[发明专利]一种改善硅衬底的方法及得到的硅衬底

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设计及其制造领域，特别涉及一种改善硅衬底的方法以及由此得到的硅衬底。

背景技术

随着半导体行业的发展，具有更高性能和更强功能的集成电路要求更大的元件密度，而且各个部件、元件之间或各个元件自身的尺寸、大小和空间也需要进一步缩小。相应地，为了提高MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)器件的性能需要，提出了一种通过金属硅化物作为界面层来提高栅介质层的介电常数，金属硅化物，例如Hf、Zr或者La等的硅化物具有高介电常数、高电子迁移率和高热稳定性的特点，因此非常适于作为半导体器件的界面层。但是由于在金属硅化物的形成过程中很难控制和调节金属掺杂剂的浓度，其不能够获得设计所需的界面层。

因此需要提出一种新的方法及其半导体器件，能够形成具有特定离子注入能量和剂量的硅衬底，来提高介电常数和载流子迁移率以及改善器件的热稳定性。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题之一，特别是提出一种改善硅衬底的方法，通过将特定能量和剂量的离子注入硅衬底，以提高硅衬底的介电常数和载流子迁移率，以及改善器件的热稳定性。

根据本发明的一个方面，提出了一种改善硅衬底的方法，包括：提供硅衬底；在所述硅衬底上形成硅酸盐(silicate)，其中，所述硅酸盐中的金属离子在所述硅衬底中的预定深度具有最大浓度，所述金属离子的浓度随着与所述预定深度的距离增大而逐渐减小；刻蚀所述硅酸盐并停止在所述预定深度所在平面或接近所述预定深度所在平面。

可选地，在所述硅衬底上形成硅酸盐的方法包括：对所述硅衬底进行金属离子注入，其中，在注入深度上的所述金属离子浓度在所述硅衬底中的预定深度具有最大浓度，所述金属离子的浓度随着与所述预定深度的距离增大而逐渐减小；对所述硅衬底进行氧化，以形成包含所述金属离子的硅酸盐。优选地，对所述硅衬底进行金属离子注入时，在注入深度上的金属离子浓度具有高斯分布。

可选地，在所述硅衬底上形成硅酸盐的方法包括：在所述硅衬底上形成氧化硅；对所述氧化硅和硅衬底进行金属离子注入，以使所述氧化硅形成硅酸盐，其中，所述金属离子在所述氧化硅和硅衬底中的预定深度具有最大浓度，所述金属离子的浓度随着与所述预定深度的距离增大而逐渐减小；其中，所述预定深度位于或接近于硅衬底和氧化硅的界面处。优选地，在对所述氧化硅和硅衬底进行金属离子注入时，所述金属离子的浓度在所述氧化硅和硅衬底中具有高斯分布，高斯分布的峰值位于所述预定深度。

优选地，所述金属离子包括Hf、Zr、La、Ti和Ta之一或其组合；所述硅酸盐包括HfSiO、ZrSiO、LaSiO、TiSiO和TaSiO之一或其组合。

可选地，所述刻蚀所述硅酸盐的方法包括：采用TMAH或KOH湿法刻蚀所述硅酸盐。

优选地，在上述方案中，在深度上所述硅酸盐中的金属离子的浓度具有高斯分布，高斯分布的峰值位于所述预定深度。在本发明的实施例中，所述接近所述预定深度所在平面具体为：与所述峰值所在平面的距离小于等于0.7σ，σ为高斯分布的标准偏差。

根据本发明的另一方面，提供了一种硅衬底，包括分布于所述硅衬底上的金属离子，其中，在所述硅衬底表面上的金属离子具有最大或接近最大的浓度分布。

优选地，所述金属离子包括Hf、Zr、La、Ti和Ta之一或其组合。所述金属离子以硅酸盐的形式存在，所述硅酸盐可以包括HfSiO、ZrSiO、LaSiO、TiSiO和TaSiO之一或其组合。

可选地，在所述硅衬底上可以进一步包括栅堆叠和源/漏区，所述栅堆叠位于所述硅衬底上，所述源/漏区位于所述栅堆叠的两侧且至少部分嵌入所述半导体衬底中。

优选地，衬底上的金属离子浓度具有高斯分布，从所述衬底的表面开始按照高斯分布中的峰值或接近峰值处向同一个方向变化。其中，所述接近峰值具体为：与所述峰值所在平面的距离小于等于0.7σ，σ为高斯分布的标准偏差。

本发明的实施例通过金属离子注入在硅衬底上形成硅酸盐，并且控制金属离子注入的方式使得硅酸盐中金属离子的浓度分布为：在所述硅衬底中的预定深度具有最大浓度，所述金属离子的浓度随着与所述预定深度的距离增大而逐渐减小，金属离子的浓度分布优选具有高斯分布，进一步刻蚀硅衬底表面上的硅酸盐，得到了表面具有最大或接近最大浓度的硅衬底，从而能够利用硅酸盐具有的高介电常数、高载流子电子迁移率和热稳定性的，同时能够很好地控制和调节金属掺杂剂的浓度。

附图说明

图1示出了根据本发明的第一实施例的改善硅衬底的方法的流程图；