一种防止高k材料氧扩散的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，更具体地，涉及一种可防止高K材料氧扩散的方法。
【背景技术】
[0002]S12介质长期作为栅极氧化层应用于CMOS技术领域，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Si02介质已达到物理极限，即便采用S1N代替Si02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。
[0003]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S12,其不但拥有高的介电常数，同时还具备类似S12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迀移率的降低。此外，多晶硅耗尽层效应也会降低器件的性能。
[0004]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S12和硅酸盐，导致其与沟道和栅极之间容易发生界面反应。如Hf O2和Si之间会发生如下反应:
[0005]2Si+Hf02——HfSi+Si02
[0006]上述反应形成的S12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迀移率。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。
[0007]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S12或S1N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O『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。
[0008]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。
【发明内容】
[0009]本发明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。
[0010]为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0011 ]—种防止高K材料氧扩散的方法，包括:
[0012]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);
[00?3]步骤二:在所述超薄界面层上淀积一层金属Ru ；[ΟΟ? 4]步骤三:在所述金属Ru上继续淀积高K材料；
[0015]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Ru〇2。
[0016]优选地，步骤一中，采用化学氧化方法淀积所述超薄界面层。
[0017]优选地，步骤一中，所述超薄界面层的厚度为5?20A。
[0018]优选地，所述超薄界面层材料为S12或S1N。
[0019]优选地，步骤二中，采用原子层淀积(ALD)方法淀积所述金属Ru。
[0020]优选地，所述金属Ru的厚度为50?200A。
[0021 ]优选地，步骤三中，采用原子层淀积方法淀积所述高K材料。
[0022]优选地，步骤四中，所述退火的温度为500?800度。
[0023]从上述技术方案可以看出，本发明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O『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】
[0024]图1是本发明的一种防止高K材料氧扩散的方法流程图；
[0025]图2?图4是本发明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】
[0026]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0027]需要说明的是，在下述的【具体实施方式】中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，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发明的限定来加以理解。
[0028]在以下本发明的【具体实施方式】中，请参阅图1，图1是本发明的一种防止高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是本发明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，以便于对本发明的方法进行理解。
[0029]如图1所示，本发明提供了一种防止高K材料氧扩散的方法，包括以下步骤:
[0030]如框SOl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。
[0031]请参考图2。首先，在衬底100上淀积一层超薄界面层(IL)lOl。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Si02或S1N。
[0032]如框S02所示，步骤二:在所述超薄界面层上淀积一层金属Ru。
[0033]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Rul02。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。
[0034]如框S03所示，步骤三:在所述金属Ru上继续淀积高K材料。
[0035]请参考图4。接下来，在所述金属Rul02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。
[0036]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Ru02o
[0037]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R11O2，从而防止了高K材料中的氧发生扩散和衬底中的娃反应。作为一可选的实施方式，退火时的温度可为500?800度。
[0038]综上所述，相较于现有技术，本发明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O『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。
[0039]以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
【主权项】
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Ru〇2。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任意一项所述的防止高K材料氧扩散的方法，其特征在于，所述超薄界面层材料为S12或S1N。5.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，步骤二中，采用原子层淀积方法淀积所述金属Ru。6.根据权利要求1或5所述的防止高K材料氧扩散的方法，其特征在于，所述金属Ru的厚度为50?200A。7.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，步骤三中，采用原子层淀积方法淀积所述高K材料。8.根根据权利要求1所述的防止高K材料氧扩散的方法，其特征在于，步骤四中，所述退火的温度为500?800度。
【专利摘要】本发明公开了一种防止高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。
【IPC分类】H01L21/02, H01L27/146
【公开号】CN105575988
【申请号】CN201511002977
【发明人】曾绍海, 李铭
【申请人】上海集成电路研发中心有限公司
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月28日