專利名稱：一種柵電介質(zhì)材料立方相HfO₂薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬微電子材料領(lǐng)域，具體是涉及應(yīng)用于金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管 MOSFET中的高介電常數(shù)柵電介質(zhì)材料氧化鉿Hf02薄膜，為一種柵電介質(zhì)材料立方相 HfQ2薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
1947年，Bardeen、 Brattain和Shockley發(fā)明了固體元件替代電子真空管，這標志 著微電子工業(yè)的出現(xiàn)。自從固體元件誕生以來，微電子工業(yè)經(jīng)歷了四十年空前的爆炸性 生長，它的成長受兩個因素驅(qū)動^Noyce和Kilby發(fā)明的平面集成電路和起因于等比縮 小(尺寸收縮)固體元件的優(yōu)異性能。等比縮小固體元件具有罕見的降低費用、改善性 能和功率的特點，這給了任何擁有最新技術(shù)的公司很大的市場競爭優(yōu)勢。微電子工業(yè)在 過去四十年期間使晶體管特征尺寸從IO pm等比縮小至約30nm。然而在某些特定階段 會發(fā)生重大變化，例如微電子工業(yè)從硅雙極變到p型金屬氧化物半導(dǎo)體，然后變到n型 金屬氧化物半導(dǎo)體，最后在1980年代變到互補型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)，這是在 過去二十年一直保持主導(dǎo)地位。向前繼續(xù)發(fā)展的巨大挑戰(zhàn)是因為硅基集成電路基本組成 單元MOSFET的特征尺寸向數(shù)十納米接近，平面CMOS晶體管的等比縮小即將到達極 限。為了保持較高的柵極電容，傳統(tǒng)的Si02柵介質(zhì)層厚度也隨之相應(yīng)的減薄。但是Si02 電介質(zhì)層厚度減薄后就會導(dǎo)致器件的漏電流增大、驅(qū)動電流減小以及摻雜物(硼或磷) 隧穿使器件的可靠性下降等問題，因此Si02電介質(zhì)層極限厚度約為1.0-l,2nm。而根據(jù) 國際半導(dǎo)體協(xié)會的"國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖"發(fā)展規(guī)劃，下一代硅基MOSFET的柵介 質(zhì)層厚度將突破Si02的極限厚度。為回應(yīng)這些挑戰(zhàn)，現(xiàn)在的研究重點集中在鑒別可能替 換約有五十年歷史的硅晶體管的新材料和新器件上面。正在調(diào)査研究的兩種方法是(1) 非經(jīng)典CMOS，它是由新溝道材料及多柵全耗盡器件結(jié)構(gòu)所組成，(2)CMOS的替代品， 例如自旋電子元件、單電子器件和分子計算機。雖然一些非硅基研究領(lǐng)域很重要，而且 將會在新的應(yīng)用和市場上獲得成功，但是在可見的未來似乎不太可能有任何非硅基選 擇，完全可以替代價值3000億美元的微電子工業(yè)中所采用的硅基晶體管。面對這一制 約硅基集成電路集成度提高的瓶頸，尋找可取代Si02的新型高介電常數(shù)柵介質(zhì)材料 (High-k)已經(jīng)迫在眉睫，這巳成為制約未來十年MOSFET集成度提高的瓶頸，并已引起各國半導(dǎo)體學(xué)界及相關(guān)領(lǐng)域的極大關(guān)注和廣泛的研究。人們習(xí)慣用等效于多厚的Si02
層的等效氧化物厚度EOT來描述高介電常數(shù)柵電介質(zhì)層(high-kgate dielectric)的厚度， 其表達式為
五or 二 / - +" x —^—
其中，為界面反應(yīng)造成的Si02層的厚度，^,gA—t為高介電常數(shù)電介質(zhì)層的實際厚度，
S—和s^^分別為Si02層和高介電常數(shù)電介質(zhì)材料的介電常數(shù)，其中^。2為3.9。為 了減小漏電流，應(yīng)使柵電介質(zhì)層的實際厚度變大，但相應(yīng)的EOT也會增大。這時降低EOT
的途徑有二 一是選用介電常數(shù)較大的材料作為柵電介質(zhì)膜材料；二是盡量減少乃至消 除界面處形成的Si02層。
現(xiàn)階段尋找高介電常數(shù)柵電介質(zhì)材料的基本原則為
(1) 電學(xué)性質(zhì)寬禁帶，陽離子價態(tài)少，低的缺陷和界面態(tài)密度；
(2) 介電性質(zhì)高的介電常數(shù)，隨溫度和頻率變化較緩，低漏電流；
(3) 熱穩(wěn)定性至少可以承受800。C以上，2分鐘的快速退火熱處理，最好能承受傳 統(tǒng)的CMOS高溫后處理的要求(900-1000°C， 10-30秒)而保持可和Si02類比的高熱力 學(xué)穩(wěn)定性；
(4) 化學(xué)性質(zhì)與Si襯底兼容，界面處不形成或只形成一兩個原子層的Si02，與柵極材 料相兼容，不發(fā)生界面反應(yīng)，其制備工藝要與現(xiàn)存的CMOS工藝兼容；
(5) 為減小柵電介質(zhì)膜的缺陷從而減小漏電流， 一般認為薄膜最好為外延單晶膜或非 晶態(tài)膜，由于前者制備較為困難，因而非晶態(tài)膜成為最受關(guān)注的對象。
許多氧化物如Zr02、 Hf02、 Ta205、 Ti02、 A1203等作為候選材料正被廣泛地研究。 Hf02由于適中的介電常數(shù)(k~18)，與Si之間較好的熱穩(wěn)定性能和較大的禁帶寬度 (5.9eV)，使得其成為最有可能代替Si02的柵介質(zhì)材料。目前Intel公司已推出Hf02為 柵介質(zhì)層的45nm新一代高性能微處理器，計算機的性能有了顯著提高。但是Hf02具有 三個性質(zhì)差別較大的相，即單斜相、立方相和六角相，其中立方相和六角相屬于高溫相， 三相的介電常數(shù)分別為18、 29和70。如可以利用摻雜原子，使得Hf02可以在常溫下以 立方相或者六角相的形式存在，則將會給Hf02在將來的應(yīng)用中帶來更為廣闊的空間，如 何能夠制備具有很高化學(xué)穩(wěn)定性和中等介電常數(shù)的立方相HfQ2薄膜，有待研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是提供一種高介電常數(shù)柵電介質(zhì)材料立方相Hf02薄膜及其 制備方法，所得Hf02薄膜可以在常溫下以立方相的形式存在，具有較好的熱穩(wěn)定性和
較高的介電常數(shù)，滿足高介電常數(shù)柵電介質(zhì)材料的需求。
本發(fā)明的技術(shù)方案為 一種柵電介質(zhì)材料立方相Hf02薄膜，摻雜Y203獲得穩(wěn)定
的立方相的Hf02薄膜，Y203的摻雜量的摩爾百分比為0到28之間。 所述Hf02在常溫下為立方相，介電常數(shù)27.2。
柵電介質(zhì)材料立方相Hf02薄膜的制備方法為立方相HfD2薄膜利用脈沖激光沉 積技術(shù)，使用由￥203穩(wěn)定的立方相H幻2陶瓷靶材，在高真空低氧分壓下制備，其制 備步驟如下
A、 由￥203穩(wěn)定的立方相Hf02陶瓷靶材的制備將純Y203粉末摻雜于純Hf02粉末，
摻雜量摩爾比處于0到28之間，經(jīng)球磨機充分球磨，再把混合粉末壓成圓片，在箱式
電阻爐中燒結(jié)，得到致密的由Y203穩(wěn)定的立方相Hf02陶瓷靶材，備用；
B、 襯底材料的選擇和處理選擇P型Si(100)作為襯底，首先把P型Si(100)放入無水 乙醇中超聲清洗，再用去離子水沖洗，然后用氫氟酸溶液腐蝕掉Si表面上的Si02，最后 再在無水乙醇中超聲清洗，取出晾干后備用；
C、 將由Y203穩(wěn)定的立方相Hf02陶瓷靶材放置在脈沖激光沉積系統(tǒng)的靶臺上，硅襯
底材料放到襯底臺上，靶臺和襯底臺均放置在生長室內(nèi)；
D、 用機械泵將生長室內(nèi)真空抽到1.0X10"Pa，然后啟動分子泵，將生長室內(nèi)壓力 繼續(xù)抽至!U.0X10-5pa ;
E、 用電阻爐加熱襯底臺，使Si襯底材料加熱到設(shè)定溫度300-700。C;
F、 啟動脈沖激光器，使脈沖激光束通過聚焦透鏡將激光束聚焦在由Y203穩(wěn)定的 立方相Hf02的陶瓷靶材上，利用脈沖激光剝離陶瓷靶材，產(chǎn)生的激光離子體沉積在硅 襯底材料上而制得立方相Hf02薄膜；制膜過程中，靶臺和襯底臺下均裝有電動機，以 恒定的30-90轉(zhuǎn)/分的速度旋轉(zhuǎn)，保證激光束等離子體均勻沉積在襯底上，從而制得厚 度均勻的薄膜。
步驟A中，將純Y203粉末和純Hf02粉末充分球磨24-36小時后，在13-15Mpa壓 力下冷壓成直徑22mm,厚度為4mm的圓片，在1400-1600°C下燒結(jié)成由￥203穩(wěn)定 的立方相Hf02陶瓷靶材。
步驟B中P型Si(l00)電阻率為8-1 OQ.cm-1 ， P型Si( 100)在無水乙醇中超聲清洗清洗3-5l: 20的氫氟酸溶液腐蝕掉Si表面的Si02。
步驟E中的電阻爐的加熱溫度可在室溫至800。C之間的任何溫度下保持穩(wěn)定，加熱 襯底，使沉積薄膜時襯底的溫度為350。C;步驟F中的激光器使氟化氪準分子激光器，其 波長為248nm，脈沖寬度20-30ns，單脈沖能量50-600mJ，能量密度為0-10J/cm2。
通過對￥203摻雜的Hf02 (YSH)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)分析和性能測試的結(jié)果，可以看 出本發(fā)明與現(xiàn)有柵介質(zhì)材料相比，具有明顯的優(yōu)點。本發(fā)明制備的非晶態(tài)YSH介電薄膜 具有較先前的Hf02及其相應(yīng)的鹽更高的介電常數(shù)，完全可以滿足當今半導(dǎo)體工業(yè)的要 求。利用該材料制備Pt/YSH/Pt的金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器結(jié)構(gòu)，測得YSH的介 電常數(shù)為27.2。物理厚度為5nm的YSH薄膜所測得等效氧化物厚度為1.15nm，漏電流 為2.02xlO-4A/cm2，其性能指標達到了目前國際上同行得到的高介電柵介質(zhì)材料研究所 達到的較高水平。
本發(fā)明利用脈沖激光沉積的方法，采用金屬氧化物￥203和HfO;j為原材料，以兩種 材料的二元相圖為依據(jù)，通過高溫固相反應(yīng)在常溫下獲得了常溫下穩(wěn)定的立方相Hf02， 顯著提高了其在常溫下的介電常數(shù)，并制備得到EOT值小于1.5nmYSH薄膜，這對于 Hf02這種最具潛力的柵介質(zhì)材料在將來的應(yīng)用中提供了新的活力。


圖l:本發(fā)明用于制備YSH介電薄膜的脈沖激光沉積PLD薄膜生長系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2: Y203-Hf02二元體系的相圖，其中C表示立方稀土氧化物相，H為六角高溫相，F(xiàn) 為螢石結(jié)構(gòu)立方相，T為六角HfD2相，M為單斜H幻2相；x軸表示￥203在體系中的摩爾 百分比，y軸表示溫度，單位攝氏度。
圖3: YSH薄膜在襯底溫度為350'C生長后所測得的XRD衍射圖，其中x軸為29掃描 角度，單位度，y軸表示強度。
圖4: YSH薄膜在襯底溫度為350'C生長，然后在氧氣氛中經(jīng)800。C、 900°C和1000。C溫 度下快速熱退火處理5分鐘后所測得的XRD衍射圖，其中x軸為2時3描角度，單位度， y軸表示強度。
圖5: YSH薄膜的X射線光電子能譜XPS曲線，其中x軸表示原子結(jié)合能，單位電子伏 特，y軸表示相對強度。
圖6: YSH薄膜的介電常數(shù)和介電損耗隨頻率變化曲線，其中x軸表示頻率，單位赫茲， y(左)軸表示介電常數(shù)sr， y(右)表示介電損耗tanS。圖7: YSH薄膜在不同頻率下的電容電壓C-V曲線，其中x軸表示柵極電壓，單位伏特， y軸表示電容，單位是納法。
圖8: YSH薄膜的電流電壓J-V曲線，其中x軸表示柵極電壓，單位伏特，y軸表示漏電 流密度，單位是安培每平方厘米。
具體實施例方式
本發(fā)明在高真空下低氧分壓條件下，在硅襯底上制成厚度在5nm左右的超薄膜，該 膜為非晶態(tài)，其介電常數(shù)隨￥203摻雜量的不同會有小幅度變化。
如圖l，本發(fā)明的生長系統(tǒng)采用脈沖激光沉積系統(tǒng)，如圖l，包括準分子激光器l; 進氣閥2;靶材3;電動機4;反射鏡5;聚焦透鏡6;襯底臺7;觀察口8;放氣閥9;機械 泵和分子泵IO,脈沖激光沉積系統(tǒng)為現(xiàn)有技術(shù)，不再詳述。
以制備Y203摩爾比為6M的YSH薄膜為例，其制備步驟如下
(1) YSH陶瓷靶材的制備將純￥203和H幻2粉末按照6:94的摩爾比混合，經(jīng)球磨 機充分球磨24-36小時，把混合粉末在13-15Mpa壓力下冷壓成022x4 mm的圓片，在箱 式電阻爐中把圓片在1400-160(TC下反復(fù)燒結(jié)，得到致密的白色的YSH陶瓷靶材，備用；
(2) 襯底材料的選擇和處理選擇p型Si(100)，電阻率為8-10^011-1。首先把p型Si (100)襯底放入丙酮或無水乙醇中超聲清洗3-5分鐘，再用去離子水沖洗數(shù)遍，然后用氫 氟酸溶液腐蝕掉硅片表面上的一層Si02，最后再在無水乙醇超聲清洗，取出晾干后備用；
(3) 將YSH陶瓷靶材放置在靶臺上，Si襯底材料放到襯底臺上，耙臺和襯底臺均放 置在生長室內(nèi)；
(4) 用機械泵將生長室內(nèi)真空抽到1.0xl(MPa，然后啟動分子泵，將生長室內(nèi)壓力抽 到1.0xl0-5Pa左右；
(5) 用電阻爐加熱襯底臺，使Si襯底材料達到設(shè)定溫度300-70(TC，優(yōu)選350'C;
(6) 啟動脈沖激光器，使脈沖激光束通過聚焦透鏡將激光束聚焦在YSH陶瓷耙材上， 用脈沖激光剝離YSH陶瓷靶材，產(chǎn)生的激光離子體沉積在硅襯底材料上而制得YSH薄 膜。在制膜過程中，靶臺和襯底臺以30-90轉(zhuǎn)/分的恒定速度旋轉(zhuǎn)，以保證激光束等離子 體均勻地沉積在硅襯底上，從而制成厚度均勻的薄膜；
(7) 對YSH薄膜進行電學(xué)性能和微結(jié)構(gòu)測量，包括C-V、 J-V和XPS等測量。帝幌 的立方相Hf02薄膜經(jīng)測試為單一立方相，有較高的熱穩(wěn)定性，物理厚度為5nm，其介 電常數(shù)為27.2。器:X射線衍射分析儀，型號為D/Max-RA,光源為CuKa 射線，管壓為50kV，管流150mA， 20掃描角度為10-70。； X射線光電子能譜，型號為 ESCALAB MK2,激發(fā)光源為MgKa射線(1253.6eV)。薄膜的電學(xué)性能測試儀器 HP4294A阻抗/相位分析儀和HP4140B皮安/直流電壓源。
下面結(jié)合對本發(fā)明氧化鉿Hf02薄膜性能測試結(jié)果來進一步說明本發(fā)明的有益結(jié)果。
圖2為Y203-HfG2 二元體系的相圖。從圖中可以得出，在￥203的摻雜摩爾百分比 處于0至U28時，Hf02可以以立方相的形式穩(wěn)定存在。
圖3中XRD譜圖分析說明，經(jīng)過1600。C高溫燒結(jié)后獲得￥203摻雜的立方相Hf02 (YSH)陶瓷靶材，并以此采用脈沖激光沉積法獲得相應(yīng)的薄膜。在襯底溫度為35(TC、 高真空( 1(^Pa)條件下在Si上沉積厚度約為100nm的YSH薄膜。薄膜沉積完成后， 在350。C下原位退火IO分鐘以使薄膜中各原子趨于穩(wěn)定。從圖中可以看出，在衍射角 度為30.35°、 35.45°、 50.12。和58.18。時出現(xiàn)了衍射峰，這些衍射峰分別對應(yīng)于立方相HfD2 的(2U)、 (002)、 (022)和(113)晶面。這說明丫203的摻雜使得1 02穩(wěn)定存在于立方相。
圖4為YSH薄膜在沉積后，在氧氣氛中經(jīng)800。C、 900°C和1000。C溫度下快速熱 退火處理5分鐘。從圖中可以看出，薄膜經(jīng)800。C退火后，出現(xiàn)了來自Hf02 (-111)衍 射峰，這表明在此溫度下薄膜中的HfG2已經(jīng)開始結(jié)晶。就此而言，單純的YSH薄膜并 不能滿足CMOS工藝中的熱處理。但結(jié)合以前對于Hf02研究工作，通過引入少量Si02 或者Ab03使其形成硅酸鹽或鋁酸鹽，在損失少量介電常數(shù)的情況下，結(jié)晶溫度將顯著 提高，此問題可圓滿解決。
圖5為5nmYSH薄膜在350。C沉積3分鐘，然后原位退火20分鐘得到的Hf4f、 Y3d、 Si2p和01s的X射線光電子能譜圖，分別標記為圖5(a)-(d)。從Si2p的光電子峰中可以看 出，在結(jié)合能100.9eV處，存在一個很弱的Si2p峰，這是由金屬硅酸鹽的存在引起的。 在99,2eV和101.6eV分別對應(yīng)的是來自徹底的Si-Si鍵和薄膜中的Si-0鍵，二者之間的 結(jié)合能差值是2.4eV，這個值小于標準Si02中約為3.9eV的偏移量，這表明了界面層中 并非是單一的硅氧化物，而是一個由硅氧化物、硅酸鹽和金屬氧化物的混合組成的界面 層。通過對01sGauss方程多峰擬合后，得到薄膜中01s兩個峰M-0(529.7eV)和M-Si-0 (530.9eV)。由此也可以推斷出薄膜的界面層中含有金屬的氧化物和硅酸鹽。
圖6為YSH薄膜的介電常數(shù)和介電損耗隨頻率變化曲線，測量的頻率范圍為 O.lMHz至iJ1.0MHz。通過測量Pt/YSH/Pt的金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器結(jié)構(gòu)，YSH薄 膜的介電常數(shù)隨頻率變化不大，在1.0MHz的頻率下其介電常數(shù)為27，而單一的Hf02單斜相介電常數(shù)為18,且該值大于Si02的介電常數(shù)值(3.9)，滿足下一代高介電常數(shù)柵介 質(zhì)材料的要求。同時介電損耗也在較高測試頻率時趨于恒定，約為0.06。
圖7和圖8分別表明生長在p型Si襯底上5nmYSH薄膜在不同頻率下的電容電壓C-V 曲線和電流電壓J-V曲線。圖5所示C-V曲線沿電壓軸向負方向偏轉(zhuǎn)，可以看出沉積所得 薄膜中存在正電荷，這可能是由于薄膜內(nèi)部的氧空位引起的。同時由圖示曲線可得平帶 電壓約-0.46V。對于物理厚度約為5nm的YSH薄膜，我們可計算出薄膜的EOT為1.15nm。 圖6顯示，在柵電壓為lV時的漏電流為2.02xlO-4A/cm2。對于同樣厚度的Si02,漏電流 則高出約4個數(shù)量級。
權(quán)利要求
1、一種柵電介質(zhì)材料立方相HfO2薄膜，其特征是摻雜Y2O3獲得穩(wěn)定的立方相的HfO2薄膜，Y2O3的摻雜量的摩爾百分比為0到28之間。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柵電介質(zhì)材料立方相Hf02薄膜，其特征是所述Hf02在常溫下為立方相，介電常數(shù)27.2。
3、 權(quán)利要求1或2所述的一種柵電介質(zhì)材料立方相HfD2薄膜的制備方法，其特征是立方相Hf02薄膜利用脈沖激光沉積技術(shù),使用由Y203穩(wěn)定的立方相Hf02陶瓷耙材，在高真空低氧分壓下制備，其制備步驟如下A、 由￥203穩(wěn)定的立方相Hf02陶瓷靶材的制備將純丫203粉末摻雜于純1 02粉末，摻雜量摩爾比處于0至U28之間，經(jīng)球磨機充分球磨，再把混合粉末壓成圓片，在箱式電阻爐中燒結(jié)，得到致密的由Y203穩(wěn)定的立方相Hf02陶瓷靶材，備用；B、 襯底材料的選擇和處理選擇P型Si(100)作為襯底，首先把P型Si(100)放入無水乙醇中超聲清洗，再用去離子水沖洗，然后用氫氟酸溶液腐蝕掉Si表面上的Si02，最后再在無水乙醇中超聲清洗，取出晾干后備用；C、 將由Y203穩(wěn)定的立方相Hf02陶瓷靶材放置在脈沖激光沉積系統(tǒng)的耙臺上，硅襯底材料放到襯底臺上，靶臺和襯底臺均放置在生長室內(nèi)；D、 用機械泵將生長室內(nèi)真空抽到1.0X10"Pa，然后啟動分子泵，將生長室內(nèi)壓力繼續(xù)抽至iJ1.0Xl(TSpa ;E、 用電阻爐加熱襯底臺，使Si襯底材料加熱到設(shè)定溫度300-700。C;F、 啟動脈沖激光器，使脈沖激光束通過聚焦透鏡將激光束聚焦在由Y203穩(wěn)定的立方相Hf02的陶瓷靶材上，利用脈沖激光剝離陶瓷靶材，產(chǎn)生的激光離子體沉積在硅襯底材料上而制得立方相Hf02薄膜；制膜過程中，靶臺和襯底臺下均裝有電動機，以恒定的30-90轉(zhuǎn)/分的速度旋轉(zhuǎn)，保證激光束等離子體均勻沉積在襯底上，從而制得厚度均勻的薄膜。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種柵電介質(zhì)材料立方相Hf02薄膜的制備方法，其特征是步驟A中，將純Y2O3粉末和純Hf02粉末充分球磨24-36小時后，在13-15Mpa壓力下冷壓成直徑22mm,厚度為4mm的圓片，在1400-1600°C下燒結(jié)成由￥203穩(wěn)定的立方相Hf02陶瓷靶材。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種柵電介質(zhì)材料立方相Hf02薄膜的制備方法，其特征是步驟B中P型Si(100)電阻率為8-10Q.cnf1， P型Si(100)在無水乙醇中超聲清洗清洗3-5分鐘后，再用去離子水沖洗，用摩爾比l: 20的氫氟酸溶液腐蝕掉Si表面的Si02。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種柵電介質(zhì)材料立方相HfQ2薄膜的制備方法，其特征是步驟E中的電阻爐的加熱溫度可在室溫至800。C之間的任何溫度下保持穩(wěn)定，加熱襯底，使沉積薄膜時襯底的溫度為350。C;步驟F中的激光器使氟化氪準分子激光器，其波長為248nm，脈沖寬度20-30ns，單脈沖能量50-600mJ，能量密度為0-10J/cm2。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種柵電介質(zhì)材料立方相Hf02薄膜的制備方法，其特征是步驟E中的電阻爐的加熱溫度可在室溫至800。C之間的任何溫度下保持穩(wěn)定，加熱襯底，使沉積薄膜時襯底的溫度為350。C;步驟F中的激光器使氟化氪準分子激光器，其波長為248nm，脈沖寬度20-30ns,單脈沖能量50-600mJ，能量密度為0-10J/cm2。
全文摘要
一種柵電介質(zhì)材料立方相HfO₂薄膜及其制備方法，通過摻雜Y₂O₃獲得穩(wěn)定的立方相的HfO₂薄膜，Y₂O₃的摻雜量的摩爾百分比為0到28之間，所述HfO₂在常溫下為立方相，介電常數(shù)27.2。柵電介質(zhì)材料立方相HfO₂薄膜利用脈沖激光沉積技術(shù)，使用由Y₂O₃穩(wěn)定的立方相HfO₂陶瓷靶材，在高真空低氧分壓下制備。本發(fā)明利用脈沖激光沉積的方法，采用金屬氧化物Y₂O₃和HfO₂為原材料，以兩種材料的二元相圖為依據(jù)，通過高溫固相反應(yīng)在常溫下獲得了常溫下穩(wěn)定的立方相HfO₂，顯著提高了其在常溫下的介電常數(shù)，并制備得到EOT值小于1.5nmYSH薄膜，這對于HfO₂這種最具潛力的柵介質(zhì)材料在將來的應(yīng)用中提供了新的活力。
文檔編號C23C14/28GK101660128SQ200910035389
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月27日
發(fā)明者劉治國, 越 周, 江 殷, 磊 石 申請人:南京大學(xué)