CN103594343A - 高k膜的制作方法及晶体管的形成方法 - Google Patents

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Abstract

高K膜的制作方法及晶体管的形成方法。所述高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，所述第一薄膜以单原子层形式均匀致密地沉积在基底表面；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。利用本发明所提供的高K膜的制作方法制作的高K/金属栅极晶体管中的高K栅介质层，能有效减小漏电流，提高晶体管的性能和稳定性。

Description

高K膜的制作方法及晶体管的形成方法
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。
可选的，所述采用NH3气体与H2O蒸气反应形成NH4OH气体的同时，通入惰性气体对混合气体进行稀释，所述混合气体包括NH4OH气体、NH3气体和H2O蒸气。所述惰性气体的流速为1标况毫升/分~200标况毫升/分。
可选的，所述形成高K膜的过程中，压力是1托~20托，基底的温度是100℃~400℃。
本发明还提供了一种晶体管的形成方法，包括：提供衬底；在衬底表面形成界面层；在界面层表面采用所述高K膜的制作方法形成高K栅介质层；在高K栅介质层表面形成功函数金属层；在衬底表面形成栅极堆叠结构；在栅极堆叠结构两侧的半导体衬底内形成晶体管的源极、漏极。
可选的，所述界面层材料包括氧化硅或氮氧化硅，所述界面层通过化学气相沉积工艺或者高温热氧化沉积工艺形成
可选的，所述高K栅介质层的材料包括HfO2、ZrO2、Al2O3和HfSiO2中的一种或一种以上化合物。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明的技术方案形成均匀致密的单原子层的第一薄膜，比现有技术形成岛状沉积的薄膜，具有表面平整、缺陷少的优点，从而使得后续在均匀致密的单原子层的第一薄膜的基础上形成的高K膜表面平整、覆盖率高、缺陷少。另外，由于本发明的技术方案克服了初期岛状沉积，避免了三维沉积的过程，能有效减少沉积时间、提高沉积的效率。
进一步，本发明的技术方案采用的第一前驱气体是在在单个脉冲时间内可以迅速在基底上形成饱和化学吸附的气体，所述气体可以在短时间内在基底上形成覆盖率高无缺陷的饱和吸附；在后续通入第二前驱气体与第一前驱气体反应后，相应的就会在基底表面形成覆盖率高、表面平整、缺陷少的第一薄膜。
进一步，本发明的技术方案采用NH4OH作为第一前驱气体，在衬底表面形成饱和吸附。与现有技术中采用H2O或O3作为第一前驱气体相比，NH4OH容易电离出OH-离子，很容易吸附在基底及后续形成的第一薄膜表面，使所述表面充分羟基化；在后续通入第二前驱气体后，NH4OH分子的OH-离子也更容易吸附第二前驱气体中的金属离子而发生化学反应形成薄膜沉积，提高沉积的效率；所述反应中形成的副产物HCl也能与NH4OH分子的NH4 +离子反应，进一步提高整个化学反应的速率，提高沉积的效率。
本发明的技术方案采用上述高K膜的制作方法制作晶体管的高K栅介质层，能有效提高所述高K栅介质层与相邻介质层之间的界面质量，减少缺陷，从而减少晶体管漏电流，提高晶体管的性能和稳定性。
附图说明
图1是现有技术中形成高K膜过程中产生的岛状沉积的剖面示意图;
图2是现有技术中在岛状沉积基础上形成的高K膜的剖面示意图;
图3至图8是本发明高K膜的制作方法的剖面结构示意图;
图9是本发明高K膜的制作方法的气体输送脉冲的示意图;
图10至图12是本发明高K膜的制作方法的ALD系统的示意图;
图13至图18是本发明晶体管的形成方法的的剖面结构示意图。
具体实施方式
如背景技术所述，以现有技术制作的高K栅介质层，应用于高K金属栅形成的晶体管会产生漏电流，稳定性不佳。
经过研究，发明人发现高K栅介质层表面粗糙，平整度不高会导致晶体管产生漏电流。
发明人经过进一步研究发现，造成高K栅介质层表面不平整的原因是由于ALD工艺过程中：通常采用H2O或O3作为沉积高K栅介质层的反应前驱气体，H2O或O3作为前驱气体时，不能在短时间内在基底表面饱和吸附，同时吸附在表面上的分子也不稳定容易脱落，这都使吸附的分子之间存在间隙。请参考图1，由于前期吸附不够快速和稳定，导致采用H2O或O3作为反应前驱气体会使沉积过程前期形成岛状沉积，在岛状沉积的基础上多次循环沉积之后，请参考图2，形成的薄膜覆盖率低，表面不平整，存在缺陷。这就使得形成的晶体管会产生漏电流，使得晶体管的性能下降。
另外，由于现有技术在初期形成岛状沉积使得后续的沉积在岛状基础上形成三维沉积，沉积的实际面积增加，导致沉积时间长，效率低。
为解决上述问题，本发明人提出了一种高K膜的制作方法，利用该方法可以制备出表面平整度佳、缺陷少且沉积效率高的高K膜；将所述高K膜的制作方法应用于晶体管的高K介质层的制作上，能提高后续形成的晶体管的性能和可靠性。
下面结合附图，通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的可实施方式的一部分，而不是其全部。根据这些实施例，本领域的普通技术人员在无需创造性劳动的前提下可获得的所有其它实施方式，都属于本发明的保护范围。
第一实施例
下面结合附图对本发明高K膜的制作方法作详细说明。
请参考图3，提供基底100。
所述基底100的材料是硅、氮化硅、锗、锗化硅或砷化镓。
在本实施例中，所述基底100为部分处理的基片（包括集成电路及其他元件的一部分），比如为包括硅衬底（未标识）、形成在硅衬底表面氧化硅层（未标识）的多层堆叠结构。整个反应过程中，反应压力是1托~20托，基底的温度是100℃~400℃。
请参考图4，将第一前驱气体通过化学吸附过程吸附在基底100表面。
具体的，所述第一前驱气体为NH4OH，采用惰性气体作为载气，以单个脉冲的形式输送到基底表面。
NH4OH在基底表面形成OH-，吸附于基底表面，使基底表面活化。由于NH4OH比较容易电离出OH-，所以在单个脉冲时间内就能在基底表面形成饱和的化学吸附，以单分子的形式稳定的保持在基底表面。
在本实施例中，采用惰性气体作为载气，所述惰性气体包括氮气、氩气、氦气或氖气中的一种或两种以上的气体。所述惰性气体以单个脉冲形式通过NH4OH的水溶液，携带出NH4OH气体作为第一前驱气体。其中所述NH4OH的水溶液摩尔浓度为10%~50%，惰性气体流速为1标况毫升/分~100标况毫升/分，单个脉冲持续时间为0.05秒~5秒。惰性气体通过NH4OH的水溶液，有利于溶液中NH4OH气体的挥发，并且对该气体起到稀释的作用，使混合气体浓度均匀地通到基底表面，有助于在基底表面形成均匀的化学吸附。
在其他实施例中，通过NH3和H2O蒸气反应得到NH4OH气体，并且同时通入惰性气体。其中NH3的流速为1~100标况毫升/分，H2O的流速均为1标况毫升/分~100标况毫升/分，惰性气体流速为1标况毫升/分~200标况毫升/分。采用NH3和H2O反应直接得到NH4OH,可以减少第一前驱气体中H2O的含量，保证第一前驱气体在基底表面吸附的质量。通入惰性气体起到稀释的作用，也使混合气体浓度均匀地通到基底表面，形成均匀的化学吸附。
请参考图5，采用第一惰性气体去除未被吸附的第一前驱气体。
具体的，所述第一惰性气体包括氮气、氩气、氦气或氖气中的一种或两种以上的气体。所述第一惰性气体吹扫基底表面同时，将第一惰性气体和未被吸附的第一前驱气体抽出并去除。由于通入的第一前驱气体是过量的，当它在基底表面完全吸附之后还会有过量的气体存在。将过量的第一前驱气体去除，可以保证后续通入第二前驱气体之后，只在基底的表面发生反应，产物也只会沉积在基底的表面，保证了成膜的质量。
请参考图6，采用第二前驱气体与基底100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110，所述第一薄膜为均匀致密的单原子层。
具体的，所述第一薄膜的材料包含HfO2、ZrO2、Al2O3、HfSiO2中一种或一种以上化合物。由于所述第一薄膜是后续逐层沉积薄膜的基础，该第一薄膜的质量会影响到最终的高K薄膜的质量。如果该第一薄膜有缺陷或者覆盖不均匀会导致最终形成的高K薄膜存在缺陷，表面不平整。
由于本发明中采用的第一前驱气体可以在短时间内在基底上形成覆盖率高无缺陷的饱和吸附，所以在与通入的第二前驱气体反应之后，生成的产物在基底表面形成覆盖率高、表面平整、缺陷少的第一薄膜，所述第一薄膜为均匀致密的单原子层，原子之间排列紧密，缺陷少，保证后续在此基础上的逐层沉积在一个平面内进行，不会出现岛状沉积。与现有技术相比，会加快沉积的速率，提高了成膜的质量。
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。第二前驱气体与吸附在基底表面的第一前驱气体的分子发生反应并产生相应的产物，直到表面的第一前驱气体分子完全消耗，反应自动停止，生成的物质沉积在基底表面形成第一薄膜。
在本实施例中，第二前驱气体是HfCl4,所述第一薄膜为HfO2薄膜。
请参考图7，采用第二惰性气体去除未反应的第二前驱气体和副产物，所述副产物为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形成。
具体的，所述第二惰性气体包括氮气、氩气、氦气或氖气中的一种或两种以上的气体。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。第二前驱气体与表面的第一前驱气体分子发生反应，当基底表面的第一前驱气体分子完全消耗，反应自动停止，这时还有过量的第二前驱气体以及反应过程中产生的副产物存在。如果不将这些物质去除，当再次通入第一前驱气体之后，就会与残留的第二前驱气体反应，不能在基底表面形成稳定的化学吸附，并且副产物作为杂质也会影响沉积薄膜的质量。所以将这些过量的第二前驱气体和副产物去除，可以保证后续循环沉积过程中通入第一前驱气体之后，第一前驱气体只吸附在基底或者上一个循环沉积形成的薄膜表面。
请参考图8，重复循环上述步骤，在第一薄膜上面逐层生长，形成高K薄膜120。
具体的，所述逐层生长是在第一薄膜的基础上通入第一前驱气体，在第一薄膜的表面形成饱和吸附，再与第二前驱气体反应，反应物在第一薄膜的单原子层上形成第二层单原子层。多次循环上述步骤，第一前驱气体和第二前驱气体反应的产物以单原子层的形式不断沉积，薄膜的厚度逐渐增加最终形成高K膜120。本实施例中，循环20~30次，得到厚度为
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的HfO2薄膜。
整个循环过程中气体通入的脉冲形式，请参考图9。
M1为第一前驱气体的输送脉冲，M2为第一惰性气体吹扫的脉冲，M3为第二前驱气体输送的脉冲，M4为第二惰性气体吹扫的脉冲。M1至M4完成一次，在基底表面形成第一薄膜；不断重复M1至M4的气体脉冲形式，在第一薄膜基础上以原子层形式逐层沉积，最终形成高K膜后，停止气体脉冲。
本发明技术方案的优点在于采用了可以在短时间内在基底上形成覆盖率高无缺陷的饱和吸附的气体作为第一前驱气体。与通入的第二前驱气体反应之后，生成的产物在基底表面形成覆盖率高、表面平整、缺陷少的第一薄膜，所述第一薄膜为均匀致密的单原子层，原子之间排列紧密，缺陷少，保证后续在第一薄膜基础上的逐层沉积在一个平面内进行，不会出现岛状沉积，从而使最终形成的高K膜覆盖率高、表面平整、缺陷少。同时，由于本发明的技术方案克服了初期岛状沉积，避免了三维沉积的过程即减少了沉积面积，能有效减少沉积的时间、提高沉积的效率。更进一步的，本实施例中，采用NH4OH作为第一前驱气体，HfCl4作为第二前驱气体，反应过程中形成的副产物HCl也能与NH4OH分子的NH4 +离子反应，进一步提高整个化学反应的速率，提高沉积的效率。
还需要说明的是，为了实现本发明的技术方案，请参考图10，本发明还提供一种ALD反应系统，包括：ALD反应腔室210，适于提供ALD反应的工作环境；气体供给装置200，适于为所述ALD反应腔室210提供反应气体和辅助气体，所述气体供给装置200通过管道201、202与ALD反应腔室210连接；排气装置220，位于ALD反应腔室220的下端，适于将ALD反应腔室210内的气体排出ALD反应腔室210。
具体地，所述ALD反应腔室210包括：位于所述ALD反应腔室210底部的加热装置211，用于承载基底212并对所述基底212加热；位于所述ALD反应腔室210内，基底212上方的喷头213，所述喷头213为多孔喷头，有助于将气体均匀的分散到基底表面；所述喷头213与所述气体供给装置200通过管道201和202连接。喷头213和排气装置220的位置与基底位置垂直，气体输入后气流垂直吹向基底表面。
在本发明的其他实施例中，ALD反应腔室210内的喷头213与外接的排气装置220的位置可以与基底位置平行，气体输入后气流从基底上表面平行流过。
具体的，请参考图11，所述气体供给装置200包括：位于所述气体供给装置200一端的第一惰性气体源310和第二惰性气体源320，用于给整个ALD沉积系统提供惰性气体；位于所述气体供给装置200中的第一前驱气体源313，用于在沉积过程中提供第一前驱气体，所述第一前驱气体源313通过管道316与管道201相接；所述第一惰性气体源310通过流量控制器（MFC）311和阀门312与所述第一前驱气体源313相连；位于所述气体供给装置200中的第二前驱气体源323和位于第二前驱气体源323下方的加热装置324，用于在沉积过程中提供第二前驱气体，所述第二气体源323与管道202相连；所述第二惰性气体源320通过流量控制器（MFC）321和阀门322与所述第二前驱气体源323相连。同时，第一惰性气体源310通过流量控制器（MFC）311、阀门314和管道315与管道201相连；第二惰性气体源320通过流量控制器（MFC）321、阀门325和管道326与管道202相连。
在本实施例中，所述第一惰性气体源310和第二惰性气体源320均为N2，在本发明的其他实施例中，第一惰性气体源310和第二惰性气体源320包含氩气、氦气或氖气中的一种或两种以上的混合气体。所述第一前驱气体源313是NH4OH水溶液，所述溶液摩尔浓度为10%~50%。所述第二前驱气体源323为HfCl4气体，所述HfCl4气体是由HfCl4固体通过加热装置324加热后升华得到的；在其他实施例中，如果形成第二前驱气体源323的物质非固态则不需要加热装置324。在其他实施例中，第一惰性气体源310和第二惰性气体源320采用同一惰性气体源，并且通过分流装置，通过不同管道分别作为第一前驱气体和第二前驱气体的载气同时也可以作为用于吹扫的惰性气体。这样就使得整个ALD反应系统更简单方便控制。
下面结合附图对本发明利用该ALD系统制作高K膜作详细说明。
请参考图10至图12，提供基底212。关闭各个阀门，并保持反应腔室内的洁净，将基底212置于ALD反应腔室210中的加热装置211上，将基底加热到100℃~400℃，ALD反应腔室压力调整到1托~20托。
将第一前驱气体通过化学吸附过程吸附在基底212表面。打开阀门312，以单个脉冲的形式输送第一惰性气体,，脉冲持续0.05秒~5秒。通过流量控制器311将N2的流速控制在1标况毫升/分~200标况毫升/分。N2通过第二前驱气体源313的NH4OH溶液后携带出气相的NH4OH，通过管道316、管道201和喷头213被输送进ALD反应腔室210内，气体充满整个腔室，与基底212充分接触后，在基底表面形成饱和的化学吸附。
在本发明的其他实施例中，NH4OH气体是通过NH3和H2O蒸气反应得到，并且同时通入惰性气体对NH4OH气体进行稀释。该气体供给装置包括：第一惰性气体源330，NH3源340，H2O源350。第一惰性气体源330通过流量控制器331、阀门332与管道201相接；NH3源340通过流量控制器341、阀门342与管道201相接；H2O源350通过流量控制器351、阀门352与管道201相接。同时打开阀门332、342、352，并以单个脉冲的形式同时输送N2、NH3、H2O，脉冲持续0.05秒~5秒。通过流量控制器331将N2的流速控制在1标况毫升/分~200标况毫升/分，通过流量控制器341将NH3的流速控制在1标况毫升/分~100标况毫升/分，通过流量控制器351将H2O的流速控制在1标况毫升/分~100标况毫升/分。NH3与H2O蒸气混合后形成NH4OH气体，N2作为载气，在其中起到稀释的作用，使最后进入ALD反应腔210内的气体浓度均匀。气体在ALD反应腔210与基底212充分接触后，在基底表面形成饱和的化学吸附。
采用第一惰性气体吹扫并去除未被吸附的第一前驱气体。关闭阀门312，开启阀门314，以单个脉冲形式输送第二惰性气体N2，脉冲持续0.05秒~5秒。通过流量控制器311将N2的流速控制在1标况毫升/分-100标况毫升/分。通过管道315、管道201和喷头213，以单个脉冲形式将N2输送入ALD反应腔室210内，对ALD反应腔室210内壁与基底212表面进行吹扫；同时排气装置220向外抽气，将上一步骤中ALD反应腔室210内未被吸附的过量NH4OH气体吹扫出去，保持ALD反应腔室210内的洁净。
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。关闭阀门314，并开启阀门322,以单个脉冲形式输送第二惰性气体N2，脉冲持续时间为0.05秒~5秒。通过流量控制器321将N2的流速控制在1标况毫升/分~200标况毫升/分。由于HfCl4为固体，通过加热装置324加热后，容器内会有HfCl4的升华的气态存在；N2通过第二气体源323，携带HfCl4气体通过管道202进入ALD反应腔室210内。HfCl4与吸附在基底212上的NH4OH产生反应生成HfO2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,并产生副产物HCl和NH4Cl。
采用第二惰性气体去除未反应的第二前驱气体和副产物，所述副产物为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形成。关闭阀门322，开启阀门325，以单个脉冲形式输送第二惰性气体N2，脉冲持续0.05秒~5秒。通过流量控制器321，将第二惰性气体N2的流速控制在1标况毫升/分-100标况毫升/分。通过管道326、管道202和喷头213进入ALD反应腔室210内，对ALD反应腔室210内壁与基底212表面进行吹扫；同时排气装置220向外抽气，将上一步骤中ALD反应腔室210内未参加反应的过量HfCl4气体和反应过程中产生的副产物HCl和NH4OH吹扫出去，保持ALD反应腔室210内的洁净。
重复循环上述步骤，在第一薄膜上面逐层生长，形成高K膜。
本实施例中，各个阀门的开关状态通过计时器（未示出）实现自动控制。从第一前驱气体输入开始计时，通过设定各个阶段的脉冲时间，实现对各个脉冲阶段的阀门开关状态的控制。
本发明的技术方案中提供的ALD反应系统，装置简单，便于操作。通过计时器的设定，可以精确控制整个反应过程。第一惰性气体和第一前驱气体共同通过管道201与ALD反应腔室210连接，第二惰性气体和第二前驱气体共同通过管道202与ALD反应腔室210连接，这样当惰性气体对腔室进行吹扫的同时也能将管道中的气体去除，防止在通入前驱气体之前，管道中的残留气体进入反应腔室内，影响后续成膜的质量。ALD反应腔室210中的喷头213具有多孔结构，可以使气体均匀的分散到整个基底表面，有利于第一前驱气体快速的在基底表面实现均匀的饱和吸附，也有利于通入的第二前驱气体与被吸附的第一前驱气体分子的同时均匀的产生化学反应，提高高K膜的质量。
本发明的技术方案及实现装置，能够制备出表面平整、覆盖率高、缺陷少的高K膜。
第二实施例
本发明的发明人还提供一种晶体管的形成方法，图13至图18是本发明晶体管的形成方法的第二实施例的剖面结构示意图。
请参考图13，提供一衬底400。所述衬底400作为形成栅极堆叠结构的基底。
请参考图14，在衬底400上形成界面层401。所述界面层401位于衬底400和后续形成的高K栅介质层之间，不仅能在衬底和界面层之间提供较佳品质的界面，还能在高k栅介质层和界面层之间提供较佳品质的界面，从而改善高k栅介质层与衬底之间的界面特性。所述界面层可以是氧化硅层或氮氧化硅层。所述界面层的形成方法可以是化学气相沉积工艺或者高温热氧化沉积工艺。
请参考图15，在界面层401上形成高K栅介质层402。利用第一实施例所述工艺在界面层上形成高K栅介质层，所述高K栅介质层的材料包括HfO2、ZrO2、Al2O3和HfSiO2中的一种或一种以上化合物。所述高K栅介质层表面平整无缺陷，能提高高K栅介质层与后续沉积的介质层之间的界面品质，减少后续工艺中形成的缺陷，从而有效的提高晶体管的性能。
请参考图16，在高K栅介质层402表面形成功函数金属层403。所述功函数金属层用来调节晶体管的功函数，降低晶体管的阈值电压，降低功耗。对于PMOS管，功函数金属层的材料一般采用功函数较高的金属；对于NMOS管，功函数金属层的材料则采用功函数较低的金属。
请参考图17，在半导体衬底上形成栅极堆叠结构。所述栅极堆叠结构包括：半导体衬底表面的界面层401、高K栅介质层402、功函数金属层403、栅电极层404。在一实施例中，形成所述栅极堆叠结构的方法为：刻蚀去除部分栅电极层、功函数金属层、高K栅介质层和界面层直至暴露出半导体衬底为止，形成栅极堆叠结构。在刻蚀后的所述栅极堆叠结构和半导体衬底表面沉积形成侧墙层，并通过回刻蚀工艺，在所述栅极堆叠结构侧壁表面形成侧墙405。
请参考图18，在栅极堆叠结构两侧的半导体衬底内形成晶体管的源极406和漏极407。在一实施例中，所述源极406和漏极407的形成工艺为在刻蚀栅电极层、功函数金属层、高K栅介质层和界面层之后，以及形成侧墙之前，以刻蚀后的栅电极层为掩膜，对半导体衬底进行轻掺杂离子注入；在形成侧墙之后，以栅极结构为掩膜，对半导体衬底进行重掺杂离子注入。源极406和漏极407之间的衬底区域构成晶体管的沟道。
源极、漏极、沟道上方的栅极堆叠结构构成晶体管。
由于高K栅介质层表面不平整存在大量缺陷也会导致整个栅极堆叠结构每一层中都存在缺陷，使后续形成的晶体管产生漏电流，所以晶体管中高K栅介质层的界面质量对于晶体管的性能影响十分重要。本发明在形成晶体管的方法中，采用第一实施例中所述的高K栅介质层的制备方法在界面层上沉积高K栅介质层，在提高晶体管高K栅介质层质量的同时，也提高了高K栅介质层与界面层之间的界面质量以及高K栅介质层与功函数金属层之间的界面质量，从而能减小晶体管中栅极堆叠结构中的缺陷，减小晶体管的漏电流，提高了器件的稳定性和可靠性。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明技术方案，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，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方式所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (18)

1.一种高K膜的制作方法，其特征在于，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。
2.根据权利要求1所述的高K膜的制作方法，其特征在于，所述基底的材料是硅、二氧化硅、氮化硅、锗、锗化硅或砷化镓。
3.根据权利要求1所述的高K膜的制作方法，其特征在于，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。
4.根据权利要求1或3所述的高K膜的制作方法，其特征在于，所述第一前驱气体是在单个脉冲时间内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。
5.根据权利要求1所述的高K膜的制作方法，其特征在于，所述第一前驱气体是NH4OH气体。
6.根据权利要求1所述的高K膜的制作方法，其特征在于，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。
7.根据权利要求1所述的高K膜的制作方法，其特征在于，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。
8.根据权利要求1所述的高K膜的制作方法，其特征在于，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。
9.根据权利要求1所述的高K膜的制作方法，其特征在于，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。
10.根据权利要求1所述的高K膜的制作方法，其特征在于，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。
11.根据权利要求5所述的高K膜的制作方法，其特征在于，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%。
12.根据权利要求5所述的高K膜的制作方法，其特征在于，所述NH4OH气体的形成工艺为采用NH3气体与H2O蒸气反应。
13.根据权利要求12所述的高K膜的制作方法，其特征在于，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。
14.根据权利要求12或13所述的高K膜的制作方法，其特征在于，所述采用NH3气体与H2O蒸气反应形成NH4OH气体的同时，通入惰性气体对混合气体进行稀释，所述混合气体包括NH4OH气体、NH3气体和H2O蒸气。所述惰性气体的流速为1标况毫升/分~200标况毫升/分。
15.根据权利要求1所述的高K膜的制作方法，其特征在于，所述形成高K膜的过程中，压力是1托~20托，基底的温度是100℃~400℃。
16.一种晶体管的形成方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在衬底表面形成界面层；
在界面层表面采用权利要求1至15任一项所述的高K膜的制作方法形成高K栅介质层；
在高K栅介质层表面形成功函数金属层；
在衬底表面形成栅极堆叠结构；
在栅极堆叠结构两侧的半导体衬底内形成晶体管的源极、漏极。
17.根据权利要求16所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述界面层材料包括氧化硅或氮氧化硅，所述界面层通过化学气相沉积工艺或者高温热氧化沉积工艺形成。
18.根据权利要求16所述的晶体管的形成方法，其特征在于，所述高K栅介质层的材料包括HfO2、ZrO2、Al2O3和HfSiO2中的一种或一种以上化合物。
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