專利名稱：一種高k介質(zhì)埋層的絕緣體上材料制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體襯底材料的制備方法，尤其涉及一種高K介質(zhì)埋層的絕緣體上材料的制備方法，屬于微電子與固體電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著器件特征尺寸縮短到納米范圍，短溝道效應(yīng)給器件性能帶來了重要影響。短溝道效應(yīng)會造成器件閾值電壓下降，從而使亞閾值電流呈指數(shù)倍增加。SOI (Silicon OnInsulator)是指絕緣體上硅技術(shù)，采用該技術(shù)在兩層硅材料之間插入絕緣埋層，可以把其上的硅膜層與體硅襯底層分隔開來，因此大面積的P-n結(jié)將被介電隔離(dielectricisolation)取代，可減小源漏的寄生電容，SOI電路的速度相對傳統(tǒng)體硅電路的速度有顯著的提高，同時SOI還具有短溝道效應(yīng)小，很好的抗閉鎖性，工藝簡單等一系列優(yōu)點，因此SOI技術(shù)已逐漸成為制造高速、低功耗、高集成度和高可靠超大規(guī)模硅集成電路的主流技 術(shù)。傳統(tǒng)的SOI襯底材料通常由以下三層構(gòu)成薄的單晶硅頂層，在其上形成蝕刻電路；相當(dāng)薄的埋層氧化層(BOX, buried oxide),即二氧化娃(SiO2)絕緣埋層；非常厚的體硅襯底層，其主要作用是為上面的兩層提供機械支撐。這種傳統(tǒng)SOI襯底中的絕緣埋層采用SiO2材料，通過注入氧離子然后高溫退火等工藝制作，或者通過注入氧離子結(jié)合剝離等工藝制作，制作方法較為簡單。然而，當(dāng)器件特征尺寸進(jìn)一步縮小，以SiO2作為絕緣埋層的SOI材料將面臨挑戰(zhàn)。為了更好的控制器件的短溝道效應(yīng)，本發(fā)明將提出一種制備以超薄高K介質(zhì)為絕緣埋層的絕緣體上材料的方法，為下一代的CMOS器件提供候選的襯底材料。其中，高K介質(zhì)材料通常是指介電常數(shù)在20-50的介質(zhì)材料，包括HfO2, LaLuO3等氧化物，鐵電材料，氮化物材料等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種高K介質(zhì)埋層的絕緣體上材料的制備方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種高K介質(zhì)埋層的絕緣體上材料的制備方法，包括以下步驟步驟一、提供一層襯底，在所述襯底上沉積一層高K介質(zhì)材料；步驟二、在所述高K介質(zhì)材料上沉積一層金屬材料；步驟三、進(jìn)行退火工藝，使所述高K介質(zhì)材料的微觀結(jié)構(gòu)由沉積態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉螒B(tài)；步驟四、采用選擇性腐蝕方法去除所述金屬材料；步驟五、在去除所述金屬材料的高K介質(zhì)材料表面沉積半導(dǎo)體材料，從而形成以高K介質(zhì)材料為埋層的絕緣體上材料。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟一所述襯底為玻璃片、單晶Si片等。
作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟一采用電子束蒸發(fā)、分子束沉積或者原子層沉積的方法在所述襯底上沉積高K介質(zhì)材料。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟一所述高K介質(zhì)材料為HfO2, LaLuO3等。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟一所述高K介質(zhì)材料的厚度為5_30nm。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案,步驟二所述的金屬材料為Al, Ni, Ag, Au, Pt等。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟二所述的金屬材料的厚度為l_20nm。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟三退火工藝的退火溫度為300-800°C，時間為30秒-2小時。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟五所述半導(dǎo)體材料為Si、Ge等。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案,步驟五所述半導(dǎo)體材料的厚度為5_30nm。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提供了一種制備超薄高K介質(zhì)埋層的絕緣體上材料的方法，通過在沉積態(tài)的高K介質(zhì)材料上沉積金屬材料并結(jié)合退火工藝，使高K介質(zhì)材料的微觀結(jié)構(gòu)由沉積態(tài)的多晶或非晶轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉?，從而使高K介質(zhì)材料有了更好的取向，并通過選擇性腐蝕的方法徹底去除不需要的金屬材料，沉積半導(dǎo)體材料，最終可得到高質(zhì)量的絕緣體上材料。采用本發(fā)明方法所形成的絕緣體上材料，由于具有高質(zhì)量的超薄高K介質(zhì)材料作為埋層，可以更好的控制器件的短溝道效應(yīng)，為下一代的CMOS器件提供候選的襯底材料。


圖1-5為本發(fā)明方法的工藝流程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實施步驟，為了示出的方便附圖并未按照比例繪制。實施例一請參見圖1-5，本實施例提供一種高K介質(zhì)埋層的絕緣體上材料的制備方法，包括以下步驟步驟一、如圖I所示，提供一層襯底11，在所述襯底11上沉積一層高K介質(zhì)材料
12。其中，所述襯底11可以采用玻璃片、單晶Si片等，所述高K介質(zhì)材料12可以選用HfO2,LaLuO3等材料，沉積高K介質(zhì)材料12的方法優(yōu)選為電子束蒸發(fā)、分子束沉積或者原子層沉積等方法，生長厚度為5-30nm。本實施例采用的高K介質(zhì)材料12為HfO2,厚度為5nm。步驟二、如圖2所示,在所述高K介質(zhì)材料12上沉積一層金屬材料22。其中,所述的金屬材料22優(yōu)選為Al，Ni,Ag，Au，Pt等，厚度優(yōu)選為l_20nm。本實施例采用的金屬材料22為Al，厚度為Inm0步驟三、如圖3所示，進(jìn)行退火工藝，使所述高K介質(zhì)材料12的微觀結(jié)構(gòu)由沉積態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉螒B(tài)。其中，沉積態(tài)的高K介質(zhì)材料12通常為多晶或者非晶，而利用金屬可導(dǎo)致非晶以及多晶材料變成單晶的原理(metal induced lateral crystal),可以使沉積的多晶或者非晶高K介質(zhì)材料變成單晶的材料，從而有很好的取向。該退火工藝的退火溫度優(yōu)選為300-800°C，時間優(yōu)選為30秒-2小時。此時，可以根據(jù)根據(jù)金屬材料22的不同，選擇不同的溫度，如本實施例采用Al，可選擇400°C，使溫度不超過其熔點，退火時間為30秒。步驟四、如圖4所示，采用選擇性腐蝕方法，如化學(xué)腐蝕方法，去除所述金屬材料22。針對不同的金屬材料22可以采用不同的腐蝕試劑及工藝參數(shù)，此為本領(lǐng)域技術(shù)人員習(xí)知的，故不再贅述。步驟五、如圖5所示，在去除所述金屬材料22的高K介質(zhì)材料12表面沉積半導(dǎo)體材料33，從而形成以高K介質(zhì)材料12為埋層的絕緣體上材料。其中，所述半導(dǎo)體材料33優(yōu)選為Si、Ge等，其厚度可為5-30nm。實施例二采用與實施例一相類似的工藝步驟，不同之處在于步驟一中采用的高K介質(zhì)材料為LaLuO3,厚度為20nm ;步驟二中采用的金屬材料 為Ni，厚度為IOnm ;步驟三中可根據(jù)選取的金屬材料為Ni選取退火溫度為300°C，時間為2小時。實施例三采用與實施例一相類似的工藝步驟，不同之處在于步驟一中采用的高K介質(zhì)材料為HfO2，厚度為IOnm ;步驟二中采用的金屬材料為Ag，厚度為20nm ;步驟三中可根據(jù)選取的金屬材料為Ag選取退火溫度為800°C，時間為60分鐘。實施例四采用與實施例一相類似的工藝步驟，不同之處在于步驟一中采用的高K介質(zhì)材料為LaLuO3,厚度為30nm ;步驟二中采用的金屬材料為Au，厚度為IOnm ;步驟三中可根據(jù)選取的金屬材料為Ni選取退火溫度為600°C，時間為
I.5小時。實施例五采用與實施例一相類似的工藝步驟，不同之處在于步驟一中采用的高K介質(zhì)材料為LaLuO3,厚度為30nm ;步驟二中采用的金屬材料為Pt，厚度為5nm ;步驟三中可根據(jù)選取的金屬材料為Ag選取退火溫度為500°C，時間為2小時。上述實施例僅列示性說明本發(fā)明的原理及功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此項技術(shù)的人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范圍下，對上述實施例進(jìn)行修改。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
權(quán)利要求
1.一種高K介質(zhì)埋層的絕緣體上材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一、提供一層襯底，在所述襯底上沉積一層高K介質(zhì)材料； 步驟二、在所述高K介質(zhì)材料上沉積一層金屬材料； 步驟三、進(jìn)行退火工藝，使所述高K介質(zhì)材料的微觀結(jié)構(gòu)由沉積態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉螒B(tài)； 步驟四、采用選擇性腐蝕方法去除所述金屬材料； 步驟五、在去除所述金屬材料的高K介質(zhì)材料表面沉積半導(dǎo)體材料,從而形成以高K介質(zhì)材料為埋層的絕緣體上材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高K介質(zhì)埋層的絕緣體上材料的制備方法，其特征在于步驟一所述襯底為玻璃片、單晶Si片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高K介質(zhì)埋層的絕緣體上材料的制備方法，其特征在于步驟一采用電子束蒸發(fā)、分子束沉積或者原子層沉積的方法在所述襯底上沉積高K介質(zhì)材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高K介質(zhì)埋層的絕緣體上材料的制備方法，其特征在于步驟一所述高K介質(zhì)材料為HfO2, LaLuO3。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高K介質(zhì)埋層的絕緣體上材料的制備方法，其特征在于步驟一所述高K介質(zhì)材料的厚度為5-30nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高K介質(zhì)埋層的絕緣體上材料的制備方法，其特征在于步驟二所述的金屬材料為Al, Ni, Ag, Au, Pt。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高K介質(zhì)埋層的絕緣體上材料的制備方法，其特征在于步驟二所述的金屬材料的厚度為l_20nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高K介質(zhì)埋層的絕緣體上材料的制備方法，其特征在于步驟三退火工藝的退火溫度為300-800°C，時間為30秒-2小時。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高K介質(zhì)埋層的絕緣體上材料的制備方法，其特征在于步驟五所述半導(dǎo)體材料為Si、Ge。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高K介質(zhì)埋層的絕緣體上材料的制備方法，其特征在于步驟五所述半導(dǎo)體材料的厚度為5-30nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高K介質(zhì)埋層的絕緣體上材料的制備方法，通過在沉積態(tài)的高K介質(zhì)材料上沉積金屬材料并結(jié)合退火工藝，使高K介質(zhì)材料的微觀結(jié)構(gòu)由沉積態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉В瑥亩垢逰介質(zhì)材料有了更好的取向，并通過選擇性腐蝕的方法徹底去除不需要的金屬材料，沉積半導(dǎo)體材料，最終可得到高質(zhì)量的絕緣體上材料。采用本發(fā)明方法所形成的絕緣體上材料,由于具有高質(zhì)量的超薄高K介質(zhì)材料作為埋層,可以更好的控制器件的短溝道效應(yīng)，為下一代的CMOS器件提供候選的襯底材料。
文檔編號H01L21/02GK102820209SQ20111015180
公開日2012年12月12日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者張苗, 張波, 薛忠營, 王曦 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所, 上海新傲科技股份有限公司