[发明专利]一种铪硅铝氧氮高介电常数栅介质的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米特征尺寸半导体器件制备技术领域，尤其涉及一种用 于纳米尺度P型金属氧化物半导体器件制造的铪硅铝氧氮(HfSiAlON) 高介电常数栅介质的制备方法，以解决随着小尺寸器件栅介质厚度的减薄 而带来栅介质漏电急剧上升和功耗严重增大的问题，同时有利于解决P型 金属氧化物半导体器件金属栅功函数调整的问题。

背景技术

40多年来，集成电路技术按摩尔定律持续发展，特征尺寸不断缩小， 集成度不断提高，功能越来越强。随着器件尺寸的不断减小，栅氧化层厚 度随之减薄。

目前，金属氧化物半导体晶体管(MOSFET)的特征尺寸已进入亚50 纳米，栅氧化层厚度已减小到1.2纳米以下。栅氧化层如此之薄，如果仍 采用传统氧化硅或氮化氧化硅栅介质，直接隧穿电流将成指数规律急剧增 加。

依据2007年国际半导体技术发展路线图(ITRS2007)预测，到2008 年，平面体硅器件氮化氧化硅栅介质漏电流将达到9×10²A/cm²，超过器件 所能承受的极限，将必须采用高介电常数材料作为栅介质。其原因是，在 同样等效氧化层厚度下，高介电常数材料具有更厚的物理厚度，使栅与沟 道间直接隧穿电流大大减小，功耗显著降低。

2007年，英特尔公司在45纳米技术节点开始引入高介电常数栅介质 和金属栅技术，并应用于其新型处理器的制作。AMD和IBM等大型半导 体公司也开始将研发重点转移到高介电常数栅介质和金属栅技术。

虽然近几年在高介电常数栅介质/金属栅研究领域已取得了很多成果 并开始应用于产业，但仍然存在许多问题需要进一步改进。伴随半导体技 术的发展，对高介电常数栅介质材料提出了更高的要求，例如高的介电常 数、优良的热稳定性和可靠性等。同时，要求高介电常数栅介质材料的采 用有利于与金属栅技术相结合。因此，高介电常数栅介质/金属栅技术的发 展任重而道远。

为了获得合适的阈值电压，通常要求PMOS金属栅材料的功函数在 5.2eV附近，然而具有如此高功函数的金属材料化学稳定性好，难于刻蚀， 且非常昂贵，例如铂和金等。研究发现，在栅介质中引入铝有利于PMOS 金属栅功函数的调整。基于这种思想，本发明提出了一种铪硅铝氧氮高介 电常数栅介质的制备方法，并采用溅射淀积的方法进行制备。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的在于提供一种铪硅铝氧氮高介电常数栅介质的制 备方法，以解决随着小尺寸器件栅介质厚度的减薄而带来栅介质漏电急剧 上升和功耗严重增大的问题，同时，这项技术有利于促进金属栅电极平带 电压向正向移动，即有利于PMOS金属栅功函数的调整。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种铪硅铝氧氮高介电常数栅介质的 制备方法，该方法是在铪硅铝氧氮高介电常数栅介质的上下表面处淀积氮 化铝薄膜，再经高温退火形成铪硅铝氧氮高介电常数栅介质，该方法包括：

清洗硅片；

对清洗后的硅片进行淀积前氧化；

在氧化后的硅片上淀积铪硅铝氧氮高介电常数栅介质；

对淀积了铪硅铝氧氮高介电常数栅介质的硅片进行超声清洗；

对清洗后的硅片进行淀积后退火；

在退火后的硅片上形成金属栅；

对形成金属栅的硅片进行淀积后退火；

背面溅铝并进行合金处理。

上述方案中，所述清洗硅片的步骤包括：先用常规方法清洗，再用氢 氟酸/异丙醇/水在室温下浸泡1至10分钟，然后去离子水冲洗，甩干。

上述方案中，所述常规方法为在3#液中清洗10分钟，然后在1#液中 清洗5分钟；所述3#液是体积比为(3～5)∶1的H₂SO₄+H₂O₂溶液，所述 1#液是体积比为(1～0.7)∶1∶5的NH₄OH+H₂O₂+H₂O溶液。

上述方案中，所述对清洗后的硅片进行淀积前氧化的步骤包括：在含 有微量氧气的氮气中600至800℃温度下快速热氧化30至120秒，生成5 至8埃的氧化层。