[發(fā)明專利]柵介質(zhì)層、場效應(yīng)管的制造方法及場效應(yīng)管器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810179008.7
• 申請日: 2018-03-05
• 公開（公告）號: CN110233095B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許所昌
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司;中芯國際集成電路制造（北京）有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/336
• 代理公司: 上海德禾翰通律師事務(wù)所 31319
• 代理人: 侯莉

本發(fā)明提供了一種在高k介質(zhì)層金屬柵極(HKMG)整合工藝中，改善柵介質(zhì)層中氮原子分布的方法，通過在對柵介質(zhì)層摻氮處理后增加濕法刻蝕工藝，去除其一定厚度的表面部分，使其新裸露出的表面氮原子濃度大于原始表面氮原子濃度，從而改善氮原子在柵介質(zhì)層表面的濃度分布，避免了因摻氮后閾值電壓漂移過大影響功函數(shù)的調(diào)節(jié)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域，更詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及一種高k介質(zhì)層金屬柵極整合工藝中柵介質(zhì)層的制造方法。

背景技術(shù)

目前高k介質(zhì)層金屬柵極(HKMG)整合工藝中，使用金屬柵極來調(diào)制有效功函數(shù)。如何在后續(xù)的高溫過程中阻止金屬柵極中的金屬原子穿過阻擋層(Barrier layer)擴散至柵介質(zhì)層中，造成有效功函數(shù)的漂移，是制備工藝中需要考慮的一個問題。

例如，現(xiàn)有技術(shù)中通常采用在沉積氧化鉿柵介質(zhì)層后進行摻氮處理以阻止鈦鋁合金柵極中鋁原子的擴散，降低閾值電壓(Vt)的異常值比例，提高器件的高溫工作壽命。為滿足該需求，通常需要摻入較高濃度的氮，導(dǎo)致器件的閾值電壓增大過多，不利于功函數(shù)調(diào)節(jié)。

因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于尋找一種對于柵結(jié)構(gòu)的處理工藝，既能滿足防止金屬原子向柵介質(zhì)層擴散的要求，又能減少摻氮對于閾值電壓的影響。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題為提供一種制備柵介質(zhì)層的方法，既能夠滿足阻止鋁原子擴散的濃度需求，又可以減少摻氮對于閾值電壓的影響。

為了解決上述問題，本發(fā)明首先提供了一種柵介質(zhì)層的制造方法，包括以下步驟：

步驟一形成柵介質(zhì)層；

步驟二對所述柵介質(zhì)層進行摻氮處理；

步驟三去除一定厚度的所述柵介質(zhì)層，使其新裸露出的表面氮原子濃度大于其原始表面氮原子濃度。

在完成摻氮處理之后柵介質(zhì)層中，表面部分的氮原子濃度往往并不比其內(nèi)部氮原子濃度高。而氮原子在柵介質(zhì)層界面處的濃度分布，對閾值電壓有很大影響，相應(yīng)地，其在本體內(nèi)部的氮原子貢獻則較小。因此，在本發(fā)明提供的技術(shù)方案中，通過在摻氮處理后去除柵介質(zhì)層表面一定厚度的擴散層，將內(nèi)部氮原子濃度較高的部分裸露出來，從而改善柵介質(zhì)層表面氮原子的分布情況，減少閾值電壓的漂移，提高器件性能。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明中對于柵介質(zhì)層表面部分的去除旨在改變其裸露表面的氮原子濃度分布，任何使得柵介質(zhì)層中氮原子向裸露表面集中的去除方法均應(yīng)理解為未超出本發(fā)明的主旨范圍。

在本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述步驟三中去除的所述柵介質(zhì)層厚度為0.5T～1.5T，T為所述柵介質(zhì)層中氮原子濃度峰值處的厚度,可通過測量得到。移除的厚度進一步優(yōu)選為0.7～1.3T，0.8～1.2T，0.9～1.1T，0.95～1.05T。

在本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案中，采用基于擴散原理的摻氮方法進行所述摻氮處理。優(yōu)選地采用去耦等離子體氮化(DPN)方法進行所述摻氮處理。

在本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案中，采用次級離子質(zhì)譜法(SIMS，Secondary Ion MassSpectroscopy)測量所述氮原子濃度峰值處的厚度T。

在本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述柵介質(zhì)層為氧化鉿、氧化鉿硅、氧化鑭、氧化鑭鋁、氧化鋯、氧化鋯硅、氧化鉭、氧化鈦、氧化鋇鍶鈦、氧化鋇鈦、氧化鍶鈦、氧化釔、氧化鋁、氧化鉛鈧鉭或鈮酸鉛鋅。該柵介質(zhì)層優(yōu)選采用氧化鉿材料。

在本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述步驟三中采用濕法刻蝕去除一定厚度的所述柵介質(zhì)層。