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1、(10)申请公布号 CN 102789973 A (43)申请公布日 2012.11.21 C N 1 0 2 7 8 9 9 7 3 A *CN102789973A* (21)申请号 201110130077.7 (22)申请日 2011.05.18 H01L 21/283(2006.01) (71)申请人中国科学院微电子研究所 地址 100029 北京市朝阳区北土城西路3号 (72)发明人熊文娟 李俊峰 徐秋霞 (74)专利代理机构北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人逯长明 王宝筠 (54) 发明名称 界面层的形成方法 (57) 摘要 本发明实施例公开了一种界面层的形成方 法。
2、，包括：提供衬底；通过热生长，在所述衬底上 形成第一厚度的界面层；去除部分界面层，使所 述界面层的厚度降低为第二厚度。通过本发明，可 以采用目前的任意传统设备来制备出较厚的界面 层，而后，去除部分界面层，使其厚度降低为较薄 的界面层，都采用现有的设备来实现，而无需增加 昂贵的新设备来制备，就能满足高k-金属栅器件 对界面层的要求，降低了制造成本。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 1/1页 2 1.一种界面层的形成方法，其特征在于，包括： 提供衬底； 通过热。
3、生长，在所述衬底上形成第一厚度的界面层； 去除部分界面层，使所述界面层的厚度降低为第二厚度。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底为硅衬底或SOI衬底。 3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，形成界面层的方法为：通过热生长在所述 衬底上形成第一厚度的氧化硅或氮氧化硅的界面层。 4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一厚度为大于 5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二厚度为小于 6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，去除部分界面层的方法为：通 过湿法腐蚀去除部分界面层，使所述界面层的厚度降低为第二厚度。 7.根据权利要求6所述的方法，其特征。
4、在于，所述湿法腐蚀的溶液为HF和H 2 O的混合 溶液。 8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述HF和H 2 O的混合溶液中添加有IPA。 9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述混合溶液的配比为：HFH 2 O 2001，或者HFH 2 OIPA180090.3。 10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在使所述界面层的厚度降低为第二厚度 后，还包括：在所述第二厚度的界面层上依次形成高k栅介质层和金属栅极。 权 利 要 求 书CN 102789973 A 1/4页 3 界面层的形成方法 技术领域 0001 本发明涉及半导体制造技术，更具体地说，涉及一种界面层的形成方法。。
5、 背景技术 0002 随着半导体技术的发展，具有更高性能和更强功能的集成电路要求更大的元件密 度，随着CMOS器件尺寸进入深亚微米时代，传统器件中氧化硅(SiO 2 )的栅介质层厚度不断 减小，使漏电不断增加，为此，开始采用介电常数远大于SiO 2 的高k介质材料来代替传统的 SiO 2 来作为栅介质层。 0003 目前，以“高k-金属栅”(High K Dielectric Metal Gate，HKMG)技术为核心器件 栅工程研究是32纳米及以下技术中最有代表性的核心工艺。然而，传统的SiO 2 的栅介质 层是通过在硅(Si)衬底上热生长形成的，同Si衬底之间有完美的晶格匹配，而高k介质材。
6、 料和硅衬底之间的晶格匹配远差于SiO 2 的栅介质层，从而界面特性较差。目前，通过在高 k的栅介质层和衬底之间形成一层氧化硅或氮氧化硅的超薄界面层来优化高k的栅介质层 与衬底间界面特性。 0004 然而，问题在于，为了不影响器件的性能，该氧化硅或氮氧化硅的界面层必须是超 薄的，通常在以内，而目前大多数传统的设备形成的界面层的厚度在以上，如此薄 的界面层就需要更加先进设备来完成，这样会提高制造成本，因此，有必要提出一种超薄界 面层的制造方法，其能够利用传统的设备实现。 发明内容 0005 本发明提供一种界面层的形成方法，形成了薄的界面层，降低了制造成本。 0006 为实现上述目的，本发明实施例。
7、提供了如下技术方案： 0007 提供衬底； 0008 通过热生长，在所述衬底上形成第一厚度的界面层； 0009 去除部分界面层，使所述界面层的厚度降低为第二厚度。 0010 可选地，所述衬底为硅衬底或SOI衬底。 0011 可选地，形成界面层的方法为：通过热生长在所述衬底上形成第一厚度的氧化硅 或氮氧化硅的界面层。 0012 可选地，所述第一厚度为大于 0013 可选地，所述第二厚度为小于 0014 可选地，去除部分界面层的方法为：通过湿法腐蚀去除部分界面层，使所述界面层 的厚度降低为第二厚度。 0015 可选地，所述湿法腐蚀的溶液为HF和H 2 O的混合溶液。 0016 可选地，所述HF和H。
8、 2 O的混合溶液中添加有IPA。 0017 可选地，所述混合溶液的配比为：HFH 2 O2001，或者HFH 2 OIPA 180090.3。 说 明 书CN 102789973 A 2/4页 4 0018 可选地，在使所述界面层的厚度降低为第二厚度后，还包括：在所述第二厚度的界 面层上依次形成高k栅介质层和金属栅极。 0019 与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点： 0020 本发明实施例的界面层的形成方法，通过热生长方法形成第一厚度的界面层，这 样可以采用目前任意的传统设备来制备出较厚的界面层，而后，去除部分界面层，使其厚度 降低为较薄的界面层，都采用现有的设备来实现，而无需增加昂贵。
9、的新设备来制备，就能满 足高k-金属栅器件对界面层的要求，降低了制造成本。 附图说明 0021 通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中 相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示 出本发明的主旨。 0022 图1为本发明实施例的界面层的形成方法的流程图； 0023 图2-图4为本发明实施例形成界面层的示意图； 0024 图5本发明实施例形成的SiO 2 界面层的界面特性与先进设备直接形成的相同厚 度的SiO 2 界面层的界面特性对比图。 具体实施方式 0025 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的。
10、具体实 施方式做详细的说明。 0026 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以 采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的 情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。 0027 其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表 示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应 限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。 0028 正如背景技术描述的，在进入32纳米及以下技术时代后，“高k-金属栅”为核心 器件栅工程研究的。
11、重点，然而，传统的SiO 2 的栅介质层是通过在硅(Si)衬底上热生长形 成的，同Si衬底之间有完美的晶格匹配，而高k介质材料和硅衬底之间的晶格匹配远差于 SiO 2 的栅介质层，从而界面特性较差，因此，通过在高k的栅介质层和衬底之间形成一层氧 化硅或氮氧化硅的超薄界面层来优化高k的栅介质层与衬底间界面特性。 0029 而本发明提供了一种界面层的形成方法，采用现有的传统设备，就能形成用于高 k-金属栅器件的较薄的界面层，改善了高k栅介质层与衬底之间的界面特性，无需增加昂 贵的新设备来制备，降低了制造成本。所述形成方法包括： 0030 提供衬底； 0031 通过热生长，在所述衬底上形成第一厚度的。
12、界面层； 0032 去除部分界面层，使所述界面层的厚度降低为第二厚度。 0033 在本发明中，通过热生长形成较厚的界面层后，去除一部分，从而形成较薄的界面 层。 说 明 书CN 102789973 A 3/4页 5 0034 为了更好的理解本发明，以下将结合流程图和具体的实施例对本发明进行详细的 说明。 0035 参考图1，图1为本发明界面层的形成方法的流程图。 0036 在步骤S1，提供衬底100，参考图2。 0037 在本发明中，所述衬底100可以硅衬底(例如硅片)，在实际运用中，还可以包括 其他元素半导体或化合物半导体，例如Ge、SiGe、GaAs、InP或SiC等。根据现有技术公知 的。
13、设计要求(例如p型衬底或者n型衬底)，所述衬底100可以包括各种掺杂配置。此外， 可选地，衬底可以包括外延层，还可以为叠层半导体，例如Si/SiGe、SOI(绝缘体上硅)或 SGOI(绝缘体上锗硅)。 0038 在本发明优选的实施例中，所述衬底100为硅衬底或SOI衬底。 0039 在步骤S2，通过热生长，在所述衬底100上形成第一厚度d1的界面层110，参考图 2。 0040 可以采用传统工艺中的热生长的方法来形成界面层110，可以在高温扩散炉中或 其他常用设备来生长，热生长形成的界面层110与衬底100晶格匹配完美，具有良好的界面 特性，但厚度较厚，可以为以上或不同设备形成的其他厚度。 0。
14、041 在硅衬底或SOI衬底的实施例中，可以在高温扩散炉中通过热氧化形成第一厚度 的氧化硅的界面层，还可以在高温扩散炉中通过热氧化形成氧化硅后，进一步进行氮化，从 而形成第一厚度的氮氧化硅的界面层。 0042 在本发明优选的实施例中，通过在高温扩散炉中形成界面层，生长的温度范围为 800-850，在气体N 2 中掺入O 2 气体，形成SiO 2 的界面层，在其中一个实施例中，SiO 2 的界 面层的第一厚度为 0043 在步骤S3，去除部分界面层，使所述界面层110的厚度降低为第二厚度d2，参考图 3。 0044 可以通过湿法腐蚀或其他去除速度较慢的方法去除部分界面层，从而使界面层 110的厚。
15、度降低为第二厚度d2，可以根据将要形成的高k-金属栅器件的需求设定界面层的 所述第二厚度d2，可以为小于或其他厚度。 0045 在本发明优选的实施例中，通过湿法腐蚀去除部分SiO 2 的界面层，在本发明优选 的实施例中，所述湿法腐蚀的溶液为HF和H 2 O的混合溶液，所述HF和H 2 O的混合溶液可以 选择较稀释的溶液，使刻蚀速度较慢，以防出现过刻蚀，在其中一个实施例中，所述HF和H 2 O 的混合溶液的比例为：HFH 2 O2001，该溶液的配比使腐蚀速度较低，可以在/s 左右，在其中一个更优的实施例中，所述HF和H 2 O的混合溶液中添加有IPA，以形成保护膜， 防止衬底同空气接触时由于黏。
16、附空气中的颗粒导致衬底表面沾污，在一个实施例中，所述 混合溶液的配比为：HFH 2 OIPA180090.3，该溶液的配比使腐蚀速度较低，可 以在/s左右，将上述第一厚度为的SiO 2 的界面层放入所述配比的混合溶液 中，漂洗50s左右，可以将该SiO 2 的界面层的厚度降低至左右，从而形成了更薄的 界面层，无需特殊设备且能用于形成高k-金属栅器件，改善高k-金属栅器件的界面特性。 0046 而后，如图4所示，可以在具有第二厚度的界面层上依次形成所需的高k栅介质层 120和金属栅极130等等，所述高k栅介质层120为高k介质材料(例如，和氧化硅相比，具 有高介电常数的材料)，高k介质材料例如铪。
17、基氧化物，HFO2、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO 说 明 书CN 102789973 A 4/4页 6 等，所述金属栅极130可以为一层或多层结构，可以包括金属材料或多晶硅或他们的组合， 金属材料例如Ti、TiAl x 、TiN、TaN x 、HfN、TiC x 、TaC x 等等。此处高k栅介质层和金属栅极的 材料和结构仅为示例，本发明并不限于此。 0047 通过上述方法形成的界面层具有良好的界面特性，如图5所示，图5为本发明实施 例形成的SiO 2 界面层的界面特性与先进设备直接形成SiO 2 界面层的界面特性对比图，两种 方式形成的界面层的厚度都在大约所述先进设备直接。
18、形成SiO 2 界面层是指通过该设 备直接形成具有目标厚度的薄的界面层，其中，横坐标E-EV指各能带位置到价带的距离， 纵坐标Dit指界面态密度，为本发明实施例的方法形成的界面层在不同能带处的界面态 密度，为先进设备直接形成的界面层在不同能带处的界面态密度，通常地，在0.5V为禁 带中央，可以看出，在该点处，两种方法形成的SiO 2 界面层界面态密度相当，也就是说，通过 本发明提供的方法，通过传统设备形成较厚界面层后，去除一部分而形成较薄的界面层，具 有同先进设备直接氧化形成较薄界面层相当界面态密度，能够满足高k-金属栅器件对界 面层的要求，从而降低了制造成本。 0048 以上所述，仅是本发明。
19、的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。 0049 虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领 域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内 容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此， 凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单 修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。 说 明 书CN 102789973 A 1/2页 7 图1 图2 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102789973 A 2/2页 8 图5 说 明 书 附 图CN 102789973 A 。