[发明专利]一种利用ALD制备栅介质结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备集成电路器件的技术领域，具体涉及一种利用ALD制备栅介质结构的方法。

背景技术

随着集成电路技术的高速发展，MOS场效应管的特征尺寸的不断缩小，SiO₂作为栅介质材料已不能满足45nm以下集成电路技术发展的需求，利用高k栅介质取代SiO₂栅介质可以在保持等效氧化层不变的条件下增加介质层的物理厚度，从而有效减小栅极漏电。

HfO₂作为一种近期研究较多的栅介质材料，它具有较高的介电常数(相对介电常数约为25)、稳定的化学性质以及足够的能带差。有实验表明，当使用HfO₂作为集成电路中器件的栅介质层的时候，由于其结晶温度低(约为400℃)等缺点，会有很大的迟滞电压，以及较大的漏电流，同时器件的击穿电压也比预期的要低。当使用Al₂O₃作为器件的栅介质时，其折射率和介电常数要比氧化铪的小的多。

通过往HfO₂里面掺杂SiO₂或者Al₂O₃的方法可以提高介质的结晶温度。有报道称Al₂O₃中掺入HfO₂形成HfAlO可以明显改善介质薄膜的热稳定性以及电学性能。除此之外这种掺杂的复合Hf基高k栅介质还具有(1)较强的抗硼穿透能力；(2)更小的平带电压漂移；(3)低的电荷陷阱密度；(4)较高的迁移率等优点，因此复合Hf基高k栅介质逐渐成为近期研究的焦点。这种在HfO₂中掺入Al₂O₃的结构，是首先生长一层HfO₂，之后在前一层上生长一层新的Al₂O₃，这种新的栅极的结构，就是将原来的一层分为两层。在器件的性能上，有相当的文献研究了Al₂O₃/HfO₂叠层做栅介质时其介电常数比较高，同时也没有电压的迟滞，器件的击穿电压也很高，但是它在低电压下的栅极漏电流很大，不能满足器件的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用ALD制备栅介质结构的方法，实现HfO₂和Al₂O₃的交叠生长，提高器件的电学性能。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用ALD制备栅介质结构的方法，包括如下步骤：

步骤(1)，将衬底放入ALD设备的腔室中；

步骤(2)，在所述衬底表面生长单层HfO₂；

步骤(3)，在所述单层HfO₂表面生长单层Al₂O₃；

步骤(4)，重复步骤(2)和步骤(3)，得到HfO₂和Al₂O₃交叠生长的栅介质结构。

上述方案中，在步骤(1)之前，包括如下步骤：对所述衬底进行标准的RCA清洗，使用H₂SO₄:H₂O₂=5:100煮沸5分钟；再用去离子水(DI water)冲洗；然后使用HF:H₂O=5:95浸泡2分钟；最后使用N₂吹干。

上述方案中，在步骤(1)和步骤(2)之间，包括如下步骤：对所述腔室进行抽真空，同时对所述ALD设备的外围需要加热的部件进行加热；待所述腔室的真空抽到1torr以下后，对所述衬底进行加热。

上述方案中，所述步骤(2)具体包括如下步骤：

通过载气向所述腔室通入四甲乙氨铪，所述四甲乙氨铪充分吸附在所述衬底上；

通过吹扫气体将所述腔室内未被吸附的四甲乙氨铪完全清除；

通过载气向所述腔室中通入H₂O，与所述衬底表面吸附的四甲乙氨铪完全反应，反应产物被抽出所述腔室，所述衬底表面生长出单层HfO₂；

通过吹扫气体将所述腔室内未反应的H₂O完全清除。

上述方案中，所述步骤(3)具体包括如下步骤：

通过载气向所述腔室通入三甲基铝，所述三甲基铝充分吸附在所述单层HfO₂的表面；