用于制備高k介質(zhì)層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于制備高K介質(zhì)層 的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著超大規(guī)模集成電路（VLSI)和特大規(guī)模集成電路（ULSI)的飛速發(fā)展，MOS器件 的尺寸不斷地減小。為增加器件的反應(yīng)速度、提高驅(qū)動電流與存儲電容的容量，器件中柵氧 化層的厚度不斷地降低。然而，隨之而來的兩個問題成為了阻礙集成電路進(jìn)一步發(fā)展的重 要因素：漏電和擊穿。當(dāng)柵氧化層的厚度低于20A，由于量子隧道效應(yīng)，載流子能流過這個 超薄柵介質(zhì)，并且載流子隧穿幾率隨著氧化層的厚度的減少按指數(shù)規(guī)律上升。當(dāng)集成電路 中MOSFET工作時，電荷流過器件導(dǎo)致在柵介質(zhì)層和Si02/Si界面產(chǎn)生缺陷，當(dāng)臨界缺陷密 度達(dá)到時，柵介質(zhì)層發(fā)生擊穿，導(dǎo)致器件失效。當(dāng)技術(shù)節(jié)點到45納米以下，傳統(tǒng)的SiON柵 介質(zhì)已經(jīng)不能滿足器件的漏電和擊穿要求，不僅由于漏電過大導(dǎo)致器件無法正常工作，而 且經(jīng)時擊穿（TDDB)不能滿足可靠性要求。
[0003] 由驅(qū)動電流和柵電容的公式可知，柵電容越大，驅(qū)動電流越大；而柵極介質(zhì)層介電 常數(shù)越大，柵電容越大。
[0004] Id~μ/L g*Cox (Vdd-Vth) 2
[0005] Cox= kA/d
[0006] 其中Id為驅(qū)動電流，μ為載流子迀移率，Lg為柵極長度，C cix為柵電容，Vdd為工作 電壓，Vth為閾值電壓，k為柵極介質(zhì)層介電常數(shù)，A為器件面積，d為柵極介質(zhì)層厚度。
[0007] 因此，需要一種替代的柵極介質(zhì)層材料，不但要有夠厚的實際厚度來降低漏電流 密度和加強(qiáng)經(jīng)時擊穿（TDDB)可靠性要求，而且能提供高的柵極電容來增加驅(qū)動電流。為了 達(dá)到上述目的，替代的柵極介質(zhì)層材料所具有的介電常數(shù)需要高于傳統(tǒng)的氮氧化硅（SiON) 的介電常數(shù)。因此在45納米技術(shù)節(jié)點以下，迫切需要采用新型的高K柵介質(zhì)如Hf基、Zr或 Al的氧化物來取代SiON。
[0008] 高K柵介質(zhì)常用的制備流程為：1.高K前清洗；2.超薄Si02或SiON層生長；3.高 K介質(zhì)層沉積；4.高K后退火。
[0009] 由于高K柵介質(zhì)材料主要以金屬氧化物為主，在制備過程中必定有氧的存在，而 氧與硅的反應(yīng)會在高K介質(zhì)層與硅襯底之間形成二氧化硅或硅化物的界面氧化層，由于該 氧化層的存在使得氧化物等效厚度（EOT)的縮小變得困難。為了抑制該氧化層的生成，需 要在高K介質(zhì)層沉積之前生長一層高品質(zhì)的超薄SiO 2S SiON層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在上述缺陷，提供一種用于制備 高K介質(zhì)層的方法，通過降低擴(kuò)散到硅襯底的含氧基團(tuán)濃度，能夠降低由于高K后退火引起 的高K界面層厚度的增加，從而降低氧化物等效厚度（EOT);另外，High K后退火工藝中多 晶硅或非晶硅與High K反應(yīng)生成MSixOy (Μ為Hf、Zr、Ti或Al)，而所生成的MSixOy有更 高的結(jié)晶溫度，為后續(xù)的退火工藝提供更大的工藝窗口。
[0011] 為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于制備高K介質(zhì)層的方法，包 括：提供半導(dǎo)體硅襯底；對半導(dǎo)體硅襯底執(zhí)行高K介質(zhì)層沉積之前的前清洗；生長SiO 2層或 SiON層；在SiOJl或SiON層沉積高k介質(zhì)層；在高K介質(zhì)層上沉積多晶硅或非晶硅覆蓋 層；高K介質(zhì)層沉積之后執(zhí)行后退火；濕法去除高K介質(zhì)層表面的多晶硅或非晶硅覆蓋層 及多晶硅或非晶硅覆蓋層上面的SiOJl或SiON層。
[0012] 優(yōu)選地，生長的SiOJl或SiON層的厚度為5~IOA。
[0013] 優(yōu)選地，原位水汽生成的工藝條件為：溫度為600~950°C，工藝氣體為Ν20+Η2+Ν 2。
[0014] 優(yōu)選地，在生長SiOJl或SiON層時，利用爐管、快速熱氧化或原位水汽生成來生 長SiOJi，或者利用爐管或原位水汽生成來生長SiON層。
[0015] 優(yōu)選地，高k介質(zhì)層的厚度為3.0~網(wǎng)具例如.40A。
[0016] 優(yōu)選地，所述高K介質(zhì)層為HfO2層、ZrO 2層、TiO 2層或Al 203層。
[0017] 優(yōu)選地，多晶硅或非晶硅覆蓋層的厚度為5A~300A。
[0018] 優(yōu)選地，沉積多晶覆蓋層的工藝條件為：工藝氣體為SiH4S Si 2H6，溫度為620°C~ 700°C，工藝設(shè)備為化學(xué)汽相沉積腔體或低壓力化學(xué)氣相沉積爐管；優(yōu)選地，沉積非晶硅覆 蓋層的工藝條件為：工藝氣體為SiH 4S Si 2H6，溫度為400°C~550°C，工藝設(shè)備為化學(xué)汽相 沉積腔體或低壓力化學(xué)氣相沉積爐管。
[0019] 優(yōu)選地，在后退火中將N2、N20、NO、O2或其混合氣作為退火氣體。
[0020] 優(yōu)選地，后退火的工藝條件為：工藝溫度為500~900°C，例如800°C，N2流量為 20Slm，O 2流量為0~lOSlm，例如5Slm，NO流量為0~lOSlm，N 20流量為0~lOSlm，工藝 時間為〇. 2~5分鐘，例如2分鐘。
[0021] 本發(fā)明尤其適合于45納米以下高K介質(zhì)層的制備方法，確切地講，本發(fā)明在高K 介質(zhì)層之后形成多晶硅或非晶硅覆蓋層，作為高K后退火的緩沖層，來降低由于高K后退火 引起的高K界面層厚度的增加，從而降低氧化物等效厚度；另外，High K后退火工藝中多晶 硅或非晶硅與High K反應(yīng)生成MSixOy (M為Hf、Zr、Ti或Al)，而所生成的MSixOy有更高 的結(jié)晶溫度，為后續(xù)的退火工藝提供更大的工藝窗口。
【附圖說明】
[0022] 結(jié)合附圖，并通過參考下面的詳細(xì)描述，將會更容易地對本發(fā)明有更完整的理解 并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點和特征，其中：
[0023] 圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于制備高K介質(zhì)層的方法的流程 圖。
[0024] 需要說明的是，附圖用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結(jié)構(gòu)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(biāo)有相同或者類似的標(biāo)號。
【具體實施方式】
[0025] 為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明的內(nèi) 容進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0026] 本發(fā)明是在尚k沉積之后引入多晶娃或非晶娃覆蓋層，作為尚K后退火的緩沖層， 在高K后退火工藝中多晶硅與高K反應(yīng)生成MSixOy (M為Hf、Zr、Ti或Al)，降低擴(kuò)散到硅 襯底的含氧基團(tuán)濃度，來降低由于高K后退火引起的高K界面層厚度的增加，從而降低氧化 物等效厚度；另外，H