專利名稱：一種選擇性淀積柵氧和柵電極的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柵氧和柵電極的制備方法，具體涉及一種選擇性淀積柵氧和柵電極的方法，屬于半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)特征尺寸的不斷縮小，絕緣柵介質(zhì)層也按照等比例縮小的原則變得越來越薄，當(dāng)柵介質(zhì)層薄到一定程度后，其可靠性問題，尤其是與時間相關(guān)的擊穿及柵電極中的雜質(zhì)向襯底的擴散等問題，將嚴(yán)重影響器件的穩(wěn)定性和可靠性?，F(xiàn)在，SiO2作為柵介質(zhì)已經(jīng)達到其物理極限，會由于量子直接隧穿效應(yīng)而導(dǎo)致柵極漏電流顯著增加，使器件功耗變大，同時可靠性變壞。用高k柵介質(zhì)取代3102柵介質(zhì)，可以在保持等效氧化層厚度(EOT)不變的情況下大大增加其物理厚度，從而減小柵極漏電流。高k柵介質(zhì)材料因為解決了 SiO2接近物理厚度極限引發(fā)的諸多問題，而成為了代替SiO2的熱門材料。然而，由于多晶硅與HfO2等高k柵介質(zhì)材料結(jié)合會出現(xiàn)許多問題，如多晶硅柵耗盡效應(yīng)、費米能級的釘扎、過高的柵電阻、嚴(yán)重的硼穿透等現(xiàn)象。因此，采用金屬柵替代多晶硅柵電極成為發(fā)展的必然趨勢。傳統(tǒng)工藝中柵極的形成過程是先淀積柵氧和柵電極，然后對柵氧和柵電極進行光刻、刻蝕出柵極，其刻蝕工藝難度較大，良率偏低。原子層淀積是一種在經(jīng)過表面活性處理的襯底上利用表面飽和反應(yīng)，對溫度和反應(yīng)物通量不太敏感的淀積方法。在原子層淀積過程中，新一層原子膜的化學(xué)反應(yīng)是直接與前一層相關(guān)聯(lián)的，這種方式使每次反應(yīng)只淀積一層原子。相對于傳統(tǒng)的淀積工藝而言，原子層淀積方法能精確地控制薄膜的厚度和化學(xué)組分，而且淀積的薄膜具有很好的均勻性和保形性，被認(rèn)為是未來集成電路中制備薄膜最具有前景的技術(shù)。所謂選擇性淀積是指利用化學(xué)試劑如十八烷基三乙氧基硅烷(ODTS)對集成電路襯底的不同表面進行化學(xué)修飾來實現(xiàn)薄膜的淀積在某些特定表面的生長，可以減少材料的浪費。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種利用選擇性淀積技術(shù)來制備柵極的方法， 以減少材料的浪費，同時可以減小柵氧和柵電極的刻蝕難度，提高生產(chǎn)良率。為達到本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提出了一種選擇性淀積柵氧和柵電極的方法， 具體步驟包括
提供一個半導(dǎo)體襯底并清洗； 進行場氧區(qū)隔離； 生長一層二氧化硅； 淀積光刻膠；
光刻、刻蝕定義出柵極位置； 剝除光刻膠；對二氧化硅進行表面處理；
在二氧化硅上吸附一層十八烷基三乙氧基硅烷(ODTS)； 淀積高k柵介質(zhì)； 淀積金屬電極； 去除ODTS和二氧化硅。進一步地，所述的二氧化硅的厚度為50-200納米。所述的高k柵介質(zhì)為ft~203、 Ti02、Hf02、Al2O3或&02等材料，其厚度范圍為2-20納米。所述的金屬電極由TiN、TaN、Ru 或W等金屬柵材料形成
更進一步地，所述的對二氧化硅進行表面處理的過程為先用piranha solution (濃度為95-98%的H2SO4與H2A的體積比為7 :3)在室溫下處理15—25分鐘，之后在濃度為21 的HF酸溶液中浸泡1-3分鐘，最后用去離子水沖洗干凈。本發(fā)明所提出的選擇性淀積柵氧和柵電極的方法的優(yōu)點是
1、利用ODTS易于吸附在Si-OH界面而不易吸附在Si-H界面的特性，有選擇性的淀積柵氧和柵電極材料，避免了不必要的材料浪費，節(jié)約了成本。2、將對柵氧和柵電極的刻蝕轉(zhuǎn)化為對S^2的刻蝕，降低了刻蝕工藝的難度，提高了生產(chǎn)效率。3、采用原子層淀積的方法生長高k柵介質(zhì)和金屬柵的主體部分，保證了高k柵介質(zhì)層的質(zhì)量以及與金屬柵良好的接觸。


圖1為本發(fā)明所提供的選擇性淀積柵氧和柵電極的方法的流程圖。圖2至圖8為利用本發(fā)明提供的選擇性淀積柵氧和柵電極的方法來制備柵極的一個實施例的工藝流程圖。
具體實施例方式圖1為本發(fā)明所提供的選擇性淀積柵氧和柵電極的方法的流程圖，具體包括提供一個半導(dǎo)體襯底并經(jīng)RCA清洗工藝清洗；進行場氧區(qū)隔離；生長一層二氧化硅；光刻、刻蝕定義出柵極位置；對二氧化硅進行表面處理；在二氧化硅上吸附一層十八烷基三乙氧基硅烷(ODTS)；淀積高k柵介質(zhì)；淀積金屬電極；去除ODTS和二氧化硅。下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明，在圖中，為了方便說明，放大或縮小了層和區(qū)域的厚度，所示大小并不代表實際尺寸。盡管這些圖并不能完全準(zhǔn)確的反映出器件的實際尺寸，但是它們還是完整的反映了區(qū)域和組成結(jié)構(gòu)之間的相互位置，特別是組成結(jié)構(gòu)之間的上下和相鄰關(guān)系。圖中的表示是示意性的，但這不應(yīng)該被認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍。同時在下面的描述中，所使用的術(shù)語襯底可以理解為包括正在工藝加工中的半導(dǎo)體襯底，可能包括在其上所制備的其它薄膜層。本發(fā)明所提出的選擇性淀積柵氧和柵電極的方法可以適用于不同MOS器件的柵極的制備，以下所敘述的是利用本發(fā)明所提出的方法來制備NM0SFET器件的柵極的實施例。首先，提供一個P型的Si襯底201，并用傳統(tǒng)的RCA清洗工藝清洗Si襯底，之后在濃度為1的HF酸中浸泡1-3分鐘以去除Si表面的氧化層，然后用N2將Si襯底吹干。接著利用LOCOS的方法進行場區(qū)隔離，具體工藝為先生長緩沖層氧化層并利用LPCVD工藝淀積Si3N4，然后光刻、刻蝕形成場氧區(qū)202，如圖2所示。接下來，生長一層厚度為100納米左右的二氧化硅203，接著淀積一層光刻膠，然后光刻、刻蝕定義出柵極位置204，剝除光刻膠后的結(jié)構(gòu)如圖3所示。接下來，將二氧化硅203用piranha solution (濃度為95-98%的H2SO4與H2A的體積比為7 3)在室溫下處理20分鐘，之后在濃度為的HF酸溶液中浸泡2分鐘，最后用去離子水沖洗，得到如圖4所示的結(jié)果，在二氧化硅203表面形成Si-OH界面，在Si襯底 201的表面形成Si-OH界面。接下來，將基片在IOmM的ODTS溶液中浸泡48小時，然后用甲苯、丙酮、氯仿清洗， 再用N2吹干。這樣，利用ODTS易于吸附在Si-OH界面而不易吸附在Si-H界面的特性，可以在只在二氧化硅203的表面形成一層ODTS 205，如圖5所示。接下來，利用原子層淀積(ALD)技術(shù)生長高k柵介質(zhì)層206，如圖6所示。高k柵介質(zhì)比如采用Al2O3或者HfO2,反應(yīng)溫度分別為200°C和300°C，速率分別為0. lnm/cycle和 0.09nm/cycle。接下來，淀積柵電極207，如圖7所示，柵電極比如采用W、TiN、Ru、TaN材料，其具體工藝過程可以為首先用ALD技術(shù)淀積柵電極的成核層，之后再用化學(xué)氣相淀積(CVD)技術(shù)淀積其主體部分。最后，去除ODTS 205和二氧化硅203，如圖8所示。如上所述，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下，還可以構(gòu)成許多有很大差別的實施例。應(yīng)當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實例。
權(quán)利要求
1.一種選擇性淀積柵氧和柵電極的方法，其特征在于具體步驟為 提供一個半導(dǎo)體襯底并清洗；進行場氧區(qū)隔離；生長一層二氧化硅；光刻、刻蝕定義出柵極位置；對二氧化硅進行表面處理；在二氧化硅上吸附一層十八烷基三乙氧基硅烷；淀積高k柵介質(zhì)；淀積金屬電極；去除ODTS和二氧化硅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性淀積柵氧和柵電極的方法，其特征在于，所述的二氧化硅的厚度為50-200納米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性淀積柵氧和柵電極的方法，其特征在于，所述的對二氧化硅進行表面處理的過程為先用piranha solution在室溫下處理15—25分鐘，之后在濃度為H的HF酸溶液中浸泡1-3分鐘，最后用去離子水沖洗干凈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性淀積柵氧和柵電極的方法，其特征在于，所述的高k柵介質(zhì)材料為Pr203、TiO2, HfO2, Al2O3或&02，其厚度范圍為2-20納米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選擇性淀積柵氧和柵電極的方法，其特征在于，所述的金屬電極由TiN、TaN, Ru或W金屬柵材料形成。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種選擇性淀積柵氧和柵電極的方法。本發(fā)明利用十八烷基三乙氧基硅烷(ODTS)易于吸附在Si-OH界面而不易吸附在Si-H界面的特性，有選擇性的淀積柵氧和柵電極材料，避免了不必要的材料浪費，節(jié)約了成本。本發(fā)明同時將對柵氧和柵電極的刻蝕轉(zhuǎn)化為對SiO2的刻蝕，降低了刻蝕工藝的難度，提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號H01L21/285GK102332395SQ201110285019
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者孫清清, 張衛(wèi), 房潤辰, 李葉, 王鵬飛 申請人:復(fù)旦大學(xué)