应用于iii-v族衬底的复合栅介质层及其制作方法_2

文档序号:9378186阅读:来源:国知局
038]图3是本发明提供的制作图1所示的复合栅介质层的方法流程图,该方法包括以下步骤:
[0039]步骤1:清洗II1-V族衬底,在该II1-V族衬底之上生长Al2Oni钝化层,其中
2.5 m 3 ;
[0040]在本步骤中,在II1-V族衬底之上生长Α1203?化层,包括:利用原子层淀积的方法,在200°C -400°C条件下在II1-V族衬底之上生长厚度为(I1纳米的Al 20?钝化层,其中0.2nm ^ (I1^ 3.8nm。该方法通过调节200°C _400°C原子层沉积温度来调节Al 20m钝化层中氧的含量,其中200°C倾向于形成低氧含量的Al2Ojife化层,m = 2.5 ;400°C倾向于形成高氧含量的Al2On^化层,m = 3 ;A120?钝化层中较低的氧含量,能够提高Al 20?钝化层中Al-O四面体网格结构的柔性,增加Al2Ojife化层中Al-ο四面体可旋转的特性,从而实现对于II1-V族衬底表面缺陷的钝化Ml2Oni钝化层中较高的氧含量,能够降低复合栅介质层的漏电并提升可靠性。
[0041]步骤2:在该Al2Oni钝化层之上生长Y 20n强化层,其中2.5彡η彡3 ;
[0042]在本步骤中,在Α1203?化层之上生长Y 20η强化层,包括:利用原子层淀积的方法,在200 0C -400 °C条件下在Al2On^化层之上生长厚度为d 2纳米的Y 20n强化层,其中0.4nm (山+(12< 4nm。该方法通过调节200°C _400°C原子层沉积温度来调节Y说^虽化层中氧的含量,其中200°C倾向于形成低氧含量的Y2On强化层,η = 2.5 ;400°C倾向于形成高氧含量的YA?化层,η = 3。
[0043]步骤3:对Al2Oni钝化层和Y 20η强化层进行原位热处理,实现Al 20?钝化层和Y 20η强化层的混合,获得AlxY2 χ03界面钝化层,其中1.2彡X彡1.9 ;
[0044]本步骤中,对Α1203?化层和Y 20η强化层进行原位热处理,是将Al 20?钝化层和Y 20η强化层在200°C -400°C条件下在原子层淀积设备中进行原位退火处理。该方法通过调节原位热处理的温度来实现Al2Ojife化层和Y2On强化层按照一定比例的混合,混合比由Α12θη钝化层厚度山与Y A1强化层厚度d 2的比d ^d2决定,其中19:1彡d ^d2 ^ 1:19 ;该方法通过Al2Oni钝化层和Y 20n强化层的混合得到Al J2 x03界面钝化层,实现Al J2 x03界面钝化层的平均配位数2.8到4.2的调控,进而满足各种器件对界面缺陷密度以及可靠性的需求,其中,平均配位数2.8是在(I1: d2介于19: l、m = 3及η = 3的条件下获得的;平均配位数4.2是在(11:(12介于1:19、111 = 2.5及η = 2.5的条件下获得的。Al ΧΥ2 χ03界面钝化层中1.2彡χ彡1.9是作为界面钝化层的较优结果,该AlxY2 χ03界面钝化层的平均配位数介于3.28至2.86,其中X = 1.2时平均配位数为3.28,X = 1.9时平均配位数为2.86。
[0045]步骤4:在该AlxY2 χ03界面钝化层上生长高介电绝缘层。
[0046]在本步骤中,在AlxY2xO3界面钝化层上生长高介电绝缘层,是利用原子层淀积的方法,在20(rc-40(rc条件下在AlxY2 x03界面钝化层上淀积厚度大于等于Onm且小于等于4nm的高介电绝缘层。
[0047]实施例1
[0048]依照本发明实施例1制作应用于II1-V族衬底的复合栅介质层的方法,包括以下步骤:
[0049]步骤101:将厚度为400微米、N型掺杂浓度为5 X 115Cm 3的InP衬底进行清洗处理,然后利用原子层淀积的方法,在200°C条件下生长厚度为0.5纳米的六1202.5层;该步骤101具体包括:
[0050]步骤101.1:将InP衬底表面朝上完全浸没入无水乙醇中,超声清洗3分钟,去除表面有部分极化的有机物;
[0051]步骤101.2:将经过步骤101.1的InP衬底在去离子水中浸润15秒后取出;
[0052]步骤101.3:将经过步骤101.2的InP衬底表面朝上完全浸没入丙酮中,超声清洗3分钟,去除表面无极化的有机物;
[0053]步骤101.4:将经过步骤101.3的InP衬底在去离子水中浸润15秒后取出;
[0054]步骤101.5:取浓盐酸(质量分数37% )和去离子水,以1:9的体积比混合;将经过步骤101.4的InP衬底表面朝上完全浸没入混合后得到的稀盐酸溶液中保持I分钟;
[0055]步骤101.6:将经过步骤101.5的InP衬底在去离子水中浸润15秒后取出;
[0056]步骤101.7:将经过步骤101.6的InP衬底表面朝上完全浸没入质量分数为22%硫化氨(NH4)2S溶液中,保持15分钟;
[0057]步骤101.8:将经过步骤101.7的InP衬底在去离子水中浸润15秒后取出,迅速用氮气吹干;
[0058]步骤101.9:将经过步骤101.8的InP衬底放入原子层沉积设备中,利用原子层淀积的方法,以三甲基铝和水作为反应前驱体(先通入三甲基铝后通入水的顺序),在200°C条件下生长厚度为0.5纳米的Al2O2.5层。
[0059]步骤102:利用原子层淀积的方法,以三(丁基环戊二烯)化钇和水作为反应前驱体(先通入三(丁基环戊二烯)化钇后通入水的顺序)在300°C条件下生长厚度为0.3纳米的Y2O3层。
[0060]步骤103:将所生长的Al2Oi5层和Y 203层在300°C条件下在原子层淀积设备中进行原位热处理,获得厚度为0.8纳米的AlU5Y1175O3界面钝化层;该步骤103具体包括:
[0061]步骤103.1:在完成步骤102之后,向原子层沉积室内通入纯度99.999%的氮气,保持气压为50帕斯卡,待气体压强稳定以后开始计时。
[0062]步骤103.2:在温度300°C条件下进行原位退火处理,保温30分钟,使Al和Y原子发生扩散,形成厚度为0.8纳米的平均配位数为3.25的Alu5Ya75O3界面钝化层。
[0063]步骤104:利用原子层淀积的方法,在退火处理后的Alu5Ya75O3界面钝化层上以双(乙基环戊二基)二氯化铪和水作为反应前驱体(先通入双(乙基环戊二基)二氯化铪后通入水的顺序)在300°C条件下生长厚度为3纳米的HfOjl。
[0064]实施例2
[0065]依照本发明实施例2制作应用于II1-V族衬底的复合栅介质层的方法,包括以下步骤:
[0066]步骤201:将外延层厚度为20纳米、N型掺杂浓度为I X 118Cm 3的硅基绝缘体上Ina53Gaa47As衬底进行清洗处理,娃衬底为本征娃,绝缘层厚度为50纳米;然后利用原子层淀积的方法,在200°C条件下生长厚度为0.3纳米的A1202.J1 ;该步骤201具体包括:
[0067]步骤201.1:将硅基绝缘体上Ina53Gaa47As衬底表面朝上完全浸没入无水乙醇中,超声清洗3分钟,去除表面有部分极化的有机物;
[0068]步骤201.2:将经过步骤201.1的硅基绝缘体上Ina53Gaa47As衬底在去离子水中浸润15秒后取出;
[0069]步骤201.3:将经过步骤201.2的硅基绝缘体上Ina53Gaa47As衬底表面朝上完全浸没入丙酮中,超声清洗3分钟,去除表面无极化的有机物;
[0070]步骤201.4:将经过步骤201.3的硅基绝缘体上Ina53Gaa47As衬底在去离子水中浸润15秒后取出;
[0071]步骤201.5:取浓盐酸(质量分数37% )和去离子水,以1:4的体积比混合;将经过步骤201.4的硅基绝缘体上Ina53Gaa47As衬底表面朝上完全浸没入混合后得到的稀盐酸溶液中保持I分钟;
[0072]步骤201.6:将经过步骤201.5的硅基绝缘体上Ina53Gaa47As衬底在去离子水中浸润15秒后取出;
[0073]步骤201.7:将经过步骤201.6的硅基绝缘体上Ina53Gaa47As衬底表面朝上完全浸没入质量分数为22%硫化氨(NH4)2S溶液中,保持15分钟;
[0074]步骤201.8:将经过步骤201.7的硅基绝缘体上Ina53Gaa47As衬底在去离子水中浸润15秒后取出,迅速用氮气吹干;
[0075]步骤201.9:将经过步骤201.8的娃基绝缘体上Ina53Gaa47As衬底放入原子层沉积设备中,利用原子层淀积的方法,以三甲基铝和水作为反应前驱体(先通入三甲基铝后通入水的顺序),在200°C条件下生长厚度为0.3纳米的Al2Oi5层。
[0076]步骤202:利用原子层淀积的方法,以三(丁基环戊二烯)化钇和水作为反应前驱体(先通入三(丁基环戊二烯)化钇后通入水的顺序)在300°C条件下生长厚度为0.3纳米的Y2O3层。
[0077]步骤203:将所生长的Al2Oi5层和Y 203层在300°C条件下在原子层淀积设备中进行原位热处理,获得厚度为0.6纳米的AlYO3界面钝化层;该步骤203具体包括:
[0078]步骤203.1:在完成步骤202之后,向原子层沉积室内通入纯度99.999%的氮气,保持气压为50帕斯卡,待气体压强稳定以后开始计时。
[0079]步骤203.2:在温度300°C条件下进行原位退火处理,保温30分钟,使Al和Y原子发生扩散,形成厚度为0.6纳米的平均配位数为3.4的AlYO3界面钝化层。
[0080]步骤204:利用原子层淀积的方法,在退火处理后的AlYO3W面钝化层上在300°C条件下生长厚度为3纳米的Hfa9Yai3OJl ;该步骤204具体包括:
[0081]步骤204.1:利用原子层淀积的方法,步骤203.2后,在300°C条件下以双(乙基环戊二基)二氯化铪和水作为反应前驱体(先通入双(乙基环戊二基)二氯化铪后通入水的顺序)生长厚度为1.35纳
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