一种使用金属化热处理降低金属/二氧化钛/半导体电容结构漏电流的制作方法

摘要

利用有机金属化学气相沈积(MOCVD)在矽(Si)基板上生长二氧化钛(TiO2)薄膜具有高的介电常数，但由于TiO2薄膜是多晶结构，除本身缺陷外，其晶界具有很多缺陷及悬键，故其漏电流也非常大。一般克服的方法是将二氧化矽(SiO2)薄膜制作在 MOCVD-TiO2/Si的界面而形成MOCVD-TiO2/SiO2/Si之结构，漏电流可大为改善，这是因为SiO2薄膜生长在Si基板上具有良好的品质，但此种结构的缺点却失去原本TiO2薄膜所具有的高介电常数，因为TiO2薄膜生长在SiO2上为非晶结构，且低串联介电常数之SiO2薄膜会降低整体氧化层的电容值。 TiO2薄膜本身之缺陷由氧气回火降低外，并使用金属化热处理(Postmetallization Annealing, PMA)。PMA是一种利用氧化层表面的氢氧根(OH-)和披覆金属层(Al)反应而产生活性氢原子，此活性氢原子可扩散进入到氧化膜里，进而钝化氧化膜里的缺陷及悬键，可用来降低金氧半(MOS)结构的氧化层电荷密度及介面能态密度。因此，将PMA这种技术运用在MOCVD-TiO2/Si MOS电容上，将可钝化其氧化膜里的缺陷及悬键，进而可在维持高介电常数的条件下降低漏电流。

主权项

1.一种高介电常数低漏电流金属氧化物半导体电 容的制作方法,此方法包含以下步骤: 提供一矽基板; 利用有机金属化学气相沈积法(MOCVD)沈积一层二氧 化钛(TiO2)薄膜于该矽基板上; 利用氧气热回火之技术将该二氧化钛薄膜进行氧 回火; 利用蒸镀或溅镀的方法于该二氧化钛薄膜上披覆 一层铝膜并进行金属化热回火; 利用蚀刻溶液将该铝披覆层去除; 分别制作两金属电极在该MOCVD-TiO2薄膜上面及该矽 基板的下面,以形成一半导体电容结构。 2.如申请专利范围第1项之方法,其中该二氧化钛薄 膜采用水平低压式MOCVD生长,以笑气(N2O)作为氧之 原料,并以有机金属四异丙烷氧化钛(Ti(i-OC3H7)4)做 为Ti之原料,以氮气(N2)作为载气(carrier gas)。 3.如申请专利范围第2项之方法,其中有机金属四异 丙烷氧化钛的流量为5~20 sccm,笑气的流量为100~200 sccm,成长温度及压力则可分别控制在400℃~650℃及5 ~20 torr。 4.如申请专利范围第2项之方法,其中该二氧化钛薄 膜厚度约为40奈米(nm)。 5.如申请专利范围第1项之方法,其中氧气热回火的 温度可控制在700℃~800℃,时间可控制在10~30分钟。 6.如申请专利范围第1项之方法,其中金属化热回火 的气体为氮气或惰性气体,其温度可控制在300℃~ 500℃,时间可控制在10~60分钟。 7.如申请专利范围第1项之方法,其中铝披覆层的去 除是利用磷酸、硝酸、醋酸及水的混合溶液加以 去除。 8.如申请专利范围第1项之方法,其中该矽基板为P 型。 9.如申请专利范围第1项之方法,其中该矽基板为N 型。 图式简单说明: 图一为昔知改善高介电系数氧化层漏电流的MOS电 容结构图。 图二为本发明降低高介电系数MOS电容结构的漏电 流流程图。 图三为各成长温度之二氧化钛薄膜刚沈积后的组 成比图。 图四为在550度制备刚沈积、氧回火后及经氧回火 处理以各种金属化热处理温度的二氧化钛薄膜之 漏电流(J-E)比较图。 图五-1~图五-3分别为刚沈积、氧回火后及经金属 化热处理后之MOCVD-TiO2/Si结构的SIMS纵深分析图。 图六-1~图六-2为550度制备经氧回火处理的二氧化 钛薄膜分别在金属化热处理温度350度及400度的C-V 曲线图。 图七为刚沈积、氧回火后及经金属化热处理后之 MOCVD-TiO2/Si结构的C-V迟滞偏移电压比较图。 图八为刚沈积、氧回火后及经金属化热处理后之 MOCVD-TiO2/Si结构的介面能态密度比较图。