[发明专利]氧化铪薄膜沉积方法

说明书

本发明提供一种氧化铪薄膜沉积方法，包括：加热步骤，对晶片进行加热，以去除晶片表面上的杂质；磁控溅射步骤，采用脉冲直流电源并以磁控溅射方法在晶片上沉积形成氧化铪薄膜；冷却步骤，对沉积有氧化铪薄膜的晶片进行冷却。应用本发明，采用脉冲直流电源以磁控溅射方法沉积氧化铪薄膜，且在磁控溅射前对晶片进行加热，在磁控溅射后对氧化铪薄膜进行冷却处理，使得氧气分子和铪原子或铪离子能够充分反应，且没有引入杂质，保证了氧化铪薄膜的纯度，使得氧化铪薄膜的致密性、均匀性更好、粗糙度更低，从而可以在较低成本、较快地沉积速率下得到电学、光学性能较好的高质量氧化铪薄膜，有利于氧化铪薄膜的大规模生产。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体地，涉及一种氧化铪薄膜沉积方法。

背景技术

随着技术的发展，人们发现氧化铪(HfO₂)具有一系列的优异性能，如较高的介电常数、较大的禁带宽度、适中的价带和导带偏移及良好的热稳定性等特点。而HfO₂薄膜作为一种高介电常数材料(介电常数高)，对Si的导带偏移大于1eV，可以在厚度减薄的情况下有效抑制隧穿电流的产生，同时，HfO₂具有与Si接触良好的热力学稳定性和良好的晶格匹配特性，所以，采用高介电性能的HfO₂代替原本的二氧化硅栅极绝缘层，可以解决原本处理器芯片变小会出现漏电流的问题，也因此使得HfO₂成为了目前最有希望代替二氧化硅栅极绝缘层的新型材料。

目前，通常采用原子层沉积(ALD)技术，以含铪元素的前驱体(通常会用到两种)与去离子水作为反应物制备高介电常数的氧化铪薄膜，并对氧化铪薄膜进行各种表面处理，以改善其电学和光学性能。

但通过ALD技术制备氧化铪薄膜的过程中，需要多次干抽腔室，而干抽腔室，很难使得过量前驱体或副产物完全去除，则不可避免地会引入杂质，影响薄膜纯度；且该方法容易形成氧空位，降低氧化铪薄膜的致密性，影响HfO₂的光学及电学性能等；再者，该方法的沉积速率较慢，且成本较高，不利于大规模批量生产；另外，两种前驱体同时进入真空泵，会形成化学气相沉积反应，影响真空泵的使用寿命。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种氧化铪薄膜沉积方法，从而可以在较低成本、较快地沉积速率下得到电学、光学性能较好的高质量氧化铪薄膜。

为实现本发明的目的而提供一种氧化铪薄膜沉积方法，包括：

加热步骤，对晶片进行加热，以去除所述晶片表面上的杂质；

磁控溅射步骤，采用脉冲直流电源并以磁控溅射方法在所述晶片上沉积形成氧化铪薄膜；

冷却步骤，对沉积有所述氧化铪薄膜的所述晶片进行冷却。

可选地，所述磁控溅射步骤包括：

向反应腔室内通入预定流量比的氧气和惰性气体，且保持所述流量比不变；

在经过预定时长之后，开启脉冲直流电源，所述脉冲直流电源以预定频率、预定占空比向铪靶材施加溅射功率。

可选地，所述氧气与所述惰性气体的所述预定流量比的取值范围为1:1～2.5:1。

可选地，所述磁控溅射步骤中，自所述反应腔室的顶部或侧部通入所述惰性气体；同时，自基座向所述基座与所述晶片之间的间隙通入所述惰性气体，以能够对所述晶片进行冷却。

可选地，所述预定时长为40s-60s。

可选地，所述脉冲直流电源的频率取值范围为180kHz～220kHz，占空比的取值范围为8％～12％，所述溅射功率的取值范围为2kW-3kW。

可选地，所述加热步骤采用的加热温度的取值范围为140℃-160℃，所述加热步骤采用的加热时长为50s-60s。