一种防止高K材料氧扩散的方法技术

本发明专利技术公开了一种防止高K材料氧扩散的方法，通过在超薄界面层和高K材料界面处增加淀积一层金属Ru作为缓冲层，并在高K材料淀积完好后进行退火，使高K材料中的氧和金属Ru结合，形成稳定的RuO2，从而可防止氧和衬底中的硅反应形成氧扩散；同时，还可阻止超薄界面层中的OH—和高K材料生成Hf的亚氧化物HfO2H2x,避免电子由Hf向功函数金属转移形成界面，造成有效功函数的降低，从而提高了电路的电学特性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路制造
，更具体地，涉及一种可防止高K材料氧扩散的方法。
技术介绍
SiO2介质长期作为栅极氧化层应用于CMOS
，并为维持器件的缩小而逐渐减薄。然而，进入45nm技术节点，太薄的SiO2介质已达到物理极限，即便采用SiON代替SiO2将传统技术沿用至45-32nm技术代，仍无法避免漏电流增大的问题。目前，在32nm及以下技术代，业界普遍采用高K(High-k，高介电常数)材料代替SiO2，其不但拥有高的介电常数，同时还具备类似SiO2的优越性能。但高k介质材料与作为栅电极材料的多晶硅并不兼容，两者界面缺陷引起的费米能级钉扎效应会导致阈值电压升高，且高k材料本身的表面声子散射效应也会导致载流子迁移率的降低。此外，多晶硅耗尽层效应也会降低器件的性能。采用金属代替多晶硅作为栅电极材料，可以解决上述问题，进一步提高器件的性能。然而，高K材料由于其热稳定差，在高温沉积过程中会与沟道以及栅电极发生反应，生成SiO2和硅酸盐，导致其与沟道和栅极之间容易发生界面反应。如HfO2和Si之间会发生如下反应：2Si+HfO2——HfSi+SiO2上述反应形成的SiO2等中间层介电常数低，会导致栅介质层的有效介电性能降低，增大EOT。而且，此中间层具有高的氧化物缺陷密度，会降低沟道表面载流子浓度和迁移率。另外，高K材料的结晶温度普遍较低，热处理会导致内部非晶变为多晶，而多晶的晶界之间存在缺陷，这些有缺陷的晶界会变成漏电流的通道，导致漏电流增大。为了减缓上述问题，业界在衬底硅和高K材料之间增加了一层超薄界面层(IL)，这种界面层通常由一薄层SiO2或SiON形成缓冲层，层厚约为4-10A。通常这层缓冲层采用化学氧化层的方式生长，但是，由化学方式生长的界面层呈多孔结构，其表面OH—会使高K材料生成Hf的亚氧化物HfO2H2x,并会在介质层中产生氧空位，导致电子由Hf向功函数金属转移形成界面，造成有效功函数的降低，并因此降低电路的电学特性和可靠性。因此，鉴于以上原因，急需开发一种防止高K材料氧扩散的方法，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种防止高K材料氧扩散的方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种防止高K材料氧扩散的方法，包括：步骤一：提供一硅衬底，在所述硅衬底上淀积一层超薄界面层(IL)；步骤二：在所述超薄界面层上淀积一层金属Ru；步骤三：在所述金属Ru上继续淀积高K材料；步骤四：退火，使所述高K材料中的氧和金属Ru结合，形成稳定的RuO2。优选地，步骤一中，采用化学氧化方法淀积所述超薄界面层。优选地，步骤一中，所述超薄界面层的厚度为5～20A。优选地，所述超薄界面层材料为SiO2或SiON。优选地，步骤二中，采用原子层淀积(ALD)方法淀积所述金属Ru。优选地，所述金属Ru的厚度为50～200A。优选地，步骤三中，采用原子层淀积方法淀积所述高K材料。优选地，步骤四中，所述退火的温度为500～800度。从上述技术方案可以看出，本专利技术通过在超薄界面层和高K材料界面处增加淀积一层金属Ru作为缓冲层，并在高K材料淀积完好后进行退火，使高K材料中的氧和金属Ru结合，形成稳定的RuO2，从而可防止氧和衬底中的硅反应形成氧扩散；同时，还可阻止超薄界面层中的OH—和高K材料生成Hf的亚氧化物HfO2H2x,避免电子由Hf向功函数金属转移形成界面，造成有效功函数的降低，从而提高了电路的电学特性和可靠性。附图说明图1是本专利技术的一种防止高K材料氧扩散的方法流程图；图2～图4是本专利技术一较佳实施例中根据图1的方法形成的工艺结构示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本专利技术的实施方式时，为了清楚地表示本专利技术的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本专利技术的限定来加以理解。在以下本专利技术的具体实施方式中，请参阅图1，图1是本专利技术的一种防止高K材料氧扩散的方法流程图；同时，请对照参阅图2～图4，图2～图4是本专利技术一较佳实施例中根据图1的方法形成的工艺结构示意图，图2～图4中形成的工艺结构，可与图1中的各制作步骤相对应，以便于对本专利技术的方法进行理解。如图1所示，本专利技术提供了一种防止高K材料氧扩散的方法，包括以下步骤：如框S01所示，步骤一：提供一硅衬底，在所述硅衬底上淀积一层超薄界面层。请参考图2。首先，在衬底100上淀积一层超薄界面层(IL)101。作为一可选的实施方式，可采用化学氧化方法淀积所述超薄界面层。并且，所述超薄界面层的厚度优选为5～20A。所述超薄界面层的淀积材料可为SiO2或SiON。如框S02所示，步骤二：在所述超薄界面层上淀积一层金属Ru。请参考图3。接下来，在所述超薄界面层101上继续淀积一层金属Ru102。作为一可选的实施方式，可采用原子层淀积(ALD)方法淀积所述金属Ru。并且，所述金属Ru的厚度优选为50～200A。如框S03所示，步骤三：在所述金属Ru上继续淀积高K材料。请参考图4。接下来，在所述金属Ru102上继续淀积一层高K材料103。作为一可选的实施方式，可采用原子层淀积方法淀积所述高K材料，其厚度可根据工艺需要确定。如框S04所示，步骤四：退火，使所述高K材料中的氧和金属Ru结合，形成稳定的RuO2。最后，对上述形成的工艺结构层进行整体退火处理，使所述高K材料中的氧和金属Ru结合，形成稳定的RuO2，从而防止了高K材料中的氧发生扩散和衬底中的硅反应。作为一可选的实施方式，退火时的温度可为500～800度。综上所述，相较于现有技术，本专利技术通过在超薄界面层和高K材料界面处增加淀积一层金属Ru作为缓冲层，并在高K材料淀积完好后进行退火，使高K材料中的氧和金属Ru结合，形成稳定的RuO2，从而可防止氧和衬底中的硅反应形成氧扩散；同时，还可阻止超薄界面层中的OH—和高K材料生成Hf的亚氧化物HfO2H2x,避免电子由Hf向功函数金属转移形成界面，造成有效功函数的降低，从而提高了电路的电学特性和可靠性。以上所述的仅为本专利技术的优选实施例，所述实施例并非用以限制本专利技术的专利保护范围，因此凡是运用本专利技术的说明书及附图内容所作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防止高K材料氧扩散的方法，其特征在于，包括：步骤一：提供一硅衬底，在所述硅衬底上淀积一层超薄界面层；步骤二：在所述超薄界面层上淀积一层金属Ru；步骤三：在所述金属Ru上继续淀积高K材料；步骤四：退火，使所述高K材料中的氧和金属Ru结合，形成稳定的RuO2。

【技术特征摘要】
1.一种防止高K材料氧扩散的方法，其特征在于，包括：
步骤一：提供一硅衬底，在所述硅衬底上淀积一层超薄界面层；
步骤二：在所述超薄界面层上淀积一层金属Ru；
步骤三：在所述金属Ru上继续淀积高K材料；
步骤四：退火，使所述高K材料中的氧和金属Ru结合，形成稳定的RuO2。
2.根据权利要求1所述的防止高K材料氧扩散的方法，其特征在于，
步骤一中，采用化学氧化方法淀积所述超薄界面层。
3.根据权利要求1所述的防止高K材料氧扩散的方法，其特征在于，
步骤一中，所述超薄界面层的厚度为5～20A。
4.根据权利要求1～3任意一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾绍海，李铭，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31