專利名稱：TiO₂作為MOS結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)及其柵介質(zhì)制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種MOS結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)及其制備方法，特別涉及一種利用Ti02代替 Si02作為MOS結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)Ti02薄膜及其制備方法，屬于半導(dǎo)體器件制作領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自1959年MOLL發(fā)明了金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)結(jié)構(gòu)作為可變電容以來，MOS 結(jié)構(gòu)就成為半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)《單元，例如CCD、 CID、固體成像系統(tǒng)、傳感器等的基礎(chǔ) 單元，同時提高了半導(dǎo)體器件的集成化程度。但是在電離輻照的環(huán)境下，MOS器件的性 能會降低，甚至?xí)?，所以研究MOS基礎(chǔ)器件的輻照效應(yīng)成為很重要的研究課題。自 上世紀(jì)60年代美國空間衛(wèi)星在范阿倫帶失效后，各國便開始重視MOS基礎(chǔ)器件輻照效應(yīng) 研究。隨著MOS器件及MOS集成電路在航天環(huán)境和軍事工程中的應(yīng)用，由于在這些特 殊的環(huán)境中，集成電路不可避免地會受到較大的輻射。大量的測試結(jié)果表明，當(dāng)MOS 集成電路工作在核輻射環(huán)境時，其電路性能會發(fā)生變化，如閾值電壓的漂移、反向電流 的增大、遷移率和跨導(dǎo)的降低等，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致集成電路失效。在深空自然輻射環(huán)境 中，對MOS器件的主要影響因素是Y射線、X射線及高能重離子。而對微電子器件產(chǎn)生 重要影響且研究最多的因素主要有Y總劑量輻射、Y劑量率輻射、中子輻射及單粒子效 應(yīng)。Y射線輻射微電子器件時，主要使微電子器件材料產(chǎn)生電離效應(yīng)，其結(jié)果使正電荷 積累在微電子器件的二氧化硅表面或表層內(nèi)，改變柵氧化物敲界面態(tài)及分布。另 一方面， 電離輻照效應(yīng)下積累的正電荷，以及偏壓下界面態(tài)分布及相對費米能級位置變化改變其 界面電荷，導(dǎo)致MOS器件閾值電壓發(fā)生變化，最終導(dǎo)致MOS器件的性能變化和失效。 電離輻照對器件的影響機制主要有
(a) 輻射感生界面態(tài)，Si02-Si結(jié)構(gòu)形成的界面是個復(fù)雜的區(qū)域，是氧化物至非氧 化物的過渡區(qū)，這里既有由于缺氧或氧化不充分形成的彎曲鍵sSi-Sis即氧缺位中心， 也有由于熱生長過程中形成的^Si-OH或^Si-H鍵，它們都是弱鍵，在電離輻射作用下 很容易斷裂，形成懸掛鍵，即界面態(tài)；
(b) 輻射建立氧化層電荷，由于工藝原因，在Si02層的熱生長中，引入許多本征 點缺陷，例如三價硅^Si,主要集中在100A的范圍內(nèi)，輻照時俘獲輻射產(chǎn)生的空穴而帶正電；
(C)無論是帶電粒子還是各種射線與柵介質(zhì)都會產(chǎn)生電子-空穴對，但電子的漂移 率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空穴，因此電子在柵壓的作用下易漂移出去，留下空穴形成正電荷。
其中(a)和(b)受總劑量的影響，產(chǎn)生的破環(huán)是不可恢復(fù)的，受工藝條件的限制， 可以通過提高改善工藝條件來減少其影響?，F(xiàn)在生產(chǎn)上采用Si02柵介質(zhì)，通過優(yōu)選加工 溫度、優(yōu)選氧化氣氛、提高水的純度等措施，以改進Si02柵介質(zhì)的質(zhì)量，來達到提高MOS 器件的抗輻射能力。但MOS器件閾值電壓在電離輻照下的偏離問題并未有效解決，主要
是因為在不斷的輻照環(huán)境下，輻照產(chǎn)生的電子-空穴對的影響也不能單單從改善Si02柵介
質(zhì)的工藝來有效解決，因此，在一定程度上制約了CMOS在外太空環(huán)境和軍事工程中輻 射環(huán)境下的安全有效使用。經(jīng)本發(fā)明人潛心研究，找到一種利用過渡金屬氧化物Ti02代 替Si02作為MOS結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)Ti02及它的制備方法，從而解決所述MOS器件在電離輻照 的環(huán)境下其閥值電壓的漂移問題，這也正是本發(fā)明的任務(wù)所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是在于減少電離輻照對上述所述(半導(dǎo)體)MOS器件的影響，提 供一種利用Ti02代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Si02作為MOS結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)Ti02薄膜及其制備方法，該 方法使用設(shè)備簡單，操作方便；且制備的柵介質(zhì)Ti02薄膜成膜速率高；成膜質(zhì)量致密； 其表面均勻。
本發(fā)明的基本思想是利用過渡金屬氧化物Ti02代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Si02作為MOS結(jié)構(gòu) 的柵介質(zhì)，所述柵介質(zhì)Ti02薄膜是采用電子束蒸發(fā)，并在氧氣的氛圍下對其退火的方 法制得的。Ti02柵介質(zhì)的MOS結(jié)構(gòu)在輻射環(huán)境下Ti離子在輻照的過程中發(fā)生了化合價 的變化；其輻照后Ti02柵介質(zhì)化學(xué)變化如下式
E + Ti4+—Ti3+艮卩2Ti02 —Ti203 + O
其中，E表示輻射的能量，從上述式子中可以看出，高能射線與Ti02柵介質(zhì)相互作 用，使Ti離子的價態(tài)發(fā)生了變化，T產(chǎn)變成lf+產(chǎn)生多余的0， O變成負(fù)電荷捕獲中心 捕獲電子，形成負(fù)電荷補償輻照產(chǎn)生的正電荷。這樣既可以限制電子的漂移，又可以補 償輻照產(chǎn)生的氧化電荷和界面態(tài)。本發(fā)明制備的以Ti02為柵介質(zhì)的MOS結(jié)構(gòu)經(jīng)電子和 Y輻照之后其高頻C-V曲線沒有發(fā)現(xiàn)明顯的曲線漂移和曲線變形，也就是說正電荷和界 面態(tài)都沒有發(fā)生明顯的增加。
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用以下措施構(gòu)成的技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
本發(fā)明MOS結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)Ti02薄膜的制備方法，其特征在于，利用Ti02代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Si02作為MOS結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)，采用電子束蒸發(fā)技術(shù)，并在氧氣的氛圍下對其退火
制備，包括以下工藝步驟
(1) 硅襯底的清洗、干燥 首先把硅片依次放在丙酮和酒精溶液里去除表面的有機物，其次把硅片放在濃硫酸
中加熱，再次把硅片依次放在去離子水、雙氧水、氨水的混合溶液和離子水、雙氧水、 鹽酸的混合溶液中進行煮沸清洗硅表面的氧化物，然后再把清洗后的硅片放在干燥箱里 干燥，作為硅襯底以備沉積Ti02薄膜；
(2) 放膜料
將Ti02膜料放到電子束鍍膜機的坩堝中，將清洗、干燥后的硅襯底放到電子束鍍
膜機的加熱電爐上，使硅襯底位于坩堝正上方20~30cm處；
(3) 鍍膜
在真空條件對硅襯底進行鍍膜，.鍍膜真空度不小于6.0xl(T3Pa，襯底溫度控制在 100~300°C;調(diào)節(jié)電子束鍍膜機使聚焦到膜料上的斑點為一小斑點，控制其束流值在 60~100mA，沉積時間為20min即得柵介質(zhì)Ti02薄膜樣品；
(4) 退火處理
將制備好的樣品在退火爐中不斷充入氧氣的情況下退火處理，其溫度控制在 300~卯0"，即制得MOS結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)Ti02薄膜。
上述技術(shù)方案中，所述硅襯底的硅晶向為(100)。
上述技術(shù)方案中，所述的二氧化鈦膜料純度為99.99%。
上述技術(shù)方案中，所述鍍膜真空度控制在5xl(^Pa。
上述技術(shù)方案中，所述襯底溫度控制在300°C 。
上述技術(shù)檔案中，所述電子束鍍膜機束流控制在80mA。
上述技術(shù)方案中，所述在氧氣的氛圍下進行退火處理，包括以下工藝步驟
首先把制備好的柵介質(zhì)Ti02薄膜樣品放在高溫管式電阻爐內(nèi)，其次對電阻爐充入 氧氣進行排氣30min、然后開始對其加熱，至溫度達到300 900'C開始保溫4小時，在 此過程氧氣的流量保持在0.5L/min。
上述技術(shù)方案中，其退火溫度控制在500°C 。
本發(fā)明采用上述方法制備的MOS結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)Ti02薄膜，該柵介質(zhì)Ti02薄膜的 成膜質(zhì)量致密；且表面均勻；獲得了滿足化學(xué)劑量比為l/2的銳鈦礦的Ti02薄膜，以此 方法制備的Ti02薄膜和硅襯底構(gòu)成的MOS結(jié)構(gòu)其C-V曲線呈現(xiàn)很好的曲線特性，即Ti02薄膜和硅襯底匹配良好;在電子和Y輻照下其C-V曲線沒有發(fā)現(xiàn)明顯的漂移和變形，
達到抗輻照加固的效果。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下特點及有益技術(shù)效果-
1、 本發(fā)明的方法是利用電子束蒸發(fā)的方法在硅襯底沉積Ti02薄膜，然后對其退火
處理，該方法使用設(shè)備簡單，操作方便。
2、 本發(fā)明的方法所制備的柵介質(zhì)Ti02薄膜的成膜速率高；成膜質(zhì)量致密；且表面 均勻；獲得了滿足化學(xué)劑量比為1/2的銳鈦礦的Ti02薄膜。
3、 本發(fā)明的方法制備的以Ti02為柵介質(zhì)的MOS結(jié)構(gòu)，其C-V曲線呈現(xiàn)很好的曲 線特性，在不同劑量的電子和Y輻照的情況下，C-V曲線沒有明顯的漂移和變形，其正 電荷和界面態(tài)均沒有明顯的增加，具有抗輻照加固的效果。
4、 本發(fā)明的方法制備的以Ti02為柵介質(zhì)的MOS結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用在航天及所受輻 照的環(huán)境下等方面，以減小半導(dǎo)體器^^的輻照影響。
5、 本發(fā)明的方法制備的以Ti02為柵介質(zhì)的MOS結(jié)構(gòu)，可大面積生產(chǎn)，并適用于 在工業(yè)中廣范應(yīng)用。


圖1是實施例1所制備的樣品A電子束流為60mA、樣品B電子束流為80mA、樣 品C電子束流為100mA等三個樣品在6個不同位置處的膜厚曲線；
圖2是實施例2所制備的樣品E襯底溫度為200'C X射線衍射圖譜； 圖3是實施例2所制備的樣品FE襯底溫度為300°C X射線衍射圖譜； 圖4是實施例3所制備的樣品Gl為無氧氣退火、G3為500'C氧氣氛圍下退火和G4 為900'C氧氣氛圍下退火的X射線衍射圖譜；
圖5是實施例4所制備的樣品H高頻(1MH) C-V曲線； 圖6是實施例5所制備的樣品L髙頻(1MH) C-V曲線。
具體實施例方式
下面通過具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅限于實施例中 所涉及的內(nèi)容。
以下各實施例中，電子束蒸發(fā)設(shè)備釆用YD—100型電子束鍍膜機；退火處理所用 設(shè)備為高溫管式電阻爐，其型號KXG2-15A;超聲波清洗機型號為SG50-80。 實施例l
利用電子束蒸發(fā)制備MOS結(jié)構(gòu)柵介質(zhì)Ti02薄膜(1) 襯底的清洗、干燥 把硅片浸泡在丙酮溶液中同時用超聲波振蕩清洗10min，再浸泡在酒精溶液中同時
用超聲波清洗10min，然后再用去離子水沖洗干凈，再把襯底放在濃硫酸中加熱直至冒 白煙后持續(xù)4分鐘；用去離子水沖洗后再重復(fù)濃硫酸加熱過程；然后再放入去離子水、 雙氧水和氨水其體積比為6:2:1的混合溶液中煮沸至5分鐘；最后把去離子水沖洗后的 襯底放入去離子水、雙氧水和鹽酸其體積比為6:2:1的混合溶液中煮沸至5分鐘；用去 離子水沖洗干凈后放入干燥箱里烘烤干，包好備用；
(2) 放膜料
把99.99%的顆粒狀1102膜料放到電子束鍍膜機的坩堝中，將清洗、干燥后的硅襯 底放到電子束鍍膜機的加熱電爐上，使硅襯底位于坩堝正上方30cm處；
(3) 鍍膜
關(guān)好鐘罩，當(dāng)真空為3xlO—3Pa，打開烘烤開關(guān)，對真空室烘烤10分鐘，然后開啟 襯底加熱器對硅襯底進行加熱，襯底的溫度控制在300'C;繼續(xù)抽真空，當(dāng)真空度達到 5xlO^Pa時，按照順序打開電控柜上的電源開關(guān)、燈絲開關(guān)，調(diào)節(jié)燈絲電流在0,5A,預(yù) 熱10分鐘；開偏轉(zhuǎn)、聚焦開關(guān)，選擇高壓為6KV，先調(diào)節(jié)束流為4mA，調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)X軸、 Y軸，使聚焦在Ti02膜料上的束斑為一最小斑點，加大束流、控制束流值在60mA,沉 積時間為20分鐘；關(guān)閉擋板及電控柜的各個開關(guān)，取出沉積有Ti02薄膜的樣品A。
對上述工藝條件僅改變電子束流值，即依次用束流值為80mA、 lOOmA的電子束在 襯底B、 C上沉積Ti02薄膜，獲得樣品B、樣品C。
對樣品A、樣品B、樣品C進行膜厚測試，測試結(jié)果如圖1所示，從圖中可以看出， 所得薄膜的厚度均勻性高于95%。
實施例2
利用電子束蒸發(fā)制備MOS結(jié)構(gòu)柵介質(zhì)Ti02薄膜 改變襯底溫度，在硅襯底上沉積Ti02薄膜
(1) 襯底的清^、干燥與實施例1相同
(2) 放料與鍍膜
把99.99%的顆粒狀1102放到電子束鍍膜機的坩堝中，將清洗、干燥后的硅襯底放 到電子束鍍膜機的加熱電爐上，使硅襯底位于坩堝正上方30cm處；關(guān)好鐘罩，開始抽 真空，當(dāng)真空度為3xlO_3Pa,打開烘烤開關(guān)，對真空室烘烤10分鐘，然后開啟襯底加 熱器對硅襯底進行加熱，襯底的溫度控制在IO(TC;繼續(xù)抽真空，當(dāng)真空度達到5xlO^Pa時，按照順序打開電控柜上的電源開關(guān)、燈絲開關(guān)，調(diào)節(jié)燈絲電流在0.5A，預(yù)熱10分 鐘；開偏轉(zhuǎn)、聚焦開關(guān)，選擇高壓為6KV，調(diào)節(jié)束流為4mA，調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)X軸、Y軸， 使聚焦在二氧化鈦膜料上的束斑為一最小斑點，加大束流、控制束流值在80mA，沉積 時間為20分鐘；關(guān)閉擋板及電控柜的各個開關(guān)，取出沉積有Ti02薄膜的樣品D。
對上述工藝條件僅改變襯底溫度，即襯底溫度依次為200'C、 30(TC的條件下，在襯 底E、 F上沉積Ti02薄膜，獲樣品E、樣品F。
對樣品E進行X射線衍射物相測試，測試結(jié)果如圖2所示；對樣品F進行X射線 衍射物相測試，測試結(jié)果如圖3所示。從圖2和圖3可以看出，沉積的Ti02薄膜呈現(xiàn) 晶相，其中含有TiO和Ti203晶相。
實施例3
利用電子束蒸發(fā)制備MOS結(jié)構(gòu)柵介質(zhì)Ti02薄膜
(1) 襯底的清洗、干燥與實施例l相同
(2) 放料與鍍膜
把99.99。/。的顆粒狀Ti02放到電子束鍍膜機的坩堝中，將清洗、干燥后的硅襯底放 到電子束鍍膜機的加熱電爐上，使襯底位于坩堝正上方30cm處；關(guān)好鐘罩，開始抽真 空，當(dāng)真空度為3xl(T3Pa,打開烘烤開關(guān)，對真空室烘烤10分鐘，然后開啟襯底加熱 器對硅襯底進行加熱，襯底的溫度控制在300'C;繼續(xù)抽真空，當(dāng)真空度達到5xl04Pa 時，按照順序打開電控柜上的電源開關(guān)、燈絲開關(guān)，調(diào)節(jié)燈絲電流在0.5八，預(yù)熱10分 鐘；開偏轉(zhuǎn)、聚焦開關(guān)，選擇高壓為6KV，調(diào)節(jié)束流為4mA，調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)X軸、Y軸， 使聚焦在Ti02膜料上的束斑為一最小斑點，加大束流、控制束流值在80mA，沉積時間 為20分鐘；關(guān)閉擋板及電控柜的各個開關(guān)，取出沉積有Ti02薄膜的樣品G。
(3)氧氣氛圍下退火處理
把步驟(2)沉積有Ti02薄膜的樣品G分成幾分Gl、 G2、 G3和G4，其中G2放 在清洗干凈的高溫管式電阻爐中，通入氧氣進行排氣30min，之后加熱至300'C,進行 保溫4小時，等到竭度降到室溫下關(guān)閉氧氣閾，取出樣品G2。
對上述工藝條件僅改變退火溫度，把樣品G3和G4依次放在預(yù)設(shè)值退火溫度為500 'C和900。C的高溫管式電阻爐中進行氧氣退火。
對樣品Gl為無氧氣退火、G3為50(TC氧氣退火和G4為900'C氧氣退火進行X射線 衍射物相測試，測試結(jié)果如圖4所示，在500'C、 900'C氧氣退火，其它雜相消失，出現(xiàn) 銳鈦礦結(jié)構(gòu)的Ti02晶相，可見低值態(tài)的鈦的氧化物被氧化成Ti02。其中900'C氧氣退火其衍射峰比較強，50(TC氧氣退火其衍射峰比較弱，即結(jié)晶程度很弱，比較適合做MOS 結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)。 實施例4
利用電子束蒸發(fā)制備MOS結(jié)構(gòu)柵介質(zhì)Ti02薄膜
(1) 襯底的清洗、干燥與實施例l相同
(2) 放料與鍍膜
把99.99n/。的顆粒狀Ti02放到電子束鍍膜機的坩堝中，將清洗、干燥后的硅襯底放 到電子束鍍膜機的加熱電爐上，使襯底位于坩堝正上方30cm處；關(guān)好鐘罩，開始抽真 空，當(dāng)真空度為3xl(T3Pa,打開烘烤開關(guān)，對真空室烘烤10分鐘，然后開啟硅襯底加 熱器對硅襯底進行加熱，襯底的溫度控制在30(TC;繼續(xù)抽真空，當(dāng)真空度達到5xl(T"Pa 時，按照順序打開電控柜上的電源開關(guān)、燈絲開關(guān)，調(diào)節(jié)燈絲電流在0.5A,預(yù)熱10分 鐘；開偏轉(zhuǎn)、聚焦開關(guān)，選擇高壓為6KV，調(diào)節(jié)束流為4mA,調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)X軸、Y軸， 使聚焦在Ti02膜料上的束斑為一最小斑點，加大束流、控制束流值在80mA,沉積時間 為20分鐘；關(guān)閉擋板及電控柜的各個開關(guān)，取出沉積有Ti02薄膜的樣品H。
(3)氧氣氛圍下退火
把步驟(2)沉積有Ti02薄膜的樣品H放在清洗干凈的高溫管式電阻爐中，通入氧 氣進行排氣30min，之后加熱至50(TC，進行保溫4小時，等到溫度降到室溫下關(guān)閉氧 氣閥，取出樣品H。
(4)對以Ti02為柵介質(zhì)的MOS結(jié)構(gòu)進行電子輻照
把樣品H分成Hl 、 H2、 H3、 H4和H5，把H2、 H3、 H4和H5分別在總注入量為 1X 1014e/cm2， 2X1014e/cm2， 4X1014e/cm2， 6X1014e/cm2, 10X 1014e/cm2，電子能量為 1.5MeV，進行電子輻照，Hl沒有輻照，作為比較。
把輻照前和輻照后的樣品分別測量其高頻1 MHC-V特性，在測髙頻C-V特性的時 候用液態(tài)合金，作為金屬柵電極，其液態(tài)合金是由鎵銦錫按質(zhì)量比為62.5: 21.5: 16 的比例混合做成的。f!iJ試結(jié)果如圖5所示，從圖中可以看到在不同注入量的電子輻照下 C-V曲線沒有發(fā)現(xiàn)明顯的漂移和曲線變形，即證實了在電子輻照的環(huán)境下，MOS器件 的穩(wěn)定性。
實施例5
利用電子束蒸發(fā)制備MOS結(jié)構(gòu)柵介質(zhì)Ti02薄膜
a)襯底的清洗、干燥與實施例i相同(2) 放料與鍍膜
把99.99%的顆粒狀丁102放到電子束鍍膜機的坩堝中，將清洗、干燥后的硅襯底放 到電子束鍍膜機的加熱電爐上，使襯底位于坩堝正上方30cm處；關(guān)好鐘罩，開始抽真 空，當(dāng)真空度為3x10—3Pa，打開烘烤開關(guān)，對真空室烘烤10分鐘，然后開啟襯底加熱 器對硅襯底進行加熱，襯底的溫度控制在300'C;繼續(xù)抽真空，當(dāng)真空度達到5xlO^Pa 時，按照順序打開電控柜上的電源開關(guān)、燈絲開關(guān)，調(diào)節(jié)燈絲電流在0.5A，預(yù)熱10分 鐘；開偏轉(zhuǎn)、聚焦幵關(guān)，選擇高壓為6KV，調(diào)節(jié)束流為4mA,調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)X軸、Y軸， 使聚焦在Ti02膜料上的束斑為一最小斑點，加大束流、控制束流值在80mA，沉積時間 為20分鐘；關(guān)閉擋板及電控柜的各個開關(guān)，取出沉積有Ti02薄膜樣品L。
(3) 氧氣氛圍下退火
把步驟(2)沉積有Ti02薄膜的樣品L放在清洗千凈的高溫管式電阻爐中，通入氧 氣進行排氣30min，之后加熱至50(TC，進行保溫4小時，等到溫度降到室溫下關(guān)閉氧 氣閥，取出樣品L。
(4) 對以Ti02為柵介質(zhì)的mos結(jié)構(gòu)進行y輻照
把樣品L分成Ll、 L2、 L3、 LH4，把H2、 H3、 H4分別在總劑量為50Kgy， 100 Kgy, 300Kgy, 500Kgy，進行y輻照，Ll沒有輻照，作為比較。
把輻照前和輻照后的樣品分別測量其高頻1 MHC-V特性，在測高頻C-V特性的時 候用液態(tài)合金，作為金屬柵電極，其液態(tài)合金是由鎵銦錫按質(zhì)量比為62.5: 21.5: 16 的比例混合制成的。測試結(jié)果如圖6所示，從圖中可以看到在不同劑量的Y輻照下C-V 曲線沒有發(fā)現(xiàn)明顯的漂移和曲線變形，即證實了在電子輻照的環(huán)境下，MOS器件的穩(wěn) 定性。
權(quán)利要求
1.一種MOS結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)TiO2薄膜的制備方法，其特征在于利用TiO2代替?zhèn)鹘y(tǒng)的SiO2作為MOS結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)，采用電子束蒸發(fā)，并在氧氣的氛圍下對其退火處理制備，包括以下工藝步驟(1)硅襯底的清洗、干燥首先把硅片依次放在丙酮和酒精溶液里去除表面的有機物，其次把硅片放在濃硫酸中加熱，再次把硅片依次放在去離子水、雙氧水、氨水的混合溶液和離子水、雙氧水、鹽酸的混合溶液中進行煮沸清洗硅表面的氧化物，然后再把清洗后的硅片放在干燥箱里干燥，作為硅襯底以備沉積TiO2薄膜；(2)放膜料將TiO2膜料放到電子束鍍膜機的坩堝中，將清洗、干燥后的硅襯底放到電子束鍍膜機的加熱電爐上，使硅襯底位于坩堝正上方20～30cm處；(3)鍍膜在真空條件對硅襯底進行鍍膜，鍍膜真空度不小于6.0×10-3Pa，襯底溫度控制在100～300℃；調(diào)節(jié)電子束鍍膜機使聚焦到膜料上的斑點為一小斑點，控制其束流值在60～100mA，沉積時間為20min即得柵介質(zhì)TiO2薄膜樣品；(4)退火處理將制備好的樣品在退火爐中不斷充入氧氣的情況下退火處理，其溫度控制在300～900℃，即制得MOS結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)TiO2薄膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的MOS結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)Ti02薄膜的制備方法，其特征在于 所述硅襯底的硅晶向為(IOO)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MOS結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)Ti02薄膜的制備方法，其特征在于 所述的二氧化鈦膜料純度為99.99%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的MOS結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)Ti02薄膜的制備方法，其特征在于 所述鍍膜真空度控制在5xl0^Pa。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的MOS結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)Ti02薄膜的制備方法，其特征在于所述硅襯底溫度控制在300°C。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MOS結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)Ti02薄膜的制備方法，其特征在于所述電子束鍍膜機束流控制在80mA。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的M0S結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)Ti02薄膜的制備方法，其特征在于 所述在氧氣的氛圍下退火處理，包括以下工藝步驟首先把制備好的柵介質(zhì)Ti02薄膜樣品放在高溫管式電阻爐內(nèi)，其次對電阻爐充入 氧氣進行排氣30min，然后開始對其加熱，至溫度達到300 卯0'C開始保溫4小時，在 此過程氧氣的流量保持在0.5L/min。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l或7所述的MOS結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)Ti02薄膜的制備方法，其特征 在于在氧氣的氛圍下退火溫度為500'C。
9. 權(quán)利要求l-8中任一所述方法制備的MOS結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)Ti02薄膜，其特征在 于所制備的柵介質(zhì)Ti02薄膜的成膜質(zhì)量致密，且表面均勻；獲得了滿足化學(xué)劑量比為 1/2的銳鈦礦的Ti02薄膜，所述Ti02薄膜和硅襯底構(gòu)成的MOS結(jié)構(gòu)其C-V曲線呈現(xiàn)良 好的曲線特性，即Ti02薄膜和硅襯底匹配良好；在電子和Y輻照下其C-V曲線沒有發(fā) 現(xiàn)明顯的漂移和變形，其正電荷和界面態(tài)均沒有明顯的增加，具有抗輻照加固的效果。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種MOS結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)TiO₂薄膜及其制備方法，屬于半導(dǎo)體器件制作領(lǐng)域。該方法是利用TiO₂代替?zhèn)鹘y(tǒng)SiO₂作為MOS結(jié)構(gòu)的柵介質(zhì)，采用電子束蒸發(fā)，在氧氣氛圍下對其退火處理獲得滿足化學(xué)計量比為1/2的銳鈦礦的TiO₂薄膜。本發(fā)明制備的柵介質(zhì)TiO₂薄膜的成膜質(zhì)量致密，且表面均勻；以TiO₂薄膜為柵介質(zhì)的MOS結(jié)構(gòu)其C-V曲線呈現(xiàn)很好的曲線特性；在電子和γ輻照下其C-V曲線沒有發(fā)現(xiàn)明顯的漂移和變形；在輻照過程Ti離子發(fā)生化合價的變化，產(chǎn)生的負(fù)電荷捕獲中心補償輻照產(chǎn)生的正電荷，能減少輻照環(huán)境下各種高能射線的輻照影響，達到抗輻照的加固效果。
文檔編號H01L21/316GK101527264SQ200910058840
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者伍登學(xué), 劉成士, 廖志君, 王自磊, 胡又文, 強 范, 趙利利 申請人:四川大學(xué)