一种新型MOS结构的制备方法及得到的MOS结构技术

本发明专利技术公开了一种新型MOS结构的制备方法及得到的新型MOS结构，其中，所述方法如下进行：步骤1、在氩气和氧气用量比为(32～38):(4～6)的氛围下在硅片上沉积非晶金属氧化物薄膜，得到沉积有非晶稀土氧化物薄膜的硅片；步骤2、采用掩膜板遮盖步骤1得到的沉积有非晶稀土氧化物薄膜的硅片；步骤3、在非晶稀土氧化物薄膜的上层和硅片的底层分别溅射金属电极，得到所述MOS结构。本发明专利技术所述方法简单，易于实现，易于扩大生产；根据本发明专利技术所述方法得到的MOS结构具有优良的综合电性能，即具有较小的漏电流和较大的介电常数。

【技术实现步骤摘要】
一种新型MOS结构的制备方法及得到的MOS结构
本专利技术涉及微电子领域，具体涉及MOS结构，特别涉及以高k稀土氧化物非晶薄膜为绝缘层的MOS结构。
技术介绍
新一代信息技术是“中国制2025”十大发展领域之一。随着电子技术向高能、多功能、大容量、微型化方向发展，半导体芯片集成度越来越高，晶体管尺寸越来越小。SiO2栅介质在90nm技术节点之前一直作为最佳栅极氧化层材料，随着集成电路线宽缩小到28nm的技术节点，传统的SiO2栅介质薄膜已存在漏电甚至绝缘失效的现象，出现可靠性下降的问题，但是大幅度减小栅介质厚度的结果是栅介质的漏电流将呈指数形式增加，当厚度减到1.4nm以下时，由于电子的直接隧穿形成的漏电流在1V时超过1A/cm2，远超过CMOS允许的最大漏电流1.5×10-2A/cm2，引发芯片高功耗和散热问题，并且加工和测量如此薄的SiO2也非常困难，所以人们开始寻找新型高k介质材料代替SiO2来提高集成度。目前商业化栅介质材料应用最普遍的还是SiO2，虽然近几年来铪基复合材料也作为栅介质材料逐渐商用化，但是也只能满足未来几年集成电路发展要求。为了满足微电子市场的进一步需求和集成电路的长远发展，需要寻找新型栅介质材料。有鉴于此，有必要开发一种制备方式简单、利于大规模生产并且兼有高介电常数和低漏电流的栅介质材料，以及利用其的MOS结构。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，系统地探索了氧氩流量比以及不同金属电极对MOS结构物理及电学性能的影响，得到一种方法简单、条件相对温和的MOS制备方法，并且，得到的MOS结构具有较小的漏电流和较大的介电常数，从而完成本专利技术。本专利技术一方面在于提供一种新型MOS结构的制备方法，具体体现在以下方面：(1)一种新型MOS结构的制备方法，其中，所述方法包括以下步骤：步骤1、在氩气和氧气用量比为(32～38):(4～6)的氛围下在硅片上沉积非晶金属氧化物薄膜，得到沉积有非晶稀土氧化物薄膜的硅片；步骤2、采用掩膜板遮盖步骤1得到的沉积有非晶稀土氧化物薄膜的硅片；步骤3、在非晶稀土氧化物薄膜的上层和硅片的底层分别溅射金属电极，得到所述MOS结构。(2)根据上述(1)所述的制备方法，其中，步骤1包括以下子步骤：步骤1-1、对稀土靶材表面进行打磨清洁处理，并安装在磁控溅射镀膜设备腔室的靶位上；步骤1-2、将硅片衬底置于磁控溅射镀膜设备腔室的基底盘上进行固定；步骤1-3、抽真空处理，并通入氩气，然后调节射频电源功率，进行预溅射；步骤1-4、通入氩气和氧气(氩气和氧气用量比为(32～38):(4～6))，调节射频电源的功率，进行薄膜溅射，得到沉积有非晶稀土氧化物薄膜的硅片。(3)根据上述(1)或(2)所述的制备方法，其中，在步骤1-1中，所述稀土靶材选自金属钆(Gd)、金属钇(Y)、金属镧(La)和金属铈(Ce)中的一种或几种，优选为金属钆(Gd)。(4)根据上述(1)至(3)之一所述的制备方法，其中，在步骤1-3中，抽真空处理至真空度小于9×10-4Pa，优选小于7×10-4Pa。(5)根据上述(1)至(4)之一所述的制备方法，其中，在步骤1-3中，所述预溅射如下进行：于60～120W的溅射功率下溅射10～25min，优选地，于80～100W的溅射功率下溅射15～20min。(6)根据上述(1)至(5)之一所述的制备方法，其中，在步骤1-4中，氩气和氧气的用量比为(34～36)：5，优选为35:5。(7)根据上述(1)至(6)之一所述的制备方法，其中，在步骤1-4中，所述薄膜溅射如下进行：于90～110W的功率下溅射1～3min，得到厚度为15～25nm的薄膜；优选地，于100W的功率下溅射2min，得到厚度为20nm的薄膜。(8)根据上述(1)至(7)之一所述的制备方法，其中，在步骤3中，在非晶稀土氧化物薄膜的上层溅射的金属电极选自金(Au)、银(Ag)和钯(Pd)中的一种或几种，优选为钯(Pd)。(9)根据上述(1)至(8)之一所述的制备方法，其中，在步骤1之前，对硅片进行清洗。本专利技术第二方面提供了一种本专利技术第一方面所述制备方法得到的MOS结构。附图说明图1示出本专利技术实施例1以及对比例1～4得到的非晶稀土氧化物薄膜的X射线衍射图；图2示出实施例1以及对比例1～4得到的MOS结构的I-V特性曲线；图3示出实施例1以及对比例1～4得到的MOS结构的C-V特性曲线；图4示出实施例1～3以及对比例6～7得到的MOS结构的I-V特性曲线；图5示出实施例1～3以及对比例7得到的MOS结构的C-V特性曲线。具体实施方式下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。本专利技术一方面提供了一种新型MOS结构的制备方法，所述方法包括以下步骤：步骤1、在氩气和氧气用量比为(32～38):(4～6)的氛围下在硅片上沉积非晶金属氧化物薄膜，得到沉积有非晶稀土氧化物薄膜的硅片；步骤2、采用掩膜板遮盖步骤1得到的沉积有非晶稀土氧化物薄膜的硅片；步骤3、在非晶稀土氧化物薄膜的上层和硅片的底层分别溅射金属电极，得到所述MOS结构。根据本专利技术一种优选的实施方式，在步骤1之前，对硅片进行清洗。其中，为了获得优质非晶薄膜，首先要清洗硅片衬底，去除硅片表面天然氧化层，得到清洁、平整的Si表面。在进一步优选的实施方式中，所述清洗如下进行：(1)将硅片置于水中进行超声处理5～15min，例如10min；(2)在浓硫酸和双氧水的混合溶液中(例如H2O2H2SO4:H2O2＝2:1)煮沸2～6min；(3)用水冲洗，然后采用HF溶液(例如浓度为10％的HF溶液)刻蚀10～40s，例如30s；(4)用水冲洗，并在浓硝酸中煮沸1～5min(例如3min)；(5)用水冲洗，并依次重复步骤(3)、步骤(4)和步骤(3)；(6)用水冲洗，在氨水和双氧水的混合水溶液(例如NH4OH:H2O2:H2O＝1:1.5:4)中煮沸2～8min(例如5min)；(7)重复步骤(3)，然后水冲洗，再在浓HCl:H2O＝3:1混合溶液中煮沸；(8)向步骤(7)混合溶液中H2O2(优选与步骤(7)中浓HCl等量)；(9)去离子水冲洗，氮气吹干硅片。根据本专利技术一种优选的实施方式，步骤1包括以下子步骤：步骤1-1、对稀土靶材表面进行打磨清洁处理，并安装在磁控溅射镀膜设备腔室的靶位上；步骤1-2、将硅片衬底置于磁控溅射镀膜设备腔室的基底盘上进行固定；步骤1-3、抽真空处理，并通入氩气，然后调节射频电源功率，进行预溅射；这样，可以使靶材表面进一步清洁。步骤1-4、通入氩气和氧气(氩气和氧气用量比为(32～38):(4～6))，调节射频电源的功率，进行薄膜溅射，得到沉积有非晶稀土氧化物薄膜的硅片。根据本专利技术一种优选的实施方式，在步骤1-1中，所述稀土靶材选自金属钆(Gd)、金属钇(Y)、金属镧(La)和金属铈(Ce)中的一种或几种。在进一步优选的实施方式中，在步骤1-1中，所述稀土靶材为金属钆(Gd)。根据本专利技术一种优选的实施方式，在步骤1-3中，抽真空处理至真空度小于9×10-4Pa。在进一步优选的实施方式中，在步骤1-3中，抽真空处理至真空度小于7×10-4Pa。根据本专利技术一种优选的实施方式，在步骤1-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型MOS结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、在氩气和氧气用量比为(32～38):(4～6)的气氛下在硅片上沉积非晶金属氧化物薄膜，得到沉积有非晶稀土氧化物薄膜的硅片；步骤2、采用掩膜板遮盖步骤1得到的沉积有非晶稀土氧化物薄膜的硅片；步骤3、在非晶稀土氧化物薄膜的上层和硅片的底层分别溅射金属电极，得到所述MOS结构。

【技术特征摘要】
1.一种新型MOS结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、在氩气和氧气用量比为(32～38):(4～6)的气氛下在硅片上沉积非晶金属氧化物薄膜，得到沉积有非晶稀土氧化物薄膜的硅片；步骤2、采用掩膜板遮盖步骤1得到的沉积有非晶稀土氧化物薄膜的硅片；步骤3、在非晶稀土氧化物薄膜的上层和硅片的底层分别溅射金属电极，得到所述MOS结构。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1包括以下子步骤：步骤1-1、对稀土靶材表面进行打磨清洁处理，并安装在磁控溅射镀膜设备腔室的靶位上；步骤1-2、将硅片衬底置于磁控溅射镀膜设备腔室的基底盘上进行固定；步骤1-3、抽真空处理，并通入氩气，然后调节射频电源功率，进行预溅射；步骤1-4、通入氩气和氧气(氩气和氧气用量比为(32～38):(4～6))，调节射频电源的功率，进行薄膜溅射，得到沉积有非晶稀土氧化物薄膜的硅片。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在步骤1-1中，所述稀土靶材选自金属钆(Gd)、金属钇(Y)、金属镧(La)和金属铈(Ce)中的一种或几种，优选为金属钆(Gd)。4.根据权利要求1至3之一所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：武燕庆，李栓，郑捷，李星国，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11