用于制备高k介质层的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种用于制备高K介质层 的方法。
【背景技术】
[0002] 随着超大规模集成电路（VLSI)和特大规模集成电路（ULSI)的飞速发展，MOS器件 的尺寸不断地减小。为增加器件的反应速度、提高驱动电流与存储电容的容量，器件中栅氧 化层的厚度不断地降低。然而，随之而来的两个问题成为了阻碍集成电路进一步发展的重 要因素：漏电和击穿。当栅氧化层的厚度低于20A，由于量子隧道效应，载流子能流过这个 超薄栅介质，并且载流子隧穿几率随着氧化层的厚度的减少按指数规律上升。当集成电路 中MOSFET工作时，电荷流过器件导致在栅介质层和Si02/Si界面产生缺陷，当临界缺陷密 度达到时，栅介质层发生击穿，导致器件失效。当技术节点到45纳米以下，传统的SiON栅 介质已经不能满足器件的漏电和击穿要求，不仅由于漏电过大导致器件无法正常工作，而 且经时击穿（TDDB)不能满足可靠性要求。
[0003] 由驱动电流和栅电容的公式可知，栅电容越大，驱动电流越大；而栅极介质层介电 常数越大，栅电容越大。
[0004] Id~μ/L g*Cox (Vdd-Vth) 2
[0005] Cox= kA/d
[0006] 其中Id为驱动电流，μ为载流子迀移率，Lg为栅极长度，C cix为栅电容，Vdd为工作 电压，Vth为阈值电压，k为栅极介质层介电常数，A为器件面积，d为栅极介质层厚度。
[0007] 因此，需要一种替代的栅极介质层材料，不但要有够厚的实际厚度来降低漏电流 密度和加强经时击穿（TDDB)可靠性要求，而且能提供高的栅极电容来增加驱动电流。为了 达到上述目的，替代的栅极介质层材料所具有的介电常数需要高于传统的氮氧化硅（SiON) 的介电常数。因此在45纳米技术节点以下，迫切需要采用新型的高K栅介质如Hf基、Zr或 Al的氧化物来取代SiON。
[0008] 高K栅介质常用的制备流程为：1.高K前清洗；2.超薄Si02或SiON层生长；3.高 K介质层沉积；4.高K后退火。
[0009] 由于高K栅介质材料主要以金属氧化物为主，在制备过程中必定有氧的存在，而 氧与硅的反应会在高K介质层与硅衬底之间形成二氧化硅或硅化物的界面氧化层，由于该 氧化层的存在使得氧化物等效厚度（EOT)的缩小变得困难。为了抑制该氧化层的生成，需 要在高K介质层沉积之前生长一层高品质的超薄SiO 2S SiON层。
【发明内容】
[0010] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种用于制备 高K介质层的方法，通过降低扩散到硅衬底的含氧基团浓度，能够降低由于高K后退火引起 的高K界面层厚度的增加，从而降低氧化物等效厚度（EOT);另外，High K后退火工艺中多 晶硅或非晶硅与High K反应生成MSixOy (Μ为Hf、Zr、Ti或Al)，而所生成的MSixOy有更 高的结晶温度，为后续的退火工艺提供更大的工艺窗口。
[0011] 为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种用于制备高K介质层的方法，包 括：提供半导体硅衬底；对半导体硅衬底执行高K介质层沉积之前的前清洗；生长SiO 2层或 SiON层；在SiOJl或SiON层沉积高k介质层；在高K介质层上沉积多晶硅或非晶硅覆盖 层；高K介质层沉积之后执行后退火；湿法去除高K介质层表面的多晶硅或非晶硅覆盖层 及多晶硅或非晶硅覆盖层上面的SiOJl或SiON层。
[0012] 优选地，生长的SiOJl或SiON层的厚度为5~IOA。
[0013] 优选地，原位水汽生成的工艺条件为：温度为600~950°C，工艺气体为Ν20+Η2+Ν 2。
[0014] 优选地，在生长SiOJl或SiON层时，利用炉管、快速热氧化或原位水汽生成来生 长SiOJi，或者利用炉管或原位水汽生成来生长SiON层。
[0015] 优选地，高k介质层的厚度为3.0~網具例如.40A。
[0016] 优选地，所述高K介质层为HfO2层、ZrO 2层、TiO 2层或Al 203层。
[0017] 优选地，多晶硅或非晶硅覆盖层的厚度为5A~300A。
[0018] 优选地，沉积多晶覆盖层的工艺条件为：工艺气体为SiH4S Si 2H6，温度为620°C~ 700°C，工艺设备为化学汽相沉积腔体或低压力化学气相沉积炉管；优选地，沉积非晶硅覆 盖层的工艺条件为：工艺气体为SiH 4S Si 2H6，温度为400°C~550°C，工艺设备为化学汽相 沉积腔体或低压力化学气相沉积炉管。
[0019] 优选地，在后退火中将N2、N20、NO、O2或其混合气作为退火气体。
[0020] 优选地，后退火的工艺条件为：工艺温度为500~900°C，例如800°C，N2流量为 20Slm，O 2流量为0~lOSlm，例如5Slm，NO流量为0~lOSlm，N 20流量为0~lOSlm，工艺 时间为〇. 2~5分钟，例如2分钟。
[0021] 本发明尤其适合于45纳米以下高K介质层的制备方法，确切地讲，本发明在高K 介质层之后形成多晶硅或非晶硅覆盖层，作为高K后退火的缓冲层，来降低由于高K后退火 引起的高K界面层厚度的增加，从而降低氧化物等效厚度；另外，High K后退火工艺中多晶 硅或非晶硅与High K反应生成MSixOy (M为Hf、Zr、Ti或Al)，而所生成的MSixOy有更高 的结晶温度，为后续的退火工艺提供更大的工艺窗口。
【附图说明】
[0022] 结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解 并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
[0023] 图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的用于制备高K介质层的方法的流程 图。
[0024] 需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可 能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
【具体实施方式】
[0025] 为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内 容进行详细描述。
[0026] 本发明是在尚k沉积之后引入多晶娃或非晶娃覆盖层，作为尚K后退火的缓冲层， 在高K后退火工艺中多晶硅与高K反应生成MSixOy (M为Hf、Zr、Ti或Al)，降低扩散到硅 衬底的含氧基团浓度，来降低由于高K后退火引起的高K界面层厚度的增加，从而降低氧化 物等效厚度；另外，H