[發明專利]制備親水界面的方法、原子層沉積高介電常數氧化物的方法

在審

• 申請號: 201410507858.7
• 申請日: 2014-09-28
• 公開（公告）號: CN104485273A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 韓蕾;李世彬;陳志
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/31
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 譚新民

技術領域

本發明涉及電子材料技術領域，尤其是涉及一種制備用于原子層沉積高介電常數氧化物的親水界面的方法和一種原子層沉積高介電常數氧化物的方法。

背景技術

高介電常數氧化物（例如，氧化鉿（HfO₂）或者氧化鋯）已成為半導體行業中主流的高k電介質材料。這是因為高介電常數氧化物具有一些優良的特性，如高的介電常數（大約20）、足夠的絕緣性能、以及良好的熱力學穩定性等等。

高質量HfO₂只能通過原子層沉積（ALD）方法在親水性表面上、即在羥鍵（OH鍵）終結的表面上生長獲得。OH鍵終結對于Hf前驅體在硅表面上的化學吸附是至關重要的。

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

發明內容

本發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。

本發明的目的之一是提供一種能夠在三維結構上形成均勻的親水界面和相應的高介電常數氧化物層的方法。

本發明公開的技術方案包括：

提供了一種制備用于原子層沉積高介電常數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行一個脈沖的原子層沉積，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行一個脈沖的原子層沉積。

本發明的一個實施例中，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定時間。

本發明的一個實施例中，所述使用臭氧在所述硅基片的表面上進行一個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脈沖的臭氧，使所述臭氧與所述硅基片的表面反應。

本發明的一個實施例中，向所述原子層沉積室中充入一個脈沖的臭氧的脈沖時間為0.01至1000秒，反應時間為1至1000秒；所述第一溫度為50至350攝氏度。

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

本發明的一個實施例中，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。

本發明的一個實施例中，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行一個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形成氫氧基。

本發明的一個實施例中，向所述原子層沉積室中充入一個脈沖的水蒸氣的脈沖時間為0.01至1000秒，反應時間為1至1000秒。

本發明的一個實施例中，向所述原子層沉積室中充入一個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。

本發明的實施例中還提供了一種原子層沉積高介電常數氧化物的方法，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行一個脈沖的原子層沉積，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行一個脈沖的原子層沉積；在使用水進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氧化物。

本發明的實施例的方法中，通過一個周期循環的臭氧和水在原子層沉積室內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行高質量高介電常數氧化物（例如，HfO₂）的生長，并且其漏電流特性可以與生長在化學氧化物上的HfO₂相媲美。使用本發明的實施例中提供的方法，可以在3-D結構上形成均勻的親水性界面氧化物層和相應的HfO₂層。此外，在工藝步驟中摒棄了濕化學氧化法，提高了集成電路制造的經濟性。

附圖說明

圖1是本發明一個實施例的制備用于原子層沉積高介電常數氧化物的親水界面的方法的流程示意圖。