[发明专利]氧化铪薄膜的制造方法

说明书

本发明公开了一种氧化铪薄膜的制造方法，包括步骤：步骤一、对半导体衬底进行第一次表面处理并在半导体衬底上形成羟基分布；步骤二、将半导体衬底放置到氧化铪薄膜生长腔体中，进行在位的第二次表面处理，利用第二次表面处理为在位处理的特点使半导体衬底上的羟基分布均匀；步骤三、进行氧化铪薄膜生长。本发明能改善氧化铪薄膜的均匀性，当氧化铪薄膜作为栅介质层时能降低栅极漏电。

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路，特别涉及一种氧化铪(HfO₂)薄膜的制造方法。

背景技术

相对于氧化硅，氧化铪具有更高的介电常数(HK)，故在半导体制造领域中，在28nm以下的逻辑电路中通常采用由氧化铪组成的高介电常数材料作为栅介质层，而栅极导电材料层则通常采用金属栅极(MG)，具有高介电常数材料的栅介质层以及金属栅组成的栅极结构在本领域中通常缩写为HKMG。

现有HKMG工艺中，氧化铪材料因具有较高的介电系数，所以氧化铪作为栅介质层能解决栅介质层减薄带来的漏电流过大问题。

现有方法中，通常采用原子层沉积(ALD)工艺制造氧化铪材料层。ALD工艺中工艺气体采用脉冲式充入到反应腔中并且每次反应都形成一层单原子材料层，重复多次形成由多层单原子材料层叠加而成的结构。

在进行ALD层间氧化铪之前，通常需要采用一号液(SC1)对半导体衬底如硅衬底表面进行处理，SC1清洗后的半导体衬底表面会分布羟基(-OH)。但是SC1清洗工艺是位于氧化铪的ALD生长位置外部，是一种移位(ex-situ)处理。当将半导体衬底清洗完成之后再移动到ALD机台中进行氧化铪的ALD生长的时，在移动过程中的环境会影响半导体衬底表面的羟基的分布，从而会使半导体衬底表面的羟基分布不均匀，最后会影响氧化铪生长的均匀性，使氧化铪表面粗糙度增加，在作为栅介质层时容易产生栅极漏极。如图1A至图1E所示，是现有氧化铪薄膜的制造方法各步骤中的器件结构图，现有氧化铪薄膜的制造方法包括如下步骤：

步骤一、如图1A所示，提供半导体衬底101，对所述半导体衬底101进行表面处理，所述表面处理为移位处理，所述表面处理在所述半导体衬底101上形成羟基分布。

所述半导体衬底101为硅衬底。在所述半导体衬底101表面还形成有界面层102。

通常，所述界面层102的材料为氧化硅。

所述表面处理采用一号液进行清洗。

步骤二、将所述半导体衬底101放置到氧化铪薄膜103生长腔体中并进行氧化铪薄膜103生长。

通常，采用ALD工艺生长所述氧化铪薄膜103。

所述ALD工艺中采用的铪源为HfCl₄。

所述ALD工艺中采用的氧源为H₂O。

由图1B至图1D所示可知，所述氧化铪薄膜103为一个原子层一个原子层生长，前三层原子层结构分别如标记103a、103b和103c所示。现有方法中，由于在步骤一中进行所述表面处理之后，所述半导体衬底的表面会受到环境影响而使所述半导体衬底101上的所述界面层102表面的羟基分布变得不均匀，故第一原子层103a也具有不均匀的结构，这也使得后续形成的第二原子层103b和第三原子层103c都具有不均匀的结构，最后使得形成的所述氧化铪薄膜103厚度不均匀。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种氧化铪薄膜的制造方法，能改善氧化铪薄膜的均匀性。

为解决上述技术问题，本发明提供的氧化铪薄膜的制造方法包括如下步骤：

步骤一、提供半导体衬底，对所述半导体衬底进行第一次表面处理，所述第一次表面处理为移位处理，所述第一次表面处理在所述半导体衬底上形成羟基分布。