，該方法 在沉積高k柵介質(zhì)薄膜之前通過利用等離子體原位處理對(duì)InP襯底進(jìn)行鈍化，改善了高k柵介質(zhì)與InP襯底之間的界面特性，降低了費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)的影響，并且在高k柵介質(zhì)薄膜形成后利用氧等離子體原位后處理提高了高k薄膜的致密度和薄膜質(zhì)量。實(shí)施例二如圖2所示為本發(fā)明中在InP襯底上制備高K柵介質(zhì)薄膜的工藝流程圖，如圖3所示為最終在InP襯底上制備出的高K柵介質(zhì)薄膜的結(jié)構(gòu)圖。需要說明的是本實(shí)施例中的工藝流程是在實(shí)施例一基礎(chǔ)上增加一些步驟，從而得到更加優(yōu)良的高K柵介質(zhì)薄膜，具體過程如下在實(shí)施例一中步驟S2中對(duì)所述InP襯底I進(jìn)行原位氮化處理后，可以進(jìn)一步在所述InP襯底正面上制備一層緩沖層2，步驟如下步驟S2-2 :利用PEALD工藝在所述InP襯底正面上生長一層緩沖層2，本實(shí)施例中所述緩沖層2的材質(zhì)暫選為Al2O3，但不限于此，在其它實(shí)施例中，亦可選用La2O3、或Gd2O3,制備緩沖層2的具體工藝如下利用N2 *Ar作為載氣，向PEALD反應(yīng)腔中通入第一金屬前驅(qū)體Al (CH3) 3，通入時(shí)間為500ms，使所述第一金屬前驅(qū)體吸附在所述InP襯底I上，然后用所述載氣吹洗并帶走剩余反應(yīng)物，接著通入O2并形成氧等離子體與所述第一金屬前軀體進(jìn)行反應(yīng)2s，生成第一氧化物薄膜Al2O3，再次用所述載氣吹洗并帶走剩余反應(yīng)物，這作為一個(gè)原子反應(yīng)周期，通過多個(gè)原子反應(yīng)周期可以得出不同厚度的Al2O3薄膜。在本實(shí)施例中，由于Al2O3薄膜作為緩沖層2不宜過厚，因此一般重復(fù)I 5個(gè)原子反應(yīng)周期的厚度即可。在實(shí)施例一中步驟S3中對(duì)所述InP襯底I制備高K柵介質(zhì)薄膜3后，可以進(jìn)一步在所述InP襯底I正面上制備一層阻擋層4，步驟如下步驟S3-2 :采用PEALD工藝在高k柵介質(zhì)薄膜3 (HfO2) x (Al2O3) 上生長一層Al2O3阻擋層4，但不限于材料Al2O3，在其它實(shí)施例中，亦可以為其它材料的阻擋層4。制備所述Al2O3阻擋層4的方法與上述步驟S2-1的工藝方法相同，在此不再贅述。本實(shí)施例中，制備高K柵介質(zhì)薄膜工藝的其它步驟與實(shí)施例一中的步驟相同，在此不再贅述。需要說明的是，在本實(shí)施例中上述步驟S2-1和步驟S4-1同時(shí)出現(xiàn)，但不限于此，在其它實(shí)施例中亦可單獨(dú)出現(xiàn)。
綜上所述，所述緩沖層不僅可以增加后續(xù)高K柵介質(zhì)薄膜與襯底的附著力，而且也可以實(shí)現(xiàn)高K薄膜與襯底之間的晶格匹配，改善了界面特性；該阻擋層可以防止在利用本發(fā)明的方法制備的高K柵介質(zhì)薄膜上制備其它器件時(shí)其它雜質(zhì)離子擴(kuò)散至所述高K柵介質(zhì)薄膜導(dǎo)致對(duì)所述高K柵介質(zhì)薄膜的性能的影響甚至破壞。實(shí)施例三
如圖4所示的工藝流程圖，本實(shí)施例提供一種制備MIS電容的方法，包括以下步驟步驟SI :利用本發(fā)明實(shí)施例一或?qū)嵤├兴龅姆椒ㄔ贗nP襯底I正面制備高K柵介質(zhì)薄膜3，本實(shí)施例中不再對(duì)該具體工藝贅述。步驟S2 :采用磁控濺射或電子束蒸發(fā)方法在所述高k薄膜表面生長電極Ti/Pt合金作為頂電極5，并將樣品置于體積比為19:1的N2 =H2混合氣中快速退火，然后將所述InP襯底I放入退火爐中快速退火，退火工藝條件為退火溫度為400°C飛00°C，退火時(shí)間為2min"5min,以形成歐姆接觸。步驟S3 :采用電子束蒸發(fā)的方法在所述InP襯底I背面依次沉積包括金屬Ge層、Au層、Ni層、以及Au層的層疊結(jié)構(gòu)作為背電極6，然后將所述InP襯底I放入退火爐中快速退火，退火工藝條件為將樣品至于體積比為19:1的N2 =H2混合氣氛中，退火溫度為3000C 400°C，退火時(shí)間為lmirT3min，以形成歐姆接觸，完成MIS電容制作。如圖5所示為本實(shí)施例中制備出的MIS電容器的結(jié)構(gòu)示意圖。綜上所述，本發(fā)明提供一種在InP襯底上制備高k柵介質(zhì)薄膜和MIS電容的方法，該方法工藝簡單，在沉積高k柵介質(zhì)薄膜之前通過利用等離子體原位處理對(duì)InP襯底進(jìn)行鈍化，改善了高k柵介質(zhì)與InP襯底之間的界面特性，降低了費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)的影響，并且在高k柵介質(zhì)薄膜形成后利用氧等離子體原位后處理提高了高k薄膜的致密度和薄膜質(zhì)量。同時(shí)，本發(fā)明在InP襯底上制備穩(wěn)定的性質(zhì)優(yōu)良的高k柵介質(zhì)薄膜基礎(chǔ)上，并成功制作MIS電容結(jié)構(gòu)，為后面驗(yàn)證高k柵介質(zhì)薄膜的電學(xué)性能提供了基礎(chǔ)。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種在InP襯底上制備高K柵介質(zhì)薄膜的方法，其特征在于，至少包括以下步驟 1)提供一雙面拋光的InP晶片作為襯底，對(duì)其進(jìn)行清洗后放入PEALD反應(yīng)腔內(nèi)； 2)以Ar氣作為載氣，以NH3或N2作為反應(yīng)氣體，利用等離子體工藝對(duì)InP襯底正面進(jìn)行原位氮化處理； 3)利用PEALD工藝在所述InP襯底正面沉積高K柵介質(zhì)薄膜； 4)利用氧等離子體工藝對(duì)所述高K柵介質(zhì)薄膜進(jìn)行原位后處理； 5)將形成的所述高K柵介質(zhì)薄膜的樣品置入退火爐中進(jìn)行N2氣氛退火處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在InP襯底上制備高K柵介質(zhì)薄膜的方法，其特征在于，所述步驟I)中對(duì)InP襯底的清洗過程為先用丙酮、無水乙醇依次對(duì)InP晶片進(jìn)行超聲清洗各5min，接著將InP晶片浸泡于體積比為1:50的HF溶液中30sec，然后用去離子水沖洗，最后用N2氣吹干晶片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在InP襯底上制備高K柵介質(zhì)薄膜的方法，其特征在于所述步驟5)中所述樣品置于N2或O2氣氛中退火，退火溫度為500°C、00°C，退火時(shí)間為30s 60s。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在InP襯底上制備高K柵介質(zhì)薄膜的方法，其特征在于，所述步驟2)還包括 2-1)以Ar氣作為載氣，以NH3或N2作為反應(yīng)氣體，利用等離子體工藝對(duì)所述InP襯底正面進(jìn)行原位氮化處理； 2-2)采用PEALD工藝在所述InP襯底正面生長一層緩沖層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的在InP襯底上制備高K柵介質(zhì)薄膜的方法，其特征在于所述步驟2-2)中的緩沖層的材質(zhì)為A1203、La203、或Gd2O30
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的在InP襯底上制備高K柵介質(zhì)薄膜的方法，其特征在于，所述步驟3)還包括 3-1)利用PEALD工藝在所述InP襯底正面沉積高K柵介質(zhì)薄膜； 3-2)利用PEALD工藝在所述高k柵介質(zhì)薄膜上生長一層阻擋層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的在InP襯底上制備高K柵介質(zhì)薄膜的方法，其特征在于所述步驟3-2)中的阻擋層材質(zhì)為Al2O315
8.根據(jù)權(quán)利要求I或6所述的在InP襯底上制備高K柵介質(zhì)薄膜的方法，其特征在于所述高k柵介質(zhì)薄膜的材質(zhì)為(H f02)加痕,、(HfO2)x(Al2O3) > (La2O3) x (Al2O3)…(Gd2O3)X(La2O3)1-X'或(HfO2)x(Gd2O3)1-X,其中，0 彡 x 彡 I。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或4或6所述的在InP襯底上制備高K柵介質(zhì)薄膜的方法，其特征在于所述PEALD反應(yīng)腔內(nèi)的溫度為160°C 250°C，等離子體原位氮化處理的射頻功率為70ff"l50ffo
10.一種制備MIS電容的方法，其特征在于，包括 1)利用如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的方法在InP襯底正面制備高K柵介質(zhì)薄膜； 2)在所述高k柵介質(zhì)薄膜表面分別制備依次包括Ti層、以及Pt層的層疊結(jié)構(gòu)的頂電極，然后將所述InP襯底放入退火爐中退火； 3)在所述InP襯底背面制備依次包括Ge層、Au層、Ni層、以及Au層的層疊結(jié)構(gòu)的背電極，然后再次將所述InP襯底放入退火爐中退火。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備MIS電容的方法，其特征在于所述步驟2)中采用磁控濺射或電子束蒸發(fā)工藝制備頂電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備MIS電容的方法，其特征在于，所述步驟2)中的高溫退火工藝為在體積比為19:1的N2 =H2混合氣氛中快速退火，退火溫度為400°C飛00°C，退火時(shí)間為2min 5min。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備MIS電容的方法，其特征在于所述步驟3)中采用電子束蒸發(fā)工藝制備背電極。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備MIS電容的方法，其特征在于所述步驟3)中的高溫退火工藝為在體積比為19:1的N2 :H2混合氣氛中退火，退火溫度為300°C 40(rC，退火時(shí)間為Imin 3min。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在InP襯底上制備高k柵介質(zhì)薄膜和MIS電容的方法，該方法工藝簡單，在利用PEALD工藝沉積高k柵介質(zhì)薄膜之前通過等離子體原位處理對(duì)InP襯底進(jìn)行鈍化，改善了高k柵介質(zhì)與InP襯底之間的界面特性，降低了費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)的影響，并且在高k柵介質(zhì)薄膜形成后利用氧等離子體原位后處理提高了高k薄膜的致密度和薄膜質(zhì)量。同時(shí)，本發(fā)明在InP襯底上制備穩(wěn)定的性質(zhì)優(yōu)良的高k柵介質(zhì)薄膜基礎(chǔ)上，并成功制作MIS電容結(jié)構(gòu)，為后面驗(yàn)證高k柵介質(zhì)薄膜的電學(xué)性能提供了基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)H01L21/02GK102760657SQ201210265019
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者俞躍輝, 夏超, 徐大偉, 曹鐸, 王中健, 程新紅, 賈婷婷, 鄭理 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所