[发明专利]金属栅阻挡层针孔的检测方法

说明书

技术领域

本发明半导体制造领域，涉及一种检测方法，特别是涉及一种金属栅阻挡层针孔的检测方法。

背景技术

在传统的MOS晶体管工艺中，通常采用SiO₂作为栅介质、重掺杂的多晶硅作为栅电极材料，但随着特征尺寸的不断缩小，MOS晶体管中的SiO₂栅电介质已临近了极限。例如，在65纳米工艺中，SiO₂栅的厚度已降至1.2纳米，约为5个硅原子层厚度，如果再继续缩小，漏电流和功耗将急剧增加。同时，由多晶硅栅电极引起的掺杂硼原子扩散、多晶硅耗尽效应以及过高的栅电阻等问题也将变得越来越严重。因此，对于32纳米及以下各技术代，急剧增加的漏电流和功耗等问题将亟待新材料、新工艺及新器件结构的开发来解决。

目前，国际上各主要半导体公司都已开始着手面向32纳米及以下技术代的“高k/金属栅”技术的开发，即采用高K介质/金属栅(HKMG)结构代替栅氧化层/多晶硅栅极结构。据Intel报道，采用高K电介质材料后，其栅漏电流降为原来的十分之一。目前来看，高K介质/金属栅结构的应用成为32纳米及以下技术代集成电路发展的必然趋势。

在高K介质/金属栅结构中通常包括金属栅阻挡层，其作用是阻挡金属栅电极中的铝或钛等金属离子扩散而改变金属栅功函数层的功函数。好的金属栅阻挡层必须满足没有针孔，才能起到良好阻挡作用。因此需要检测形成的金属栅阻挡层中有无针孔，从而对金属栅阻挡层的沉积工艺进行优化，找到最佳工艺参数，以确保器件中金属栅阻挡层中没有针孔。目前一种检测金属栅阻挡层针孔方法包括如下步骤：将金属栅阻挡层形成于二氧化硅层上，然后用氢氟酸溶液腐蚀，若金属栅阻挡层中有针孔，氢氟酸溶液会通过所述针孔到达金属栅阻挡层下的二氧化硅层上，并将其腐蚀出一个个大孔洞，在电镜下可观测到所述大孔洞，从而检测到针孔的存在。

然而上述检测方法针对的是二氧化硅上金属栅阻挡层的形成工艺，在目前的器件制造中，金属栅阻挡层往往形成于金属栅功函数层上，此时二氧化硅上金属栅阻挡层的最佳形成工艺条件已不适用于在金属栅功函数层上形成金属栅阻挡层，即采用相同工艺条件在金属栅功函数层上形成的金属栅阻挡层中可能会出现针孔，对器件的性能产生不良影响，并且采用现有的检测方法无法检测金属栅功函数层上金属栅阻挡层中有无针孔。目前还没有一种有效可行的用来检测金属栅功函数层上金属栅阻挡层中有无针孔的方法，使制作得到的采用高K介质/金属栅结构的器件性能不稳定，有可能出现金属栅阻挡层失效对器件产生不利影响的情况。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种金属栅阻挡层针孔的检测方法，用于解决现有技术中没有一种有效可行的用来检测金属栅功函数层上金属栅阻挡层中有无针孔的方法，使制作得到的采用高K介质/金属栅结构的器件性能不稳定，有可能出现金属栅阻挡层失效对器件产生不利影响的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种金属栅阻挡层针孔的检测方法，该方法至少包括以下步骤：

1）提供一衬底，在所述衬底上自下而上依次形成氧化层、金属栅功函数层及金属栅阻挡层，以形成测试结构；

2）用SC1溶液接触所述测试结构中的金属栅阻挡层；

3）然后再用氢氟酸溶液接触所述测试结构中的金属栅阻挡层；

4）在电镜下观测经上述两步获得的测试结构中的氧化层中是否有腐蚀出的大孔洞以确定所述金属栅阻挡层中是否有针孔。

可选地，所述金属栅功函数层的材料为TiN。

可选地，所述金属栅阻挡层的材料为TaN。

可选地，所述金属栅功函数层的厚度范围是0.5~5nm。

可选地，所述金属栅阻挡层的厚度范围是0.5~5nm。

可选地，所述SC1溶液的温度范围是25~60 ℃。

可选地，所述SC1溶液接触所述测试结构中的金属栅阻挡层的时间不长于2 min。

可选地，所述SC1溶液的温度为30 ℃，接触所述测试结构中的金属栅阻挡层的时间为1 min。

可选地，所述金属栅阻挡层采用原子层淀积法形成。

可选地，所述氢氟酸溶液的体积配比为H₂O:HF=100:1。