氧化铪薄膜沉积方法技术

本发明专利技术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。应用本发明专利技术，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。

【技术实现步骤摘要】
氧化铪薄膜沉积方法
本专利技术涉及半导体
，具体地，涉及一种氧化铪薄膜沉积方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。为实现本专利技术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。可选地，所述加热步骤，进一步包括：升温步骤，以第一加热功率对所述晶片进行加热；匀热步骤，以第二加热功率对所述晶片进行加热；循环交替执行所述升温步骤和所述匀热步骤，直至去除所述晶片表面的杂质；其中，所述第二加热功率小于或等于所述第一加热功率的二分之一。可选地，所述冷却步骤，进一步包括：将沉积有所述氧化铪薄膜的所述晶片传输至冷却腔；从所述冷却腔的顶部或侧部通入第一冷却气体，用以自沉积有所述氧化铪薄膜的一侧对所述晶片进行冷却；从所述冷却腔的基座通入第二冷却气体，用以自背离所述氧化铪薄膜的一侧对所述晶片进行冷却。可选地，所述第一冷却气体的流量的取值范围为60sccm-100sccm，所述第二冷却气体的流量的取值范围为10sccm-20sccm。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的氧化铪薄膜沉积方法，通过在磁控溅射前对晶片进行加热，以确保作为衬底的晶片表面洁净及晶片表面具有一定温度，以有利于后续磁控溅射过程。并在进行磁控溅射沉积形成氧化铪薄膜的过程中采用脉冲直流电源，可以适当延缓铪原子或铪离子向晶片运动的时间，有利于氧气分子和铪原子或铪离子充分反应。且可以避免使铪靶材的表面温度过高而被氧化等，从而有利于维持靶材表面成分，使得磁控溅射工艺可以重复进行。解决了现有技术中采用直流电源一直溅射，导致靶材中毒，无法重复进行工艺，只能每两三次工艺后，就进行烧靶的问题。继而提高了氧化铪薄膜的产能和连续磁控溅射工艺后晶片的均匀性，保证了磁控溅射的工艺结果稳定性及产品良率。且在磁控溅射后对氧化铪薄膜进行冷却处理，以使氧化铪薄膜释放应力，使得氧化铪薄膜的致密性、均匀性更好、粗糙度更低，继而可以提高氧化铪薄膜的电学和光学性能，有利于氧化铪薄膜的大规模生产。附图说明图1为本申请实施例提供的氧化铪薄膜沉积方法流程图；图2为采用本申请实施例中应用的某磁控溅射设备的结构示意图；图3为应用本申请某实施例提供的氧化铪薄膜沉积方法得到的氧化铪薄膜在显微镜下的光学图像；图4为应用本申请某实施例提供的氧化铪薄膜沉积方法得到的氧化铪薄膜的均匀性曲线图。具体实施方式下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”和“该”也可包括复数形式。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。下面结合附图以具体的实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。目前，在氧化铪薄膜的制备过程中，由于采用现有的磁控溅射工艺无法制备出表面均匀性较好、介电常数较高的氧化铪薄膜，则通常采用如前述的原子层沉积工艺制备，但是采用原子层沉积工艺制备氧化铪薄膜沉积速度较慢、成本较高。鉴于此，本申请实施例提供了一种基于磁控溅射工艺的氧化铪薄膜沉积方法，可以在较低成本的前提下较快速地制备出均匀性较好、介电常数较高的氧化铪薄膜。请参阅图1，为本实施例提供的氧化铪薄膜沉积方法的流程图，该氧化铪薄膜沉积方法包括：加热步骤S1，对晶片进行加热，以去除晶片表面上的杂质。在本实施例中，采用磁控溅射工艺在晶片上沉积氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化铪薄膜沉积方法，其特征在于，包括：/n加热步骤，对晶片进行加热，以去除所述晶片表面上的杂质；/n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；/n冷却步骤，对沉积有所述氧化铪薄膜的所述晶片进行冷却。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化铪薄膜沉积方法，其特征在于，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。


2.根据权利要求1所述的氧化铪薄膜沉积方法，其特征在于，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。


3.根据权利要求2所述的氧化铪薄膜沉积方法，其特征在于，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。


4.根据权利要求2所述的氧化铪薄膜沉积方法，其特征在于，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。


5.根据权利要求2所述的氧化铪薄膜沉积方法，其特征在于，所述预定时长为40s-60s。


6.根据权利要求2所述的氧化铪薄膜沉积方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡烁鹏，宋海洋，高晓丽，刘菲菲，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11