氧化铪栅极介质层的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化铪栅极介质层的制造方法，氧化铪栅极介质层采用分成两个连续阶段的ALD工艺形成；第一阶段的ALD工艺的参数为：依次通入铪源和氧源进行形成氧化铪单原子层的反应，累积重复多次形成第一氧化铪层；第二阶段的ALD工艺的参数为：单原子层的反应气体中在第一阶段的铪源和氧源的基础上增加了氮源的通入，使得单原子层的反应物为氮氧化铪单原子层，累积重复多次形成第二氮氧化铪层；由第一氧化铪层和第二氮氧化铪层叠加形成氧化铪栅极介质层。本发明专利技术能对氧化铪栅极介质层中的氮元素的含量和分布进行有效控制，从而能提高氧化铪栅极介质层的可靠性，且本发明专利技术工艺流程简单以及成本低。

【技术实现步骤摘要】
氧化铪栅极介质层的制造方法
本专利技术涉及一种半导体集成电路的制造方法，特别是涉及一种氧化铪栅极介质层的制造方法。
技术介绍
业界在28nm及以下逻辑电路中采用金属栅极(MG)技术，且金属栅极的栅介质层通常采用高介电常数(HK)材料，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而被应用于栅介质层的制备中，解决了栅极介质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。氧化铪材料层由于自身的稳定性不够，主要是具有较多的悬挂键，所以现有方法在以ALD工艺制备的氧化铪沉积完成之后对其进行等离子体掺氮和退火处理以减少悬挂键的数量。由于现有提高氧化铪材料层的可靠性的方法需要在ALD工艺完成之后额外再增加等离子体掺氮和退火处理的工艺步骤，这会增加工艺的复杂性和成本。如图1所示，是现有氧化铪栅极介质层的制造方法中的器件结构图，首先提供一半导体衬底101，半导体衬底101通常为硅衬底。之后在半导体衬底101的表面形成一层界面层102，界面层102通常为氧化硅。之后再在界面层102的表面采用ALD工艺一次性形成氧化铪栅极介质层103。由于氧化铪栅极介质层103具有较多的悬挂键，故为了提高氧化铪栅极介质层103的可靠性，需要进行如标记104所示的等离子体掺氮处理，之后再进行退火处理。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种氧化铪栅极介质层的制造方法，能提高氧化铪栅极介质层的可靠性，且工艺流程简单以及成本低。为解决上述技术问题，本专利技术提供的氧化铪栅极介质层的制造方法中，化铪栅极介质层采用分成两个连续阶段的ALD工艺形成；所述ALD工艺的两个连续阶段的工艺参数设置为：第一阶段的ALD工艺的参数为：依次通入铪源和氧源进行形成氧化铪单原子层的反应，累积重复多次形成氧化铪单原子层的工艺，形成第一氧化铪层。在所述第一氧化铪层形成之后继续进行第二阶段的ALD工艺，所述第二阶段的ALD工艺的参数为：单原子层的反应气体中在所述第一阶段的铪源和氧源的基础上增加了氮源的通入，使得单原子层的反应物为氮氧化铪单原子层，累积重复多次形成氮氧化铪单原子层的工艺，形成第二氮氧化铪层。由所述第一氧化铪层和所述第二氮氧化铪层叠加形成所述氧化铪栅极介质层，通过所述第二阶段的ALD工艺实现对所述氧化铪栅极介质层中的氮元素的含量和分布的控制，从而提高所述氧化铪栅极介质层的可靠性。进一步的改进是，所述第二阶段的ALD工艺中，各所述氮氧化铪单原子层的气源的通入顺序为：依次通入铪源、氧源和氮源；或者，依次通入铪源、氮源和氧源；或者，依次通入铪源和氮氧混合源。进一步的改进是，所述第一阶段的ALD工艺中形成氧化铪单原子层的工艺的累积重复的次数为1～100。进一步的改进是，所述第二阶段的ALD工艺中形成氮氧化铪单原子层的工艺的累积重复的次数为1～100。进一步的改进是，所述铪源为HfCl4。进一步的改进是，所述氧源为H2O。进一步的改进是，所述氮源为NH3。进一步的改进是，所述氮氧混合源为H2O和NH3的混合物。进一步的改进是，所述氧化铪栅极介质层形成于半导体衬底表面。进一步的改进是，所述半导体衬底为硅衬底。进一步的改进是，在形成所述氧化铪栅极介质层之前还包括在所述半导体衬底表面形成界面层的步骤。进一步的改进是，所述界面层的材料为氧化硅。进一步的改进是，在所述氧化铪栅极介质层形成之后还包括在所述氧化铪栅极介质层的表面形成栅极导电层的步骤。进一步的改进是，所述栅极导电层由多晶硅层组成或者由金属栅组成。进一步的改进是，在所述栅极导电层和所述氧化铪栅极介质层之间的所述氧化铪栅极介质层的表面还依次形成有TiN盖帽层和金属功函数层。本专利技术氧化铪栅极介质层的制造方法中，预先根据去除氧化铪材料中的悬挂键的缺陷从而来提高氧化铪栅极介质层的可靠性这一技术问题对化铪栅极介质层的ALD工艺进行了特别的设置，主要是将ALD工艺分成了连续的两个阶段，第一阶段的ALD工艺中单原子层反应对应的气源分别为铪源和氧源，形成完全由氧化铪材料组成的第一氧化铪层；之后，在第二阶段的ALD工艺的单原子层反应对应的气源增加了氮源，从而使得第二阶段形成由氮氧化铪组成的第二氮氧化铪层，也即第二氮氧化铪层中在氧化铪中掺入的氮元素，本专利技术通过对第二阶段的ALD工艺的控制能够实现对氧化铪栅极介质层中的氮元素的含量和分布的精确控制，从而能提高氧化铪栅极介质层的可靠性。另外，本专利技术是在ALD工艺中实现对氧化铪材料的掺氮，故不需要额外了等离子体氮掺杂和对应的退火工艺，所以，本专利技术还具有工艺流程简单以及成本低的优点。附图说明下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：图1是现有氧化铪栅极介质层的制造方法中的器件结构图。图2是本专利技术实施例氧化铪栅极介质层的制造方法的流程图；图3是本专利技术实施例氧化铪栅极介质层的制造方法中的器件结构图。具体实施方式如图2所示，是本专利技术实施例氧化铪栅极介质层3的制造方法的流程图；如图3所示，是本专利技术实施例氧化铪栅极介质层3的制造方法中的器件结构图，本专利技术实施例氧化铪栅极介质层3的制造方法中，化铪栅极介质层3采用分成两个连续阶段的ALD工艺形成；所述ALD工艺的两个连续阶段的工艺参数设置为：第一阶段的ALD工艺的参数为：依次通入铪源和氧源进行形成氧化铪单原子层的反应，累积重复多次形成氧化铪单原子层的工艺，形成第一氧化铪层3a。所述第一阶段的ALD工艺中形成氧化铪单原子层的工艺的累积重复的次数为1～100。在所述第一氧化铪层3a形成之后继续进行第二阶段的ALD工艺，所述第二阶段的ALD工艺的参数为：单原子层的反应气体中在所述第一阶段的铪源和氧源的基础上增加了氮源的通入，使得单原子层的反应物为氮氧化铪单原子层，累积重复多次形成氮氧化铪单原子层的工艺，形成第二氮氧化铪层3b。由所述第一氧化铪层3a和所述第二氮氧化铪层3b叠加形成所述氧化铪栅极介质层3，通过所述第二阶段的ALD工艺实现对所述氧化铪栅极介质层3中的氮元素的含量和分布的控制，从而提高所述氧化铪栅极介质层3的可靠性。本专利技术实施例方法中，所述第二阶段的ALD工艺中，各所述氮氧化铪单原子层的气源的通入顺序为：依次通入铪源、氧源和氮源；或者，依次通入铪源、氮源和氧源；或者，依次通入铪源和氮氧混合源。所述第二阶段的ALD工艺中形成氮氧化铪单原子层的工艺的累积重复的次数为1～100。所述铪源为HfCl4。所述氧源为H2O。所述氮源为NH3。所述氮氧混合源为H2O和NH3的混合物。本专利技术实施例方法中，所述氧化铪栅极介质层3形成于半导体衬底1表面。所述半导体衬底1为硅衬底。在形成所述氧化铪栅极介质层3之前还包括在所述半导体衬底1表面形成界面层2的步骤。所述界面层2的材料为氧化硅。在所述氧化铪栅极介质层3形成之后还包括在所述氧化铪栅极介质层3的表面形成栅极导电层的步骤。所述栅极导电层由多晶硅层组成或者由金属栅组成。在所述栅极导电层和所述氧化铪栅极介质层3之间的所述氧化铪栅极介质层3的表面还依次形成有Ti本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化铪栅极介质层的制造方法，其特征在于：氧化铪栅极介质层采用分成两个连续阶段的ALD工艺形成；所述ALD工艺的两个连续阶段的工艺参数设置为：第一阶段的ALD工艺的参数为：依次通入铪源和氧源进行形成氧化铪单原子层的反应，累积重复多次形成氧化铪单原子层的工艺，形成第一氧化铪层；在所述第一氧化铪层形成之后继续进行第二阶段的ALD工艺，所述第二阶段的ALD工艺的参数为：单原子层的反应气体中在所述第一阶段的铪源和氧源的基础上增加了氮源的通入，使得单原子层的反应物为氮氧化铪单原子层，累积重复多次形成氮氧化铪单原子层的工艺，形成第二氮氧化铪层；由所述第一氧化铪层和所述第二氮氧化铪层叠加形成所述氧化铪栅极介质层，通过所述第二阶段的ALD工艺实现对所述氧化铪栅极介质层中的氮元素的含量和分布的控制，从而提高所述氧化铪栅极介质层的可靠性。

【技术特征摘要】
1.一种氧化铪栅极介质层的制造方法，其特征在于：氧化铪栅极介质层采用分成两个连续阶段的ALD工艺形成；所述ALD工艺的两个连续阶段的工艺参数设置为：第一阶段的ALD工艺的参数为：依次通入铪源和氧源进行形成氧化铪单原子层的反应，累积重复多次形成氧化铪单原子层的工艺，形成第一氧化铪层；在所述第一氧化铪层形成之后继续进行第二阶段的ALD工艺，所述第二阶段的ALD工艺的参数为：单原子层的反应气体中在所述第一阶段的铪源和氧源的基础上增加了氮源的通入，使得单原子层的反应物为氮氧化铪单原子层，累积重复多次形成氮氧化铪单原子层的工艺，形成第二氮氧化铪层；由所述第一氧化铪层和所述第二氮氧化铪层叠加形成所述氧化铪栅极介质层，通过所述第二阶段的ALD工艺实现对所述氧化铪栅极介质层中的氮元素的含量和分布的控制，从而提高所述氧化铪栅极介质层的可靠性。2.如权利要求1所述的氧化铪栅极介质层的制造方法，其特征在于：所述第二阶段的ALD工艺中，各所述氮氧化铪单原子层的气源的通入顺序为：依次通入铪源、氧源和氮源；或者，依次通入铪源、氮源和氧源；或者，依次通入铪源和氮氧混合源。3.如权利要求1所述的氧化铪栅极介质层的制造方法，其特征在于：所述第一阶段的ALD工艺中形成氧化铪单原子层的工艺的累积重复的次数为1～100。4.如权利要求1所述的氧化铪栅极介质层的制造方法，其特征在于：所述第二阶段的ALD工艺中形成氮氧化铪单原子层的工艺的累积重复的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李大川，
申请(专利权)人：上海华力集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31