[發明專利]一種有效調制TiNx金屬柵功函數的方法無效
| 申請號： | 200910200008.1 | 申請日： | 2009-12-04 |
| 公開（公告）號： | CN102087967A | 公開（公告）日： | 2011-06-08 |
| 發明（設計）人： | 王曉榮;蔣玉龍;茹國平;屈新萍;李炳宗 | 申請（專利權）人： | 復旦大學 |
| 主分類號： | H01L21/28 | 分類號： | H01L21/28;H01L21/8238 |
| 代理公司： | 上海正旦專利代理有限公司 31200 | 代理人： | 包兆宜 |
| 地址： | 20043*** | 國省代碼： | 上海;31 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 有效 調制 tin sub 金屬 函數 方法 | ||
技術領域
本發明屬于微電子技術領域，具體涉及一種有效調節TiNx金屬柵功函數的方法。本方法將金屬材料鋁通過退火或者共濺射的方法引入到TiNx金屬柵電極薄膜中，導致TiNx/柵介質界面特性發生變化，從而使得TiNx金屬柵電極功函數得到有效的調節。?
背景技術
在CMOS集成電路工藝中，隨著器件尺寸的不斷縮小要求柵介質厚度不斷減小，而柵極漏電流隨著柵介質厚度的減小呈指數增大，這就使得高K介質材料的使用成為必然。傳統的多晶硅柵電極由于與高K介質存在兼容性(如費米能級釘扎)等問題需要有另一種新型的材料來替代。為適應未來集成電路工藝發展的需求，金屬柵的采用成為了一種必然。目前已經有大量關于金屬柵方面的方案正在被廣泛研究。?
TiN由于具有電阻率較低、比較穩定的化學特性(熱穩定和抗蝕性好)、功函數較高(4.7eV～5.1eV之間)等優點被廣泛研究，而且已經被驗證很適合直接用來做PMOS柵電極的材料。在CMOS工藝中希望該種材料能同時做PMOS和NMOS的柵極，需考慮怎樣調制柵極的功函數往襯底硅導帶方向偏移，以滿足NMOS對柵電極的要求。通常調制柵極功函數的方法主要有雜質離子注入、合金技術等，因此，需要一種功函數相對比較低的材料來調制TiNx柵電極的功函數，使其對應的費米能級往襯底Si的導帶邊移動。金屬Al由于具有較低的電阻率和較低的功函數(4.25eV)以及工藝簡單，常用于作為調制TiNx柵電極功函數的材料，因此使得通過鋁來調制TiNx金屬柵功函數的方法成為可能。目前的技術是在已經淀積好的TiNx金屬柵薄膜上再淀積一層鋁，觀察不同溫度和不同時間的退火后Al/TiNx金屬柵疊層結構的變化，利用上述變化對TiNx金屬柵電極功函數的調制作用，調節柵極功函數；或者直接采用鈦靶和鋁靶在含氮氣氣氛下共濺射的方法獲得AlxTiyN1-x-y合金化合物金屬柵，通過改變鋁靶上所加的功率來改變AlxTiyN1-x-y合金化合物薄膜中鋁的含量，將柵極功函數調節到需要的范圍內。?
發明內容
本發明的目的在于提出一種有效調制TiNx金屬柵功函數的新方法，本方法通過退火?或者共濺射的方法把鋁引入到TiNx金屬柵電極薄膜中，致使TiNx/柵介質界面特性發生變化，從而有效的調節TiNx金屬柵電極功函數到襯底Si的導帶邊。?
本發明所述的有效調制TiNx金屬柵功函數的方法，其特征是通過熱退火或者共濺射的方法把鋁引入到TiNx薄膜中。具體而言，本發明方法包括：在襯底硅上生長完所需厚度的柵介質后用正膠對材料進行光刻，光刻完之后，在淀積TiNx薄膜之前用氧氣等離子體對材料進行反應離子刻蝕(RIE)，打掉圖形處殘留的正膠底膜，之后在已經光刻好的圖形上淀積一定厚度的TiNx薄膜，然后采用下述方法把鋁引入到TiNx薄膜中，實現TiNx金屬柵功函數的有效調節：一是在TiNx薄膜上再淀積一定厚度的鋁，兩層薄膜都淀積好之后，對材料進行去膠(材料放在丙酮里用超聲波振動也稱為liftoff)處理，形成Al/TiNx/柵介質層/襯底Si結構；二是直接采用鈦靶和鋁靶在含氮氣氣氛下共濺射的方法獲得AlxTiyN1-x-y合金化合物金屬柵，形成AlxTiyN1-x-y/柵介質層/襯底Si結構。形成Al/TiNx/柵介質層/襯底Si結構后分別對各組MOS結構材料進行不同溫度不同時間的退火，觀察Al/TiNx金屬柵疊層或者AlxTiyN1-x-y化合物薄膜結構在熱的效應下發生的變化，最后通過C-V測試來提取柵極的功函數。?
本發明的具體操作步驟如下：?
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H01L 半導體器件；其他類目中不包括的電固體器件
H01L21-00 專門適用于制造或處理半導體或固體器件或其部件的方法或設備
H01L21-02 .半導體器件或其部件的制造或處理
H01L21-64 .非專門適用于包含在H01L 31/00至H01L 51/00各組的單個器件所使用的除半導體器件之外的固體器件或其部件的制造或處理
H01L21-66 .在制造或處理過程中的測試或測量
H01L21-67 .專門適用于在制造或處理過程中處理半導體或電固體器件的裝置；專門適合于在半導體或電固體器件或部件的制造或處理過程中處理晶片的裝置
H01L21-70 .由在一共用基片內或其上形成的多個固態組件或集成電路組成的器件或其部件的制造或處理；集成電路器件或其特殊部件的制造
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