[发明专利]一种改善高阻SOI衬底上高介电常数栅介质性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子领域，涉及一种改善高阻SOI衬底上高介电常数栅介质性能的方法。

背景技术

随着微电子技术的迅猛发展，高性能、高集成度、多功能IC的研发对材料的要求越来越苛刻，绝缘体上的硅(Silicon on insulator，SOI)材料是新型硅基集成电路材料，被誉为“21世纪的新型硅基集成电路技术”。当采用高阻SOI(HRSOI)衬底时，可切断衬底注入噪声通道，降低电容耦合，减小与衬底相关的射频损耗，进而提高有源器件和无源器件性能，尤其是HRSOI衬底在与射频电路、压控振荡器和低噪声放大器等合成时还可进一步突出模拟/数字混合电路的优势，使它们在工作期间具有更高、更稳定的性能以适应各种工艺的变化和扰动效应。

根据“摩尔定律”，单芯片上的晶体管数量应当每2年增加一倍。但是，作为电子元器件栅介质的传统材料——SiO₂的减薄有其内在物理极限，超过此极限将导致器件的隧穿漏电流、针孔缺陷、性能失效等问题愈发严重。因此，一些集成电路研究和制造机构已经开始探索，在集成电路当中，采用一些取代SiO₂的高介电常数栅介质材料，如Intel公司已研发出45纳米高k制程技术。

H_fO₂薄膜具有较理想的介电常数、禁带宽度、以及导价带偏移，是公认的可以替代SiO₂的高k栅介质。但是HfO2薄膜的结晶温度通常低于700℃，导致漏电增大、界面态密度增大、电学性能重复性差等问题出现；另外，Si和O元素在HfO₂薄膜中的扩散速率很高，在界面和薄膜中非常容易形成铪基酸化物以及铪基硅酸盐，进而降低HfO₂薄膜性能。

注氧隔离技术制备的HRSOI衬底的顶层硅内各种缺陷密度远大于体硅，在HRSOI衬底上生长HfO₂薄膜过程中会造成界面层的过渡生长以及O和Si的大量扩散，严重制约HRSOI上高k栅介质技术的发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种改善高阻SOI衬底上高介电常数栅介质性能的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种改善高阻SOI衬底上高介电常数栅介质性能的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一，将高阻SOI衬底进行预处理，然后装入薄膜沉积腔内；

步骤二，在高阻SOI衬底的上表面原位生长厚度不大于1nm的Al₂O₃薄膜；

步骤三，在所述Al₂O₃薄膜上原位生长厚度不大于30nm的HfO₂薄膜；

步骤四，在所述HfO₂薄膜上原位沉积吸氧金属盖帽层；

步骤五，退火处理。

作为本发明的一种优选方案，所述薄膜沉积腔为超高真空电子束蒸发腔。

作为本发明的另一种优选方案，步骤一中，所述预处理的具体方法为：利用标准半导体工艺对所述高阻SOI衬底进行清洗，然后将清洗后的高阻SOI衬底放在稀释的HF中浸泡1分钟。

作为本发明的再一种优选方案，步骤二中，所述Al₂O₃薄膜的详细生长方法为：将所述高阻SOI衬底加热到300℃后，通过超高真空电子束蒸发Al₂O₃陶瓷靶，在所述高阻SOI衬底的原位生长Al₂O₃薄膜。

作为本发明的再一种优选方案，步骤三中，所述HfO₂薄膜的详细生长方法为：通过超高真空电子束蒸发HfO₂陶瓷靶，在所述Al₂O₃薄膜的原位形成HfO₂薄膜，所述HfO₂薄膜为非晶HfO₂高k栅介质薄膜。

作为本发明的再一种优选方案，步骤四中，所述吸氧金属盖帽层的详细生长方法为：通过电子束蒸发金属靶，在所述HfO₂薄膜的原位形成吸氧金属盖帽层。

作为本发明的再一种优选方案，所述金属靶为Ti金属靶，所述吸氧金属盖帽层为Ti金属盖帽层。

作为本发明的再一种优选方案，步骤四中，所述吸氧金属盖帽层形成后，利用选择湿法刻饰未反映的吸氧金属和反映产物。