[发明专利]高K膜的制作方法及晶体管的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及高K膜的制作方法及晶体管的形成方法。

背景技术

随着集成电路制造技术的快速发展，促使集成电路中的半导体器件，尤其是MOS器件的尺寸不断地缩小，以此满足集成电路发展的小型化和集成化的要求。在MOS晶体管器件的尺寸持续缩小的过程中，现有工艺以氧化硅或氮氧化硅作为栅介质层的工艺受到了挑战。以氧化硅或氮氧化硅作为栅介质层所形成的晶体管出现了一些问题，包括漏电流增加以及杂质的扩散，从而影响晶体管的阈值电压，进而影响半导体器件的性能。为解决以上问题，高K/金属栅极结构的晶体管被提出。采用高K（介电常数）材料代替常用的氧化硅或氮氧化硅栅介质材料，能够在半导体器件尺寸缩小的同时，减小漏电流的产生，并提高半导体器件的性能。从45nm技术节点开始，CMOS器件中传统的SiO₂/多晶硅栅结构将被全新的高k栅介质层/金属栅结构所取代。

原子层沉积方法（ALD）由于其高可控性和均匀性成为高K栅介质层的制作重要方法，然而现有技术中高K栅介质层的形成方法，很容易形成表面不平整的介质层，进而影响最终形成的晶体管的性能。

更多具有高K栅介质层的半导体结构的形成方法请参考公开号为US2006/0246698A1的美国专利文件。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种高K膜的制作方法，利用该方法可以制备出表面平整、覆盖率高、缺陷少的高K薄膜，并且有效提高沉积的效率；另外，本发明还提供了一种晶体管的形成方法，采用上述高K膜的制作方法形成晶体管中的高K栅介质层，能有效减少晶体管的漏电流，提高晶体管的性能和可靠性。

为解决上述问题，本发明提出了一种高K膜的制作方法，包括：提供基底；将第一前驱气体通过化学吸附过程吸附在基底表面；采用第一惰性气体吹扫并去除未被吸附的第一前驱气体；采用第二前驱气体与基底表面吸附的第一前驱气体的分子反应，在基底表面形成第一薄膜，所述第一薄膜为均匀致密的单原子层；采用第二惰性气体去除未反应的第二前驱气体和副产物，所述副产物是由基底表面吸附的第一前驱气体的分子与第二前驱气体反应产生的；重复循环上述步骤，在第一薄膜上面逐层生长，形成高K膜。

可选的，所述基底的材料是硅、二氧化硅、氮化硅、锗、锗化硅或砷化镓。

可选的，采用单个脉冲的形式依次输送所述第一前驱气体、第一惰性气体、第二前驱气体、第二惰性气体。

可选的，所述第一前驱气体是在单个脉冲时间内迅速在基底上形成饱和化学吸附的气体，所述第一前驱气体形成饱和吸附后能稳定的保持在基底上。

可选的，所述第一前驱气体是NH₄OH气体。

可选的，所述第二前驱气体包括一种或一种以上的化合物，所述化合物包含Hf、Zr、Al元素中的一种或一种以上的金属元素。

可选的，所述第一惰性气体或第二惰性气体的流速为1标况毫升/分~100标况毫升/分，脉冲持续时间为0.05秒~5秒。

可选的，所述采用第一惰性气体吹扫并去除未被吸附的第一前驱气体为：在通入第一惰性气体吹扫基底表面的同时，将第一惰性气体和未被吸附的第一前驱气体抽出并去除。

可选的，所述采用第二惰性气体去除未反应的第二前驱气体和副产物为：在通入第二惰性气体吹扫基底表面的同时，将第二惰性气体、没有反应的第二前驱气体和副产物抽出并去除，所述副产物是由基底表面吸附的第一前驱气体的分子与第二前驱气体反应产生的。

可选的，以惰性气体作为载气，以单个脉冲形式输送第一前驱气体或第二前驱气体，所述惰性气体与第一前驱气体或第二前驱气体的混合气体流速为1标况毫升/分~200标况毫升/分，单个脉冲持续时间为0.05秒~5秒。

可选的，所述NH₄OH气体的气体源是NH₄OH的水溶液，所述溶液摩尔浓度为10%~50%。

可选的，所述NH₄OH气体的形成工艺为采用NH₃气体与H₂O蒸气反应。

可选的，NH₄OH气体的形成工艺采用的NH₃气体的流速为1标况毫升/分~100标况毫升/分，H₂O蒸气的流速为1标况毫升/分~100标况毫升/分。