專利名稱：高溫退火處理誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)中的高k和金屬柵材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高溫退火
處理誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，目前國(guó)際范圍內(nèi)的各主要半導(dǎo)體公司都已開(kāi)始著手面向32納米及以下技術(shù)代的"高k/金屬柵"技術(shù)的開(kāi)發(fā)。氮化鉿由于其優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、較低的電阻率以及和良好的與鉿基高k介質(zhì)材料的兼容性，因此作為一種非常重要的金屬柵電極極材料被廣泛的研究和應(yīng)用。 目前，合成氮化鉿薄膜主要有兩種方法， 一種是物理氣相沉積方法(如濺射)，一種是化學(xué)沉積方法(如M0CVD、 ALD等)。而利用濺射方法制備金屬柵時(shí)，由于濺射出的原子能量較高，容易對(duì)氧化物介質(zhì)薄膜產(chǎn)生損傷，從而導(dǎo)致大量的缺陷。例如，當(dāng)Si(^柵介質(zhì)厚度降至3納米以下時(shí)，這種損傷變得不可接受，從而導(dǎo)致電學(xué)特性失效。所以化學(xué)方法是相對(duì)較好的合成氮化鉿薄膜的方法，尤其是當(dāng)柵介質(zhì)薄膜變得越來(lái)越薄的時(shí)候。
另一方面，利用化學(xué)方法合成氮化鉿金屬柵時(shí)，也存在著一些具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題?；瘜W(xué)合成方法中一般會(huì)采用氨氣(NH3)做為還原劑來(lái)制備氮化鉿薄膜。但是，M^具有很強(qiáng)的還原性，這導(dǎo)致用該方法制備的氮化鉿薄膜含有過(guò)多的N元素而變成絕緣性金屬氮化物薄膜，如Hf3N4。

發(fā)明內(nèi)容
( — )要解決的技術(shù)問(wèn)題 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種高溫退火處理誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變合成金屬性
氮化鉿薄膜的方法。
( 二 )技術(shù)方案 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種高溫退火處理誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法，該方法包括 采用化學(xué)方法制備絕緣性金屬氮化鉿薄膜； 采用高溫退火處理誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變，將該絕緣性金屬氮化鉿薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傩越饘俚x薄膜。 上述方案中，在采用化學(xué)方法制備絕緣性金屬氮化鉿薄膜時(shí)，所述化學(xué)方法是金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積方法MOCVD、原子層沉積方法ALD或等離子增強(qiáng)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉淀方法PEMOCVD。 上述方案中，所述絕緣性金屬氮化鉿薄膜的化學(xué)成分為MNX， X > 1 ，該絕緣性金屬氮化鉿薄膜的電阻率為> 10、 Q cm。。 上述方案中，所述采用高溫退火處理誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變，將該絕緣性金屬氮化鉿薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傩越饘俚x薄膜的步驟中，是在真空環(huán)境中對(duì)絕緣性金屬氮化鉿薄膜進(jìn)行高溫退火處理，退火溫度為800 1100攝氏度，時(shí)退火間為20 90秒。 上述方案中，所述金屬性金屬氮化鉿薄膜的化學(xué)成分為H預(yù)y，O < y《l，該金屬性金屬氮化鉿薄膜的電阻率為< 1X10、 Q cm。 上述方案中，所述絕緣性金屬氮化鉿薄膜和金屬性金屬氮化鉿薄膜的厚度為1納
米至5納米。(三)有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果 1、利用本發(fā)明，可以減少濺射沉積等物理氣相沉積方法在制備金屬柵過(guò)程中因高能粒子直接和柵絕緣材料接觸而產(chǎn)生的缺陷和損傷。。 2、利用本發(fā)明，可以通過(guò)高溫退火處理誘導(dǎo)絕緣性氮化鉿薄膜進(jìn)行相轉(zhuǎn)變，進(jìn)而改變薄膜特性，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傩缘x薄膜。本發(fā)明能夠有效地解決化學(xué)合成方法制備金屬柵電極中存在的絕緣性金屬氮化物薄膜形成的問(wèn)題，這極大地拓展了化學(xué)合成方法在制備金屬氮化物柵電極領(lǐng)域中的應(yīng)用。 3、利用本發(fā)明，可以使高溫誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變制備氮化物柵電極和源-漏極激活退火同時(shí)進(jìn)行，具有很好的工藝兼容性。


圖1是依照本發(fā)明實(shí)施例在已做好前期工藝處理的Si02上生長(zhǎng)高k介質(zhì)層的示意圖； 圖2是依照本發(fā)明實(shí)施例用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積或原子層沉積方法合成絕緣性H預(yù)x薄膜(x> 1)的示意圖； 圖3是依照本發(fā)明實(shí)施例采用高溫退火處理將該絕緣性金屬氮化鉿薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傩越饘俚x薄膜的示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 本發(fā)明提供的這種高溫退火處理誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法，是先由金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積或原子層沉積等方法合成絕緣性H預(yù),(x〉 1)薄膜，將該絕緣性MNX薄膜在真空、800 1100攝氏度的環(huán)境下退火處理20 90秒，誘導(dǎo)該絕緣薄膜發(fā)生相轉(zhuǎn)變合成金屬性H預(yù)y(y《1)薄膜。 如圖1所示，在已做好前期工藝處理的Si02薄膜上生長(zhǎng)高k介質(zhì)層。 如圖2所示，用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積或原子層沉積等方法合成絕緣性MNX薄膜
(x > 1)。 如圖3所示，在真空環(huán)境下采用1100攝氏度高溫退火處理20秒，合成金屬性MNy薄膜(y《1)。 上述等離子增強(qiáng)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉淀方法(PEMOCVD)是在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積過(guò)程中加入等離子體，以調(diào)節(jié)薄膜中的原子組分及氮含量，進(jìn)而合成金屬性MNX薄膜的方法。
以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種高溫退火處理誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法，其特征在于，該方法包括采用化學(xué)方法制備絕緣性金屬氮化鉿薄膜；采用高溫退火處理誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變，將該絕緣性金屬氮化鉿薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傩越饘俚x薄膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫退火處理誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法， 其特征在于，在采用化學(xué)方法制備絕緣性金屬氮化鉿薄膜時(shí)，所述化學(xué)方法是金屬有機(jī)化 學(xué)氣相沉積方法MOCVD、原子層沉積方法ALD或等離子增強(qiáng)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉淀方法 PEMOCVD。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫退火處理誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法，其 特征在于，所述絕緣性金屬氮化鉿薄膜的化學(xué)成分為MNX， X > 1 ，該絕緣性金屬氮化鉿薄膜 的電阻率為> 10、 Q cm。。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫退火處理誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法，其 特征在于，所述采用高溫退火處理誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變，將該絕緣性金屬氮化鉿薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傩?金屬氮化鉿薄膜的步驟中，是在真空環(huán)境中對(duì)絕緣性金屬氮化鉿薄膜進(jìn)行高溫退火處理， 退火溫度為800 1100攝氏度，時(shí)退火間為20 90秒。
5 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫退火處理誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法，其 特征在于，所述金屬性金屬氮化鉿薄膜的化學(xué)成分為H預(yù)y，O < y《l，該金屬性金屬氮化鉿 薄膜的電阻率為< 1X10、 Q cm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫退火處理誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法，其 特征在于，所述絕緣性金屬氮化鉿薄膜和金屬性金屬氮化鉿薄膜的厚度為1納米至5納米。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高溫退火處理誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變合成金屬性氮化鉿薄膜的方法，該方法包括采用化學(xué)合成方法制備絕緣性金屬氮化鉿薄膜；采用高溫退火處理誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變，將該絕緣性金屬氮化鉿薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傩越饘俚x薄膜。利用本發(fā)明，可以有效地使絕緣性金屬氮化鉿薄膜在高溫?zé)崽幚淼臈l件下發(fā)生相轉(zhuǎn)變，進(jìn)而改性該薄膜的物理及電學(xué)特性，這使得利用化學(xué)合成方法制備金屬氮化物柵電極的應(yīng)用成為可能。另外，本發(fā)明中涉及的高溫處理溫度為1000攝氏度左右，這和MOS晶體管中的源-漏極摻雜激活退火工藝的溫度相近，因此高溫誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變制備氮化物柵電極可以和源-漏極激活退火同時(shí)進(jìn)行，具有很好的工藝兼容性。
文檔編號(hào)H01L21/28GK101740371SQ200810227479
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者王文武, 陳世杰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所