一种高效形成氧化铝介质层的方法

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，具体涉及一种高效形成氧化铝介质层的方法。

背景技术

原子层沉积(ALD)工艺是近年来一种形成高质量原子尺寸薄膜的主流方法，目前，在半导体制造过程中，常用来制备氧化铝和氧化铪等高K介质。其中，氧化铝是一种最常用的高K介质，用于前段器件及后段MIM电容介质层。

原子层沉积的缺点是沉积速率慢，对产能和经济效益均有比较大的挑战，尤其是采用氧化铝作为MIM电容介质层时，沉积的氧化铝通常需要100埃及以上的厚度，严重影响产能。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种高效形成氧化铝介质层的方法，用于解决现有技术形成氧化铝介质层时采用的原子层沉积工艺的沉积速率慢影响产能的问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本申请提供一种高效形成氧化铝介质层的方法，包括：

步骤S1，提供一衬底，在衬底上形成粘合层；

步骤S2，对衬底进行清洗预处理；

步骤S3，在原子层沉积机台采用原子层沉积工艺在粘合层上形成氧化铝介质层。

优选的，清洗预处理在等离子体预清洁腔室内进行，该等离子体预清洁腔室和形成粘合层的沉积腔室位于同一机台。

优选的，实施清洗预处理时，在等离子体预清洁腔室内通入氩气，氩气的流量为15sccm-200sccm，源功率为300W-600W，偏置功率为200W-500W，处理时间为10s-30s。

优选的，步骤S3包括以下多次循环实施的步骤：第一步：在原子层沉积机台的沉积腔室内通入水蒸气，以使粘合层的表面吸附大量的羟基；第二步：在原子层沉积机台的沉积腔室内通入三甲基铝，在粘合层上形成氧化铝介质层。

优选的，在第一步中，水蒸气的温度为180℃-250℃。

优选的，待粘合层的表面饱和，排净水蒸气后进行第二步。

优选的，循环实施步骤的次数依据在粘合层上所需形成的氧化铝介质层的厚度而定。

优选的，采用物理气相沉积工艺形成粘合层。

优选的，粘合层的材料为氮化钛、钛、氮化钽和钽中的任意一种或者几种的混合物。

优选的，粘合层的厚度为500埃-1000埃。

如上所述，本申请提供的高效形成氧化铝介质层的方法，具有以下有益效果：通过步骤S2，将粘合层表面的无法吸附羟基的尖峰状微粒和杂质去除，可以显著增加粘合层表面的吸附点位，使粘合层的表面可以更多吸附步骤S3中循环实施步骤的第一步所产生的羟基，从而提升原子层沉积的沉积速率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1显示为本申请实施例提供的高效形成氧化铝介质层的方法的流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其它优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在半导体制造过程中，通常采用原子层沉积工艺在衬底上形成氧化铝介质层。由于沉积的氧化铝的厚度较厚且原子层沉积的沉积速率慢，导致产能的下降。

原子层沉积的沉积速率受到反应方式、介质表面的活动反应位点密度、反应温度等影响。通过对沉积过程的优化，可以提升沉积速率，满足半导体制造提升产能的需求。

为此，本申请提供一种高效形成氧化铝介质层的方法。

请参阅图1，其示出了本申请实施例提供的高效形成氧化铝介质层的方法的流程图。

如图1所示，本申请实施例提供的高效形成氧化铝介质层的方法包括如下步骤：

步骤S1，提供一衬底，在衬底上形成粘合层；

步骤S2，对衬底进行清洗预处理；

步骤S3，在原子层沉积机台采用原子层沉积工艺在粘合层上形成氧化铝介质层。

在步骤S1中，可选的，衬底为硅衬底、锗衬底或者绝缘体上硅衬底等；或者衬底的材料还可以包括其它的材料，例如砷化镓等III-V族化合物。本领域的技术人员可以根据衬底上形成的器件结构类型选择衬底的构成材料，因此衬底的类型不应限制本发明的保护范围。

衬底上形成有多个隔离部件，隔离部件将衬底分成多个区域。隔离部件可由诸如二氧化硅(SiO

示例性的，通过浅沟槽隔离工艺(STI，Shallow Trench Isolation)形成隔离部件，浅沟槽隔离工艺包括但不限于浅沟槽刻蚀、氧化物填充和氧化物平坦化。

其中浅沟槽刻蚀包括但不限于隔离氧化层、氮化物沉淀、采用掩膜版进行浅槽隔离以及进行STI浅槽刻蚀。其中STI氧化物填充包括但不限于沟槽衬垫氧化硅、沟槽CVD(化学气相沉积)氧化物填充或PVD(物理气相沉积)氧化物填充。其中硅片表面的平坦化可以通过多种方法实现。可以通过使用SOG(spin-on-glass)填充间隙实现硅片的平坦化，SOG可以由80％的溶剂与20％的二氧化硅构成，淀积之后烘焙SOG，蒸发掉溶剂，将二氧化硅留在间隙当中，也可以进行全部表面的反刻，以减少整个硅片的厚度。亦可以通过CMP工艺(也称为化学机械抛光工艺)有效地进行平坦化处理，包括但不限于对沟槽氧化物进行抛光(可以采用化学机械抛光)以及氮化物去除。

衬底的不同区域形成有各种半导体器件，例如MOS管、二极管等。

衬底上形成有层间介质层，可选的，层间介质层的材料例如但不限于：氮化硅(Si

层间介质层的层数可以具有任何数量，每层层间介质层中均形成有通孔与导线，各导线及通孔包括任何传统的结构。层间介质层中的通孔与导线可使用任何已知或将来开发的技术而形成，例如介电质沉积、图案化、蚀刻、难熔金属衬垫沉积、导体沉积、平坦化、覆盖层沉积等。

示例性的，采用物理气相沉积工艺在衬底上形成粘合层。可选的，粘合层的材料为氮化钛(TiN)、钛(Ti)、氮化钽(TaN)和钽(Ta)中的任意一种或者几种的混合物。

示例性的，粘合层的厚度为500埃-1000埃。

在步骤S2中，通过对衬底进行清洗预处理，去除粘合层表面的尖峰状微粒和杂质，增大粘合层的比表面积的同时，粗糙度略有增加，粘合层表面的吸附点位增多。

在本实施例中，清洗预处理在等离子体预清洁(PXCT)腔室内进行，该等离子体预清洁腔室和形成粘合层的沉积腔室位于同一机台。在等离子体预清洁腔室内通入氩气，氩气的流量为15sccm-200sccm，源功率为300W-600W，偏置功率为200W-500W，功率过大会对粘合层造成损伤，处理时间为10s-30s。

将晶圆转移至原子层沉积机台实施步骤S3，在步骤S3中，采用原子层沉积工艺在粘合层上形成氧化铝介质层的过程包括以下多次循环实施的步骤：

第一步：在原子层沉积机台的沉积腔室内通入水蒸气，以使粘合层的表面吸附大量的羟基(OH-)；

第二步：在原子层沉积机台的沉积腔室内通入三甲基铝(TMA)，产生AlO基团，在粘合层上形成氧化铝介质层。

在第一步中，水蒸气的温度为180℃-250℃，待粘合层的表面饱和，排净水蒸气后进行第二步。

该循环实施步骤的次数依据在粘合层上所需形成的氧化铝介质层的厚度而定，在此不做具体限定。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

通过步骤S2，将粘合层表面的无法吸附羟基的尖峰状微粒和杂质去除，可以显著增加粘合层表面的吸附点位，使粘合层的表面可以更多吸附步骤S3中循环实施步骤的第一步所产生的羟基，从而提升原子层沉积的沉积速率。

综上所述，本申请提供的高效形成氧化铝介质层的方法，可以显著提升形成氧化铝介质层时采用的原子层沉积工艺的沉积速率，进而提高产能。所以，本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。