[發(fā)明專利]制備親水界面的方法、原子層沉積高介電常數(shù)氧化物的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410507858.7
• 申請(qǐng)日: 2014-09-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104485273A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓蕾;李世彬;陳志
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L21/02
• 分類號(hào): H01L21/02;H01L21/31
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 譚新民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種制備用于原子層沉積高介電常數(shù)氧化物的親水界面的方法和一種原子層沉積高介電常數(shù)氧化物的方法。

背景技術(shù)

高介電常數(shù)氧化物（例如，氧化鉿（HfO₂）或者氧化鋯）已成為半導(dǎo)體行業(yè)中主流的高k電介質(zhì)材料。這是因?yàn)楦呓殡姵?shù)氧化物具有一些優(yōu)良的特性，如高的介電常數(shù)（大約20）、足夠的絕緣性能、以及良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性等等。

高質(zhì)量HfO₂只能通過(guò)原子層沉積（ALD）方法在親水性表面上、即在羥鍵（OH鍵）終結(jié)的表面上生長(zhǎng)獲得。OH鍵終結(jié)對(duì)于Hf前驅(qū)體在硅表面上的化學(xué)吸附是至關(guān)重要的。

化學(xué)氧化物被廣泛地用于提供富含羥基（OH）基團(tuán)的高親水界面層。但是，化學(xué)氧化物一般是在SC1溶液（2?NH₄OH：5?H₂O₂：200?H₂O）中、或通過(guò)臭氧水噴灑的方法形成。對(duì)于現(xiàn)代的三維（3-D）硅MOS器件結(jié)構(gòu)，諸如FinFETs和納米線MOSFETs，濕化學(xué)溶液或噴射等傳統(tǒng)方法難以在Fin結(jié)構(gòu)的兩側(cè)和硅納米線的下表面形成均勻的氧化物。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一是提供一種制備具有高度親水性的親水界面的方法。

本發(fā)明的目的之一是提供一種能夠在三維結(jié)構(gòu)上形成均勻的親水界面和相應(yīng)的高介電常數(shù)氧化物層的方法。

本發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)方案包括：

提供了一種制備用于原子層沉積高介電常數(shù)氧化物的親水界面的方法，其特征在于，包括：制備硅基片；使用臭氧在所述硅基片的表面進(jìn)行一個(gè)脈沖的原子層沉積，在所述硅基片的表面形成一層超薄氧化物層；使用水在沉積了一層超薄氧化物層的所述硅基片的表面進(jìn)行一個(gè)脈沖的原子層沉積。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述制備硅基片的步驟包括：清洗所述硅基片；將清洗后的所述硅基片浸入緩沖氧化蝕刻溶液中處理預(yù)定時(shí)間。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述使用臭氧在所述硅基片的表面上進(jìn)行一個(gè)脈沖的原子層沉積的步驟包括：將所述硅基片置于在第一溫度下的原子層沉積室中；向所述原子層沉積室中充入一個(gè)脈沖的臭氧，使所述臭氧與所述硅基片的表面反應(yīng)。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，向所述原子層沉積室中充入一個(gè)脈沖的臭氧的脈沖時(shí)間為0.01至1000秒，反應(yīng)時(shí)間為1至1000秒；所述第一溫度為50至350攝氏度。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在向所述原子層沉積室中充入一個(gè)脈沖的臭氧使所述臭氧與所述硅基片的表面反應(yīng)之后還包括：排除所述原子層沉積室中的殘余臭氧。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述排除所述原子層沉積室中的殘余臭氧的方法包括：將所述原子層沉積室抽真空1至1000秒。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述使用水在沉積了一層超薄氧化物層的所述硅基片的表面進(jìn)行一個(gè)脈沖的原子層沉積的步驟包括：向所述原子層沉積室中通入一個(gè)脈沖的水蒸氣，使所述水蒸氣中的水與所述超薄氧化物層反應(yīng)形成氫氧基。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，向所述原子層沉積室中充入一個(gè)脈沖的水蒸氣的脈沖時(shí)間為0.01至1000秒，反應(yīng)時(shí)間為1至1000秒。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，向所述原子層沉積室中充入一個(gè)脈沖的水蒸氣使所述水蒸氣中的水與沉積了一層超薄氧化物層的所述硅基片的表面反應(yīng)的步驟之后還包括：將所述原子層沉積室抽真空1至1000秒。

本發(fā)明的實(shí)施例中還提供了一種原子層沉積高介電常數(shù)氧化物的方法，其特征在于，包括：制備硅基片；使用臭氧在所述硅基片的表面進(jìn)行一個(gè)脈沖的原子層沉積，在所述硅基片的表面形成一層超薄氧化物層；使用水在沉積了一層超薄氧化物層的所述硅基片的表面進(jìn)行一個(gè)脈沖的原子層沉積；在使用水進(jìn)行原子層沉積之后的所述硅基片的表面原子層沉積高介電常數(shù)氧化物。

本發(fā)明的實(shí)施例的方法中，通過(guò)一個(gè)周期循環(huán)的臭氧和水在原子層沉積室內(nèi)原位形成親水性的界面氧化層，在此親水性界面層上可以進(jìn)行高質(zhì)量高介電常數(shù)氧化物（例如，HfO₂）的生長(zhǎng)，并且其漏電流特性可以與生長(zhǎng)在化學(xué)氧化物上的HfO₂相媲美。使用本發(fā)明的實(shí)施例中提供的方法，可以在3-D結(jié)構(gòu)上形成均勻的親水性界面氧化物層和相應(yīng)的HfO₂層。此外，在工藝步驟中摒棄了濕化學(xué)氧化法，提高了集成電路制造的經(jīng)濟(jì)性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制備用于原子層沉積高介電常數(shù)氧化物的親水界面的方法的流程示意圖。