一种克服钼基金属栅叠层结构制备中钼与硅反应的方法技术

本发明专利技术公开了一种克服钼基金属栅叠层结构制备中钼与硅反应的方法，包括以下步骤：步骤１０：在半导体衬底（１００）上形成高Ｋ栅介质层（１０１）；步骤２０：高Ｋ栅介质层（１０１）经过快速热退火处理后，在其上形成钼基金属栅电极层（１０２）；步骤３０：在钼基金属栅电极层（１０２）上形成势垒层（１０３）；步骤４０：在势垒层（１０３）上形成硅栅层（１０４）。本发明专利技术在钼基金属栅和硅栅之间加入一层势垒层，可以防止钼基金属栅在硅栅淀积的过程中与硅栅发生反应。另外，该结构的功函数由处于底层的钼基金属栅决定，所以该方法不会影响Ｐ管功函数需要的钼基金属栅的功函数，为实现高Ｋ／钼基金属栅的叠层结构制备清除了障碍。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路制造
，尤其涉及一种克服钼(Mo)基金属栅叠层结构制备中Mo与硅反应的方法。
技术介绍
随着半导体器件的特征尺寸进入到45nm技术节点以后，为了减小栅隧穿电流，降低器件的功耗，并彻底消除多晶硅耗尽效应和PMOSFET(P型金属-氧化物-半导体场效应晶体管)中B扩散引起的可靠性问题，缓解费米能级钉扎效应，采用高K(介电常数)/金属栅材料代替传统的SiO2/poly(多晶硅)结构已经成为了必然的选择。虽然高K、金属栅材料的制备问题已经基本解决，但是如何将他们集成到现有的CMOS工艺中更是一个难题。对于引入高K、金属栅材料的纳米级CMOS器件来说，为了得到较好的短沟效应以及合适的阈值，N管和P管的功函数应在Si的导带底附近(4.1eV左右)和Si的价带顶附近(5.2eV左右)。金属栅材料中适合做N管栅电极的金属栅材料较多，但P管中一直缺少功函数高的栅材料作为栅电极。只有Ni(5.15eV)、Ir(5.27eV)和Pt(5.65eV)有接近5.2eV的功函数。但由于Pt和Ir金属栅难于刻蚀，使得该材料不易集成到高K/金属栅结构中。Ir和Ni易向高K介质中扩散且化学性质活泼，易引起金属栅/高K结构失效的问题。而Mo金属栅由于具有低的电阻率(5X10-6Ω.cm)、高的熔点(大于2600度)以及(100)晶向的Mo金属栅展现出5eV附近的功函数，且Mo金属栅材料比Pt等材料易于刻蚀，这些特性使得Mo基金属栅成为P管金属栅材料的有力候选者。在先栅工艺中实现高K/金属栅的集成时，并不是整个栅电极都采用纯金属栅，而是采用金属栅和硅栅的叠层结构，其中金属栅材料决定器件的阈值。这样做不仅可以尽可能多的利用原有的CMOS工艺，还降低了刻蚀的难度，减小金属栅对沟道的应力(避免载流子迁移率降低)，避免后续源漏离子注入工艺对金属栅电极的影响。因此，Mo基金属栅叠层结构的制备是实现P管高K/金属栅的集成有效途径之一。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术针对引入高K/金属栅材料后，为实现高K/金属栅集成的新课题，提供一种克服Mo基金属栅叠层结构制备中Mo与硅反应的方法。(二)技术方案本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种克服Mo基金属栅叠层结构制备中Mo与硅反应的方法，包括以下步骤：步骤10：在半导体衬底100上形成高K栅介质层101；步骤20：高K栅介质层101经过快速热退火处理后，在其上形成Mo基金属栅电极层102；步骤30：在Mo基金属栅电极层102上形成势垒层103；-->步骤40：在势垒层103上形成硅栅层104。上述方案中，步骤10中所述高K栅介质层101为HfO2、HfON、HfAlO、HfAlON、HfTaO、HfTaON、HfSiO、HfSiON、HfLaO或HfLaON，所述高K栅介质层101是通过物理气相淀积、金属有机化学气相沉积或者原子层淀积形成的。上述方案中，步骤20中所述高K栅介质层101的快速热退火处理温度为500至950摄氏度，处理时间为10至60秒。上述方案中，步骤20中所述Mo基金属栅电极层102由Mo、MoN、MoAlN或者MoAlN、MoN、Mo中任意两种材料的叠层结构构成；所述Mo基金属栅电极层102是通过物理气相淀积、金属有机化学气相沉积或者原子层淀积形成的。上述方案中，步骤30中所述势垒层103是由与多晶接触时热稳定性高的金属氮化物TiN或AlN构成的。上述方案中，步骤30中所述势垒层103是通过物理气相淀积、金属有机化学气相沉积或者原子层淀积形成的。上述方案中，步骤40中所述硅栅层104是多晶硅，或者是非晶硅。上述方案中，步骤40中所述硅栅层104是通过低压化学气相淀积工艺形成的。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的这种Mo基金属栅叠层结构的制备方法，在Mo基金属栅和硅栅之间加入一层势垒层，可以防止Mo基金属栅在硅栅淀积的过程中与硅栅发生反应。另外，该结构的功函数由处于底层的Mo基金属栅决定，所以该方法不会影响P管功函数需要的Mo基金属栅的功函数，为实现高K/Mo基金属栅的叠层结构制备清除了障碍。附图说明图1为依照本专利技术实施例制备Mo基金属栅叠层结构的工艺流程图；图2为依照本专利技术实施例在Mo基金属栅上直接淀积多晶硅后的扫描电镜图；图3为依照本专利技术实施例在Mo基金属栅上直接淀积非晶硅后的扫描电镜图；图4为依照本专利技术实施例在Mo基金属栅上先淀积势垒层再淀积多晶硅后的扫描电镜图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。图1为本专利技术实施例Mo基金属栅叠层结构的制备流程图。如图1所示，所述方法包括以下步骤：步骤10：在半导体衬底100上形成高K栅介质层101；所述高K栅介质层101为HfO2、HfON、HfAlO、HfAlON、HfTaO、HfTaON、HfSiO、HfSiON、HfLaO或HfLaON，所述高K栅介质层101是通过物理气相淀积、金属有机化学气相沉积或者原子层淀积形成的。-->步骤20：高K栅介质层101经过快速热退火处理后，在其上形成Mo基金属栅电极层102；所述高K栅介质层101的快速热退火处理温度为500至950摄氏度，处理时间为10至60秒。所述Mo基金属栅电极层102通过物理气相淀积工艺形成，厚度为14纳米。步骤30：在Mo基金属栅电极层102上形成势垒层103；所述势垒层103可由TiN、AlN等与多晶接触时热稳定性高的金属氮化物构成。所述势垒层103可通过物理气相淀积、金属有机化学气相沉积或者原子层淀积形成。步骤40：在所述势垒层103上形成硅栅层104。所述硅栅层104可以是多晶硅，也可以是非晶硅。所述硅栅层104通过低压化学气相淀积工艺形成。图2为本专利技术实施例Mo基金属栅上直接淀积多晶硅后的扫描电镜图。从图2可以看出，直接在Mo基金属栅电极层102采用低压化学气相淀积工艺形成多晶硅栅后，Mo基金属栅与多晶存在严重的界面反应，即Mo基金属栅与多晶硅的热稳定性很差，该结构不适于集成。图3为本专利技术实施例Mo基金属栅上直接淀积非晶硅后的扫描电镜图。从图3可以看出，直接在Mo基金属栅电极层102采用低压化学气相淀积工艺形成非晶硅栅后(淀积温度为550摄氏度)，Mo基金属栅与非晶也存在严重的界面反应，该结构不适于集成。可见，降低硅栅的淀积温度并不能消除Mo基金属栅与非晶硅栅的界面反应。图4为本专利技术实施例Mo基金属栅上先淀积势垒层再淀积多晶硅后的扫描电镜图。通过物理气相淀积工艺依次形成MoAlN金属栅电极层102和AlN势垒层103后，在所述势垒层103上通过低压化学气相淀积工艺形成多晶硅栅层104，厚度为110纳米。从图4可以看出，在Mo基金属栅电极层102和多晶硅栅层104之间加入一层热稳定性较高的金属氮化物可以防止Mo基金属栅电极层102和多晶硅栅层104发生反应，实现了Mo基金属栅叠层结构的制备。综上所述，本专利技术实施例Mo基金属栅叠层结构的制备方法具有以下三个有意效果：1)、本专利技术提出的Mo基金属栅叠层结构的制备方法，在Mo基金属栅和硅栅之间加入一层势垒层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种克服钼基金属栅叠层结构制备中钼与硅反应的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤１０：在半导体衬底（１００）上形成高Ｋ栅介质层（１０１）；步骤２０：高Ｋ栅介质层（１０１）经过快速热退火处理后，在其上形成Ｍｏ基金属栅电极层（１０２）；步骤３０：在Ｍｏ基金属栅电极层（１０２）上形成势垒层（１０３）；步骤４０：在势垒层（１０３）上形成硅栅层（１０４）。

【技术特征摘要】
1.一种克服钼基金属栅叠层结构制备中钼与硅反应的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤10：在半导体衬底(100)上形成高K栅介质层(101)；步骤20：高K栅介质层(101)经过快速热退火处理后，在其上形成Mo基金属栅电极层(102)；步骤30：在Mo基金属栅电极层(102)上形成势垒层(103)；步骤40：在势垒层(103)上形成硅栅层(104)。2.根据权利要求1所述的克服钼基金属栅叠层结构制备中钼与硅反应的方法，其特征在于，步骤10中所述高K栅介质层(101)为HfO2、HfON、HfAlO、HfAlON、HfTaO、HfTaON、HfSiO、HfSiON、HfLaO或HfLaON，所述高K栅介质层(101)是通过物理气相淀积、金属有机化学气相沉积或者原子层淀积形成的。3.根据权利要求1所述的克服钼基金属栅叠层结构制备中钼与硅反应的方法，其特征在于，步骤20中所述高K栅介质层(101)的快速热退火处理温度为500至950摄氏度，处理时间为10至60秒。4.根据权利要求1所述的克服...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永亮，徐秋霞，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]