【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及金屬-氧化物-半導體電容（moscap）器件的制備，具體的說，涉及一種基于p型偶極子（p-dipole）材料ga2o3的moscap器件及其制備方法。
技術介紹
1、隨著coms集成技術不斷進步，多閾值電壓調制技術已成為邏輯電路先進技術節點的重要研究方向。傳統解決方案是，通過復雜光刻等工藝實現芯片不同區域閾值電壓（threshold?voltage,? vt）不同，例如從平面晶體管技術向鰭式場效應晶體管（fin?field-effect?transistor,?finfet）的轉型。然而，隨著先進制程技術進入全柵極（gate-all-around,?gaa）時代，芯片尺寸的限制以及三維沉積、光刻和刻蝕工藝復雜性日益增大，這使得開發一種新的實現多閾值電壓的技術變得迫在眉睫。
2、近年來，一種通過超薄偶極子層實現 vt可控調節的偶極子工程技術引起了研究人員的廣泛關注。這種超薄的偶極子層通常插入到sio2（il）和hfo2（high- k）層之間，以調整晶體管的平帶電壓（flat?band?voltage,? vfb）和 vt。根據 vt的調節方向，這些偶極子材料可分為n型dipole和p型dipole兩類，分別實現nmos（n型金屬-氧化物-半導體）器件 vt的正向和反向可控調制。迄今為止，對
3、根據已有偶極子形成理論及分子動力學計算預測，ga2o3有望成為p-dipole候選材料。一種有潛力的新型p-dipole材料需要滿足以下特點：1.具有較高的 k值，以實現較低的 eot犧牲量，從而實現薄膜零厚度的閾值電壓調控；2.可以實現較大的 vfb偏移量以及調控范圍，以滿足多閾值電壓技術的需求；3.制備的薄膜質量較高，避免器件泄漏電流的增加。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種基于新型p-dipole材料ga2o3的moscap器件及其制備方法。本專利技術采用一種新的p-dipole替代材料制備moscap器件，通過引入ga2o3偶極子層，實現顯著的平帶電壓（ vfb）正向偏移；本專利技術將等離子增強原子層沉積（pe-ald）生長的ga2o3插入到sio2界面層/hfo2之間構筑moscap器件，制備工藝簡單，制得的moscap器件能實現平帶電壓的正向大范圍調制，實現薄膜近乎零厚度變化的閾值調控。
2、本專利技術的目的通過以下技術方案實現。
3、一種基于p-dipole材料ga2o3的moscap器件的制備方法，包括以下步驟：
4、（1）采用（100）晶向的p型摻雜si作為襯底，在o2氛圍下高溫熱氧化以生長高質量的sio2界面層（il）薄膜；
5、（2）在步驟（1）得到的sio2薄膜表面，采用等離子增強原子層沉積pe-ald生長不同厚度ga2o3薄膜以形成偶極子層，同時再沉積hfo2薄膜；
6、（3）將步驟（2）的器件在特定氣體環境、溫度、時間以及特定退火方式下進行退火，以修復薄膜內部及薄膜間的氧化物缺陷；
7、（4）在步驟（3）得到器件表面，通過紫外（uv）光刻圖案化出接觸電極區域，并通過電子束蒸發（ebe）、剝離（liftoff）工藝，在薄膜表面制備出相應的電極；
8、（5）對步驟（4）器件，采用氫氟酸（hf）溶液對器件背部進行濕法腐蝕，去除背部自然氧化層，并通過ebe工藝生長一定厚度的背電極。
9、上述步驟（1）中，si襯底的摻雜濃度為1.0×1015-1.0×1017?cm-3，熱氧化溫度設定為500-800℃，時間為5-10?min；熱氧化前，使用標準rca清洗工藝去除si襯底表面的自然氧化層。
10、上述步驟（2）中，等離子增強原子層沉積pe-ald生長?ga2o3薄膜的工藝條件為：采用三甲基鎵（tmga）為ga源，脈沖時間為0.1-2?s，氧源選取o2等離子體，射頻功率為50-200w，時間為0.5-5?s，沉積溫度在200-300?℃，沉積速率在0.05-0.07?nm/cycle；沉積hfo2薄膜的工藝條件為：采用四（二甲胺基）鉿（tdmahf）為hf源，脈沖時間為0.1-2?s，氧源選取o2等離子體，射頻功率為50-200?w，時間為0.5-5?s，沉積溫度在200-300?℃，沉積速率在0.12-0.20?nm/cycle。
11、上述步驟（2）中，ga2o3薄膜的厚度為0.6-3?nm，hfo2薄膜的厚度為4-6?nm。
12、上述步驟（3）中，退火氛圍為氮氣（n2）或氬氣（ar），設定的退火溫度為500-1000℃，退火時間為1?ms-15?s，退火方式為快速熱退火（rtp）或激光退火。
13、上述步驟（4）中，接觸電極區域的橫向尺寸為50-100?μm，電極結構為w（50-100nm）或者tin（5-10?nm）/w（50-100?nm）。
14、上述步驟（5）中，hf溶液濕法腐蝕的時間為1-5?min；濕法腐蝕后，采用丙酮、異丙醇和去離子水依次超聲清洗去除背部顆粒物與污染物，丙酮、異丙醇和去離子水超聲的時間為2-5?min；背電極為ni（50-100?nm）。
15、本專利技術還提供一種根據上述的制備方法制得的基于p-dipole材料ga2o3的moscap器件及其制備方法。插入ga2o3層后，器件在犧牲極小等效氧化物厚度（equivalent?oxidethickness,? eot）情況下，實現巨大的平帶電壓 vfb正向偏移。
16、本專利技術的原理如下：
17、本專利技術的基于新型p-dipole材料ga2o3的moscap器件，通過pe-ald技術，在器件的il/hfo2界面插入ga2o3偶極子層，在il/ga2o3和ga2o3/hfo2界面處引入p-dipole，進而降低il/high- k層價帶臺階（valence?band?offset,?vbo），從而實現moscap器件平帶電壓的正向大范圍調制。同時，由于ald生本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于p-dipole材料Ga2O3的MOSCAP器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.?根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，Si襯底的摻雜濃度為1.0×1015-1.0×1017cm-3，熱氧化溫度設定為500-800?℃，時間為5-10?min；熱氧化前，使用標準RCA清洗工藝去除Si襯底表面的自然氧化層。
3.?根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，等離子增強原子層沉積PE-ALD生長?Ga2O3薄膜的工藝條件為：采用三甲基鎵TMGa為Ga源，脈沖時間為0.1-2?s，氧源選取O2等離子體，射頻功率為50-200?W，時間為0.5-5?s，沉積溫度在200-300?℃，沉積速率在0.05-0.07?nm/cycle；沉積HfO2薄膜的工藝條件為：采用四（二甲胺基）鉿TDMAHf為Hf源，脈沖時間為0.1-2?s，氧源選取O2等離子體，射頻功率為50-200?W，時間為0.5-5?s，沉積溫度在200-300?℃，沉積速率在0.12-0.20?nm/cycle。
4.?根據權利要求1所述
5.?根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，退火氛圍為氮氣或氬氣，設定的退火溫度為500-1000?℃，退火時間為1?ms-15?s，退火方式為激光退火或快速熱退火RTP。
6.?根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（4）中，接觸電極區域的橫向尺寸為50-100?μm，電極為W、或者為TiN/W，TiN厚度為5-10nm，W的厚度為50-100?nm。
7.?根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（5）中，HF溶液濕法腐蝕的時間為1-5?min；濕法腐蝕后，再采用丙酮、異丙醇和去離子水依次超聲清洗去除器件背部的顆粒物與污染物，超聲的時間分別為2-5?min；背電極為厚度為50-100?nm的?Ni。
8.一種基于p-dipole材料Ga2O3的MOSCAP器件，其特征在于，根據權利要求1~7中任意一項所述的制備方法制得。
...【技術特征摘要】
1.一種基于p-dipole材料ga2o3的moscap器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.?根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，si襯底的摻雜濃度為1.0×1015-1.0×1017cm-3，熱氧化溫度設定為500-800?℃，時間為5-10?min；熱氧化前，使用標準rca清洗工藝去除si襯底表面的自然氧化層。
3.?根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，等離子增強原子層沉積pe-ald生長?ga2o3薄膜的工藝條件為：采用三甲基鎵tmga為ga源，脈沖時間為0.1-2?s，氧源選取o2等離子體，射頻功率為50-200?w，時間為0.5-5?s，沉積溫度在200-300?℃，沉積速率在0.05-0.07?nm/cycle；沉積hfo2薄膜的工藝條件為：采用四（二甲胺基）鉿tdmahf為hf源，脈沖時間為0.1-2?s，氧源選取o2等離子體，射頻功率為50-200?w，時間為0.5-5?s，沉積溫度在200-300?℃，沉積速率在0.12-0.20?nm/cycle。
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