[发明专利]一种分子尺度界面SiO2的形成和控制方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别指一种适用于CMOS器件的具有超薄等效氧化层厚度(EOT)的金属栅/高K(介电常数)/界面SiO₂的叠层结构的制备，并主要聚焦在分子尺度界面SiO₂的形成方法和器件制备过程中的控制方法。适合于45纳米及以下技术代高性能纳米尺度互补型金属氧化物半导体(CMOS)器件的制备应用。

背景技术

随着CMOS器件的特征尺寸进入到45nm技术节点及以下时，为了大幅度减小栅隧穿电流和栅电阻，消除多晶硅耗尽效应，提高器件可靠性，缓解费米能级钉扎效应，采用金属栅/高K(介电常数)/界面SiO₂栅结构代替传统的poly-Si(多晶硅)/SiO₂栅结构已成为业界的共识。但是金属栅/高K栅介质/界面SiO₂结构仍有许多问题急待解决，如热稳定性问题，界面态问题，小的EOT和低阈值电压的获得等都面临很大的挑战。其中获得等效氧化层厚度(EOT)小的优质高K栅介质膜是大家孜孜以求的，除了要求高K栅介质材料具有适当高的K值外，界面工程-即超薄界面SiO₂的形成是关键。否者EOT很难降下来，因为界面SiO₂的K值低，产生的影响大。但是超薄界面SiO₂的形成比较难，因为自然氧化层一般就有另外流片过程中还可能发生界面SiO₂再生长问题等。

发明内容

本发明的目的在于提供一适用于CMOS金属栅/高K器件的一种分子尺度界面SiO₂的形成和控制方法，以解决EOT很难降下来的问题。

为实现上述目的，本发明提供的适用于CMOS金属栅/高K器件的分子尺度界面SiO₂的形成和控制方法，其主要步骤如下：

1)清洗：分别在先栅工艺的局部氧化隔离或浅槽隔离完成后以及后栅工艺的假栅去净后，进行界面氧化层形成前的清洗，先采用常规方法清洗，然后用氢氟酸/异丙醇/水混合溶液在室温下浸泡，去离子水冲洗，甩干后立即进炉；氢氟酸/异丙醇/水的体积比为0.15-1.5％∶0.01-0.10％∶1％；

2)界面层SiO₂的形成：后栅工艺于500-600℃，先栅工艺于600-800℃下，在N₂中30-90秒快速热退火；

3)高介电常数(K)栅介质薄膜的形成：采用物理气相淀积或原子层淀积方法形成多种高K栅介质膜；

4)淀积高K介质后快速热退火：在N₂中，后栅工艺于500-600℃热退火30-90秒，先栅工艺于800-1000℃下热退火20-40秒；

5)金属栅形成：采用物理气相淀积方法，利用磁控反应溅射淀积金属氮化物栅；

6)在金属栅上磁控反应溅射淀积势垒层；

7)对先栅工艺低压化学气相淀积多晶硅；对后栅工艺磁控溅射淀积低电阻率金属；

8)在栅光刻图形形成后，采用Cl基或F基或它们的混合气体进行等离子刻蚀分别形成多晶硅/金属栅/高K/界面SiO₂叠层栅结构和金属栅/高K/界面SiO₂叠层栅结构；

9)等离子化学气相淀积氮化硅，300-400℃，厚度200-600A；

10)各向异性等离子刻蚀氮化硅形成氮化硅侧墙-1；

11)对先栅工艺，在源漏延伸区注入和侧墙-2形成后，进行源漏注入；

12)对先栅工艺，源漏激活热退火：在N₂保护下，在950-1050℃温度下快速热退火1至15秒；

13)接触和金属化：380-450℃温度下，在合金炉内N₂或N₂+10％H₂中合金退火。

所述的方法，其中，步骤1中的清洗是界面氧化层形成前的清洗，先采用常规方法清洗，然后氢氟酸/异丙醇/水混合溶液在室温下浸泡1分-8分钟。

所述的方法，其中，步骤2中的界面层SiO₂的厚度为0.5-0.7nm；

所述的方法，其中，步骤3中的高K栅介质膜厚为2-5nm。

所述的方法，其中，步骤3中的高K栅介质膜为：HfLaON、HfSiON或HfSiAlON膜。

所述的方法，其中，步骤5中的金属氮化物栅厚为3-40nm；金属氮化物栅为：TiN、TaN、MoN、MoAlN、TiAlN或TiGaN金属栅。