[发明专利]与硅之间具有金属氧化物界面的半导体构造的制造方法

说明书

本发明一般说涉及在硅衬底与金属氧化物之间具有硅酸盐界面的半导体构造的制造方法，说得更详细点，涉及具有利用原子层淀积或原子层外延的籽晶层的界面的制造方法。

对于供非易失性高密度存储器和下一代MOS器件使用的例如象铁电或高介电系数氧化物之类的许多器件应用来说，为了进行接下来的在硅上边外延生长金属氧化物薄膜，最为理想的莫过于有一个稳定的硅(Si)表面。为了在接下来要进行的高-k金属氧化物的生长，重要的是在Si表面上建立一个稳定的过渡层。

某些已报道的这些氧化物的生长，例如在Si(100)上边生长BaO和BaTiO₃，基于的是用分子束外延在温度大于850℃以上在Si(100)上边淀积1/4单层Ba的办法形成BaSi₂(立方)模板。例如参看：R.McKeeet al.,Appl.Lett.59(7),pp.782-784(12 Augest 1991)；R.McKee etal.,Appl.Phys.Lett.63(20),pp.2818-2820(15 Novemder 1993)；R.McKee et al.,Mat.Res.Soc.Symp.,Vol.21,pp.131-135(1991)；‘PROCESS FOR DEPOSITING AN EPITAXIALLY ONTO ASILICON SUBSTRATE AND STRUCTURES PREPARED WITHTHE PROCESS’，美国专利(U.S.Patent)5225031号(1993年7月6号出版)，‘PROCESS FOR DEPOSITING EPITAXIAL ALKALINEEARTH OXIDE ONTO A SUBSTRATE AND STRUCTURESPREPARED WITH THE PROCESS’，美国专利5482003号(1996年1月9号出版)。人们还提出了具有c(4^*2)构造的硅化锶(SrSi₂)界面模型。例如参看：R.McKee et al.Phys.Rev.Lett.81(14),3014(5 Octuber1998)。但是所提出的构造的原子级模拟表明，在高温下它似乎不太稳定。

应用SrO缓冲层在硅(100)上边生长SrTiO₃的工作已经实现。例如参看：T.Tambo et al.,Jpn.J.Appl.Phys.,Vol.37(1998),pp.4454-4459。但是，该SrO缓冲层厚(100)，因此限制了在晶体管薄膜中的应用，而且，在生长期间结晶性不能维持。

此外，还应用SrO或TiOx的厚的氧化物层(60-120)，在硅上边生长出了SrTiO₃。例如，参看B.K.Moon et al.,Jpn.J.Appl.Phys.,Vol.33(1004),PP.1472-1477。厚的缓冲层将限制其在晶体管中的应用。

高-k氧化物对于下一代MOSFET产品是非常重要的。典型地说，在所有的已知的这些构造中，他们都准备使用分子束外延(MBE)、脉冲激光淀积(PLD)、溅射和/或金属有机物化学汽相淀积(MOVCD)。在这些类型的制备方法中，要把硅氧化物界面控制为达到低界面陷阱浓度、低漏泄电流，且在诸如8”以上的大的面积内使厚度和组分都很均匀，并均匀地覆盖沟槽，是很困难的。因此，就需要这样一种方法：可以在硅衬底和金属氧化物层之间提供更好的界面，该界面既可简单地制造，又可以控制，而且该方法还应在MOSFET中抑制边缘效应，并适合于大量生产。

因此，本发明的目的之一是提供一种制造对硅来说薄而稳定的硅酸盐界面。

本发明的另一个目的是提供制造与硅之间具有金属氧化物界面的半导体构造的制造方法，该方法对于高生产能力生产是可靠且经得住考验的。

在具有下述步骤的制造半导体构造的方法中，至少是部分地解决了上述那些问题并实现了上述目的。这些步骤是：提供一个具有表面的硅衬底的步骤；在硅衬底的表面上，用原子层淀积(ALD)法，形成一个特征为用硅酸盐材料形成的籽晶层的步骤，和用原子淀积法(ALD)，在籽晶层上边形成一层或多层高介电系数氧化物的步骤。

图1示出了本发明的实施例1的具有在其上边形成的多个氧化物层的干净的半导体衬底剖面图。

图2示出了本发明的具有利用原子层淀积法形成的界面籽晶层的半导体衬底的剖面图。

图3示出了本发明的实施例2的具有在其上边形成的氢层的干净的半导体构造的剖面图。