专利名称：一种改善先栅极工艺中高k栅电介质pmos负偏置温度不稳定性效应的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制备技术领域，特别是涉及一种改善先栅极工艺中高K栅电介质PMOS负偏置温度不稳定性效应的方法。
背景技术：
为提高器件性能，降低栅极漏电流，高K栅电介质技术已经应用到45纳米以下节点。然而，由于高K栅电介质与硅的界面具有大量的界面态，这些界面态在半导体制程中会与氢形成不稳定的化学键，而这些不稳定的氢键在PMOS器件工作过程中会产生大量界面态，从而改变PMOS性能。使得高K栅电介质的PMOS器件具有很严重的负偏置温度不稳定性(NBTI— Negative Bias Temperature ^stability)效应，也即PMOS器件在高温和负栅压下出现的电学参数漂移现象。现有技术中一般采用下述的方法改善Si02栅电介质PMOS 器件负偏置温度不稳定性(1)优化栅氧；(2)在生长栅氧化层之前，通过表面处理的方法引入氟；(3)在源漏离子注入时，注入氟离子或BF2。本发明能够有效改善先栅极工艺中高 K栅电介质PMOS器件的负偏置温度不稳定性效应。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善先栅极工艺中高K栅电介质PMOS负偏置温度不稳定性效应的方法，可以在界面处形成稳定的化学键，有效改善PMOS器件的负偏置温度不稳定性效应，简单实用。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为
一种改善先栅极工艺中高K栅电介质PMOS负偏置温度不稳定性效应的方法，其中，包
括
沉积NMOS器件区域的高K材料层和第一金属层，其中，所述第一金属层覆盖于所述高 K材料层上方；
选择性地在PMOS器件区域蚀刻所述第一金属层并在PMOS器件区域沉积第二金属层； 多晶硅栅沉积之后在栅极中通过离子注入注入氟离子至PMOS器件区域； 进行源漏离子注入热扩散。上述的一种改善先栅极工艺中高K栅电介质PMOS负偏置温度不稳定性效应的方法，其中，在栅极沉积后在栅极中通过注入单质氟离子注入氟离子至PMOS器件区域。上述的一种改善先栅极工艺中高K栅电介质PMOS负偏置温度不稳定性效应的方法，其中，在栅极沉积后在栅极中通过注入含氟化合物注入氟离子至PMOS器件区域。上述的一种改善先栅极工艺中高K栅电介质PMOS负偏置温度不稳定性效应的方法，其中，所述氟离子的注入能量范围为是1 KeV至20 KeV，注入剂量范围为lE14/cm2至3 E15/cm2。上述的一种改善先栅极工艺中高K栅电介质PMOS负偏置温度不稳定性效应的方法，其中，在所述通过源漏离子注入热扩散的步骤中，使得氟离子进入高K栅极电介质层， 氟离子在Hf02/Si02和Si02/Si界面处分别形成较稳定的Hf-F和Si-F化学键。本发明的一种改善先栅极工艺中高K栅电介质PMOS负偏置温度不稳定性的方法， 由于在多晶硅栅沉积之后，源漏离子注入热扩散之前，在栅极中通过离子注入技术注入氟离子，并通过源漏热扩散使得氟离子在Hf02/Si02和Si02/Si界面处分别形成较稳定的化学键，从而有效抑制了 PMOS负偏置温度不稳定性效应，简单实用。
图1为本发明的一种改善先栅极工艺中高K栅电介质PMOS负偏置温度不稳定性的一个优选实施方式的流程图。
具体实施例方式下面结合说明书附图对本发明的一种改善先栅极工艺中高K栅电介质PMOS负偏置温度不稳定性的方法做进一步详细的说明。本发明的一种改善先栅极工艺中高K栅电介质PMOS负偏置温度不稳定性的方法， 包括步骤
沉积NMOS器件区域的高K材料层和第一金属层，其中，所述第一金属层覆盖于所述高 K材料层上方；
有选择性地蚀刻所述第一金属层并为PMOS器件区域沉积第二金属层； 多晶硅栅沉积之后在栅极中通过离子注入注入氟离子至PMOS器件区域； 进行源漏离子注入热扩散。如图1所示，在一个优选的实施方式中，本发明的一种改善先栅极工艺中高K栅电介质PMOS负偏置温度不稳定性的方法，执行以下的步骤顺序
步骤Sl 沉积NMOS器件区域1的高K材料层101和第一金属层102，其中，所述第一金属层102覆盖于所述高K材料层101上方；
步骤S2 选择性地在PMOS器件区域2蚀刻所述第一金属层并在PMOS器件区域2沉积第二金属层；
所述第一金属层102并在PMOS器件区域2沉积第二金属层201 ； 在此步骤中，通过研磨图形化第一金属层102，使之仅覆盖于NMOS器件区域1之上，并在高K材料层101和图形化后的第一金属层102的基础上进一步沉积第二金属层201。步骤S3 多晶硅删沉积之后在栅极中通过离子注入注入氟离子至PMOS器件区域 2 ；
经过步骤S2后图形化第二金属层201并刻蚀之后，且在源漏离子注入热处理之前， 在栅极中通过离子注入技术，注入单质氟离子或含氟化合物如BF2到PMOS器件区域2。其中，氟离子的注入能量范围是1 KeV至20 KeV，其中的eV表示基元电荷在移动到比原位置电势低IV位置处时电场力所做的功；离子注入剂量范围为lE14/cm2至3 E15/cm2，也即是 IXlO1Vcm2 至 3X1015/cm2·的范围。步骤S4 进行源漏离子注入热扩散。通过此步骤中所进行的源漏离子注入热扩散，使得氟离子在Hf02/Si02和Si02/Si界面处分别形成较稳定的Hf-F和Si-F化学键，这种化学键在PMOS器件工作中不容易产生界面态.从而改善了 PMOS的负偏置温度不稳定性效应。本发明的一种改善先栅极工艺中高K栅电介质PMOS负偏置温度不稳定性的方法， 由于在多晶硅栅沉积之后，源漏离子注入之前，在栅极中通过离子注入技术注入氟离子，并通过源漏热扩散使得氟离子在Hf02/Si02和Si02/Si界面处分别形成较稳定的化学键，从而有效抑制了 PMOS负偏置温度不稳定性效应，简单实用。应当指出的是，上述内容只是本发明的最佳实施方式的列举，其中未尽详细描述的部分，应该理解为用本技术领域的一般方式予以实施。同时，对于本领域的一般技术人员来说，在不偏离本发明的精神范畴内对本发明所做的等效变换和修饰，都将落入本发明的权利要求的保护范围之内。
权利要求
1.一种改善先栅极工艺中高K栅电介质PMOS负偏置温度不稳定性效应的方法，其特征在于，包括沉积NMOS器件区域的高K材料层和第一金属层，其中，所述第一金属层覆盖于所述高 K材料层上方；选择性地在PMOS器件区域蚀刻所述第一金属层并在PMOS器件区域沉积第二金属层；多晶硅栅沉积之后在栅极中通过离子注入注入氟离子至PMOS器件区域；进行源漏离子注入热扩散。
2.如权利要求1所述的一种改善先栅极工艺中高K栅电介质PMOS负偏置温度不稳定性效应的方法，其特征在于，在栅极沉积后在栅极中通过注入单质氟离子注入氟离子至 PMOS器件区域。
3.如权利要求1所述的一种改善先栅极工艺中高K栅电介质PMOS负偏置温度不稳定性效应的方法，其特征在于，在栅极沉积后在栅极中通过注入含氟化合物注入氟离子至 PMOS器件区域。
4.如权利要求2所述的一种改善先栅极工艺中高K栅电介质PMOS负偏置温度不稳定性效应的方法，其特征在于，所述氟离子的注入能量范围为是1 KeV至20 KeV，注入剂量范围为 lE14/cm2 至 3 E15/cm2。
5.如权利要求1所述的一种改善先栅极工艺中高K栅电介质PMOS负偏置温度不稳定性效应的方法，其特征在于，在所述通过源漏离子注入热扩散的步骤中，使得氟离子进入高 K栅极电介质层，氟离子在Hf02/Si02和Si02/Si界面处分别形成较稳定的Hf-F和Si-F化学键。
全文摘要
本发明公开了一种改善先栅极工艺中高K栅电介质PMOS负偏置温度不稳定性效应的方法，其中，包括沉积NMOS器件区域的高K材料层和第一金属层，其中，所述第一金属层覆盖于所述高K材料层上方；有选择性地蚀刻所述第一金属层并为PMOS器件区域沉积第二金属层；多晶硅栅沉积之后在栅极中通过离子注入注入氟离子至PMOS器件区域；进行源漏离子注入热扩散。本发明的一种改善先栅极工艺中高K栅电介质PMOS负偏置温度不稳定性的方法，由于在多晶硅栅沉寂之后，源漏离子注入之前，在栅极中通过离子注入注入氟离子，并通过源漏热扩散使得氟离子在HfO2/SiO2和SiO2/Si界面处分别形成较稳定的化学键，从而有效抑制了PMOS负偏置温度不稳定性效应，简单实用。
文档编号H01L21/336GK102420187SQ201110150699
公开日2012年4月18日 申请日期2011年6月7日 优先权日2011年6月7日
发明者谢欣云, 陈玉文, 黄晓橹 申请人:上海华力微电子有限公司