[發(fā)明專利]高K柵介電層的形成方法及半導(dǎo)體器件

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410365791.8
• 申請(qǐng)日: 2014-07-29
• 公開（公告）號(hào): CN105304476A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 庫(kù)爾班·阿吾提
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/28
• 分類號(hào): H01L21/28;H01L21/283;H01L29/51
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 張振軍

1.一種高K柵介電層的形成方法，其特征在于，包括：

提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層中形成有柵極開口；

沉積高K材料層，所述高K材料層覆蓋所述柵極開口的底部和側(cè)壁，所述高K材料層的材料為HfO₂和ZrO₂的混合物。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高K柵介電層的形成方法，其特征在于，所述HfO₂和ZrO₂的混合物中，Hf：Zr>1:1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高K柵介電層的形成方法，其特征在于，沉積所述高K材料層之后還包括：沉積帽層，所述帽層覆蓋所述高K材料層。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高K柵介電層的形成方法，其特征在于，沉積所述高K材料層之后，沉積所述帽層之前還包括：

進(jìn)行第一步沉積后退火，以去除所述高K材料層內(nèi)的污染物；

進(jìn)行第二步沉積后退火，以減少所述高K材料層內(nèi)以及所述高K材料層和半導(dǎo)體襯底接觸界面上的電荷。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高K柵介電層的形成方法，其特征在于，所述第一步沉積后退火是在含氧氣的氣氛中進(jìn)行的。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高K柵介電層的形成方法，其特征在于，所述第一步沉積后退火的溫度為550～600℃，時(shí)間為20～30秒，氣氛為O₂和N₂的混合氣體，其中O₂的體積比為2％～4％。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高K柵介電層的形成方法，其特征在于，所述第二步沉積后退火是在含氫氣的氣氛中進(jìn)行的。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高K柵介電層的形成方法，其特征在于，所述第二步沉積后退火的溫度為350～400℃，壓強(qiáng)為10～20Atm，時(shí)間為30～60分鐘，氣氛為H₂和N₂的混合氣體，其中H₂的體積比為5％～10％。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高K柵介電層的形成方法，其特征在于，所述帽層包括：依次堆疊的第一帽層、吸收層和第二帽層，所述第一帽層的材料為TiN，所述吸收層的材料為Ti，所述第二帽層的材料TiN。

10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高K柵介電層的形成方法，其特征在于，所述帽層包括：依次堆疊的第一帽層和吸收層，所述第一帽層的材料為TiN，所述吸收層的材料為富鈦TiN。

11.根據(jù)權(quán)利要求3或9或10所述的高K柵介電層的形成方法，其特征在于，沉積帽層之后還包括：對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行高壓退火。

12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的高K柵介電層的形成方法，其特征在于，所述高壓退火的溫度為400～450℃，壓強(qiáng)為10～20Atm，時(shí)間為0.8～1.2分鐘，氣氛為O₂和Ar的混合氣體，其中O₂的體積比為5％～10％。

13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高K柵介電層的形成方法，其特征在于，采用原子層沉積法沉積所述高K材料層。

14.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括：

半導(dǎo)體襯底；

形成在所述半導(dǎo)體襯底上的介質(zhì)層，該介質(zhì)層中具有柵極開口；

高K材料層，覆蓋所述柵極開口的底部和側(cè)壁，所述高K材料層的材料為HfO₂和ZrO₂的混合物。

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述HfO₂和ZrO₂的混合物中，Hf：Zr>1:1。

16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，還包括：帽層，覆蓋所述高K材料層。

17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述帽層包括依次堆疊的第一帽層、吸收層和第二帽層，所述述第一帽層的材料為TiN，所述吸收層的材料為Ti，所述第二帽層的材料TiN。

18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述帽層包括依次堆疊的第一帽層和吸收層，所述第一帽層的材料為TiN，所述吸收層的材料為富鈦TiN。