界面層的形成方法
2023-10-17 11:32:04
專利名稱：界面層的形成方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造技術，更具體地說，涉及一種界面層的形成方法。
背景技術：
隨著半導體技術的發展，具有更高性能和更強功能的集成電路要求更大的元件密度，隨著CMOS器件尺寸進入深亞微米時代，傳統器件中氧化矽(SiO2)的柵介質層厚度不斷減小，使漏電不斷增加，為此，開始採用介電常數遠大於SiO2的高k介質材料來代替傳統的SiO2來作為柵介質層。目前，以「高k-金屬柵」(High K Dielectric Metal Gate，HKMG)技術為核心器件柵工程研究是32納米及以下技術中最有代表性的核心工藝。然而，傳統的SiO2的柵介質層是通過在矽(Si)襯底上熱生長形成的，同Si襯底之間有完美的晶格匹配，而高k介質材 料和矽襯底之間的晶格匹配遠差於SiO2的柵介質層，從而界面特性較差。目前，通過在高k的柵介質層和襯底之間形成一層氧化矽或氮氧化矽的超薄界面層來優化高k的柵介質層與襯底間界面特性。然而，問題在於，為了不影響器件的性能，該氧化矽或氮氧化矽的界面層必須是超薄的，通常在IOA以內，而目前大多數傳統的設備形成的界面層的厚度在20A以上，如此薄的界面層就需要更加先進設備來完成，這樣會提高製造成本，因此，有必要提出一種超薄界面層的製造方法，其能夠利用傳統的設備實現。
發明內容
本發明提供一種界面層的形成方法，形成了薄的界面層，降低了製造成本。為實現上述目的，本發明實施例提供了如下技術方案提供襯底；通過熱生長，在所述襯底上形成第一厚度的界面層；去除部分界面層，使所述界面層的厚度降低為第二厚度。可選地，所述襯底為矽襯底或SOI襯底。可選地，形成界面層的方法為通過熱生長在所述襯底上形成第一厚度的氧化矽或氮氧化矽的界面層。可選地，所述第一厚度為大於20A。可選地，所述第二厚度為小於llA。可選地，去除部分界面層的方法為通過溼法腐蝕去除部分界面層，使所述界面層的厚度降低為第二厚度。可選地，所述溼法腐蝕的溶液為HF和H2O的混合溶液。可選地，所述HF和H2O的混合溶液中添加有IPA。可選地，所述混合溶液的配比為HF H2O = 200 1，或者HF H2O IPA =1800 : 9 : O. 3。
可選地，在使所述界面層的厚度降低為第二厚度後，還包括在所述第二厚度的界面層上依次形成高k柵介質層和金屬柵極。與現有技術相比，上述技術方案具有以下優點本發明實施例的界面層的形成方法，通過熱生長方法形成第一厚度的界面層，這樣可以採用目前任意的傳統設備來製備出較厚的界面層，而後，去除部分界面層，使其厚度降低為較薄的界面層，都採用現有的設備來實現，而無需增加昂貴的新設備來製備，就能滿足高k-金屬柵器件對界面層的要求，降低了製造成本。
通過附圖所示，本發明的上述及其它目的、特徵和優勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。並未刻意按實際尺寸等比例縮放繪製附圖，重點在於示出本發明的主旨。圖I為本發明實施例的界面層的形成方法的流程圖； 圖2-圖4為本發明實施例形成界面層的示意圖；圖5本發明實施例形成的SiO2界面層的界面特性與先進設備直接形成的相同厚度的SiO2界面層的界面特性對比圖。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。其次，本發明結合示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便於說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本發明保護的範圍。此外，在實際製作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。正如背景技術描述的，在進入32納米及以下技術時代後，「高k_金屬柵」為核心器件柵工程研究的重點，然而，傳統的SiO2的柵介質層是通過在矽(Si)襯底上熱生長形成的，同Si襯底之間有完美的晶格匹配，而高k介質材料和矽襯底之間的晶格匹配遠差於SiO2的柵介質層，從而界面特性較差，因此，通過在高k的柵介質層和襯底之間形成一層氧化矽或氮氧化矽的超薄界面層來優化高k的柵介質層與襯底間界面特性。而本發明提供了一種界面層的形成方法，採用現有的傳統設備，就能形成用於高k_金屬柵器件的較薄的界面層，改善了高k柵介質層與襯底之間的界面特性，無需增加昂貴的新設備來製備，降低了製造成本。所述形成方法包括提供襯底；通過熱生長，在所述襯底上形成第一厚度的界面層；去除部分界面層，使所述界面層的厚度降低為第二厚度。在本發明中，通過熱生長形成較厚的界面層後，去除一部分，從而形成較薄的界面層。
為了更好的理解本發明，以下將結合流程圖和具體的實施例對本發明進行詳細的說明。參考圖1，圖I為本發明界面層的形成方法的流程圖。在步驟SI，提供襯底100，參考圖2。在本發明中，所述襯底100可以矽襯底(例如矽片)，在實際運用中，還可以包括其他元素半導體或化合物半導體，例如Ge、SiGe, GaAs, InP或SiC等。根據現有技術公知的設計要求(例如P型襯底或者η型襯底)，所述襯底100可以包括各種摻雜配置。此外，可選地，襯底可以包括外延層，還可以為疊層半導體，例如Si/SiGe、SOI (絕緣體上矽)或SGOI (絕緣體上鍺矽)。在本發明優選的實施例中，所述襯底100為矽襯底或SOI襯底。 在步驟S2，通過熱生長，在所述襯底100上形成第一厚度dl的界面層110，參考圖2。可以採用傳統工藝中的熱生長的方法來形成界面層110，可以在高溫擴散爐中或其他常用設備來生長，熱生長形成的界面層110與襯底100晶格匹配完美，具有良好的界面特性，但厚度較厚，可以為20 A以上或不同設備形成的其他厚度。在矽襯底或SOI襯底的實施例中，可以在高溫擴散爐中通過熱氧化形成第一厚度的氧化矽的界面層，還可以在高溫擴散爐中通過熱氧化形成氧化矽後，進一步進行氮化，從而形成第一厚度的氮氧化矽的界面層。在本發明優選的實施例中，通過在高溫擴散爐中形成界面層，生長的溫度範圍為800-850°C，在氣體N2中摻入O2氣體，形成SiO2的界面層，在其中一個實施例中，SiO2的界面層的第一厚度為20.82A。在步驟S3，去除部分界面層，使所述界面層110的厚度降低為第二厚度d2，參考圖3。可以通過溼法腐蝕或其他去除速度較慢的方法去除部分界面層，從而使界面層110的厚度降低為第二厚度d2，可以根據將要形成的高k_金屬柵器件的需求設定界面層的所述第二厚度d2，可以為小於I1A或其他厚度。在本發明優選的實施例中，通過溼法腐蝕去除部分SiO2的界面層，在本發明優選的實施例中，所述溼法腐蝕的溶液為HF和H2O的混合溶液，所述HF和H2O的混合溶液可以選擇較稀釋的溶液，使刻蝕速度較慢，以防出現過刻蝕，在其中一個實施例中，所述HF和H2O的混合溶液的比例為HF H2O = 200 1，該溶液的配比使腐蝕速度較低，可以在0.2A/s左右，在其中一個更優的實施例中，所述HF和H2O的混合溶液中添加有IPA，以形成保護膜，防止襯底同空氣接觸時由於黏附空氣中的顆粒導致襯底表面沾汙，在一個實施例中，所述混合溶液的配比為HF H2O IPA = 1800 9 O. 3，該溶液的配比使腐蝕速度較低，可以在0.2A/S左右，將上述第一厚度為20.82A的SiO2的界面層放入所述配比的混合溶液中，漂洗50s左右，可以將該SiO2的界面層的厚度降低至10.83A左右，從而形成了更薄的界面層，無需特殊設備且能用於形成高k-金屬柵器件，改善高k-金屬柵器件的界面特性。而後，如圖4所示，可以在具有第二厚度的界面層上依次形成所需的高k柵介質層120和金屬柵極130等等，所述高k柵介質層120為高k介質材料(例如，和氧化矽相比，具有高介電常數的材料)，高k介質材料例如鉿基氧化物，HF02, HfSiO, HfSiON, HfTaO, HfTiO等，所述金屬柵極130可以為一層或多層結構，可以包括金屬材料或多晶矽或他們的組合，金屬材料例如Ti、TiAlx, TiN, TaNx, HfN, TiCx, TaCx等等。此處高k柵介質層和金屬柵極的材料和結構僅為示例，本發明並不限於此。通過上述方法形成的界面層具有良好的界面特性，如圖5所示，圖5為本發明實施例形成的SiO2界面層的界面特性與先進設備直接形成SiO2界面層的界面特性對比圖，兩種方式形成的界面層的厚度都在大約10 A,所述先進設備直接形成SiO2界面層是指通過該設備直接形成具有目標厚度的薄的界面層，其中，橫坐標E-EV指各能帶位置到價帶的距離，縱坐標Dit指界面態密度， 為本發明實施例的方法形成的界面層在不同能帶處的界面態密度，■為先進設備直接形成的界面層在不同能帶處的界面態密度，通常地，在O. 5V為禁帶中央，可以看出，在該點處，兩種方法形成的SiO2界面層界面態密度相當，也就是說，通過本發明提供的方法，通過傳統設備形成較厚界面層後，去除一部分而形成較薄的界面層，具有同先進設備直接氧化形成較薄界面層相當界面態密度，能夠滿足高k-金屬柵器件對界面層的要求，從而降低了製造成本。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制。雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而並非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案保護的範圍內。
權利要求
1.一種界面層的形成方法，其特徵在於，包括 提供襯底； 通過熱生長，在所述襯底上形成第一厚度的界面層； 去除部分界面層，使所述界面層的厚度降低為第二厚度。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述襯底為矽襯底或SOI襯底。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，形成界面層的方法為通過熱生長在所述襯底上形成第一厚度的氧化矽或氮氧化矽的界面層。
4.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述第一厚度為大於201。
5.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述第二厚度為小於11A。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的方法，其特徵在於，去除部分界面層的方法為通過溼法腐蝕去除部分界面層，使所述界面層的厚度降低為第二厚度。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述溼法腐蝕的溶液為HF和H2O的混合溶液。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述HF和H2O的混合溶液中添加有IPA。
9.根據權利要求7或8所述的方法，其特徵在於，所述混合溶液的配比為HF H2O =200 1，或者 HF H2O IPA= 1800 : 9 : O. 3。
10.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在使所述界面層的厚度降低為第二厚度後，還包括在所述第二厚度的界面層上依次形成高k柵介質層和金屬柵極。
全文摘要
本發明實施例公開了一種界面層的形成方法，包括提供襯底；通過熱生長，在所述襯底上形成第一厚度的界面層；去除部分界面層，使所述界面層的厚度降低為第二厚度。通過本發明，可以採用目前的任意傳統設備來製備出較厚的界面層，而後，去除部分界面層，使其厚度降低為較薄的界面層，都採用現有的設備來實現，而無需增加昂貴的新設備來製備，就能滿足高k-金屬柵器件對界面層的要求，降低了製造成本。
文檔編號H01L21/283GK102789973SQ20111013007
公開日2012年11月21日 申請日期2011年5月18日 優先權日2011年5月18日
發明者徐秋霞, 李俊峰, 熊文娟 申請人:中國科學院微電子研究所