製備埋嵌矽納米晶的高介電常數柵介質的方法

2023-11-10 09:29:52 1

專利名稱：製備埋嵌矽納米晶的高介電常數柵介質的方法
技術領域：
本發明涉及納米加工技術領域，尤其涉及一種採用電子束蒸發方 式製備埋嵌矽納米晶的高介電常數柵介質的方法。
背景技術：
半個多世紀以來，以CMOS為主流技術的半導體集成電路一直在 遵循"摩爾定律"迅速發展，其特徵尺寸已進入到納米級，但同時也面 臨著越來越嚴重的挑戰。隨著器件尺寸的縮小，以二氧化矽為隧穿層 的存儲器已不能滿足需要。因此基於新材料、新原理的埋嵌納米晶的 高介電常數柵存儲器等成為研究的熱點。在這些浮柵存儲器的製作中， 尺寸小、分布均勻、具有納米量級的量子點的製作是一個關鍵。
傳統的製備埋嵌矽納米晶體的方法如PECVD、磁控濺射、離子注
入等，相對於本發明，均有不易大規模生產的缺點，而且製備手段較 複雜。

發明內容
(一) 要解決的技術問題
有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種採用電子束蒸發方式 製備埋嵌矽納米晶的高介電常數柵介質的方法，以簡化工藝步驟，適 合大規模生產。
(二) 技術方案
為達到上述一個目的，本發明提供了一種採用電子束蒸發方式制
備埋嵌矽納米晶的高介電常數柵介質的方法，該方法包括 在襯底上生長二氧化矽隧穿介質層；
將高介電常數柵介質的固體粉末和矽粉末的混合物通過電子束蒸發技術蒸發至該二氧化矽層上； 高溫熱退火。
上述方案中，所述襯底為平整、潔淨的矽片，或為絕緣體上矽SOI。
上述方案中，所述在襯底上生長二氧化矽隧穿介質層採用熱氧化 方法，
上述方案中，所述在襯底上生長二氧化矽隧穿介質層包括將矽
片或SOI在快速熱氧化爐中80(TC氧化4分鐘，生長緻密的氧化層。 上述方案中，所述高介電常數柵介質的固體粉末和矽粉末的混合
物由2.5克的矽粉末和6.0克的Hf02粉末組成，顆粒度均為300目，
蒸發平均速度為lA/s，其所用設備為低溫真空電子束蒸發裝置。
上述方案中，所述高介電常數柵介質為Al203、Hf02、La203、Pr203、
Ta205、 Ti02、 Y2O^Zr203。
上述方案中，所述高溫熱退火是在105(TC下退火60分鐘。
(三)有益效果
從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果
本發明提供的這種採用電子束蒸發方式製備埋嵌矽納米晶的高介 電常數柵介質的方法，採用電子束蒸發技術中的共蒸法製備埋嵌矽量 子點的高介電常數柵薄膜，通過將高介電常數柵介質的粉末和矽的固 體粉末混合在一起蒸發至熱氧化生長的二氧化矽層上，製備出性能穩 定的埋嵌矽納米晶的高介電常數柵介質。採用該方法製備的高介電常
數柵介質埋嵌的矽量子點顆粒的大小約為3至6nm，可用於納米晶浮 柵存儲器的製作等。這種方法具有工藝步驟少、簡單、穩定可靠、易 於大規模製造、能與傳統的微電子工藝兼容的優點。


下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明
圖1是本發明提供的製備埋嵌矽納米晶的高介電常數柵介質的方 法流程圖2至圖4是圖1所示的工藝流程圖；圖5是本發明製備的埋嵌矽納米晶的高介電常數柵介質樣品的
TEM圖像。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具 體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
如圖1所示，圖1是本發明提供的製備埋嵌矽納米晶的高介電常
數柵介質的方法流程圖，該方法包括
步驟101:在襯底上生長二氧化矽隧穿介質層；
步驟102:將高介電常數柵介質的固體粉末和矽粉末的混合物通過 電子束蒸發技術蒸發至該二氧化矽層上； 步驟103:高溫熱退火。
基於圖1所示的製備埋嵌矽納米晶的高介電常數柵介質的方法流 程圖，圖2至圖4示出了圖1的工藝流程圖，具體包括
如圖2所示，通過熱氧化生長技術在矽襯底上生長二氧化矽層；
如圖3所示，通過電子束蒸發的方式在二氧化矽層上鍍一層埋嵌 矽量子點的高介電常數柵介質薄膜；
如圖4所示，將樣品進行高溫熱退火。
下面結合具體的實施例進一步說明本發明的詳細工藝方法和步 驟，在本實施例中，採用p型、(100)晶向的2寸矽片做襯底，該襯 底厚525pm,電阻率為2至3Qcm;
步驟l:將矽片在快速熱氧化爐中80(TC氧化4分鐘，生長緻密的 氧化層；
步驟2:用電子束蒸發的方法蒸發高介電常數柵介質粉末和矽粉末
的混合物。其中，混合物由2.5克的矽粉末和6.0克的HfO2粉末組成， 其顆粒度均為300目，蒸發平均速度為lA/s; 步驟3:高溫熱退火。105(TC退火60分鐘。圖5是本發明製備的埋嵌矽納米晶的高介電常數柵介質樣品的
TEM圖像，該圖像通過高解析度透射電鏡所觀察得到。
以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果 進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體 實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內， 所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1、一種採用電子束蒸發方式製備埋嵌矽納米晶的高介電常數柵介質的方法，其特徵在於，該方法包括在襯底上生長二氧化矽隧穿介質層；將高介電常數柵介質的固體粉末和矽粉末的混合物通過電子束蒸發技術蒸發至該二氧化矽層上；高溫熱退火。
2、 根據權利要求1所述的採用電子束蒸發方式製備埋嵌矽納米晶 的高介電常數柵介質的方法，其特徵在於，所述襯底為平整、潔淨的 矽片，或為絕緣體上矽SOI。
3、 根據權利要求1所述的採用電子束蒸發方式製備埋嵌矽納米晶 的高介電常數柵介質的方法，其特徵在於，所述在襯底上生長二氧化 矽隧穿介質層採用熱氧化方法。
4、 根據權利要求1或3所述的採用電子束蒸發方式製備埋嵌矽納 米晶的高介電常數柵介質的方法，其特徵在於，所述在襯底上生長二 氧化矽隧穿介質層包括將矽片或SOI在快速熱氧化爐中80(TC氧化4分鐘，生長緻密的 氧化層。
5、 根據權利要求1所述的採用電子束蒸發方式製備埋嵌矽納米晶 的高介電常數柵介質的方法，其特徵在於，所述高介電常數柵介質的 固體粉末和矽粉末的混合物由2.5克的矽粉末和6.0克的Hf02粉末組 成，顆粒度均為300目，蒸發平均速度為lA/s，其所用設備為低溫真 空電子束蒸發裝置。
6、 根據權利要求1所述的採用電子束蒸發方式製備埋嵌矽納米晶 的高介電常數柵介質的方法，其特徵在於，所述高介電常數柵介質為 A1203、 HfD2、 La203、 Pr203、 Ta2Os、 Ti02、 Y2O^Zr203。
7、 根據權利要求1所述的採用電子束蒸發方式製備埋嵌矽納米晶 的高介電常數柵介質的方法，其特徵在於，所述高溫熱退火是在1050°C 下退火60分鐘。
全文摘要
本發明公開了一種採用電子束蒸發方式製備埋嵌矽納米晶的高介電常數柵介質的方法，該方法包括在襯底上生長二氧化矽隧穿介質層；將高介電常數柵介質的固體粉末和矽粉末的混合物通過電子束蒸發技術蒸發至該二氧化矽層上；高溫熱退火。採用該方法製備的高介電常數柵介質埋嵌的矽量子點顆粒的大小約為3至6nm，可用於納米晶浮柵存儲器的製作等。這種方法具有工藝步驟少、簡單、穩定可靠、易於大規模製造、能與傳統的微電子工藝兼容的優點。
文檔編號H01L21/28GK101452844SQ20071017877
公開日2009年6月10日 申請日期2007年12月5日 優先權日2007年12月5日
發明者明 劉, 李維龍, 謝常青, 銳 賈, 晨 陳, 陳寶欽, 龍世兵 申請人:中國科學院微電子研究所