CN103594350A - 一种减小界面层生长的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减小界面层生长的方法，依次包括如下步骤：（1）在硅衬底上生长SiO2界面层；（2）在SiO2界面层上沉积高k栅介质层；（3）在高k栅介质层上沉积金属栅电极；（4）在金属栅电极上沉积一层氮化硅保护层；（5）离子注入形成源区和漏区；（6）对硅衬底进行预加热；（7）采用激光脉冲对源区和漏区进行退火；（8）去除氮化硅保护层，完成器件的制作。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种减小界面层生长的方法。
背景技术
纳米集成电路以“高k/金属栅”技术为核心，对于具有高k/金属栅结构的MOS器件，足够小的等效氧化层厚度(EOT)是保障MOS器件微缩及性能提高的必要条件。一般情况下，在高k栅介质层和硅衬底之间会有一层厚度在0.5～1纳米的SiO2界面层。为提高高k栅介质与硅衬底间界面的质量，SiO2界面层通常采用高温热氧化的方法生长。此外，为满足纳米技术MOS器件尺寸按比例缩小的要求，我们希望介电常数较低的SiO2界面层的厚度要尽量的小，以达到降低整个栅结构EOT的目的。
在MOS半导体器件的制造过程中，为使器件的源漏杂质激活，需要在进行高温退火工艺，退火温度高达900～1050℃左右。在此过程中，退火环境中的氧会由于高温作用扩散进具有高k/金属栅结构的MOS器件中，与硅衬底反应生成SiO2，从而在硅衬底与栅介质形成厚度变厚的SiO2界面层。该界面层会导致MOS器件栅结构EOT的增加，并最终影响到器件的整体性能。
此外，采用高温退火的方式还不利于生长效率的提高，因为为了达到高温退火的温度，必须在高温炉中控制温度缓慢的上升，而且退火之后，还必须等待高温的下降。这个温度上升和下降的过程需要耗费大量的时间。
发明内容
本发明针对上述问题，提出了一种采用激光退火的工艺来使得器件的源漏杂质激活，同时又不会在硅衬底和栅介质之间生成SiO2界面层；这样就既能达到退火激活杂质的目的，由能减小界面层的厚度增加。
本发明提出的减小界面层生长的方法，依次包括如下步骤：
（1）在硅衬底上生长SiO2界面层；
（2）在SiO2界面层上沉积高k栅介质层；
（3）在高k栅介质层上沉积金属栅电极；
（4）在金属栅电极上沉积一层氮化硅保护层；
（5）离子注入形成源区和漏区；
（6）对硅衬底进行预加热；
（7）采用激光脉冲对源区和漏区进行退火；
（8）去除氮化硅保护层，完成器件的制作。
其中，生成的SiO2界面层厚度为0.3-0.9纳米；
其中，高k栅介质为Al2O3、ZrO2、La2O3、Ta2O5或HfO2。
其中，对硅衬底的预加热温度为330-500摄氏度；
其中，激光脉冲能量密度阈值为400mJ/cm2，退火时间为40-75纳米，激光波长介于193-308nm之间。
具体实施方式
实施例1
本发明提出的减小界面层生长的方法，依次包括如下步骤：
（1）在硅衬底上生长SiO2界面层；
（2）在SiO2界面层上沉积高k栅介质层；
（3）在高k栅介质层上沉积金属栅电极；
（4）在金属栅电极上沉积一层氮化硅保护层；
（5）离子注入形成源区和漏区；
（6）对硅衬底进行预加热；
（7）采用激光脉冲对源区和漏区进行退火；
（8）去除氮化硅保护层，完成器件的制作。
其中，生成的SiO2界面层厚度为0.3-0.9纳米；
其中，高k栅介质为Al2O3、ZrO2、La2O3、Ta2O5或HfO2。
其中，对硅衬底的预加热温度为330-500摄氏度；
其中，激光脉冲能量密度阈值为400mJ/cm2，退火时间为40-75纳米，激光波长介于193-308nm之间。
本发明提供的减小界面层生长的方法，通过氮化硅保护层对金属栅电极和SiO2界面层的保护，使得对衬底预加热时，由于氮化硅保护层的阻挡作用，减小了氧进入到SiO2界面层与硅衬底之间，因而SiO2界面层的厚度几乎没有增加。而且最重要的是，在对源区和漏区进行退火杂质激活的过程中，由于采用时间非常短暂的激光退火工艺，因此退火时间非常短，同时激光退火时还先对衬底进行了预加热，因而无需很大的激光退火能量即可完成退火。
实施例2
本发明提出的减小界面层生长的方法，依次包括如下步骤：
（1）在硅衬底上生长SiO2界面层；
（2）在SiO2界面层上沉积高k栅介质层；
（3）在高k栅介质层上沉积金属栅电极；
（4）在金属栅电极上沉积一层氮化硅保护层；
（5）离子注入形成源区和漏区；
（6）对硅衬底进行预加热；
（7）采用激光脉冲对源区和漏区进行退火；
（8）去除氮化硅保护层，完成器件的制作。
其中，生成的SiO2界面层厚度为0.5纳米；
其中，高k栅介质为Al2O3；
其中，对硅衬底的预加热温度为380摄氏度；
其中，激光脉冲能量密度阈值为400mJ/cm2，退火时间为50纳米，激光波长介于193-308nm之间。
实施例3
本发明提出的减小界面层生长的方法，依次包括如下步骤：
（1）在硅衬底上生长SiO2界面层；
（2）在SiO2界面层上沉积高k栅介质层；
（3）在高k栅介质层上沉积金属栅电极；
（4）在金属栅电极上沉积一层氮化硅保护层；
（5）离子注入形成源区和漏区；
（6）对硅衬底进行预加热；
（7）采用激光脉冲对源区和漏区进行退火；
（8）去除氮化硅保护层，完成器件的制作。
其中，生成的SiO2界面层厚度为0.8纳米；
其中，高k栅介质为La2O3或HfO2。
其中，对硅衬底的预加热温度为400摄氏度；
其中，激光脉冲能量密度阈值为400mJ/cm2，退火时间为60纳米，激光波长介于193-308nm之间。
至此已对本发明做了详细的说明，但前文的描述的实施例仅仅只是本发明的优选实施例，其并非用于限定本发明。本领域技术人员在不脱离本发明精神的前提下，可对本发明做任何的修改，而本发明的保护范围由所附的权利要求来限定。
Claims (2)
1.一种减小界面层生长的方法，依次包括如下步骤：
（1）在硅衬底上生长SiO2界面层；
（2）在SiO2界面层上沉积高k栅介质层；
（3）在高k栅介质层上沉积金属栅电极；
（4）在金属栅电极上沉积一层氮化硅保护层；
（5）离子注入形成源区和漏区；
（6）对硅衬底进行预加热；
（7）采用激光脉冲对源区和漏区进行退火；
（8）去除氮化硅保护层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
其中，生成的SiO2界面层厚度为0.3-0.9纳米；高k栅介质为Al2O3、ZrO2、La2O3、Ta2O5或HfO2；对硅衬底的预加热温度为330-500摄氏度；激光脉冲能量密度阈值为400mJ/cm2，退火时间为40-75纳米，激光波长介于193-308nm之间。
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