專利名稱：用于含金屬層的增強(qiáng)成核的半導(dǎo)體表面的等離子體處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及半導(dǎo)體處理，尤其涉及用于含金屬層的增強(qiáng)成核 的半導(dǎo)體表面的等離子體處理。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件越來越多地需要薄的基于SiOn的柵介質(zhì)膜。然而，薄
的基于SiO,'的柵介質(zhì)膜導(dǎo)致增加的柵極漏電流。高介電常數(shù)(K)的膜
現(xiàn)在被認(rèn)為是基于SiOn的柵介質(zhì)膜的替代物。傳統(tǒng)來說，高介電常數(shù)
(K)膜使用己知為原子層淀積(ALD)的工藝來形成。然而，使用 ALD工藝形成的薄柵介質(zhì)膜導(dǎo)致了在含硅表面上的高K介質(zhì)的不良成 核。之前解決該問題的嘗試包括使用標(biāo)準(zhǔn)清洗(例如SC-2清洗)。然 而，該步驟淀積化學(xué)氧化物的薄層，在該化學(xué)氧化物薄層上使用ALD 工藝淀積的柵極介質(zhì)材料成核。結(jié)果是，該化學(xué)氧化物變成柵介質(zhì)的 集成部分，影響柵介質(zhì)的整體性和尺寸。此外，化學(xué)氧化物減少了柵 介質(zhì)膜的總介電常數(shù)。
因此，需要用于含金屬層的增強(qiáng)成核的半導(dǎo)體表面的等離子體處 理的方法。


本發(fā)明利用實(shí)例進(jìn)行說明且不由附圖限制，在附圖中，相同參考 標(biāo)記表示相同的元件，以及其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的處理期間的半導(dǎo)體器件的截面
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的利用等離子體處理的半導(dǎo)體器件 的截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有等離子體改性層的半導(dǎo)體器 件的截面圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有柵介質(zhì)的半導(dǎo)體器件的截面圖。
本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，附圖中的元件為了簡單和清楚而示出，以 及不一定按照比例繪制。例如，附圖中的一些元件的尺寸可以被相對 于其他元件放大以協(xié)助改善對于本發(fā)明實(shí)施例的理解。
具體實(shí)施例方式
在一個(gè)方面，提供用于形成介質(zhì)層的方法。該方法可以包括提供 半導(dǎo)體表面，以及包括蝕刻半導(dǎo)體基板的薄層以暴露半導(dǎo)體表面的表 面，其中，暴露的表面是憎水的。該方法還可以包括利用等離子體來 處理半導(dǎo)體基板的暴露表面從而中和與暴露表面相關(guān)聯(lián)的憎水性。該
方法還可以包括使用原子層淀積工藝，在等離子體處理后的表面的 頂表面上形成含金屬層。
在另一方面，提供用于形成高介電常數(shù)的介質(zhì)層的方法。該方法 包括蝕刻半導(dǎo)體基板的薄層來暴露半導(dǎo)體基板的表面，其中，暴露的 表面是憎水的。該方法還可以包括利用等離子體處理半導(dǎo)體基板的暴 露表面來中和與暴露表面相關(guān)聯(lián)的憎水性并將半導(dǎo)體基板的頂層改變 為非晶形式。該方法還可以進(jìn)一步包括使用原子層淀積工藝，在等 離子體處理后的表面的頂表面上形成含金屬層。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的處理期間的半導(dǎo)體器件的截面 圖。半導(dǎo)體器件100可以包括基板10。在一個(gè)形式中，基板IO可以是 塊狀半導(dǎo)體，諸如硅、鍺硅或鍺或者任何適合的半導(dǎo)體材料?；蛘撸?基板IO可以實(shí)現(xiàn)為絕緣體上硅(SOI)基板。作為第一步驟的一部分， 可以蝕刻基板10的頂表面12來移除在基板10的頂表面12上形成的 例如天然氧化物(native oxide)的任何氧化物。作為實(shí)例，可以蝕刻掉厚度可以為10-20埃的層14?？梢允褂弥T如干法蝕刻或濕法蝕刻的 任何適合的蝕刻技術(shù)。作為實(shí)例，可以使用氫氟酸來蝕刻層14。雖然 圖1示出了底層基板IO正在被蝕刻，也可以類似地蝕刻在半導(dǎo)體器件 100的另一水平處的基板類層(substrate like layer)。
接著，如圖2所示，半導(dǎo)體器件100的頂表面16可以經(jīng)受等離子 體處理18。使用氫氟酸可以使得基板10的頂表面16憎水。作為實(shí)例， 可以執(zhí)行原位等離子體處理來中和憎水表面(例如半導(dǎo)體器件100的 頂表面16)?？梢允褂迷?00瓦到IOOO瓦的范圍內(nèi)的功率來執(zhí)行等離 子體處理18?？梢詫⒌入x子體處理18執(zhí)行1秒到60秒的持續(xù)時(shí)間。 任何惰性氣體，例如氬氣、氮?dú)?、氦氣、氙氣或它們的組合可以被用 作超出等離子體點(diǎn)火階段的等離子體處理的部分。如圖3所示，等離 子體處理可以得到等離子體改性層20。利用等離子體處理半導(dǎo)體基板 的暴露表面可以改善等離子體改性層20的頂表面22上的含金屬層的 成核。作為等離子體處理的結(jié)果，可以將等離子體改性層20改變?yōu)楦?非晶的形式。作為實(shí)例，等離子體改性層20的深度可以是10-100埃。 為了進(jìn)一步協(xié)助將等離子體改性層20改變?yōu)榉蔷问降墓ば颍梢允?用諸如氟(例如N 3、 5或83&)、氯(例如012)和/或氮(N2或NH3) 的另外氣體。
接著，如圖4所示，使用原子層淀積工藝，可以在等離子體改性 層20的頂表面22上淀積薄柵介質(zhì)，該薄柵介質(zhì)諸如金屬氧化物?？?以使用原子層淀積工藝的多個(gè)循環(huán)來形成薄柵介質(zhì)層(例如含金屬 層)。每個(gè)循環(huán)可以導(dǎo)致在等離子體改性層20的頂表面22上形成至 少部分金屬氧化物層。使用多個(gè)原子層淀積循環(huán)，淀積前24、 26和28 可以導(dǎo)致含金屬層30的形成。作為實(shí)例，含金屬層30可以是任何金 屬氧化物層，諸如二氧化鉿、氧化鑭、氧化釔、氧化鈦、氧化鉭或具 有其他稀土金屬或過渡金屬的氧化物。金屬氧化物還可以包括任何數(shù) 量的金屬，諸如氧化鋁鉿、其他金屬鋁酸鹽等?；蛘?，含金屬層30可 以是任何金屬硅酸鹽層，諸如硅酸鉿、硅酸鑭以及具有其他稀土金屬或過渡金屬的任何其他硅酸鹽。附加地和/或替換地，含金屬層30還可
以包括金屬-硅-氮氧化物，諸如HfS"OyN,。
在前述說明中，本發(fā)明已經(jīng)參考特定實(shí)施例進(jìn)行了描述。然而， 本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，可以在不偏離如以下權(quán)利要求闡明的本發(fā)明的 范圍的情況下做出多種修改和改變。因此，說明和附圖應(yīng)該認(rèn)為是說 明性而不是限制性的，以及所有這些修改意圖被包括在本發(fā)明的范圍 內(nèi)。
上面參考特定實(shí)施例描述了益處、其他優(yōu)點(diǎn)和問題的解決方案。 然而，益處、其他優(yōu)點(diǎn)和問題的解決方案以及可能導(dǎo)致任何益處、優(yōu) 點(diǎn)和問題的解決方案發(fā)生或變得更顯著的任何(一個(gè)或多個(gè))要素不 被解釋為任何或所有權(quán)利要求的關(guān)鍵、需要或本質(zhì)的特征或要素。如 這里使用的，術(shù)語"包括"或其任何變體意圖覆蓋非排他性的包括， 諸如包括一系列要素的工藝、方法、物品或設(shè)備不僅僅包括那些要素， 還可以包括沒有明確列出的或該工藝、方法、物品或設(shè)備固有的其他 要素。
權(quán)利要求
1. 一種用于形成介質(zhì)層的方法，包括提供半導(dǎo)體基板；蝕刻所述半導(dǎo)體基板的薄層以暴露所述半導(dǎo)體基板的表面，其中，所述暴露表面是憎水的；利用等離子體處理所述半導(dǎo)體基板的所述暴露表面以中和與所述暴露表面相關(guān)聯(lián)的憎水性；以及使用原子層淀積工藝，在所述等離子體處理后的表面的頂表面上形成含金屬層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，蝕刻包括使用氫氟酸來蝕 刻所述薄層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，原位執(zhí)行所述等離子體處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述含金屬層包括至少金 屬氧化物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述金屬氧化物是二氧化 鉿、氧化鑭、氧化釔、氧化鈦、氧化鉭、二氧化鋯或具有其他稀土金 屬或過渡金屬的氧化物的至少一個(gè)、或它們的任何組合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述含金屬層包括金屬硅 酸鹽和金屬-硅-氮氧化物的至少一個(gè)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述金屬硅酸鹽是硅酸鉿、 硅酸鑭以及具有其他稀土金屬或過渡金屬的任何其他硅酸鹽的至少一 個(gè)、或它們的任何組合。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，利用等離子體處理所述半 導(dǎo)體基板的所述暴露表面構(gòu)造等離子體改性層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，利用等離子體處理所述半導(dǎo)體基板的所述暴露表面改善在所述等離子體改性層的頂表面上的所 述含金屬層的成核。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，以100瓦到500瓦的范 圍內(nèi)的功率以及l(fā)到60秒的范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間來使用等離子體處理所 述暴露表面。
11. 一種用于形成高介電常數(shù)層的方法，包括 蝕刻半導(dǎo)體基板的薄層以暴露所述半導(dǎo)體基板的表面； 利用等離子體處理所述半導(dǎo)體基板的暴露表面，以將所述半導(dǎo)體基板的頂層改變?yōu)榉蔷问?；以及使用原子層淀積工藝，在所述等離子體處理后的表面的頂表面上 形成含金屬層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中，蝕刻包括使用氫氟酸來 蝕刻所述薄層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中，原位執(zhí)行所述等離子體 處理。
14. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中，所述含金屬層包括至少 金屬氧化物。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述金屬氧化物是二氧 化鉿、氧化鑭、氧化釔、氧化鈦、氧化鉭、二氧化鋯或具有其他稀土金屬或過渡金屬的氧化物的至少一個(gè)、或它們的任何組合。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述含金屬層包括至少 金屬硅酸鹽。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述金屬硅酸鹽是硅酸鉿、硅酸鑭以及具有其他稀土金屬或過渡金屬的任何其他硅酸鹽的至 少一個(gè)、或它們的任何組合。
18. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中，利用等離子體處理所述 半導(dǎo)體基板的所述暴露表面構(gòu)造等離子體改性層。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，利用等離子體處理所述 半導(dǎo)體基板的所述暴露表面改善在所述等離子體改性層的頂表面上的 所述含金屬層的成核。
20. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中，所述含金屬層包括至少 金屬-硅-氮氧化物。
全文摘要
提供用于形成介質(zhì)層的方法。該方法可以包括提供半導(dǎo)體表面，以及蝕刻半導(dǎo)體基板(10)的薄層以暴露半導(dǎo)體表面的表面(16)，其中，暴露的表面(16)是憎水的。該方法還可以包括利用等離子體處理半導(dǎo)體基板(10)的暴露表面來中和與暴露表面相關(guān)聯(lián)的憎水性，其中，以100瓦到500瓦的范圍內(nèi)的功率以及1到60秒的范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間使用等離子體來處理暴露表面。該方法還可以包括使用原子層淀積工藝在等離子體處理后的表面的頂表面上形成含金屬層(30)。
文檔編號H01L21/31GK101427354SQ200680045057
公開日2009年5月6日 申請日期2006年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月30日
發(fā)明者奧盧邦米·O·阿德, 迪納·H·特里約索 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司