CN100576455C - 制备埋嵌硅纳米晶的高介电常数栅介质的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用电子束蒸发方式制备埋嵌硅纳米晶的高介电常数栅介质的方法，该方法包括：在衬底上生长二氧化硅隧穿介质层；将高介电常数栅介质的固体粉末和硅粉末的混合物通过电子束蒸发技术蒸发至该二氧化硅层上；高温热退火。采用该方法制备的高介电常数栅介质埋嵌的硅量子点颗粒的大小约为3至6nm，可用于纳米晶浮栅存储器的制作等。这种方法具有工艺步骤少、简单、稳定可靠、易于大规模制造、能与传统的微电子工艺兼容的优点。
Description
技术领域
本发明涉及纳米加工技术领域，尤其涉及一种采用电子束蒸发方式制备埋嵌硅纳米晶的高介电常数栅介质的方法。
背景技术
半个多世纪以来，以CMOS为主流技术的半导体集成电路一直在遵循“摩尔定律”迅速发展，其特征尺寸已进入到纳米级，但同时也面临着越来越严重的挑战。随着器件尺寸的缩小，以二氧化硅为隧穿层的存储器已不能满足需要。因此基于新材料、新原理的埋嵌纳米晶的高介电常数栅存储器等成为研究的热点。在这些浮栅存储器的制作中，尺寸小、分布均匀、具有纳米量级的量子点的制作是一个关键。
传统的制备埋嵌硅纳米晶体的方法如PECVD、磁控溅射、离子注入等，相对于本发明，均有不易大规模生产的缺点，而且制备手段较复杂。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种采用电子束蒸发方式制备埋嵌硅纳米晶的高介电常数栅介质的方法，以简化工艺步骤，适合大规模生产。
(二)技术方案
为达到上述一个目的，本发明提供了一种采用电子束蒸发方式制备埋嵌硅纳米晶的高介电常数栅介质的方法，该方法包括：
在衬底上生长二氧化硅隧穿介质层；
将高介电常数栅介质的固体粉末和硅粉末的混合物通过电子束蒸发技术蒸发至该二氧化硅层上；
高温热退火。
上述方案中，所述衬底为平整、洁净的硅片，或为绝缘体上硅SOI。
上述方案中，所述在衬底上生长二氧化硅隧穿介质层采用热氧化方法，
上述方案中，所述在衬底上生长二氧化硅隧穿介质层包括：将硅片或SOI在快速热氧化炉中800℃氧化4分钟，生长致密的氧化层。
上述方案中，所述高介电常数栅介质的固体粉末和硅粉末的混合物由2.5克的硅粉末和6.0克的HfO2粉末组成，颗粒度均为300目，蒸发平均速度为
其所用设备为低温真空电子束蒸发装置。
上述方案中，所述高介电常数栅介质为Al2O3、HfO2、La2O3、Pr2O3、Ta2O5、TiO2、Y2O3或Zr2O3。
上述方案中，所述高温热退火是在1050℃下退火60分钟。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的这种采用电子束蒸发方式制备埋嵌硅纳米晶的高介电常数栅介质的方法，采用电子束蒸发技术中的共蒸法制备埋嵌硅量子点的高介电常数栅薄膜，通过将高介电常数栅介质的粉末和硅的固体粉末混合在一起蒸发至热氧化生长的二氧化硅层上，制备出性能稳定的埋嵌硅纳米晶的高介电常数栅介质。采用该方法制备的高介电常数栅介质埋嵌的硅量子点颗粒的大小约为3至6nm，可用于纳米晶浮栅存储器的制作等。这种方法具有工艺步骤少、简单、稳定可靠、易于大规模制造、能与传统的微电子工艺兼容的优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明提供的制备埋嵌硅纳米晶的高介电常数栅介质的方法流程图；
图2至图4是图1所示的工艺流程图；
图5是本发明制备的埋嵌硅纳米晶的高介电常数栅介质样品的TEM图像。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1是本发明提供的制备埋嵌硅纳米晶的高介电常数栅介质的方法流程图，该方法包括：
步骤101：在衬底上生长二氧化硅隧穿介质层；
步骤102：将高介电常数栅介质的固体粉末和硅粉末的混合物通过电子束蒸发技术蒸发至该二氧化硅层上；
步骤103：高温热退火。
基于图1所示的制备埋嵌硅纳米晶的高介电常数栅介质的方法流程图，图2至图4示出了图1的工艺流程图，具体包括：
如图2所示，通过热氧化生长技术在硅衬底上生长二氧化硅层；
如图3所示，通过电子束蒸发的方式在二氧化硅层上镀一层埋嵌硅量子点的高介电常数栅介质薄膜；
如图4所示，将样品进行高温热退火。
下面结合具体的实施例进一步说明本发明的详细工艺方法和步骤，在本实施例中，采用p型、(100)晶向的2寸硅片做衬底，该衬底厚525μm，电阻率为2至3Ωcm；
步骤1：将硅片在快速热氧化炉中800℃氧化4分钟，生长致密的氧化层；
步骤2：用电子束蒸发的方法蒸发高介电常数栅介质粉末和硅粉末的混合物。其中，混合物由2.5克的硅粉末和6.0克的HfO2粉末组成，其颗粒度均为300目，蒸发平均速度为
步骤3：高温热退火。1050℃退火60分钟。
图5是本发明制备的埋嵌硅纳米晶的高介电常数栅介质样品的TEM图像，该图像通过高分辨率透射电镜所观察得到。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1、一种采用电子束蒸发方式制备埋嵌硅纳米晶的高介电常数栅介质的方法，其特征在于，该方法包括：
在衬底上生长二氧化硅隧穿介质层；
将高介电常数栅介质的固体粉末和硅粉末的混合物通过电子束蒸发技术蒸发至该二氧化硅隧穿介质层上；
高温热退火。
2、根据权利要求1所述的采用电子束蒸发方式制备埋嵌硅纳米晶的高介电常数栅介质的方法，其特征在于，所述衬底为平整、洁净的硅片，或为绝缘体上硅SOI。
3、根据权利要求1所述的采用电子束蒸发方式制备埋嵌硅纳米晶的高介电常数栅介质的方法，其特征在于，所述在衬底上生长二氧化硅隧穿介质层采用热氧化方法。
4、根据权利要求1或3所述的采用电子束蒸发方式制备埋嵌硅纳米晶的高介电常数栅介质的方法，其特征在于，所述在衬底上生长二氧化硅隧穿介质层包括：
将硅片或SOI在快速热氧化炉中800℃氧化4分钟，生长致密的氧化层。
5、根据权利要求1所述的采用电子束蒸发方式制备埋嵌硅纳米晶的高介电常数栅介质的方法，其特征在于，所述高介电常数栅介质的固体粉末和硅粉末的混合物由2.5克的硅粉末和6.0克的HfO2粉末组成，颗粒度均为300目，蒸发平均速度为1
/s，其所用设备为低温真空电子束蒸发装置。
6、根据权利要求1所述的采用电子束蒸发方式制备埋嵌硅纳米晶的高介电常数栅介质的方法，其特征在于，所述高介电常数栅介质为Al2O3、HfO2、La2O3、Pr2O3、Ta2O5、TiO2、Y2O3或Zr2O3。
7、根据权利要求1所述的采用电子束蒸发方式制备埋嵌硅纳米晶的高介电常数栅介质的方法，其特征在于，所述高温热退火是在1050℃下退火60分钟。
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