一种降低高k金属栅器件阈值电压波动的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种降低高Κ金属栅器件阈值电压波动的方 法。
【背景技术】
[0002] 随着半导体器件的集成化越来越高，对半导体器件的尺寸的要求也就越来越小， 在超深亚微米级的时候，例如45纳米及以下技术节点时，M0SFET中的沟道长度的减小以及 栅氧化层厚度的减薄会带来高漏电，会造成阈值电压的漂移。
[0003] 在高k金属栅半导体工艺中，通常选用氮化钽（TaN)作为NM0S区域Ρ型功函数 层TiN移除的阻挡层，而TiN刻蚀制程本身会有一定的波动，这种波动会造成作为阻挡层的 TaN剩余厚度的波动，最终也就反映到了NM0S金属栅器件的阈值电压波动上。
【发明内容】
[0004] 针对上述半导体器件所存在的问题，本发明提供一种降低高K(High_K，高介电常 数介质）金属栅器件阈值电压波动的方法，使得金属栅器件的阈值电压的波动性降低。
[0005] 本发明采用如下技术方案：
[0006] -种降低高K金属栅器件阈值电压波动的方法，所述方法包括：
[0007] 提供一衬底，于所述衬底上形成PM0S区域与NM0S区域，其中所述PM0S区域与所 述NM0S区域均包括高K介电层；
[0008] 于所述PM0S区域与所述NM0S区域的高K介电层的上方沉积氮化钛（TiN);
[0009] 于所述PM0S区域与所述NM0S区域沉积一硅膜作为阻挡层，再于所述阻挡层上淀 积P型功函数层；
[0010] 依次去除所述NM0S区域的P型功函数层、所述硅膜；
[0011] 对所述PM0S区域进行退火工艺。
[0012] 优选的，所述方法还包括：
[0013] 进行退火工艺后，对所述PM0S区域与所述NM0S区域淀积N型功函数层及金属栅 工艺。
[0014] 优选的，采用原子层沉积设备淀积所述硅膜。
[0015] 优选的，采用所述原子层沉积设备淀积所述硅膜的厚度为2-80人
[0016] 优选的，所述P型功函数层为TiN。
[0017] 优选的，采用光刻与刻蚀工艺去除所述NM0S区域的所述P型功函数层。
[0018] 优选的，采用四甲基氢氧化铵去除所述硅膜。
[0019] 优选的，所述退火工艺中的退火温度为50-1250摄氏度。
[0020] 优选的，所述退火工艺的时间为0· 1-1000秒。
[0021] 优选的，所述衬底上沉积氮化硅层，所述PM0S区域与所述NM0S区域形成于所述氮 化硅层中。
[0022] 优选的，所述PM0S区域与所述NM0S区域还包括中间层。
[0023] 本发明的有益效果是：
[0024] 本发明在HKMG半导体工艺中，利用硅膜替代TaN作为阻挡层，在NM0S区域P型功 函数层TiN移除之后，随之移除剩余硅阻挡层，以此摒除阻挡层剩余厚度波动带来的NM0S 阈值电压波动。而紧接着又利用退火工艺使PM0S区域的硅充分扩散，与其上下层的TiN形 成TiSiN中间层。这种氮硅化合物因其无定形性，本身具有较小的功函数波动，可以阻挡后 续上层金属原子的向下扩散，亦降低了PM0S金属栅器件的阈值电压波动性。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明一种降低高K金属栅器件阈值电压波动实施例一的方法示意图；
[0026] 图2a_2f为本发明一种降低高K金属栅器件阈值电压波动的阻挡层实施例二的工 艺流程图。
【具体实施方式】
[0027] 需要说明的是，在不冲突的情况下，下述技术方案，技术特征之间可以相互组合。
[0028] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的说明：
[0029] 实施例一
[0030] 图1为本发明一种降低高K金属栅器件阈值电压波动的方法示意图，如图1所示， 本实施例的方法包括：提供一衬底，于衬底上形成PM0S区域与NM0S区域，其中PM0S区域 与NM0S区域均包括高K介电层；于PM0S区域与NM0S区域的高K介电层的上方沉积氮化钛 (TiN);于PM0S区域与NM0S区域沉积一硅膜作为阻挡层，再于阻挡层上淀积P型功函数 层；依次去除NM0S区域的P型功函数层、硅膜；对PM0S区域进行退火工艺。
[0031] 实施例二
[0032] 图2a_2f为本发明一种降低高K金属栅器件阈值电压波动的阻挡层实施例二的工 艺流程图，如图2a所示，提供一硅衬底100,于衬底100上沉积一氮化硅（SiN)层，在氮化 硅层102内部形成PM0S区域与NM0S区域，PM0S区域与NM0S区域由外至内依次为中间层 101、高K介电层103、氮化钛层104。
[0033] 如图2b所不，米用原子层沉积设备于氮化钛层104的上方沉积一娃膜105,此娃膜 105作为阻挡层，其中硅膜105在PM0S与NM0S两个区域上均沉积。上述沉积的硅膜105的 厚度为2-80A,
[0034] 如图2c所示，在硅膜105的上方淀积一P型功函数层106,此功函数层为氮化钛 (TiN)，其中P型功率层在PM0S区域与NM0S区域均沉积。
[0035] 如图2d所示，采用光刻工艺与刻蚀工艺去除NM0S区域上的TiN功函数层，刻蚀停 止于娃膜105的上表面。
[0036] 如图2e所示，采用湿法去除NM0S区域的硅膜105,其中可以利用四甲基氢氧化氮 (TMAH)去除上述硅膜105。
[0037]如图2f所示，对PM0S区域进行退火工艺，利用退火工艺使PM0S区域的硅充分扩 散，与其上下层的TiN形成TiSiN中间层107。这种氮硅化合物因其无定形性，本身具有较 小的功函数波动，可以阻挡后续上层金属原子的向下扩散，亦降低了PM0S金属栅器件的阈 值电压波动性。退火温度为50~1250摄氏度（°C)，退火的时间为0. 1~1000秒（s)，之 后可以进行N型功函数层的淀积以及后续正常金属栅工艺。
[0038] 综上所述，本发明在高k金属栅半导体工艺中，按照正常工艺流程至高k介电层 上方的氮化钛（TiN)淀积完成后，淀积硅膜作为阻挡层，再淀积P型功函数层TiN。而后， 通过光刻和刻蚀对NM0S区域P型功函数层进行移除，停留在作为阻挡层的硅上。接着利 用TMAH(四甲基氢氧化氨）去除NM0S区域的硅膜，再通过退火工艺使PM0S区域的硅膜与 其上下层的TiN形成TiSiN中间层，这种氮硅化合物因其无定形性，本身具有较小的功函数 波动，且可以阻挡后续上层金属原子的向下扩散，降低了PM0S金属栅器件的阈值电压波动 性。而在NM0S区域，因为阻挡层被湿法完全去除，NM0S就不会受到TiN刻蚀波动带来的阻 挡层剩余厚度波动的影响，最终也降低了NM0S金属栅器件的阈值电压波动性。
[0039] 通过说明和附图，给出了【具体实施方式】的特定结构的典型实施例，基于本发明精 神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为 局限。
[0040] 对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。 因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权 利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。
【主权项】
1. 一种降低高K金属栅器件阈值电压波动的方法，其特征在于，所述方法包括： 提供一衬底，于所述衬底上形成PMOS区域与NMOS区域，其中所述PMOS区域与所述NMOS区域均包括高Κ介电层； 于所述PMOS区域与所述NMOS区域的高Κ介电层的上方沉积氮化钛（TiN); 于所述PMOS区域与所述NMOS区域沉积一硅膜作为阻挡层，再于所述阻挡层上淀积P型功函数层； 依次去除所述NMOS区域的P型功函数层、所述硅膜； 对所述PMOS区域进行退火工艺。2. 根据权利要求1所述的降低高K金属栅器件阈值电压波动的方法，其特征在于，所述 方法还包括： 进行退火工艺后，对所述PMOS区域与所述NMOS区域淀积N型功函数层及金属栅工艺。3. 根据权利要求1所述的降低高K金属栅器件阈值电压波动的方法，其特征在于，采用 原子层沉积设备淀积所述硅膜。4. 根据权利要求3所述的降低高K金属栅器件阈值电压波动的方法，其特征在于，采用 所述原子层沉积设备淀积所述硅膜的厚度为2-祖} 1。5. 根据权利要求1所述的降低高K金属栅器件阈值电压波动的方法，其特征在于，所述 P型功函数层为TiN。6. 根据权利要求1所述的降低高K金属栅器件阈值电压波动的方法，其特征在于，采用 光刻与刻蚀工艺去除所述NMOS区域的所述P型功函数层。7. 根据权利要求1所述的降低高K金属栅器件阈值电压波动的方法，其特征在于，采用 四甲基氢氧化铵去除所述硅膜。8. 根据权利要求1所述的降低高K金属栅器件阈值电压波动的方法，其特征在于，所述 退火工艺中的退火温度为50-1250摄氏度。9. 根据权利要求1所述的降低高K金属栅器件阈值电压波动的方法，其特征在于，所述 退火工艺的时间为0. 1-1000秒。10. 根据权利要求1所述的降低高K金属栅器件阈值电压波动的方法，其特征在于，所 述衬底上沉积氮化硅层，所述PMOS区域与所述NMOS区域形成于所述氮化硅层中。11. 根据权利要求1所述的降低高K金属栅器件阈值电压波动的方法，其特征在于，所 述PMOS区域与所述NMOS区域还包括中间层。
【专利摘要】本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种降低高K金属栅器件阈值电压波动的方法。一种降低高K金属栅器件阈值电压波动的方法，方法包括：提供一衬底，于衬底上形成PMOS区域与NMOS区域，其中PMOS区域与NMOS区域均包括高K介电层；于PMOS区域与NMOS区域的高K介电层的上方沉积氮化钛(TiN)；于PMOS区域与NMOS区域沉积一硅膜作为阻挡层，再于阻挡层上淀积P型功函数层；依次去除NMOS区域的P型功函数层、硅膜；对PMOS区域进行退火工艺。
【IPC分类】H01L21/28, H01L21/8238
【公开号】CN105304568
【申请号】CN201510608986
【发明人】何志斌, 景旭斌
【申请人】上海华力微电子有限公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年9月22日