[发明专利]栅极电介质层制备方法

说明书

本发明公开了一种栅极电介质层制备方法，包括：S1，提供一硅衬底，在硅衬底表面形成界面层；S2，沉积一层高介电常数介质层；S3，进行后沉积退火；S4，沉积一层TiN保护层；S5，沉积一层非晶硅盖帽层；S6，采用等离子氧化法对盖帽层表面进行处理；S7，进行后盖帽层退火；S8，去除盖帽层。本发明可以避免非晶硅发生团聚，以及在多晶硅去除工艺中导致盖帽层残留，同时缩短制备时间。

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路的制造方法，特别是涉及一种栅极电介质层制备方法。

背景技术

半导体集成电路器件尺寸按摩尔定律要求不断缩小，栅极介质的厚度不断减薄，但栅极的漏电流也随之增大。为解决栅极漏电问题，目前主要采用一种高介电常数材料取代传统的SiO2/SiON。目前，高介电常数介质层面对的挑战是维持器件的高驱动电流以及器件可靠性。

从器件可靠性角度出发，在栅极结构中引入非晶硅盖帽层，非晶硅盖帽层可以作为吸氧层，减小高介电常数介质层材质缺陷，但经过后盖帽层沉积退火后，非晶硅发生团聚，在随后的多晶硅去除工艺中，由于非晶硅团聚问题，导致去除时存在残留；

现有技术中，采用Q-time管控方式解决该问题，即非晶硅盖帽层形成后至少6h之后才能进行后盖帽层退火，时间成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种栅极电介质层制备方法，避免非晶硅发生团聚，以及在多晶硅去除工艺中导致盖帽层残留，同时缩短制备时间。

本发明提供的栅极电介质层制备方法，包括：

S1，提供一硅衬底，在硅衬底表面形成界面层；

S2，沉积一层高介电常数介质层；

S3，进行后沉积退火；

S4，沉积一层TiN保护层；

S5，沉积一层非晶硅盖帽层；

S6，采用等离子氧化法对盖帽层表面进行处理；

S7，进行后盖帽层退火；

S8，去除盖帽层。

可选地，在所述步骤S1中，采用湿法臭氧携带方式或原子氧热氧化的方式形成所述界面层，界面层厚度为6至10埃。

可选地，在所述步骤S2中，采用原子层沉积法沉积所述高介电常数介质层，所述高介电常数介质层材质为HfO₂，所述高介电常数介质层厚度为10至30埃。

可选地，在所述步骤S3中，所述后沉积退火的方式可以是匀温退火、尖峰退火、激光退火中的任一种方式。退火温度为700至1200摄氏度。

可选地，在所述步骤S4中，采用原子层沉积法或物理气相沉积法形成所述TiN保护层，所述TiN保护层厚度为10至30埃。

可选地，在所述步骤S5中，采用炉管工艺形成所述非晶硅盖帽层，形成温度为300至450摄氏度,所述非晶硅盖帽层厚度为30至80埃。

可选地，在所述步骤S6中，所述等离子氧化法的作业模式为持续模式或脉冲模式。等离子氧化法的处理时间范围为30秒至10分钟，气体流量范围为100至500毫升每分钟，气体压力范围为5至40托，高频电场的射频功率范围为100至1800瓦，所述气体为纯氧气或含氧的混合气体。

可选地，在所述步骤S7中，所述后盖帽层退火可以是匀温退火、尖峰退火、激光退火中的任一种方式。所述后盖帽层退火的退火温度为700至1200摄氏度。

可选地，在所述步骤S8中，采用湿法氢氟酸以及氨水去除所述盖帽层，氢氟酸作业时间范围为100秒至500秒，氨水作业时间范围为100秒至500秒。