[发明专利]一种有效调制TiNx金属栅功函数的方法无效
| 申请号： | 200910200008.1 | 申请日： | 2009-12-04 |
| 公开（公告）号： | CN102087967A | 公开（公告）日： | 2011-06-08 |
| 发明（设计）人： | 王晓荣;蒋玉龙;茹国平;屈新萍;李炳宗 | 申请（专利权）人： | 复旦大学 |
| 主分类号： | H01L21/28 | 分类号： | H01L21/28;H01L21/8238 |
| 代理公司： | 上海正旦专利代理有限公司 31200 | 代理人： | 包兆宜 |
| 地址： | 20043*** | 国省代码： | 上海;31 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 一种 有效 调制 tin sub 金属 函数 方法 | ||
技术领域
本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种有效调节TiNx金属栅功函数的方法。本方法将金属材料铝通过退火或者共溅射的方法引入到TiNx金属栅电极薄膜中，导致TiNx/栅介质界面特性发生变化，从而使得TiNx金属栅电极功函数得到有效的调节。
背景技术
在CMOS集成电路工艺中，随着器件尺寸的不断缩小要求栅介质厚度不断减小，而栅极漏电流随着栅介质厚度的减小呈指数增大，这就使得高K介质材料的使用成为必然。传统的多晶硅栅电极由于与高K介质存在兼容性(如费米能级钉扎)等问题需要有另一种新型的材料来替代。为适应未来集成电路工艺发展的需求，金属栅的采用成为了一种必然。目前已经有大量关于金属栅方面的方案正在被广泛研究。
TiN由于具有电阻率较低、比较稳定的化学特性(热稳定和抗蚀性好)、功函数较高(4.7eV～5.1eV之间)等优点被广泛研究，而且已经被验证很适合直接用来做PMOS栅电极的材料。在CMOS工艺中希望该种材料能同时做PMOS和NMOS的栅极，需考虑怎样调制栅极的功函数往衬底硅导带方向偏移，以满足NMOS对栅电极的要求。通常调制栅极功函数的方法主要有杂质离子注入、合金技术等，因此，需要一种功函数相对比较低的材料来调制TiNx栅电极的功函数，使其对应的费米能级往衬底Si的导带边移动。金属Al由于具有较低的电阻率和较低的功函数(4.25eV)以及工艺简单，常用于作为调制TiNx栅电极功函数的材料，因此使得通过铝来调制TiNx金属栅功函数的方法成为可能。目前的技术是在已经淀积好的TiNx金属栅薄膜上再淀积一层铝，观察不同温度和不同时间的退火后Al/TiNx金属栅叠层结构的变化，利用上述变化对TiNx金属栅电极功函数的调制作用，调节栅极功函数；或者直接采用钛靶和铝靶在含氮气气氛下共溅射的方法获得AlxTiyN1-x-y合金化合物金属栅，通过改变铝靶上所加的功率来改变AlxTiyN1-x-y合金化合物薄膜中铝的含量，将栅极功函数调节到需要的范围内。
发明内容
本发明的目的在于提出一种有效调制TiNx金属栅功函数的新方法，本方法通过退火 或者共溅射的方法把铝引入到TiNx金属栅电极薄膜中，致使TiNx/栅介质界面特性发生变化，从而有效的调节TiNx金属栅电极功函数到衬底Si的导带边。
本发明所述的有效调制TiNx金属栅功函数的方法，其特征是通过热退火或者共溅射的方法把铝引入到TiNx薄膜中。具体而言，本发明方法包括：在衬底硅上生长完所需厚度的栅介质后用正胶对材料进行光刻，光刻完之后，在淀积TiNx薄膜之前用氧气等离子体对材料进行反应离子刻蚀(RIE)，打掉图形处残留的正胶底膜，之后在已经光刻好的图形上淀积一定厚度的TiNx薄膜，然后采用下述方法把铝引入到TiNx薄膜中，实现TiNx金属栅功函数的有效调节：一是在TiNx薄膜上再淀积一定厚度的铝，两层薄膜都淀积好之后，对材料进行去胶(材料放在丙酮里用超声波振动也称为liftoff)处理，形成Al/TiNx/栅介质层/衬底Si结构；二是直接采用钛靶和铝靶在含氮气气氛下共溅射的方法获得AlxTiyN1-x-y合金化合物金属栅，形成AlxTiyN1-x-y/栅介质层/衬底Si结构。形成Al/TiNx/栅介质层/衬底Si结构后分别对各组MOS结构材料进行不同温度不同时间的退火，观察Al/TiNx金属栅叠层或者AlxTiyN1-x-y化合物薄膜结构在热的效应下发生的变化，最后通过C-V测试来提取栅极的功函数。
本发明的具体操作步骤如下：
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