雙層?xùn)沤橘|(zhì)層結(jié)構(gòu)及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出了一種雙層?xùn)沤橘|(zhì)層結(jié)構(gòu)及其制備方法，在半導(dǎo)體基底表面形成帶隙和能帶組合與二氧化硅均相似的界面層，接著在界面層上形成對(duì)堿性金屬離子具有很好的阻擋作用的阻擋層，阻擋層不僅能掩蔽二氧化硅能掩蔽的雜質(zhì)，還能掩蔽二氧化硅不能掩蔽的雜質(zhì)，由界面層和阻擋層組成的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層能夠有效的降低漏電流。
【專(zhuān)利說(shuō)明】雙層?xùn)沤橘|(zhì)層結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種雙層?xùn)沤橘|(zhì)層結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，按照摩爾定律發(fā)展的要求，柵介質(zhì)層的極限厚度已經(jīng)成為半導(dǎo)體集成電路提高集成度的瓶頸。單元器件的持續(xù)縮小要求柵介質(zhì)厚度不斷減小，現(xiàn)有技術(shù)中柵介質(zhì)層的材質(zhì)均采用二氧化硅(SiO2),請(qǐng)參考圖1，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中單元器件的剖面示意圖，包括在半導(dǎo)體基底10上形成二氧化硅層20作為柵介質(zhì)層，在二氧化硅層20上形成柵極30。
[0003]然而隨著二氧化硅厚度的減小，單元器件將出現(xiàn)摻雜離子滲透、可靠性下降、高漏電流、低擊穿電壓、高針孔密度和高遂穿特性等問(wèn)題。在相同等效氧化物厚度條件下，高介電常數(shù)柵介質(zhì)物理厚度會(huì)增大，將有效抑制隧穿電流，大大降低器件的功耗；同時(shí)，介電常數(shù)高于二氧化硅的柵介質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)與二氧化硅等價(jià)且更薄的電學(xué)厚度。但是漏區(qū)二維邊緣電場(chǎng)可穿過(guò)厚的高介電柵，所以限制了超高介電柵的好處。
[0004]因此，為了減少柵隧穿電流，從而必須引入新的柵介質(zhì)材料來(lái)解決柵介質(zhì)層漏電流增大的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種雙層?xùn)沤橘|(zhì)層結(jié)構(gòu)及其制備方法，能夠解決柵介質(zhì)層漏電流增大的問(wèn)題。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法，所述方法包括步驟:
[0007]提供半導(dǎo)體基底；
[0008]在所述半導(dǎo)體基底的表面形成界面層；
[0009]在所述界面層的表面形成阻擋層，用于阻擋堿金屬離子，降低漏電流。
[0010]進(jìn)一步的，在所述的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法中，所述界面層的材質(zhì)為ai2o3。
[0011]進(jìn)一步的，在所述的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法中，所述界面層采用金屬有機(jī)氣相沉積法形成。
[0012]進(jìn)一步的，在所述的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法中，所述界面層的厚度范圍是
0.3nm ?0.8nm。
[0013]進(jìn)一步的，在所述的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法中，所述阻擋層的材質(zhì)為Si3N4。
[0014]進(jìn)一步的，在所述的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法中，所述阻擋層采用化學(xué)氣相沉積法或?yàn)R射法形成。
[0015]進(jìn)一步的，在所述的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法中，所述阻擋層的厚度范圍是2nm ?4nm0
[0016]進(jìn)一步的，在所述的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法中，在半導(dǎo)體基底表面形成界面層之前，先對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行清洗。
[0017]進(jìn)一步的，在所述的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法中，采用氫氟酸對(duì)半導(dǎo)體基底表面進(jìn)行清洗。
[0018]進(jìn)一步的，在所述的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法中，在界面層的表面形成阻擋層之后，采用高溫退火工藝對(duì)所述界面層和阻擋層進(jìn)行處理。
[0019]進(jìn)一步的，在所述的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法中，所述高溫退火工藝的溫度范圍是500°C?800°C，處理時(shí)間范圍是IOs?120s。
[0020]進(jìn)一步的，本發(fā)明還提出了一種雙層?xùn)沤橘|(zhì)層結(jié)構(gòu)，采用如上文所述的任意一種方法形成，所述結(jié)構(gòu)包括:半導(dǎo)體基底、形成于所述半導(dǎo)體基底表面的界面層和形成于所述界面層表面的阻擋層。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在:在半導(dǎo)體基底表面形成帶隙和能帶組合與二氧化硅均相似的界面層，接著在界面層上形成對(duì)堿性金屬離子具有很好的阻擋作用的阻擋層，阻擋層不僅能掩蔽二氧化娃能掩蔽的雜質(zhì)，還能掩蔽二氧化娃不能掩蔽的雜質(zhì)，由界面層和阻擋層組成的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層能夠有效的降低漏電流。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中單元器件的剖面示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中雙層?xùn)沤橘|(zhì)層制備方法的流程圖；
[0024]圖3至圖5為本發(fā)明一實(shí)施例中雙層?xùn)沤橘|(zhì)層制造流程中的剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面將結(jié)合示意圖對(duì)本發(fā)明的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層結(jié)構(gòu)及其制備方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0026]為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠?huì)使本發(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開(kāi)發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個(gè)實(shí)施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開(kāi)發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費(fèi)時(shí)間的，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)僅僅是常規(guī)工作。
[0027]在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說(shuō)明和權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0028]請(qǐng)參考圖2，在本實(shí)施例中，提出了一種雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法，所述方法包括步驟:
[0029]SlOO:提供半導(dǎo)體基底；
[0030]S200:在所述半導(dǎo)體基底的表面形成界面層；
[0031]S300:在所述界面層的表面形成阻擋層，用于阻擋堿金屬離子，降低漏電流。
[0032]請(qǐng)參考圖3，在本實(shí)施例中，在所述半導(dǎo)體基底100的表面形成所述界面層210，所述界面層210的材質(zhì)為Al2O3，其采用金屬有機(jī)氣相沉積法(MOCVD)形成，所述界面層210的厚度范圍是0.3nm?0.8nm,例如是0.5nm。
[0033]請(qǐng)參考圖4，在本實(shí)施例中，在所述界面層210的表面形成阻擋層220，所述阻擋層220的材質(zhì)為Si3N4，其采用化學(xué)氣相沉積法(PECVD)或?yàn)R射法(Sputtering)形成，所述阻擋層220的厚度范圍是2nm?4nm，例如是3nm。
[0034]在本實(shí)施例中，在半導(dǎo)體基底100表面形成界面層210之前，先對(duì)所述半導(dǎo)體基底100進(jìn)行清洗，使用稀釋的HF去除半導(dǎo)體基底表面自然生長(zhǎng)的二氧化硅，從而便于后續(xù)形成界面層210。
[0035]在本實(shí)施例中，在界面層210的表面形成阻擋層220之后，采用高溫退火工藝對(duì)所述界面層210和阻擋層220進(jìn)行處理；所述高溫退火工藝的溫度范圍是500°C?800°C，例如是600°C，處理時(shí)間范圍是IOs?120s，例如是60s。
[0036]請(qǐng)參考圖5，在本實(shí)施例中，在高溫退火工藝對(duì)所述界面層210和阻擋層220進(jìn)行處理之后，采用低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)法在所述阻擋層220的表面生成約IlOnm的多晶娃柵層300。
[0037]在本實(shí)施例中，還提出了一種雙層?xùn)沤橘|(zhì)層結(jié)構(gòu)，采用如上文所述的方法形成，所述結(jié)構(gòu)包括:半導(dǎo)體基底100、形成于所述半導(dǎo)體基底100表面的界面層210和形成于所述界面層210表面的阻擋層220，以及形成于所述阻擋層220表面的多晶硅柵層300。
[0038]在本實(shí)施例中，Si3N4和Al2O3雙層?xùn)沤橘|(zhì)結(jié)構(gòu)可以有效地改善柵介質(zhì)層的漏電流，Al2O3的帶隙是8.8eV，介電常數(shù)?8，導(dǎo)帶偏移為2.8eV,與SiO2在帶隙和能帶組合上相似，適合做界面層；Si3N4的介電常數(shù)值約為8，Si3N4對(duì)堿金屬離子的阻擋能力很強(qiáng)，且還有捕獲Na+的作用，是目前所有采用絕緣介質(zhì)膜當(dāng)中對(duì)Na+的阻擋作用最強(qiáng)的介質(zhì)薄膜，且不僅能掩蔽SiO2所能掩蔽的雜質(zhì)，還能掩蔽SiO2不能掩蔽的雜質(zhì)，如B、Ga、02、H2O等。Si3N4和Al2O3雙層?xùn)沤橘|(zhì)結(jié)構(gòu)不僅介電常數(shù)高于SiO2，還能有效阻擋一些SiO2能掩蔽的雜質(zhì)，從而有效地降低柵氧的漏電流。
[0039]綜上，在本發(fā)明實(shí)施例提供的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層結(jié)構(gòu)及其制備方法中，在半導(dǎo)體基底表面形成帶隙和能帶組合與二氧化硅均相似的界面層，接著在界面層上形成對(duì)堿性金屬離子具有很好的阻擋作用的阻擋層，阻擋層不僅能掩蔽二氧化硅能掩蔽的雜質(zhì)，還能掩蔽二氧化硅不能掩蔽的雜質(zhì)，由界面層和阻擋層組成的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層能夠有效的降低漏電流。
[0040]上述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不對(duì)本發(fā)明起到任何限制作用。任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明揭露的技術(shù)方案和技術(shù)內(nèi)容做任何形式的等同替換或修改等變動(dòng)，均屬未脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的內(nèi)容，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法，所述方法包括步驟: 提供半導(dǎo)體基底； 在所述半導(dǎo)體基底的表面形成界面層； 在所述界面層的表面形成阻擋層，用于阻擋堿金屬離子，降低漏電流。
2.如權(quán)利要求1所述的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法，其特征在于，所述界面層的材質(zhì)為Al2O3U
3.如權(quán)利要求2所述的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法，其特征在于，所述界面層采用金屬有機(jī)氣相沉積法形成。
4.如權(quán)利要求1所述的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法，其特征在于，所述界面層的厚度范圍是 0.3nm ?0.8nm。
5.如權(quán)利要求1所述的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法，其特征在于，所述阻擋層的材質(zhì)為Si3N4。
6.如權(quán)利要求5所述的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法，其特征在于，所述阻擋層采用化學(xué)氣相沉積法或?yàn)R射法形成。
7.如權(quán)利要求6所述的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法，其特征在于，所述阻擋層的厚度范圍是2nm?4nm。
8.如權(quán)利要求1所述的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法，其特征在于，在半導(dǎo)體基底表面形成界面層之前，先對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行清洗。
9.如權(quán)利要求8所述的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法，其特征在于，采用氫氟酸對(duì)半導(dǎo)體基底表面進(jìn)行清洗。
10.如權(quán)利要求1所述的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法，其特征在于，在界面層的表面形成阻擋層之后，采用高溫退火工藝對(duì)所述界面層和阻擋層進(jìn)行處理。
11.如權(quán)利要求10所述的雙層?xùn)沤橘|(zhì)層的制備方法，其特征在于，所述高溫退火工藝的溫度范圍是500°c?800°C，處理時(shí)間范圍是IOs?120s。
12.—種雙層?xùn)沤橘|(zhì)層結(jié)構(gòu)，采用如權(quán)利要求1至11所述的任意一種方法形成，所述結(jié)構(gòu)包括:半導(dǎo)體基底、形成于所述半導(dǎo)體基底表面的界面層和形成于所述界面層表面的阻擋層。
【文檔編號(hào)】H01L29/51GK103871860SQ201410110065
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】王東, 曹亞民, 楊斌 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司