專利名稱：界面層的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)，更具體地說(shuō)，涉及一種界面層的形成方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，具有更高性能和更強(qiáng)功能的集成電路要求更大的元件密度，隨著CMOS器件尺寸進(jìn)入深亞微米時(shí)代，傳統(tǒng)器件中氧化硅(SiO2)的柵介質(zhì)層厚度不斷減小，使漏電不斷增加，為此，開始采用介電常數(shù)遠(yuǎn)大于SiO2的高k介質(zhì)材料來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的SiO2來(lái)作為柵介質(zhì)層。目前，以“高k-金屬柵”(High K Dielectric Metal Gate，HKMG)技術(shù)為核心器件柵工程研究是32納米及以下技術(shù)中最有代表性的核心工藝。然而，傳統(tǒng)的SiO2的柵介質(zhì)層是通過(guò)在硅(Si)襯底上熱生長(zhǎng)形成的，同Si襯底之間有完美的晶格匹配，而高k介質(zhì)材 料和硅襯底之間的晶格匹配遠(yuǎn)差于SiO2的柵介質(zhì)層，從而界面特性較差。目前，通過(guò)在高k的柵介質(zhì)層和襯底之間形成一層氧化硅或氮氧化硅的超薄界面層來(lái)優(yōu)化高k的柵介質(zhì)層與襯底間界面特性。然而，問(wèn)題在于，為了不影響器件的性能，該氧化硅或氮氧化硅的界面層必須是超薄的，通常在IOA以內(nèi)，而目前大多數(shù)傳統(tǒng)的設(shè)備形成的界面層的厚度在20A以上，如此薄的界面層就需要更加先進(jìn)設(shè)備來(lái)完成，這樣會(huì)提高制造成本，因此，有必要提出一種超薄界面層的制造方法，其能夠利用傳統(tǒng)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種界面層的形成方法，形成了薄的界面層，降低了制造成本。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了如下技術(shù)方案提供襯底；通過(guò)熱生長(zhǎng)，在所述襯底上形成第一厚度的界面層；去除部分界面層，使所述界面層的厚度降低為第二厚度?？蛇x地，所述襯底為硅襯底或SOI襯底?？蛇x地，形成界面層的方法為通過(guò)熱生長(zhǎng)在所述襯底上形成第一厚度的氧化硅或氮氧化硅的界面層。可選地，所述第一厚度為大于20A。可選地，所述第二厚度為小于llA?？蛇x地，去除部分界面層的方法為通過(guò)濕法腐蝕去除部分界面層，使所述界面層的厚度降低為第二厚度。可選地，所述濕法腐蝕的溶液為HF和H2O的混合溶液?？蛇x地，所述HF和H2O的混合溶液中添加有IPA?？蛇x地，所述混合溶液的配比為HF H2O = 200 1，或者HF H2O IPA =1800 : 9 : O. 3。
可選地，在使所述界面層的厚度降低為第二厚度后，還包括在所述第二厚度的界面層上依次形成高k柵介質(zhì)層和金屬柵極。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明實(shí)施例的界面層的形成方法，通過(guò)熱生長(zhǎng)方法形成第一厚度的界面層，這樣可以采用目前任意的傳統(tǒng)設(shè)備來(lái)制備出較厚的界面層，而后，去除部分界面層，使其厚度降低為較薄的界面層，都采用現(xiàn)有的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，而無(wú)需增加昂貴的新設(shè)備來(lái)制備，就能滿足高k-金屬柵器件對(duì)界面層的要求，降低了制造成本。


通過(guò)附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖I為本發(fā)明實(shí)施例的界面層的形成方法的流程圖； 圖2-圖4為本發(fā)明實(shí)施例形成界面層的示意圖；圖5本發(fā)明實(shí)施例形成的SiO2界面層的界面特性與先進(jìn)設(shè)備直接形成的相同厚度的SiO2界面層的界面特性對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說(shuō)明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及深度的三維空間尺寸。正如背景技術(shù)描述的，在進(jìn)入32納米及以下技術(shù)時(shí)代后，“高k_金屬柵”為核心器件柵工程研究的重點(diǎn)，然而，傳統(tǒng)的SiO2的柵介質(zhì)層是通過(guò)在硅(Si)襯底上熱生長(zhǎng)形成的，同Si襯底之間有完美的晶格匹配，而高k介質(zhì)材料和硅襯底之間的晶格匹配遠(yuǎn)差于SiO2的柵介質(zhì)層，從而界面特性較差，因此，通過(guò)在高k的柵介質(zhì)層和襯底之間形成一層氧化硅或氮氧化硅的超薄界面層來(lái)優(yōu)化高k的柵介質(zhì)層與襯底間界面特性。而本發(fā)明提供了一種界面層的形成方法，采用現(xiàn)有的傳統(tǒng)設(shè)備，就能形成用于高k_金屬柵器件的較薄的界面層，改善了高k柵介質(zhì)層與襯底之間的界面特性，無(wú)需增加昂貴的新設(shè)備來(lái)制備，降低了制造成本。所述形成方法包括提供襯底；通過(guò)熱生長(zhǎng)，在所述襯底上形成第一厚度的界面層；去除部分界面層，使所述界面層的厚度降低為第二厚度。在本發(fā)明中，通過(guò)熱生長(zhǎng)形成較厚的界面層后，去除一部分，從而形成較薄的界面層。
為了更好的理解本發(fā)明，以下將結(jié)合流程圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。參考圖1，圖I為本發(fā)明界面層的形成方法的流程圖。在步驟SI，提供襯底100，參考圖2。在本發(fā)明中，所述襯底100可以硅襯底(例如硅片)，在實(shí)際運(yùn)用中，還可以包括其他元素半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體，例如Ge、SiGe, GaAs, InP或SiC等。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)公知的設(shè)計(jì)要求(例如P型襯底或者η型襯底)，所述襯底100可以包括各種摻雜配置。此外，可選地，襯底可以包括外延層，還可以為疊層半導(dǎo)體，例如Si/SiGe、SOI (絕緣體上硅)或SGOI (絕緣體上鍺硅)。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，所述襯底100為硅襯底或SOI襯底。 在步驟S2，通過(guò)熱生長(zhǎng)，在所述襯底100上形成第一厚度dl的界面層110，參考圖2。可以采用傳統(tǒng)工藝中的熱生長(zhǎng)的方法來(lái)形成界面層110，可以在高溫?cái)U(kuò)散爐中或其他常用設(shè)備來(lái)生長(zhǎng)，熱生長(zhǎng)形成的界面層110與襯底100晶格匹配完美，具有良好的界面特性，但厚度較厚，可以為20 A以上或不同設(shè)備形成的其他厚度。在硅襯底或SOI襯底的實(shí)施例中，可以在高溫?cái)U(kuò)散爐中通過(guò)熱氧化形成第一厚度的氧化硅的界面層，還可以在高溫?cái)U(kuò)散爐中通過(guò)熱氧化形成氧化硅后，進(jìn)一步進(jìn)行氮化，從而形成第一厚度的氮氧化硅的界面層。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，通過(guò)在高溫?cái)U(kuò)散爐中形成界面層，生長(zhǎng)的溫度范圍為800-850°C，在氣體N2中摻入O2氣體，形成SiO2的界面層，在其中一個(gè)實(shí)施例中，SiO2的界面層的第一厚度為20.82A。在步驟S3，去除部分界面層，使所述界面層110的厚度降低為第二厚度d2，參考圖3?？梢酝ㄟ^(guò)濕法腐蝕或其他去除速度較慢的方法去除部分界面層，從而使界面層110的厚度降低為第二厚度d2，可以根據(jù)將要形成的高k_金屬柵器件的需求設(shè)定界面層的所述第二厚度d2，可以為小于I1A或其他厚度。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，通過(guò)濕法腐蝕去除部分SiO2的界面層，在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，所述濕法腐蝕的溶液為HF和H2O的混合溶液，所述HF和H2O的混合溶液可以選擇較稀釋的溶液，使刻蝕速度較慢，以防出現(xiàn)過(guò)刻蝕，在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述HF和H2O的混合溶液的比例為HF H2O = 200 1，該溶液的配比使腐蝕速度較低，可以在0.2A/s左右，在其中一個(gè)更優(yōu)的實(shí)施例中，所述HF和H2O的混合溶液中添加有IPA，以形成保護(hù)膜，防止襯底同空氣接觸時(shí)由于黏附空氣中的顆粒導(dǎo)致襯底表面沾污，在一個(gè)實(shí)施例中，所述混合溶液的配比為HF H2O IPA = 1800 9 O. 3，該溶液的配比使腐蝕速度較低，可以在0.2A/S左右，將上述第一厚度為20.82A的SiO2的界面層放入所述配比的混合溶液中，漂洗50s左右，可以將該SiO2的界面層的厚度降低至10.83A左右，從而形成了更薄的界面層，無(wú)需特殊設(shè)備且能用于形成高k-金屬柵器件，改善高k-金屬柵器件的界面特性。而后，如圖4所示，可以在具有第二厚度的界面層上依次形成所需的高k柵介質(zhì)層120和金屬柵極130等等，所述高k柵介質(zhì)層120為高k介質(zhì)材料(例如，和氧化硅相比，具有高介電常數(shù)的材料)，高k介質(zhì)材料例如鉿基氧化物，HF02, HfSiO, HfSiON, HfTaO, HfTiO等，所述金屬柵極130可以為一層或多層結(jié)構(gòu)，可以包括金屬材料或多晶硅或他們的組合，金屬材料例如Ti、TiAlx, TiN, TaNx, HfN, TiCx, TaCx等等。此處高k柵介質(zhì)層和金屬柵極的材料和結(jié)構(gòu)僅為示例，本發(fā)明并不限于此。通過(guò)上述方法形成的界面層具有良好的界面特性，如圖5所示，圖5為本發(fā)明實(shí)施例形成的SiO2界面層的界面特性與先進(jìn)設(shè)備直接形成SiO2界面層的界面特性對(duì)比圖，兩種方式形成的界面層的厚度都在大約10 A,所述先進(jìn)設(shè)備直接形成SiO2界面層是指通過(guò)該設(shè)備直接形成具有目標(biāo)厚度的薄的界面層，其中，橫坐標(biāo)E-EV指各能帶位置到價(jià)帶的距離，縱坐標(biāo)Dit指界面態(tài)密度， 為本發(fā)明實(shí)施例的方法形成的界面層在不同能帶處的界面態(tài)密度，■為先進(jìn)設(shè)備直接形成的界面層在不同能帶處的界面態(tài)密度，通常地，在O. 5V為禁帶中央，可以看出，在該點(diǎn)處，兩種方法形成的SiO2界面層界面態(tài)密度相當(dāng)，也就是說(shuō)，通過(guò)本發(fā)明提供的方法，通過(guò)傳統(tǒng)設(shè)備形成較厚界面層后，去除一部分而形成較薄的界面層，具有同先進(jìn)設(shè)備直接氧化形成較薄界面層相當(dāng)界面態(tài)密度，能夠滿足高k-金屬柵器件對(duì)界面層的要求，從而降低了制造成本。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種界面層的形成方法，其特征在于，包括 提供襯底； 通過(guò)熱生長(zhǎng)，在所述襯底上形成第一厚度的界面層； 去除部分界面層，使所述界面層的厚度降低為第二厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述襯底為硅襯底或SOI襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，形成界面層的方法為通過(guò)熱生長(zhǎng)在所述襯底上形成第一厚度的氧化硅或氮氧化硅的界面層。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一厚度為大于201。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述第二厚度為小于11A。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，去除部分界面層的方法為通過(guò)濕法腐蝕去除部分界面層，使所述界面層的厚度降低為第二厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述濕法腐蝕的溶液為HF和H2O的混合溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述HF和H2O的混合溶液中添加有IPA。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述混合溶液的配比為HF H2O =200 1，或者 HF H2O IPA= 1800 : 9 : O. 3。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在使所述界面層的厚度降低為第二厚度后，還包括在所述第二厚度的界面層上依次形成高k柵介質(zhì)層和金屬柵極。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開了一種界面層的形成方法，包括提供襯底；通過(guò)熱生長(zhǎng)，在所述襯底上形成第一厚度的界面層；去除部分界面層，使所述界面層的厚度降低為第二厚度。通過(guò)本發(fā)明，可以采用目前的任意傳統(tǒng)設(shè)備來(lái)制備出較厚的界面層，而后，去除部分界面層，使其厚度降低為較薄的界面層，都采用現(xiàn)有的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，而無(wú)需增加昂貴的新設(shè)備來(lái)制備，就能滿足高k-金屬柵器件對(duì)界面層的要求，降低了制造成本。
文檔編號(hào)H01L21/283GK102789973SQ20111013007
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者徐秋霞, 李俊峰, 熊文娟 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所