使用氮化铝膜制造半导体器件的栅极的方法技术

本发明专利技术提供一种使用氮化铝膜制造半导体器件栅极的方法，该方法包括：清洁半导体衬底的表面；氮化该衬底的表面；在半导体衬底的表面上形成包括氮化铝膜的栅极介电膜；在该栅极介电膜上淀积一栅极导电层与一硬掩模层；以及蚀刻该硬掩模层、栅极导电层与栅极介电膜以形成栅极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般性地涉及一种，更明确地讲，涉及一种，其中将一氮化铝膜用作栅极介电膜，藉此减小该栅极介电膜的等效氧化物厚度(“EOT”)，并改善半导体器件的工作速度与功率消耗特性。
技术介绍
图1显示用于制造半导体器件的栅极的传统方法。参考图1，在半导体衬底10上形成包括氧化硅层的栅极介电膜20。然后，在栅极介电膜20上淀积一堆叠结构，该堆叠结构包括多晶硅层30、硅化钨层40与硬掩模层(未显示)。然后图案化该堆叠结构以形成栅极。在用于形成栅极的上述传统方法中，由于栅极介电膜的介电常数低(即3.85)，因而会引起泄漏电流。因此，无法将EOT减小至50以下。另外，在薄膜淀积工序及随后的退火工序中，用作栅极的硅化钨层及钨层与氧化硅层反应，这会劣化栅极介电膜的电气特性。
技术实现思路
因此，本专利技术的一目的是提供用于制造半导体器件的栅极的方法，其中将一氮化铝膜用作栅极介电膜，以藉此减小EOT，并减小在栅极介电膜的退火工序中产生的应力。另外，本专利技术的另一目的是提供用于制造半导体器件的栅极的方法，其中藉由防止栅极介电膜与诸如硅化钨层与钨层的栅极导电层反应简化了栅极的结构并降低了字线的Rs，以改善半导体器件的工作速度与功率消耗特性。为实现上述目的，提供一种，该方法包括以下步骤(a)清洁一半导体衬底的表面； (b)在一半导体衬底的表面上形成包括一氮化铝膜的栅极介电膜；(c)在该栅极介电膜上淀积一栅极导电层与一硬掩模层；及(d)蚀刻该硬掩模层、栅极导电层与栅极介电膜，以形成栅极。附图说明图1显示用于形成半导体器件的栅极的传统方法。图2a至2e显示依据本专利技术。附图每一元件符号说明10、100半导体衬底20、110栅极介电膜30、120多晶硅层40、130硅化钨层140硬掩模层图案具体实施方式现在将参考附图详细说明。在任何可能的地方，都在所有附图中使用同一参考编号来指代相同或类似的部分。图2a至2e为显示依据本专利技术的实施例使用氮化铝膜作为栅极介电膜制造半导体器件的栅极的方法的横截面图。执行作为准备工序的清洁工序，以清洁半导体衬底100的表面。优选地，该清洁工序包括使用HF溶液的湿式清洁工序或使用HF蒸汽的干式清洁工序。优选地，可对半导体衬底100的该表面实施氮化处理，以在清洁工序后氮化半导体衬底100该表面上的自然氧化膜。可以在原位置进行清洁工序与氮化工序。氮化工序包括一热处理工序，在选自由NH3、N2O与NO及其组合构成的组中的一气体环境中执行该热处理工序。优选地，使用等离子体实施该热处理工序3至180分钟，其中该等离子体的温度在400℃至800℃范围内，压力在0.05Torr至760Torr范围内。现在参考图2a，在半导体衬底100欲形成有源区的表面上形成包括氮化铝膜的栅极介电膜110。此处，氮化铝膜的厚度在30至300的范围内。依据一实施例，可以通过使用选自由NH3、NH3+Ar与NH3+N2构成的组中的一气体对铝膜进行氮化而形成氮化铝膜，其中进行氮化时，温度在400℃至800℃的范围内，压力在0.01Torr至760Torr的范围内。依据另一实施例，可以通过执行ALD方法形成氮化铝膜，其中该ALD方法使用含Al的源与NH3和N2构成的氮化气体，形成过程中温度在300℃至800℃的范围内，压力在0.05Torr至50Torr的范围内。可以组合以上两实施例的方法，以形成氮化铝膜。优选地，在形成栅极介电膜110后可进一步实施一热处理工序。该热工序可包括10秒至7200秒的快速热处理或10秒至3600秒的等离子体处理，其中在500℃至900℃的温度范围内与0.01Torr至760Torr的压力范围内进行该快速热处理，在300℃至700℃的温度范围内进行该等离子体处理。如图2b与2c所示，在栅极介电膜110上形成堆叠结构，该堆叠结构包括多晶硅层120与栅极导电层130。参考图2d与2e，使用硬掩模层图案140作为蚀刻掩模，依次蚀刻栅极导电层130、多晶硅层120与栅极介电层110，以形成栅极。如上所述，依据本专利技术形成用作栅极介电膜的氮化铝膜。由于该氮化铝膜具有极优良的蚀刻公差与接近硅衬底的热膨胀系数，所以该氮化铝膜减小了EOT并减小了在栅极介电膜的退火工序中产生的应力。另外，由于氮化铝膜具有很高的化学稳定性，所以氮化铝膜不与具有低电阻率的栅极导电层(例如硅化钨层与钨层)反应。因此，栅极的结构很简单，并减少了字线的Rs，藉此增强了半导体器件的工作速度与功率消耗特性。由于可以多种形式实施本专利技术而不背离本专利技术的精神或范围，因此还应理解，上述实施例并不受前面说明中任何细节的限制。而应如所附权利要求中所定义的，对本专利技术作广义的解释。属于权利要求的界限范围内或此类界限范围的等效物内的所有变化及修改都将包括在所附权利要求的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用氮化铝膜制造半导体器件的栅极的方法，该方法包括以下步骤：（ａ）清洁一半导体衬底的表面；（ｂ）在一半导体衬底的表面上形成包括氮化铝膜的栅极介电膜；（ｃ）在所述栅极介电膜上淀积一栅极导电层与一硬掩模层；及 （ｄ）蚀刻所述硬掩模层、栅极导电层与栅极介电膜，以形成栅极。

【技术特征摘要】
KR 2004-6-8 0041806/041.一种使用氮化铝膜制造半导体器件的栅极的方法，该方法包括以下步骤(a)清洁一半导体衬底的表面；(b)在一半导体衬底的表面上形成包括氮化铝膜的栅极介电膜；(c)在所述栅极介电膜上淀积一栅极导电层与一硬掩模层；及(d)蚀刻所述硬掩模层、栅极导电层与栅极介电膜，以形成栅极。2.如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)的清洁工序包括使用HF的干式清洁工序或湿式清洁工序。3.如权利要求1所述的方法，其进一步包括在步骤(b)之前氮化所述衬底的表面。4.如权利要求3所述的方法，其中在原位置执行步骤(a)与所述氮化工序。5.如权利要求3所述的方法，其中所述氮化工序包括一热处理工序，其中在选自由NH3、N2O与NO及其组合构成的组中的一气体环境中进行该热处理工序。6.如权利要求3所述的方法，其中使用等离子体进行所述热处理工序3至180分钟，其中所述等离子体的温度在400℃至800℃的范围内，压力在0.05Torr至76...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泰赫，张准洙，朴东洙，
申请(专利权)人：海力士半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]