[發明專利]雙層高K介質結構的制作方法

在審

• 申請號: 201410428663.3
• 申請日: 2014-08-27
• 公開（公告）號: CN104183474A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 雷通
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/285;H01L21/316
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;林彥之

技術領域

本發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介質結構的制作方法。?

背景技術

集成電路尤其是超大規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開始出現，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，最具挑戰性的是傳統CMOS器件在縮小的過程中，由于多晶硅/SiO2結構或多晶硅/SiCN結構中柵氧化層介質的厚度減小帶來高的柵泄露電流。?

為此，已提出的解決方案是，采用金屬柵和高介電常數(K)柵介質替代傳統的重摻雜多晶硅柵和SiO2(或SiON)柵介質。基于對薄膜均勻性和質量的高要求，通常選用氧化鉿作為高K介質層，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為現有高K介質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量的氧化鉿介質層的同時，減小半導體襯底表面氧化硅層的厚度。?

發明內容

本發明的目的是提供了一種雙層高K介質結構的制作方法，提供高質量的氧化鉿介質層的同時，減小半導體襯底表面氧化硅層的厚度。?

為解決上述問題，本發明提供一種雙層高K介質結構的制作方法，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。?

優選的，所述強氧化劑包括臭氧或雙氧水。?

優選的，所述雙氧水的質量比溶度為30％-50％。?

優選的，所述鉿基化合物為TEMAH、[(C2H5)(CH3)N]4或HfCl4。?

優選的，所述步驟S02中，通過原子層沉積工藝形成第一氧化鉿層。?

優選的，所述第一氧化鉿層的厚度為

優選的，形成所述第一氧化鉿層的環境溫度為150℃-400℃。?

優選的，所述步驟S03中，通過原子層沉積工藝形成第二氧化鉿層。?

優選的，形成所述第二氧化鉿層的環境溫度為150℃-400℃。?

從上述技術方案可以看出，本發明提供的雙層高K介質結構的制作方法中，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，使柵極介質的EOT參數在合理的范圍內，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層的漏電流的現象得到控制。?

附圖說明

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明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優點和特征，其中：?

圖1為現有高K介質結構的剖面結構示意圖；?

圖2為本發明雙層高K介質結構的制作方法的剖面結構示意圖；?

圖3為本發明的雙層高K介質結構的制作方法的流程圖。?

需要說明的是，附圖用于說明本發明，而非限制本發明。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

為使本發明的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本發明的內容作進一步說明。當然本發明并不局限于該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發明的保護范圍內。其次，本發明利用示意圖進行了詳細的表述，在詳述本發明實例時，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明的限定。?