本發(fā)明涉及氧化物電介質(zhì)的制備方法，尤其涉及一種氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法，屬于半導(dǎo)體集成技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體技術(shù)作為信息產(chǎn)業(yè)的核心和基礎(chǔ)，是衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。在過(guò)去的40多年中，硅基集成技術(shù)遵循摩爾定律通過(guò)縮小器件的特征尺寸來(lái)提高器件的工作速度、增加集成度以及降低成本，硅基CMOS器件的特征尺寸已經(jīng)由微米尺度縮小到納米尺度。然而當(dāng)MOS器件的柵長(zhǎng)縮小到90納米以下，傳統(tǒng)硅基CMOS集成技術(shù)開(kāi)始面臨來(lái)自物理與技術(shù)方面的雙重挑戰(zhàn)。二氧化硅已經(jīng)不能滿(mǎn)足當(dāng)前半導(dǎo)體器件對(duì)電介質(zhì)的要求，高介電常數(shù)氧化物作為柵介質(zhì)材料在CMOS集成技術(shù)中獲得了越來(lái)越多的應(yīng)用。

采用高遷移率溝道材料替代傳統(tǒng)硅材料將是半導(dǎo)體集成技術(shù)在“后摩爾時(shí)代”的重要發(fā)展方向，其中鍺與III-V族化合物半導(dǎo)體材料最有可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，尋找適用于鍺與III-V族化合物半導(dǎo)體材料的高介電常數(shù)氧化物也成為近期國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。

原子層沉積的方法具有均勻性高、表面覆蓋好、自限制表面吸附反應(yīng)及生長(zhǎng)速度精確可控等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)應(yīng)用于當(dāng)前CMOS技術(shù)柵介質(zhì)的生長(zhǎng)過(guò)程中?；谠訉映练e的方法，開(kāi)發(fā)高性能高介電常數(shù)氧化物的沉積方法具有重要的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明目的在于優(yōu)化高介電常數(shù)氧化物的原子層沉積的生長(zhǎng)條件和方式，從而提供一種氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明提供一種氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法，利用原子層沉積系統(tǒng)進(jìn)行所述氧化物介質(zhì)的原子層沉積，該方法包括：

S101：設(shè)定原子層沉積系統(tǒng)生長(zhǎng)參數(shù)；

S102：向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入氧化物介質(zhì)的金屬前驅(qū)體源脈沖后，用高純氮?dú)馇逑?，沖掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的金屬前驅(qū)體源；

S103：向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入水脈沖后，用高純氮?dú)馇逑矗瑳_掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的水；

S104：向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入氧等離子體脈沖后，用高純氮?dú)馇逑矗瑳_掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的氧等離子體；

S105：向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入水脈沖后，用高純氮?dú)馇逑?，沖掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的水；

S106：向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入臭氧脈沖后，用高純氮?dú)馇逑矗瑳_掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的臭氧；

S107：依次重復(fù)進(jìn)行步驟S101～S106，獲得高介電常數(shù)的氧化物介質(zhì)薄膜。

進(jìn)一步，所述氧化物介質(zhì)的金屬前驅(qū)體源是La(ⁱPr₂fmd)₃、Hf[N(CH₃)(C₂H₅)]₄、Hf[N(CH₃)₂]₄、Hf[N(C₂H₅)₂]₄、Hf[O-C(CH₃)₃]₄、Y(ⁱPr₂amd)₃和Be(CH₃)₂中的一種或多種。

進(jìn)一步，步驟S101中，所述原子層沉積系統(tǒng)的反應(yīng)腔溫度為20-500攝氏度，反應(yīng)腔壓力為0.5-10毫巴，所述高純氮?dú)獾牧髁繛?0-1000標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘。

進(jìn)一步，步驟S102中，所述金屬前驅(qū)體源的溫度為50-300攝氏度，金屬前驅(qū)體源脈沖時(shí)間為1毫秒-10分鐘，所述高純氮?dú)獾那逑磿r(shí)間為10毫秒-120秒。

進(jìn)一步，所述步驟S103中，所述水脈沖時(shí)間為1毫秒-3分鐘，所述高純氮?dú)獾那逑磿r(shí)間為10毫秒-120秒。

進(jìn)一步，步驟S104中，所述氧等離子體是由氧氣、臭氧、二氧化碳、一氧化二氮中的一種或多種，與氮?dú)狻⒑?、氬氣中的一種或多種混合后的氣體，經(jīng)過(guò)等離子體發(fā)生器離化形成的等離子體；所述等離子體發(fā)生器工作功率在0-200瓦每平方厘米之間，所述氧等離子體脈沖時(shí)間為1毫秒-3分鐘，所述高純氮?dú)獾那逑磿r(shí)間為10毫秒-10分鐘。

進(jìn)一步，步驟S105中，所述水脈沖時(shí)間為1毫秒-3分鐘，所述高純氮?dú)獾那逑磿r(shí)間為10毫秒-120秒。

進(jìn)一步，步驟S106中，所述臭氧是由臭氧，或臭氧與氮?dú)?、氦氣、氬氣中的一種或多種混合后的氣體，所述臭氧脈沖時(shí)間為1毫秒-3分鐘，所述高純氮?dú)獾那逑磿r(shí)間為10毫秒-10分鐘。

進(jìn)一步，所述步驟S107中，所述高介電常數(shù)的氧化物介質(zhì)為三氧化二鑭、二氧化鉿、三氧化二釔、氧化鈹?shù)囊环N或多種組合。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有一下有益效果：

1、本發(fā)明所提供的氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法，可應(yīng)用于硅基、鍺基和化合物半導(dǎo)體基MOS器件柵介質(zhì)的制備。

2、本發(fā)明所提供的氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法，將傳統(tǒng)原子層沉積方法中兩種反應(yīng)前驅(qū)體源增加為四種反應(yīng)前驅(qū)體源，用水做前驅(qū)體源確保了反應(yīng)在低溫生長(zhǎng)且反應(yīng)產(chǎn)物中碳雜質(zhì)含量低，然后用氧等離子體將因?yàn)槲蛔栊?yīng)而沒(méi)有反應(yīng)的金屬前驅(qū)體源的有機(jī)基配位體氧化，再次通入水脈沖形成金屬和羥基的化學(xué)鍵，最后利用臭氧分解的氧自由基有效減小氧化物介質(zhì)中的氧空位等缺陷，且可以填充因位阻效應(yīng)引起的空位，從而生成氧空位少、致密性高的高介電常數(shù)得氧化物介質(zhì)，減小柵介質(zhì)漏電和提高柵介質(zhì)擊穿電壓。

3、本發(fā)明所提供的氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法，在后摩爾時(shí)代CMOS集成技術(shù)柵介質(zhì)沉積中具備廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)前景。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一種氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法流程圖；

圖2是本發(fā)明的一種具體實(shí)施例三氧化二鑭的制備流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的一種氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法流程圖，如圖1所示，一種氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法，利用原子層沉積系統(tǒng)進(jìn)行所述氧化物介質(zhì)的原子層沉積，氧化物介質(zhì)的原子層沉積方法具體包括如下幾個(gè)步驟：

S101：設(shè)定原子層沉積系統(tǒng)生長(zhǎng)參數(shù)；

進(jìn)一步，原子層沉積系統(tǒng)的反應(yīng)腔溫度為20-500攝氏度，反應(yīng)腔壓力為0.5-10毫巴，所述高純氮?dú)獾牧髁繛?0-1000標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘。

S102：向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入氧化物介質(zhì)的金屬前驅(qū)體源脈沖后，用高純氮?dú)馇逑?，沖掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的金屬前驅(qū)體源；

進(jìn)一步，金屬前驅(qū)體源的溫度為50-300攝氏度，金屬前驅(qū)體源脈沖時(shí)間為1毫秒-10分鐘，所述高純氮?dú)獾那逑磿r(shí)間為10毫秒-120秒。

S103：向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入水脈沖后，用高純氮?dú)馇逑?，沖掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的水；

進(jìn)一步，水脈沖時(shí)間為1毫秒-3分鐘，所述高純氮?dú)獾那逑磿r(shí)間為10毫秒-120秒。

S104：向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入氧等離子體脈沖后，用高純氮?dú)馇逑?，沖掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的氧等離子體；

進(jìn)一步，氧等離子體是由氧氣、臭氧、二氧化碳、一氧化二氮中的一種或多種，與氮?dú)?、氦氣、氬氣中的一種或多種混合后的氣體，經(jīng)過(guò)等離子體發(fā)生器離化形成的等離子體；其中，等離子體發(fā)生器工作功率在0-200瓦每平方厘米之間，其中，氧等離子體脈沖時(shí)間為1毫秒-3分鐘，所述高純氮?dú)獾那逑磿r(shí)間為10毫秒-10分鐘。

S105：向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入水脈沖后，用高純氮?dú)馇逑?，沖掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的水；

進(jìn)一步，水脈沖時(shí)間為1毫秒-3分鐘，所述高純氮?dú)獾那逑磿r(shí)間為10毫秒-120秒。

S106：向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入臭氧脈沖后，用高純氮?dú)馇逑矗瑳_掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的臭氧；

進(jìn)一步，臭氧是由臭氧，或臭氧與氮?dú)?、氦氣、氬氣中的一種或多種混合后的氣體，所述臭氧脈沖時(shí)間為1毫秒-3分鐘，所述高純氮?dú)獾那逑磿r(shí)間為10毫秒-10分鐘。

S107：依次重復(fù)進(jìn)行步驟S101～S106，獲得高介電常數(shù)的氧化物介質(zhì)薄膜；高介電常數(shù)的氧化物介質(zhì)為三氧化二鑭、二氧化鉿、三氧化二釔、氧化鈹或氧化鋅的一種或多種組合。

實(shí)施例

圖2是本發(fā)明的一種具體實(shí)施例三氧化二鑭的制備流程示意圖，如圖2一種氧化物介質(zhì)三氧化二鑭(La₂O₃)的原子層沉積方法，具體包括如下步驟：

S201：設(shè)定原子層沉積系統(tǒng)生長(zhǎng)參數(shù)；所述原子層沉積系統(tǒng)的反應(yīng)腔溫度為300攝氏度，反應(yīng)腔壓力為1.5毫巴，所述高純氮?dú)獾牧髁繛?00標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘。

S202：向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入氧化物介質(zhì)的金屬前驅(qū)體源脈沖三(N，N’-二異丙基甲脒)鑭后，用高純氮?dú)馇逑?，沖掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的金屬前驅(qū)體源；所述金屬前驅(qū)體源的溫度為130攝氏度，所述金屬前驅(qū)體源脈沖時(shí)間為3秒，所述高純氮?dú)獾那逑磿r(shí)間為5秒。

S203：向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入水脈沖后，用高純氮?dú)馇逑?，沖掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的水；所述水脈沖時(shí)間為100毫秒，所述高純氮?dú)獾那逑磿r(shí)間為3秒。

S204：向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入氧等離子體脈沖后，用高純氮?dú)馇逑?，沖掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的氧等離子體；所述氧等離子體是由氧氣經(jīng)過(guò)等離子體發(fā)生器離化形成的等離子體，所述等離子體發(fā)生器工作功率為100瓦每平方厘米，所述氧等離子體脈沖時(shí)間為3秒，所述高純氮?dú)獾那逑磿r(shí)間為10秒。

S205：向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入水脈沖后，用高純氮?dú)馇逑?，沖掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的水；所述水脈沖時(shí)間為100毫秒，所述高純氮?dú)獾那逑磿r(shí)間為3秒。

S206：向原子層沉積系統(tǒng)反應(yīng)腔體中通入臭氧脈沖后，用高純氮?dú)馇逑?，沖掉反應(yīng)副產(chǎn)物和殘留的臭氧；所述臭氧是由臭氧與氮?dú)饣旌虾蟮臍怏w，所述臭氧脈沖時(shí)間為1秒，所述高純氮?dú)獾那逑磿r(shí)間為10秒。

所述步驟S201～S206組成一個(gè)完整的生長(zhǎng)周期，通過(guò)增加和控制生長(zhǎng)周期數(shù)，不斷依次重復(fù)所述S201～S206，通過(guò)控制三氧化二鑭的生長(zhǎng)周期數(shù)，可精確控制薄膜的生長(zhǎng)厚度，獲得高介電常數(shù)的氧化物介質(zhì)三氧化二鑭。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。