雙層高k介質(zhì)結構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種雙層高K介質(zhì)結構的制作方法，包括：步驟S01：提供半導體襯底，其上具有間隔設置的淺溝槽隔離；步驟S02：使所述半導體襯底循環(huán)暴露于鉿基化合物以及水蒸氣，以形成預定厚度的第一氧化鉿層；步驟S03：使所述第一氧化鉿層循環(huán)暴露于鉿基化合物以及強氧化劑，以形成預定厚度的第二氧化鉿層；步驟S04：在所述第二氧化鉿層表面形成金屬柵材料層。本發(fā)明提供的雙層高K介質(zhì)結構的制作方法，一方面減少半導體襯底表面氧化硅的厚度，使柵極介質(zhì)的EOT參數(shù)在合理的范圍內(nèi)，另一方面第二氧化鉿層具有更少的氧空位，使最終形成的氧化鉿介質(zhì)層的漏電流的現(xiàn)象得到控制。
【專利說明】雙層高K介質(zhì)結構的制作方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體集成電路及其制造領域，尤其涉及一種雙層高K介質(zhì)結構的制作方法。

【背景技術】
[0002]集成電路尤其是超大規(guī)模集成電路中的主要器件是金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(metal oxide semiconductor field effect transistor,簡稱 MOS 晶體管)。自從MOS管被發(fā)明以來，其幾何尺寸一直在不斷縮小，目前其特征尺寸已進入45nm范圍。在這種尺寸情況下，基本的限制和技術挑戰(zhàn)開始出現(xiàn)，器件尺寸的進一步縮小正變得越來越困難。其中，在MOS晶體管器件和電路制備中，最具挑戰(zhàn)性的是傳統(tǒng)CMOS器件在縮小的過程中，由于多晶硅/Si02結構或多晶硅/SiCN結構中柵氧化層介質(zhì)的厚度減小帶來高的柵泄露電流。
[0003]為此，已提出的解決方案是，采用金屬柵和高介電常數(shù)(K)柵介質(zhì)替代傳統(tǒng)的重摻雜多晶硅柵和Si02 (或S1N)柵介質(zhì)?；趯Ρ∧ぞ鶆蛐院唾|(zhì)量的高要求，通常選用氧化鉿作為高K介質(zhì)層，氧化鉿層的沉積通過原子層沉積(ALD)設備生長而成，其主要反應物可以分為鉿基化合物和氧化劑。至28nm以下技術結點，要求等效氧化層厚度小于2nm，但是由于氧化鉿的沉積包含氧化過程，對襯底硅的氧化很難避免，襯底硅的表面很容易在氧化鉿沉積過程中產(chǎn)生氧化硅層，特別是采用強氧化劑時，則更加促進襯底硅表面氧化硅的生長。如圖1所示，圖1為現(xiàn)有高K介質(zhì)結構的剖面結構示意圖,半導體襯底100上具有間隔設置的淺溝槽隔離200，淺溝槽隔離200之間間隙的上方依次形成有氧化硅層300、氧化鉿介質(zhì)層400以及金屬柵材料層500。為了減少氧化硅層300的厚度，可選擇氧化性較弱的水汽作為氧化劑，但是水汽會造成氧空位，導致氧化鉿柵極漏電流增大。因此，本領域技術人員亟需在提供高質(zhì)量的氧化鉿介質(zhì)層的同時，減小半導體襯底表面氧化硅層的厚度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供了一種雙層高K介質(zhì)結構的制作方法，提供高質(zhì)量的氧化鉿介質(zhì)層的同時，減小半導體襯底表面氧化硅層的厚度。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種雙層高K介質(zhì)結構的制作方法，包括:
[0006]步驟SOl:提供半導體襯底，其上具有間隔設置的淺溝槽隔離；
[0007]步驟S02:使所述半導體襯底循環(huán)暴露于鉿基化合物以及水蒸氣，以形成預定厚度的第一氧化鉿層；
[0008]步驟S03:使所述第一氧化鉿層循環(huán)暴露于鉿基化合物以及強氧化劑，以形成預定厚度的第二氧化鉿層；
[0009]步驟S04:在所述第二氧化鉿層表面形成金屬柵材料層。
[0010]優(yōu)選的，所述強氧化劑包括臭氧或雙氧水。
[0011]優(yōu)選的，所述雙氧水的質(zhì)量比溶度為30% -50%。
[0012]優(yōu)選的，所述鉿基化合物為TEMAH、[ (C2H5) (CH3)N]4或HfC14。
[0013]優(yōu)選的，所述步驟S02中，通過原子層沉積工藝形成第一氧化鉿層。
[0014]優(yōu)選的，所述第一氧化鉿層的厚度為10 A -50入。
[0015]優(yōu)選的，形成所述第一氧化鉿層的環(huán)境溫度為150°C -400°C。
[0016]優(yōu)選的，所述步驟S03中，通過原子層沉積工藝形成第二氧化鉿層。
[0017]優(yōu)選的，形成所述第二氧化鉿層的環(huán)境溫度為150°C -400°C。
[0018]從上述技術方案可以看出，本發(fā)明提供的雙層高K介質(zhì)結構的制作方法中，首先通過弱氧化劑與鉿基化合物形成第一氧化鉿層，再通過強氧化劑與鉿基化合物形成第二氧化鉿層，一方面減少半導體襯底表面氧化硅的厚度，使柵極介質(zhì)的EOT參數(shù)在合理的范圍內(nèi)，另一方面第二氧化鉿層具有更少的氧空位，使最終形成的氧化鉿介質(zhì)層的漏電流的現(xiàn)象得到控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]結合附圖，并通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點和特征，其中:
[0020]圖1為現(xiàn)有高K介質(zhì)結構的剖面結構示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明雙層高K介質(zhì)結構的制作方法的剖面結構示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明的雙層高K介質(zhì)結構的制作方法的流程圖。
[0023]需要說明的是，附圖用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結構的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。

【具體實施方式】
[0024]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步說明。當然本發(fā)明并不局限于該具體實施例，本領域內(nèi)的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。其次，本發(fā)明利用示意圖進行了詳細的表述，在詳述本發(fā)明實例時，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應以此作為對本發(fā)明的限定。
[0025]上述及其它技術特征和有益效果，將結合實施例及附圖2、3對本發(fā)明的雙層高K介質(zhì)結構的制作方法進行詳細說明。圖2為本發(fā)明雙層高K介質(zhì)結構的制作方法的剖面結構示意圖；圖3為本發(fā)明的雙層高K介質(zhì)結構的制作方法的流程圖。
[0026]請參閱圖2、3，在本實施例中，本發(fā)明提供一種雙層高K介質(zhì)結構的制作方法具體包括以下步驟:
[0027]步驟SOl:提供半導體襯底10，其上具有間隔設置的淺溝槽隔離20。
[0028]其中，半導體襯底10的材料為單晶硅、多晶硅或非晶硅形成的硅材料，或是絕緣娃材料(Silicon on insulator,簡稱SOI),還可以是其它半導體材料或其它結構,在此不再贅述。
[0029]步驟S02:使所述半導體襯底10循環(huán)暴露于鉿基化合物以及水蒸氣，以形成預定厚度的第一氧化鉿層40。
[0030]具體的，本實施例中，第一氧化鉿層40優(yōu)選為通過原子層沉積工藝或等離子體增強原子層沉積工藝形成。
[0031]所述鉿基化合物優(yōu)選為TEMAH、[ (C2H5) (CH3)N]4、HfC14或其他適合的材質(zhì)，形成所述第一氧化鉿層40的環(huán)境溫度優(yōu)選為150°C _400°C，低溫環(huán)境中可更好的控制第一氧化鉿層40的厚度，其中，第一氧化鉿層40的厚度優(yōu)選為1 A -50 A，第一氧化鉿層40的厚度可根據(jù)生產(chǎn)過程中實際情況設定。
[0032]通過弱氧化劑(優(yōu)選為水蒸氣)與鉿基化合物形成的第一氧化鉿層40，減少了半導體襯底10表面氧化硅層30的厚度，使柵極介質(zhì)的EOT參數(shù)在合理的范圍內(nèi)。
[0033]步驟S03:使所述第一氧化鉿層40循環(huán)暴露于鉿基化合物以及強氧化劑，以形成預定厚度的第二氧化鉿層50。
[0034]具體的，本實施例中，第二氧化鉿層50優(yōu)選為通過原子層沉積工藝或等離子體增強原子層沉積工藝形成。
[0035]所述強氧化劑包括臭氧、雙氧水或其他強氧化劑。其中，雙氧水的質(zhì)量比溶度為30% -50%。所述鉿基化合物優(yōu)選為TEMAH、[ (C2H5) (CH3)N]4、HfC14或其他適合的材質(zhì)，形成所述第二氧化鉿層50的環(huán)境溫度優(yōu)選為150°C _400°C，低溫環(huán)境中可更好的控制第二氧化鉿層50的厚度。
[0036]通過強氧化劑與鉿基化合物形成的第二氧化鉿層50，使第二氧化鉿層50具有更少的氧空位，使最終形成的氧化鉿介質(zhì)層50的漏電流的現(xiàn)象得到控制，進而提高氧化鉿介質(zhì)層50的質(zhì)量。
[0037]步驟S04:在所述第二氧化鉿層50表面形成金屬柵材料層60。
[0038]請參考圖2，圖2為本發(fā)明雙層高K介質(zhì)結構的制作方法的剖面結構示意圖；半導體襯底10上具有間隔設置的淺溝槽隔離20，淺溝槽隔離20之間間隙的上方依次形成有氧化娃層30、第一氧化鉿介質(zhì)層40、第二氧化鉿介質(zhì)層50以及金屬柵材料層60。
[0039]綜上所述，本發(fā)明提供的雙層高K介質(zhì)結構的制作方法中，首先通過弱氧化劑與鉿基化合物形成第一氧化鉿層40，再通過強氧化劑與鉿基化合物形成第二氧化鉿層50，一方面減少半導體襯底表面氧化硅的厚度，使柵極介質(zhì)的EOT參數(shù)在合理的范圍內(nèi)，另一方面第二氧化鉿層具有更少的氧空位，使最終形成的氧化鉿介質(zhì)層的漏電流的現(xiàn)象得到控制。
[0040]本說明書中所涉及的實施例，其含義是結合該實施例描述的特地特征、結構或特性包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。說明書中出現(xiàn)于各處的這些術語不一定都涉及同一實施例。此外，當結合任一實施例描述特定特征、結構或特性時，都認為其落入本領域普通技術人員結合其他實施例就可以實現(xiàn)的這些特定特征、結構或特性的范圍內(nèi)。
[0041]盡管對實施例的描述中結合了示例性實施例，但可以理解的是，在本宮內(nèi)的原理的精神和范圍之內(nèi)，本領域普通技術人員完全可以推導出許多其他變化和實施例。尤其是，可以在該公開、附圖和所附權利要求的范圍內(nèi)對組件和/或附件組合設置中的排列進行多種變化和改進。除組件和/或排列的變化和改進之外，其他可選擇的應用對于本領域普通技術人員而言也是顯而易見的。
【權利要求】
1.一種雙層高K介質(zhì)結構的制作方法，其特征在于，包括: 步驟SOl:提供半導體襯底，其上具有間隔設置的淺溝槽隔離； 步驟S02:使所述半導體襯底循環(huán)暴露于鉿基化合物以及水蒸氣，以形成預定厚度的第一氧化鉿層； 步驟S03:使所述第一氧化鉿層循環(huán)暴露于鉿基化合物以及強氧化劑，以形成預定厚度的第二氧化鉿層； 步驟S04:在所述第二氧化鉿層表面形成金屬柵材料層。
2.如權利要求1所述的雙層高K介質(zhì)結構的制作方法，其特征在于，所述強氧化劑包括臭氧或雙氧水。
3.如權利要求2所述的雙層高K介質(zhì)結構的制作方法，其特征在于，所述雙氧水的質(zhì)量比溶度為30% -50%。
4.如權利要求1所述的雙層高K介質(zhì)結構的制作方法，其特征在于，所述鉿基化合物為TEMAH、[ (C2H5)(CH3)N]4 或 HfC14。
5.如權利要求1所述的雙層高K介質(zhì)結構的制作方法，其特征在于，所述步驟S02中，通過原子層沉積工藝形成第一氧化鉿層。
6.如權利要求5所述的雙層高K介質(zhì)結構的制作方法，其特征在于，所述第一氧化鉿層的厚度為10 A-50人。
7.如權利要求5所述的雙層高K介質(zhì)結構的制作方法，其特征在于，形成所述第一氧化鉿層的環(huán)境溫度為150°C -400°C。
8.如權利要求1所述的雙層高K介質(zhì)結構的制作方法，其特征在于，所述步驟S03中，通過原子層沉積工藝形成第二氧化鉿層。
9.如權利要求8所述的雙層高K介質(zhì)結構的制作方法，其特征在于，形成所述第二氧化鉿層的環(huán)境溫度為150°C -400°C。
【文檔編號】H01L21/316GK104183474SQ201410428663
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權日:2014年8月27日
【發(fā)明者】雷通 申請人:上海華力微電子有限公司